JP2007221053A - レーザ装置 - Google Patents

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、パルス繰り返し数が２KHz以上であるレーザ装置を対象とし、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】 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、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、主電極に並行して延在する長尺部品を、該長尺部品における長手方向の軸線が主電極における長手方向の軸線に対して非平行と成る位置態様で設置している。
【選択図】 図２

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。

これらカソードＣとアノードＤとは、共にレーザ装置１の長手方向(図４の紙面と直交する方向)に延在しており、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、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。

一方、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(誘導体)には、リターンプレートＥと共にアノードベースＤｂに固定された板状端子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、カソードＣおよびアノードＤと並行する態様で、循環用のクロスフローファンＨが並設されているとともに、冷却用のラジエータＩが設置されている。

上記クロスフローファンＨの動作により、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って冷却される。
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、スペクトルやレーザ出力等のレーザ性能が著しく低下してしまう問題があり、特に、パルス繰り返し数が２KHz以上の高繰り返しである場合に音響波の影響が大きくなる。

特に、コロナバーＦやクロスフローファンＨ、ラジエータ、レーザチャンバ内壁等、カソードＣおよびアノードＤの長手方向の軸線と平行に設置されている長尺部品に、放電空間Ｓからの音響波が反射することに起因して、レーザ性能に極めて重大な悪影響を招く不都合があった。

図５に示す如く、コロナバーＦにおける長手方向の軸線ｆ−ｆが、放電空間Ｓを画成するアノードＤの長手方向の軸線ｏ−ｏと平行を成していると、アノードＤにおける各点Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃから放出されて、矢印Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃの如く側方に進行する音響波は、コロナバーＦにおける各点Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃで反射されたのち、矢印Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃの如く放電空間Ｓに戻ってくることとなる。

ここで、アノードＤにおける点Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃと、コロナバーＦにおける点Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃとの間隔Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは、コロナバーＦとアノードＤとが平行を成していることから、互いに等しい距離となることは言うまでもない。

これにより、パルス状の主放電に伴って、同時にアノードＤの点Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃから放出された音響波は、コロナバーＦの点Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃで反射したのち放電空間Ｓへ同時に到達するため、一時に集中して大きなエネルギー(音圧)となった音響波により放電空間Ｓが激しく攪乱され、もってレーザ性能の著しい低下を招来することとなる。

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、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、パルス繰り返し数が２KHz以上であるレーザ装置において、上記主電極に並行して延在する長尺部品を、該長尺部品における長手方向の軸線が主電極における長手方向の軸線に対して非平行と成る位置態様で設置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、請求項１の発明に関わるレーザ装置において、長尺部品の一端部と主電極の放電部の一端部との間の第１の距離と、長尺部品の他端部と主電極の放電部の他端部との間の第２の距離との差が、主電極の放電部の幅以上、且つ前記幅の２倍以下であることを特徴としている。

請求項３の発明に関わるレーザ装置は、請求項１の発明に関わるレーザ装置において、上記長尺部品が主電極に並行して延在する予備電離電極であることを特徴としている。

請求項４の発明に関わるレーザ装置は、請求項１の発明に関わるレーザ装置において、長尺部品が主電極に並行して延在するクロスフローファンであり、主電極の一端部とクロスフローファンの一端部との間の第１の距離と、主電極の他端部とクロスフローファンの他端部との間の第２の距離との差が、クロスフローファンにおいて隣り合うファンブレード同士の間隔の１／２以上、且つ前記間隔の２倍以下であることを特徴としている。

請求項５の発明に関わるレーザ装置は、請求項１の発明に関わるレーザ装置において、上記長尺部品が主電極に並行して延在するラジエータであることを特徴としている。

請求項６の発明に関わるレーザ装置は、請求項１の発明に関わるレーザ装置において、上記長尺部品が主電極に並行して延在するレーザチャンバの内壁である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よれば、主電極に並行して延在する長尺部品を、その長手方向の軸線が主電極における長手方向の軸線に対して非平行と成る位置態様で設置したことにより、主電極の各部から同時に放出された音響波は、長尺部品の各部において反射されるものの、ずれたタイミングで放電空間に戻るため、音響波のエネルギーが集中せずに分散することにより、放電空間の大きな乱れが抑えられ、もってレーザ性能の低下を可及的に防止す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は、長尺部品の一端部と主電極の放電部の一端部との間の第１の距離と、長尺部品の他端部と主電極の放電部の他端部との間の第２の距離との差を、主電極の放電部の幅以上、且つ前記幅の２倍以下としたことにより、主電極の各部から同時に放出された音響波は、長尺部品の各部において反射されるものの、ずれたタイミングで放電空間に戻るため、音響波のエネルギーが集中せずに分散することにより、放電空間の大きな乱れが抑えられ、もってレーザ性能の低下を可及的に防止することが可能となる。

請求項３の発明に関わるレーザ装置においては、主電極に対して非平行と成る位置態様で設置された長尺部品が予備電離電極であることから、音響波が予備電離電極に反射して戻ることに起因する放電空間の大きな乱れが抑えられ、もってレーザ性能の低下を可及的に防止することが可能となる。

請求項４の発明に関わるレーザ装置においては、主電極に対して非平行と成る位置態様で設置された長尺部品がクロスフローファンであり、主電極の一端部とクロスフローファンの一端部との間の第１の距離と、主電極の他端部とクロスフローファンの他端部との間の第２の距離との差を、クロスフローファンにおいて隣り合うファンブレード同士の間隔の１／２以上、且つ前記間隔の２倍以下としたことにより、主電極の各部から同時に放出された音響波は、クロスフローファンの各部において反射されるものの、ずれたタイミングで放電空間に戻るため、音響波のエネルギーが集中せずに分散することにより、放電空間の大きな乱れが抑えられ、もってレーザ性能の低下を可及的に防止することが可能となる。

請求項５の発明に関わるレーザ装置においては、主電極に対して非平行と成る位置態様で設置された長尺部品がラジエータであることから、音響波がラジエータに反射して戻ることに起因する放電空間の大きな乱れが抑えられ、もってレーザ性能の低下を可及的に防止することが可能となる。

請求項６の発明に関わるレーザ装置においては、主電極に対して非平行と成る位置態様で設置された長尺部品がレーザチャンバの内壁であることから、音響波がレーザチャンバの内壁に反射して戻ることに起因する放電空間の大きな乱れが抑えられ、もってレーザ性能の低下を可及的に防止す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、長尺部品であるコロナバー(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に固定された板状端子７の先端が接触することで接地電位となっている。

また、上記レーザチャンバ２の内部には、長尺部品であるクロスフローファン８とラジエータ９とが設置されており、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の内部をレーザガスが矢印ｈ、ｉ、ｊの如く循環する。

上記クロスフローファン８は、モータ(図示せず)により回転駆動されるロータ板８Ｒと、該ロータ板８Ｒに回転軸と平行に固定した多数のファンブレード８Ｆ、８Ｆ…とを有して成り、主電極であるカソード３およびアノード４と並行する態様で設置されている。

ここで、上述したレーザ装置１においては、図２に示す如く、放電空間Ｓを画成するアノード４に対して、コロナバー６が非平行と成る位置態様、すなわち、アノード４における長手方向の軸線ｏ−ｏに対して、コロナバー６における長手方向の軸線ｐ−ｐが所定の角度だけ傾斜した位置態様で配設されている。

上記構成のレーザ装置１において、アノード４における各点４ａ、４ｂ、４ｃから放出されて、矢印Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃの如く側方に進行した音響波は、コロナバー６における各点６ａ、６ｂ、６ｃで反射されたのち、矢印Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃの如く放電空間Ｓに戻ってくる。

このとき、上述の如くアノード４に対してコロナバー６が非平行に配設されていることから、アノード４の点４ａとコロナバー６の点６ａとの間隔Ｌａ、アノード４の点４ｂとコロナバー６の点６ｂとの間隔Ｌｂ、およびアノード４の点４ｃとコロナバー６の点６ｃとの間隔Ｌｃは、互いに全く異なった距離となることは言うまでもない。

このため、パルス状の主放電に伴って、アノード４の点４ａ、４ｂ、４ｃから同時に放出された音響波は、それぞれ異なったタイミングでコロナバー６の点６ａ、６ｂ、６ｃに到達することとなり、さらに上記点６ａ、６ｂ、６ｃで反射した音響波は、互いに相違する間隔Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを伝搬して、更にそれぞれ異なったタイミングで放電空間Ｓへ到達することとなる。

このように、上述した構成のレーザ装置１においては、上記アノード４の各部、言い換えれば放電空間Ｓの各部から同時に音響波が放出されても、傾斜配置されたコロナバー６で反射されることにより、放電空間Ｓへはタイミングがずれて戻るため、音響波のエネルギーが集中せずに分散することとなり、一時に音響波が集中することによる放電空間Ｓの大きな乱れが抑えられ、もってレーザ性能の低下を可及的に防止することが可能となる。

因みに、図２においてアノード４の幅をＷとしたとき、前記コロナバー６の一端部と前記アノード４の一端部との間の距離Ｌａと、前記コロナバー６の他端部と前記アノード４の他端部との間の距離Ｌｃとの差(Ｌｃ−Ｌａ)が、前記アノード４の幅(Ｗ)以上であることが望ましい。ここでは、電極幅と放電幅とが略一致している電極を示したが、電極幅と放電幅とが一致していない場合のパラメータＷは放電幅(＜電極幅)である。

なお、上記コロナバー６は、図２中における上方側の端部を、アノード４に接近させる姿勢で配設されているが、コロナバー６のアノード４に対する傾斜の姿勢、およびアノード４に対するコロナバー６の傾斜の角度は、レーザ装置１の仕様等、諸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。

図３に示す如く、上述したレーザ装置１においては、放電空間Ｓを画成するアノード４に対して、クロスフローファン８が非平行と成る位置態様、すなわち、アノード４における長手方向の軸線ｏ−ｏに対して、クロスフローファン８における長手方向の軸線ｑ−ｑが所定の角度だけ傾斜した位置態様で配設されている。

上記構成のレーザ装置１において、アノード４における各点４ａ、４ｂ、４ｃから放出されて、矢印Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃの如く側方に進行した音響波は、クロスフローファン８における各点８ａ、８ｂ、８ｃで反射されたのち、矢印Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃの如く放電空間Ｓに戻ってくる。

このとき、上述の如くアノード４に対してクロスフローファン８が非平行に配設されていることから、アノード４の点４ａとクロスフローファン８の点８ａとの間隔Ｌａ、アノード４の点４ｂとクロスフローファン８の点８ｂとの間隔Ｌｂ、およびアノード４の点４ｃとクロスフローファン８の点８ｃとの間隔Ｌｃは、互いに全く異なった距離となることは言うまでもない。

このため、パルス状の主放電に伴って、アノード４の点４ａ、４ｂ、４ｃから同時に放出された音響波は、それぞれ異なったタイミングでクロスフローファン８の点８ａ、８ｂ、８ｃに到達することとなり、さらに上記点８ａ、８ｂ、８ｃで反射した音響波は、互いに相違する間隔Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを伝搬して、更にそれぞれ異なったタイミングで放電空間Ｓへ到達することとなる。

このように、上述した構成のレーザ装置１においては、上記アノード４の各部、言い換えれば放電空間Ｓの各部から同時に音響波が放出されても、傾斜配置されたクロスフローファン８で反射されることにより、放電空間Ｓへはタイミングがずれて戻るため、音響波のエネルギーが集中せずに分散することとなり、一時に音響波が集中することによる放電空間Ｓの大きな乱れが抑えられ、もってレーザ性能の低下を可及的に防止することが可能となる。因みに、図３において隣り合うファンブレードの間隔をＰとすると、放電空間Ｓに集中する音響波のエネルギーを減らすには、Ｌｃ−Ｌａ≧Ｐであることが望ましい。

以上の説明では、主電極のアノード４における長手方向の軸線ｏ−ｏに対して、コロナバー等の長尺部品を傾斜配置する構成を説明した。しかし、コロナバー、クロスフローファン、ラジエータ等の長尺部品の各長手方向軸線ｐ−ｐ、ｑ−ｑ等を傾斜させず、これらの軸線に対して主電極の長手方向軸線ｏ−ｏを傾斜配置させる構成によっても本発明を有効に実施できる。因みに、長手方向軸線ｏ−ｏの傾斜角度範囲は、主電極の幅以上、且つ上記幅の２倍以下、または隣り合うファンブレードの間隔の１／２〜２倍程度とすることが望ましい。さらに、クロスフローファン８を傾斜させることにより生じるレーザガスの流速特性の劣化を防止するために、主電極を傾斜させることが有効である。

なお、上記クロスフローファン８は、図３中における上方側の端部を、アノード４に接近させる姿勢で配設されているが、クロスフローファン８のアノード４に対する傾斜の姿勢、およびアノード４に対するクロスフローファン８の傾斜の角度は、レーザ装置１の仕様等、諸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、上述した実施例のレーザ装置１においては、放電空間Ｓに並設されている長尺部品であるコロナバー６とクロスフローファン８、ラジエータ、レーザチャンバ内壁とを、共に放電空間Ｓに対して傾斜させて配設しているが、上記コロナバー６およびクロスフローファン８、ラジエータ、レーザチャンバ内壁の何れか一方だけを、放電空間Ｓに対して傾斜配置した構成であっても、音響波の反射に起因するレーザ性能の低下を可及的に防止し得ることは勿論である。

さらに、上述した各実施例においては、放電空間に並行する長尺部品であるコロナバーおよびクロスフローファン、ラジエータ、レーザチャンバ内壁を、主電極に対して傾斜配置した例を示したが、上記コロナバーおよびクロスフローファン、ラジエータ、レーザチャンバ内壁以外の様々な長尺部品を、主電極に対して傾斜配置する構成によっても、本発明を有効に実施し得ることは言うまでもない。

また、長尺部品を傾斜させることに加えて、ダンパー(多孔体)を組み合わせると、音響波の低減に一層効果的であることは勿論である。

本発明に関わるレーザ装置の実施例を示す概念的な断面図。 図１に示したレーザ装置における主電極と予備電離電極との位置関係を示す概念的な平面図。 図１に示したレーザ装置における主電極とクロスフローファンとの位置関係を示す概念的な平面図。 従来のレーザ装置を示す概念的な断面図。 図４に示した従来のレーザ装置における主電極と予備電離電極との位置関係を示す概念的な平面図。

符号の説明

１…レーザ装置、
２…レーザチャンバ、
３…カソード(主電極)、
４…アノード(主電極)、
５…リターンプレート、
６…コロナバー(予備電離電極)、
６Ｂ…外部誘電体、
７…板状端子、
８…クロスフローファン、
８Ｆ…ファンブレード、
９…ラジエータ、
Ｓ…放電空間。

Claims (6)

1. 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、パルス繰り返し数が２KHz以上であるレーザ装置において、
   前記主電極に並行して延在する長尺部品を、該長尺部品における長手方向の軸線が前記主電極における長手方向の軸線に対して非平行と成る位置態様で設置したことを特徴とするレーザ装置。
2. 前記長尺部品の一端部と前記主電極の放電部の一端部との間の第１の距離と、前記長尺部品の他端部と前記主電極の放電部の他端部との間の第２の距離との差が、前記主電極の放電部の幅以上、且つ前記幅の２倍以下であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
3. 前記長尺部品は、前記主電極に並行して延在する予備電離電極であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
4. 前記長尺部品は、前記主電極に並行して延在するクロスフローファンであり、前記主電極の一端部と前記クロスフローファンの一端部との間の第１の距離と、前記主電極の他端部と前記クロスフローファンの他端部との間の第２の距離との差が、前記クロスフローファンにおいて隣り合うファンブレード同士の間隔の１／２以上、且つ前記間隔の２倍以下であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
5. 前記長尺部品は、前記主電極に並行して延在するラジエータであることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
6. 前記長尺部品は、前記主電極に並行して延在するレーザチャンバの内壁であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。

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