(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に収納された電極対に電圧を印加して該電極対の間隙中にピンチプラズマを発生させる方法において、
一方の電極の表面に該電極に使われている金属Ａよりも小さい仕事関数を持つ金属Ｂをリング状に埋め込み、
前記リング状の金属Ｂの仕事関数よりも高く該電極に使われている前記金属Ａの仕事関数よりも低いフォトンエネルギーを持つ波長の光を前記一方の電極の表面に照射することにより、
大電流プラズマを円筒形状に形成し、ピンチプラズマを生成させることを特徴とするピンチプラズマの発生方法。
【請求項２】
真空容器内に電極対が収納され、該電極対に電圧を印加する電源が備えられたピンチプラズマの発生装置において、
一方の電極の表面に、該電極に使われている金属Ａよりも小さい仕事関数を持つ金属Ｂがリング状に埋め込んであり、
前記リング状の金属Ｂの仕事関数よりも高く該電極に使われている前記金属Ａの仕事関数よりも低いフォトンエネルギーを持つ波長の光を前記一方の電極の表面に照射する光照射手段を具備したことを特徴とするピンチプラズマの発生装置。
【請求項３】
前記光照射手段は、光を発生する光源と、該光源から発生した光を前記一方の電極表面のほぼ全体に照射するための光学系とを有することを特徴とする請求項２に記載のピンチプラズマの発生装置。
【請求項４】
前記金属Ａは銅、前記金属Ｂはタンタルであることを特徴とする請求項２または３に記載のピンチプラズマの発生装置。
【請求項５】
前記一方の電極の表面に照射される光の波長は、２７９ｎｍから３００ｎｍの間であることを特徴とする請求項４に記載のピンチプラズマの発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟Ｘ線や極紫外線などの放射光を発生し、半導体などの表面加工をするためのピンチプラズマの発生方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを磁界によって円柱状に細く収縮させたものは、特にピンチ（細くなるの意）プラズマと呼ばれる。すなわち、ピンチプラズマは、プラズマを高密度に収縮させたものであり、アークよりはその圧力が桁違いに高い。このようなピンチプラズマからは１ｎｍないし１００ｎｍオーダの短波長電磁波（軟Ｘ線や極紫外線）の放射光が周囲に放射される。この放射光は、例えば、半導体などの表面加工や薄膜形成などのように物質の合成処理や反応処理に用いられる。
【０００３】
図４は、従来のピンチプラズマ発生装置の動作を説明する断面図であり、それぞれ（Ａ）はガスの吹き出し時、（Ｂ）は電圧印加時、（Ｃ）はピンチプラズマ発生時の状況を示す。図４の（Ａ）を参照して、まずこの装置の概略構成を説明すると、電極１と電極２は対をなして互いに平行に所定の間隙（真空ギャップ）をおいて対向配置され、真空容器（図示しない）内に収納されている。電極１は、ガスの吹き出し側のもので、上部にはガス導入系９が接続され、ガスをガス通路１Ａを介してバルブ４に導いている。さらに、バルブ４の出口（下側）には円柱状のガス通路１Ｂが配され、ガス通路１Ｂから下方にガス３０を吹き出させている。一方、平板の電極２はガス３０の流れを受けるとともに、中央に貫通穴２Ａが開けられている。電極１及び電極２には投入スイッチ１１を介して電源１０が直列に結線されている。次に、この装置の動作を説明する。
【０００４】
まず、図４の（Ａ）において、投入スイッチ１１を開放（ＯＦＦ）した状態でバルブ４を開放すると、ガスがガス導入系９からガス通路１Ａ，１Ｂを流れ、電極１と電極２の間の真空ギャップ中にガスが吹き出され円柱状にガスが分布するようになる。
【０００５】
次に、図４の（Ｂ）において、投入スイッチ１１を閉成（ＯＮ）すると、電源１０の電圧によってガス３０が絶縁破壊して円柱状のプラスマ３１になり電流が流れる。この電流Ｉによって、プラズマ３１を周回する磁束Φが発生するので、プラズマ３１はローレンツ力によつて半径方向内側に力を受ける。
【０００６】
その結果、図４の（Ｃ）のように細く円柱状に収縮したピンチプラズマ３が形成される。このピンチプラズマ３からは、その軸方向に光３Ａが貫通穴２Ａを通つて放射されるとともに、半径方向外側に前述のような短い波長の光３Ｂが放射され、被照射体（図示しない）に照射される。なお、ガス３０を吹き出さない状態で電極１と電極２間の間を絶縁破壊させるとアークは発生するが円筒状にはならないので、細く円柱状に収縮したピンチプラズマ３にはならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のピンチプラズマの発生方法及び装置では、ピンチ（細く）する前のプラズマは真空中にガスを噴出し、そのガスに電流が流れることによりプラズマを生成させていたため、形成される円筒形状のプラズマの形状が乱れ、プラズマの収縮が不均一になることがあつた。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、正確な円筒形状のブラズマを形成可能にして、均一なピンチプラズマが得られるようにしたピンチプラズマの発生方法および装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、真空容器内に収納された電極対に電圧を印加して該電極対の間隙中にピンチプラズマを発生させる方法において、一方の電極の表面に該電極に使われている金属Ａよりも小さい仕事関数を持つ金属Ｂをリング状に埋め込み、前記リング状の金属Ｂの仕事関数よりも高く該電極に使われている前記金属Ａの仕事関数よりも低いフォトンエネルギーを持つ波長の光を前記一方の電極の表面に照射することにより、大電流プラズマを円筒形状に形成し、ピンチプラズマを生成させることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、真空容器内に電極対が収納され、該電極対に電圧を印加する電源が備えられたピンチプラズマの発生装置において、一方の電極の表面に、該電極に使われている金属Ａよりも小さい仕事関数を持つ金属Ｂがリング状に埋め込んであり、前記リング状の金属Ｂの仕事関数よりも高く該電極に使われている前記金属Ａの仕事関数よりも低いフォトンエネルギーを持つ波長の光を前記一方の電極の表面に照射する光照射手段を具備したことを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記光照射手段は、光を発生する光源と、該光源から発生した光を前記一方の電極表面のほぼ全体に照射するための光学系とを有するとすることができる。
【００１２】
また、前記金属Ａは銅、前記金属Ｂはタンタルであるとしてもよい。
【００１３】
更に、前記一方の電極の表面に照射される光の波長は、２７９ｎｍから３００ｎｍの間であるとしてもよい。
【００１４】
本発明では、ピンチプラズマを発生させる際に必要となる円筒形状の大電流プラズマを、一方の電極上に仕事関数の低い金属をリング状に配置することにより、複雑な光学系やガスインジェクションを用いずに、精密な円筒形状のプラズマに形成することが可能になり、プラズマがピンチする際、円周上のどの方向においても均一に収縮される。これにより、高密度プラズマを安定して得られるため、その安定した高密度プラズマを用いて真空紫外光及び軟Ｘ線の高輝度光源や中性子源等に適用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態におけるピンチプラズマの発生装置の構成を模式的に示す概略断面図である。電極１、２は真空容器５内に対向して設置されており、真空容器５に設けた透明窓８を通して下方の電極２の表面全体に光（例えば、レーザ光）を照射するための光源３５と光学系（例えば、凹レンズ）３６とを具え、かつ図２に示すように、一方の電極２の表面には、電極２に使われている金属Ａよりも小さい仕事関数を持つ金属Ｂがリング状に埋め込んである。しかし、本発明ではガスの吹き出しは必要ないので、従来技術で必要とした電極１のガス導入系やガス通路、バルブは不要である。その他の構成は前述の図４の（Ａ）とほぼ同様である。
【００１７】
電極２の材料である金属Ａの仕事関数より小さく、電極２に埋め込んであるリング状の金属Ｂの仕事関数よりも大きいエネルギ−の波長の光を光源３５から光学系３６を通してこの電極２の表面全体に照射する。
【００１８】
真空容器５内が真空であつた場合、光の照射により電極２に埋め込んだリング状の金属Ｂからは、光電効果による光電子が放出される。電極２に埋め込んである金属Ｂはリングの形状をしているため、図３の（Ａ）に示すように、光電子３２がリング状に放出される。
【００１９】
この際、投入スイッチ１１を閉成すれば、リング状に放出された光電子３２が対向に設置してある電極１に到達し、図３の（Ｂ）に示すように、円筒形のプラズマ３１が発生する。プラズマ３１のこの円筒形は、初期の放電が光電子３２の放出により引き起こされるため、電極２に埋め込んである金属Ｂの形状に起因し、整った形状になる。
【００２０】
このとき円筒状のプラズマ３１に流れる電流Ｉによって、プラズマ３１を周回する磁束Φが発生するので、プラズマ３１はローレンツ力によって半径方向内側に力を受ける。この際、プラズマ３１が整った円筒状であるため、プラズマ３１はどの部分においても円筒形の中心軸の方向に均一に力を受ける。その結果、図３の（Ｃ）に示すように細く円柱状に収縮したピンチブラズマ３が形成される。このピンチプラズマ３は、初期のプラズマ３１が整った円筒形状にあるため、常に同じ位置に形成される。そのため、このピンチプラズマ３からは安定した光３Ａが放出されることが可能になる。
【００２１】
例えば、金属Ａに銅（Ｃｕ）、金属Ｂにタンタル（Ｔａ）を用いた場合、銅の仕事関数が４．４５ｅＶ、タンタルのそれが４．１３ｅＶであるので、それぞれの金属から光電子を引き出すのに必要な光の最短波長は、銅がおおよそ２７９ｎｍ、タンタルがおおよそ３００ｎｍになる。つまり、波長が２７９ｎｍから３００ｎｍの間の光を電極２に照射すれば、金属Ｂだけから光電子３２が放出するため、整つた円筒形状の初期プラズマ３１を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一方の電極の表面にその電極に使われている金属よりも小さい仕事関数を持つ金属をリング状にはめ込んであるので、光電効果により、常に均一で正確な円筒形状のプラズマを発生させることができ、そのブラズマを収縮させることで安定して高温・高密度なピンチプラズマが得られる。
【００２３】
これにより、高密度プラズマを安定して得られるため、本発明は、その安定した高密度プラズマを用いて真空紫外光及び軟Ｘ線の高輝度光源や中性子源等に適用することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるピンチプラズマの発生装置の構成を模式的に示す概略断面図である。
【図２】図１の本発明に係る一方の電極２の表面の構成を示す平面図である。
【図３】図１の装置の動作を説明する要部断面図であり、それぞれ（Ａ）は光の照射時、（Ｂ）は電圧印加時、（Ｃ）はピンチプラズマ発生時の状況を示す図である。
【図４】従来のピンチプラズマの発生装置の動作を説明する要部断面図であり、それぞれ（Ａ）はガス吹き出し時、（Ｂ）は電圧印加時、（Ｃ）はピンチプラズマ発生時の状況を示す図である。
【符号の説明】
１  電極
１Ａ，２Ｂ  ガス通路
２  電極
３  ピンチプラズマ
４  バルブ
５  真空容器
６Ａ，６Ｂ  気密端子
８  透明窓
９  ガス導入系
１０  電源
１１  投入スイッチ
３０  ガス
３１  円筒状のプラズマ
３２  光電子
３５  光源
３６  光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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