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プラズマ光源及びプラズマ光発生方法

国内特許コード P130009148
掲載日 2013年4月18日
出願番号 特願2011-501691
登録番号 特許第5515040号
出願日 平成22年3月1日(2010.3.1)
登録日 平成26年4月11日(2014.4.11)
国際出願番号 JP2010053213
国際公開番号 WO2010098483
国際出願日 平成22年3月1日(2010.3.1)
国際公開日 平成22年9月2日(2010.9.2)
優先権データ
  • 特願2009-047294 (2009.2.27) JP
発明者
  • 浅井 朋彦
  • 岸 香織
  • 板垣 宏知
  • 沼澤 廣斗
  • 寺嶋 悠紀
出願人
  • 学校法人日本大学
発明の名称 プラズマ光源及びプラズマ光発生方法
発明の概要 特に紫外光域においても高輝度な光を発生可能であるプラズマ光源を提供する。
プラズマ光源は、一対の磁化同軸ガンMG1,MG2と、磁束保持容器3とから構成される。一対の磁化同軸ガンは対向配置され、内部導体11,21と、内部導体に同軸状に配置され一端が開放される筒状の外部導体12,22と、外部導体の周囲に巻かれるバイアスコイルBM1,BM2と、内部導体と外部導体との間に電源を供給する電源回路14,24と、をそれぞれ有する。磁束保持容器3は、外部導体の開放端がそれぞれ結合される対向する一対のガン結合開口部31,32と、光を取り出す窓部33とを有する。
従来技術、競合技術の概要



従来、半導体集積回路の製造等に用いる縮小露光装置等の光源として、プラズマ光源が用いられている。プラズマ光源は、高温高密度のプラズマを生成して紫外光を発生させることができるが、高温になるため、装置内の部品等の蒸発によって発生するデブリ(有害塵)が、放射される光の透過の妨げになる等の問題がある。そのため、例えば特許文献1では、デブリ防止手段を施したプラズマ光源が提案されている。





図1は、特許文献1に開示のプラズマ光源の構成を示す図であり、図1(a)はプラズマ光源の軸方向の断面図であり、図1(b)は図1(a)のb-b断面図である(外囲円筒54は省略してある)。図示の通り、特許文献1に開示のプラズマ光源は、キャピラリ構造体52、仕切り円筒53、外囲円筒54、電源55で主に構成されている。キャピラリ構造体52は、円筒状の構造体であり、仕切り円筒53内に配置されている。キャピラリ構造体52の同心円上に、キャピラリ(直径3mm程の貫通孔)521が多数形成されている。キャピラリ構造体52の軸は、モータ(図示せず)により駆動される回転軸522に取り付けられている。図示の通り、仕切り円筒53は、外囲円筒54内を仕切るように配置されている。仕切り円筒53には、1つの貫通孔が設けられている。また、仕切り円筒53内外には、キャピラリ構造体52を挟むように電極511及び電極512が設けられている。電極511及び電極512にも貫通孔が設けられている。仕切り円筒53、電極511及び電極512の貫通孔の中心は、任意のキャピラリ521の軸と略一致するように設けられている。外囲円筒54は、ガス導入口541及び排気口542が設けられている。ガス導入口541から仕切り円筒53内へプラズマ生成用ガスが導入され、排気口542から排気される。電源55は、電極511,512へ放電電圧を印加するものである。仕切り円筒53内に導入されたガスは、電極511,512の間のキャピラリ521内での放電により、プラズマが生成され紫外光を発生する。その際、キャピラリ構造体52は、例えば1回の放電毎に回転し、電極511,512の間には次のキャピラリ521が対向するように駆動される。キャピラリ構造体52は、放電毎に回転して放電に係わるキャピラリ521を変えるように構成されているため熱負荷を分散でき、キャピラリ521からデブリが発生するのを防止できる。





このように構成された特許文献1に記載のプラズマ光源は、プラズマの生成にキャピラリ構造体を用い、デブリを防止するためにキャピラリ構造体を回転しなければなない。したがって、キャピラリ構造体の駆動装置やその制御装置が必要となり、構造が複雑になる。





このような複雑な構造が不要なものとして、本願と同一出願人による特許文献2に記載の磁化同軸ガンがある。





図2は、特許文献2の磁化同軸ガンを説明するための図であり、図2(a)は磁化同軸ガンの中心軸方向の断面図であり、図2(b)は図2(a)のb-b側面図であり、図2(c)はスフェロマックの概略斜視図である。図示の通り、磁化同軸ガンMGは、内部導体61、円筒状の外部導体62、バイアスコイルBMからなる。また、内部導体61と外部導体62は、同軸状に配置されている。内部導体61には、中空部611が形成されており、中空部611から外部導体62内にプラズマ生成用ガス(例えばヘリウムガス、アルゴンガス等)が導入される。外部導体62の内面には、リング状の凸部621が形成されている。バイアスコイルBMは、直流バイアス磁界を発生するソレノイドコイルであり、外部導体62の周囲に巻かれている。外部導体62の一端は、絶縁部材63によって仕切られ、他端は開放されている。内部導体61と外部導体62には、例えばクローバ回路からなる電源(放電電源)64が接続される。直流バイアスコイルBMは、直流電源(図示せず)により磁界Bが発生するように励磁される。内部導体61と外部導体62にクローバ回路から放電信号を印加すると、内部導体61と外部導体62の凸部621の間に放電電流が流れ、プラズマPが生成される。プラズマPは、自身の放電電流と、その電流により発生する磁界によって生じるローレンツ力とによって、開放端側へ加速される。その際、プラズマPは、自身の放電電流により発生させられる磁界とバイアスコイルBMにより発生させられる磁界Bとによって、トロイダル方向の磁界とポロイダル方向の磁界に閉じ込められた状態となる。この状態のプラズマPは、開放端まで進むとドーナツ状のスフェロマックSMとなって高速度で開放端から放出される。なお、外部導体62の凸部621を設けない場合であってもプラズマPは発生するが、凸部621を設けることにより、放電が凸部621の部分に集中して起こるため、プラズマPを安定的に発生させて開放端側へ送り出すことが可能である。





図2(c)に示されるように、スフェロマックSMは、プラズマPがトロイダル方向の磁界Btとポロイダル方向の磁界Bpに閉じ込められた状態のプラズマ塊である。トロイダル方向の磁界Btとポロイダル方向の磁界Bpの方向は、内部導体61と外内部導体62に印加する電源の極性とバイアスコイルBMにより発生させられる磁界の極性によって決定される。

産業上の利用分野



本発明は、プラズマ光源及びプラズマ光発生方法に関し、特に、磁化同軸ガンを用いたプラズマ光源及びこれを用いたプラズマ光発生方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
光を放出するプラズマ光源であって、該プラズマ光源は、
内部導体と、内部導体に同軸状に配置され一端が開放される筒状の外部導体と、外部導体の周囲に巻かれるバイアスコイルと、内部導体と外部導体との間に電源を供給する電源回路と、をそれぞれ有するスフェロマックを生成する一対の磁化同軸ガンであって、一対の磁化同軸ガンの中心軸が一致し外部導体の開放端が対向するように配置される、一対の磁化同軸ガンと、
前記一対の磁化同軸ガンの外部導体の開放端がそれぞれ結合される対向する一対のガン結合開口部と、光を取り出す窓部とを有する磁束保持容器と、
を具備することを特徴とするプラズマ光源。

【請求項2】
請求項1に記載のプラズマ光源において、前記一対の磁化同軸ガンは、それぞれ生成されるスフェロマックのトロイダル方向の磁界の方向が逆になり、ポロイダル方向の磁界の方向が同じ又は逆になるように、バイアスコイルと電源回路により制御されることを特徴とするプラズマ光源。

【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載のプラズマ光源において、前記一対の磁化同軸ガンの電源回路は、連続パルス信号を内部導体と外部導体との間に印加することを特徴とするプラズマ光源。

【請求項4】
中心軸が一致するように外部導体の開放端が対向配置される一対の磁化同軸ガンの開放端を、それぞれ磁束保持容器の一対のガン結合開口部に接続し、
一対の磁化同軸ガンによって生成されるスフェロマックをそれぞれ磁束保持容器内へ放出して衝突させて光を発生させる、
ことを特徴とするプラズマ光発生方法

【請求項5】
請求項4に記載のプラズマ光発生方法において、発生される光は紫外光であることを特徴とするプラズマ光発生方法。

【請求項6】
請求項4又は請求項5に記載のプラズマ光発生方法において、前記一対の磁化同軸ガンによってそれぞれ生成されるスフェロマックは、トロイダル方向の磁界は方向が逆でありポロイダル方向の磁界は方向が同じ又は逆であることを特徴とするプラズマ光発生方法。

【請求項7】
請求項4乃至請求項6の何れかに記載のプラズマ光発生方法において、前記一対の磁化同軸ガンは、連続パルス信号が印加されることを特徴とするプラズマ光発生方法。
産業区分
  • 電子応用機器
  • 半導体
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011501691thum.jpg
出願権利状態 登録
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