(57)【要約】      （修正有）【課題】極端紫外光を放射するプラズマの媒体物質を理想的に供給することが可能なプラズマ光源を提供する。【解決手段】プラズマ光源は、互いに対向配置された一対の同軸状電極１０、１０と、プラズマを発生させるレーザー光の周期的な照射の合間に、レーザー光と異なる波長のレーザー光を、各同軸状電極１０に照射するレーザー装置５０と、レーザー光の散乱光５２ａから、各同軸状電極１０における中心電極１２の先端部の表面状態を評価する表面状態評価部６０と、表面状態評価部６０による先端部の表面状態の評価結果に基づき、先端部に形成されたプラズマ媒体供給部からプラズマへの媒体物質の供給量を調整する供給量調整部７０とを備える。【選択図】図５
2014056650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置され、少なくとも先端部に極端紫外光を放射するプラズマの媒体物質を供給するプラズマ媒体供給部が形成された中心電極と前記中心電極の外周を囲むように設けられた外部電極と有し、励起光の照射によって前記プラズマを周期的に発生させると共に、前記プラズマを間に閉じ込める一対の同軸状電極と、
前記励起光の周期的照射の合間に、前記励起光と異なる波長の検査光としてのレーザー光を、各前記同軸状電極に照射するレーザー装置と、
前記検査光の散乱光から、各前記中心電極の前記先端部の表面状態を評価する表面状態評価部と、
前記表面状態評価部による前記先端部の表面状態の評価結果に基づき、前記プラズマ媒体供給部から前記プラズマへの前記媒体物質の供給量を調整する供給量調整部と
を備えることを特徴とするプラズマ光源。
【請求項２】
前記表面状態評価部は、前記散乱光を用いて各前記中心電極の先端部を観察する撮像装置と、前記先端部の表面状態を評価するために、当該先端部の基準画像と前記撮像装置によって得られた画像と比較する画像比較部とを含む
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３】
前記撮像装置は、前記検査光の波長を中心波長として構成されたバンドパスフィルターを有することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ光源。
【請求項４】
前記プラズマ媒体供給部は多孔質金属で形成され、
前記供給量調整部は、前記媒体物質の供給量を調整するために、液化された前記媒体物質の前記プラズマ媒体供給部からの滲出量を制御する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のプラズマ光源。
【請求項５】
前記中心電極は、前記プラズマ媒体供給部として、前記媒体物質を含む金属で形成され、
前記供給量調整部は、前記媒体物質の供給量を調整するために、各前記中心電極の前記先端部の位置又は回転角を制御する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何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、極端紫外光を生成するプラズマ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセスルールを決定する一要因であるフォトリソグラフィは、半導体回路の微細化を進める上で極めて重要な技術である。現在、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）と液浸技術を組み合わせることで４５ｎｍ程度のプロセスルールが得られているが、更なる微細化に対応するためには更に波長の短い光が必要である。このような状況の中、上記レーザー光よりも短い光を生成する次世代のフォトリソグラフィ用光源として、極端紫外（ＥＵＶ）光源（軟Ｘ線源とも称される）が最も有力視されている。
【０００３】
極端紫外光源による光の生成方式として、高エネルギー密度プラズマを利用したものがある。この方式では、プラズマ光源において高温プラズマを生成し、その輻射光として放射される極端紫外光を露光に用いる。高温プラズマは主に、パルスレーザーの照射を用いるレーザー生成プラズマ（ＬＰＰ：Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式、又はパルス放電を用いる放電プラズマ（ＤＰＰ：Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式によって生成される。なお、上記方式の何れにおいても、生成される光はパルス光である。
【０００４】
特許文献１は、上述の極端紫外光源として、ＤＰＰ方式によるプラズマ光源を開示している。同文献のプラズマ光源は、対称面に対して対向配置された一対の同軸状電極を備え、各同軸状電極の中心電極には、互いに極性を反転させた高電圧が印加される。この状態で、各同軸状電極内に環状の面状放電を発生させると、各面状放電は自己磁場によって同軸状電極の先端にむけて進行する。その結果、面状放電は一対の同軸状電極の間に到達し、極端紫外光を放射する高温・高密度のプラズマが発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４７２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＤＰＰ方式によるプラズマ光源は、中心電極等にプラズマの媒体物質（以下、プラズマ媒体）の供給源をもつ。この供給源はプラズマの近傍に位置し、供給源内のプラズマ媒体は液相又は固相の状態に置かれる。液相のプラズマ媒体を用いる場合、中心電極等には、供給源に連通するプラズマ媒体の導入路が形成され、供給源は多孔質金属で形成される。従って、液相のプラズマ媒体は導入路に注入され、更に、圧力の付与により多孔質金属から滲出する。固相のプラズマ媒体を用いる場合、直線導入器等の機械的手段で中心電極等を移動させ、プラズマ媒体をプラズマに近づけている。
【０００７】
プラズマは供給源内のプラズマ媒体を消費する。従って、これを補うべく、媒体物質を継続的に供給する必要がある。プラズマ媒体の単位時間当たりの供給量は、計算結果や予備実験の結果に基づいて算出されており、通常は一定量である。
【０００８】
ところが、プラズマは放電に起因して発生するため、厳密に同一の状態のプラズマを生成することは非常に困難である。つまり、厳密に言えば、プラズマ媒体の消費量は毎回変化している。一方、上述の通り、従来のプラズマ媒体の供給方法では、プラズマ媒体の単位時間当たりの供給量は一定である。従って、プラズマ媒体の供給量はある時に過剰になり、またある時は不足する。この供給過剰または供給不足が著しい場合、プラズマからの発光スペクトルに変化が現れる。この場合、すでにプラズマ中の有効発光物質の存在比が変わってしまっていることが予想され、極端紫外光の強度変化により、露光プロセスに悪影響を与える可能性がある。また、プラズマ媒体の供給が不足している場合は、プラズマ媒体の供給源が高温のプラズマによって過剰に侵食される恐れもある。ところが、そのような侵食の有無の確認をその場で観察することは、プラズマ光源が非常に出力の高い発光を短時間で繰り返すため、現実的には非常に困難である。
【０００９】
このような問題を想定し、本発明は、極端紫外光を放射するプラズマの媒体物質を理想的に供給することが可能なプラズマ光源の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様はプラズマ光源であって、互いに対向配置され、少なくとも先端部に極端紫外光を放射するプラズマの媒体物質を供給するプラズマ媒体供給部が形成された中心電極と前記中心電極の外周を囲むように設けられた外部電極と有し、励起光の照射によって前記プラズマを周期的に発生させると共に、前記プラズマを間に閉じ込める一対の同軸状電極と、前記励起光の周期的照射の合間に、前記励起光と異なる波長の検査光としてのレーザー光を、各前記同軸状電極に照射するレーザー装置と、前記検査光の散乱光から、各前記中心電極の前記先端部の表面状態を評価する表面状態評価部と、前記表面状態評価部による前記先端部の表面状態の評価結果に基づき、前記プラズマ媒体供給部から前記プラズマへの前記媒体物質の供給量を調整する供給量調整部とを備えることを要旨とする。
【００１１】
前記表面状態評価部は、前記散乱光を用いて各前記中心電極の先端部を観察する撮像装置と、前記先端部の表面状態を評価するために、当該先端部の基準画像と前記撮像装置によって得られた画像と比較する画像比較部とを含んでもよい。
【００１２】
前記撮像装置は、前記検査光の波長を中心波長として構成されたバンドパスフィルターを有してもよい。
【００１３】
前記プラズマ媒体供給部は多孔質金属で形成されてもよい。この場合、前記供給量調整部は、前記媒体物質の供給量を調整するために、液化された前記媒体物質の前記プラズマ媒体供給部からの滲出量を制御する。
【００１４】
前記中心電極は、前記プラズマ媒体供給部として、前記媒体物質を含む金属で形成されてもよい。この場合、前記供給量調整部は、前記媒体物質の供給量を調整するために、各前記中心電極の前記先端部の位置又は回転角を制御する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、極端紫外光を放射するプラズマの媒体物質を理想的に供給することが可能なプラズマ光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ光源の概略構成図である。
【図２】図１に示す同軸状電極の要部を示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るプラズマ光源におけるプラズマの閉じ込め状態を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るプラズマ光源において、プラズマ媒体の供給に係る部分の構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る中心電極の先端部における表面状態を示す図であり、（ａ）は正常な表面状態、（ｂ）及び（ｃ）はプラズマ媒体の供給に過不足が生じたときの表面状態を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るプラズマ光源において、プラズマ媒体の供給に係る部分の構成を概略的に示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る中心電極の先端部における表面状態を示す図であり、（ａ）は正常な表面状態、（ｂ）及び（ｃ）はプラズマ媒体が消耗したときの表面状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係るプラズマ光源について添付図面に基づいて説明する。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。
【００１８】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係るプラズマ光源について、図１〜図６を参照して説明する。図１は、本実施形態のプラズマ光源を示す概略構成図である。この図に示すように、本実施形態のプラズマ光源は、一対の同軸状電極１０、１０、チャンバー２０及び電圧印加装置３０を備える。
【００１９】
図１に示すように、一対の同軸状電極１０は、対称面１に対して対称な位置関係でチャンバー２０内に設置されている。換言すれば、各同軸状電極１０は対称面１を中心とし、一定の間隔を隔てて互いに対向するよう配置される。チャンバー２０は、排気管２２を介して真空ポンプ（図示せず）に接続されており、所定の真空度に維持されている。なお、チャンバー２０は接地されている。
【００２０】
各同軸状電極１０は、中心電極１２と、複数の外部電極１４と、絶縁体１６とを備える。中心電極１２と外部電極１４の間には極端紫外光を放射するプラズマ媒体が導入される。プラズマ媒体は、必要とされる紫外線の波長に応じて選択される。例えば１３．５ｎｍの紫外光が必要な場合はＬｉ、Ｘｅ、Ｓｎ等の少なくとも１つを含むガスであり、６．７ｎｍの紫外光が必要な場合はその紫外光を発するＧｄ、Ｔｂ、Ｂｉ等の少なくとも１つを含むガスである。
【００２１】
図１〜図３に示すように、中心電極１２は、各同軸状電極１０に共通する単一の軸線Ｚ−Ｚを中心軸（以下、この軸を中心軸Ｚと称する）として、この中心軸Ｚ上に延びる棒状の導電体である。中心電極１２は、高温プラズマに対して損傷され難い金属を用いて形成される。このような金属は、例えばタングステンやモリブデン等の高融点金属が挙げられる。
【００２２】
本実施形態において、対称面１に対向する中心電極１２の先端部１２ａは半球状に形成されている。ただし、この形状は必須ではなく、端面に凹部を設けてもよく、或いは単なる平面でもよい。
【００２３】
図２に示すように、中心電極１２の側面には、初期放電およびその後に発生するプラズマにプラズマ媒体を供給するプラズマ媒体供給部２７が形成されている。このプラズマ媒体供給部２７には、後述するレーザー装置４０のレーザー光４２から分岐したレーザー光４２ａ（４２ｂ）が照射される（図１参照）。本実施形態のプラズマ媒体供給部２７は、Ｌｉ等の極端紫外光を発する金属を含む。具体的には、プラズマ媒体供給部２７はタングステン等の多孔質金属によって形成され、プラズマ媒体としてのＬｉ等の溶融金属に浸されている。図１に示すように、プラズマ媒体供給部２７は、レーザー光４２ａ（４２ｂ）が照射される箇所のみに形成される。或いは、中心軸Ｚの周方向に亘って全体的に形成してもよい。図２に示す例では、中心電極側面に周状にプラズマ媒体供給部２７が形成されている。
【００２４】
また、図２に示すように、中心電極１２の先端部１２ａにはプラズマ媒体供給部２８が形成されている。プラズマ媒体供給部２８は、対称面１に発生するプラズマ３（図４参照）にプラズマ媒体を供給する。プラズマ媒体供給部２８もプラズマ媒体供給部２７と同じく、タングステン等の多孔質金属によって形成され、プラズマ光源の稼働時にはＬｉ等の溶融金属に浸されている。
【００２５】
中心電極１２の内部には、２つのプラズマ媒体供給部２７、２８に連通する導入路１２ｂが形成されている。導入路１２ｂは、供給量調整部７０のリザーバ７２（図５参照）に接続されており、溶融したプラズマ媒体がリザーバ７２から導入される。
【００２６】
図３に示すように、外部電極１４は、中心電極１２の中心軸Ｚと平行に延びる棒状の導電体であり、中心電極１２と一定の間隔を隔てながら、中心電極１２の周方向に沿って角度θ毎に複数配置されている。換言すると、各外部電極１４は中心電極１２と平行に配置され、中心電極１２の周囲を囲んでいる。図３に示す例では、６本の外部電極１４が中心電極１２の周りで６０°毎に配置されている。
【００２７】
各外部電極１４はその軸方向に垂直な面において、中心電極１２との距離が最短となる点Ｇを１点だけ含む断面を有する。このような形状の断面は、例えば、図３に示す円である。断面は、この円形に限られず、少なくとも中心電極１２に対向する面が、中心電極１２に向かって突出する曲面を有していればよい。また、何れの場合も、点Ｇが中心電極１２の周りで角度θ毎に配置される。
【００２８】
各外部電極１４は中心電極１２の周方向に沿って等間隔に配列することが望ましい。例えば、加工や組み立ての観点から、各外部電極１４は中心電極１２に対して回転対称な位置に設置することが望ましい。しかしながら、本発明はこのような配列は厳密なものではない。また、外部電極１４の本数も６本に限定されず、中心電極１２及び外部電極１４の大きさや形状、両者の間隔などに応じて適宜設定される。
【００２９】
なお、外部電極１４は、中心電極１２と同じく、高温プラズマによる損傷に耐え得るタングステンやモリブデン等の高融点金属等を用いて形成される。また、対称面１に対向する外部電極１４の端面は曲面、平面の何れでもよい。
【００３０】
このように、中心電極１２の周りに複数の外部電極１４を配置することで、面状放電（図示せず）の初期放電（例えば沿面放電）を、各外部電極１４と中心電極１２との間で発生させることができる。即ち、各点Ｇを放電経路に含む初期放電を優先的に発生させることで、当該初期放電を中心電極１２の全周に亘って発生させることが可能になり、環状の面状放電の形成が容易になる。なお、面状放電とは、２次元的に広がる面状の放電電流であり、電流シート又はプラズマシートとも呼ばれる。
【００３１】
絶縁体１６は例えばセラミックであり、中心電極１２と外部電極１４の各基部を支持して両者の間隔を規定すると共にその間を電気的に絶縁する。絶縁体１６は例えば円盤状に形成され、中心電極１２及び外部電極１４が貫通する貫通孔を有する。
【００３２】
次に、本実施形態のプラズマ光源における電気系統について説明する。図１に示すように、プラズマ光源は各同軸状電極１０に接続する電圧印加装置３０を備える。電圧印加装置３０は、各同軸状電極１０に同極性の放電電圧を印加する。
【００３３】
具体的には、電圧印加装置３０は、２台の高圧電源３２、３４を備える。高圧電源３２の出力側は、一方（例えば図１の左側）の同軸状電極１０の中心電極１２に接続し、この中心電極１２に対応する外部電極１４よりも高い正の放電電圧を印加する。高圧電源３４の出力側は、他方（例えば図１の右側）の同軸状電極１０の中心電極１２に接続し、この中心電極１２に対応する外部電極１４よりも高い正の放電電圧を印加する。従って、例えば、何れの外部電極１４も接地されている場合は、これらに対応する中心電極１２の電位は正になる。
【００３４】
上述の通り、各中心電極１２の周囲には複数の外部電極１４が設けられている。理想的な面状放電２（図４参照）を得るには、全ての外部電極１４と中心電極１２との間で、放電が発生する必要がある。しかも、これらの放電が中心電極１２の周りで等間隔に分布していることが望ましい。このため本実施形態の各外部電極１４は、中心電極１２に対向する面を曲面にして、優先的に放電する箇所を規定している。しかしながら、放電箇所を固定し、後述するレーザー光４２を各中心電極１２のプラズマ媒体供給部２７に同時に照射したとしても、各外部電極１４と中心電極１２との間の放電を厳密に同時に発生させることは困難であり、実際には各放電の発生タイミングに多少のずれが生じる。各高圧電源３２、３４から供給される放電エネルギーは最初に発生した放電に対して優先的に費やされる傾向があり、この場合は複数の放電を略同時に発生させることが困難になる。
【００３５】
そこで、本実施形態のプラズマ光源は、電圧印加装置３０からの放電電圧を放電エネルギーとして外部電極１４毎に蓄積するエネルギー蓄積回路３６を備えている。エネルギー蓄積回路３６は、例えば図１に示すように中心電極１２と各外部電極１４との間を個別に接続する複数のコンデンサＣで構成される。各コンデンサＣは、高圧電源３２、３４の各出力側及び各コモン側に接続される。
【００３６】
このように、放電エネルギーを蓄積するコンデンサＣを外部電極１４毎に設けることで、全ての外部電極１４において放電を発生させることができる。即ち、最初に発生した放電によって多くの放電エネルギーが消費されることを防止でき、中心電極１２の全周に亘って発生する理想的な面状放電２（図４参照）を得ることができる。
【００３７】
さらに、本実施形態のプラズマ光源は、電圧印加装置３０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３８を備えてもよい。放電電流阻止回路３８は、例えば図１に示すように各外部電極１４と電圧印加装置３０（具体的には高圧電源３２、３４の各コモン側）との間を接続するインダクタＬで構成される。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１２及び外部電極１４を経由した放電電流を、その発生源であるエネルギー蓄積回路３６に戻すことができる。つまり、各コンデンサＣに蓄積された放電エネルギーが、当該コンデンサＣに直結した外部電極１４以外の外部電極１４に供給されることを防止できるため、中心電極１２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。
【００３８】
本実施形態のプラズマ光源は、さらに、レーザー装置４０を備える。レーザー装置４０は、各同軸状電極１０の中心電極１２の表面に励起光としてのレーザー光を照射することで、プラズマ媒体を放出させると共にプラズマ３の初期放電（即ち、面状放電）を発生させる。レーザー装置４０は例えばＹＡＧレーザーである。この場合、アブレーションを行うために基本波の二倍波を、短パルスのレーザー光４２として周期的に出力し、同軸状電極に照射する。なお、レーザー光４２のパルス幅は数十ナノ秒〜数百ナノ秒程度で、その出力周期は、例えば１マイクロ秒〜１ミリ秒である。
【００３９】
レーザー光４２は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）４４ａやミラー４４ｂ等の光学素子により、少なくとも２本のレーザー光４２ａ、４２ｂに分岐し、各中心電極１２の金属層（プラズマ媒体領域）２７に照射される。レーザー光４２ａ、４２ｂが照射されたプラズマ媒体供給部２７の表面では、アブレーションによってプラズマ媒体供給部２７の一部がプラズマ媒体である中性ガス又はイオンとなって放出される。
【００４０】
一方、レーザー光４２ａ、４２ｂの照射時には、各同軸状電極１０の中心電極１２と外部電極１４に電圧印加装置３０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１２と各外部電極１４間の放電が誘発される。さらに、この放電によって面状放電２（図５参照）が形成される。なお、図５の面状放電２は、中心電極１２の先端部１２ａに進行した後のものである。
【００４１】
なお、上記放電の発生箇所は、レーザー光４２ａ（４２ｂ）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、レーザー光４２ａ（４２ｂ）は中心軸Ｚ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く、その数は少なくとも２箇所である（図１参照）。
【００４２】
これは、誘発された放電の領域が、中心電極１２の軸を基点に１８０度以上の開き角があった実験結果に基づいている。この結果を考慮すると、照射箇所の数が少ないほど中心電極１２に対して回転対称な位置にレーザー光４２ａ、４２ｂを照射することが望ましい。なお、複数のレーザー光の同時照射は、ビームスプリッタ及びミラー等の光学素子を用いて光路長を合わせた複数の光路を形成することで容易に達成できる。
【００４３】
以上の構成のプラズマ光源におけるプラズマの発生について簡単に説明する。図４は、本実施形態に係るプラズマ光源において、最終的に形成されるプラズマ３の閉じ込め状態を示す図である。
【００４４】
上述の通り、本実施形態のプラズマ光源では、チャンバー２０内に対称面１を中心に一対の同軸状電極１０が対向配置される。チャンバー２０内は、プラズマの発生に適した温度及び圧力に保持される。また、放電前の各同軸状電極１０には、電圧印加装置３０により同極性の放電電圧が印加される。
【００４５】
放電電圧が印加された状態で、各中心電極１２のプラズマ媒体供給部２７にレーザー光４２ａ又はレーザー光４２ｂが同時に照射されると、各同軸状電極１０の中心電極１２及び外部電極１４の間で放電が発生する。この放電は、各外部電極１４と中心電極１２との間で発生する。従って、中心電極１２の全周に亘って放電が分布する面状放電２が得られる。このときの面状放電２の形状は、軸線Ｚ−Ｚから見て略環状である。面状放電２の形成により、各同軸状電極１０において、プラズマ媒体供給部２７からＬｉを含むガス又はイオンが放出される。
【００４６】
面状放電２は、自己磁場によって同軸状電極１０から排出される方向（図１の対称面１に向かう方向）に移動し、同軸状電極１０の先端に達する。その後、面状放電２の放電電流が強制的に先端部１２ａに移行し、放電電流は先端部１２ａから集中的に流れ出す。この電流集中によるピンチ効果によって先端部１２ａ周辺の電流密度は急激に上昇し、一対の面状放電２の間に挟まれていた先端部１２ａ周辺のＬｉを含むプラズマ媒体は高密度、高温になる。
【００４７】
さらに、この現象は対称面１を挟んだ各同軸状電極１０で進行するため、プラズマ媒体は、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、プラズマ媒体は、軸線Ｚ−Ｚ（中心軸Ｚ）沿う両方向からの圧力を受けて各同軸状電極１０が対向する中間位置（即ち、中心電極１２の対称面１）に移動し、プラズマ媒体を成分とする単一のプラズマ３が形成される。
【００４８】
プラズマ３が形成された後も、各面状放電２は互いが接する又は交差するまで移動し、プラズマ３を全体的に包囲すると共に、プラズマ３を各中心電極１２の中間付近に保持する。
【００４９】
上述の通り、面状放電２が発生している間は各中心電極１２の先端部１２ａに各面状放電２の電流が集中する。従って、先端部１２ａ周辺には、プラズマ３に対して軸線Ｚ−Ｚに向かうピンチ効果が働き、プラズマ３は高密度化及び高温化が進行し、Ｌｉを含むイオンの電離が進行する。その結果、プラズマ３からは極端紫外光を含むプラズマ光が放射される。この状態において、プラズマ３の発光エネルギーに相当するエネルギーを電圧印加装置３０から供給し続ければ、高いエネルギー変換効率でプラズマ光を長時間に亘って（例えばμｓｅｃのオーダーで）発生させることができる。
【００５０】
次に、本実施形態のプラズマ光源におけるプラズマ媒体の供給について、図５及び図６を参照して説明する。図５に示すように、本実施形態のプラズマ光源は、上述した一対の同軸状電極１０、１０、チャンバー２０、電圧印加装置３０、レーザー装置４０に加え、プラズマ媒体供給装置を構成する、レーザー装置５０と、表面状態評価部６０と、供給量調整部７０とを備える。
【００５１】
レーザー装置５０は、表面状態評価部６０が観測を行うための光を発生する照明装置であり、プラズマ媒体供給部２８の検査光としてのレーザー光５２を各同軸状電極１０に照射する。なお、レーザー光５２の波長とレーザー光４２の波長は異なる。レーザー光５２の光路上にはビームエキスパンダー等の光学素子５４が設置され、レーザー光５２はビーム径が拡大された状態で、少なくとも各中心電極１２の先端部１２ａに照射される。
【００５２】
レーザー装置５０はレーザー装置４０と同期して動作しており、レーザー光５２はレーザー光４２の照射の合間に照射される。換言すると、レーザー光５２は、レーザー光４２がオフ状態となっている時間内に照射される。なお、レーザー光５２の照射タイミング及び照射時間は、プラズマ３（図４参照）からの光と干渉しないような値に設定されることが望ましい。このような値は、プラズマからの発光時間を予め計測しておくことで選定可能である。また、後述する表面状態評価部６０の撮像装置６２が観測可能である限り、レーザー光５２の波長に制限は無い。即ち、レーザー光５２は可視光でもよいし、それ以外の光でもよい。
【００５３】
表面状態評価部６０は、レーザー光５２の散乱光から各中心電極１２の先端部１２ａの表面状態を評価する。即ち、先端部１２ａからの散乱光を観測することで、先端部１２ａに形成されたプラズマ媒体供給部２８の表面状態を評価する。図５に示すように、表面状態評価部６０は、撮像装置６２と、画像比較部６４と、制御部６６とを備える。制御部６６は、撮像装置６２、画像比較部６４、供給量調整部７０などを制御し、プラズマ光源の一連の処理を行う主制御部（図示せず）の一部として構成されている。なお、制御部６６は、記憶部（図示せず）に記憶されたプログラムに基づいて種々の処理を実行している。
【００５４】
撮像装置６２は例えばＣＣＤカメラであり、先端部１２ａからのレーザー光５２の散乱光を用いて当該先端部１２ａを観察し、その観察結果を画像データとして画像比較部６４に出力する。上述の通り、レーザー光５２は、励起光としてのレーザー光４２が照射される合間に照射される。プラズマ３（図４参照）は非常に強度の大きい光を放射する。また、プラズマ３が発生すると、中心電極１２は加熱され発光する。従って、撮像装置６２は、レーザー光５２の散乱光や中心電極１２の発光とを区別するために、レーザー装置５０と同期して、レーザー光５２の照射時のみ開放するシャッター（又はゲート）機能を有する。
【００５５】
上述の通り、レーザー装置４０から出力されるレーザー光４２の周期は非常に短い。従って、これに誘発されて発生するプラズマ３の発光周期も同程度になる。よって、通常の連続的な撮像では、レーザー光４２、プラズマ３の発光、さらには中心電極１２の発光によって、中心電極１２の先端部１２ａの観察は殆ど不可能である。そこで本実施形態では、検査光としてのレーザー光５２を、励起光としてのレーザー光４２とは別に用意し、撮像装置６２のシャッター機能を利用して実質的にレーザー光５２の散乱光のみの撮像を行う。従って、レーザー光５２以外の光からの干渉を受けることなく、先端部１２ａの観察が可能になる。
【００５６】
なお、撮像装置６２は、レーザー光（検査光）５２の波長を中心波長として構成されたバンドパスフィルター６８を有してもよい。上述の通り、レーザー光５２が照射されるタイミングは、レーザー光４２が照射されるタイミング及びプラズマ３からの光が放射されるタイミングからずれている。従って、レーザー光４２やプラズマ３からの光は、撮像装置６２のシャッターで電気的に排除できる。しかしながら、これらの光は、紫外光や極端紫外光等のエネルギーが高い光を含んでいるため、撮像素子の劣化が進み易い。バンドパスフィルター６８はこのような光を遮断するため、撮像素子の劣化を抑えることができる。また、実質的にレーザー光５２のみの観察になるので、背景光や迷光が排除され、先端部１２ａの表面を正確に観察できるという利点もある。
【００５７】
画像比較部６４は、先端部１２ａの基準画像（図６（ａ）参照）と撮像装置６２によって得られた画像（以下、比較画像）とを比較した比較結果を制御部６６に出力する。具体的には、この比較結果は、両画像の位置（座標）毎の強度差と、その位置情報及び撮影時間とを関連付けて作成されるデータである。基準画像は先端部１２ａの理想的な形状を示す画像であり、例えば、プラズマ媒体を滲出させた状態で劣化の無い先端部１２ａから得られる散乱光の強度分布をもつ。このような画像は、撮像装置６２を用いて先端部１２ａを実際に撮影することで得られる。なお、基準画像は、記憶部（図示せず）に記憶されている。
【００５８】
制御部６６は、画像比較部６４の比較結果を用いて先端部１２ａの表面状態を評価する。具体的には、複数の比較結果を用いて強度差の二次元分布の経時変化を算出し、その強度差が予め設定された許容範囲を超えた時点で、供給量調整部７０にプラズマ媒体の滲出の過不足を示す評価結果を送信する。１つの比較結果からは、その時点の先端部１２ａの形状およびプラズマ媒体供給部２８におけるプラズマ媒体の滲出状態が判る。つまり、制御部６６は、時系列で並べた複数の比較結果から強度差の二次元分布の経時変化を求め、プラズマ媒体供給部２８におけるプラズマ媒体の滲出の過不足を判定する。なお、図６（ｂ）は、プラズマ媒体供給部２８におけるプラズマ媒体の滲出が過剰な場合の一例、図６（ｃ）はプラズマ媒体供給部２８におけるプラズマ媒体の滲出が不足した場合の一例である。即ち、図６（ｂ）に示すように、プラズマ媒体の滲出が過剰である場合は、プラズマ媒体供給部２８からプラズマ媒体が垂れ下がり、その結果、先端部１２ａの形状に変化が現れる。一方、図６（ｃ）に示すように、プラズマ媒体の滲出が不足した場合、プラズマ媒体供給部２８の多孔質金属２８ｍが露出する。
【００５９】
供給量調整部７０は、表面状態評価部６０による先端部１２ａの表面状態の評価結果に基づき、プラズマ媒体供給部２８からプラズマ３（図４参照）へのプラズマ媒体の供給量を調整する。図５に示すように、供給量調整部７０は、中心電極１２の導入路１２ｂに接続したプラズマ媒体のリザーバ７２と、リザーバ７２からプラズマ媒体供給部２８へのプラズマ媒体の供給量を調整する手段としての加熱装置７４とを備える。
【００６０】
リザーバ７２は、Ｌｉ等のプラズマ媒体を貯留する容器である。リザーバ７２は、耐熱性及びＬｉ等への耐腐食性を有する物質で形成されている。加熱装置７４によって加熱され、溶融したリザーバ７２内のプラズマ媒体は、そのままの状態で中心電極１２の導入路１２ｂに導入される。
【００６１】
加熱装置７４は、表面状態評価部６０の評価結果に基づく加熱温度で、リザーバ７２（プラズマ媒体）を加熱する。加熱装置７４は、高融点金属のフィラメント（図示せず）と、フィラメントを通電加熱する電源（図示せず）とを備える。プラズマ媒体の送出量は加熱温度に依存しているので、プラズマ媒体供給部２８におけるプラズマ媒体の滲出の程度は、加熱温度に依存する。プラズマ媒体供給部２８からプラズマ３（図４参照）へのプラズマ媒体の供給量は、プラズマ媒体の滲出の程度に依存する。従って、加熱温度の調整によって、プラズマ媒体供給部２８からプラズマ３（図４参照）へのプラズマ媒体の供給量を制御できる。
【００６２】
上述の通り、加熱装置７４には表面状態評価部６０からの評価結果が送信される。この評価結果がプラズマ媒体の滲出過剰を示している場合（図６（ｂ）参照）、加熱装置７４の電源はフィラメントへの供給電力を下げる。逆に、この評価結果がプラズマ媒体の滲出不足を示している場合（図６（ｃ）参照）は、加熱装置７４の電源はフィラメントへの供給電力を上げる。
【００６３】
このようなプラズマ媒体の供給量の制御を行うことで、プラズマ媒体を過不足なくプラズマ３に供給することでき、発光スペクトルに変化の無い一定状態のプラズマを毎回発生できる。また、供給量が安定するため、プラズマの偏在が抑制され、中心電極１２の損傷を極力抑えることが可能となる。
【００６４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係るプラズマ光源について、図７及び図８を参照して説明する。第２実施形態に係るプラズマ光源では、プラズマの媒体物質としてＧｄ等の高融点金属が用いられる。これを考慮して、第２実施形態の中心電極１２、表面状態評価部６０、供給量調整部７０は、第１実施形態のものと異なっている。それ以外の構成については、第１実施形態の構成と同一であるため、重複する説明を省略する。
【００６５】
第１実施形態では、プラズマ媒体としてＬｉ等の低融点金属が用いられている点を考慮し、中心電極１２にプラズマ媒体供給部２７、２８が設けられていた。しかしながら、高エネルギーの光を発生するプラズマの媒体物質は低融点金属だけでなく、高融点金属にも存在する。このような高融点金属として、例えばＧｄが挙げられる。
【００６６】
Ｇｄ等の高融点金属をプラズマ媒体として用いる場合、溶融させた状態で中心電極に供給することは困難である。そこで、本実施形態では、中心電極１２そのものをプラズマ媒体で形成する。即ち、中心電極１２そのものを、第１実施形態で述べたプラズマ媒体供給部２７、２８として機能させる。或いは、第１実施形態で述べたプラズマ媒体供給部２７、２８をプラズマ媒体を含む金属層として形成し、これを中心電極に設けてもよい。どちらの形態を採用するかは、プラズマ媒体の流通価格、加工の容易性等を考慮して適宜選択すればよい。
【００６７】
第２実施形態では、第１実施形態と異なり、プラズマ媒体を溶融させる必要がない。従って、第２実施形態において、中心電極１２内の導入路１２ｂ及びリザーバ７２は省略される。その代わりに、供給量調整部７０は、中心電極１２と機械的に連結する直線回転導入器７３を備える。また、これに併せて供給量調整部７０は、加熱装置７４の代わりに、直線回転導入器７３の直線駆動及び回転駆動を行う駆動装置７５を備える。以上の構成により、第２実施形態の供給量調整部７０は、プラズマ媒体の供給量を調整するために、各中心電極１２の先端部１２ａの位置又は回転角を制御する。
【００６８】
直線回転導入器７３は、真空側及び大気側の各ロッド（図示せず）を有する。各ロッドは、一方のロッドの回転又は直線移動を他方のロッドで再現するように、例えば磁気結合によって結合されている。駆動装置７５は、例えばモーターやリニアガイドなどを用いて構成され、直線回転導入器７３における大気側のロッド（図示せず）の回転又は直線移動を行う。どの程度の回転又は直線移動を行うかは、表面状態評価部６０の制御部６６から送られる評価結果に依存する。なお、直線回転導入器７３及び駆動装置７５は周知のものが使用可能であるため、詳細な構成については説明を割愛する。
【００６９】
本実施形態の画像比較部６４も、第１実施形態のものと同様の動作を行う。即ち、本実施形態の画像比較部６４も、先端部１２ａの基準画像（図８（ａ）参照）と撮像装置６２によって得られた画像（以下、比較画像）とを比較した比較結果を制御部６６に出力する。具体的には、この比較結果は、両画像の位置（座標）毎の強度差と、その位置情報及び撮影時間とを関連付けて作成されるデータである。基準画像は先端部１２ａの理想的な形状を示す画像であり、例えば、劣化の無い先端部１２ａから得られる散乱光の強度分布をもつ。このような画像は、撮像装置６２を用いて先端部１２ａを実際に撮影することで得られる。なお、基準画像は、記憶部（図示せず）に記憶されている。
【００７０】
制御部６６は、画像比較部６４の比較結果を用いて先端部１２ａの表面状態を評価する。具体的には、複数の比較結果を用いて強度差の二次元分布の経時変化を算出し、その強度差が予め設定された許容範囲を超えた時点で、供給量調整部７０に先端部１２ａの形状変化を示す評価結果を送信する。制御部６６は、時系列で並べた複数の比較結果から強度差の二次元分布の経時変化が求め、先端部１２ａの形状変化が著しい箇所を特定する。なお、図８（ｂ）は、中心電極１２の先端部１２ａが、プラズマ媒体の放出によって全体的に消耗され、対称面１からの距離が離れた場合の一例、図８（ｃ）は、中心電極１２の先端部１２ａの一部が、プラズマ媒体の放出によって消耗された場合（所謂、偏減り）の一例を示す。図８（ｃ）に示す例では、先端部１２ａと対称面１の最短の距離は変わっていない。しかしながらが、一般的には先端部１２ａは、図８（ｂ）及び図８（ｃ）の複合的な消耗によって変形すると考えられる。
【００７１】
上述の通り、供給量調整部７０の駆動装置７５には表面状態評価部６０からの評価結果が送信される。この評価結果が中心電極１２の先端部１２ａの全体的な消耗を示している場合（図８（ｂ）参照）、駆動装置７５は直線回転導入器７３を駆動して、先端部１２ａの本来の位置に直線移動させる。また、この評価結果が先端部１２ａの一部の消耗を示している場合、駆動装置７５は、消耗の著しい部分を本来の位置から遠ざけ、消耗していない部分をその位置に近づけるように中心電極１２を回転させる。上記の消耗が複合的に生じている場合、駆動装置７５は、直線回転導入器７３に対して直線駆動及び回転駆動を平行して行う。
【００７２】
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、このようなプラズマ媒体の供給量の制御を行うことで、プラズマ媒体を過不足なくプラズマ３に供給することでき、発光スペクトルに変化の無い一定状態のプラズマを毎回発生できる。また、供給量が安定するため、プラズマの偏在が抑制され、中心電極１２の損傷を極力抑えることが可能となる。その他の効果も、第１実施形態と同様である。
【００７３】
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】
【００７４】
１…対称面、２…面状放電、３…プラズマ、１０…同軸状電極、１２…中心電極、１２ａ…先端部、１２ｂ…導入路、１４…外部電極、１６…絶縁体、２０…チャンバー、２７，２８…プラズマ媒体供給部、３０…電圧印加装置、４０…レーザー装置、４２…レーザー光、５０…レーザー装置、５２…レーザー光、５２ａ…散乱光、６０…表面状態評価部、６２…撮像装置、６４…画像比較部、６６…制御部、６８…バンドパスフィルター、７０…供給量調整部、７２…リザーバ、７３…直線回転導入器、７４…加熱装置、７５…駆動装置
【図１】
2014056650.tif 000003
【図２】
2014056650.tif 000004
【図３】
2014056650.tif 000005
【図４】
2014056650.tif 000006
【図５】
2014056650.tif 000007
【図６】
2014056650.tif 000008
【図７】
2014056650.tif 000009
【図８】
2014056650.tif 000010