KR101431748B1 - 플라즈마 광원과 플라즈마 광의 발생 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 아이에이치아이
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Abstract

대향 배치된 1쌍의 동축상 전극(10)과, 동축상 전극 내부에 플라즈마 매체를 공급하고, 또한 플라즈마 발생에 적합한 온도 및 압력으로 유지하는 방전 환경 유지 장치(20)와, 각 동축상 전극에 극성을 반전시킨 방전 접압을 인가하는 전압 인가 장치(30)를 구비하고, 1쌍의 동축상 전극 사이에 관상 방전(4)을 형성하여 플라즈마(3)를 축 방향으로 구속한다.

Description

플라즈마 광원과 플라즈마 광의 발생 방법{PLASMA LIGHT SOURCE AND PLASMA LIGHT GENERATION METHOD}
본 발명은 EUV(Extreme Ultra Violet) 방사를 위한 플라즈마 광원과 플라즈마 광의 발생 방법에 관한 것이다.
차세대 반도체의 미세 가공을 위하여 극자외선 광원을 이용하는 리소그래피(lithography)가 기대되고 있다. 리소그래피란, 회로 패턴이 그려진 마스크를 통해 빛이나 빔을 실리콘 기판상에 축소 투영하고, 레지스트 재료를 감광시킴으로써 전자 회로를 형성하는 기술이다. 광리소그래피(optical lithography)로 형성되는 회로의 최소 가공 치수는 기본적으로는 광원의 파장에 의존하고 있다. 따라서, 차세대 반도체 개발에는 광원의 단파장화가 필수이며, 이 광원 개발을 향한 연구가 진행되고 있다.
차세대 리소그래피 광원으로서 가장 유력시되고 있는 것이 극자외선 광원(EUV: Extreme Ultra Violet)이며, 대략 1~100㎚의 파장 영역의 빛을 의미한다. 이 영역의 빛은 모든 물질에 대하여 흡수율이 높아서 렌즈 등의 투과형 광학계를 이용할 수 없기 때문에, 반사형 광학계를 이용하게 된다. 또한, 극자외선 영역의 광학계는 개발이 매우 곤란하며, 한정된 파장에서밖에 반사 특성을 나타내지 않는다.
현재, 13.5㎚에 감도를 가지는 Mo/Si 다층막 반사경이 개발되어 있으며, 이 파장의 빛과 반사경을 조합한 리소그래피 기술이 개발되면, 30㎚ 이하의 가공 치수를 실현할 수 있을 것으로 예측되고 있다. 더더욱 미세 가공 기술의 실현을 위해서는 파장 13.5㎚의 리소그래피 광원의 개발이 급선무이며, 높은 에너지 밀도 플라즈마로부터의 복사광이 주목받고 있다.
광원 플라즈마 생성은 레이저 조사 방식(LPP: Laser Produced Plasma)과 펄스 파워 기술에 의해 구동되는 가스 방전 방식(DPP: Discharge Produced Plasma)으로 크게 나눌 수 있다. DPP는 투입한 전력이 직접 플라즈마 에너지로 변환되므로 LPP에 비해 변환 효율에서 우위인데다, 장치가 소형이고 저비용이라는 이점이 있다.
플라즈마에서 유효 파장 영역(in-band)의 방사광으로의 변환 효율(Plasma Conversion Efficiency: P. C. E)은 다음 식 (1)과 같이 나타내어진다.
P. C. E=(Pinband×τ)/E…(1)
여기서, Pinband는 유효 파장 영역의 EUV 방사광 출력, τ는 방사 지속 시간, E는 플라즈마에 투입된 에너지이다.
유효 파장 영역에 방사 스펙트럼을 가지는 원소로서는 Xe, Sn, Li 등이 대표적이며, 실험의 용이성, 취급 용이성으로 인하여 개발 초기에는 Xe을 중심으로 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 최근에는 고출력, 고효율을 이유로 Sn이 주목을 받아 연구가 진행되고 있다. 또한, In-band 영역에 정확히 Lyman-α 공명선을 가지는 수소꼴(hydrogenlike) Li 이온(Li2 +)에 대한 기대도 높아지고 있다.
고온 고밀도 플라즈마로부터의 방사 스펙트럼은, 기본적으로는 타겟 물질의 온도와 밀도에 의해 정해지며, 플라즈마의 원자 과정을 계산한 결과에 따르면, EUV 방사 영역의 플라즈마로 하기 위해서는 Xe, Sn의 경우에 전자 온도, 전자 밀도가 각각 10~30eV, 1018㎝-3정도, Li의 경우에 20eV, 1018㎝-3 정도가 최적으로 여겨지고 있다.
한편, 상술한 플라즈마 광원은 비특허문헌 1, 2 및 특허문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2004-226244호 공보, ‘극자외선 광원 및 반도체 노광 장치’
비특허문헌 1: 사토 히로토 외, ‘리소그래피용 방전 플라즈마 EUV 광원’, OQD-08-28 비특허문헌 2: Jeroen Jonkers, "High power extreme ultra-violet(EUV) light sources for future lithography", Plasma Sources Science and Technology, 15(2006) S8~S16
EUV 리소그래피 광원에는 높은 평균 출력, 미소한 광원 사이즈, 비산 입자(잔사(debris))가 적을 것 등이 요구된다. 현재로서는, EUV 발광량이 요구 출력에 대해 매우 낮아서 고출력화가 큰 과제의 하나이지만, 한편으로 고출력화를 위해서 입력 에너지를 크게 하면 열 부하에 의한 데미지가 플라즈마 생성 장치나 광학계의 수명 저하를 초래한다. 따라서, 높은 EUV 출력과 낮은 열 부하를 모두 만족하기 위해서는 높은 에너지 변환 효율이 필요 불가결하다.
플라즈마 형성 초기에는 가열이나 전리(電離)에 많은 에너지를 소비하는데다가, EUV를 방사하는 고온 고밀도 상태의 플라즈마는 일반적으로 급속히 팽창되기 때문에, 방사 지속 시간 τ가 극단적으로 짧다. 따라서, 변환 효율을 개선하기 위해서는, 플라즈마를, EUV 방사를 위해 적합한 고온 고밀도 상태로 장시간(μsec 단위로) 유지하는 것이 중요해진다.
Sn이나 Li 등의 상온에서 고체인 매체는 스펙트럼 변환 효율이 높은 반면, 플라즈마 생성에 용융, 증발 등의 상(相) 변화를 수반하기 때문에, 중성 입자 등의 잔사(방전에 수반하는 파생물)에 의한 장치 내 오염의 영향이 커진다. 그 때문에, 타겟 공급, 회수 시스템 강화도 마찬가지로 요구된다.
현재의 일반적인 EUV 플라즈마 광원의 방사 시간은 100nsec 정도이며 출력이 극단적으로 부족하다. 산업 응용을 위해 높은 변환 효율과 높은 평균 출력을 양립시키기 위해서는 1샷(shot)에 1~5μsec의 EUV 방사 시간을 달성할 필요가 있다. 즉, 높은 변환 효율을 가지는 플라즈마 광원을 개발하기 위해서는, 각각의 타겟에 적합한 온도 밀도 상태의 플라즈마를 1~5μsec(적어도 1μsec 이상) 구속하여, 안정된 EUV 방사를 달성할 필요가 있다.
또한, 종래의 모세관(capillary) 방전에서는, 플라즈마가 모세관 내부에 갇혀 버리기 때문에, 유효 방사 입체각이 작다는 단점도 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, EUV 방사를 위한 플라즈마 광을 장시간(μsec 단위로) 안정적으로 발생시킬 수 있고, 구성 기기의 열 부하에 의한 데미지가 작고, 발생한 플라즈마 광의 유효 방사 입체각을 크게 할 수 있고, 플라즈마 매체를 연속해서 공급할 수 있는 플라즈마 광원과 플라즈마 광의 발생 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따르면, 대향 배치된 1쌍의 동축상(同軸狀) 전극과, 이 동축상 전극 내부에 플라즈마 매체를 공급하고, 또한 플라즈마 발생에 적합한 온도 및 압력으로 유지하는 방전 환경 유지 장치와, 각 동축상 전극에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가하는 전압 인가 장치를 구비하고,
1쌍의 동축상 전극 사이에 관상(管狀) 방전을 형성하여 플라즈마를 축 방향으로 구속하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 각 동축상 전극은, 단일한 축선상으로 연장되는 봉상의 중심 전극과, 이 중심 전극을 일정한 간격을 두고 둘러싸는 관상의 가이드 전극과, 중심 전극과 가이드 전극 사이에 위치하고 그 사이를 절연하는 링상의 절연체로 이루어지고,
1쌍의 동축상 전극의 각 중심 전극은, 상기 동일한 축선상에 위치하고, 또한 서로 일정한 간격을 두고 대칭적으로 위치한다.
상기 전압 인가 장치는, 일방의 동축상 전극의 중심 전극에 그 가이드 전극보다 높은 양(positive)의 방전 전압을 인가하는 양전압원과, 타방의 동축상 전극의 중심 전극에 그 가이드 전극보다 낮은 음(negative)의 방전 전압을 인가하는 음전압원과, 상기 양전압원과 음전압원을 각각의 동축상 전극에 동시에 인가하는 트리거 스위치를 가진다.
본 발명의 바람직한 다른 실시 형태에 따르면, 상기 절연체는 다공질 세라믹이며,
또한 이 다공질 세라믹을 통해 동축상 전극 내부에 플라즈마 매체를 공급하는 플라즈마 매체 공급 장치를 구비하고,
이 플라즈마 매체 공급 장치는, 플라즈마 매체를 내부에 보유하는 저장통(reservoir)과, 플라즈마 매체를 액화하는 가열 장치로 이루어진다.
또한 본 발명의 바람직한 다른 실시 형태에 따르면, 방전 전압의 인가 타이밍에 동기하여 상기 1쌍의 동축상 전극의 절연체 표면에 레이저광을 조사하는 이그니션(ignition)용 레이저 장치를 구비한다.
상기 이그니션용 레이저 장치는, 상기 각 절연체 표면의 복수개소에 레이저광을 다점 조사하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 1쌍의 동축상 전극을 대향 배치하고, 상기 동축상 전극 내부에 플라즈마 매체를 공급하고, 또한 플라즈마 발생에 적합한 온도 및 압력으로 유지하고, 각 동축상 전극에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가하여 1쌍의 동축상 전극에 각각 면상 방전을 발생시키고, 이 면상 방전에 의해 각 동축상 전극의 대향하는 중간 위치에 플라즈마를 형성하고, 이어서 상기 면상 방전을 1쌍의 동축상 전극 사이의 관상 방전으로 전환하여 상기 플라즈마를 구속하는 자기장을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광의 발생 방법이 제공된다.
상기 본 발명의 장치와 방법에 따르면, 대향 배치된 1쌍의 동축상 전극을 구비하고, 1쌍의 동축상 전극에 각각 면상의 방전 전류(면상 방전)를 발생시키고, 이 면상 방전에 의해 각 동축상 전극의 대향하는 중간 위치에 플라즈마를 형성하고, 이어서 상기 면상 방전을 1쌍의 동축상 전극 사이의 관상 방전으로 전환하여 상기 플라즈마를 구속하는 자기장(자기병(magnetic bottle))을 형성하므로, EUV 방사를 위한 플라즈마 광을 장시간(μsec 단위로) 안정적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 종래의 모세관 방전이나 진공 방전 금속 플라즈마와 비교하면, 1쌍의 동축상 전극의 대향하는 중간 위치에 플라즈마가 형성되고, 또한 에너지 변환 효율을 대폭으로 개선할 수 있으므로, 플라즈마 형성 중의 각 전극의 열 부하가 작아져서, 구성 기기의 열 부하에 의한 데미지를 대폭으로 저감할 수 있다.
또한, 1쌍의 동축상 전극의 대향하는 중간 위치에 플라즈마 광의 발광원인 플라즈마가 형성되므로, 발생한 플라즈마 광의 유효 방사 입체각을 크게 할 수 있다.
또한, 절연체가 다공질 세라믹이며, 이 다공질 세라믹을 통해 동축상 전극 내부에 플라즈마 매체를 공급하는 플라즈마 매체 공급 장치를 구비하는 구성에 의해, 플라즈마 매체를 연속해서 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 광원의 제1 실시 형태도이다.
도 2a는 면상 방전의 발생 시를 나타낸다.
도 2b는 면상 방전의 이동 중을 나타낸다.
도 2c는 플라즈마의 형성 시를 나타낸다.
도 2d는 플라즈마 구속 자기장의 형성 시를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 광원의 제2 실시 형태도이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 광원의 제3 실시 형태도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 플라즈마 광원의 제4 실시 형태도이다.
도 5b는 도 5a의 B-B선에서 바라본 단면도이다.
도 6a는 실험 장치의 개요도이다.
도 6b는 스트레이트형 모세관의 모식도이다.
도 6c는 테이퍼형 모세관의 모식도이다.
도 7a는 스트레이트형의 전형적인 EUV 시그널을 나타낸다
도 7b는 테이퍼형의 전형적인 EUV 시그널을 나타낸다.
도 8은 커스프(cusp) 자기장 가이드 방전 실험의 모식도이다.
도 9는 대향 플라즈마 포커스 장치의 모식적 구성도이다.
도 10a는 전극간 중심에서 전류 시트가 충돌했을 때를 나타낸다.
도 10b는 플라즈마 구속 자기장의 형성 시를 나타낸다.
도 10c는 EUV의 발광 시를 나타낸다.
도 11은 동축상 전극을 가지는 플라즈마 광원의 실험 장치의 모식도이다.
도 12a는 동축상 전극에서의 전류 시트의 확장을 나타내는 실험 결과이다.
도 12b는 동축상 전극에서의 전류 시트의 확장을 나타내는 다른 실험 결과이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부한 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 광원의 제1 실시 형태도이다.
도면에 있어서, 본 발명의 플라즈마 광원은 1쌍의 동축상 전극(10), 방전 환경 유지 장치(20), 및 전압 인가 장치(30)를 구비한다.
1쌍의 동축상 전극(10)은, 대칭면(1)을 중심으로 하여 대향 배치되어 있다.
각 동축상 전극(10)은 봉상의 중심 전극(12), 관상의 가이드 전극(14) 및 링상의 절연체(16)로 이루어진다.
봉상의 중심 전극(12)은, 단일한 축선 Z-Z상으로 연장되는 도전성 전극이다. 이 예에 있어서, 중심 전극(12)의 대칭면(1)에 대향하는 단면(端面)에 오목부(12a)가 마련되며, 후술하는 면상 방전 전류(2)와 관상 방전(4)을 안정화시키도록 되어 있다. 한편, 이 구성은 필수는 아니며, 중심 전극(12)의 대칭면(1)에 대향하는 단면은 원호상이나 평면도 무방하다.
관상의 가이드 전극(14)은, 중심 전극(12)을 일정한 간격을 두고 둘러싸고, 그 사이에 플라즈마 매체를 보유하게 되어 있다. 플라즈마 매체는 Xe, Sn, Li 등의 가스인 것이 바람직하다. 또한, 가이드 전극(14)의 대칭면(1)에 대향하는 단면은 원호상이나 평면도 무방하다.
링상의 절연체(16)는, 중심 전극(12)과 가이드 전극(14) 사이에 위치하는 중공(中空) 원통 형상의 전기적 절연체이며, 중심 전극(12)과 가이드 전극(14) 사이를 전기적으로 절연한다.
한편, 절연체(16)의 형상은 이 예로 한정되지 않으며, 중심 전극(12)과 가이드 전극(14) 사이를 전기적으로 절연하는 한, 그 밖의 형상도 무방하다.
상술한 1쌍의 동축상 전극(10)은 각 중심 전극(12)이 동일 축선 Z-Z상에 위치하고, 또한 서로 일정한 간격을 두고 대칭적으로 위치한다.
방전 환경 유지 장치(20)는, 동축상 전극(10) 내부에 플라즈마 매체를 공급하고, 또한 플라즈마 발생에 적합한 온도 및 압력으로 동축상 전극(10)을 유지한다.
방전 환경 유지 장치(20)는 예를 들어, 진공 챔버, 온도 조절기, 진공 장치, 및 플라즈마 매체 공급 장치에 의해 구성할 수 있다. 한편, 이 구성은 필수는 아니며, 그 밖의 구성도 무방하다.
전압 인가 장치(30)는, 각 동축상 전극(10)에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가한다.
전압 인가 장치(30)는 이 예에서는, 양전압원(32), 음전압원(34) 및 트리거 스위치(36)로 이루어진다.
양전압원(32)은, 일방(이 예에서는 좌측)의 동축상 전극(10)의 중심 전극(12)에 그 가이드 전극(14)보다 높은 양의 방전 전압을 인가한다.
음전압원(34)은, 타방(이 예에서는 우측)의 동축상 전극(10)의 중심 전극(12)에 그 가이드 전극(14)보다 낮은 음의 방전 전압을 인가한다.
트리거 스위치(36)는, 양전압원(32)과 음전압원(34)을 동시에 작동시켜, 각각의 동축상 전극(12)에 동시에 양·음의 방전 전압을 인가한다.
이 구성에 의해, 본 발명의 플라즈마 광원은, 1쌍의 동축상 전극(10) 사이에 관상 방전(후술한다)을 형성하여 플라즈마를 축 방향으로 구속하게 되어 있다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 플라즈마 광원의 작동 설명도이다. 도 2a는 면상 방전의 발생시, 도 2b는 면상 방전의 이동 중, 도 2c는 플라즈마의 형성 시, 도 2d은 플라즈마 구속 자기장의 형성 시를 나타내고 있다.
이하, 도 2a 내지 도 2d를 참조하면서 본 발명의 플라즈마 광의 발생 방법을 설명한다.
본 발명의 플라즈마 광의 발생 방법에서는, 상술한 1쌍의 동축상 전극(10)을 대향 배치하고, 방전 환경 유지 장치(20)에 의해 동축상 전극(10) 내부에 플라즈마 매체를 공급하고, 또한 플라즈마 발생에 적합한 온도 및 압력으로 유지하고, 전압 인가 장치(30)에 의해 각 동축상 전극(10)에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가한다.
도 2a에 나타내는 바와 같이, 이 전압 인가에 의하여, 1쌍의 동축상 전극(10)에 절연체(16)의 표면에서 각각 면상의 방전 전류(이하, 면상 방전(2)이라고 부른다)가 발생한다. 면상 방전(2)은 중심 전극(12)과 가이드 전극(14) 사이에 흐르고, 동축상 전극(10)의 축 방향에서 보았을 경우에 2차원적으로 확장되는 면상의 방전 전류이며, 후술하는 실시예에서는 ‘전류 시트’라고 부른다.
한편, 이때, 좌측의 동축상 전극(10)의 중심 전극(12)은 양전압(＋), 가이드 전극(14)은 음전압(－)으로 인가되고, 우측의 동축상 전극(10)의 중심 전극(12)은 음전압(－), 가이드 전극(14)은 양전압(＋)으로 인가되어 있다.
한편, 양쪽 가이드 전극(14)을 접지시켜 0Ｖ로 유지하고, 일방의 중심 전극(12)을 양전압(＋)으로 인가하고, 타방의 중심 전극(12)을 음전압(－)으로 인가해도 된다.
도 2b에 나타내는 바와 같이, 면상 방전(2)은 자기(自己) 자기장에 의해 전극으로부터 배출되는 방향(도면에서 중심을 향하는 방향)으로 이동한다.
도 2c에 나타내는 바와 같이, 면상 방전(2)이 1쌍의 동축상 전극(10)의 선단에 이르면, 1쌍의 면상 방전(2) 사이에 끼워진 플라즈마 매체(6)가 고밀도, 고온이 되고, 각 동축상 전극(10)의 대향하는 중간 위치(중심 전극(12)의 대칭면(1))에 단일의 플라즈마(3)가 형성된다. 한편, ‘단일의 플라즈마(3)’의 ‘단일’이란, 플라즈마(3)가 한정된 작은 영역에 퍼져 있는 것을 의미한다. 이와 같은 플라즈마(3)가 퍼진 영역은, 예를 들어, 축선 Z-Z의 방향에서 보았을 경우, 스폿(spot)과 같이 보인다. 일 예로서, 플라즈마(3)가 퍼진 영역은 축선 Z-Z의 방향과 직교하는 방향으로는 약 1~2㎜ 정도만큼 퍼져 있고, 축선 Z-Z의 방향으로는 약 3~4㎜ 정도만큼 퍼져 있다. 단, 당해 영역의 치수는 동축상 전극(10)의 치수나 다른 방전 조건 등에 따라 다르다.
또한, 이 상태에 있어서, 대향하는 1쌍의 중심 전극(12)은 양전압(＋)과 음전압(－)이고, 마찬가지로 대향하는 1쌍의 가이드 전극(14)도 양전압(＋)과 음전압(－)이므로, 도 2d에 나타내는 바와 같이, 면상 방전(2)은 대향하는 1쌍의 중심 전극(12)끼리, 및 대향하는 1쌍의 가이드 전극(14) 사이에서 방전하는 관상 방전(4)으로 전환된다. 여기서, 관상 방전(4)이란, 축선 Z-Z를 둘러싸는 중공 원통상의 방전 전류를 의미한다.
이 관상 방전(4)이 형성되면, 도면에 참조부호 5로 가리키는 플라즈마 구속 자기장(자기병)이 형성되며, 플라즈마(3)를 반경 방향 및 축 방향으로 구속할 수 있다.
즉, 자기병(5)은 플라즈마(3)의 압력에 의해 중앙부는 크고 그 양측이 작아져서 플라즈마(3)로 향하는 축 방향의 자기압 구배가 형성되고, 이 자기압 구배에 의해 플라즈마(3)는 중간 위치에 구속된다. 또한, 플라즈마 전류의 자기(自己) 자기장에 의해 중심 방향으로 플라즈마(3)는 압축(Z핀치(Z-pinch))되고, 반경 방향으로도 자기 자기장에 의한 구속이 작용한다.
이 상태에서, 플라즈마(3)의 발광 에너지에 상당하는 에너지를 전압 인가 장치(30)로부터 계속 공급하면, 높은 에너지 변환 효율로 플라즈마 광(8)(EUV)을 장시간 안정적으로 발생시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 장치와 방법에 따르면, 대향 배치된 1쌍의 동축상 전극(10)을 구비하고, 1쌍의 동축상 전극(10)에 각각 면상의 방전 전류(면상 방전(2))를 발생시키고, 면상 방전(2)에 의해 각 동축상 전극(10)의 대향하는 중간 위치에 단일의 플라즈마(3)를 형성하고, 이어서 면상 방전(2)을 1쌍의 동축상 전극 사이의 관상 방전(4)으로 전환하여 플라즈마(3)를 구속하는 플라즈마 구속 자기장(5)(자기병(5))을 형성하므로, EUV 방사를 위한 플라즈마 광을 장시간(μsec 단위로) 안정적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 종래의 모세관 방전이나 진공 방전 금속 플라즈마와 비교하면, 1쌍의 동축상 전극(10)의 대향하는 중간 위치에 단일의 플라즈마(3)가 형성되고, 또한 에너지 변환 효율을 대폭(10배 이상)으로 개선할 수 있으므로, 플라즈마 형성 중의 각 전극의 열 부하가 작아져서, 구성 기기의 열 부하에 의한 데미지를 대폭으로 저감할 수 있다.
또한, 1쌍의 동축상 전극(10)의 대향하는 중간 위치에 플라즈마 광의 발광원인 플라즈마(3)가 형성되므로, 발생한 플라즈마 광의 유효 방사 입체각을 크게 할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 광원의 제2 실시 형태도이다.
이 예에 있어서, 링상의 절연체(16)는 다공질 세라믹이다. 또한, 본 발명에 따른 플라즈마 광원은, 플라즈마 매체 공급 장치(18)를 더 구비한다.
플라즈마 매체 공급 장치(18)는, 다공질 세라믹(16)의 외면에 밀착하여 마련되고, 다공질 세라믹(16)을 통해 동축상 전극(10) 내부(중심 전극(12)과 가이드 전극(14) 사이)에 플라즈마 매체를 공급한다.
플라즈마 매체 공급 장치(18)는 이 예에서는 플라즈마 매체(6)를 내부에 보유하는 저장통(18a)(예를 들어, 도가니)과, 플라즈마 매체를 액화하는 가열 장치(18b)로 이루어진다. 플라즈마 매체는 이 예에서는 Sn, Li 등의 상온에서 고체인 플라즈마 매체인 것이 좋다.
그 밖의 구성은, 제1 실시 형태와 동일하다.
도 3의 플라즈마 광원을 이용하는 본 발명의 플라즈마 광의 발생 방법에서는, 다공질 세라믹(16)을 플라즈마 매체(6)(Sn, Li 등)의 증기압이 플라즈마 발생에 적합한 압력(Torr 단위)이 되는 온도로 가열 유지하고, 동축상 전극(10) 내부(중심 전극(12)과 가이드 전극(14) 사이)에, Torr 단위의 플라즈마 매체(6)의 증기가 존재하도록 한다.
또한, 전극 도체(중심 전극(12)과 가이드 전극(14))를 플라즈마 매체(6)의 증기가 응집하지 않는 고온으로 유지한다.
상술한 구성에 의해, 플라즈마 매체(6)를 연속해서 동축상 전극(10) 내부에 공급할 수 있고, EUV 방사를 위한 플라즈마 광을 보다 장시간(μsec 단위로) 안정적으로 발생시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 광원의 제3 실시 형태도이다.
이 예에 있어서, 본 발명에 따른 플라즈마 광원은, 이그니션용 레이저 장치(40)를 더 구비한다.
이그니션용 레이저 장치(40)는, 이 예에서는 2대의 레이저 발진기(42)와, 타이밍 제어 장치(44)로 이루어지고, 전압 인가 장치(30)에 의한 방전 전압 인가의 타이밍에 동기하여, 1쌍의 동축상 전극(10)의 절연체(16) 표면에 레이저광(7)을 조사하게 되어 있다.
한편, 이 도면에서 참조 부호 14a는 레이저광(7)을 통과시키기 위해서 가이드 전극(14)에 마련된 개구이다. 한편, 이 개구(14a)를 레이저광(7)을 통과시키는 투명체(예를 들어, 석영 유리)로 막아도 된다.
도 4에 있어서, 전압 인가 장치(30)는, 펄스 고전압 전원(38)이며, 1쌍의 동축상 전극(10)의 중심 전극(12)과 가이드 전극(14)에, 좌우에서 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가하게 되어 있다. 한편, 전압 인가 장치(30)는 도 1에 나타낸 구성도 가능하다.
그 밖의 구성은, 제1 실시 형태와 동일하다.
상술한 구성에 의해, 방전 전압 인가의 타이밍에 동기하여 절연체(16)의 표면에 레이저광(7)을 조사함으로써, 방전 지터(jitter)를 저감하고, 대향하는 동축상 전극(10)의 방전 개시 타이밍을 일치시킬 수 있다.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 플라즈마 광원의 제4 실시 형태도이다.
도 5a는 1쌍의 동축상 전극(10)의 일방, 도 5b는 B-B선에서 바라본 단면도이다.
이 예에 있어서, 이그니션용 레이저 장치(44)는, 각 절연체(16) 표면의 복수개소에 레이저광(7)을 다점 조사하게 되어 있다. 다점 조사의 위치는 각 절연체(16)의 원주 방향으로 등간격 떨어진 위치이며, 이 예에서는 원주 방향 8개소이다. 또한, 복수개소에 레이저광(7)을 분할하기 위해서는 예를 들어 빔 스플리터(beam splitter)를 이용하고, 또한 광로 길이를 일치시킨다.
이와 같이, 레이저광(7)을 분할하여 각 절연체(16)의 원주 방향으로 등간격으로 다점 조사로 함으로써, 원주 방향의 방전 지터를 저감하고, 방전 개시의 원주 방향의 타이밍을 일치시킬 수 있다.
실시예 1
1. 초기 전류 분포와 광원 플라즈마의 장(長)펄스화
(모세관 방전에 의한 실험)
DPP 생성 방법으로서 가장 간단한 것에 모세관 방전이 있다. 모세관 방전은 원통상의 절연체 세관(細管)의 양단(兩端)에 전극을 설치하고, 전극 사이에 고전압을 인가함으로써 세관 내부에서 방전 플라즈마를 형성하는 것이다.
본 발명의 발명자들은 모세관 형상을 바꾸어 초기 전류 분포가 EUV 플라즈마의 지속 시간에 미치는 영향을 조사하였다.
(실험 장치)
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 모세관 방전 장치의 개요도이다. 도 6a는 실험 장치의 개요도, 도 6b는 스트레이트형 모세관, 도 6c는 테이퍼형 모세관의 모식도이다.
스트레이트형 모세관(도 6b)의 길이는 10㎜, 내경은 3㎜이다. 테이퍼형 모세관(도 6c)의 길이는 10㎜, 애노드 측과 캐소드 측의 내경은 각각 2㎜, 8㎜이다. 또한, 모세관은 라발 노즐(Laval nozzle) 구조를 가지고 있고, 전자 제어된 밸브에 의해 모세관 내부에 공급된 Xe 가스는 노즐 내부에서 초음속으로 가속된다. 펄스적으로 가스 투입을 행하므로, 챔버 내부는 10-6torr 정도의 진공으로 유지된 상태로 DPP를 구동할 수 있다. EUV 시그널은 모세관 축 방향에 둔 포토 다이오드(IRD사 제품, AXUV20HS1)를 이용하여 계측하였다.
(결과와 고찰)
도 7a와 도 7b는 초기 전류 분포의 EUV 시그널에 대한 효과를 나타내는 도면이다. 도 7a는 스트레이트형, 도 7b는 테이퍼형의 전형적인 EUV 시그널을 나타내고 있다. 또한, 각 도면에서, A는 입력 전류, B는 EUV 시그널이다.
도 7a와 도 7b로부터 분명하게 테이퍼형 쪽이 EUV 시그널 B의 지속 시간이 증가하고 있음을 알 수 있다. 통상적으로 DPP에 사용되는 스트레이트형 모세관 방전에서는, 모세관 연면(creepage surface)의 플라즈마 전류의 자기 자기장에 의해 중심 방향으로 플라즈마를 압축(Z핀치)시킨다. 이 Z핀치에 의해 압축 가열된 플라즈마는 고온·고밀도 상태가 되지만, 최대 압축 후에는 증가한 압력에 의해 급속히 팽창한다. 이 때문에, EUV 방사 상태에 있는 플라즈마는 단시간밖에 존재할 수 없다.
자기 자기장의 강도 PB는 다음 식 (2)로 나타내어진다.
PB∝(I2/r2)…(2)
여기서, I는 플라즈마 전류, r은 플라즈마 반경이다. 축 방향으로 구배를 가지는 테이퍼형 모세관 방전 플라즈마에서는 플라즈마 반경 r이 작은 애노드 측에서 자기 자기장이 강해지고, 모세관 내부의 축 방향의 구배에 의해, 플라즈마는 반경 방향으로 압축됨과 동시에 중심축상을 애노드 측에서 캐소드 측으로 드리프트한다. 모세관 내부를 이동하는 플라즈마는 연속적으로 가열되고, 고온 고밀도 상태가 장시간 유지되었다고 생각된다.
그러나, 테이퍼 모세관 방전의 경우에도, Z핀치시킨 플라즈마는 축 방향으로 이동하는데다가, 모세관 외부로 방출되어 자연 팽창하기 때문에, EUV 방사 시간은 약 300nsec 정도밖에 얻지 못하고 있다. 또한, 모세관 내부에서 플라즈마가 생성되기 때문에, 유효 입체각을 충분히 취할 수 없어서, 요구되는 광원 성능의 달성은 어려움이 밝혀졌다.
실시예 2
2. 커스프 자기장 가이드를 이용한 실험
전술한 실험 결과로부터, 전류의 반경 방향으로 경사가 있으면 자기압에 차(差)가 생겨 축 방향으로도 플라즈마를 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다. 플라즈마가 팽창하는 속도(열 속도)는 1㎝/μsec 정도이므로, 광원 플라즈마의 사이즈를 고려하면 μsec의 구속에는 반경 방향뿐만 아니라 축 방향의 플라즈마의 구속을 실현하지 않으면 안 된다. 그래서, 두 전극 측의 반경이 작고 전극간 중심에서 반경이 최대가 되는 전류 분포가 얻어지고, 또한 거기에 최적인 전류 파형을 구동할 수 있으면, 반경 방향으로는 자기 자기장에 의한 구속력이 작용하고, 축 방향으로는 자기압 구배에 의한 구속력이 작용하기 때문에, 플라즈마의 장시간 구속이 가능하다고 생각된다.
도 8은 커스프 자기장 가이드 방전 실험의 모식도이다.
이 도면은 인가 자기장에 의한 전류 분포 제어의 개념을 나타내고 있다. 두 전극의 주위에 도면과 같이 영구자석을 설치하고, 커스프형의 자기장에 의한 초기 전류 경로의 제어를 시도하였다. 전극에 고전압을 인가한 순간, 캐소드로부터 튀어나온 전자는 전기장과 커스프형의 자속(磁束)에 지배되어 애노드로 이동하면서 전자 눈사태(current distribution)를 일으킨다. 그 결과, 도면과 같은 형태의 전류 분포의 형성이 기대된다.
원리 실증 실험에 사용한 전극지름은 2㎜, 전극간 거리는 4㎜이며, 표면 자속 밀도 1.25T를 가지는 자석은 내경 24㎜, 외경 50㎜, 자석간 거리는 8㎜이다.
원리 실증 실험의 결과, 자기장 B에 가이드됨으로써 전극간 중심 부근에서 더욱 강한 발광을 관측할 수 있었다. 또한, 예비 전리를 행함으로써 다소 안정된 방전을 행하는 것에 성공하였지만, 재현성이 낮아서 안정된 결과를 얻을 수는 없었다. 이는, 전류 경로의 형성이 초기의 불확정적인 전자 눈사태의 경로에 강하게 의존하기 때문으로 생각된다. EUV 광원은 출력을 얻기 위해 1~10kHz의 높은 반복률을 전제로 하고 있기 때문에, 플라즈마 형성의 불안정성은 출력, 효율의 저감으로 이어진다.
실시예 3
3. 대향 플라즈마 포커스 기구에 의한 Z핀치
도 9는 대향 플라즈마 포커스 장치의 모식적 구성도이고, 도 10a, 도 10b 및 도 10c는 전류의 재연결(reconnect)에 의해 기대되는 플라즈마의 거동을 나타내는 도면이다.
안정된 EUV 플라즈마의 생성과 구속 방법을 확립하기 위하여, 플라즈마 포커스 기구를 대향시킨 DPP 형성 방법을 제안한다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 동축상의 플라즈마 포커스 전극을 대향시킨다. 양쪽 모두 외측의 가이드 전극(14)은 접지시키고, 내측 전극(중심 전극(12))은 양과 음의 고전압을 인가한다. 동축상 전극(가이드 전극(14)과 중심 전극(12))에 고전압을 인가하면, 절연체(16)(도 10a, 도 10b, 도 10c 참조)의 연면에서 방전이 개시된다. 절연체면에서 형성된 전류 시트(면상 방전(2))는 자기 자기장에 의해 전극으로부터 배출되는 방향으로 밀어내어진다.
금속의 트리거·핀(trigger pin)을 설치하는 등의 절연체 표면의 고안에 의해, 동축 전극 사이의 방전 개시 전압의 문턱값을 인가 전압보다 충분히 작게 할 수 있으면, 방전 지터가 작아진다. 여기서, 방전 지터란, 인가 전압의 인가로부터 방전 개시까지의 지연 시간을 의미한다.
방전 지터가 전극간 갭 중의 전류 시트 진전 시간보다 충분히 작아지면, 전극 중심 부근에서의 충돌이 가능하다. 전극간 중심에서 전류 시트가 충돌했을 때, 전류 경로와 자기장이 일시 붕괴되고, 재연결이 일어나면, 도 10a, 도 10b 및 도 10c에 나타내는 바와 같은 플라즈마 거동과 장시간 플라즈마 구속이 가능하다고 생각되는 형상을 기대할 수 있다.
여기서, 재연결(전환한다)이란, 내측 전극(중심 전극(12))과 외측 전극(가이드 전극(14)) 사이에서의 방전(도 10a의 상태)으로부터, 대향하는 1쌍의 내측 전극(중심 전극(12)) 사이, 및 대향하는 1쌍의 외측 전극(가이드 전극(14)) 사이에서의 방전(도 10b의 상태)으로 전류 경로와 자기장이 변화하는 것을 말한다. 이 재연결은, 1쌍의 동축상 전극 사이의 간격 조절, 방전 전압의 변화 등에 의해 자동으로 행하게 할 수 있다.
전류 파형은 회로 파라미터에 의해 제어할 수 있다. 재연결에 성공한 후, 최적인 전류 파형에 의해 플라즈마의 압력 구배와 반경 방향, 축 방향의 자기압 구배를 균형을 이루게 할 수 있으면 μsec의 플라즈마 구속이 가능하다.
이 실험의 중요한 포인트는 방전 개시의 동시성, 전류 시트의 균일성, 그리고 그것이 달성되었을 때의 전류 시트의 재연결이다. 균일한 전류 시트의 충돌을 위해, 우선은 균일한 전류 시트의 배출을 확인하는 실험을 행하였다.
(실험 장치)
도 11은 동축상 전극을 가지는 플라즈마 광원의 실험 장치의 모식도이다.
이 도면에 있어서, 중심 전극(12)의 전극 지름은 5㎜, 외측의 가이드 전극(14)의 내경은 10㎜, 양쪽 모두 선단에서의 방전 개시를 방지하기 위해 전극 엣지에는 곡률을 부여하였다. 동축의 전극(중심 전극(12)과 가이드 전극(14))은 절연체(도시하지 않음)로 이격되어 있고, 절연체 표면에는 균일하고 안정된 방전이 개시되도록 침상(針狀)의 트리거·핀이 설치되어 있다.
동축상 전극의 깊이(절연체 표면에서 동축상 전극 선단까지의 거리)는 절연체의 길이를 바꿈으로써 변화시킬 수 있다. 콘덴서 용량은 1㎌, 인가 전압은 10~15kV, 회로 인덕턴스는 0.4μH이다. 전류 시트의 전체적인 거동을 확인하기 위하여, 고속 프레이밍(framing) 카메라(DRS HADLAND사 제품, IMACON468)를 축 방향으로 설치하고 가시광선 영역에서 관측하였다.
(결과와 고찰)
도 12a와 도 12b는 동축상 전극에서의 전류 시트의 확장을 나타내는 실험 결과이다. 도 12a와 도 12b는 도 1의 구성에서 축선 Z-Z방향에서 본 도면에 해당한다. 도 12a와 도 12b에서, ‘중심 전극’과 ‘외부 전극’은 각각 봉상의 중심 전극(12), 관상의 가이드 전극(14)이다.
도 12a와 도 12b는 중심 전극을 -15kV로 인가하고, 정현파형(주기 4μsec)의 전류로 구동했을 때의 모습이다. 이때의 방전 피크 전류는 4kA, 초기 가스압은 110mtorr(Ar)이며, 노광 시간은 100nsec이다. 도 12a는 방전 개시 직후의 플라즈마 확장 상황을 나타내고, 도 12b는 방전 개시부터 시간(대략 400ns)이 경과한 후의 플라즈마 확장 상황을 나타낸다. 즉, 이들 도면에서 화살표 S로 가리키는 영역이 플라즈마의 확장이다.
또한, 도 12a와 도 12b에 있어서, 방위각 θ는 중심 전극(12) 주위의 원주 방향 위치를 나타내는 회전각이며, θ=0°인 위치와 θ=±180°의 위치를 도시하고 있다. 1개소(즉, θ=0°인 위치)에서 개시된 방전이 피크 전류에 도달하는 시간까지 방위각 θ방향으로 180도 이상의 확장을 보이고 있음을 알 수 있다. 이 결과로부터, 동축 전극 내부의 전류 시트는 θ방향으로는 퍼지는 경향이 있음을 알 수 있다. 즉, 상술한 방전 조건에서는, 2개소 이상에서 방전을 개시시킴으로써, 전류 시트의 균일성을 얻을 수 있다.
도 12b나 도 1의 구조로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 플라즈마의 (축선 Z-Z에 대한)반경 방향 외측에는 차폐물이 없는 구조로 할 수 있기 때문에, 플라즈마 광의 유효 방사 입체각을 크게 할 수 있다.
전극 깊이를 변화시켜 플라즈마의 배출을 관측한 결과, 전극 깊이 20㎜에서 플라즈마의 배출을 확인할 수 있었다. 플라즈마의 방전 개시부터 배출까지의 시간과 전극 깊이로부터, 상술한 조건 하에서는 전류 시트의 속도는 약 1㎝/μsec 정도가 된다. 전극간 갭은 5~10㎜ 정도이므로 두 전극의 방전 개시의 타임 래그(time lag)는 약 100nsec 정도라면 허용할 수 있게 된다.
이상의 실험으로부터 방전 개시의 동시성, 전류 시트의 균일성에 대하여 전류 시트 충돌을 위한 지표를 얻을 수 있었다. 방전 지터는 장치의 성능상, 실현 가능한 값이며, 2개소 이상의 방전 개시 포인트의 형성에 대해서는 트리거·핀의 고안에 의해 해결할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 발명자들은 테이퍼형 모세관을 이용한 Xe 플라즈마의 EUV 방사를 계측하여 종래의 모세관 방전과 비교하였다. 전류 파형의 조작에 의해 EUV의 발광 시간이 길어졌음이 확인되었다. 테이퍼형 모세관을 이용한 경우에는, 방사 계속 시간이 동일한 방전 조건으로 동작시킨 스트레이트형 모세관의 경우와 비교하여 약 1.5배로 연장되었다. 방사 시간의 연장에는 방전 전류의 조작이 중요함이 분명해졌다. 또한, 1.5배로 연장은 되었지만, 300nsec라는 방사 시간으로는 아직 출력 향상, 효율 향상의 목표에는 미치지 못함이 밝혀졌다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 초기 전류 분포를 조작 가능한 방법으로서 커스프 자기장을 방출 전자의 가이드로서 이용하는 실험을 행하였다. 자기장에 의한 가이드 효과는 실험에서 확인할 수 있었지만, 테이퍼형 모세관만큼 가이드 효과가 효과적이지 않아서, 안정된 플라즈마 형상을 확인할 수 없었다. 플라즈마 형성이 불안정한 초기 방출 전자의 경로에 강하게 의존하기 때문으로 생각된다.
안정된 EUV 플라즈마의 생성과 구속 방법을 위하여, 극성을 반전시킨 1쌍의 플라즈마 포커스를 대향시키는 방법을 제안하였다. 방전의 동시성, 전류 시트의 균일성, 그리고 전류 시트의 재연결이 성공하면, 플라즈마는 축 방향으로 압축됨과 함께 자기 자기장에 의해 유지되고, EUV의 장시간 방사에 적합한 안정적인 배위의 플라즈마 형상을 형성할 수 있다고 생각된다. 공간적, 시간적으로 제어된 광원 플라즈마를 형성함으로써, EUV 플라즈마 광원의 에너지 변환 효율을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않으며, 특허 청구의 범위의 기재에 의해 나타나고, 또한 특허 청구의 범위의 기재와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것이다.

Claims (7)

  1. 대향 배치된 1쌍의 동축상 전극과, 상기 동축상 전극 내부에 플라즈마 매체를 공급하고, 또한 플라즈마 발생에 필요한 온도 및 압력으로 유지하는 방전 환경 유지 장치와, 각 동축상 전극에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가하는 전압 인가 장치를 구비하고,
    상기 각 동축상 전극은, 중심 전극과, 상기 중심 전극을 간격을 두고 둘러싸는 가이드 전극을 가지고,
    상기 전압 인가 장치는, 상기 1쌍의 동축상 전극 중 일방의 동축상 전극의 중심 전극에 그 가이드 전극보다 높은 양의 전압을 인가하는 양전압원과, 상기 1쌍의 동축상 전극 중 타방의 동축상 전극의 중심 전극에 그 가이드 전극보다 낮은 음의 전압을 인가하는 음전압원을 가지고,
    상기 전압 인가 장치가 각 동축상 전극에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가하여 1쌍의 동축상 전극에 각각 면상 방전을 발생시키고, 이 각각의 면상 방전이 상기 동축상 전극의 선단으로 이동하여 상기 각각의 면상 방전에 의해 각 동축상 전극이 대향하는 중간 위치에 단일의 플라즈마를 형성하고, 상기 면상 방전이 1쌍의 동축상 전극 사이에서 관상 방전으로 연결 전환되어, 1쌍의 동축상 전극 사이에 상기 관상 방전을 형성하여 플라즈마를 반경 방향 및 축 방향으로 구속하도록 구성되어 있고,
    상기 관상 방전은, 상기 1쌍의 동축상 전극에서 일방의 동축상 전극과 타방의 동축상 전극의 상기 중심 전극 간에 형성되는 관상 방전과, 상기 1쌍의 동축상 전극에서 일방의 동축상 전극과 타방의 동축상 전극의 상기 가이드 전극 간에 형성되는 관상 방전을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 동축상 전극의 상기 중심 전극은 단일한 축선상으로 연장되고,
    상기 각 동축상 전극은, 상기 중심 전극과 가이드 전극 사이에 위치하고 그 사이를 절연하는 링상의 절연체를 가지고,
    1쌍의 동축상 전극의 각 중심 전극은, 상기 동일한 축선상에 위치하고, 또한 서로 일정한 간격을 두고 대칭적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전압 인가 장치는, 상기 양전압원과 음전압원을 각각의 동축상 전극에 동시에 인가하는 트리거 스위치를 더 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 절연체는 다공질 세라믹이며,
    또한 상기 다공질 세라믹을 통해 동축상 전극 내부에 플라즈마 매체를 공급하는 플라즈마 매체 공급 장치를 구비하고,
    상기 플라즈마 매체 공급 장치는, 플라즈마 매체를 내부에 보유하는 저장통과, 플라즈마 매체를 액화하는 가열 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    방전 전압의 인가 타이밍에 동기하여 상기 1쌍의 동축상 전극의 절연체 표면에 레이저광을 조사하는 이그니션용 레이저 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이그니션용 레이저 장치는, 상기 각 절연체 표면의 복수개소에 레이저광을 다점 조사하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  7. 각각 중심 전극과 상기 중심 전극을 간격을 두고 감싸는 가이드 전극으로 이루어지는 1쌍의 동축상 전극을 대향 배치하고, 상기 동축상 전극 내부에 플라즈마 매체를 공급하고, 또한 플라즈마 발생에 필요한 온도 및 압력으로 유지하고, 상기 1쌍의 동축상 전극 중 일방의 동축상 전극의 중심 전극에 그 가이드 전극보다 높은 양의 전압을 인가함과 함께, 상기 1쌍의 동축상 전극 중 타방의 동축상 전극의 중심 전극에 그 가이드 전극보다 낮은 음의 전압을 인가하여, 상기 1쌍의 동축상 전극에 각각 면상 방전을 발생시키고, 이 각각의 면상 방전이 상기 동축상 전극의 선단으로 이동하여 상기 각각의 면상 방전에 의해 각 동축상 전극의 대향하는 중간 위치에 플라즈마를 형성하고, 이어서 상기 면상 방전을 상기 1쌍의 동축상 전극 사이의 관상 방전으로 전환하여 상기 플라즈마를 반경 방향 및 축 방향으로 구속하는 자기장을 형성하고,
    상기 관상 방전은, 상기 1쌍의 동축상 전극에서 일방의 동축상 전극과 타방의 동축상 전극의 상기 중심 전극 간에 형성되는 관상 방전과, 상기 1쌍의 동축상 전극에서 일방의 동축상 전극과 타방의 동축상 전극의 상기 가이드 전극 간에 형성되는 관상 방전을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광의 발생 방법.
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