プラズマ光源
【課題】２つの同軸状電極内に発生した面状放電を同軸状電極間の管状放電に繋ぎ変える電流路の繋ぎ変えの安定性を高め、プラズマ光源の出力、安定性、信頼性を高めることができるプラズマ光源を提供する。
【解決手段】ガイド電極１４と真空チャンバー２２との間に絶縁板２６が挟持され、ガイド電極１４は真空チャンバー２２から絶縁されている。また１対のガイド電極１４の先端部を電気的に直接結合する連結導電体３２を備え、その中央部のみが接地されている。
【解決手段】ガイド電極１４と真空チャンバー２２との間に絶縁板２６が挟持され、ガイド電極１４は真空チャンバー２２から絶縁されている。また１対のガイド電極１４の先端部を電気的に直接結合する連結導電体３２を備え、その中央部のみが接地されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代半導体の微細加工のために極端紫外光源を用いるリソグラフィが期待されている。リソグラフィとは回路パターンの描かれたマスクを通して光やビームをシリコン基盤上に縮小投影し、レジスト材料を感光させることで電子回路を形成する技術である。光リソグラフィで形成される回路の最小加工寸法は基本的には光源の波長に依存している。従って、次世代の半導体開発には光源の短波長化が必須であり、この光源開発に向けた研究が進められている。
【０００３】
次世代リソグラフィ光源として最も有力視されているのが、極端紫外（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光源であり、およそ１〜１００ｎｍの波長領域の光を意味する。以下、この領域の光をプラズマ光又は単にＥＵＶと呼ぶ。
プラズマ光（ＥＵＶ）はあらゆる物質に対し吸収率が高く、レンズ等の透過型光学系を利用することができないので、反射型光学系を用いることになる。またこの領域の光学系は非常に開発が困難で、限られた波長にしか反射特性を示さない。
【０００４】
現在、１３．５ｎｍに感度を有するＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡が開発されており、この波長の光と反射鏡を組み合わせたリソグラフィ技術が開発されれば３０ｎｍ以下の加工寸法を実現できると予測されている。さらなる微細加工技術の実現のために、波長１３．５ｎｍのリソグラフィ光源の開発が急務であり、高エネルギ密度プラズマからの輻射光が注目されている。
【０００５】
光源プラズマ生成はレーザー照射（ＬＰＰ：Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式と、パルスパワー技術によって駆動されるガス放電（ＤＰＰ：Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式とに大別できる。ＤＰＰは、投入した電力が直接プラズマエネルギに変換されるので、ＬＰＰに比べて変換効率で優位であるうえに、装置が小型で低コストという利点がある。
【０００６】
ガス放電（ＤＰＰ）方式の光源プラズマ生成手段として、特許文献１〜３が既に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１４７２３１号、「プラズマ光源とプラズマ光発生方法」
【特許文献２】特開２０１１−５４７２９号、「プラズマ光源」
【特許文献３】特開２０１１−５４７３０号、「プラズマ光源」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１〜３に開示されたプラズマ光源は、１対の対向する同軸状電極間でプラズマを封じ込める構造のものであり、２つの同軸状電極から進展する面状放電（電流シート）を、同軸状電極間の中央部で衝突させ、かつ電流路の繋ぎ変えにより、プラズマの封じ込めを行うものである。
【０００９】
図１は、電流路の繋ぎ変えの模式図であり、（Ａ）は繋ぎ変え直前、（Ｂ）は繋ぎ変え直後である。
この図に示すように、繋ぎ変え直前（Ａ）には、各同軸状電極ａ内の中心電極ｂとガイド電極ｃとの間で面状放電２が行われ、繋ぎ変え直後（Ｂ）には、２つの同軸状電極ａ内の２つの中心電極ｂ間で管状放電４が行われる必要がある。なおこの図で３はプラズマである。
【００１０】
しかし、かかるプラズマ光源を実際に製作し試験した結果、電流路の繋ぎ変えが生じにくく、電流路の繋ぎ変え動作を安定させ、プラズマ光源の出力、安定性、信頼性をさらに向上させたいという要望があった。
【００１１】
本発明は、かかる要望を満たすために創案したものである。すなわち、本発明の目的は、２つの同軸状電極内に発生した面状放電を同軸状電極間の管状放電に繋ぎ変える電流路の繋ぎ変えの安定性を高め、プラズマ光源の出力、安定性、信頼性を高めることができるプラズマ光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、対向配置された１対の同軸状電極と、該同軸状電極内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持する放電環境保持装置と、を備え、
前記同軸状電極は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、該中心電極を一定の間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の末端部間に位置しその間を絶縁するリング状の絶縁体とからなり、
前記中心電極は、前記軸線上に位置し、かつそれぞれの先端部が互いに間隔を隔てて対向しており、
さらに、前記１対の中心電極の末端部に極性を反転させた放電電圧を印加して、中心電極とガイド電極の間にそれぞれ面状放電を発生させ、該面状放電により１対の中心電極間の中間位置に単一のプラズマを形成し、次いで前記面状放電を１対の中心電極間の管状放電に繋ぎ変えて前記プラズマを封じ込めるプラズマ封じ込み磁場を形成するプラズマ制御装置を備えるプラズマ光源であって、
前記１対のガイド電極の前記先端部を電気的に直接結合する連結導電体を備え、該連結導電体の中央部のみが接地されている、ことを特徴とするプラズマ光源が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明の装置によれば、１対のガイド電極の先端部を電気的に直接結合する連結導電体を備え、該連結導電体の中央部のみが接地されているので、電流路の繋ぎ変えの前後において、１対のガイド電極の先端部が常に同電位（接地電位）に固定される。
従って、電流路の繋ぎ変えの前後において、中心電極間の電位差が電流順方向となり、かつガイド電極間の電位差がゼロとなる電位関係が成立し、電流繋ぎ変えが起こり易くなる。
【００１４】
すなわち、「繋ぎ変え時点」において、１対の中心電極はそれぞれ印加された放電電圧の極性（＋又は−）を維持しており、両方の面状放電に繋ぎ変え方向に順方向の電位差があり、かつ１対のガイド電極の先端部が常に同電位（接地電位）に固定されるので、繋ぎ変えがスムーズに行なわれる。
従って、電流路の繋ぎ変えの安定性を高め、プラズマ光源の出力、安定性、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電流路の繋ぎ変えの模式図である。
【図２】本発明によるプラズマ光源の実施形態図である。
【図３】従来の繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。
【図４】本発明による繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図２は、本発明によるプラズマ光源の実施形態図である。
この図において、本発明のプラズマ光源は、１対の同軸状電極１０及び放電環境保持装置２０を備える。
【００１８】
１対の同軸状電極１０は、対称面１を中心として対向配置されている。
各同軸状電極１０は、棒状の中心電極１２、管状のガイド電極１４及びリング状の絶縁体１６からなる。
【００１９】
棒状の中心電極１２は、単一の軸線Ｚ−Ｚ上に延びる導電性の電極である。中心電極１２は、軸線Ｚ−Ｚに対して線対称の外周面を有する。
【００２０】
管状のガイド電極１４は、軸線Ｚ−Ｚに対して回転対称に構成されることが望ましく、中心電極１２を一定の間隔を隔てて囲み、その間にプラズマ媒体を保有するようになっている。プラズマ媒体は、Ｘｅ，Ｓｎ，Ｌｉ等であることが好ましい。
また、ガイド電極１４の形状は回転対称に限られず、例えば長方形でもよい。
なお、ガイド電極１４と真空チャンバー２２（図２参照）との間に絶縁板２６が挟持され、ガイド電極１４は真空チャンバー２２から絶縁されている。
【００２１】
リング状の絶縁体１６は、中心電極１２とガイド電極１４の末端部間に位置する中空円筒形状の電気的絶縁体であり、中心電極１２とガイド電極１４の末端部間を電気的に絶縁する。
なお、絶縁体１６は、軸線Ｚ−Ｚに対して回転対称であることが好ましいが、本発明はこの形状に限定されず、中心電極１２とガイド電極１４の末端部間を電気的に絶縁する限りで、その他の形状、例えば長方形でもよい。
【００２２】
上述した１対の同軸状電極１０の各中心電極１２は、同一の軸線Ｚ−Ｚ上に位置し、かつそれぞれの先端部が互いに間隔を隔てて対向している。
【００２３】
放電環境保持装置２０は、同軸状電極１０内にプラズマ媒体を供給し、かつプラズマ発生に適した温度及び圧力に同軸状電極１０を保持する。プラズマ発生に適した温度は、例えば０〜３００℃であり、プラズマ発生に適した圧力は、例えば１〜１０×１０−６ｔｏｒｒの真空度である。
放電環境保持装置２０は、例えば、真空チャンバー２２、排気装置２４、ガス供給系、温度調節器、及びプラズマ媒体供給装置により構成することができる。なお、真空チャンバー２２と排気装置２４は必須であるが、ガス供給系、温度調節器、及びプラズマ媒体供給装置は必須ではない。
【００２４】
図２において、本発明のプラズマ光源は、さらにプラズマ制御装置３０を備える。
プラズマ制御装置３０は、１対の中心電極１２の末端部に極性を反転させた放電電圧を印加して、中心電極１２とガイド電極１４の間にそれぞれ面状放電２を発生させ、面状放電２により１対の中心電極１２間の中間位置に単一のプラズマ３を形成し、次いで面状放電２を１対の中心電極１２間の管状放電４（図１参照）に繋ぎ変えてプラズマ３を封じ込める磁場を形成する機能を有する。
プラズマ３を形成する「中間位置」は、対称面１上に限定されず、中心電極１２先端の中点以外の位置であってもよい。
【００２５】
図２において、プラズマ制御装置３０は、連結導電体３２、正電圧源３４、負電圧源３６及びタイミング制御装置４０を有する。
【００２６】
連結導電体３２は、１対のガイド電極１４の先端部を電気的に直接結合する。
連結導電体３２は、この例では電気抵抗の小さい導体、例えば、金又は銅等の導電体からなる金属線、棒、プレート等であり、１対のガイド電極１４の対向する先端部に両端部がロウ付け等で結合されている。連結導電体３２は、１本に限定されず、複数でもよい。
連結導電体３２の電気抵抗は、小さいほど好ましく、１対の同軸状電極１０の電位が静的には同電位であり、過渡的にも印加電圧の１０％未満であるのが好ましい。
また、連結導電体３２の構成はこの例に限定されず、例えば、１対のガイド電極１４の先端部を電気的に直接結合してもよい。また１対のガイド電極１４を単一のガイド電極１４に置き換え、その一部に必要な開口（例えばガスや光の開口）を設けてもよい。
【００２７】
また、この例において、連結導電体３２の中央部のみが接地され、ガイド電極１４の末端部が浮遊電圧に保たれている。
【００２８】
正電圧源３４は、放電用コンデンサ３７ｂにエネルギを蓄積し、蓄積したエネルギを一方（図で左側）の中心電極１２に接地電圧（０Ｖ）より高い正の放電電圧を印加する。
負電圧源３６は、放電用コンデンサ３７ｂにエネルギを蓄積し、蓄積したエネルギを他方（図で右側）の中心電極１２に接地電圧（０Ｖ）より低い負の放電電圧を印加する。
【００２９】
タイミング制御装置４０は、正電圧源３４と負電圧源３６の印加タイミングを制御する。
【００３０】
図２において、正電圧源３４と負電圧源３６は、それぞれ高電圧蓄電装置３７とトリガスイッチ３８とを有する。
【００３１】
高電圧蓄電装置３７は、それぞれ高電圧電源３７ａと放電用コンデンサ３７ｂを有し、放電用コンデンサ３７ｂに所定の高電圧を充電する。所定の高電圧（充電電圧）は、好ましくは１０〜１５ｋＶの正電圧又は負電圧である。
【００３２】
トリガスイッチ３８は、高電圧パルス発生器３８ａ及びギャップスイッチ３８ｂからなり、高電圧パルス発生器３８ａから高電圧パルスを出力し、ギャップスイッチ３８ｂを作動させるようになっている。また、この例では、抵抗Ｒ１，Ｒ２を有し、ギャップスイッチ３８ｂを保護している。
【００３３】
タイミング制御装置４０は、高電圧パルス発生器３８ａにそれぞれパルス信号を出力し、このパルス信号により高電圧パルス発生器３８ａを作動させて、ギャップスイッチ３８ｂを作動させる。
このギャップスイッチ３８ｂの作動により、ギャップスイッチ３８ｂが短絡し、放電用コンデンサ３７ｂに充電された高電圧がそれぞれの同軸状電極１０に印加される。
【００３４】
図２において、１対のガイド電極１４の末端部は、直接には接地（アース）されず、連結導電体３２を介して接地されている。
また、正電圧源３４の放電用コンデンサ３７ｂの一端はガイド電極１４の末端部に接続され、他端は接地電圧より高い正（＋）の高電圧に印加される。
また、負電圧源３６の放電用コンデンサ３７ｂの一端はガイド電極１４の末端部に接続され、他端は接地電圧より低い負（−）の高電圧に印加される。
正電圧源３４と負電圧源３６の高電圧は、好ましくは１０〜１５ｋＶの正電圧又は負電圧である。
【００３５】
さらに、タイミング制御装置４０は、それぞれの高電圧パルス発生器３８ａに出力するパルス信号の時間差を設定するタイマー（図示せず）を備え、それぞれの同軸状電極１０に放電電圧を印加するタイミングを制御できるようになっている。
【００３６】
図２において、トリガスイッチ３８と中心電極１２の間には、図示しない残留抵抗Ｒと浮遊インダクタンスＬが存在する。上述した電圧印加時の電流波形は、上述した印加電圧Ｖ、浮遊インダクタンスＬ、放電用コンデンサ３７ｂの静電容量Ｃ１、及び抵抗Ｒ１，Ｒ２及び残留抵抗Ｒによって決定される。
本発明において、電圧印加時の電流波形は、周期Ｔのサイン波であり、その４分の１周期（Ｔ／４）は、０．５〜３μｓであることが好ましく、１〜２μｓであることが特に好ましい。
【００３７】
図３は、従来の繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。この図において（Ａ）は、従来のプラズマ光源の模式図、（Ｂ）は（Ａ）に対応する、繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。
【００３８】
図３（Ａ）は、上述した本発明のプラズマ光源とは以下の点で相違する。
（１）１対のガイド電極１４の末端部が接地（アース）されている。
（２）正電圧源３４と負電圧源３６の放電用コンデンサ３７ｂの一端が接地（アース）されている。
（３）本発明の連結導電体３２はなく、１対のガイド電極１４の先端部が電気的に接続されていない。
【００３９】
図３（Ｂ）は、繋ぎ変え直前における図３（Ａ）の正電圧源側（点Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋，Ｄ＋）と負電圧源側（点Ａ−，Ｂ−，Ｃ−，Ｄ−）の電圧を示している。
図３（Ｂ）において、点Ｄ＋と点Ｄ−はそれぞれ接地（アース）されているため、同電位（接地電位）に固定されている。
この場合、正電圧源側の中心電極１２の先端部（Ｂ＋）の電圧は、負電圧源側の中心電極１２の先端部（Ｂ−）の電圧より高いため、点Ｂ＋から点Ｂ−への電流繋ぎ変えは可能である。
【００４０】
一方、図１（Ｂ）に示したように、電流繋ぎ変え後には、負電圧源側のガイド電極１４の先端部（Ｃ−）から正電圧源側のガイド電極１４の先端部（Ｃ＋）に電流が流れる必要がある。
しかし、図３（Ｂ）の例では、繋ぎ変え直前におけるＣ−の電圧はＣ＋の電圧より低いため、この方向への電流の繋ぎ変えが起こり難くかった。
【００４１】
図４は、本発明による繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。この図において（Ａ）は、本発明のプラズマ光源の模式図、（Ｂ）は（Ａ）に対応する、繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。
【００４２】
図４（Ｂ）は、繋ぎ変え直前における図４（Ａ）の正電圧源側（点Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋，Ｄ＋）と負電圧源側（点Ａ−，Ｂ−，Ｃ−，Ｄ−）の電圧を示している。
図４（Ｂ）において、ガイド電極１４の先端部（点Ｃ＋と点Ｃ−）が連結導電体３４で電気的に直接結合され、連結導電体３４の中央部のみが接地（アース）されているため、点Ｃ＋と点Ｃ−は同電位（接地電位）に固定される。
この場合、正電圧源側の中心電極１２の先端部（Ｂ＋）の電圧は、負電圧源側の中心電極１２の先端部（Ｂ−）の電圧より高いため、点Ｂ＋から点Ｂ−への電流繋ぎ変えは可能である。
【００４３】
一方、図１（Ｂ）に示したように、電流繋ぎ変え後には、負電圧源側のガイド電極１４の先端部（Ｃ−）から正電圧源側のガイド電極１４の先端部（Ｃ＋）に電流が流れる必要があるが、図４（Ｂ）の例では、繋ぎ変え直前における点Ｃ＋と点Ｃ−の電位が同電位であるため、この方向への電流の繋ぎ変えも容易にできる。
【００４４】
上述したように本発明の装置によれば、１対のガイド電極１４の先端部を電気的に直接結合する連結導電体３２を備え、該連結導電体３２の中央部のみが接地されているので、電流路の繋ぎ変えの前後において、１対のガイド電極１４の先端部が常に同電位（接地電位）に固定される。
従って、電流路の繋ぎ変えの前後において、中心電極１２間の電位差が電流順方向となり、かつガイド電極１４間の電位差がゼロとなる電位関係が成立し、電流繋ぎ変えが起こり易くなる。
【００４５】
すなわち、「繋ぎ変え時点」において、１対の中心電極１２はそれぞれ印加された放電電圧の極性（＋又は−）を維持しており、両方の面状放電２に繋ぎ変え方向に順方向の電位差があり、かつ１対のガイド電極１４の先端部が常に同電位（接地電位）に固定されるので、繋ぎ変えがスムーズに行なわれる。
従って、電流路の繋ぎ変えの安定性を高め、プラズマ光源の出力、安定性、信頼性を高めることができる。
【００４６】
なお、本発明は上述した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。
【符号の説明】
【００４７】
１ 対称面、２ 面状放電、３ プラズマ、４ 管状放電、
１０ 同軸状電極、１２ 中心電極、１４ ガイド電極、１６ 絶縁体、
２０ 放電環境保持装置、２２ 真空チャンバー、
２４ 排気装置、２６ 絶縁板、
３０ プラズマ制御装置、３２ 連結導電体、
３４ 正電圧源、３６ 負電圧源、
３７ 高電圧蓄電装置、３７ａ 高電圧電源、３７ｂ 放電用コンデンサ、
３８ トリガスイッチ、３８ａ 高電圧パルス発生器、
３８ｂ ギャップスイッチ、４０ タイミング制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代半導体の微細加工のために極端紫外光源を用いるリソグラフィが期待されている。リソグラフィとは回路パターンの描かれたマスクを通して光やビームをシリコン基盤上に縮小投影し、レジスト材料を感光させることで電子回路を形成する技術である。光リソグラフィで形成される回路の最小加工寸法は基本的には光源の波長に依存している。従って、次世代の半導体開発には光源の短波長化が必須であり、この光源開発に向けた研究が進められている。
【０００３】
次世代リソグラフィ光源として最も有力視されているのが、極端紫外（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光源であり、およそ１〜１００ｎｍの波長領域の光を意味する。以下、この領域の光をプラズマ光又は単にＥＵＶと呼ぶ。
プラズマ光（ＥＵＶ）はあらゆる物質に対し吸収率が高く、レンズ等の透過型光学系を利用することができないので、反射型光学系を用いることになる。またこの領域の光学系は非常に開発が困難で、限られた波長にしか反射特性を示さない。
【０００４】
現在、１３．５ｎｍに感度を有するＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡が開発されており、この波長の光と反射鏡を組み合わせたリソグラフィ技術が開発されれば３０ｎｍ以下の加工寸法を実現できると予測されている。さらなる微細加工技術の実現のために、波長１３．５ｎｍのリソグラフィ光源の開発が急務であり、高エネルギ密度プラズマからの輻射光が注目されている。
【０００５】
光源プラズマ生成はレーザー照射（ＬＰＰ：Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式と、パルスパワー技術によって駆動されるガス放電（ＤＰＰ：Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式とに大別できる。ＤＰＰは、投入した電力が直接プラズマエネルギに変換されるので、ＬＰＰに比べて変換効率で優位であるうえに、装置が小型で低コストという利点がある。
【０００６】
ガス放電（ＤＰＰ）方式の光源プラズマ生成手段として、特許文献１〜３が既に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１４７２３１号、「プラズマ光源とプラズマ光発生方法」
【特許文献２】特開２０１１−５４７２９号、「プラズマ光源」
【特許文献３】特開２０１１−５４７３０号、「プラズマ光源」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１〜３に開示されたプラズマ光源は、１対の対向する同軸状電極間でプラズマを封じ込める構造のものであり、２つの同軸状電極から進展する面状放電（電流シート）を、同軸状電極間の中央部で衝突させ、かつ電流路の繋ぎ変えにより、プラズマの封じ込めを行うものである。
【０００９】
図１は、電流路の繋ぎ変えの模式図であり、（Ａ）は繋ぎ変え直前、（Ｂ）は繋ぎ変え直後である。
この図に示すように、繋ぎ変え直前（Ａ）には、各同軸状電極ａ内の中心電極ｂとガイド電極ｃとの間で面状放電２が行われ、繋ぎ変え直後（Ｂ）には、２つの同軸状電極ａ内の２つの中心電極ｂ間で管状放電４が行われる必要がある。なおこの図で３はプラズマである。
【００１０】
しかし、かかるプラズマ光源を実際に製作し試験した結果、電流路の繋ぎ変えが生じにくく、電流路の繋ぎ変え動作を安定させ、プラズマ光源の出力、安定性、信頼性をさらに向上させたいという要望があった。
【００１１】
本発明は、かかる要望を満たすために創案したものである。すなわち、本発明の目的は、２つの同軸状電極内に発生した面状放電を同軸状電極間の管状放電に繋ぎ変える電流路の繋ぎ変えの安定性を高め、プラズマ光源の出力、安定性、信頼性を高めることができるプラズマ光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、対向配置された１対の同軸状電極と、該同軸状電極内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持する放電環境保持装置と、を備え、
前記同軸状電極は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、該中心電極を一定の間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の末端部間に位置しその間を絶縁するリング状の絶縁体とからなり、
前記中心電極は、前記軸線上に位置し、かつそれぞれの先端部が互いに間隔を隔てて対向しており、
さらに、前記１対の中心電極の末端部に極性を反転させた放電電圧を印加して、中心電極とガイド電極の間にそれぞれ面状放電を発生させ、該面状放電により１対の中心電極間の中間位置に単一のプラズマを形成し、次いで前記面状放電を１対の中心電極間の管状放電に繋ぎ変えて前記プラズマを封じ込めるプラズマ封じ込み磁場を形成するプラズマ制御装置を備えるプラズマ光源であって、
前記１対のガイド電極の前記先端部を電気的に直接結合する連結導電体を備え、該連結導電体の中央部のみが接地されている、ことを特徴とするプラズマ光源が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明の装置によれば、１対のガイド電極の先端部を電気的に直接結合する連結導電体を備え、該連結導電体の中央部のみが接地されているので、電流路の繋ぎ変えの前後において、１対のガイド電極の先端部が常に同電位（接地電位）に固定される。
従って、電流路の繋ぎ変えの前後において、中心電極間の電位差が電流順方向となり、かつガイド電極間の電位差がゼロとなる電位関係が成立し、電流繋ぎ変えが起こり易くなる。
【００１４】
すなわち、「繋ぎ変え時点」において、１対の中心電極はそれぞれ印加された放電電圧の極性（＋又は−）を維持しており、両方の面状放電に繋ぎ変え方向に順方向の電位差があり、かつ１対のガイド電極の先端部が常に同電位（接地電位）に固定されるので、繋ぎ変えがスムーズに行なわれる。
従って、電流路の繋ぎ変えの安定性を高め、プラズマ光源の出力、安定性、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電流路の繋ぎ変えの模式図である。
【図２】本発明によるプラズマ光源の実施形態図である。
【図３】従来の繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。
【図４】本発明による繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図２は、本発明によるプラズマ光源の実施形態図である。
この図において、本発明のプラズマ光源は、１対の同軸状電極１０及び放電環境保持装置２０を備える。
【００１８】
１対の同軸状電極１０は、対称面１を中心として対向配置されている。
各同軸状電極１０は、棒状の中心電極１２、管状のガイド電極１４及びリング状の絶縁体１６からなる。
【００１９】
棒状の中心電極１２は、単一の軸線Ｚ−Ｚ上に延びる導電性の電極である。中心電極１２は、軸線Ｚ−Ｚに対して線対称の外周面を有する。
【００２０】
管状のガイド電極１４は、軸線Ｚ−Ｚに対して回転対称に構成されることが望ましく、中心電極１２を一定の間隔を隔てて囲み、その間にプラズマ媒体を保有するようになっている。プラズマ媒体は、Ｘｅ，Ｓｎ，Ｌｉ等であることが好ましい。
また、ガイド電極１４の形状は回転対称に限られず、例えば長方形でもよい。
なお、ガイド電極１４と真空チャンバー２２（図２参照）との間に絶縁板２６が挟持され、ガイド電極１４は真空チャンバー２２から絶縁されている。
【００２１】
リング状の絶縁体１６は、中心電極１２とガイド電極１４の末端部間に位置する中空円筒形状の電気的絶縁体であり、中心電極１２とガイド電極１４の末端部間を電気的に絶縁する。
なお、絶縁体１６は、軸線Ｚ−Ｚに対して回転対称であることが好ましいが、本発明はこの形状に限定されず、中心電極１２とガイド電極１４の末端部間を電気的に絶縁する限りで、その他の形状、例えば長方形でもよい。
【００２２】
上述した１対の同軸状電極１０の各中心電極１２は、同一の軸線Ｚ−Ｚ上に位置し、かつそれぞれの先端部が互いに間隔を隔てて対向している。
【００２３】
放電環境保持装置２０は、同軸状電極１０内にプラズマ媒体を供給し、かつプラズマ発生に適した温度及び圧力に同軸状電極１０を保持する。プラズマ発生に適した温度は、例えば０〜３００℃であり、プラズマ発生に適した圧力は、例えば１〜１０×１０−６ｔｏｒｒの真空度である。
放電環境保持装置２０は、例えば、真空チャンバー２２、排気装置２４、ガス供給系、温度調節器、及びプラズマ媒体供給装置により構成することができる。なお、真空チャンバー２２と排気装置２４は必須であるが、ガス供給系、温度調節器、及びプラズマ媒体供給装置は必須ではない。
【００２４】
図２において、本発明のプラズマ光源は、さらにプラズマ制御装置３０を備える。
プラズマ制御装置３０は、１対の中心電極１２の末端部に極性を反転させた放電電圧を印加して、中心電極１２とガイド電極１４の間にそれぞれ面状放電２を発生させ、面状放電２により１対の中心電極１２間の中間位置に単一のプラズマ３を形成し、次いで面状放電２を１対の中心電極１２間の管状放電４（図１参照）に繋ぎ変えてプラズマ３を封じ込める磁場を形成する機能を有する。
プラズマ３を形成する「中間位置」は、対称面１上に限定されず、中心電極１２先端の中点以外の位置であってもよい。
【００２５】
図２において、プラズマ制御装置３０は、連結導電体３２、正電圧源３４、負電圧源３６及びタイミング制御装置４０を有する。
【００２６】
連結導電体３２は、１対のガイド電極１４の先端部を電気的に直接結合する。
連結導電体３２は、この例では電気抵抗の小さい導体、例えば、金又は銅等の導電体からなる金属線、棒、プレート等であり、１対のガイド電極１４の対向する先端部に両端部がロウ付け等で結合されている。連結導電体３２は、１本に限定されず、複数でもよい。
連結導電体３２の電気抵抗は、小さいほど好ましく、１対の同軸状電極１０の電位が静的には同電位であり、過渡的にも印加電圧の１０％未満であるのが好ましい。
また、連結導電体３２の構成はこの例に限定されず、例えば、１対のガイド電極１４の先端部を電気的に直接結合してもよい。また１対のガイド電極１４を単一のガイド電極１４に置き換え、その一部に必要な開口（例えばガスや光の開口）を設けてもよい。
【００２７】
また、この例において、連結導電体３２の中央部のみが接地され、ガイド電極１４の末端部が浮遊電圧に保たれている。
【００２８】
正電圧源３４は、放電用コンデンサ３７ｂにエネルギを蓄積し、蓄積したエネルギを一方（図で左側）の中心電極１２に接地電圧（０Ｖ）より高い正の放電電圧を印加する。
負電圧源３６は、放電用コンデンサ３７ｂにエネルギを蓄積し、蓄積したエネルギを他方（図で右側）の中心電極１２に接地電圧（０Ｖ）より低い負の放電電圧を印加する。
【００２９】
タイミング制御装置４０は、正電圧源３４と負電圧源３６の印加タイミングを制御する。
【００３０】
図２において、正電圧源３４と負電圧源３６は、それぞれ高電圧蓄電装置３７とトリガスイッチ３８とを有する。
【００３１】
高電圧蓄電装置３７は、それぞれ高電圧電源３７ａと放電用コンデンサ３７ｂを有し、放電用コンデンサ３７ｂに所定の高電圧を充電する。所定の高電圧（充電電圧）は、好ましくは１０〜１５ｋＶの正電圧又は負電圧である。
【００３２】
トリガスイッチ３８は、高電圧パルス発生器３８ａ及びギャップスイッチ３８ｂからなり、高電圧パルス発生器３８ａから高電圧パルスを出力し、ギャップスイッチ３８ｂを作動させるようになっている。また、この例では、抵抗Ｒ１，Ｒ２を有し、ギャップスイッチ３８ｂを保護している。
【００３３】
タイミング制御装置４０は、高電圧パルス発生器３８ａにそれぞれパルス信号を出力し、このパルス信号により高電圧パルス発生器３８ａを作動させて、ギャップスイッチ３８ｂを作動させる。
このギャップスイッチ３８ｂの作動により、ギャップスイッチ３８ｂが短絡し、放電用コンデンサ３７ｂに充電された高電圧がそれぞれの同軸状電極１０に印加される。
【００３４】
図２において、１対のガイド電極１４の末端部は、直接には接地（アース）されず、連結導電体３２を介して接地されている。
また、正電圧源３４の放電用コンデンサ３７ｂの一端はガイド電極１４の末端部に接続され、他端は接地電圧より高い正（＋）の高電圧に印加される。
また、負電圧源３６の放電用コンデンサ３７ｂの一端はガイド電極１４の末端部に接続され、他端は接地電圧より低い負（−）の高電圧に印加される。
正電圧源３４と負電圧源３６の高電圧は、好ましくは１０〜１５ｋＶの正電圧又は負電圧である。
【００３５】
さらに、タイミング制御装置４０は、それぞれの高電圧パルス発生器３８ａに出力するパルス信号の時間差を設定するタイマー（図示せず）を備え、それぞれの同軸状電極１０に放電電圧を印加するタイミングを制御できるようになっている。
【００３６】
図２において、トリガスイッチ３８と中心電極１２の間には、図示しない残留抵抗Ｒと浮遊インダクタンスＬが存在する。上述した電圧印加時の電流波形は、上述した印加電圧Ｖ、浮遊インダクタンスＬ、放電用コンデンサ３７ｂの静電容量Ｃ１、及び抵抗Ｒ１，Ｒ２及び残留抵抗Ｒによって決定される。
本発明において、電圧印加時の電流波形は、周期Ｔのサイン波であり、その４分の１周期（Ｔ／４）は、０．５〜３μｓであることが好ましく、１〜２μｓであることが特に好ましい。
【００３７】
図３は、従来の繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。この図において（Ａ）は、従来のプラズマ光源の模式図、（Ｂ）は（Ａ）に対応する、繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。
【００３８】
図３（Ａ）は、上述した本発明のプラズマ光源とは以下の点で相違する。
（１）１対のガイド電極１４の末端部が接地（アース）されている。
（２）正電圧源３４と負電圧源３６の放電用コンデンサ３７ｂの一端が接地（アース）されている。
（３）本発明の連結導電体３２はなく、１対のガイド電極１４の先端部が電気的に接続されていない。
【００３９】
図３（Ｂ）は、繋ぎ変え直前における図３（Ａ）の正電圧源側（点Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋，Ｄ＋）と負電圧源側（点Ａ−，Ｂ−，Ｃ−，Ｄ−）の電圧を示している。
図３（Ｂ）において、点Ｄ＋と点Ｄ−はそれぞれ接地（アース）されているため、同電位（接地電位）に固定されている。
この場合、正電圧源側の中心電極１２の先端部（Ｂ＋）の電圧は、負電圧源側の中心電極１２の先端部（Ｂ−）の電圧より高いため、点Ｂ＋から点Ｂ−への電流繋ぎ変えは可能である。
【００４０】
一方、図１（Ｂ）に示したように、電流繋ぎ変え後には、負電圧源側のガイド電極１４の先端部（Ｃ−）から正電圧源側のガイド電極１４の先端部（Ｃ＋）に電流が流れる必要がある。
しかし、図３（Ｂ）の例では、繋ぎ変え直前におけるＣ−の電圧はＣ＋の電圧より低いため、この方向への電流の繋ぎ変えが起こり難くかった。
【００４１】
図４は、本発明による繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。この図において（Ａ）は、本発明のプラズマ光源の模式図、（Ｂ）は（Ａ）に対応する、繋ぎ変え直前の電位関係を示す図である。
【００４２】
図４（Ｂ）は、繋ぎ変え直前における図４（Ａ）の正電圧源側（点Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋，Ｄ＋）と負電圧源側（点Ａ−，Ｂ−，Ｃ−，Ｄ−）の電圧を示している。
図４（Ｂ）において、ガイド電極１４の先端部（点Ｃ＋と点Ｃ−）が連結導電体３４で電気的に直接結合され、連結導電体３４の中央部のみが接地（アース）されているため、点Ｃ＋と点Ｃ−は同電位（接地電位）に固定される。
この場合、正電圧源側の中心電極１２の先端部（Ｂ＋）の電圧は、負電圧源側の中心電極１２の先端部（Ｂ−）の電圧より高いため、点Ｂ＋から点Ｂ−への電流繋ぎ変えは可能である。
【００４３】
一方、図１（Ｂ）に示したように、電流繋ぎ変え後には、負電圧源側のガイド電極１４の先端部（Ｃ−）から正電圧源側のガイド電極１４の先端部（Ｃ＋）に電流が流れる必要があるが、図４（Ｂ）の例では、繋ぎ変え直前における点Ｃ＋と点Ｃ−の電位が同電位であるため、この方向への電流の繋ぎ変えも容易にできる。
【００４４】
上述したように本発明の装置によれば、１対のガイド電極１４の先端部を電気的に直接結合する連結導電体３２を備え、該連結導電体３２の中央部のみが接地されているので、電流路の繋ぎ変えの前後において、１対のガイド電極１４の先端部が常に同電位（接地電位）に固定される。
従って、電流路の繋ぎ変えの前後において、中心電極１２間の電位差が電流順方向となり、かつガイド電極１４間の電位差がゼロとなる電位関係が成立し、電流繋ぎ変えが起こり易くなる。
【００４５】
すなわち、「繋ぎ変え時点」において、１対の中心電極１２はそれぞれ印加された放電電圧の極性（＋又は−）を維持しており、両方の面状放電２に繋ぎ変え方向に順方向の電位差があり、かつ１対のガイド電極１４の先端部が常に同電位（接地電位）に固定されるので、繋ぎ変えがスムーズに行なわれる。
従って、電流路の繋ぎ変えの安定性を高め、プラズマ光源の出力、安定性、信頼性を高めることができる。
【００４６】
なお、本発明は上述した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。
【符号の説明】
【００４７】
１ 対称面、２ 面状放電、３ プラズマ、４ 管状放電、
１０ 同軸状電極、１２ 中心電極、１４ ガイド電極、１６ 絶縁体、
２０ 放電環境保持装置、２２ 真空チャンバー、
２４ 排気装置、２６ 絶縁板、
３０ プラズマ制御装置、３２ 連結導電体、
３４ 正電圧源、３６ 負電圧源、
３７ 高電圧蓄電装置、３７ａ 高電圧電源、３７ｂ 放電用コンデンサ、
３８ トリガスイッチ、３８ａ 高電圧パルス発生器、
３８ｂ ギャップスイッチ、４０ タイミング制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された１対の同軸状電極と、該同軸状電極内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持する放電環境保持装置と、を備え、
前記同軸状電極は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、該中心電極を一定の間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の末端部間に位置しその間を絶縁するリング状の絶縁体とからなり、
前記中心電極は、前記軸線上に位置し、かつそれぞれの先端部が互いに間隔を隔てて対向しており、
さらに、前記１対の中心電極の末端部に極性を反転させた放電電圧を印加して、中心電極とガイド電極の間にそれぞれ面状放電を発生させ、該面状放電により１対の中心電極間の中間位置に単一のプラズマを形成し、次いで前記面状放電を１対の中心電極間の管状放電に繋ぎ変えて前記プラズマを封じ込めるプラズマ封じ込み磁場を形成するプラズマ制御装置を備えるプラズマ光源であって、
前記１対のガイド電極の前記先端部を電気的に直接結合する連結導電体を備え、該連結導電体の中央部のみが接地されている、ことを特徴とするプラズマ光源。
【請求項２】
前記プラズマ制御装置は、
一方の中心電極に接地電圧より高い正の放電電圧を印加する正電圧源と、
他方の中心電極に接地電圧より低い負の放電電圧を印加する負電圧源と、
前記正電圧源と負電圧源の印加タイミングを制御するタイミング制御装置と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源。
【請求項１】
対向配置された１対の同軸状電極と、該同軸状電極内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持する放電環境保持装置と、を備え、
前記同軸状電極は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、該中心電極を一定の間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の末端部間に位置しその間を絶縁するリング状の絶縁体とからなり、
前記中心電極は、前記軸線上に位置し、かつそれぞれの先端部が互いに間隔を隔てて対向しており、
さらに、前記１対の中心電極の末端部に極性を反転させた放電電圧を印加して、中心電極とガイド電極の間にそれぞれ面状放電を発生させ、該面状放電により１対の中心電極間の中間位置に単一のプラズマを形成し、次いで前記面状放電を１対の中心電極間の管状放電に繋ぎ変えて前記プラズマを封じ込めるプラズマ封じ込み磁場を形成するプラズマ制御装置を備えるプラズマ光源であって、
前記１対のガイド電極の前記先端部を電気的に直接結合する連結導電体を備え、該連結導電体の中央部のみが接地されている、ことを特徴とするプラズマ光源。
【請求項２】
前記プラズマ制御装置は、
一方の中心電極に接地電圧より高い正の放電電圧を印加する正電圧源と、
他方の中心電極に接地電圧より低い負の放電電圧を印加する負電圧源と、
前記正電圧源と負電圧源の印加タイミングを制御するタイミング制御装置と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−６２１１９（Ｐ２０１３−６２１１９Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９４７１（Ｐ２０１１−１９９４７１）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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