JP3190474B2 - Discharge pumped laser device - Google Patents

Discharge pumped laser device

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JP3190474B2
JP3190474B2 JP8936493A JP8936493A JP3190474B2 JP 3190474 B2 JP3190474 B2 JP 3190474B2 JP 8936493 A JP8936493 A JP 8936493A JP 8936493 A JP8936493 A JP 8936493A JP 3190474 B2 JP3190474 B2 JP 3190474B2
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laser device
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、放電励起レーザ装置に
係わり、特に材料加工、投影露光用等に用いる放電励起
レーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a discharge excitation laser device, and more particularly to a discharge excitation laser device used for material processing, projection exposure, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、放電励起型のレーザ装置はマーキ
ング、穴明け、アニーリング等の材料加工のほか、大規
模集積回路(LSI)の回路パターン製作のための光リ
ソグラフィー用光源として用いられている。ガスレーザ
の中でも特にエキシマレーザは強力な紫外光源であり、
その特性を生かして材料加工用として主に樹脂等の有機
材料へのマーキング、穴明け等に用いられている。また
光リソグラフィーには主に縮小投影法が使われ、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によって制限される。このた
め、光源の波長が可視領域から紫外領域へと次第に短波
長化している。従来、この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(436nm)やi線(3
65nm)が使用されてきた。しかしながら最小パター
ン線幅が64MBで要求される0.25μm以下となる
と、i線でも既に波長としてはそろそろ限界にきてい
る。この技術的限界を解決するものとして、深紫外(Dee
p Ultra Violet) 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、かつ高効率で媒質の組成によ
りKrF(248nm)、ArF(193nm)等の波
長で強い発振を得ることができる。ところが一方、この
深紫外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ている。このため、水銀ランプ
利用の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のでは
なく、レーザ共振器内に波長選択素子を配設して出力光
のスペクトル幅をレンズ材の色収差が無視できる程度迄
小さくすることでその困難を除去している。この方法で
自然発振の場合にスペクトル幅で数nmあった出力が数
pmまで細く狭帯域化できる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a discharge excitation type laser device has been used as a light source for photolithography for producing a circuit pattern of a large-scale integrated circuit (LSI), in addition to material processing such as marking, drilling, annealing and the like. . Excimer lasers are particularly powerful ultraviolet light sources among gas lasers.
Utilizing its characteristics, it is mainly used for marking and drilling of organic materials such as resins for material processing. The reduction projection method is mainly used for optical lithography, and the transmitted light of the original (reticle) pattern illuminated by the illumination light source is projected on the photosensitive material on the semiconductor substrate by the reduction projection optical system to form a circuit pattern. I do. The resolution of this projected image is limited by the wavelength of the light source used. For this reason, the wavelength of the light source is gradually shortened from the visible region to the ultraviolet region. Conventionally, g-line (436 nm) or i-line (3 nm) generated from a high-pressure mercury lamp has been used as a light source in the ultraviolet region.
65 nm) has been used. However, when the minimum pattern line width becomes 0.25 μm or less required for 64 MB, the wavelength of the i-line has already reached its limit. As a solution to this technical limitation, deep ultraviolet (Dee
p Ultra Violet) Laser light sources are promising. In particular, an excimer laser can obtain strong oscillation at a wavelength such as KrF (248 nm) or ArF (193 nm) depending on the composition of the medium with high output and high efficiency. On the other hand, in the deep ultraviolet region, glass and crystal materials constituting the reduction projection lens system are extremely restricted. For this reason, it is difficult to correct chromatic aberration used in a reduction projection lens system using a mercury lamp. Therefore, instead of correcting the chromatic aberration of the lens system, the difficulty is eliminated by disposing a wavelength selection element in the laser resonator and reducing the spectral width of the output light to such a degree that the chromatic aberration of the lens material can be ignored. I have. With this method, in the case of spontaneous oscillation, the output, which was several nm in spectral width, can be narrowed to several pm and narrowed.

【0003】従来のエキシマレーザ装置の一例(エキシ
マレーザの現状、昭和62年電気学会全国大会 頁S.
1−14)の構造を図に示す。放電回路は一般に自動
予備電離型の容量移行型回路が構造の簡便さから一般的
に使用される。充電器により蓄積用の1次コンデンサ1
01を所定電圧まで充電し、その後にサイラトロン10
2等のスイッチ素子の導通によって2次コンデンサ(ピ
ーキングコンデンサ)103への充電(電荷移行)が開
始される。この電荷移行時にその電が主電極104、
105の両側面に配置された並列接続の数十本の予備電
離電極106を通って予備電離放電を発生させる(自動
予備電離)。こうして発生した紫外光で放電空間を照
射し、主電極104、105間に主放電が発生し、レー
ザ媒質に反転分布が形成され、レーザ発振が生成され
る。ここで、レーザは主電極104、105間の放電方
向と直交する方向(紙面に垂直)に発振する。またレー
ザチャンバ107内には熱交換器108が、及びレーザ
媒質ガスを強制対流・冷却させるファン109が組み込
まれ、数十〜数百HZの繰り返し運転を可能としている。
An example of a conventional excimer laser device (the present state of excimer laser, 1987 National Institute of Electrical Engineers of Japan, page S.M.
FIG. 6 shows the structure of 1-14). As the discharge circuit, an automatic preionization type capacity transfer type circuit is generally used because of its simple structure. Primary capacitor 1 for storage by charger
01 to a predetermined voltage, and then the thyratron 10
The charging (charge transfer) of the secondary capacitor (peaking capacitor) 103 is started by the conduction of the switch element such as 2. Its current during the charge transfer main electrodes 104,
Pre-ionization discharge is generated through several tens of pre-ionization electrodes 106 connected in parallel on both sides of the pre-ionization 105 (automatic pre-ionization). The main discharge space is irradiated with the ultraviolet light thus generated, a main discharge is generated between the main electrodes 104 and 105 , a population inversion is formed in the laser medium, and laser oscillation is generated. Here, the laser is used to discharge between the main electrodes 104 and 105.
It oscillates in a direction perpendicular to the direction (perpendicular to the paper). Further, a heat exchanger 108 and a fan 109 for forcibly convection and cooling the laser medium gas are incorporated in the laser chamber 107 to enable a repetitive operation of several tens to several hundreds HZ.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】放電励起型のレーザ装
置は、産業用光源として広範囲に応用されている。しか
しながら産業への応用を行っていく場合、アノード側と
カソード側とでの電極104、105の消耗速度や消耗
の分布が異なり、放電電極の消耗と共にビーム形状が放
電方向で非対象に変化するという問題がある。加工用と
して使用する場合、この変化は横モードを変化させ、そ
の結果、ビームの集光性も変化する。また出力の変化も
引き起こし、実用上の問題となっている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Discharge excitation type laser devices are widely used as industrial light sources. However, in the case of application to industry, the consumption rate and the distribution of the consumption of the electrodes 104 and 105 on the anode side and the cathode side are different, and the beam shape changes asymmetrically in the discharge direction with the consumption of the discharge electrode. There's a problem. When used for processing, this change changes the transverse mode and consequently the beam focusing. It also causes a change in output, which is a practical problem.

【0005】また光リソグラフィー用の光源として使う
場合、出力光の幅の変化は狭帯域エキシマレーザの実用
化において以下のような問題を引き起こす。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良く知
られている。例えば、回折格子を使った場合、スペクト
ル幅を小さくするために高い次数の回折を用いている。
このため、動作点での角度分散が大きく、放電の幅で決
まるレーザビームの発散角がそのままスペクトル幅に影
響を及ぼす(特願平2−219603号)。即ち発散角
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。従って放電幅が変化して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し、露光の性能が劣化す
る。さらに、ビームのプロファイルの変化と共に照明ム
ラが発生するという問題点がある。
When used as a light source for photolithography, a change in the width of output light causes the following problems in the practical use of a narrow band excimer laser. 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 is used, higher order diffraction is used to reduce the spectrum width.
For this reason, the angular dispersion at the operating point is large, and the divergence angle of the laser beam determined by the width of the discharge directly affects the spectrum width (Japanese Patent Application No. 2-219603). 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, and the performance of exposure deteriorates. Further, there is a problem that illumination unevenness occurs with a change in the beam profile.

【0006】本発明は上記問題に鑑み、放電方向に平行
な方向に磁界を印加して放電方向に沿った方向でのビー
ム強度の均一化を図った放電励起レーザ装置の提供を目
的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a discharge excitation laser device in which a magnetic field is applied in a direction parallel to a discharge direction to make the beam intensity uniform in a direction along the discharge direction.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る放電励起レーザ装置の第1は、レーザ
を励起する放電を光軸と直交する方向に発生させる電極
を有する放電励起レーザ装置において、狭帯域化素子と
して角度分散特性を有する波長選択素子と、前記 両電極
の背面に互いに反対の磁極を対向させて背設され、電極
の放電方向に略平行な磁力線を持つ磁界を電極間の放電
領域に発生する永久磁石とを有し、光軸と直交する方向
での該永久磁石の幅は光軸と直交する方向での前記電極
の幅よりも広くしたことを特徴としている。
To achieve the above object, a first aspect of the present invention is a discharge excitation laser apparatus having an electrode for generating a discharge for exciting a laser in a direction orthogonal to an optical axis. in the device, a wavelength selecting element having angular dispersion characteristics as narrowing element, wherein both electrodes
And a permanent magnet that is disposed on the back of the device with the opposite magnetic poles facing each other and generates a magnetic field having lines of magnetic force substantially parallel to the discharge direction of the electrodes in a discharge region between the electrodes, and in a direction orthogonal to the optical axis. The width of the permanent magnet is wider than the width of the electrode in a direction perpendicular to the optical axis.

【0008】第2に、レーザを励起する放電を発生させ
る電極を有する放電励起レーザ装置において、電極の放
電方向に略平行な磁力線を持つ磁界を電極間の放電領域
に発生する手段を有すると共に、電極と放電回路のピー
キングコンデンサとの間を接続するアノード戻り電線及
びカソード電線を永久磁石材又は強磁性材で構成し、ア
ノード戻り電線及びカソード電線により磁路を形成した
ことを特徴としている。
Second, in a discharge excitation laser device having an electrode for generating a discharge for exciting a laser, there is provided means for generating a magnetic field having lines of magnetic force substantially parallel to the discharge direction of the electrode in a discharge region between the electrodes. The anode return wire and the cathode wire connecting between the electrode and the peaking capacitor of the discharge circuit are made of permanent magnet material or ferromagnetic material, and the magnetic path is formed by the anode return wire and the cathode wire. Features.

【0009】[0009]

【作用及び効果】上記第1構成によれば、次のような作
用効果を奏する。前記段落番号〔0002〕では要約す
れば、「光源の波長を短波長化し、高出力化し、高効率
化し、かつ強い発振を得るにはレーザ共振器内に波長選
択素子を配設すること」、即ち波長選択素子の長所を述
べている。ところが一方、前記段落番号〔0005〕で
は要約すれば、「狭帯域化に用いる波長選択素子は角度
分散特性を持つので、動作点での角度分散が放電幅で決
まる放電励起レーザ装置では、レーザビームの発散角が
スペクトル幅に影響を及ぼす」との波長選択素子の短所
も提起している。これに対し、上記第1構成の放電励起
レーザ装置でも上記長短を有する波長選択素子を有す
る。ところが上記第1構成では波長選択素子の長所を活
かしつつ、短所を抑制するための「光軸と直交する方向
に放電を発生させる電極の放電方向に略平行な磁力線を
持つ磁界を電極間の放電領域に発生する永久磁石」を併
せ有する。即ちこの永久磁石によって放電方向に沿った
方向でのビーム強度の均一化を図り、これにより波長選
択素子の利点を活かしつつ、欠点である光軸と直交する
方向の放電幅の変動を抑制し、もってビームダイバージ
ェンスの変動を抑制してスペクトル幅の変動を抑制した
ものである。さらに、両電極の背面に互いに反対の磁極
を対向させて永久磁石を背設し、光軸と直交する方向で
該永久磁石の幅を電極の幅よりも広くしたので、磁極
幅方向端部の磁力線の広がりの影響を小さくして電極
広がりの少ない磁力線を有する均一で平行な磁界中に
置くことができ、従って放電領域の荷電粒子は磁力線に
沿って略真っ直ぐに移動するから放電幅の広がり即ち変
動が確実に、かつ精度良く抑制され、ビーム形状の安定
性をより向上でき、スペクトル幅の変動をさらに抑制で
きる。
According to the first configuration, the following functions and effects can be obtained. The paragraph number [0002] summarizes, "To shorten the wavelength of the light source, increase the output, increase the efficiency, and obtain a strong oscillation, to arrange a wavelength selection element in the laser resonator", That is, the advantage of the wavelength selection element is described. On the other hand, the paragraph [0005] summarizes, "Because the wavelength selection element used for narrowing the band has an angular dispersion characteristic, the discharge excitation laser device in which the angular dispersion at the operating point is determined by the discharge width is a laser beam. The divergence angle has an effect on the spectrum width. " On the other hand, the discharge excitation laser device of the first configuration also has the wavelength selecting element having the above-described length. However, in the above-described first configuration, the " direction orthogonal to the optical axis " is used to suppress the disadvantages while utilizing the advantages of the wavelength selection element.
And a permanent magnet that generates a magnetic field having magnetic lines of force substantially parallel to the discharge direction of the electrodes in the discharge region between the electrodes. In other words, the beam intensity is made uniform in the direction along the discharge direction by the permanent magnet , thereby making the most of the advantage of the wavelength selection element and orthogonal to the optical axis, which is a defect.
The variation of the discharge width in the direction is suppressed, and the variation of the beam divergence is suppressed, thereby suppressing the variation of the spectrum width. In addition, the opposite poles on the back of both electrodes
And the width of the permanent magnet in the direction perpendicular to the optical axis is made larger than the width of the electrode.
The influence of the spread of the magnetic field lines at the width direction ends can be reduced, and the electrode can be placed in a uniform and parallel magnetic field having a magnetic field line with a small spread , so that the charged particles in the discharge region are not affected by the magnetic field lines
The discharge width spreads or changes because it moves almost straight along
The movement is reliably and accurately suppressed, the stability of the beam shape can be further improved, and the fluctuation of the spectrum width can be further suppressed.

【0010】上記第2構成によれば、次のような作用効
果を奏する。第構成は、電極の放電方向に略平行な磁
力線を持つ磁界を電極間の放電領域に発生する手段を有
すると共に電極と放電回路のピーキングコンデンサとの
間を接続するアノード戻り電線及びカソード電線を永久
磁石材又は強磁性材で構成している。このためアノード
戻り電線及びカソード電線が漏れ磁束の少ない磁路を形
成することとなる。従って磁界を発生する手段による電
極間の放電領域での磁界強度が強められ、ビームの安定
性が向上する。さらに第2構成は、磁路端部のギャップ
長が短くなるように磁路が形成されるので、電極間に形
成されている磁界の強度がさらに強められ、ビームの安
定性がさらに向上する。
According to the second configuration, the following operation and effect can be obtained. The third configuration, the anode return wire for connecting the <br/> the peaking capacitor electrode and the discharge circuit and having a means for generating a magnetic field with substantially parallel field lines in the discharge direction of the electrode in the discharge region between the electrodes And the cathode wire is made of a permanent magnet material or a ferromagnetic material. For this reason, the anode return wire and the cathode wire form a magnetic path with little leakage flux. Therefore, the intensity of the magnetic field in the discharge region between the electrodes by the means for generating the magnetic field is increased, and the beam stability is improved. Further, in the second configuration, since the magnetic path is formed so that the gap length at the end of the magnetic path is reduced, the intensity of the magnetic field formed between the electrodes is further increased, and the stability of the beam is further improved.

【0011】[0011]

【実施例】以下に、本発明の実施例を図1〜図を参照
し説明する。図1は本発明の基本構成を表す第1実施例
の電極部の拡大概略図である。図1において、図示しな
いレーザチャンバ内には、電極1、2が配設され、カソ
ード電極1は絶縁材3に取着され、アノード電極2は電
極1に対向して配設される。またカソード電極1はカソ
ード電線4により高電圧回路に接続され、アノード電極
2はアノード戻り電線5により接地(アース)される。
電極1、2は永久磁石であり、互いに異なった磁極で対
向する。ここでは、カソード電極1N極、アノード
電極2S極と対向させている。尚、N極、S極の方
向は互いに逆でも同等の効果が得られる(この効果は以
下も同様であるので記載はしない)。磁石は、アルミニ
ウム、ニッケル、コバルトを主成分とするアルニコ磁
石、フェライト磁石、マンガンアルミ磁石、サマリウム
コバルト磁石、ネオジウム鉄ボロン磁石等を使用でき
る。この磁石はレーザガスや放電時の活性イオンやスパ
ッタリングに曝されるので耐食性を向上させるため、表
面にニッケル、金等の耐食材料でコーティング(メッ
キ、イオンプレーティング等)するのが良い。尚、図中
において、実線は磁力線Mを、点線は電気力線Pを示
す。その他の構成は図示しないが、従来のレーザ装置と
同様である。電極1、2間の放電方向及び磁界方向に直
交する方向(紙面に略垂直方向)に、レーザ光軸を有す
る。
THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the present invention with reference to FIGS. 1 to 5 will be described. FIG. 1 is an enlarged schematic view of an electrode portion of a first embodiment showing a basic configuration of the present invention . In FIG. 1, electrodes 1 and 2 are provided in a laser chamber (not shown), a cathode electrode 1 is attached to an insulating material 3, and an anode electrode 2 is provided to face the electrode 1. The cathode electrode 1 is connected to a high voltage circuit by a cathode wire 4, and the anode electrode 2 is grounded by an anode return wire 5.
The electrodes 1 and 2 are permanent magnets and face each other with different magnetic poles. Here, the N pole of the cathode electrode 1, that have to face the S pole of the anode electrode 2. The same effect can be obtained even if the directions of the N pole and the S pole are opposite to each other. As the magnet, an alnico magnet containing aluminum, nickel, or cobalt as a main component, a ferrite magnet, a manganese aluminum magnet, a samarium cobalt magnet, a neodymium iron boron magnet, or the like can be used. Since this magnet is exposed to a laser gas, active ions at the time of discharge, or sputtering, the surface is preferably coated (plated, ion-plated, etc.) with a corrosion-resistant material such as nickel or gold to improve corrosion resistance. In the drawing, the solid line indicates the magnetic force line M, and the dotted line indicates the electric force line P. Although other configurations are not shown, they are the same as those of the conventional laser device. Directly in the direction of discharge between the electrodes 1 and 2 and the direction of the magnetic field
Has a laser optical axis in the intersecting direction (perpendicular to the paper)
You.

【0012】上記第1実施例での放電の動作と特徴とを
説明する。放電によって生成される荷電粒子(イオン、
電子)は電極1、2間に印加された電界によるクーロ
ン力により電気力線Pに沿って移動しながらレーザ活性
を持つ励起領域を形成し、レーザの励起を行う。従来は
電気力線Pのみが荷電粒子を拘束していたため、電気力
線Pの電束密度分布(電気力線Pの混み具合)が大きい
部分では励起する放電電流密度が高く、レーザガスの利
得も高い。従って電極1、2の消耗による電極形状の変
化等が起き、これにより電気力線Pの変化が引き起こさ
れるような場合は放電方向の電束密度分布が変化を起こ
した。即ち電気力線Pの変化がそのまま荷電粒子の移動
経路の変化を引き起こし、放電領域の変化、即ちレーザ
ビーム形状の変化を引き起こしていた。
The operation and characteristics of the discharge in the first embodiment will be described. Charged particles (ions,
The electron (electron) moves along the line of electric force P due to the Coulomb force due to the electric field E applied between the electrodes 1 and 2, forms an excitation region having laser activity, and excites the laser. Conventionally, since only the electric flux lines P restrain the charged particles, the discharge current density to be excited is high in the portion where the electric flux density distribution of the electric flux lines P (congestion of the electric flux lines P) is large, and the gain of the laser gas is also high. high. Accordingly, when the electrodes 1 and 2 are worn out, the electrode shape changes, and the like, causing a change in the line of electric force P. Thus, the electric flux density distribution in the discharge direction changes. That is, the change in the electric force line P directly causes the change in the movement path of the charged particles, and the change in the discharge region, that is, the change in the laser beam shape.

【0013】この変化を抑制するために本第1実施例で
は上述の通り、電界に平行させて磁界を印加させる
構造としている。一般に電界と磁界との中に存在す
る荷電粒子にはローレンツ力が作用する。理想的には電
の方向と磁界の方向とが直線で、かつ平行で一致
している場合には、速度Vで移動する荷電粒子(電荷
q)には力として磁界に垂直な面内で円運動を行いな
がら電界の方向に移動し、その軌跡は螺旋状になる
(いわゆるサイクロトロン運動)。図2は一様な磁界
中の電子a及びイオンbの螺旋運動を示し、図2(a)
は側面図を、図2(b)は平面図を示す。尚、rc は回
転半径(rceは電子aの回転半径、rciはイオンbの回
転半径)を示す。この場合、荷電粒子は磁力線Mに拘束
され、拡散による放電の拡がりは抑制される。
In order to suppress this change, the first embodiment has a structure in which the magnetic field B is applied in parallel with the electric field E as described above. Generally, the Lorentz force acts on charged particles existing in the electric field E and the magnetic field B. Ideally, when the direction of the electric field E coincides with the direction of the magnetic field B in a straight line and in parallel, the charged particle (charge q) moving at the velocity V has a plane perpendicular to the magnetic field B as a force. Moves in the direction of the electric field E while performing a circular motion in the inside, and its trajectory becomes spiral (so-called cyclotron motion). FIG. 2 shows a uniform magnetic field B
FIG. 2A shows a spiral motion of electrons a and ions b in FIG.
2 shows a side view, and FIG. 2B shows a plan view. Note that rc indicates a radius of rotation (rce is the radius of rotation of the electron a, and rci is the radius of rotation of the ion b). In this case, the charged particles are constrained by the lines of magnetic force M, and the spread of discharge due to diffusion is suppressed.

【0014】今、仮に電気力線Pの方向が電極1、2の
消耗等で変化し、外側に凸状に変化した場合を考える
と、これらは等価的に外向きの電界Ex 成分発生させ
。この場合、サイクロトロン運動の螺旋半径が運動方
向と電界方向との関係により増減し、図3に示すよう
に、E×B方向にドリフトする(いわゆる、E×Bドリ
フト)。図3では、一様な磁界(磁束密度B)と、そ
れに垂直な一様な電界とが存在する場合、サイクロト
ロン運動を行っている荷電粒子は、その旋回運動の過程
において、半周期毎にqなる電界による加速と減
とを受け、その度毎に速度vi の増減と、それに伴
う旋回半径rc の増減とが起こる。この結果、荷電粒子
は電荷の符号に関係なく、ベクトル積E×Bの方向に移
動運動する。従って電界方向と垂直方向に荷電粒子が
移動するため、この場合も電気力線Pの拡がりによる放
電の拡がりを抑制できる。
[0014] Now, if changes in the depletion or the like of the direction of the lines of electric force P is the electrode 1, 2, considering a case in which changes to convex outward, which are equivalently generate an electric field Ex components outward
You . In this case, the spiral radius of the cyclotron motion increases or decreases depending on the relationship between the motion direction and the electric field direction, and drifts in the E × B direction (so-called E × B drift) as shown in FIG. In FIG. 3, when there is a uniform magnetic field B (magnetic flux density B) and a uniform electric field E perpendicular thereto, the charged particles performing cyclotron motion change every half cycle in the process of the swirling motion. to undergo an acceleration force and deceleration forces due to q E becomes electric field E, the increase or decrease of the velocity vi for respective time, and occurs decrease of the turning radius rc with it. As a result, the charged particles move in the direction of the vector product E × B regardless of the sign of the charge. Therefore, since the charged particles move in the direction perpendicular to the direction of the electric field E, the spread of the discharge due to the spread of the lines of electric force P can also be suppressed in this case.

【0015】図4は第2実施例の電極部の拡大概略図で
ある。図4において、電極21、22はアルミ、亜鉛、
クロム、銅、金又は白金等の常磁性金属、これらの合金
又は導電性セラミックスであり、対向形成し、かつこれ
ら電極21、22に永久磁石23、24を背設してあ
る。電極21、22間の放電方向と直交する方向に光軸
を有し、光軸と直交する方向の永久磁石23、24の幅
は、光軸と直交する方向の電極21、22の幅よりも広
くしてある。カソード電極21に背設の永久磁石23は
絶縁材3に取着されている。カソード電極21はカソー
ド電線4により高電圧回路に接続され、アノード電極2
2はアノード戻り電線5により接地(アース)されてい
る。永久磁石23、24は電極21、22を隔てて互い
に異なった磁極で対向している。ここでは、永久磁石2
3はカソード電極21側をN極とし、永久磁石24はア
ノード電極22側をS極としている。
FIG. 4 is an enlarged schematic view of the electrode portion of the second embodiment. In FIG. 4, electrodes 21 and 22 are made of aluminum, zinc,
It is a paramagnetic metal such as chromium, copper, gold or platinum, an alloy thereof, or a conductive ceramic, is formed to face each other, and has permanent magnets 23, 24 on the electrodes 21, 22. Optical axis in a direction orthogonal to the discharge direction between electrodes 21 and 22
And the width of the permanent magnets 23 and 24 in a direction orthogonal to the optical axis.
Is wider than the width of the electrodes 21 and 22 in the direction orthogonal to the optical axis.
Comb. The permanent magnet 23 provided on the back of the cathode electrode 21 is attached to the insulating material 3. The cathode electrode 21 is connected to a high voltage circuit by the cathode wire 4 and the anode electrode 2
2 is grounded (earthed) by an anode return wire 5. The permanent magnets 23 and 24 face each other with different magnetic poles across the electrodes 21 and 22. Here, the permanent magnet 2
Numeral 3 indicates that the cathode electrode 21 has an N pole and the permanent magnet 24 has an anode electrode 22 which has an S pole.

【0016】上記第2実施例の作用効果を説明する。こ
の場合の作用も前記第1実施例と同じであるが第1実施
例に比べると、電極21、22を永久磁石23、24と
は別の材料で構成したため、電極21、22及び磁石2
3、24の耐久性を向上させることができる。また電極
21、22が常磁性体であるから、その存在が磁界分布
にはほとんど影響を与えない。このため電極21、22
の消耗による電極形状の変化が磁界分布に影響を与え難
い。また本第実施例では図示するように、磁極(永久
磁石23、24)の幅を常磁性体電極21、22の幅よ
りも広くしてあるため、磁極の幅方向端部の磁力線広が
りの影響を小さくでき、放電電極部は広がりの小さい磁
力線を有する均一で平行な磁界中に置くことができるの
で、上記第2実施例よりもさらにビーム形状の安定性が
良くなる。また、両電極21、22の背面に互いに反対
の磁極を対向させて永久磁石23,24を背設したの
で、磁石の幅方向中央部の磁力線が略直線的に対向磁極
へ向かうから、荷電粒子は磁力線に沿って略真っ直ぐに
移動し、放電幅の広がりを確実に、かつ精度良く抑制で
きる。
The operation and effect of the second embodiment will be described. The operation in this case is the same as that of the first embodiment, but compared to the first embodiment, the electrodes 21 and 22 are made of a different material from the permanent magnets 23 and 24, so that the electrodes 21 and 22 and the magnet 2
The durability of 3, 24 can be improved. Further, since the electrodes 21 and 22 are paramagnetic substances, their presence hardly affects the magnetic field distribution. Therefore, the electrodes 21 and 22
The change in the electrode shape due to the exhaustion of the magnetic field hardly affects the magnetic field distribution. As also illustrated in this second embodiment, the magnetic pole (permanent
Since the width of the magnets 23 and 24) is wider than the width of the paramagnetic electrodes 21 and 22 , the width of the magnetic force at the width direction end of the magnetic pole is increased.
And the discharge electrode part has a small spread magnetic field.
Since it can be placed in a uniform and parallel magnetic field having a line of force, the beam shape is more stable than in the second embodiment. Opposite to each other on the back surfaces of the electrodes 21 and 22
The permanent magnets 23 and 24 were installed with their magnetic poles facing each other.
The magnetic force line at the center in the width direction of the magnet is substantially linear
The charged particles are almost straight along the lines of magnetic force
Moving, and the spread of the discharge width is reliably and accurately suppressed.
Wear.

【0017】図5は第3実施例の電極部の拡大概略図で
ある。図5において、電極31、32はニッケル、コバ
ルト又は鉄等の強磁性金属又はこれらの合金の強磁性金
属であり、対向形成し、かつこれらの電極31、32に
永久磁石33、34を背設してある。電極31、32間
の放電方向と直交する方向に光軸を有し、図示のように
光軸と直交する方向の永久磁石33、34の幅は、光軸
と直交する方向の電極31、32の幅よりも広くしてあ
る。カソード電極31に背設の永久磁石33は絶縁材3
に取着されている。カソード電極31への放電電流が流
れるカソード電線35は磁石材又は強磁性材であり、一
方、アノード電極32へのアノード戻り電線36も同様
に磁石材又は強磁性材であり、放電励起用のピーキング
コンデンサ37に接続されている。また永久磁石33、
34は電極31、32を隔てて互いに異なった磁極で対
向している。ここでは、永久磁石33はカソード電極3
1側をN極とし、永久磁石34はアノード電極32側を
S極としている。
FIG. 5 is an enlarged schematic view of the electrode portion of the third embodiment. In FIG. 5, electrodes 31 and 32 are made of a ferromagnetic metal such as nickel, cobalt or iron or a ferromagnetic metal of an alloy thereof, are formed to face each other, and permanent magnets 33 and 34 are provided behind these electrodes 31 and 32. I have. Between electrodes 31 and 32
Has an optical axis in a direction orthogonal to the discharge direction of
The width of the permanent magnets 33 and 34 in the direction perpendicular to the optical axis is
Wider than the width of the electrodes 31 and 32 in the direction orthogonal to
You. The permanent magnet 33 provided behind the cathode electrode 31 is made of an insulating material 3
It is attached to. The cathode wire 35 through which the discharge current flows to the cathode electrode 31 is a magnet material or a ferromagnetic material, while the anode return wire 36 to the anode electrode 32 is also a magnet material or a ferromagnetic material. It is connected to a capacitor 37. Also, the permanent magnet 33,
Numeral 34 faces the electrodes 31 and 32 with different magnetic poles. Here, the permanent magnet 33 is the cathode electrode 3
One side is an N pole, and the permanent magnet 34 is an S pole on the anode electrode 32 side.

【0018】上記第3実施例の作用効果を説明する。こ
の場合、カソード電線35及びアノード戻り電線36が
磁路を形成するため、漏れ磁束が減少し、しかもこれら
のカソード電線35及びアノード戻り電線36により磁
路端部のギャップ長が短くなるように磁路を形成してい
るので、電極31、32間の放電領域に形成される磁界
の強度がさらに強められ、また磁界の乱れが小さくな
り、ビームの安定性がさらに向上する。
The operation and effect of the third embodiment will be described. In this case, since the cathode wire 35 and the anode return wire 36 form a magnetic path, the leakage magnetic flux is reduced, and the cathode wire 35 and the anode return wire 36 reduce the magnetic field so that the gap length at the end of the magnetic path is shortened. Since the path is formed, the intensity of the magnetic field formed in the discharge region between the electrodes 31 and 32 is further increased, the disturbance of the magnetic field is reduced, and the beam stability is further improved.

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

【図1】第1実施例の電極部の拡大概略図である。FIG. 1 is an enlarged schematic view of an electrode section of a first embodiment.

【図2】実施例に用いる一様な磁界中の電子及びイオン
の螺旋運動の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a spiral motion of electrons and ions in a uniform magnetic field used in the embodiment.

【図3】実施例に用いる一様な磁界中の電子及びイオン
のE×Bドリフト移動の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of E × B drift movement of electrons and ions in a uniform magnetic field used in the embodiment.

【図4】第2実施例の電極部の拡大概略図である。FIG. 4 is an enlarged schematic view of an electrode section of a second embodiment.

【図5】第3実施例の電極部の拡大概略図である。FIG. 5 is an enlarged schematic view of an electrode section of a third embodiment.

【図6】従来の放電励起レーザ装置の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a conventional discharge excitation laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、11、12、21、22、31、32、41、
42:電極、3:絶縁材、4、35:カソード電線:
5、36:アノード戻り電線、13、14、23、2
4、33、34:永久磁石、44:コイル、51、5
2:電磁石体。
1, 2, 11, 12, 21, 22, 31, 32, 41,
42: electrode, 3: insulating material, 4, 35: cathode wire:
5, 36: anode return wire, 13, 14, 23, 2
4, 33, 34: permanent magnet, 44: coil, 51, 5
2: Electromagnet body.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/0979 H01S 3/104,3/134 H01S 3/22 - 3/227 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/0979 H01S 3 / 104,3 / 134 H01S 3/22-3/227

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザを励起する放電を光軸と直交する
方向に発生させる電極を有する放電励起レーザ装置にお
いて、狭帯域化素子として角度分散特性を有する波長選
択素子と、前記両電極の背面に互いに反対の磁極を対向
させて背設され、電極の放電方向に略平行な磁力線を持
つ磁界を電極間の放電領域に発生する永久磁石とを有
し、光軸と直交する方向での該永久磁石の幅は光軸と直
交する方向での前記電極の幅よりも広くしたことを特徴
とする放電励起レーザ装置。
1. A discharge which excites a laser is orthogonal to an optical axis.
In a discharge excitation laser device having an electrode generated in a direction, a wavelength selection element having an angular dispersion characteristic as a band narrowing element, and opposite magnetic poles are opposed to the back surfaces of the two electrodes.
And a permanent magnet that generates a magnetic field having lines of magnetic force substantially parallel to the discharge direction of the electrodes in the discharge region between the electrodes, and the width of the permanent magnet in a direction orthogonal to the optical axis is the optical axis. A width of the electrode in a direction orthogonal to the width direction of the discharge excitation laser device.
【請求項2】 レーザを励起する放電を発生させる電極
を有する放電励起レーザ装置において、電極の放電方向
に略平行な磁力線を持つ磁界を電極間の放電領域に発生
する手段を有すると共に、電極と放電回路のピーキング
コンデンサとの間を接続するアノード戻り電線及びカソ
ード電線を永久磁石材又は強磁性材で構成し、アノード
戻り電線及びカソード電線により磁路を形成したことを
特徴とする放電励起レーザ装置。
2. A discharge excitation laser device having an electrode for generating a discharge for exciting a laser, comprising: means for generating a magnetic field having lines of magnetic force substantially parallel to a discharge direction of the electrode in a discharge region between the electrodes; A discharge excitation laser device comprising an anode return wire and a cathode wire connected to a peaking capacitor of a discharge circuit made of a permanent magnet material or a ferromagnetic material, and a magnetic path formed by the anode return wire and the cathode wire. .
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