JP2017195143A - Plasma light source and method for generating plasma light - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ光源及びプラズマ光の発生方法に関する。 The present invention relates to a plasma light source and a method for generating plasma light.
当該分野の技術として、特許文献1に記載されたプラズマ光源が知られている。このプラズマ光源は、中心電極と外部電極との間に電圧が印可されている状態において、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を供給することにより放電を発生させる。 As a technique in this field, a plasma light source described in Patent Document 1 is known. The plasma light source generates a discharge by supplying vapor of a plasma medium between the center electrode and the external electrode in a state where a voltage is applied between the center electrode and the external electrode.
特許文献1のプラズマ光源は、アブレーションを発生させることによりプラズマ媒質の蒸気を生成する。アブレーションは、固体又は液体のプラズマ媒質にレーザ光を照射してプラズマ媒質にエネルギを供給することにより発生する。ここで、プラズマ媒質の表面状態によっては、レーザ光の照射によるエネルギの供給が不安定化するおそれがある。プラズマ媒質へのエネルギの供給が不安定化すると、プラズマ媒質の蒸気が安定的に生成され難くなる。このため、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を安定的に供給することが難しくなり、ひいてはプラズマ光の発生が不安定化するおそれがある。 The plasma light source of Patent Literature 1 generates vapor of a plasma medium by generating ablation. Ablation occurs when a solid or liquid plasma medium is irradiated with laser light to supply energy to the plasma medium. Here, depending on the surface state of the plasma medium, there is a possibility that the supply of energy due to the irradiation of the laser beam becomes unstable. If the supply of energy to the plasma medium becomes unstable, the vapor of the plasma medium is hardly generated stably. For this reason, it becomes difficult to stably supply the vapor of the plasma medium between the center electrode and the external electrode, and as a result, the generation of plasma light may become unstable.
そこで、当該技術の分野においては、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質を安定的に供給することが望まれている。 Therefore, in the technical field, it is desired to stably supply a plasma medium between the center electrode and the external electrode.
本発明の一形態に係るプラズマ光源は、軸線上において互いに対面するように配置され、中心電極と中心電極から離間するように配置された外部電極と中心電極と外部電極とを絶縁する絶縁体とを有し、極端紫外光を放射するプラズマを発生させると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、プラズマを発生させるためのプラズマ媒質を供給するプラズマ媒質供給部と、プラズマ媒質にレーザ光を照射する媒質蒸気形成部と、を備え、媒質蒸気形成部は、レーザ光を発生させるレーザ装置と、レーザ光の光路上に配置され、プラズマ媒質におけるレーザ光の照射位置を変更する光路制御部と、を有する。 A plasma light source according to an aspect of the present invention is disposed so as to face each other on an axis, and an external electrode disposed so as to be separated from the central electrode, an insulator that insulates the central electrode from the external electrode, and A pair of coaxial electrodes for generating plasma that emits extreme ultraviolet light and confining the plasma, a plasma medium supply unit that supplies a plasma medium for generating plasma, and irradiating the plasma medium with laser light A medium vapor forming unit, and the medium vapor forming unit includes: a laser device that generates laser light; and an optical path control unit that is disposed on the optical path of the laser light and changes an irradiation position of the laser light in the plasma medium. Have.
このプラズマ光源では、光路制御部が開口部に露出したプラズマ媒質におけるレーザ光の照射位置を変更する。これにより、レーザ光の照射位置における温度上昇が抑制され、鏡面化したプラズマ媒質へレーザ光が照射される状態が回避される。従って、レーザ光をプラズマ媒質の一点へ照射し続けた場合と比べて、反射されるレーザ光の割合が低下するので、プラズマ媒質に吸収されるレーザ光のエネルギの低下が抑制される。これにより、プラズマ媒質に対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給が安定化されるので、プラズマ媒質の蒸気が安定的に生成される。このため、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を安定的に供給することができる。 In this plasma light source, the optical path control unit changes the irradiation position of the laser beam in the plasma medium exposed to the opening. Thereby, the temperature rise at the irradiation position of the laser beam is suppressed, and the state in which the laser beam is irradiated onto the mirrored plasma medium is avoided. Accordingly, since the ratio of the reflected laser light is reduced as compared with the case where the laser light is continuously applied to one point of the plasma medium, the reduction of the energy of the laser light absorbed by the plasma medium is suppressed. Thereby, the supply of energy for generating ablation to the plasma medium is stabilized, so that the vapor of the plasma medium is stably generated. For this reason, the vapor | steam of a plasma medium can be stably supplied between a center electrode and an external electrode.
いくつかの態様において、プラズマ媒質供給部は、開口部を含み、開口部からプラズマ媒質が露出するようにプラズマ媒質を保持するプラズマ媒質保持部を有し、光路制御部は、開口部から露出されたプラズマ媒質の表面上をレーザ光が走査するように光路を制御してもよい。このような構成によれば、プラズマ媒質の光反射率の上昇を好適に抑制することが可能になる。従って、プラズマ媒質に対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給が安定化されるので、プラズマ媒質の蒸気が安定的に生成される。このため、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を安定的に供給することができる。 In some embodiments, the plasma medium supply unit includes an opening, and includes a plasma medium holding unit that holds the plasma medium so that the plasma medium is exposed from the opening, and the optical path control unit is exposed from the opening. The optical path may be controlled so that the laser beam scans on the surface of the plasma medium. According to such a configuration, it is possible to suitably suppress an increase in the light reflectance of the plasma medium. Accordingly, since the supply of energy for generating ablation to the plasma medium is stabilized, the vapor of the plasma medium is stably generated. For this reason, the vapor | steam of a plasma medium can be stably supplied between a center electrode and an external electrode.
いくつかの態様において、光路制御部は、光路上に配置され、レーザ光を反射する光反射部と、光反射部に入射するレーザ光に対する光反射部の姿勢を変更することにより、光反射部によって反射したレーザ光の光路の向きを変更する姿勢制御部と、有してもよい。このような構成によれば、プラズマ媒質の表面におけるレーザ光の照射位置を容易に制御することができる。 In some embodiments, the optical path control unit is disposed on the optical path and reflects the laser beam, and the light reflection unit changes the attitude of the light reflection unit with respect to the laser beam incident on the light reflection unit. And an attitude control unit that changes the direction of the optical path of the laser beam reflected by. According to such a configuration, the irradiation position of the laser beam on the surface of the plasma medium can be easily controlled.
いくつかの態様において、プラズマ媒質供給部は、中心電極に設けられ、プラズマ媒質供給部の開口部は、中心電極の外周面に設けられてもよい。このような構成によれば、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を好適に供給することができる。 In some embodiments, the plasma medium supply unit may be provided in the center electrode, and the opening of the plasma medium supply unit may be provided in the outer peripheral surface of the center electrode. According to such a configuration, the vapor of the plasma medium can be suitably supplied between the center electrode and the external electrode.
いくつかの態様において、媒質蒸気形成部は、プラズマ媒質へのレーザ光の照射によってプラズマ媒質へ供給されるエネルギを減少させるエネルギ制御部を有してもよい。プラズマ媒質に対するレーザ光の照射を継続すると、照射位置におけるプラズマ媒質の表面の温度が上昇し、鏡面化が進行する。そこで、媒質蒸気形成部はレーザ光の照射によってプラズマ媒質へ供給されるエネルギを減少させる。このエネルギの減少によれば、プラズマ媒質の表面における温度上昇が抑制される。よって、プラズマ媒質の表面の鏡面化が抑制されるので、プラズマ媒質に吸収されるレーザ光のエネルギの低下が抑制される。従って、プラズマ媒質に対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給が安定化されるので、プラズマ媒質の蒸気が安定的に生成される。このため、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を安定的に供給することができる。 In some embodiments, the medium vapor forming unit may include an energy control unit that reduces energy supplied to the plasma medium by irradiating the plasma medium with laser light. When the laser medium is continuously irradiated with the laser beam, the temperature of the surface of the plasma medium at the irradiation position rises and the mirror surface progresses. Therefore, the medium vapor forming unit reduces the energy supplied to the plasma medium by laser light irradiation. This decrease in energy suppresses a temperature rise on the surface of the plasma medium. Therefore, since the mirror surface of the plasma medium is prevented from being mirrored, a decrease in the energy of the laser light absorbed by the plasma medium is suppressed. Accordingly, since the supply of energy for generating ablation to the plasma medium is stabilized, the vapor of the plasma medium is stably generated. For this reason, the vapor | steam of a plasma medium can be stably supplied between a center electrode and an external electrode.
いくつかの態様において、プラズマ媒質供給部は、開口部を含み、開口部からプラズマ媒質が露出するようにプラズマ媒質を保持するプラズマ媒質保持部と、プラズマ媒質を貯留すると共に、プラズマ媒質保持部にプラズマ媒質を提供するプラズマ媒質貯留部と、プラズマ媒質の温度を制御する温度制御部と、を有し、温度制御部は、開口部から露出したプラズマ媒質の表面温度がプラズマ媒質の融点以下になるように、プラズマ媒質の温度を制御してもよい。このプラズマ光源では、開口部から露出したプラズマ媒質の表面温度がプラズマ媒質の融点以下になるように、プラズマ媒質の温度が制御される。この制御によれば開口部において固体のプラズマ媒質と液体のプラズマ媒質とを共存させることができる。たとえば、固体のプラズマ媒質は、薄膜状を呈し、液体のプラズマ媒質上に浮いている状態になる。このようなプラズマ媒質の表面にあっては、プラズマ媒質がすべて液体である表面と比較すると光反射率が低い。従って、プラズマ媒質に照射されたレーザ光の反射が抑制されるので、プラズマ媒質に吸収されるレーザ光のエネルギの低下が抑制される。これにより、プラズマ媒質に対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給が安定化されるので、プラズマ媒質の蒸気が安定的に生成される。このため、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を安定的に供給することができる。 In some embodiments, the plasma medium supply unit includes an opening, holds the plasma medium so that the plasma medium is exposed from the opening, stores the plasma medium, and stores the plasma medium in the plasma medium holding unit. A plasma medium storage unit that provides the plasma medium; and a temperature control unit that controls the temperature of the plasma medium. The temperature control unit has a surface temperature of the plasma medium exposed from the opening that is equal to or lower than a melting point of the plasma medium. Thus, the temperature of the plasma medium may be controlled. In this plasma light source, the temperature of the plasma medium is controlled so that the surface temperature of the plasma medium exposed from the opening is below the melting point of the plasma medium. According to this control, the solid plasma medium and the liquid plasma medium can coexist in the opening. For example, a solid plasma medium has a thin film shape and is in a floating state on a liquid plasma medium. On the surface of such a plasma medium, the light reflectance is lower than that of a surface in which the plasma medium is entirely liquid. Therefore, since the reflection of the laser beam irradiated to the plasma medium is suppressed, a decrease in the energy of the laser beam absorbed by the plasma medium is suppressed. Thereby, the supply of energy for generating ablation to the plasma medium is stabilized, so that the vapor of the plasma medium is stably generated. For this reason, the vapor | steam of a plasma medium can be stably supplied between a center electrode and an external electrode.
本発明の別の態様に係るプラズマ光の発生方法は、軸線上において互いに対面するように配置され、中心電極と中心電極から離間するように配置された外部電極と中心電極とを有し、極端紫外光を放射するプラズマを発生させると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極において、中心電極と外部電極との間に電圧を印加するステップと、プラズマを発生させるためのプラズマ媒質の蒸気を中心電極と外部電極との間に供給するステップと、を有し、プラズマ媒質の蒸気を中心電極と外部電極との間に供給するステップは、プラズマ媒質にレーザ光を照射するステップを含み、レーザ光を照射するステップでは、プラズマ媒質におけるレーザ光の照射位置を変更しながらプラズマ媒質にレーザ光を照射する。 A method for generating plasma light according to another aspect of the present invention includes an external electrode and a center electrode that are disposed so as to face each other on an axis, and are disposed so as to be separated from the center electrode. In a pair of coaxial electrodes that generate plasma that radiates ultraviolet light and confine the plasma, a step of applying a voltage between the center electrode and the external electrode, and a vapor of a plasma medium for generating plasma as the center electrode Supplying between the external electrode and supplying the vapor of the plasma medium between the central electrode and the external electrode includes irradiating the plasma medium with laser light, and irradiating the laser light In this step, the laser beam is irradiated to the plasma medium while changing the irradiation position of the laser beam in the plasma medium.
このプラズマ光の発生方法では、開口部に露出したプラズマ媒質におけるレーザ光の照射位置を変更する。これにより、レーザ光の照射位置における温度上昇が抑制され、鏡面化したプラズマ媒質へレーザ光が照射される状態が回避される。従って、レーザ光をプラズマ媒質の一点へ照射し続けた場合と比べて、反射されるレーザ光の割合が低下するので、プラズマ媒質に吸収されるレーザ光のエネルギの低下が抑制される。これにより、プラズマ媒質に対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給が安定化されるので、プラズマ媒質の蒸気が安定的に生成される。このため、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を安定的に供給することができる。 In this plasma light generation method, the irradiation position of the laser light in the plasma medium exposed to the opening is changed. Thereby, the temperature rise at the irradiation position of the laser beam is suppressed, and the state in which the laser beam is irradiated onto the mirrored plasma medium is avoided. Accordingly, since the ratio of the reflected laser light is reduced as compared with the case where the laser light is continuously applied to one point of the plasma medium, the reduction of the energy of the laser light absorbed by the plasma medium is suppressed. Thereby, the supply of energy for generating ablation to the plasma medium is stabilized, so that the vapor of the plasma medium is stably generated. For this reason, the vapor | steam of a plasma medium can be stably supplied between a center electrode and an external electrode.
プラズマ媒質の蒸気を中心電極と外部電極との間に供給するステップは、プラズマ媒質を温度制御するステップと、開口部からプラズマ媒質が露出するようにプラズマ媒質を保持するプラズマ媒質保持部に、プラズマ媒質を供給するステップと、開口部から露出したプラズマ媒質にレーザ光を照射するステップと、をさらに含み、温度制御するステップでは、開口部から露出したプラズマ媒質の表面温度がプラズマ媒質の融点以下になるように、プラズマ媒質の温度を制御してもよい。このプラズマ光の発生方法では、開口部から露出したプラズマ媒質の表面温度がプラズマ媒質の融点以下になるように、プラズマ媒質の温度が制御される。この制御によれば開口部において固体のプラズマ媒質と液体のプラズマ媒質とを共存させることができる。たとえば、固体のプラズマ媒質は、薄膜状を呈し、液体のプラズマ媒質上に浮いている状態になる。このようなプラズマ媒質の表面にあっては、プラズマ媒質がすべて液体である表面と比較すると光反射率が低い。従って、プラズマ媒質に照射されたレーザ光の反射が抑制されるので、プラズマ媒質に吸収されるレーザ光のエネルギの低下が抑制される。これにより、プラズマ媒質に対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給が安定化されるので、プラズマ媒質の蒸気が安定的に生成される。このため、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を安定的に供給することができる。 The step of supplying the vapor of the plasma medium between the central electrode and the external electrode includes the step of controlling the temperature of the plasma medium, and the plasma medium holding unit holding the plasma medium so that the plasma medium is exposed from the opening. A step of supplying a medium; and a step of irradiating the plasma medium exposed from the opening with a laser beam, and in the step of controlling the temperature, the surface temperature of the plasma medium exposed from the opening is below the melting point of the plasma medium. As such, the temperature of the plasma medium may be controlled. In this plasma light generation method, the temperature of the plasma medium is controlled so that the surface temperature of the plasma medium exposed from the opening is equal to or lower than the melting point of the plasma medium. According to this control, the solid plasma medium and the liquid plasma medium can coexist in the opening. For example, a solid plasma medium has a thin film shape and is in a floating state on a liquid plasma medium. On the surface of such a plasma medium, the light reflectance is lower than that of a surface in which the plasma medium is entirely liquid. Therefore, since the reflection of the laser beam irradiated to the plasma medium is suppressed, a decrease in the energy of the laser beam absorbed by the plasma medium is suppressed. Thereby, the supply of energy for generating ablation to the plasma medium is stabilized, so that the vapor of the plasma medium is stably generated. For this reason, the vapor | steam of a plasma medium can be stably supplied between a center electrode and an external electrode.
レーザ光を照射するステップでは、プラズマ媒質へのレーザ光の照射によってプラズマ媒質へ供給されるエネルギを減少させながら、プラズマ媒質にレーザ光を照射してもよい。このプラズマ光の発生方法は、レーザ光の照射によってプラズマ媒質へ供給されるエネルギを減少させる。このエネルギの減少によれば、プラズマ媒質の表面における温度上昇が抑制される。よって、プラズマ媒質の表面の鏡面化が抑制されるので、プラズマ媒質に吸収されるレーザ光のエネルギの低下が抑制される。従って、プラズマ媒質に対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給が安定化されるので、プラズマ媒質の蒸気が安定的に生成される。このため、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を安定的に供給することができる。 In the step of irradiating the laser beam, the laser beam may be irradiated to the plasma medium while reducing the energy supplied to the plasma medium by irradiating the plasma medium with the laser beam. This method of generating plasma light reduces the energy supplied to the plasma medium by laser light irradiation. This decrease in energy suppresses a temperature rise on the surface of the plasma medium. Therefore, since the mirror surface of the plasma medium is prevented from being mirrored, a decrease in the energy of the laser light absorbed by the plasma medium is suppressed. Accordingly, since the supply of energy for generating ablation to the plasma medium is stabilized, the vapor of the plasma medium is stably generated. For this reason, the vapor | steam of a plasma medium can be stably supplied between a center electrode and an external electrode.
本発明によれば、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質を安定的に供給することができる。 According to the present invention, the plasma medium can be stably supplied between the center electrode and the external electrode.
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
<第1実施形態>
図1に示されたプラズマ光源1は、いわゆる対向型プラズマフォーカス方式を採用する。プラズマフォーカス方式は核融合分野で考案されたものであり、中心電極11と、当該中心電極11を取り巻く複数の外部電極12とを有する同軸状電極10を備える。対向型プラズマフォーカス方式のプラズマ光源1が動作するとき、まず、中心電極11と外部電極12との間に高電圧を印加する。そして、何らかのトリガを入力することにより、中心電極11と外部電極12との間にリング状の初期プラズマを生成させる。初期プラズマは、電磁力によって中心電極11の先端方向に移動する。そして、初期プラズマは、中心電極11の先端部で収束して高温及び高密度状態に達する。
<First Embodiment>
The plasma light source 1 shown in FIG. 1 employs a so-called opposed plasma focus method. The plasma focus method is devised in the field of nuclear fusion, and includes a coaxial electrode 10 having a center electrode 11 and a plurality of external electrodes 12 surrounding the center electrode 11. When the opposed plasma focus type plasma light source 1 operates, first, a high voltage is applied between the center electrode 11 and the external electrode 12. A ring-shaped initial plasma is generated between the center electrode 11 and the external electrode 12 by inputting some trigger. The initial plasma moves toward the tip of the center electrode 11 by electromagnetic force. The initial plasma converges at the tip of the center electrode 11 and reaches a high temperature and high density state.
対向型プラズマフォーカス方式を採用するプラズマ光源1は、プラズマ源としての同軸状電極10を互いに向かい合うように配置する。そして、それぞれの中心電極11の先端部に達したプラズマ同士を衝突させることにより、高温及び高密度状態のプラズマが形成される。この高温及び高密度状態のプラズマから極端紫外光が発生する。 In a plasma light source 1 that employs a counter-type plasma focus system, coaxial electrodes 10 as plasma sources are disposed so as to face each other. Then, plasmas reaching the tip of each center electrode 11 collide with each other, whereby high-temperature and high-density plasma is formed. Extreme ultraviolet light is generated from this high temperature and high density plasma.
初期プラズマを発生させる方式の一つに、レーザ光によってプラズマ媒質を蒸発(アブレーション)させる方式がある。固体又は液体のプラズマ媒質にレーザ光を照射することでプラズマ媒質を蒸発させて媒質蒸気を発生させる。その媒質蒸気を介して、中心電極11と外部電極12との間に放電を生じさせる。また、プラズマ媒質としては固体、液体、気体の何れであってもよく、発生させたい光の波長によって選択される。対向型プラズマフォーカス方式では、プラズマ媒質として、液体又は固体のリチウムを用いることがある。 One method for generating initial plasma is a method in which a plasma medium is evaporated (ablated) with laser light. By irradiating a solid or liquid plasma medium with laser light, the plasma medium is evaporated to generate medium vapor. A discharge is generated between the center electrode 11 and the external electrode 12 through the medium vapor. The plasma medium may be solid, liquid, or gas, and is selected according to the wavelength of light to be generated. In the opposed plasma focus method, liquid or solid lithium may be used as a plasma medium.
以下、図1を参照して、実施形態に係るプラズマ光源1について説明する。プラズマ光源1は、たとえば、半導体素子を製造するための露光装置に適用される。プラズマ光源1は、たとえば波長13.5nmの極端紫外光(EUV光)を発生可能に構成されている。プラズマ光源1は、EUV光を発生させることにより、微細なパターンを形成するフォトリソグラフィを可能にする。 Hereinafter, the plasma light source 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. The plasma light source 1 is applied to, for example, an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element. The plasma light source 1 is configured to generate extreme ultraviolet light (EUV light) having a wavelength of 13.5 nm, for example. The plasma light source 1 enables photolithography to form a fine pattern by generating EUV light.
プラズマ光源1は、プラズマを発生させる一対の同軸状電極10と、同軸状電極10に電位差を生じさせる電圧印加装置20(電圧印加部)と、媒質蒸気を形成する媒質蒸気形成部30と、プラズマ媒質を供給するプラズマ媒質供給部41と、を備える。 The plasma light source 1 includes a pair of coaxial electrodes 10 that generate plasma, a voltage application device 20 (voltage application unit) that generates a potential difference in the coaxial electrode 10, a medium vapor formation unit 30 that forms medium vapor, and plasma A plasma medium supply unit 41 for supplying a medium.
一対の同軸状電極10は、チャンバ2内に収容されており、軸線A上において互いに対面するように配置されている。一対の同軸状電極10は、仮想の中央面Pに関して面対称に配置されている。一対の同軸状電極10の間には、一定の間隔(空間)が設けられている。チャンバ2には一又は複数の排気管3が設けられており、排気管3には真空ポンプ(図示せず)が接続される。チャンバ2内は所定の真空度に維持される。チャンバ2は、接地されている。同軸状電極10は、1本の中心電極11と、複数の外部電極12と、1つの絶縁体13とを備える。 The pair of coaxial electrodes 10 are accommodated in the chamber 2 and are disposed on the axis A so as to face each other. The pair of coaxial electrodes 10 are arranged symmetrically with respect to the virtual central plane P. A constant space (space) is provided between the pair of coaxial electrodes 10. One or a plurality of exhaust pipes 3 are provided in the chamber 2, and a vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust pipe 3. The inside of the chamber 2 is maintained at a predetermined degree of vacuum. The chamber 2 is grounded. The coaxial electrode 10 includes one central electrode 11, a plurality of external electrodes 12, and one insulator 13.
中心電極11は、軸線A上に沿って延びる棒状の導電体である。換言すると、図1において左側の同軸状電極10の中心電極11は、右側の同軸状電極10に向かって延びる。中心電極11は、高温プラズマに対して損傷され難い金属からなる。中心電極11は、たとえばタングステン(W)やモリブデン(Mo)等の高融点金属からなる。中心電極11の軸線Aは、上記した中央面Pに直交する。中央面Pに対面する中心電極11の端面は、たとえば半球状をなしている。中心電極11の側面は、たとえば円錐状をなしている。 The center electrode 11 is a rod-shaped conductor extending along the axis A. In other words, the center electrode 11 of the left coaxial electrode 10 in FIG. 1 extends toward the right coaxial electrode 10. The center electrode 11 is made of a metal that is not easily damaged by high-temperature plasma. The center electrode 11 is made of a refractory metal such as tungsten (W) or molybdenum (Mo). The axis A of the center electrode 11 is orthogonal to the above-described center plane P. The end surface of the center electrode 11 facing the center surface P has, for example, a hemispherical shape. The side surface of the center electrode 11 has a conical shape, for example.
図1において左側の同軸状電極10の外部電極12は、右側の同軸状電極10に向かって延びる棒状の導電体である。外部電極12は、軸線Aに対して傾いた方向に延びていてもよい。たとえば、円錐状をなす中心電極11の側面から外部電極12までの距離が常に一定になるように、外部電極12は中心電極11の側面に対して平行である方向に延びていてもよい。外部電極12は、高温プラズマに対して損傷され難い金属からなる。外部電極12は、たとえばタングステン(W)やモリブデン(Mo)等の高融点金属からなる。中央面Pに対面する外部電極12の端面は、曲面であってもよく、平面であってもよい。 In FIG. 1, the external electrode 12 of the left coaxial electrode 10 is a rod-shaped conductor extending toward the right coaxial electrode 10. The external electrode 12 may extend in a direction inclined with respect to the axis A. For example, the external electrode 12 may extend in a direction parallel to the side surface of the center electrode 11 so that the distance from the side surface of the conical center electrode 11 to the external electrode 12 is always constant. The external electrode 12 is made of a metal that is not easily damaged by high-temperature plasma. The external electrode 12 is made of a refractory metal such as tungsten (W) or molybdenum (Mo). The end surface of the external electrode 12 facing the central surface P may be a curved surface or a flat surface.
図2に示されるように、外部電極12は、中心電極11の周囲に配置されている。外部電極12は、中心電極11に対して所定の間隔を有している。複数の外部電極12は、軸線Aの周方向において等間隔に(すなわち回転対称に)配置されている。同軸状電極10は、6本の外部電極12を有する。6本の外部電極12は、軸線Aを基準として60°毎に配置されている。なお、外部電極12の本数は6本に限定されず、中心電極11及び外部電極12の大きさや形状、これらの間隔などに応じて適宜設定され得る。中心電極11のまわりに複数の外部電極12が配置されることにより、初期放電(たとえば沿面放電)が、中心電極11と外部電極12との間に発生する。この初期放電は、面状放電6(図7参照)に至る。 As shown in FIG. 2, the external electrode 12 is disposed around the center electrode 11. The external electrode 12 has a predetermined interval with respect to the center electrode 11. The plurality of external electrodes 12 are arranged at equal intervals (that is, rotationally symmetric) in the circumferential direction of the axis A. The coaxial electrode 10 has six external electrodes 12. The six external electrodes 12 are arranged every 60 ° with respect to the axis A. Note that the number of external electrodes 12 is not limited to six, and can be appropriately set according to the size and shape of the center electrode 11 and the external electrode 12, the distance between them, and the like. By disposing a plurality of external electrodes 12 around the center electrode 11, initial discharge (for example, creeping discharge) is generated between the center electrode 11 and the external electrode 12. This initial discharge reaches the sheet discharge 6 (see FIG. 7).
再び図1に示されるように、絶縁体13は、たとえば円板状をなすセラミックス板である。絶縁体13は、中心電極11と外部電極12の基部を支持し、これらの間隔を規定する。絶縁体13は、中心電極11と外部電極12とを電気的に絶縁する。 As shown in FIG. 1 again, the insulator 13 is, for example, a ceramic plate having a disk shape. The insulator 13 supports the base portions of the center electrode 11 and the external electrode 12 and defines the distance therebetween. The insulator 13 electrically insulates the center electrode 11 and the external electrode 12 from each other.
電圧印加装置20は、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ことにより、電位差を生じさせる。電圧印加装置20は、2台の高圧電源(HV Charging Device)21,22を備える。第1高圧電源21の出力側は、一方の(たとえば図示左側の)同軸状電極10の中心電極11に接続されている。第1高圧電源21は、その中心電極11に対応する外部電極12よりも高い正の放電電圧を印加する。なお、第1高圧電源21は、その中心電極11に対応する外部電極12よりも低い負の放電電圧を印加してもよい。第2高圧電源22の出力側は、他方の(たとえば図示右側の)同軸状電極10の中心電極11に接続されている。第2高圧電源22は、その中心電極11に対応する外部電極12よりも高い正の放電電圧を印加する。なお、第2高圧電源22は、その中心電極11に対応する外部電極12よりも低い負の放電電圧を印加してもよい。何れの外部電極12も接地されていてもよい。以下の説明では、第1高圧電源21を単に電源21という。同様に、第2高圧電源22を単に電源22という。 The voltage application device 20 generates a potential difference by applying a discharge voltage of the same polarity or reverse polarity to the coaxial electrode 10. The voltage application device 20 includes two high-voltage power supplies (HV Charging Devices) 21 and 22. The output side of the first high-voltage power supply 21 is connected to the center electrode 11 of one coaxial electrode 10 (for example, on the left side in the drawing). The first high-voltage power source 21 applies a positive discharge voltage higher than that of the external electrode 12 corresponding to the center electrode 11. The first high voltage power supply 21 may apply a negative discharge voltage lower than that of the external electrode 12 corresponding to the center electrode 11. The output side of the second high-voltage power source 22 is connected to the center electrode 11 of the other coaxial electrode 10 (for example, on the right side in the drawing). The second high-voltage power supply 22 applies a positive discharge voltage higher than that of the external electrode 12 corresponding to the center electrode 11. The second high voltage power supply 22 may apply a negative discharge voltage lower than that of the external electrode 12 corresponding to the center electrode 11. Any external electrode 12 may be grounded. In the following description, the first high-voltage power supply 21 is simply referred to as the power supply 21. Similarly, the second high-voltage power supply 22 is simply referred to as the power supply 22.
なお、電源21,22のコモン側(リターン側)には、ロゴスキーコイル等を用いて誘導結合された線路が設けられてもよい。これらの線路により、中心電極11を経由した電流(すなわち、すべての放電電流)をオシロスコープ(Oscilloscope)で観察することができる。 In addition, the common side (return side) of the power supplies 21 and 22 may be provided with a line inductively coupled using a Rogowski coil or the like. With these lines, the current passing through the center electrode 11 (that is, all discharge currents) can be observed with an oscilloscope (Oscilloscope).
プラズマ光源1は、さらに、電圧印加装置20からの放電電圧を放電エネルギとして外部電極12毎に蓄積するエネルギ蓄積回路26を備えている。エネルギ蓄積回路26は、中心電極11と外部電極12との間を個別に接続する複数のコンデンサ26aを含む。コンデンサ26aは、電源21,22の出力側及びコモン側に接続されている。放電エネルギを蓄積するコンデンサ26aが外部電極12毎に設けられることにより、すべての外部電極12において放電が発生し得る。すなわち、放電の発生タイミングに多少のずれが生じた場合でも、最初に発生した放電によって多くの放電エネルギが消費されることが防止される。エネルギ蓄積回路26を備えることにより、同軸状電極10において、中心電極11の全周に亘って発生する理想的な面状放電6が得られる。 The plasma light source 1 further includes an energy storage circuit 26 that stores the discharge voltage from the voltage application device 20 as discharge energy for each external electrode 12. The energy storage circuit 26 includes a plurality of capacitors 26 a that individually connect the center electrode 11 and the external electrode 12. The capacitor 26 a is connected to the output side and the common side of the power supplies 21 and 22. By providing the capacitor 26 a for storing discharge energy for each external electrode 12, discharge can occur in all the external electrodes 12. That is, even when a slight shift occurs in the discharge generation timing, a large amount of discharge energy is prevented from being consumed by the first discharge generated. By providing the energy storage circuit 26, the ideal planar discharge 6 generated over the entire circumference of the center electrode 11 can be obtained in the coaxial electrode 10.
プラズマ光源1は、さらに、電圧印加装置20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28を備えている。放電電流阻止回路28は、外部電極12と電圧印加装置20(具体的には電源21,22のコモン側)との間を接続するインダクタ28aを含む。インダクタ28a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11及び外部電極12を経由した放電電流は、その発生源であるエネルギ蓄積回路26に戻され得る。これにより、コンデンサ26aに蓄積された放電エネルギが当該コンデンサ26aに直結した外部電極12以外の外部電極12に供給されることを防止できる。その結果、中心電極11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。 The plasma light source 1 further includes a discharge current blocking circuit 28 that blocks the discharge current from returning to the voltage application device 20. The discharge current blocking circuit 28 includes an inductor 28a that connects between the external electrode 12 and the voltage application device 20 (specifically, the common side of the power supplies 21 and 22). Since the inductor 28a has a sufficiently high impedance with respect to the discharge current, the discharge current that has passed through the center electrode 11 and the external electrode 12 can be returned to the energy storage circuit 26 that is the generation source thereof. Thereby, it is possible to prevent the discharge energy accumulated in the capacitor 26a from being supplied to the external electrodes 12 other than the external electrode 12 directly connected to the capacitor 26a. As a result, it is possible to prevent the generation distribution of discharge in the circumferential direction of the center electrode 11 from being biased.
上述した電圧印加装置20の動作について説明する。まず、電源21,22によってコンデンサ26aに電荷を予め蓄積(充電)する。そして、中心電極11と外部電極12との間にプラズマ媒質Mの蒸気が供給されることにより、コンデンサ26aの正極側から負極側へ電流が流れる。この電流は、コンデンサ26aに蓄積された電荷量に相当する電流が電気回路の時定数に従ってパルス的に流れる。つまり、電荷は、中心電極11、面状放電6、及び外部電極12の順に流れ、最終的にコンデンサ26aの負極側に戻る。この電流が流れている間に、面状放電6は中心電極11の先端部まで移動して先端部において単一のプラズマとして収束することにより発光する。 The operation of the voltage application device 20 described above will be described. First, charges are stored (charged) in the capacitor 26a by the power sources 21 and 22 in advance. Then, when the vapor of the plasma medium M is supplied between the center electrode 11 and the external electrode 12, a current flows from the positive electrode side to the negative electrode side of the capacitor 26a. As this current, a current corresponding to the amount of charge accumulated in the capacitor 26a flows in a pulsed manner according to the time constant of the electric circuit. That is, the charge flows in the order of the center electrode 11, the sheet discharge 6, and the external electrode 12, and finally returns to the negative electrode side of the capacitor 26a. While this current flows, the planar discharge 6 emits light by moving to the tip of the center electrode 11 and converging as a single plasma at the tip.
媒質蒸気形成部30は、レーザ光Lを出射するレーザ装置31を有し、レーザ光Lをプラズマ媒質供給部41に提供する。たとえば、レーザ光Lのビーム径は、30mmである。レーザ光Lが照射されたプラズマ媒質M(図4参照)の表面Maでは、アブレーションによってプラズマ媒質Mの一部が、プラズマ媒質Mの蒸気(媒質蒸気)となって放出される。媒質蒸気は、中性ガス又はイオンを含む。また、レーザ装置31は、プラズマの初期放電(即ち、面状放電6:図7の(b)部参照)を発生させる。レーザ装置31はたとえばYAGレーザであり、アブレーションを行うために基本波又は基本波の二倍波を短パルスのレーザ光Lとして出力する。 The medium vapor forming unit 30 includes a laser device 31 that emits a laser beam L, and provides the laser beam L to the plasma medium supply unit 41. For example, the beam diameter of the laser beam L is 30 mm. On the surface Ma of the plasma medium M (see FIG. 4) irradiated with the laser light L, a part of the plasma medium M is emitted as vapor (medium vapor) of the plasma medium M by ablation. The medium vapor includes neutral gas or ions. Further, the laser device 31 generates an initial discharge of plasma (that is, a planar discharge 6: see the part (b) of FIG. 7). The laser device 31 is, for example, a YAG laser, and outputs a fundamental wave or a double wave of the fundamental wave as a short-pulse laser beam L for ablation.
媒質蒸気形成部30はさらに光路制御部32を有する。図2に示されるように、光路制御部32は、レーザ光Lを分割すると共に、レーザ光Lの光路の方向を変更することにより、レーザ光Lをプラズマ媒質供給部41に提供する。光路制御部32は、ビームスプリッタ34及びミラー35(光反射部)を有する。ビームスプリッタ34は、レーザ装置31から出射されたレーザ光Lの光路上に配置される。ビームスプリッタ34は、入射されるレーザ光Lの一部を透過すると共に、残りを入射方向に対応する方向へ反射する。すなわち、ビームスプリッタ34は、入射されるレーザ光Lの光路方向に対して平行な光路と、入射されるレーザ光Lの光路方向に対してレーザ光Lの入射角度に対応する方向の光路とを形成する。また、ミラー35は、入射されるレーザ光Lのすべてを入射方向に対応する方向へ反射する。すなわち、ミラー35は、入射されるレーザ光Lの光路方向に対して90°だけ傾いた光路を形成する。 The medium vapor forming unit 30 further includes an optical path control unit 32. As shown in FIG. 2, the optical path control unit 32 provides the laser light L to the plasma medium supply unit 41 by dividing the laser light L and changing the direction of the optical path of the laser light L. The optical path control unit 32 includes a beam splitter 34 and a mirror 35 (light reflection unit). The beam splitter 34 is disposed on the optical path of the laser light L emitted from the laser device 31. The beam splitter 34 transmits a part of the incident laser light L and reflects the rest in a direction corresponding to the incident direction. That is, the beam splitter 34 has an optical path parallel to the optical path direction of the incident laser light L and an optical path in a direction corresponding to the incident angle of the laser light L with respect to the optical path direction of the incident laser light L. Form. The mirror 35 reflects all of the incident laser light L in a direction corresponding to the incident direction. That is, the mirror 35 forms an optical path inclined by 90 ° with respect to the optical path direction of the incident laser light L.
なお、図2に示されるビームスプリッタ34及びミラー35の配置は一例であり、レーザ装置31とプラズマ媒質供給部41との位置関係に応じて、必要な数のビームスプリッタ34及びミラー35を用いて、所望の光路が形成されるように配置してよい。 The arrangement of the beam splitter 34 and the mirror 35 shown in FIG. 2 is an example, and a necessary number of beam splitters 34 and mirrors 35 are used according to the positional relationship between the laser device 31 and the plasma medium supply unit 41. The optical path may be arranged so that a desired optical path is formed.
光路制御部32は、ビームスプリッタ34及びミラー35に加えて、さらにミラー35の姿勢を制御する姿勢制御部36を有する。具体的には、姿勢制御部36は、ミラー35を所定の軸線A1のまわりに回転させる装置であり、ミラー35へ入射されるレーザ光Lに対するミラー35の角度を制御する。図3に示されるように、レーザ光Lの入射方向が一定である場合に、ミラー35を時計方向に微小角度だけ回転させると、ミラー35へのレーザ光Lの入射角度が変わる。そして、ミラー35において反射されるレーザ光Lの方向は、レーザ光Lの入射角度に対応して、変化する。この場合、レーザ光Lの照射位置が変化する。このように、ミラー35の角度を変更することにより、レーザ光Lの反射方向が変わる。レーザ光Lの反射方向が変わると、プラズマ媒質供給部41へのレーザ光Lの照射位置が変わる。 In addition to the beam splitter 34 and the mirror 35, the optical path control unit 32 further includes an attitude control unit 36 that controls the attitude of the mirror 35. Specifically, the attitude control unit 36 is a device that rotates the mirror 35 around a predetermined axis A1 and controls the angle of the mirror 35 with respect to the laser light L incident on the mirror 35. As shown in FIG. 3, when the incident direction of the laser beam L is constant, if the mirror 35 is rotated clockwise by a minute angle, the incident angle of the laser beam L to the mirror 35 changes. The direction of the laser light L reflected by the mirror 35 changes corresponding to the incident angle of the laser light L. In this case, the irradiation position of the laser beam L changes. As described above, the reflection direction of the laser light L is changed by changing the angle of the mirror 35. When the reflection direction of the laser beam L changes, the irradiation position of the laser beam L to the plasma medium supply unit 41 changes.
レーザ光Lの照射時には、同軸状電極10の中心電極11と外部電極12に電圧印加装置20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11と外部電極12との間において放電が誘発される。さらに、この放電によって面状放電6が形成される。 At the time of irradiation with the laser beam L, the discharge voltage by the voltage application device 20 has already been applied to the center electrode 11 and the external electrode 12 of the coaxial electrode 10. Therefore, when the ablation described above occurs, a discharge is induced between the center electrode 11 and the external electrode 12. Further, a planar discharge 6 is formed by this discharge.
放電の発生箇所は、レーザ光L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、レーザ光Lは軸線A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。これは、誘発された放電の領域が、中心電極11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11に対して回転対称な位置にレーザ光Lを照射することが望ましい。なお、複数のレーザ光L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。 There is a possibility that the location where discharge occurs is limited to the irradiation region of the laser light L and the vicinity thereof. Therefore, it is preferable to irradiate a plurality of laser beams L at intervals along the circumferential direction of the axis A, and the number is at least two. This is based on an experimental result in which the region of the induced discharge has an opening angle of 180 degrees or more with the axis of the center electrode 11 as a base point. Considering this result, it is desirable to irradiate the laser beam L at a rotationally symmetric position with respect to the center electrode 11 as the number of irradiated portions is smaller. Note that simultaneous irradiation of a plurality of laser beams L can be easily achieved by forming a plurality of optical paths having optical path lengths using optical elements such as a beam splitter and a mirror.
図4に示されるように、プラズマ媒質供給部41は、プラズマ光の発生に用いられるプラズマ媒質Mを供給する。プラズマ媒質Mは、必要とされる紫外線の波長に応じて選択され得る。たとえば、13.5nmの紫外光が必要な場合は、プラズマ媒質Mは、リチウム(Li)、キセノン(Xe)、スズ(Sn)等が用いられる。また、6.7nmの紫外光が必要な場合は、プラズマ媒質Mは、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)等の少なくとも1つが用いられる。 As shown in FIG. 4, the plasma medium supply unit 41 supplies a plasma medium M used for generating plasma light. The plasma medium M can be selected according to the required wavelength of ultraviolet rays. For example, when 13.5 nm ultraviolet light is required, the plasma medium M is lithium (Li), xenon (Xe), tin (Sn), or the like. When ultraviolet light with a wavelength of 6.7 nm is required, at least one of gadolinium (Gd), terbium (Tb), or the like is used as the plasma medium M.
プラズマ媒質供給部41は、プラズマ媒質保持部42と、プラズマ媒質貯留部43と、圧力供給部44と、熱媒体供給部45とを有する。 The plasma medium supply unit 41 includes a plasma medium holding unit 42, a plasma medium storage unit 43, a pressure supply unit 44, and a heat medium supply unit 45.
プラズマ媒質保持部42は、中心電極11の外周面に設けられた断面凹状の溝であり、開口部42aを含む。プラズマ媒質保持部42の溝には、液体のプラズマ媒質Mが満たされている。この液体のプラズマ媒質Mは、プラズマ媒質保持部42の底面に設けられた流路孔を介してプラズマ媒質貯留部43からプラズマ媒質保持部42へ供給される。 The plasma medium holding part 42 is a groove having a concave cross section provided on the outer peripheral surface of the center electrode 11 and includes an opening 42a. The groove of the plasma medium holding part 42 is filled with a liquid plasma medium M. The liquid plasma medium M is supplied from the plasma medium storage unit 43 to the plasma medium holding unit 42 through a channel hole provided in the bottom surface of the plasma medium holding unit 42.
プラズマ媒質貯留部43は、中心電極11に設けられ、固体又は液体のプラズマ媒質Mを貯留する。プラズマ媒質貯留部43は、中心電極11の内部に設けられた空間であり、この空間にプラズマ媒質Mが満たされている。プラズマ媒質貯留部43は、流路孔を介してプラズマ媒質保持部42と接続される。また、プラズマ媒質貯留部43は、流路孔とは別の圧力孔を介して圧力供給部44と接続される。圧力供給部44は、プラズマ媒質貯留部43に貯留されたプラズマ媒質Mをプラズマ媒質保持部42へ移動させる。具体的には、圧力供給部44は、圧力孔を介して所定の圧力を有するガス(たとえば、2.5Torrであるアルゴンガス)をプラズマ媒質貯留部43へ供給する。プラズマ媒質Mは、この圧力によってプラズマ媒質保持部42へ押し出される。 The plasma medium storage unit 43 is provided in the center electrode 11 and stores a solid or liquid plasma medium M. The plasma medium storage unit 43 is a space provided inside the center electrode 11, and the space is filled with the plasma medium M. The plasma medium storage unit 43 is connected to the plasma medium holding unit 42 through a flow path hole. Further, the plasma medium storage unit 43 is connected to the pressure supply unit 44 through a pressure hole different from the flow path hole. The pressure supply unit 44 moves the plasma medium M stored in the plasma medium storage unit 43 to the plasma medium holding unit 42. Specifically, the pressure supply unit 44 supplies a gas having a predetermined pressure (for example, argon gas of 2.5 Torr) to the plasma medium storage unit 43 through the pressure hole. The plasma medium M is pushed out to the plasma medium holding part 42 by this pressure.
熱媒体供給部45は、プラズマ媒質貯留部43に貯留されたプラズマ媒質Mを融解させるための熱を外部からプラズマ媒質貯留部43へ供給する。熱媒体供給部45は、外部タンク45aと、熱交換部45bとを有する。外部タンク45aは、熱媒体の温度を所定の温度に保つと共に、熱媒体を熱交換部45bに供給する。熱交換部45bは、プラズマ媒質貯留部43の近傍に設けられて、プラズマ媒質Mへ熱媒体が有する熱を供給する。また、熱媒体は、プラズマにより加熱される中心電極11の温度を冷却する機能も有する。熱媒体は、中心電極11内を流動する間に中心電極11の熱を受け取り、外部へ排出する。 The heat medium supply unit 45 supplies heat for melting the plasma medium M stored in the plasma medium storage unit 43 to the plasma medium storage unit 43 from the outside. The heat medium supply unit 45 includes an external tank 45a and a heat exchange unit 45b. The external tank 45a keeps the temperature of the heat medium at a predetermined temperature and supplies the heat medium to the heat exchange unit 45b. The heat exchanging unit 45 b is provided in the vicinity of the plasma medium storage unit 43 and supplies the heat of the heat medium to the plasma medium M. The heat medium also has a function of cooling the temperature of the center electrode 11 heated by the plasma. The heat medium receives the heat of the center electrode 11 while flowing in the center electrode 11 and discharges it to the outside.
続いて、図5、図6及び図7を参照してプラズマ光源1の動作について説明する。図7の(a)部はレーザ光Lの照射時の状態、図7の(b)部は面状放電6の発生時の状態、図7の(c)部は面状放電6の移動中の状態、図7の(d)部は面状放電6が電極の先端近傍に達した状態、図7の(e)部はプラズマ7の初期の閉じ込め時の状態、図7の(f)部は高温及び高密度化されたプラズマ7の状態を示している。 Subsequently, the operation of the plasma light source 1 will be described with reference to FIGS. 5, 6 and 7. 7A is a state when the laser beam L is irradiated, FIG. 7B is a state when the sheet discharge 6 is generated, and FIG. 7C is a state where the sheet discharge 6 is moving. FIG. 7D shows the state where the planar discharge 6 has reached the vicinity of the tip of the electrode, FIG. 7E shows the state during the initial confinement of the plasma 7, and FIG. Indicates the state of the high-temperature and high-density plasma 7.
まず、チャンバ2内は、プラズマ7の発生に適した温度及び圧力に保持される。放電前の同軸状電極10には、電圧印加装置20により放電電圧が印加される(ステップS1:図5参照)。次に、媒質蒸気が中心電極11と外部電極12との間に供給される(ステップS2:図5参照)。このステップS2をさらに詳細に説明する。まず、圧力供給部44が所定の圧力を有するガスをプラズマ媒質貯留部43に供給する。この所定の圧力を有するガスの供給により、プラズマ媒質Mがプラズマ媒質保持部42に供給される(ステップS4:図5参照)。プラズマ媒質保持部42に供給されたプラズマ媒質Mは、開口部42aから一部が露出する。そして、開口部42aから露出したプラズマ媒質Mに対してレーザ装置31がレーザ光Lを照射する(ステップS5:図5参照)。ステップS5では、姿勢制御部36がミラー35の角度を制御することによりプラズマ媒質Mの表面Maにおいて、レーザ光Lの照射位置が変更される。たとえば、姿勢制御部36がミラー35の角度を変更することにより、予め設定される軌跡Rに沿ってレーザ光Lの照射位置が二次元状に走査される(ステップS5a)。たとえば、図6に示されるように、レーザ光Lの照射位置がプラズマ媒質Mの表面Maにおける所定位置に固定されないように、姿勢制御部36は、ミラー35の角度を変更することにより予め設定される軌跡Rに沿ってレーザ光Lの照射位置を二次元状に走査する。 First, the inside of the chamber 2 is maintained at a temperature and pressure suitable for generating the plasma 7. A discharge voltage is applied to the coaxial electrode 10 before discharge by the voltage application device 20 (step S1: see FIG. 5). Next, medium vapor is supplied between the center electrode 11 and the external electrode 12 (step S2: see FIG. 5). This step S2 will be described in more detail. First, the pressure supply unit 44 supplies a gas having a predetermined pressure to the plasma medium storage unit 43. By supplying the gas having the predetermined pressure, the plasma medium M is supplied to the plasma medium holding unit 42 (step S4: see FIG. 5). Part of the plasma medium M supplied to the plasma medium holding unit 42 is exposed from the opening 42a. And the laser apparatus 31 irradiates the laser beam L with respect to the plasma medium M exposed from the opening part 42a (refer step S5: FIG. 5). In step S <b> 5, the irradiation position of the laser light L is changed on the surface Ma of the plasma medium M by the attitude control unit 36 controlling the angle of the mirror 35. For example, when the attitude control unit 36 changes the angle of the mirror 35, the irradiation position of the laser light L is scanned two-dimensionally along a preset trajectory R (step S5a). For example, as shown in FIG. 6, the posture control unit 36 is preset by changing the angle of the mirror 35 so that the irradiation position of the laser light L is not fixed at a predetermined position on the surface Ma of the plasma medium M. The irradiation position of the laser beam L is scanned two-dimensionally along the locus R.
また、図7の(a)部に示されるように、放電電圧が印加された状態で、プラズマ媒質供給部41のプラズマ媒質Mにレーザ光Lが照射されると、その直後、中心電極11及び外部電極12の間で放電が発生する。複数の外部電極12のそれぞれに対して、中心電極11との間で放電が生じる。図7の(b)部に示されるように、中心電極11の全周に亘って分布する面状放電6が得られる。 Further, as shown in FIG. 7A, when the plasma medium M of the plasma medium supply unit 41 is irradiated with the laser light L in a state where a discharge voltage is applied, immediately after that, the center electrode 11 and Discharge occurs between the external electrodes 12. A discharge occurs between each of the plurality of external electrodes 12 and the center electrode 11. As shown in part (b) of FIG. 7, the planar discharge 6 distributed over the entire circumference of the center electrode 11 is obtained.
図7の(c)部に示されるように、面状放電6は、自己磁場によって電極から排出される方向(中央面Pに向かう方向)に移動する。このときの面状放電6の形状は、軸線Aから見て略環状である。 As shown in part (c) of FIG. 7, the planar discharge 6 moves in a direction (direction toward the central plane P) discharged from the electrode by the self magnetic field. The shape of the planar discharge 6 at this time is substantially annular when viewed from the axis A.
ここで、プラズマ光源1はエネルギ蓄積回路26を備えているため、エネルギ蓄積回路26と複数の外部電極12との協働により、面状放電6の発生確率が高められている。間隔をあけて非連続的に配置される複数の外部電極12は、連続した管状(筒状)の外部電極が採用される場合に比して、面状放電6の形成を容易にするという観点で有利である。 Here, since the plasma light source 1 includes the energy storage circuit 26, the probability of occurrence of the planar discharge 6 is increased by the cooperation of the energy storage circuit 26 and the plurality of external electrodes 12. The plurality of external electrodes 12 arranged discontinuously at intervals makes it easier to form the planar discharge 6 than when a continuous tubular (tubular) external electrode is employed. Is advantageous.
その後、図7の(d)部に示されるように、面状放電6は同軸状電極10の先端に達する。面状放電6が中心電極11の先端に達したことで、その放電電流の出発点は中心電極11の側面11bから端面11aに移行する。この電流の移行によって、一対の面状放電6に伴って移動してきたリチウム(Li)を含むプラズマは収束し、高密度かつ高温になる。 Thereafter, the planar discharge 6 reaches the tip of the coaxial electrode 10 as shown in FIG. When the sheet discharge 6 reaches the tip of the center electrode 11, the starting point of the discharge current is shifted from the side surface 11b of the center electrode 11 to the end surface 11a. Due to this current transition, the plasma containing lithium (Li) that has moved along with the pair of planar discharges 6 converges to become high density and high temperature.
この現象は中央面Pを挟んだ同軸状電極10で進行するため、初期プラズマは、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、初期プラズマは、軸線Aに沿う両方向からの圧力を受けて同軸状電極10が対面する中間位置(すなわち中央面Pの位置)に移動し、プラズマ媒質Mを成分とする単一のプラズマ7が形成される。 Since this phenomenon proceeds at the coaxial electrode 10 with the center plane P interposed therebetween, the initial plasma is pushed out from one coaxial electrode 10 toward the other coaxial electrode 10. As a result, the initial plasma receives pressure from both directions along the axis A and moves to an intermediate position where the coaxial electrode 10 faces (that is, the position of the central plane P), and a single plasma having the plasma medium M as a component. 7 is formed.
図7の(e)部に示されるように、プラズマ7が形成された後も、面状放電6を通じて電流が流れ続け、プラズマ7を全体的に包囲し、プラズマ7を中心電極11の中間付近に保持する。 As shown in part (e) of FIG. 7, even after the plasma 7 is formed, the current continues to flow through the planar discharge 6 so as to surround the plasma 7 as a whole, and the plasma 7 is near the middle of the center electrode 11. Hold on.
面状放電6が発生している間は、プラズマ7の高密度化及び高温化が進行し、リチウム(Li)を含むイオンの電離が進行する。その結果、図7の(f)部に示されるように、プラズマ7からは極端紫外光を含むプラズマ光9が放射される。この状態において、面状放電6を通じて電流が流れ続けることにより、長時間に亘って、プラズマ光9が発生し得る。 While the planar discharge 6 is occurring, the density and temperature of the plasma 7 are increased, and ionization of ions including lithium (Li) proceeds. As a result, as shown in part (f) of FIG. 7, plasma light 9 including extreme ultraviolet light is emitted from the plasma 7. In this state, the plasma light 9 can be generated over a long period of time as the current continues to flow through the planar discharge 6.
ここで、レーザ光Lの照射によるプラズマ媒質Mのアブレーションについて説明する。既に述べたように、プラズマ媒質Mは、液体の状態で、プラズマ媒質供給部41の溝状のプラズマ媒質保持部42に満たされている。そして、プラズマ媒質保持部42の開口部42aからプラズマ媒質Mが露出している。レーザ光Lは、開口部42aから露出したプラズマ媒質Mの表面に照射される。プラズマ媒質Mが液体の状態であるとき、その表面は高い光反射率を有する。従って、レーザ光Lをプラズマ媒質Mの表面Maに照射したとき、レーザ光Lの一部は反射されるので、プラズマ媒質Mに対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給量が低下する。これにより、プラズマ媒質Mの蒸気が安定的に生成され難くなる。このため、中心電極11と外部電極12との間にプラズマ媒質Mの蒸気を安定的に供給することが難しくなる。換言すると、中心電極11と外部電極12との間へのプラズマ媒質Mの供給が不安定になる。 Here, ablation of the plasma medium M by irradiation with the laser beam L will be described. As already described, the plasma medium M is filled in the groove-shaped plasma medium holding part 42 of the plasma medium supply part 41 in a liquid state. The plasma medium M is exposed from the opening 42 a of the plasma medium holding unit 42. The laser beam L is applied to the surface of the plasma medium M exposed from the opening 42a. When the plasma medium M is in a liquid state, its surface has a high light reflectance. Therefore, when the laser beam L is irradiated onto the surface Ma of the plasma medium M, a part of the laser beam L is reflected, and the amount of energy supplied for causing ablation to the plasma medium M is reduced. This makes it difficult for the vapor of the plasma medium M to be stably generated. For this reason, it becomes difficult to stably supply the vapor of the plasma medium M between the center electrode 11 and the external electrode 12. In other words, the supply of the plasma medium M between the center electrode 11 and the external electrode 12 becomes unstable.
図8は、アブレーションによって発生したプラズマ媒質Mにおけるスペクトル強度の時間履歴を概念的に示すグラフである。ここで言うプラズマ媒質Mの供給が不安定になるとは、プラズマ媒質Mの供給目標値G1に対して、実際に供給されるプラズマ媒質Mの量が徐々に乖離していく状態をいう(図8のグラフG3参照)。すなわち、プラズマ媒質Mの供給目標値G1に対して、実際に供給される量のふらつき(図8のグラフG2)を指すものではない。 FIG. 8 is a graph conceptually showing a time history of spectral intensity in the plasma medium M generated by ablation. The unstable supply of the plasma medium M here means a state in which the amount of the plasma medium M that is actually supplied gradually deviates from the supply target value G1 of the plasma medium M (FIG. 8). (See graph G3). That is, it does not indicate the fluctuation (the graph G2 in FIG. 8) of the amount actually supplied with respect to the supply target value G1 of the plasma medium M.
プラズマ媒質Mへレーザ光Lを照射するとプラズマ媒質Mへエネルギが提供される。従って、レーザ光Lの照射位置にあっては、レーザ光Lが照射されていない位置よりもプラズマ媒質Mの温度が上昇する。プラズマ媒質Mの温度が上昇すると、プラズマ媒質Mは融解して液体化し、その表面が光反射率の高い鏡面状態になり得る。 When the laser beam L is irradiated to the plasma medium M, energy is provided to the plasma medium M. Accordingly, the temperature of the plasma medium M is higher at the irradiation position of the laser beam L than at the position where the laser beam L is not irradiated. When the temperature of the plasma medium M rises, the plasma medium M is melted and liquefied, and the surface thereof can be in a mirror state with high light reflectance.
本実施形態のプラズマ光源1及びプラズマ光の発生方法では、光路制御部32が開口部42aに露出したプラズマ媒質Mにおけるレーザ光Lの照射位置を変更する。これにより、レーザ光Lの照射位置における温度上昇が抑制され、鏡面化したプラズマ媒質Mへレーザ光Lが照射される状態が回避される。従って、レーザ光Lをプラズマ媒質Mの一点へ照射し続けた場合と比べて、反射されるレーザ光Lの割合が低下するので、プラズマ媒質Mに吸収されるレーザ光Lのエネルギの低下が抑制される。これにより、プラズマ媒質Mに対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給が安定化されるので、プラズマ媒質Mの蒸気が安定的に生成される。このため、中心電極11と外部電極12との間にプラズマ媒質Mの蒸気を安定的に供給することができる。 In the plasma light source 1 and the plasma light generation method of the present embodiment, the optical path control unit 32 changes the irradiation position of the laser light L in the plasma medium M exposed to the opening 42a. Thereby, the temperature rise in the irradiation position of the laser beam L is suppressed, and the state in which the laser beam L is irradiated onto the mirror-finished plasma medium M is avoided. Accordingly, since the ratio of the reflected laser light L is reduced as compared with the case where the laser light L is continuously applied to one point of the plasma medium M, the reduction in the energy of the laser light L absorbed by the plasma medium M is suppressed. Is done. As a result, the supply of energy for generating ablation to the plasma medium M is stabilized, so that the vapor of the plasma medium M is stably generated. For this reason, the vapor of the plasma medium M can be stably supplied between the center electrode 11 and the external electrode 12.
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係るプラズマ光源について説明する。図9に示されるように、第2実施形態に係るプラズマ光源1Aは、プラズマ媒質供給部41Aを備える点でプラズマ光源1と相違する。プラズマ光源1Aにおけるその他の構成は、プラズマ光源1と同様であるので、重複する説明は省略する。以下、プラズマ媒質供給部41Aについて詳細に説明する。
Second Embodiment
Next, a plasma light source according to the second embodiment will be described. As shown in FIG. 9, the plasma light source 1A according to the second embodiment is different from the plasma light source 1 in that it includes a plasma medium supply unit 41A. Since the other configuration of the plasma light source 1A is the same as that of the plasma light source 1, duplicate description is omitted. Hereinafter, the plasma medium supply unit 41A will be described in detail.
図10に示されるように、プラズマ媒質供給部41Aは、プラズマ媒質保持部42と、プラズマ媒質貯留部43と、圧力供給部44と、熱媒体供給部45とに加えて、さらに温度制御部46を有する。 As shown in FIG. 10, the plasma medium supply unit 41A includes a temperature control unit 46 in addition to the plasma medium holding unit 42, the plasma medium storage unit 43, the pressure supply unit 44, and the heat medium supply unit 45. Have
温度制御部46は、開口部42aにおいて固体のプラズマ媒質Mと液体のプラズマ媒質Mとが共存するようにプラズマ媒質Mの温度を制御する。開口部42aから露出したプラズマ媒質Mの表面温度がプラズマ媒質Mの融点を大きく越えると、固体のプラズマ媒質Mが存在できなくなる。従って、プラズマ媒質Mの表面温度は、プラズマ媒質Mの融点を越えないように、すなわちプラズマ媒質Mの融点以下になるように制御される。 The temperature controller 46 controls the temperature of the plasma medium M so that the solid plasma medium M and the liquid plasma medium M coexist in the opening 42a. If the surface temperature of the plasma medium M exposed from the opening 42a greatly exceeds the melting point of the plasma medium M, the solid plasma medium M cannot exist. Therefore, the surface temperature of the plasma medium M is controlled so as not to exceed the melting point of the plasma medium M, that is, not more than the melting point of the plasma medium M.
具体的には、温度制御部46は、開口部42aにおけるプラズマ媒質Mの温度を間接的に制御する。熱媒体供給部45の外部タンク45aは、熱媒体の温度を所定の温度に保つことを既に述べた。温度制御部46は、外部タンク45aにおける熱媒体の温度を設定する。熱媒体の温度が所定の温度に設定されると、プラズマ媒質貯留部43のプラズマ媒質Mの温度は、熱媒体の温度に対応する温度に収束する。この収束温度は、プラズマ媒質Mの融点よりも2℃高く、融点よりも1℃低い範囲内の温度である。たとえば、収束温度の範囲は、179℃〜182℃である。そして、プラズマ媒質貯留部43のプラズマ媒質Mは、プラズマ媒質貯留部43からプラズマ媒質保持部42へ移動され、レーザ光Lが照射される表面Maに到達するまでに熱の授受の影響を受ける。結果的に表面Maにおけるプラズマ媒質Mは、プラズマ媒質Mの融点を僅かに下回る温度に収束する。 Specifically, the temperature control unit 46 indirectly controls the temperature of the plasma medium M in the opening 42a. As described above, the external tank 45a of the heat medium supply unit 45 maintains the temperature of the heat medium at a predetermined temperature. The temperature control unit 46 sets the temperature of the heat medium in the external tank 45a. When the temperature of the heat medium is set to a predetermined temperature, the temperature of the plasma medium M in the plasma medium storage unit 43 converges to a temperature corresponding to the temperature of the heat medium. This convergence temperature is a temperature within a range 2 ° C. higher than the melting point of the plasma medium M and 1 ° C. lower than the melting point. For example, the convergence temperature range is 179 ° C. to 182 ° C. Then, the plasma medium M in the plasma medium storage unit 43 is moved from the plasma medium storage unit 43 to the plasma medium holding unit 42 and is affected by heat transfer until reaching the surface Ma irradiated with the laser light L. As a result, the plasma medium M on the surface Ma converges to a temperature slightly below the melting point of the plasma medium M.
要するに、温度制御部46は、プラズマ媒質Mの表面温度がプラズマ媒質Mの融点を越えないように、熱媒体の温度を制御する。 In short, the temperature control unit 46 controls the temperature of the heat medium so that the surface temperature of the plasma medium M does not exceed the melting point of the plasma medium M.
なお、プラズマ媒質Mの温度を得るために、たとえば、温度取得部47がプラズマ媒質貯留部43に取り付けられもよい。温度取得部47は、プラズマ媒質Mの温度制御の便宜に応じて、別の場所に設けてもよい。たとえば、温度取得部47は、プラズマ媒質保持部42に保持されたプラズマ媒質Mの温度を得るために、プラズマ媒質保持部42に取り付けられていてもよい。また、温度取得部47は、熱交換部45bに供給される熱媒質の温度を得るために、外部タンク45aと熱交換部45bとを連結するパイプに取り付けられていてもよい。 In order to obtain the temperature of the plasma medium M, for example, the temperature acquisition unit 47 may be attached to the plasma medium storage unit 43. The temperature acquisition unit 47 may be provided in another place according to the convenience of temperature control of the plasma medium M. For example, the temperature acquisition unit 47 may be attached to the plasma medium holding unit 42 in order to obtain the temperature of the plasma medium M held by the plasma medium holding unit 42. The temperature acquisition unit 47 may be attached to a pipe connecting the external tank 45a and the heat exchange unit 45b in order to obtain the temperature of the heat medium supplied to the heat exchange unit 45b.
温度制御部46を有するプラズマ光源1Aは、図11に示されるフローにより動作する。図11において、ステップS1、S4、S5aは第1実施形態と同様である。ステップS2は、プラズマ媒質Mの温度を制御するステップS3をさらに含む。ステップS3では、温度制御部46がプラズマ媒質Mの表面温度を間接的に制御する。具体的には、プラズマ媒質貯留部43におけるプラズマ媒質Mがプラズマ媒質Mの融点よりも2℃高く、融点よりも1℃低い温度の範囲内になるように熱媒体の温度を設定する。 The plasma light source 1A having the temperature control unit 46 operates according to the flow shown in FIG. In FIG. 11, steps S1, S4, and S5a are the same as in the first embodiment. Step S2 further includes a step S3 for controlling the temperature of the plasma medium M. In step S3, the temperature control unit 46 indirectly controls the surface temperature of the plasma medium M. Specifically, the temperature of the heat medium is set so that the plasma medium M in the plasma medium reservoir 43 is in a temperature range that is 2 ° C. higher than the melting point of the plasma medium M and 1 ° C. lower than the melting point.
このプラズマ光源1Aは、プラズマ媒質Mの表面Maにおける鏡面化を抑制する第1の手段及び第2の手段を有する。第1の手段として、プラズマ光源1Aは、光路制御部32を有する。光路制御部32の姿勢制御部36によれば、プラズマ媒質Mの表面Maにおけるレーザ光Lの照射位置を制御することができる。第2の手段として、プラズマ光源1Aは、温度制御部46を有する。温度制御部46によれば、プラズマ媒質Mの温度が制御されて、開口部42aから露出したプラズマ媒質Mの表面Maが固体のプラズマ媒質Mと液体のプラズマ媒質Mとを含む状態にすることができる。 The plasma light source 1A includes first and second means for suppressing mirroring on the surface Ma of the plasma medium M. As a first means, the plasma light source 1 </ b> A has an optical path control unit 32. According to the attitude control unit 36 of the optical path control unit 32, the irradiation position of the laser light L on the surface Ma of the plasma medium M can be controlled. As a second means, the plasma light source 1 </ b> A has a temperature control unit 46. According to the temperature controller 46, the temperature of the plasma medium M is controlled so that the surface Ma of the plasma medium M exposed from the opening 42a includes the solid plasma medium M and the liquid plasma medium M. it can.
第2の手段を具体的に説明すると、本実施形態のプラズマ光源1A及びプラズマ光の発生方法は、開口部42aから露出したプラズマ媒質Mの表面温度がプラズマ媒質Mの融点以下になるように、プラズマ媒質Mの温度を制御する。この制御によれば開口部42aにおいて固体のプラズマ媒質Mと液体のプラズマ媒質Mとを共存させることができる。たとえば、固体のプラズマ媒質Mは、薄膜状を呈し、液体のプラズマ媒質M上に浮いている状態になる。このようなプラズマ媒質Mの表面にあっては、プラズマ媒質Mがすべて液体である表面と比較すると光反射率が低下する。従って、プラズマ媒質Mに照射されたレーザ光Lの反射が抑制されるので、プラズマ媒質Mに吸収されるレーザ光Lのエネルギの低下が抑制される。これにより、プラズマ媒質Mに対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給が安定化されるので、プラズマ媒質Mの蒸気が安定的に生成される。このため、中心電極11と外部電極12との間にプラズマ媒質Mの蒸気を安定的に供給することができる。 The second means will be specifically described. In the plasma light source 1A and the plasma light generation method of the present embodiment, the surface temperature of the plasma medium M exposed from the opening 42a is equal to or lower than the melting point of the plasma medium M. The temperature of the plasma medium M is controlled. According to this control, the solid plasma medium M and the liquid plasma medium M can coexist in the opening 42a. For example, the solid plasma medium M is in the form of a thin film and floats on the liquid plasma medium M. On the surface of such a plasma medium M, the light reflectance is reduced as compared with a surface in which the plasma medium M is entirely liquid. Therefore, since the reflection of the laser beam L irradiated to the plasma medium M is suppressed, the energy reduction of the laser beam L absorbed by the plasma medium M is suppressed. As a result, the supply of energy for generating ablation to the plasma medium M is stabilized, so that the vapor of the plasma medium M is stably generated. For this reason, the vapor of the plasma medium M can be stably supplied between the center electrode 11 and the external electrode 12.
上記の第1の手段及び第2の手段を有するプラズマ光源1Aは、プラズマ媒質Mの表面Maにおける鏡面化が好適に抑制されるので、中心電極11と外部電極12との間にプラズマ媒質Mの蒸気をより安定的に供給することができる。 In the plasma light source 1 </ b> A having the first means and the second means described above, since the mirror surface on the surface Ma of the plasma medium M is suitably suppressed, the plasma medium M between the center electrode 11 and the external electrode 12 is suppressed. Steam can be supplied more stably.
<実施例>
熱媒質である恒温油の温度と、プラズマ媒質Mの表面Maの状態との関係を確認した。この実施例では、プラズマ媒質Mはリチウム(融点:180.54℃)である。図12の(a)部は、恒温油の温度を185℃に設定したときのプラズマ媒質Mの表面Maを撮影した写真である。図12の(b)部は、恒温油の温度を180℃に設定したときのプラズマ媒質Mの表面Maを撮影した写真である。図12の(a)部に示されるように、185℃に設定された恒温油を提供した場合には、プラズマ媒質Mの表面Maには強い光反射領域E1が存在していることがわかった。従って、185℃に設定された恒温油を提供した場合には、プラズマ媒質Mの表面Maにおける鏡面化を抑制できないことがわかった。一方、図12の(b)部に示されるように、180℃に設定された恒温油を提供した場合には、プラズマ媒質Mの表面Maには強い光反射領域がほとんど存在せず、反射率が低い領域E2が存在することがわかった。これにより、180℃に設定された恒温油を提供した場合には、プラズマ媒質Mの表面Maにおける鏡面化を抑制できることがわかった。
<Example>
The relationship between the temperature of the constant temperature oil which is a heat medium and the state of the surface Ma of the plasma medium M was confirmed. In this embodiment, the plasma medium M is lithium (melting point: 180.54 ° C.). The (a) part of FIG. 12 is a photograph of the surface Ma of the plasma medium M when the temperature of the constant temperature oil is set to 185 ° C. (B) part of FIG. 12 is the photograph which image | photographed the surface Ma of the plasma medium M when the temperature of constant temperature oil is set to 180 degreeC. As shown in part (a) of FIG. 12, it was found that when a constant temperature oil set to 185 ° C. was provided, a strong light reflection region E1 was present on the surface Ma of the plasma medium M. . Therefore, it has been found that when the constant temperature oil set at 185 ° C. is provided, the mirror surface on the surface Ma of the plasma medium M cannot be suppressed. On the other hand, as shown in part (b) of FIG. 12, when the constant temperature oil set to 180 ° C. is provided, there is almost no strong light reflection region on the surface Ma of the plasma medium M, and the reflectance It has been found that there is a region E2 having a low. Thereby, when providing the thermostat set to 180 degreeC, it turned out that mirror surface formation in the surface Ma of the plasma medium M can be suppressed.
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
<変形例1>
例えば、図13に示されるように、媒質蒸気形成部30Aは、レーザ装置31と、光路制御部32Aと、エネルギ制御部33と、を有していてもよい。
<Modification 1>
For example, as illustrated in FIG. 13, the medium vapor forming unit 30 </ b> A may include a laser device 31, an optical path control unit 32 </ b> A, and an energy control unit 33.
エネルギ制御部33は、プラズマ媒質Mへのレーザ光Lの照射によって、プラズマ媒質Mへ供給されるエネルギを減少させる。図14に示されるように、エネルギ制御部33は、焦点制御部37を有する。焦点制御部37は、光路制御部32Aとプラズマ媒質供給部41Aとの間に配置され、プラズマ媒質Mに対してレーザ光Lの集光位置を調整する。焦点制御部37は、レンズ37aとレンズ駆動部37bとを有する。レンズ37aは、光路上において光路制御部32Aのミラー35とプラズマ媒質供給部41Aとの間に配置され、レーザ光Lを焦点位置FPに収束させる。たとえば、レンズ37aの焦点距離は、300mmである。レンズ駆動部37bは、レンズ37aをレンズ37aの光軸A2の方向に沿って往復移動させる。図16の(a)部、(b)部及び(c)部に示されるように、レンズ37aが移動すると、レンズ37aの移動に対応してレーザ光Lの焦点位置FPも光軸A2に沿って移動する。たとえば、レンズ駆動部37bは、レーザ光Lの焦点位置FPをプラズマ媒質Mの表面Maに設定する(図16の(a)部参照)。また、レンズ駆動部37bは、レーザ光Lの焦点位置FPをプラズマ媒質Mの表面Maから離れた位置に設定する(図16の(b)部及び(c)部参照)。 The energy control unit 33 reduces the energy supplied to the plasma medium M by irradiating the plasma medium M with the laser light L. As shown in FIG. 14, the energy control unit 33 includes a focus control unit 37. The focus control unit 37 is disposed between the optical path control unit 32A and the plasma medium supply unit 41A, and adjusts the condensing position of the laser light L with respect to the plasma medium M. The focus control unit 37 includes a lens 37a and a lens driving unit 37b. The lens 37a is disposed between the mirror 35 of the optical path control unit 32A and the plasma medium supply unit 41A on the optical path, and converges the laser light L to the focal position FP. For example, the focal length of the lens 37a is 300 mm. The lens driving unit 37b reciprocates the lens 37a along the direction of the optical axis A2 of the lens 37a. As shown in FIGS. 16A, 16B, and 16C, when the lens 37a is moved, the focal position FP of the laser light L is also along the optical axis A2 corresponding to the movement of the lens 37a. Move. For example, the lens driving unit 37b sets the focal position FP of the laser light L to the surface Ma of the plasma medium M (see the part (a) in FIG. 16). In addition, the lens driving unit 37b sets the focal position FP of the laser light L to a position away from the surface Ma of the plasma medium M (see the parts (b) and (c) in FIG. 16).
なお、エネルギ制御部33は、必要に応じてレーザ装置31に接続される光強度制御部39(図13参照)を有していてもよい。光強度制御部39は、レーザ装置31から出射されるレーザ光Lの光強度を制御する。 In addition, the energy control part 33 may have the light intensity control part 39 (refer FIG. 13) connected to the laser apparatus 31 as needed. The light intensity control unit 39 controls the light intensity of the laser light L emitted from the laser device 31.
エネルギ制御部33を有するプラズマ光源1Bは、図15に示されるフローにより動作する。図15において、ステップS1、S4、S5aは第1実施形態と同様である。ステップS3は、第2実施形態と同様である。ステップS5は、ステップS5aに加えて、さらにステップS5bを含む。ステップS5bは、焦点位置FPを制御する。プラズマ媒質Mの表面Maの鏡面化が進行していると判断されたとき、レンズ駆動部37bが駆動されてレーザ光Lの焦点位置FPがプラズマ媒質Mの表面Maから離間した位置(たとえば、図16の(b)部参照)に設定される。すなわち、ステップS5bは、プラズマ媒質Mの表面Maの状態に応じて、必要なときに実行される。ステップS5bの実行は、たとえば、プラズマ媒質Mの表面Maの画像に基づいて判断されてもよいし、チャンバ2内におけるプラズマ媒質Mのスペクトルに基づいて判断されてもよい。 The plasma light source 1B having the energy control unit 33 operates according to the flow shown in FIG. In FIG. 15, steps S1, S4, and S5a are the same as in the first embodiment. Step S3 is the same as in the second embodiment. Step S5 further includes step S5b in addition to step S5a. Step S5b controls the focal position FP. When it is determined that the surface Ma of the plasma medium M is being mirror-finished, the lens driving unit 37b is driven, and the focal position FP of the laser light L is separated from the surface Ma of the plasma medium M (for example, FIG. 16 (see part (b)). That is, step S5b is executed when necessary according to the state of the surface Ma of the plasma medium M. Execution of step S5b may be determined based on, for example, an image of the surface Ma of the plasma medium M, or may be determined based on the spectrum of the plasma medium M in the chamber 2.
このプラズマ光源1Bは、プラズマ媒質Mの表面Maにおける鏡面化を抑制する第1の手段、第2の手段及び第3の手段を有する。第1の手段として、プラズマ光源1Bは、光路制御部32Aを有する。光路制御部32Aの姿勢制御部36によれば、プラズマ媒質Mの表面Maにおけるレーザ光Lの照射位置を制御することができる。第2の手段として、プラズマ光源1Bは、温度制御部46を有する。温度制御部46によれば、プラズマ媒質Mの温度が制御されて、開口部42aから露出したプラズマ媒質Mの表面Maが固体のプラズマ媒質Mと液体のプラズマ媒質Mとを含む状態にすることができる。第3の手段として、プラズマ光源1Bは、エネルギ制御部33を有する。エネルギ制御部33の焦点制御部37によれば、レーザ光Lの焦点位置FPを制御することができる。 The plasma light source 1B includes first means, second means, and third means for suppressing mirroring on the surface Ma of the plasma medium M. As a first means, the plasma light source 1B has an optical path control unit 32A. According to the attitude control unit 36 of the optical path control unit 32A, the irradiation position of the laser light L on the surface Ma of the plasma medium M can be controlled. As a second means, the plasma light source 1 </ b> B has a temperature control unit 46. According to the temperature controller 46, the temperature of the plasma medium M is controlled so that the surface Ma of the plasma medium M exposed from the opening 42a includes the solid plasma medium M and the liquid plasma medium M. it can. As a third means, the plasma light source 1 </ b> B has an energy control unit 33. The focus control unit 37 of the energy control unit 33 can control the focus position FP of the laser light L.
第3の手段を具体的に説明すると、本実施形態のプラズマ光源1B及びプラズマ光の発生方法では、エネルギ制御部33をなす焦点制御部37がレーザ光Lの焦点位置FP、すなわち集光位置を制御する。焦点制御部37は、レーザ光Lの焦点位置FPをプラズマ媒質Mの表面Maに調整する(図16の(a)部参照)。レーザ光Lの焦点位置FPをプラズマ媒質Mの表面Maに調整した状態でレーザ光Lの照射を継続すると、照射位置におけるプラズマ媒質Mの表面Maの温度が上昇し、鏡面化が進行する。この場合に、焦点制御部37は、レーザ光Lの焦点位置FPをプラズマ媒質Mの表面Maから離間した位置に調整する(図16の(b)部及び(c)部参照)。そうすると、プラズマ媒質Mの表面Ma上ではレーザ光Lの焦点が合っていないので、照射位置におけるレーザ光Lのエネルギ密度が低下する。従って、プラズマ媒質Mへのエネルギの供給が抑制されるので、プラズマ媒質Mの表面Maにおける温度上昇が抑制される。よって、プラズマ媒質Mの表面Maの鏡面化が抑制されるので、レーザ光Lの反射が抑制される。このため、プラズマ媒質Mに吸収されるレーザ光Lのエネルギの低下が抑制される。従って、プラズマ媒質Mに対してアブレーションを発生させるためのエネルギの供給が安定化されるので、プラズマ媒質Mの蒸気が安定的に生成される。このため、中心電極11と外部電極12との間にプラズマ媒質Mの蒸気を安定的に供給することができる。 The third means will be specifically described. In the plasma light source 1B and the plasma light generation method of the present embodiment, the focus control unit 37 constituting the energy control unit 33 determines the focus position FP of the laser light L, that is, the condensing position. Control. The focus control unit 37 adjusts the focus position FP of the laser light L to the surface Ma of the plasma medium M (see the part (a) in FIG. 16). When the irradiation of the laser beam L is continued in a state where the focal position FP of the laser beam L is adjusted to the surface Ma of the plasma medium M, the temperature of the surface Ma of the plasma medium M at the irradiation position increases, and the mirror surface progresses. In this case, the focus control unit 37 adjusts the focus position FP of the laser light L to a position separated from the surface Ma of the plasma medium M (see the parts (b) and (c) in FIG. 16). Then, since the laser beam L is not focused on the surface Ma of the plasma medium M, the energy density of the laser beam L at the irradiation position decreases. Accordingly, since the supply of energy to the plasma medium M is suppressed, the temperature rise on the surface Ma of the plasma medium M is suppressed. Therefore, since the mirror surface of the surface Ma of the plasma medium M is suppressed, the reflection of the laser light L is suppressed. For this reason, the fall of the energy of the laser beam L absorbed by the plasma medium M is suppressed. Accordingly, since the supply of energy for generating ablation with respect to the plasma medium M is stabilized, the vapor of the plasma medium M is stably generated. For this reason, the vapor of the plasma medium M can be stably supplied between the center electrode 11 and the external electrode 12.
上記の第1の手段、第2の手段、及び第3の手段を有するプラズマ光源1Bは、プラズマ媒質Mの表面Maにおける鏡面化が好適に抑制されるので、中心電極11と外部電極12との間にプラズマ媒質Mの蒸気をより安定的に供給することができる。 In the plasma light source 1B having the first means, the second means, and the third means, the mirror surface on the surface Ma of the plasma medium M is preferably suppressed, so that the center electrode 11 and the external electrode 12 In the meantime, the vapor of the plasma medium M can be supplied more stably.
<変形例2>
また、プラズマ光源1では、プラズマ媒質供給部41が中心電極11に設けられていた。プラズマ媒質供給部41は、中心電極11に設けられていなくてもよい。
<Modification 2>
In the plasma light source 1, the plasma medium supply unit 41 is provided in the center electrode 11. The plasma medium supply unit 41 may not be provided on the center electrode 11.
図17に示されるように、変形例に係るプラズマ光源1Cは、1個の同軸状電極10Aに対して2個のプラズマ媒質供給部41Bを有する。なお、プラズマ媒質供給部41Bの個数は2個に限定されず、同軸状電極10Aの大きさや形状などに応じて適宜設定され得る。一対のプラズマ媒質供給部41Bは、同軸状電極10Aの周囲に配置されている。具体的には、一対のプラズマ媒質供給部41Bは、軸線Aのまわりに180度の間隔をもって配置されている。換言すると、一対のプラズマ媒質供給部41Bは、軸線Aに対して点対称に配置されている。また、一対のプラズマ媒質供給部41Bは、軸線Aからの距離が互いに等しい位置に配置されている。さらに、一対のプラズマ媒質供給部41Bは、軸線Aを中心とする仮想的な円周線上に等間隔に配置されている。また、プラズマ媒質供給部41Bは、軸線Aの方向においては、中心電極11Aの先端から絶縁体13の間に配置されている。 As shown in FIG. 17, the plasma light source 1C according to the modified example has two plasma medium supply parts 41B for one coaxial electrode 10A. The number of plasma medium supply parts 41B is not limited to two, and can be set as appropriate according to the size and shape of the coaxial electrode 10A. The pair of plasma medium supply parts 41B is disposed around the coaxial electrode 10A. Specifically, the pair of plasma medium supply units 41B are arranged around the axis A with an interval of 180 degrees. In other words, the pair of plasma medium supply parts 41 </ b> B are arranged point-symmetrically with respect to the axis A. Further, the pair of plasma medium supply parts 41B are arranged at positions where the distances from the axis A are equal to each other. Further, the pair of plasma medium supply parts 41 </ b> B are arranged at equal intervals on a virtual circumferential line centering on the axis A. In addition, the plasma medium supply unit 41B is disposed between the tip of the center electrode 11A and the insulator 13 in the direction of the axis A.
プラズマ媒質供給部41Bが配置された位置について詳細に説明する。プラズマ媒質供給部41Bは、中心電極11A及び外部電極12と物理的に接触していない。まず、軸線Aに直交する仮想平面を規定する。図17は、この仮想平面における同軸状電極10Aの端面を示す。6本の外部電極12は、それぞれ軸線Bを有する。そして、互いに隣り合う外部電極12の軸線Bを通る仮想線B2を規定する。そうすると、同軸状電極10Aでは、6本の仮想線B2が規定され、これら6本の仮想線B2に囲まれた六角形状の領域BSが規定されている。中心電極11Aは、この領域BSの中心に配置される。一方、プラズマ媒質供給部41Bは、この領域BSの外側に配置されている。要するに、プラズマ媒質供給部41Bは、すべての外部電極12を含むと共に中心電極11Aを囲む閉じた領域BSの外側に配置される。プラズマ媒質供給部41Bと中心電極11Aとは、仮想線B2を挟んで配置されるとも言える。 The position where the plasma medium supply unit 41B is disposed will be described in detail. The plasma medium supply unit 41B is not in physical contact with the center electrode 11A and the external electrode 12. First, a virtual plane orthogonal to the axis A is defined. FIG. 17 shows the end face of the coaxial electrode 10A in this virtual plane. Each of the six external electrodes 12 has an axis B. Then, an imaginary line B2 passing through the axis B of the adjacent external electrodes 12 is defined. Then, in the coaxial electrode 10A, six virtual lines B2 are defined, and a hexagonal region BS surrounded by these six virtual lines B2 is defined. The center electrode 11A is disposed at the center of this region BS. On the other hand, the plasma medium supply unit 41B is disposed outside the region BS. In short, the plasma medium supply unit 41B is disposed outside the closed region BS including all the external electrodes 12 and surrounding the center electrode 11A. It can be said that the plasma medium supply unit 41B and the center electrode 11A are arranged with the virtual line B2 interposed therebetween.
ここで、動作中のプラズマ光源1Cにおける電気的な状態を説明する。図18は、中心電極11Aの極性を正にする場合の、同軸状電極10Aと電圧印加装置20とにより形成される電流経路Kを示している。図18に示されるように、電流経路Kは、コンデンサ26aの正極側から電気回路を通じて中心電極11Aに至る。ここで、中心電極11Aと外部電極12とは物理的に離間しているが、動作時においては、中心電極11Aと外部電極12との間に媒質蒸気Vが存在するので、面状放電6が発生する。従って、電流は、媒質蒸気Vを介して中心電極11Aから外部電極12へ至る。そして、外部電極12から電気回路を通じてコンデンサ26aの負極側に至る。 Here, the electrical state in the plasma light source 1C in operation will be described. FIG. 18 shows a current path K formed by the coaxial electrode 10A and the voltage application device 20 when the polarity of the center electrode 11A is positive. As shown in FIG. 18, the current path K reaches the center electrode 11A from the positive electrode side of the capacitor 26a through the electric circuit. Here, although the center electrode 11A and the external electrode 12 are physically separated from each other, during operation, the medium vapor V exists between the center electrode 11A and the external electrode 12, so that the sheet discharge 6 is generated. Occur. Therefore, the current reaches the external electrode 12 from the central electrode 11A via the medium vapor V. Then, the external electrode 12 reaches the negative electrode side of the capacitor 26a through an electric circuit.
プラズマ媒質供給部41Bは、電圧印加装置20と同軸状電極10Aとにより形成される電流経路Kに組み込まれていない。また、プラズマ光の発生時に同軸状電極10Aを流れる電流は、プラズマ媒質供給部41Bには流れない。すなわち、プラズマ媒質供給部41Bは、この電流経路Kに対して、電気的に絶縁されている。 The plasma medium supply unit 41B is not incorporated in the current path K formed by the voltage application device 20 and the coaxial electrode 10A. Further, the current flowing through the coaxial electrode 10A when plasma light is generated does not flow into the plasma medium supply unit 41B. That is, the plasma medium supply unit 41B is electrically insulated from the current path K.
プラズマ媒質供給部41Bは、電流経路Kから電気的に切り離されていればよい。電流経路Kから電気的に切り離されたプラズマ媒質供給部41Bは、電気的に接地されていてもよい。この電気的構成によれば、プラズマ媒質Mの帯電が防止される。また、この電気的構成によれば、中心電極11Aや外部電極12の高電圧に影響されずプラズマ媒質Mの電位を一定にすることが可能となる。 The plasma medium supply unit 41B only needs to be electrically disconnected from the current path K. The plasma medium supply unit 41B that is electrically disconnected from the current path K may be electrically grounded. According to this electrical configuration, charging of the plasma medium M is prevented. Further, according to this electrical configuration, the potential of the plasma medium M can be made constant without being affected by the high voltages of the center electrode 11A and the external electrode 12.
また、電流経路Kから電気的に切り離されたプラズマ媒質供給部41Bは、所定の電位に接続されてもよい。具体的には、プラズマ媒質Mを保持するプラズマ媒質保持部42Bを金属などの導電性素材により形成し、プラズマ媒質保持部42Bに電位を与える。たとえば、比較的低い電位に接続された構成によれば、プラズマ媒質Mの電位を積極的に安定化させることができる。また、プラズマ媒質Mのイオン化が促進される。このイオン化したプラズマ媒質Mは中性ガスよりも放電のトリガとなりやすい。一例として、プラズマ媒質Mをリチウムとして、当該プラズマ媒質Mに正の電位を印加すると、レーザアブレーションにより一部のリチウムはリチウムイオン(正イオン)として浮遊する。放電空間に到達した正イオンは、中性ガスよりも放電トリガとなり易い。 Further, the plasma medium supply unit 41B electrically disconnected from the current path K may be connected to a predetermined potential. Specifically, the plasma medium holding unit 42B that holds the plasma medium M is formed of a conductive material such as metal, and a potential is applied to the plasma medium holding unit 42B. For example, according to the configuration connected to a relatively low potential, the potential of the plasma medium M can be positively stabilized. In addition, ionization of the plasma medium M is promoted. This ionized plasma medium M is more likely to trigger a discharge than a neutral gas. As an example, when the plasma medium M is lithium and a positive potential is applied to the plasma medium M, a part of lithium floats as lithium ions (positive ions) by laser ablation. The positive ions that have reached the discharge space are more likely to be a discharge trigger than the neutral gas.
なお、また、プラズマ媒質供給部41Bは、電流経路Kから電気的に切り離されていれば、電気的に浮いた状態であってもよい。 In addition, as long as the plasma medium supply unit 41B is electrically disconnected from the current path K, the plasma medium supply unit 41B may be in an electrically floating state.
このプラズマ光源1Cは、動作時において中心電極11Aと外部電極12との間に媒質蒸気Vが供給される。この媒質蒸気Vは、中心電極11Aと外部電極12との間に放電を誘発する。中心電極11Aと外部電極12との間に面状放電6が生じると、中心電極11Aと媒質蒸気Vと外部電極12とを介する電流経路Kが形成される。ここで、プラズマ媒質供給部41Bは、当該電流経路Kから電気的に絶縁されているので、電流経路Kを流れる電流は、プラズマ媒質供給部41Bを経由することがない。導体に電流が流れるとジュール熱が生じるが、プラズマ媒質供給部41Bには電流が流れないので、ジュール熱が発生することもない。従って、プラズマ媒質Mの温度上昇が抑制されてプラズマ媒質Mの状態が安定化するので、プラズマ媒質Mのアブレーションを安定的に生じさせることが可能となる。これにより、中心電極11Aと外部電極12との間にプラズマ媒質Mの蒸気を安定的に供給することができる。 In the plasma light source 1C, medium vapor V is supplied between the center electrode 11A and the external electrode 12 during operation. This medium vapor V induces a discharge between the center electrode 11A and the external electrode 12. When the planar discharge 6 is generated between the center electrode 11A and the external electrode 12, a current path K is formed through the center electrode 11A, the medium vapor V, and the external electrode 12. Here, since the plasma medium supply unit 41B is electrically insulated from the current path K, the current flowing through the current path K does not pass through the plasma medium supply unit 41B. When current flows through the conductor, Joule heat is generated, but since no current flows through the plasma medium supply unit 41B, Joule heat is not generated. Accordingly, since the temperature rise of the plasma medium M is suppressed and the state of the plasma medium M is stabilized, it is possible to stably cause the ablation of the plasma medium M. As a result, the vapor of the plasma medium M can be stably supplied between the center electrode 11A and the external electrode 12.
プラズマ媒質供給部41Bが中心電極11A及び外部電極12上に配置されていないので、プラズマを発生させるための充放電と切り離すことが可能になる。従って、高電圧及び高電流が印加される中心電極11Aと外部電極12との間に、連続的かつ安定的にプラズマ媒質Mを供給することができる。 Since the plasma medium supply unit 41B is not disposed on the center electrode 11A and the external electrode 12, it can be separated from charge / discharge for generating plasma. Therefore, the plasma medium M can be continuously and stably supplied between the center electrode 11A and the external electrode 12 to which a high voltage and a high current are applied.
中心電極11A及び外部電極12はプラズマからの入熱によって温度が高くなる場合がある。しかし、本実施形態のプラズマ光源1Cでは、プラズマ媒質供給部41Bが中心電極11A及び外部電極12上に配置されていないので、中心電極11A及び外部電極12の温度の影響を抑制し、プラズマ媒質Mを一定の状態に保つことが容易に行える。このため、プラズマ媒質Mが過剰に加熱されて意図しない蒸発が発生することを抑制できる。基本的にEUV光は真空中で扱う必要がある。プラズマ光源1Cによれば、意図しない蒸発が抑制されるので、チャンバ2の内部を所定の圧力に容易に保つことが可能になるので、放電空間の圧力環境を維持することができる。 The temperature of the center electrode 11A and the external electrode 12 may increase due to heat input from the plasma. However, in the plasma light source 1C of the present embodiment, since the plasma medium supply unit 41B is not disposed on the center electrode 11A and the external electrode 12, the influence of the temperature of the center electrode 11A and the external electrode 12 is suppressed, and the plasma medium M Can be easily maintained in a certain state. For this reason, it is possible to prevent the plasma medium M from being excessively heated and causing unintended evaporation. Basically, EUV light must be handled in a vacuum. According to the plasma light source 1 </ b> C, unintended evaporation is suppressed, so that the inside of the chamber 2 can be easily maintained at a predetermined pressure, so that the pressure environment of the discharge space can be maintained.
要するに、プラズマ光源1Cでは、プラズマ媒質Mが電流経路Kから電気的に切り離されるため,高電圧・高電流の環境から解放される。従ってプラズマ媒質Mが放電等によって流動したり飛散したりするような状況が回避される。そして、プラズマ光源1Cによれば、連続的でより安定的な供給が容易となる。またプラズマ光源1Cでは、プラズマ媒質Mが高温になる中心電極11A及び外部電極12からも物理的に切り離される。従って、プラズマ媒質Mの温度上昇も抑制されるので、プラズマ媒質Mを中心電極11A及び外部電極12とは別に温度を制御することも可能となる。このため、プラズマ媒質Mの蒸気圧を一定に保つことが容易となる。 In short, in the plasma light source 1C, since the plasma medium M is electrically disconnected from the current path K, it is released from a high voltage / high current environment. Accordingly, a situation where the plasma medium M flows or scatters due to discharge or the like is avoided. The plasma light source 1C facilitates continuous and more stable supply. In the plasma light source 1C, the plasma medium M is also physically separated from the central electrode 11A and the external electrode 12 where the temperature is high. Accordingly, since the temperature rise of the plasma medium M is also suppressed, the temperature of the plasma medium M can be controlled separately from the center electrode 11A and the external electrode 12. For this reason, it becomes easy to keep the vapor pressure of the plasma medium M constant.
以上のように、プラズマ光源1Cでは、プラズマ媒質Mが電気的な影響から解放され、プラズマ媒質Mの供給方法や温度制御が容易になり、放電空間への媒質供給が制御しやすくなり、プラズマ媒質Mを電気的に安定にでき、プラズマ媒質Mのイオン化を促進できる。ひいては、プラズマ光源1Cとしての出力の安定性や発光強度を向上させることができる。また、中心電極11A及び外部電極12は、プラズマ媒質Mの温度の制約に縛られることなく、冷却機能のスペックを緩和できる。 As described above, in the plasma light source 1C, the plasma medium M is released from the electrical influence, the supply method and temperature control of the plasma medium M are facilitated, and the medium supply to the discharge space is easily controlled. M can be stabilized electrically, and ionization of the plasma medium M can be promoted. As a result, it is possible to improve the output stability and emission intensity of the plasma light source 1C. Further, the specifications of the cooling function of the center electrode 11A and the external electrode 12 can be relaxed without being restricted by the temperature restriction of the plasma medium M.
また、プラズマ光源1Cでは、プラズマ媒質Mの蒸気を発生させる位置と、プラズマ7を生じさせる位置とが異なっている。この構成によれば、プラズマ7から発生されるEUV光がプラズマ媒質Mの蒸気に妨げられることがない。従って、EUV光を効率よく出射させることができる。 In the plasma light source 1C, the position where the vapor of the plasma medium M is generated is different from the position where the plasma 7 is generated. According to this configuration, EUV light generated from the plasma 7 is not hindered by the vapor of the plasma medium M. Therefore, EUV light can be emitted efficiently.
<変形例3>
図19に示されるように、プラズマ光源1Dは、リミッタ50(供給制御部)をさらに備えていてもよい。リミッタ50は、媒質蒸気Vが拡散する方向や媒質蒸気Vの供給量を制御する。リミッタ50は、プラズマ媒質供給部41Bと同軸状電極10Aとの間に配置される。リミッタ50は、板状の本体51(遮蔽部)と、本体51に設けられた光透過部52と、貫通孔53と、を有する。光透過部52は、貫通孔であってもよいし、ガラス等のレーザ光に対して透明な部材であってもよい。レーザ光Lは、光透過部52を介してプラズマ媒質Mに照射される。レーザ光Lが照射されたプラズマ媒質Mはアブレーションを生じて媒質蒸気Vが発生される。媒質蒸気Vは、プラズマ媒質Mの周囲に放射状に拡散する。そして、一部の媒質蒸気Vは、リミッタ50の本体51に遮られ、同軸状電極10Aに到達しない。別の媒質蒸気Vは、貫通孔53を通過して同軸状電極10Aに到達する。すなわち、媒質蒸気Vの拡散に方向性をもたせることが可能になるので、放電空間の所望位置に媒質蒸気Vを供給できる。従って、軸線Aの方向へのプラズマの拡散を抑制することができ、放電開始位置を所望の範囲に限定することができる。外部電極12の軸線Aの方向における放電位置が揃うと、プラズマの収束が向上して高温且つ高密度のプラズマを形成することができる。
<Modification 3>
As illustrated in FIG. 19, the plasma light source 1 </ b> D may further include a limiter 50 (supply control unit). The limiter 50 controls the direction in which the medium vapor V diffuses and the supply amount of the medium vapor V. The limiter 50 is disposed between the plasma medium supply unit 41B and the coaxial electrode 10A. The limiter 50 includes a plate-shaped main body 51 (shielding portion), a light transmission portion 52 provided in the main body 51, and a through hole 53. The light transmission part 52 may be a through hole or a transparent member with respect to laser light such as glass. The laser beam L is applied to the plasma medium M through the light transmission part 52. The plasma medium M irradiated with the laser light L is ablated and a medium vapor V is generated. The medium vapor V diffuses radially around the plasma medium M. A part of the medium vapor V is blocked by the main body 51 of the limiter 50 and does not reach the coaxial electrode 10A. Another medium vapor V passes through the through-hole 53 and reaches the coaxial electrode 10A. That is, since it becomes possible to give directionality to the diffusion of the medium vapor V, the medium vapor V can be supplied to a desired position in the discharge space. Therefore, plasma diffusion in the direction of the axis A can be suppressed, and the discharge start position can be limited to a desired range. When the discharge positions in the direction of the axis A of the external electrode 12 are aligned, plasma convergence is improved and high-temperature and high-density plasma can be formed.
1,1A,1B,1C,1D プラズマ光源
2 チャンバ
3 排気管
6 面状放電
7 プラズマ
9 プラズマ光
10,10A 同軸状電極
11,11A 中心電極
11a 端面
11b 側面
12 外部電極
13 絶縁体
20 電圧印加装置
21 第1高圧電源
22 第2高圧電源
26 エネルギ蓄積回路
26a コンデンサ
28 放電電流阻止回路
28a インダクタ
30,30A 媒質蒸気形成部
31 レーザ装置
32,32A 光路制御部
33 エネルギ制御部
34 ビームスプリッタ
37 焦点制御部
37a レンズ
37b レンズ駆動部
39 光強度制御部
35 ミラー
36 姿勢制御部
41,41A,41B プラズマ媒質供給部
42,42B プラズマ媒質保持部
42a 開口部
43 プラズマ媒質貯留部
44 圧力供給部
45 熱媒体供給部
45a 外部タンク
45b 熱交換部
46 温度制御部
47 温度取得部
50 リミッタ
51 本体
52 光透過部
53 貫通孔
A 軸線
B 軸線
B2 仮想線
BS 領域
L レーザ光
P 中央面
K 電流経路
R 軌跡
V 媒質蒸気
1, 1A, 1B, 1C, 1D Plasma light source 2 Chamber 3 Exhaust pipe 6 Surface discharge 7 Plasma 9 Plasma light 10, 10A Coaxial electrode 11, 11A Center electrode 11a End surface 11b Side surface 12 External electrode 13 Insulator 20 Voltage application device 21 First High Voltage Power Supply 22 Second High Voltage Power Supply 26 Energy Storage Circuit 26a Capacitor 28 Discharge Current Blocking Circuit 28a Inductor 30, 30A Medium Vapor Forming Unit 31 Laser Device 32, 32A Optical Path Control Unit 33 Energy Control Unit 34 Beam Splitter 37 Focus Control Unit 37a Lens 37b Lens drive unit 39 Light intensity control unit 35 Mirror 36 Attitude control unit 41, 41A, 41B Plasma medium supply unit 42, 42B Plasma medium holding unit 42a Opening 43 Plasma medium storage unit 44 Pressure supply unit 45 Heat medium supply unit 45a External tank 45b Heat exchange part 4 Temperature control unit 47 the temperature acquiring unit 50 the limiter 51 body 52 the light transmitting portion 53 through hole A axis B axis B2 imaginary line BS region L laser beam P center plane K current path R locus V medium vapor
Claims (9)
前記プラズマを発生させるためのプラズマ媒質を供給するプラズマ媒質供給部と、
前記プラズマ媒質にレーザ光を照射する媒質蒸気形成部と、を備え、
前記媒質蒸気形成部は、
前記レーザ光を発生させるレーザ装置と、
前記レーザ光の光路上に配置され、前記プラズマ媒質における前記レーザ光の照射位置を変更する光路制御部と、を有する、プラズマ光源。 An axial electrode is disposed so as to face each other, and has a central electrode and an external electrode disposed so as to be separated from the central electrode, and an insulator that insulates the central electrode from the external electrode, and emits extreme ultraviolet light. A pair of coaxial electrodes for generating radiating plasma and confining said plasma;
A plasma medium supply unit for supplying a plasma medium for generating the plasma;
A medium vapor forming unit that irradiates the plasma medium with laser light, and
The medium vapor forming part is
A laser device for generating the laser beam;
An optical path control unit disposed on the optical path of the laser light and changing an irradiation position of the laser light in the plasma medium.
前記光路制御部は、前記開口部から露出された前記プラズマ媒質の表面上を前記レーザ光が走査するように前記光路を制御する、請求項1に記載のプラズマ光源。 The plasma medium supply unit includes an opening, and includes a plasma medium holding unit that holds the plasma medium so that the plasma medium is exposed from the opening.
The plasma light source according to claim 1, wherein the optical path control unit controls the optical path so that the laser beam scans the surface of the plasma medium exposed from the opening.
前記光路上に配置され、前記レーザ光を反射する光反射部と、
前記光反射部に入射する前記レーザ光に対する前記光反射部の姿勢を変更することにより、前記光反射部によって反射した前記レーザ光の光路の向きを変更する姿勢制御部と、
を有する、請求項1又は2に記載のプラズマ光源。 The optical path control unit is
A light reflecting portion arranged on the optical path and reflecting the laser beam;
An attitude control unit that changes the orientation of the optical path of the laser beam reflected by the light reflecting unit by changing the attitude of the light reflecting unit with respect to the laser light incident on the light reflecting unit;
The plasma light source according to claim 1, comprising:
前記プラズマ媒質供給部の開口部は、前記中心電極の外周面に設けられる、請求項1〜3の何れか一項に記載のプラズマ光源。 The plasma medium supply unit is provided on the center electrode,
The plasma light source according to any one of claims 1 to 3, wherein the opening of the plasma medium supply unit is provided on an outer peripheral surface of the center electrode.
開口部を含み、前記開口部から前記プラズマ媒質が露出するように前記プラズマ媒質を保持するプラズマ媒質保持部と、
前記プラズマ媒質を貯留すると共に、前記プラズマ媒質保持部に前記プラズマ媒質を提供するプラズマ媒質貯留部と、
前記プラズマ媒質の温度を制御する温度制御部と、を有し、
前記温度制御部は、前記開口部から露出した前記プラズマ媒質の表面温度が前記プラズマ媒質の融点以下になるように、前記プラズマ媒質の温度を制御する、請求項1〜5の何れか一項に記載のプラズマ光源。 The plasma medium supply unit includes:
A plasma medium holding unit that includes an opening, and holds the plasma medium such that the plasma medium is exposed from the opening;
A plasma medium storage unit that stores the plasma medium and provides the plasma medium to the plasma medium holding unit;
A temperature control unit for controlling the temperature of the plasma medium,
6. The temperature control unit according to claim 1, wherein the temperature control unit controls the temperature of the plasma medium so that a surface temperature of the plasma medium exposed from the opening is equal to or lower than a melting point of the plasma medium. The plasma light source described.
前記プラズマを発生させるためのプラズマ媒質の蒸気を前記中心電極と前記外部電極との間に供給するステップと、を有し、
前記プラズマ媒質の蒸気を前記中心電極と前記外部電極との間に供給するステップは、
前記プラズマ媒質にレーザ光を照射するステップを含み、
前記レーザ光を照射するステップでは、前記プラズマ媒質における前記レーザ光の照射位置を変更しながら、前記プラズマ媒質にレーザ光を照射する、プラズマ光の発生方法。 An axial electrode is disposed so as to face each other, and has a central electrode, an external electrode disposed so as to be separated from the central electrode, and the central electrode, and generates plasma that emits extreme ultraviolet light and emits the plasma. Applying a voltage between the central electrode and the external electrode in a pair of coaxial electrodes to be confined;
Supplying a vapor of a plasma medium for generating the plasma between the central electrode and the external electrode,
Supplying the vapor of the plasma medium between the central electrode and the external electrode,
Irradiating the plasma medium with laser light,
In the step of irradiating the laser beam, the plasma medium is irradiated with the laser beam while changing the irradiation position of the laser beam in the plasma medium.
前記プラズマ媒質を温度制御するステップと、
開口部から前記プラズマ媒質が露出するように前記プラズマ媒質を保持するプラズマ媒質保持部に、前記プラズマ媒質を供給するステップと、
前記開口部から露出した前記プラズマ媒質にレーザ光を照射するステップと、をさらに含み、
前記温度制御するステップでは、前記開口部から露出した前記プラズマ媒質の表面温度が前記プラズマ媒質の融点以下になるように、前記プラズマ媒質の温度を制御する、請求項7に記載のプラズマ光の発生方法。 Supplying the vapor of the plasma medium between the central electrode and the external electrode,
Controlling the temperature of the plasma medium;
Supplying the plasma medium to a plasma medium holding unit that holds the plasma medium so that the plasma medium is exposed from the opening;
Irradiating the plasma medium exposed from the opening with a laser beam, and
8. The generation of plasma light according to claim 7, wherein in the step of controlling the temperature, the temperature of the plasma medium is controlled so that the surface temperature of the plasma medium exposed from the opening is equal to or lower than the melting point of the plasma medium. Method.
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