JP2003249702A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光路の鉛直方向の温度勾配を均一化し、ビー
ム特性を安定化させたレーザ装置を提供する。 【解決手段】 レーザ装置において、レーザ光(21)が通
過する光路空間の鉛直方向の温度分布を均一化する均一
化手段として、光路空間の上部に配置されて光路空間か
ら上部空間(75)を仕切る上側仕切り板(49)と、光路空間
の下部に配置されて光路空間から下部空間(76)を仕切る
下側仕切り板(50)と、下部空間(76)に清浄で低反応性の
パージガスを供給するパージガス供給機構(60)とを備
え、上部空間(75)及び下部空間(76)が、上側仕切り板(4
9)及び下側仕切り板(50)に設けられた開口部(53,54)を
介して光路空間と連通していることを特徴とするレーザ
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置におけ
るビーム特性を安定化させるための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、波長を狭帯域化したエキシマ
レーザ装置が知られており、例えば特開平４−３１４３
７４号公報に開示されている。図１８は、同公報に開示
された、エキシマレーザ装置を平面視した構成図を示し
ており、以下同図に基づいて、従来技術を説明する。
尚、以下の説明において、鉛直方向をＺ方向、レーザ光
２１の出射方向をＹ方向、水平面内でＹ方向と垂直な方
向をＸ方向とする。図１８において、エキシマレーザ装
置１１は、レーザガスを封止したレーザチャンバ１２を
備えている。レーザチャンバ１２の両端部には、レーザ
光２１を透過するウィンドウ１７，１９が付設されてい
る。レーザチャンバ１２内部に、図１８中紙面と垂直方
向に対向して配置された主電極１４，１５間に高電圧を
印加することにより、放電が生じてレーザガスが励起さ
れ、レーザ光２１が発生する。

【０００３】レーザ光２１は、レーザチャンバ１２後方
（図１８中左方）の狭帯域化ボックス３１に入射する。
狭帯域化ボックス３１の内部には、プリズム３２，３２
とエタロン６４とグレーティング３３とが載置され、エ
タロン６４及びグレーティング３３によって、レーザ光
２１の波長を狭帯域化している。狭帯域化されたレーザ
光２１は、レーザチャンバ１２内部で増幅され、一部が
フロントミラー１６を部分透過して前方に出射する。レ
ーザチャンバ１２の前後方には、レーザ光２１のビーム
形状を定めるスリット２６，２７がそれぞれ配置されて
いる。

【０００４】狭帯域化ボックス３１には、低反応性で清
浄な窒素などのパージガスを充填した、パージガスボン
ベ５９が接続され、狭帯域化ボックス３１の内部には、
パージガスが連続的に供給されている。これにより、空
気中の塵がプリズム３２，３２やグレーティング３３な
どの光学部品に付着して汚損するのを防止している。ま
た、短波長のＡｒＦエキシマレーザ装置やフッ素分子レ
ーザ装置の場合には、レーザ光２１が酸素に吸収されて
減衰するのを避けるために、酸素を含まないパージガス
を狭帯域化ボックス３１内部に充満させ、狭帯域化ボッ
クス３１内部から酸素を追い出している。

【０００５】このとき、レーザ光２１がグレーティング
３３などの光学部品に照射されることにより、光学部品
が熱を帯びる。この熱により、光学部品近傍のパージガ
スが温められて揺らぎ、温度分布の不均一が生まれて光
路の屈折率が変動する。その結果、レーザ光２１の波面
が乱れ、ビームプロファイル、ビームダイバージェン
ス、或いはビームポインティングが変動することがあ
る。尚、以下の説明において、ビームプロファイルは、
レーザ光２１の光軸と垂直なビーム断面における２次元
強度分布を、ビームダイバージェンスは、レーザ光２１
の発散角を、ビームポインティングは、レーザ光２１の
進行方向をそれぞれ示している。以下、ビームプロファ
イル、ビームダイバージェンス、ビームポインティン
グ、及びそれらの安定性を、ビーム特性と総称する。

【０００６】図１８に示すように、前記特開平４−３１
４３７４号公報に開示された従来技術においては、グレ
ーティング３３の近傍にファン６５を設け、パージガス
流６６をグレーティング３３に吹きつけている。これに
より、グレーティング３３を冷却して、その近傍におけ
る光路の屈折率の不均一を低減し、レーザ光２１の波面
６７の乱れを小さくしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術には、次に述べるような問題がある。図１９に、グレ
ーティング３３を側面視した説明図を示す。レーザ光２
１によって、グレーティング３３が熱せられると、グレ
ーティング３３表面の温度が高くなり、狭帯域化ボック
ス３１内部のパージガスが温められる。温められたパー
ジガスは、軽くなって狭帯域化ボックス３１の上方に集
まるため、狭帯域化ボックス３１内部において、上方空
間６８の温度が高くなり、下方空間６９の温度が低くな
るという、鉛直方向の温度勾配が発生する。

【０００８】同組成の気体においては、温度が高いほど
屈折率が小さくなるため、狭帯域化ボックス３１内部
で、上方ほど屈折率が小さくなるという屈折率の勾配が
発生する。即ち、図１９に示すように、光路の上方空間
６８を通るレーザ光２１が、下方空間６９を通るレーザ
光２１よりも速度が速くなり、レーザ光２１の波面６７
が傾く。その結果、レーザ光の出射方向が、破線２１Ａ
に示したように、下方に向かうという現象が起きる。

【０００９】図２０に、エキシマレーザ装置１１の側面
図を示す。図２０で破線２１Ａに示すように、鉛直方向
の温度勾配により、レーザ光２１の進行方向が下方に向
くようになる。またこのとき、レーザチャンバ１２の前
後方には、それぞれスリット２６，２７が配置されてい
る。そのため、進行方向が下方に向いたレーザ光２１
は、下部がスリット２６，２７によって遮られ、図２１
の破線２１Ａに示したよう、ビームプロファイルが変化
する。

【００１０】従来技術によれば、このような問題に注目
して解決しようとするものは、知られていない。例え
ば、前記特開平４−３１４３７４号公報のように、ファ
ン６５によってグレーティング３３表面にパージガスを
吹きつけても、鉛直方向の温度勾配が均一化されるわけ
ではない。

【００１１】また、例えば特開２００１−１３５８８３
号公報には、グレーティング３３の表面に沿ってエアカ
ーテン状にパージガスを吹きつけ、グレーティング３３
の表面近傍における温度分布の不均一を解消するという
技術が開示されている。しかしながら、この技術は、図
２２に示すようなグレーティング３３の水平面内長手方
向における波面６７の歪みを解消するためのものであ
り、鉛直方向の温度勾配を解消することは困難である。

【００１２】さらには、上記のような温度勾配は、狭帯
域化ボックス３１の内部でのみ生じるものではなく、レ
ーザ光２１が通過する光路の周囲の、光路空間全域に対
して生じるものである。例えば、レーザ光２１が光学部
品に照射されることによっても起きる他、レーザ発振の
放電に伴って生じた熱が、レーザチャンバ１２から伝わ
って光路空間を温めることによっても起きる。その結
果、光路空間のいたるところで鉛直方向に温度勾配が生
じ、レーザ光２１の波面６７が乱れることがある。

【００１３】本発明は、上記の問題に着目してなされた
ものであり、光路の鉛直方向の温度勾配を均一化し、ビ
ーム特性を安定化させたレーザ装置を提供することを目
的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、本発明は、レーザ光が通過する光
路空間の鉛直方向の温度分布を均一化する均一化手段を
備えている。これにより、温度勾配による光路空間の鉛
直方向の屈折率の差が小さくなり、波面が傾いたり乱れ
たりすることが少なくなる。

【００１５】また、本発明は、前記均一化手段が、光路
空間の下面を温める加熱手段を備えている。レーザ光の
照射により、光路空間の気体が温められて上方に集中し
ていたものを、下面を温めることにより、鉛直方向の温
度分布を均一化することが可能である。

【００１６】また、本発明は、前記均一化手段が、レー
ザ光が通過する光路空間の上面を冷却する冷却手段を備
えている。レーザ光の照射により、光路空間の気体が温
められて上方に集中していたものを、上面を冷やすこと
により、鉛直方向の温度分布を均一化することが可能で
ある。

【００１７】また、本発明は、前記均一化手段が、光路
空間に鉛直に屹立する良熱伝導性の棒状体を備えてい
る。これにより、熱が高温側から低温側へ鉛直方向に伝
わり、鉛直方向の温度分布を均一化することが可能であ
る。

【００１８】また、本発明は、前記棒状体が、中空パイ
プの内部に作動流体を封止したヒートパイプである。ヒ
ートパイプは、熱伝導効率が非常に良く、より確実に、
かつ迅速に、鉛直方向に熱を伝えて温度分布を均一化す
ることができる。

【００１９】また、本発明は、前記均一化手段が、光路
空間の上部に配置されて光路空間から上部空間を仕切る
上側仕切り板と、光路空間の下部に配置されて光路空間
から下部空間を仕切る下側仕切り板と、下部空間に清浄
で低反応性のパージガスを供給するパージガス供給機構
とを備え、上部空間及び下部空間が、上側仕切り板及び
下側仕切り板に設けられた開口部を介して光路空間と連
通している。これにより、パージガスが下部空間から上
部空間へと流れ、レーザ光の照射によって温められて上
方に集中していたパージガスを上部空間へ追い出し、光
路空間の温度分布を均一化することができる。

【００２０】また、本発明は、下側仕切り板に設けられ
た前記開口部が、レーザ光の通過する光路に沿って設け
られている。即ち、光路における鉛直方向の温度分布を
均一化することにより、温度勾配がレーザ光のビーム特
性に対する影響を軽減できる。

【００２１】また、本発明は、前記開口部が、レーザ光
が照射される光学部品の表面に沿って設けられている。
光学部品の近傍において、温度勾配の発生は特に顕著で
あるので、この近傍のパージガスを上部空間に追い出す
ことにより、より温度分布を均一化することができる。

【００２２】また、本発明は、前記パージガス供給機構
が、パージガスの温度を制御する温度調整装置を備えて
いる。即ち、パージガスの温度を制御して、光路空間の
温度を調整することにより、鉛直方向の温度分布をより
精密に均一化できる。

【００２３】また、本発明は、前記均一化手段が、光路
空間の上面に設けられた開口部を備えている。光路空間
の上面に開口部を設けることにより、温められたパージ
ガスが光路空間の外部に放出されるので、簡単な構成
で、温度分布の均一化が容易である。

【００２４】また、本発明は、前記光路空間の上面の上
部に、遮光カバーが設けられている。これにより、開口
部からレーザ光が外部に漏れることがない。

【００２５】また、本発明は、前記均一化手段が、光路
空間に清浄で低反応性のパージガスを供給するパージガ
ス供給機構と、パージガスの温度を制御する温度調整装
置とを備えている。これにより、パージガスの温度を変
化させ、例えば光路空間全体を温めることにより、温度
分布を均一化させることができる。

【００２６】また、本発明は、前記パージガス供給機構
が、パージガスを循環させている。これにより、より精
密な温度制御が可能である。

【００２７】また、本発明は、前記レーザ装置が、波長
を狭帯域化する狭帯域化光学部品と、狭帯域化光学部品
を囲繞する狭帯域化ボックスとを備え、前記光路空間
が、狭帯域化ボックスの内部である。狭帯域化ボックス
内部は、狭い空間に光学部品が高密度で配置されている
ため、レーザ光の照射に基づく温度分布の不均一が起こ
りやすい。しかも、狭帯域化ボックス内部ではレーザ光
の波長の狭帯域化を行なっているため、熱による屈折率
の不均一が、レーザ光の波長特性やビーム特性に大きく
影響する。従って、本発明は、狭帯域化ボックスに対し
て応用するのが、最も効果的である。

【００２８】また、本発明は、レーザ媒質を封止するレ
ーザチャンバと、波長を狭帯域化する狭帯域化光学部品
を囲繞する狭帯域化ボックスとを備え、狭帯域化ボック
スに、レーザ光を略鉛直に入射させている。これによ
り、レーザ光の光軸が略鉛直となるので、狭帯域化ボッ
クス内部での温度勾配がレーザ光の光軸に沿って起きる
ため、ビーム断面における温度勾配が殆んどなく、波面
の乱れが小さい。

【００２９】また、本発明は、レーザ媒質を封止するレ
ーザチャンバと、波長を狭帯域化する狭帯域化光学部品
を囲繞する狭帯域化ボックスとを備え、狭帯域化ボック
ス内部で、レーザ光の光軸が少なくとも１箇所で略鉛直
となっている。これにより、レーザ光の光軸が略鉛直と
なるので、狭帯域化ボックス内部での温度勾配がレーザ
光の光軸に沿って起きるため、ビーム断面における温度
勾配が殆んどなく、波面の乱れが小さい。

【００３０】また、本発明は、レーザ媒質を封止するレ
ーザチャンバと、前記狭帯域化光学部品がグレーティン
グを含み、グレーティングを、溝の方向が鉛直とならな
いように配置している。これにより、レーザ光の光軸が
略鉛直となるので、狭帯域化ボックス内部での温度勾配
がレーザ光の光軸に沿って起きるため、ビーム断面にお
ける温度勾配が殆んどなく、波面の乱れが小さい。

【００３１】また、本発明は、レーザ媒質を封止するレ
ーザチャンバと、波長を狭帯域化する狭帯域化光学部品
を囲繞する狭帯域化ボックスとを備え、レーザチャンバ
と狭帯域化光学部品との間に、レーザ光を略鉛直に反射
するミラーを設けている。これにより、レーザ光の光軸
が略鉛直となるので、狭帯域化ボックス内部での温度勾
配が、レーザ光の光軸に沿って起きるため、ビーム断面
における温度勾配が殆んどなく、波面の乱れが小さい。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明
に係る実施形態を詳細に説明する。まず、第１実施形態
を説明する。図１は、本実施形態に係るエキシマレーザ
装置１１の平面図を示している。図１において、エキシ
マレーザ装置１１は、フッ素を含むレーザガスを封止し
たレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１
２の内部には、一組の主電極１４，１５が鉛直方向に対
向して配置されている。またレーザチャンバ１２の内部
には、主電極１４，１５間にレーザガスを送り込む貫流
ファン（図示せず）と、主電極１４，１５間の主放電に
よって発生した熱を冷却する熱交換器（図示せず）とが
配設されている。

【００３３】レーザチャンバ１２の前後部には、それぞ
れレーザ光２１を透過するフロント及びリアのウィンド
ウ１７，１９が固定されている。また、レーザチャンバ
１２の後方には、狭帯域化ボックス３１が固定されてい
る。狭帯域化ボックス３１の内部には、狭帯域化光学部
品として、レーザ光２１のビーム幅を制限するリアスリ
ット２７と、例えば３個のプリズム３２と、グレーティ
ング３３とが設置されている。グレーティング３３又は
プリズム３２のうちの１個は、後述するレーザコントロ
ーラ２９の指示に基づいて回転自在のステージ７２Ａ，
７２Ｂ上に搭載されている。３５は、レーザ光２１のビ
ーム幅を制限するとともに、乱反射したレーザ光２１
が、レーザチャンバ１２に戻らないように吸収するため
の、遮光板３５である。

【００３４】高圧電源２３から主電極１４，１５間に高
電圧を印加することにより、主電極１４，１５間で主放
電が起き、レーザ光２１が発生する。発生したレーザ光
２１は、リアウィンドウ１９を透過して、狭帯域化ボッ
クス３１に入射する。プリズム３２でビーム幅を広げら
れたレーザ光２１は、グレーティング３３によって回折
される。これにより、所定の中心波長及びその近傍の波
長のみが入射方向に反射され、レーザ光２１の波長が狭
帯域化される。

【００３５】グレーティング３３で反射したレーザ光２
１は、フロントミラー１６で部分反射され、レーザチャ
ンバ１２を往復するうちに増幅される。レーザ光２１
は、レーザ光２１のビーム幅を制限するフロントスリッ
ト２６の開口部を透過し、フロントミラー１６を部分透
過して、一部が前方に出射する。出射したレーザ光２１
は、モニタボックス７０に入射する。レーザ光２１の光
軸上には、ビームスプリッタ２２が配設されている。ビ
ームスプリッタ２２を透過したレーザ光２１は、ステッ
パなどの露光機２５に入射し、露光用光となる。

【００３６】ビームスプリッタ２２で図１中下方に反射
したレーザ光２１は、モニタモジュール７１に入射し、
波長特性、ビーム特性、及びパルスエネルギーを測定さ
れる。モニタモジュール７１の出力は、レーザコントロ
ーラ２９に送信される。レーザコントローラ２９は、波
長特性の計測値に基づいて、これが所定の値となるよう
に、ステージ７２Ａ，７２Ｂの回転角度を調整する。こ
れを、波長制御と言う。また、レーザコントローラ２９
は、パルスエネルギーの計測値に基づいて、これが所定
の値となるように、高圧電源２３から主電極１４，１５
間に印加する高電圧を調整する。これを、パルスエネル
ギー一定制御と言う。

【００３７】図２に、狭帯域化ボックス３１の側面断面
図を示す。レーザチャンバ１２と狭帯域化ボックス３１
との間の空間４４は、Ｏリング７３で封止された光路カ
バー３６によって囲繞されている。また、図１に示すよ
うに、レーザチャンバ１２とモニタボックス７０との間
の光路も、光路カバー３６によって囲繞されている。
尚、以下の図において、レーザチャンバ１２とモニタボ
ックス７０との間の光路を囲繞する光路カバー３６は、
図示を省略する。またステージ７２Ａ，７２Ｂについて
は、側面図において、図示を省略する。

【００３８】光路カバー３６，３６には、パージガス入
口３７，３７が設けられ、パージガス配管６０を介し
て、低反応性で清浄なパージガスを封入したパージガス
ボンベ５９が接続されている。パージガスボンベ５９か
らは常にパージガスが供給され、パージガスは、例えば
狭帯域化ボックス３１の上部に設けられたパージガス出
口３８などから、外部に放出される。これにより、狭帯
域化ボックス３１及び空間４４の内部を清浄に保つとと
もに、内部にレーザ光２１を吸収する酸素が入り込まな
いようにしている。パージガスとしては、窒素や不活性
ガスが好適である。

【００３９】グレーティング３３やプリズム３２等の光
学部品は、いずれも狭帯域化ボックス３１の下面４２に
固定されたホルダプレート３９に搭載されている。そし
て光学部品は、ホルダプレート３９に固定された押さえ
板４０により、スプリング４１を介して下方に押さえつ
けられている。或いは、狭帯域化ボックス３１の上面４
３から、スプリング４１を介して下方に押さえつけるよ
うにしてもよい。

【００４０】狭帯域化ボックス３１の下面４２の下部外
側には、加熱手段が設けられている。加熱手段として
は、例えば、ラバーヒータなどのシート状のヒータ４６
を貼付するとよい。ヒータ４６は、レーザコントローラ
２９に接続されており、レーザコントローラ２９の指示
に基づいた熱量を、狭帯域化ボックス３１の下面４２に
加えることができる。また、狭帯域化ボックス３１の、
例えば側面４５などには、パージガスが漏れないように
して、温度センサ４８が鉛直方向に複数本並べて挿入さ
れており、狭帯域化ボックス３１内部のパージガスの、
鉛直方向の温度分布を測定することが可能となってい
る。

【００４１】このように、ヒータ４６によって狭帯域化
ボックス３１を下方から温めることにより、狭帯域化ボ
ックス３１内部の下方のパージガスが温められる。その
結果、レーザ光２１の照射によって狭帯域化ボックス３
１内部の上方に熱気が集中していたのが、狭帯域化ボッ
クス３１全体が温められることになり、狭帯域化ボック
ス３１の鉛直方向の温度勾配が緩やかになる。その結
果、屈折率の不均一が減少し、レーザ光２１の波面が傾
いたり乱れたりすることが少なくなる。

【００４２】またこのとき、レーザコントローラ２９
が、狭帯域化ボックス３１内部の鉛直方向の温度分布を
温度センサ４８によって測定し、これに基づいてヒータ
４６の加熱温度を調整するとよい。これにより、内部の
温度分布をより均一にすることが可能となる。尚、実施
形態では、ヒータ４６によって温めるようにしたが、こ
の代わりに、例えば熱電素子の高温側電極を、狭帯域化
ボックス３１の下面４２に接触させて加熱してもよい。

【００４３】図３に、第１実施形態に係る狭帯域化ボッ
クス３１の、他の構成例を側面断面図で示す。図３にお
いて、狭帯域化ボックス３１の下面４２の下方には、外
部カバー６１が設けられている。外部カバー６１と下面
４２との間の空間には、ヒータ４６と、その下方に断熱
材４７とが敷かれている。これにより、ヒータ４６が狭
帯域化ボックス３１の下面４２にのみ接触するので、ヒ
ータ４６の熱が下面４２に集中する。従って、狭帯域化
ボックス３１の側面４５や上面４３が温められて、内部
雰囲気の温度分布が不均一になるというようなことが少
ない。

【００４４】尚、本実施形態については、狭帯域化ボッ
クス３１について説明したが、例えばヒータ４６を、モ
ニタボックス７０や光路カバー３６などの下面にも貼付
すると、尚良い。即ち、狭帯域化ボックス３１内部に限
らず、レーザ光２１がさまざまな光学部品に当たると、
その近傍のパージガスが温められて上方に集中し、温度
分布の不均一による屈折率の不均一な分布が生じる原因
となる。これを防止するため、ヒータ４６はレーザ光２
１の通る光路空間の下面すべてに貼付するようにするの
がよい。

【００４５】次に、第２実施形態について、説明する。
図４に、第２実施形態に係る狭帯域化ボックス３１の側
面断面図を示す。図４において、狭帯域化ボックス３１
の上面４３外側には、冷却器６２が付設されている。冷
却器６２としては、例えば熱電素子を備えた熱電モジュ
ールや、放熱フィン等がよい。或いは、水冷式の冷却ジ
ャケットを付設して、水冷するようにしてもよい。この
とき、冷却器６２は、レーザコントローラ２９に接続さ
れ、レーザコントローラ２９は温度センサ４８の指示に
基づいて冷却器６２を制御することにより、温度分布を
より小さくすることが可能である。

【００４６】即ち、第２実施形態によれば、狭帯域化ボ
ックス３１の上面４３を冷却することにより、レーザ光
２１の光学部品への照射で温められ、狭帯域化ボックス
３１上方に集中したパージガスを冷やしている。これに
より、狭帯域化ボックス３１内部の鉛直方向の温度分布
が緩和され、屈折率の不均一によるレーザ光２１の波面
の乱れが小さくなる。

【００４７】図５に、第１実施形態と第２実施形態とを
組み合わせた構成例を示す。図５によれば、狭帯域化ボ
ックス３１の下面４２にヒータ４６を貼付し、上面４３
に冷却器６２を接触させている。即ち、狭帯域化ボック
ス３１を、下面４２から加熱し、かつ、上面４３から冷
却することにより、内部の温度分布をより均一にするこ
とが可能となっている。また、温度制御に要する時間が
短縮されるので、例えばレーザ光２１の発振周波数が変
化して狭帯域化ボックス３１内部の温度分布に変化が生
じた場合などにも、より迅速に均一な状態に戻すことが
可能である。

【００４８】次に、第３実施形態を説明する。図６に、
第３実施形態に係る狭帯域化ボックス３１の側面断面
図、図７にその平面図を示す。図６において、狭帯域化
ボックス３１の内部には、ヒートパイプ５１が略鉛直に
屹立している。ヒートパイプ５１は、中空のパイプの内
部を真空にして作動流体を封止したものである。パイプ
の材質としては、熱伝導性の良い銅やアルミニウムなど
が好適であり、作動流体としては、水、代替フロン、ア
セトン、或いはアルコールなどの、蒸発しやすいものが
好適である。

【００４９】ヒートパイプ５１は、一部で熱が発生する
と、その近傍内部で作動液が蒸発し、蒸発潜熱によって
熱を吸収する。蒸発した作動液は、蒸気流となって低温
部分へ高速移動し、熱の低い位置にある管壁に接触して
冷却されて凝縮し、凝縮潜熱によって熱を放出する。凝
縮した作動流体は、毛細管現象又は重力によって、元の
位置に戻る。或いは、例えば気泡振動型ヒートパイプと
呼ばれるものでもよい。これは、中空の伝熱チューブを
閉ループとし、その内部に通常のヒートパイプよりも大
きな封入率で作動流体を封入したものである。これによ
り、作動流体中に微細な気泡が発生し、この気泡の働き
によって、熱をより効率的に伝搬させられる。

【００５０】このように、ヒートパイプ５１は、例えば
一端部に加えられた熱を、効率良くかつ高速に他端部に
伝える特性を有している。従って、ヒートパイプ５１を
略鉛直に屹立させることにより、狭帯域化ボックス３１
内部の上方に集まった熱が下方に伝搬する。これによ
り、上方が冷やされて下方が温められ、狭帯域化ボック
ス３１内部の鉛直方向における温度分布が均一化する。

【００５１】図７に示すように、ヒートパイプ５１は、
レーザ光２１に当たらないように、水平面内（図７中紙
面内）において、なるべく均等な分布となるように配置
する。或いは、ヒートパイプ５１がない場合に温度勾配
が急峻となるような位置に、集中して配置するならば、
より温度分布を平滑化する効果が大きい。尚、伝熱効率
が最も良いヒートパイプ５１を用いて説明したが、これ
はヒートパイプ５１に限られるものではなく、例えば銅
やアルミニウムの棒を屹立させるようにしても、これを
熱が伝わるので、効果がある。また、図６及び以下の各
実施形態において、図示はしていないが、温度センサ４
８を図２と同様に鉛直方向に複数本並べてもよい。

【００５２】次に、第４実施形態について、説明する。
図８に、第４実施形態に係る狭帯域化ボックス３１の側
面断面図を示す。図８において狭帯域化ボックス３１の
上面４３の下方及び下面４２の上方には、それぞれ上側
及び下側の仕切り板４９，５０が設けられている。これ
により、狭帯域化ボックス３１は、内部に上部空間７５
及び下部空間７６を有する構造となっている。上側及び
下側の仕切り板４９，５０には、例えば円形の小孔５３
が、それぞれ全面に略均一に開通している。

【００５３】図８に示すように、パージガスは下部空間
７６に供給され、矢印７４に示すように、下側仕切り板
５０の小孔５３を通って、狭帯域化ボックス３１内部を
上方へ流れる。これにより、狭帯域化ボックス３１上部
に滞留していた温度の高いパージガスが、さらに上方へ
押され、上側仕切り板４９の小孔５３を通って上部空間
７５へと押し出される。その結果、狭帯域化ボックス３
１内部の温度分布が平滑化され、屈折率の不均一が減少
して波面の乱れが小さくなる。

【００５４】下部空間７６にパージガスを供給するパー
ジガス配管６０には、パージガスを加熱及び冷却自在の
温度調整装置５２が介挿されている。温度調整装置５２
は、レーザコントローラ２９に接続されており、パージ
ガスの温度を調整自在となっている。レーザコントロー
ラ２９は、測定した狭帯域化ボックス３１内部の雰囲気
温度及び鉛直方向の温度分布に基づいて、パージガスの
温度を調整し、狭帯域化ボックス３１内部の温度分布
を、より均一なものにすることができる。

【００５５】図９に、第４実施形態に係る狭帯域化ボッ
クス３１における、下側仕切り板５０上の小孔５３の配
置例を示す。パージガスの温度が上昇するのは、例えば
グレーティング３３表面や遮光板３５にレーザ光２１が
照射され、これが熱せられるためである。従って、パー
ジガスの温度は、レーザ光２１が通過する光路近傍にお
いて、特に高くなる。図９においては、光路に沿って小
孔５３を設けることにより、温められたパージガスを、
迅速に上部空間７５へ追い出すことが可能となってい
る。

【００５６】尚、このときのパージガスの流量は、レー
ザ光２１によって温められたパージガスを確実に上部空
間７５に追い出すだけ多く、かつ、パージガスの流れに
よって狭帯域化ボックス３１内部の屈折率が乱れない程
度に少なくすることが必要である。また、小孔５３の形
状は、図８、図９に示したように円形と限られるもので
はなく、例えば四角形でもよい。或いは図１０に示すよ
うに、小孔５３の代わりに矩形形状の矩形開口部５４を
設け、この矩形開口部５４が光学素子の表面に沿うよう
に配置してもよい。これにより、光学素子の表面の、よ
り熱の高い部位周囲のパージガスを、効率的に上部空間
７５へ追い出すことができる。

【００５７】図１１に、第５実施形態に係る狭帯域化ボ
ックス３１の側面断面図を示す。図１１に示すように狭
帯域化ボックス３１の上面４３には、例えば円形の小孔
８２が全面に設けられている。パージガスは、光路カバ
ー３６に設けられたパージガス入口３７から供給され
る。温度の高いパージガスは軽いため、上に上がり、狭
帯域化ボックス３１の上面４３の小孔５３を通って、パ
ージガス出口３８から自然に外部に放出される。このよ
うに、狭帯域化ボックス３１の上面４３に小孔５３を設
けることにより、簡単な構造で、効率の良い高温パージ
ガスの追い出しが可能である。このとき、図１１に示す
ように、小孔５３からレーザ光２１の散乱光が外部に漏
れるのを防止するための遮光カバー６３を、上面４３の
外側に設けるとよい。

【００５８】図１２に、第６実施形態に係る狭帯域化ボ
ックス３１を平面視した構成図を示す。図１２におい
て、パージガス入口３７とパージガス出口３８とは、パ
ージガス配管６０によって結ばれている。パージガス配
管６０には、パージガスを循環させる循環ポンプ７７
と、温度調整装置５２が介挿されている。温度調整装置
５２は、例えばヒータと冷却型熱電モジュールとを備え
ており、レーザコントローラ２９の指示に基づいて、循
環ポンプ７７によって循環するパージガス７４を、任意
の温度に温度制御することが可能である。

【００５９】レーザコントローラ２９は、温度センサ４
８及びモニタモジュール７１の出力信号に基づき、温度
調整装置５２を運転してパージガスの温度を制御し、狭
帯域化ボックス３１内部の温度を調整する。例えば、狭
帯域化ボックス３１内部の温度を全体に上昇させるなら
ば、レーザ光２１の照射による内部の温度上昇の度合い
が、相対的に減少し、鉛直方向の温度勾配が緩やかにな
る。これにより、屈折率の不均一が小さくなり、レーザ
光２１の波面が乱れることが少なくなる。尚、図１２で
は、パージガスを循環させるように説明したが、例えば
図１３に示すように、パージガス配管６０に温度調整装
置５２を介挿して連続的にパージガスを供給し、パージ
ガスの温度を調整して狭帯域化ボックス３１内部の温度
を制御するようにしてもよい。

【００６０】図１４に、第７実施形態に係る狭帯域化ボ
ックス３１を平面視した構成図を示す。図１４におい
て、狭帯域化ボックス３１には、内部のパージガスを排
気する排気ポンプ５５が、排気配管７８を介して接続さ
れている。排気配管７８には、排気されるパージガスの
流量を測定する流量計８０と、レーザコントローラ２９
からの指令信号に基づいて開閉自在の排気バルブ５６と
が介挿されている。

【００６１】また、パージガス配管６０には、パージガ
スの流量を測定する流量計５７と、レーザコントローラ
２９からの指令信号に基づいて開閉自在のパージガスバ
ルブ５８とが介挿されている。狭帯域化ボックス３１に
は、内部の雰囲気温度を測定する温度センサ４８と、内
部のパージガスの圧力を測定する圧力センサ７９とが接
続されている。温度センサ４８及び圧力センサ７９の出
力信号は、レーザコントローラ２９に出力される。

【００６２】レーザコントローラ２９は、排気ポンプ５
５を駆動して排気バルブ５６を開き、圧力センサ７９の
出力に基づいて、狭帯域化ボックス３１内部が大気圧よ
りも低い所定圧力になるように、内部のパージガスを排
気している。このとき、パージガスバルブ５８を開い
て、微量のパージガスを、狭帯域化ボックス３１内部に
供給する。パージガスの流量は、流量計５７の出力に基
づいて制御される。狭帯域化ボックス３１内部のパージ
ガスが低圧力になるほど、温度変化に対する屈折率の変
動は小さくなる。従って、温度分布の不均一が起きて
も、屈折率の変動が小さく、波面の乱れも小さくなる。

【００６３】図１５に、第８実施形態に係る狭帯域化ボ
ックス３１の側面視構成図を示す。図１５において、レ
ーザチャンバ１２の後方には、全反射ミラー８１が配置
されており、レーザ光２１を鉛直方向上向きに反射させ
ている。レーザ光２１は、図１５中上方に向かって狭帯
域化ボックス３１に入射する。レーザチャンバ１２と狭
帯域化ボックス３１との間の光路は、前記各実施形態と
同様に、光路カバー３６によって囲繞されている。光路
カバー３６には、パージガス入口３７が設けられ、パー
ジガス配管６０を介して、パージガスボンベ５９が接続
されている。尚、レーザチャンバ１２とモニタボックス
７０との間の光路を囲繞する光路カバーは、図示を省略
する。

【００６４】図１６は、図１５のＡ−Ａ視図である。但
し、レーザチャンバ１２は図示を省略されている。図１
６に示すように、狭帯域化ボックス３１の内部では、例
えば２個のプリズム３２，３２及びグレーティング３３
が、鉛直面内に配置されている。レーザ光２１は、第１
〜第７実施形態と同様に、プリズム３２，３２及びグレ
ーティング３３によって波長を狭帯域化される。

【００６５】このような構成により、レーザ光２１の光
学部品への照射によって温められた狭帯域化ボックス３
１内部のパージガスは、狭帯域化ボックス３１の上方へ
集中し、その大半がグレーティング３３よりも上へ上が
る。従って、温められたパージガスが、光学部品のない
空間に集中するので、レーザ光２１の通過する光路にお
ける温度勾配が、非常に小さくなる。また、狭帯域化ボ
ックス３１内部では、レーザ光２１の光軸方向の少なく
とも一部が略鉛直となっているため、狭帯域化ボックス
３１内部の温度勾配が、レーザ光２１の光軸に沿って発
生する。即ち、光軸方向に略垂直なレーザ光２１のビー
ム断面においては、温度が略均一となる。従って、ビー
ム断面において、温度勾配による屈折率の不均一が殆ん
ど発生しないため、レーザ光２１の速度が略均一とな
り、進行方向が変化するようなことが起きにくくなる。

【００６６】尚、狭帯域化ボックス３１の上部に、第４
実施形態に示したような仕切り板４９を設けたり、狭帯
域化ボックス３１の上部８３に第５実施形態に示したよ
うな小孔８２を設けたりすると、温められたパージガス
が外部に放出されるので、なお良い。また、全反射ミラ
ー８１と限るものではなく、例えば０．１％程度のレー
ザ光２１を透過する部分反射ミラーとし、その後方に測
定装置を配置して、部分反射ミラーを透過してきたレー
ザ光２１の特性を測定するようにしてもよい。また、全
反射ミラー８１によってレーザ光２１を略鉛直に曲げる
のではなく、レーザ光２１の光軸が略鉛直になるよう
に、レーザチャンバ１２をも略鉛直に配置してもよい。

【００６７】尚、上記の説明は、狭帯域化ボックス３１
内部の温度分布を均一化するものとして説明を行なっ
た。これは、狭帯域化ボックス３１内部には、狭い空間
に多くの光学部品があって、レーザ光２１の照射に基づ
く温度分布の不均一が起こりやすいことによる。さらに
は、狭帯域化ボックス３１内部ではレーザ光２１の波長
の狭帯域化を行なっており、熱による屈折率の不均一
が、レーザ光２１の波長特性やビーム特性に大きく影響
する。従って、本発明は、狭帯域化ボックス３１に対し
て用いるのが、最も効果的である。

【００６８】しかしながら、これに限られるものではな
く、例えば光路カバー３６の内部やモニタボックス７０
内部など、レーザ光２１が通過する光路空間すべてにつ
いて、応用が可能である。さらには、狭帯域化しないエ
キシマレーザ装置においても同様である。例えば、レー
ザチャンバ１２の前後に設けられたスリット２６，２７
が、レーザ光２１の照射によって温められ、周囲の空間
に屈折率の不均一が生じ、ここを通過するレーザ光２１
のビーム特性が乱れる場合がある。このような場合に、
本発明を応用し、屈折率を均一化することにより、ビー
ム特性の乱れを抑制することが可能である。

【００６９】また、エキシマレーザ装置を例にとって行
なったが、フッ素分子レーザ装置等、他のレーザ装置に
おいても、同様に応用が可能である。例えば、図１７に
示したように、分散プリズム２８，２８及びリアミラー
１８によって波長をシングルライン化した、フッ素分子
レーザ装置１１１の狭帯域化ボックス３１や、他の光路
空間に対しても、同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るエキシマレーザ装置の平面
図。

【図２】狭帯域化ボックスの側面断面図。

【図３】第１実施形態に係る狭帯域化ボックスの他の構
成例を示す側面断面図。

【図４】第２実施形態に係る狭帯域化ボックスの側面断
面図。

【図５】第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた
構成例を示す側面断面図。

【図６】第３実施形態に係る狭帯域化ボックスの側面断
面図。

【図７】図６の平面図。

【図８】第４実施形態に係る狭帯域化ボックスの側面断
面図。

【図９】第４実施形態に係る狭帯域化ボックスにおけ
る、仕切り板上の小孔の配置例を示す説明図。

【図１０】第４実施形態に係る狭帯域化ボックスにおけ
る、仕切り板上の小孔の形状を示す説明図。

【図１１】第５実施形態に係る狭帯域化ボックスの側面
断面図。

【図１２】第６実施形態に係る狭帯域化ボックスを平面
視した構成図。

【図１３】第６実施形態に係る狭帯域化ボックスの他の
構成例を示す説明図。

【図１４】第７実施形態に係る狭帯域化ボックスを平面
視した構成図。

【図１５】第８実施形態に係る狭帯域化ボックスを側面
視した構成図。

【図１６】図１５のＡ−Ａ視図。

【図１７】フッ素分子レーザ装置の構成図。

【図１８】従来技術に係るエキシマレーザ装置を平面視
した構成図。

【図１９】従来技術に係るグレーティングを側面視した
説明図。

【図２０】従来技術に係るエキシマレーザ装置の側面
図。

【図２１】ビームプロファイルの変化を示す説明図。

【図２２】従来技術に係るグレーティングを平面視した
説明図。

【符号の説明】

１１：エキシマレーザ装置、１２：レーザチャンバ、１
４：主電極、１５：主電極、１６：フロントミラー、１
７：フロントウィンドウ、１８：リアミラー、１９：リ
アウィンドウ、２０：レーザ光軸、２１：レーザ光、２
２：ビームスプリッタ、２３：高圧電源、２５：露光
機、２６：フロントスリット、２７：リアスリット、２
８：分散プリズム、２９：レーザコントローラ、３１：
狭帯域化ボックス、３２：プリズム、３３：グレーティ
ング、３５：遮光板、３６：光路カバー、３７：パージ
ガス入口、３８：パージガス出口、３９：ホルダプレー
ト、４０：押さえ板、４１：スプリング、４２：下面、
４３：上面、４４：空間、４５：側面、４６：ヒータ、
４７：断熱材、４８：温度センサ、４９：上側仕切り
板、５０：下側仕切り板、５１：ヒートパイプ、５２：
温度調整装置、５３：小孔、５４：矩形開口部、５５：
排気ポンプ、５６：排気バルブ、５７：流量計、５８：
パージガスバルブ、５９：パージガスボンベ、６０：パ
ージガス配管、６１：外部カバー、６２：冷却器、６
３：遮光カバー、６４：エタロン、６５：ファン、６
６：パージガス流、６７：波面、６８：上方空間、６
９：下方空間、７０：モニタボックス、７１：モニタモ
ジュール、７２：ステージ、７３：Ｏリング、７４：パ
ージガス流、７５：上部空間、７６：下部空間、７７：
循環ポンプ、７８：排気配管、７９：圧力センサ、８
０：流量計、８１：全反射ミラー、８２：開口部、８
３：狭帯域化ボックス上部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仏師田 了 神奈川県平塚市万田1200 ギガフォトン株 式会社内 (72)発明者 三村 龍夫 神奈川県平塚市万田1200 ギガフォトン株 式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 AA07 AA13 AA50 AA64 AA69 5F071 AA06 HH05 5F072 AA06 HH02 HH05 JJ05 JJ13 KK06 KK07 RR05 TT05 TT13 TT28 YY09

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ装置において、 レーザ光(21)が通過する光路空間の鉛直方向の温度分布
   を均一化する均一化手段を備えたことを特徴とするレー
   ザ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザ装置において、 前記均一化手段が、光路空間の下面(42)を温める加熱手
   段(46)を備えたことを特徴とするレーザ装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のレーザ装置にお
   いて、 前記均一化手段が、レーザ光(21)が通過する光路空間の
   上面(43)を冷却する冷却手段(62)を備えたことを特徴と
   するレーザ装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ
   装置において、 前記均一化手段が、光路空間に鉛直に屹立する良熱伝導
   性の棒状体を備えたことを特徴とするレーザ装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のレーザ装置において、 前記棒状体が、中空パイプの内部に作動流体を封止した
   ヒートパイプ(51)であることを特徴とするレーザ装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のレーザ装置において、 前記均一化手段が、光路空間の上部に配置されて光路空
   間から上部空間(75)を仕切る上側仕切り板(49)と、 光路空間の下部に配置されて光路空間から下部空間(76)
   を仕切る下側仕切り板(50)と、 下部空間(76)に清浄で低反応性のパージガスを供給する
   パージガス供給機構(60)とを備え、 上部空間(75)及び下部空間(76)が、上側仕切り板(49)及
   び下側仕切り板(50)に設けられた開口部(53,54)を介し
   て光路空間と連通していることを特徴とするレーザ装
   置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のレーザ装置において、 下側仕切り板(50)に設けられた前記開口部(53,54)が、
   レーザ光(21)の通過する光路に沿って設けられているこ
   とを特徴とするレーザ装置。
8. 【請求項８】 請求項６又は７に記載のレーザ装置にお
   いて、 前記開口部(54)が、レーザ光(21)が照射される光学部品
   の表面に沿って設けられていることを特徴とするレーザ
   装置。
9. 【請求項９】請求項６〜８のいずれかに記載のレーザ装
   置において、 前記パージガス供給機構(60)が、パージガスの温度を制
   御する温度調整装置(52)を備えたことを特徴とするレー
   ザ装置。
10. 【請求項１０】 請求項１に記載のレーザ装置におい
    て、 前記均一化手段が、光路空間の上面(43)に設けられた開
    口部(82)を備えていることを特徴とするレーザ装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のレーザ装置におい
    て、 前記光路空間の上面(43)の上部に、遮光カバー(63)が設
    けられていることを特徴とするレーザ装置。
12. 【請求項１２】 請求項１に記載のレーザ装置におい
    て、 前記均一化手段が、光路空間に清浄で低反応性のパージ
    ガスを供給するパージガス供給機構(60)と、 パージガスの温度を制御する温度調整装置(52)とを備え
    たことを特徴とするレーザ装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のレーザ装置におい
    て、 前記パージガス供給機構(60)が、パージガスを循環させ
    ていることを特徴とするレーザ装置。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１２のいずれかに記載のレ
    ーザ装置において、前記レーザ装置が、波長を狭帯域化
    する狭帯域化光学部品(33)と、 狭帯域化光学部品を囲繞する狭帯域化ボックス(31)とを
    備え、 前記光路空間が、狭帯域化ボックス(31)内部であること
    を特徴とするレーザ装置。
15. 【請求項１５】 レーザ媒質を封止するレーザチャンバ
    (12)と、 波長を狭帯域化する狭帯域化光学部品(33)を囲繞する狭
    帯域化ボックス(31)とを備え、 狭帯域化ボックス(31)に、レーザ光(21)を略鉛直に入射
    させることを特徴とするレーザ装置。
16. 【請求項１６】 レーザ媒質を封止するレーザチャンバ
    (12)と、 波長を狭帯域化する狭帯域化光学部品を囲繞する狭帯域
    化ボックス(31)とを備え、 狭帯域化ボックス(31)内部で、レーザ光(21)の光軸が少
    なくとも１箇所で略鉛直となることを特徴とするレーザ
    装置。
17. 【請求項１７】 請求項１５又は１６に記載のレーザ装
    置において、 前記狭帯域化光学部品がグレーティング(33)を含み、 当該グレーティング(33)を、溝の方向が鉛直にならない
    ように配置したことを特徴とするレーザ装置。
18. 【請求項１８】 レーザ媒質を封止するレーザチャンバ
    (12)と、 波長を狭帯域化する狭帯域化光学部品(33)を囲繞する狭
    帯域化ボックス(31)とを備え、 レーザチャンバ(12)と狭帯域化光学部品(33)との間に、
    レーザ光(21)を略鉛直に反射するミラー(81)を設けたこ
    とを特徴とするレーザ装置。