(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１及び第２の同軸状電極と、前記第１及び第２の同軸状電極内のプラズマ媒体を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、前記第１及び第２の同軸状電極に極性を反転させた放電電圧を印加する電圧印加装置と、を備え、前記第１及び第２の同軸状電極間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるプラズマ光源であって、
前記第１及び第２の同軸状電極は、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ガイド電極と、中心電極とガイド電極の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、
前記第１及び第２の同軸状電極の各中心電極は、前記同一の軸線上に位置し、かつ互いに一定の間隔を隔てて対称に位置し、
前記第２の同軸状電極は、前記第１の同軸状電極に対して電気的浮動状態であるが、前記第１及び第２の同軸状電極間に単一のプラズマが形成されると、前記第１及び第２の同軸状電極が導通状態となり、前記第１及び第２の同軸状電極を含む構成において整合がとれるように前記第１の同軸状電極から前記第２の同軸状電極に電荷が移動し、前記第２の同軸状電極の電位は前記第１及び第２の同軸状電極の中心電極及びガイド電極を順方向に電流が流れるように自然に定まる、ことを特徴とするプラズマ光源。
【請求項２】
前記第２の同軸状電極は、前記第１の同軸状電極に対して電気的に絶縁されている、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３】
前記放電環境保持装置は、第１及び第２の同軸状電極を保持するチャンバーを含み、前記第２の同軸状電極と前記チャンバーの間に絶縁部材が設けられている、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４】
前記電圧印加装置は、前記第１及び第２の同軸状電極の一方の中心電極にそのガイド電極より高い正の放電電圧を印加する正電圧源と、前記第１及び第２の同軸状電極の他方の中心電極にそのガイド電極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をそれぞれの同軸状電極に同時に印加するトリガスイッチとを有する、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５】
前記放電環境保持装置は、放電の発生を促進する放電発生アシストガスを供給するガス供給手段を含むことを特徴とする請求項１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、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、極端紫外光源（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）であり、およそ１〜１００ｎｍの波長領域の光を意味する。この領域の光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。また極端紫外光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、高エネルギー密度プラズマからの輻射光が注目されている。なお、プラズマ光源については、特許文献１に記載されている。
【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）方式に大別できる。ＬＰＰ方式のＥＵＶ光源については、特許文献２に記載されている。
【０００６】
ＥＵＶリソグラフィ光源には、高い平均出力、微小な光源サイズ、飛散粒子（デブリ）が少ないこと等が要求される。現状では、ＥＵＶ発光量が要求出力に対して極めて低く、高出力化が大きな課題の一つであるが、一方で高出力化のために入力エネルギーを大きくすると熱負荷によるダメージがプラズマ生成装置や光学系の寿命の低下を招いてしまう。従って、高ＥＵＶ出力と低い熱負荷の双方を満たすためには、高いエネルギー変換効率が必要不可欠である。
【０００７】
プラズマ形成初期には加熱や電離に多くのエネルギーを消費するうえに、ＥＵＶを放射するような高温高密度状態のプラズマは一般的に急速に膨張してしまうため、放射持続時間τが極端に短い。従って、変換効率を改善するためには、プラズマをＥＵＶ放射のために適した高温高密度状態で長時間（μｓｅｃオーダーで）維持することが重要になる。
【０００８】
ＳｎやＬｉ等の常温固体の媒体はスペクトル変換効率が高い反面、プラズマ生成に溶融、蒸発等の相変化を伴うため、中性粒子等のデブリ（放電に伴う派生物）による装置内汚染の影響が大きくなる。そのため、ターゲット供給、回収システム強化も同様に要求される。
【０００９】
現在の一般的なＥＵＶプラズマ光源の放射時間は１００ｎｓｅｃ程度であり出力が極端に足りない。産業応用のため高変換効率と高平均出力を両立させる為には１ショットで数μｓｅｃのＥＵＶ放射時間を達成する必要がある。つまり、高い変換効率を持つプラズマ光源を開発するためには、それぞれのターゲットに適した温度密度状態のプラズマを数μｓｅｃ（少なくとも１μｓｅｃ以上）拘束し、安定したＥＵＶ放射を達成する必要がある。
【００１０】
さらに、従来のキャピラリー放電では、プラズマがキャピラリー内に閉じ込められてしまうため、有効な放射立体角が小さいという欠点もあった。
【００１１】
そこで、本願の発明者らは、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光を長時間（μｓｅｃオーダーで）安定して発生させることができ、構成機器の熱負荷によるダメージが小さく、発生したプラズマ光の有効な放射立体角を大きくでき、プラズマ媒体を連続して供給することができることを目的として、「プラズマ光源とプラズマ光発生方法」（特許文献３）を創案した。
【００１２】
図１は、上記プラズマ光源の実施形態図であり、対称面５１に対して対向配置された１対の同軸状電極５０を備え、１対の同軸状電極５０にそれぞれ面状の放電電流（面状放電）を発生させ、この面状放電により各同軸状電極５０の対向する中間位置に単一のプラズマを形成し、次いで面状放電を１対の同軸状電極間の管状放電に繋ぎ換えてプラズマを封じ込める磁場（磁気ビン）を形成することにより、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光を長時間（μｓｅｃオーダーで）安定して発生させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−２２６２４４号公報、「極端紫外光源及び半導体露光装置」
【特許文献２】特開２０１１−５４３７６号公報、「ＬＰＰ方式のＥＵＶ光源とその発生方法」
【特許文献３】特開２０１０−１４７２３１号公報、「プラズマ光源とプラズマ光発生方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、上記プラズマ光源においては、同軸状電極における電位の制御が困難であり、したがって各同軸状電極５０間の面状放電の管状放電への繋ぎ換えの制御も困難であった。
【００１５】
本発明は、上述した問題を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、１対の同軸状電極において面状放電を発生させ、この面状放電を各同軸状電極の対向する中間位置に単一のプラズマを形成し、次いで面状放電を１対の同軸状電極間の管状放電に繋ぎ換えてプラズマを封じ込める磁場（磁気ビン）を形成するプラズマ光源において、面状放電から管状放電への繋ぎ換えを容易にするようなプラズマ光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、対向配置された第１及び第２の同軸状電極と、前記第１及び第２の同軸状電極内のプラズマ媒体を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、前記第１及び第２の同軸状電極に極性を反転させた放電電圧を印加する電圧印加装置と、を備え、前記第１及び第２の同軸状電極間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるプラズマ光源であって、
前記第２の同軸状電極は、前記第１の同軸状電極に対して電気的浮動状態である、ことを特徴とするプラズマ光源が提供される。
【００１７】
前記第２の同軸状電極は、前記第１の同軸状電極に対して電気的に絶縁されている、ことが好ましい。
【００１８】
前記放電環境保持装置は、第１及び第２の同軸状電極を保持するチャンバーを含み、前記第２の同軸状電極と前記チャンバーの間に絶縁部材が設けられている、ことが好ましい。
【００１９】
前記第１及び第２の同軸状電極は、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、
前記第１及び第２の同軸状電極の各中心電極は、前記同一の軸線上に位置し、かつ互いに一定の間隔を隔てて対称に位置する、ことが好ましい。
【００２０】
前記電圧印加装置は、前記第１及び第２の同軸状電極の一方の中心電極にそのガイド電極より高い正の放電電圧を印加する正電圧源と、前記第１及び第２の同軸状電極の他方の中心電極にそのガイド電極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をそれぞれの同軸状電極に同時に印加するトリガスイッチとを有する、ことが好ましい。
【００２１】
前記放電環境保持装置は、放電の発生を促進する放電発生アシストガスを供給するガス供給手段を含む、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
上記本発明の装置によれば、対向配置された１対の同軸状電極を備え、１対の同軸状電極にそれぞれ面状の放電電流（面状放電）を発生させ、該面状放電により各同軸状電極の対向する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対の同軸状電極間の管状放電に繋ぎ換えて前記プラズマを封じ込める磁場（磁気ビン）を形成するので、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光を長時間（μｓｅｃオーダーで）安定して発生させることができる。
【００２３】
また、従来のキャピラリー放電や真空放電金属プラズマと比較すると、１対の同軸状電極の対向する中間位置に単一のプラズマが形成され、かつエネルギー変換効率を大幅に改善できるので、プラズマ形成中における各電極の熱負荷が小さくなり、構成機器の熱負荷によるダメージを大幅に低減できる。
【００２４】
また、１対の同軸状電極の対向する中間位置にプラズマ光の発光源であるプラズマが形成されるので、発生したプラズマ光の有効な放射立体角を大きくできる。
【００２５】
さらに、面状放電から管状放電への電流経路の繋ぎ替えを容易にすることにより、管状放電を確実に形成することができる。
【００２６】
さらにまた、ガス供給部によって放電アシストガスを供給することにより、面状放電から管状放電への電流経路の繋ぎ替えを確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来のプラズマ光源の実施形態図である。
【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】本発明によるプラズマ光源の動作説明図である。
【図４】変形例を示す図である。
【図５】第１比較例を示す図である。
【図６】第１比較例における電位分布を示す図である。
【図７】第２比較例を示す図である。
【図８】第２比較例における電位分布を示す図である。
【図９】第３比較例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
図２は、本発明によるプラズマ光源の実施形態図である。
【００３０】
この図において、本発明のプラズマ光源は、第１及び第２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。
【００３１】
第１及び第２の同軸状電極１０、１０´は、対称面１を中心として対向するように、チャンバー２０に配置されている。
【００３２】
この例では、第１の同軸状電極１０は、チャンバー２０に直接に取り付けられ、チャンバー２０と電気的に接続している。これに対して、第２の同軸状電極１０´は、リング状の絶縁体１８を介してチャンバー２０に取り付けられ、チャンバー２０とは電気的に絶縁されている。
【００３３】
第１の同軸状電極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。同様に、第２の同軸状電極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。
【００３４】
棒状の中心電極１２、１２´は、単一の軸線Ｚ−Ｚ上に延びる導電性の電極である。
【００３５】
この例において、中心電極１２、１２´の対称面１に対向する端面は円弧状になっている。なお、この構成は必須ではなく、端面に凹穴を設け、後述する面状放電２と管状放電４を安定化させるようにしてもよく、或いは平面でもよい。
【００３６】
管状のガイド電極１４、１４´は、中心電極１２、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、Ｌｉのガスであることが好ましいが、Ｘｅ，Ｓｎのガスであってもよい。また、ガイド電極１４、１４´の対称面１に対向する端面は、円弧状でも平面でもよい。
【００３７】
リング状の絶縁体１６、１６´は、中心電極１２、１２´とガイド電極１４、１４´の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、１２´とガイド電極１４、１４´の間を電気的に絶縁する。
【００３８】
絶縁体１６、１６´において、中心電極１２、１２´とガイド電極１４、１４´の間の表面には、中心電極１２、１２´とガイド電極１４、１４´との間の面状放電２によってＬｉがガスを生成するようにＬｉまたはＬｉ化合物の薄膜１７が形成されている。
【００３９】
なお、絶縁体１６、１６´の形状はこの例に限定されず、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する限りで、その他の形状であってもよい。
【００４０】
リング状の絶縁体１８は、第２の同軸状電極１０´のガイド電極１４´とチャンバー２０間に位置する中空円筒形状の電気的絶縁体であり、ガイド電極１４´とチャンバー２０の間を電気的に絶縁する。
【００４１】
なお、絶縁体１８の形状はこの例に限定されず、第２の同軸状電極１０´のガイド電極１４´とチャンバー２０の間を電気的に絶縁する限りで、その他の形状であってもよい。
【００４２】
上述した第１及び第２の同軸状電極１０、１０´は、各中心電極１２、１２´が同一の軸線Ｚ−Ｚ上に位置し、かつ互いに一定の間隔を隔てて対称に位置する。
【００４３】
チャンバー２０は、放電環境保持装置を構成し、第１及び第２の同軸状電極１０、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第１及び第２の同軸状電極１０、１０´を保持する。チャンバー２０は、排気管２２によって真空ポンプに接続され、所定の圧力に維持されている。
【００４４】
チャンバー２０は、金属からなることが好ましく、接地されることが好ましい。また、チャンバー２０には、プラズマ光８（ＥＵＶ）を取り出すために、所定の開口窓を設けることが好ましい。
【００４５】
チャンバー２０及び第１の同軸状電極１０に対して、第２の同軸状電極１０´は、放電が形成されていない状態では、絶縁体１８によって隔てられ、電気的に接続されていないので、電気的浮動状態にある。後述するように、放電が形成されることにより、第２の同軸状電極１０´の電位は、第１の同軸状電極１０及びチャンバー２０に対して一定のものとなる。
【００４６】
電圧印加装置３０は、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´に極性を反転させた放電電圧を印加する。
【００４７】
電圧印加装置３０は、正電圧源３２、負電圧源３４及びトリガスイッチ３６からなる。
【００４８】
この例では、正電圧源３２及び負電圧源３４は、それぞれ高電圧充電器（ＨＶ  Ｃｈａｒｇｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）とコンデンサからなる。トリガスイッチ３６は、遅延パルス生成器（Ｄｅｌａｙ  Ｐｕｌｓｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、高圧パルス発生器（ＨＶ  Ｐｕｌｓｅｒ）及びギャップスイッチからなる。なお、この例では、遅延パルス生成器は、遅延のないトリガパルスを発生している。
【００４９】
正電圧源３２は、第１の同軸状電極１０の中心電極１２にそのガイド電極１４より高い正の放電電圧を印加する。
【００５０】
負電圧源３４は、第２の同軸状電極１０´の中心電極１２´にそのガイド電極１４´より低い負の放電電圧を印加する。
【００５１】
なお、本実施形態では、便宜上、正電圧源３２が第１の同軸状電極１０に電圧を印加し、負電圧源３４が第２の同軸状電極１０´に電圧を印加するものとしたが、本発明はこれに限定されない。正電圧源３２が第２の同軸状電極１０´に電圧を印加し、負電圧源３４が第１の同軸状電極１０に電圧を印加してもよい。
【００５２】
正電圧源３２及び負電圧源３４には、中心電極１２、１２´に供給される電流をオシロスコープ（Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ）で観察するため、誘導結合された線路が設けられている。
【００５３】
トリガスイッチ３６は、正電圧源３２と負電圧源３４を同時に作動させて、それぞれの同軸状電極１２、１２´に同時に正負の放電電圧を印加する。
【００５４】
この構成により、本発明のプラズマ光源は、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´間に管状放電（後述する）を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるようになっている。
【００５５】
図３は、図２のプラズマ光源の作動説明図である。この図において、（Ａ）は面状放電の発生時、（Ｂ）は面状放電の移動中、（Ｃ）はプラズマの形成時、（Ｄ）は電荷移動時、（Ｅ）はプラズマ封込み磁場の形成時を示している。
【００５６】
以下、この図を参照して、本発明のプラズマ光源の動作を説明する。
【００５７】
本発明のプラズマ光源は、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´を対向配置し、放電チャンバー２０により第１及び第２の同軸状電極１０、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保持し、電圧印加装置３０により第１及び第２の同軸状電極１０、１０´に極性を反転させた放電電圧を印加する。
【００５８】
図３（Ａ）に示すように、この電圧印加により、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´に絶縁体１６、１６´の表面でそれぞれ面状の放電電流（以下、面状放電２と呼ぶ）が発生する。面状放電２は、２次元的に広がる面状の放電電流であり、後述する実施例では「電流シート」とも呼ぶ。
【００５９】
このような面状放電２により、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´において、絶縁体１６表面に形成されたＬｉまたはＬｉ化合物薄膜１７の表面が蒸発し、Ｌｉガスを発生する。
【００６０】
なおこの際、第１の同軸状電極１０の中心電極１２は正電圧（＋）、ガイド電極１４は負電圧（−）に印加され、第２の同軸状電極１０´の中心電極１２は負電圧（−）、そのガイド電極１４´は正電圧（＋）に印加されている。
【００６１】
図３（Ｂ）に示すように、面状放電２は、自己磁場によって電極から排出される方向（図で中心に向かう方向）に移動する。
【００６２】
図３（Ｃ）に示すように、面状放電２が第１及び第２の同軸状電極１０、１０´の先端に達すると、１対の面状放電２の間に挟まれたプラズマ媒体６が高密度、高温となり、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´の対向する中間位置（中心電極１２、１２´の対称面１）に単一のプラズマ３が形成される。
【００６３】
図３（Ｄ）に示すように、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´の先端から延びた面状放電２が接触すると、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´は導通状態となる。
【００６４】
これによって、電気的に浮動状態であった第２の同軸状電極１０´には第１の同軸状電極１０から電荷が移動し、第２の同軸状電極１０´の電位は、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´の中心電極１２、１２´及びガイド電極１４、１４´を順方向に電流が流れるように自然に定まる。
【００６５】
電荷の移動は、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´を含む構成において整合がとれるように自然に調整される。ここで、第２の同軸状電極１０´の電位は、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´を含む系全体が最も安定になる順方向に電流が流れる状態となるので、外部から制御する必要はない。
【００６６】
このような電荷の移動によって、対向する１対の中心電極１２、１２´は、正電圧（＋）と負電圧（−）となり、同様に対向する１対のガイド電極１４、１４´も、正電圧（＋）と負電圧（−）となるので、図３（Ｅ）に示すように、面状放電２は対向する１対の中心電極１２同士、及び対向する１対のガイド電極１４、１４´の間で放電する管状放電４に繋ぎ換えられる。ここで、管状放電４とは、軸線Ｚ−Ｚを囲む中空円筒状の放電電流を意味する。
【００６７】
この管状放電４が形成されると、図に符号５で示すプラズマ封込み磁場（磁気ビン）が形成され、プラズマ３を半径方向及び軸方向に封じ込むことができる。
【００６８】
すなわち、磁気ビン５はプラズマ３の圧力により中央部は大きくその両側が小さくなり、プラズマ３に向かう軸方向の磁気圧勾配が形成され、この磁気圧勾配によりプラズマ３は中間位置に拘束される。さらにプラズマ電流の自己磁場によって中心方向にプラズマ３は圧縮（Ｚピンチ）され、半径方向にも自己磁場による拘束が働く。
【００６９】
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８（ＥＵＶ）を長時間安定して発生させることができる。
【００７０】
上述した本発明のプラズマ光源によれば、対向配置された第１及び第２の同軸状電極１０、１０´を備え、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´にそれぞれ面状の放電電流（面状放電２）を発生させ、面状放電２により第１及び第２の同軸状電極１０、１０´の対向する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を第１及び第２の同軸状電極１０、１０´間の管状放電４に繋ぎ換えてプラズマ３を封じ込めるプラズマ封込み磁場５（磁気ビン５）を形成するので、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光を長時間（μｓｅｃオーダーで）安定して発生させることができる。
【００７１】
また、従来のキャピラリー放電や真空光電金属プラズマと比較すると、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´の対向する中間位置に単一のプラズマ３が形成され、かつエネルギー変換効率を大幅（１０倍以上）に改善できるので、プラズマ形成中における各電極の熱負荷が小さくなり、構成機器の熱負荷によるダメージを大幅に低減できる。
【００７２】
また、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´の対向する中間位置にプラズマ光の発光源であるプラズマ３が形成されるので、発生したプラズマ光の有効な放射立体角を大きくできる。
【００７３】
さらに、本発明では、第２の同軸状電極１０´は、チャンバー２０に対して絶縁体１８を介して取り付けられ、第１の同軸状１０及びチャンバー２０に対して電気的浮動状態にある。しかしながら、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´間の放電により第１の同軸状電極１０から第２の同軸状電極１０´に電荷が移動し、電気的に浮動状態であった第２の同軸状電極１０´には第１の同軸状電極１０から電荷が移動し、第２の同軸状電極１０´の電位は、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´の中心電極１２、１２´及びガイド電極１４、１４´を順方向に電流が流れるような電位に自然に定まる。
【００７４】
このように、本発明によると、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´の中心電極１２、１２´及びガイド電極１４、１４´の電位が、順方向に電流が流れるように自然に調整される。したがって、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´間の面状放電２の管状放電４への繋ぎ換えが容易になり、管状放電４を確実に提供することができる。
【００７５】
〔変形例〕
図４は、本実施形態の変形例を示す図である。この変形例は、図２に示した実施形態において、放電アシストガスを供給するガス供給部４０をさらに設けたものである。
【００７６】
この変形例においては、ガス供給部４０が放電アシストガスとして水素をチャンバー２０に供給し、チャンバー２０内が数ｍＴｏｒｒから数Ｔｏｒｒの水素で満たされるようにする。チャンバー２０に供給された水素は、ＥＵＶを放出または吸収することなく、電子供給源として作用する。
【００７７】
この変形例においては、図３（Ａ）に示したように第１及び第２の同軸状電極１０、１０´に電圧を印加して絶縁体１６、１６´の表面に沿面放電が生成されるとき、絶縁体１６、１６´表面から蒸発したＬｉに加えてガス供給部４０が供給した水素も電離してプラズマとなるので、図２に示した実施形態と比べると水素の寄与によりプラズマ密度が増加する。
【００７８】
また、図３（Ｂ）に示したように面状放電２が第１及び第２の同軸状電極１０、１０´から排出される方向に移動するとき、進行経路の水素が次第に累積されて面状放電２のプラズマシートの密度が増加するいわゆる雪掻き効果が発生する。
【００７９】
このとき、水素の存在により、面状放電２のプラズマシート先端部にブレーキがかかり、プラズマシートが厚さ方向に圧縮され、プラズマシートの密度が増加する。また、面状放電２のプラズマシートの密度増加により、プラズマシートのインピーダンスが低下し、プラズマシート以外の部分を流れるリーク電流が相対的に減少する。
【００８０】
図３（Ｃ）に示したように面状放電２が第１及び第２の同軸状電極１０、１０´の先端に達するとき、面状放電２のプラズマ放電の密度が確保されている。面状放電２のプラズマシートを通過する放電電流の増加により、図３（Ｄ）に示したようにプラズマによる電荷移動による第２の同軸状電極１０´の電位調整が行われる。ここで、水素の導入により、面状放電２のプラズマシートの面内均一性が改善され、電流繋ぎ変え効率が向上する。
【００８１】
なお、この変形例においては、放電アシストガスとして水素を例示したが、放電アシストガスは水素に限られない。例えば水素に換わってヘリウムを採用することもできる。
【００８２】
〔比較例１〕
図５は、第１の比較例を示す。第１の比較例は、図２に示した実施形態において、絶縁体１８を除き、第２の同軸状電極１０´を直接にチャンバー２０に取り付けるとともに、チャンバー２０のフランジ部を接地したものである。
【００８３】
他の構成は、図２に示した実施形態と同様であるので、同一の指示符号を付して説明を省略する。
【００８４】
図中の面状放電２は、模式的に、中心電極１２、１２´からガイド電極１４、１４´へ電流が流れる方向を矢印で示したものである。
【００８５】
図６は、第１の比較例における、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´に面状放電２が形成されている状態（図３（Ｂ）が相当する。）での電位分布を示す図である。
【００８６】
正電圧源３２の正側電位点Ｐ１における電位Ｖ１から、中心電極１２の放電発生位置Ｐ２における電位Ｖ２、ガイド電極１４の放電発生位置Ｐ３における電位Ｖ３を介して、チャンバー２０の接地点Ｐ４における電位Ｖ４に至るまで、電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は次第に低下している。
【００８７】
同様に、負電圧源３３の負側電位点Ｐ１´における電位Ｖ１´から、中心電極１２´の放電発生位置Ｐ２´における電位Ｖ２´、ガイド電極１４´の放電発生位置Ｐ３´における電位Ｖ３´を介して、チャンバー２０の接地点Ｐ４´における電位Ｖ４´に至るまで、電位Ｖ１´、Ｖ２´、Ｖ３´、Ｖ４´は次第に上昇している。
【００８８】
チャンバー２０の接地点Ｐ４、Ｐ４´における電位Ｖ４、Ｖ４´は、接地電位となっている。
【００８９】
ここで、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´のガイド電極１４、１４´先端の電位（第１及び第２のガイド電極１４、１４´の放電発生位置Ｐ３、Ｐ３´における電圧Ｖ３、Ｖ３´が相当する。）については、第１の同軸状電極１０のガイド電極１４先端の電位Ｖ３が第２の同軸電極１０´のガイド電極１４´先端の電位Ｖ３´より高くなっている。
【００９０】
このような第１及び第２の同軸状電極１０、１０´のガイド電極１４、１４´先端の電位配置は、管状放電４が形成された状態における、第２の同軸状電極１０´のガイド電極１４´から第１の同軸状電極１０のガイド電極１４へ電流が向う流れにおけるものとは逆方向である。
【００９１】
すなわち、管状放電４が形成された状態においては、第１の同軸状電極１０のガイド電極１４の先端の電位は、第２の同軸状電極１０´のガイド電極１４´の先端の電位より低くなる必要がある。
【００９２】
したがって、第１の比較例においては、面状放電２（図３（Ｃ）が相当する。）から管状放電４（図３（Ｅ）が相当する。）への繋ぎ換えは、このような逆方向の電位配置のため困難である。
【００９３】
〔比較例２〕
図７は、第２の比較例を示す。第２の比較例は、図２に示した実施形態において、絶縁体１８を除き、第２の同軸状電極１０´を直接にチャンバー２０に取り付けるとともに、チャンバー２０のフランジ部を接地し、さらに第１及び第２の同軸状電極１０、１０´のガイド電極１４、１４´の先端を金属部材１９で接続（結線）したものである。
【００９４】
金属部材１９は、軸線Ｚ−Ｚに回転対称になるように、３方向、４方向などに取り付けることができる。
【００９５】
他の構成は、図２に示した実施形態と同様であるので、同一の指示符号を付して説明を省略する。
【００９６】
図中の面状放電２は、模式的に、中心電極１２、１２´からガイド電極１４、１４´へ電流が流れる方向を矢印で示したものである。
【００９７】
図８は、第１の比較例における、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´に面状放電２が形成されている状態（図３（Ｂ）が相当する。）での電位分布を示す図である。
【００９８】
正電圧源３２の正側電位点Ｐ１における電位Ｖ１から、中心電極１２の放電発生位置Ｐ２における電位Ｖ２、ガイド電極１４の放電発生位置Ｐ３における電位Ｖ３を介して、チャンバー２０の接地点Ｐ４における電位Ｖ４に至るまで、電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は次第に低下している。
【００９９】
同様に、負電圧源３３の負側電位点Ｐ１´における電位Ｖ１´から、中心電極１２´の放電発生位置Ｐ２´における電位Ｖ２´、ガイド電極１４´の放電発生位置Ｐ３´における電位Ｖ３´を介して、チャンバー２０の接地点Ｐ４における電位Ｖ４´に至るまで、電位Ｖ１´、Ｖ２´、Ｖ３´、Ｖ４´は次第に上昇している。
【０１００】
第２の比較例では、チャンバー２０を接地点Ｐ４、Ｐ４´で接地したのみならず、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´のガイド電極１４、１４´の先端を接続部材１９で接続したため、第１の比較例より電位配置は複雑になっている。
【０１０１】
すなわち、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´のガイド電極１４、１４´における放電発生点Ｐ３、Ｐ３´間の電位差は第１の比較例よりも縮小したが、第１の同軸状電極１０を通る経路におけるチャンバー２０の接地点Ｐ４での電位Ｖ４は、第２の同軸状電極１０´を通る経路におけるチャンバー２０の接地点Ｐ４´での電位Ｖ４´より低下している。
【０１０２】
第２の比較例においても、第１及び第２の同軸状電極１０、１０´のガイド電極１４、１４´先端の電位（第１及び第２のガイド電極１４、１４´の放電発生位置Ｐ３、Ｐ３´における電圧Ｖ３、Ｖ３´が相当する。）については、第１の比較例よりも電位差は小さくなったものの、第１の同軸状電極１０のガイド電極１４先端の電位Ｖ３が第２の同軸状電極１０´のガイド電極１４先端の電位Ｖ３´より高くなっている。
【０１０３】
このような第１及び第２の同軸状電極１０、１０´のガイド電極１４、１４´先端の電位配置は、管状放電４が形成された状態における、第２の同軸状電極１０´のガイド電極１４´から第１の同軸状電極１０のガイド電極１４へ電流が向う流れにおけるものとは逆方向である。
【０１０４】
すなわち、管状放電４が形成された状態においては、第１の同軸状電極１０のガイド電極１４の先端の電位は、第２の同軸状電極１０´のガイド電極１４´の先端の電位より低くなる必要がある。
【０１０５】
したがって、第２の比較例においても、第１の比較例と同様に、面状放電２（図３（Ｃ）が相当する。）から管状放電４（図３（Ｅ）が相当する。）への繋ぎ換えは、このような逆方向の電位配置のため困難である。
【０１０６】
〔比較例３〕
図９は、第３の比較例を示す。第３の比較例は、図２に示した実施形態において、リーク電流が発生した状態を示すものである。
【０１０７】
図２に示した実施形態では、図３（Ａ）に示したような第１及び第２の同軸状電極１０、１０´に電圧を印加して絶縁体１６、１６´の表面に生成される沿面放電は、絶縁体１６表面から蒸発したＬｉガスによるものである。
【０１０８】
図３（Ｂ）に示したように面状放電２が第１及び第２の同軸状電極１０、１０´から排出される方向に移動するとき、面状放電２のプラズマ総量は沿面放電により発生したプラズマに限られている。この面状放電２の移動は、高真空中での電磁加速であり、プラズマの拡散によって面状放電２のプラズマシート厚が増加し、面状放電２のプラズマ密度は低下する。
【０１０９】
第１及び第２の同軸電極１０、１０´内においては、プラズマ密度の低下による面状放電２のインピーダンス低下とともに、面状放電２のプラズマシートから拡散したプラズマによって、面状放電２以外の部分を流れる放電５２によるリーク電流が発生し、面状放電２を流れる電流が減少することがある。
【０１１０】
図９においては、第１及び第２の同軸電極１０、１０´内に拡散したプラズマ５３、リーク電流による放電５２、第１及び第２の同軸電極１０、１０´から進んだ面状放電２が対称面１において衝突してできた単一のプラズマ５１が示されている。
【０１１１】
このようなリーク電流の発生は、前述した変形例に示したように、ガス供給部４０によってチャンバー２０内に放電アシストガスを供給することによって防止することができる。
【０１１２】
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】
【０１１３】
１ 対称面、２ 面状放電、３ プラズマ、
４ 管状放電、５ プラズマ閉込め磁場、６ プラズマ媒体、
７ レーザー光、８ プラズマ光（ＥＵＶ）、
１０ 第１の同軸状電極、１０´ 第２の同軸状電極
１２、１２´ 中心電極、
１４、１４´ ガイド電極
１６ 絶縁体、
２０ チャンバー、
３０ 電圧印加装置、３２ 正電圧源、
３４ 負電圧源、３６ トリガスイッチ、
４０ ガス供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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