JPH02230601A

JPH02230601A - 高効率真空紫外光源装置

Info

Publication number: JPH02230601A
Application number: JP4993189A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Suzuki; 鈴木　節雄; Etsuo Noda; 悦夫野田; Osamu Morimiya; 森宮　脩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1990-09-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の１１的１（産業−１二の利用分〒ｆ）本発明は、放電からの１ｉｌ射光を利用し・た高効率真
空紫外光ＩＩＩ装置に関する。

（従来の技術》取汲い十、貞空雰囲気を必要と１るいわゆる真空紫外光
を得るための、例えば、波良１８０ｎｍ以下のム１空紫
外光源装ｌとしては、従来から用いられているものにパ
イ型ｌｌｌ電管ど叶ばれるものがある。第９図に代表的
’Ｃｉ　ｆｉＭ造例を示づ。以下に、この構造と動作に
ついて説明する。

π（パイ）字形状の放電管１には雷Ｉ４ｉ１３．１４が
設けられている。また、一般的に封入ガスは、希ガス、
水素あるいは重水素ぐある。放電管１の他喘から−１−
分に排気された後、ガスＧが封入される。Ｍ電管１の外
側は水Ｗの流れる冷７ＪＩ　ｎ　２　５で冷却されてい
る。直流電源１１から蓄積ｍｌンｆンサ９を充電しスイ
ッチ１０により電極１３．１４にパルスＭ圧を印加しバ
ルスｔｌｌＭを起こし、放電から允牛した紫外線（真空
紫外光）を放射窓４から取り出す。

（発明が解決しようとする課題）このような従来装置において、高出力の紫外線を得よう
どプると電流の立ち」二がりが早くしかもピーク電流の
大きな高密度放電で放電動作されることが要求されるが
、第９図に示す従来の構成であると電流の立ち」一がり
が余り♀くなく真空紫外光のｔｌｉ射効率が低下する欠
点があった。また、一般的にガスを封入しておくので不
純ガスの発生により真空紫外光の光強度が低下し、その
結果放射効率が低下する欠点も有していた。

即ち、従来の真空紫外光源装置において、放射効率の高
い真空紫外光源を実現するためには、前述のように立ち
上がり時間が早くしかもピーク電流の大きな１ｌｉ電が
要求される。真空紫外光、たとえばキセノンガスの共鳴
線である１４７ｎｌ１の波長の光を放電プラズマから取
り出す場合を考える。

共鳴線の励起エネルギは８．４ｅＶであるので、その場
合、電子の平均エネルギを大きくずることにより共鳴線
の励起速度をあげ励起原子密度を大きくとる必要がある
。そのためには、立ち上がりが早くしかも電流ピークの
大きなパルス放電が右効となる。しかし、大きな電流を
流し続けるとグ［１一放Ｍモードからアーク放電モード
となり電子の平均■ネルギが低くなり励起速度が低トす
る、，従って、アークｔＩｉ電が発生する前に放電を停
止しないと、放電電力は、貴空紫外発生にとって無駄な
電力となりその結果、放射効率の低下となる。

ガスの種類およびガス圧力により巽なるが、グロー放電
からアークＭ電への移行時間はおよそ０．１μｓ〜１μ
ｓ　（マイクロ秒）程度である。したがって、パルス放
電電流幅が長くても１μｓ以内にする必要がある。ただ
し、電流の立ら十がり時において、電子の平均エネルギ
が高いのでｆｆ［速度が大きい。したがって出来るだけ
電流の専ら上がり時間は、短い方が良い。実験的な検討
によればパルス放電の電流半値幅が１マイクロ秒稈庶以
下が良いことが分かった。また、繰り返し放電において
次の放電が始まるまでに十分にプラズマインピーダンス
が大きくなっていなければパルス電流の立ち上がりが早
くならない。したがって、パルス間隔をある値より大き
くしなければならない。

実験的な検討によれば、３０マイクロ秒より大きくする
ことが良いことが分かった。また、この様な電流の立ち
上がり時間の早いパルス放電を実現するためには、容か
移行型のパルス回路用いれば、比較的簡単に電流の立ち
上がりが早くしかも高密度の放電を行うことができるこ
とが分かった。従来のものは、構成［不十分であり、従
って真空紫外光の放射効率が低いしのであった。本発明
は、このような従来のものの欠点を解決ずるために行わ
れたもので、従来の真空票外光源装置より放射効率の高
い真空紫外光源装置を捉供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するだめの手段）本発明は、前記目的を達成１るため、ｔ１ｉ雷管に対向
配ｊした電極間にバルスＩｌｉ電を行ない放電プラズマ
から真空紫外光を発生させる真空紫外光源装置において
、電流パルスの半値幅が１マイクロ秒以下で、かつ、該
電流パルスの間隔が３０マイクロ秒以上でパルス放電を
動作させたこと、また、前記放電管に４−ｔ？ノン等の
希ガス、酸素、窒素、水素、重水累、または前記二種類
以ｊ−のガスを含んだ混合ガスを封入したこと、また、
前記放電管にガスを流すことを特徴とする高効率真空紫
外光源菰買を提供するものである。

（作用）／ｌ５［雷々流パルスの半埴幅が１マイク［］秒以下の
知かい時間であるため、グロー放電が、電力消費人なる
アーク放電に移行せずに終了Ｐ；１＋ｌ：　？Ｊる。

叉、パルス間隔は、３０マイク［】秒以１二の長い時間
であるため、次の１１ｉ電が始まるまでにプラズマイン
ピーダンスが十分人きくなっている、，これらの埋山で
、パルス電流の立ら上がりが早く、しかも電流のピーク
値が人となり、放電効率の高い真空票外光を得ることが
できる。

又、放電管の封入ガスを特定のガスに設定し、更にはそ
のガスを流すようにしてあるので、不純ガスが発生ぜず
、従って光強度の低下をＩＲ　＜ことがない。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実ｆＭ　［ｌｉｌ　）第１図に、本発明の一実施例を示す。１は放電管、２お
よび３はガスを通す中空のホロー電極、４は放ｏ４窓で
ある。５は雷！４ｉ端子とガス導入管を兼ねているもの
である。６は電極端子とガス導出管を兼ねているもので
ある。ガスＧ　Ｇ．ｔ導入管５および左側のホロー電極
３を経て放電管１に導かれ、右側のホ［１一電極２、及
び導出管６を通して排出される。又、７は冷却板、８は
ピーキングコンデンリ”、９は蓄積《充電》用コンデン
サ、１０はスイッチ素子、１１は直流電源である。ビー
キングコンデンサ８はｆｉｔ極２，３に並列に接続され
ている。ピーキングコンデンサ８は蓄積コンデンサ９よ
り容吊を小さくしてある。ガスは定常的に流される。本
実施例では、ガスの種類としてキセノンガスを使用した
。

放電起動の動作を以十に示１−。直流電源１１により蓄
積コンデンサ９を共振充電し、スイッチ素子１０により
蓄積″コンデンサ９より容吊の小さいビーキングコンデ
ンザ８に電荷を移動しこれを充電することにより、ボロ
ー電極２と３に電圧が印加され、電流の立ち上がり時間
の♀いバルスｆｌｉ雷が起動される。その実験結果を第
２図〜第４図に示づ。第２図にパルス放電電流どキセノ
ンガスの共鳴線１４７ｎ一の光波形及び電流波形を示す
。第２図（ａ　）は０．５マイクロ秒で走査した場合（
ｂ）は５０マイクロ秒で走査した場合の波形である。電
流波形は約０．１マイクロ秒の立も上がりである。また
電流は１マイクｑ秒持続しているのに対して光はおよそ
３０マイクロ秒アフターグ［ｌ一として持続しているこ
とが分かる。電流の立ち十がり部分では電子の平均■ネ
ルギは大きいので直接励起が盛んに行われる。従って、
光強度も電流の時間変化に対応してピークが現れる．，
ｆｌｉ雷開始後０．１マイクロ秒で電流が減少し、それ
以後電子の平均エネルギが低下する。さらに１マイクロ
秒以後次のパルス電圧がかかるまで放電が停止している
が、アフターグローが前述したように３０マイクロ秒程
度持続している。アフターグロ一が消えプラズマインピ
ーダンスが大きくなった状態で、つぎのパルス電圧が印
加されると電子の平均エネルギを十分大きくできる。し
たがって、実験結宋から電流パルス間隔を３０マイクロ
秒以上にすれば放射効率が大きくなることが准定される
。第２図（ｌ）》に示す如く電流波形は髭状ｒあるのに
対して光波形は三角波状であり、このため、図では平均
の光強度が強く放射効率が高いことを示している。また
、第３図はキセノンガスの共鳴線１４７ｎｍのスペクト
ルを示寸。第３図（ａ　）はガスを流した時、第３図（
ｂ）はガスを流さない時のスベク１・ルである。ガスを
流さない時のスペクトルは、１４７ｎｌｌのスベクｌ−
ル以外に不純物のスペクトルが梵生１るため、ガスを流
’ｌ−　１１ｉの光強度より半減し、放射効率が低下す
るものであることが理解できる。第４図に電流パルス半
値幅とキセノンガス共鳴線１４７ｎａ＋の放射効率の関
係を示す。電流パルス半値幅が小さくなるにしたがって
、放射効率ｔま大ぎくなることが分かる。以上のような
数値による放電動作は、コンデンサと３及び９の容吊、
電源電圧その他回路設計を適切にづることにＪこり達成
ざれる。

本発明の伯の実施例として、次に示ザバルス回路も有矯
である。即ち、それは第５図に示す磁気補助ＩｒＢ利用
のものである。電極２と電極３との間に、ビーキングコ
ンデンサ８が並列に接続され’Ｔ　Ｊ３り、さらに可飽
和インダクタンス１４と充電用コンデンサ９とスイッチ
ング素子１０が直列に接続されている。この実施例では
、充電用コンデンサ９に充電を行った後、スイッチング
素子１０により充電用コンデンサ９から可飽和インダク
タンス１４を通してコンデンサ８に電荷を移ｆＪ＋　ｔ
，、充電覆る。その場合、可飽和インダクタンス１４の
飽和１４ｉ化作用により回路電流を制限しスイッチ素子
１０でのエネルギ演費を少なくし、かつ電流パルス幅を
短くできるので、真空紫外光の放射効率を」Ｌげ、ざら
には長寿命化が可能となる。

また、第６図に示す磁気圧縮回路利用のものも有効であ
る。これは、電極２と電極３との間に、コンデンザ８が
並列に接続されており、さらに可飽和インダクタンス１
４と］ンデンυ１５が直列に接続されており、さらに該
］ンデンリ−１５と並列にインダクタンス１６、充電用
コンデンサ９およびスイッチ素子１０の直列回路が接続
されているものである。これにより、前記コンデンサ９
に充電を行った後、スイツヂング素子１０により」ンデ
ン４ｊ９からまずコンデンサ１５に、次に、可飽和イン
ダクタンス１４を通して＝ｌンデンサ８にＮ荷を移動し
、充電Ｊることにより、放＠電流パルスを電ｗ７ｉ誘導
作用にリづき圧縮して、パルス放電を行なうことにより
スイッチ素子１０でのエネルギ消費を少なくし、かつ電
流パルス幅を短くし放射効率を上げ、さらには長寿命化
が可能である。

また、第７図に示す反転分布回路利用のものもイ１効で
ある。これは、放電管１中に対向配買された雷樟３と電
極２との間に、コンデンサ８が並列に接続されており、
このコンデンサ８にさらにインダクタンス１７ど二涸の
充電用］ンＹン１１１８と１５との直列回路が並列に１
と続され、またスイッヂング素子１０が充電用コンデン
サ１８．１５の一方のコンデンサ１５と並列（二接続さ
れているもの“Ｃあり、充電用コンデンサ１８．１５に
充電を行った後、スイツヂング素子１０によりスイツヂ
ング素子１０と並列に接続されたコンデンサ１５を短絡
し、電圧を反転することにより、二倍の印加電圧を得て
スイッチ素子１０でのエネルギ消費を少なくし、かつ電
流パルス幅を短＜　ｂｆｌｉ用効率を十げ、さらには［
’命化がＬｌ１能なものである１，ざらに第８図に示？
７−　Ｊ．うに、可飽和インダクタンス１４、コンデン
サ８，１５を含む回路にパルストランス１９ど充電用］
ンデン１ｊ２０ど個体累子２１とを用いて低圧側で個体
累子２１でスイツブングすることにより高効率可能と見
ることもぐきる。

また、キセノン以外の希ガス、窒素、水素、重水素また
は前記二種類以上のガスを含んだ混合ガスを使用しても
本発明と同様の効宋が朋Ｉ！１できる。

なお、前述の各実施例ぐは放電管１にガスを流している
が、多少効率は落らるがガス月八式にしても本発明は適
用できる。本発明はこの９１４）に高効率であるので装
圃を小型化できる。

以上、本発明の効宋を逸脱しない範囲で、本発明はいろ
いろ（２真空票外光源装置に対して適用可能である。

［発明の効果１本発明は、Ｉｌｉ電管の対向配置１だ電極間に電流パル
スの半値幅が１マイクロ秒以下で、かつ、電流パルス間
隔が３０マイクロ秒以−１−て゛バルス敢電初作さｔ！
、またｊｌｉ電管内ガスを特定化し、ざらにガスを流す
ようにしたため、従来の貞空紫外光源より放射効率の大
きい高効率員空紫外光源装買を実現１ることが出来る。

また、ｔＩｌ射効率の向Ｌにより光源の小型化にもつな
がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の−実施例による真空紫外光源装置の要
部構成を示す図、第２図は１　４　７　ｎｌｌの光波形
および放電電流波形の時間変化を丞す図、第３図は１４
７ｎｍの光スベク１・ルを示す図、第４図は電流パルス
半値幅と１４７ｎｍの放射光率の関係を示１図、第５図
、第６図、第７図及び第８図は本発明の他の実施例を示
す図、第９図は従来のものの図である、，１・・・ＩＪｌｉ電管　　　　　　　　２，３・・・小
１ー電掩４・・・放射窓５．６・・・電極端子兼ガス導入出管７・・・冷却板８・・・ビーキングコンデンサ９・・・蓄積コンデンサ　　　　１０・・・スイッｙ−
県了１１・・・直流電源　　　　　　１２．１３・・・
電捗１４・・・可飽和イングクタンス１５．１．’３．２０・・・充ｉ１ｆ／ｒｌ−ｒンデン
リ１６．１７・・・インダクタンス１９・・・パルストランス　　　２１・・・個体素子代
迎人Ｊ＋’Ｊ江、三好９逮和１二放電管２．３：ホロー電極４：ＩＩｉ（ト）窓５：電極兼ガス導入管６：ｆｆｉ極兼ガス導出管８：ビーキングコンデンサ９：蓄積コンデンサ１０：スイッチング素子１１：直流Ｍ源０．５ＰＳ央図（０１５０戸処図（ｂ）第３図ｉａｌ２００ｎｍｌ００ｎｍ第３図ｌｂ＋第６図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）放電管に対向配置した電極間にパルス放電を行な
い放電プラズマから真空紫外光を発生させる真空紫外光
源装置において、電流パルスの半値幅が１マイクロ秒以
下で、かつ、該電流パルスの間隔が３０マイクロ秒以上
でパルス放電を動作させたことを特徴とする高効率真空
紫外光源装置。
（２）前記放電管にキセノン等の希ガス、酸素、窒素、
水素、重水素、または前記二種類以上のガスを含んだ混
合ガスを封入したことを特徴とする請求項（１）記載の
高効率真空紫外光源装置。
（３）前記放電管にガスを流すことを特徴とする請求項
（１）または（２）記載の高効率真空紫外光源装置。