(57)【要約】【課題】エネルギービームの照射により発生させたプラズマを、高い密度を維持した状態で、プラズマの発生地点よりも離れた領域に供給できるようにすること。【解決手段】タ一ゲットチャンバー１１内のターゲット１３にレーザビームを集光照射しターゲット１３からプラズマを発生させる。発生したプラズマはレーザビームが照射される方向に広がり、加速空洞２１に供給されて加速される。ターゲット１３の表面は、レーザビームの集光点よりも入射側にずらして配置されており、プラズマは指向性がよくかつ高い密度を保ちながら、プラズマの発生地点よりも離れた領域まで輸送される。また、本発明を、放電領域外に配置された極端紫外光放射種にレーザビームを照射し、発生したプラズマを放電領域に供給して、極端紫外光（ＥＵＶ）を発生させるＥＵＶ光源装置にも適用でき、プラズマを高い密度を維持した状態で放電領域に供給することができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界が印加される領域外に配置されたプラズマターゲットに対して集光したエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、発生したプラズマを上記電界が印加される領域に送り込むプラズマ発生方法において、
プラズマターゲットの表面が、照射するエネルギービームの集光点より入射側にずれた位置である
ことを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項２】
対向して配置された一対の放電電極と、上記放電電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段と、上記放電電極による放電領域外に配置された極端紫外光放射種と、上記極端紫外光放射種に対し集光したエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、電圧が印加された上記一対の放電電極間で放電を開始させるエネルギービーム照射手段とを備えた極端紫外光光源装置において、
上記極端紫外光放射種の表面は、上記エネルギービームの集光点より入射側にずれた位置に配置される
ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲット（原料）にエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、このプラズマ状態のターゲット物質を、密度が高い状態で、電界が印加される領域（例えば加速領域や放電領域）に供給するプラズマ発生方法、および、このプラズマ発生方法を利用し、原料ガスを密度が高い状態で放電領域に供給し、放電させることにより極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ターゲットにエネルギービームを照射して気化させることによりプラズマを発生させ、このプラズマ状態のターゲット物質を電界が印加される領域に送りこんで、加速等をして利用する技術が研究されている。
例えば、癌の放射線治療の分野においては、真空中に配置された炭素などの固体ターゲットに、レーザビームを照射することにより、炭素のプラズマを生成し、これを高電圧ステージに供給して多価イオンを引き出し、強度の強いイオンビームを発生させ、これを癌細胞に照射することが研究されている（例えば非特許文献１，２参照）。
また、特許文献１では、放電領域を除く空間に供給された原料（ターゲット）に対しエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、プラズマ状態のターゲット物質を電界が印加される放電領域に送りこみ、極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置が提案されている。
【０００３】
非特許文献１のＦｉｇ．１とＦｉｇ．２を用いて、従来の装置について説明する。
図６は、非特許文献１のＦｉｇ．１に相当する図、図７はＦｉｇ．２に相当する図であり、同図は、癌治療用として研究されているプラズマ生成して加速する装置の基本的な構成を示す図であり、図７は図６のターゲットチャンバーの部分を拡大して示した図である。
図６に示すように、プラズマ生成装置はターゲットチャンバー１１とターゲット加速用の高周波（ＲＦＱ）発生器２０とから構成され、ターゲットチャンバー１１の内部には、図７に示すように、ターゲット支持体１２により支持されたターゲット１３（例えば炭素）およびレーザビームを反射して集光する集光ミラー１４が置かれる。ターゲットチャンバー１１内は、排気装置（不図示）により真空にされている。
タ一ゲットチャンバー１１にはレーザビームが通過する窓１５が形成されており、ターゲットチャンバー１１の外からレーザビームが照射される。照射されたレーザビームは、レーザ通過窓１５を通過し、集光ミラー１４により反射されて、ターゲット１３（炭素）に集光照射される。
【０００４】
レーザビームが照射されたターゲット１３からは、ターゲット物質によるプラズマ（本例の場合炭素プラズマ）が発生する。発生したプラズマは、レーザビームが照射される方向に広がる性質を持つ。
炭素プラズマが広がる方向には、高周波（ＲＦＱ）発生器を備えた加速領域（加速空洞）２１が形成されている。発生した炭素プラズマは、加速空洞２１の入射側に形成されているアイソレータ２２のスリット２３を介してこの加速空洞２１に入射する。プラズマ状態の炭素は、加速空洞２１内において、高周波発生器からの高周波電界が印加されることにより加速され、加速空洞２１から出射し、例えば体内の癌細胞に照射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８ー５３６９６号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，ｅｔ．ａｌ．Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．２，Ｐ７６４（２００２）．
【非特許文献２】Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，ｅｔ．ａｌ．Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ，２，Ｐ７６７（２００２）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、エネルギービームであるレーザビームの照射により発生したプラズマは、加速空洞２１に供給されて加速される。ターゲットと加速空洞とは離れているので、ターゲットから発生した炭素プラズマを効率よく利用する、即ちより多くの炭素プラズマを加速空洞２１に入射させるためには、加速空洞２１に、炭素プラズマをできるだけ高い密度の状態で（局在化させて）供給しなければならない。
しかし、レーザビームがターゲット１３に照射されて発生した炭素プラズマは、自由膨張して広がるので、炭素プラズマの密度は、プラズマ発生点、即ちターゲット１３が配置された位置からの距離の２乗から３乗に比例して急激に低下していく。
そのため、より多くの炭素を加速空洞２１に入射させるためには、プラズマ発生点（ターゲット１３を配置する位置）と加速空洞２１とを接近させなければならない。
【０００８】
しかし、加速空洞２１を形成する高周波発生器２０には、高周波を発生させるための高電圧が加えられている。そのため、ターゲット１３と加速空洞２１を接近させると、加速空洞２１とグランド電位であるターゲット１３の間で絶縁破壊が生じることがある。
したがって、ターゲット１３は加速空洞２１に対して、ある距離以下には近づけることができない。
そのため、レーザビームを照射して発生させた炭素プラズマにおいて、加速空洞２１に入射しない成分が多く発生し、炭素プラズマの利用効率を上げることができないという問題があった。
以上の説明は、プラズマを生成して、電界が印加される領域である加速領域（加速空洞）に供給する場合であるが、生成したプラズマを、電界が印加される領域である放電領域に供給して加熱し極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置についても、同様な問題がある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明は、エネルギービームの照射によって発生させたプラズマを、高い密度を維持した状態で、プラズマの発生地点よりもやや離れた所望の領域である、電界が印加される領域に供給できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らが、鋭意検討の結果、エネルギービーム（例えばレーザビーム）の集光点より、エネルギービームの入射側にずれた位置にターゲットの表面を配置すると、指向性のよいアブレーションプラズマジェットを発生させることができることを見出した。
これにより、プラズマを、高い密度を維持した状態で、従来よりも遠い位置にまで送ることができる。
ターゲットの表面をエネルギービームの集光点より入射側にずれた位置に配置すると、指向性のよいプラズマが発生するのは、次のような理由であると考えられる。
図２を用いて説明する。
一般的に、ターゲットに、ある闘値を超えた強度のレーザビーム(ii)が照射されると、ターゲット表面(i) の法線方向に、アブレーションプラズマ(iii) が噴出する。
その際、レーザビームが照射されるターゲット表面１の近傍には、高い密度勾配をもつプラズマ(iii) が存在し、このプラズマ(iii) 中には照射されるレーザビームに対する臨界密度面（電磁波がこれ以上進入できない面）(iv)が形成される。
【００１０】
上記したように、集光点より入射側にずれた位置にターゲットの表面(i) を配置し、レーザビーム(ii)を照射すると凹面形状（椀型形状）の臨界密度面(iv)をもつプラズマ(iii) がターゲット表面(i) 近傍に形成される。
凹面形状の臨界密度面(iv)が形成された後も、レーザ照射は継続しており，レーザ照射によるエネルギーは、臨界密度面(iv)近傍のプラズマ(iii) に吸収する。そのため、プラズマジェット(v) は、この凹面形状の臨界密度面(iv)を形成するプラズマ(iii) の表面付近からが発生するようになる。
プラズマジェット(v) は、凹面状の臨界密度表面に垂直方向に発生するために集束される。
プラズマは、この凹面により集束されながら移動するので、指向性がよくかつ高い密度を保ちながら、遠くまで輸送される。なお、集束距離は椀型形状プラズマの曲率半径に依存する。
ターゲットの表面(i) を、レーザビーム(ii)の集光点位置や、集光点より後ろにずれた位置に配置した場合、ターゲットの照射表面近傍に生じるプラズマの臨界密度面の形状は、凹面（椀型）にはならない。そのため、ターゲットの表面をレーザビームの集光点より入射側にずれた位置に配置した場合ほどには指向性のよいプラズマが得られない。
【００１１】
以上に基づき、本発明は前記課題を次のように解決する。
（１）電界が印加される領域外に配置されたプラズマターゲットに対して集光したエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、発生したプラズマを上記電界が印加される領域に送り込むプラズマ発生方法において、プラズマターゲットの表面を、照射するエネルギービームの集光点より入射側にずれた位置とする。
（２）対向して配置された一対の放電電極と、上記放電電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段と、上記放電電極による放電領域外に配置された極端紫外光放射種と、上記極端紫外光放射種に対し集光したエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、電圧が印加された上記一対の放電電極間で放電を開始させるエネルギービーム照射手段とを備えた極端紫外光光源装置において、上記極端紫外光放射種の表面を、上記エネルギービームの集光点より入射側にずれた位置に配置する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）プラズマターゲットの表面を、照射するエネルギービームの集光点より入射側にずれた位置としたので、エネルギービーム（レーザビーム）によって発生させたプラズマを、従来よりも遠い領域にまで、高い密度を維持した状態で送ることができる。
このため、発生したプラズマを電界が印加される領域に送りこんで、効果的に利用することができる。
（２）放電領域外に配置された極端紫外光放射種にエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、該プラズマを放電領域に送り込んで極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置において、上記極端紫外光放射種の表面を、上記エネルギービームの集光点より入射側にずれた位置に配置しているので、発生したプラズマを、高い密度を維持した状態で放電領域に送りこむことができ、効果的に極端紫外光を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例のプラズマ生成装置のターゲットチャンバーの構成例を示す図である。
【図２】ターゲットの表面をエネルギービームの集光点より入射側にずれた位置とすることにより、指向性のよいプラズマが発生する理由を説明する図である。
【図３】本発明の実験例を説明する図である。
【図４】実験結果であるプラズマの形状を示す図である。
【図５】本発明の実施例のＥＵＶ光源装置の基本構成例を示す図である。
【図６】従来のプラズマ生成装置の基本構成を示す図である。
【図７】図６のターゲットチャンバーを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施例のプラズマ生成装置のターゲットチャンバーの構成例を示す図であり、基本的な構成は、図６に示したものと同様である。
すなわち、プラズマ生成装置は、前記図６に示したように、ターゲットチャンバー１１と高周波（ＲＦＱ）発生器２０とから構成される。
ターゲットチャンバー１１の内部には、図１に示すように、ターゲット支持体１２により支持されたターゲット１３（例えば炭素）およびレーザビームを反射して集光する集光ミラー１４が置かれる。ターゲットチャンバー１１内は、排気装置（不図示）により真空にされている。
タ一ゲットチャンバー１１にはレーザビームが通過する窓１５が形成されており、ターゲットチャンバー１１の外からレーザビームが照射される。
照射されたレーザビームは、レーザ通過窓１５を通過し、集光ミラー１４により反射されて、ターゲット１３に集光照射されるが、本実施例では、従来例で示した図７に比べて、ターゲット１３（炭素）の表面が、レーザビームの集光点よりも入射側にずらして配置されている。このため、前記図２で説明したように、プラズマは、指向性がよくかつ高い密度を保ちながら、遠くまで輸送される。
プラズマが広がる方向には、電解が印加される領域である加速領域（加速空洞）２１が形成されており、発生した炭素プラズマは、高い密度を保ったままアイソレータ２２のスリット２３を介してこの加速空洞２１に入射し、加速空洞２１内において加速され、加速空洞２１から出射する。
【００１５】
図３は、本発明の実験例を説明する図である。この実験においては、図３に示すように、レーザ源３０から出射する波長（λ）５３２ｎｍ（１．０６μｍのＹＡＧレーザビームの２倍波）、パルスエネルギー６０ｍＪ、パルス幅１０ｎｓ、直径（Ｄ）１０ｍｍのレーザビームを、焦点距離ｆが６００ｍｍのレンズ３１で１００μｍに集光した。
そして、厚さ（ｔ）３ｍｍの錫（Ｓｎ）のプレート３３に対して、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、その表面をレーザビームの集光点およびその前後に配置して、ＣＣＤカメラ３２により発生するプラズマの形状を撮像した。
図４（ａ）は、錫プレート３３の表面をレーザビームの集光点の手前７ｍｍの位置に配置した場合、図４（ｂ）は、集光点に配置した場合、図４（ｃ）は、集光点の７ｍｍ後に配置した場合のプラズマの形状である。
なお、レーザビームは、各図の上側から照射されており同図では点線で示している。また、図のハッチングを付した部分が発生したプラズマの密度の高い部分である。
錫プレ一トの表面を集光点の手前に配置した（ａ）の場合、レーザビーム照射によって発生するプラズマは、レーザビームが照射される方向（図面上側）に向かって収束し、プラズマの密度が高い部分が長く伸びている。したがって、気化したターゲット物質を、高い密度を維持した状態で遠くの領域にまで供給することができる。
これに対して、錫プレート３３の表面を集光点に配置した（ｂ）の場合や、集光点の後に配置した（ｃ）の場合は、プラズマの密度の高い部分は丸い形をしており、気化したターゲット物質を、高い密度を維持した状態で遠くまで供給することができない。
【００１６】
ターゲットにレーザビームを照射しプラズマを発生させる（気化させる）場合、レーザビームのパワー密度が最も高くなる位置は集光点である。そのため、今までは、レーザビームの集光点にターゲットの表面を配置するのが常識であり、ここに置けば最も効率よくプラズマを生成できると考えていた。
しかし、プラズマを利用する装置においては、プラズマを発生させることはいわば手段であり、最終的な目的のためには、生じたプラズマを密度が高い状態で次の工程（ステージ）、すなわち電界が印加される領域である加速領域あるいは放電領域、に輸送することが重要である。発明者らはこの点に着目し本発明に至った。
本発明を前記図１に示したプラズマ生成装置に適用することにより、加速領域に炭素プラズマを高い密度の状態で供給することができ、効果的にイオンビームを発生させることができる。
【００１７】
上記プラズマ発生方法は、極端紫外光光源装置（以下ＥＵＶ光源装置）にも適用することができ、以下本発明を極端紫外光光源装置へ適用した場合について説明する。
図５に、本発明の実施例のＥＵＶ光源装置の基本構成例を示す。
同図において、放電容器であるチャンバー１の内部に、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが設置されている。第１の電極２ａはカソードであり、第２の電極２ｂはアノードであって、第２の電極２ｂは接地される。すなわち、両電極間には、負極性の高電圧が印加される。
両電極２ａ，２ｂには、パルス電力供給手段３が接続される。パルス電力供給手段３は、両電極間にパルス幅の長い電流を流すために、例えば、ＰＦＮ（Ｐｕｌｓｅ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）回路方式が採用される。
電極２ａ，２ｂ間にプラズマ原料が送り込まれ，電極２ａ，２ｂ間に高電圧が印加されると電極間には放電が発生する。この放電が発生する領域を放電領域と呼ぶ。なお、放電は電界が印加されることにより生じるものであり、放電領域は、すなわち、電界印加領域に相当する。
【００１８】
上記した一対の電極２ａ，２ｂの近傍ではあるが放電領域外に、高温プラズマ原料８が設置される。高温プラズマ原料８としては、例えば、スズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）等の金属が用いられる。これらは、固体であっても液体であってもよい。前記図２では、高温プラズマ原料８が固体金属である例を模式的に示している。
高温プラズマ原料８を気化させた低温プラズマを生成するために、レーザ源７が用いられる。レーザ源７から放出されるレーザビームＬ１は、集光レンズ６で集光されてチャンバ１内部に導光され、固体もしくは液体の高温プラズマ原料８に照射される。
レーザビームの照射エネルギーは、固体または液体状の高温プラズマ原料を気化させるが、電子温度をあまり上昇させない程度のエネルギーであり、例えば１０5 Ｗ／ｃｍ2 〜１０16Ｗ／ｃｍ2 の範囲である。
【００１９】
高温プラズマ原料８にレーザビームが照射されると、高温プラズマ原料８の少なくとも一部が気化し、低温プラズマガス８’となって噴出する。照射するレーザビームの条件を適宜設定することにより、例えば、固体状の高温プラズマ原料８から１０μｓ程度の期間、連続的に気化した高温プラズマ原料（低温プラズマガス８’）が噴出され、第１の電極２ａと第２の電極２ｂの間の放電領域に送られる。
放電領域に送られた低温プラズマガス８’は、パルス電力供給手段３から供給された電力によって第１の電極２ａと第２の電極２ｂの間で発生する放電により、その電子温度が上昇（２０〜３０ｅＶ）して高温プラズマとなり，この高温プラズマからＥＵＶ光が放射される。放射されたＥＵＶ光は、ＥＵＶ集光鏡４により反射されて集光され、ＥＵＶ取出し部５より図示しない照射部に出射される。
【００２０】
放電領域に送られる低温プラズマのガスは、プラズマ内のイオン密度が所定の範囲、例えば、１０17〜１０20ｃｍ-3程度でないと、効率よくＥＵＶ光を放射する高温プラズマが生成されにくい。したがって、高温プラズマ原料８を気化させて生成した低温プラズマは、所望のイオン密度範囲で放電領域に供給されなければならない。
高温プラズマ原料８を放電領域外に配置しているのは、放電領域内に配置すると、次に示すような問題が生じることが考えられるからである。
（１）放電電極は、放電の進展に伴う駆動電流により温度が上昇する。高温プラズマ原料８が電極に近い位置に配置されていると、高温になった電極からの輻射熱により、高温プラズマ原料８が気化し、プラズマガスのイオン密度が変化する。放電領域に供給するプラズマガスを所望のイオン密度範囲に制御することが困難になる。
（２）さらに、放電領域で発生する高温プラズマからの輻射熱によっても、高温プラズマ原料８が気化するので、ますますプラズマガスのイオン密度を制御することが困難になる。
【００２１】
そのため、本実施例においては、高温プラズマ原料８は放電領域（放電電極間）から、ある程度、例えば１ｍｍ以上離して配置している。そこで、レーザビームによって生成した原料８による低温プラズマを、１ｍｍ以上離れた位置にある放電領域にまで、高い密度を保った状態で送ることができるように、本発明の技術を利用する。
すなわち、高温プラズマ原料８の表面を、高温プラズマ原料８を気化させるために照射するレーザビームの集光点の位置よりも、レーザビームの入射側にずらして配置する。
このように構成することで、高温プラズマ原料８が放電領域から１ｍｍ以上離れていても、レーザ照射により発生した原料８による低温プラズマを、高い密度を保った状態で放電領域（電極間）にまで送ることができ、効率よくＥＵＶ光を放射する高温プラズマを得ることができる。
【符号の説明】
【００２２】
１        チャンバー
２ａ      第１の電極
２ｂ      第２の電極
３        パルス電力供給手段
４        ＥＵＶ集光鏡
５        ＥＵＶ光取出部
６        集光レンズ
７        レーザ源
８        高温プラズマ原料
８’      低温プラズマガス
１１      ターゲットチャンバー
１２      ターゲット支持体
１３      ターゲット
１４      集光ミラー
１５      レーザビームが通過する窓
２０      高周波（ＲＦＱ）発生器
２１      加速空洞（加速領域）
２２      アイソレータ
２３      スリット
３０      レーザ源
３１      レンズ
３２      ＣＣＤカメラ
３３      錫（Ｓｎ）プレート
【図１】
2010205651.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010205651.tif 000005
【図４】
2010205651.tif 000006
【図５】
2010205651.tif 000007
【図６】
2010205651.tif 000008
【図７】
2010205651.tif 000009