JP7000721B2 - 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ためには、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る。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（換言すれば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発光量（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って、参照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且つ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（高電圧）を印加する電源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初期放電（初期プラズマ）を誘発する。この誘発は、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、或いは、中心電極と外部電極との間に放電電圧を印加した状態で、パルス状の高電圧を更に印加することによって遂行される。初期放電は中心電極の周りに分布し、プラズマの生成および成長を促しつつ電磁力によって中心電極の先端に向けて移動する。各同軸状電極のプラズマは電気エネルギーを受けつつ、各同軸状電極の間で融合し、閉じ込められ、収束することで、高温、高密度となる。そして、高温、高密度のプラズマからは、極端紫外光を含む光が放出される。

特開２０１３－０８９６３４号公報

特許文献１のプラズマ光源において、放電電圧は、中心電極間の電位を等しくするように各同軸状電極に印加されてもよく、中心電極間に電位差が発生するように各同軸状電極に印加されてもよい。前者の場合、電位差は主に、各同軸状電極における中心電極と外部電極との間に生じる。従って、電源装置の電流は、プラズマを介して、各同軸状電極の中心電極と外部電極との間を流れることになる。

一方、後者の場合、電位差は各同軸状電極における中心電極と外部電極との間に加え、各中心電極の間にも発生する。従って、電源装置の電流は、プラズマが各同軸状電極における中心電極と外部電極との間を移動している間は、移動中のプラズマを介して中心電極と外部電極との間を流れ、プラズマが融合した後は、融合したプラズマを介して２つの中心電極の間を流れる。換言すれば、プラズマは、中心電極と外部電極との間を流れる電流によって加熱される状態から、２つの中心電極の間を流れる電流によって加熱される状態に移行する。以下、説明の便宜上、この現象を「リコネクション」と称する。なお、電流経路が切り替わる際、短時間ではあるが、上述した２つの状態が重畳する期間が存在する。

中心電極間に電位差がある場合（即ち上述した後者の場合）、プラズマを加熱する電流は、当該プラズマを介して中心電極間を流れる。この電流はＺピンチ効果を生むため、プラズマの加熱及び高密度化を促進させることができる。しかしながら、一般的な傾向として、プラズマ中を流れる電流経路が一旦確立してしまうと、その経路を変更することは困難である。上述のリコネクションも電流経路の変更を伴う現象であるため、これが生じにくくなる場合も起こり得る。その場合、プラズマの加熱や高密度化（即ちプラズマ圧の増加）が促進されにくくなってしまう。

本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであって、参照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、単位時間当たりの発光出力を向上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、参照面に直交する軸線の周りに設けられる複数の外部電極、および、前記外部電極よりも前記軸線に近い位置に設けられる少なくとも１つの第１中心電極を有し、前記参照面を挟んで互いに対向配置される一対の同軸状電極と、前記参照面と前記軸線の交点を挟んで対向配置される一対の第２中心電極と、各前記同軸状電極における前記第１中心電極と前記外部電極の間に供給されるプラズマの媒質を保持する保持部と、各前記同軸状電極における前記第１中心電極と前記外部電極の間に第１放電電圧を印加する第１放電回路と、前記一対の第２中心電極の間に第２放電電圧を印加する第２放電回路と、各前記同軸状電極の前記第１中心電極と前記外部電極の間に放電を誘発させる放電誘発装置と、を備え、各前記第２中心電極は、対応する同軸状電極において前記軸線上に位置することを要旨とする。

前記第１中心電極は、前記軸線の周りに設けられた複数の棒状電極からなっていてもよい。

前記第１中心電極は、前記軸線を中心軸とする筒状電極からなっていてもよい。

本発明の他の一態様はプラズマ光源であって、参照面に直交する軸線の周りに設けられる複数の外部電極、および、前記外部電極よりも前記軸線に近い位置に設けられる少なくとも１つの第１中心電極を有し、前記参照面を挟んで互いに対向配置される一対の同軸状電極と、前記参照面と前記軸線の交点を挟んで対向配置される一対の第２中心電極と、各前記同軸状電極における前記第１中心電極と前記外部電極の間に供給されるプラズマの媒質を保持する保持部と、各前記同軸状電極における前記第１中心電極と前記外部電極の間に第１放電電圧を印加する第１放電回路と、前記一対の第２中心電極の間に第２放電電圧を印加する第２放電回路と、各前記同軸状電極の前記第１中心電極と前記外部電極の間に放電を誘発させる放電誘発装置と、を備え、前記一対の第２中心電極は前記参照面上に位置していることを要旨とする。

前記プラズマ光源は、各前記第２中心電極と、前記第１中心電極及び前記外部電極のうち前記第２中心電極に近い電極との間に設けられる絶縁部材を更に備えてもよい。

本発明によれば、参照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、単位時間当たりの発光出力を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るプラズマ光源を示す概略構成図である。 図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す図である。 本発明の各実施形態に係るプラズマ光源の電気系統を示す図であり、（ａ）は第１放電回路の回路図の一例、（ｂ）は第２放電回路の回路図の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るプラズマ光源の動作を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るプラズマ光源を示す概略構成図である。 図５のＶＩ－ＶＩ断面を示す図である。 本発明の各実施形態に係るプラズマ光源の変形例を示す図であり、（ａ）は第１実施形態の変形例、（ｂ）は第２実施形態の変形例を示す図である。

以下、本発明の各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。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係るプラズマ光源を示す概略構成図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す図である。図３は、第１実施形態及び後述の第２実施形態に係るプラズマ光源の電気系統を示す図であり、図３（ａ）は第１放電回路の回路図の一例、図３（ｂ）は第２放電回路の回路図の一例を示す図である。

図１～図３に示すように、プラズマ光源は、一対の同軸状電極１０、１０と、一対の第２中心電極１３、１３と、保持部１４と、第１放電回路２０と、第２放電回路３０と、放電誘発装置としてのレーザー装置４０とを備える。

まず、本実施形態のプラズマ光源における各電極および保持部について説明する。
一対の同軸状電極１０、１０は、参照面１に直交し且つ各同軸状電極１０に共通する単一の軸線（中心軸）Ｚに沿って設置されている。また、一対の同軸状電極１０、１０は、参照面１を挟んで設置され、先端側（後述の面状放電２ｂが放出される側）が互いに対向している。後述するように、各同軸状電極１０は、参照面１に向けて進行するプラズマを発生する。即ち、本実施形態のプラズマ光源は、対向型プラズマフォーカス方式を採用したプラズマ源でもある。なお、各同軸状電極１０から参照面１までの距離は等しくてもよく、異なっていてもよい。

各同軸状電極１０は、複数の外部電極１１と、少なくとも１つの第１中心電極１２と、を有する。外部電極１１及び第１中心電極１２は、後述の第２中心電極１３と共にセラミック等の絶縁体（図示せず）によって支持されている。

外部電極１１は第１中心電極１２の外周を囲むように設けられ、軸線Ｚを中心とした円周に沿って角度θ毎に配置される。図２に示す例では、６本の外部電極１１が軸線Ｚの周りで６０°毎に配置されている。外部電極１１は、参照面１に向かって延びる棒状体であり、その直径は例えば３ｍｍである。外部電極１１は、高温に対して耐性をもつ導電材質によって形成される。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。

外部電極１１は第１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あるいは面状放電２ｂの形成の容易性から、各外部電極１１は第１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。ただし、本発明はこのような配列に限定されない。また、外部電極１１の本数も図２に示す６本に限られることなく、第１中心電極１２及び外部電極１１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。

図１に示すように、外部電極１１の延伸方向は、参照面１に近づくに連れて軸線Ｚとの距離が小さくなるように傾斜していてもよい。また、外部電極１１の延伸方向は、軸線Ｚに平行でもよい。何れの場合も、各外部電極１１は第１中心電極１２と略平行に配置される。

第１中心電極１２は、外部電極１１よりも軸線Ｚに近い位置に設けられる。また、第１中心電極１２は、軸線Ｚを中心軸とする筒状電極である。外部電極１１と同じく、第１中心電極１２も、高温に対して耐性をもつ導電材質によって形成される。

図１に示すように、第１中心電極１２の側面１２ａは、参照面１に近づくに連れて軸線Ｚとの距離が小さくなるように傾斜していてもよい。即ち、第１中心電極１２は、参照面１に向く頂点を欠いた、中空の円錐形状を有してもよい。また、第１中心電極１２の延伸方向は、軸線Ｚに平行でもよい。この場合、第１中心電極１２は一定の直径を有する筒状に形成される。何れの場合も、第１中心電極１２の側面は各外部電極１１と略平行となるように形成される。

また、図２中の点線で示すように、第１中心電極１２は、外部電極１１よりも軸線Ｚに近い位置において、軸線Ｚを中心とした円周に沿って角度θ毎に複数配置されてもよい。この場合、第１中心電極１２は、外部電極１１と同様に、参照面１に向けて延びる複数の棒状電極として形成され、各棒状電極は最も近接する外部電極１１と共に、軸線Ｚを含む平面上に位置する。即ち、第１中心電極１２及び外部電極１１は、軸線Ｚを基準として同じ位相に位置する。この場合、第１中心電極１２が円筒電極である場合と比較して、部品点数が増えるものの、後述の初期放電２ａの発生個所の設定が容易になる。

一対の第２中心電極１３は、参照面１と軸線Ｚの交点Ｐを挟んで軸線Ｚ上に対向配置される。また、各第２中心電極１３は、対応する同軸状電極１０において軸線Ｚ上に位置している。第２中心電極１３は、軸線Ｚの周りに形成された側面１３ａと、参照面１に面する先端部１３ｂとを有し、その直径は例えば５ｍｍである。外部電極１１や第１中心電極１２と同じく、第２中心電極１３も、高温に対して耐性をもつ導電材質によって形成される。

第２中心電極１３の先端部１３ｂは、参照面１に対向する半球状の曲面を有する。ただし、参照面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、軸線Ｚに沿って窪んだ凹部（図示せず）を設けてもよい。

保持部１４は、第１中心電極１２と外部電極１１との間に供給されるプラズマ媒質６を保持する。保持部１４は、プラズマ媒質６を保持する容器として或いはプラズマ媒質６自体で構成され、軸線Ｚから見て、隣接する２本の外部電極１１の間に位置している。また、保持部１４は同軸状電極１０の外側に設置される。この場合の「外側」とは、例えば、各外部電極１１の中心によって囲まれる領域外の空間を意味する。

図２に示すように、保持部１４は同軸状電極１０の周りに複数設けられ、軸線Ｚ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。即ち、同軸状電極１０へのプラズマ媒質６の供給箇所は、軸線Ｚに対して対称に分布していることが望ましい。ただし、保持部１４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４１の照射点を含むプラズマ媒質６の表面は、プラズマ媒質６の放出角特性を考慮して、外部電極１１と第１中心電極１２の間の空間あるいは第１中心電極１２に向いている。

プラズマ媒質６の組成は、必要な紫外光の波長に応じて選択される。プラズマ媒質６は、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、６．７ｎｍの紫外光が必要な場合はガドリニウム（Ｇｄ）やテルビウム（Ｔｂ）を含み、３～４ｎｍの紫外光が必要な場合はＢｉ（ビスマス）を含む。

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３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、プラズマ光源は、第１放電回路２０と、第２放電回路３０とを備える。第１放電回路２０は、各同軸状電極１０における第１中心電極１２と外部電極１１の間に第１放電電圧を印加する。第２放電回路３０は、一対の第２中心電極１３、１３の間に第２放電電圧を印加する。第１放電回路２０には、第１放電電圧の電気エネルギーを供給する第１電源ユニット２３が接続されている。一方、第２放電回路３０には、第２放電電圧の電気エネルギーを供給する第２電源ユニット３３が接続されている。このように、第１放電回路２０と第２放電回路３０はそれぞれ回路的に独立に設けられている。即ち、両者は互いの誘導電流に干渉されないように構成されている。これは、例えば、各電源ユニットを個別に用意することで達成できる。

図３（ａ）に示すように、第１放電回路２０は、第１エネルギー蓄積回路２１と、第１放電電流阻止回路２２とを備える。第１電源ユニット２３は第１放電電圧を発生する高圧電源を備え、その出力は、各同軸状電極１０の第１中心電極１２に接続している。第１放電電圧は、初期放電（初期プラズマ）２ａの誘発、成長及び加速に必要な値（例えば５ｋＶ）に設定される。

ところで、第１中心電極１２の周囲には外部電極１１が複数設けられている。理想的な放電を得るには、全ての外部電極１１と第１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、第１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、第１電源ユニット２３から供給される電気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、第１エネルギー蓄積回路２１は、第１放電電圧の電気エネルギーを外部電極１１毎に蓄積する。第１エネルギー蓄積回路２１は、例えば図３（ａ）に示すように、第１中心電極１２及び第１電源ユニット２３の出力と、各外部電極１１との間を個別に接続する複数のコンデンサＣ１で構成される。各コンデンサＣ１は、放電のピーク時に２ｋＡ程度の放電電流を流すことが可能な静電容量を持っている。

第１エネルギー蓄積回路２１を外部電極１１毎に設けることで、全ての外部電極１１において放電を発生させることができる。即ち、第１電源ユニット２３で生成された電気エネルギーが、各同軸状電極１０の何れかの箇所において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、第１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。また、この放電に必要な電気エネルギーは第１エネルギー蓄積回路２１が蓄積する。従って、第１電源ユニット２３自体の電流容量を小さくすることができる。

第１放電電流阻止回路２２は、放電電流が帰還することを阻止する。第１放電電流阻止回路２２は、例えば図３（ａ）に示すように、各外部電極１１を接地させるインダクタＬ１で構成される。インダクタＬ１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、第１中心電極１２及び外部電極１１を経由した放電電流を、その発生源である第１エネルギー蓄積回路２１に戻すことができる。つまり、第１放電電流阻止回路２２は、各コンデンサＣ１に蓄積された電気エネルギーが、当該コンデンサＣ１に直結した外部電極１１以外の外部電極１１に供給されることを防止する。従って、軸線Ｚの周りの放電分布に偏りが生じることを防止できる。

なお、第１電源ユニット２３の出力は、各外部電極１１に接続されていてもよい。この場合、第１エネルギー蓄積回路２１及び第１放電電流阻止回路２２は、第１中心電極１２に接続される。

図３（ｂ）に示すように、第２放電回路３０は、第２エネルギー蓄積回路３１と、第２放電電流阻止回路３２とを備える。第２電源ユニット３３は第２放電電圧を発生する高圧電源を備え、その出力は、一対の第２中心電極１３、１３のうちの一方に接続している。第２放電電圧は、各同軸状電極１０（一対の第２中心電極１３、１３）の間に移動したプラズマの加熱に必要な値（例えば５ｋＶ）に設定される。

第１エネルギー蓄積回路２１の機能と同様に、第２エネルギー蓄積回路３１も第２放電電圧の電気エネルギーを蓄積する。第２エネルギー蓄積回路３１は、例えば図３（ｂ）に示すように、第２中心電極１３のうちの他方と第２電源ユニット３３の出力との間を接続するコンデンサＣ２で構成される。コンデンサＣ２は、放電のピーク時に２ｋＡ程度の放電電流を流すことが可能な静電容量を持っている。つまり、一対の第２中心電極１３、１３間のプラズマを加熱するために必要な電気エネルギーは第２エネルギー蓄積回路３１が蓄積する。従って、第２電源ユニット３３自体の電流容量を小さくすることができる。

第１放電電流阻止回路２２の機能と同様に、第２放電電流阻止回路３２も放電電流が帰還することを阻止する。第２放電電流阻止回路３２も、例えば図３（ｂ）に示すように、一対の第２中心電極１３、１３のうち、第２電源ユニット３３の出力に接続されない電極を接地させるインダクタＬ２で構成される。インダクタＬ２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、各第２中心電極１３を経由した放電電流を、その発生源である第２エネルギー蓄積回路３１に戻すことができる。

なお、第１放電回路２０と第２放電回路３０に、一台の電源ユニットを接続してもよい。この場合、例えば、第２電源ユニット３３を省略し、第１電源ユニット２３の出力を第２放電回路３０のＡ点（即ち、一対の第２中心電極１３、１３のうちの一方）に接続する。或いは、その逆の構成でもよい。

次にレーザー装置４０について説明する。
本実施形態のレーザー装置４０は、プラズマ媒質６を含むプラズマ３の初期放電（初期プラズマ）２ａを、各同軸状電極１０の第１中心電極１２と各外部電極１１との間に発生させる放電誘発装置として機能する。即ち、レーザー装置４０は、保持部１４にレーザー光４１を照射することで、プラズマ媒質６を放出させると共に、第１放電回路２０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４１として出力する。パルスの周波数は例えば数～数十ｋＨｚであり、これはプラズマ光源における発光周波数でもある。レーザー光４１は、ハーフミラー等の光学素子によって分岐し、保持部１４に照射される。レーザー光４１が照射された保持部１４では、レーザー光４１のアブレーションによって、プラズマ媒質６が中性粒子又はイオンとなって放出される。

なお、放電誘発装置として、レーザー装置４０の代わりに放電発生装置（図示せず）を用いてもよい。放電発生装置は、ギャップスイッチ（図示せず）と、このギャップスイッチに接続するパルス電源（図示せず）とを備える。ギャップスイッチは、第１中心電極１２或いは外部電極１１と第１放電回路２０との間に挿入され、パルス電源からのトリガー電圧を受けることでオンになる。ギャップスイッチがオンになると、第１中心電極１２と外部電極１１の間に第１放電回路２０の高電圧が瞬間的に印加され、初期放電２ａが発生する。なお、放電発生装置は周知のものでよく、例えば特開２０１３－８９６３４号公報に示された回路が適用できる。この場合、初期放電２ａの発生に伴ってプラズマ媒質６が放出されるように、保持部１４は初期放電２ａの発生箇所或いはその近傍に設置される。例えば、保持部１４は第１中心電極１２の側面１２a或いは外部電極１１の側面に設置される。

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４は、本実施形態に係るプラズマ光源の動作を説明するための図である。まず、一対の同軸状電極１０が設置された真空槽（図示せず）が排気され、プラズマ３の発生に適した温度及び圧力（真空度）に保持される。次に、第１放電回路２０によって各同軸状電極１０に第１放電電圧が印加され、第２放電回路３０によって一対の第２中心電極１３、１３間に第２放電電圧が印加される。

各同軸状電極１０に第１放電電圧が印加された状態で、レーザー光４１が各保持部１４に照射される。レーザー光４１は各保持部１４内のプラズマ媒質６を蒸発させ、蒸発したプラズマ媒質（即ち媒質ガス）６は各同軸状電極１０の第１中心電極１２と各外部電極１１との間に供給される。即ち、レーザー光４１のアブレーションによりプラズマ媒質６は中性ガス又はイオンとなって、各同軸状電極１０の第１中心電極１２と外部電極１１との間に拡散する。

上述の通り、レーザー光４１の照射時には既に、第１放電電圧が第１中心電極１２と各外部電極１１の間に印加されている。従って、アブレーションの発生により、第１中心電極１２と各外部電極１１間の初期放電（初期プラズマ）２ａが誘発される。

初期放電２ａは、自己の電流及び磁場によるローレンツ力を受け、参照面１に向けて進行する。また、初期放電２ａは、アブレーションによって放出されたプラズマ媒質６を電離しつつ取り込みながら、軸線Ｚの周りに分布する面状放電２ｂに成長する。このときの面状放電２ｂは、軸線Ｚから見て略環状に分布する。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。

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の放電電流の出発点は第１中心電極１２の側面１２ａから先端部１２ｂに移行する。換言すれば、放電電流は先端部１２ｂから集中的に流れ出す。この電流密度の増加によってピンチ効果が促進され、面状放電２ｂは軸線Ｚに向けて収縮する。

各同軸状電極１０の先端で収縮を開始した面状放電２ｂは、一対の第２中心電極１３、１３間で融合し、プラズマ媒質６を成分とする単一のプラズマ３になる。即ち、各同軸状電極１０で発生したプラズマは、第１中心電極１２と外部電極１１との間を流れる電流によって加熱される状態から、両者の融合を経て、２つの第２中心電極１３、１３の間を流れる電流によって加熱される単一のプラズマ３に移行する。

上述の通り、一対の第２中心電極１３、１３間には第２放電電圧が既に印加されているため、プラズマ３には第２放電回路３０（第２エネルギー蓄積回路３１）からの電流が流れ出す。この電流は、プラズマ３に対するピンチ効果を促進すると共に、プラズマ３内のプラズマ媒質６の電離を促進する。その結果、プラズマ３の密度及び温度が上昇し、プラズマ３からは極端紫外光を含む光が放射される。

本実施形態では、第１放電回路２０が各同軸状電極１０においてプラズマを発生及び成長させた後、第２放電回路３０が各同軸状電極１０の間に到達したプラズマを更に加熱する。つまり、プラズマをその初期から成長させるために費やされる電気エネルギーと、成長後のプラズマを更に加熱するために費やされる電気エネルギーとが分離している。換言すれば、単一の電気エネルギーがプラズマの発生から最終的な加熱までを担う場合と比較して、プラズマの発生及び成長のための電気エネルギーと、最終的な加熱を遂行するための電気エネルギーとが常に確保されている。従って、プラズマ中を流れる電流は、当該プラズマの発生及び成長のための経路から、最終的な加熱を遂行する経路へ円滑に移行する。換言すれば、上述のリコネクションを模擬するように、第１中心電極１２と外部電極１１との間と、一対の第２中心電極１３、１３間で、別々の放電が生じる。これにより、Ｚピンチによる最終的な加熱と高密度化を安定に行うことができ、単位時間当たりの発光出力を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について説明する。
第１実施形態に対する第２実施形態の相違点は、第１中心電極１２の形状及び配置、並びに、第２中心電極１３の配置だけであり、その他の構成については両者において同一である。従って、第２実施形態の電気系統については、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すものが適用される。以下、上述の相違点だけを説明し、重複する構成の説明を省略する。

図５は、第２実施形態に係るプラズマ光源を示す概略構成図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ断面を示す図である。図５及び図６に示すように、本実施形態では、各同軸状電極１０の第１中心電極１２が軸線Ｚ上に配置される。即ち、第１中心電極１２は、外部電極１１よりも軸線Ｚに近い位置に設けられ、その軸線Ｚとの距離はゼロとも言える。また、第１中心電極１２は、外部電極１１の配置及び延伸方向に合わせて、略円錐状に形成されている。

一方、一対の第２中心電極１３は参照面１上に位置する。換言すれば、一対の第２中心電極１３は、参照面１と軸線Ｚの交点Ｐを挟んで参照面１上に対向配置される。図６に示すように、一対の第２中心電極１３は、例えば、軸線Ｚの延伸方向から見て、互いに隣接する２つの外部電極１１の間に配列する。

本実施形態においても、第１放電回路２０（図３（ａ）参照）は、各同軸状電極１０における第１中心電極１２と外部電極１１の間に第１放電電圧を印加する。また、第２放電回路３０は、一対の第２中心電極１３、１３の間に第２放電電圧を印加する。従って、第１実施形態と同じく、第１放電回路２０が各同軸状電極１０においてプラズマを発生及び成長させた後、第２放電回路３０が各同軸状電極１０の間に到達したプラズマを更に加熱する。各同軸状電極１０から放出された面状放電２ｂは融合し、軸線Ｚに向けて収縮し、２つの第２中心電極１３、１３の間で加熱される単一のプラズマ３に移行する。第１実施形態と同じく、第２中心電極１３の間に流れる電流は、第１放電回路２０から独立した第２放電回路３０から供給される。従って、第１実施形態と同じく、単位時間当たりの発光出力を向上させることができる。

次に上記各実施形態の変形例について説明する。
図７は、本発明の実施形態に係るプラズマ光源の変形例を示す図であり、図７（ａ）は第１実施形態の変形例、図７（ｂ）は第２実施形態の変形例を示す図である。これらの図に示すように、プラズマ光源は、各第２中心電極１３と、第１中心電極１２及び外部電極１１のうち第２中心電極１３に近い電極との間に設けられる絶縁部材１５を更に備えてもよい。例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、絶縁部材１５は第２中心電極１３の側面（外周面）を囲み且つ第２中心電極１３の先端を露出させる筒状に形成される。絶縁部材１５は例えばセラミックを用いて形成される。

上述の通り、プラズマ光源が稼働している間は、第１放電電圧が第１中心電極１２と各外部電極１１の間に印加され、第２放電電圧が一対の第２中心電極１３、１３間に印加されている。一方、最終的なプラズマ３を得るには、電流経路の変更が必要である。従って、何れの実施形態においても、第２中心電極１３とこれに最も近い電極は互いに近接し、且つ、両電極間には大きな電位差が生じている。従って、レーザーアブレーション等によって両電極間に不測の放電が発生するおそれがある。絶縁部材１５はこの発生を防止し、単位時間当たりの発光出力の向上に寄与する。

なお、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。

１…参照面、２ａ…初期放電、２ｂ…面状放電、３…プラズマ、６…プラズマ媒質、１０…同軸状電極、１１…外部電極、１２…第１中心電極、１３…第２中心電極、１４…保持部、１５…絶縁部材、２０…第１放電回路、２１…第１エネルギー蓄積回路、２２…第１放電電流阻止回路、２３…第１電源ユニット、３０…第２放電回路、３１…第２エネルギー蓄積回路、３２…第２放電電流阻止回路、３３…第２電源ユニット、４０…レーザー装置（放電誘発装置）、４１…レーザー光、Ｚ…軸線（中心軸）、Ｐ…交点

Claims (5)

1. 参照面に直交する軸線の周りに設けられる複数の外部電極、および、前記外部電極よりも前記軸線に近い位置に設けられる少なくとも１つの第１中心電極を有し、前記参照面を挟んで互いに対向配置される一対の同軸状電極と、
   前記参照面と前記軸線の交点を挟んで対向配置される一対の第２中心電極と、
   各前記同軸状電極における前記第１中心電極と前記外部電極の間に供給されるプラズマの媒質を保持する保持部と、
   各前記同軸状電極における前記第１中心電極と前記外部電極の間に第１放電電圧を印加する第１放電回路と、
   前記一対の第２中心電極の間に第２放電電圧を印加する第２放電回路と、
   各前記同軸状電極の前記第１中心電極と前記外部電極の間に放電を誘発させる放電誘発装置と、
   を備え、
   各前記第２中心電極は、対応する同軸状電極において前記軸線上に位置するプラズマ光源。
2. 前記第１中心電極は、前記軸線の周りに設けられた複数の棒状電極からなる請求項１に記載のプラズマ光源。
3. 前記第１中心電極は、前記軸線を中心軸とする筒状電極からなる請求項１に記載のプラズマ光源。
4. 参照面に直交する軸線の周りに設けられる複数の外部電極、および、前記外部電極よりも前記軸線に近い位置に設けられる少なくとも１つの第１中心電極を有し、前記参照面を挟んで互いに対向配置される一対の同軸状電極と、
   前記参照面と前記軸線の交点を挟んで対向配置される一対の第２中心電極と、
   各前記同軸状電極における前記第１中心電極と前記外部電極の間に供給されるプラズマの媒質を保持する保持部と、
   各前記同軸状電極における前記第１中心電極と前記外部電極の間に第１放電電圧を印加する第１放電回路と、
   前記一対の第２中心電極の間に第２放電電圧を印加する第２放電回路と、
   各前記同軸状電極の前記第１中心電極と前記外部電極の間に放電を誘発させる放電誘発装置と、
   を備え、
   前記一対の第２中心電極は前記参照面上に位置するプラズマ光源。
5. 前記第２中心電極と、前記第１中心電極及び前記外部電極のうち前記第２中心電極に近い電極との間に設けられる絶縁部材を更に備える請求項１から４の何れか一項に記載のプラズマ光源。

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