特許 6834694 プラズマ光源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6834694

(24)【登録日】2021年2月8日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】プラズマ光源

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20210215BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20210215BHJP

   H05G 2/00 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   G03F7/20 503

   G03F7/20 521

   H05H1/24

   H05G2/00 K

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-68076(P2017-68076)

(22)【出願日】2017年3月30日

(65)【公開番号】特開2018-169544(P2018-169544A)

(43)【公開日】2018年11月1日

【審査請求日】2019年11月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100176245

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100116920

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 光

(72)【発明者】

【氏名】袖子田 竜也

【審査官】 長谷 潮

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５４６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６１９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８９６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０２７６９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１６１６３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−３１９１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５７６３９３０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特許第６７１７１１１（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｈ０５Ｇ ２／００

Ｈ０５Ｈ １／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心電極の周りに複数の外部電極が配置される同軸状電極と、
前記中心電極と前記複数の外部電極のそれぞれに接続され、前記中心電極と前記複数の外部電極のそれぞれの間に電圧を印加する電圧印加部と、
プラズマ媒質を放出させるためのプラズマ媒質材と、
前記プラズマ媒質材に対し前記複数の外部電極に対応した数のレーザを照射して前記プラズマ媒質材から前記プラズマ媒質を放出させ、前記中心電極と前記複数の外部電極のそれぞれの間の空間へ前記プラズマ媒質を供給するレーザ照射部と、
隣り合う前記中心電極と前記外部電極の間の空間を仕切る隔壁と、
を備えるプラズマ光源。

【請求項2】

中心電極の周りに複数の外部電極が配置される同軸状電極と、
前記中心電極と前記複数の外部電極のそれぞれに接続され、前記中心電極と前記複数の外部電極のそれぞれの間に電圧を印加する電圧印加部と、
プラズマ媒質を放出させるためのプラズマ媒質材と、
前記プラズマ媒質材に対し前記複数の外部電極に対応した数のレーザを照射して前記プラズマ媒質材から前記プラズマ媒質を放出させ、前記中心電極と前記複数の外部電極のそれぞれの間の空間へ前記プラズマ媒質を供給するレーザ照射部と、
前記中心電極及び前記外部電極の対峙位置の少なくとも一方に軸方向へ延びるように形成される突部と、
を備えるプラズマ光源。

【請求項3】

前記プラズマ媒質材は、前記複数の外部電極の配置数に対応して複数配置され、
前記レーザ照射部は、前記プラズマ媒質材のそれぞれに対し前記レーザを照射して前記プラズマ媒質を放出させる、
請求項１又は２に記載のプラズマ光源。

【請求項4】

二つの前記同軸状電極を対向させて構成される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ光源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、極端紫外光を発生させるプラズマ光源に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、極端紫外光（ＥＵＶ）を発生させるプラズマ光源として、例えば、特開平２０１３−８９６３４号公報に記載されるように、中心電極の周りに複数の外部電極を配置し、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質を供給しつつ中心電極と外部電極との間に電圧を印加して放電させることによりプラズマを生成し、このプラズマの遷移放射によって極端紫外光を発生させるものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平２０１３−８９６３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種のプラズマ光源では、プラズマを安定して生成し極端紫外光を安定して発光させることが望まれている。すなわち、極端紫外光を十分な光量で発光させるためには、中心電極と各外部電極の間に安定したプラズマの生成が必要となる。上述したプラズマ光源では、中心電極の周りに複数の外部電極を配置し、中心電極と各外部電極との間で放電を行うことにより、中心電極を中心として面状となるプラズマを生成しようとしている。このとき、中心電極と各外部電極の間で行われる複数の放電にバラつきがあると、所望のプラズマの生成が困難となる。例えば、外部電極ごとに放電の強弱がある場合、中心電極の周りに不均等なプラズマが生成されてしまい、所望の極端紫外光の発光が行えないこととなる。

【0005】

このように、本技術分野において、中心電極の周りに偏りの少ない均等なプラズマを安定して生成し、極端紫外光を安定して発光させるプラズマ光源の開発が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

すなわち、本発明の一態様に係るプラズマ光源は、中心電極の周りに複数の外部電極が配置される同軸状電極と、中心電極と複数の外部電極のそれぞれに接続され、中心電極と複数の外部電極のそれぞれの間に電圧を印加する電圧印加部と、プラズマ媒質を放出させるためのプラズマ媒質材と、プラズマ媒質材に対し複数の外部電極に対応した数のレーザを照射してプラズマ媒質材からプラズマ媒質を放出させ、中心電極と複数の外部電極のそれぞれの間の空間へプラズマ媒質を供給するレーザ照射部と、隣り合う中心電極と外部電極の間の空間を仕切る隔壁と、を備えて構成される。

【0007】

このプラズマ光源によれば、プラズマ媒質材に対し複数の外部電極に対応した数のレーザを照射してプラズマ媒質を放出させて中心電極と複数の外部電極のそれぞれの間の空間へプラズマ媒質を供給する。これにより、中心電極と各外部電極の間の複数の空間に対し供給されるプラズマ媒質の量や供給タイミングを個別に調整することが可能となる。このため、各外部電極と中心電極の間に生成されるプラズマの偏りを低減することができ、中心電極の周りに生成されるプラズマの均等化が図れる。これにより、プラズマから放射される極端紫外光を安定して発生させることができる。また、隣り合う中心電極と外部電極の間の空間を仕切る隔壁が設けられることにより、放出されるプラズマ媒質の拡散が抑制され、中心電極と各外部電極との間の空間に所望の量のプラズマ媒質を正確に供給することができる。従って、各外部電極と中心電極の間の各空間に生成されるプラズマの偏りを低減することができ、中心電極の周りに生成されるプラズマの均等化の向上が図れる。

【0008】

また、本発明の一態様に係るプラズマ光源は、中心電極の周りに複数の外部電極が配置される同軸状電極と、中心電極と複数の外部電極のそれぞれに接続され、中心電極と複数の外部電極のそれぞれの間に電圧を印加する電圧印加部と、プラズマ媒質を放出させるためのプラズマ媒質材と、プラズマ媒質材に対し複数の外部電極に対応した数のレーザを照射してプラズマ媒質材からプラズマ媒質を放出させ、中心電極と複数の外部電極のそれぞれの間の空間へプラズマ媒質を供給するレーザ照射部と、中心電極及び外部電極の対峙位置の少なくとも一方に軸方向へ延びるように形成される突部と、を備えて構成される。このプラズマ光源によれば、中心電極及び外部電極の少なくとも突部が形成されることにより、中心電極と外部電極の間の放電位置が安定する。従って、所望のプラズマを安定して生成することができる。

【0009】

また、このプラズマ光源において、プラズマ媒質材は複数の外部電極の配置数に対応して複数配置され、レーザ照射部はプラズマ媒質材のそれぞれに対しレーザを照射してプラズマ媒質を放出させてもよい。この場合、一つの外部電極に対し一つのプラズマ媒質材が配置されることにより、中心電極と外部電極の間の空間ごとに個別にプラズマ媒質を供給しやすくなり、中心電極の周りに生成されるプラズマの均等化の向上が図れる。

【0011】

さらに、上述のプラズマ光源において、二つの同軸状電極を対向させて構成されていてもよい。この場合、二つの同軸状電極のそれぞれにおいて、所望のプラズマを安定して生成することができ、極端紫外光の安定発光が可能となる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、プラズマを安定して生成し極端紫外光の発光の安定化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の第一実施形態に係るプラズマ光源の構成を示す図である。

【図2】図２は、図１のプラズマ光源における中心電極及び外部電極の斜視図である。

【図3】図３は、図１のプラズマ光源におけるレーザ照射を示す図である。

【図4】図４は、図１のプラズマ光源の動作時に形成される電流経路を示す図である。

【図5】図５は、図１のプラズマ光源の動作を説明するための図である。

【図6】図６は、第二実施形態に係るプラズマ光源における隔壁を示す図である。

【図7】図７は、第二実施形態に係るプラズマ光源における隔壁を示す図である。

【図8】図８は、実施形態に係るプラズマ光源の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第一実施形態）

【0015】

図１に示すように、第一実施形態に係るプラズマ光源１は、二つの同軸状電極１０を対向して配置して構成されており、いわゆる対向型プラズマフォーカス方式のプラズマ光源である。この対向型プラズマフォーカス方式のプラズマ光源１が動作するとき、まず、中心電極１１と外部電極１２との間に電圧を印加する。そして、何らかのトリガーを入力することにより、中心電極１１と外部電極１２との間にリング状の初期プラズマを生成させる。初期プラズマは、電磁力によって中心電極１１の先端方向に移動する。そして、初期プラズマは、中心電極１１の先端部で径方向に収束して高温高密度状態に達する。そして、それぞれの中心電極１１の先端部に達したプラズマ同士を衝突させることにより、さらに高温化及び高密度化されたプラズマが形成される。この高温及び高密度状態のプラズマから極端紫外光が発生する。

【0016】

初期プラズマを発生させる方式の一つに、レーザ光によってプラズマ媒質を蒸発（アブレーション）させる方式がある。固体又は液体のプラズマ媒質材にレーザ光を照射することでプラズマ媒質を放出させて媒質蒸気を発生させる。その媒質蒸気を介して、中心電極１１と外部電極１２との間に放電を生じさせる。また、プラズマ媒質材としては固体、液体、気体のいずれであってもよく、発生させたい光の波長によって選択される。

【0017】

本実施形態に係るプラズマ光源１は、たとえば、半導体素子を製造するための露光装置に適用される。プラズマ光源１は、たとえば波長１３．５ｎｍの極端紫外光（ＥＵＶ）を発生可能に構成されている。プラズマ光源１は、極端紫外光を発生させることにより、微細なパターンを形成するフォトリソグラフィを可能にする。

【0018】

プラズマ光源１は、プラズマを発生させる一対の同軸状電極１０、同軸状電極１０に電圧を与える電圧印加部２０、レーザ照射を行うレーザ照射部３０、および、プラズマ媒質を放出するプラズマ媒質材４１を備えている。

【0019】

一対の同軸状電極１０、１０は、チャンバ２内に収容されており、軸線Ａ上において互いに対面するように配置され、互いに先端側を突き合わせるように設けられている。一対の同軸状電極１０は、仮想の中央面Ｐに関して面対称に配置されている。一対の同軸状電極１０の間には、一定の間隔（空間）が設けられている。チャンバ２には一又は複数の排気管３が設けられており、排気管３には真空ポンプ（図示せず）が接続される。チャンバ２内は所定の真空度に維持される。チャンバ２は、接地されている。

【0020】

同軸状電極１０は、中心電極１１の周りに複数の外部電極１２を配置して構成される。同軸状電極１０は、中心電極１１と各外部電極１２との間の空間で放電を行う電極ユニットであり、中心電極１１及び外部電極１２は導電体により構成される。中心電極１１及び複数の外部電極１２の基端側は絶縁体１３に支持されている。中心電極１１は棒状体であって、軸線Ａ上に沿って延びている。外部電極１２も棒状体であって、中心電極１１と同方向に向けて設けられている。

【0021】

一対の同軸状電極１０、１０において、左側の同軸状電極１０の中心電極１１は、右側の同軸状電極１０に向かって延びている。中心電極１１は、高温に対して損傷され難い金属からなることが望ましい。中心電極１１は、たとえばタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属製のものが用いられる。中心電極１１の軸線Ａは、上記した中央面Ｐに直交する。

【0022】

左側の同軸状電極１０の外部電極１２は、右側の同軸状電極１０に向かって延びる棒状体である。外部電極１２は、軸線Ａに対して傾いた方向に延びていてもよい。例えば、中心電極１１の側面から外部電極１２までの距離が常に一定になるように、外部電極１２は側面に対して平行である方向に延びていてもよい。外部電極１２は、高温に対して損傷され難い金属からなることが望ましい。外部電極１２は、たとえばタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属製のものが用いられる。

【0023】

図２は中心電極１１及び外部電極１２の斜視図である。この図２において、説明の便宜上、プラズマ媒質材４１の図示を省略している。

【0024】

図２に示すように、外部電極１２は、中心電極１１の周囲に配置されている。外部電極１２は、中心電極１１に対して所定の間隔を有している。複数の外部電極１２は、中心電極１１の周方向において等間隔又はほぼ等間隔に配置されている。図２では、中心電極１１の周囲に四つの外部電極１２が配置される場合を示しているが、外部電極１２の本数は四つに限定されず、複数であればそれ以外の数を配置してもよい。また、中心電極１１および外部電極１２の大きさや形状、これらの間隔などに応じて適宜設定され得る。中心電極１１のまわりに複数の外部電極１２が配置されることにより、初期放電（たとえば沿面放電）が、中心電極１１と外部電極１２との間に発生する。この初期放電は、面状となるプラズマを形成する。

【0025】

中心電極１１、外部電極１２の対峙位置には軸方向へ延びる突部１１ｃ、１２ｃが形成されている。たとえば、中心電極１１は、断面四角形の角柱体又は角錐体として構成され、四つの角部がそれぞれ突部１１ｃとして機能する。外部電極１２は、たとえば断面三角形の角柱体又は角錐体として形成され、中心電極１１に対峙する角部が突部１２ｃとして機能する。ここで、中心電極１１、外部電極１２の対峙位置には、互いにほぼ対峙する位置も含み、突部１１ｃ、１２ｃが放電を生じさせる端部として機能すればよい。中心電極１１、外部電極１２の軸方向とは、中心電極１１、外部電極１２が棒状体として形成される場合、中心電極１１、外部電極１２の長手方向を意味する。

【0026】

このように、中心電極１１、外部電極１２の対峙位置に突部１１ｃ、１２ｃが形成されることにより、中心電極１１と外部電極１２の間で放電が起こる時に、突出する突部１１ｃ、１２ｃの間で放電が行われることとなり、中心電極１１の周方向における放電位置が安定する。これにより、安定した放電を通じてプラズマ生成の安定化が図れる。

【0027】

中心電極１１の突部１１ｃ及び外部電極１２の突部１２ｃは、いずれか一方のみを形成してもよい。たとえば、外部電極１２として円柱体のものを用い、突部１２ｃの形成を省略する場合もある。また、中心電極１１として円柱体又は円錐体のものを用い、突部１１ｃの形成を省略する場合もある。これらの場合であっても、一方の突部１１ｃ又は突部１２ｃが形成されることで放電位置を安定させることができる。また、中心電極１１は、外部電極１２の設置数に応じ、断面四角形以外の断面多角形の形状であってもよい。外部電極１２は、断面三角形以外の断面多角形の形状であってもよい。中心電極１１、外部電極１２として断面多角形の部材を用いることにより、単純な形状物でありながら角部を突部１１ｃ、１２ｃとして機能させることができ、突部１１ｃ、１２ｃの耐久性の向上が図れる。また、単純な形状であるので、中心電極１１、外部電極１２の製作が容易となる。

【0028】

なお、中心電極１１及び外部電極１２として断面円形の形状物を用いた場合、突部１１ｃ及び突部１２ｃは中心電極１１及び外部電極１２の表面から突出し軸方向に延びる形状としてもよい。

【0029】

図１において、絶縁体１３は、たとえば円板状をなすセラミックス製の板が用いられる。絶縁体１３は、中心電極１１と外部電極１２の基部を支持し、これらの間隔を規定する。絶縁体１３は、中心電極１１と外部電極１２を離して支持することにより中心電極１１と外部電極１２を電気的に絶縁する。

【0030】

電圧印加部２０は、同軸状電極１０に放電電圧を印加する。電圧印加部２０は、たとえば２台の高圧電源（ＨＶ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）２１，２２を備える。第１高圧電源２１の出力側は、一方の（たとえば図示左側の）同軸状電極１０の中心電極１１に接続されている。第１高圧電源２１のコモン側は、その中心電極１１に対応する外部電極１２に接続されている。第１高圧電源２１は、その中心電極１１に対応する外部電極１２よりも高い正の放電電圧を印加する。なお、第１高圧電源２１は、その中心電極１１に対応する外部電極１２よりも低い負の放電電圧を印加してもよい。第２高圧電源２２の出力側は、他方の（たとえば図示右側の）同軸状電極１０の中心電極１１に接続されている。第２高圧電源２２のコモン側は、その中心電極１１に対応する外部電極１２に接続されている。第２高圧電源２２は、その中心電極１１に対応する外部電極１２よりも高い正の放電電圧を印加する。なお、第２高圧電源２２は、その中心電極１１に対応する外部電極１２よりも低い負の放電電圧を印加してもよい。いずれの高圧電源のコモン側も接地されていてもよい。以下の説明では、第１高圧電源２１を単に電源２１という。同様に、第２高圧電源２２を単に電源２２という。

【0031】

なお、電源２１，２２のコモン側には、ロゴスキーコイル等を用いて誘導結合された線路が設けられてもよい。これらの線路により、中心電極１１を経由した電流（すなわち、すべての放電電流）をオシロスコープ（Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ）で観察することができる。

【0032】

プラズマ光源１は、さらに、電圧印加部２０からの放電電圧を放電エネルギとして外部電極１２毎に蓄積するエネルギ蓄積回路２６を備えている。エネルギ蓄積回路２６は、中心電極１１と各外部電極１２との間を個別に接続する複数のキャパシタＣを含む。放電エネルギを蓄積するキャパシタＣが外部電極１２ごとに設けられることにより、すべての外部電極１２において放電が発生し得る。すなわち、放電の発生タイミングに多少のずれが生じた場合でも、最初に発生した放電によって多くの放電エネルギが消費されることが防止される。エネルギ蓄積回路２６を備えることにより、同軸状電極１０において、中心電極１１の周りに、対称性のある理想的な多重放電が得られる。

【0033】

プラズマ光源１は、さらに、電圧印加部２０に放電電流が帰還することを阻止する放電電流阻止回路２８を備えている。放電電流阻止回路２８は、外部電極１２と電圧印加部２０（具体的には電源２１，２２のコモン側）との間を接続するインダクタＬを含む。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１１及び外部電極１２を経由した放電電流は、その発生源であるエネルギ蓄積回路２６に戻され得る。これにより、キャパシタＣに蓄積された放電エネルギが当該キャパシタＣに直結した外部電極１２以外の外部電極１２に供給されることを防止できる。その結果、中心電極１１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。

【0034】

上述した電圧印加部２０の動作について説明する。まず、電源２１，２２によってキャパシタＣに電荷を予め蓄積（充電）する。そして、中心電極１１と外部電極１２との間にプラズマ媒質が供給されることにより、キャパシタＣの正極側から負極側へ電流が流れる。この電流は、キャパシタＣに蓄積された電荷量に相当する電流が電気回路の時定数に従ってパルス的に流れる。つまり、電荷は、中心電極１１、多重放電６、及び外部電極１２の順に流れ、最終的にキャパシタＣの負極側に戻る。この電流が流れている間に、多重放電６によって形成された面状なプラズマは中心電極１１の先端部まで移動して先端部において単一のプラズマとして収束することにより発光する。

【0035】

レーザ照射部３０は、レーザ装置３１と、ビームスプリッタ（ハーフミラー）３４と、ミラー３５とを有する。レーザ装置３１から出射されたレーザ光３２は、ビームスプリッタ３４及びミラー３５を介してプラズマ媒質材４１に照射される。このレーザ光の照射によってアブレーションが発生し、プラズマ媒質の蒸気（媒質蒸気）が発生する。レーザ装置３１はたとえばＹＡＧレーザであり、アブレーションを行うために基本波又は基本波の二倍波を短パルスのレーザ光として出力する。

【0036】

レーザ装置３１は、レーザ光３２を出射する。レーザ光３２は、ビームスプリッタ３４やミラー３５等の光学素子により、少なくとも２本のレーザ光３２ａ，３２ｂに分岐され、プラズマ媒質材４１に照射される。レーザ光３２ａ，３２ｂが照射されたプラズマ媒質材４１の表面では、アブレーションによってプラズマ媒質材４１の一部がプラズマ媒質として放出される。ここで、プラズマ媒質は、プラズマ媒質材４１の粒子ないし媒質蒸気であり、プラズマ媒質には中性ガス又はイオンを含む。

【0037】

また、レーザ光３２ａ，３２ｂの照射時には、同軸状電極１０の中心電極１１と外部電極１２に電圧印加部２０による放電電圧が既に印加されている。従って、上述のアブレーションが発生すると、中心電極１１と外部電極１２との間において放電が誘発される。さらに、この放電によって面状なプラズマが形成される。放電の発生箇所は、レーザ光３２の照射領域及びその近傍に制限される可能性がある。従って、レーザ光３２は軸線Ａの周方向に沿って間隔を置いて、複数且つ同時に照射することが好ましい。

【0038】

図３は、中心電極１１、外部電極１２及びプラズマ媒質材４１を中央面Ｐ側から見た概要図であり、プラズマ媒質材４１へのレーザ照射を示している。

【0039】

プラズマ媒質材４１は、中心電極１１、外部電極１２の近傍位置に配置されている。例えば、プラズマ媒質材４１は、外部電極１２の配置数に対応して複数配置される。図３では、四つの外部電極１２に対して四つのプラズマ媒質材４１が配置されている。具体的には、隣り合う外部電極１２、１２の間の位置にそれぞれプラズマ媒質材４１が配置される。プラズマ媒質材４１は、レーザ光３２ａ（３２ｂ）の照射面を中心電極１１と外部電極１２の間の空間に向けて設置されている。これにより、レーザ照射により照射面から法線方向へ放出されるプラズマ媒質４３を中心電極１１と外部電極１２の間の空間へ供給することができる。

【0040】

プラズマ媒質材４１としては、たとえば発光させる光の波長に応じた物質が用いられる。波長１３．５ｎｍの極端紫外光（ＥＵＶ）を発生させる場合、プラズマ媒質材４１として、たとえばリチウム（Ｌｉ）が用いられる。プラズマ媒質材４１として、キセノン（Ｘｅ）、スズ（Ｓｎ）などを用いる場合もある。また、６．７ｎｍの極端紫外光が必要な場合は、プラズマ媒質材４１として、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）などの少なくとも１つが用いられる。プラズマ媒質材４１は、たとえば固体のものが用いられ、絶縁体１３に支持されることにより所定の位置に配置される。プラズマ媒質材４１は、絶縁体１３から中心電極１１の軸方向へ延びる支持部材（図示なし）を介して絶縁体１３に支持すればよい。プラズマ媒質材４１として液体のものを用いる場合、中心電極１１と外部電極１２の間の空間に向けて開口する管体を用い、その管体を通じてプラズマ媒質材４１を供給してもよい。

【0041】

図３に示すように、複数の外部電極１２に対応した数のレーザ光３２ａがプラズマ媒質材４１に対して照射される。ここでは、四つの外部電極１２に対し四つのレーザ光３２ａが照射されている。つまり、外部電極１２ごとにそれぞれプラズマ媒質材４１が配置され、一つのプラズマ媒質材４１に対し一つのレーザ光３２ａが照射されている。レーザ光３２ａの照射によりプラズマ媒質材４１からプラズマ媒質４３が放出され、中心電極１１と複数の外部電極１２のそれぞれの間の空間へ個別にプラズマ媒質４３が供給される。このようにレーザ照射を行うことにより、中心電極１１と外部電極１２の間の空間に供給されるプラズマ媒質の量や供給タイミングを個別に調整することが可能となる。図３では、中心電極１１と各外部電極１２の間の四つの空間において、プラズマ媒質の量や供給タイミングを個別に調整することが可能となる。このため、中心電極１１と各外部電極１２の間に生成されるプラズマの偏りを低減することができ、中心電極１１の周りに生成されるプラズマの均等化の向上が図れる。従って、プラズマから放射される極端紫外光を安定して発生させることが可能となる。

【0042】

中心電極１１と外部電極１２の間の空間に供給されるプラズマ媒質の量を調整するには、プラズマ媒質材４１に照射されるレーザ光３２ａの光量又はエネルギ量を増減すればよい。たとえば、レーザ光３２ａの光路の途中に減衰器を配置し、レーザ光３２ａの光量を調整することができる。また、レーザ光３２ａをプラズマ媒質材４１に集光するレンズの位置を変えて焦点位置を調整することによりプラズマ媒質材４１に照射されるレーザ光３２ａのエネルギ量を調整することができる。プラズマ媒質材４１に照射されるレーザ光３２ａの光量又はエネルギ量を増加させることにより、中心電極１１と外部電極１２の間の空間に供給されるプラズマ媒質の量を増やすことができる。これに対し、プラズマ媒質材４１に照射されるレーザ光３２ａの光量又はエネルギ量を減少させることにより、中心電極１１と外部電極１２の間の空間に供給されるプラズマ媒質の量を減らすことができる。このように、中心電極１１と外部電極１２の間の空間に供給されるプラズマ媒質の量を個別に調整することができる。このため、中心電極１１と各外部電極１２の間に生成されるプラズマの偏りを低減でき、中心電極１１の周りに生成されるプラズマの均等化が図れる。

【0043】

中心電極１１と外部電極１２の間の空間に供給されるプラズマ媒質の供給タイミングを調整するには、プラズマ媒質材４１に照射されるレーザ光３２ａの照射タイミングを変更すればよい。例えば、レーザ光３２ａがパルスで照射される場合、レーザ光３２ａの光路長を変えることにより、レーザ光３２ａの照射タイミングを変更することができる。レーザ光３２ａの光路長を長くすることにより、レーザ光３２ａの照射タイミングを遅らせることができる。これに対し、レーザ光３２ａの光路長を短くすることにより、レーザ光３２ａの照射タイミングを早めることができる。このように、中心電極１１と外部電極１２の間の空間に供給されるプラズマ媒質の供給タイミングを個別に調整することができる。このため、中心電極１１と各外部電極１２の間に生成されるプラズマの偏りを低減でき、中心電極１１の周りに生成されるプラズマの均等化が図れる。

【0044】

ここで、動作中のプラズマ光源１における電気的な状態を説明する。図４は、中心電極１１の極性を正にする場合の、同軸状電極１０と電圧印加部２０とにより形成される電流経路Ｋを示している。図４に示されるように、電流経路Ｋは、キャパシタＣの正極側から電気回路を通じて中心電極１１に至る。ここで、中心電極１１と外部電極１２とは物理的に離間しているが、動作時においては、中心電極１１と外部電極１２との間にプラズマ媒質が存在するので、多重放電６が発生する。従って、電流は、プラズマ媒質を介して中心電極１１から外部電極１２へ至る。そして、外部電極１２から電気回路を通じてキャパシタＣの負極側に至る。

【0045】

プラズマ媒質材４１は、電圧印加部２０と同軸状電極１０とにより形成される電流経路Ｋに組み込まれていない。また、プラズマの発生時に同軸状電極１０を流れる電流は、プラズマ媒質材４１には流れない。すなわち、プラズマ媒質材４１は、この電流経路Ｋに対して、電気的に絶縁されている。

【0046】

プラズマ媒質材４１は、電流経路Ｋから電気的に切り離されていればよい。電流経路Ｋから電気的に切り離されたプラズマ媒質材４１は、電気的に接地されていてもよい。この電気的構成によれば、プラズマ媒質４３の帯電が防止される。また、この電気的構成によれば、中心電極１１や外部電極１２の高電圧に影響されずプラズマ媒質４３の電位を一定にすることが可能となる。

【0047】

また、電流経路Ｋから電気的に切り離されたプラズマ媒質材４１は、所定の電位に接続されてもよい。具体的には、プラズマ媒質材４１を保持する保持材を金属などの導電性素材により形成し、保持材に電位を与える。例えば、比較的低い電位に接続された構成によれば、プラズマ媒質材４１の電位を積極的に安定化させることができる。また、プラズマ媒質４３のイオン化が促進される。このイオン化したプラズマ媒質４３は中性ガスよりも放電のトリガーとなりやすい。一例として、プラズマ媒質材４１をリチウムとして、当該プラズマ媒質材４１に正の電位を印加すると、レーザアブレーションにより一部のリチウムはリチウムイオン（正イオン）として浮遊する。放電空間に到達した正イオンは、中性ガスよりも放電トリガーとなり易い。

【0048】

なお、また、プラズマ媒質材４１は、電流経路Ｋから電気的に切り離されていれば、電気的に浮いた状態であってもよい。

【0049】

続いて、図５を参照してプラズマ光源１の動作について説明する。

【0050】

図５の（ａ）部はレーザ光３２ａ，３２ｂの照射時の状態、図５の（ｂ）部は多重放電６の発生時の状態、図５の（ｃ）部は多重放電６の移動中の状態、図５の（ｄ）部は多重放電６の電極先端部到達時の状態、図５の（ｅ）部は高温・高密度化されたプラズマ７の発生初期時の状態、図５の（ｆ）部は高温・高密度化されたプラズマ７の状態を示している。

【0051】

まず、チャンバ２内は、プラズマ７の発生に適した温度及び圧力に保持される。放電前の同軸状電極１０には、電圧印加部２０により放電電圧が印加される。図５の（ａ）部に示されるように、放電電圧が印加された状態で、プラズマ媒質材４１にレーザ光３２ａ，３２ｂが照射される。その直後、中心電極１１及び外部電極１２の間で放電が発生する。複数の外部電極１２のそれぞれに対して、中心電極１１との間で放電が生じる。図５の（ｂ）部に示されるように、中心電極１１の周方向に分布する多重放電６が得られる。

【0052】

このとき、図３に示すように、外部電極１２の設置数、すなわち中心電極１１と外部電極１２の間の空間の数に応じてプラズマ媒質材４１が配置され、中心電極１１と外部電極１２の間の空間の数に応じてレーザ光３２ａ（３２ｂ）が照射される。具体的には、中心電極１１と外部電極１２の間の４つの空間に対し、それぞれレーザ光３２ａが照射されてプラズマ媒質４３が当該空間に供給される。これにより、中心電極１１と各外部電極１２の間の複数の空間に対し供給されるプラズマ媒質の量や供給タイミングを個別に調整することで、中心電極１１の周りに生ずる多重放電を周方向において均等化することができる。

【0053】

そして、図５の（ｃ）部に示されるように、多重放電６は、自己磁場によって電極から排出される方向（中央面Ｐに向かう方向）に移動する。このときの多重放電６の形状は、軸線Ａから見て略放射状である。

【0054】

このとき、図３に示すように、中心電極１１に突部１１ｃが形成され外部電極１２に突部１２ｃが形成されているため、突部１１ｃと突部１２ｃとの間で放電が行われ、多重放電６は突部１１ｃ、１２ｃに沿って移動していく。従って、多重放電６が安定して行われる。

【0055】

ここで、プラズマ光源１はエネルギ蓄積回路２６を備えているため、エネルギ蓄積回路２６と複数の外部電極１２との協働により、多重放電６の発生確率が高められている。間隔をあけて非連続的に配置される複数の外部電極１２は、連続した管状（筒状）の外部電極が採用される場合に比して、多重放電６の形成を容易にするという観点で有利である。

【0056】

その後、図５の（ｄ）部に示されるように、多重放電６は同軸状電極１０の先端に達する。多重放電６が中心電極１１の先端に達したことで、その放電電流の出発点は中心電極１１の側面１１ｂから端面１１ａに移行する。この電流の移行によって、一対の多重放電６に伴って移動してきたリチウム（Ｌｉ）を含むプラズマは収束し、高密度かつ高温になる。

【0057】

この現象は中央面Ｐを挟んだ同軸状電極１０で進行するため、初期プラズマは、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、初期プラズマは、軸線Ａに沿う両方向からの圧力を受けて同軸状電極１０が対面する中間位置（すなわち中央面Ｐの位置）に移動し、プラズマ媒質を成分とする単一のプラズマ７が形成される。

【0058】

そして、図５の（ｅ）部に示されるように、プラズマ７が形成された後も、多重放電６を通じて電流が流れ続け、プラズマ７を全体的に包囲し、プラズマ７を中心電極１１の中間付近に保持する。

【0059】

多重放電６が発生している間は、プラズマ７の高密度化および高温化が進行し、リチウム（Ｌｉ）を含むイオンの電離が進行する。その結果、図５の（ｆ）部に示されるように、プラズマ７からは極端紫外光を含むプラズマ光９が放射される。この状態において、多重放電６を通じて電流が流れ続けることにより、長時間に亘って、プラズマ光９が発生し得る。

【0060】

このプラズマ光源１は、動作時において中心電極１１と外部電極１２との間にプラズマ媒質４３が供給される。このプラズマ媒質４３は、中心電極１１と外部電極１２との間に放電を誘発する。中心電極１１と外部電極１２との間に多重放電６が生じると、中心電極１１とプラズマ媒質４３と外部電極１２とを介する電流経路Ｋが形成される。ここで、プラズマ媒質材４１は、当該電流経路Ｋから電気的に絶縁されているので、電流経路Ｋを流れる電流は、プラズマ媒質材４１を経由することがない。導体に電流が流れるとジュール熱が生じるが、プラズマ媒質材４１には電流が流れないので、ジュール熱が発生することもない。従って、プラズマ媒質材４１の温度上昇が抑制されてプラズマ媒質材４１の状態が安定化するので、プラズマ媒質材４１のアブレーションを安定的に生じさせることが可能となる。従って、中心電極１１と外部電極１２との間にプラズマ媒質４３の蒸気を安定的に供給することができる。

【0061】

以上のように、本実施形態に係るプラズマ光源１によれば、プラズマ媒質材４１に対し複数の外部電極１２に対応した数のレーザ光３２（３２ａ、３２ｂ）を照射してプラズマ媒質４３を放出させて中心電極１１と複数の外部電極１２のそれぞれの間の空間へプラズマ媒質４３を供給する。これにより、中心電極１１と各外部電極１２の間の複数の空間に対し供給されるプラズマ媒質４３の量や供給タイミングを個別に調整することが可能となる。このため、各外部電極１２と中心電極１１の間に生成されるプラズマの偏りを低減することができ、中心電極１１の周りに生成されるプラズマの均等化が図れる。これにより、プラズマから放射される極端紫外光を安定して発生させることができる。

【0062】

また、本実施形態に係るプラズマ光源１によれば、プラズマ媒質材４１が複数の外部電極１２の配置数に対応して複数配置され、レーザ照射部３０がプラズマ媒質材４１のそれぞれに対しレーザ光３２を照射してプラズマ媒質４３を放出させる。これにより、中心電極１１と外部電極１２の間の空間ごとに個別にプラズマ媒質４３を供給しやすくなり、中心電極１１の周りに生成されるプラズマの均等化の向上を図ることができる。

【0063】

また、本実施形態に係るプラズマ光源１によれば、中心電極１１及び外部電極１２の対峙位置の少なくとも一方に軸方向へ延びる突部１１ｃ又は突部１２ｃが形成される。これにより、中心電極１１と外部電極１２の間の放電位置が安定する。従って、所望のプラズマを安定して生成することができる。

【0064】

さらに、本実施形態に係るプラズマ光源１によれば、二つの同軸状電極１０、１０を対向させて構成されている。このため、二つの同軸状電極１０、１０のそれぞれにおいて、所望のプラズマを安定して生成することができる。また、それぞれの同軸状電極１０のプラズマの生成タイミングを調整することができる。従って、極端紫外光を安定発光が可能となる。
（第二実施形態）

【0065】

次に、第二実施形態に係るプラズマ光源１ａについて説明する。

【0066】

本実施形態に係るプラズマ光源１ａは、上述した第一実施形態に係るプラズマ光源１とほぼ同様に構成されており、中心電極１１と外部電極１２の間の隣り合う空間を仕切る隔壁１４を備える点で、隔壁１４を備えていないプラズマ光源１と異なっている。

【0067】

図６、７は、本実施形態に係るプラズマ光源における隔壁を示す図である。図６に示すように、中心電極１１と外部電極１２の間の隣り合う空間を仕切るように隔壁１４が設けられている。図６では、中心電極１１の周りに四つの外部電極１２が配置されているため、中心電極１１と各外部電極１２の間に四つの空間が形成されている。このため、隣り合う空間と空間の間にそれぞれ一つの隔壁１４が設けられている。たとえば、隔壁１４は、中心電極１１、外部電極１２を基端側で支持する絶縁体１３（図１参照）により支持される。隔壁１４としては、たとえば絶縁性物質により形成される板体を用いればよい。

【0068】

隔壁１４は、中心電極１１と外部電極１２の間の空間に供給されるプラズマ媒質４３が隣の空間へ拡散するのを抑制する壁体である。この隔壁１４は、中心電極１１と外部電極１２の間の隣り合う空間を完全に仕切るものでなくてもよい。つまり、プラズマ媒質４３が隣りの空間へ移動するのを低減できる構造のものであっても十分な効果が期待できる。

【0069】

図７に示すように、隔壁１４は、中心電極１１及び外部電極１２の軸方向（図７中のＡ方向）に対し、プラズマ媒質材４１が配置される領域をカバーするように設けられていればよい。たとえば、隔壁１４は、絶縁体１３から中心電極１１及び外部電極１２の先端側へプラズマ媒質材４１の設置位置まで延びるように設けられる。なお、図７では、説明の便宜上、一組の中心電極１１及び外部電極１２に対応する隔壁１４のみを示している。

【0070】

このような本実施形態に係るプラズマ光源１ａによれば、上述した第一実施形態に係るプラズマ光源１の作用効果に加え、隣り合う中心電極１１と外部電極１２の間の空間を仕切る隔壁１４が設けられることにより、放出されるプラズマ媒質４３の拡散が抑制され、中心電極１１と各外部電極１２との間の空間に所望の量のプラズマ媒質を正確に供給することができる。従って、各外部電極１２と中心電極１１の間の各空間に生成されるプラズマの偏りを低減することができ、中心電極の周りに生成されるプラズマの均等化の向上が図れる。

【0071】

以上、本発明を上述の実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

【0072】

たとえば、上述した各実施形態では、プラズマ媒質材４１を中心電極１１から離間させて配置しているが、プラズマ媒質材４１を中心電極１１に取り付けて配置してもよい。具体的には、図８に示すように、中心電極１１の外周にプラズマ媒質材４１を取り付け、プラズマ媒質材４１に対し外部電極１２の配置数に応じた複数のレーザ光３２をプラズマ媒質材４１へ照射させてもよい。図８では、四つの外部電極１２に対し四つのレーザ光３２が照射されている。この場合であっても、中心電極１１と各外部電極１２の間の複数の空間に対し供給されるプラズマ媒質４３の量や供給タイミングを個別に調整することが可能となる。このため、各外部電極１２と中心電極１１の間に生成されるプラズマの偏りを低減することができ、中心電極１１の周りに生成されるプラズマの均等化が図れる。これにより、プラズマから放射される極端紫外光を安定して発生させることができる。なお、この図８のプラズマ光源においても、隔壁１４を設けてもよい。この場合、放出されるプラズマ媒質４３の拡散を抑制され、中心電極１１と各外部電極１２との間の空間に所望の量のプラズマ媒質を正確に供給することができる。従って、各外部電極１２と中心電極１１の間の各空間に生成されるプラズマの偏りを低減することができ、中心電極の周りに生成されるプラズマの均等化の向上が図れる。

【0073】

また、上述した各実施形態では、二つの同軸状電極１０、１０を対向して配置する対向型プラズマフォーカス方式のプラズマ光源に適用する場合について説明したが、本発明に係るプラズマ光源はそのような方式以外のプラズマ光源に適用することもできる。すなわち、一つの同軸状電極１０により放電及び紫外光の発光を行うプラズマ光源に適用してもよい。

【符号の説明】

【0074】

１、１ａ プラズマ光源
２ チャンバ
３ 排気管
６ 多重放電
７ プラズマ
９ プラズマ光
１０ 同軸状電極
１１ 中心電極
１１ａ 端面
１１ｂ 側面
１２ 外部電極
１３ 絶縁体
１４ 隔壁
２０ 電圧印加部
２１ 電源
２２ 電源
２６ エネルギ蓄積回路
２８ 放電電流阻止回路
３０ レーザ照射部
３１ レーザ装置
３２ レーザ光
３４ ビームスプリッタ
３５ ミラー
４１ プラズマ媒質材
４３ プラズマ媒質
Ａ 軸線
Ｃ キャパシタ
Ｐ 中央面
Ｌ インダクタ
Ｋ 電流経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】