(57)【要約】【課題】  プラズマのホットスポットを簡易な構造で所定の位置に精度良く形成し得るＺピンチプラズマ発生装置、及びそれを用いたプラズマ光源を提供する。【解決手段】  プラズマ光源１のＺピンチプラズマ発生装置２では、軸線Ｌ上に配置された一対の電極３，４間にキャピラリー管９が配置されているためキャピラリー管９内でガス放電が行われる。このとき、キャピラリー管９内で発生するプラズマＰは自己磁場により軸線Ｌ上に収縮するが、キャピラリー管９の内壁面９ｂに形成された絞り部１３に対応する位置で最も早く収縮することになるため、軸線Ｌ上において絞り部１３に対応する位置にプラズマＰのホットスポットＨが形成される。従って、磁性体やコイル等を必要とした従来構造に比べ極めて簡易な構造でもって、プラズマＰのホットスポットＨを所定の位置に精度良く形成することが可能になる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸線上に配置された一対の電極間でガス放電を起こしてプラズマを発生させ、当該プラズマを前記軸線上に収縮させるＺピンチプラズマ発生装置であって、
前記軸線上において前記電極間には絶縁管が配置され、前記絶縁管の内壁面には絞り部が形成されていることを特徴とするＺピンチプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記絶縁管は、前記軸線を中心線とする略円筒形状であって、その側壁が環状に絞られた形状を有していることを特徴とする請求項１記載のＺピンチプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記絶縁管において前記絞り部は複数形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＺピンチプラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載のＺピンチプラズマ発生装置を用いてプラズマを発生させることで光を放射することを特徴とするプラズマ光源。
【請求項５】
前記絶縁管の絞り部には、前記絶縁管の側壁を貫通する第１の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項４記載のプラズマ光源。
【請求項６】
前記電極の一方には、前記軸線に沿って前記電極の一方を貫通する第２の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項４又は５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、一対の電極間でガス放電を起こしてプラズマを発生させ、当該プラズマを収縮させるＺピンチプラズマ発生装置、及びそれを用いたプラズマ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来におけるこの種の技術として、例えば、特許文献１に記載されたプラズマＸ線源がある。このプラズマＸ線源は、所定の軸線上に配置された一対の電極間でガス放電を起こしてプラズマを発生させ、当該プラズマを軸線上に収縮させる自己磁場と、軸線方向に収縮させるカプス磁場とによって、所定の位置にプラズマの高温領域（いわゆるホットスポット）を形成しようとするものである。これにより、軸線方向だけでなく当該軸線と直交する方向にも、高出力でＸ線を放射することが可能になる。
【特許文献１】特開昭６２−６９４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したプラズマＸ線源あっては、カプス磁場によってプラズマを軸線方向に収縮させるため、軸線方向におけるホットスポットの形成位置が不安定になってしまう。また、カプス磁場を形成するために磁性体やコイル等が必要になり、プラズマＸ線源の構造が複雑化してしまう。
【０００４】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、プラズマのホットスポットを簡易な構造で所定の位置に精度良く形成することができるＺピンチプラズマ発生装置、及びそれを用いた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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係るＺピンチプラズマ発生装置は、所定の軸線上に配置された一対の電極間でガス放電を起こしてプラズマを発生させ、当該プラズマを軸線上に収縮させるＺピンチプラズマ発生装置であって、軸線上において電極間には絶縁管が配置され、絶縁管の内壁面には絞り部が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
このＺピンチプラズマ発生装置においては、所定の軸線上に配置された一対の電極間に絶縁管が配置されているため絶縁管内でガス放電が行われる。このとき、絶縁管内で発生するプラズマは自己磁場により軸線上に収縮するが、絶縁管の内壁面に形成された絞り部に対応する位置で最も早く収縮することになるため、軸線上において絞り部に対応する位置にプラズマのホットスポットが形成される。従って、磁性体やコイル等を必要とした従来構造に比べ極めて簡易な構造でもって、プラズマのホットスポットを所定の位置に精度良く形成することが可能になる。
【０００７】
また、絶縁管は、軸線を中心線とする略円筒形状であって、その側壁が環状に絞られた形状を有していることが好ましい。これにより、絶縁管の内壁面から内方側に突出した環状の絞り部を所望の位置に容易に形成することができる。
【０００８】
また、絶縁管において絞り部は複数形成されていてもよい。これにより、所定の軸線上において複数の絞り部のそれぞれに対応した位置にプラズマのホットスポットを精度良く形成することができる。
【０００９】
また、本発明に係るプラズマ光源は、上述したＺピンチプラズマ発生装置を用いてプラズマを発生させることで光を放射することを特徴とする。
【００１０】
このプラズマ光源においては、上述したように所定の軸線上において絞り部に対応する位置にプラズマのホットスポットが精度良く形成されるため、軸線方向だけでなく当該軸線と直交する方向にも、高出力で光を出射させることが可能になる。なお、放射される光は、主に真空紫外線から軟Ｘ線までの波長域の光である。
【００１１】
また、絶縁管の絞り部には、絶縁管の側壁を貫通する第１の貫通孔が形成されていることが好ましい。これにより、ホットスポットの形成位置で発生した光を、第１の貫通孔を介して所定の軸線と直交する方向に出射させることができる。
【００１２】
また、電極の一方には、軸線に沿って電極の一方を貫通する第２の貫通孔が形成されていることが好ましい。これにより、ホットスポットの形成位置で発生した光を、第２の貫通孔を介して所定の軸線方向に出射させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、プラズマのホットスポットを簡易な構造で所定の位置に精度良く形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るＺピンチプラズマ発生装置を用いたプラズマ光源の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、プラズマ光源１は、Ｚピンチプラズマ発生装置２を用いてプラズマＰを直線ピンチさせることで、真空紫外線から軟Ｘ線までの波長域の光Ｒを軸線Ｌ方向及び軸線Ｌと直交する方向に出射する装置であって、半導体リソグラフィやＸ線顕微鏡等の光源として利用されるものである。Ｚピンチプラズマ発生装置２は、軸線Ｌを中心線とする円筒状のアノード電極３有しており、このアノード電極３内には、軸線Ｌを中心線とする円柱状のカソード電極４が延在している。つまり、アノード電極３とカソード電極４とは軸線Ｌ上に配置された一対の電極であり、アノード電極３の上壁３ａとカソード電極４の上端４ａとの間でガス放電が行われてプラズマＰが発生する。
【００１６】
また、アノード電極３の下端に形成されたフランジ３ｂと、カソード電極４の下端に形成されたフランジ４ｂとの間には絶縁板６が配置されており、フランジ３ｂ、絶縁板６及びフランジ４ｂは互いに気密に固体されている。そして、アノード電極３とカソード電極４とには、電極３，４間に予備放電を起こさせるための予備放電電源７と、電極３，４間に大電流放電を起こさせるためのパルス電流電源８とが接続されている。
【００１７】
更に、アノード電極３の上壁３ａとカソード電極４の上端４ａとの間には、石英やセラミックス等の絶縁性材料により形成されたキャピラリー管（絶縁管）９が取り付けられている。このキャピラリー管９の内部空間は、カソード電極４内を軸線Ｌに沿って延在するガス流路１１と連通しており、キャピラリー管９内にはガス流路１１を介してアルゴン等の放電ガスが供給される。従って、Ｚピンチプラズマ発生装置２においては、キャピラリー管９内でガス放電が行われてプラズマＰが発生することになる。なお、ガス流路１１上には、供給すべき放電ガスの流量やその供給タイミングを制御するためのバルブ１２が設置されている。
【００１８】
図２及び図３に示されるように、キャピラリー管９は、軸線Ｌを中心線とする略円筒形状であって、その側壁９ａが環状に絞られた形状を有している。そのため、キャピラリー管９の内壁面９ｂには、側壁９ａを絞った部分に沿って環状の絞り部１３が形成されている。このように、キャピラリー管９の側壁９ａを環状に絞ることによって、キャピラリー管９の内壁面９ｂから内方側に突出した環状の絞り部１３を所望の位置に容易に形成することができる。ここでは、キャピラリー管９の内径はφ１２ｍｍであり、絞り部１３の内径はφ１０ｍｍである。
【００１９】
更に、キャピラリー管９の絞り部１３には、キャピラリー管９の側壁９ａを貫通する貫通孔（第１の貫通孔）１４が形成されている。従って、キャピラリー管９内におけるプラズマＰの発生により放射された光Ｒのうち軸線Ｌと直交する方向に進行する光Ｒ２は、キャピラリー管９の貫通孔１４と、アノード電極３の側壁３ｃに形成された複数の開口１６のうち貫通孔１４に対向する開口１６とを通過することになる。一方、放射された光Ｒのうち軸線Ｌ方向に進行する光Ｒ１は、キャピラリー管９の上側開口部と、軸線Ｌに沿ってアノード電極３の上壁３ａを貫通する貫通孔（第２の貫通孔）１７とを通過することになる。
【００２０】
また、図１に示されるように、プラズマ光源１は、キャピラリー管９等を収容する円筒状の真空容器２１を有しており、この真空容器２１の上壁２１ａには、軸線Ｌに沿って上壁２１ａを貫通する管体２２が気密に固定されている。これにより、軸線Ｌ方向に進行する光Ｒ１は管体２２内を通って出射される。一方、真空容器２１の側壁２１ｃには、貫通孔１４に対向して軸線Ｌと直交する方向に延在する管体２３が一体的に形成されている。これにより、軸線Ｌと直交する方向に進行する光Ｒ２は管体２３内を通って出射される。なお、真空容器２１の下端に形成されたフランジ２１ｂは、アノード電極３のフランジ３ｂと気密に固定されている。そして、真空容器２１と管体２２とのそれぞれには真空ポンプ２４が接続されており、各真空ポンプ２４によって真空容器２１や管体２２，２３等の内部空間が真空引きされる。
【００２１】
以上のように構成されたプラズマ光源１による光Ｒの出射について説明する。まず、各真空ポンプ２４によって真空容器２１や管体２２，２３等の内部空間が真空引きされる。続いて、バルブ１２が開放され、ガス流路１１を介して放電ガスがキャピラリー管９内に導入される。ここで、アノード電極３の上壁３ａとカソード電極４の上端４ａとの間に、予備放電電源７により予備放電を起こさせた後、パルス電流電源８により大電流放電を起こさせる。
【００２２】
これによりキャピラリー管９内（すなわち、アノード電極３の上壁３ａとカソード電極４の上端４ａとの間）においてガス放電が起こり、プラズマＰが発生する。キャピラリー管９内で発生したプラズマＰは、自己磁場によって軸線Ｌ上に収縮していく（いわゆるＺピンチ放電）。このとき、プラズマＰは、キャピラリー管９の内壁面９ｂに形成された絞り部１３に対応する位置で最も早く軸線Ｌ上に収縮することになるため、軸線Ｌ上において絞り部１３に対応する位置でプラズマが最初に高温になる。これにより、軸線Ｌ上において当該位置でのインピーダンスが他の位置より大きくなって、よりエネルギ集中が起こり、当該位置にプラズマＰのホットスポットＨが形成される。
【００２３】
形成されたホットスポットＨは点状光源となり、真空紫外線から軟Ｘ線までの波長域の光Ｒが高効率且つ高出力で放射される。そして、放射された光Ｒのうち軸線Ｌ方向に進行する光Ｒ１は、キャピラリー管９の上側開口部、アノード電極３の貫通孔１７、管体２２内を順次通って出射される。一方、放射された光Ｒのうち軸線Ｌと直交する方向に進行する光Ｒ２は、キャピラリー管９の貫通孔１４、アノード電極３の開口１６、管体２３内を順次通って出射される。
【００２４】
従って、プラズマ光源１のＺピンチプラズマ発生装置２によれば、磁性体やコイル等を必要とした従来構造に比べ極めて簡易な構造でもって、プラズマＰのホットスポットＨを所定の位置（すなわち、軸線Ｌ上においてキャピラリー管９の絞り部１３に対応する位置）に精度良く形成することが可能になる。
【００２５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。一例として、キャピラリー管９には様々な形状を適用することが可能である。例えば、中間部から両端に向かって末広がりにすることでキャピラリー管９とし、その中間部を絞り部１３としてもよいし（図４参照）、２つの球状の中空体２６，２６を連結させることでキャピラリー管９とし、その連結部を絞り部１３としてもよい（図５参照）。更に、所定の内径を有する第１の管体２７の両側にその第１の管体２７より大きい内径の第２の管体２８を連結することでキャピラリー管９とし、第１の管体２７の内壁面を絞り部１３としてもよい（図６参照）。
【００２６】
また、キャピラリー管９において絞り部１３は複数形成されていてもよい。例えば、キャピラリー管９の側壁９ａを屈曲させて複数箇所において環状に絞ることで絞り部１３を複数形成してもよいし（図７参照）、キャピラリー管９の側壁９ａを湾曲させて複数箇所において環状に絞ることで絞り部１３を複数形成してもよい（図８参照）。これにより、所定の軸線Ｌ上において複数の絞り部１３のそれぞれに対応した位置にプラズマのホットスポットを精度良く形成することができる。
【００２７】
また、上記実施形態ではキャピラリー管９に貫通孔１４を設けたが、出射させるべき光Ｒ１に対してキャピラリー管９が透過性を有する材料であれば、貫通孔１４を設けなくてもよい。例えば、光Ｒ１として真空紫外線を出射させようとする場合であって、キャピラリー管９の材料が石英であるときは、貫通孔１４を設けなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るＺピンチプラズマ発生装置を用いたプラズマ光源の一実施形態の構成図ある。
【図２】図１のＺピンチプラズマ発生装置の要部拡大断面図である。
【図３】図１のＺピンチプラズマ発生装置におけるキャピラリー管の斜視図である。
【図４】中間部から両端に向かって末広がりにしたキャピラリー管の断面図である。
【図５】２つの球状の中空体を連結させたキャピラリー管の断面図である。
【図６】所定の内径を有する第１の管体の両側にその第１の管体より大きい内径の第２の管体を連結させたキャピラリー管の断面図である。
【図７】側壁を屈曲させて複数箇所において環状に絞ることで絞り部を複数形成したキャピラリー管の断面図である。
【図８】側壁を湾曲させて複数箇所において環状に絞ることで絞り部を複数形成したキャピラリー管の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…プラズマ光源、２…Ｚピンチプラズマ発生装置、３…アノード電極（電極）、４…カソード電極（電極）、９…キャピラリー管（絶縁管）、９ａ…側壁、９ｂ…内壁面、１３…絞り部、１４…貫通孔（第１の貫通孔）、１７…貫通孔（第２の貫通孔）、Ｌ…軸線、Ｐ…プラズマ。
【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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