(57)【要約】【課題】対向型プラズマフォーカス方式のプラズマ光源において、適切な量のプラズマ媒体を安定に供給し、極端紫外光の強度低下を抑制すること。【解決手段】プラズマ光源は、単一の軸線上に延びる中心電極１２および複数の外部電極１４を有し、対称面１を挟んで互いに対向配置される一対の同軸状電極１０、１０を備える。複数の外部電極１４および中心電極１２のうちの一方または両方は、その他方に向けて突出する突部１５を含む。突部１５は、照射点Ｐから遠いものほど、対称面１に近い位置に位置している。【選択図】図５
2018124440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の軸線上に延びる中心電極および前記中心電極の外周を囲むように配列する複数の外部電極を有し、対称面を挟んで互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共に前記プラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、
前記プラズマの媒体を保持する保持部と、
各前記同軸状電極に対して放電電圧を印加する電圧印加装置と、
前記媒体のアブレーションを行うためのレーザー光を前記保持部における照射点に照射するレーザー装置と
を備え、
前記複数の外部電極及び前記中心電極のうちの一方または両方は、前記複数の外部電極及び前記中心電極のうちの他方に向けて突出する突部を含み、
前記突部は、前記照射点から遠いものほど、前記対称面に近い位置に位置していることを特徴とするプラズマ光源。
【請求項２】
１つの突部について、前記照射点から当該突部までの前記媒体の平均移動時間と、当該突部から前記外部電極の先端までの前記媒体の初期放電の平均移動時間との合計時間を想定した場合、
前記突部は、対応する前記外部電極に対する前記合計時間が互いに等しくなるように、前記軸線に沿って互いにずれて位置し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。
【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】
半導体デバイスの更なる微細化を図るには、フォトリソグラフィにおける露光用光源の短波長化が必須であり、近年ではそのための光として極端紫外光が注目されている。極端紫外光は高温・高密度のプラズマから得られ、このようなプラズマの発生源（換言すれはプラズマを利用した光源、以下プラズマ光源）は多種多様である。産業上の観点から、プラズマ光源は小型化が図れるものが望ましく、その候補として、放電生成プラズマ(DPP：Discharge Produced Plasma)方式のプラズマ光源や、レーザー生成プラズマ(LPP：Laser Produced Plasma)方式のプラズマ光源が知られている。なお、これらのプラズマ光源から放出される極端紫外光は何れもパルス光である。
【０００３】
フォトリソグラフィでは露光時間の制御が極めて重要である。そのためには、極端紫外光の十分な強度及び輝度を確保するだけでなく、これらを安定に得る必要がある。また、極端紫外光の放出時間は数μｓ程度以下と短いため、プラズマの発生（即ち、極端紫外光の放出）を高速に繰り返す必要がある。
【０００４】
上記に関連するプラズマ光源が特許文献１に開示されている。同文献のプラズマ光源はDPP方式の一種であるプラズマフォーカス方式を採用したプラズマ光源であって、対称面に対して互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、各同軸状電極に対して放電電圧を印加する電圧印加装置とを備えている。各同軸状電極は、棒状の中心電極と、中心電極と一定の間隔を隔て、且つ中心電極の周方向に配置された複数の外部電極とを有している。
【０００５】
特許文献１のプラズマ光源では、中心電極と外部電極との間に高電圧が印加した状態で、さらにパルス状の電圧を印加する、或いは、同軸状電極の何れかの箇所においてレーザーアブレーションを行うことによって両電極間に初期放電を誘発し、プラズマ（初期プラズマ）を生成する。初期放電は中心電極を中心とする環状に形成され、プラズマの生成および成長を促しつつ、電磁力によって中心電極の先端に向けて移動する。さらに、各同軸状電極のプラズマは電気エネルギーを受けつつ、各同軸状電極の間で融合し、閉じ込められ、収束することで、高温・高密度となる。その結果、極端紫外光を含む光が放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０８９６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のプラズマ光源では、各同軸状電極で発生した初期放電は、上述の通り、環状のプラズマ（初期プラズマ）に成長し、その後、各同軸状電極の間で互いに融合し、高温・高密度となる。この一連の過程において、各同軸状電極の間に閉じ込められたプラズマの温度及び密度は、短期間のうちに各同軸状電極の間に到達したプラズマの量に依存している。すなわち、環状のプラズマの周方向における各部分が同軸状電極の先端に到達するタイミングに着目すると、各部分のタイミングのずれが大きいほど、最終形態のプラズマの温度及び密度は低下しやすく、各値は不安定になる。換言すれば、各部分のタイミングのずれが大きいほど、プラズマから放出される極端紫外光の強度は低下し、不安定になる。
【０００８】
そこで本発明は、対称面に対して互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極を備えるプラズマ光源において、適切な量のプラズマ媒体を安定に供給することができ、極端紫外光の強度低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様はプラズマ光源であって、単一の軸線上に延びる中心電極および前記中心電極の外周を囲むように配列する複数の外部電極を有し、対称面を挟んで互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共に前記プラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、前記プラズマの媒体を保持する保持部と、各前記同軸状電極に対して放電電圧を印加する電圧印加装置と、前記媒体のアブレーションを行うためのレーザー光を前記保持部における照射点に照射するレーザー装置とを備え、前記複数の外部電極及び前記中心電極のうちの一方または両方は、前記複数の外部電極及び前記中心電極のうちの他方に向けて突出する突部を含み、前記突部は、前記照射点から遠いものほど、前記対称面に近い位置に位置していることを要旨とする。
【００１０】
１つの突部について、前記照射点から当該突部までの前記媒体の平均移動時間と、当該突部から前記外部電極の先端までの前記媒体の初期放電の平均移動時間との合計時間を想定した場合、前記突部は、対応する前記外部電極に対する前記合計時間が互いに等しくなるように、前記軸線に沿って互いにずれて位置していてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、対称面に対して互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極を備えるプラズマ光源において、適切な量のプラズマ媒体を安定に供給することができ、極端紫外光の強度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ光源の概略構成図（断面図）である。
【図２】本発明の実施形態に係るプラズマ光源の電気系統を示す図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る突部を示す図である。
【図５】図３に示す中心電極と外部電極の側面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る突部の位置関係を説明するための図であり、（ａ）は突部を含む外部電極と中心電極の正面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す外部電極と中心電極の側面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る保持部とその周囲を示す断面図である。
【図８】初期放電の経時変化の一例を示す画像である。
【図９】初期放電の経時変化の一例を示す画像である。
【図１０】初期放電の発生及びその直後の状態を説明するための図である。
【図１１】突部の位置が異なる２本の外部電極に対するプラズマ媒体の移動及び初期放電（初期プラズマ）の移動を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る中心電極と外部電極の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る突部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の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、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係るプラズマ光源を示す概略構成図（断面図）である。図２は当該プラズマ光源の電気系統を示す図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図である。これらの図に示すように、本実施形態のプラズマ光源は、一対の同軸状電極１０、１０と、各同軸状電極１０に対して個別に設けられるリザーバ２０と、電圧印加装置３０と、レーザー装置４０とを備える。なお、図１において右側の同軸状電極１０は、左側の同軸状電極１０と同一の構成であるため、詳細な図示を省略する。
【００１５】
一対の同軸状電極１０、１０は、図示しない真空槽内において対称面１に対して互いに対称な位置に設置されている。即ち、このプラズマ光源は、対向型プラズマフォーカス方式を採用している。具体的には、対称面１を挟み一定の間隔を隔てて設置され、先端側（面状放電２ｂが放出される側）が互いに対向している。同軸状電極１０、１０はレーザー装置４０からのレーザー光４２を受け、プラズマの媒体（以下プラズマ媒体）６を放出するとともに、プラズマ媒体６を電離する初期放電２ａ（図１０参照）を発生する。更に、同軸状電極１０、１０は、この初期放電２ａを面状放電２ｂに成長させて、両者の間にプラズマ３を発生させ、これを閉じ込める。同軸状電極１０、１０の間に閉じ込められたプラズマ３は同軸状電極１０、１０からの電気エネルギーを受けて加熱され、極端紫外光を含むプラズマ光８を放射する。なお、面状放電とは、２次元的に広がる面状の放電電流のことであり、電流シート又はプラズマシートとも呼ばれている。
【００１６】
本実施形態のプラズマ媒体６は、リザーバ２０から保持部１８（後述）に供給可能な低融点金属（低融点合金）であり、その組成は、必要な紫外光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（リチウム）やＳｎ（スズ）を含み、３〜４ｎｍの紫外光が必要な場合はＢｉ（ビスマス）を含む。
【００１７】
各同軸状電極１０は、中心電極１２と、中心電極１２の外周を囲むように設けられる複数の外部電極１４と、絶縁体１６とを備える。図１および図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。なお、説明の便宜上、中心軸Ｚに対して直交し、且つ互いに直交する軸をＸ軸、Ｙ軸とする（図３参照）。Ｘ軸は、互いに隣接する２つの外部電極１４の間の中央を通る軸であり、本実施形態においては、照射点Ｐを含むレーザー光４２の光路と一致する。
【００１８】
中心電極１２は、対称面１に面する先端部１２ａと、中心軸Ｚの周りに形成された側面１２ｂとを有し、直径は例えば５ｍｍである。なお、側面１２ｂにはプラズマ媒体６の保持部１８（後述）が設けられている。中心電極１２は耐熱性を有する材料を用いて形成される。このような材料は、例えばＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等の高融点金属である。
【００１９】
先端部１２ａは、対称面１に対向する半球状の曲面を有する。ただし、対称面１に対向する面の形状は曲面に限られず、単なる平面でもよい。また、中心軸Ｚに沿って窪んだ凹部（図示せず）を設けてもよい。
【００２０】
図１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、直径は例えば３ｍｍである。また、図３に示すように、外部電極１４は、中心電極１２の周方向に沿って角度θ毎に配置されている。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。
【００２１】
外部電極１４は中心電極１２の周りで等角度間隔に設置されることが望ましい。例えば、加工や組み立ての観点あるいは面状放電２ｂ（後述）の形成の容易性から、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されることが望ましい。しかしながら、本発明はこのような配列に限定されない。また、外部電極１４の本数も図３に示す６本に限られることなく、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。
【００２２】
図４は、本実施形態に係る突部１５の例を示す図である。この図に示すように、外部電極１４は、中心電極１２と対向する側面１４ａに突部１５を有する。突部１５は、側面１４ａから保持部１８におけるレーザー光４２の照射点Ｐに向けて、或いは側面１４ａから中心電極１２に向けて突出している。また、突部１５は、保持部１８におけるレーザー光４２の照射点Ｐに最も近い頂部Ｇ（図３参照）を少なくとも一箇所含むように形成されている。突部１５の形状については、この条件を満たす限り特に制限は無い。突部１５は、図４に示すように外部電極１４の周方向に沿った環状に形成されてもよいし、あるいは、頂部Ｇとしての頂点を照射点Ｐに向けた少なくとも１つの円錐又は角錐として形成されてもよい。
【００２３】
突部１５は、外部電極１４のその他の部分よりも中心電極１２に向かって突出している。従って、電界集中により、突部１５の周りの電界強度は外部電極１４のその他の部分よりも大きい。電界強度の増大は、面状放電２ｂ（図１０参照）の初期放電２ａ（図１０参照）の誘発を促進する。従って、本実施形態では、突部１５を含めた放電経路が優先的に形成される。つまり、突部１５は、中心電極１２の周方向及び軸方向において、中心電極１２と外部電極１４との間に発生する初期放電２ａの最初の位置を規定している。
【００２４】
図５は、図３に示す中心電極１２と外部電極１４の側面図である。この図に示すように、突部１５の各位置は、中心電極１２に沿って互いにずれている。後述するように、突部１５は、照射点Ｐから遠いものほど、対称面１（図１参照）に近い位置に位置している。逆に言えば、突部１５は、照射点Ｐに近いものほど、対称面１から遠い位置に位置している。この点については後述する。
【００２５】
なお、外部電極１４は、中心電極１２と同じく、耐熱性をもつ導電材料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。
【００２６】
絶縁体１６は例えばセラミックを用いて形成され、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を支持する孔や溝等の構造を有する。
【００２７】
図７は、保持部１８とその周囲を示す断面図である。保持部１８は、プラズマ媒体６が中心電極１２と外部電極１４との間の空間に露出するように当該プラズマ媒体６を保持する。例えば、図７に示すように、保持部１８は、中心電極１２の側面１２ｂに設けられている。保持部１８は側面１２ｂの全周に亘った帯状或いは照射点Ｐを含む点状に形成される。保持部１８の外面は、中心電極１２の側面１２ｂと同じ高さに位置する。保持部１８は多孔質体からなり、溶融したプラズマ媒体６を蓄積し、且つ、外部に滲出させることができる。多孔質体は、例えば、中心電極１２と同じ材質で形成されている。なお、プラズマ媒体６で保持部１８を構成してもよい。この場合、保持部１８は多孔質体である必要はなく、プラズマ媒体６は溶融した状態で或いは固体の状態で留まることになる。例えば、プラズマ媒体６が固体の状態の場合、中心電極１２の側面１２ｂに設置（埋設）され、後述のリザーバ２０は省略される。また、この場合は、プラズマ媒体６としてリチウム（Ｌｉ）等の低融点金属だけでなく、６．７ｎｍの紫外光を発するガドリニウム（Ｇｄ）やテルビウム（Ｔｂ）を使用することも可能である。
【００２８】
リザーバ２０は各同軸状電極１０に対して個別に設けられる。図１に示すように、リザーバ２０は中心電極１２の基部を支持すると共に、内部に形成した空間２０ａにプラズマ媒体６を貯留する。この空間２０ａは、中心電極１２の流路１２ｃを介して保持部１８に連通している。また、リザーバ２０はヒータ２２を搭載している。ヒータ２２は、例えば熱媒体（油）循環式のヒータや電熱式のヒータで構成され、空間２０ａ内のプラズマ媒体６を溶融すると共に、中心電極１２の温度をプラズマ媒体６が溶融する温度に維持する。従って、プラズマ媒体６が流路１２ｃを介して保持部１８に流出したときも、保持部１８はプラズマ媒体６を溶融した状態で保持することができる。
【００２９】
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２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に同極性又は逆極性の放電電圧を印加する。
【００３０】
電圧印加装置３０は、高圧電源３２を備える。高圧電源３２の出力側は同軸状電極１０の中心電極１２に接続し、高圧電源３２のコモン側はこの中心電極１２に対応する外部電極１４に接続している。高圧電源３２は、中心電極１２‐外部電極１４間に放電電圧（例えば５ｋＶ）を印加する。なお、放電電圧の極性は外部電極１４に対して正または負の何れでもよい。また、図２に示すように、高圧電源３２のコモン側は接地されていてもよい。同様に、同軸状電極１０を収容する真空槽（図示せず）も接地されていてもよい。
【００３１】
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。理想的な放電を得るには、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の周りで空間的に等間隔に分布していることが望ましい。しかしながら、高圧電源３２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異なる場所で略同時に発生させることが困難になる。
【００３２】
そこで、本実施形態の電圧印加装置３０は、放電電圧の放電エネルギーを外部電極１４毎に蓄積するエネルギー蓄積回路３４を備えている。エネルギー蓄積回路３４は、例えば図２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、放電のピーク時に１０ｋＡ程度の放電電流を流すことが可能な静電容量を持ち、高圧電源３２の各出力側及び各コモン側に接続される。
【００３３】
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、放電エネルギーが、最初に発生した放電に過剰に消費されることを防止でき、中心電極１２の全周に亘る面状放電２ｂを発生させることができる。
【００３４】
さらに、本実施形態の電圧印加装置３０は、放電電流が帰還することを阻止する放電電流阻止回路３６を備えてもよい。放電電流阻止回路３６は、例えば図２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のコモン側）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３４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するため、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。
【００３５】
上述の通り、本実施形態のプラズマ光源はレーザー装置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にレーザー光４２を照射することで、プラズマ３の媒体を放出させると共に、電圧印加装置３０と協働してプラズマ３の初期放電（初期プラズマ）２ａを発生させる。レーザー装置４０は例えばＹＡＧレーザーであり、アブレーションを行うために基本波やその二倍波を短パルスのレーザー光４２として出力する。レーザー光４２は、ハーフミラー等の光学素子によって分岐し、各中心電極１２の保持部１８に照射される。例えばレーザー光４２は、互いに隣接する２本の外部電極１４の中間を中心軸Ｚに向けて進行し、保持部１８の照射点Ｐに照射される。レーザー光４２が照射された保持部１８では、レーザー光４２のアブレーションによって、プラズマ媒体６が中性粒子又はイオンとなって放出される。
【００３６】
一方、レーザー光４２の照射時には、既に電圧印加装置３０による放電電圧が、各同軸状電極１０の中心電極１２と外部電極１４の間に印加されている。従って、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間の初期放電２ａが誘発される。
【００３７】
なお、中心電極１２と外部電極１４の各形状、両者の間隔等に応じて、レーザー光４２を中心軸Ｚの周方向に沿って間隔を置いて複数且つ同時に照射してもよい。本実施形態では、例えば、レーザー光４２の照射点Ｐが中心軸Ｚを挟んだ２箇所に設定されている。これにより、初期放電２ａを環状に形成することが容易になる。
【００３８】
これは、外部電極が中心電極を中心とした同一円上に配列した同軸状電極において、初期放電２ａの発生領域が、中心電極１２の中心軸Ｚ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。この実験結果の一例を図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す。図８（ａ）〜図８（ｃ）は４個のＣＣＤを有する高速度カメラで測定したものであり、５ｋＶの放電電圧が印加された中心電極‐外部電極間の放電分布の経時変化を示す画像である。図８（ａ）は最初の放電の発生から１００ｎｓ後の状態、図８（ｂ）は最初の放電の発生から３００ｎｓ後の状態、図８（ｃ）は最初の放電の発生から５００ｎｓ後の状態を示している。図中白い個所はプラズマが生成し発光していることを示す。各画像における蓄積時間（露光時間）は１００ｎｓである。なお、最初の放電を誘発するために、中心電極と外部電極の間の絶縁体の一箇所に対してレーザーアブレーションを行っている。しかしながら、このような放電の発生及びその経時変化は、図１に示す保持部１８に対するレーザーアブレーションでも同様に得られる。
【００３９】
図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す時間変化から判るように、レーザー光の照射点は１点のみであるにも関わらず、アブレーションに誘発された放電が発生し、当該放電がレーザー光の照射点から時計回り及び反時計回りにそれぞれ概ね９０度に亘って拡大していることが確認できる。その結果、少なくとも写真中央と右側の計４本の外部電極のそれぞれと、中心電極との間で十分な放電が発生していることが確認できる。つまり、放電は、当該放電を誘発する現象（図８（ａ）〜図８（ｃ）においてはレーザーアブレーション）が発生した箇所に最も近接した外部電極と中心電極との間だけでなく、その遠方に位置する外部電極と中心電極との間にも発生する。即ち、放電エネルギーを付与した複数の外部電極を中心電極の周りに配置することで、中心電極の円周方向において放電を局在させることなく、全体に拡大させることができる。
【００４０】
図９は、中心電極を挟んだ絶縁体の二箇所に対してレーザーアブレーションを行った後の放電の経時変化を示し、図８（ｂ）に対応している。この図に示すように、初期放電は環状に分布する放電（後述の面状放電２ｂ）に成長する。なお、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４２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、ハーフ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。
【００４１】
次に、各突部１５の配置について詳述する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施形態に係る突部１５の位置関係を説明するための図であり、図６（ａ）は突部１５を含む外部電極１４と中心電極１２の正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す外部電極１４と中心電極１２の側面図である。図６（ａ）に示すように、レーザー光４２の光路はＸ軸上に位置するものとする。従って、照射点ＰもＸ軸上に位置している。また、Ｘ軸に最も近い外部電極１４に１４Ａ、外部電極１４Ａから時計回りに隣接する外部電極１４に１４Ｂの符号を付する。同様に、外部電極１４Ａの突部１５に１５Ａ、外部電極１４Ｂの突部１５に１５Ｂの符号を付する。さらに、突部１５Ａ及び突部１５Ｂにおいて、照射点Ｐに最も近い頂部ＧにＧＡ及びＧＢの符号をそれぞれ付する。また、外部電極１４Ａ及び外部電極１４Ｂは、中心軸Ｚを中心としてＸ軸から３０°及び９０°にそれぞれ位置しているものとする。
【００４２】
図６（ａ）に示すように、照射点Ｐから頂部Ｇまでの距離を、中心軸Ｚに直交する面（例えば対称面１）に投影した換算距離Ｒとすると、各外部電極１４の突部１５に対する換算距離Ｒは次の式１で表される。
【００４３】
【数１】
2018124440.tif 000003
・・・（式１）
ここで、Ｒ０は中心電極１２と外部電極１４の中心間距離、ｒｃは中心電極１２の半径、ｒｓは突部１５を環状に形成したときの半径（外部電極１４の中心から突部１５の先端までの距離）である。例えば、半径ｒｃが３．５ｍｍ、半径ｒｓが１．５ｍｍ、中心電極１２の側面１２ｂから突部１５までの距離が３．５ｍｍの場合、距離Ｒ０は８．５ｍｍとなる。この場合、図６（ａ）に示す照射点Ｐから頂部ＧＡまでの換算距離ＲＡ、照射点Ｐから頂部ＧＢまでの換算距離ＲＢはそれぞれ、４．２４ｍｍ及び７．６９ｍｍとなる。
【００４４】
ところで、初期放電２ａは、プラズマ媒体６が突部１５に到達したときに発生し、その後は対称面１に向けて進行する。プラズマ媒体６が空間中（真空中）を移動する速度（平均速度）Ｖａと、初期放電２ａ（その後の面状放電２ｂ）が移動する速度（平均速度）Ｖｐは、中心電極１２に対する外部電極１４の位置に依存しない。従って、突部１５Ａおよび突部１５Ｂが、照射点Ｐを含み中心軸Ｚに直交する平面内に位置している場合、保持部１８から放出されたプラズマ媒体６は、頂部ＧＡにまず到達し、その後、頂部ＧＢに到達する。一方、頂部ＧＢから対処面１までの距離および頂部ＧＡから対処面１までの距離は同一である。従って、上述の場合、中心電極１２と外部電極１４Ａとの間の初期放電２ａと、中心電極１２と外部電極１４Ｂとの間の初期放電２ａには放電発生のタイミングのずれが存在し、これは初期放電が移動する時の同時刻における進行方向に沿った位置的なずれが存在することを意味する。この位置的なずれは、同軸状電極１０、１０間に閉じ込められるプラズマ３に投入されるプラズマ媒体６の時間的なずれを生じさせ、プラズマ３の高密度化及び高温化を阻害する要因となる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、照射点Ｐにレーザー光４２が照射されるタイミングから、初期放電２ａが対称面１に到達するタイミングまでの時間が各外部電極１４に対して一定になるように、突部１５の各位置を中心電極１２の軸方向（中心軸Ｚ）に沿って互いにずらしている。具体的には、突部１５は、照射点Ｐから遠いものほど、対称面１に近い位置に位置している。以下、この位置関係について説明する。
【００４６】
説明の便宜上、図６（ａ）に示す突部１５Ｂ及び照射点Ｐは、中心軸Ｚに直交する同一平面内に位置しているものとする。一方、突部１５Ａは、突部１５Ｂと異なる距離に位置している。突部１５Ｂ及び照射点Ｐを含む平面（以下、参照面と称する）から突部１５Ａまでの距離をｄとすると、この距離ｄは次の式２で表される。
【００４７】
【数２】
2018124440.tif 000004
・・・（式２）
ここで、Ｖａはプラズマ媒体６が空間中を移動する速度、Ｖｐは初期放電２ａ（その後の面状放電２ｂ）が移動する速度、ＲＡは照射点Ｐから頂部ＧＡまでの換算距離、ＲＢは照射点Ｐから頂部ＧＢまでの換算距離である。速度Ｖａを１．０×１０４ｍ／ｓ、速度Ｖｐを４．０×１０４ｍ／ｓとし、換算距離ＲＡを４．２４ｍｍ、換算距離ＲＢを７．６９ｍｍとした場合、式２からは距離ｄの値として、８．９９ｍｍと−４．８９ｍｍが得られる。この計算結果における負の値は、参照面よりも対称面１から遠い位置を示す。
【００４８】
頂部ＧＢが参照面内に位置する場合、照射点Ｐから頂部ＧＢまでの実際の距離は、換算距離ＲＢと同じく７．６９ｍｍである。一方、照射点Ｐから頂部ＧＡまでの実際の距離は、距離ｄが８．９９ｍｍの場合に９．９４ｍｍとなり、距離ｄが−４．８９ｍｍの場合に６．４７ｍｍとなる。この傾向から判るように、突部１５は、照射点Ｐから遠いものほど、対称面１に近い位置に位置している。なお、距離ｄの値次第では外部電極１４の側面の一部が突部１５よりも照射点Ｐに近い場合がある。この場合、当該一部を絶縁物で覆い、突部１５以外の部位への放電の誘発を防止（抑制）してもよい。
【００４９】
次に本実施形態のプラズマ光源の動作について説明する。図１０は、初期放電２ａの発生及びその直後の状態を説明するための図である。図１１は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す２本の外部電極１４Ａ及び１４Ｂに対するプラズマ媒体６の移動及び初期放電（初期プラズマ）２ａの移動を示す図である。
【００５０】
上述の通り、本実施形態のプラズマ光源では、真空槽（図示せず）内に一対の同軸状電極１０が設けられる。一対の同軸状電極１０は、対称面１を挟んで互いに対向配置される。一方、真空槽内は、プラズマ３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により同極性又は逆極性の放電電圧が印加される。
【００５１】
各同軸状電極１０に放電電圧が印加された状態で、時刻ｔ０において、レーザー光４２が各同軸状電極１０の保持部１８に同時に照射される。各同軸状電極１０ではこの照射によって、プラズマ媒体６が中性ガス又はイオンとなって多量に放出され、照射点Ｐの周囲の外部電極１４Ａお及び１４Ｂに向けて進行する。一方、プラズマ媒体６の速度Ｖａは一定である。従ってプラズマ媒体６は、まず時刻ｔ１において外部電極１４Ｂの突部１５Ｂに到達する。プラズマ媒体６が突部１５Ｂに到達すると、突部１５Ｂと中心電極１２との間で初期放電２ａが発生する。これは、プラズマ媒体６の粒子密度が、外部電極１４と中心電極１２との間で、放電の経路を形成する程度に増加することが要因の１つとして考えられる。中心電極１２と突部１５Ｂとの間で発生した初期放電２ａは、対称面１に向けて進行する。
【００５２】
外部電極１４Ｂと中心電極１２との間を進行する初期放電２ａが、突部１５Ａが位置し且つ中心軸Ｚに直交する平面内に達したとき（時刻ｔ２）、プラズマ媒体６が突部１５Ａに到達する。その直後、中心電極１２と突部１５Ａとの間で初期放電２ａが発生し、この初期放電２ａは対称面１に向けて進行する。従って、中心電極１２と外部電極１４Ａとの間の初期放電２ａ及び中心電極１２と外部電極１４Ｂとの間の初期放電２ａは、同一平面内に位置した状態で対称面１に向けて進行し、時刻ｔ３において外部電極１４Ａ及び１４Ｂの各先端に到達し、時刻ｔ４において同軸状電極１０、１０の間に到達する。
【００５３】
このような過渡的な現象が全て外部電極１４に対して生じているため、初期放電２ａは、アブレーションによって放出されたプラズマ媒体６を取り込みつつ、中心電極１２の全周に亘って分布する面状放電２ｂに成長しているとも言える。面状放電２ｂは、自己磁場によって同軸状電極１０から排出される方向（即ち、対称面１に向かう方向）に移動する。このときの面状放電２ｂは、中心軸Ｚから見て略環状に分布する。
【００５４】
面状放電２ｂが同軸状電極１０の先端に達すると、面状放電２ｂの放電電流の出発点は中心電極１２の円周側面から先端部１２ａに移行する。換言すれば、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２ｂの間に挟まれていた先端部１２ａ周辺のプラズマ媒体６は高密度、高温になる。
【００５５】
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６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６は、中心軸Ｚに沿う両方向からの電磁的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６を成分とする単一のプラズマ３が形成される。
【００５６】
面状放電２ｂ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２ｂの電流が集中する。従って、先端部１２ａ周辺には、プラズマ３に対して電磁的圧力がかかり、プラズマ３の高密度化及び高温化が進行する。即ち、プラズマ媒体６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８が放射される。この状態において、電圧印加装置３０は、プラズマ３に電気エネルギーを供給し続ける。このエネルギー供給により、プラズマ光８を長時間に亘って発生させることができる。
【００５７】
これらの一連の過程において、初期放電２ａの発生タイミングの制御は極端紫外光の強度向上に対して非常に重要である。上述の通り、初期放電２ａは、各外部電極１４と中心電極１２との間で放電が発生し、各初期放電２ａは周方向に拡大しながら環状の面状放電２ｂに成長する。各初期放電２ａは発生すると直ちに中心電極１２の先端部１２ａに向かって進行を開始する。従って、各初期放電２ａが異なるタイミングで発生すると、この時間差に応じて、面状放電２ｂの周方向の各位置が進行方向に沿って前後にずれてしまう。例えば、図７に示す同軸状電極では、進行方向における初期放電の位置のずれが確認されており、この位置ずれから、発生が最も早い初期放電と発生が最も遅い初期放電との間で２００ｎｓ程度の発生タイミングのずれが推測されている。
【００５８】
面状放電２ｂの進行速度は、当該面状放電２ｂの周方向の位置に依存しない。従って、各初期放電２ａの発生タイミングのずれは、そのまま、面状放電２ｂの周方向の各位置が同軸状電極１０、１０の間に到達するタイミングのずれになる。一方、所望の波長の極端紫外光は、プラズマ３が所望の高温及び高密度に成長したときに得られる。換言すれば、プラズマ３内におけるプラズマ媒体の価数分布が所望のものに達したときに得られる。また、このようなプラズマ３の成長には数十〜数百ｎｓ程度の時間を要する。本実施形態によれば、面状放電２ｂにおける上述の到達タイミングのずれが極力低減され、極端紫外光の強度が向上する。
【００５９】
ところで、プラズマ媒体６の粒子（中性粒子及びイオン）群の平均速度に対する放出角依存性は小さいと推測される。つまり、プラズマ媒体６は各突部１５（頂部Ｇ）に向かってほぼ同一の平均速度で進行すると考えられている。
【００６０】
そこで本実施形態では、各外部電極１４の突部１５（頂部Ｇ）が図５に示すように互いにずれた状態で配置されている。即ち、１つの突部１５について、照射点Ｐから突部１５までのプラズマ媒体６の平均移動時間と、突部１５から外部電極１４の先端までのプラズマ媒体６の初期放電の平均移動時間との合計時間を想定した場合、複数の突部１５は、対応する外部電極１４に対する合計時間が互いに等しくなるように、中心軸Ｚに沿って互いにずれて位置している。従って、各外部電極１４と中心電極１２との間で発生した初期放電２ａが同軸状電極１０、１０の間に到達するタイミングのずれが抑制される。例えば、各外部電極１４の突部１５が中心電極１２の照射点Ｐと同一平面に配置されている場合と比べて、同軸状電極１０、１０の間に到達するタイミングのずれは減少する。
【００６１】
面状放電２ｂの周方向の各位置が同軸状電極１０、１０の間に到達するタイミングのずれが小さいので、周方向の各位置からのプラズマ媒体６の供給タイミングのずれも小さくなる。従って、同軸状電極１０、１０の間で同一の成長過程にあるプラズマ媒体６の量が増加するので、プラズマ３の密度は向上し、極端紫外光の強度も向上する。
【００６２】
また、各外部電極１４の突部１５（頂部Ｇ）は照射点Ｐを基準としてその周りに配置されている。ただし、各突部１５は、同様の突部が照射点Ｐと同一平面に配置されている場合と比べて、照射点Ｐから遠くなる。ただし各突部１５はその形状故に、初期放電２ａを優先的に発生させることができる。つまり、プラズマ媒体６を同軸状電極１０、１０の間に安定に供給することができる。
【００６３】
従って、本実施形態によれば、適切な量のプラズマ媒体６を安定に供給することができ、極端紫外光の強度低下を抑制することができる。
【００６４】
中心電極１２及び外部電極１４の変形例について説明する。図１２は上述の実施形態に係る中心電極１２及び外部電極１４の変形例を示す図である。この図に示すように、中心電極１２の直径は、対称面１に向かうに連れて小さくなっていてもよい。例えば、中心電極１２は、先端部１２ａを頂角にもつ略円錐状に形成されてもよい。この場合、中心軸Ｚに直交する面において中心電極１２に最も近接している外部電極１４の部位は、中心軸Ｚとの距離が対称面１に向かうに連れて短くなるように形成されてもよい。例えば、外部電極１４が棒状に形成されている場合、外部電極１４は、対称面１に近づくに連れて中心軸Ｚに近づくように、中心軸Ｚに対して傾斜する。なお、図１２に示す例では、中心電極１２と外部電極１４との間隔は一定である。しかしながら、この間隔は対称面１に近づくほど小さくてもよい。
【００６５】
図１３に示すように、突部１５は中心電極１２の側面１２ｂに設けられてもよい。この場合、各突部１５は例えば円錐状に形成される。突部１５は、中心電極１２の周方向において、対応する外部電極１４に最も近接する位置に設けられ、当該対応する外部電極１４に向かって突出している。即ち、各突部１５は、対応する外部電極１４との間で放電が発生するように設けられ、中心電極１２の側面１２ｂに点在している。なお、突部１５の各位置が、中心電極１２の軸方向（中心軸Ｚ）に沿って互いにずれている点は、突部１５が外部電極１４に設けられている場合と同一である。
【００６６】
なお、突部１５は中心電極１２と外部電極１４の両方に設けられていてもよい。この場合、中心電極１２及び外部電極１４における各突部１５は例えば円錐状に形成される。また、中心電極１２側の突部１５とこれに対応する外部電極１４側の突部１５は、それぞれの頂部Ｇが互いに対向するように各電極に設けられる。即ち、これらの突部１５は「対」を形成する。初期放電２ａは、一対の突部１５、１５の間に発生しやすい。従って、中心電極１２及び外部電極１４のうちの一方のみに突部１５が設けられる場合よりも、初期放電２ａの発生個所の制御が容易になる。
【００６７】
保持部１８の変形例について説明する。保持部１８はレーザー光４２の照射点Ｐの周囲のみに設けられてもよい。この場合、保持部１８の形状に合わせたザグリ穴（有底穴）を中心電極１２の側面１２ｂに形成し、その穴に保持部１８を設置する。保持部１８を側面１２ｂの全周に亘って形成する場合に比べ、保持部１８の設置が簡便になる。
【００６８】
保持部１８は同軸状電極１０の外側に設置されていてもよい。この場合の「外側」とは、例えば、各外部電極１４の中心が中心電極１２の周りを囲む領域の外側の空間を意味する。保持部１８は、例えばプラズマ媒体６を保持する容器（図示せず）として或いはプラズマ媒体６自体で構成され、隣接する２本の外部電極１４の間から、外部電極１４と中心電極１２の間にプラズマ媒体６を供給する。同軸状電極１０へのプラズマ媒体６の供給箇所は、中心電極１２に対して対称に分布していることが望ましい。従って、保持部１８は同軸状電極１０の周りに複数設けられ、中心電極１２の周りに点対称な或いは回転対称な位置に位置することが望ましい。ただし、保持部１８の設置箇所はこれらに限定されない。また、何れの場合も、レーザー光４２の照射点Ｐを含むプラズマ媒体６の表面は、外部電極１４と中心電極１２の間の空間あるいは中心電極１２に向いている。さらに、各突部１５の位置は、中心電極１２（中心軸Ｚ）に直交し且照射点Ｐを含む平面を基準にして設定される。
【００６９】
本発明は上述の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】
【００７０】
１…対称面、２ａ…初期放電、２ｂ…面状放電、３…プラズマ、６…プラズマ媒体、８…プラズマ光、１０…同軸状電極、１２…中心電極、１２ａ…先端部、１２ｂ…側面、１２ｃ…流路、１４…外部電極、１４Ａ…外部電極、１４Ｂ…外部電極、１５…突部、１５Ａ…突部、１５Ｂ…突部、１６…絶縁体、１８…保持部、２０…リザーバ、２０ａ…空間、２２…ヒータ、３０…電圧印加装置、３２…高圧電源、３４…エネルギー蓄積回路、３６…放電電流阻止回路、４０…レーザー装置、４２…レーザー光、Ｐ…照射点、Ｇ…頂部、ＧＡ…頂部、ＧＢ…頂部
【図１】
2018124440.tif 000005
【図２】
2018124440.tif 000006
【図３】
2018124440.tif 000007
【図４】
2018124440.tif 000008
【図５】
2018124440.tif 000009
【図６】
2018124440.tif 000010
【図７】
2018124440.tif 000011
【図８】
2018124440.tif 000012
【図９】
2018124440.tif 000013
【図１０】
2018124440.tif 000014
【図１１】
2018124440.tif 000015
【図１２】
2018124440.tif 000016
【図１３】
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