JP6822057B2 - プラズマ光源 - Google Patents

Description

本発明は、極端紫外光を生成するプラズマ光源に関する。

半導体デバイスの更なる微細化を図るには、フォトリソグラフィにおける露光用光源の短波長化が必須であり、近年ではそのための光として極端紫外光が注目されている。極端紫外光は高温、高密度のプラズマから得られ、このようなプラズマの発生源（換言すれはプラズマを利用した光源、以下プラズマ光源）は多種多様である。産業上の観点から、プラズマ光源は小型化が図れるものが望ましく、その候補として、放電生成プラズマ(DPP：Discharge Produced Plasma)方式のプラズマ光源や、レーザー生成プラズマ(LPP：Laser Produced Plasma)方式のプラズマ光源が知られている。なお、これらのプラズマ光源から放出される極端紫外光は何れもパルス光である。

フォトリソグラフィでは露光時間の制御が極めて重要である。そのためには、極端紫外光の十分な強度及び輝度を確保するだけでなく、これらを安定に得る必要がある。また、極端紫外光の放出時間は数μｓ程度以下と短いため、プラズマの発生（即ち、極端紫外光の放出）を高速に繰り返す必要がある。

上記に関連するプラズマ光源が特許文献１に開示されている。同文献のプラズマ光源はDPP方式の一種であるプラズマフォーカス方式を採用したプラズマ光源である。このプラズマ光源は、対称面に対して互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、各同軸状電極に対して放電電圧を印加する電圧印加装置とを備えている。各同軸状電極は、棒状の中心電極と、中心電極と一定の間隔を隔て、且つ中心電極の周方向に配置された複数の外部電極とを有している。

特許文献１のプラズマ光源では、中心電極と外部電極との間に高電圧が印加した状態で、さらにパルス状の電圧を印加する、或いは、同軸状電極の何れかの箇所においてレーザーアブレーションを行うことによって両電極間に初期放電を誘発する。一方、初期放電の発生時には中心電極と外部電極との間に、プラズマの媒体がガス状となって供給されている。初期放電は中心電極を中心とする環状の面状放電に成長しつつ、媒体を電離させながら電磁力によって中心電極の先端に向けて移動する。さらに、各面状放電は各同軸状電極の間で融合し、閉じ込められる。これらの一連の過程において面状放電は絶えず電気エネルギーを受けている。その結果、面状放電は高温、高密度のプラズマに成長し、成長したプラズマは極端紫外光を含む光を放出する。

特開２０１３−０８９６３４号公報

特許文献１のプラズマ光源では、各同軸状電極内で発生した初期放電が面状放電に成長して各同軸状電極の先端に移動し、一対の同軸状電極の間で融合する。これらの一連の過程において、面状放電は中心電極を軸として対称に（即ち軸対称に）分布していることが理想である。実際には面状放電の電流経路が局在するためにこの対称性は崩れてしまうものの、少なくとも複数の初期放電が中心電極の周方向に拡大して面状放電として成長し、同軸状電極の先端に到達する必要がある。つまり、面状放電が同軸状電極内を移動している間は、当該面状放電に電子が外部電極或いは中心電極から定常的に供給されている必要がある。この供給が途切れてしまうとその部分の放電が持続できなくなるため、面状放電全体の安定性が保てなくなり、その後に成長するべきプラズマの安定的な生成が困難になる。

そこで本発明は、対称面に対して互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極を備えるプラズマ光源において、初期放電を安定に発生させ、面状放電を安定に移動させることを目的とする。

本発明の一態様はプラズマ光源であって、単一の軸線上に延びる中心電極および前記中心電極の外周を囲むように設けられる外部電極を有し、対称面を挟んで互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共に前記プラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、前記中心電極と前記外部電極の間に供給される前記プラズマの媒体を保持する媒体保持部と、各前記同軸状電極に対して放電電圧を印加する電圧印加装置と、を備え、前記中心電極と前記外部電極のうちの一方の電極は、前記中心電極と前記外部電極のうちの他方の電極と対向する側面に設けられ、前記他方の電極に向けて突出する第１の突部と、前記一方の電極の前記側面に設けられ、前記第１の突部から前記一方の電極の先端まで分布する第２の突部を含む起伏面を有し、前記起伏面における前記第２の突部は、前記第１の突部から前記一方の電極の先端に向けて延伸し且つ前記他方の電極に向けて突出する少なくとも１つの突起からなることを要旨とする。

本発明によれば、対称面に対して互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極を備えるプラズマ光源において、初期放電を安定に発生させ、面状放電を安定に移動させることができる。その結果、極端紫外光を放射する程度に高温且つ高密度のプラズマを安定に生成することができる。

本発明の実施形態に係るプラズマ光源の概略構成図（断面図）である。 本発明の実施形態に係るプラズマ光源の電気系統を示す図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図である。 本発明の実施形態に係る第１の突部及び起伏面（第２の突部を含む）を示す図である。 起伏面の変形例を示す図である。 保持部とその周囲を示す断面図である。 初期放電の経時変化の一例を示す画像である。 初期放電の経時変化の一例を示す画像である。 初期放電の発生及びその直後の状態を説明するための図である。 第１の突部及び起伏面（第２の突部を含む）を中心電極に設けた例を示す図である。 中心電極と外部電極の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係るプラズマ光源について添付図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係るプラズマ光源を示す概略構成図（断面図）である。図２は当該プラズマ光源の電気系統を示す図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図である。これらの図に示すように、本実施形態のプラズマ光源は、一対の同軸状電極１０、１０と、各同軸状電極１０に対して個別に設けられるリザーバ２０と、電圧印加装置３０と、レーザー装置４０とを備える。なお、図１において右側の同軸状電極１０は左側の同軸状電極１０と同一の構成であるため、詳細な図示を省略する。

一対の同軸状電極１０、１０は、図示しない真空槽内において対称面１に対して互いに対称な位置に設置されている。即ち、このプラズマ光源は、対向型プラズマフォーカス方式を採用している。同軸状電極１０、１０は、対称面１を挟み一定の間隔を隔てて設置され、先端側（面状放電２ｂが放出される側）が互いに対向している。同軸状電極１０、１０は、レーザー装置４０からのレーザー光４２を受け、プラズマの媒体（以下プラズマ媒体）６を放出するとともに、プラズマ媒体６を電離する初期放電２ａ（図９参照）を発生する。更に、同軸状電極１０、１０は、この初期放電２ａを面状放電２ｂに成長させて、両者の間にプラズマ３を発生させ、これを閉じ込める。同軸状電極１０、１０の間に閉じ込められたプラズマ３は同軸状電極１０、１０からの電気エネルギーを受けて加熱され、極端紫外光を含むプラズマ光８を放射する。なお、面状放電とは、２次元的に広がる面状の放電電流のことであり、電流シート又はプラズマシートとも呼ばれている。

本実施形態のプラズマ媒体６は、リザーバ２０から媒体保持部（以下、保持部）１８（後述）に供給可能な低融点金属（低融点合金）であり、その組成は、必要な紫外光の波長に応じて選択される。例えば、１３．５ｎｍの紫外光が必要な場合はＬｉ（リチウム）やＳｎ（スズ）を含み、３〜４ｎｍの紫外光が必要な場合はＢｉ（ビスマス）を含む。

各同軸状電極１０は、中心電極１２と、中心電極１２の外周を囲むように設けられる複数の外部電極１３と、絶縁体１４とを備える。図１および図３に示すように、中心電極１２は、各同軸状電極１０に共通する単一の軸線Ｚ−Ｚを中心軸（以下、この軸を中心軸Ｚと称する）として、この中心軸Ｚ上に延びる棒状の導電体である。なお、説明の便宜上、中心軸Ｚに対して直交し且つ互いに直交する軸をＸ軸、Ｙ軸とする（図３参照）。Ｘ軸は、互いに隣接する２つの外部電極１３の間の中央を通る軸であり、本実施形態においては、照射点Ｐを含むレーザー光４２の光路と一致する。

中心電極１２は、対称面１に面する先端部１２ａと、中心軸Ｚの周りに形成された側面１２ｂとを有し、直径は例えば５ｍｍである。なお、側面１２ｂにはプラズマ媒体６の保持部１８（後述）が設けられている。中心電極１２は高温のプラズマに対して耐熱性を有する材料を用いて形成される。このような材料は、例えばＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等の高融点金属である。

先端部１２ａは、対称面１に対向する半球状の曲面を有する。ただし、対称面１に対向する面の形状は曲面に限られず、単なる平面でもよい。また、中心軸Ｚに沿って窪んだ凹部（図示せず）を設けてもよい。

図１に示すように、外部電極１３は、中心電極１２の中心軸Ｚと平行に延びる棒状の導電体であり、直径は例えば３ｍｍである。また、図３に示すように、外部電極１３は、中心電極１２の周方向に沿って角度θ毎に配置されている。換言すると、各外部電極１３は中心電極１２と平行に配置され、中心電極１２の周囲を囲んでいる。図３に示す例では、６本の外部電極１３が中心電極１２の周りで６０°毎に配置されている。

外部電極１３は中心電極１２の周りで等角度間隔に設置されることが望ましい。例えば、加工や組み立ての観点或いは面状放電２ｂ（後述）の形成の容易性から、各外部電極１３は中心電極１２に対して回転対称な位置に設置されることが望ましい。しかしながら、本発明はこのような配列に限定されない。また、外部電極１３の本数も図３に示す６本に限られることなく、中心電極１２及び外部電極１３の大きさや形状、両者の間隔などに応じて適宜設定される。

なお、外部電極１３は、中心電極１２と同じく、高融点金属等の導電材料を用いて形成される。また、対称面１に対向する外部電極１３の端面は曲面、平面の何れでもよい。

絶縁体１４は例えばセラミックを用いて形成され、中心電極１２と外部電極１３の各基部を支持して両者の間隔を規定すると共にその間を電気的に絶縁する。絶縁体１４は例えば円盤状に形成され、中心電極１２及び外部電極１３を支持する孔や溝等の構造を有する。

図４は、本実施形態に係る第１の突部としての突部１５及び起伏面１６を示す図である。この図に示すように、各外部電極１３は、中心電極１２と対向する側面１３ａに突部１５と起伏面１６とを有する。図４に示すように、突部１５は、例えば中心軸Ｚに直交する一平面上に位置する。また、突部１５は、外部電極１３の側面１３ａから中心電極１２に向けて突出する頂部Ｇ（図３参照）を含むように形成されている。頂部Ｇは、例えば中心電極１２に最も近い部分、或いは、レーザー光４２の照射点Ｐに最も近い部分である。また、突部１５は後述の突部１６ａ（１６ｂ）よりも高い。換言すれば、突部１５の頂部Ｇは、後述の突部１６ａ（１６ｂ）よりも中心電極１２に近い。突部１５の形状は、これらの条件を満たす限り特に制限は無い。すなわち、突部１５は、図４に示すように外部電極１３の周方向に沿った環状に形成されてもよいし、或いは、頂部Ｇを中心電極１２に向けた少なくとも１つの円錐又は角錐として形成されてもよい。

突部１５は、後述の突部１６ａ（１６ｂ）を含めた外部電極１３のその他の部分よりも中心電極１２に向かって突出している。従って、電界集中により、突部１５の電界強度はその周囲よりも大きい。電界強度の増大は、面状放電２ｂ（図９参照）の初期放電２ａ（図９参照）の誘発を促進する。従って、本実施形態では突部１５を含めた放電経路が優先的に形成される。つまり、突部１５は、中心電極１２の周方向及び軸方向において、中心電極１２と外部電極１３との間に発生する初期放電２ａの最初の位置を規定している。

起伏面１６は少なくとも中心電極１２に対向する位置に形成され、突部１５から外部電極１３の先端まで分布している。なお、図３及び図４に示す例では、起伏面１６は外部電極１３の全周に亘って形成されている。起伏面１６は第２の突部としての突部１６ａを多数含み、これら突部１６ａが点在することにより起伏面１６の細かな凹凸を形成する。突部１５と同様に、突部１６ａにも電界が集中する。しかも、突部１６ａはその周囲よりも中心電極１２に近いため、面状放電２ｂの放電電流は突部１６ａを経由して流れる。さらに突部１６ａは密集しているため、異なる突部１６ａを経由する放電電流の経路が複数確立され、これらの経路の何れか持続する。従って、面状放電２ｂが移動している間は、複数の突部１６ａの何れかから面状放電２ｂに定常的に電子が供給される。つまり、面状放電２ｂを安定に移動させることができる。

起伏面１６は微小な金属粒子の焼結体（多孔質体）によって形成され、その材質は例えば外部電極１３と同じ高融点金属である。このような金属焼結体は素材である金属粒子の形状が残っているため、表面に多数の突部１６ａが形成される。隣接した突部１６ａの間隔は、各突部１６ａで十分な電界集中が発生し且つ面状放電２ｂが突部１６ａの間を移動できる程度の値に設定される。このような値は、面状放電２ｂに投入される電気エネルギーや突部１６ａの形状によって変動するものの、精々１００μｍ程度である。

なお、外部電極１３全体を金属焼結体で形成してもよい。また、突部１６ａは起伏面１６となる母材の研磨、切削及びブラスト等の機械加工、エッチング等の化学的処理の何れかによって形成されてもよい。

図５は、起伏面１６の変形例である。変形例に係る起伏面１６は、第２の突部としての突部１６ｂを有している。突部１６ｂは、突部１５から外部電極１３の先端に向けて延伸し且つ中心電極１２に向けて突出する少なくとも１つの突起であり、その周囲は側面１３ａと同様の滑らかな曲面である。突部１６ｂは、例えば突部１５から外部電極１３の先端まで形成されている。図５に示すように、中心軸Ｚに直交する平面において突部１６ｂは、例えば先端を中心電極１２に向けた略三角形の断面を有する。

突部１６ａと同じく、突部１６ｂにも電界が集中する。しかも、突部１６ｂはその周囲よりも中心電極１２近いため、面状放電２ｂの放電電流は突部１６ｂを経由して流れる。さらに、突部１６ｂは突部１５から外部電極１３の先端まで続いている。従って、面状放電２ｂが移動している間は、突部１６ｂから面状放電２ｂに定常的に電子が供給される。つまり、面状放電２ｂを安定に移動させることができる。なお、突部１６ｂを構成する突起が複数設けられる場合、当該突起は平行に形成される。この場合、面状放電２ｂへの電子の供給路が増え、供給可能量が増加する。従って、面状放電２ｂへの電子の供給が予期せず遮断されることを抑制できる。

図６は、保持部１８とその周囲を示す断面図である。保持部１８は、プラズマ媒体６が中心電極１２と外部電極１３との間の空間に放出されるようにプラズマ媒体６を保持する。例えば、図６に示すように、保持部１８は、中心電極１２の側面１２ｂに設けられ、外部電極１３に向けて露出している。保持部１８は側面１２ｂの全周に亘った帯状或いは照射点Ｐを含む点状に形成される。

保持部１８は多孔質体からなり、溶融したプラズマ媒体６を蓄積し且つ外部に滲出させることができる。多孔質体は、例えば、中心電極１２と同じ材質で形成されている。なお、プラズマ媒体６で保持部１８を構成してもよい。この場合、保持部１８は多孔質体である必要はなく、プラズマ媒体６は溶融した状態で或いは固体の状態で留まることになる。例えば、プラズマ媒体６が固体の状態の場合、中心電極１２の側面１２ｂに設置（埋設）され、後述のリザーバ２０は省略される。また、この場合は、プラズマ媒体６としてリチウム（Ｌｉ）等の低融点金属だけでなく、６．７ｎｍの紫外光を発するガドリニウム（Ｇｄ）やテルビウム（Ｔｂ）を使用することも可能である。

リザーバ２０は各同軸状電極１０に対して個別に設けられる。図１に示すように、リザーバ２０は中心電極１２の基部を支持すると共に、内部に形成した空間２０ａにプラズマ媒体６を貯留する。この空間２０ａは、中心電極１２の流路１２ｃを介して保持部１８に連通している。また、リザーバ２０はヒータ２２を搭載している。ヒータ２２は、例えば熱媒体（油）循環式のヒータや電熱式のヒータで構成され、空間２０ａ内のプラズマ媒体６を溶融すると共に、中心電極１２の温度をプラズマ媒体６が溶融する温度に維持する。従って、プラズマ媒体６が流路１２ｃを介して保持部１８に流出したときも、保持部１８はプラズマ媒体６を溶融した状態で保持することができる。

なお、保持部１８は同軸状電極１０の外側に設置されていてもよい。この場合の「外側」とは、例えば、各外部電極１３の中心が中心電極１２の周りを囲む領域の外側の空間を意味する。保持部１８は、例えばプラズマ媒体６を保持する容器（図示せず）として或いはプラズマ媒体６自体で構成され、隣接する２本の外部電極１３の間から、外部電極１３と中心電極１２の間にプラズマ媒体６を供給する。同軸状電極１０へのプラズマ媒体６の供給箇所は、中心電極１２に対して対称に分布していることが望ましい。従って、保持部１８は同軸状電極１０の周りに複数設けられ、中心電極１２の周りに点対称な或いは回転対称な位置に位置することが望ましい。ただし、保持部１８の設置箇所はこれらに限定されない。また、何れの場合も、レーザー光４２の照射点Ｐを含むプラズマ媒体６の表面は、外部電極１３と中心電極１２の間の空間或いは中心電極１２に向いている。さらに、各突部１５の位置は、中心電極１２（中心軸Ｚ）に直交し且照射点Ｐを含む平面を基準にして設定される。保持部１８が同軸状電極１０の外側に設置される場合、リザーバ２０は保持部１８に接続するものの、中心電極１２に連結しなくてもよい。

次に、本実施形態のプラズマ光源における電気系統について説明する。図２に示すように、プラズマ光源は各同軸状電極１０に接続する電圧印加装置３０を備える。電圧印加装置３０は、各同軸状電極１０に同極性又は逆極性の放電電圧を印加する。

電圧印加装置３０は、高圧電源３２を備える。高圧電源３２の出力側は同軸状電極１０の中心電極１２に接続し、高圧電源３２のコモン側はこの中心電極１２に対応する外部電極１３に接続している。高圧電源３２は、中心電極１２‐外部電極１３間に放電電圧（例えば５ｋＶ）を印加する。なお、放電電圧の極性は外部電極１３に対して正または負の何れでもよい。また、図２に示すように、高圧電源３２のコモン側は接地されていてもよい。

上述の通り、各中心電極１２の周囲には複数の外部電極１３が設けられている。理想的な放電を得るには、全ての外部電極１３と中心電極１２との間で、放電が発生する必要がある。しかも、これらの放電が、中心電極１２の周りで空間的に等間隔に分布していることが望ましい。しかしながら、高圧電源３２から供給される放電エネルギーは最初に発生した放電に対して優先的に費やされる傾向があり、この場合は複数の放電を異なる場所で略同時に発生させることが困難になる。

そこで、本実施形態の電圧印加装置３０は、放電電圧の放電エネルギーを外部電極１３毎に蓄積するエネルギー蓄積回路３４を備えている。エネルギー蓄積回路３４は、例えば図２に示すように中心電極１２と各外部電極１３との間を個別に接続する複数のコンデンサＣで構成される。各コンデンサＣは、放電のピーク時に１０ｋＡ程度の放電電流を流すことが可能な静電容量を持ち、高圧電源３２の各出力側及び各コモン側に接続される。

このように、放電エネルギーを蓄積するコンデンサＣを外部電極１３毎に設けることで、全ての外部電極１３において放電を発生させることができる。即ち、放電エネルギーが、最初に発生した放電に過剰に消費されることを防止でき、中心電極１２の全周に亘る面状放電２ｂを発生させることができる。

さらに、本実施形態の電圧印加装置３０は、放電電流が帰還することを阻止する放電電流阻止回路３６を備えてもよい。放電電流阻止回路３６は、例えば図２に示すように各外部電極１３と電圧印加装置３０（具体的には高圧電源３２のコモン側）との間を接続するインダクタＬで構成される。インダクタＬは、放電電流に対して十分に高いインピーダンスを有するため、中心電極１２及び外部電極１３を経由した放電電流を、その発生源であるエネルギー蓄積回路３４に戻すことができる。つまり、各コンデンサＣに蓄積された放電エネルギーが、当該コンデンサＣに直結した外部電極１３以外の外部電極１３に供給されることを防止するため、中心電極１２の周方向における放電の発生分布に偏りが生じることを防止できる。

上述の通り、本実施形態のプラズマ光源はレーザー装置４０を備える。レーザー装置４０は、各同軸状電極１０の中心電極１２にレーザー光４２を照射することで、プラズマ３の媒体を放出させると共に、電圧印加装置３０と協働してプラズマ３の初期放電（初期プラズマ）２ａを発生させる。レーザー装置４０は例えばＹＡＧレーザーであり、アブレーションを行うために基本波やその二倍波を短パルスのレーザー光４２として出力する。レーザー光４２は、ハーフミラー等の光学素子によって分岐し、各中心電極１２の保持部１８に照射される。例えばレーザー光４２は、互いに隣接する２本の外部電極１３の中間を中心軸Ｚに向けて進行し、保持部１８の照射点Ｐに照射される。レーザー光４２が照射された保持部１８からは、レーザー光４２のアブレーションによって、プラズマ媒体６が中性ガスやイオンとなって多量に放出される。

一方、レーザー光４２の照射時には、既に電圧印加装置３０による放電電圧が、各同軸状電極１０の中心電極１２と外部電極１３の間に印加されている。従って、アブレーションが発生すると、中心電極１２と各外部電極１３間の初期放電２ａが誘発される。

なお、中心電極１２と外部電極１３の各形状、両者の間隔等に応じて、レーザー光４２を中心軸Ｚの周方向に沿って間隔を置いて複数且つ同時に照射してもよい。本実施形態では、例えば、レーザー光４２の照射点Ｐが中心軸Ｚを挟んだ２箇所に設定されている。これにより、初期放電２ａを環状に形成することが容易になる。

これは、外部電極が中心電極を中心とした同一円上に配列した同軸状電極において、初期放電２ａの発生領域が、中心電極１２の中心軸Ｚを基点に１８０度以上の開き角があった実験結果に基づいている。この実験結果の一例を図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す。図７（ａ）〜図７（ｃ）は４個のＣＣＤを有する高速度カメラで測定したものであり、５ｋＶの放電電圧が印加された中心電極‐外部電極間の放電分布の経時変化を示す画像である。図７（ａ）は最初の放電の発生から１００ｎｓ後の状態、図７（ｂ）は最初の放電の発生から３００ｎｓ後の状態、図７（ｃ）は最初の放電の発生から５００ｎｓ後の状態を示している。図中白い個所はプラズマが生成し発光していることを示す。各画像における蓄積時間（露光時間）は１００ｎｓである。なお、最初の放電を誘発するために、中心電極と外部電極の間の絶縁体の一箇所に対してレーザーアブレーションを行っている。しかしながら、このような放電の発生及びその経時変化は、図１に示す保持部１８に対するレーザーアブレーションでも同様に得られる。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す時間変化から判るように、レーザー光の照射点は１点のみであるにも関わらず、アブレーションに誘発された放電が発生し、当該放電がレーザー光の照射点から時計回り及び反時計回りにそれぞれ概ね９０度に亘って拡大していることが確認できる。その結果、少なくとも写真中央と右側の計４本の外部電極のそれぞれと、中心電極との間で十分な放電が発生していることが確認できる。つまり、放電は、当該放電を誘発する現象（図７（ａ）〜図７（ｃ）においてはレーザーアブレーション）が発生した箇所に最も近接した外部電極と中心電極との間だけでなく、その遠方に位置する外部電極と中心電極との間にも発生する。即ち、放電エネルギーを付与した複数の外部電極を中心電極の周りに配置することで、中心電極の周方向において放電を局在させることなく、全体に拡大させることができる。

図８は、中心電極を挟んだ絶縁体の二箇所に対してレーザーアブレーションを行った後の放電の経時変化を示し、図７（ｂ）に対応している。この図に示すように、初期放電は環状に分布する放電（後述の面状放電２ｂ）に成長する。なお、この結果を考慮すると、照射箇所の数が少ないほど中心電極１２に対して回転対称な位置にレーザー光４２を照射することが望ましい。なお、複数のレーザー光の同時照射は、ハーフミラー等の光学素子を用いて光路長を合わせた複数の光路を形成することで容易に達成できる。

次に本実施形態のプラズマ光源の動作について説明する。図９は、初期放電２ａの発生及びその直後の状態を説明するための図である。上述の通り、本実施形態のプラズマ光源では、真空槽（図示せず）内に一対の同軸状電極１０、１０が設けられる。一対の同軸状電極１０、１０は、対称面１を挟んで互いに対向配置される。一方、真空槽（図示せず）内は、プラズマ３の発生に適した温度及び圧力に保持される。また、放電前の各同軸状電極１０には、例えば電圧印加装置３０により同極性の放電電圧が印加され、中心電極１２は外部電極１３よりも高電位に設定される。

各同軸状電極１０に放電電圧が印加された状態で、レーザー光４２が各同軸状電極１０の保持部１８に同時に照射される。各同軸状電極１０ではこの照射によって、プラズマ媒体６が中性ガス又はイオンとなって多量に放出される。プラズマ媒体６の粒子密度が、外部電極１３と中心電極１２との間で増加すると、初期放電２ａが発生する。しかも、突部１５の電界強度はその周囲よりも大きいため、初期放電２ａは突部１５と中心電極１２との間で優先的に発生する。

初期放電２ａは、自己磁場によって対称面１に向けて進行しながら、アブレーションによって放出されたプラズマ媒体６を電離し、中心電極１２の全周に亘って分布する面状放電２ｂに成長する。面状放電２ｂも自己磁場によって対称面１に移動する。このときの面状放電２ｂは、中心軸Ｚから見て略環状に分布する。起伏面１６は突部１５から連なって形成されているため、面状放電２ｂへの電子の供給源は突部１５から起伏面１６の突部１６ａ（突部１６ｂ）に切り替わる。突部１６ａ（突部１６ｂ）は突部１５から外部電極１３の先端まで分布しており、突部１６ａ（突部１６ｂ）には電界集中が生じている。従って、面状放電２ｂが移動している間は、突部１６ａ（突部１６ｂ）から面状放電２ｂに定常的に電子が供給される。つまり、面状放電２ｂは、突部１５から同軸状電極１０の先端まで安定に移動する。換言すれば、面状放電２ｂは部分的に消滅することなく移動する。

面状放電２ｂが同軸状電極１０の先端に達すると、面状放電２ｂの電子の到着点は中心電極１２の円周側面から先端部１２ａに移行する。換言すれば、放電電流は先端部１２ａから集中的に流れ出す。この電流集中によって先端部１２ａ周辺の電流密度は急激に上昇し、一対の面状放電２ｂの間に挟まれていた先端部１２ａ周辺のプラズマ媒体６は高温、高密度になる。

さらに、この現象は対称面１を挟んだ各同軸状電極１０で進行するため、プラズマ媒体６は、一方の同軸状電極１０から他方の同軸状電極１０に向かって押し出される。その結果、プラズマ媒体６は、中心軸Ｚに沿う両方向からの電磁的圧力を受けて各同軸状電極１０が対向する中間位置（即ち、中心電極１２の対称面１）に移動し、プラズマ媒体６を成分とする単一のプラズマ３が形成される。

面状放電２ｂが発生している間は、各中心電極１２の先端部１２ａに各面状放電２ｂの放電電流が集中する。従って、先端部１２ａ周辺には、プラズマ３に対して電磁的圧力がかかり、プラズマ３の高温化及び高密度化が進行する。即ち、プラズマ媒体６の電離が進行する。その結果、プラズマ３からは極端紫外光を含むプラズマ光８が放射される。この状態において、電圧印加装置３０は、プラズマ３に電気エネルギーを供給し続ける。このエネルギー供給により、プラズマ光８を長時間に亘って発生させることができる。

従って、本実施形態によれば、初期放電２ａを安定に発生させ、面状放電２ｂを安定に移動させることができる。その結果、極端紫外光を放射する程度に高温且つ高密度のプラズマ３を安定に生成することができる。

なお、図１０に示すように、突部１５及び起伏面１６は中心電極１２の側面１２ｂに設けられてもよい。例えば、突部１５は各外部電極１３に対向するように個別に形成され、保持部１８は隣接する突部１５の間に設けられる。また、各突部１５は、対応する外部電極１３に向けて突出している。保持部１８が同軸状電極１０の外側に設置される場合、突部１５は環状に形成してもよい。起伏面１６は突部１５から中心電極１２の先端まで分布し、起伏面１６には図４に示す突部１６ａ或いは図５に示す突部１６ｂが形成される。なお、この場合も突部１５は、突部１６ａ（１６ｂ）よりも高い。換言すれば、突部１５の頂部Ｇは、後述の突部１６ａ（１６ｂ）よりも外部電極１３に近い。

また、図１１に示すように、中心電極１２の直径は対称面１に向かうに連れて小さくなっていてもよい。例えば、中心電極１２は、先端部１２ａを頂角にもつ略円錐状に形成されてもよい。この場合、中心軸Ｚに直交する面において中心電極１２に最も近接している外部電極１３の部位は、中心軸Ｚとの距離が対称面１に向かうに連れて短くなるように形成されてもよい。例えば、外部電極１３が棒状に形成されている場合、外部電極１３は、対称面１に近づくに連れて中心軸Ｚに近づくように、中心軸Ｚに対して傾斜する。なお、図１１に示す例では、中心電極１２と外部電極１３との間隔は一定である。しかしながら、この間隔は対称面１に近づくほど小さくてもよい。

本発明は上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 対称面
２ａ 初期放電
２ｂ 面状放電
３ プラズマ
６ プラズマ媒体
８ プラズマ光
１０ 同軸状電極
１２ 中心電極
１２ａ 先端部
１２ｂ 側面
１２ｃ 流路
１３ 外部電極
１４ 絶縁体
１５ 突部（第１の突部）
１６ 起伏面
１６ａ、１６ｂ 突部（第２の突部）
１８ 媒体保持部（保持部）
２０ リザーバ
２０ａ 空間
２２ ヒータ
３０ 電圧印加装置
３２ 高圧電源
３４ エネルギー蓄積回路
３６ 放電電流阻止回路
４０ レーザー装置
４２ レーザー光
Ｐ 照射点
Ｇ 頂部

Claims (1)

1. 単一の軸線上に延びる中心電極および前記中心電極の外周を囲むように設けられる外部電極を有し、対称面を挟んで互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共に前記プラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、
   前記中心電極と前記外部電極の間に供給される前記プラズマの媒体を保持する媒体保持部と、
   各前記同軸状電極に対して放電電圧を印加する電圧印加装置と、
   を備え、
   前記中心電極と前記外部電極のうちの一方の電極は、
   前記中心電極と前記外部電極のうちの他方の電極と対向する側面に設けられ、前記他方の電極に向けて突出する第１の突部と、
   前記一方の電極の前記側面に設けられ、前記第１の突部から前記一方の電極の先端まで分布する第２の突部を含む起伏面を有し、
   前記起伏面における前記第２の突部は、前記第１の突部から前記一方の電極の先端に向けて延伸し且つ前記他方の電極に向けて突出する少なくとも１つの突起からなることを特徴とするプラズマ光源。