JP2000312044A - レーザ発振装置、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

レーザ発振装置、露光装置及びデバイスの製造方法

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JP2000312044A JP11076654A JP7665499A JP2000312044A JP 2000312044 A JP2000312044 A JP 2000312044A JP 11076654 A JP11076654 A JP 11076654A JP 7665499 A JP7665499 A JP 7665499A JP 2000312044 A JP2000312044 A JP 2000312044A
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忠弘 大見
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昌樹 平山
Kazuhide Ino
和英 伊野
Hisakuni Shinohara
壽邦 篠原
Yasuyuki Shirai
泰雪 白井
Nobuyoshi Tanaka
信義 田中
Nobumasa Suzuki
伸昌 鈴木
Masaru Osawa
大 大沢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロット上に生成されるプラズマの拡散を抑
止し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光を
可能とするレーザ発振装置を提供する。 【解決手段】 導波管３０１から導波管壁に形成された
複数の微小間隙３０１０を介して電磁波をレーザ管３０
２内に導入することによりレーザ管３０２内のレーザガ
スを励起させてプラズマを生成し、プラズマから発せら
れる光を共振させてレーザ光を発生させるレーザ発振装
置であって、微小間隙３０１０上に励起するプラズマが
所定領域外へ拡散しないように、レーザ管３０２内にメ
ッシュシールドを設けている。生成されたプラズマがメ
ッシュシールド外へ拡散することを抑止することができ
るため、投入したパワーを最大限に活用してプラズマ生
成を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮性気体を流入
出させる流路を形成し、流路途中の所定部位から噴出さ
せるガス供給路構造、導波管から導波管壁に形成された
複数の微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入する
ことにより、レーザ光を発生させるレーザ発振装置に関
し、特にレーザガス励起用の電磁波としてマイクロ波を
用いたレーザ発振装置、これを備えた露光装置及びデバ
イスの製造方法に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】近時では、紫外領域で発振する唯一の高
出力レーザとして、いわゆるエキシマレーザが注目され
ており、電子産業や化学産業、エネルギー産業等におい
て、具体的には金属、樹脂、ガラス、セラミックス、半
導体等の加工や化学反応等に応用が期待されている。
【０００３】エキシマレーザ発振装置の機能原理につい
て説明する。先ず、マニホルド内に充填されたＡｒ，Ｋ
ｒ，Ｎｅ，Ｆ2 等のレーザガスを電子ビーム照射や放電
等により励起状態にする。このとき、励起されたＦ原子
は基底状態の不活性Ｋｒ，Ａｒ原子と結合して励起状態
でのみ存在する分子であるＫｒＦ* ，ＡｒＦ* を生成す
る。この分子がエキシマと呼ばれるものである。エキシ
マは不安定であり、直ちに紫外光を放出して基底状態に
落ちる。これをボンドフリー遷移あるいは自然発光とい
うが、この励起分子を利用して一対の反射鏡で構成され
る光共振器内で位相の揃った光として増幅し、レーザ光
として取り出すものがエキシマレーザ発振装置である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザ発振装
置について、以下に列挙するような種々の問題がある。
【０００５】（１）エキシマレーザ発振装置は、各種近
代産業に用いられる光源の主流となりつつある反面、発
光に伴うレーザガスの枯渇によりその発光時間が極めて
短いという問題がある。即ち、エキシマレーザの中でも
特にＫｒＦレーザやＡｒＦレーザ、Ｆ2 レーザにおいて
は、励起分子から発光がなされた状態から元の原料ガス
分子の状態に戻るまで比較的長時間を要するため、長時
間の発光を維持することが困難となる。
【０００６】そこで、レーザガスを補って発光時間を延
長させるには、当該レーザガスを高速度で絶えず供給す
る必要がある。しかしながら、高速流を発生させればそ
れに伴って衝撃波が生じてレーザ発振装置として機能不
能、具体的にはレーザガスの継ぎ手が緩んだり、セラミ
クスの破損や金属疲労等が発生するおそれがあり、例え
ば露光等を行なう場合、それ以上に衝撃波によって発生
する振動は致命的な外乱となる。現在のところ、衝撃波
を防止して高速流のレーザガスを実現する十分な技術は
確立しておらず、今後の鋭意検討が待たれる現況にあ
る。
【０００７】（２）エキシマレーザ発光の際には、上記
の如くレーザガスの励起源としては主にマイクロ波が用
いられる。マイクロ波とは、発振周波数が数百ＭＨｚ〜
数十ＧＨｚの電磁波である。この場合、導波管から導波
管壁に形成された間隙（スロット）を介してマイクロ波
をレーザ管内に導入し、これによりレーザ管内のレーザ
ガスをプラズマ状態に励起する。
【０００８】しかしながら、導波管壁に形成されたスロ
ットからの電磁波の放射特性を、スロット上の全領域に
おいて均一にすることは困難であり、通常、スロット長
軸方向に正弦状もしくはそれに類似した分布となる。即
ち、図９７（ａ）に示すように、スロット長軸方向の中
央部における電界強度分布が最も大きく、スロット長軸
方向の端部における電界強度分布が最も小さくなってし
まう。
【０００９】更に、マイクロ波の電界強度分布に対し
て、図９７（ｂ）に示すように、励起されるプラズマは
スロット長軸方向の中心に集まるという性質があり、ス
ロット長軸方向の電界強度の不均一分布が助長されてし
まう。このことは、スロットの長手方向において励起さ
れるプラズマを均一にすることのできない大きな要因と
なる。
【００１０】この現象は、スロットの長手方向における
中央の位置で励起源である電磁波の強度が最も強いため
プラズマが中央の位置で励起され易いという性質、励起
したプラズマが表面積が最小となる球状に集まり易いと
いう性質に起因するものである。中央位置で励起したプ
ラズマにより、スロット中央に空間のインピーダンスの
低い領域が形成され、その部位で優先的にエネルギーが
消費されると共に、プラズマがシールドとして働き、マ
イクロ波が放出される長さに設計されていたスロット長
がマイクロ波にとって半分の長さとなり、マイクロ波が
スロット外部に放出されなくなる。これら２つの要因に
よりプラズマはスロットの中央のみで形成され易く、ス
ロット上で均一なプラズマを励起させることは極めて困
難であった。
【００１１】（３）エキシマレーザ発光の際には、上記
の如くレーザガスの励起源としては主にマイクロ波が用
いられる。マイクロ波とは、発振周波数が数百ＭＨｚ〜
数十ＧＨｚの電磁波である。この場合、導波管から導波
管壁に形成された間隙（スロット）を介してマイクロ波
をレーザ管内に導入し、これによりレーザ管内のレーザ
ガスをプラズマ状態に励起する。
【００１２】ここで、仮にスロットから放出されるマイ
クロ波の強度分布が均一であったとしても、レーザ光の
共振器長を満たすだけの長い空間にマイクロ波を供給す
るには、共振器長軸方向に沿って複数のスロットを配置
したスロットアレイ構造を形成する必要がある。この構
造を図９８に示す。図９８において、導波管壁２０１に
複数の微小間隙（スロット）２０２が等間隔に形成され
ており、便宜上レーザ管内を放出空間として略記する。
【００１３】このスロットアレイ構造を採用した場合、
隣接するスロット２０２間の領域（図９８中、楕円形の
斜線部で示す。）は必然的にマイクロ波の非照射領域と
なる。従って、マイクロ波により放出空間に存するレー
ザガスを励起する際にも非照射領域の存在に起因してマ
イクロ波強度にムラが生じ、全体として不均一な分布の
プラズマ放電が発生することになる。
【００１４】（４）スロット上のマイクロ波放出面直近
にはプラズマが生成されるが、スロット上に形成される
プラズマシースにおいては、マイクロ波の伝播が可能で
あり、結果マイクロ波がシース領域を介してスロット短
軸方向に広がり、投入したパワーが分散してしまうため
にエキシマレーザの励起に必要なエネルギ密度を満たす
ことができなかった。このことは、プラズマを広い空間
に拡散すると、プラズマの生成に用いるためのエネルギ
が分散してエキシマを励起するだけのエネルギ密度を実
現することが困難となることに起因する。
【００１５】図９９はプラズマシースを介してマイクロ
波が伝播する様子を示す模式図であり、スロットの長手
方向に対し垂直となる方向に沿った断面を示している。
【００１６】スロット上ではプラズマは電気的に接地さ
れていないが、その外側は基本的には直接導波管８０１
に接地しており、シースにおける電位差、シース幅など
が両者で異なってくる。このため、プラズマ密度が十分
でない場合、シースが厚くなり、マイクロ波が外側に不
均一に漏れ易くなる。この結果、スロット開口端の直上
はプラズマが薄く、外側において高密度になるという現
象が発生する。
【００１７】本発明は、上記の種々の課題に鑑みてなさ
れたものであり、以下に列挙する目的を有する。
【００１８】（１）簡易な構造で音速に近い程の高速流
を形成しつつも、衝撃波の発生を抑止することを可能と
するガス供給路構造（及びガス供給方法）を提供するこ
とを目的とし、更にはこのガス供給路構造を備え、発光
時間の長いレーザ発振装置や、このレーザ発振装置を備
えた高性能の露光装置、この露光装置を用いた高品質な
デバイスの製造方法を提供する。 （２）スロットアレイ構造を採用するも、個々のスロッ
トの長手方向にわたり全体的に均一なプラズマの励起を
実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光
を可能とするレーザ発振装置や、このレーザ発振装置を
備えた高性能の露光装置、この露光装置を用いた高品質
なデバイスの製造方法を提供する。
【００１９】（３）スロットアレイ構造を採用するも、
レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放
射を実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ
発光を可能とするレーザ発振装置や、このレーザ発振装
置を備えた高性能の露光装置、この露光装置を用いた高
品質なデバイスの製造方法を提供する。
【００２０】（４）スロットアレイ構造を採用するも、
スロット上に生成されるプラズマの拡散を抑止し、エネ
ルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光を可能とする
レーザ発振装置や、このレーザ発振装置を備えた高性能
の露光装置、この露光装置を用いた高品質なデバイスの
製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ発振装置
は、導波管から導波管壁に形成された複数の微小間隙を
介して電磁波をレーザ管内に導入することにより前記レ
ーザ管内のレーザガスを励起させてプラズマを生成し、
前記プラズマから発せられる光を共振させてレーザ光を
発生させるレーザ発振装置であって、圧縮性気体を流入
出させる流路を形成し、前記流路途中の所定部位で前記
圧縮性気体を所定速度に制御するガス供給路構造を備
え、前記流路が前記所定部位で最も幅狭となる形状とさ
れており、前記圧縮性気体の流入口と流出口との圧力比
を両者の断面積比で与えられる臨界圧力比以下とし、前
記所定速度を亜音速に制御し、前記レーザ管内に、前記
レーザガスの流れる方向に向かって形成された開口から
なる前記プラズマの遮蔽構造を備えている。
【００２２】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起させてプラズマを生成し、前記プラズマから
発せられる光を共振させてレーザ光を発生させるレーザ
発振装置であって、前記微小間隙上から前記レーザ管壁
までの間が所定距離離間され、前記電磁波の通路が形成
されており、前記レーザ管内に、前記レーザガスの流れ
る方向に向かって形成された開口からなる前記プラズマ
の遮蔽構造を備えている。
【００２３】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起させてプラズマを生成し、前記プラズマから
発せられる光を共振させてレーザ光を発生させるレーザ
発振装置であって、圧縮性気体を流入出させる流路を形
成し、前記流路途中の所定部位で前記圧縮性気体を所定
速度に制御するガス供給路構造を備え、前記流路が前記
所定部位で最も幅狭となる形状とされており、前記圧縮
性気体の流入口と流出口との圧力比を両者の断面積比で
与えられる臨界圧力比以下とし、前記所定速度を亜音速
に制御し、前記微小間隙上から前記レーザ管壁までの間
が所定距離離間され、前記電磁波の通路が形成され、前
記レーザ管内に、前記レーザガスの流れる方向に向かっ
て形成された開口からなる前記プラズマの遮蔽構造を備
えている。
【００２４】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起させてプラズマを生成し、前記プラズマから
発せられる光を共振させてレーザ光を発生させるレーザ
発振装置において、以下の（Ａ）〜（Ｉ）からなる構成
要素群から選ばれた２つ以上の任意の構成要素を組み合
わせて備える。 （Ａ）圧縮性気体を流入出させる流路を形成し、前記流
路途中の所定部位で前記圧縮性気体を所定速度に制御す
るガス供給路構造を備え、前記流路が前記所定部位で最
も幅狭となる形状とされており、前記圧縮性気体の流入
口と流出口との圧力比を両者の断面積比で与えられる臨
界圧力比以下とし、前記所定速度を亜音速に制御する構
成要素。 （Ｂ）前記微小間隙上から前記レーザ管壁までの間が所
定距離離間され、前記電磁波の通路が形成された構成要
素。 （Ｃ）前記各微小間隙が、当該微小間隙に依存した電磁
波の放出特性が前記導波管内で伝搬される電磁波の強度
分布と相反するような部位に形成された構成要素。 （Ｄ）前記微小間隙の形成面を対向させて前記レーザ管
を狭持するように一対の前記導波管が設けられ、前記各
導波管内に同一の電磁波が供給されて前記レーザ管内で
対向する双方向からレーザガスの励起を行なう構成要
素。 （Ｅ）前記微小間隙が、前記導波管の長端面に形成され
ており、当該長端面の長手方向の中心線に沿って所定間
隔をおいて左右に等間隔で配置された構成要素。 （Ｆ）前記微小間隙上に励起する前記プラズマが所定領
域外へ拡散しないように、前記レーザ管内に遮蔽構造が
設けられた構成要素。 （Ｇ）前記微小間隙の短辺方向の幅が、前記微小間隙の
開口から前記短辺方向への前記電磁波の通路となるシー
スの厚みよりも短く形成された構成要素。 （Ｈ）前記微小間隙の近傍に少なくとも１つの電極を備
え、前記電極に所定の電流密度を与えることにより、前
記微小間隙上において前記レーザガスから発せられる光
の強度分布を均一化する構成要素。 （Ｉ）前記微小間隙の長手方向の端部における幅が中央
部における幅に比して幅広に形成された構成要素。
【００２５】本発明のガス供給路構造は、圧縮性気体を
流入出させる流路を形成し、前記流路途中の所定部位で
前記圧縮性気体を所定速度に制御するガス供給路構造で
あって、前記流路が前記所定部位で最も幅狭となる形状
とされており、前記圧縮性気体の流入口と流出口との圧
力比を両者の断面積比で与えられる臨界圧力比以下と
し、前記所定速度を亜音速に制御する。
【００２６】本発明のガス供給路構造の一態様は、前記
流入口及び／又は前記流出口の圧力を調節することによ
り前記所定速度を亜音速に制御する。
【００２７】本発明のガス供給路構造の一態様におい
て、前記所定部位は、前記圧縮性気体により生じる擾乱
が少なくなる形状とされている。
【００２８】本発明のガス供給路構造の一態様において
は、前記流路内における前記圧縮性気体の加速効率及び
／又は減速効率に対応して、臨界圧力比又は前記流入口
及び／又は前記流出口の圧力を補正する。
【００２９】本発明のガス供給路構造の一態様におい
て、前記流路は、前記所定部位を中心とした対称形状と
されている。
【００３０】本発明のガス供給路構造の一態様におい
て、前記流路は、前記所定部位の上下幅を可変とする上
下幅調整手段を有する。
【００３１】本発明のガス供給路構造は、圧縮性気体を
流入出させる流路を形成し、前記流路途中の所定部位で
前記圧縮性気体を所定速度に制御するガス供給路構造で
あって、前記圧縮性気体の流入口近傍と前記圧縮性気体
の流出口近傍との少なくとも片方を加熱又は冷却するこ
とにより、前記圧縮性気体の流入速度及び流出速度をそ
れぞれ調節し、前記所定速度を前記流入速度及び前記流
出速度と異なる亜音速に制御する。
【００３２】本発明のガス供給方法は、圧縮性気体を流
路に流入出させ、前記流路途中の所定部位で前記圧縮性
気体を所定速度に制御する方法であって、前記流路を前
記所定部位で最も幅狭となる形状とするとともに、前記
圧縮性気体の流入口と流出口との圧力比を両者の断面積
比で与えられる臨界圧力比以下とし、前記所定速度を亜
音速とする。
【００３３】本発明のガス供給方法の一態様は、前記流
入口及び／又は前記流出口の圧力を調節することにより
前記所定速度を亜音速に制御する。
【００３４】本発明のガス供給方法の一態様において、
前記所定部位を、前記圧縮性気体により生じる擾乱が少
なくなる形状とする。
【００３５】本発明のガス供給方法の一態様は、前記流
路内における前記圧縮性気体の加速効率及び／又は減速
効率に対応して、臨界圧力比又は前記流入口及び／又は
前記流出口の圧力を補正する。
【００３６】本発明のガス供給方法の一態様において、
前記流路を、前記所定部位を中心とした対称形状とす
る。
【００３７】本発明のガス供給方法は、圧縮性気体を流
入出させる流路を形成し、前記流路途中の所定部位で前
記圧縮性気体を所定速度に制御するガス供給路構造であ
って、前記圧縮性気体の流入口近傍と前記圧縮性気体の
流出口近傍との少なくとも片方を加熱又は冷却すること
により、前記圧縮性気体の流入速度及び流出速度をそれ
ぞれ調節し、前記所定速度を前記流入速度及び前記流出
速度と異なる亜音速に制御する。
【００３８】本発明のレーザ発振装置は、レーザチャン
バ内で励起されたレーザガスから発する光を共振させて
レーザ光を発生させるものであって、前記レーザチャン
バは、前記ガス供給路構造を含み、前記圧縮性気体をレ
ーザガスとして前記所定部位から発する光を共振させ
る。
【００３９】本発明のレーザ発振装置は、前記レーザガ
スを、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた少なくとも１種の
不活性ガスとＦ2 ガスとの混合ガスとするエキシマレー
ザ発振装置である。
【００４０】本発明のレーザ発振装置の一態様は、前記
ガス供給路構造の流入口及び流出口にそれぞれ接続され
たガス供給手段を備え、前記ガス供給路構造及び前記各
ガス供給手段により前記レーザガスの循環系を構成す
る。
【００４１】本発明のレーザ発振装置の一態様は、前記
ガス供給路構造と前記各ガス供給手段とを接続する前記
レーザガスの冷却手段を備える。
【００４２】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記冷却手段は、加熱された前記レーザガスを冷却
するように機能する。
【００４３】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記ガス供給手段は、複数のポンプがマトリクス状
に結合してなるものである。
【００４４】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記ポンプはベローズポンプである。
【００４５】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記ガス供給手段はシロッコファンである。
【００４６】本発明のレーザ発振装置は、レーザガス供
給系から発する光を共振させてレーザ光を発するもので
あって、前記レーザガス供給系は、前記レーザガスを流
入出させる流路を形成し、前記流路途中の所定部位で最
も幅狭となる形状を有する一対のガス供給路構造が直列
に接続され、中央部位が発光部となるように構成されて
なるガス供給路構造群を備えており、前記ガス供給路構
造群の前記発光部で前記レーザガスを超音速に制御し、
当該発光部から発した光を共振させる。
【００４７】本発明のレーザ発振装置の一態様は、前記
レーザガスを、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた少なくと
も１種の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合ガスとするエキ
シマレーザ発振装置である。
【００４８】本発明のレーザ発振装置の一態様は、前記
ガス供給路構造群の流入口及び流出口にそれぞれ接続さ
れたガス供給手段を備え、前記ガス供給路構造及び前記
各ガス供給手段により前記レーザガスの循環系を構成す
る。
【００４９】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記ガス供給手段は、複数のポンプがマトリクス状
に結合してなるものである。
【００５０】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記ポンプはベローズポンプである。
【００５１】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記ガス供給手段はシロッコファンである。
【００５２】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記ガス供給路構造群の前記流路は、前記所定部位
の上下幅を可変とする上下幅調整手段を有する。
【００５３】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発する光を共振させ
てレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、前記
微小間隙上から前記レーザ管壁までの間が所定距離離間
され、前記電磁波の通路が形成されている。
【００５４】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙から前記レーザ管壁までの離間距離
は、前記導波管から導入される電磁波の管内における半
波長の整数倍である。
【００５５】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記導波管から導入される電磁波がマイクロ波であ
る。
【００５６】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙上を含む前記通路を囲むように導電体
が設けられ、前記通路が前記レーザ管との接触部位で当
該レーザ管の長手方向にわたる所定幅の空隙とされてい
る。
【００５７】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙には、誘電体が充填されている。
【００５８】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙の幅は、前記導波管から導入される電磁波
の管内における半波長の整数倍である。
【００５９】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙は、その先端部位のみが幅狭とされてお
り、前記レーザ管との接触部位で当該レーザ管の長手方
向にわたるスリット形状とされている。
【００６０】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙は、その先端部位近傍のみが幅広とされて
おり、当該幅が前記導波管から導入される電磁波の波長
又は半波長にほぼ等しい値とされている。
【００６１】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙は、その先端部位近傍の幅が、前記微小間
隙から放出される電磁波の強度分布を反映して当該空隙
の長手方向に沿って異なる値とされている。
【００６２】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記通路内の少なくとも前記微小間隙の上層に、当
該微小間隙に対して対称形状な構造を有する誘電体レン
ズが設けられている。
【００６３】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記導波管内に誘電体レンズが充填されている。
【００６４】本発明のレーザ発振装置の一態様は前記レ
ーザガスを、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた少なくとも
１種の不活性ガス、又は前記少なくとも１種の不活性ガ
スとＦ2 ガスとの混合ガスとするエキシマレーザ発振装
置である。
【００６５】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発する光を共振させ
てレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、前記
各微小間隙は、当該微小間隙に依存した電磁波の放出特
性が前記導波管内で伝搬される電磁波の強度分布と相反
するような部位に形成されている。
【００６６】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙に依存した電磁波の放出強度分布の最
小値が前記微小間隙のほぼ中央部位に位置する部位に、
前記各微小間隙が形成されている。
【００６７】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記各微小間隙は、電磁波の導波管における管内波
長又はその半波長をピッチとして一列に形成されてい
る。
【００６８】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記導波管から導入される電磁波がマイクロ波であ
る。
【００６９】本発明のレーザ発振装置の一態様は、前記
レーザガスを、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた少なくと
も１種の不活性ガス、又は前記少なくとも１種の不活性
ガスとＦ2 ガスとの混合ガスとするエキシマレーザ発振
装置である。
【００７０】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発する光を共振させ
てレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、前記
微小間隙の形成面を対向させて前記レーザ管を狭持する
ように一対の前記導波管が設けられ、前記各導波管内に
同一の電磁波が供給されて前記レーザ管内で対向する双
方向からレーザガスの励起を行なう。
【００７１】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙の形成面が前記導波管の短端面であ
り、前記各微小間隙が長手方向に等間隔で一列に形成さ
れている。
【００７２】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記各導波管は、対向する前記各形成面間で各々対
応する前記微小間隙が相対的に所定距離シフトするよう
に配されている。
【００７３】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記各導波管内に供給される電磁波の位相を両者間
で相対的にシフトさせる位相調節手段が設けられてい
る。
【００７４】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記各導波管に電磁波を同調させる同調手段がそれ
ぞれ設けられている。
【００７５】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記導波管から導入される電磁波がマイクロ波であ
る。
【００７６】本発明のレーザ発振装置の一態様は前記レ
ーザガスを、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた少なくとも
１種の不活性ガス、又は前記少なくとも１種の不活性ガ
スとＦ2 ガスとの混合ガスとするエキシマレーザ発振装
置である。
【００７７】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発する光を共振させ
てレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、前記
微小間隙は、前記導波管の長端面に形成されており、当
該長端面の長手方向の中心線に沿って所定間隔をおいて
左右に等間隔で配置されている。
【００７８】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙上から前記レーザ管壁までの間が所定
距離離間され、前記電磁波の通路が形成されている。
【００７９】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙から前記レーザ管壁までの離間距離
は、前記導波管から導入される電磁波の半波長の整数倍
である。
【００８０】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記導波管から導入される電磁波がマイクロ波であ
る。
【００８１】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙上を含む前記通路を囲むように導電体
が設けられ、前記通路が前記レーザ管との接触部位で当
該レーザ管の長手方向にわたる所定幅の空隙とされてい
る。
【００８２】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙は、前記微小間隙とほぼ同一幅に形成され
ている。
【００８３】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙は、相対応する左右の前記微小間隙を含む
幅に形成されており、その先端部位のみが幅狭で前記レ
ーザ管の長手方向にわたる１本のスリット形状とされて
いる。
【００８４】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙は、相対応する左右の前記微小間隙を含む
幅に形成されており、その先端部位のみが前記微小間隙
に対応した幅狭で前記レーザ管の長手方向にわたる偶数
本のスリット形状とされている。
【００８５】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙の幅が前記導波管から導入される電磁波の
半波長の整数倍である。
【００８６】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙の形成面を対向させて前記レーザ管を
狭持するように一対の前記導波管が設けられ、前記各導
波管内に同一の電磁波が供給されて前記レーザ管内で対
向する双方向からレーザガスの励起を行なう。
【００８７】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙には、誘電体が充填されている。
【００８８】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記導波管の短端面に、前記微小間隙のインピーダ
ンスを調整するための微小金属体が埋め込まれている。
【００８９】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記導波管内には、誘電体が充填されている。
【００９０】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙内には、その先端面が平坦化されるよ
うに誘電体が充填されている。
【００９１】本発明のレーザ発振装置の一態様は前記レ
ーザガスを、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた少なくとも
１種の不活性ガス、又は前記少なくとも１種の不活性ガ
スとＦ2 ガスとの混合ガスとするエキシマレーザ発振装
置である。
【００９２】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起させてプラズマを生成し、前記プラズマから
発せられる光を共振させてレーザ光を発生させるレーザ
発振装置であって、前記微小間隙上に励起する前記プラ
ズマが所定領域外へ拡散しないように、前記レーザ管内
に遮蔽構造を設けている。
【００９３】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記遮蔽構造は、前記微小間隙の長手方向に対し
て垂直となる方向への前記プラズマの拡散を防止するよ
うに設けられている。
【００９４】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記遮蔽構造は、前記微小間隙から所定距離だけ
離間して配置された金属壁からなる。
【００９５】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記遮蔽構造は、メッシュ状の板材から構成されて
いる。
【００９６】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記遮蔽構造は、所定の開口を有する複数のノズル
からなる。
【００９７】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記ノズルが、前記レーザガスの通路とされてい
る。
【００９８】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記遮蔽構造が、磁場によって構成されている。
【００９９】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起させてプラズマを生成し、前記プラズマから
発せられる光を共振させてレーザ光を発生させるレーザ
発振装置であって、前記微小間隙の短辺方向の幅が、前
記微小間隙の開口から前記短辺方向への前記電磁波の通
路となるシースの厚みよりも短く形成されている。
【０１００】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記短辺方向の幅が、１０μｍ〜１００μｍの範
囲内の値である。
【０１０１】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起させてプラズマを生成し、前記プラズマから
発せられる光を共振させてレーザ光を発生させるレーザ
発振装置であって、前記微小間隙の各々が複数列のスリ
ットから構成されている。
【０１０２】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記複数列のスリットにおいて、端の列における
スリットの幅が、中央近傍の列におけるスリットの幅よ
りも小さい。
【０１０３】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記複数列のスリットにおいて、端の列における
スリットの長さが、中央近傍の列におけるスリットの長
さよりも短い。
【０１０４】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記レーザ管に面した前記微小間隙の開口端の側
方に、前記プラズマの拡散を抑える遮蔽構造が設けられ
ている。
【０１０５】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発せられる光を共振
させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、
前記微小間隙の近傍に少なくとも１つの電極を備え、前
記電極に所定の電流密度を与えることにより、前記微小
間隙上において前記レーザガスから発せられる光の強度
分布を均一化するようにしている。
【０１０６】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記電極は前記微小間隙の長手方向に沿って複数
箇所設けられ、前記電極に所定の電流密度を与えること
により、前記微小間隙の中央近傍に比して前記微小間隙
の端部近傍における予備電離密度を大きくしている。
【０１０７】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記微小間隙に沿って配置された複数の前記電極
を備え、前記微小間隙の端部近傍に位置する前記電極の
電流密度を、前記微小間隙の中央近傍に位置する電極の
電流密度に比して大きくしている。
【０１０８】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記電極は、前記微小間隙に近接して前記微小間
隙の長手方向に沿って一体に形成されており、前記微小
間隙の中央近傍における幅に比して前記微小間隙の端部
における幅が大きく形成されている。
【０１０９】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発する光を共振させ
てレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、前記
微小間隙の近傍に紫外線を照射するための光源を備え、
前記紫外線の照射により、前記微小間隙上において前記
レーザガスから発せられる光の強度分布を均一化してい
る。
【０１１０】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記微小間隙と対向した位置における前記導波管
の壁面に前記光源からの前記紫外線を通過させるための
開孔を設けている。
【０１１１】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記開孔を、前記電磁波が通過不能な大きさとし
ている。
【０１１２】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発する光を共振させ
てレーザ光を発生させるレーザ発振装置において、前記
電磁波のレーザ管内への導入と独立して、前記微小間隙
の端部におけるレーザガスの励起を促進することによ
り、前記微小間隙上の全域におけるレーザー発光の強度
を均一化するようにしている。
【０１１３】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発せられる光を共振
させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、
前記微小間隙の長手方向の端部における幅が中央部にお
ける幅に比して幅広に形成されている。
【０１１４】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記端部が前記中央部における幅よりも大きな直
径の円弧形状とされている。
【０１１５】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発せられる光を共振
させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、
前記微小間隙は前記導波管の長手方向に沿った中心軸か
ら離間した位置に形成されており、前記微小間隙の端部
が中央部に比してより前記導波管壁の側面に近接するよ
うに、前記微小間隙が湾曲している。
【０１１６】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記電磁波が、前記導波管から前記導波管の長端
面の方向に放射される。
【０１１７】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発せられる光を共振
させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、
前記微小間隙が形成された前記導波管壁に空隙構造が形
成されている。
【０１１８】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記空隙構造は、前記微小間隙の端部近傍において
は前記端部からλｇ／４（λｇは前記電磁波の管内波
長）の距離の範囲まで形成されている。
【０１１９】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記空隙構造は、前記微小間隙の端部近傍において
は前記端部からλｇ／２（λｇは前記電磁波の管内波
長）の距離の範囲まで形成されている。
【０１２０】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記空隙構造は、前記微小間隙の中央部においては
λｇ／２（λｇは前記電磁波の管内波長）以下の距離の
範囲で形成されている。
【０１２１】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記空隙構造は、前記微小間隙の長手方向と垂直と
なる方向においては、λｇ／２（λｇは前記電磁波の管
内波長）の整数倍の幅で形成されている。
【０１２２】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発せられる光を共振
させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、
前記導波管内における前記微小間隙の近傍に誘電体レン
ズ若しくは前記電磁波にとって実質的にレンズと等価と
なる構造を設けている。
【０１２３】本発明の露光装置は、照明光を発する光源
である前記レーザ発振装置と、所定パターンの形成され
たレチクルに前記レーザ発振装置からの照明光を照射す
る第１光学系と、前記レチクルを通過した照明光を被照
射面に照射する第２光学系とを備え、前記被照射面に前
記レチクルの所定パターンを投影し露光を行う。
【０１２４】本発明のデバイスの製造方法は、被照射面
に感光材料を塗布する工程と、前記露光装置を用いて、
前記感光材料が塗布された前記被照射面に所定パターン
の露光を行う工程と、前記所定パターンの露光が行われ
た前記感光材料を現像する工程とを備える。
【０１２５】本発明のデバイスの製造方法の一態様にお
いては、前記被照射面をウェハ面とし、当該ウェハ面に
半導体素子を形成する。
【０１２６】
【作用】本発明においては、以下に列挙するような作用
を有する。
【０１２７】（１）本発明のレーザ発振装置において
は、各微小間隙が、当該微小間隙の電磁波の放出特性が
導波管内で伝搬される電磁波の強度分布と相反するよう
な部位に形成される。ここで、微小間隙に依存した電磁
波の放出特性は、上記のように微小間隙の中央部位で電
磁波強度が最大値となり、微小間隙の端部へ近づくにつ
れて小さくなる分布を示すため、導波管内で伝搬される
電磁波の強度分布がこれと相反するような位置に微小間
隙を形成すれば、導波管内で伝搬される電磁波の強度分
布が微小間隙に依存した電磁波の放出特性による強度分
布の影響を受け、実際に各微小間隙から放出される電磁
波の強度分布の均一性が当該各微小間隙の全域にわたっ
て高まる。
【０１２８】具体的には、例えばＥ面アンテナを想定
し、各微小間隙を電磁波の導波管における管内波長又は
その半波長をピッチとして一列に形成した場合、導波管
内で伝搬される電磁波の強度分布の最小値が当該微小間
隙のほぼ中央部位に位置するように、各微小間隙を形成
する。即ち、導波管内で伝搬される電磁波の強度分布に
合わせて、各微小間隙の中央部位に電磁波の放出強度分
布の最大値が一致するように対応させた位置から、各微
小間隙を一律にλg ／４（λg ：管内波長）だけずらし
た部位に、当該微小間隙を形成する。このような比較的
容易に手法により、各微小間隙から放出される電磁波の
強度分布の更なる均一化を係ることが可能となる。
【０１２９】（２）本発明のレーザ発振装置において
は、導波管壁に形成された複数の微小間隙（スロット）
上からレーザ管壁までの間が所定距離離間され、前記電
磁波の通路が形成されている。この場合、各微小間隙か
ら放出された電磁波はレーザ管壁の近傍では波面が平坦
化され、全体として平面波近似となってレーザ管内に伝
播する。従って、レーザ管内のレーザガスにはほぼ均一
の平面波とされた電磁波が到達することになり、レーザ
管の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現さ
れ、レーザ発光の均一化に寄与する。
【０１３０】（３）本発明のレーザ発振装置において
は、微小間隙（スロット）の形成面を対向させてレーザ
管を狭持するように一対の導波管を設け、レーザ管内で
対向する双方向からレーザガスの励起を行なう。このと
き、種々の要請に適合して対向する各形成面の微小間隙
が相対的に所定距離シフトするように、各導波管の空間
配置を調節したり、各導波管内に供給される電磁波の位
相を両者間で相対的にシフトさせる等により、微小間隙
の非連続性に起因する電磁波の波面のむらが各導波管間
で補間し合い、発光領域は実質的に増加して波面が平坦
化される。従って、レーザ管内のレーザガスには全空間
にほぼ均一に電磁波が到達することになり、レーザ管の
長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レ
ーザ発光の均一化に寄与する。 （４）本発明のレーザ発振装置においては、微小間隙
（スロット）を導波管の長端面（Ｈ面）に形成し、当該
Ｈ面の長手方向の中心線に沿って所定間隔をおいて左右
に等間隔で配置する。この場合、微小間隙（スロット）
を導波管の短端面（Ｅ面）に形成した場合と異なり、電
磁波の位相の均一を保ちつつも前記所定間隔を狭める、
例えば前記所定間隔をλg ／２（λg ：導波管内におけ
る電磁波の管内波長）とすることができる。従って、全
てのスロットから放出される電磁波の位相を揃えてレー
ザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射を
実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光
が可能となる。
【０１３１】この場合、対応する左右のスロット間隔を
比較的小さくとると、放出される電磁波の強度は増加す
るものの、各スロットに着目すれば電磁波の強度が中央
部位に集中するきらいがある。他方、前記スロット間隔
を比較的大きくとると、全体として均一な電磁波放出が
得られる。従って、満足な強度と均一性という２つの要
請を考慮して、前記スロット間隔の最適値を決定すれば
よい。
【０１３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したいくつか
の具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に
説明する。
【０１３３】（第１の実施形態）先ず、第１の実施形態
について説明する。この実施形態では、いわゆるエキシ
マレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示す
る。図１〜図３は、それぞれ本実施形態のエキシマレー
ザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【０１３４】このエキシマレーザ発振装置は、図１〜図
３に示すように、エキシマレーザガスが供給され、当該
レーザガスを放電により励起させ共振させることにより
レーザ光を発するレーザチャンバ１と、レーザチャンバ
１にレーザガスを供給するためのガス供給手段２と、加
熱させたレーザガスを冷却するための冷却器３とを備え
て構成されている。本例では、後述するようにレーザガ
スの流動方向が交互に変化することを考慮して、レーザ
チャンバ１をガスの流入口と流出口とで対称形状に構成
する。
【０１３５】また、レーザガスの冷却は、図１の送通部
２８に冷却水を供給することで行い、ガス供給手段２に
も放熱フィン２９を設けて行なう。レーザガスの温度上
昇が比較的少ない場合には、冷却器３を別途設ける必要
はない。
【０１３６】エキシマレーザ光を発生させる際の原料と
なるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ば
れた１種以上の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合気体であ
る。これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を
選択し組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長
のレーザ光を発生させたい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ 2
とし、１９３ｎｍの波長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、
１５７の波長の場合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０１３７】レーザチャンバ１は、図２（ｂ）に示すよ
うに、左右対称形状のいわゆるラバルノズル型のもので
ありレーザ管として機能するガス供給路構造１１と、こ
のガス供給路構造１１内のレーザガスを励起してプラズ
マ状態とするための導波管１２とを備えて構成されてい
る。
【０１３８】ガス供給路構造１１は、一対の流入出口１
１ａからレーザガスを流入出させる流路を形成し、中央
部で最も幅狭となる形状とされており、この中央部でレ
ーザガスを後述するように所定の亜音速となるように制
御するノズルである。ここで、レーザガスの流速が亜音
速となる前記中央部がレーザ光の発光部２１となる。そ
して、図３に示すように、この発光部２１の図中上下部
位に一対の反射構造体２２，２３が設けられ、これら反
射構造体２２，２３により発光部２１から発する光の位
相が揃えられてレーザ光が発生する。なお本実施形態で
は、ガス供給路構造１１内におけるレーザガスの流れは
左右双方向とされるため、ガス供給路構造１１は左右対
称形状とされており、ガス流の方向に応じて流入出口１
１ａの一方が流入口に、他方が流出口となる。
【０１３９】なお、このガス供給路構造１１の発光部２
１におけるレーザガスの通路の高さ（上下幅）は、図１
〜図３の例では所定値に固定されているが、例えば図４
に示すような当該発光部２１の高さを可変とする上下幅
調整手段２１ａを設けてもよい。この上下幅調整手段２
１ａは、上下方向に可変とされた一対の部材であり、各
々の先端部を対向させることにより発光部２１の高さを
所定値に規定するものである。この上下幅調整手段２１
ａの代わりに、着脱可能なスペーサを発光部２１に設け
て高さ規制を行なうようにしてもよい。また、ノズル部
分を取り替えることで、異なるガス供給路構造を実現し
てもよい。
【０１４０】導波管１２は、マイクロ波をガス供給路構
造１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、下
面部に細長いスロットが複数形成されている。導波管１
２の上部より数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ
波が導入されると、このマイクロ波が導波管１２内を伝
播しながら、前記スロットから導波管１２の外部へ放出
される。放出されたマイクロ波は、ガス供給路構造１１
に設けられた窓部２４から当該ガス供給路構造１１内へ
導入される。そして、導入されたマイクロ波により供給
路構造１１内のレーザガスが励起され、共振してエキシ
マレーザ光が発生する。また、後述の低コンダクタンス
部２７には高周波予備電極３０が設けられている。
【０１４１】ここで、ガス供給路構造１１の具体的な機
能について説明する。便宜上、レーザガスを圧縮性気体
であり且つ完全気体とし、定常１次元の等エントロピー
流れであることを前提として解析する。
【０１４２】ガス供給路構造１１の構造は、レーザガス
の流速を加速するための先細り形状と減速するための先
太り形状とを組み合わせたいわゆるラバルノズル型のも
のである。この構造においては、発光部２１におけるガ
スの流速が音速より大きい速度に達すると、流出口では
ほぼ必ず衝撃波が発生する。本実施形態では、発光部２
１のガス流速が亜音速となるように、ガス供給路構造１
１におけるガスの流入口と流出口における圧力比を両者
の断面積比で与えられる臨界圧力比以下とする。
【０１４３】
【数１】
【０１４４】Ａthrout：発光部（スロート）の断面積 Ａout ：流出口の断面積 Ｐin ：流入口の圧力 Ｐout ：流出口の圧力
【０１４５】図５は、（流出口断面積／発光部断面積）
と（流出口圧力／流出口圧力）との関係を示す特性図で
ある。ここで、エキシマレーザガスはその成分が殆ど単
原子ガスであるため、比熱比γを５／３とする。この図
５によれば、例えば流出口における高さ（流出口の上下
幅）を発光部２１の高さ（最狭となる部位の上下幅）の
２倍（即ち、両者の空間断面積比が２）とすると、流出
口圧力を流出口圧力の約０．９３倍以上とすればガス流
速は音速を超えることはなく衝撃波は生じない。ちなみ
に臨界状態での発光部２１のガス流速は音速である。
【０１４６】ガスの音速はガス温度の関数であり、Ｋｒ
Ｆ* エキシマレーザガスの場合、例えばＮｅ：Ｋｒ：Ｆ
2 ＝９４．９：５：０．１であると仮定すると、平均分
子量Ｍ（Ｎｅ：２０．１８／Ｋｒ：８３．８／Ｆ2 ：３
８）が２３．４の理想気体と見做せば、音速ａは、
【０１４７】
【数２】
【０１４８】で表されることから、各温度に対応する音
速は、以下の表１のようになる。
【０１４９】
【表１】
【０１５０】ここで、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度
（Ｋ）であり、比熱比γは単分子のものと同じと仮定し
ている。従って、この関係により、より高速のガス置換
を行なう場合、流入ガス温度を積極的に下げることは望
ましくないことが分かる。逆に言えば、亜音速以下の高
速置換のためには、むしろレーザガスを加熱しておいた
方が望ましい場合もあり得る。また同様の理由から、レ
ーザガスの冷却を行なうのであれば、ガスの流出口側で
行なうべきことが示唆される。
【０１５１】ガス供給路構造１１の各部位（流入口、発
光部、流出口）における速度、マッハ数、ガス圧力、ガ
ス密度、ガス温度、及び音速との各条件の関係を図６に
示す。
【０１５２】この図６においては、Ａブロックが流入口
における速度（亜音速又は音速）に対する発光部２１の
前記各条件の変化を示し、Ｂブロックが発光部２１にお
ける速度（亜音速又は音速）に対する流出口の前記各条
件の変化を示している。従って、流入口の速度が亜音速
ならば、発光部２１へ向かうにつれてガス流速が増加し
て発光部２１で最大速度となる。そして、この最大速度
が亜音速以下ならば、流出口へ向かうにつれてガス流速
が減少することになる。このように、ラバルノズル型の
ガス供給路構造１１をレーザチャンバとして用い、各部
位における温度や圧力を調節することにより、衝撃波の
発生を抑止しつつ、発光部２１の流速を流入口及び流出
口でのガス流速に比して大きな亜音速に制御することが
可能となる。
【０１５３】なお、ガス供給路構造１１に形状につい
て、急拡大や急縮小等の変曲点が存在すると、発光部２
１以外の部位において音速域が形成されるおそれがある
ため、急拡大部を避けて比較的緩やかに拡大（又は縮
小）する形状とすることが望ましい。
【０１５４】以下、発光部２１の流速を上記の如き亜音
速とするための具体的な条件設定等について説明する。
発光部２１におけるガス流量は、以下に示すように、流
入口の圧力に依存する。ここで、ｆは発光部２１のガス
流量、Ｐthroutはその圧力である。この場合、（流入口
圧力／発光部圧力）と（発光部の流速）との関係は図７
に示すようになる。
【０１５５】
【数３】
【０１５６】ｆ ：発光部（スロート）のガス流量 Ｐthrout：発光部（スロート）の圧力
【０１５７】図７によれば、流入口圧力を１．６７（ａ
ｔｍ）、発光部圧力を１（ａｔｍ）に設定することによ
り、発光部２１の流速を３００（ｍ／ｓ）とすることが
できる。また、図５を用いた上記の考察により、流入口
と発光部２１との空間断面積比を２とすると、流出口圧
力は１．５６（ａｔｍ）であればよい。相対的に流出口
では圧力は低く温度は高いため、流入口側の圧力調整の
変位量より流出口側の変位量の方が大きいことが予想さ
れることから、レーザガスの充填圧を流出口圧力とし、
流入口圧力を昇圧、次いで流出口圧力を一定に保持する
ことが好適である。
【０１５８】但し、実際の系では臨界条件を用いないた
め、数１において、Ａthrout→Ａ*，Ｐout →Ｐ，Ａ
out →Ａ（Ａ* ：仮想臨界点の断面積、Ｐ，Ａ：任意位
置の圧力及び断面積）と置き換えを行なって算出してい
る。
【０１５９】更に、Ｔinを流入口におけるガス温度、Ｔ
を任意部位におけるガス温度、Ｐを任意部位におけるガ
ス圧力とすると、以下の式が成り立つ。またこの場合、
（任意部位圧力／発光部圧力）と（任意部位温度／発光
部温度）との関係は図８に示すようになる。
【０１６０】
【数４】
【０１６１】Ｔin：流入口のガス温度 Ｔ ：任意点のガス温度 Ｐ ：任意点の圧力
【０１６２】このとき、例えば流入口のガス温度を２５
℃とし、断熱状態を仮定すると、発光部温度は−３０．
３℃、流出口のガス温度は１６．９℃となる。なお、レ
ーザガスの流動により生じる摩擦や、発光部２１が加熱
されるなどして上記各条件に不測の変動が生じる場合が
ある。従って、当該摩擦が少なくなる形状、具体的には
ガス供給路構造１１の表面を例えば平坦性の高い表面と
したり、機械研磨や電界複合研磨等により物理的な表面
粗さを小さくして当該表面を変曲点のない構造（滑らか
な表面構造）とすることが望ましい。このとき、ガス供
給路構造１１の流路内（主に発光部２１）に発生する温
度上昇に対応して、臨界圧力比又は前記流入口の圧力を
補正するため、例えば発光部２１の温度をモニタ（間接
的に発光部２１におけるガス流速をモニタ）し、流入口
圧力や流出口圧力を微調整する補正手段を設けることが
好適である。具体的な当該補正手段の機能としては、例
えば発光部２１におけるガス流速が低い場合には流出口
圧力を上昇させる等が考えられる。
【０１６３】以上説明したような各条件の関係を図９に
総括的に示す。このように、例えば発光部圧力を１（ａ
ｔｍ）に、発光部ガス流速を３００（ｍ／ｓ）に設定し
たい場合には、流入口圧力を１．６７（ａｔｍ）とすれ
ばよく、更に（発光部断面積／流入口断面積）を１／２
に設計した場合には、発光部２１における前記摩擦を無
視できる程度に低減させれば、流出口圧力を１．５６
（ａｔｍ）とすればよい。このような具体的条件を採る
ことにより、衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部２１の
流速を流入口及び流出口のガス流速に比して大きな亜音
速、ここでは上記の３００（ｍ／ｓ）に制御することが
できる。
【０１６４】各ガス供給手段２は、ガス供給路構造１１
の流入口及び流出口にそれぞれ接続され、冷却器３と一
体となって循環系を形成しており、上述したようにエキ
シマレーザガスの流速や圧力を流入口や流出口でそれぞ
れ制御するものであり、ここではマトリクス状に結合し
た複数のベローズポンプ２５で構成されている。
【０１６５】各ベローズポンプ２５は、図２（ａ）に示
すように、伸縮自在とされた長寿命のベローズ部２５ａ
と、このベローズ部２５ａの伸縮を調節する高速精密動
作を行なうサーボモータ２５ｂとを備えて構成されてい
る。ここで、発光部２１の断面積を例えば２５０ｍｍ×
２ｍｍ（＝５×１０-4ｍ2 ）とすると、必要とされる発
光部２１のガス流量は０．１１ｍ3 ／ｓ（＝６．６１ｍ
3 ／ｍｉｎ）である。ベローズポンプ２５の動作時間を
０．２ｓ（露光時間を０．１ｓと仮定）とすると、ベロ
ーズポンプ２５が一回当たり押し出すガス体積は、流入
口、流出口でそれぞれ２．２１×１０-2ｍ3 、２．３０
×１０-2ｍ3 である。内径５０ｍｍの長寿命のベローズ
ポンプ２５の標準ブロック伸縮体積（最長時体積から最
短時体積を除いた体積）は、０．１１５×１０-3ｍ3 で
あることから、２００ブロック程度のベローズポンプ２
５が必要となる。ここでは、初期動作や導入路等の体積
分も考慮して、片翼２１０ブロックのベローズポンプ２
５を用意する。このベローズポンプ２５は、垂直方向に
５ブロックまでの直列接続が可能なものであるため、図
１及び図３に示すように、対称動作する５ブロックのベ
ローズポンプ２５のセルが上下に２１個マトリクス状に
配列され、各ガス供給手段２が構成される。
【０１６６】ベローズ部２５ａは、長さが最短時となる
形状に合わせた放熱構造に形成されている。この構造と
しては、接ガス面積を減らす意味では円柱状とし、ベロ
ーズ部２５ａの外表面には放熱面積を高めるためのフィ
ン構造２９を設けることが望ましく、レーザガスの温度
上昇が無視できない場合にはベローズ部２５ａの内表面
についてもフィン構造とすることで対応可能である。
【０１６７】また、ベローズポンプ２５は上記の如き直
列配置されるため、座屈を防止することを考慮してベロ
ーズポンプ２５の外部の大気圧をベローズポンプ２５内
の圧力より高く設定することが好ましい。
【０１６８】ベローズポンプ２５の作業効率を向上させ
るには、当該ベローズポンプ２５から発光部２１に至る
供給系の体積を最小限に抑えることが必要である。そこ
で、図３に示すように、各ベローズポンプ２５と発光部
２１との間を結合する例えばφ４ｍｍ程度の中空流路２
６を設ける。更に、発光部２１の直近に均一なガス流を
形成するための低コンダクタンス部及び高周波予備電離
部を設ける。これら低コンダクタンス部及び高周波予備
電離部は空間的に兼用とすることが可能であり、図示の
例では両者を一体として低コンダクタンス部２７として
示す。ここでは、低コンダクタンス部２７を例えば長さ
５０ｍｍ〜１００ｍｍ、高さ４ｍｍとし、発光部２１を
長さ４ｍｍ程度、高さ２ｍｍとする。
【０１６９】冷却器３は、各ガス供給手段２と接続さ
れ、レーザガスを冷却する機能を有する。この冷却器３
と各ガス供給手段２、ガス供給路構造１１とでガス循環
系を構成しており、ガス供給手段２のベローズポンプ２
５の駆動によりレーザガスの流動方向が交互に変化す
る。ここで、冷却器３によるレーザガスの冷却方法とし
ては、ガス供給路構造１１を通過することにより加熱さ
れたレーザガスを冷却するという方式が好ましい。レー
ザガスをガス供給路構造１１へ供給する前に予備的に冷
却するとガスの音速が低下して所期の亜音速の上限が低
下し、またレーザガスの加速中に冷却するとガス流速が
低下するためである。
【０１７０】図２（ａ）において、冷却器３はガス供給
路構造１１及びガス供給手段２と個別に設置している
が、前述したように、場合によっては図１の送通部２８
の中空流路２６にて冷却を行なうことも可能である。更
に、ベローズ部２５ａの放熱フィン２９やベローズ部２
５ａ自体が冷却器としての機能を有していることは言う
までもない。
【０１７１】逆に、レーザガスの予備的な加熱は音速を
上昇させるには有効であるが、特に発光部２１の加熱
（マイクロ波に起因する加熱も含む）は、ガス流速の高
速化には寄与するものの、チョーク現象（加熱による見
かけ上の断面積の減少）が発生し、設計したガス流量を
満たすことが困難となるため、避けたほうがよい。この
加熱に起因する問題が顕著である場合には、実質的な断
面積比が変化することから、ベローズポンプ２５の動作
圧力を変更しなければならない。
【０１７２】また、発光部２１におけるマイクロ波によ
る入射エネルギーが１ｋＷ程度と仮定すると、発光部２
１におけるガス温度の上昇は１０℃程度であると見積も
れる。その場合には、マイクロ波励起の発熱よりむしろ
シール部に使用される誘電体の誘電損による発熱等が問
題となる可能性がある。しかしながら、誘電体に入射す
るマイクロ波のパワーを見積もることは困難であり、現
状では正確な解析は不可能である。場合によっては、誘
電損の問題より熱伝導性や熱応力耐性等を優先する必要
性がある。
【０１７３】このように、第１の実施形態のエキシマレ
ーザ発振装置によれば、レーザチャンバ１にラバルノズ
ル型のガス供給路構造１１を用い、流出入口におけるガ
ス圧力やガス流速を調節することにより、音速に近づく
ほどに懸念される衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部２
１におけるエキシマレーザガスの流速を所期の亜音速に
制御することが可能となる。従って、枯渇しがちなエキ
シマレーザガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速
に補給することができ、長時間の安定な発光を維持する
エキシマレーザ発振装置が実現される。
【０１７４】また、このような全体的に簡便な構造によ
り、レーザガスへの不純物となる脱ガスを抑制するため
の表面処理や、Ｆ2 ガスの消費を抑制する完全な抑制下
で形成されるフッ素不動態処理を全ての面に施すことが
可能であり、レーザガスの長寿命化に対しても極めて有
効である。
【０１７５】ここで、第１の実施形態によるエキシマレ
ーザ発振装置のいくつかの変形例について説明する。な
お、第１の実施形態で説明した各部材等については同符
号を記して説明を省略する。
【０１７６】−変形例１− この変形例１のエキシマレーザ発振装置は、第１の実施
形態のそれとほぼ同様の構成を有するが、ガス供給路構
造に相当する部位の形状が異なる点で相違する。図１０
は、変形例１のエキシマレーザ発振装置のガス供給路構
造のみを示す側断面図である。
【０１７７】ガス供給路構造群３１は、一対のガス供給
路構造１１が直列に接続されてなるものであり（個々の
ガス供給路構造１１の大きさは第１の実施形態のガス供
給路構造１１と異なる場合がある。）、前段のガス供給
路構造１１が超音速加速部３１ａ、後段のガス供給路構
造１１が超音速減速部３１ｂとされ、中央部位が発光部
３２となる。このガス供給路構造群３１においては、エ
キシマレーザガスの流出入口におけるガス流速やガス圧
力等を調整、例えば図５のＰout を図１０（ａ）のＰ
mid に置き換えて、臨界圧力比以上の圧力差をつけるこ
とにより、発光部３２でガス流速を超音速に制御するこ
とができる。
【０１７８】ここで、最狭幅の一対の前記所定部位（断
面積がそれぞれＡacc 及びＡdef ）において、始動時に
は、Ａacc ＜Ａdef を満たす必要があることから、ガス
供給路構造群３１のガス流動方向を双方向とする場合に
は必ずＡacc 及びＡdef を可変としなければならない。
そこで、このガス供給路構造１１の一対の所定部位にお
けるレーザガスの通路の高さ（上下幅）を可変とするた
め、例えば図１０（ｂ）に示すような上下幅調整手段３
３を当該一対の所定部位にそれぞれ設ける。これら上下
幅調整手段３３は、例えば断面三角形状の一対の部材か
らなり、支点Ｐを軸として回動させることにより上下幅
を変更させる。
【０１７９】このように、変形例１のエキシマレーザ発
振装置によれば、レーザチャンバ１に一対のラバルノズ
ル型のガス供給路構造群３１を用い、流出入口における
ガス圧力やガス流速を調節することにより、音速を超え
ると殆どの条件で発生する衝撃波の発生を抑止しつつ、
発光部３２におけるエキシマレーザガスの流速を所期の
超音速に制御することが可能となる。従って、枯渇しが
ちなエキシマレーザガスを衝撃波の発生を懸念すること
なく迅速に補給することができ、長時間の安定な発光を
維持するエキシマレーザ発振装置が実現される。
【０１８０】−変形例２− この変形例２のエキシマレーザ発振装置は、第１の実施
形態のそれとほぼ同様の構成を有するが、ガス供給路構
造に相当する部位の形状が異なる点で相違する。図１１
は、変形例２のエキシマレーザ発振装置のガス供給路構
造のみを示す断面図である。
【０１８１】変形例２では、ガス供給路構造として従来
用いられている同一高さのガス供給路構造４１を用い
る。そして、ガス供給路構造４１のガスの流入口には加
熱・冷却手段４２が、流出口には加熱・冷却手段４３が
設けられている。ガス供給路構造４１内のガス流による
摩擦の発生を無視すると、ガスの流入口を加熱すると共
に流出口を冷却することにより、ガス供給路構造４１の
各部位（流入口、発光部、流出口）における速度、マッ
ハ数、ガス圧力、ガス密度、ガス温度、及び音速との各
条件の関係は図１２のようになる。
【０１８２】この図１２においては、第１の実施形態で
説明した図６と同様に、Ａブロックが流入口における速
度（亜音速又は音速）に対する発光部（ここでは、中央
部位近傍に存するものとする。）の前記各条件の変化を
示し、Ｂブロックが発光部における速度（亜音速又は音
速）に対する流出口の前記各条件の変化を示している。
従って、例えば流入口の速度が亜音速であり、加熱・冷
却手段４２にて加熱した場合、発光部へ向かうにつれて
ガス流速が増加して発光部で最大速度となる。そして、
この最大速度が亜音速であって冷却した場合、流出口へ
向かうにつれてガス流速が減少することになる。このよ
うなガス供給路構造４１をレーザチャンバ１に用い、各
部位における温度や圧力を調節することにより、衝撃波
の発生を抑止しつつ、発光部の流速を流入口及び流出口
に比して大きな亜音速に制御することが可能となる。
【０１８３】しかしながら、変形例２のエキシマレーザ
発振装置では、ガス供給路構造４１の制御に大量の熱エ
ネルギーが必要であり、例えば変形例１のガス供給路構
造群３１と組み合わせて用いる方がより現実的である。
【０１８４】このように、変形例２のエキシマレーザ発
振装置によれば、レーザチャンバ１に同一高さのガス供
給路構造４１を用い、流出入口におけるガス圧力やガス
流速を調節することにより、音速に近づくほどに懸念さ
れる衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部におけるエキシ
マレーザガスの流速を所期の亜音速に制御することが可
能となる。従って、枯渇しがちなエキシマレーザガスを
衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給することが
でき、長時間の安定な発光を維持するエキシマレーザ発
振装置が実現される。
【０１８５】−変形例３− この変形例３のエキシマレーザ発振装置は、第１の実施
形態のそれとほぼ同様の構成を有するが、ガス供給手段
２に相当する部位の形状が異なる点で相違する。図１３
は、変形例３のエキシマレーザ発振装置の概略構成を示
す側断面図である。
【０１８６】変形例３では、第１の実施形態と同様にレ
ーザチャンバ１にラバルノズル型のガス供給路構造１１
を有しているが、各ガス供給手段５１がシロッコファン
から構成されている。従って、エキシマレーザガスの流
動方向は一方向に規制されるため、必ずしもガス供給路
構造１１のような左右対称形状とする必要はなく、流出
入口におけるガス流速やガス圧力等の制御を考慮して、
例えば図１４のように、流入口の加速ノズル形状及び流
出口の減速ノズル形状の各々に最適化された形状のガス
供給路構造５２を用いた方がよい。
【０１８７】このように、変形例３のエキシマレーザ発
振装置によれば、レーザチャンバ１にラバルノズル型の
ガス供給路構造１１を用い、流出入口におけるガス圧力
やガス流速を調節することにより、音速に近づくほどに
懸念される衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部における
エキシマレーザガスの流速を所期の亜音速に制御するこ
とが可能となる。従って、枯渇しがちなエキシマレーザ
ガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給する
ことができ、長時間の安定な発光を維持するエキシマレ
ーザ発振装置が実現される。
【０１８８】しかも、ガス供給路構造を必ずしも左右対
称形状とする要請がないため、その形状に対する規制が
緩和され、様々な条件に応じた形状のガス供給路構造を
用いることができる。
【０１８９】なお、本実施形態及びその諸変形例では、
ガス供給路構造を所期の条件で用いたエキシマレーザ発
振装置について例示したが、本発明はこれに限定される
ものではない。当該ガス供給路構造は衝撃波の発生を懸
念することなく音速に近い亜音速のガス流を容易且つ安
全に形成できるという顕著な効果を奏し、この効果に対
する要請が最も強いものの一つとして本例ではエキシマ
レーザ発振装置を例示したのであって、他の各種装置や
システムに適用可能であることは言うまでもない。例え
ば、本実施形態で言及したように、ガス供給路構造１１
を用いれば、流出入口におけるガス温度を常温程度とし
て所定の圧力等の条件に従えば、発光部では急激に低い
ガス温度を実現することができることを利用して、各種
の冷却装置にも適用可能である。
【０１９０】また、衝撃波の発生が抑止されるため、特
にクリーンルームなど低振動が要求される施設において
用いられるあらゆる高速ガス冷却や置換を行なう機器に
適用して好適である。
【０１９１】（第２の実施形態）先ず、第２の実施形態
について説明する。本実施形態では、いわゆるエキシマ
レーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。
図１５は、本実施形態のエキシマレーザ発振装置の主要
構成を示す模式図である。
【０１９２】このエキシマレーザ発振装置は、図１５に
示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共
振させてレーザ光を発するレーザ管３００２と、レーザ
管３００２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ
状態とするための導波管３００１と、導波管３００１を
冷却するために、冷却水導入出口３００９を有する冷却
容器３００７とを備えて構成されている。
【０１９３】エキシマレーザ光を発生させる際の原料と
なるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ば
れた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性
ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使
用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせれば
よい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させ
たい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波
長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場
合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０１９４】レーザ管３００２は、エキシマレーザガス
の管内への導入部となるレーザガス導入出口３００８
と、各端部にそれぞれ反射構造体３００５，３００６が
設けられ、これら反射構造体３００５，３００６により
プラズマ放電による光の位相が揃えられてレーザ光が発
生する。
【０１９５】導波管３００１は、マイクロ波をガス供給
路構造３０１１内のレーザガスへ供給するための手段で
あり、図１５中上面部に細長い複数のスロット３０１０
が形成されている。導波管３００１の上部より数百ＭＨ
ｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、
このマイクロ波が導波管３００１内を伝播しながら、ス
ロット３０１０から導波管３００１の外部へ放出され
る。放出されたマイクロ波は、レーザ管３００２に設け
られた窓部３０１５から当該レーザ管３０２内へ導入さ
れる。そして、導入されたマイクロ波によりレーザ管３
０１内のエキシマレーザガスが励起され、共振してエキ
シマレーザ光が発生することになる。
【０１９６】本実施形態では、導波管３０１に、導波管
壁とレーザ管壁との間のスロット３０１０上の領域を除
く部位に両者を所定距離離間させる導電体板、ここでは
金属壁３０１２（図１６参照）が設けられている。
【０１９７】導波管３０１の具体的な様子を図１６及び
図１７に示す。ここで、図１６（ａ）は導波管１の模式
的な斜視図、図１６（ｂ）はその平面図であり、図１７
（ａ）は図１６（ｂ）中の線分ＩＩ−ＩＩ’に沿った断
面図、図１７（ｂ）は図１６（ｂ）中の線分Ｉ−Ｉ’に
沿った断面図である。
【０１９８】図１６（ｂ）に示すように、各スロット３
０１０はその長手方向が導波管３０１の長手方向と一致
するように一列に配されており、これらスロット３０１
０の周囲を囲むように金属壁３０１２が設けられてい
る。図１７（ａ），（ｂ）に示すように、この金属壁３
０１２により、スロット３０１０からレーザ管壁の窓部
３０１５までの間にレーザ管３０２の長手方向に導波管
３０１の全域にわたる空隙が形成され、この空隙がマイ
クロ波の通路３０１１となる。
【０１９９】なお、本例ではスロット３０１０を導波管
３０１のいわゆるＥ面に形成した場合を例示しており、
スロット３０１０をＨ面に形成する場合には、スロット
３０１０の形成部位に応じた通路が形成されるように金
属壁を設ける必要がある。
【０２００】ここで、スロット３０１０からレーザ管壁
の窓部３０１５までの離間距離は、導波管１から導入さ
れるマイクロ波の管内における半波長の整数倍、即ちマ
イクロ波の管内波長をλg 、ｎを整数として、 ｄ＝ｎ×λg ／２ ・・・（１） で表される距離ｄとする。これにより、通路３０１１は
共振器として機能し、各スロット３０１０から放出され
たマイクロ波はレーザ管３０１内からの反射波と干渉し
弱め合うことがなくなる。
【０２０１】なお、整数ｎの値は任意であるが、あまり
大きい値であると、後述するように通路３０１１をマイ
クロ波が伝播する際に、当該マイクロ波の金属壁３０１
２への吸収による損失が大きくなるため好ましくない。
従って、後述の如く整数ｎを３程度に規定することが最
も好適である。
【０２０２】また、通路３０１１の幅もまた同様な理由
から、導波管３０１から導入されるマイクロ波の管内に
おける半波長の整数倍、即ち、 ｗ＝ｎ×λg ／２ ・・・（２） で表される幅ｗとする。
【０２０３】以下、通路３０１１を備えた導波管１の機
能について説明する。マイクロ波が導波管３０１内を伝
播することにより、導波管壁には電流が流れる。マイク
ロ波は、導波管３０１の長手方向距離で規定された伝播
空間内で定在波として存在し、この定在波に起因して導
波管壁の前記電流も定在波の形態を採る。但し、マイク
ロ波の定在波の形態は立体的で複雑であり、一般的な分
布定数線路の電流の定在波を指標として考察するのが便
宜に利する。
【０２０４】前記電流の定在波を指標とした一例を図１
８に示す。このように本例では、スロット３０１０はそ
の形成部位が前記電流の定在波（即ち、マイクロ波の定
在波に相当する。）の腹部位に相当するように配されて
いる。従って、図１９に示すように、マイクロ波の波面
はスロット３０１０から放出された直後では、各スロッ
ト３０１０のアレイ形状に起因して各スロット３０１０
に対応した非連続の曲面形状となる。そして、マイクロ
波は各スロット３０１０から金属壁３０１２に規制され
た通路３０１１を伝播することで徐々に平面波に近づ
き、通路３０１１を通過して外部（即ち、レーザ管３０
２内）に放出されるときには、その波面は各スロット３
０１０に沿った全体にわたってほぼ平面様形状となる。
【０２０５】従って、レーザ管３０１内のエキシマレー
ザガスにはほぼ均一の平面波とされたマイクロ波が到達
することになり、レーザ管３０２の長手方向にわたって
均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の均一化に
寄与する。
【０２０６】ここで、本実施形態の変形例について説明
する。なお、実施形態に対応する構成部材等については
同符号を記して説明を省略する。
【０２０７】（変形例１）この変形例１では、図２０
（ａ），（ｂ）（各図とも図１７と同様の断面図）に示
すように、通路３０１１の先端部位１３のみが幅狭とな
るように金属壁３０１２を形成する。この場合、通路３
０１１の先端部位３０１３は、レーザ管３０１との接触
部位（即ち窓部３０１５）で当該レーザ管３０１の長手
方向にわたるスリット形状とされている。
【０２０８】このような形状に通路３０１１を形成する
ことにより、マイクロ波のレーザ管１内への放出時に意
図しないエネルギーの散逸を更に抑止することができ
る。
【０２０９】（変形例２）この変形例２では、図１７
（ａ）、図２０（ａ）の構造に対して、それぞれ図２
１、図２２に示すように、通路３０１１内を充填するよ
うに誘電体３０１４を設ける。誘電体３０１４の材料と
しては石英、フッ化カルシウム、窒化アルミニウム、ア
ルミナ、ジルコニアなどが好適である。
【０２１０】通路３０１１内に誘電体３０１４を充填す
ることにより、プラズマの通路３０１１内部での生成を
防ぐことができる。なお、この際使用する誘電体３０１
４は、より効率よくマイクロ波を伝播させるために誘電
率が高く、誘電損が小さい方が望ましい。
【０２１１】ここで、同時にプラズマで発生する大量の
熱を高速に外部に放出するため、誘電体３０１４は熱伝
導性が高いことが要求される。更には、エキシマレーザ
のように反応性の高いＦ2 等が含まれる雰囲気にさらさ
れることを考慮すると、そのような腐食系のガスに対す
る十分な耐性を持ち合わせていることも重要である。仮
にマイクロ波の放出端、即ちプラズマに接している面
は、高い温度１００〜１０００℃（入射エネルギーに依
存）に加えプラスマからの数〜数百ｅＶ（プラズマポテ
ンシャルに依存）のイオン照射によるスパッタリングな
ど極めて厳しい環境にある。したがって、場合によって
は熱伝導性が高く、比較的Ｆ2 耐性が高いＡｌＮやアル
ミナを誘電体３０１４の材料として用い、その表面（プ
ラズマとの界面）に、ＣａＦ2 ，ＬｉＦ2 ，ＭｇＦ2 の
ようなフッ化物を数μｍ〜数百μｍコーティングするこ
とで、熱伝導の同題と、腐食ガスへの耐性・スパッタリ
ング耐性などを両立できる。
【０２１２】通路１１内でのエネルギー損失は大きく２
つに分かれる。即ち充填された誘電体での誘電損と、描
道管壁での損失である。誘電損による減衰常数αは、 α＝ωμσ／２β ・・・（３） で表される（ω：角周波数／μ：透磁率／σ：電気伝導
度／β：位相定数）。また、管壁における損失において
は、ＴＥ１０モードに着目すると、
【０２１３】
【数５】
【０２１４】で与えられる。（ξ：電波インピーダンス
／δ：スキンデプス）この両者の内より支配的な損失
が、例えばプラズマに供給されるエネルギより小さけれ
ばよい。すなわち、プラズマでのマイクロ波の吸収率を
ｒとすると、プラズマがカットオフ状態の場合はｒ≪１
であり、スロット面とプラズマ界面との間を往復（多重
反射）することを考慮すると、 ｅｘｐ（−２α・ｎλg ／２）＜ｒ ・・・（４） を満たすｎを用いて、均一化線路の最大長を定義するこ
とができる。
【０２１５】しかしながら、マイクロ波の効率の点では
吸収率ｒに対してより低い損失に設定することが重要で
ありｒに対し、１／１０〜１／１００程度少なくなるよ
うな設計が好ましい（このような設定をすることで、よ
り損失の少ない系を設計できる。）。
【０２１６】ここで、誘電体３０１４を通路３０１１に
充填した場合の具体的な実験例を以下にしめす。ａ＝４
２ｍｍ，ｂ＝２１ｍｍ、導波管共振器長（長手方向、即
ちレーザ発振方向）２２０．８ｍｍのＥ面放出アンテナ
を用い、スロットの前面に金属壁３０１２を配した２．
４５ＧＨｚのＡｌ合金筐体のマイクロ波照射アンテナを
製作した。導波管共振器、即ち通路３０１１内には、誘
電率９．８のアルミナが充填されている。このとき、導
波管共振器内の管内波長は、４４．２ｍｍである。した
がって、スロットピッチも４４．２ｍｍに設定してあ
る。
【０２１７】スロットから放出されたマイクロ波は通路
３０１１内に放出される。この通路３０１１は近似的に
は平行平板型の導波路であり、この近似のもとでは波長
は自由空間での波長と等しく（但し、誘電体内部）３
９．１ｍｍである。実際は、通路３０１１のレーザ発振
方向の長さ２３５．３ｍｍをａとする方形導波管である
が、このときの管内波長は３９．２ｍｍであり、自由空
間の波長に比べ３．５×１０-3程度しか変わらないた
め、本構造では自由空間長の波長近似を用いることも可
能である。このときの半波長は１９．６ｍｍであり、通
路３０１１のスロット３０１０面から放出面までの距離
は、ｎ：１，２，３…に対して１９．６ｍｍ，３９．２
ｍｍ，５８．８ｍｍ…で与えられる。
【０２１８】ここで、共振器における損失を考慮する。
誘電損によるαは、アルミナの抵抗卓が１０11Ω・ｃｍ
のとき、５．２２×１０-7ｄＢ／ｍであり、管壁吸収に
よる損失は、アルミナの抵抗率を２．６５×１０-6Ω・
ｃｍとして、０．２３４ｄＢ／ｍである。この場合、支
配的な損失は管壁の吸収であるため、これに着目する。
１９．６ｍｍ進行する度に導波管を伝搬するエネルギー
に対して０．００５３％の損失が発生する。従って、例
えば通路３０１１を１往復する際の損失を投入エネルギ
ーの０．０２％程度に押さえるために、ｎを４（損失：
０．２１％）より小さく最も均一化の効果が得られる３
に設定した。実際は、多重反射が起こるため、このよう
に低い損失レベルに抑え込む必要がある。
【０２１９】（変形例３）この変形例３では、図２３
（ａ），図２３（ｂ）（図１７（ａ），図１７（ｂ）と
同様の断面図）に示すように、通路３０１１の先端部位
３０１３の近傍のみが幅広、具体的には、その半値幅α
が、 α＝λg ／４ 又は、 α＝λg ／２ となる幅広部３０１６を通路３０１１が有するように金
属壁３０１２を形成する。
【０２２０】この場合、幅広部３０１６は通路３０１１
に倣ってレーザ管３０２の長手方向に導波管３０１の全
域にわたるように形成されており、幅広部３０１６が上
記の如き幅に形成されていることから、この幅広部３０
１６でマイクロ波の共振のエネルギーを効率良く集中さ
せることが可能となる。
【０２２１】変形例２に挙げた構造を持つ導波路に対
し、本構造を付加した導波路を製作した。このとき、α
がλg ／４及びλg ／２に対しそれぞれ１９．６ｍｍ及
び３９ｍｍであり、３０１６の高さを５ｍｍとして設計
した。また、通路３０１１の厚みは４ｍｍとしている。
このとき、１６に存在するエネルギーは、通路３０１１
及び３０１６に存在するエネルギーのそれぞれ３１．３
％／４７．７％であり、このことから窓部３０１５に近
い部位（即ち３０１６）にエネルギーが集中されている
ことが分かる。この比較では、αがλg ／２である場合
の方がよりエネルギーが集中しているように思えるが、
３０１６の中心からλg ／４の距離内（即ちスロット３
０１０近傍）に存在するマイクロ波のエネルギーに着目
すると、通路３０１１及び３０１６に存在するエネルギ
ーのそれぞれ３１．３％／２３．８％であり、αがλg
／４である場合の方がよりスロット３０１０近傍にエネ
ルギーを集中させる効果が高いと言える。
【０２２２】更に、変形例３の他の形態を図２４に示
す。この場合、幅広部３０１６の幅が、スロット３０１
０から放出されるマイクロ波の強度分布を反映してレー
ザ管２の長手方向に沿って異なる値とされている。即ち
ここでは、金属壁３０１２を設けて通路３０１１を形成
するに加えて、更なるマイクロ波の波面の均一化を図る
ため、通路３０１１のマイクロ波放出部位での均一化を
より是正するように当該放出部位での不均一性に合わせ
て、幅広部３０１６の幅（又は半値幅α）を変化させた
構造とする。
【０２２３】これにより、レーザ管３０２内のエキシマ
レーザガスには更に均一な平面波とされたマイクロ波が
到達することになり、レーザ管３０２の長手方向にわた
って均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の更な
る均一化に寄与する。
【０２２４】この効果は、空間的な間隙の形状を変化さ
せることにより、伝播路の特性を変化できるというマイ
クロ波固有の性質によるものである。長さＬ特性インピ
ーダンスＺ0 である終端短絡導波路のインピーダンスＺ
は、 Ｚ＝ｊＺ0 ｔａｎ（（２π／λg ）Ｌ） となる。これは即ち如何なる値を持つ誘導性奏子（ディ
スクリートな素子でいうインダクタンス、コイル）及び
容量性素子（ディスクリートな素子でいうキャパシタン
ス、キャパシタ）をＬを変化させるだけで形成すること
ができることを示している。スロットライン方向に半値
幅αを変化させるということは、電磁波にとってのスロ
ットのインピーダンスを付随的に変化させることになり
（等価回路的にみると、スロットに対して連続的にさま
ざまな値を持つコイルやキャパシタが並列に接続されて
いる）、結果的にスロットから放出される電磁波の分布
を制御することができる。
【０２２５】（変形例４）この変形例４では、図２５に
示すように、通路３０１１内の各スロット３０１０の上
部に、当該スロット３０１０に対して対称形状な曲面を
有する誘電体レンズ３０１７が設けられている。この曲
面形状としては、スロット３０１０の形状・サイズ及び
放出するマイクロ波に応じて、球面、非球面（楕円状、
双曲線状等）、矩形の組み合わせとすればよく、図示の
例では球面の場合を示す。この誘電体レンズ３０１７と
して適用可能なものとしては、ゾーンニングレンズをは
じめマイクロ波に対するレンズ効果を奏する全ての構造
を含む。
【０２２６】誘電体レンズ３０１７は、マイクロ波の波
面形状の均一化を行なう際に、スロット３０１０を通過
するマイクロ波の行路差による位相ずれを解消するよう
な誘電率及び前記曲面形状をもつものである。通常マイ
クロ波は誘電体中を伝搬する際にはその速度が真空（又
は空気中）に比して遅くなるため、誘電体レンズ３０１
７を上記の如き構成に設計することで、行路差に比例し
て波面を調整することができ、均一化が可能となる。
【０２２７】この場合、生成されるプラズマにおける反
射を考慮し、多重反射を見込んで誘電率及び前記曲面形
状の最適化を図ることが好適である。または、反射を最
小とするために誘電体レンズ３０１７のレンズ厚をλg
／２の整数倍（レンズ前後の誘電体の誘電率が両者共に
高い／低いとき）、あるいはλg ／４の奇数倍（その他
のとき）とすることが望ましい。
【０２２８】更に、変形例４の他の形態を図２６（図２
５と同様の平面図）に示す。これは、誘電体レンズ３０
１８を各スロット３０１０の直上ではなく、通路３０１
１内で所定距離離間させて配し、その曲面形状を非球面
とした一例である。
【０２２９】なお、図２５及び図２６において、通路３
０１１内に誘電体が充填された場合には、誘電体レンズ
３０１７，３０１８を用いる代わりに、誘電体レンズ３
０１７，３０１８の形状の空隙を通路３０１１内に誘電
体に形成することで、同様の効果を奏することができる
ことは言うまでもない。
【０２３０】（変形例５）この変形例５では、図２７
（ａ），図２７（ｂ）（図１７（ａ），図１７（ｂ）と
同様）に示すように、導波管１内に誘電体３０１９を充
填する。ここで、λc を遮断周波数とすると、放出され
るマイクロ波の波長λと管内波長λg との関係は、
【０２３１】
【数６】
【０２３２】で表される。即ち、Ｅ面放射では、各スロ
ット３０１０の間隔がλg 又はλg ／２であるため、導
波管３０１に高誘電率の誘電体を充填すると、誘電体３
０１９が強磁性体でなければ、誘電率の平方根に逆比例
して波長λが小さくなり、管内波長λg のピッチが狭く
なり、より均一なマイクロ波の放出が可能となる。
【０２３３】使用可能な誘電体としては、例えば、以下
の表２に示すものが考えられる。但し、一般に誘電率が
高くなると誘電損が大きくなるため、これを考慮して選
択する必要がある。
【０２３４】
【表２】
【０２３５】これらの誘電体を導波管３０１内に充填す
ることで、導波管１内の管内波長は表２の比で記載され
た波長比で小さくなり、マイクロ波の波面の十分な均一
化を図ることが可能となる。
【０２３６】（変形例６）この変形例６では、より高い
周波数、例えば２．４５ＧＨｚの導波管３０１でのピッ
チに対して２倍としたい場合には、４．９ＧＨｚ程度の
周波数のマイクロ波を採用する。これにより、当該周波
数に反比例して波長λが変化し、スロット３０１０のピ
ッチを狭めることが可能となる。
【０２３７】（変形例７）この変形例７では、導波管３
０１のＨ面幅を可能な限り大きくする。励起周波数帯の
マイクロ波が遮断されないような範囲で導波管３０１の
遮断周波数λc を大きくするほど、管内波長λg は波長
λに近づき、小さくなる。従って、例えば導波管１内を
ＴＥ１０モードのみ伝搬しているような場合、Ｈ面幅を
可能な限り大きくすることで、スロット３０１０のピッ
チを狭めることが可能となる。ＴＥ１０モードのみ伝搬
する条件は、Ｈ面幅をａとすると、 ａ＜λ（＜２ａ） であることから、Ｈ面幅ａは、 （λ／２＜）ａ＜λ で与えられる。ここで、（ ）内はＴＥ１０モードを通
らない、即ち全てのモードのマイクロ波が伝搬し得ない
条件を除くための条件である。従って、Ｈ面幅ａを波長
λ程度に設定することで、ＴＥ２０モードを励起するこ
となく管内波長λg が最小値２／３1/2 λ（≒１．１５
λ）に設定できる。なお、多モード励起を許容すると、
管内波長λg は最小値λに漸近するが、その際にはａ→
∞となるため現実的でない。
【０２３８】以上説明したように、本実施形態及びその
諸変形例のエキシマレーザ発振装置によれば、スロット
アレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり
全体的に均一な電磁波の放射を実現し、エネルギー損失
を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０２３９】（第３の実施形態）先ず、第３の実施形態
について説明する。本実施形態では、いわゆるエキシマ
レーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。
図２８は、本実施形態のエキシマレーザ発振装置の主要
構成を示す模式図である。
【０２４０】このエキシマレーザ発振装置は、図２８に
示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共
振させてレーザ光を発するレーザ管４０２と、レーザ管
４０２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態
とするための導波管４０１と、導波管４０１を冷却する
ために、冷却水導入出口４０９を有する冷却容器４０７
とを備えて構成されている。
【０２４１】エキシマレーザ光を発生させる際の原料と
なるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ば
れた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性
ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使
用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせれば
よい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させ
たい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波
長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場
合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０２４２】レーザ管４０２は、エキシマレーザガスの
管内への導入部となるレーザガス導入出口４０８と、各
端部にそれぞれ反射構造体４０５，４０６が設けられ、
これら反射構造体４０５，４０６によりプラズマ放電に
よる光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０２４３】導波管４０１は、マイクロ波をガス供給路
構造４０１１内のレーザガスへ供給するための手段であ
り、図２８中上面部に細長い複数のスロット４０１０が
形成されている。導波管４０１の上部より数百ＭＨｚ〜
数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、この
マイクロ波が導波管１内を伝播しながら、スロット４０
１０からレーザ管２内へ導入される。そして、導入され
たマイクロ波によりレーザ管４０２内のエキシマレーザ
ガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生する
ことになる。
【０２４４】本実施形態では、導波管４０１のＥ面にお
いて、各スロット４０１０がλg （λg ：管内波長）の
ピッチでその長手方向に一列に形成されており、各スロ
ット４０１０が、当該スロット４０１０に依存したマイ
クロ波の放出特性が導波管４０１内で伝搬されるマイク
ロ波の強度分布と相反するような部位に形成されてい
る。
【０２４５】各スロット４０１０の具体的な様子を図２
９に示す。図２９に示すように、比較例（ａ）では、ス
ロット４０１０の中央部位にマイクロ波の強度分布（図
示の例では、導波管１の壁面を流れる電流の密度分布を
マイクロ波の強度分布の指標として示す。）の最大値が
一致するように対応させた位置に各スロット４０１０が
形成されており、この場合には上述したように、スロッ
ト４０１０に依存したマイクロ波の放出特性による強度
分布と導波管４０１内で伝搬されるマイクロ波の強度分
布とがほぼ一致するため、マイクロ波の強度分布は図３
２（ａ）のようになる。
【０２４６】それに対して、図２９の実施例（ｂ）で
は、比較例（ａ）のスロット４０１０の中央部位にマイ
クロ波の強度分布の最大値が一致するように対応させた
位置から、各スロット４０１０を一律にλg ／４だけず
らした部位に、当該スロット４０１０を形成する。
【０２４７】これにより、導波管４０１内で伝搬される
マイクロ波の強度分布の最小値が当該スロット４０１０
のほぼ中央部位に位置するように、各スロット４０１０
が存することになり、導波管４０１内で伝搬されるマイ
クロ波の強度分布がスロット４０１０に依存したマイク
ロ波の放出特性による強度分布の影響を受け、図３０に
示すように、実際に各スロット４０１０から放出される
マイクロ波の強度分布の均一性が高まることになる。
【０２４８】なお、本例ではスロット４０１０を導波管
４０１のいわゆるＥ面に形成した場合を例示しており、
スロット４０１０をＨ面に形成したいわゆるＨ面アンテ
ナを用いた場合でも同様の議論が成り立つことは言うま
でもない。
【０２４９】また、図３１に示すように、各スロット４
０１０をλg ／２のピッチでその長手方向に一列に形成
した場合にも適用可能である。ここでも図２９と同様
に、比較例（ａ）に対する実施例（ｂ）を示す。この場
合も同様に、図３０に示すように、実際に各スロット１
０から放出されるマイクロ波の強度分布の均一性が高ま
る。
【０２５０】具体的に、ａ＝４２ｍｍ、ｂ＝２１ｍｍの
サイズで、導波管共振器長２２０．８ｍｍ（レーザ発振
方向長）のＥ面放出アンテナを用い、２．４５ＧＨｚの
アルミニウム合金筐体のマイクロ波照射アンテナを製作
した。導波管共振器長は、誘電率９．８のアルミナを充
填してある。このとき、導波管共振器内の管内波長は４
４．２ｍｍである。従って、スロットピッチは、λg ピ
ッチ及びλg ／２ピッチの場合、それぞれ４４．２ｍｍ
及び２２．１ｍｍに設定してある。
【０２５１】電流密度の腹（最も強度が強い部位）に対
応させた位置にスロットを形成した場合、図３２（ａ）
に示すようなｓｉｎ状の照射が得られる。
【０２５２】これに対して、λg ／４シフトさせてスロ
ットを形成した場合、図３２（ｂ）に示すような定在波
強度分布となる。
【０２５３】従って、この励起によりスロットから放出
されるマイクロ波の強度分布は、図３２（ｃ）に示すよ
うになり、図３２（ａ）の場合に比してより均一性の高
い照射が実現することがわかる。
【０２５４】なお、この放射特性は、プラズマがない状
況でのスロット単独の特性を見たものであり、実際には
プラズマが存在することから、シース部などにおける伝
播を考慮すれば、より均一な励起が起こることが期待で
きる。
【０２５５】以上説明したように、本実施形態のエキシ
マレーザ発振装置によれば、スロットアレイ構造を採用
するも、個々のスロットの長手方向にわたり全体的に均
一なプラズマの励起を実現し、エネルギー損失を極力抑
えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０２５６】（第４の実施形態）先ず、第４の実施形態
について説明する。本実施形態では、いわゆるエキシマ
レーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。
図３３は、本実施形態のエキシマレーザ発振装置の主要
構成を示す模式図である。
【０２５７】このエキシマレーザ発振装置は、図３３に
示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共
振させてレーザ光を発するレーザ管４０２と、レーザ管
５０２を図中上下方向から狭持するように設けられ、レ
ーザ管５０２内のエキシマレーザガスを励起してプラズ
マ状態とするための一対の導波管５０１ａ，５０１ｂ
と、各導波管５０１ａ，５０１ｂを冷却するために、冷
却水導入出口５０９を有する冷却容器５０７とを備えて
構成されている。
【０２５８】エキシマレーザ光を発生させる際の原料と
なるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ば
れた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性
ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使
用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせれば
よい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させ
たい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波
長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場
合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０２５９】レーザ管５０２は、エキシマレーザガスの
管内への導入部となるレーザガス導入出口５０８と、各
端部にそれぞれ反射構造体５０５，５０６が設けられ、
これら反射構造体５０５，５０６によりプラズマ放電に
よる光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０２６０】各導波管５０１ａ，５０１ｂは、マイクロ
波をガス供給路構造５０１１内のレーザガスへ供給する
ための手段であり、細長い複数の微小間隙（スロット）
５０１０が形成されている。導波管５０１の上部より数
百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入され
ると、このマイクロ波が導波管５０１ａ，５０１ｂ内を
伝播しながら、スロット５０１０から導波管５０１ａ，
５０１ｂの外部へ放出される。放出されたマイクロ波
は、レーザ管２に設けられた窓部５０１５から当該レー
ザ管５０２内へ導入される。そして、導入されたマイク
ロ波によりレーザ管２内のエキシマレーザガスが励起さ
れ、共振してエキシマレーザ光が発生することになる。
【０２６１】本実施形態においては、図３４に示すよう
に、スロット５０１０の形成面が各導波管５０１の短端
面、即ちＥ面であり、各スロット５０１０が長手方向に
等間隔で一列に形成されている場合について例示する。
【０２６２】本実施形態では、上記の如き一対の導波管
５０１ａ，５０１ｂをレーザ管５０２を上下方向から狭
持するように設け、対向する前記各形成面間で各々対応
するスロット５０１０が相対的に所定距離だけシフト
（空間シフト；以下の表中等ではシフト）するように各
導波管５０１ａ，５０１ｂを配する。更には、各導波管
５０１ａ，５０１ｂ内に供給されるマイクロ波の位相を
両者間で相対的にシフト（位相シフト；以下の表中等で
はシフタ）させる位相調節シフタを設ける。
【０２６３】図３５は、通常の対向配置（空間シフト、
位相シフト共になし）の場合、λg／４（λg ：管内波
長）の距離シフトさせた場合、λg ／４の距離シフトさ
せ且つλg ／４の位相シフトさせた場合、λg ／２の距
離シフトさせた場合、λg ／２の距離シフトさせ且つλ
g ／２の位相シフトさせた場合の各々について、各導波
管５０１ａ，５０１ｂ内のマイクロ波の定在波を示す特
性図である。
【０２６４】前記各場合の定在波の位相関係を導出する
ための計算式を以下の式に示す。この場合、位相調節シ
フタを通過してθだけ位相調節された入射波を、 ｅｘｐ（ｉ（ωｔ−βｚ＋θ−π／２）） と仮定すると、導波管端が距離ｄだけ移動したことによ
る行路差２ｄと導波管端での反射による位相反転を考慮
して反射波は、 ｅｘｐ（ｉ（ωｔ＋βｚ＋θ＋π／２−２βｄ）） となる。従って、減衰のない場合を仮定すると、生成さ
れる定在波は、 ２ｅｘｐ（ｉ（ωｔ＋θ−βｄ））ｓｉｎ（βｚ−β
ｄ） となる。但し、ω＝２π／Ｔ，β＝２π／λg である。
【０２６５】
【数７】
【０２６６】これらの関係により、定在波の強度・位相
関係を得る。
【０２６７】ここで、λg ／２ピッチでスロット５０１
０がＥ面に形成された導波管を用いた場合、隣接するス
ロットから放出されるマイクロ波は互いに逆位相とな
り、当該スロット間にマイクロ波が全く振動しない空間
ができる。また、λg ピッチでスロット５０１０がＥ面
に形成された導波管を用いた場合、隣接するスロットか
ら放出されるマイクロ波は同位相であり、互いに打ち消
し合うことはないが、スロット間隔がλg ／２ピッチの
場合に比して２倍となるため、スロット長手方向の均一
性に劣る。
【０２６８】本実施形態では、特にλg ピッチの一対の
導波管を用いて、所定の空間シフト・位相シフトを行
い、上記した各導波管５０１ａ，５０１ｂのマイクロ波
放出の特性を相補うように、レーザ発振装置を構成す
る。
【０２６９】以下、各導波管５０１ａ，５０１ｂを空間
シフト、位相シフトなしで通常の対向配置した場合、各
導波管５０１ａ，５０１ｂを相対的に空間シフトさせた
場合、及び空間シフトと共に位相シフトを行なった場合
において、各導波管５０１ａ，５０１ｂのスロット５０
１０のピッチをλg ／２，λg とした各々について説明
する。
【０２７０】先ず、通常の対向配置の例を表３（λg ／
２ピッチ）及び表４（λg ピッチ）に示す。表３，４に
おいて、各時間毎に上下にそれぞれ上部の導波管５０１
ａ内のマイクロ波のレーザ共振方向の分布と下部の導波
管５０１ｂ内のマイクロ波の分布が示されている。＋，
−は、マイクロ波の定在波の腹の部分での極性を示して
いる。各表中で斜線が付されている部位は、上下導波管
５０１ａ，５０１ｂに実際に形成されているスロット１
０を示し、この部位からマイクロ波が導波管外に放出さ
れる。なお、後述する表５〜表１２についても斜線部分
について表３，４と同様である。
【０２７１】
【表３】
【０２７２】
【表４】
【０２７３】ここで、各導波管５０１ａ，５０１ｂの各
々が上記した性質を有し、しかも上下で同一の定在波と
なるため、マイクロ波の強度は増加するものの、表３に
おいて、ｚ方向ではλg ／２毎に極性が反転し、スロッ
ト間の中央部で必ず打ち消し合いが起こり、波面全体と
しての均一性はさほど良いとは言えない。
【０２７４】また、表４においては、ｚ方向にも全て同
位相となるが、ピッチ間隔がλg ／２であるため、打ち
消し合いは起こらないものの、均一性に問題がある。
【０２７５】次に、空間シフト、位相シフトを行なう場
合について説明する。図３６は、これらシフトを行なう
際の導波管５０１ａ，５０１ｂの近傍を示す模式図であ
る。図３６において、５０１２は導波管５０１ａ，５０
１ｂの双方に共通に接続されたマイクロ波源、５０１３
は導波管５０１ａ，５０１ｂの各々に接続されたチュー
ナである。チューナ５０１３は、例えば３スタブチュー
ナやＥ−Ｈチューナ等のものであり、導波管５０１ａ，
５０１ｂからのマイクロ波源５０１２に対する反射を極
小とする機能をもつ。また、５０１４は各導波管５０１
ａ又は５０１ｂ内に供給されるマイクロ波の位相を両者
間で相対的にシフトさせる位相調節シフタであり、導波
管５０１ａ，５０１ｂの一方、ここでは導波管５０１ａ
に接続されている。
【０２７６】λg ／２ピッチにおいて、λg ／４の空間
シフトを行なった場合を表５に、λg ／４の空間シフト
及びλg ／４の位相シフトを行なった場合を表６に、更
にこれらの様子を図３７（ａ）（図３６における導波管
１ａ，１ｂ部分の拡大図）に示す。また、λg ／２の空
間シフトを行なった場合を表７に、λg ／２の空間シフ
ト及びλg ／２の位相シフトを行なった場合を表８にそ
れぞれ示す。
【０２７７】
【表５】
【０２７８】
【表６】
【０２７９】
【表７】
【０２８０】
【表８】
【０２８１】ここで、λg ／４の空間シフトを行なった
場合、上下のスリット１０の位相関係がπ／２だけシフ
トするため、発光が２重周期となる。また、λg ／２の
空間シフトを行なった場合、発光は１周期のみとなり２
重周期の問題は回避される。しかしながら、λg ／２ピ
ッチの上記した性質、即ち各導波管５０１ａ，５０１ｂ
における隣接するスロット５０１０で逆位相となるた
め、通常十分な強度を得ることは困難である。
【０２８２】次に、λg ピッチにおいて、λg ／４の空
間シフトを行なった場合を表９に、λg ／４の空間シフ
ト及びλg ／４の位相シフトを行なった場合を表１０に
それぞれ示す。また、λg ／２の空間シフトを行なった
場合を表１１に、λg ／２の空間シフト及びλg ／２の
位相シフトを行なった場合を表１２に示し、これらの様
子を図３７（ｂ）（図３６における導波管５０１ａ，５
０１ｂ部分の拡大図）に示す。
【０２８３】
【表９】
【０２８４】
【表１０】
【０２８５】
【表１１】
【０２８６】
【表１２】
【０２８７】ここで、λg ／４の空間シフトを行なった
場合、上記のごとく発光が２重周期となるものの、上下
の対応するスロット５０１０の一方が＋又は−極性とな
るとき（発光するとき）には他方の極性が０（発光しな
い）であり、しかも各導波管５０１ａ，５０１ｂにおけ
る隣接するスロット５０１０で同位相となる。従って、
各導波管５０１ａ，５０１ｂの長手方向にわたって発光
の均一性に若干問題があることを勘案しても、相応の発
光均一性が期待できる。
【０２８８】また、λg ／４の空間シフト及びλg ／４
の位相シフトを行なった場合、上記のごとく発光の２重
周期の問題は回避され、しかも各導波管５０１ａ，５０
１ｂにおける隣接するスロット５０１０で同位相とな
る。従って、各導波管５０１ａ，５０１ｂの長手方向に
わたって発光の均一性に若干問題があることを勘案して
も、相応の発光均一性が期待できる。
【０２８９】また、λg ／２の空間シフトを行なった場
合、各導波管５０１ａ，５０１ｂにおける隣接するスロ
ット５０１０で同位相となる。しかし、上下のスロット
５０１０が各導波管５０１ａ，５０１ｂの長手方向にわ
たって交互の極性を持つため、上下のスロット５０１０
間で打ち消し合いが起こる可能性がある。
【０２９０】そして、λg ／２の空間シフト及びλg ／
２の位相シフトを行なった場合、上記のごとく発光の２
重周期の問題は回避され、しかも各導波管５０１ａ，５
０１ｂにおける隣接するスロット５０１０で同位相とな
るのみならず、上下のスロット５０１０が各導波管５０
１ａ，５０１ｂの長手方向にわたって同位相になってい
る。従って、上下のスロット５０１０から全て同位相で
均一にマイクロ波が放射されることになり、レーザ管５
０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現さ
れる。
【０２９１】このように、λg ピッチでλg ／２の空間
シフト及びλg ／２の位相シフトを行なった場合が最も
好適にプラズマ放電の均一化に寄与することがわかる。
なお、上述したように、その他の場合でも、例えば導波
管の形状やマイクロ波の性質等により、好適にプラズマ
放電の均一化を実現することができる。
【０２９２】（変形例）ここで、本実施形態の変形例に
ついて説明する。なお、実施形態に対応する構成部材等
については同符号を記して説明を省略する。
【０２９３】この変形例では、図３８に示すように、ス
ロット５０１０の形成面が各導波管５０１ａ，５０１ｂ
の長端面、即ちＨ面であり、各スロット５０１０がＨ面
の長手方向の中心線に沿って所定間隔（ここではλg ／
２ピッチ）をおいて左右に等間隔ｄで配置形成されてい
る場合について例示する。
【０２９４】本例では、図３９に示すように、一対の導
波管５０１ａ，５０１ｂを、対向する前記各形成面間で
各々対応するスロット５０１０が左右に位置するよう
に、レーザ管５０２を上下方向から狭持するように設け
る。この場合、基本的には、上記の実施形態のように空
間シフトや位相シフトは不要である。
【０２９５】なお、図３９中の矢印は導波管壁に流れる
電流を示す。マイクロ波は、導波管１の長手方向距離で
規定された伝播空間内で定在波として存在し、この定在
波に起因して導波管壁の前記電流も定在波の形態を採
る。但し、マイクロ波の定在波の形態は立体的で複雑で
あり、過渡的な進行波（若しくは反射波）の電場のみに
着目して考察するのが便宜に利する。
【０２９６】即ち、上下で対応する各スロット５０１０
に着目すると、図３８中矢印で示す導波管を流れる電流
の向きは、対応するスロット５０１０で同一方向（図
中、矢印１００方向）となる。また、各導波管５０１
ａ，５０１ｂで隣接する上下、左右のスロット５０１０
間で電流方向は同一であり、スロット５０１０から放出
されるマイクロ波の位相が同位相となり、マイクロ波の
定在波が打ち消し合うこともない。
【０２９７】従って、本例では、上記の実施形態に比し
て簡易な構成で、上下のスロット５０１０から全て同位
相で均一にマイクロ波が放射されることになり、レーザ
管５０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実
現される。
【０２９８】以上説明したように、本実施形態及びその
変形例のエキシマレーザ発振装置によれば、スロットア
レイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり全
体的に均一な電磁波の放射を実現し、エネルギー損失を
極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０２９９】なお、第４の実施形態全般に、導波管共振
器端からマイクロ波電源までの立体回路がマイクロ波的
に対称であることを前提としており、仮に前記立体回路
が非対称である場合は、その非対称性を是正するための
位相シフト等が更に必要であることは言うまでもない。
【０３００】（第５の実施形態）先ず、第５の実施形態
について説明する。本実施形態では、いわゆるエキシマ
レーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。
図４０は、本実施形態のエキシマレーザ発振装置の主要
構成を示す模式図である。便宜上、スロット６０１０は
平面上に描かれているが、実際には紙面垂直方向に交互
に位置している。
【０３０１】このエキシマレーザ発振装置は、図４０に
示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共
振させてレーザ光を発するレーザ管６０２と、レーザ管
６０２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態
とするための導波管６０１と、導波管６０１を冷却する
ために、冷却水導入出口６０９を有する冷却容器６０７
とを備えて構成されている。
【０３０２】エキシマレーザ光を発生させる際の原料と
なるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ば
れた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性
ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使
用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせれば
よい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させ
たい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波
長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場
合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０３０３】レーザ管６０２は、エキシマレーザガスの
管内への導入部となるレーザガス導入出口６０８と、各
端部にそれぞれ反射構造体６０５，６０６が設けられ、
これら反射構造体６０５，６０６によりプラズマ放電に
よる光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０３０４】導波管６０１は、マイクロ波をガス供給路
構造６０１１内のレーザガスへ供給するための手段であ
り、細長い複数の微小間隙（スロット）６０１０が形成
されている。導波管６０１の上部より数百ＭＨｚ〜数十
ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイ
クロ波が導波管６０１内を伝播しながら、スロット６０
１０から導波管６０１の外部へ放出される。放出された
マイクロ波は、レーザ管６０２に設けられた窓部６０１
５から当該レーザ管２内へ導入される。そして、導入さ
れたマイクロ波によりレーザ管６０２内のエキシマレー
ザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生す
ることになる。
【０３０５】本実施形態においては、図４１（ａ），
（ｂ）に示すように、スロット６０１０の形成面が各導
波管６０１の長端面、即ちＨ面であり、各スロット６０
１０がＨ面の長手方向の中心線ｍに沿って所定間隔をお
いて左右に等間隔（中心線ｍからの距離）ｄで配置され
た場合について例示する。
【０３０６】本実施形態では、レーザ光の発光間隔を狭
めるため、前記所定間隔をλg ／２（λg ：導波管内に
おけるマイクロ波の管内波長）とする。このように、前
記所定間隔を狭めても、全てのスロット６０１０から放
出される電磁波の位相が揃うことになる。
【０３０７】この点、スロット１０を導波管６０１の短
端面（Ｅ面）に長手方向に一列に形成した場合では、全
てのスロット６０１０から放出される電磁波の位相が揃
るには前記所定間隔をλg とする必要があり、レーザ光
の発光間隔を狭めることは困難である。それに対して、
本実施形態では、マイクロの位相の均一を保ちつつも所
定間隔をλg ／２に狭めるとすることができる。従っ
て、全てのスロット６０１０から放出されるマイクロ波
の位相を揃えてレーザ管２の長手方向にわたり全体的に
均一なマイクロ波の放射を実現し、エネルギー損失を極
力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０３０８】この場合、対応する左右のスロット６０１
０の間隔を比較的小さくとると、放出されるマイクロ波
の強度は増加するものの、各スロット６０１０に着目す
ればマイクロ波の強度が中央部位に集中するきらいがあ
る。他方、前記スロット間隔を比較的大きくとると、全
体として均一なマイクロ波放出が得られる。従って、満
足な強度と均一性という２つの要請を考慮して、前記ス
ロット間隔及び形状の最適値を決定すればよい。
【０３０９】なお、導波管６０１内に誘電体６０１９を
充填しても好適である。これにより、管内波長λg のピ
ッチが狭くなり、より均一なマイクロ波の放出が可能と
なる。
【０３１０】使用可能な誘電体としては、例えば、以下
の表１３に示すものが考えられる。但し、一般に誘電率
が高くなると誘電損が大きくなるため、これを考慮して
選択する必要がある。
【０３１１】
【表１３】
【０３１２】これらの誘電体を導波管６０１内に充填す
ることで、導波管６０１内の管内波長は表１の比で記載
された波長比で小さくなり、マイクロ波の波面の十分な
均一化を図ることが可能となる。
【０３１３】具体的に、ａ（長辺）＝４２ｍｍ、ｂ（短
辺）＝２１ｍｍ、共振器長（レーザ発振方向長）２２
０．８ｍｍのサイズに導波管６０１を製作し、導波管１
内に誘電率９．８のアルミナを充填した。このとき、導
波管６０１内のマイクロ波の管内波長は４４．２ｍｍで
あり、従ってスロット６０１０のピッチ（前記所定距
離）を２２．１ｍｍに設定した。そして、レーザ発光を
試みたところ、十分に均一な発光が得られた。この導波
管６０１は、プリズムを備えた反射系を用いるレーザ発
振装置に適用して好適である。
【０３１４】以下、本実施形態の諸変形例について説明
する。なお、実施形態に示した構成部材等については同
一符号を記して説明を省略する。
【０３１５】（変形例１）変形例１では、導波管６０１
に、導波管壁とレーザ管壁との間のスロット６０１０上
の領域を除く部位に両者を所定距離離間させる導電体
板、ここでは金属壁６０１２が設けられている。
【０３１６】導波管６０１の近傍の具体的な様子を図４
２に示す。この図４２は、スロット１０の短手方向に沿
った断面を示す。
【０３１７】Ｈ面において、各スロット６０１０がＨ面
の長手方向の中心線ｍに沿ってλg／２ピッチで左右に
等間隔ｄで配置されており、従って中心線ｍを挟んで各
スロット６０１０がλg ピッチで互いにλg ／２だけシ
フトした２列のスロット群が形成されており、図４２に
示すように、これらスロット群をスロット６０１０とほ
ぼ同幅でスリット状に開放する金属壁１２が設けられて
いる。従って、この金属壁６０１２により、スロット６
０１０からレーザ管壁の窓部１５までの間にレーザ管２
の長手方向に導波管１の全域にわたる２列の空隙が形成
され、これら空隙がマイクロ波の通路６０１１となる。
なお、図４２では、便宜上左右のスロット６０１０が同
一平面内に描かれている。
【０３１８】この場合、通路６０１１内を充填するよう
に誘電体を設けてもよい。誘電体としては石英、フッ化
カルシウム、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニア
などが好適である。
【０３１９】通路６０１１内に誘電体を充填することに
より、プラズマの通路６０１１内部での生成を防ぐこと
ができる。なお、この際使用する誘電体は、より効率よ
くマイクロ波を伝播させるために誘電率が高く、誘電損
が小さい方が望ましい。
【０３２０】ここで、スロット６０１０からレーザ管壁
の窓部６０１５までの離間距離は、導波管６０１から導
入されるマイクロ波の管内における半波長の整数倍、即
ちマイクロ波の管内波長をλg 、ｎを整数として、 Ｄ＝ｎ×λg ／２ ・・・（１） で表される距離Ｄとする。これにより、通路６０１１は
共振器として機能し、各スロット６０１０から放出され
たマイクロ波はレーザ管６０２内からの反射波と干渉し
弱め合うことがなくなる。
【０３２１】なお、整数ｎの値は任意であるが、あまり
大きい値であると、後述するように通路６０１１をマイ
クロ波が伝播する際に、当該マイクロ波の金属壁６０１
２への吸収による損失が大きくなるため好ましくない。
従って、後述の如く整数ｎを３程度に規定することが最
も好適である。
【０３２２】また、通路６０１１の幅はスロット６０１
０の短軸方向幅以上とする。その際の通路６０１１の幅
ｗは、導波管６０１から導入されるマイクロ波の管内に
おける半波長の整数倍、即ち、 ｗ＝ｎ×λg ／２ ・・・（２） で表される幅ｗとする。但し、ｎ＜０のときは、通路６
０１１の幅をスロット６０１０の短軸方向の幅と同程度
にとる。
【０３２３】マイクロ波の波面はスロット６０１０から
放出された直後であっても、２列のスロット群が実質的
に緻密なλg ／２ピッチに形成されているため、ほぼ満
足な均一化が得られる。そして、スロット６０１０とレ
ーザ管６０２との間に金属壁６０１２を備えた通路６０
１１を設けることで、マイクロ波は各スロット６０１０
から金属壁６０１２に規制された通路６０１１を伝播す
るするにつれて更に平面波に近づき、通路６０１１を通
過して外部（即ち、レーザ管６０２内）に放出されると
きには、その波面は各スロット６０１０に沿った全体に
わたってほぼ完全な平面様形状となる。
【０３２４】従って、レーザ管２内のエキシマレーザガ
スには更なる均一の平面波とされたマイクロ波が到達す
ることになり、レーザ管６０２の長手方向にわたって均
一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の均一化に寄
与する。
【０３２５】具体的に、ａ（長辺）＝４２ｍｍ、ｂ（短
辺）＝２１ｍｍ、共振器長（レーザ発振方向長）２２
０．８ｍｍのサイズに導波管６０１を製作し、導波管６
０１内に誘電率９．８のアルミナを充填し、通路６０１
１の長手方向（レーザ発振方向）の幅を共振器長と同じ
２２０．８ｍｍとした。このとき、導波管６０１内のマ
イクロ波の管内波長は３９．２ｍｍであり、通路長（ス
ロット１０から発光部までの距離）を１．５管内波長で
ある５８．９ｍｍとした。そして、レーザ発光を試みた
ところ、十分に均一な発光が得られた。
【０３２６】（変形例２）変形例２では、変形例１と同
様に導波管６０１に金属壁６０１２を設けるが、図４３
に示すように、通路６０１１が、相対応する左右のスロ
ット６０１０を含む幅広に形成されており、その先端部
位６０１１ａのみが幅狭でレーザ管６０２の長手方向に
わたる１本のスリット形状とされている。この場合も、
通路６０１１の厚みを管内波長の半波長の整数倍、ここ
では先端部位６０１１ａの近傍のエネルギー密度が最も
高くなるλg ／２とすることが望ましい。
【０３２７】この変形例２のレーザ発振装置によれば、
レーザ管６０２内のエキシマレーザガスには更なる均一
の平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レ
ーザ管６０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電
が実現され、レーザ発光の均一化に寄与する。
【０３２８】（変形例３）変形例３では、変形例２と同
様に通路６０１１が、相対応する左右のスロット６０１
０を含む幅広に形成されているが、図４４に示すよう
に、その先端部位６０１１ａのみがスロット６０１０に
対応した幅狭で前記レーザ管６０２の長手方向にわたる
偶数本（ここでは２本）のスリット形状とされている。
【０３２９】この場合、プリズム反射系レーザ発振器に
適した複スリット状発光が実現できる。この場合、短ス
リット構造のように厳密に通路６０１１の放射源（スロ
ット）間隔がλg ／２にはならないが、逆サイドのスロ
ット６０１０からの放射も関与するため（例えば、右側
のスリットに着目すると、主な放出源は右側のスロット
アレイであるが、左側のスロット６０１０からの放射も
右側スロット６０１０に到達し、励起に寄与する）、実
施例２に比べてより均一な放射が可能となる。左右のス
リット群がらの放射が均一であるには、スロット６０１
０（但し、Ｈ面アンテナの同位相放射を基本的に用いて
いることから、レーザ発振方向にλｇ／２ずつずれた位
置に配置されている。）及びスリットの位置が、軸対称
であることは言うまでもない。
【０３３０】なお、左右のスロット群の間隔と左右のス
リット間隔は同じである必要は無く、特に左右のスリッ
トの間隔は狭ければ狭いほど放射源ピッチがλｇ／２に
近くなり、均一化の効果が向上する。通路６０１１の厚
み（レーザ発振方向および軸に対して垂直な方向の長
さ）は、λｇ／２の整数倍がよい。スリットから放射さ
れるマイクロ波のエネルギーを向上するためには、通路
６０１１内のエネルギー密度が最も高くなるλｇ／２が
望ましい。比較例２と同様の導波管６０１及び通路幅・
通路長を採用した場合、当該厚みは、１９．６ｍｍとな
る。
【０３３１】この変形例３のレーザ発振装置によれば、
レーザ管６０２内のエキシマレーザガスには更なる均一
の平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レ
ーザ管６０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電
が実現され、レーザ発光の均一化に寄与する。
【０３３２】（変形例４）変形例４では、図４５に示す
ように、レーザ管６０２（便宜上、図示を省略する。）
を図中上下方向からＨ面で狭持するように一対の導波管
６０１ａ，６０１ｂが設けられている。各導波管６０１
ａ，６０１ｂは、本実施形態の導波管６０１と同様に構
成されている。
【０３３３】本例では、一対の導波管６０１ａ，６０１
ｂを、対向する前記各形成面間で各々対応するスロット
６０１０が左右に位置するように、レーザ管６０２を上
下方向から狭持するように設ける。この場合、上記の実
施形態のように空間シフトや位相シフトは不要である。
【０３３４】なお、図４５（図４１（ｂ）でも同じ。）
中の矢印は例えば進行波のみに着目した場合の導波管壁
に流れる電流を示す。マイクロ波は、導波管６０１の長
手方向距離で規定された伝播空間内で定在波として存在
し、この定在波に起因して導波管壁の前記電流も定在波
の形態を採る。但し、マイクロ波の定在波の形態は立体
的で複雑であり、一方向に伝搬する際の電流分布を指標
として考察するのが便宜に利する。
【０３３５】Ｈ面アンテナの特徴の１つとして、導波管
６０１ａ，６０１ｂの上面と下面で形成される電流の分
布が逆向きであることが挙げられる。Ｈ面を対向させて
共鳴導波管を構成すると、レーザ光を励起する空間の上
面と下面は、それぞれ上部に位置する導波管６０１ａの
下面と下部に位置する導波管６０１ｂの上面である。従
って、上部及び下部の導波管６０１ａ，６０１ｂにおけ
るスロット６０１０の位置を相反して（例えば上部の導
波管１ａが右側にスロット６０１０を切るとき、下部の
導波管６０１ｂは左にスロット６０１０を切る。）設け
ることにより、上下導波管６０１ａ，６０１ｂの位置関
係を変更することなく、λｇ／２ピッチで交互に位置す
る上下のスロット６０１０からマイクロ波が同位相で放
射される。
【０３３６】この技術は、変形例１〜３までの全ての事
例で適応でき、それぞれの事例でより均一性の高い励起
が実現される。変形例４を変形例２に応用し、当該変形
例２の導波管６０１をレーザ管６０２の上下に配した例
を図４６に、変形例３に応用した例を図４７にそれぞれ
示す。
【０３３７】従って、変形例４によれば、上下のスロッ
ト６０１０から全て同位相で均一にマイクロ波が放射さ
れることになり、レーザ管６０２の長手方向にわたって
均一なプラズマ放電が実現される。この技術に加え、図
４６，４７のように金属壁６０１２により通路６０１１
を形成すれば、更に均一なプラズマ放電が実現されるこ
とになる。
【０３３８】（変形例５）変形例５では、図４８に示す
ように、導波管６０１の短端面（Ｅ面）に、スロット６
０１０のインピーダンスを調整するための微小金属体、
ここでは金属ネジ６０１３が埋め込まれている。
【０３３９】この金属ネジ６０１３を配置することによ
り、導波管６０１の壁面を流れる電流（図中、矢印で示
す。）の対称性が崩れ、結果的にスロット６０１０のイ
ンピーダンスを微調整することができる。また、複数の
スリットの加工の際に生じる機械的な寸法誤差を補償す
ることも可能である。
【０３４０】また、金属ネジ６０１３を配置することに
より、当該金属ネジ６０１３の近傍で電流の集中が生じ
る。従って、スロット６０１０の長手方向に複数本の金
属ネジ６０１３を配すれば、結果的にスロット６０１０
の長手方向のインピーダンスを微調整することができ
る。
【０３４１】（変形例６）変形例６では、図４９に示す
ように、スロット６０１０内に誘電体６０１４を充填す
る。この場合、図４９（ｂ）のように、スロット６０１
０の先端面が平坦化されるように誘電体６０１４を充填
するのが最も好適である。
【０３４２】具体的に、誘電体６０１４を突き出るよう
に形成した場合（図４９（ａ））と、引っ込むように形
成した場合（図４９（ｃ））との比較として、スロット
板の鋭角部位の電界強度／中央部位の電界強度の比を求
めた例を図５０に示す。このように、平坦の場合が鋭角
部位の電界強度比が最小となることがわかる。従って、
スロット６０１０の先端面を平坦とすることにより、鋭
角部位の電界を最も緩和して効率のよいレーザ発光が実
現する。更に、高速ガス循環の際にも平坦の場合が最も
デッドスペースが少なく、乱流も起こり難い。これは、
先端部位６０１１ａ等にも適用可能である。
【０３４３】誘電体６０１４の誘電率εが高いとその中
を伝播するマイクロ波の電界ＥのエネルギーεＥ2 ／２
はεに比例して増加する。従って、誘電率εが高いほ
ど、スロット６０１０を通過するマイクロ波のエネルギ
ーは増加する。
【０３４４】以上説明したように、本実施形態及びその
諸変形例のエキシマレーザ発振装置によれば、スロット
アレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり
全体的に均一な電磁波の放射を実現し、エネルギー損失
を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０３４５】（第６の実施形態）先ず、第６の実施形態
について説明する。本実施形態では、いわゆるエキシマ
レーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。
図５１は、本実施形態のエキシマレーザ発振装置の主要
構成を示す模式図である。
【０３４６】このエキシマレーザ発振装置は、図５１に
示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共
振させてレーザ光を発するレーザ管７０２と、レーザ管
２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とす
るための導波管７０１と、導波管７０１を冷却するため
に、冷却水導入出口７０９を有する冷却容器７０７とを
備えて構成されている。
【０３４７】エキシマレーザ光を発生させる際の原料と
なるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ば
れた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性
ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使
用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせれば
よい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させ
たい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波
長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場
合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０３４８】レーザ管７０２は、エキシマレーザガスの
管内への導入部となるレーザガス導入出口７０８と、各
端部にそれぞれ反射構造体７０５，７０６が設けられ、
これら反射構造体７０５，７０６によりプラズマ放電に
よる光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０３４９】導波管７０１は、マイクロ波をガス供給路
構造７０１１内のレーザガスへ供給するための手段であ
り、図５１中上面部に細長い複数のスロット７０１０が
形成されている。導波管７０１の上部より数百ＭＨｚ〜
数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、この
マイクロ波が導波管１内を伝播しながら、スロット７０
１０から導波管７０１の外部へ放出される。放出された
マイクロ波は、レーザ管７０２内へ導入される。そし
て、導入されたマイクロ波によりレーザ管７０１内のエ
キシマレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ
光が発生することになる。
【０３５０】導波管１の具体的な様子を図５２に示す。
ここで、図５２（ａ）は導波管７０１の模式的な斜視
図、図５２（ｂ）はその平面図である。
【０３５１】図５２（ｂ）に示すように、各スロット７
０１０はその長手方向が導波管１の長手方向と一致する
ように一列に配置されている。スロット７０１０は、導
波管７０１２の長手方向に沿って配置されており、各々
が導波管７０１２の長手方向に延在する形状とされてい
る。
【０３５２】図５３（ａ）は、第６の実施形態における
導波管７０１のレーザ管７０２近傍の断面を示してい
る。ここで、図５３（ａ）は、スロット７０１０の長手
方向に対して垂直となる方向に沿った断面を示してい
る。
【０３５３】前述したように、スロット７０１０から放
射されるマイクロ波によってレーザ管７０２内のレーザ
ガスが励起されてプラズマ７０１１が発光する。
【０３５４】そして、第６の実施形態においては、スロ
ット７０１０上の所定領域を囲むようにメッシュシール
ド７０１３が設けられている。メッシュシールド７０１
３は、金属製のメッシュから成るシールドであって、ス
ロット７０１０から放出されたマイクロ波の拡散を抑止
する役割を果たす。
【０３５５】スロット７０１０上にはレーザガスの流路
とされているが、メッシュから成るシールドを採用する
ことによって、レーザ管７０２内を流れるレーザガスは
メッシュシールド７０１３を通過してスロット７０１０
上に到達することが可能である。
【０３５６】図５３（ｂ）は、図５３（ａ）に示すメッ
シュシールド７０１３上に、更に金属壁７０１５を設け
た例を示している。スロット７０１０に対して上方向に
はレーザガスが流れないため、金属壁７０１５を設ける
ことによって、より確実にマイクロ波を閉じ込めること
が可能である。
【０３５７】マイクロ波はカットオフモードのプラズマ
中をスキンデプスδ進行する間にエネルギが１／ｅ
2 （≒０．１３５）倍に減少する。従って、プラズマが
マイクロ波を遮断している場合、有効なプラズマの励起
を行える領域は、シース領域での伝播を無視できる場
合、放出端の３δ程度の空間であり、その他の領域でプ
ラズマが存在している場合、存在するプラズマは拡散に
よるプラズマである。
【０３５８】従って、放出端からδ〜３δの空間でプラ
ズマの閉じ込めを行うことで、全空間でプラズマが励起
されている状態が実現できる。図５３に示す例では、メ
ッシュシールド７０１３をスロット７０１０の放出端か
らδ〜３δの距離に設定することによって、メッシュシ
ールド７０１３内の全域でプラズマを励起させることが
できる。
【０３５９】また、マイクロ波がシース領域を拡散して
しまう場合もプラズマへのエネルギ供給密度が低下して
しまうが、これを防止する対策としても、メッシュシー
ルド７０１３等によるシールドによるプラズマの閉じ込
めが有効である。
【０３６０】このとき、シールドの基本構造の持つ遮断
波長がλｃ、シース領域を漏洩してくるマイクロ波の波
長をλとすると、シールドへの侵入長δｓは、
【０３６１】
【数８】
【０３６２】で与えられる。この時、シールドに入射す
るマイクロ波のエネルギとシールド外部に漏洩するマイ
クロ波のエネルギの割合ｐは、シールドの厚みをｄとし
て、
【０３６３】
【数９】
【０３６４】である。従って、シールドの基本構造λｃ
が決まり、シールドの放射率ｐを決定すると、それに必
要なｄの最小値が算出でき、従って必要なシールド厚の
下限が算出できる。簡便には、導波管内の波長の１／４
程度の径を採ることでシールド効果を得ることができ
る。
【０３６５】例えばシールド厚１ｍｍのメッシュを用い
て、外部への電磁波のエネルギの漏洩を１％以下と設定
した場合、必要とされるシールドへの最長侵入長は、
０．４３ｍｍである。メッシュの基本単位が長方形でそ
の周辺の長さをａとすると、λｃ＝２ａであり、このと
き、ａは１．４ｍｍ以下でなくてはならない。
【０３６６】本実施形態における構造は、スロット７０
１０から放出されたマイクロ波により生成したプラズマ
の、特にシースを伝播するマイクロ波の拡散防止を図る
ことができる。従って、メッシュシールド７０１３の内
部にプラズマを生成することが可能である。
【０３６７】メッシュシールド７０１３の内部に拡散し
たプラズマは、同軸導波管の内軸として作用し、結果プ
ラズマが拡散している部分（プラズマの拡散長）が同軸
導波管として動作するため、マイクロ波がＴＥＭモード
になり容易に伝播してしまう。
【０３６８】この際の伝播はやはりシース領域で起こっ
ており、シース厚に対しプラズマへの侵入長が無視でき
ない領域であり、伝播に伴う損失が大きいことからより
少ない距離で減衰してしまうが、閉じ込めを行う時には
問題となる場合がある。
【０３６９】すなわち、マイクロ波はシールドのマイク
ロ波遮断長δｓに加えて、プラズマの拡散長も伝播する
ことになる。これらから、シールド長は、マイクロ波単
独の遮断長＋プラズマの拡散長以上に設定する必要があ
る。
【０３７０】閉じ込めを行うシールドの表面積をＳ、開
口率をα、動作圧力Ｐ、構造因子ｋとすると、シールド
を通過する気体のコンダクタンスＣ（ガスの流れ易さ）
は、粘性流体の場合、
【０３７１】
【数１０】
【０３７２】となることから、動作圧、シールド構造が
決定すると、シールド厚の上限が算出できる。
【０３７３】マイクロ波の遮断に必要なシールド長及び
コンダクタンスは、αとｄに関して相反する関係にある
ため、両者よりそれぞれの最適値が規定できる。
【０３７４】シールドの材質は、マイクロ波の損失を少
なくするためにより抵抗率の低い材料が望ましい。ま
た、プラズマに接触していることから、高温になるた
め、熱抵抗が低い材料が望ましい。また、材料表面にフ
ッ素不動態処理を行ったり、材料表面をフッ素化合物で
覆ったりしてもよい。
【０３７５】以上説明したように、本発明の第６の実施
形態によれば、スロット７０１０上を覆うようにメッシ
ュシールド７０１３を設けることによって、プラズマが
シースを介してスロット７０１０上から側方に拡散する
ことを抑止することができる。また、メッシュシールド
７０１３を使用することにより、プラズマ中の電界集中
を避けてより均一な放電を実現することができる。
【０３７６】（第７の実施形態）次に、本発明の第７の
実施形態を図面を参照しながら説明する。図５４（ｂ）
は、第７の実施形態における、スロット７０１０上で励
起されるプラズマを所定領域に閉じ込める遮蔽構造を示
す斜視図である。なお、第７の実施形態におけるエキシ
マレーザー発振装置の全体構成は、第７の実施形態のも
のと同一であるため説明を省略する。また、第７の実施
形態を説明する図面において、第６の実施形態と実質的
に同一の構成要素については同一の符号を記して説明を
省略する
【０３７７】図５４に示すように、導波管１に形成され
たスロット７０１０上には、レーザ管７０２内において
ノズルシールド７０１４が構成されている。ここで、図
５４（ａ）はスロット７０１０上からノズルシールド７
０１４を示す平面図、図５４（ｂ）は、ノズルシールド
を示す斜視図である。
【０３７８】図５４（ａ）、図５４（ｂ）に示すよう
に、ノズルシールド７０１４は複数の筒状のノズル７０
１４ａから構成されており、それぞれのノズル７０１４
ａ内はレーザガスの通路とされている。図５４（ｂ）に
示す矢印Ａはレーザガスの流れを示している。レーザガ
スはスロット７０１０の長手方向に対して垂直となる方
向に各ノズル７０１４ａ内を流れ、スロット７０１０か
ら放射されるマイクロ波によって励起される。
【０３７９】ノズルシールド７０１４は、マイクロ波が
所定の大きさ以下の開口を通過できないという性質を利
用している。すなわち、放出されるマイクロ波の周波数
に対して開口を所定の大きさに設定したノズル７０１４
ａを複数配列することによって、金属壁もしくは第６の
実施形態で説明したメッシュシールドと同様にマイクロ
波を空間的に閉じ込めることが可能である。
【０３８０】ここで、ノズルシールド７０１４はレーザ
ガスの流れに沿って配置されているため、レーザガスの
流れを妨げることはない。従って、超高速ガス置換を行
う際にもレーザガス流に抵抗を生じさせにくく、圧力損
失の発生を抑止することができる。
【０３８１】第７の実施形態によれば、メッシュシール
ドを用いた場合よりも効果的にプラズマの閉じ込め、マ
イクロ波の閉じ込めを行うことができる。メッシュシー
ルドを用いた場合、マイクロ波単独の閉じ込めは可能で
あっても、プラズマが拡散してメッシュ構造内に侵入し
た場合、閉じ込めの効果に限界が生じる場合があるから
である。
【０３８２】図５５（ａ）は、図５５（ａ）に示すガス
流の方向に沿った断面を示す模式図である。ノズルシー
ルド７０１４によってスロット７０１０の側方へのマイ
クロ波、プラズマの拡散を抑止することができ、スロッ
ト７０１０上の所定範囲に励起されたプラズマを閉じ込
めることができる。
【０３８３】図５５（ｂ）は、スロット７０１０の上方
へのマイクロ波、プラズマの拡散防止を目的として、ス
ロット７０１０上に金属壁７０１５を設けた例を示して
いる。金属壁７０１５によって、スロット７０１０の側
方のみならず上方へのマイクロ波、プラズマの拡散を抑
止することができるため、スロット７０１０の開口端か
ら所定距離内にプラズマを閉じ込めることが可能であ
る。
【０３８４】ノズルシールド７０１４の具体的構成を説
明する。例えば長さ２０ｍｍのノズルを用いて、外部へ
の電磁波の漏洩を１％以下と設定する。この時必要とさ
れるシールドへの最長侵入長は、８．７ｍｍである。
【０３８５】メッシュの基本単位が長方形でその長辺の
長さをａとすると、λｃ＝２ａである。この時、ａは３
０ｍｍ以下でなければならない。従って、各ノズル間の
間隔は２５ｍｍ以下という比較的広いマージンが設定で
きる。
【０３８６】例えば、ノズル壁間隔を２０ｍｍに設定す
ると、仮にプラズマが４．５ｍｍ程度拡散してきたとし
ても、外部への電磁波の漏洩を１％以下に保つことがで
きる。また、本構造においては、コンダクタンスがより
大きくとれるという利点があり、高速なガスを流す際に
より有効である。
【０３８７】仮に、１ｍｍ角厚さ１ｍｍの基本構造をも
つメッシュと、２０ｍｍ×２ｍｍ長さ２０ｍｍの基本構
造をもつノズルのコンダクタンスを比べると、（メッシ
ュ及びノズル壁の厚みを両者１ｍｍと仮定すると、両者
の開口率はそれぞれ２５％及び９１％）、同じ断面積を
持つ場合、ノズルのコンダクタンスは厚み（長さ）場２
０倍にもかかわらず３．３倍も高い。すなわち、ノズル
構造を採用することで、はるかにガスが流れ易い構造と
することができる。これに加えて実際のガス流では乱流
が発生する場合も多く、それを避けるためにはなるべく
構造体間隔を大きくすることが望ましい。
【０３８８】以上説明したように、第７の実施形態にお
いては、マイクロ波が通過不能となる開口を有するノズ
ル７０１４ａを複数個配列して、ノズルシールド７０１
４を構成することによって、生成されたプラズマを所定
領域に閉じ込めることが可能であり、且つ、各ノズル７
０１４ａ内にレーザガスを流すことによって、シールド
構造を設けたにも関わらずガス流に抵抗を生じさせるこ
とがない。これにより、圧損の発生を最小限に抑えるこ
とができる。
【０３８９】（第８の実施形態）次に、第８の実施形態
について図面を参照しながら説明する。図５６は、第８
の実施形態に係る磁場シールドの構成を示す模式図であ
り、図５７及び図５８は、スロット７０１０の長手方向
に対して垂直となる方向に沿った断面を示す模式図であ
る。なお、第８の実施形態におけるエキシマレーザー発
振装置の全体構成も、第６の実施形態のものと同一であ
るため説明を省略する。また、第８の実施形態を説明す
る図面において、第６の実施形態と実質的に同一の構成
要素については同一の符号を記して説明を省略する
【０３９０】第８の実施形態においては、スロット７０
１０上に励起されるプラズマを所定範囲に閉じ込めるた
めに磁場を用いている。磁場は、図５６（ａ）に示すよ
うにソレノイドを用いて形成しても良いし、図５６
（ｂ）に示すように通常の磁石を配置することによって
形成しても良い。
【０３９１】図５６（ａ）は、磁場の形成にソレノイド
７０１６を用いた例を示している。ソレノイド７０１６
の配置は、図５６（ａ）に示すようにソレノイド７０１
６の延在する方向がレーザ発振方向と同一となるように
配置する。すなわち、図５２に示す導波管７０１、スロ
ット７０１０の長手方向とソレノイド７０１５の延在す
る方向は同一方向である。
【０３９２】磁場強度は、磁場中の電子のラーマー周期
がプラズマ中の電子と原子の衝突周期よりも短くなるよ
うに定める（磁場プラズマの条件）。電子のラーマー角
速度は、磁束密度をＢ、電子の質量をｍ、素電荷をｅと
して、
【０３９３】
【数１１】
【０３９４】電子と原子の衝突角速度は、原子密度を
ｎ、原子半径をｒ、電子温度をＴ、ボルツマン係数をｋ
として、
【０３９５】
【数１２】
【０３９６】これらの式から、エキシマレーザの動作圧
力等を考慮すると、磁束密度は約１Ｔ以上必要である。
【０３９７】ソレノイド７０１６によって強磁場を印加
すると、形成された磁束に沿ってプラズマの電子が歳差
運動する。レーザの振動方向と同じ向きに磁束が形成さ
れているため、プラズマの電子はレーザ振動方向に対し
て垂直となる方向には拡散しにくくなり、プラズマの閉
じ込めを実現することができる。図５６（ｂ）に示す磁
石７０１７を用いて磁場を形成した場合でも同様の効果
を得ることができる。
【０３９８】図５７（ａ）は、スロット７０１０の周囲
におけるソレノイド７０１６あるいは磁石７０１７の配
置を示す概略断面図である。スロット７０１０上にプラ
ズマを閉じ込めるためにはスロット７０１０上を囲むよ
うに、例えば４ケ所の位置に磁石７０１７を設けること
が望ましい。これにより、生成されたプラズマをスロッ
ト７０１０上に閉じ込めることが可能となる。
【０３９９】図５７（ｂ）は、スロット７０１０の上方
に金属壁７０１５を設けた例を示している。金属壁７０
１５によってスロット７０１０の上方へのプラズマの拡
散を抑止することができ、また、ソレノイド７０１６あ
るいは磁石７０１７によってスロット７０１０から横方
向へのプラズマの拡散を抑止することができる。
【０４００】図５８は、図５７（ｂ）に示す構成に対
し、更にノズルシールド７０１４を付加した構成を示し
ている。この構成によれば、ソレノイド７０１６あるい
は磁石７０１７とノズルシールド７０１４の相乗効果に
より、プラズマがスロット７０１０の横方向へ拡散する
ことを抑止することができる。このように、第８の実施
形態では、マイクロ波の閉じ込め効果を補填するため
に、第６の実施形態あるいは第７の実施形態に係る遮蔽
構造を併用することが望ましい。
【０４０１】以上説明したように、第８の実施形態によ
れば、レーザの振動方向と同じ向きに磁束を形成するこ
とにより、プラズマの電子がレーザ振動方向に対して垂
直方向に拡散することを抑止して、スロット７０１０上
におけるプラズマの閉じ込めを実現することができる。
【０４０２】（第９の実施形態）先ず、第９の実施形態
について説明する。本実施形態では、いわゆるエキシマ
レーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。
図５９は、本実施形態のエキシマレーザ発振装置の主要
構成を示す模式図である。
【０４０３】このエキシマレーザ発振装置は、図５９に
示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共
振させてレーザ光を発するレーザ管８０２と、レーザ管
８０２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態
とするための導波管８０１と、導波管８０１を冷却する
ために、冷却水導入出口８０９を有する冷却容器８０７
とを備えて構成されている。
【０４０４】エキシマレーザ光を発生させる際の原料と
なるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ば
れた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性
ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使
用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせれば
よい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させ
たい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波
長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場
合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０４０５】レーザ管８０２は、エキシマレーザガスの
管内への導入部となるレーザガス導入出口８０８と、各
端部にそれぞれ反射構造体８０５，８０６が設けられ、
これら反射構造体８０５，８０６によりプラズマ放電に
よる光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０４０６】導波管１は、マイクロ波をガス供給路構造
８０１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、
図５９中上面部に細長い複数のスロット８０１０が形成
されている。導波管８０１の上部より数百ＭＨｚ〜数十
ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイ
クロ波が導波管８０１内を伝播しながら、スロット８０
１０から導波管８０１の外部へ放出される。放出された
マイクロ波は、レーザ管２内へ導入される。そして、導
入されたマイクロ波によりレーザ管８０１内のエキシマ
レーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発
生することになる。
【０４０７】導波管８０１の具体的な様子を図６０に示
す。ここで、図６０（ａ）は導波管８０１の模式的な斜
視図、図６０（ｂ）はその平面図である。
【０４０８】図６０（ｂ）に示すように、各スロット８
０１０はその長手方向が導波管８０１の長手方向と一致
するように一列に配置されている。スロット８０１０
は、導波管８０１２の長手方向に沿って配置されてお
り、各々が導波管８０１２の長手方向に延在する形状と
されている。
【０４０９】図６１は、第９の実施形態における導波管
８０１のレーザ管８０２近傍の断面を示している。ここ
で、図６１は、スロット８０１０の長手方向に対して垂
直となる方向に沿った断面を示している。
【０４１０】導波管１に形成されたスロット８０１０か
らマイクロ波が放射されてスロット８０１０上にプラズ
マが生成される。そして、プラズマとスロット８０１０
の開口端との間には、シースが形成される。本実施形態
では、マイクロ波の均一な伝搬を考慮して、スロット８
０１０の径（幅）はシースの厚さと同程度以下（１０μ
ｍ〜１００μｍ）としている。従って、スロット８０１
０の側方へのマイクロ波の伝播を抑止して、スロット８
０１０上のみにプラズマを生成することが可能である。
ここで、スロット８０１０上でのプラズマのせり出しの
大きさは、例えばレーザビーム径の１／１０以下の大き
さとしてレーザ発振に影響が少ないことが好ましい。
【０４１１】以上説明したように、本発明の第９の実施
形態によれば、スロット８０１０の幅をマイクロ波の波
長よりも小さくすることによって、プラズマがシースを
介してスロット８０１０上から側方に拡散することを抑
止することができる。
【０４１２】（第１０の実施形態）次に、本発明の第１
０の実施形態を図面を参照しながら説明する。第１０の
実施形態は、スロット８０１０を複数のスリット８０１
１から構成した態様である。なお、第１０の実施形態に
おけるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第９の
実施形態のものと同一であるため説明を省略する。ま
た、第１０の実施形態を説明する図面において、第９の
実施形態と実質的に同一の構成要素については同一の符
号を記して説明を省略する。
【０４１３】第９の実施形態で説明したように、スロッ
ト８０１０の幅をマイクロ波の波長以下の極細形状とし
た場合には、スロット８０１０の短辺方向の幅が狭いた
め、開口率が取れず放出効率が落ちる場合が想定され
る。第１０の実施形態では、これを防止するためにスロ
ット８０１０を複数のスリット８０１１を並列に配置し
た構成とし、放出効率を高めた点で第９の実施形態と相
違する。
【０４１４】図６２は、複数のスリット８０１１から構
成されるスロット８０１０が形成された導波管８０１の
平面図を示している。また、図６３は、スリット８０１
１の長手方向に対して垂直方向の断面を示す模式図であ
る。
【０４１５】このように、極細形状のスリット８０１１
を並列に複数個配置することによって、所望の開口率を
得ることができ、並列に配置されたスロット８０１０上
に均一にプラズマを生成させることが可能となる。
【０４１６】図６４は、並列にスリット８０１１を配置
した場合において、端部のスリット８０１１ａの幅を中
央部のスリット８０１１の幅よりも狭くした例を示して
いる。
【０４１７】スリット８０１１の短辺方向に生成された
プラズマが拡散することの防止を目的として、スロット
８０１０（スリット８０１１）の開口端の短辺方向に金
属壁８０１５等を形成した場合には、金属壁８０１５に
沿った位置でより多くのプラズマの生成が行われるため
プラズマの均一性の確保に問題が生じる場合がある。図
６４に示すように、端部に位置するスリット８０１１の
短辺方向の幅を、中央部に位置するスリット８０１１の
短辺方向の幅よりも狭くすることによって、スリット８
０１１ａから放射されるマイクロ波の放射強度を低下さ
せることができるため、スロット８０１０上に生成され
るプラズマを全体として均一化することができる。
【０４１８】また、図６５に示すように、端部のスリッ
ト８０１１ｂの長さを短くすることによっても、金属壁
８０１５近傍でのプラズマの生成を抑制して、スロット
８０１０上での均一なプラズマの生成を実現することが
できる。なお、本効果はマイクロ波にとって金属壁と同
等の、すなわちマイクロ波の閉じ込めを可能とする構造
であれば同様の結果が得られることは言うまでもない。
【０４１９】以上説明したように、第１０の実施形態に
よれば、極細スリット８０１１ａを並列に配置すること
によって、マイクロ波の放出効率を高めることができ、
スロット８０１０上に均一にプラズマを生成すること可
能となる。
【０４２０】（第１１の実施形態）先ず、第１１の実施
形態について説明する。本実施形態では、いわゆるエキ
シマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示す
る。図６６は、本実施形態のエキシマレーザ発振装置の
主要構成を示す模式図である。
【０４２１】このエキシマレーザ発振装置は、図６６に
示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共
振させてレーザ光を発するレーザ管９０２と、レーザ管
２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とす
るための導波管９０１と、導波管９０１を冷却するため
に、冷却水導入出口９０９を有する冷却容器９０７とを
備えて構成されている。
【０４２２】エキシマレーザ光を発生させる際の原料と
なるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ば
れた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性
ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使
用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせれば
よい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させ
たい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波
長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場
合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０４２３】レーザ管９０２は、エキシマレーザガスの
管内への導入部となるレーザガス導入出口９０８と、各
端部にそれぞれ反射構造体９０５，９０６が設けられ、
これら反射構造体９０５，９０６によりプラズマ放電に
よる光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０４２４】導波管９０１は、マイクロ波をガス供給路
構造９０１１内のレーザガスへ供給するための手段であ
り、図６６中上面部に細長い複数のスロット９０１０が
形成されている。導波管９０１の上部より数百ＭＨｚ〜
数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、この
マイクロ波が導波管１内を伝播しながら、スロット９０
１０から導波管９０１の外部へ放出される。放出された
マイクロ波は、レーザ管９０２内へ導入される。そし
て、導入されたマイクロ波によりレーザ管９０１内のエ
キシマレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ
光が発生することになる。
【０４２５】導波管９０１の具体的な様子を図６７に示
す。ここで、図６７（ａ）は導波管９０１の模式的な斜
視図、図６７（ｂ）はその平面図である。
【０４２６】図６７（ｂ）に示すように、各スロット９
０１０はその長手方向が導波管９０１の長手方向と一致
するように一列に配されており、これらスロット９０１
０の周囲を囲むように電極９０１３が設けられている。
【０４２７】図６８は、任意の１つのスロット９０１０
の周囲に形成された電極９０１３の配置の例を示した図
である。ここで、図６８（ａ）は、図６７（ｂ）と同様
にスロット９０１０の周囲の６箇所に電極を配置した例
を示している。
【０４２８】また、図６８（ｂ）は、６箇所の電極１３
に印加される電流密度を示している。図６８（ｂ）に示
すように、スロット９０１０の長手方向の中央近傍に配
置された電極９０１３の電流密度をＪc とし、スロット
の長手方向の端部に配置された電極１３の電流密度をＪ
e とする。そして、Ｊc ＜Ｊe となるように電流密度を
調整しておく。
【０４２９】このように、スロット９０１０の中央部よ
りもスロット９０１０の端部における電流密度を大きく
することによって、予備電離により発生する電子の密度
に分布をもたせて、スロット９０１０の端部においてプ
ラズマが励起し易い状態とすることができる。すなわ
ち、プラズマが励起することによるスロット９０１０の
幅方向における電気的な導通状態の形成を、電極９０１
３により生じる電子密度分布によって補填することが可
能となる。図６８（ｂ）では、スロット９０１０端にお
ける電子密度をスロット９０１０の中央部よりも大きく
する例を示したが、電子密度分布の形成はこれに限定さ
れるものではない。電極９０１３を用いて使用状況に応
じた適切な電子密度分布を形成することが可能である。
【０４３０】前述したように、スロット９０１０の長手
方向の中央近傍においては、元々プラズマが励起し易い
状態とされている。従って、スロット９０１０の端部に
おけるプラズマの励起を促進することにより、スロット
９０１０上の全領域において均一なプラズマを形成する
ことが可能となる。
【０４３１】図７０は、電極９０１３によってプラズマ
励起を均一化した様子を模式的に示す特性図である。こ
こで、図７０（ａ）は電極９０１３を用いない場合にお
いて、スロット９０１０の長手方向のプラズマ励起の状
態を比較のため示している。また、図７０（ｂ）は、各
電極９０１３に与えられた電流密度に起因して生じる、
スロット９０１０の長手方向における電子密度の分布
（予備電離補償）を模式的に示す特性図である。
【０４３２】そして、図７０（ｃ）は、図７０（ｂ）に
示す予備電離補償を電極９０１３によって与えた場合に
おいて、スロット９０１０から放出されるマイクロ波に
より励起されたプラズマの強度を示している。このよう
に、図７０（ｂ）に示す電界を与えることによって、特
にスロット９０１０の長手方向の端部におけるプラズマ
の励起を促進することができ、図７０（ｃ）に示すよう
にスロット９０１０の全領域におけるプラズマ励起の状
態を均一化することができる。
【０４３３】図６８（ｃ）、図６９は、電極９０１３の
配置の他の例を示している。図６８（ｃ）は、スロット
９０１０の端部におけるプラズマ励起を更に容易に行う
ために、スロット９０１０の端部の電極９０１３の数を
増やした例を示している。これにより、スロット９０１
０の端部においてプラズマ励起をより効果的に行うこと
が可能である。
【０４３４】図６９（ａ）は、プラズマが励起し易いス
ロット９０１０の中央部には電極９０１３を配置せず
に、スロット９０１０の端部のみに電極９０１３を設け
た例を示している。このように、プラズマが励起しにく
いスロット９０１０の端部のみに電極９０１３を設ける
ことで、スロット９０１０の中央部と同等のプラズマの
励起を可能として、スロット９０１０上の全領域におい
てプラズマの励起を均一に行うことが可能となる。
【０４３５】図６９（ｂ）は、スロット９０１０の長手
方向に沿って一体に形成された電極９０１３を用いた例
を示している。ここで、スロット９０１０の長手方法の
中央部における電極９０１３の面積を小さく形成するこ
とにより、スロット９０１０の端部における電子密度の
分布を大きくすることができる。
【０４３６】図６９（ｃ）は、プラズマの励起しにくい
スロット９０１０端において、電極９０１３をよりスロ
ット９０１０に近接させた例を示している。スロット９
０１０の端部における電子密度を大きくすることによっ
て、スロット９０１０の端部におけるプラズマの励起を
促進することができ、スロット９０１０上におけるプラ
ズマの励起を均一化することができる。
【０４３７】図７１は、電極９０１３をスロット９０１
０から離間させて配置する場合の構成を示している。こ
のように、電極９０１３をスロット９０１０から離間さ
せる場合、反射鏡９０１４を用いてスロット９０１０側
の電流密度を高くすることによって、効率の高い予備電
離が実現できる。この場合、導波管９０１の上部にはレ
ーザーガスが流れているため、反射鏡９０１４はレーザ
ーガスの流路の上部に設置するのが望ましい。
【０４３８】以上説明したように、本発明の第１１の実
施形態においては、スロット９０１０の近傍に電極９０
１３を設け、スロット９０１０の長手方向における端部
の電子密度を、スロット９０１０の長手方向における中
央部における電子密度よりも高くすることによって、特
にスロット９０１０の長手方向の端部におけるプラズマ
の励起を促進することができ、スロット９０１０の全領
域におけるプラズマ励起の状態を均一化することができ
る。
【０４３９】（第１２の実施形態）次に、本発明の第１
２の実施形態について説明する。図７２は、本発明の第
１２の実施形態に係るエキシマレーザ発振装置の導波管
を示す概略断面図である。なお、第１２の実施形態にお
けるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第１１の
実施形態のものと同一であるため説明を省略する。ま
た、第１２の実施形態を説明する図面において、第１１
の実施形態と実質的に同一の構成要素については同一の
符号を記して説明を省略する。
【０４４０】第１１の実施形態においては、電極９０１
３を用いて間接的に紫外線励起を行う方法を示したが、
この第１２の実施形態では紫外線光源を用いてＵＶ光照
射補償を行う方法について説明する。
【０４４１】図７２（ａ）は、導波管９０２１の長手方
向と垂直な方向に沿った断面を示している。このよう
に、第１２の実施形態に係るエキシマレーザ発振装置の
導波管９０２１は、略Ｌ字状の断面形状とされている。
【０４４２】導波管９０２１の下面には、スロット９０
１０が形成されている。マイクロ波は図７２の矢印Ａの
方向から導波管１内を伝播し、スロット９０１０からレ
ーザー管２へ放出されてスロット９０１０上でプラズマ
が励起される。
【０４４３】導波管９０２１内において、スロット９０
１０と対向する位置にはＵＶ透過窓９０２１ａが設けら
れている。そして、ＵＶ透過窓９０２１ａの外側にはＵ
Ｖ光源９０２２、反射鏡９０２３が設けられている。
【０４４４】本実施形態においては、導波管９０２１を
略Ｌ字状の断面形状とすることにより、スロット９０１
０と対向した位置から直接的にＵＶ照射を行うことが可
能である。また、ＵＶ透過窓９０２１ａを所定の大きさ
で形成しておくことにより、マイクロ波がＵＶ透過窓９
０２１ａから漏れだすことを抑止することができる。
【０４４５】図７２（ｂ）は、ベンド導波管９０２１’
を使用した場合において、ベンド導波管９０２１’の長
手方向と垂直な方向に沿った断面を示している。ベンド
導波管９０２１’を使用した場合には、斜面部９０２
１’ｂにＵＶ透過窓９０２１’ａを設けることによっ
て、図７２（ａ）に示す導波管９０２１と同様にスロッ
ト９０１０と対向した位置から直接的にＵＶ照射を行う
ことが可能である。
【０４４６】図７３（ａ）は、導波管９０２１の長手方
向に沿った断面を示している。ＵＶ透過窓９０２１ａ
は、導波管９０２１の長手方向に沿って形成されてお
り、ＵＶ透過窓９０２１ａの位置に対応してＵＶ光源９
０２２、反射鏡９０２３が設置されている。そして、Ｕ
Ｖ光源９０２２、反射鏡９０２３は、スロット９０１０
の長手方向の端部に集中的にＵＶ照射が可能となる位置
に配置されている。
【０４４７】このように、スロット９０１０の長手方向
の端部に集中的にＵＶ照射を行うことにより、スロット
９０１０の端部におけるプラズマの励起を促進すること
ができ、スロット９０１０上において均一にプラズマを
励起させることが可能となる。
【０４４８】反射鏡９０２３は、球面、あらゆる非球面
（楕円、双曲線など）の反射鏡を用いることが可能であ
る。また、プラズマが不均一な場合等においては、スロ
ット長軸方向にも反射鏡の構造を採用することが好まし
い。また、単一光源を用いて、反射鏡９０２３の代わり
に複数のレンズを用いてもよい。
【０４４９】図７３（ｂ）は、マイクロ波のモードとし
て、Ｅ面、Ｈ面を使用した場合に好適な、ＵＶ透過窓９
０２１ａの配置を示している。ここで、Ｅ面とは通常の
ＴＥ１０モードのみを伝播する導波管における長端面で
あり、Ｈ面とは導波管での短端面である。図７３（ｂ）
に示すように、Ｅ面の場合にはスロット９０１０の長手
方向に沿ってＵＶ透過窓９０２１ａを形成するのが望ま
しく、この配置により、スロット９０１０端に集中的に
ＵＶ照射を行うことができる。
【０４５０】また、Ｈ面の場合にはスロット９０１０の
長手方向に沿って、且つ２列のスロット１０の間に配置
することが望ましい。Ｈ面の場合に２列の発光ラインを
とる場合には、左右のスロット９０１０それぞれに対
し、Ｅ面と同様の透過窓を配置する。
【０４５１】図７４は、ＵＶ照射によってプラズマ励起
を均一化した場合の様子を模式的に示す特性図である。
ここで、図７４（ａ）はＵＶ照射を行わない場合のプラ
ズマ励起の状態を比較のため示している。また、図７４
（ｂ）は、スロット９０１０近傍において、ＵＶ光源９
０２２によるＵＶ照射強度を模式的に示した特性図であ
る。
【０４５２】そして、図７４（ｃ）は、図７４（ｂ）に
示すＵＶ照射を行った場合に、スロット９０１０から放
射されるマイクロ波により励起されたプラズマの強度を
示している。このように、図７４（ｂ）に示すＵＶ照射
を行うことによって、特にスロット９０１０の長手方向
の端部におけるプラズマの励起を促進することができ、
図７４（ｃ）に示すように、スロット９０１０の全領域
におけるプラズマ励起の状態を均一化することができ
る。
【０４５３】以上説明したように、本発明の第１２の実
施形態においては、スロット９０１０の長手方向の端部
に集中的にＵＶ照射を行うようにＵＶ光源９０２２を配
置し、ＵＶ照射によってプラズマが励起しにくいスロッ
ト９０１０端においてプラズマの励起を促進することが
できる。これにより、スロット９０１０の長手方向の中
央部と、スロット９０１０の端部におけるプラズマの励
起を同等とすることができ、スロット９０１０上の全範
囲において均一にプラズマを励起させることができる。
本発明において、照射する光の代わりにＸ線若しくはＲ
Ｆ（高周波）予備電離を用いても同様の効果を得ること
ができる。
【０４５４】（第１３の実施形態）先ず、第１３の実施
形態について説明する。本実施形態では、いわゆるエキ
シマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示す
る。図７５は、本実施形態のエキシマレーザ発振装置の
主要構成を示す模式図である。
【０４５５】このエキシマレーザ発振装置は、図７５に
示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共
振させてレーザ光を発するレーザ管１００２と、レーザ
管２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態と
するための導波管１００１と、導波管１００１を冷却す
るために、冷却水導入出口１００９を有する冷却容器１
００７とを備えて構成されている。
【０４５６】エキシマレーザ光を発生させる際の原料と
なるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ば
れた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性
ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使
用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせれば
よい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させ
たい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波
長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場
合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０４５７】レーザ管１００２は、エキシマレーザガス
の管内への導入部となるレーザガス導入出口１００８
と、各端部にそれぞれ反射構造体１００５，１００６が
設けられ、これら反射構造体１００５，１００６により
プラズマ放電による光の位相が揃えられてレーザ光が発
生する。
【０４５８】導波管１００１は、マイクロ波をガス供給
路構造１００１１内のレーザガスへ供給するための手段
であり、図７５中上面部に細長い複数のスロット１００
１０が形成されている。導波管１の上部より数百ＭＨｚ
〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、こ
のマイクロ波が導波管１００１内を伝播しながら、スロ
ット１００１０から導波管１００１の外部へ放出され
る。放出されたマイクロ波は、レーザ管１００２内へ導
入される。そして、導入されたマイクロ波によりレーザ
管１００１内のエキシマレーザガスが励起され、共振し
てエキシマレーザ光が発生することになる。
【０４５９】導波管１００１の具体的な様子を図７６に
示す。ここで、図７６（ａ）は導波管１００１の模式的
な斜視図、図７６（ｂ）はその平面図である。
【０４６０】図７６（ｂ）に示すように、各スロット１
００１０はその長手方向が導波管１の長手方向と一致す
るように一列に配置されている。スロット１００１０
は、導波管１００１２の長手方向に沿って配置されてお
り、各々が導波管１００１２の長手方向に延在する形状
とされている。ここで、第１３の実施形態においては、
導波管１００１の長端面であるＥ面から放出されるマイ
クロ波を放出するスロット１００１０に本発明を適用し
た例を示す。
【０４６１】図８０（ａ）は、Ｅ面におけるマイクロ波
により、導波管１００１の壁内表面に生じる電流を示す
模式図である。導波管１００１の壁内表面においてスロ
ット１００１０と垂直方向の電流を生じさせる。ここで
図８０（ｃ）は、導波管１００１におけるＥ面及びＨ面
を示す模式図である。Ｅ面とは、導波管１００１の短端
面をいい、Ｈ面とは、導波管１００１の長端面をいう。
【０４６２】図７７（ａ）は、任意の１つのスロット１
００１０の形状を示す概略平面図である。このように、
スロット１００１０は長手方向の端部に向かうにつれて
幅広の形状とされている。
【０４６３】そして、図７７（ｃ）は、図７７（ａ）に
示すスロット１００１０の長手方向に沿った位置と、ス
ロット１００１０の開口率の関係を示す模式図である。
図７７（ａ）、図７７（ｃ）に示すように、開口率はス
ロット１００１０の端部に向かうにつれて大きくなる。
【０４６４】そして、図７７（ｄ）は、図７７（ａ）に
示すスロット１００１０によってマイクロ波を放射した
場合の放射エネルギーの強度を示した模式図である。こ
のように、端部において開口率が大きく形成されたスロ
ット１００１０を用いることによって、特にスロット１
００１０端部における放射エネルギーを大きくすること
ができる。すなわち、図８０（ｂ）に示すようなスロッ
ト１００１０を横切る電流密度に対してスロット１００
１０の幅を変化させることによって、放出されるマイク
ロ波の放射エネルギをスロット１００１０の長手方向の
各部位において制御することが可能となる。そして、図
７７（ｄ）に示すように均一化された放射を実現するこ
とが可能となる。
【０４６５】なお、実際の発光におけるマイクロ波の分
布はプラズマとの干渉等があり、測定や解析が極めて困
難である。従って、図７７（ｄ）においてはプラズマが
励起されていない状態でのスリットからの均一性を評価
することで、均一性を評価している。
【０４６６】このような、中心部に対して対称形状のス
ロット１００１０は、電流の密度分布がスロット１００
１０の短軸方向に対称となる、Ｅ面に放出されるマイク
ロ波に用いて好適である。
【０４６７】このように、スロット１００１０の長手方
向の各部位における幅を異なるようにし、長手方向の端
部における幅を中央部に比して大きくしたことによっ
て、特に、スロット１００１０の端部においてマイクロ
波の放射を強くすることができる。これにより、図７７
（ｂ）に示すような均一なマイクロ波の放出が可能とな
る。
【０４６８】図７８（ａ）は、スロット１００１０の形
状の他の例を示す概略平面図である。図７８（ａ）に示
すスロット１００１０は、長手方向の端部を局所的に円
形に広げたダンベル形状とされている。
【０４６９】そして、図７８（ｂ）は、図７８（ａ）に
示すスロット１００１０の長手方向に沿った位置と、ス
ロット１００１０の開口率の関係を示す模式図である。
図７８（ａ）、図７８（ｂ）に示すように、開口率はス
ロット１００１０の端部において大きくなる。
【０４７０】そして、図７８（ｃ）は、図７８（ａ）に
示すスロット１００１０によってマイクロ波を放射した
場合の放射エネルギーの強度を示した模式図である。こ
のように、端部において開口率が大きく形成されたスロ
ット１００１０を用いることによって、円形部１００１
０ａにおいてマイクロ波の放出を高め、特にスロット１
００１０端部における放射エネルギーを大きくすること
ができる。すなわち、図８０（ａ）に示すようなスロッ
ト１００１０を横切る電流密度に対してスロット１０の
幅を変化させることによって、放出されるマイクロ波の
強度をスロット１００１０の長手方向の各部位において
制御することが可能となり、図７７（ｃ）に示すように
均一化された放射を実現することが可能となる。
【０４７１】また、スロット１００１０端に半径ｒの円
を付加することにより、半径ｒを大きくすることによっ
て、スロット１００１０の長さを等価的に長くすること
が可能である。これにより、実質的にλｇ／４の長さの
スロット長としなくてもＱをより小さくすることができ
る。また、スロット１００１０の端部が円形であること
から、スロット１００１０を形成する際の機械加工を容
易且つ精密に行うことが可能である。
【０４７２】図７９（ａ）は、図７８（ａ）に示すスロ
ット１００１０の形状をより滑らかに曲線でつなげた形
状のスロット１００１０を示している。
【０４７３】そして、図７９（ｂ）は、図７９（ａ）に
示すスロット１００１０の長手方向に沿った位置と、ス
ロット１００１０の開口率の関係を示す模式図である。
図７９（ａ）、図７９（ｂ）に示すように、開口率はス
ロット１００１０の端部に近接する程増大する。
【０４７４】そして、図７９（ｃ）は、図７９（ａ）に
示すスロット１００１０によってマイクロ波を放射した
場合の放射エネルギーの強度を示した模式図である。こ
のように、端部において開口率が大きく形成されたスロ
ット１００１０を用いることによって、円形部１００１
０ａにおいてマイクロ波の放出を高め、特にスロット１
００１０端部における放射エネルギーを大きくすること
ができる。すなわち、図８０（ａ）に示すようなスロッ
ト１００１０を横切る電流密度に対してスロット１００
１０の幅を変化させることによって、放出されるマイク
ロ波の強度をスロット１００１０の長手方向の各部位に
おいて制御することが可能となる。そして、図７９
（ｃ）に示すように均一化された放射を実現することが
可能となる。
【０４７５】また、図７９（ａ）に示すスロット１００
１０は、図７８（ａ）に示すスロット１０と同様に端部
を円弧状としているため、スロット１００１０の長さを
等価的に長くすることが可能であり、また、機械加工を
容易且つ精密に行うことが可能である。
【０４７６】図７７、図７８及び図７９に示すスロット
１００１０の形状では、放射されるマイクロ波の均一性
は、図７８に示すスロット１００１０、図７７に示すス
ロット１００１０、図７９に示すスロット１００１０の
順に良好となる。また、マイクロ波の最大強度も、図７
８に示すスロット１００１０、図７８に示すスロット１
００１０、図７９に示すスロット１００１０の順に大き
くなる。しかし、この傾向は、実際にはスロット１００
１０のサイズと励起源である導波路とのサイズの関係
や、曲線形状などにより変化する。なお、上述した開口
率分布は、なるべく広い範囲での均一性を重視して設定
したが、仮に端部を強励起し中央部の強度を弱めたい場
合は、より中央部での開口率を下げることで対応できる
ことは言うまでもない。
【０４７７】図８４は、スロット１００１０の長手方向
の中央部の幅を端部の幅よりも広くしたスロット１００
１０の例を示す。導波管１００１内においては導波管１
００１の長手方向と垂直となる方向にも均一でない電界
が分布しており、この電界を考慮した場合等において
は、図８４に示す形状のスロット１００１０によって
も、スロット１００１０から放出されるマイクロ波の強
度を均一化することができる。
【０４７８】以上説明したように、本発明の第１３の実
施形態によれば、スロット１００１０の長手方向におけ
る各部位の幅を異ならせ、スロット１００１０の端部に
おける開口を大きくすることによって、スロット１００
１０の端部から放射されるマイクロ波の強度を高めるこ
とが可能となる。これによって、スロット１００１０上
の全領域において、マイクロ波の均一化な放射を行うこ
とが可能となる。
【０４７９】（第１４の実施形態）次に、本発明の第１
４の実施形態について説明する。第２２の実施形態にお
いては、導波管１００１の短端面からマイクロ波を放出
するスロットに本発明を適用した例を示す。なお、第１
４の実施形態におけるエキシマレーザー発振装置の全体
構成は、第１３の実施形態のものと同一であるため説明
を省略する。また、第１４の実施形態を説明する図面に
おいて、第１３の実施形態と実質的に同一の構成要素に
ついては同一の符号を記して説明を省略する。
【０４８０】図８０（ｂ）は、Ｈ面におけるマイクロ波
により導波管壁に生じる電流の向きを示す模式図であ
る。このように、Ｈ面における管壁内表面を流れる電流
は導波管１００１の長手方向に対して垂直方向の幅の中
心に位置する節から、λｇ／２だけ離れた位置における
節に向かって流れる。
【０４８１】このため、導波管１００１の長手方向と垂
直方向の幅の中心線（一点鎖線Ｃ）からｄだけ離間させ
た位置にスロット１００１０をλｇ／２ピッチで交互に
設けることで全てのスロット１００１０からの放射が同
位相となる。
【０４８２】図８１は、Ｈ面に放出されるマイクロ波に
用いて好適なスロット１００１０の形状を示している。
図８０（ｂ）で説明したように、マイクロ波により生じ
る電流は節から放射状に放出されるため、電流の向きに
対してスロット１００１０が延在する方向を垂直となる
ようにする。すなわち、図８１（ａ）に示す形状のスロ
ット１００１０を、図８１（ｂ）に示す位置に配置する
ことによってスロット１００１０が延在する方向と電流
の向きを垂直とすることができ、スロット１００１０か
ら効率良くマイクロ波を放出することができる。
【０４８３】図８２は、Ｈ面に使用するスロット１００
１０の形状の他の例を示す平面図である。図８２（ａ）
に示すスロット１００１０は、端部における開口幅が広
げられているため、図８１（ｂ）に示す位置に配置する
ことによって、スロット１００１０端におけるマイクロ
波の放射強度を高めることができ、スロット１００１０
上に放射されるマイクロ波の強度を均一化することがで
きる。
【０４８４】また、図８２（ｂ）に示すスロット１００
１０は、端部よりも中央部における開口幅を広げた態様
を示している。
【０４８５】図８３に示すスロット１００１０は、第１
３の実施形態の図７８、図７９において説明したスロッ
ト１００１０と同様に、スロット１００１０端に半径ｒ
の円を形成した例を示している。この形状により、第１
３の実施形態と同様に、円形部１００１０ａにおいてマ
イクロ波の放出を高めることができ、スロット１００１
０上に放射されるマイクロ波を均一化することができ
る。
【０４８６】また、スロット１００１０端に半径ｒの円
を付加することにより、半径ｒを大きくすることによっ
て、スロット１００１０の長さを等価的に長くすること
が可能である。これにより、実質的にλｇ／２の長さの
スロット長としなくてもＱをより小さくすることができ
る。また、スロット１００１０の端部を円弧状とするこ
とによって、スロット１００１０を形成する際の機械加
工を容易かつ精密に行うことが可能である。
【０４８７】以上説明したように、本発明の第１４の実
施形態においては、Ｈ面から放出されるマイクロ波に対
し、スロット１００１０を導波管１の中心（図８０
（ｂ）における中心線Ｃ）から所定距離離間させた位置
に配置することによって、スロット１００１０からマイ
クロ波の放射を行うことが可能となる。
【０４８８】また、スロット１００１０の形状を湾曲さ
せ、マイクロ波により導波管１００１の壁面に生じる電
流の方向と垂直となる方向へ延在させることによって、
より効率良くマイクロ波の放射を行うことが可能とな
る。
【０４８９】更に、スロット１００１０の端部において
スロット１００１０の幅を広げることによって、スロッ
ト１００１０の端部におけるマイクロ波の放射を高め、
スロット１００１０上の全領域に放射されるマイクロ波
の強度を均一化することができる。
【０４９０】（第１５の実施形態）次に、本発明の第１
５の実施形態について説明する。なお、第１５の実施形
態におけるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第
１３の実施形態のものと同一であるため説明を省略す
る。また、第１５の実施形態を説明する図面において、
第１３の実施形態と実質的に同一の構成要素については
同一の符号を記して説明を省略する。
【０４９１】第１５の実施形態は、マイクロ波の放射を
均一化するために、スロット１００１０の開口形状は通
常の矩形形状として、スロット１００１０が形成されて
いる導波管１の壁の内部の形状をスロット１００１０の
開口形状と異ならせ、空隙構造１００１５を設けたこと
を特徴としている。ここで、空隙構造１５は図８５
（ｂ）において後述するように、スロット１００１０の
形成された導波管１壁に形成された空隙である。
【０４９２】図８６は、空隙構造１００１５の例を示し
ている。この例においては空隙構造１００１５の全範囲
をスロット１００１０からλｇ／４離間させている。こ
れにより、空隙構造１００１５内におけるスロット１０
０１０と垂直となる方向の空間の長さがλｇ／２となる
ため、空隙構造１００１５内においてマイクロ波を共振
させることができ、放射効率を向上させることができ
る。
【０４９３】図８７では、空隙構造１００１５の全範囲
をスロット１００１０からλｇ／２離間させている。こ
の構成においても、空隙構造１００１５内におけるスロ
ット１００１０と垂直となる方向の空間の長さがλｇと
なるため、空隙構造１００１５内においてマイクロ波を
共振させることができ、放射効率を向上させることがで
きる。
【０４９４】図８５（ａ）は、第１５の実施形態の他の
態様のスロット１００１０、空隙構造１００１５を示す
平面図である。また、図８５（ｂ）は、図８５（ａ）に
示す一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を示す概略断面図で
ある。
【０４９５】図８５（ａ）に示すように、第１５の実施
形態に係るスロット１００１０は、矩形形状に形成さ
れ、その長手方向は導波管１の長手方向と同一である。
【０４９６】そして、矩形形状のスロット１００１０を
囲むような形状で、インピーダンス変更空隙構造１００
１５が形成されている。図８５（ｂ）に示すように、空
隙構造１００１５はスロット１００１０が形成されてい
る導波管１の内壁に形成されたものであり、図８５
（ａ）に示す点線で示す領域まで延在する空隙である。
【０４９７】図８５（ａ）に示すように、空隙構造１０
０１５の端は、スロット１００１０の端部から半径がλ
ｇ／４となる円形形状とされており、スロット１００１
０の長手方向の中央部においては、スロット１００１０
の端部からλｇ／４以下の距離とされている。
【０４９８】図８５のように、空隙端とスロット１００
１０の距離をスロット１００１０長軸方向に変化させる
ことにより、スロット１００１０の長軸方向のマイクロ
波の放出特性を変化させることができる。
【０４９９】この効果は、スロット１００１０の各部位
で共振条件がくずれるため、更には、空間的な間隙の形
状を変化させることにより、伝播路の特性を変化できる
というマイクロ波特有の性質によるものである。長さ
Ｌ、特性インピーダンスＺ0 である終端短絡導波路のイ
ンピーダンスＺは、 Ｚ＝ｊＺ0 ｔａｎ（２π・Ｌ／λｇ） となる。
【０５００】これは、すなわち、いかなる値を持つ誘電
性素子（単体素子でいうコイル）及び容量性素子（単体
素子でいうキャパシタ）をＬを変化させるだけで形成す
ることができることを示している。スロットライン方向
に半値幅αを変化させるということは、電磁波にとって
のインピーダンスを付随的に変化させることになり（等
価回路的にみると、スロットに対して連続的に様々な値
を持つコイルやキャパシタが並列に接続されてみえ
る）、結果的にスロットから放出される電磁波の分布を
制御することができる。
【０５０１】そして、この性質を利用することにより、
スロット１００１０の長手方向の中央におけるマイクロ
波の放射を抑制することが可能となり、スロット１００
１０上に放射されるマイクロ波の強度を均一化すること
ができる。
【０５０２】図８８は、やはりマイクロ波の放射効率を
向上させるために、スロット１００１０の長手方向の長
さをλｇ／２とした構成を示している。ここで、図８８
（ａ）はＨ面に適用した例を、図８８（ｂ）はＥ面に適
用した例を示している。スロット１００１０の長さをλ
ｇ／２とすることによって、マイクロ波をスロット１０
０１０の長手方向において共鳴させることができ、マイ
クロ波の放射効率を向上させることが可能である。
【０５０３】図８９（ａ）は、断面形状をテーパー状と
して、導波管１００１の内部に向かって幅広としたスロ
ット１００１０を示している。スロット１００１０の下
方に向かうにつれて幅広となるテーパー形状を形成する
ことによって、空間のインピーダンスがゆるやかに変化
するため反射が起こりにくくなり、より多くのマイクロ
波をスロット１００１０内へ導くことができ、スロット
１００１０からのマイクロ波の放射効率を向上させるこ
とができる。
【０５０４】図８９（ｂ）は、図８９（ａ）に示すスロ
ット１００１０のテーパー部に誘電体レンズ１００１６
を挿入した例を示している。誘電体レンズ１００１６に
よってマイクロ波をスロット１００１０へ集中させるこ
とができ、スロット１００１０からのマイクロ波の放射
効率を向上させることができる。
【０５０５】また、図８９（ｃ）に示すように、誘電体
レンズ１００１６を通常のスロット１００１０の直下に
配置することによっても、マイクロ波をスロット１００
１０へ集中させることができ、スロット１００１０から
のマイクロ波の放射効率を向上させることができる。
【０５０６】以上説明したように、第１５の実施形態に
よればスロット１００１０の開口形状とは異なる形状で
あって、スロット１００１０の形成された導波管１００
１の壁面に空隙構造１００１５を形成することによっ
て、スロット１００１０内のインピーダンスを可変する
ことができる。従って、空隙構造１００１５を形成する
ことによって、スロット１００１０上への均一なマイク
ロ波の放出を実現することが可能となる。また、空隙領
域１００１５を所定の大きさに設定することによって、
空隙領域１００１５内でマイクロ波を共振させることが
でき、マイクロ波の放射特性を向上させることが可能で
ある。
【０５０７】また、スロット１００１０の断面形状をテ
ーパー状として、導波管１の内部に向かって幅広となる
ように形成することで、より多くのマイクロ波をスロッ
ト１００１０へ導くことができ、放射効率を向上させる
ことができる。更に、スロット１００１０内あるいはス
ロット１００１０の下部に誘電体レンズを設けることに
よっても、マイクロ波の放射効率を向上させることが可
能である。
【０５０８】（第１６の実施形態）次に、本発明の第１
６の実施形態について説明する。第１６の実施形態は、
第１の実施形態におけるラバルノズル型のガス供給路構
造と、第７の実施形態におけるノズルシールドの構造を
共に備えたレーザ発振装置である。
【０５０９】図９０は、本発明の第１６の実施形態に係
るレーザ発振装置の全体構成を示す模式図である。図９
０に示すレーザ発振装置の全体構成は、第１の実施形態
で説明した構成と同一である。また、図９１は、図９０
に示すレーザ発振装置のレーザチャンバ１の一部を示す
斜視図である。なお、レーザ発振装置の全体構成は、第
１の実施形態の図１３に示すシロッコファンを用いたも
のでもよい。
【０５１０】本実施形態において、レーザチャンバ１の
主要構成は第１の実施形態で説明したものと同一であ
る。すなわち、レーザチャンバ１は、ラバルノズル型の
ガス供給路構造１１と、ガス供給路構造１１を挟んで対
向するように設けられた導波管１２とを備えている。な
お、図９０及び図９１において、上述した第１の実施形
態、第７の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要
素には同一の符号を記す。
【０５１１】レーザチャンバ１にラバルノズル型のガス
供給路構造１１を用い、流出入口におけるガス圧力やガ
ス流速を調節することにより、音速に近づくほどに懸念
される衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部２１における
エキシマレーザガスの流速を初期の亜音速に制御するこ
とが可能となる。従って、枯渇しがちなエキシマレーザ
ガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給する
ことができ、長時間の安定な発光を維持するエキシマレ
ーザ発振装置が実現される。
【０５１２】また、ラバルノズル型のガス供給路構造１
１に、第７の実施形態で説明したノズルシールド７０１
４が設けられている。ノズルシールド７０１４は、マイ
クロ波が所定の大きさ以下の開口を通過することができ
ないという性質を利用したシールドである。放出される
マイクロ波の周波数に対してノズルシールド７０１４の
開口を設定することでスロット７０１０から放出される
マイクロ波を空間的に閉じ込めることが可能となる。
【０５１３】そして、ノズルシールド７０１４の延在す
る方向をガス供給路構造１１に流れるレーザガスの方向
と同一とすることで、マイクロ波を遮蔽しつつ、ガス供
給路構造１１からのレーザガスの供給を行うことができ
る。
【０５１４】従って、ノズルシールド７０１４がレーザ
ガスの流れを妨げることはなく、ラバルノズル型のガス
供給路構造１１を用いて超高速ガス置換を行った場合に
レーザガス流に抵抗を生じさせることはない。従って、
圧力損失の発生を抑止することができる。
【０５１５】そして、ノズルシールド７０１４によって
スロット７０１０上に形成されるプラズマ７０１１の拡
散を抑止することができ、生成されたプラズマ７０１１
をスロット７０１０の両脇のノズルシールド７０１４間
の間隙に確実に閉じ込めることが可能である。
【０５１６】以上説明したように、本発明の第１６の実
施形態によれば、第１の実施形態で説明したラバルノズ
ル型のガス供給路構造１１と、第７の実施形態で説明し
たノズルシールドの構造を共に備えることにより、レー
ザガスを高速に循環させてプラズマの励起を促進するこ
とができ、且つ、レーザガスの流れを妨げることなくプ
ラズマが発光領域外に拡散することを抑止することがで
きる。
【０５１７】なお、本実施形態のレーザ発振装置に対し
て、先に説明した各実施形態の構成を更に付加すること
により、各実施形態の構成特有の効果を得ることが可能
である。
【０５１８】（第１７の実施形態）次に、本発明の第１
７の実施形態について説明する。第１７の実施形態は、
第２の実施形態におけるマイクロ波の通路と、第７の実
施形態におけるノズルシールドの構造を共に備えたレー
ザ発振装置である。
【０５１９】図９０は、本発明の第１７の実施形態に係
るレーザ発振装置の全体構成を示す模式図である。ま
た、図９２は、図９０に示すエキシマレーザ発振装置の
主要部であるレーザチャンバ１の一部を示す斜視図であ
る。
【０５２０】レーザチャンバ１の主要構成は、第１の実
施形態で説明したものと同様の構成である。すなわち、
レーザチャンバ１は、ラバルノズル型のガス供給路構造
１１と、ガス供給路構造１１を挟んで対向するように設
けられた導波管１２とを備えている。ただし、本実施形
態ではガス供給路構造１１がラバルノズル型とされてい
ない点で第１の実施形態と相違する。なお、図９０及び
図９２において、上述した第２の実施形態、第７の実施
形態で説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符
号を記す。
【０５２１】ガス供給路構造１１には、第７の実施形態
で説明したノズルシールド７０１４が設けられている。
ノズルシールド７０１４は、マイクロ波が所定の大きさ
以下の開口を通過することができないという性質を利用
したシールドである。放出されるマイクロ波の周波数に
対してノズルシールド７０１４の開口を設定することで
スロット７０１０から放出されるマイクロ波を空間的に
閉じ込めることが可能となる。
【０５２２】そして、ノズルシールド７０１４の延在す
る方向をガス供給路構造１１に流れるレーザガスの方向
と同一とすることで、マイクロ波を遮蔽しつつ、ガス供
給路構造１１からのレーザガスの供給を行うことができ
る。
【０５２３】従って、ノズルシールド７０１４がレーザ
ガスの流れを妨げることはなく、ラバルノズル型のガス
供給路構造１１を用いて超高速ガス置換を行った場合に
レーザガス流に抵抗を生じさせることはない。従って、
圧力損失の発生を抑止することができる。
【０５２４】そして、ノズルシールド７０１４によって
スロット７０１０上に形成されるプラズマ７０１１の拡
散を抑止することができ、生成されたプラズマ７０１１
をスロット７０１０の両脇のノズルシールド７０１４間
の間隙に確実に閉じ込めることが可能である。
【０５２５】導波管１２とガス供給路構造１１との間の
金属壁には、第２の実施形態で説明したマイクロ波の通
路３０１１が形成されている。これにより、スロット７
０１０から放出されたマイクロ波は、金属壁に規制され
た通路３０１１を伝播することで徐々に平面波に近づ
き、通路を通過してレーザ管内に放出されるときには、
その波面を各スロット７０１０に沿った全体にわたって
ほぼ平面様形状とすることができる。
【０５２６】従って、レーザ管３０１内のエキシマレー
ザガスには、ほぼ均一の平面波とされたマイクロ波が到
達することになり、レーザ管３０２の長手方向にわたっ
て均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光を均一す
ることができる。
【０５２７】以上説明したように、本発明の第１７の実
施形態によれば、第２の実施形態で説明したマイクロ波
の通路と、第７の実施形態で説明したノズルシールドの
構造を共に備えることにより、発光部２１においてプラ
ズマの拡散を抑止することができ、且つ、導波管１２の
長手方向の全域において放射エネルギが均一化されたプ
ラズマを生成することが可能となる。
【０５２８】なお、本実施形態のレーザ発振装置に対し
て、先に説明した各実施形態の構成を更に付加すること
により、各実施形態の構成特有の効果を得ることが可能
である。
【０５２９】（第１８の実施形態）次に、本発明の第１
８の実施形態について説明する。第１８の実施形態は、
第１の実施形態におけるラバルノズル型のガス供給路構
造、第２の実施形態におけるマイクロ波の通路及び及び
第６の実施形態におけるノズルシールドの構造を全て備
えたレーザ発振装置である。
【０５３０】図９０は、本発明の第１８の実施形態に係
るレーザ発振装置の全体構成を示す模式図である。ま
た、図９３は、図９０に示すレーザ発振装置のレーザ発
振部を拡大して示す斜視図である。
【０５３１】図９３は、図９０に示すエキシマレーザ発
振装置の主要部であるレーザチャンバ１の一部を示す斜
視図である。レーザチャンバ１は、第１の実施形態で説
明したものと同一である。すなわち、レーザチャンバ１
は、ラバルノズル型のガス供給路構造１１と、ガス供給
路構造１１を挟んで対向するように設けられた導波管１
２とを備えている。なお、図９０及び図９３において
は、上述した第１の実施形態、第２の実施形態及び第７
の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素には同
一の符号を記す。
【０５３２】レーザチャンバ１にラバルノズル型のガス
供給路構造１１を用い、流出入口におけるガス圧力やガ
ス流速を調節することにより、音速に近づくほどに懸念
される衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部２１における
エキシマレーザガスの流速を初期の亜音速に制御するこ
とが可能となる。従って、枯渇しがちなエキシマレーザ
ガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給する
ことができ、長時間の安定な発光を維持するエキシマレ
ーザ発振装置が実現される。
【０５３３】ガス供給路構造１１には、第７の実施形態
で説明したノズルシールド７０１４が設けられている。
ノズルシールド７０１４は、マイクロ波が所定の大きさ
以下の開口を通過することができないという性質を利用
したシールドである。放出されるマイクロ波の周波数に
対してノズルシールド７０１４の開口を設定することで
スロット７０１０から放出されるマイクロ波を空間的に
閉じ込めることが可能となる。
【０５３４】そして、ノズルシールド７０１４の延在す
る方向をガス供給路構造１１に流れるレーザガスの方向
と同一とすることで、マイクロ波を遮蔽しつつ、ガス供
給路構造１１からのレーザガスの供給を行うことができ
る。
【０５３５】従って、ノズルシールド７０１４がレーザ
ガスの流れを妨げることはなく、ラバルノズル型のガス
供給路構造１１を用いて超高速ガス置換を行った場合に
レーザガス流に抵抗を生じさせることはない。従って、
圧力損失の発生を抑止することができる。
【０５３６】そして、ノズルシールド７０１４によって
スロット７０１０上に形成されるプラズマ７０１１の拡
散を抑止することができ、生成されたプラズマ７０１１
をスロット７０１０の両脇のノズルシールド７０１４間
の間隙に確実に閉じ込めることが可能である。
【０５３７】また、ラバルノズル型の導波管１２とガス
供給路構造１１との間の金属壁には、第２の実施形態で
説明したマイクロ波の通路３０１１が形成されている。
これにより、スロット７０１０から放出されたマイクロ
波は、金属壁に規制された通路３０１１を伝播すること
で徐々に平面波に近づき、通路を通過してレーザ管内に
放出されるときには、その波面は各スロット７０１０に
沿った全体にわたってほぼ平面様形状とすることができ
る。
【０５３８】従って、レーザ管内のエキシマレーザガス
には、ほぼ均一の平面波とされたマイクロ波が到達する
ことになり、レーザ管の長手方向にわたって均一なプラ
ズマ放電が実現され、レーザ発光を均一することができ
る。
【０５３９】更に、本実施形態におけるレーザ発振装置
においては、ＲＦ（高周波）予備電離を行うための電極
７０３０がガス供給路構造１１に近接して設けられてい
る。ここで、電極７０３０はスロット７０１０の位置に
対応して設けられている。
【０５４０】レーザガスは、図９３に示す矢印Ｒの方向
に沿って流れるが、電極７０３０によって予備電離を与
えることによって、予めレーザガスの励起を行うことが
でき、発光部２１に到達したレーザガスの励起を容易に
行うことが可能となる。
【０５４１】従って、マイクロ波と電極７０３０による
予備電離の相乗効果により、発光部２１においてより確
実且つ均一にプラズマ７０１１を生成することが可能と
なる。なお、高周波の代わりにＸ線を用いることも可能
であり、マイクロ波を用いてもよい。また、第１１の実
施形態で説明したようなピン電極を用いて予備電離を行
ってもよい。更に、ノズルシールド７０１４に予備電離
のための電極を接続することにより、発光部２１の近傍
でレーザガスを予め励起状態として発光効率を高めるこ
とが可能である。
【０５４２】以上説明したように、本発明の第１８の実
施形態によれば、第１の実施形態で説明したラバルノズ
ル型のガス供給路構造１１、第２の実施形態で説明した
マイクロ波の通路及び第７の実施形態で説明したノズル
シールドの構造を全て備えることにより、レーザガスを
高速に循環させてプラズマの励起を促進することがで
き、発光部２１においてプラズマの拡散を抑止し、更
に、導波管１２の長手方向の全域において放射エネルギ
が均一化されたプラズマを生成することが可能となる。
【０５４３】なお、本実施形態のレーザ発振装置に対し
て、先に説明した各実施形態の構成を更に付加すること
により、各実施形態の構成特有の効果を得ることが可能
である。
【０５４４】（第１９の実施形態）以下、第１９の実施
形態について説明する。この第１９の実施形態では、上
述した各実施形態（及びその諸変形例）で述べたエキシ
マレーザ発振装置をレーザ光源として有する露光装置
（ステッパー）を例示する。図９４は、このステッパー
の主要構成を示す模式図である。
【０５４５】このステッパーは、所望のパターンが描か
れたレチクル１０１に照明光を照射するための光学系１
１１と、レチクル１０１を通過した照明光が入射して当
該レチクル１０１のパターンをウェハ１０２の表面に縮
小投影するための投影光学系１１２と、ウェハ１０２が
載置固定されるウェハチャック１１３と、ウェハチャッ
ク１１３が固定されるウェハステージ１１４とを有して
構成されている。
【０５４６】光学系１１１は、照明光としての高輝度の
エキシマレーザー光を発する光源である上述した各実施
形態のエキシマレーザ発振装置１２１と、光源１２１か
らの照明光を所望の光束形状に変換するビーム形状変換
手段１２２と、複数のシリンドリカルレンズや微小レン
ズを２次元的に配置されてなるオプティカルインテグレ
ータ１２３と、不図示の切替手段により任意の絞りに切
替可能とされ、オプティカルインテグレータ１２３によ
り形成された２次光源の位置近傍に配置された絞り部材
１２４と、絞り部材１２４を通過した照明光を集光する
コンデンサーレンズ１２５と、例えば４枚の可変ブレー
ドにより構成され、レチクル１０１の共役面に配置され
てレチクル１０１の表面での照明範囲を任意に決定する
ブラインド１２７と、ブラインド１２７で所定形状に決
定された照明光をレチクル１０１の表面に投影するため
の結像レンズ１２８と、結像レンズ１２８からの照明光
をレチクル１０１の方向へ反射させる折り曲げミラー１
２９とを有して構成されている。
【０５４７】以上のように構成されたステッパーを用
い、レチクル１０１のパターンをウェハ１０２の表面に
縮小投影する動作について説明する。
【０５４８】先ず、光源１２１から発した照明光は、ビ
ーム形状変換手段１２２で所定形状に変換された後、オ
プティカルインテグレータ１２３に指向される。このと
き、その射出面近傍に複数の２次光源が形成される。こ
の２次光源からの照明光が、絞り部材１２４を介してコ
ンデンサーレンズ１２５で集光され、ブラインド１２７
で所定形状に決定された後に結像レンズ１２８を介して
折り曲げミラー１２９で反射してレチクル１０１に入射
する。続いて、レチクル１０１のパターンを通過して投
影光学系１２２に入射する。そして、投影光学系１２２
を通過して前記パターンが所定寸法に縮小されてウェハ
１０２の表面に投影され、露光が施される。
【０５４９】本実施形態のステッパーによれば、レーザ
光源として上述した各実施形態のエキシマレーザ発振装
置を用いるので、高出力のエキシマレーザ光の比較的長
時間の発光が可能となり、ウェハ１０２に対する露光を
迅速且つ正確に行なうことができる。
【０５５０】次に、図９４を用いて説明した投影露光装
置を利用した半導体装置（半導体デバイス）の製造方法
の一例を説明する。
【０５５１】図９５は、半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ
等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の
製造工程のフローを示す。先ず、ステップ１（回路設
計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ
２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成した
マスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）で
はシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステッ
プ４（ウェハプロセス）は前工程と称され、上記の如く
用意したマスクとウェハを用いて、フォトリソグラフィ
ー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次の
ステップ５（組み立て）は後工程と称され、ステップ４
によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する
工程であり、アッセンプリ工程（ダイシング、ボンディ
ング）、パッケージンク工程（チップ封入）等の工程を
含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された
半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検
査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。
【０５５２】図９６は上記ウェハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に気
相反応を用いて導電膜や絶縁膜を形成する。ステップ１
３（ＰＶＤ）ではウェハ上に導電膜や絶縁膜をスパッタ
リングや蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した投影露光装置によっ
てマスクの回路パターンをウェハに焼付露光する。ステ
ップ１７（現像）では露光したウェハを現像する。ステ
ップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の
部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエ
ッチングが終了して不要となったレジストを除去する。
これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウェ
ハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０５５３】この製造方法を用いれば、従来は製造が難
しかった高集積度の半導体デバイスを容易且つ確実に高
い歩止まりをもって製造することが可能となる。
【０５５４】
【発明の効果】本発明によれば、以下に列挙する諸効果
を奏する。
【０５５５】（１）簡易な構造で音速に近い程の高速流
を形成しつつも、衝撃波の発生を抑止することを可能と
するガス供給路構造（及びガス供給方法）を提供するこ
とが可能となり、特にこのガス供給路構造をエキシマレ
ーザ発振装置に適用することにより、枯渇しがちなエキ
シマレーザガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速
に補給することができ、長時間の安定な発光を維持する
ことが可能となる。
【０５５６】（２）スロットアレイ構造を採用するも、
レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放
射が実現され、エネルギー損失を極力抑えた均一なレー
ザ発光が可能となる。
【０５５７】（３）スロットアレイ構造を採用するも、
個々の微小間隙（スロット）の長手方向にわたり全体的
に均一な電磁波の放射が実現され、エネルギー損失を極
力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０５５８】（４）個々のスロット上から所定範囲外へ
プラズマが拡散することを抑止できる。従って、エネル
ギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光を可能とするレ
ーザ発振装置、このレーザ発振装置を備えた高性能の露
光装置、この露光装置を用いた高品質なデバイスの製造
方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態によるエキシマレーザ発振装置
の主要構成を示す模式図である。
【図２】図１を更に模式的に示した模式図である。
【図３】第１の実施形態によるエキシマレーザ発振装置
の主要構成を示す模式図である。
【図４】ガス供給路構造の発光部に設けられる上下幅調
整手段を示す模式図である。
【図５】ガス供給路構造において、（流出口断面積／発
光部断面積）と（流出口圧力／流出口圧力）との関係を
示す特性図である。
【図６】ガス供給路構造の各部位（流入口、発光部、流
出口）における速度、マッハ数、ガス圧力、ガス密度、
ガス温度、及び音速との各条件の関係を示す図である。
【図７】ガス供給路構造において、（流入口圧力／発光
部圧力）と（発光部の流速）との関係を示す特性図であ
る。
【図８】ガス供給路構造において、（任意部位圧力）／
（発光部圧力）と（任意部位温度）／（発光部温度）と
の関係を示す特性図である。
【図９】ガス供給路構造の制御において、各条件の関係
を総括的に示すブロック図である。
【図１０】第１の実施形態に係る変形例１のエキシマレ
ーザ発振装置のガス供給路構造のみを示す断面図であ
る。
【図１１】第１の実施形態に係る変形例２のエキシマレ
ーザ発振装置のガス供給路構造のみを示す断面図であ
る。
【図１２】ガス供給路構造の各部位（流入口、発光部、
流出口）における速度、マッハ数、ガス圧力、ガス密
度、ガス温度、及び音速との各条件の関係を示す図であ
る。
【図１３】第１の実施形態に係る変形例３のエキシマレ
ーザ発振装置の概略構成を示す側断面図である。
【図１４】第１の実施形態に係る変形例３におけるガス
供給路構造の他の例を示す側断面図である。
【図１５】第２の実施形態によるエキシマレーザ発振装
置の主要構成を示す模式図である。
【図１６】導波管の具体的な様子を示す模式図である。
【図１７】導波管の具体的な様子を示す概略断面図であ
る。
【図１８】導波管のスロット位置とマイクロ波により生
じる電流密度との関係を示す模式図である。
【図１９】スロットからマイクロ波が放出される様子を
示す概略断面図である。
【図２０】変形例１における導波管の具体的な様子を示
す概略断面図である。
【図２１】変形例２における導波管の具体的な様子を示
す概略断面図である。
【図２２】変形例２における導波管の具体的な様子を示
す概略断面図である。
【図２３】変形例３における導波管の具体的な様子を示
す概略断面図である。
【図２４】変形例３における導波管の他の例の具体的な
様子を示す概略平面図である。
【図２５】変形例４における導波管の具体的な様子を示
す概略断面図である。
【図２６】変形例３における導波管の他の例の具体的な
様子を示す概略断面図である。
【図２７】変形例５における導波管の具体的な様子を示
す模式図である。
【図２８】第３の実施形態によるエキシマレーザ発振装
置の主要構成を示す模式図である。
【図２９】導波管におけるスロットの形成部位と導波管
の壁面を流れる電流の密度との関係を示す模式図であ
る。
【図３０】本実施形態において、スロットから放出され
るマイクロ波の強度分布を示す特性図である。
【図３１】本実施形態の他の例での導波管におけるスロ
ットの形成部位と導波管の壁面を流れる電流の密度との
関係を示す模式図である。
【図３２】本実施形態による導波管に形成されたスロッ
トについて、スロット位置と放射エネルギー又は定在波
強度との関係を示す特性図である。
【図３３】第４の実施形態によるエキシマレーザ発振装
置の主要構成を示す模式図である。
【図３４】導波管において、スロットの形成面（Ｅ面）
を示す斜視図である。
【図３５】空間シフト、位相シフトがなされた場合の各
々についてマイクロ波の定在波の相対関係を示す特性図
である。
【図３６】第４の実施形態によるエキシマレーザ発振装
置において、通常配置の導波管近傍を示す模式図であ
る。
【図３７】第４の実施形態によるエキシマレーザ発振装
置において、λg ピッチでλg ／２の空間シフト及びλ
g ／２の位相シフトを行なった場合の導波管近傍を示す
模式図である。
【図３８】導波管において、スロットの形成面（Ｈ面）
を示す斜視図である。
【図３９】第４の実施形態によるエキシマレーザ発振装
置の変形例において、通常配置の導波管近傍を示す模式
図である。
【図４０】第５の実施形態によるエキシマレーザ発振装
置の主要構成を示す模式図である。
【図４１】Ｈ面にスロットが形成された導波管を示す模
式図である。
【図４２】変形例１における金属壁により通路が形成さ
れてなる導波管近傍を示す概略断面図である。
【図４３】変形例２における金属壁により通路が形成さ
れてなる導波管近傍を示す概略断面図である。
【図４４】変形例３における金属壁により通路が形成さ
れてなる導波管近傍を示す概略断面図である。
【図４５】変形例３における一対の導波管を示す模式図
である。
【図４６】変形例４の他の例における金属壁により通路
が形成されてなる導波管近傍を示す概略断面図である。
【図４７】変形例４の更に他の例における金属壁により
通路が形成されてなる導波管近傍を示す概略断面図であ
る。
【図４８】変形例５において、導波管のＥ面に金属ネジ
が配された様子を示す概略断面図である。
【図４９】変形例６において、スロット内に誘電体が充
填された様子を示す概略断面図である。
【図５０】変形例６において、スロット板の鋭角部位の
電界強度／中央部位の電界強度の比を示す特性図であ
る。
【図５１】本発明の第６の実施形態に係るエキシマレー
ザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図５２】本発明の第６の実施形態に係るエキシマレー
ザ発振装置の導波管の具体的な様子を示す模式図であ
る。
【図５３】本発明の第６の実施形態に係るレーザ発振装
置における遮蔽構造を示す模式図である。
【図５４】本発明の第６の実施形態に係るレーザ発振装
置における遮蔽構造を示す概略断面図である。
【図５５】本発明の第７の実施形態に係るレーザ発振装
置における遮蔽構造を示す概略断面図である。
【図５６】本発明の第８の実施形態に係るレーザ発振装
置における遮蔽構造を示す模式図である。
【図５７】本発明の第８の実施形態に係るレーザ発振装
置における遮蔽構造を示す概略断面図である。
【図５８】本発明の第８の実施形態に係るレーザ発振装
置における遮蔽構造を示す概略断面図である。
【図５９】本発明の第９の実施形態に係るエキシマレー
ザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図６０】本発明の第９の実施形態に係るエキシマレー
ザ発振装置の導波管の具体的な様子を示す模式図であ
る。
【図６１】本発明の第９の実施形態に係るレーザ発振装
置におけるスロットを示す概略断面図である。
【図６２】本発明の第９の実施形態に係るレーザ発振装
置におけるスロットを示す概略平面図である。
【図６３】本発明の第１０の実施形態に係るレーザ発振
装置におけるスロットを示す概略断面図である。
【図６４】本発明の第１０の実施形態に係るレーザ発振
装置におけるスロットを示す模式図である。
【図６５】本発明の第１０の実施形態に係るレーザ発振
装置におけるスロットを示す概略平面図である。
【図６６】本発明の第１１の実施形態に係るエキシマレ
ーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図６７】本発明の第１１の実施形態に係るエキシマレ
ーザ発振装置の導波管の具体的な様子を示す模式図であ
る。
【図６８】本発明の第１１の実施形態に係る導波管にお
いて、スロット近傍に形成された電極の具体例を示す平
面図である。
【図６９】本発明の第１１の実施形態に係る導波管にお
いて、スロット近傍に形成された電極の具体例を示す平
面図である。
【図７０】本発明の第１１の実施形態において、予備電
離補償によりプラズマの励起を均一化する様子を示す模
式図である。
【図７１】本発明の第１１の実施形態において、反射鏡
を用いて予備電離補償を行う様子を示す模式図である。
【図７２】本発明の第１２の実施形態における紫外線照
射機構を示す断面図である。
【図７３】本発明の第１２の実施形態において、紫外線
照射を行う位置及び紫外線照射のための透過窓の位置を
示す模式図である。
【図７４】本発明の第１２の実施形態において、紫外線
照射によりプラズマの励起を均一化する様子を示す模式
図である。
【図７５】本発明の第１３の実施形態に係るエキシマレ
ーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図７６】本発明の第１３の実施形態に係るエキシマレ
ーザ発振装置の導波管の具体的な様子を示す模式図であ
る。
【図７７】本発明の第１３の実施形態に係るスロット
と、放射エネルギーを示す模式図である。
【図７８】本発明の第１３の実施形態に係るスロット
と、放射エネルギーを示す模式図である。
【図７９】本発明の第１３の実施形態に係るスロット
と、放射エネルギーを示す模式図である。
【図８０】本発明の各実施形態において、Ｅ面、Ｈ面に
おけるマイクロ波により導波管壁に生じる電流を示す模
式図である。
【図８１】本発明の第１４の実施形態に係るスロット
と、導波管における配置を示す模式図である。
【図８２】本発明の第１４の実施形態に係るスロットの
他の形状を示す模式図である。
【図８３】本発明の第１４の実施形態に係るスロットの
他の形状を示す模式図である。
【図８４】本発明の第１４の実施形態に係るスロットの
他の形状を示す模式図である。
【図８５】本発明の第１５の実施形態に係る空隙構造を
示す模式図である。
【図８６】本発明の第１５の実施形態に係る空隙構造を
示す模式図である。
【図８７】本発明の第１５の実施形態に係る空隙構造を
示す模式図である。
【図８８】本発明の第１５の実施形態に係る導波管及び
スロットを示す斜視図である。
【図８９】本発明の第１５の実施形態に係るスロットの
形状を示す概略断面図である。
【図９０】本発明の一実施形態に係るエキシマレーザ発
振装置の主要構成を示す模式図である。
【図９１】本発明の第１６の実施形態に係るレーザ発振
装置を示す斜視図である。
【図９２】本発明の第１７の実施形態に係るレーザ発振
装置を示す斜視図である。
【図９３】本発明の第１８の実施形態に係るレーザ発振
装置を示す斜視図である。
【図９４】第１９の実施形態のステッパーを示す模式図
である。
【図９５】第１９の実施形態のステッパーを用いた半導
体デバイスの製造工程のフロー図である。
【図９６】図９５におけるウェハプロセスを詳細に示す
フロー図である。
【図９７】従来のレーザ発振装置におけるスロット上に
形成されるシースを説明するための概略断面図である。
【図９８】従来の導波管の具体的な様子を示す概略断面
図である。
【図９９】従来のエキシマレーザ発振装置における、ス
ロット近傍での電界強度分布及びプラズマ強度を示す模
式図である。
【符号の説明】
１ レーザチャンバ ２，５１ ガス供給手段 ３ 冷却器 １１，４１ ガス供給路構造 １２ 導波管 ２１，３２ 発光部 ２１ａ，３３ 上下幅調整手段 ２２，２３ 一対の反射構造体 ２４ 窓部 ２５ ベローズポンプ ２５ａ ベローズ部 ２５ｂ サーボモータ ２６ 中空流路 ２７ 低コンダクタンス部 ３１ ガス供給路構造群 ４２，４３ 加熱・冷却手段 １０１ レチクル １０２ ウェハ １１１ 光学系 １１２ 投影光学系 １１３ ウェハチャック １１４ ウェハステージ １２１ エキシマレーザ発振装置 １２２ ビーム形状変換手段 １２３ オプティカルインテグレータ １２４ 絞り部材 １２５ コンデンサーレンズ １２７ ブラインド １２８ 結像レンズ １２９ 折り曲げミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平山 昌樹 宮城県仙台市若林区舟丁52パンション相原 103号 (72)発明者 伊野 和英 宮城県仙台市太白区八木山本町２−36−１ サクセス26Ｃ101 (72)発明者 篠原 壽邦 宮城県仙台市宮城野区小田原２−２−44− 303 (72)発明者 白井 泰雪 宮城県仙台市太白区八木山本町２−２−11 −305 (72)発明者 田中 信義 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 鈴木 伸昌 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 大沢 大 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H097 BA06 CA13 GB01 JA03 LA10 5F046 AA07 BA04 CA04 DA04 5F071 AA06 EE07 FF09 JJ02 JJ05 5F072 AA06 FF09 JJ02 JJ05 PP05 RR05 YY06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導波管から導波管壁に形成された複数の
    微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入することに
    より前記レーザ管内のレーザガスを励起させてプラズマ
    を生成し、前記プラズマから発せられる光を共振させて
    レーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、 圧縮性気体を流入出させる流路を形成し、前記流路途中
    の所定部位で前記圧縮性気体を所定速度に制御するガス
    供給路構造を備え、 前記流路が前記所定部位で最も幅狭となる形状とされて
    おり、 前記圧縮性気体の流入口と流出口との圧力比を両者の断
    面積比で与えられる臨界圧力比以下とし、前記所定速度
    を亜音速に制御し、 前記レーザ管内に、前記レーザガスの流れる方向に向か
    って形成された開口からなる前記プラズマの遮蔽構造を
    備えたことを特徴とするレーザ発振装置。
  2. 【請求項２】 導波管から導波管壁に形成された複数の
    微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入することに
    より前記レーザ管内のレーザガスを励起させてプラズマ
    を生成し、前記プラズマから発せられる光を共振させて
    レーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、 前記微小間隙上から前記レーザ管壁までの間が所定距離
    離間され、前記電磁波の通路が形成されており、 前記レーザ管内に、前記レーザガスの流れる方向に向か
    って形成された開口からなる前記プラズマの遮蔽構造を
    備えたことを特徴とするレーザ発振装置。
  3. 【請求項３】 導波管から導波管壁に形成された複数の
    微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入することに
    より前記レーザ管内のレーザガスを励起させてプラズマ
    を生成し、前記プラズマから発せられる光を共振させて
    レーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、 圧縮性気体を流入出させる流路を形成し、前記流路途中
    の所定部位で前記圧縮性気体を所定速度に制御するガス
    供給路構造を備え、 前記流路が前記所定部位で最も幅狭となる形状とされて
    おり、 前記圧縮性気体の流入口と流出口との圧力比を両者の断
    面積比で与えられる臨界圧力比以下とし、前記所定速度
    を亜音速に制御し、 前記微小間隙上から前記レーザ管壁までの間が所定距離
    離間され、前記電磁波の通路が形成され、 前記レーザ管内に、前記レーザガスの流れる方向に向か
    って形成された開口からなる前記プラズマの遮蔽構造を
    備えたことを特徴とするレーザ発振装置。
  4. 【請求項４】 導波管から導波管壁に形成された複数の
    微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入することに
    より前記レーザ管内のレーザガスを励起させてプラズマ
    を生成し、前記プラズマから発せられる光を共振させて
    レーザ光を発生させるレーザ発振装置において、 以下の（Ａ）〜（Ｉ）からなる構成要素群から選ばれた
    ２つ以上の任意の構成要素を組み合わせて備えることを
    特徴とするレーザ発振装置。 （Ａ）圧縮性気体を流入出させる流路を形成し、前記流
    路途中の所定部位で前記圧縮性気体を所定速度に制御す
    るガス供給路構造を備え、 前記流路が前記所定部位で最も幅狭となる形状とされて
    おり、 前記圧縮性気体の流入口と流出口との圧力比を両者の断
    面積比で与えられる臨界圧力比以下とし、前記所定速度
    を亜音速に制御する構成要素。 （Ｂ）前記微小間隙上から前記レーザ管壁までの間が所
    定距離離間され、前記電磁波の通路が形成された構成要
    素。 （Ｃ）前記各微小間隙が、当該微小間隙に依存した電磁
    波の放出特性が前記導波管内で伝搬される電磁波の強度
    分布と相反するような部位に形成された構成要素。 （Ｄ）前記微小間隙の形成面を対向させて前記レーザ管
    を狭持するように一対の前記導波管が設けられ、前記各
    導波管内に同一の電磁波が供給されて前記レーザ管内で
    対向する双方向からレーザガスの励起を行なう構成要
    素。 （Ｅ）前記微小間隙が、前記導波管の長端面に形成され
    ており、当該長端面の長手方向の中心線に沿って所定間
    隔をおいて左右に等間隔で配置された構成要素。 （Ｆ）前記微小間隙上に励起する前記プラズマが所定領
    域外へ拡散しないように、前記レーザ管内に遮蔽構造が
    設けられた構成要素。 （Ｇ）前記微小間隙の短辺方向の幅が、前記微小間隙の
    開口から前記短辺方向への前記電磁波の通路となるシー
    スの厚みよりも短く形成された構成要素。 （Ｈ）前記微小間隙の近傍に少なくとも１つの電極を備
    え、前記電極に所定の電流密度を与えることにより、前
    記微小間隙上において前記レーザガスから発せられる光
    の強度分布を均一化する構成要素。 （Ｉ）前記微小間隙の長手方向の端部における幅が中央
    部における幅に比して幅広に形成された構成要素。
  5. 【請求項５】 照明光を発する光源である請求項１〜４
    のいずれか１項に記載のレーザ発振装置と、 所定パターンの形成されたレチクルに前記レーザ発振装
    置からの照明光を照射する第１光学系と、 前記レチクルを介した照明光を被照射面に照射する第２
    光学系とを備え、 前記被照射面に前記レチクルの所定パターンを投影し露
    光を行うことを特徴とする露光装置。
  6. 【請求項６】 被照射面に感光材料を塗布する工程と、 請求項５に記載の露光装置を用いて、前記感光材料が塗
    布された前記被照射面に所定パターンの露光を行う工程
    と、 前記所定パターンの露光が行われた前記感光材料を現像
    する工程とを備えることを特徴とするデバイスの製造方
    法。
  7. 【請求項７】 前記被照射面をウェハ面とし、当該ウェ
    ハ面に半導体素子を形成することを特徴とする請求項６
    に記載のデバイスの製造方法。
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