JP3219197B2 - Laser device - Google Patents

Laser device

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JP3219197B2
JP3219197B2 JP21960290A JP21960290A JP3219197B2 JP 3219197 B2 JP3219197 B2 JP 3219197B2 JP 21960290 A JP21960290 A JP 21960290A JP 21960290 A JP21960290 A JP 21960290A JP 3219197 B2 JP3219197 B2 JP 3219197B2
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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路(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。
Discharge excitation type laser devices are used for material processing such as marking, cutting, welding, etc. In addition to large scale integrated circuits (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ため、分解能を向上させるための光
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365
nm)が使用されていた。しかし最小パターンの線幅が64
MB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 Violet;
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。こうした狭帯域化の技術としては、一対の
反射膜を平行に配置したファブリペロ−エタロンを一個
または複数個共振器内に配置することによる方法、ある
いは全反射鏡としての回折格子(グレーティング)によ
り狭帯域化を図る技術がある。しかし前者のエタロンに
よる方法はエタロンを複数個使い、重ね合わせることで
比較的容易に狭帯域化することができるものの、反射膜
間の光強度が非常に強くなるために高出力化する場合に
反射膜の耐久性、損失によるドリフトなどが問題とな
る。一方後者の回折格子による方法は回折格子面におけ
る単一反射で波長選択ができるために光強度はエタロン
による方法よりも弱く、したがって反射面の負荷が小さ
く、反射回数も一回だけなので反射面における損失も少
なく高出力化に適している。そこでこうした利点を活か
して光リソグラフィ用の光源として回折格子を用いた狭
帯域エキシマレーザ装置が使用されている。
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. Since the resolution of the projected image is limited by the wavelength of the light source used, the wavelength of the light source for improving the resolution has been gradually shortened from the visible region to the ultraviolet region in recent years. Conventionally, g-rays (wavelength: 463 nm) and i-rays (wavelength: 365 nm) generated from a high-pressure mercury lamp as a light source in the ultraviolet region.
nm) was used. But the minimum pattern line width is 64
When it is less than 0.25 μm, which is required for MB, i-line has already reached its limit for shortening the wavelength. As a solution to this technical limitation, Deep Ultra Violet;
A laser light source (hereinafter referred to as Deep-UV) is promising.
In particular, excimer lasers have high output and high efficiency, and can obtain strong oscillation at short wavelengths such as KrF (wavelength 246 nm) and ArF (wavelength 193 nm) depending on the composition of the medium gas. Deep-UV above
In the region, the glass and crystal material constituting the reduction projection lens system are extremely restricted, so that it becomes difficult to correct the chromatic aberration used in the reduction projection lens system using a mercury lamp. Therefore, instead of correcting the chromatic aberration of the lens system, 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. Techniques for narrowing the band include a method in which one or a plurality of Fabry-Perot etalons in which a pair of reflecting films are arranged in parallel are arranged in a resonator, or a method using a diffraction grating (grating) as a total reflection mirror. There is a technology to achieve this. However, the former method using an etalon can narrow the band relatively easily by using a plurality of etalons and superimposing them. Problems such as durability of the film and drift due to loss occur. On the other hand, in the latter method using the diffraction grating, the light intensity is weaker than the method using the etalon because the wavelength can be selected by a single reflection on the diffraction grating surface, so the load on the reflection surface is small, and the number of reflections is only one, so Suitable for high output with low loss. Therefore, a narrow band excimer laser device using a diffraction grating is used as a light source for optical lithography taking advantage of these advantages.

〔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5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において以下
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 changes. This poses a problem in terms of stabilizing the beam width. In the same figure, the same figure (b) corresponds to C-
FIG. 3C is a vertical cross-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 the beam width causes the following inconveniences in practical use of a narrow band excimer laser.

すなわち、前述するように狭帯域化を図るために波長
選択素子として回折格子(グレーティング5;第5図
(a))が使用されるが、回折格子ではスペクトル幅を
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5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、従来利用されていたいわ
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, as described above, a diffraction grating (grating 5; FIG. 5 (a)) is used as a wavelength selection element in order to narrow the band. Since it is used, 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, the conventional aperture 8 (FIG. 5A) is provided to stabilize the gain width. However, in the so-called Chang-type electrode and the like conventionally used, 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。
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6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.
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 the apparent ionization coefficient (α-η) are reduced to facilitate discharge concentration. Each of these coefficients and the electric field strength E
Is shown in FIG. P is a constant for normalization.

第6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電界強度
領域を大きくとる必要がある。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Chang、変形Chang型電極
などの形状が採用されてきた。
As apparent from FIG. 6, 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. Therefore, in order to secure the discharge width, it is necessary to increase the uniform electric field intensity region in the electrode width direction as the electrode shape of the discharge excitation type laser device. Conventionally, shapes such as Chang and modified Chang type electrodes have been adopted based on analytical solutions of electric field calculations under ideal conditions.

ここで第7図(a)に変形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。図から負高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、電流の戻り配線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
理想的なChang型電界からずれていることがわかる。
Here, FIG. 7 (a) shows the potential distribution of the electric field calculation in the case of the modified Chang type electrode. In FIG. 1A, L1... Are equipotential lines. From the figure, the potential distribution between the cathode (upper electrode) 6 and the anode (lower electrode) 7 at the negative high voltage potential is largely bent by the metal plate on which the anode 7 is mounted, the current return wiring 10 and the insulating member 9. You can see that there is. That is, in the actual configuration, the electric field is shifted from the ideal Chang-type electric field due to such wiring and insulation.

第7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
強度の変化の様子を示す。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電
界強度が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)
に電極表面に沿った電界強度の変化の様子を示す。中心
点A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. 7B shows the isoelectric field intensity line L2 near the cathode electrode 6.
.., (C) shows how the electric field intensity changes along the surface of the cathode electrode 6. The electric field intensity on the surface of the electrode 6 is clearly about 1/3 of the electric field intensity to the right from the electrode center point A, and the intersection of the electric field intensity line is small in this area, and a uniform electric field portion is formed in this area. You can see that it is done. As shown by the line L3 in FIG. 3C, the electric field intensity rises very slowly at first from the center point of the electrode (point A) to the right end point of the electrode (point B), and rapidly increases as approaching the end point. You can see the rise. FIG. 4D shows the isoelectric field intensity lines L4 in the vicinity of the anode electrode 7, and FIG.
Fig. 7 shows how the electric field intensity changes along the electrode surface. The electric field strength at the center point A is E 0 . As shown in these figures, the electric field intensity is uniform in the first section of about 4 mm from the electrode center point (point A), and then gradually weakens toward the right end point of the electrode (point B) and then sharply increases after leaving about 12 mm. (See lines L4 and L5). 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8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1×10
8ショット後では消耗が進行してスタート時よりも中心
点近辺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にほぼ対応してい
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形状ではレーザ装
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。
After 1 × 10 8 shots from the start of discharge, the shape of the electrode at the central part of the depleted electrode was measured, and the electric field intensity distribution at the central part of the depleted electrode was calculated by a simulation analysis method using the shape measurement data. . The simulation results are shown in FIG. 8 with the horizontal axis representing the rightward distance from the 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, 1 × 10
After 8 shots, wear has progressed, and the uniform electric field portion has spread near the center point than at 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 configuration, when the operation of the laser device is started, the electrodes are worn out with the lapse of time, the uniform electric field portion is enlarged, and the beam width of the output laser light fluctuates accordingly. Become.

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つの電極のうち少
なくとも一方の電極の前記レーザチャンバの長手方向に
垂直な断面の外郭ラインのうち、他方の電極に対向する
ラインを円弧に形成し、前記円弧と前記円弧の反対側の
ラインとを接続ラインによって接続するとともに、前記
接続ラインのうち、前記接続ラインと前記円弧とが接続
される部分、および前記接続ラインと前記円弧の反対側
のラインとが接続される部分の各々を離間させるように
前記円弧の半径以下の半径の円弧状に形成し、前記円弧
の半径以下の半径の円弧間を直線に形成するようにして
いる。
Therefore, according to the present invention, in a laser device which discharges between two electrodes disposed to face each other along the longitudinal direction of a laser chamber and excites a laser gas in the laser chamber to generate laser light, Of the outer lines of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the laser chamber of at least one of the two electrodes, a line facing the other electrode is formed in an arc, and the arc and a line on the opposite side of the arc are formed. Connected by a connection line, the connection line is separated from a portion where the connection line is connected to the arc and a portion where the connection line is connected to a line on the opposite side of the arc. Are formed in an arc shape having a radius equal to or less than the radius of the arc, and a straight line is formed between arcs having a radius equal to or less than the radius of the arc.

〔作用〕[Action]

すなわち、かかる構成によれば電極の対向面上におい
て放電による電極消耗が発生したとしても電界強度が均
一な範囲が広がりにくくなる。また放電幅方向の電極の
幅が変化しにくくなる。このため電極消耗によるレーザ
光のスペクトル幅の変動を一層最小限に抑えることがで
きる。
That is, according to such a configuration, even if electrode wear due to discharge occurs on the opposing surface of the electrode, it is difficult to spread a range in which the electric field intensity is uniform. In addition, the width of the electrode in the discharge width direction does not easily change. For this reason, the fluctuation of the spectrum width of the laser beam due to electrode consumption can be further minimized.

〔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5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12、13のレーザチャン
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12、13の
右側部分のみを代表させて電位分布を第1図(a)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 apparatus of the embodiment has basically the same configuration as that shown in FIG. 5 previously, and uses electrodes 12 and 13 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 supplied to an electrode 12 (cathode electrode), an electrode 13 disposed vertically along the longitudinal direction of the laser chamber 1.
(Anode electrode) discharges and excites to perform laser oscillation. The laser beam is emitted from the laser chamber 1 and the front mirror 2
The laser beam is resonated by an optical resonator composed of a wavelength selection element and a grating 5, and is output as an effective laser beam 4 from the front mirror 2. 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 cross section of the electrodes 12, 13 perpendicular to the longitudinal direction of the laser chamber 1, that is, the cross section, is symmetrical, and thus the potential distribution during operation of the laser device is symmetrical with respect to the center axis of the cross section. FIG. 1 (a) shows the potential distribution only on the right side of the electrodes 12 and 13.

第1図(a)において上側は半径R1(13mm)の円弧状
の対向面12aを持つカソード電極12である。このカソー
ド電極12の側面12bおよび底面12cは直線で構成され、対
向面12aと側面12bとは半径r1の円弧によって接続される
とともに、側面12bと底面12cとは半径r2の円弧によって
接続されている。これら半径r1、r2の大きさは対向面12
aの半径R1よりも小さい所定の値に設定される。一方、
下側は電極幅8mmで、対向面13aが半径R2(9mm)の円弧
で形成されたアノード電極13である。このアノード電極
13もその側面13bおよび底面13cが直線で構成され、対向
面13aと側面13bとは半径R3の円弧によって接続されると
ともに、側面13bと底面13cとは半径r4の円弧によって接
続されている。これら半径r3、r4の大きさは対向面13a
の半径R2よりも小さい所定の値に設定される。カソード
電極12とアノード電極13の電極間隔dは20mmであり、上
記各円弧の半径R1、R2、r1、r2、r3およびr4はこの電極
間隔d以下となっている。
In FIG. 1A, the upper side is a cathode electrode 12 having an arc-shaped facing surface 12a having a radius R 1 (13 mm). Side 12b and a bottom surface 12c of the cathode electrode 12 is composed of a straight line, with the opposing face 12a and the side surface 12b are connected by an arc having a radius r 1, and the side surface 12b and the bottom 12c are connected by an arc having a radius r 2 ing. The size of these radii r 1 and r 2 is
It is set to a small predetermined value than the radius R 1 of a. on the other hand,
The lower side is an anode electrode 13 having an electrode width of 8 mm and an opposing surface 13a formed by an arc having a radius R 2 (9 mm). This anode electrode
13 is also configured that the side walls 13b and bottom 13c is a straight line, the opposing face 13a and the side 13b is connected by an arc of a radius R 3, are connected by an arc having a radius r 4 and the side surface 13b and the bottom 13c . The size of these radii r 3 and r 4 depends on the facing surface 13a.
It is set to a small predetermined value than the radius R 2. The electrode distance d between the cathode electrode 12 and the anode electrode 13 is 20 mm, and the radii R 1 , R 2 , r 1 , r 2 , r 3, and r 4 of the respective arcs are equal to or less than the electrode distance d.

同図(a)に示すように等電位線の傾向は第7図
(a)に示す従来のものと似ているが、カソード12の電
極側面部では絶縁部材9との距離が大きいためこの部分
での電位傾度が緩やかになっている。またアノード13に
ついては中央部から右方向に離間するにつれて電位傾度
が緩やかになっている。
As shown in FIG. 7A, the tendency of the equipotential lines is similar to that of the conventional one shown in FIG. 7A. The potential gradient at is gentle. The potential gradient of the anode 13 becomes gentler as the distance from the center to the right increases.

同図(b)、(d)にカソード12、アノード13付近の
電界強度の分布の様子を拡大して示すようにカソード12
において比較的広い均一電界の領域が形成されているの
に対してアノード13では中央部から右方向に離間すると
急激に電界強度が小さくなっていることがわかる。同図
(c)はカソード電極12の表面に沿った表面上の電界強
度を示しており、これから中央点Aから右方向に7〜8m
m離間した区間に渡り均一電界領域が形成されているの
がわかる。一方、同図(e)はアノード電極13の表面に
沿った表面上の電界強度を示しており、これから中央点
Aから右に1〜2mm離間した区間の非常に狭い部分に均
一電界領域が形成され、そこから周辺部にいくにしたが
い急激に電界が弱くなっている。すなわち、放電は中央
の狭い領域に集中しているのがわかる。いずれにせよ電
極12、13ともに電界強度は電極の対向面周辺部にいくに
つれて急激に小さくなる。このため放電によって電極の
消耗が起こったとしても均一電界部分が広がりにくくな
り、電極の消耗によるスペクトル幅の変動が最小限に抑
えられた狭帯域発振エキシマレーザ装置が実現される。
FIGS. 2B and 2D show the distribution of the electric field intensity near the cathode 12 and the anode 13 in an enlarged manner.
It can be seen that a relatively wide uniform electric field region is formed in the case of, whereas the electric field intensity of the anode 13 decreases rapidly when it is separated rightward from the center. FIG. 4C shows the electric field strength on the surface along the surface of the cathode electrode 12, and from this, 7 to 8 m from the center point A to the right.
It can be seen that a uniform electric field region is formed over the section separated by m. On the other hand, FIG. 7E shows the electric field intensity on the surface along the surface of the anode electrode 13, from which a uniform electric field region is formed in a very narrow part of a section 1 to 2 mm to the right from the center point A. Then, the electric field suddenly weakens as going from there to the periphery. That is, it can be seen that the discharge is concentrated in the narrow area at the center. In any case, the electric field strength of both the electrodes 12 and 13 decreases rapidly toward the periphery of the opposing surface of the electrodes. Therefore, even if the electrodes are consumed by the discharge, the uniform electric field portion is hardly spread, and a narrow-band oscillation excimer laser device in which the fluctuation of the spectrum width due to the consumption of the electrodes is minimized is realized.

なお実施例では両側の電極について断面形状を対向面
を円弧とするとともに側面を直線とし、これら円弧の直
線とを円弧で接続するようにしたが、片側の電極につい
てのみこうした形状とする実施もまた可能である。この
場合第2図に示すようにアノード電極13′について実施
すればカソード電極について実施した場合よりも好結果
が得られる。
In the embodiment, the cross-sectional shape of the electrodes on both sides is formed such that the opposite surface is an arc and the side surface is a straight line, and the straight lines of these arcs are connected by an arc. It is possible. In this case, as shown in FIG. 2, when the process is performed on the anode 13 ', better results can be obtained than when the process is performed on the cathode.

なお、実施例では電極の断面のラインが直線を有する
ものとしているが、電極の断面形状は完全な円であって
もよい。この場合、第3図に示すようにアノード電流戻
り配線10に円の大きさに応じた凹部15を設けて、この凹
部15によって電極14を保持、固定すればよい。これによ
り電極14の製作が容易となる利点が得られる。
In the embodiment, the line of the cross section of the electrode has a straight line, but the cross section of the electrode may be a perfect circle. In this case, as shown in FIG. 3, a recess 15 corresponding to the size of the circle may be provided in the anode current return wiring 10, and the electrode 14 may be held and fixed by the recess 15. This provides an advantage that the production of the electrode 14 becomes easy.

また、電極の断面形状は実施例のものに限定されるこ
となく、第4図(a)に示すように半径R3の円弧で形成
された対向面と直線で形成された底面とを半径r5の円弧
で接続した電極16、あるいは半径R4の円弧で形成された
対向面と直線で形成された側面とをスムーズに接続し、
直線である側面と底面とを半径r6の円弧で接続するよう
にした電極17等が考えられる。要は本発明としては少な
くとも対向面が円弧で形成され、直線と円弧、あるいは
直線同志がスムーズに接続される形状であれば任意であ
る。
Also, without the cross-sectional shape of the electrodes to be limited to the embodiments, and a bottom surface which is formed in the opposing surface and the straight line formed by an arc of a radius R 3 as shown in FIG. 4 (a) radius r The electrodes 16 connected by an arc of 5 or the opposed surface formed by an arc of a radius R 4 and the side surface formed by a straight line are smoothly connected,
A side surface and a bottom surface is a straight line electrode 17 or the like to be connected by an arc of radius r 6 are conceivable. In short, the present invention is arbitrary as long as at least the opposing surface is formed by an arc and the straight line and the arc, or the straight line are connected smoothly.

〔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、放電によって電
極の対向面の消耗が生じたとしても均一電界部分を一定
に抑えることができる。また放電幅方向の電極の幅が変
化しにくくなる。このため電極消耗によるレーザ光のス
ペクトル幅の変動が一層最小限に抑えられた狭帯域発振
エキシマレーザが実現される。
As described above, according to the present invention, the uniform electric field portion can be suppressed to a constant level even if the facing surface of the electrode is consumed by the discharge. In addition, the width of the electrode in the discharge width direction does not easily change. For this reason, a narrow-band oscillation excimer laser in which fluctuations in the spectral width of laser light due to electrode consumption are further minimized is realized.

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

第1図(a)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1図(b)は第1図(a)に示すカソード電
極近傍の電界強度の分布の様子を示す図、第1図(c)
はカソード電極の表面に沿った電界強度の変化の様子を
示すグラフ、第1図(d)はアノード電極近傍の電界強
度の分布の様子を示す図、第1図(e)はアノード電極
の表面に沿った電界強度の変化の様子を示すグラフ、第
2図から第4図は他の実施例を説明するために用いた電
極の断面形状を例示した図、第5図は従来のレーザ装置
の全体構成を示す図、第6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7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8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、13′、16、17……アノード電極。
FIG. 1 (a) is a diagram showing the distribution of equipotential lines near electrodes used in an embodiment of the laser device according to the present invention, and FIG. 1 (b) is shown in FIG. 1 (a). FIG. 1 (c) showing the distribution of the electric field intensity near the cathode electrode shown in FIG.
FIG. 1D is a graph showing a change in electric field intensity along the surface of the cathode electrode, FIG. 1D is a diagram showing a distribution of electric field intensity near the anode electrode, and FIG. FIG. 2 to FIG. 4 are graphs showing the cross-sectional shape of an electrode used for explaining another embodiment, and FIG. 5 is a graph showing the state of a conventional laser device. FIG. 6 is a graph showing the overall configuration, FIG. 6 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. 7 (a), (b), (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. 8 is a graph showing the distribution and the change in the electric field strength on the surface facing the anode electrode, and FIG. 8 is a graph showing the rate of change in the electric field strength on the electrode surface before and after the laser operation when using the conventional electrode. 1 ... laser chamber, 2 ... front mirror, 4 ...
Laser light, 5 ... Grating, 12 ... Cathode, 13, 13 ', 16, 17 ... Anode.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−17579(JP,A) 特開 昭57−20488(JP,A) 特開 昭63−227068(JP,A) 実開 昭59−145052(JP,U) レーザ研究 第11巻 第5号 p. 364−365 (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-63-17579 (JP, A) JP-A-57-20488 (JP, A) JP-A-63-227068 (JP, A) , U) Laser Research Vol. 11, No. 5, p. 364-365 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 3/03-3/038

Claims (1)

(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つの電極のうち少なくとも一方の電極の前記レー
ザチャンバの長手方向に垂直な断面の外郭ラインのう
ち、他方の電極に対向するラインを円弧に形成し、前記
円弧と前記円弧の反対側のラインとを接続ラインによっ
て接続するとともに、 前記接続ラインのうち、前記接続ラインと前記円弧とが
接続される部分、および前記接続ラインと前記円弧の反
対側のラインとが接続される部分の各々を離間させるよ
うに前記円弧の半径以下の半径の円弧状に形成し、前記
円弧の半径以下の半径の円弧間を直線に形成したことを
特徴とするレーザ装置。
1. A laser device for performing a discharge between two electrodes disposed to face each other along a longitudinal direction of a laser chamber to excite a laser gas in the laser chamber to generate a laser beam, Of the outer lines of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the laser chamber of at least one of the two electrodes, a line facing the other electrode is formed in an arc, and the arc and a line on the opposite side of the arc are formed. A connection is made by a connection line, and a portion of the connection line where the connection line is connected to the arc and a portion where the connection line is connected to a line on the opposite side of the arc are separated from each other. A laser device which is formed in an arc shape having a radius equal to or less than the radius of the circular arc, and a straight line is formed between the arcs having a radius equal to or less than the radius of the circular arc.
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