JP5849746B2 - Plasma light source - Google Patents
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Description
本発明は、極端紫外光を生成するプラズマ光源に関する。 The present invention relates to a plasma light source that generates extreme ultraviolet light.
プロセスルールを決定する一要因であるフォトリソグラフィは、半導体回路の微細化を進める上で極めて重要な技術である。現在、ArFエキシマレーザー(波長193nm)と液浸技術を組み合わせることで45nm程度のプロセスルールが得られているが、更なる微細化に対応するためには更に波長の短い光が必要である。このような状況の中、上記レーザー光よりも短い光を生成する次世代のフォトリソグラフィ用光源として、極端紫外(EUV)光源(軟X線源とも称される)が最も有力視されている。 Photolithography, which is one factor that determines a process rule, is an extremely important technique for further miniaturization of semiconductor circuits. Currently, a process rule of about 45 nm is obtained by combining an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) with a liquid immersion technique, but light with a shorter wavelength is required to cope with further miniaturization. Under such circumstances, an extreme ultraviolet (EUV) light source (also referred to as a soft X-ray source) is most promising as a next-generation photolithography light source that generates light shorter than the laser light.
極端紫外光の生成方式として、高エネルギー密度プラズマを利用したものがある。この方式では、プラズマ光源において高温プラズマを生成し、その輻射光として放射される極端紫外光を露光に用いる。高温プラズマは主に、パルスレーザーの照射を用いるレーザー生成プラズマ(LPP:Laser Produced Plasma)方式、又はパルス放電を用いる放電プラズマ(DPP:Discharge Produced Plasma)方式によって生成される。なお、上記方式の何れにおいても、生成される光はパルス光である。 As a method for generating extreme ultraviolet light, there is a method using high energy density plasma. In this method, high-temperature plasma is generated in a plasma light source, and extreme ultraviolet light emitted as radiation is used for exposure. The high-temperature plasma is mainly generated by a laser generated plasma (LPP) method using pulsed laser irradiation or a discharge plasma (DPP) method using pulse discharge. In any of the above methods, the generated light is pulsed light.
特許文献1は、本願の発明者によって創案されたプラズマ光源及びプラズマ光発生方法を開示している。同文献のプラズマ光源は、対称面に対して対向配置された一対の同軸状電極を備えている。各同軸状電極は、中心電極と、ガイド電極と、絶縁部材とから構成され、両者の同軸状電極の中心軸が同一線上に位置している。ガイド電極は中心電極の周りを囲む円筒電極であり、ガイド電極と中心電極とによって同軸構造が形成される。絶縁部材は、中心電極とガイド電極の間で、且つ対称面から離れた場所に位置し、中心電極及びガイド電極の位置を規定すると共に、両者を支持している。絶縁部材の表面には後述のプラズマ媒体になるLiなどの金属が蒸着されている。 Patent Document 1 discloses a plasma light source and a plasma light generation method created by the inventors of the present application. The plasma light source of the same document includes a pair of coaxial electrodes disposed to face a symmetry plane. Each coaxial electrode is composed of a central electrode, a guide electrode, and an insulating member, and the central axes of the coaxial electrodes are located on the same line. The guide electrode is a cylindrical electrode surrounding the center electrode, and a coaxial structure is formed by the guide electrode and the center electrode. The insulating member is located between the center electrode and the guide electrode and at a position away from the symmetry plane, defines the positions of the center electrode and the guide electrode, and supports both. On the surface of the insulating member, a metal such as Li that becomes a plasma medium described later is deposited.
一対の同軸状電極には、互いに極性を反転させた高電圧パルスを印加する。この高電圧パルスの印加によって、各同軸状電極の中心電極とガイド電極の間には面状の放電電流(面状放電)が発生する。面状放電は、自己磁場による力を受け、対称面に向かって移動する。さらに、各面状放電が各同軸状電極の先端に達すると、2つの面状放電間に挟まれたプラズマ媒体が高密度且つ高温になり、2つの中心電極の間に単一のプラズマが発生する。 High voltage pulses having opposite polarities are applied to the pair of coaxial electrodes. By applying the high voltage pulse, a planar discharge current (planar discharge) is generated between the center electrode and the guide electrode of each coaxial electrode. The planar discharge receives a force by the self magnetic field and moves toward the plane of symmetry. Furthermore, when each planar discharge reaches the tip of each coaxial electrode, the plasma medium sandwiched between the two planar discharges becomes high density and high temperature, and a single plasma is generated between the two central electrodes. To do.
一方、対向する一対の中心電極のそれぞれに印加された電圧の極性は互いに逆である。同様に、対向する一対のガイド電極のそれぞれに印加された電圧の極性も互いに逆である。従って、各同軸状電極における中心電極とガイド電極の間の面状放電は、一対の中心電極の間の放電と、一対のガイド電極の間の放電とに置き換えられる。置き換えられた後の放電は、各同軸状電極の中心軸に沿った中空で管状の放電(管状放電)に変わる。 On the other hand, the polarities of the voltages applied to each of the pair of opposed center electrodes are opposite to each other. Similarly, the polarities of the voltages applied to the pair of opposing guide electrodes are also opposite to each other. Therefore, the planar discharge between the center electrode and the guide electrode in each coaxial electrode is replaced with the discharge between the pair of center electrodes and the discharge between the pair of guide electrodes. The discharge after the replacement is changed into a hollow and tubular discharge (tubular discharge) along the central axis of each coaxial electrode.
管状放電が生成されると、中心電極間に発生したプラズマを閉じ込める磁場(磁気ビン)が形成される。さらに、磁気ビン内のプラズマはZピンチされる。即ち、磁気ビン内のプラズマは、自己磁場によって各同軸状電極に共通の中心軸に向けて圧縮される。 When the tubular discharge is generated, a magnetic field (magnetic bin) that confines the plasma generated between the center electrodes is formed. Furthermore, the plasma in the magnetic bin is Z-pinch. That is, the plasma in the magnetic bin is compressed toward the central axis common to the coaxial electrodes by the self magnetic field.
一方、各同軸状電極には電圧印加装置が接続されており、この電圧印加装置から、生成されたプラズマの発光エネルギーに相当するエネルギーが供給されている。 On the other hand, a voltage applying device is connected to each coaxial electrode, and energy corresponding to the light emission energy of the generated plasma is supplied from the voltage applying device.
フォトリソグラフィでは露光時間の制御が極めて重要である。そのため、十分な強度の光を確保するだけでなく、その強度を安定に得る必要がある。つまり、上述したようなプラズマ光源においては毎回の放電を確実に行い、パルス状のプラズマを連続的に発生させることが肝要である。 In photolithography, control of the exposure time is extremely important. Therefore, it is necessary not only to ensure sufficient intensity of light, but also to obtain the intensity stably. In other words, in the plasma light source as described above, it is important to surely discharge each time and continuously generate pulsed plasma.
上記の事情を鑑み、本発明は、極端紫外光を放射するプラズマを生成するための放電を安定に発生させることが可能なプラズマ光源の提供を目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a plasma light source capable of stably generating a discharge for generating plasma that emits extreme ultraviolet light.
本発明の一態様はプラズマ光源であって、互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共に前記プラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、各前記同軸状電極に対して極性を反転させた放電電圧を印加する電圧印加装置と、レーザー装置とを備え、各前記同軸状電極は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、前記中心電極の外周を囲むように設けられた外部電極と、前記中心電極及び前記外部電極の間を絶縁する絶縁体とを有し、前記レーザー装置は、前記一対の同軸状電極の中心電極のうち、相対的に負電位となる中心電極の先端部に電子の放出を促進させる予備加熱用レーザー光を照射すると共に、各前記同軸状電極の前記中心電極又は前記絶縁体に形成されたプラズマ媒体領域にプラズマ生成用レーザー光を照射して当該照射領域のアブレーションを行うことを要旨とする。 One aspect of the present invention is a plasma light source, which is opposed to each other, generates a plasma that emits extreme ultraviolet light, and confines the plasma, and the polarity is reversed with respect to each of the coaxial electrodes Each of the coaxial electrodes is provided so as to surround a rod-shaped center electrode extending on a single axis and an outer periphery of the center electrode. An external electrode and an insulator that insulates between the central electrode and the external electrode, and the laser device includes a central electrode having a relatively negative potential among the central electrodes of the pair of coaxial electrodes. The tip is irradiated with a preheating laser beam that promotes the emission of electrons, and a laser beam for plasma generation is applied to the central electrode of each of the coaxial electrodes or the plasma medium region formed on the insulator. It shines and is summarized in that the ablating of the irradiated region.
前記レーザー装置は更に、前記一対の同軸状電極の各中心電極において相対的に正電位となる中心電極の先端部にも予備加熱用レーザー光を照射してもよい。 The laser device may further irradiate the tip of the center electrode, which has a relatively positive potential at each center electrode of the pair of coaxial electrodes, with a preheating laser beam.
前記予備加熱用レーザー光は、前記プラズマ生成用レーザー光の照射時から、前記アブレーションによって発生した前記中心電極及び前記外部電極間のプラズマシートが前記中心電極の前記先端部に到達するまでの期間内に照射されてもよい。 The preheating laser beam is within a period from when the plasma generating laser beam is irradiated until the plasma sheet between the center electrode and the external electrode generated by the ablation reaches the tip of the center electrode. May be irradiated.
前記外部電極は、複数の棒状電極によって構成されてもよい。 The external electrode may be composed of a plurality of rod-shaped electrodes.
本発明によれば、極端紫外光を放射するプラズマを生成するための放電を安定に発生させることが可能なプラズマ光源を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the plasma light source which can generate | occur | produce the discharge for producing | generating the plasma which radiates | emits extreme ultraviolet light stably can be provided.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
まず、本実施形態のプラズマ光源における同軸状電極について説明する。図1は、本実施形態のプラズマ光源を示す概略構成図である。この図に示すように、本実施形態のプラズマ光源は、一対の同軸状電極10、パルスレーザー装置(以下、レーザー装置)20及び電圧印加装置30を備える。一対の同軸状電極10は図示しないチャンバー内に設置され、その周囲は真空に保たれている。なお、チャンバーは接地されている。
First, the coaxial electrode in the plasma light source of this embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a plasma light source of the present embodiment. As shown in this figure, the plasma light source of the present embodiment includes a pair of
一対の同軸状電極10は、対称面1に対して対称に位置している。即ち、各同軸状電極10は対称面1を中心として、一定の間隔を隔てて互いに対向するよう配置される。各同軸状電極10は、中心電極12と、複数の外部電極14と、絶縁体16とを備える。中心電極12と外部電極14の間には極端紫外光を放射するプラズマ媒体が導入される。プラズマ媒体は、例えばLi、Xe、Snの少なくとも1つを含むガスである。後述するように、このガスは中心電極12の側面に設けられたプラズマ媒体領域としての金属層(薄膜)27のアブレーションによって得られる。
The pair of
図1〜図3に示すように、中心電極12は、各同軸状電極10に共通する単一の軸線Z−Zを中心軸(以下、この軸を中心軸Zと称する)として、この中心軸Z上に延びる棒状の導電体である。中心電極12は、高温プラズマによる損傷に耐え得る金属を用いて形成される。このような金属は、例えばタングステンやモリブデン等の高融点金属が挙げられる。
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the
本実施形態において、対称面1に対向する中心電極12の端面は半球状の曲面になっている。ただし、この端面は半球状の曲面に限られず、例えば単なる平面でもよい。また、端面が形成される部分は、頂点が対称面1に対向する略円錐状に形成されていてもよい。
In the present embodiment, the end surface of the
中心電極12の側面には、プラズマ媒体領域として、Liを含む金属層(薄膜)27が形成されている。この金属層27には、レーザー装置20のレーザー光24a(24b)が照射される。金属層27は中心軸Zの周方向に亘って全体的に形成してもよく、図1に示すようにレーザー光24a(24b)が照射される箇所のみに形成してもよい。図1に示す例では、中心軸Zを挟む2箇所に金属層27が形成されている。
On the side surface of the
外部電極14は、中心電極12の中心軸Zと平行に延びる棒状の導電体であり、中心電極12と一定の間隔G(図2参照)を隔てながら、中心電極12の周方向に沿って角度θ(図3参照)毎に複数配置されている。換言すると、各外部電極14は中心電極12と平行に配置され、中心電極12の周囲を囲むように設けられている。図3に示す例では、6本の外部電極14が中心電極12の周りで60°毎に配置されている。
The
特許文献1に示すガイド電極と比較すると、本実施形態の外部電極14は、特許文献1のガイド電極を周方向に沿って複数の電極に分割し、更に、分割した各電極の中心電極12に対向する側の表面を、当該中心電極12に向けて突出する(凸となる)曲面にしたと捉えることもできる。
Compared with the guide electrode shown in Patent Document 1, the
このように、中心電極12の周りに複数の外部電極14を配置することで、図4(B)に示す面状放電2に至る初期放電(例えば沿面放電)を各外部電極14と中心電極12との間で発生させることができる。即ち、中心電極12の全周に亘って初期放電が発生するので、環状の面状放電2の形成が容易になる。なお、面状放電は2次元的に広がる面状の放電電流であり、電流シート又はプラズマシートとも呼ばれる。
As described above, by arranging the plurality of
なお、外部電極14は、中心電極12と同じく、高温プラズマによる損傷に耐え得るタングステンやモリブデン等の高融点金属等を用いて形成される。また、対称面1に対向する外部電極14の端面は曲面、平面の何れでもよい。さらに、特許文献1のガイド電極と同じく円筒でもよい。
The
外部電極14は図3に示す断面円形の棒状体に限定されず、少なくとも中心電極12に対向する側が中心電極12に向けて突出する(凸となる)曲面を有していればよい。例えば、外部電極14は半円の断面を有し、その円弧を中心電極12に向けて配置してもよい。
The
各外部電極14は中心電極12の周方向に沿って等間隔に配列することが望ましい。例えば、加工や組み立ての観点から、各外部電極14は中心電極12に対して回転対称な位置に設置することが望ましい。しかしながら、本発明はこのような配列は厳密なものではない。また、外部電極14の本数も6本に限定されず、中心電極12及び外部電極14の大きさや形状、両者の間隔Gなどに応じて適宜設定される。
The
絶縁体16は例えばセラミックを用いて形成され、中心電極12と外部電極14の各基部を支持して間隔Gを規定すると共にその間を電気的に絶縁する。絶縁体16は例えば円盤状に形成される。
The
次に、本実施形態のプラズマ光源における電気系統について説明する。図4に示すように、プラズマ光源は各同軸状電極10に接続する電圧印加装置30を備える。電圧印加装置30は、各同軸状電極10に極性を反転させた放電電圧を印加する。
Next, an electrical system in the plasma light source of this embodiment will be described. As shown in FIG. 4, the plasma light source includes a
具体的には、電圧印加装置30は、負電圧源(HV Charging Device)32と、正電圧源(HV Charging Device)34とを備える。
Specifically, the
負電圧源32の出力側は、一方(例えば図1の左側)の同軸状電極10の中心電極12にその外部電極14よりも低い負の放電電圧を印加する。例えば、この外部電極14が接地されている場合、対応する中心電極12の電位は負である。
On the output side of the
正電圧源34の出力側は、他方(例えば図1の右側)の同軸状電極10の中心電極12にその外部電極14よりも高い正の放電電圧を印加する。例えば、この外部電極14が接地されている場合、対応する中心電極12の電位は正である。
The output side of the
なお、各中心電極12を経由した電流をオシロスコープ(Oscilloscope)で観察するため、負電圧源32および正電圧源34の各コモン側(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を設けてもよい。
In addition, in order to observe the electric current which passed through each
上述の通り、各中心電極12の周囲には複数の外部電極14が設けられている。理想的な面状放電2を得るには、各外部電極14と中心電極12との間で放電が発生する必要がある。このため本実施形態の各外部電極14は、中心電極12に対向する面を曲面にして、優先的に放電する箇所を固定している。一方、各外部電極14と中心電極12との間の放電を厳密に同時に発生させることは困難である。即ち、各放電の発生タイミングには多少のずれがある。従って、負電圧源32および正電圧源34から供給される放電エネルギーは最初に発生した放電に対して優先的に費やされる可能性がある。この場合、複数の放電を略同時に発生させることが困難になる。
As described above, a plurality of
そこで、本実施形態のプラズマ光源は、電圧印加装置30からの放電電圧を放電エネルギーとして外部電極14毎に蓄積するエネルギー蓄積回路50を備えている。エネルギー蓄積回路50は、例えば図1に示すように中心電極12と各外部電極14との間を個別に接続する複数のコンデンサCで構成される。各コンデンサCは、負電圧源32または正電圧源34の出力側及びコモン側に接続される。
Therefore, the plasma light source of this embodiment includes an
このように、放電エネルギーを蓄積するコンデンサCを外部電極14毎に設けることで、全ての外部電極14において放電を発生させることができる。即ち、最初に発生した放電によって多くの放電エネルギーが消費されることを防止でき、中心電極12の全周に亘って発生する理想的な面状放電2を得ることができる。
Thus, by providing the capacitor C for storing discharge energy for each
さらに、本実施形態のプラズマ光源は、電圧印加装置30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52を備えてもよい。放電電流阻止回路52は、例えば図1に示すように各外部電極14と電圧印加装置30(具体的には負電圧源32及び正電圧源34のコモン側)との間を接続するインダクタLで構成される。インダクタLは、放電電流に対して十分に高いインピーダンスを有する。従って、中心電極12及び外部電極14を経由した放電電流を、その発生源であるエネルギー蓄積回路50に戻すことができる。つまり、各コンデンサCに蓄積された放電エネルギーが、当該コンデンサCに直結した外部電極14以外の外部電極14に供給されることを防止できるため、中心電極12の周方向における放電の発生分布に偏りが生じることを防止できる。
Furthermore, the plasma light source of the present embodiment may include a discharge
上記の構成により、一対の同軸状電極10間に管状放電(後述)が形成され、軸方向にプラズマを封じ込められる。
With the above configuration, a tubular discharge (described later) is formed between the pair of
上述したように、本実施形態のプラズマ光源は、レーザー装置20を備える。レーザー装置20は例えばYAGレーザーであり、アブレーションを行うために基本波の二倍波を短パルスのレーザー光24として出力する。
As described above, the plasma light source of the present embodiment includes the
レーザー光24は、ビームスプリッタ(ハーフミラー)26aやミラー26b等の光学素子により、プラズマ生成用レーザー光として少なくとも2本のレーザー光24a、24bに分岐し、各中心電極12の金属層(プラズマ媒体領域)27に照射される。これらのレーザー光24a、24bが照射された金属層27の表面では、アブレーションが発生する。
The
一方、レーザー光24a、24bの照射時には、各同軸状電極10の中心電極12と外部電極14に電圧印加装置30による放電電圧が印加されている。従って、アブレーションによって金属層27の一部がガス(又はプラズマ)として放出されると、中心電極12と各外部電極14間の放電が誘発される。さらにこの放電によって図4(B)に示す面状放電2が形成される。
On the other hand, when the
なお、上記放電の発生箇所は、レーザー光24a(24b)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、レーザー光24a(24b)は中心軸Zの周方向に沿って間隔を置いて、複数且つ同時に照射することが好ましく、その数は少なくとも2箇所である(図1参照)。
In addition, the generation | occurrence | production location of the said discharge may be restrict | limited to the irradiation area | region of the
これは、誘発された放電の領域が、中心電極12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12に対して回転対称な位置にレーザー光24a、24bを照射することが望ましい。なお、複数のレーザー光の同時照射は、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。
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
さらに、レーザー装置20は、一対の同軸状電極10、10の中心電極12、12のうち相対的に負電位となる中心電極12の先端部12aに、予備加熱用レーザー光としてのレーザー光24cを照射する。即ち、図1に示す実施形態では、左側の中心電極12の先端部12aにレーザー光24cが照射される。
Further, the
レーザー光24cは、例えば、レーザー光24の光路中にビームスプリッタ26cを配置することで得られる。或いは図1の点線で示すように、パルスレーザー装置と同期したパルスレーザー装置(レーザー装置)22を別途設けてもよい。何れの場合においても、レーザー光24cは、照射領域においてアブレーションが発生する程度に加熱するエネルギーが必要である。レーザー光24cの照射によって先端部12aにおける電子放出を促進させることができる。
The
先端部12aにおける電子放出が促進されると、両中心電極12、12間でのプラズマ3の発生確率が向上する。その理由は次の通りである。中心電極12が正電位の場合、放電発生時の電子放出源はその周りに位置する外部電極14が担う。図5(A)は、正電位の中心電極12の先端部12a付近に面状放電2が到達したときの電子流Fを示す。この図に示すように、面状放電2に寄与する電子は外部電極14の先端部14aから中心電極12の先端部12aに向かって流れる。
When the electron emission at the
一方、中心電極12が負電位の場合、放電発生時の電子放出源は当該中心電極12が担う。図5(B)は、負電位の中心電極12の先端部12a付近に面状放電2が到達したときの電子流Fを示す。この図に示すように、面状放電2に寄与する中心電極12の先端部12aから電子は外部電極14の先端部14aに向かって流れる。
On the other hand, when the
両先端部12a、14aにおいて、面状放電2に寄与する電子放出の面積を有効電子放出面積Sと称する。同軸状電極10の構造上、負電位の外部電極14が負電位の中心電極12よりも大きい有効電子放出面積Sを有する。つまり、中心電極12に対して外部電極14が負電位に設定されている場合(図5(A)の電位配置)の方が、外部電極14に対して中心電極12が負電位に設定されている場合(図5(B)の電位配置)よりも、空間的に広範囲で且つ持続的な電子放出を得やすい。従って、図5(A)の電位配置における面状放電2は、図5(B)の電位配置における面状放電2よりも、先端部12aに到達しやすい。
The area of electron emission that contributes to the planar discharge 2 at both
逆に言えば、図5(B)の電位配置における面状放電2は、先端部12aに進行するに連れて電子の供給不足により減衰し易い。その結果、両中心電極12、12でのプラズマ3の発生確率が減少する可能性がある。本実施形態では、負電位に設定された中心電極12の先端部12aにレーザー光24cを照射し、照射領域周辺の電子放出を促進させる。これにより面状放電2への電子の供給不足が解消され、図5(B)の電位配置においても面状放電2は、先端部12aまで円滑に到達できる。その結果、両中心電極12、12間のプラズマ3(図4(D)参照)の発生確率を向上させることができる。
In other words, the sheet discharge 2 in the potential arrangement of FIG. 5B is likely to be attenuated due to insufficient supply of electrons as it proceeds to the
レーザー光24cの照射タイミングに関しては、面状放電2の先端部12aまでの到達を促す観点から、金属層27のアブレーションを行うレーザー光24a、24bの照射時から、この照射によって発生した中心電極12及び外部電極14間の面状放電2が中心電極12の先端部12aに到達するまでの期間内に設定される。この期間は、レーザー光24a、24bの照射点から中心電極12の先端部12aまでの長さや、面状放電2の電流量などに応じて適宜設定される。
Regarding the irradiation timing of the
なお、図1の点線で示すように、一対の同軸状電極10、10の中心電極12、12のうち相対的に正電位となる中心電極12の先端部12aに、上述の予備加熱用レーザー光としてのレーザー光24dを照射してもよい。即ち、図1に示す実施形態では、左側の中心電極12の先端部12aへのレーザー光24cの照射と共に、右側の中心電極12の先端部12aにもレーザー光24dが照射される。この場合、何れの同軸状電極10の先端においても電子の供給が豊富になるため、両中心電極12、12間のプラズマ3(図4(D)参照)の発生確率をさらに向上させることができる。
As shown by the dotted line in FIG. 1, the above-mentioned preheating laser beam is applied to the
なお、レーザー光24dは、レーザー光24cと同様に、レーザー装置20から発したレーザー光24の光路中にビームスプリッタ26dを配置することで得てもよいし、パルスレーザー装置(レーザー装置)22から得てもよい。
The
図4は、図1に示すプラズマ光源の作動説明図である。この図において、(A)はレーザー光24a、24bの照射時、(B)は面状放電2の発生時、(C)は面状放電2の移動中、(D)はプラズマ3の形成時、(E)は面状放電2と管状放電の繋ぎ換え時、(F)はプラズマ封込み磁場の形成時の各状態を示している。
FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the plasma light source shown in FIG. In this figure, (A) is when the
以下、この図を参照して、本実施形態のプラズマ光源の動作を説明する。
上述の通り、本実施形態のプラズマ光源では、チャンバー(図示せず)内に一対の同軸状電極10が対向配置される。チャンバー内は、プラズマの発生に適した温度及び圧力に保持される。各同軸状電極10には、電圧印加装置30により極性を反転させた放電電圧が印加される。図4では電極の相対的な極性各図の(+)、(−)で示している。
Hereinafter, the operation of the plasma light source of the present embodiment will be described with reference to FIG.
As described above, in the plasma light source of the present embodiment, the pair of
図4(A)に示すように、放電電圧が印加された状態で各中心電極12の金属層27に、レーザー光24a又はレーザー光24bが同時に照射される。その直後、図4(B)に示すように、各同軸状電極10の中心電極12及び外部電極14の間で放電が発生する。上述したように、複数の外部電極14を設け、それぞれに対して中心電極12との間で放電が生じるので、中心電極12の全周に亘って放電が分布する面状放電2が得られる。面状放電2の形成により、各同軸状電極10において、金属層27からLiが蒸発し、Liを含むガスを発生する。
As shown in FIG. 4A, the
レーザー光24cは、レーザー光24a、24bと同時に、図中左側の中心電極12の先端部12aに照射される。または、面状放電2が先端部12aに到達するまでの期間内に同先端部12aに照射される。レーザー光24cの照射によって照射領域とその周囲が予備的に加熱され、電子が放出される。なお、レーザー光24d(点線で示す)も照射する場合はレーザー光24cと同時に照射される。
The
図4(C)に示すように、面状放電2は、自己磁場によって電極から排出される方向(同図の対称面1に向かう方向)に移動する。 As shown in FIG. 4C, the planar discharge 2 moves in the direction of being discharged from the electrode by the self magnetic field (the direction toward the symmetry plane 1 in FIG. 4).
図4(D)に示すように、面状放電2が一対の同軸状電極10の先端に達すると、一対の面状放電2の間に挟まれていたプラズマ媒体6(図4(C)参照)が高密度、高温となり、各同軸状電極10の対向する中間位置(即ち、中心電極12の対称面1)に単一のプラズマ3が形成される。
As shown in FIG. 4D, when the planar discharge 2 reaches the tips of the pair of
図4(E)に示すように、各面状放電2がさらに移動して互いが接すると、単一のプラズマ3は、各面状放電2によって軸方向に囲まれ、保持される。 As shown in FIG. 4E, when the respective planar discharges 2 further move and come into contact with each other, a single plasma 3 is surrounded and held in the axial direction by each planar discharge 2.
対向する一対の中心電極12はそれぞれ、正電圧(+)と負電圧(−)に印加され、且つ、その周囲の外部電極14は、対応する中心電極12とは逆の極性の電圧に印加されている。従って図4(F)に示すように、面状放電2は、対向する一対の中心電極12の間で放電すると共に、対向する外部電極14の間で放電する管状放電4に繋ぎ換えられる。ここで、管状放電4とは、軸線Z−Z(中心軸Z)を囲む中空円筒状の放電電流を意味する。
The pair of
この管状放電4が形成されると、プラズマ封込み磁場(磁気ビン)5が形成され、その結果、プラズマ3が半径方向及び軸方向に封じ込まれる。すなわち、磁気ビン5はプラズマ3の圧力により中央部は大きくその両側が小さくなり、プラズマ3に向かう軸方向の磁気圧勾配が形成され、この磁気圧勾配によりプラズマ3は中間位置に拘束される。さらにプラズマ電流の自己磁場によって中心方向にプラズマ3は圧縮(Zピンチ)され、半径方向にも自己磁場による拘束が働く。 When this tubular discharge 4 is formed, a plasma confined magnetic field (magnetic bottle) 5 is formed, and as a result, the plasma 3 is sealed in the radial direction and the axial direction. That is, the central portion of the magnetic bin 5 is large due to the pressure of the plasma 3 and both sides thereof are small, and a magnetic pressure gradient in the axial direction toward the plasma 3 is formed. The plasma 3 is constrained to an intermediate position by this magnetic pressure gradient. Furthermore, the plasma 3 is compressed (Z pinch) in the center direction by the self-magnetic field of the plasma current, and the restraint by the self-magnetic field also acts in the radial direction.
この状態において、プラズマ3の発光エネルギーに相当するエネルギーを電圧印加装置30から供給し続ければ、高いエネルギー変換効率で、極端紫外光を含むプラズマ光8を長時間に亘って発生させることができる。
In this state, if energy corresponding to the light emission energy of the plasma 3 is continuously supplied from the
本実施形態よれば、中心電極12の先端部12aへのレーザー光24cの照射によって、中心電極12からの電子放出が促進される。従って、互いに向けて進行する一対の面状放電2、2が消滅することなく各中心電極12の中間(即ち対称面1)で衝突する。つまり、プラズマ3を生成するための放電が安定に発生するので、プラズマ3の発生確率を向上させることができ、その結果、極端紫外光を長時間、安定に得ることができる。
According to the present embodiment, the emission of electrons from the
なお、図6に示すように、プラズマ媒体領域としてLiを放出する金属層(薄膜)27を、中心電極12と外部電極14との間の絶縁体16の表面上に形成してもよい。或いはこの表面をLiが含有した材料で形成してもよい。何れの場合においても、レーザー光24a(24b)の照射位置はこの表面上になる。照射位置は中心電極12に対して回転対称な少なくとも2箇所にすることが望ましい。この場合では、レーザー光24a(24b)の照射によって絶縁体16の表面上に沿面放電が発生し、その後は上述の同様の面状放電2が得られる。
As shown in FIG. 6, a metal layer (thin film) 27 that emits Li as a plasma medium region may be formed on the surface of the
本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, but is shown by the description of the scope of claims, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the scope of claims.
1…対称面、2…面状放電、3…プラズマ、4…管状放電、5…磁気ビン、6…プラズマ媒体、 8…プラズマ光、10…同軸状電極、12…中心電極、12a…中心電極の先端部、14…外部電極、14a…外部電極の先端部、16…絶縁体、20…レーザー装置、22…レーザー装置、 24…レーザー光、27…金属層(プラズマ媒体領域)、30…電圧印加装置、32…負電圧源、 34…正電圧源、50…エネルギー蓄積回路、52…放電電流阻止回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Symmetrical plane, 2 ... Planar discharge, 3 ... Plasma, 4 ... Tubular discharge, 5 ... Magnetic bin, 6 ... Plasma medium, 8 ... Plasma light, 10 ... Coaxial electrode, 12 ... Center electrode, 12a ...
Claims (4)
各前記同軸状電極は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、前記中心電極の外周を囲むように設けられた外部電極と、前記中心電極及び前記外部電極の間を絶縁する絶縁体とを有し、
前記レーザー装置は、前記一対の同軸状電極の中心電極のうち、相対的に負電位となる中心電極の先端部に電子の放出を促進させる予備加熱用レーザー光を照射すると共に、各前記同軸状電極の前記中心電極又は前記絶縁体に形成されたプラズマ媒体領域にプラズマ生成用レーザー光を照射して当該照射領域のアブレーションを行うことを特徴とするプラズマ光源。 A pair of coaxial electrodes that are arranged opposite to each other to generate plasma that emits extreme ultraviolet light and confine the plasma; and a voltage application device that applies a discharge voltage with the polarity reversed to each of the coaxial electrodes; With a laser device,
Each of the coaxial electrodes includes a rod-shaped center electrode extending on a single axis, an external electrode provided so as to surround an outer periphery of the center electrode, and an insulator that insulates between the center electrode and the external electrode And
The laser device irradiates the tip of the center electrode having a relatively negative potential among the center electrodes of the pair of coaxial electrodes with a preheating laser beam that promotes electron emission, and each of the coaxial electrodes A plasma light source characterized in that a plasma generation laser beam is irradiated to a plasma medium region formed on the central electrode or the insulator of an electrode to ablate the irradiation region.
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