JP3126722B2 - Laser device - Google Patents

Laser device

Info

Publication number
JP3126722B2
JP3126722B2 JP21960390A JP21960390A JP3126722B2 JP 3126722 B2 JP3126722 B2 JP 3126722B2 JP 21960390 A JP21960390 A JP 21960390A JP 21960390 A JP21960390 A JP 21960390A JP 3126722 B2 JP3126722 B2 JP 3126722B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
laser
electric field
width
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP21960390A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04101475A (en
Inventor
計 溝口
仙聡 伊藤
芳穂 天田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP21960390A priority Critical patent/JP3126722B2/en
Publication of JPH04101475A publication Critical patent/JPH04101475A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3126722B2 publication Critical patent/JP3126722B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、材料加工、投影露光用等の光源に用いる放
電励起型のレーザ装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a discharge excitation type laser device used as a light source for material processing, projection exposure, and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

放電励起型のレーザ装置はマーキング、切断、溶接な
どの材料加工に用いられるほか大規模集積回8(LSI)
の回路パターンの製作のため光リソグラフィ用光源とし
て用いられる。
The discharge excitation type laser device is used for material processing such as marking, cutting, welding, etc. In addition, large-scale integration 8 (LSI)
It is used as a light source for optical lithography for the production of the circuit pattern.

材料加工用としてはCO2、エキシマレーザなどが用い
られる。また光リソグラフィには主に縮小投影法が使わ
れており、この縮小投影法では照明光源により照らされ
た原画(レチクル)パターンの透過光を縮小投影光学系
により半導体基板上の光感光性物質に投影して回路パタ
ーンを形成する。この投影像の分解能は用いられる光源
の波長で制限される。そこで、分解能を向上させるため
光源の波長は可視領域から紫外領域へと近年次第に短波
長化してきている。従来、紫外領域の光源として高圧水
銀ランプから発生するg線(波長463nm)、i線(波長3
65nm)が使用されていた。しかし最小パターンの線幅が
64MBで要求される0.25μm以下となると、i線ですでに
短波長化としてはそろそろ限界に来ている。この技術的
限界を解決するものとして深紫外(Deep Ultra Viole
t;以下Deep−UVという)レーザ光源が有望視されてい
る。特にエキシマレーザは高出力、高効率であり、媒質
ガスの組成によりKrF(波長246nm)、ArF(波長193nm)
などの短波長で強い発振を得ることができる。上記Deep
−UV領域では縮小投影レンズ系を構成するガラス、結晶
材料が非常に制約されるため水銀ランプを用いた縮小投
影レンズ系で用いられてきた色収差補正が困難となる。
そこで、レンズ系を色収差補正する替りにレーザ共振器
内にエタロン等の波長選択素子を配設し、出力光のスペ
クトル幅をレンズ材の色収差が無視できる程度まで小さ
くすることにしている。この方法で自然発振の場合にス
ペクトル幅で数nmあった出力を数pmまで細く狭帯域化す
ることができる。
For material processing, CO 2 , excimer laser, or the like is used. In optical lithography, a reduction projection method is mainly used. In this reduction projection method, transmitted light of an original (reticle) pattern illuminated by an illumination light source is transmitted to a photosensitive material on a semiconductor substrate by a reduction projection optical system. Projection forms a circuit pattern. The resolution of this projected image is limited by the wavelength of the light source used. Therefore, in order to improve the resolution, the wavelength of the light source has been gradually shortened from the visible region to the ultraviolet region in recent years. Conventionally, g-line (wavelength 463 nm) and i-line (wavelength 3) generated from a high-pressure mercury lamp as a light source in the ultraviolet region.
65 nm) was used. But the line width of the smallest pattern is
When the size is less than 0.25 μm, which is required for 64 MB, the wavelength of the i-line has already reached the limit for shortening the wavelength. To overcome this technical limitation, Deep Ultra Viole
t; hereafter referred to as Deep-UV). Excimer lasers in particular have high output and high efficiency, and KrF (wavelength 246 nm) and ArF (wavelength 193 nm) depend on the composition of the medium gas.
For example, strong oscillation can be obtained at short wavelengths. Deep above
-In the UV region, the glass and crystal materials constituting the reduction projection lens system are very limited, so that it is difficult to correct the chromatic aberration used in the reduction projection lens system using a mercury lamp.
Therefore, instead of correcting the lens system for chromatic aberration, a wavelength selection element such as an etalon is provided in the laser resonator, and the spectral width of the output light is reduced to such an extent that the chromatic aberration of the lens material can be ignored. With this method, the output which was several nm in the spectral width in the case of natural oscillation can be narrowed to several pm and narrowed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

こうした狭帯域エキシマレーザは放電励起型のレーザ
装置であり、第8図に示すようにレーザチャンバ1内に
KrF等のレーザガスを満たして、このレーザガスをレー
ザチャンバ1の長手方向に沿って上下に配設された電極
6、7によって放電、励起してレーザ発振を行う。図面
において破線で囲まれた部分11は放電励起領域である。
放電に伴い電極6、7の対向面6a、7aが消耗し、放電幅
WAが変化する。それとともに出力レーザ光4のビーム幅
が変化する。これはビーム幅の安定化という点で問題と
なる。なお、同図において同図(b)は同図(a)のC
−C断面図、同図(c)は同図(a)の縦断面図であ
る。加工用として使用する場合、このレーザのビーム幅
の変化は横モードを劣化させ、ビームの集光性を変化さ
せたり、出力の変化を引き起こし、実用上問題となる。
特に光リソグラフィ用の光源として使う場合にはこのビ
ーム幅の変化は狭帯域エキシマレーザの実用化上以下の
ような不都合を招来する。
Such a narrow band excimer laser is a discharge excitation type laser device, and as shown in FIG.
A laser gas such as KrF is filled, and this laser gas is discharged and excited by electrodes 6 and 7 disposed vertically along the longitudinal direction of the laser chamber 1 to perform laser oscillation. In the drawing, a portion 11 surrounded by a broken line is a discharge excitation region.
The opposite surfaces 6a and 7a of the electrodes 6 and 7 are consumed by the discharge, and the discharge width is reduced.
WA changes. At the same time, the beam width of the output laser light 4 changes. This poses a problem in terms of stabilizing the beam width. In the same figure, the same figure (b) corresponds to the C of the same figure (a).
FIG. 3C is a longitudinal sectional view of FIG. When used for processing, this change in the beam width of the laser degrades the transverse mode, changes the beam condensing property, and causes a change in output, which poses a practical problem.
In particular, when used as a light source for optical lithography, this change in beam width causes the following inconveniences in practical use of a narrow-band excimer laser.

すなわち、狭帯域化に用いる波長選択素子は角度分散
特性を持つことはよく知られている。たとえば波長選択
素子として回折格子(グレーティング)を使った場合は
スペクトル幅を小さくするため高い次数の回折を用いる
ため、動作点での角度分散が大きくレーザの発散角がそ
のままスペクトル幅に影響を及ぼす。すなわち発散角が
大きいとスペクトル幅も広がってしまうという性質を持
つ。したがって放電幅が変化し、利得領域が変化した場
合レーザ光のビームダイバージェンスが変化するために
スペクトル幅も大きく変化する。この変動を回避するた
めに従来アパーチュア8(第8図(a))を配設し、利
得幅の安定化を図るようにしていた。しかし、従来使用
されていたいわゆるChang型電極等では電極消耗時に出
力を増加する際に不可避的に放電幅が大きく増加するた
めアパーチュア8による利得制限は出力の制御を困難と
していた。
That is, it is well known that a wavelength selection element used for narrowing a band has an angular dispersion characteristic. For example, when a diffraction grating (grating) is used as a wavelength selection element, high-order diffraction is used to reduce the spectrum width, so that the angular dispersion at the operating point is large and the divergence angle of the laser directly affects the spectrum width. That is, when the divergence angle is large, the spectrum width is widened. Therefore, when the discharge width changes and the gain region changes, the beam divergence of the laser light changes, so that the spectrum width also changes greatly. In order to avoid this fluctuation, a conventional aperture 8 (FIG. 8A) is provided to stabilize the gain width. However, in the conventionally used so-called Chang type electrode or the like, when the output is increased when the electrode is consumed, the discharge width inevitably increases greatly, so that the gain limitation by the aperture 8 makes it difficult to control the output.

ここで放電幅が広がるメカニズムについて説明する。
なお、以下、図面は電極は第8図(b)のC−C断面で
表すものとする。放電現象を説明する巨視的現象論とし
てはタウンゼント理論が知られており、放電現象を理解
する上で有用である。この理論によればエキシマレーザ
に用いられるハロゲンガスを含む気体は負性ガスと呼ば
れ、ハロゲンの大きな電子親和力により放電中の電子の
衝突電離(電離係数:α)で生成された電子を捕捉し
(電子付着係数:η)、見掛上の電離係数(α−η)を
小さくし、放電を集中させやすくしている。これらの各
係数と電界強度Eの関係を第9図に示す。なおPは規格
化のための定数である。
Here, a mechanism for increasing the discharge width will be described.
Hereinafter, in the drawings, the electrodes are represented by the CC section of FIG. 8 (b). Townsend theory is known as a macroscopic phenomenology for explaining the discharge phenomenon, and is useful for understanding the discharge phenomenon. According to this theory, a gas containing a halogen gas used in an excimer laser is called a negative gas, and captures electrons generated by impact ionization (ionization coefficient: α) of electrons during discharge due to a large electron affinity of halogen. (Electron attachment coefficient: η) and apparent ionization coefficient (α-η) are reduced to facilitate concentration of discharge. FIG. 9 shows the relationship between these coefficients and the electric field strength E. P is a constant for normalization.

第9図から明らかなように電離係数αは電界強度Eに
強く依存して、電子付着係数ηはほとんど電界強度Eに
依存しないため見掛上の電離係数(α−η)はある電界
強度E以上で急激に大きくなり、電界強度Eに大きく依
存する。すなわち、電極の表面上の電界強度分布に応じ
て放電を駆動するパラメータ(α−η)が変化するため
放電幅が電極表面での電界強度分布の影響を大きく受け
る。このため、放電幅を確保するためには放電励起型の
レーザ装置の電極形状として電極幅方向に均一となる電
界強度領域を大きくとれる形状にする必要がある。従来
は理想的な条件における電界計算の解析解をもとにChan
g、変形Chang型電極などの形状が採用されてきた。
As apparent from FIG. 9, the ionization coefficient α strongly depends on the electric field strength E, and the electron attachment coefficient η hardly depends on the electric field strength E. Therefore, the apparent ionization coefficient (α−η) has a certain electric field strength E As described above, the value rapidly increases and greatly depends on the electric field intensity E. That is, since the parameter (α-η) for driving the discharge changes according to the electric field intensity distribution on the electrode surface, the discharge width is greatly affected by the electric field intensity distribution on the electrode surface. For this reason, in order to secure a discharge width, it is necessary to make the electrode shape of the discharge excitation type laser device such that the electric field intensity region that is uniform in the electrode width direction can be large. Conventionally, based on the analytical solution of electric field calculation under ideal conditions, Chan
g, modified Chang type electrodes and other shapes have been adopted.

ここで第10図(a)にChang型電極の場合の電界計算
の電位分布を示す。同図(a)においてL1…は等電位線
である。図から負電圧電位にあるカソード(上側電極)
6とアノード(下側電極)7の間の電位分布はアノード
7の載った金属板と、電流の戻し配線10および絶縁部材
9により大きく曲げられていることがわかる。すなわ
ち、実際の構成ではこうした配線や絶縁のため電界は理
想的にChang型電界からずれていることがわかる。
Here, FIG. 10 (a) shows the potential distribution of the electric field calculation in the case of the Chang type electrode. In FIG. 1A, L1... Are equipotential lines. From the figure, the cathode at the negative voltage potential (upper electrode)
It can be seen that the potential distribution between the anode 6 and the anode (lower electrode) 7 is largely bent by the metal plate on which the anode 7 is mounted, the current return wiring 10 and the insulating member 9. That is, it is understood that the electric field ideally deviates from the Chang type electric field due to such wiring and insulation in the actual configuration.

第10図(b)にカソード電極6近傍の等電界強度線L2
…を、同図(c)にカソード電極6の表面に沿った電界
強度分布を示す。同図(b)から明らかに電極6の表面
の電界強度は、電極中心点Aから1/3程度右方向に離間
した領域では等電界強度線との交わりが少なくこの領域
内で均一電界の部分が形成されているのがわかる。同図
(c)のラインL3に示すように電極中心点(A点)から
電極右端点(B点)に行くにしたがって電界強度は最初
非常に緩やかに上昇し、端点に近づくにつれて急激に上
昇する様子がわかる。また同図(d)にアノード電極7
近傍の等電界強度線L4…を示し、同図(e)にアノード
電極表面に沿った電界強度の変化を示す。中心点の電界
強度をE0とする。これら図に示すように電極中心点(A
点)から最初の約4mmの区間では電界強度が均一であ
り、その後電極の右端点(B点)に行くにつれて緩やか
に弱くなり12mmほど離れた後急激に弱くなる様子がわか
る(ラインL4、L5参照)。これは前述のカソード6の場
合とは逆の傾向になっている。放電は電極中央部で発生
しているが、放電の幅を制限している要因は中央部で電
界強度が大きくなっているアノード7側であると考えら
れる。
FIG. 10 (b) shows the isoelectric field intensity line L2 near the cathode electrode 6.
And (c) shows the electric field intensity distribution along the surface of the cathode electrode 6. The electric field strength on the surface of the electrode 6 clearly shows that the electric field intensity on the surface of the electrode 6 is less than one-third of the distance from the electrode center point A to the right, and there is little intersection with the uniform electric field intensity line. It can be seen that is formed. As shown by the line L3 in FIG. 3C, the electric field intensity first rises very slowly from the center point of the electrode (point A) to the right end point (point B) of the electrode, and rapidly rises toward the end point. You can see the situation. Also, FIG.
In the vicinity, there are shown equal electric field strength lines L4, and FIG. 7E shows a change in electric field strength along the anode electrode surface. The electric field strength at the center point is E 0 . As shown in these figures, the electrode center point (A
It can be seen that the electric field intensity is uniform in the first section of about 4 mm from (point), and then gradually weakens toward the right end point (point B) of the electrode, and then rapidly weakens after leaving about 12 mm (lines L4, L5). reference). This has a tendency opposite to that of the cathode 6 described above. Although the discharge occurs at the center of the electrode, it is considered that the factor limiting the width of the discharge is on the anode 7 side where the electric field intensity is large at the center.

放電を開始してから1×108ショット後に消耗した電
極中央部における電極の形状を測定し、この形状測定デ
ータを用いて消耗した電極中央部における電界強度分布
をシミュレーション解析の手法により計算した。このシ
ミュレーション結果を横軸を電極中心点Aからの右方向
離間距離、縦軸を中心点Aの電界強度E0に対する電界強
度Eの変化率ΔE/E0として第11図に示す。同図(a)は
カソード6を、同図(b)はアノード7を示す。白丸印
は放電開始前を、黒丸印は1×108ショット後を示して
いる。これら図からも明らかなように1×108ショット
後では消耗が進行してスタート時よりも中央部分におい
て均一電界部分が広がっている。この均一電界部分の幅
は観測されたビーム幅とほぼ対応している。これは強電
界である均一電界部分に電流が集中し消耗が進み、結果
的に広い均一電界部分が形成されたものと考えられる。
このように従来の電極ではレーザ装置の運転が開始され
ると時間の経過とともに電極が消耗して、均一電界部分
が拡大されこれに応じて出力レーザ光のビーム幅が変動
してしまうことになる。これは放電幅が電極の幅よりも
小さいことに起因している。
The shape of the electrode at the central part of the depleted electrode was measured 1 × 10 8 shots after the start of discharge, and the electric field intensity distribution at the central part of the depleted electrode was calculated by a simulation analysis technique using the shape measurement data. The simulation results are shown in FIG. 11 with the horizontal axis representing the rightward distance from the electrode center point A and the vertical axis representing the rate of change ΔE / E 0 of the electric field intensity E with respect to the electric field intensity E 0 at the central point A. FIG. 2A shows the cathode 6, and FIG. 1B shows the anode 7. The white circles indicate before the start of discharge, and the black circles indicate after 1 × 10 8 shots. As is clear from these figures, after 1 × 10 8 shots, the wear has progressed, and the uniform electric field portion has spread in the central portion from the start. The width of this uniform electric field portion substantially corresponds to the observed beam width. This is considered to be due to the fact that the current was concentrated on the uniform electric field portion, which is a strong electric field, and the wear proceeded, and as a result, a wide uniform electric field portion was formed.
As described above, in the conventional electrode, when the operation of the laser device is started, the electrode is worn over time, the uniform electric field portion is expanded, and the beam width of the output laser light is changed accordingly. . This is because the discharge width is smaller than the width of the electrode.

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、
電極消耗によるビーム幅の変動を少なくすることができ
るレーザ装置を提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of such circumstances,
It is an object of the present invention to provide a laser device capable of reducing a change in a beam width due to electrode consumption.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

そこで本発明では、レーザチャンバの長手方向に沿っ
て上下に対向して配設された2つの電極間で放電を行
い、前記レーザチャンバ内のレーザガスを励起してレー
ザ光を発生させるレーザ装置において、前記2つの電極
のうち接地電位の電極の幅が長径の長さと一致し、かつ
前記接地電位の電極の前記レーザチャンバの長手方向に
垂直な断面における鉛直中心軸が短径軸と一致するよう
に前記断面の外郭ラインのうち前記他方の電極に対向す
る外郭ラインを楕円状に形成するようにしている。
Therefore, in the present invention, in a laser device that discharges between two electrodes disposed vertically facing each other along the longitudinal direction of the laser chamber and excites a laser gas in the laser chamber to generate laser light, The width of the ground potential electrode of the two electrodes coincides with the length of the major axis, and the vertical center axis of the ground potential electrode in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the laser chamber coincides with the minor axis. Outer contour lines of the cross section facing the other electrode are formed in an elliptical shape.

〔作用〕[Action]

すなわち、かかる構成によれば放電幅が電極幅の大き
さで規定される一定幅となる。このため出力レーザ光の
ビーム幅が一定となり、レーザ装置が安定して運転され
る。
That is, according to such a configuration, the discharge width becomes a constant width defined by the size of the electrode width. Therefore, the beam width of the output laser light becomes constant, and the laser device operates stably.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明に係るレーザ装置の実施
例について説明する。実施例ではレーザ装置として狭帯
域発振エキシマレーザを想定している。実施例装置は先
に第8図に示したものと基本的には同一構成のものであ
り、電極6、7の替りに後述する電極12、13を用いてい
る。レーザチャンバ1内にはKrF等のレーザガスが満た
されていて、このレーザガスをレーザチャンバ1の長手
方向に沿って上下に配設された電極12(カソード電
極)、電極13(アノード電極)によって放電、励起して
レーザ発振を行う。レーザ光はレーザチャンバ1とフロ
ントミラー2と波長選択素子であるグレーティング5と
で構成された光共振器で共振され、フロントミラー2か
ら有効なレーザ光4として出力される。グレーティング
5は発振光を狭帯域化するとともにリアミラーとして機
能するものであり、いわゆるリトロー配置をとってい
る。図面において破線で囲まれた部分11は放電励起領域
であり、8はアパーチュア、9は絶縁部材、10はアノー
ド電流戻り配線である。WAは放電幅を示す。電極13はレ
ーザチャンバ1の長手方向に垂直な断面、つまり横断面
の外郭ラインのうち、電極12に対向するラインを楕円状
にしたことを特徴としている。電極12、13の横断面は左
右対称であり、したがってレーザ装置運転中の電位分布
は横断面中心軸に関して左右対称である。そこで電極1
2、13の右側部分のみを代表させて電位分布を第1図に
示す。
Hereinafter, embodiments of the laser device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment, a narrow-band oscillation excimer laser is assumed as the laser device. The device of this embodiment has basically the same configuration as that shown in FIG. 8, and uses electrodes 12 and 13 described later instead of the electrodes 6 and 7. The laser chamber 1 is filled with a laser gas such as KrF, and the laser gas is discharged by an electrode 12 (cathode electrode) and an electrode 13 (anode electrode) arranged vertically along the longitudinal direction of the laser chamber 1. Excitation causes laser oscillation. The laser light is resonated by an optical resonator composed of a laser chamber 1, a front mirror 2, and a grating 5 as a wavelength selection element, and is output from the front mirror 2 as an effective laser light 4. The grating 5 narrows the oscillation light band and functions as a rear mirror, and has a so-called Littrow arrangement. In the drawing, a portion 11 surrounded by a broken line is a discharge excitation region, 8 is an aperture, 9 is an insulating member, and 10 is an anode current return wiring. WA indicates a discharge width. The electrode 13 is characterized in that a line facing the electrode 12 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the laser chamber 1, that is, an outer line of a cross section, is made elliptical. The cross sections of the electrodes 12, 13 are symmetrical left and right, and thus the potential distribution during operation of the laser device is symmetrical with respect to the center axis of the cross section. So electrode 1
FIG. 1 shows the potential distribution as representative of only the right portions of 2 and 13.

同図において上側は半径13mmの円弧状の対向面12aを
持つカソード電極12であり、下側は電極幅が8mmで、対
向面13aが上述するように楕円状に形成されたアノード
電極13である。この実施例ではアノード電極13の横幅は
楕円の長径の長さと一致し、かつ断面中心軸が楕円の短
径軸と一致するように形成されている。これらカソード
電極12とアノード電極13の電極間隔は25mmであるものと
する。すなわち、電極の幅は電極間隔以下となってい
る。
In the figure, the upper side is a cathode electrode 12 having an arc-shaped opposing surface 12a having a radius of 13 mm, and the lower side is an anode electrode 13 having an electrode width of 8 mm and an opposing surface 13a formed in an elliptical shape as described above. . In this embodiment, the anode electrode 13 is formed such that the lateral width thereof matches the length of the major axis of the ellipse, and the central axis of the cross section matches the minor axis of the ellipse. The electrode interval between the cathode electrode 12 and the anode electrode 13 is 25 mm. That is, the width of the electrode is smaller than the electrode interval.

同図(a)はアノード電極13の対向面13aの楕円の短
長径比(r=短径/長径)がr=1の場合、つまり対向
面13aが円弧の場合のシミュレーション解析結果であ
る。また同図(b)は短長径比r=2の場合、同図
(c)は短長径比r=4の場合のシミュレーション解析
結果である。なお、以下第5図までの図面において
(a),(b)および(c)はそれぞれ短長径比r=
1、2および4の各場合をそれぞれ示すものとする。全
体の等電位線の傾向は第10図(a)に示す従来のものと
似ているが、アノード13近傍の等電位線が棒状の電極に
より押し上げられ電極上端部分(中心軸部分)での電位
傾度が大きくなっている。この様子はアノード13付近を
拡大した第2図でよくわかる。
FIG. 3A shows a simulation analysis result when the minor / major axis ratio (r = minor axis / major axis) of the ellipse of the opposing surface 13a of the anode electrode 13 is r = 1, that is, when the opposing surface 13a is an arc. FIG. 4B shows a simulation analysis result when the minor axis ratio r = 2, and FIG. 7C shows a simulation analysis result when the minor axis ratio r = 4. In the drawings up to FIG. 5, (a), (b) and (c) respectively show the minor axis ratio r =
Cases 1, 2, and 4 are shown respectively. The tendency of the entire equipotential line is similar to the conventional one shown in FIG. 10 (a), but the equipotential line near the anode 13 is pushed up by the rod-shaped electrode and the electric potential at the upper end portion (central axis portion) of the electrode is increased. The slope is increasing. This situation can be clearly seen in FIG.

また第3図は電界強度分布図を、第4図はアノード電
極13近傍の電界強度分布の詳細を、第5図は電極13表面
における電界強度Eの変化の様子をそれぞれ示す。これ
ら図から明らかに(a)の真円の場合には電極上端部分
(中心部分)で電界強度が大きく右端に行くに従い急激
に弱くなって尖った分布になっている。(b)の楕円
(短長径比1:2)の場合には上端部でやや窪みを持ち平
坦な均一電界強度幅が約6mmの電界分布になっている。
さらに上端部の電界強度の絶対値をみると(a)、
(b)、(c)の順で強く、楕円形状が偏平になるにし
たがって中央の電界強度は小さくなり、均一電界強度領
域の肩の部分の電界が逆に強くなるのがわかる。
FIG. 3 shows an electric field intensity distribution diagram, FIG. 4 shows details of the electric field intensity distribution near the anode electrode 13, and FIG. 5 shows how the electric field intensity E changes on the surface of the electrode 13. As is apparent from these figures, in the case of the perfect circle of (a), the electric field intensity is large at the upper end portion (center portion) of the electrode and becomes weaker and sharper toward the right end, and has a sharp distribution. In the case of the ellipse (short-major axis ratio of 1: 2) in (b), the electric field distribution has a flat uniform electric field intensity width of about 6 mm with a slight depression at the upper end.
Looking further at the absolute value of the electric field strength at the upper end (a),
It can be seen that the strength is stronger in the order of (b) and (c), and as the elliptical shape becomes flatter, the electric field intensity at the center becomes smaller, and the electric field at the shoulder portion of the uniform electric field intensity region becomes stronger on the contrary.

今、仮にレーザ装置の運転を開始すべくオペレータが
操作スイッチをオン側に投入して、(b)の楕円(短長
径比1:2)の状態から放電が始まったものとする。電界
がかなり均一で、放電はほぼ電極13の楕円部分13a全面
にわたり広がっているため電極13の消耗は電極楕円部分
13a全面にわたり同時に進行する。第5図(b)からわ
かるように中央の電界の強い部分に局所的に放電電流が
より多く流れるためこの部分がより早く消耗する。やが
て(c)の状態に近づき中心点A付近の電界が弱くなり
消耗が少なくなる。今度は中央周辺部Dの電界が強ま
り、電界の強いこの周辺部Dに放電電流がより多く流
れ、より早く消耗する。こうして再び(b)の状態に戻
る。こうして(b)、(c)の間のある安定な形状に放
電部形状が落ち着くこととなる。こうした一種の負のフ
ィードバック機構による自己形状維持機構が働くため均
一電界の領域を一定に維持しつつ放電幅WAを変化させる
ことなく長期間安定に運転させることが可能となる。以
上のことはシミュレーション結果より明らかになった。
Now, it is assumed that the operator turns on the operation switch to start the operation of the laser apparatus, and discharge starts from the state of the ellipse (minor-major axis ratio 1: 2) shown in FIG. The electric field is fairly uniform, and the discharge spreads over almost the entire elliptical portion 13a of the electrode 13.
13a Progress simultaneously over the entire surface. As can be seen from FIG. 5 (b), more discharge current locally flows to the central portion where the electric field is strong, so that this portion is consumed more quickly. Eventually, the state approaches (c), the electric field near the center point A becomes weak, and wear is reduced. This time, the electric field in the central peripheral portion D is strengthened, and more discharge current flows in the peripheral portion D where the electric field is strong, and the peripheral portion D is consumed more quickly. Thus, the state returns to the state of FIG. In this way, the shape of the discharge portion is settled in a certain stable shape between (b) and (c). Since the self-shape maintaining mechanism by such a kind of negative feedback mechanism operates, it is possible to stably operate for a long period of time without changing the discharge width WA while maintaining a uniform electric field region. The above was clarified from the simulation results.

一方、実験的には短長径比rが小さいと電界強度Eが
電極中心点A近傍で強く、中央部周辺に行くに従い急激
に弱くなるため放電は中央の狭い領域に集まる。一方、
短長径比rを増やし過ぎると中央周辺部での電界強度E
が増加し、放電は電極の周辺部分に集中しやすくなる。
すなわち短長径比rには放電が局所的に集中しないある
最適値が存在する。実けの場合には短長径比r=2とし
たときに電極13の対向面13aのほぼ全域において電界強
度が一定となり、電極幅の長さとほぼ同じ長さの放電幅
WAを得ることができた。このように最適な短長径比で電
極13の対向面13aが形成されて、レーザ運転が行われる
と、放電はほぼ電極楕円部分13a全面にわたり広がり消
耗は電極楕円部分13a全面にわたり同時に進行する。た
とえ局所的に電界の強い部分があったとしてもそこに放
電電流がより多く流れ、そこがより早く消耗する。やが
てその部分の電界が弱くなり消耗が少なくなる一種の負
のフィードバック機構が働く。このため長期間均一電界
領域が一定となり放電幅が変化しない安定した運転を行
うことが可能となった。こうした実験結果は上記シミュ
レーション結果とほぼよい一致を示している。
On the other hand, experimentally, when the minor axis ratio r is small, the electric field intensity E is strong near the center point A of the electrode and rapidly decreases toward the periphery of the central portion, so that the discharge concentrates in a narrow central region. on the other hand,
If the ratio of the minor axis to the major axis r is excessively increased, the electric field intensity E at the central peripheral portion is increased.
And discharge tends to concentrate on the peripheral portion of the electrode.
That is, there is a certain optimum value of the minor axis ratio r in which the discharge is not locally concentrated. In the actual case, when the ratio of minor axis to major axis is r = 2, the electric field intensity becomes constant over almost the entire area of the opposing surface 13a of the electrode 13, and the discharge width is almost the same as the electrode width.
WA was able to be obtained. As described above, when the opposing surface 13a of the electrode 13 is formed with an optimum ratio of the minor axis to the major axis, and the laser operation is performed, the discharge spreads over almost the entire elliptic portion 13a, and the wear proceeds simultaneously over the entire elliptic portion 13a. Even if there is a locally strong electric field, more discharge current flows there, and it is consumed faster. Eventually, a kind of negative feedback mechanism that weakens the electric field in that part and reduces wear is activated. For this reason, the uniform electric field region is kept constant for a long time, and stable operation without changing the discharge width can be performed. These experimental results show a good agreement with the above simulation results.

この実施例では短長径比r=2で電極楕円部分13a全
面において一定の電界強度を得て、電極幅と同じ大きさ
の放電幅WAを得るようにしたが、この最適値の値は全体
の電極の幅、電極間間隔、幾何学的な配置、絶縁部の誘
電率、放電媒質ガスの性質で変化するため、状況に応じ
て最適値を求める必要がある。
In this embodiment, a constant electric field intensity is obtained over the entire surface of the elliptical electrode portion 13a at the minor axis ratio r = 2, and a discharge width WA equal to the electrode width is obtained. Since it varies depending on the width of the electrode, the distance between the electrodes, the geometrical arrangement, the dielectric constant of the insulating portion, and the properties of the discharge medium gas, it is necessary to find an optimum value according to the situation.

実施例では片側のアノード電極13のみについて電極幅
と同じ大きさの放電幅WAを得るようにしたが、第6図に
示すように両側の電極12′、13′について電極幅と同じ
大きさの放電幅WAを得る実施も可能であり、実施例と同
等の効果が得られる。
In the embodiment, the discharge width WA having the same size as the electrode width is obtained only on one side of the anode electrode 13, but as shown in FIG. 6, the electrodes 12 'and 13' on both sides have the same size as the electrode width. It is also possible to obtain the discharge width WA, and the same effect as that of the embodiment can be obtained.

実施例では対向面を楕円形状としているが本発明はこ
れに限定されることなく、楕円形状以外であっても対向
面上における電界強度分布が均一にできればよい。一例
として第7図(a)の電極14のように対向面14aが円弧
と直線を組み合わせたものであってもよく、また同図
(b)の電極15のように、対向面15aが楕円と直線を組
み合わせたものであってもよい。さらには対向面をスム
ーズな関数系の曲線で形成するようにしてもよい。これ
らの場合には直線と直線、または曲線と直線が接続する
部分でそれらをスムーズにつなげば電界集中が起こり難
くなり、沿面放電や不要放電の発生を防止することがで
きる。
In the embodiment, the opposing surface has an elliptical shape, but the present invention is not limited to this, and it is sufficient that the electric field intensity distribution on the opposing surface can be uniform even if the opposing surface is not elliptical. As an example, the opposing surface 14a may be a combination of a circular arc and a straight line as in the electrode 14 in FIG. 7 (a), and the opposing surface 15a may be an ellipse as in the electrode 15 in FIG. 7 (b). A combination of straight lines may be used. Further, the facing surface may be formed by a curve of a smooth functional system. In these cases, if the straight lines and the straight lines or the curved lines and the straight lines are connected smoothly, electric field concentration is unlikely to occur, and it is possible to prevent creeping discharge and unnecessary discharge.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば放電励起型のレー
ザ装置を長期間にわたり放電幅を変化させることなく安
定して運転することが可能となる。したがって材料加工
に本レーザ装置を使用すれば、長期にわたり安定で、ビ
ーム幅、横モードの変化のない安定な材料加工が可能で
あり、実用上きわめて有用である。また本レーザ装置の
共振器内部あるいはその一部に波長選択素子を用いるこ
とでスペクトル幅の変動が極めて小さい狭帯域発振レー
ザを実現することができ、従来レーザリソグラフィの課
題となっていた発振スペクトル幅の長期間安定化を可能
とし実用上極めて有用である。
As described above, according to the present invention, it becomes possible to stably operate a discharge excitation type laser device without changing the discharge width over a long period of time. Therefore, if the present laser device is used for material processing, stable material processing without change in beam width and transverse mode can be performed for a long period of time, which is extremely useful in practical use. Also, by using a wavelength selection element inside or part of the cavity of this laser device, a narrow-band oscillation laser with extremely small fluctuation of the spectrum width can be realized. For a long period of time and is extremely useful in practice.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係るレーザ装置の実施例装置で使用さ
れる電極の近辺における等電位線の分布の様子を示す
図、第2図は第1図に示すアノード電極近傍の等電位線
の分布の様子を示す図、第3図は実施例装置の電界強度
の分布の様子を示す図、第4図は第3図に示すアノード
電極近傍の電界強度の分布の様子を示す図、第5図は第
4図に示すアノード電極の対向面における電界強度の変
化の様子を示す図、第6図および第7図は他の実施例に
おける電極の形状を示す図、第8図は従来のレーザ装置
の全体構成を示す図、第9図はエキシマレーザガス放電
中の電離係数、付着係数、見掛けの電離係数の電界強度
依存性を示すグラフ、第10図(a)、(b)、(c)、
(d)および(e)はそれぞれ従来技術における電極を
用いた場合の両電極近傍の電位分布、カソード電極近傍
における電界強度分布、カソード電極の対向面における
電界強度の変化、アノード電極近傍における電界強度分
布、アノード電極の対向面における電界強度の変化を示
す図、第11図は従来技術の電極を用いた場合のレーザ運
転前後における電極表面の電界強度の変化率を示すグラ
フである。 1……レーザチャンバ、2……フロントミラー、4……
レーザ光、5……グレーティング、12……カソード電
極、13……アノード電極。
FIG. 1 is a diagram showing the distribution of equipotential lines near the electrodes used in the embodiment of the laser device according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the equipotential lines near the anode electrode shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the distribution of electric field intensity, FIG. 3 is a diagram showing the distribution of electric field intensity in the device of the embodiment, FIG. 4 is a diagram showing the distribution of electric field intensity near the anode electrode shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a state of a change in electric field intensity on the surface facing the anode electrode shown in FIG. 4, FIG. 6 and FIG. 7 are diagrams showing the shape of the electrode in another embodiment, and FIG. FIG. 9 is a diagram showing the overall configuration of the apparatus, and FIG. 9 is a graph showing the electric field intensity dependence of the ionization coefficient, adhesion coefficient, and apparent ionization coefficient during excimer laser gas discharge, and FIGS. 10 (a), (b), and (c). ,
(D) and (e) respectively show the potential distribution near both electrodes, the electric field intensity distribution near the cathode electrode, the change in electric field intensity at the surface facing the cathode electrode, and the electric field intensity near the anode electrode when the electrodes according to the prior art are used. FIG. 11 is a graph showing the distribution and the change in the electric field strength on the surface facing the anode electrode, and FIG. 11 is a graph showing the rate of change in the electric field strength on the electrode surface before and after the laser operation when the conventional electrode is used. 1 ... laser chamber, 2 ... front mirror, 4 ...
Laser light, 5 ... Grating, 12 ... Cathode, 13 ... Anode.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−229870(JP,A) 特開 昭64−84676(JP,A) 特開 平2−192188(JP,A) 特開 昭64−20680(JP,A) 特開 平1−302786(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/03 - 3/038 Continuation of the front page (56) References JP-A-63-229870 (JP, A) JP-A-64-84676 (JP, A) JP-A-2-192188 (JP, A) JP-A-64-20680 (JP) , A) JP-A-1-302786 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 3/03-3/038

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザチャンバの長手方向に沿って上下に
対向して配設された2つの電極間で放電を行い、前記レ
ーザチャンバ内のレーザガスを励起してレーザ光を発生
させるレーザ装置において、前記2つの電極のうち接地
電位の電極の幅が長径の長さと一致し、かつ前記接地電
位の電極の前記レーザチャンバの長手方向に垂直な断面
における鉛直中心軸が短径軸と一致するように前記断面
の外郭ラインのうち前記他方の電極に対向する外郭ライ
ンを楕円状に形成したことを特徴とするレーザ装置。
1. A laser device for generating a laser beam by discharging between two electrodes disposed vertically opposed along a longitudinal direction of a laser chamber to excite a laser gas in the laser chamber. The width of the ground potential electrode of the two electrodes coincides with the length of the major axis, and the vertical center axis of the ground potential electrode in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the laser chamber coincides with the minor axis. A laser device, wherein a contour line facing the other electrode of the contour lines of the cross section is formed in an elliptical shape.
【請求項2】前記楕円の長径の長さと短径の長さの比を
1から4の範囲にしたものである請求項1記載のレーザ
装置。
2. The laser device according to claim 1, wherein the ratio of the major axis length to the minor axis length of the ellipse is in the range of 1 to 4.
【請求項3】レーザチャンバの長手方向に沿って上下に
対向して配設された2つの電極間で放電を行い、前記レ
ーザチャンバ内のレーザガスを励起してレーザ光を発生
させるレーザ装置において、前記2つの電極のうち接地
電位の電極のみについて、当該接地電位の電極の幅を放
電幅と略一致させ、当該放電幅と略一致された前記接地
電位の電極の幅を前記2つの電極間の距離以下にしたこ
とを特徴とするレーザ装置。
3. A laser device which discharges between two electrodes disposed vertically opposed along a longitudinal direction of a laser chamber to excite a laser gas in the laser chamber to generate laser light, For only the ground potential electrode of the two electrodes, the width of the ground potential electrode is substantially equal to the discharge width, and the width of the ground potential electrode substantially matched to the discharge width is set between the two electrodes. A laser device characterized by being shorter than the distance.
JP21960390A 1990-08-21 1990-08-21 Laser device Expired - Lifetime JP3126722B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21960390A JP3126722B2 (en) 1990-08-21 1990-08-21 Laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21960390A JP3126722B2 (en) 1990-08-21 1990-08-21 Laser device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04101475A JPH04101475A (en) 1992-04-02
JP3126722B2 true JP3126722B2 (en) 2001-01-22

Family

ID=16738121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21960390A Expired - Lifetime JP3126722B2 (en) 1990-08-21 1990-08-21 Laser device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3126722B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06112554A (en) * 1992-09-28 1994-04-22 Komatsu Ltd Laser device
JP4845094B2 (en) * 2005-10-04 2011-12-28 株式会社小松製作所 Discharge excitation type pulse oscillation gas laser device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04101475A (en) 1992-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5535233A (en) Laser device
US5982800A (en) Narrow band excimer laser
US6839373B1 (en) Ultra-narrow band flourine laser apparatus
US6678291B2 (en) Molecular fluorine laser
JP2631607B2 (en) Laser device
US5313486A (en) Discharge excitation pulsed laser oscillation device
JP3296430B2 (en) ArF excimer laser device for exposure
JP3126722B2 (en) Laser device
US20130223468A1 (en) Excimer laser device
JP2926191B2 (en) Laser device
JP3219197B2 (en) Laser device
US6570901B2 (en) Excimer or molecular fluorine laser having lengthened electrodes
TWI807814B (en) Deep ultraviolet (duv) light sources and related discharge chambers and anodes, methods of operating discharge chambers, and electrodes for use in a laser source
JPH06112554A (en) Laser device
US4524306A (en) Extra-high pressure mercury discharge lamp
JP2004179599A (en) Discharge-pumped gas laser device
JPH0567822A (en) Gas laser oscillator
JPH04775A (en) Gas laser apparatus and manufacture thereof
JPH09307158A (en) Gas laser oscillator
JP4818763B2 (en) Preionization electrode for gas laser
JPH03231480A (en) Gas laser apparatus
JP2005183427A (en) Discharge electrode and laser oscillator
JP2002043658A (en) Discharge pumping gas laser
EP0577870A1 (en) Discharge excitation pulsed laser oscillation device
JP2010003792A (en) Excimer laser device

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102

Year of fee payment: 10