JP2006344908A - Laser oscillator and method of operating the laser oscillator - Google Patents

Laser oscillator and method of operating the laser oscillator Download PDF

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明良 常見
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser oscillator which can hardly produce contamination of windows. <P>SOLUTION: A front window holder and a rear window holder are attached to a vessel, containing a laser medium gas. A front and a rear window close the opening at the tip of the front and the rear window holders. A reflector, located on front window side of an optical resonator having a pair of reflectors, is used as a partial penetration mirror, and a reflector located on rear window side is used as a total reflector. Gas circulation passage is attached, in order extract the laser medium gas from inside of the vessel and return it to the space in the front window holder and to the space in the rear window holder. Cleaning equipment filters out impurities in the laser medium gas, flowing inside the gas circulation passage. A flow ratio adjuster adjusts the flow ratio so that the flow rate of the laser medium gas, flowing into the space in the front window holder, becomes higher than the flow ratio of the laser medium gas flowing into the space in the rear window holder. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ発振器及びその運転方法に関し、特にレーザ媒質ガスを循環させてガスの清浄化を行うレーザ発振器及びその運転方法に関する。   The present invention relates to a laser oscillator and an operation method thereof, and more particularly, to a laser oscillator that circulates a laser medium gas and cleans the gas and an operation method thereof.

エキシマレーザは、その性質上、連続運転中に、レーザ媒質ガスの劣化及びウィンドウの汚染によって光出力が低下する。出力の低下を抑制するために、通常数十時間おきにレーザ媒質ガスの交換とウィンドウの清掃を行う必要がある。   Due to the nature of excimer lasers, the light output decreases during continuous operation due to degradation of the laser medium gas and window contamination. In order to suppress a decrease in output, it is usually necessary to replace the laser medium gas and clean the window every several tens of hours.

下記の特許文献1に、レーザ媒質ガスの劣化とウィンドウの汚染を抑制することができるレーザ発振器が開示されている。
図6に、特許文献1に開示されたレーザ発振器の概略図を示す。ベッセル100内にレーザ媒質ガスが充填されている。ベッセル100の相互に対向する壁に、それぞれ筒状のウィンドウホルダ101が取り付けられている。ウィンドウホルダ101内の空間はベッセル100内の空間に連通しており、ウィンドウホルダ101内の空間にもレーザ媒質ガスが充填される。ウィンドウホルダ101の各々の先端が、ウィンドウ102で気密に塞がれている。
Patent Document 1 listed below discloses a laser oscillator capable of suppressing deterioration of a laser medium gas and window contamination.
FIG. 6 shows a schematic diagram of the laser oscillator disclosed in Patent Document 1. In FIG. The vessel 100 is filled with a laser medium gas. Cylindrical window holders 101 are attached to the walls of the vessel 100 facing each other. The space in the window holder 101 communicates with the space in the vessel 100, and the space in the window holder 101 is also filled with the laser medium gas. Each tip of the window holder 101 is hermetically closed with a window 102.

ウィンドウホルダ101の各々の先端に、ミラーホルダ103が取り付けられている。ミラーホルダ103の各々は、反射鏡104を支持している。一対の反射鏡104が光共振器を構成する。   A mirror holder 103 is attached to the tip of each window holder 101. Each mirror holder 103 supports a reflecting mirror 104. The pair of reflecting mirrors 104 constitutes an optical resonator.

ベッセル100内の空間が、配管105を介して、循環ポンプを内蔵するガスプロセッサ106の吸気口に接続されている。ガスプロセッサ106の排気口が、配管107を経由してフィルタ108に接続されている。フィルタ108は、配管109を経由して、一対のウィンドウホルダ101内の空間に、分岐されて接続される。   A space in the vessel 100 is connected to an intake port of a gas processor 106 including a circulation pump through a pipe 105. An exhaust port of the gas processor 106 is connected to the filter 108 via a pipe 107. The filter 108 is branched and connected to a space in the pair of window holders 101 via a pipe 109.

ベッセル100内のレーザ媒質ガスが配管105を経由してガスプロセッサ106に吸引される。ガスプロセッサ106は、レーザ媒質ガス中のガス状不純物を取り除く。ガスプロセッサ106を経たレーザ媒質ガスは、配管107を経由してフィルタ108に導入される。フィルタ108は、レーザ媒質ガス中の粒子状の不純物を取り除く。浄化されたレーザ媒質ガスが、配管109を経由して、ウィンドウホルダ101内の空間に戻される。   The laser medium gas in the vessel 100 is sucked into the gas processor 106 via the pipe 105. The gas processor 106 removes gaseous impurities in the laser medium gas. The laser medium gas that has passed through the gas processor 106 is introduced into the filter 108 via the pipe 107. The filter 108 removes particulate impurities in the laser medium gas. The purified laser medium gas is returned to the space in the window holder 101 via the pipe 109.

ウィンドウホルダ101内に導入されたレーザ媒質ガスは、層流になってウィンドウ102の内側の表面に沿って流れる。ウィンドウ102の内側の表面近傍に、常に浄化されたレーザ媒質ガスが供給されるため、ウィンドウ102の汚染を抑制することができる。このため、ウィンドウ102を洗浄する周期を長くすることができる。   The laser medium gas introduced into the window holder 101 flows along the inner surface of the window 102 in a laminar flow. Since the purified laser medium gas is always supplied near the inner surface of the window 102, contamination of the window 102 can be suppressed. For this reason, the period which wash | cleans the window 102 can be lengthened.

特開2000−340863号公報JP 2000-340863 A

ウィンドウの洗浄の周期をより長くする技術が望まれている。本発明の目的は、ウィンドウの汚染が、より生じにくいレーザ発振器及びその運転方法を提供することである。   There is a demand for a technique for extending the window cleaning cycle. An object of the present invention is to provide a laser oscillator and a method for operating the same, in which window contamination is less likely to occur.

本発明の一観点によれば、内部にレーザ媒質ガスを収容するベッセルであって、該ベッセルの壁の、相互に対向する位置に一対の開口部が形成されたベッセルと、前記開口部の一方を塞ぎ、前記ベッセルの壁面から外側に向かって延びる筒状のフロントウィンドウホルダと、前記フロントウィンドウホルダの先端を塞ぎ、前記ベッセル内で発生したレーザ光を透過させるフロントウィンドウと、前記開口部の他方を塞ぎ、前記ベッセルの壁面から外側に向かって延びる筒状のリアウィンドウホルダと、前記リアウィンドウホルダの先端を塞ぎ、前記ベッセル内で発生したレーザ光を透過させるリアウィンドウと、前記フロントウィンドウと交差し、前記ベッセル内を通過して、前記リアウィンドウと交差する往復経路を画定する一対の反射鏡を含む光共振器であって、前記フロントウィンドウ側の反射鏡が部分透過鏡とされ、前記リアウィンドウ側の反射鏡が全反射鏡とされている光共振器と、前記ベッセル内からレーザ媒質ガスを取り出し、前記フロントウィンドウホルダ内の空間及び前記リアウィンドウホルダ内の空間に戻すガス循環流路と、前記ガス循環流路内を流れるレーザ媒質ガス中の不純物を除去する清浄化装置と、前記フロントウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量が、前記リアウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量よりも大きくなるように、前記ガス循環流路を流れるレーザ媒質ガスの流量比を調整する流量比調整器とを有するレーザ発振器が提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided a vessel containing a laser medium gas therein, the vessel having a pair of openings formed at positions facing each other on a wall of the vessel, and one of the openings. A cylindrical front window holder that extends outward from the wall surface of the vessel, a front window that closes the tip of the front window holder and transmits laser light generated in the vessel, and the other of the openings. A cylindrical rear window holder that extends outward from the wall surface of the vessel, a rear window that closes the tip of the rear window holder and transmits laser light generated in the vessel, and intersects the front window A pair of reflecting mirrors that pass through the vessel and define a reciprocal path intersecting the rear window An optical resonator in which the reflection mirror on the front window side is a partial transmission mirror and the reflection mirror on the rear window side is a total reflection mirror; and a laser medium gas from the inside of the vessel A gas circulation channel that is taken out and returned to the space in the front window holder and the space in the rear window holder, a cleaning device that removes impurities in the laser medium gas flowing in the gas circulation channel, and the front window The flow rate ratio of the laser medium gas flowing through the gas circulation channel is set so that the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the holder is larger than the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the rear window holder. A laser oscillator is provided having a flow rate regulator for adjusting.

本発明の他の観点によると、上記レーザ発振器の運転方法であって、前記フロントウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量を、前記リアウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量で除した値が7/3以上になるように、前記ガス循環流路にレーザ媒質ガスを流しながらレーザ発振を行うレーザ発振器の運転方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating the laser oscillator, wherein the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the front window holder is set to be equal to that of the laser medium gas flowing into the space in the rear window holder. Provided is a laser oscillator operating method for performing laser oscillation while flowing a laser medium gas through the gas circulation flow path so that a value divided by a flow rate becomes 7/3 or more.

フロントウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量を、リアウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量よりも大きくすることにより、ウィンドウの洗浄を行う周期を長くすることができる。   By making the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the front window holder larger than the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the rear window holder, the period of cleaning the window can be lengthened.

図1に、第1の実施例によるエキシマレーザ発振器の概略図を示す。ベッセル1内にレーザ媒質ガスが充填されている。ベッセル1の壁の相互に対向する位置に、一対の開口1A及び1Bが形成されている。筒状のフロントウィンドウホルダ2が、一方の開口1Aを塞ぎ、ベッセル1の壁面から外側に向かって延びる。筒状のリアウィンドウホルダ3が、他方の開口1Bを塞ぎ、ベッセル1の壁面から外側に向かって延びる。フロントウィンドウホルダ2及びリアウィンドウホルダ3内の空間は、開口1A及び1Bを介してベッセル1内の空間に連通する。   FIG. 1 shows a schematic diagram of an excimer laser oscillator according to the first embodiment. The vessel 1 is filled with a laser medium gas. A pair of openings 1 </ b> A and 1 </ b> B are formed at positions of the wall of the vessel 1 facing each other. A cylindrical front window holder 2 closes one opening 1 </ b> A and extends outward from the wall surface of the vessel 1. A cylindrical rear window holder 3 closes the other opening 1 </ b> B and extends outward from the wall surface of the vessel 1. The space in the front window holder 2 and the rear window holder 3 communicates with the space in the vessel 1 through the openings 1A and 1B.

フロントウィンドウ4が、フロントウィンドウホルダ2の先端の開口部を気密に塞ぎ、リアウィンドウ5が、リアウィンドウホルダ3の先端の開口部を気密に塞ぐ。フロントウィンドウ4及びリアウィンドウ5は、ベッセル1内で発生したレーザ光を透過させる材料で形成されている。   The front window 4 hermetically closes the opening at the tip of the front window holder 2, and the rear window 5 hermetically closes the opening at the tip of the rear window holder 3. The front window 4 and the rear window 5 are formed of a material that transmits laser light generated in the vessel 1.

フロントウィンドウホルダ2の先端に、フロントミラーホルダ6が取り付けられ、リアウィンドウホルダ3の先端に、リアミラーホルダ7が取り付けられている。フロントミラーホルダ6及びリアミラーホルダ7が、それぞれフロントミラー8及びリアミラー9を支持している。フロントミラー8及びリアミラー9は、光共振器を構成する。この光共振器により、フロントウィンドウ4と交差し、ベッセル1内を通過して、リアウィンドウ5と交差する光の往復経路が形成される。   A front mirror holder 6 is attached to the front end of the front window holder 2, and a rear mirror holder 7 is attached to the front end of the rear window holder 3. The front mirror holder 6 and the rear mirror holder 7 support the front mirror 8 and the rear mirror 9, respectively. The front mirror 8 and the rear mirror 9 constitute an optical resonator. This optical resonator forms a reciprocating path of light that intersects the front window 4, passes through the vessel 1, and intersects the rear window 5.

フロントミラー8は、レーザ光の一部を透過させる部分透過鏡であり、その反射率は、例えば30%である。リアミラー9は、レーザ光を反射する全反射鏡である。ベッセル1内に、一対の放電電極10が収容されている。一対の放電電極10は、光共振器内の往復経路を挟んで相互に対向するように配置されている。光共振器内で発生したレーザ光が、フロントミラー8を透過して外部に取り出される。   The front mirror 8 is a partial transmission mirror that transmits part of the laser light, and the reflectance thereof is, for example, 30%. The rear mirror 9 is a total reflection mirror that reflects laser light. A pair of discharge electrodes 10 is accommodated in the vessel 1. The pair of discharge electrodes 10 are disposed so as to face each other across a reciprocating path in the optical resonator. Laser light generated in the optical resonator passes through the front mirror 8 and is extracted outside.

ベッセル側ガス流路15の一端が、ベッセル1の壁面に接続されている。ベッセル側ガス流路15の他端に、フロント側ガス流路16の一端、及びリア側ガス流路17の一端が接続されている。フロント側ガス流路16の他端は、フロントウィンドウホルダ2の壁面に接続され、リア側ガス流路17の他端は、リアウィンドウホルダ3の壁面に接続されている。ベッセル側ガス流路15及びフロント側ガス流路16により、ベッセル1内のレーザ媒質ガスを取り出し、フロントウィンドウホルダ2内の空間に戻すガス循環流路が構成され、ベッセル側ガス流路15及びリア側ガス流路17により、ベッセル1内のレーザ媒質ガスを取り出し、リアウィンドウホルダ3内の空間に戻すガス循環流路が構成される。   One end of the vessel-side gas flow path 15 is connected to the wall surface of the vessel 1. One end of the front-side gas passage 16 and one end of the rear-side gas passage 17 are connected to the other end of the vessel-side gas passage 15. The other end of the front side gas flow path 16 is connected to the wall surface of the front window holder 2, and the other end of the rear side gas flow path 17 is connected to the wall surface of the rear window holder 3. The vessel-side gas passage 15 and the front-side gas passage 16 constitute a gas circulation passage that takes out the laser medium gas in the vessel 1 and returns it to the space in the front window holder 2. The side gas flow path 17 constitutes a gas circulation flow path for taking out the laser medium gas in the vessel 1 and returning it to the space in the rear window holder 3.

ベッセル側ガス流路15に、循環ポンプ20及び清浄化装置21が挿入されている。清浄化装置21は、例えばコールドトラップ及びフィルタを含む。コールドトラップは、レーザ媒質ガス中の不純物ガスを除去し、フィルタは、粒子状の異物を除去する。フロント側ガス流路16に、流量調整バルブ22及び流量計23が挿入され、リア側ガス流路17に、流量調整バルブ24及び流量計25が挿入されている。   A circulation pump 20 and a cleaning device 21 are inserted into the vessel-side gas flow path 15. The cleaning device 21 includes, for example, a cold trap and a filter. The cold trap removes impurity gas in the laser medium gas, and the filter removes particulate foreign matter. A flow rate adjustment valve 22 and a flow meter 23 are inserted into the front side gas flow path 16, and a flow rate adjustment valve 24 and a flow meter 25 are inserted into the rear side gas flow path 17.

制御装置30が、循環ポンプ20、流量調整バルブ22及び24を制御する。温度計31がフロントウィンドウ4の温度を測定し、他の温度計32がリアウィンドウ5の温度を測定する。温度計31及び32の測定結果が、制御装置30に入力される。制御装置30は、フロントウィンドウホルダ2内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量が、リアウィンドウホルダ3内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量よりも大きくなるように、流量調整バルブ22及び24を制御する。   The control device 30 controls the circulation pump 20 and the flow rate adjusting valves 22 and 24. The thermometer 31 measures the temperature of the front window 4, and the other thermometer 32 measures the temperature of the rear window 5. Measurement results of the thermometers 31 and 32 are input to the control device 30. The control device 30 adjusts the flow rate adjusting valves 22 and 24 so that the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the front window holder 2 is larger than the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the rear window holder 3. To control.

図2に、フロントウィンドウホルダ2及びその取り付け部分の詳細な断面図を示す。リアウィンドウホルダ3及びその取り付け部分も、同様の構造を有する。
ベッセル1の壁面の、開口1Aが形成された部分に、ゲートバルブ11を介して、フロントウィンドウホルダ2が気密に取り付けられている。ゲートバルブ11を閉じることにより、ベッセル1内の気密性を維持したまま、フロントウィンドウホルダ2を取り外すことができる。
FIG. 2 shows a detailed cross-sectional view of the front window holder 2 and its mounting portion. The rear window holder 3 and its attachment part also have the same structure.
A front window holder 2 is airtightly attached to a portion of the wall surface of the vessel 1 through the gate valve 11 where the opening 1A is formed. By closing the gate valve 11, the front window holder 2 can be removed while maintaining the airtightness in the vessel 1.

フロントウィンドウホルダ2の側面にフロント側ガス流路17が接続されている。フロント側ガス流路17は、フロントウィンドウホルダ2の壁面を貫通するガス流路2Aを介して、フロントウィンドウホルダ2内の空間に連通している。フロントウィンドウ4が、フレーム4Aに支持されている。フレーム4Aが、フロントウィンドウホルダ2の先端の開口部に取り付けられている。フロントウィンドウ4及びフレーム4Aが、フロントウィンドウホルダ2の開口部を気密に塞いでいる。   A front gas flow path 17 is connected to the side surface of the front window holder 2. The front-side gas flow channel 17 communicates with the space in the front window holder 2 via a gas flow channel 2 </ b> A that penetrates the wall surface of the front window holder 2. The front window 4 is supported by the frame 4A. A frame 4 </ b> A is attached to the opening at the tip of the front window holder 2. The front window 4 and the frame 4A hermetically block the opening of the front window holder 2.

ガス流路2Aは、フロント側ガス流路17からフロントウィンドウホルダ2内の空間に流入するレーザ媒質ガスが、フロントウィンドウ2の内側の表面に吹き付けられるような構成とされている。   The gas flow path 2 </ b> A is configured such that laser medium gas flowing into the space in the front window holder 2 from the front side gas flow path 17 is blown to the inner surface of the front window 2.

図3に、図1に示したレーザ発振器を、実施例及び比較例による運転方法で運転した場合の、運転時間と、ウィンドウ汚染に起因する累積故障率との関係を示す。ウィンドウ汚染に起因して、ガス交換やウィンドウ洗浄が必要になる。図3では、ガス交換やウィンドウ洗浄が必要になった状態を、広い意味で「故障」と表現している。図3の横軸は運転時間を対数目盛で表し、縦軸は累積故障率を表す。図3のグラフ中の実線a及びbは、それぞれ実施例による運転方法及び比較例による運転方法で運転した場合の累積故障率を示す。   FIG. 3 shows the relationship between the operation time and the cumulative failure rate due to window contamination when the laser oscillator shown in FIG. 1 is operated by the operation method according to the example and the comparative example. Due to window contamination, gas exchange and window cleaning is required. In FIG. 3, a state in which gas exchange or window cleaning is necessary is expressed as “failure” in a broad sense. The horizontal axis in FIG. 3 represents the operation time on a logarithmic scale, and the vertical axis represents the cumulative failure rate. The solid lines a and b in the graph of FIG. 3 indicate the cumulative failure rates when operating with the operation method according to the embodiment and the operation method according to the comparative example, respectively.

実施例による運転方法においては、フロントウィンドウホルダ2内へ流入するレーザ媒質ガスの流量(以下、単に「フロント側の流量」と呼ぶ。)を50L/min(ANR)とし、リアウィンドウホルダ3内へ流入するレーザ媒質ガスの流量(以下、単に「リア側の流量」と呼ぶ。)を20L/min(ANR)とした。比較例においては、フロント側の流量及びリア側の流量を、共に35L/min(ANR)とした。   In the operation method according to the embodiment, the flow rate of the laser medium gas flowing into the front window holder 2 (hereinafter simply referred to as “front-side flow rate”) is set to 50 L / min (ANR), and into the rear window holder 3. The flow rate of the flowing laser medium gas (hereinafter simply referred to as “rear flow rate”) was set to 20 L / min (ANR). In the comparative example, the flow rate on the front side and the flow rate on the rear side were both 35 L / min (ANR).

図3に示すように、実施例による運転方法で運転すると、ウィンドウ清掃が必要になるまでの時間が長くなることがわかる。より具体的には、実施例の運転方法を採用することにより、比較例の運転方法に比べて、ウィンドウ清掃が必要になるまでの時間を約2倍にすることができた。   As shown in FIG. 3, it can be seen that when the operation method according to the embodiment is operated, the time until window cleaning becomes necessary becomes longer. More specifically, by adopting the operation method of the example, it was possible to approximately double the time required for window cleaning as compared with the operation method of the comparative example.

レーザ媒質ガスの総流量が等しいとき、実施例のように、フロント側の流量を、リア側の流量よりも多くすることにより、ウィンドウ清掃までの寿命を長くすることができる。以下、その理由について考察する。   When the total flow rate of the laser medium gas is equal, the life until window cleaning can be extended by making the flow rate on the front side larger than the flow rate on the rear side as in the embodiment. The reason will be discussed below.

ベッセル1内の不純物が、光共振器に閉じ込められているレーザ光によって光化学反応を生じ、ウィンドウが汚染されると考えられる。光共振器に閉じ込められているレーザ光の強度は、フロント側の方がリア側よりも強い。このため、フロントウィンドウの近傍で光化学反応が生じやすくなり、フロントウィンドウの方が汚染されやすいと考えられる。汚染されやすいフロントウィンドウの方に、清浄化されたレーザ媒質ガスを多く流すことにより、フロントウィンドウの汚染を抑制し、寿命を延ばすことが可能になる。   It is considered that impurities in the vessel 1 cause a photochemical reaction by the laser light confined in the optical resonator, and the window is contaminated. The intensity of the laser beam confined in the optical resonator is stronger on the front side than on the rear side. For this reason, it is considered that a photochemical reaction is likely to occur near the front window, and the front window is more easily contaminated. By flowing a large amount of the cleaned laser medium gas toward the front window which is easily contaminated, it is possible to suppress the front window from being contaminated and extend its life.

すなわち、フロント側の流量が、寿命に大きく影響していると考えられる。フロント側の流量を、実施例の場合と同じ50L/min(ANR)とし、リア側の流量も同じく50L/min(ANR)としても、実施例の運転方法と同程度の寿命が得られるであろう。ところが、この場合には、ガスの総流量が100L/min(ANR)になってしまう。これに対し、実施例による運転方法の場合には、ガスの総流量が70L/min(ANR)である。フロント側とリア側との流量を共に50L/min(ANR)にするためには、実施例による運転方法に比べて、より大容量の循環ポンプを使用しなければならない。逆に、上記実施例による運転方法を採用することにより、最大流量70L/min(ANR)程度の小型の循環ポンプを用いても、最大流量100L/min(ANR)程度の大型の循環ポンプを用いる場合と同程度の効果を得ることができる。   That is, it is considered that the flow rate on the front side has a great influence on the service life. Even if the flow rate on the front side is the same 50 L / min (ANR) as in the embodiment and the flow rate on the rear side is also 50 L / min (ANR), the same life as the operation method of the embodiment can be obtained. Let's go. However, in this case, the total gas flow rate becomes 100 L / min (ANR). On the other hand, in the case of the operation method according to the embodiment, the total gas flow rate is 70 L / min (ANR). In order to make the flow rates of the front side and the rear side both 50 L / min (ANR), it is necessary to use a larger capacity circulation pump than the operation method according to the embodiment. On the contrary, by adopting the operation method according to the above embodiment, even if a small circulating pump having a maximum flow rate of about 70 L / min (ANR) is used, a large circulating pump having a maximum flow rate of about 100 L / min (ANR) is used. The same effect as the case can be obtained.

発明者らの評価実験によると、フロント側の流量を50L/min(ANR)以上にすることが好ましい。また、リア側の流量は、少なくとも10L/min(ANR)とすることが好ましい。また、フロント側の流量をリア側の流量よりも多くすることの有意な効果を得るためには、フロント側の流量を、リア側の流量で除した値が7/3以上になるように、流量比を調整することが好ましい。   According to the inventors' evaluation experiment, it is preferable to set the flow rate on the front side to 50 L / min (ANR) or more. The flow rate on the rear side is preferably at least 10 L / min (ANR). In order to obtain a significant effect of increasing the front-side flow rate to the rear-side flow rate, the value obtained by dividing the front-side flow rate by the rear-side flow rate is 7/3 or more. It is preferable to adjust the flow rate ratio.

レーザ発振器の運転初期段階においては、レーザ媒質ガス中の不純物が少ないため、ウィンドウの汚染が緩やかに進む。レーザ媒質ガス中の不純物が多くなると、ウィンドウの汚染速度が速くなる。ウィンドウが汚染されると、レーザ光の吸収量が多くなって、ウィンドウの温度が上昇する。このため、ウィンドウの温度上昇の傾向を観測することにより、ウィンドウの汚染の程度を知ることができる。   In the initial stage of operation of the laser oscillator, since the impurities in the laser medium gas are small, the contamination of the window gradually proceeds. As the impurity in the laser medium gas increases, the contamination rate of the window increases. When the window is contaminated, the amount of laser light absorbed increases and the window temperature rises. Therefore, it is possible to know the degree of window contamination by observing the tendency of the temperature rise of the window.

ウィンドウの温度の上昇の度合いを観測し、その度合いに応じて、フロント側の流量、リア側の流量、及び総流量を変化させてもよい。例えば、レーザ媒質ガス中の不純物が少ない運転初期段階においては、ガスの総流量を少なくしてもよい。総流量を少なくすることにより、循環ポンプの電力消費量を抑制することができる。また、フロントウィンドウとリアウィンドウとの温度上昇の度合いを比較し、温度上昇の急激な方のウィンドウホルダ内の空間へ流入するガス流量を相対的に多くしてもよい。   The degree of increase in the temperature of the window may be observed, and the flow rate on the front side, the flow rate on the rear side, and the total flow rate may be changed according to the degree. For example, the total gas flow rate may be reduced in the initial operation stage in which the impurities in the laser medium gas are low. By reducing the total flow rate, the power consumption of the circulation pump can be suppressed. Further, the degree of temperature rise between the front window and the rear window may be compared to relatively increase the flow rate of gas flowing into the space in the window holder that has a rapid temperature rise.

図4に、第2の実施例によるレーザ発振器の概略図を示す。以下、第1の実施例によるレーザ発振器との相違点に着目して説明する。第1の実施例によるレーザ発振器の流量調整バルブ22及び24の代わりに、リア側ガス流路17に、流体抵抗器40が挿入されている。流体抵抗器40は、例えばオリフィス、局所的に流路断面を縮小した部分、または曲率半径の極小さな湾曲部分等により構成される。   FIG. 4 shows a schematic diagram of a laser oscillator according to the second embodiment. In the following, description will be made focusing on differences from the laser oscillator according to the first embodiment. Instead of the flow rate adjusting valves 22 and 24 of the laser oscillator according to the first embodiment, a fluid resistor 40 is inserted in the rear side gas flow path 17. The fluid resistor 40 is configured by, for example, an orifice, a portion obtained by locally reducing a flow path cross section, or a curved portion having a very small radius of curvature.

リア側ガス流路17に流体抵抗器40を挿入することにより、フロント側の流量をリア側の流量よりも多くすることができる。なお、種々の流体抵抗を持つ複数の流体抵抗器40を準備しておけば、複数の流体抵抗器40の中から、フロント側とリア側との流量比が最適になる流体抵抗を持つものを選択することが可能になる。最適な流体抵抗を持つ流体抵抗器40を選択した後は、流量計23及び25を取り外してもよい。   By inserting the fluid resistor 40 into the rear side gas flow path 17, the flow rate on the front side can be made larger than the flow rate on the rear side. If a plurality of fluid resistors 40 having various fluid resistances are prepared, one having a fluid resistance that optimizes the flow rate ratio between the front side and the rear side is selected from the plurality of fluid resistors 40. It becomes possible to select. After selecting the fluid resistor 40 having the optimum fluid resistance, the flow meters 23 and 25 may be removed.

図5に、第3の実施例によるレーザ発振器の概略図を示す。以下、第1の実施例によるレーザ発振器との相違点に着目して説明する。第1の実施例では、ベッセル側ガス流路15が、フロント側のガス循環流路とリア側のガス循環流路とで共有されていた。第3の実施例では、フロント側のガス循環流路45とリア側のガス循環流路46とが独立している。   FIG. 5 shows a schematic diagram of a laser oscillator according to the third embodiment. In the following, description will be made focusing on differences from the laser oscillator according to the first embodiment. In the first embodiment, the vessel-side gas passage 15 is shared by the front-side gas circulation passage and the rear-side gas circulation passage. In the third embodiment, the front-side gas circulation channel 45 and the rear-side gas circulation channel 46 are independent.

フロント側のガス循環流路45に、循環ポンプ47、清浄化装置49、及び流量計23が挿入されている。リア側のガス循環流路46に、循環ポンプ48、清浄化装置50、及び流量計25が挿入されている。循環ポンプ47及び48の流量を制御することにより、フロント側とリア側の流量比を調節することができる。リア側の流量は、フロント側の流量よりも少なくてよいため、リア側の循環ポンプ48は、フロント側の循環ポンプ47よりも小容量のものを使用することができる。   A circulation pump 47, a cleaning device 49, and a flow meter 23 are inserted in the gas circulation passage 45 on the front side. A circulation pump 48, a cleaning device 50, and a flow meter 25 are inserted in the gas circulation passage 46 on the rear side. By controlling the flow rates of the circulation pumps 47 and 48, the flow rate ratio between the front side and the rear side can be adjusted. Since the rear-side flow rate may be smaller than the front-side flow rate, the rear-side circulation pump 48 can have a smaller capacity than the front-side circulation pump 47.

フロント側とリア側との流量比調整器として、上記第1の実施例では、2つの流量調節バルブ22、24を用い、第2の実施例では、流体抵抗器40を用い、第3の実施例では、2台の循環ポンプ47、48を用いた。これらの流量比調整器に代えて、2本のガス流路を流れるガスの流量比を調節することができるその他の流量比調整器を用いてもよい。   As the flow rate adjuster between the front side and the rear side, in the first embodiment, the two flow control valves 22 and 24 are used, and in the second embodiment, the fluid resistor 40 is used. In the example, two circulation pumps 47 and 48 are used. Instead of these flow ratio adjusters, other flow ratio adjusters that can adjust the flow ratio of the gas flowing through the two gas flow paths may be used.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

第1の実施例によるレーザ発振器の概略図である。1 is a schematic diagram of a laser oscillator according to a first embodiment. ウィンドウホルダ及びその取り付け部分の断面図である。It is sectional drawing of a window holder and its attachment part. 実施例によるレーザ発振器の運転方法で運転した場合の累積故障確率を、比較例による運転方法で運転した場合の累積故障確率と対比して示すグラフです。This graph shows the cumulative failure probability when operating with the laser oscillator operation method according to the example, compared with the cumulative failure probability when operating with the operation method according to the comparative example. 第2の実施例によるレーザ発振器の概略図である。It is the schematic of the laser oscillator by a 2nd Example. 第3の実施例によるレーザ発振器の概略図である。It is the schematic of the laser oscillator by a 3rd Example. 従来のレーザ発振器の概略図である。It is the schematic of the conventional laser oscillator.

符号の説明Explanation of symbols

1 ベッセル
2 フロントウィンドウホルダ
3 リアウィンドウホルダ
4 フロントウィンドウ
5 リアウィンドウ
6 フロントミラーホルダ
7 リアミラーホルダ
8 フロントミラー
9 リアミラー
10 放電電極
11 ゲートバルブ
15 ベッセル側ガス流路
16 フロント側ガス流路
17 リア側ガス流路
20、47、48 循環ポンプ
21、49、50 清浄化装置
22、24 流量調節バルブ
23、25 流量計
30 制御装置
31、32 温度計
40 流体抵抗器
45 フロント側ガス循環流路
46 リア側ガス循環流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vessel 2 Front window holder 3 Rear window holder 4 Front window 5 Rear window 6 Front mirror holder 7 Rear mirror holder 8 Front mirror 9 Rear mirror 10 Discharge electrode 11 Gate valve 15 Vessel gas path 16 Front gas path 17 Rear gas Flow path 20, 47, 48 Circulation pump 21, 49, 50 Cleaning device 22, 24 Flow control valve 23, 25 Flow meter 30 Control device 31, 32 Thermometer 40 Fluid resistor 45 Front side gas circulation flow path 46 Rear side Gas circulation flow path

Claims (8)

内部にレーザ媒質ガスを収容するベッセルであって、該ベッセルの壁の、相互に対向する位置に一対の開口部が形成されたベッセルと、
前記開口部の一方を塞ぎ、前記ベッセルの壁面から外側に向かって延びる筒状のフロントウィンドウホルダと、
前記フロントウィンドウホルダの先端を塞ぎ、前記ベッセル内で発生したレーザ光を透過させるフロントウィンドウと、
前記開口部の他方を塞ぎ、前記ベッセルの壁面から外側に向かって延びる筒状のリアウィンドウホルダと、
前記リアウィンドウホルダの先端を塞ぎ、前記ベッセル内で発生したレーザ光を透過させるリアウィンドウと、
前記フロントウィンドウと交差し、前記ベッセル内を通過して、前記リアウィンドウと交差する往復経路を画定する一対の反射鏡を含む光共振器であって、前記フロントウィンドウ側の反射鏡が部分透過鏡とされ、前記リアウィンドウ側の反射鏡が全反射鏡とされている光共振器と、
前記ベッセル内からレーザ媒質ガスを取り出し、前記フロントウィンドウホルダ内の空間及び前記リアウィンドウホルダ内の空間に戻すガス循環流路と、
前記ガス循環流路内を流れるレーザ媒質ガス中の不純物を除去する清浄化装置と、
前記フロントウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量が、前記リアウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量よりも大きくなるように、前記ガス循環流路を流れるレーザ媒質ガスの流量比を調整する流量比調整器と
を有するレーザ発振器。
A vessel containing a laser medium gas therein, a vessel having a pair of openings formed at opposite positions of the vessel wall;
A cylindrical front window holder that closes one of the openings and extends outward from the wall surface of the vessel;
A front window that closes a front end of the front window holder and transmits laser light generated in the vessel;
A cylindrical rear window holder that closes the other of the openings and extends outward from the wall surface of the vessel;
A rear window that closes a tip of the rear window holder and transmits laser light generated in the vessel;
An optical resonator including a pair of reflecting mirrors that intersect the front window, pass through the vessel, and define a reciprocating path that intersects the rear window, wherein the reflecting mirror on the front window side is a partial transmission mirror And an optical resonator in which the reflection mirror on the rear window side is a total reflection mirror,
A gas circulation channel for taking out the laser medium gas from the vessel and returning it to the space in the front window holder and the space in the rear window holder;
A cleaning device for removing impurities in the laser medium gas flowing in the gas circulation flow path;
The laser medium gas flowing through the gas circulation channel so that the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the front window holder is larger than the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the rear window holder. A laser oscillator having a flow ratio adjuster for adjusting a flow ratio.
前記ガス循環流路は、前記フロントウィンドウ及びリアウィンドウに、内側からレーザ媒質ガスを吹き付けるように、前記フロントウィンドウホルダ及びリアウィンドウホルダ内の空間にレーザ媒質ガスを導入する請求項1に記載のレーザ発振器。   2. The laser according to claim 1, wherein the gas circulation channel introduces a laser medium gas into a space in the front window holder and the rear window holder so as to blow a laser medium gas from the inside to the front window and the rear window. Oscillator. 前記ガス循環流路は、前記ベッセルの壁面に開口し、該ベッセル内のレーザ媒質ガスを取り出すベッセル側ガス流路と、該ベッセル側ガス流路を流れたレーザ媒質ガスの一部を前記フロントウィンドウホルダ内の空間まで導くフロント側ガス流路と、該ベッセル側ガス流路を流れたレーザ媒質ガスの一部を前記リアウィンドウホルダ内の空間まで導くリア側ガス流路とを含み、前記清浄化装置が前記ベッセル側ガス流路に取り付けられており、該ベッセル側ガス流路を流れるレーザ媒質ガスを清浄化し、清浄化されたレーザ媒質ガスが前記フロント側ガス流路及びリア側ガス流路に流入する請求項1または2に記載のレーザ発振器。   The gas circulation channel is opened on the wall surface of the vessel, and a vessel side gas channel for taking out a laser medium gas in the vessel, and a part of the laser medium gas flowing through the vessel side gas channel are passed through the front window. A front side gas flow path that leads to the space in the holder, and a rear side gas flow path that leads a part of the laser medium gas that has flowed through the vessel side gas flow path to the space in the rear window holder. An apparatus is attached to the vessel-side gas flow path, cleans the laser medium gas flowing through the vessel-side gas flow path, and the cleaned laser medium gas flows into the front-side gas flow path and the rear-side gas flow path. The laser oscillator according to claim 1 or 2, which flows in. 前記流量比調整器が、前記リア側ガス流路内に配置された流体抵抗器を含む請求項3に記載のレーザ発振器。   The laser oscillator according to claim 3, wherein the flow rate ratio adjuster includes a fluid resistor disposed in the rear side gas flow path. さらに、前記フロントウィンドウの温度を測定する温度計と、
前記温度計による温度の測定結果に基づいて、前記フロントウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量と前記リアウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量との比を変化させる制御装置と
を有する請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ発振器。
Furthermore, a thermometer for measuring the temperature of the front window;
Control for changing the ratio of the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the front window holder and the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the rear window holder based on the temperature measurement result by the thermometer The laser oscillator according to claim 1, further comprising a device.
内部にレーザ媒質ガスを収容するベッセルであって、該ベッセルの壁の、相互に対向する位置に一対の開口部が形成されたベッセルと、
前記開口部の一方を塞ぎ、前記ベッセルの壁面から外側に向かって延びる筒状のフロントウィンドウホルダと、
前記フロントウィンドウホルダの先端を塞ぎ、前記ベッセル内で発生したレーザ光を透過させるフロントウィンドウと、
前記開口部の他方を塞ぎ、前記ベッセルの壁面から外側に向かって延びる筒状のリアウィンドウホルダと、
前記リアウィンドウホルダの先端を塞ぎ、前記ベッセル内で発生したレーザ光を透過させるリアウィンドウと、
前記フロントウィンドウと交差し、前記ベッセル内を通過して、前記リアウィンドウと交差する往復経路を画定する一対の反射鏡を含む光共振器であって、前記フロントウィンドウ側の反射鏡が部分透過鏡とされ、前記リアウィンドウ側の反射鏡が全反射鏡とされている光共振器と、
前記ベッセル内からレーザ媒質ガスを取り出し、前記フロントウィンドウホルダ内の空間及び前記リアウィンドウホルダ内の空間に戻すガス循環流路と、
前記ガス循環流路内を流れるレーザ媒質ガス中の不純物を除去する清浄化装置と、
前記フロントウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量が、前記リアウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量よりも大きくなるように、前記ガス循環流路を流れるレーザ媒質ガスの流量比を調整する流量比調整器と
を有するレーザ発振器の運転方法であって、
前記フロントウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量を、前記リアウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量で除した値が7/3以上になるように、前記ガス循環流路にレーザ媒質ガスを流しながらレーザ発振を行うレーザ発振器の運転方法。
A vessel containing a laser medium gas therein, a vessel having a pair of openings formed at opposite positions of the vessel wall;
A cylindrical front window holder that closes one of the openings and extends outward from the wall surface of the vessel;
A front window that closes a front end of the front window holder and transmits laser light generated in the vessel;
A cylindrical rear window holder that closes the other of the openings and extends outward from the wall surface of the vessel;
A rear window that closes a tip of the rear window holder and transmits laser light generated in the vessel;
An optical resonator including a pair of reflecting mirrors that intersect the front window, pass through the vessel, and define a reciprocating path that intersects the rear window, wherein the reflecting mirror on the front window side is a partial transmission mirror And an optical resonator in which the reflection mirror on the rear window side is a total reflection mirror,
A gas circulation channel for taking out the laser medium gas from the vessel and returning it to the space in the front window holder and the space in the rear window holder;
A cleaning device for removing impurities in the laser medium gas flowing in the gas circulation flow path;
The laser medium gas flowing through the gas circulation flow path so that the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the front window holder is larger than the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the rear window holder. A method of operating a laser oscillator having a flow ratio adjuster for adjusting a flow ratio,
The gas circulation flow is such that the value obtained by dividing the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the front window holder by the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the rear window holder is 7/3 or more. A method of operating a laser oscillator that performs laser oscillation while flowing a laser medium gas through a path.
前記フロントウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量を50L/min(ANR)以上にする請求項6に記載のレーザ発振器の運転方法。   The method of operating a laser oscillator according to claim 6, wherein the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the front window holder is set to 50 L / min (ANR) or more. さらに、前記フロントウィンドウの温度を測定する工程と、
測定された前記フロントウィンドウの温度に基づいて、前記フロントウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量と、前記リアウィンドウホルダ内の空間に流入するレーザ媒質ガスの流量との比を変化させる工程と
を有する請求項6または7に記載のレーザ発振器の運転方法。
And measuring the temperature of the front window;
Based on the measured temperature of the front window, the ratio of the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the front window holder and the flow rate of the laser medium gas flowing into the space in the rear window holder is changed. A method for operating a laser oscillator according to claim 6, further comprising: a step.
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