プラズマ光源の製造方法
【課題】多孔体金属の表面において発光物質の浸み出しが均一化されたプラズマ光源の製造方法を提供する。
【解決手段】１対の同軸状電極１０間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるプラズマ光源の製造方法であって、各同軸状電極１０は、棒状の中心電極１２と、中心電極１２を間隔を隔てて囲む管状のガイド電極１４と、中心電極１２とガイド電極１４の間に位置しその間を絶縁するリング状の絶縁体１６とからなり、絶縁体１６は、内側と外側の絶縁性緻密部分１６ａと、その間に挟持された導電性多孔部分１６ｂとからなり、導電性多孔部分は、導電性金属の微粒子を焼結して多孔体に成形し、多孔体の形状を機械加工し、多孔体におけるプラズマと対向する面及び反対面について、電解エッチングすることによって製造される。
【解決手段】１対の同軸状電極１０間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるプラズマ光源の製造方法であって、各同軸状電極１０は、棒状の中心電極１２と、中心電極１２を間隔を隔てて囲む管状のガイド電極１４と、中心電極１２とガイド電極１４の間に位置しその間を絶縁するリング状の絶縁体１６とからなり、絶縁体１６は、内側と外側の絶縁性緻密部分１６ａと、その間に挟持された導電性多孔部分１６ｂとからなり、導電性多孔部分は、導電性金属の微粒子を焼結して多孔体に成形し、多孔体の形状を機械加工し、多孔体におけるプラズマと対向する面及び反対面について、電解エッチングすることによって製造される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光源の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代半導体の微細加工のために極端紫外光源を用いるリソグラフィが期待されている。リソグラフィとは回路パターンの描かれたマスクを通して光やビームをシリコン基盤上に縮小投影し、レジスト材料を感光させることで電子回路を形成する技術である。光リソグラフィで形成される回路の最小加工寸法は基本的には光源の波長に依存している。従って、次世代の半導体開発には光源の短波長化が必須であり、この光源開発に向けた研究が進められている。
【０００３】
次世代リソグラフィ光源として最も有力視されているのが、極端紫外（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光源であり、およそ１〜１００ｎｍの波長領域の光を意味する。以下、この領域の光をプラズマ光又は単にＥＵＶと呼ぶ。
プラズマ光（ＥＵＶ）はあらゆる物質に対し吸収率が高く、レンズ等の透過型光学系を利用することができないので、反射型光学系を用いることになる。またこの領域の光学系は非常に開発が困難で、限られた波長にしか反射特性を示さない。
【０００４】
現在、１３．５ｎｍに感度を有するＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡が開発されており、この波長の光と反射鏡を組み合わせたリソグラフィ技術が開発されれば３０ｎｍ以下の加工寸法を実現できると予測されている。さらなる微細加工技術の実現のために、波長１３．５ｎｍのリソグラフィ光源の開発が急務であり、高エネルギー密度プラズマからの輻射光が注目されている。
【０００５】
光源プラズマ生成はレーザー照射（ＬＰＰ：Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式と、パルスパワー技術によって駆動されるガス放電（ＤＰＰ：Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式とに大別できる。ＤＰＰは、投入した電力が直接プラズマエネルギに変換されるので、ＬＰＰに比べて変換効率で優位であるうえに、装置が小型で低コストという利点がある。
【０００６】
プラズマから有効波長領域（ｉｎ−ｂａｎｄ）の放射光への変換効率（Ｐｌａｓｍａ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｅ．ｃｉｅｎｃｙ：Ｐ．Ｃ．Ｅ）は次式（１）のように表される。
Ｐ．Ｃ．Ｅ＝（Ｐｉｎｂａｎｄ×τ）／Ｅ・・・（１）
ここで、Ｐｉｎｂａｎｄは有効波長領域のＥＵＶ放射光出力、τは放射持続時間、Ｅはプラズマに投入されたエネルギーである。
【０００７】
有効波長領域に放射スペクトルを持つ元素としては、Ｘｅ，Ｓｎ，Ｌｉ等が代表的であり、実験の容易さ、取り扱いやすさから開発初期はＸｅを中心に研究が進められてきた。しかし、近年では高出力、高効率を理由にＳｎが注目を浴び研究が進められている。また、有効波長領域にちょうどＬｙｍａｎ−α共鳴線を有する水素様Ｌｉイオン（Ｌｉ２＋）に対する期待も高まってきている。
【０００８】
高温高密度プラズマからの放射スペクトルは、基本的にはターゲット物質の温度と密度によって決まり、プラズマの原子過程を計算した結果によると、ＥＵＶ放射領域のプラズマにするにはＸｅ，Ｓｎの場合で電子温度、電子密度がそれぞれ数１０ｅＶ、１０１８ｃｍ−３程度，Ｌｉの場合で２０ｅＶ、１０１８ｃｍ−３程度が最適とされている。
【０００９】
ガス放電（ＤＰＰ）方式の光源プラズマ生成手段として、特許文献１〜３が既に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１４７２３１号、「プラズマ光源とプラズマ光発生方法」
【特許文献２】特開２０１１−５４７２９号、「プラズマ光源」
【特許文献３】特開２０１１−５４７３０号、「プラズマ光源」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１〜３に開示されたプラズマ光源は、１対の対向する同軸状電極間でプラズマを封じ込める構造のものであり、２つ同軸状電極から進展する面状放電（電流シート）を、同軸状電極間の中央部で衝突させ、かつ電流路の繋ぎ変えにより、プラズマの封じ込めを行うものである。
【００１２】
ここで、プラズマ媒体の供給は、同軸状電極を構成する中心電極とガイド電極の間を絶縁体である多孔質セラミックで構成し、多孔質セラミックを通して同軸状電極内にプラズマ媒体（例えばリチウム）を供給していた。
そのために、多孔質セラミックについて、焼結後に機械加工することによって寸法精度を調整する必要があった。
【００１３】
しかし、上記機械加工を行う際において、発生したバリが多孔部を覆ってしまうため、絶縁体の表面部に微細孔が現れない状態となってしまうことがあった。そのため、部品最表面部における液体リチウムの浸み出しの均一性が損なわれるという問題を有していた。
【００１４】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案したものである。すなわち、本発明の目的は、多孔体金属の表面において発光物質の浸み出しが均一化されたプラズマ光源製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、１対の同軸状電極間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるプラズマ光源の製造方法であって、
各同軸状電極は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、中心電極を間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の間に位置しその間を絶縁する絶縁体とからなり、
前記絶縁体は、内側と外側の絶縁性緻密部分と、その間に挟持された導電性多孔部分とからなり、導電性多孔部分は、
（Ａ）導電性金属の微粒子を焼結して多孔体に成形し、
（Ｂ）前記多孔体の形状を機械加工し、
（Ｃ）多孔体における前記プラズマと対向する面及び反対面を、電解エッチングすることによって製造される、ことを特徴とするプラズマ光源の製造方法が提供される。
【００１６】
また、本発明によれば、前記導電性金属は、タングステン、チタン、銅のいずれかからなる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記電解エッチングは、電解液の溶質として水酸化ナトリウムを使用し、かつ、正極に前記絶縁体、負極にチタン電極を用いる。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明の方法によれば、電解エッチングすることによって、導電性多孔部分の表面に微細孔が現れている状態にすることで、導電性多孔部分の表面において発光物質の浸み出しが均一化される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるプラズマ光源の実施形態図である。
【図２】本発明による同軸状電極の構成図である。
【図３】本発明による放電電圧と放電電流の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい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。
【００２１】
図１は、本発明によるプラズマ光源の原理図である。
この図において、本発明のプラズマ光源は、１対の同軸状電極１０、放電環境保持装置２０、及び電圧印加装置３０を備える。
【００２２】
１対の同軸状電極１０は、対称面１を中心として対向配置されている。
各同軸状電極１０は、棒状の中心電極１２、管状のガイド電極１４及びリング状の絶縁体１６からなる。
【００２３】
棒状の中心電極１２は、単一の軸線Ｚ−Ｚ上に延びる導電性の電極である。
この例において、中心電極１２の対称面１に対向する端面は円弧状になっている。なお、この構成は必須ではなく、端面に凹穴を設け、後述する面状放電２と管状放電４を安定化させるようにしてもよく、或いは平面でもよい。
【００２４】
ガイド電極１４は、中心電極１２の対向する先端部を一定の間隔を隔てて囲み、その間にプラズマ媒体を保有するようになっている。ガイド電極１４は、この例では、対称面１側に位置する小径中空円筒部分１４ａと、その反対側に位置し小径中空円筒部分１４ａより大径の大径中空部分１４ｂとからなる。また、ガイド電極１４の対称面１に対向する小径中空円筒部分１４ａの端面は、この例では円弧状であるが平面でもよい。
プラズマ媒体は、この例ではＳｎ，Ｌｉ等の常温で固体のプラズマ媒体であるのがよい。
【００２５】
リング状の絶縁体１６は、中心電極１２とガイド電極１４の間に位置する中空円筒形状の電気的絶縁体であり、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する。
絶縁体１６は、この例では、小径中空円筒部分１４ａの内側に嵌合する小径部分と、大径中空部分１４ｂの内側に嵌合する大径部分とからなる。
なお、絶縁体１６の形状はこの例に限定されず、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する限りで、その他の形状であってもよい。
【００２６】
上述した１対の同軸状電極１０は、各中心電極１２が同一の軸線Ｚ−Ｚ上に位置し、かつ互いに一定の間隔を隔てて対称に位置する。
【００２７】
放電環境保持装置２０は、同軸状電極１０内にプラズマ媒体を供給し、かつプラズマ発生に適した温度及び圧力に同軸状電極１０を保持する。プラズマ発生に適した温度は、例えば０〜３００℃であり、プラズマ発生に適した圧力は、例えば１〜１０×１０−６ｔｏｒｒの真空度である。
放電環境保持装置２０は、例えば、真空チャンバー２２、排気装置２４、ガス供給系、温度調節器、及びプラズマ媒体供給装置により構成することができる。なお、真空チャンバー２２と排気装置２４は必須であるが、ガス供給系、温度調節器、及びプラズマ媒体供給装置は必須ではない。
【００２８】
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。
電圧印加装置３０は、この例では、正電圧源３２、負電圧源３４及びトリガスイッチ３６からなる。
正電圧源３２は、一方（この例では左側）の同軸状電極１０の中心電極１２にそのガイド電極１４より高い正の放電電圧を印加する。
負電圧源３４は、他方（この例では右側）の同軸状電極１０の中心電極１２にそのガイド電極１４より低い負の放電電圧を印加する。
トリガスイッチ３６は、正電圧源３２と負電圧源３４を同時に作動させて、それぞれの同軸状電極１０に同時に正負の放電電圧を印加する。
この構成により、本発明のプラズマ光源は、１対の同軸状電極１０間に管状放電（後述する）を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるようになっている。
【００２９】
図２（Ａ）は、図１の同軸状電極の拡大図である。
この図において、絶縁体１６は、液化したプラズマ媒体が連続して浸透できない絶縁性緻密部分１６ａ（セラミックス等）と、液化したプラズマ媒体が連続して浸透する導電性多孔部分１６ｂとを一体成型した部品である。
【００３０】
絶縁性緻密部分１６ａはアルミナ等の絶縁性セラミックスであり、導電性多孔部分１６ｂを構成する導電性金属は、タングステン、チタン、銅等の導電性金属であることが好ましい。
また絶縁性緻密部分１６ａの粒径及び焼成温度は、液化したプラズマ媒体が連続して浸透できないように設定する。さらに導電性多孔部分１６ｂの粒径及び焼成温度は、液化したプラズマ媒体が連続して浸透するように設定する。
【００３１】
絶縁性緻密部分１６ａは、プラズマ媒体を内部に保有するリザーバー１８を有してもよい。この場合において、リザーバー１８は、絶縁性緻密部分１６ａの内部に設けられ、軸線Ｚ−Ｚを中心とする中空円筒形の空洞である。
また、リザーバー１８は、閉鎖板１５で閉じられ、この閉鎖板１５は、中心電極１２の背面側に設けられたネジ軸１２ａと螺合するナット１３により、着脱可能に固定されている構成であることが望ましい。この構成により、閉鎖板１５の着脱により、リザーバー１８にプラズマ媒体を適宜補給することができるようになる
なお、閉鎖板１５は液化したプラズマ媒体の温度に耐える耐熱金属板又は耐熱セラミックであるのがよい。
この構成により、閉鎖板１５の着脱により、リザーバー１８にプラズマ媒体を適宜補給することができる。
【００３２】
上述したプラズマ光源を用い、絶縁体１６をプラズマ媒体６（Ｓｎ，Ｌｉ等）が溶融して導電性多孔部分１６ｂを拡散、浸みだしできる温度に維持し、同軸状電極間の絶縁体表面部にプラズマ媒体の薄膜を形成する。
また、電極導体（中心電極１２とガイド電極１４）をプラズマ媒体６の蒸気が凝集しない高温に維持する。
【００３３】
なお、絶縁性緻密部分１６ａと導電性多孔部分１６ｂの形状はこの例に限定されず、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する限りで、その他の形状であってもよい。
【００３４】
図２（Ｂ）は、導電性多孔部分１６ｂの部分拡大図である。
この図において、導電性多孔部分１６ｂは、プラズマ側表面部１６ｃと閉鎖板側表面部１６ｄを有している。
【００３５】
導電性多孔部分１６ｂは、導電性金属の微粒子（例えば、タングステン微粒子）を焼結したものを機械加工した際に発生するバリを取り除くために、プラズマ側表面部１６ｃ及び閉鎖板側表面部１６ｄ（またはいずれか一方）に対して電解エッチングを行っている。
これによって、部品表面の多孔部を覆っていたバリを除去することができるため、発光物質（例えば、液体リチウム）の浸み出しの均一化を維持することができるという効果がある。
【００３６】
なお、この例においては、電解エッチングは、水酸化ナトリウムを電解液として用い、正極に対象物品（導電性多孔部分１６ｂ）、負極にチタン電極を用い、さらに、電解電圧は１０Ｖ程度の条件で実施している。
【００３７】
図３は、本発明によるプラズマ光源の作動説明図である。この図において、（Ａ）は面状放電の発生時、（Ｂ）は面状放電の移動中、（Ｃ）はプラズマの形成時、（Ｄ）はプラズマ封込み磁場の形成時を示している。
以下、この図を参照して、本発明のプラズマ光源の製造方法を説明する。
【００３８】
本発明のプラズマ光源の製造方法では、上述した１対の同軸状電極１０を対向配置し、放電環境保持装置２０により同軸状電極１０内をプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持し、電圧印加装置３０により各同軸状電極１０に極性を反転させた放電電圧を印加する。
【００３９】
図３（Ａ）に示すように、この電圧印加により、１対の同軸状電極１０に絶縁体１６の表面でそれぞれ面状の放電電流（以下、面状放電２と呼ぶ）が発生する。面状放電２は、２次元的に広がる面状の放電電流である。
【００４０】
なおこの際、左側の同軸状電極１０の中心電極１２は正電圧（＋）、ガイド電極１４は負電圧（−）に印加され、右側の同軸状電極１０の中心電極１２は負電圧（−）、そのガイド電極１４は正電圧（＋）に印加されている。
なお、両方のガイド電極１４を接地させて０Ｖに保持し、一方の中心電極１２を正電圧（＋）に印加し、他方の中心電極１２を負電圧（−）に印加してもよい。
【００４１】
また本発明において、絶縁体１６は、プラズマ媒体を主成分とする常温で固体の絶縁化合物で構成されているので、面状放電２により、絶縁化合物の表面が気化してプラズマ媒体６として同軸状電極間に供給される。
【００４２】
図３（Ｂ）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（図で中心に向かう方向）に移動する。
【００４３】
図３（Ｃ）に示すように、面状放電２が１対の同軸状電極１０の先端に達すると、１対の面状放電２の間に挟まれたプラズマ媒体６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（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。
【００４４】
さらに、この状態において、対向する１対の中心電極１２は、正電圧（＋）と負電圧（−）であり、同様に対向する１対のガイド電極１４も、正電圧（＋）と負電圧（−）であるので、図３（Ｄ）に示すように、面状放電２は対向する１対の中心電極１２同士、及び対向する１対のガイド電極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を囲む中空円筒状の放電電流を意味する。
この管状放電４が形成されると、図に符号５で示すプラズマ封込み磁場（磁気ビン）が形成され、プラズマ３を半径方向及び軸方向に封じ込むことができる。
【００４５】
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。
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、プラズマ光８（ＥＵＶ）を長時間安定して発生させることができる。
【００４６】
上述した本発明の方法によれば、電解エッチングすることによって、導電性多孔部分１６ｂの表面に微細孔が現れている状態にすることで、導電性多孔部分１６ｂの表面において発光物質の浸み出しが均一化される。
【００４７】
なお、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。
【符号の説明】
【００４８】
１ 対称面、２ 面状放電、３ プラズマ、４ 管状放電、
５ プラズマ封込み磁場（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 ネジ軸、１３ ナット、１４ ガイド電極、
１４ａ 小径中空円筒部分、１４ｂ 大径中空部分、１５ 閉鎖板、
１６ 絶縁体、１６ａ 絶縁性緻密部分、１６ｂ 導電性多孔部分、
１６ｃ プラズマ側表面部、１６ｄ 閉鎖板側表面部、
１８ リザーバー、２０ 放電環境保持装置、
２２ 真空チャンバー、２４ 排気装置、
３０ 電圧印加装置、３２ 正電圧源、３４ 負電圧源、
３６ トリガスイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光源の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代半導体の微細加工のために極端紫外光源を用いるリソグラフィが期待されている。リソグラフィとは回路パターンの描かれたマスクを通して光やビームをシリコン基盤上に縮小投影し、レジスト材料を感光させることで電子回路を形成する技術である。光リソグラフィで形成される回路の最小加工寸法は基本的には光源の波長に依存している。従って、次世代の半導体開発には光源の短波長化が必須であり、この光源開発に向けた研究が進められている。
【０００３】
次世代リソグラフィ光源として最も有力視されているのが、極端紫外（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光源であり、およそ１〜１００ｎｍの波長領域の光を意味する。以下、この領域の光をプラズマ光又は単にＥＵＶと呼ぶ。
プラズマ光（ＥＵＶ）はあらゆる物質に対し吸収率が高く、レンズ等の透過型光学系を利用することができないので、反射型光学系を用いることになる。またこの領域の光学系は非常に開発が困難で、限られた波長にしか反射特性を示さない。
【０００４】
現在、１３．５ｎｍに感度を有するＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡が開発されており、この波長の光と反射鏡を組み合わせたリソグラフィ技術が開発されれば３０ｎｍ以下の加工寸法を実現できると予測されている。さらなる微細加工技術の実現のために、波長１３．５ｎｍのリソグラフィ光源の開発が急務であり、高エネルギー密度プラズマからの輻射光が注目されている。
【０００５】
光源プラズマ生成はレーザー照射（ＬＰＰ：Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式と、パルスパワー技術によって駆動されるガス放電（ＤＰＰ：Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式とに大別できる。ＤＰＰは、投入した電力が直接プラズマエネルギに変換されるので、ＬＰＰに比べて変換効率で優位であるうえに、装置が小型で低コストという利点がある。
【０００６】
プラズマから有効波長領域（ｉｎ−ｂａｎｄ）の放射光への変換効率（Ｐｌａｓｍａ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｅ．ｃｉｅｎｃｙ：Ｐ．Ｃ．Ｅ）は次式（１）のように表される。
Ｐ．Ｃ．Ｅ＝（Ｐｉｎｂａｎｄ×τ）／Ｅ・・・（１）
ここで、Ｐｉｎｂａｎｄは有効波長領域のＥＵＶ放射光出力、τは放射持続時間、Ｅはプラズマに投入されたエネルギーである。
【０００７】
有効波長領域に放射スペクトルを持つ元素としては、Ｘｅ，Ｓｎ，Ｌｉ等が代表的であり、実験の容易さ、取り扱いやすさから開発初期はＸｅを中心に研究が進められてきた。しかし、近年では高出力、高効率を理由にＳｎが注目を浴び研究が進められている。また、有効波長領域にちょうどＬｙｍａｎ−α共鳴線を有する水素様Ｌｉイオン（Ｌｉ２＋）に対する期待も高まってきている。
【０００８】
高温高密度プラズマからの放射スペクトルは、基本的にはターゲット物質の温度と密度によって決まり、プラズマの原子過程を計算した結果によると、ＥＵＶ放射領域のプラズマにするにはＸｅ，Ｓｎの場合で電子温度、電子密度がそれぞれ数１０ｅＶ、１０１８ｃｍ−３程度，Ｌｉの場合で２０ｅＶ、１０１８ｃｍ−３程度が最適とされている。
【０００９】
ガス放電（ＤＰＰ）方式の光源プラズマ生成手段として、特許文献１〜３が既に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１４７２３１号、「プラズマ光源とプラズマ光発生方法」
【特許文献２】特開２０１１−５４７２９号、「プラズマ光源」
【特許文献３】特開２０１１−５４７３０号、「プラズマ光源」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１〜３に開示されたプラズマ光源は、１対の対向する同軸状電極間でプラズマを封じ込める構造のものであり、２つ同軸状電極から進展する面状放電（電流シート）を、同軸状電極間の中央部で衝突させ、かつ電流路の繋ぎ変えにより、プラズマの封じ込めを行うものである。
【００１２】
ここで、プラズマ媒体の供給は、同軸状電極を構成する中心電極とガイド電極の間を絶縁体である多孔質セラミックで構成し、多孔質セラミックを通して同軸状電極内にプラズマ媒体（例えばリチウム）を供給していた。
そのために、多孔質セラミックについて、焼結後に機械加工することによって寸法精度を調整する必要があった。
【００１３】
しかし、上記機械加工を行う際において、発生したバリが多孔部を覆ってしまうため、絶縁体の表面部に微細孔が現れない状態となってしまうことがあった。そのため、部品最表面部における液体リチウムの浸み出しの均一性が損なわれるという問題を有していた。
【００１４】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案したものである。すなわち、本発明の目的は、多孔体金属の表面において発光物質の浸み出しが均一化されたプラズマ光源製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、１対の同軸状電極間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるプラズマ光源の製造方法であって、
各同軸状電極は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、中心電極を間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の間に位置しその間を絶縁する絶縁体とからなり、
前記絶縁体は、内側と外側の絶縁性緻密部分と、その間に挟持された導電性多孔部分とからなり、導電性多孔部分は、
（Ａ）導電性金属の微粒子を焼結して多孔体に成形し、
（Ｂ）前記多孔体の形状を機械加工し、
（Ｃ）多孔体における前記プラズマと対向する面及び反対面を、電解エッチングすることによって製造される、ことを特徴とするプラズマ光源の製造方法が提供される。
【００１６】
また、本発明によれば、前記導電性金属は、タングステン、チタン、銅のいずれかからなる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記電解エッチングは、電解液の溶質として水酸化ナトリウムを使用し、かつ、正極に前記絶縁体、負極にチタン電極を用いる。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明の方法によれば、電解エッチングすることによって、導電性多孔部分の表面に微細孔が現れている状態にすることで、導電性多孔部分の表面において発光物質の浸み出しが均一化される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるプラズマ光源の実施形態図である。
【図２】本発明による同軸状電極の構成図である。
【図３】本発明による放電電圧と放電電流の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい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。
【００２１】
図１は、本発明によるプラズマ光源の原理図である。
この図において、本発明のプラズマ光源は、１対の同軸状電極１０、放電環境保持装置２０、及び電圧印加装置３０を備える。
【００２２】
１対の同軸状電極１０は、対称面１を中心として対向配置されている。
各同軸状電極１０は、棒状の中心電極１２、管状のガイド電極１４及びリング状の絶縁体１６からなる。
【００２３】
棒状の中心電極１２は、単一の軸線Ｚ−Ｚ上に延びる導電性の電極である。
この例において、中心電極１２の対称面１に対向する端面は円弧状になっている。なお、この構成は必須ではなく、端面に凹穴を設け、後述する面状放電２と管状放電４を安定化させるようにしてもよく、或いは平面でもよい。
【００２４】
ガイド電極１４は、中心電極１２の対向する先端部を一定の間隔を隔てて囲み、その間にプラズマ媒体を保有するようになっている。ガイド電極１４は、この例では、対称面１側に位置する小径中空円筒部分１４ａと、その反対側に位置し小径中空円筒部分１４ａより大径の大径中空部分１４ｂとからなる。また、ガイド電極１４の対称面１に対向する小径中空円筒部分１４ａの端面は、この例では円弧状であるが平面でもよい。
プラズマ媒体は、この例ではＳｎ，Ｌｉ等の常温で固体のプラズマ媒体であるのがよい。
【００２５】
リング状の絶縁体１６は、中心電極１２とガイド電極１４の間に位置する中空円筒形状の電気的絶縁体であり、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する。
絶縁体１６は、この例では、小径中空円筒部分１４ａの内側に嵌合する小径部分と、大径中空部分１４ｂの内側に嵌合する大径部分とからなる。
なお、絶縁体１６の形状はこの例に限定されず、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する限りで、その他の形状であってもよい。
【００２６】
上述した１対の同軸状電極１０は、各中心電極１２が同一の軸線Ｚ−Ｚ上に位置し、かつ互いに一定の間隔を隔てて対称に位置する。
【００２７】
放電環境保持装置２０は、同軸状電極１０内にプラズマ媒体を供給し、かつプラズマ発生に適した温度及び圧力に同軸状電極１０を保持する。プラズマ発生に適した温度は、例えば０〜３００℃であり、プラズマ発生に適した圧力は、例えば１〜１０×１０−６ｔｏｒｒの真空度である。
放電環境保持装置２０は、例えば、真空チャンバー２２、排気装置２４、ガス供給系、温度調節器、及びプラズマ媒体供給装置により構成することができる。なお、真空チャンバー２２と排気装置２４は必須であるが、ガス供給系、温度調節器、及びプラズマ媒体供給装置は必須ではない。
【００２８】
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。
電圧印加装置３０は、この例では、正電圧源３２、負電圧源３４及びトリガスイッチ３６からなる。
正電圧源３２は、一方（この例では左側）の同軸状電極１０の中心電極１２にそのガイド電極１４より高い正の放電電圧を印加する。
負電圧源３４は、他方（この例では右側）の同軸状電極１０の中心電極１２にそのガイド電極１４より低い負の放電電圧を印加する。
トリガスイッチ３６は、正電圧源３２と負電圧源３４を同時に作動させて、それぞれの同軸状電極１０に同時に正負の放電電圧を印加する。
この構成により、本発明のプラズマ光源は、１対の同軸状電極１０間に管状放電（後述する）を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるようになっている。
【００２９】
図２（Ａ）は、図１の同軸状電極の拡大図である。
この図において、絶縁体１６は、液化したプラズマ媒体が連続して浸透できない絶縁性緻密部分１６ａ（セラミックス等）と、液化したプラズマ媒体が連続して浸透する導電性多孔部分１６ｂとを一体成型した部品である。
【００３０】
絶縁性緻密部分１６ａはアルミナ等の絶縁性セラミックスであり、導電性多孔部分１６ｂを構成する導電性金属は、タングステン、チタン、銅等の導電性金属であることが好ましい。
また絶縁性緻密部分１６ａの粒径及び焼成温度は、液化したプラズマ媒体が連続して浸透できないように設定する。さらに導電性多孔部分１６ｂの粒径及び焼成温度は、液化したプラズマ媒体が連続して浸透するように設定する。
【００３１】
絶縁性緻密部分１６ａは、プラズマ媒体を内部に保有するリザーバー１８を有してもよい。この場合において、リザーバー１８は、絶縁性緻密部分１６ａの内部に設けられ、軸線Ｚ−Ｚを中心とする中空円筒形の空洞である。
また、リザーバー１８は、閉鎖板１５で閉じられ、この閉鎖板１５は、中心電極１２の背面側に設けられたネジ軸１２ａと螺合するナット１３により、着脱可能に固定されている構成であることが望ましい。この構成により、閉鎖板１５の着脱により、リザーバー１８にプラズマ媒体を適宜補給することができるようになる
なお、閉鎖板１５は液化したプラズマ媒体の温度に耐える耐熱金属板又は耐熱セラミックであるのがよい。
この構成により、閉鎖板１５の着脱により、リザーバー１８にプラズマ媒体を適宜補給することができる。
【００３２】
上述したプラズマ光源を用い、絶縁体１６をプラズマ媒体６（Ｓｎ，Ｌｉ等）が溶融して導電性多孔部分１６ｂを拡散、浸みだしできる温度に維持し、同軸状電極間の絶縁体表面部にプラズマ媒体の薄膜を形成する。
また、電極導体（中心電極１２とガイド電極１４）をプラズマ媒体６の蒸気が凝集しない高温に維持する。
【００３３】
なお、絶縁性緻密部分１６ａと導電性多孔部分１６ｂの形状はこの例に限定されず、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する限りで、その他の形状であってもよい。
【００３４】
図２（Ｂ）は、導電性多孔部分１６ｂの部分拡大図である。
この図において、導電性多孔部分１６ｂは、プラズマ側表面部１６ｃと閉鎖板側表面部１６ｄを有している。
【００３５】
導電性多孔部分１６ｂは、導電性金属の微粒子（例えば、タングステン微粒子）を焼結したものを機械加工した際に発生するバリを取り除くために、プラズマ側表面部１６ｃ及び閉鎖板側表面部１６ｄ（またはいずれか一方）に対して電解エッチングを行っている。
これによって、部品表面の多孔部を覆っていたバリを除去することができるため、発光物質（例えば、液体リチウム）の浸み出しの均一化を維持することができるという効果がある。
【００３６】
なお、この例においては、電解エッチングは、水酸化ナトリウムを電解液として用い、正極に対象物品（導電性多孔部分１６ｂ）、負極にチタン電極を用い、さらに、電解電圧は１０Ｖ程度の条件で実施している。
【００３７】
図３は、本発明によるプラズマ光源の作動説明図である。この図において、（Ａ）は面状放電の発生時、（Ｂ）は面状放電の移動中、（Ｃ）はプラズマの形成時、（Ｄ）はプラズマ封込み磁場の形成時を示している。
以下、この図を参照して、本発明のプラズマ光源の製造方法を説明する。
【００３８】
本発明のプラズマ光源の製造方法では、上述した１対の同軸状電極１０を対向配置し、放電環境保持装置２０により同軸状電極１０内をプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持し、電圧印加装置３０により各同軸状電極１０に極性を反転させた放電電圧を印加する。
【００３９】
図３（Ａ）に示すように、この電圧印加により、１対の同軸状電極１０に絶縁体１６の表面でそれぞれ面状の放電電流（以下、面状放電２と呼ぶ）が発生する。面状放電２は、２次元的に広がる面状の放電電流である。
【００４０】
なおこの際、左側の同軸状電極１０の中心電極１２は正電圧（＋）、ガイド電極１４は負電圧（−）に印加され、右側の同軸状電極１０の中心電極１２は負電圧（−）、そのガイド電極１４は正電圧（＋）に印加されている。
なお、両方のガイド電極１４を接地させて０Ｖに保持し、一方の中心電極１２を正電圧（＋）に印加し、他方の中心電極１２を負電圧（−）に印加してもよい。
【００４１】
また本発明において、絶縁体１６は、プラズマ媒体を主成分とする常温で固体の絶縁化合物で構成されているので、面状放電２により、絶縁化合物の表面が気化してプラズマ媒体６として同軸状電極間に供給される。
【００４２】
図３（Ｂ）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（図で中心に向かう方向）に移動する。
【００４３】
図３（Ｃ）に示すように、面状放電２が１対の同軸状電極１０の先端に達すると、１対の面状放電２の間に挟まれたプラズマ媒体６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（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。
【００４４】
さらに、この状態において、対向する１対の中心電極１２は、正電圧（＋）と負電圧（−）であり、同様に対向する１対のガイド電極１４も、正電圧（＋）と負電圧（−）であるので、図３（Ｄ）に示すように、面状放電２は対向する１対の中心電極１２同士、及び対向する１対のガイド電極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を囲む中空円筒状の放電電流を意味する。
この管状放電４が形成されると、図に符号５で示すプラズマ封込み磁場（磁気ビン）が形成され、プラズマ３を半径方向及び軸方向に封じ込むことができる。
【００４５】
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。
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、プラズマ光８（ＥＵＶ）を長時間安定して発生させることができる。
【００４６】
上述した本発明の方法によれば、電解エッチングすることによって、導電性多孔部分１６ｂの表面に微細孔が現れている状態にすることで、導電性多孔部分１６ｂの表面において発光物質の浸み出しが均一化される。
【００４７】
なお、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。
【符号の説明】
【００４８】
１ 対称面、２ 面状放電、３ プラズマ、４ 管状放電、
５ プラズマ封込み磁場（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 ネジ軸、１３ ナット、１４ ガイド電極、
１４ａ 小径中空円筒部分、１４ｂ 大径中空部分、１５ 閉鎖板、
１６ 絶縁体、１６ａ 絶縁性緻密部分、１６ｂ 導電性多孔部分、
１６ｃ プラズマ側表面部、１６ｄ 閉鎖板側表面部、
１８ リザーバー、２０ 放電環境保持装置、
２２ 真空チャンバー、２４ 排気装置、
３０ 電圧印加装置、３２ 正電圧源、３４ 負電圧源、
３６ トリガスイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の同軸状電極間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるプラズマ光源の製造方法であって、
各同軸状電極は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、中心電極を間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の間に位置しその間を絶縁する絶縁体とからなり、
前記絶縁体は、内側と外側の絶縁性緻密部分と、その間に挟持された導電性多孔部分とからなり、導電性多孔部分は、
（Ａ）導電性金属の微粒子を焼結して多孔体に成形し、
（Ｂ）前記多孔体の形状を機械加工し、
（Ｃ）多孔体における前記プラズマと対向する面及び反対面を、電解エッチングすることによって製造される、ことを特徴とするプラズマ光源の製造方法。
【請求項２】
前記導電性金属は、タングステン、チタン、銅のいずれかからなる、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源の製造方法。
【請求項３】
前記電解エッチングは、電解液の溶質として水酸化ナトリウムを使用し、かつ、正極に前記絶縁体、負極にチタン電極を用いる、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源の製造方法。
【請求項１】
１対の同軸状電極間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるプラズマ光源の製造方法であって、
各同軸状電極は、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、中心電極を間隔を隔てて囲む管状のガイド電極と、中心電極とガイド電極の間に位置しその間を絶縁する絶縁体とからなり、
前記絶縁体は、内側と外側の絶縁性緻密部分と、その間に挟持された導電性多孔部分とからなり、導電性多孔部分は、
（Ａ）導電性金属の微粒子を焼結して多孔体に成形し、
（Ｂ）前記多孔体の形状を機械加工し、
（Ｃ）多孔体における前記プラズマと対向する面及び反対面を、電解エッチングすることによって製造される、ことを特徴とするプラズマ光源の製造方法。
【請求項２】
前記導電性金属は、タングステン、チタン、銅のいずれかからなる、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源の製造方法。
【請求項３】
前記電解エッチングは、電解液の溶質として水酸化ナトリウムを使用し、かつ、正極に前記絶縁体、負極にチタン電極を用いる、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−６２１１８（Ｐ２０１３−６２１１８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９４６３（Ｐ２０１１−１９９４６３）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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