JP2007221052A

JP2007221052A - レーザ装置

Info

Publication number: JP2007221052A
Application number: JP2006042536A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yabu; 隆之薮; Koji Kakizaki; 弘司柿崎
Original assignee: Komatsu Ltd; Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Komatsu Ltd; Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】レーザガスを封入したレーザチャンバの内部に相対向する一対の主電極を設け、前記主電極間の放電空間に生じさせたパルス状の主放電により前記レーザガスを励起してレーザ光を発振させるレーザ装置を対象とし、主放電に伴って発じる音響波に因るレーザ性能への悪影響を低減させることの可能なレーザ装置の提供を目的とする。
【解決手段】多孔質材料から成る吸音材を、放電空間からの音響波に晒される反射体に当接させて設け、該吸音材の放電空間に対向する側の気孔率を、反射体に対向する側の気孔率よりも高くしている。
また、多孔質材料から成る吸音材を、放電空間からの音響波に晒される反射体に離隔させて設け、該吸音材の放電空間に対向する側の気孔率を、反射体に対向する側の気孔率よりも高くしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エキシマレーザ装置等の如きパルス発振型のレーザ装置に関し、詳しくは主放電に伴って生じる音響波に因るレーザ性能への悪影響を低減するための技術に関するものである。

例えば、半導体基板の露光装置における光源用のレーザ装置として、レーザガスを封入したレーザチャンバの内部に相対向する一対の主電極を設け、これら主電極間の放電空間に生じさせたパルス状の主放電によりレーザガスを励起してレーザ光を発振させるレーザ装置が提供されている(例えば、特許文献１参照)。

図４は、上述した如きパルス発振型ガスレーザ装置の１つの従来例を示しており、このレーザ装置Ａにおいては、レーザガスを封入したレーザチャンバＢの内部に、主電極である一対のカソードＣとアノードＤとを相対向させて設置している。

上記カソードＣは、絶縁材料から成るカソードベースＣｂに固定されており、該カソードベースＣｂをレーザチャンバＢの開口Ｂｏに嵌合させて固定することで、上記レーザチャンバＢの内部における上方に固設されている。

上記アノードＤは、リターンプレートＥ、Ｅを介してレーザチャンバＢと電気的に接続されたアノードベースＤｂに固定されており、上述したカソードＣと該カソードＣの下方に設置されたアノードＤとの間に放電空間Ｓが画成されている。

上記カソードＣは、高圧電源(図示せず)の高圧側に接続されている一方、上記アノードＤおよびレーザチャンバＢは、高圧電源(図示せず)の接地側に接続されており、カソードＣとアノードＤとの間に高電圧を印加して、放電空間Ｓにパルス状の主放電を起こすことで、レーザ光が発振されることとなる。

また、上記レーザチャンバＢの内部には、放電空間Ｓのレーザガスを予備電離させるコロナバー(予備電離電極)Ｆ、Ｆが、アノードＤ(アノードベースＤｂ)の側方に並設されており、上記コロナバーＦの外周(誘電体)には、リターンプレートＥと共にアノードベースＤｂに固定された端子Ｇの先端が当接している。

さらに、上記レーザチャンバＢの内部には、クロスフローファンＨと、冷却用のラジエータＩとが設置されており、上記クロスフローファンＨの動作によって、レーザガスがレーザチャンバＢの内部を矢印ｈ、ｉ、ｊの如く循環することで、主放電によって生じた電離物質等が、レーザガスの流れによって放電空間Ｓから排除されるとともに、放電によって加熱されたレーザガスは、レーザチャンバＢの内部を循環する際、上記ラジエータＩを通過することにより冷却される。
特開２００３−６０２７０号公報

ところで、上述した如き従来のレーザ装置において、主放電の際に音響波が発生することは良く知られており、この音響波がレーザチャンバの内部における様々な箇所で反射して放電空間に戻り、この放電空間におけるレーザガス密度が揺らぐ等の乱れを生じることで、レーザ成分やスペクトル出力等のレーザ性能に悪影響を招来する不都合があった。

そこで、図４に示す従来のレーザ装置Ａでは、放電空間Ｓからの音響波に晒されるレーザチャンバＢ、すなわち音響波を跳ね返す反射体としてのレーザチャンバＢの内面に、例えばアルミナ(Ａｌ_２O_３)等の多孔質材料から形成した吸音材Ｑを取り付け、この吸音材ＱによってレーザチャンバＢからの音響波の反射を抑えるよう構成されている。

しかし、従来のレーザ装置Ａに使用されている吸音材Ｑは、全体に亘って気孔率が均一に形成されているため、吸音材Ｑにおける気孔率の大小に起因して、以下の如き不都合を招来していた。

すなわち、図５(ａ)に示す如く、レーザチャンバＢの内面Ｂａに取り付けられた吸音材Ｑの気孔率が低い場合、放電空間Ｓから放出されて矢印Ｗａの如く吸音材Ｑに到達した音響波は、その大部分が矢印Ｗｒの如く吸音材Ｑの表面Ｑａで反射され放電空間Ｓに戻ることとなる。なお、吸音材Ｑに到達した音響波の一部は矢印Ｔの如く吸音材Ｑの内部を透過したのち、矢印Ｗｂの如くレーザチャンバＢの内面Ｂａにおいて反射される。

一方、図５(ｂ)に示す如く、レーザチャンバＢの内面Ｂａに取り付けられた吸音材Ｑの気孔率が高い場合、放電空間Ｓから放出されて矢印Ｗａの如く吸音材Ｑに到達した音響波は、その大部分が矢印Ｔの如く吸音材Ｑの内部を透過して、レーザチャンバＢの内面Ｂａで反射されて放電空間Ｓに戻ることとなる。なお、吸音材Ｑに達した音響波の一部は矢印Ｗｒの如く吸音材Ｑの表面Ｑａにおいて反射される。

このように、レーザチャンバＢの内面Ｂａに、気孔率の均一な吸音材Ｑを取り付けた構成では、上記吸音材Ｑにおける気孔率の大小に関わらず、放電空間Ｓへの音響波の反射を抑えることは難しく、もってレーザ性能に悪影響を招いてしまう不都合を免れなかった。

本発明は、上述した如き実状に鑑みて、レーザガスを封入したレーザチャンバの内部に相対向する一対の主電極を設け、これら主電極間の放電空間に生じさせたパルス状の主放電によりレーザガスを励起してレーザ光を発振させるレーザ装置を対象とし、主放電に伴って発じる音響波に因るレーザ性能への悪影響を低減させ得るレーザ装置の提供を目的とするものである。

請求項１の発明に関わるレーザ装置は、レーザガスを封入したレーザチャンバの内部に相対向する一対の主電極を設け、これら主電極間の放電空間に生じさせたパルス状の主放電により、レーザガスを励起してレーザ光を発振させるレーザ装置において、多孔質材料から成る吸音材を、放電空間からの音響波に晒される反射体に当接させて設けるとともに、吸音材における放電空間に対向する側の気孔率を、反射体に対向する側の気孔率よりも高くしたことを特徴としている。

請求項２の発明に関わるレーザ装置は、レーザガスを封入したレーザチャンバの内部に相対向する一対の主電極を設け、これら主電極間の放電空間に生じさせたパルス状の主放電により、レーザガスを励起してレーザ光を発振させるレーザ装置において、多孔質材料から成る吸音材を、放電空間からの音響波に晒される反射体に離隔させて設けるとともに、吸音材における放電空間に対向する側の気孔率を、反射体に対向する側の気孔率よりも高くしたことを特徴としている。

請求項１の発明に関わるレーザ装置において、放電空間から放出された音響波は、吸音材における気孔率の高い側に到達すると、その表面において大きく反射されることなく、ほとんどが吸音材の内部に進入することとなる。
また、気孔率の低い側において減衰されつつ進行した音響波は、吸音材に当接している反射体によって反射されたのち、再び吸音材を透過することにより減衰されて放電空間に戻ることとなる。
このように、請求項１の発明に関わるレーザ装置によれば、放電空間と反射体との間に介在させた吸音材の特性により、放電空間に戻る音響波を大幅に減少させることができ、もって主放電に伴う音響波に因るレーザ性能への悪影響を低減させることが可能となる。

請求項２の発明に関わるレーザ装置において、放電空間から放出された音響波は、吸音材における気孔率の高い側に到達すると、その表面において大きく反射されることなく、ほとんどが吸音材の内部に進入することとなる。
また、気孔率の低い側において減衰されつつ進行した音響波は、吸音材から脱したのち、離隔している反射体に反射して再び吸音体に向かうが、気孔率の低い側の表面において大きく反射され、一部のみが吸音材を透過して放電空間に戻ることとなる。
このように、請求項２の発明に関わるレーザ装置によれば、放電空間と反射体との間に介在させた吸音材の特性により、放電空間に戻る音響波を大幅に減少させることができ、もって主放電に伴う音響波に因るレーザ性能への悪影響を低減させることが可能となる。

以下、本発明に関わるレーザ装置の構成を、実施例を示す図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明を適用したパルス発振型ガスレーザ装置の一実施例を示しており、このレーザ装置１の基本的な構造は、図４に示した従来のレーザ装置Ａに準ずるものである。

すなわち、上記レーザ装置１において、レーザガスを封入したレーザチャンバ２の内部には、主電極である一対のカソード３とアノード４とが相対向して設置されており、これらカソード３およびアノード４は、上記レーザ装置１の長手方向(図１の紙面と直交する方向)に延在している。

上記カソード３は、絶縁材料から成るカソードベース３Ｂに固定されており、レーザチャンバ２の上方壁２Ｔに形成した開口２Ｔｏに、上記カソードベース３Ｂを嵌合させて固定することで、上記レーザチャンバ２の内部における上方に固設されている。

上記アノード４は、リターンプレート５、５を介してレーザチャンバ２と電気的に接続されたアノードベース４Ｂに固定されており、上述したカソード３と該カソード３の下方に配設したアノード４との間には、放電空間Ｓが画成されている。

因みに、高圧電源(図示せず)の高圧側に接続されているカソード３と、高圧電源(図示せず)の接地側に接続されているアノード４との間に高電圧を印加し、放電空間Ｓにパルス状の主放電を起こすことでレーザ光が発振される。

上記アノードベース４Ｂの側方域には、コロナバー(予備電離電極)６、６が、主電極であるアノード４と並行して延設されており、上記コロナバー６は、棒状の内部導電体６Ａと該内部導電体６Ａを囲繞する管状の外部誘電体６Ｂとを備えている。

上記コロナバー６の内部導電体６Ａは、図示していない高圧電源の高圧側に接続されている一方、上記コロナバー６における外部誘電体６Ｂは、その外周にリターンプレート５と共にアノードベース４Ｂに固定された端子７の先端が接触している。

また、上記レーザチャンバ２の内部には、クロスフローファン８とともにラジエータ(図示せず)が設置されており、上記クロスフローファン８の動作によって、レーザチャンバ２の内部におけるレーザガスの循環が行われる。

さらに、放電空間Ｓからの音響波に晒されるレーザチャンバ２、すなわち音響波を跳ね返す反射体としてのレーザチャンバ２の内面２ｉには、例えばアルミナ(Ａｌ_２O_３)の多孔質材料から形成されたチャンバ吸音体(吸音材)１０が取り付けられている。

また、放電空間Ｓからの音響波に晒されるアノードベース４Ｂ、すなわち音響波を跳ね返す反射体としてのアノードベース４Ｂの上面には、例えばアルミナ(Ａｌ_２O_３)の多孔質材料から形成されたチャンバ吸音体(吸音材)１０′、１０′が、それぞれアノード４に沿って取り付けられている。

また、放電空間Ｓと、該放電空間Ｓからの音響波に晒されるクロスフローファン８、すなわち音響波を跳ね返す反射体としてのクロスフローファン８との間には、例えばアルミナ(Ａｌ_２O_３)の多孔質材料から形成されたファン吸音体(吸音材)２０が、コロナバー６や端子７と共に図示しない態様でアノードベース４Ｂに取り付けられている。

図２に示す如く、上記チャンバ吸音体１０は、放電空間Ｓに対向する側の放電空間側領域１０Ａと、反射体であるレーザチャンバ２に対向する側の反射体側領域１０Ｂとの二層構造(多層構造)から成り、放電空間側領域１０Ａの表面１０ａを放電空間Ｓに臨ませ、かつ反射体側領域１０Ｂの表面１０ｂをレーザチャンバ２の内面２ｉに当接させた状態で、図示していないボルト等の手段を用いてレーザチャンバ２に固定設置されている。

また、多孔質材料から成る上記チャンバ吸音体１０は、放電空間Ｓに対向する側の放電空間側領域１０Ａにおける気孔率が、レーザチャンバ２の内面２ｉに対向する側の反射体側領域１０Ｂにおける気孔率よりも高く形成されている。

すなわち、上記チャンバ吸音体１０において、放電空間側領域１０Ａは相対的に反射体側領域１０Ｂよりも気孔率が高く(密度：小、吸音効果：小)、反射体側領域１０Ｂは相対的に放電空間側領域１０Ａよりも気孔率が低い(密度：大、吸音効果：大)。

いま、図２において矢印Ｗａで示す如く、放電空間Ｓから放出されてチャンバ吸音体１０の表面１０ａに到達した音響波は、放電空間側領域１０Ａの気孔率が高いことから、その大部分が矢印Ｔａに示す如く放電空間側領域１０Ａの内部を透過するとともに、音響波の一部のみが矢印Ｗｒの如く表面１０ａにおいて反射されることとなる。

チャンバ吸音体１０の放電空間側領域１０Ａを透過した音響波は、矢印Ｔｂの如く反射体側領域１０Ｂに進入し、該反射体側領域１０Ｂの気孔率が低いことから、大きく減衰されつつ透過進行することとなる。

反射体側領域１０Ｂの表面１０ｂに達した音響波は、上記表面１０ｂと接するレーザチャンバ２の内面２ｉにおいて矢印Ｗｂの如く反射され、再び反射体側領域１０Ｂおよび放電空間側領域１０Ａを透過することで、さらに減衰されて放電空間Ｓに戻ることとなる。

このように、多孔質材料から成るチャンバ吸音体１０を、反射体であるレーザチャンバ２の内面２ｉに当接させて設けるとともに、放電空間側領域１０Ａの気孔率を、反射体側領域１０Ｂの気孔率よりも高くしたことで、レーザチャンバ２に反射して放電空間Ｓに戻る音響波を大幅に減少させることができ、もって主放電に伴う音響波に因るレーザ性能への悪影響を低減させることが可能となる。

ここで、上記チャンバ吸音体１０における、放電空間側領域１０Ａおよび反射体側領域１０Ｂの各々の気孔率や肉厚方向の寸法等は、レーザ装置の仕様や要求される性能等、様々な条件に基づいて適宜に設定し得ることは言うまでもない。

また、上述した実施例のチャンバ吸音体１０は、放電空間側領域１０Ａと反射体側領域１０Ｂとの気孔率が異なる一体の多孔性材料から形成されているが、例えば、放電空間側領域１０Ａに相当する気孔率の多孔性材料と、反射体側領域１０Ｂに相当する気孔率の多孔性材料とを重ね合わせ、レーザチャンバ２の内面２ｉにボルトで共締めすることにより、上記チャンバ吸音体を構成することも可能である。

さらに、上述した実施例においては、チャンバ吸音体１０を放電空間側領域１０Ａと反射体側領域１０Ｂとの二層構造としているが、空孔率の異なる三層以上の多層構造とし、放電空間側領域から反射体側領域に行く程、空孔率が段階的に低くなるよう形成しても良い。

一方、図１に示した上記ベース吸音体１０′は、放電空間Ｓに対向する側の放電空間側領域１０Ａ′と、反射体であるアノードベース４Ｂに対向する側の反射体側領域１０Ｂ′との二層構造(多層構造)から成り、放電空間側領域１０Ａ′の表面１０ａ′を放電空間Ｓに臨ませ、かつ反射体側領域１０Ｂ′の表面１０ｂ′をアノードベース４Ｂの上面に当接させた状態で、図示していないボルト等の手段を用いてアノードベース４Ｂに固定設置されている。

ここで、上記ベース吸音体１０′の具体的な構成および設置態様や、音響波に対する反射／減衰の作用効果は、先に説明したチャンバ吸音体１０と基本的に同様であり、このため、カソードベース３Ｂとアノードベース４Ｂとの間で反射することにより放電空間Ｓに現れる音響波を、効果的に減衰させることが可能となる。

一方、図３に示す如く、上記ファン吸音体２０は、放電空間Ｓに対向する側の放電空間側領域２０Ａと、反射体であるクロスフローファン８に対向する側の反射体側領域２０Ｂとの二層構造(多層構造)から成り、放電空間側領域２０Ａの端部表面２０ａを放電空間Ｓに臨ませ、かつ反射体側領域２０Ｂの端部表面２０ｂをクロスフローファン８から離隔させた状態で、図示していないボルト等の手段を用いてアノードベース(図１中の符号４Ｂ参照)に固定設置されている。

また、多孔質材料から成る上記ファン吸音体２０は、放電空間Ｓに対向する側の放電空間側領域２０Ａにおける気孔率が、クロスフローファン８に対向する側の反射体側領域２０Ｂにおける気孔率よりも高く形成されている。

すなわち、上記ファン吸音体２０において、放電空間側領域２０Ａは相対的に反射体側領域２０Ｂよりも気孔率が高く(密度：小、吸音効果：小)、反射体側領域２０Ｂは相対的に放電空間側領域２０Ａよりも気孔率が低い(密度：大、吸音効果：大)。

いま、図３において矢印Ｗａで示す如く、放電空間Ｓから放出されてファン吸音体２０の端部表面２０ａに到達した音響波は、放電空間側領域２０Ａの気孔率が高いことから、その大部分が矢印Ｔａに示す如く放電空間側領域２０Ａの内部を透過するとともに、音響波の一部のみが矢印Ｗｒに示す如く端部表面２０ａにおいて反射されることとなる。

ファン吸音体２０の放電空間側領域２０Ａを透過した音響波は、矢印Ｔｂの如く反射体側領域２０Ｂに進入し、該反射体側領域２０Ｂの気孔率が低いことから、大きく減衰されつつ透過進行することとなる。

反射体側領域２０Ｂの端部表面２０ｂに達した音響波は、矢印Ｗｔの如く端部表面２０ｂから脱したのちクロスフローファン８に向かい、該クロスフローファン８で反射されて矢印Ｗｘの如くファン吸音体２０に向かうが、該ファン吸音体２０の端部表面２０ｂに到達した音響波は、反射体側領域２０Ｂの気孔率が低いことから、その大部分が矢印Ｗｙに示す如く反射され、一部のみが矢印Ｗｒに示す如くファン吸音体２０を透過して更に減衰し、放電空間Ｓに戻ることとなる。

このように、多孔質材料から成るファン吸音体２０を、反射体であるクロスフローファン８と離隔させて設けるとともに、放電空間側領域２０Ａの気孔率を、反射体側領域２０Ｂの気孔率よりも高くしたことで、クロスフローファン８に反射して放電空間Ｓに戻る音響波を大幅に減少させることができ、もって主放電に伴う音響波に因るレーザ性能への悪影響を低減させることが可能となる。

また、上述した実施例においては、放電空間Ｓからの音響波が、ファン吸音体２０における放電空間側領域２０Ａの端部表面２０ａに到達し、かつクロスフローファン８で反射した音響波が、ファン吸音体２０における反射体側領域２０Ａの端部表面２０ａに到達する場合を詳述したが、放電空間Ｓからの音響波が放電空間側領域２０Ａの外表面に到達し、かつクロスフローファン８で反射した音響波が反射体側領域２０Ａの外表面に到達する状況であれば、上述したと同様の作用効果を奏することは言うまでもない。

ここで、上記ファン吸音体２０における、放電空間側領域２０Ａおよび反射体側領域２０Ｂの各々の気孔率や肉厚方向の寸法等は、レーザ装置の仕様や要求される性能等、様々な条件に基づいて適宜に設定し得ることは勿論である。

また、上述した実施例のファン吸音体２０は、放電空間側領域２０Ａと反射体側領域２０Ｂとの気孔率が異なる一体の多孔性材料から形成されているが、例えば、放電空間側領域２０Ａに相当する気孔率の多孔性材料と、反射体側領域２０Ｂに相当する気孔率の多孔性材料とを突き合わせ、アノードベース４Ｂにボルトで共締めすることにより、上記ファン吸音体を構成することも可能である。

さらに、上述した実施例においては、ファン吸音体２０を放電空間側領域２０Ａと反射体側領域２０Ｂとの二層構造としているが、空孔率の異なる三層以上の多層構造とし、放電空間側領域から反射体側領域に行く程、空孔率が段階的に低くなるよう形成することも可能である。

なお、上述した各実施例においては、チャンバ吸音体１０およびファン吸音体２０をアルミナ(Ａｌ_２O_３)から形成しているが、チャンバ吸音体１０やファン吸音体２０を構成する多孔質材料としては、実施例に示したアルミナ(Ａｌ_２O_３)のみならず、例えばアルミニウム(Ａｌ)、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)、ニッケル(Ｎｉ)、銅(Ｃｕ)、およびステンレス鋼等、レーザガスに対する耐食性を備えた様々な素材の多孔質材料を採用し得ることは勿論である。

また、上述した各実施例においては、放電空間と反射体であるレーザチャンバおよびクロスフローファンとの間に吸音材を介装しているが、実施例に限定されることなく、レーザチャンバやクロスフローファン以外の様々な反射体と放電空間との間に吸音材を介装する構成において、本発明を有効に適用し得ることは言うまでもない。

本発明に関わるレーザ装置の実施例を示す概念的な要部断面図。図１に示したレーザ装置におけるレーザチャンバの内面に取付けられた吸音材の特性を示す概念図。図１に示したレーザ装置における放電空間とクロスフローファンとの間に設置された吸音材の特性を示す概念図。従来のレーザ装置を示す概念的な全体断面図。 (ａ)および(ｂ)は、従来のレーザ装置における吸音材の特性を示す概念図。

符号の説明

１…レーザ装置、
２…レーザチャンバ(反射体)、
２ｉ…内面、
３…カソード(主電極)、
４…アノード(主電極)、
４Ｂ…アノードベース(反射体)、
８…クロスフローファン(反射体)、
１０…チャンバ吸音体(吸音材)、
１０Ａ…放電空間側領域、
１０Ｂ…反射体側領域、
１０′…ベース吸音体(吸音材)、
１０Ａ′…放電空間側領域、
１０Ｂ′…反射体側領域、
２０…ファン吸音体(吸音材)、
２０Ａ…放電空間側領域、
２０Ｂ…反射体側領域、
Ｓ…放電空間。

Claims

レーザガスを封入したレーザチャンバの内部に相対向する一対の主電極を設け、前記主電極間の放電空間に生じさせたパルス状の主放電により前記レーザガスを励起してレーザ光を発振させるレーザ装置において、
多孔質材料から成る吸音材を、前記放電空間からの音響波に晒される反射体に当接させて設けるとともに、前記吸音材における前記放電空間に対向する側の気孔率を、前記反射体に対向する側の気孔率よりも高くしたことを特徴とするレーザ装置。
レーザガスを封入したレーザチャンバの内部に相対向する一対の主電極を設け、前記主電極間の放電空間に生じさせたパルス状の主放電により前記レーザガスを励起してレーザ光を発振させるレーザ装置において、
多孔質材料から成る吸音材を、前記放電空間からの音響波に晒される反射体に離隔させて設けるとともに、前記吸音材における前記放電空間に対向する側の気孔率を、前記反射体に対向する側の気孔率よりも高くしたことを特徴とするレーザ装置。