JP3389912B2 - ガスレーザ装置 - Google Patents
ガスレーザ装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/036—Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/22—Gases
- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
- H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はガスレーザ装置の
ガス循環用のクロスフローファンに関し、特に、ＡｒＦ
エキシマレーザ装置およびフッ素（Ｆ2）レーザ装置に
使うクロスフローファンに関する。
ガス循環用のクロスフローファンに関し、特に、ＡｒＦ
エキシマレーザ装置およびフッ素（Ｆ2）レーザ装置に
使うクロスフローファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体回路の微細化、高集積化につれ、
投影露光装置においては解像力の向上が要請されてい
る。このため、光源から放出される露光光の短波長化が
進められており、半導体リソグラフィ用光源としては、
従来の水銀ランプの放射波長より短波長の光を放出する
エキシマレーザ装置やフッ素レーザ装置等のガスレーザ
装置の採用が始まっている。
投影露光装置においては解像力の向上が要請されてい
る。このため、光源から放出される露光光の短波長化が
進められており、半導体リソグラフィ用光源としては、
従来の水銀ランプの放射波長より短波長の光を放出する
エキシマレーザ装置やフッ素レーザ装置等のガスレーザ
装置の採用が始まっている。
【０００３】エキシマレーザ装置について言えば、レー
ザチェンバ内部には、例えば、フッ素（Ｆ2）やアルゴ
ン（Ａｒ）、及びバッファガスとしてのネオン（Ｎｅ）
等の希ガスからなるレーザガスが数百ｋＰａで封入さ
れ、また、フッ素レーザ装置について言えばフッ素（Ｆ
2）及びバッファガスとしてヘリウム（Ｈｅ）等の希ガ
スからなるレーザガスが同様に数百ｋＰａで封入されて
いる。さらに、一対の主放電電極が設けられている。こ
の主放電電極に高電圧パルスを印加して放電を発生させ
ることにより、レーザ媒質である上記レーザガスが励起
される。
ザチェンバ内部には、例えば、フッ素（Ｆ2）やアルゴ
ン（Ａｒ）、及びバッファガスとしてのネオン（Ｎｅ）
等の希ガスからなるレーザガスが数百ｋＰａで封入さ
れ、また、フッ素レーザ装置について言えばフッ素（Ｆ
2）及びバッファガスとしてヘリウム（Ｈｅ）等の希ガ
スからなるレーザガスが同様に数百ｋＰａで封入されて
いる。さらに、一対の主放電電極が設けられている。こ
の主放電電極に高電圧パルスを印加して放電を発生させ
ることにより、レーザ媒質である上記レーザガスが励起
される。
【０００４】レーザチャンバの前後には、出力鏡とレー
ザ光のスペクトル幅を狭帯域化し、中心波長の波長安定
化を実現するための狭帯域化光学系とが各々配置され、
この出力鏡と狭帯域化光学系によってレーザ共振器が構
成されている。そして、レーザガスが励起されるとチェ
ンバから放出される光は、レーザ共振器により増幅され
て、レーザ光として出力鏡より取り出される。
ザ光のスペクトル幅を狭帯域化し、中心波長の波長安定
化を実現するための狭帯域化光学系とが各々配置され、
この出力鏡と狭帯域化光学系によってレーザ共振器が構
成されている。そして、レーザガスが励起されるとチェ
ンバから放出される光は、レーザ共振器により増幅され
て、レーザ光として出力鏡より取り出される。
【０００５】ここで、露光用光源としてのガスレーザ装
置は、主放電電極間で１回の放電をするたびに１回の発
光を行い、１回の放電を終了すると当該電極間はレーザ
媒質が状態や密度という点からきわめて不均一な状態に
なってしまう。このため、次の放電を開始するために
は、新たに新鮮なレーザ媒質を主放電電極間に配置させ
なければならない。つまり、上記のようなレーザ媒質の
状態が不均一のままで放電を開始させると、アーク放電
が生じ易くなり、レーザ発振に必要な均一なグロー放電
を得ることができず、結果として出力の不安定という問
題を生じる。
置は、主放電電極間で１回の放電をするたびに１回の発
光を行い、１回の放電を終了すると当該電極間はレーザ
媒質が状態や密度という点からきわめて不均一な状態に
なってしまう。このため、次の放電を開始するために
は、新たに新鮮なレーザ媒質を主放電電極間に配置させ
なければならない。つまり、上記のようなレーザ媒質の
状態が不均一のままで放電を開始させると、アーク放電
が生じ易くなり、レーザ発振に必要な均一なグロー放電
を得ることができず、結果として出力の不安定という問
題を生じる。
【０００６】そして、近年、レーザ装置に要求されるレ
ーザ発振の繰り返し数、すなわち、単位時間当たりの発
振回数が高くなってきており、装置としても上記ガス交
換をより素早く行うだけの性能が要求される。従来か
ら、エキシマレーザ装置、フッ素レーザ装置等のガスレ
ーザ装置のガス循環用ファンとしてはクロスフローファ
ンが用いられてきた。これらの一例をあげると、繰り返
し周波数１ｋＨｚである露光用エキシマレーザ装置で
は、レーザチャンバの内部構造（電極間距離、予備電離
手段の位置等）にもよるが、電極間に流さなければなら
ないガス流速は約１０ｍ／ｓであり、その流速を得るた
めのファンの回転数は１分当り約１０００回（ｒｐｍ）
であった。また、繰り返し周波数が２〜３ｋＨｚである
エキシマレーザ装置においては、電極間に流さなければ
ならないガス流速は約２０〜３０ｍ／ｓであり、その流
速を得るためのファンの回転数は約２０００〜３０００
ｒｐｍが必要とされていた。
ーザ発振の繰り返し数、すなわち、単位時間当たりの発
振回数が高くなってきており、装置としても上記ガス交
換をより素早く行うだけの性能が要求される。従来か
ら、エキシマレーザ装置、フッ素レーザ装置等のガスレ
ーザ装置のガス循環用ファンとしてはクロスフローファ
ンが用いられてきた。これらの一例をあげると、繰り返
し周波数１ｋＨｚである露光用エキシマレーザ装置で
は、レーザチャンバの内部構造（電極間距離、予備電離
手段の位置等）にもよるが、電極間に流さなければなら
ないガス流速は約１０ｍ／ｓであり、その流速を得るた
めのファンの回転数は１分当り約１０００回（ｒｐｍ）
であった。また、繰り返し周波数が２〜３ｋＨｚである
エキシマレーザ装置においては、電極間に流さなければ
ならないガス流速は約２０〜３０ｍ／ｓであり、その流
速を得るためのファンの回転数は約２０００〜３０００
ｒｐｍが必要とされていた。
【０００７】このような従来装置は、要求される繰り返
し周波数に対して、単純にファン回転数を上げるという
手段で対応していたものである。ところが、最近は４ｋ
Ｈｚという、より高い周波数が要求され、単純に従来技
術の延長として、ファン回転数を上げるというだけでは
対応できなくなってきている。そして、このような要求
に十分答えられる露光用のガスレーザ装置の開発が強く
求められている。
し周波数に対して、単純にファン回転数を上げるという
手段で対応していたものである。ところが、最近は４ｋ
Ｈｚという、より高い周波数が要求され、単純に従来技
術の延長として、ファン回転数を上げるというだけでは
対応できなくなってきている。そして、このような要求
に十分答えられる露光用のガスレーザ装置の開発が強く
求められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、４ｋＨｚ以上という従来にない高い繰り
返し周波数が要求されるガスレーザ装置においても安定
した発振を可能にする構造を提供することである。
とする課題は、４ｋＨｚ以上という従来にない高い繰り
返し周波数が要求されるガスレーザ装置においても安定
した発振を可能にする構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明のガスレーザ装置は、レーザガスが封入さ
れるレーザチャンバーと、このチャンバー内に配置され
た所定間隔だけ離間して対向した一対の主放電電極と、
このチャンバー内において、レーザガスを少なくとも主
放電電極間を流れる循環流とするためのクロスフローフ
ァンと、このクロスフローファンを回転支持するベアリ
ング構造と、前記レーザチャンバーの前後に各々配置さ
れた出力鏡とレーザ光のスペクトル幅を狭帯域化し中心
波長の波長安定化を実現するための狭帯域化光学系より
なり、前記ベアリング構造に転がりベアリングを使用
し、繰り返し周波数が４ｋＨｚ以上であるガスレーザ装
置において、前記クロスフローファンの直径は１１０ｍ
ｍ以上１５０ｍｍ以下であって、周速度２５．０ｍ／ｓ
以上であり、前記クロスフローファンの回転数が４５０
０ｒｐｍ以下であることを特徴とする。また、前記ベア
リング構造に磁気ベアリングを使用し、繰り返し周波数
が４ｋＨｚ以上であるガスレーザ装置において、前記ク
ロスフローファンの直径は１００ｍｍ以上１５０ｍｍ以
下であって、周速度２５．０ｍ／ｓ以上であり、前記ク
ロスフローファンの回転数が５０００ｒｐｍ以下である
ことを特徴とする。さらに、前記クロスフローファンの
周速度が好ましくは２７．０ｍ／ｓ以上であることを特
徴とする。
に、この発明のガスレーザ装置は、レーザガスが封入さ
れるレーザチャンバーと、このチャンバー内に配置され
た所定間隔だけ離間して対向した一対の主放電電極と、
このチャンバー内において、レーザガスを少なくとも主
放電電極間を流れる循環流とするためのクロスフローフ
ァンと、このクロスフローファンを回転支持するベアリ
ング構造と、前記レーザチャンバーの前後に各々配置さ
れた出力鏡とレーザ光のスペクトル幅を狭帯域化し中心
波長の波長安定化を実現するための狭帯域化光学系より
なり、前記ベアリング構造に転がりベアリングを使用
し、繰り返し周波数が４ｋＨｚ以上であるガスレーザ装
置において、前記クロスフローファンの直径は１１０ｍ
ｍ以上１５０ｍｍ以下であって、周速度２５．０ｍ／ｓ
以上であり、前記クロスフローファンの回転数が４５０
０ｒｐｍ以下であることを特徴とする。また、前記ベア
リング構造に磁気ベアリングを使用し、繰り返し周波数
が４ｋＨｚ以上であるガスレーザ装置において、前記ク
ロスフローファンの直径は１００ｍｍ以上１５０ｍｍ以
下であって、周速度２５．０ｍ／ｓ以上であり、前記ク
ロスフローファンの回転数が５０００ｒｐｍ以下である
ことを特徴とする。さらに、前記クロスフローファンの
周速度が好ましくは２７．０ｍ／ｓ以上であることを特
徴とする。
【００１０】前記したように、高い繰り返し周波数にお
いて安定なレーザ発振を行うためには、１回の放電が終
了したら電極に残存する古いガスを素早く電極外で追い
出し、素早く新しいガスを電極間に配置させる能力が必
要になる。この能力を上げる方法の一つとして、電極幅
（ガスを循環させる方向における幅）を狭くするという
ことが考えられる。電極幅を短くするということは、結
局、電極間に生じるグロー放電の放電幅を狭くするとい
うことであるが、この場合は残存ガスを流し出す距離が
短くなるので、その分高繰り返しが可能になるからであ
る。しかしながら、グロー放電の幅は、光源として必要
な光出力、寿命によってもともと制約を受けるものであ
り、半導体集積回路の露光装置の光源の場合はむやみに
短くすることはできない。この数値は一般的には３〜４
ｍｍが下限であると言われている。
いて安定なレーザ発振を行うためには、１回の放電が終
了したら電極に残存する古いガスを素早く電極外で追い
出し、素早く新しいガスを電極間に配置させる能力が必
要になる。この能力を上げる方法の一つとして、電極幅
（ガスを循環させる方向における幅）を狭くするという
ことが考えられる。電極幅を短くするということは、結
局、電極間に生じるグロー放電の放電幅を狭くするとい
うことであるが、この場合は残存ガスを流し出す距離が
短くなるので、その分高繰り返しが可能になるからであ
る。しかしながら、グロー放電の幅は、光源として必要
な光出力、寿命によってもともと制約を受けるものであ
り、半導体集積回路の露光装置の光源の場合はむやみに
短くすることはできない。この数値は一般的には３〜４
ｍｍが下限であると言われている。
【００１１】もう一つの方法は電極間のガス循環速度
（風速）を上げるということである。この技術と関連す
るものに特開平１１−２２３９５５号に開示されるもの
がある。そこには、放電領域を迂回するガス量を極力抑
え、ガス循環流路中に流れを妨げる物質を極力排除し、
ガスの不所望な乱れを無くしてスムーズな流れを作るこ
とが提案されている。このような技術はもちろん必要で
はあるが、流速を落とす原因を排除するというものであ
って、積極的に流速を上げるというものではない。そし
て、当該技術は１ｋＨｚ程度を対象にしたものであっ
て、本発明の対象である４ｋＨｚ以上という高繰り返し
にあっては、流速そのものを上げるという新たな技術が
必要になってくる。
（風速）を上げるということである。この技術と関連す
るものに特開平１１−２２３９５５号に開示されるもの
がある。そこには、放電領域を迂回するガス量を極力抑
え、ガス循環流路中に流れを妨げる物質を極力排除し、
ガスの不所望な乱れを無くしてスムーズな流れを作るこ
とが提案されている。このような技術はもちろん必要で
はあるが、流速を落とす原因を排除するというものであ
って、積極的に流速を上げるというものではない。そし
て、当該技術は１ｋＨｚ程度を対象にしたものであっ
て、本発明の対象である４ｋＨｚ以上という高繰り返し
にあっては、流速そのものを上げるという新たな技術が
必要になってくる。
【００１２】そこで、循環ガスの流速を積極的に上げる
方法として考えられるのがクロスフローファン（横流フ
ァン）の特性を向上させることである。このクロスフロ
ーファンは、通常、室内の空気調和器（エアコン）など
のようにオープンエアに対して使われるものであり、本
発明が対象とするエキシマレーザ装置等のガスレーザ装
置のように高圧力の密閉容器において、ガス流速をあげ
るという特性の研究は十分になされていない。本発明
は、高圧力の密閉容器というエキシマレーザ装置、及び
フッ素レーザ装置等のガスレーザ装置の特有の環境にお
いて、高繰り返し４ｋＨｚ以上という条件に答えられる
だけのファン特性を見出したものであり、具体的にはフ
ァンの直径と回転数の関係を鋭意検討のすえ見出したも
のである。
方法として考えられるのがクロスフローファン（横流フ
ァン）の特性を向上させることである。このクロスフロ
ーファンは、通常、室内の空気調和器（エアコン）など
のようにオープンエアに対して使われるものであり、本
発明が対象とするエキシマレーザ装置等のガスレーザ装
置のように高圧力の密閉容器において、ガス流速をあげ
るという特性の研究は十分になされていない。本発明
は、高圧力の密閉容器というエキシマレーザ装置、及び
フッ素レーザ装置等のガスレーザ装置の特有の環境にお
いて、高繰り返し４ｋＨｚ以上という条件に答えられる
だけのファン特性を見出したものであり、具体的にはフ
ァンの直径と回転数の関係を鋭意検討のすえ見出したも
のである。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１はエキシマレーザ装置の断面
図を示す。レーザチェンバ１は全体としてハウジングと
なっており、その中に陽極と陰極からなる主放電電極２
が間隔をもって配置される。この主放電電極２において
グロー放電が繰り返し行われ、図示略の窓部からレーザ
光が出力される。また、チャンバ１の中にはクロスフロ
ーファン３が配置される。このクロスフローファンは円
形の側版の間に複数のブレードを円周方向に配した中空
の円筒形状をしており、主放電電極２の伸びる方向にほ
ぼ同じ長さだけ同様に伸びている。そして、図において
時計方向にファンが回転することで図において矢印で示
す方向にガスが循環する。このクロスフローファンは図
示略のベアリング構造、特には転がりベアリングにより
回転支持される。
図を示す。レーザチェンバ１は全体としてハウジングと
なっており、その中に陽極と陰極からなる主放電電極２
が間隔をもって配置される。この主放電電極２において
グロー放電が繰り返し行われ、図示略の窓部からレーザ
光が出力される。また、チャンバ１の中にはクロスフロ
ーファン３が配置される。このクロスフローファンは円
形の側版の間に複数のブレードを円周方向に配した中空
の円筒形状をしており、主放電電極２の伸びる方向にほ
ぼ同じ長さだけ同様に伸びている。そして、図において
時計方向にファンが回転することで図において矢印で示
す方向にガスが循環する。このクロスフローファンは図
示略のベアリング構造、特には転がりベアリングにより
回転支持される。
【００１４】レーザチャンバ１の内部には、フッ素（Ｆ
2）、アルゴンガス（Ａｒ）およびバッファーガスとし
てネオン（Ｎｅ）などが封入されている。これらのガス
がファン３によって循環するわけであるが、主放電電極
２において当該電極に高電圧パルスが印加されるとこれ
らのガスは励起して放電発光を行い、次の高電圧パルス
の印加に伴う放電発光までに新しいガスが循環によって
再び電極間にセッティングされる。
2）、アルゴンガス（Ａｒ）およびバッファーガスとし
てネオン（Ｎｅ）などが封入されている。これらのガス
がファン３によって循環するわけであるが、主放電電極
２において当該電極に高電圧パルスが印加されるとこれ
らのガスは励起して放電発光を行い、次の高電圧パルス
の印加に伴う放電発光までに新しいガスが循環によって
再び電極間にセッティングされる。
【００１５】４は予備電離部であって主放電電極２に高
電圧パルスが印加される前に電極間にセッティングされ
た新しいレーザガスに対して紫外線を照射するものであ
り、この紫外線照射によって前記新しいレーザガスを予
め予備電離をさせておき、これらによって主放電が起こ
ると細長い電極において均一にグロ放電が発生する。
電圧パルスが印加される前に電極間にセッティングされ
た新しいレーザガスに対して紫外線を照射するものであ
り、この紫外線照射によって前記新しいレーザガスを予
め予備電離をさせておき、これらによって主放電が起こ
ると細長い電極において均一にグロ放電が発生する。
【００１６】次に、このチャンバー１において、クロス
フローファン３の外径を変えることで主放電電極２に生
じる放電の安定性を実験してみた。実験は外径が９５、
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０（ｍ
ｍ）の７つのクロスフローファンに対して、下流アーク
が発生しないぎりぎりのファンの回転数と、極めて安定
な放電をしたときのファンの回転数を各々測定した。こ
こで下流アークとは、電極間で放電が発生した後に残留
ガスが十分に電極間から排出されない場合に、次の放電
において電極の下流側（ガスの循環方向に対して）で残
留ガスの影響で生じるレーザ発振にとって不所望な放電
をいう。そして、下流アークが発生しないぎりぎりのフ
ァンの回転数と、そのときのファン外径から周速度（図
１における３０を表し、周縁における接線方向の速度）
を算出し、同じく安定放電をしたときのファンの回転数
と、そのときのファン外径から周速度を算出した。図２
にこの実験の結果を示す。
フローファン３の外径を変えることで主放電電極２に生
じる放電の安定性を実験してみた。実験は外径が９５、
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０（ｍ
ｍ）の７つのクロスフローファンに対して、下流アーク
が発生しないぎりぎりのファンの回転数と、極めて安定
な放電をしたときのファンの回転数を各々測定した。こ
こで下流アークとは、電極間で放電が発生した後に残留
ガスが十分に電極間から排出されない場合に、次の放電
において電極の下流側（ガスの循環方向に対して）で残
留ガスの影響で生じるレーザ発振にとって不所望な放電
をいう。そして、下流アークが発生しないぎりぎりのフ
ァンの回転数と、そのときのファン外径から周速度（図
１における３０を表し、周縁における接線方向の速度）
を算出し、同じく安定放電をしたときのファンの回転数
と、そのときのファン外径から周速度を算出した。図２
にこの実験の結果を示す。
【００１７】なお、クロスフローファンの外径はむやみ
に大きくすることはできない。４ｋＨｚのエキシマレー
ザ装置は半導体製造プロセス用のクリーンルームに設置
されるゆえ、設置面積が著しく制限させるからである。
そして、レーザチャンバーの容量等から規制されてファ
ン外径は最大でも１５０ｍｍというのが限界とされてい
る。また、放電幅も４ｋＨｚエキシマレーザ装置の必要
出力、出力の安定度、寿命等の観点から３〜４ｍｍに制
限されており、さらには電極間距離も同様の理由より１
５〜１７ｍｍに制限されてしまう。本発明はこのような
４ｋＨｚエキシマレーザ装置として要求される条件の範
囲においてファンの回転数とファン外径の関係を検討し
たものである。図２に示す実験結果とその結果より算出
した周速度により、この周速度が２５．０ｍ／ｓ以上が
下流アークとの関係で最低限必要であって、安定な放電
を維持するためには２７．０ｍ／ｓ以上が必要であるこ
とがわかる。すなわち、本発明は、エキシマレーザ装置
の現実的な適用範囲において、安定なグロー放電という
観点からファンの外径と回転速度の関係を周速度という
ファクタで規定し、この数値範囲を最低２５．０ｍ／ｓ
としたものである。
に大きくすることはできない。４ｋＨｚのエキシマレー
ザ装置は半導体製造プロセス用のクリーンルームに設置
されるゆえ、設置面積が著しく制限させるからである。
そして、レーザチャンバーの容量等から規制されてファ
ン外径は最大でも１５０ｍｍというのが限界とされてい
る。また、放電幅も４ｋＨｚエキシマレーザ装置の必要
出力、出力の安定度、寿命等の観点から３〜４ｍｍに制
限されており、さらには電極間距離も同様の理由より１
５〜１７ｍｍに制限されてしまう。本発明はこのような
４ｋＨｚエキシマレーザ装置として要求される条件の範
囲においてファンの回転数とファン外径の関係を検討し
たものである。図２に示す実験結果とその結果より算出
した周速度により、この周速度が２５．０ｍ／ｓ以上が
下流アークとの関係で最低限必要であって、安定な放電
を維持するためには２７．０ｍ／ｓ以上が必要であるこ
とがわかる。すなわち、本発明は、エキシマレーザ装置
の現実的な適用範囲において、安定なグロー放電という
観点からファンの外径と回転速度の関係を周速度という
ファクタで規定し、この数値範囲を最低２５．０ｍ／ｓ
としたものである。
【００１８】次に、ファンの最大回転数（１分間あた
り）について検討した。ファン回転数を上げると前述の
ようにガス流速を上げることができるので高繰り返しに
対応が可能となる。しかしながら、回転数が必要以上に
大きくなりすぎるとファンによる振動が大きくなり、前
述のようにレーザ光の線幅を狭めるための狭帯域化ユニ
ットの振動が大きくなり、結果として波長安定度が悪化
してしまう。また、チャンバ内部の封入ガスを循環させ
るために、ガス純度との関係で回転ファンの駆動用にベ
アリング構造を採用するのが一般的である。しかし、こ
のベアリングも回転数が上がると良好に作動しなくな
る。このような原因に着目して、本発明は第2にレーザ
光の波長安定度、ベアリングの作動性という観点からフ
ァンの最大回転数を検討した。
り）について検討した。ファン回転数を上げると前述の
ようにガス流速を上げることができるので高繰り返しに
対応が可能となる。しかしながら、回転数が必要以上に
大きくなりすぎるとファンによる振動が大きくなり、前
述のようにレーザ光の線幅を狭めるための狭帯域化ユニ
ットの振動が大きくなり、結果として波長安定度が悪化
してしまう。また、チャンバ内部の封入ガスを循環させ
るために、ガス純度との関係で回転ファンの駆動用にベ
アリング構造を採用するのが一般的である。しかし、こ
のベアリングも回転数が上がると良好に作動しなくな
る。このような原因に着目して、本発明は第2にレーザ
光の波長安定度、ベアリングの作動性という観点からフ
ァンの最大回転数を検討した。
【００１９】まず、レーザ光の波長安定性について、フ
ァンの１分あたりの回転数を３０００、３３００、３７
００、３９００、４２００、４５００、４８００ｒｐｍ
と変化させて、各々の回転数で発振されるレーザ光の波
長を測定し、その実験結果を図３に示す。縦軸はレーザ
光の波長安定度、すなわち求められる発振波長からの波
長の最大のズレを示し、横軸はファン回転数を示す。な
お、この実験でのファンは転がりベアリングにより回転
支持されたものである。図よりファン回転数、すなわち
回転速度の増大により、波長のズレが大きくない振動が
発生したことが原因であると考えられる。ここで、露光
装置の特性としては波長安定度０．１ｐｍ以下にするこ
とが要請され、すなわち、０．１ｐｍを越えると問題が
あることを意味する。このような観点から、具体的に検
討すると、ファン回転数が４８００ｒｐｍのときは波長
安定度が０．１ｐｍを越えており、ファン回転数が４５
００ｒｐｍまで波長を安定させて作動できることが理解
できる。なお、実験はファン外径９５〜１５０ｍｍのも
のについて行い、すべてにおいてほぼ同様の結果を得て
いる。
ァンの１分あたりの回転数を３０００、３３００、３７
００、３９００、４２００、４５００、４８００ｒｐｍ
と変化させて、各々の回転数で発振されるレーザ光の波
長を測定し、その実験結果を図３に示す。縦軸はレーザ
光の波長安定度、すなわち求められる発振波長からの波
長の最大のズレを示し、横軸はファン回転数を示す。な
お、この実験でのファンは転がりベアリングにより回転
支持されたものである。図よりファン回転数、すなわち
回転速度の増大により、波長のズレが大きくない振動が
発生したことが原因であると考えられる。ここで、露光
装置の特性としては波長安定度０．１ｐｍ以下にするこ
とが要請され、すなわち、０．１ｐｍを越えると問題が
あることを意味する。このような観点から、具体的に検
討すると、ファン回転数が４８００ｒｐｍのときは波長
安定度が０．１ｐｍを越えており、ファン回転数が４５
００ｒｐｍまで波長を安定させて作動できることが理解
できる。なお、実験はファン外径９５〜１５０ｍｍのも
のについて行い、すべてにおいてほぼ同様の結果を得て
いる。
【００２０】次に、ベアリング構造の観点から検討す
る。まず、ベアリング構造として転がりベアリングを使
った場合のファン回転数とベアリング寿命について検討
した。そして、ファン回転数４５００ｐｒｍの場合は、
1回の放電を１パルスとすれば、５×１０9パルスまで良
好な作動を維持することができたが、回転数４８００ｒ
ｐｍ以上では２×１０9パルス以下の回転数でしか良好
な作動をすることができなかった。これは、転がりベア
リングのグリス量の消耗量が多くなったためであり、２
×１０9パルスでは半導体工程では受け入れられない。
以上の結果より、転がりベアリングを使ったクロスフロ
ーファンの最大回転数は、少なくとも４５００ｒｐｍま
では許容できることが示される。
る。まず、ベアリング構造として転がりベアリングを使
った場合のファン回転数とベアリング寿命について検討
した。そして、ファン回転数４５００ｐｒｍの場合は、
1回の放電を１パルスとすれば、５×１０9パルスまで良
好な作動を維持することができたが、回転数４８００ｒ
ｐｍ以上では２×１０9パルス以下の回転数でしか良好
な作動をすることができなかった。これは、転がりベア
リングのグリス量の消耗量が多くなったためであり、２
×１０9パルスでは半導体工程では受け入れられない。
以上の結果より、転がりベアリングを使ったクロスフロ
ーファンの最大回転数は、少なくとも４５００ｒｐｍま
では許容できることが示される。
【００２１】なお、転がりベアリングは、ジルコニア、
窒化珪素、アルミナ等のセラミックスより構成するが好
ましい。これは、フッ素と反応しないことと放電の結果
生ずる粒子（パーテクル）がベアリングの内部に混入し
てきたとしても、材料自身が硬いので摩耗することが少
ないからである。このため、前記の寿命実験に示したよ
うにグリス量が消耗したとしてもより一層摩耗に耐える
ことが可能となす。
窒化珪素、アルミナ等のセラミックスより構成するが好
ましい。これは、フッ素と反応しないことと放電の結果
生ずる粒子（パーテクル）がベアリングの内部に混入し
てきたとしても、材料自身が硬いので摩耗することが少
ないからである。このため、前記の寿命実験に示したよ
うにグリス量が消耗したとしてもより一層摩耗に耐える
ことが可能となす。
【００２２】次に、ベアリング構造として、転がりベア
リングではなく、磁気ベアリングを用いた場合について
説明する。上記図３に示したファン回転数（ｒｐｍ）と
波長安定度に関する実験をベアリング構造についての
み、転がりベアリングではなく磁気ベアリングを使っ
て、回転数を３１００、３４００、３７００、４００
０、４３５０、４６００、５０００ｒｐｍ、および５０
００ｒｐｍを越える回転数と変化させた。なお、ここで
いう磁気ベアリングとは、ファンの回転軸が軸受けから
磁気によって浮上されており非接触な構造を意味してい
る。実験結果を図４に示す。図４より、ファンの１分当
りの回転数を５０００ｒｐｍまで上昇させても、波長安
定度は０．０６ｐｍと極めて高い安定度を示しているこ
とがわかる。これは、転がりベアリングを使う場合に比
較して、磁気ベアリングを使用すると回転軸が軸受けと
非接触になるため振動という影響を及ぼさないからと考
えられる。しかしながら、回転数が５０００ｒｐｍを越
えると、回転軸と軸受けの接触を生じてしまい、波長安
定という点から問題を発生させてしまう。また、磁気ベ
アリングは転がりベアリングのようにグリスを必要とし
ないので、寿命の点からも５０００ｒｐｍまでは５×１
０9パルス以上を使用できることを確認している。つま
り、ベアリング構造として磁気ベアリングを採用する
と、レーザ光の波長安定性、寿命という点を考慮して
も、最大回転数５０００ｒｐｍまで可能であることが理
解できる。
リングではなく、磁気ベアリングを用いた場合について
説明する。上記図３に示したファン回転数（ｒｐｍ）と
波長安定度に関する実験をベアリング構造についての
み、転がりベアリングではなく磁気ベアリングを使っ
て、回転数を３１００、３４００、３７００、４００
０、４３５０、４６００、５０００ｒｐｍ、および５０
００ｒｐｍを越える回転数と変化させた。なお、ここで
いう磁気ベアリングとは、ファンの回転軸が軸受けから
磁気によって浮上されており非接触な構造を意味してい
る。実験結果を図４に示す。図４より、ファンの１分当
りの回転数を５０００ｒｐｍまで上昇させても、波長安
定度は０．０６ｐｍと極めて高い安定度を示しているこ
とがわかる。これは、転がりベアリングを使う場合に比
較して、磁気ベアリングを使用すると回転軸が軸受けと
非接触になるため振動という影響を及ぼさないからと考
えられる。しかしながら、回転数が５０００ｒｐｍを越
えると、回転軸と軸受けの接触を生じてしまい、波長安
定という点から問題を発生させてしまう。また、磁気ベ
アリングは転がりベアリングのようにグリスを必要とし
ないので、寿命の点からも５０００ｒｐｍまでは５×１
０9パルス以上を使用できることを確認している。つま
り、ベアリング構造として磁気ベアリングを採用する
と、レーザ光の波長安定性、寿命という点を考慮して
も、最大回転数５０００ｒｐｍまで可能であることが理
解できる。
【００２３】以上説明したように、本発明のガスレーザ
装置は、ファン外径が１５０ｍｍ以下であり、ファンの
周速度が２５ｍ／ｓ以上としたので、４ｋＨｚ以上とい
う高繰り返し条件に十分耐えられるだけのレーザ装置を
提供することができた。特に、従来、空気調和器（エア
コン）などのオープンエアに対して使われていたクロス
フローファンに対して高圧力密閉容器というガスレーザ
特有の環境において適用できるだけの性能を改めて見出
し、その性能を利用することで従来不可能と言われてい
た４ｋＨｚ以上高繰り返しという条件に適合させたもの
である。なお、実施例の説明はすべてＡｒＦエキシマレ
ーザ装置を対象に説明したが、フッ素レーザ装置につい
ても同様のことが適用できる。
装置は、ファン外径が１５０ｍｍ以下であり、ファンの
周速度が２５ｍ／ｓ以上としたので、４ｋＨｚ以上とい
う高繰り返し条件に十分耐えられるだけのレーザ装置を
提供することができた。特に、従来、空気調和器（エア
コン）などのオープンエアに対して使われていたクロス
フローファンに対して高圧力密閉容器というガスレーザ
特有の環境において適用できるだけの性能を改めて見出
し、その性能を利用することで従来不可能と言われてい
た４ｋＨｚ以上高繰り返しという条件に適合させたもの
である。なお、実施例の説明はすべてＡｒＦエキシマレ
ーザ装置を対象に説明したが、フッ素レーザ装置につい
ても同様のことが適用できる。
【図１】エキシマレーザ装置の概略内部構造を示す。
【図２】ファン外径とファン回転数の関係を示す。
【図３】転がりベアリングを使った場合のファン回転数
と波長安定度を示す。
と波長安定度を示す。
【図４】磁気ベアリングを使った場合のファン回転数と
波長安定度を示す。
波長安定度を示す。
１ レーザチャンバ
２ 放電電極
３ クロスフローファン
４ 予備電離部
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平11−87810（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−198390（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−226729（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−112064（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−64891（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−237029（ＪＰ，Ａ)
実開 平２−753（ＪＰ，Ｕ)
Ｔ．Ｇｏｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｒｅｖ
ｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｖｏｌ．66,
Ｎｏ．11，ｐｐ．5162−5164（1995)
Ｔ．Ｇｏｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｒｅｖ
ｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｖｏｌ．69,
Ｎｏ．１，ｐｐ．１−９（1998)
高木茂行 他，レーザー研究，Ｖｏ
ｌ．21，Ｎｏ．５（1993）ｐｐ．566−
576
Ｈ．Ｊ．Ｐａｒｋ ｅｔ ａｌ．，Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ
ＳＰＩＥ − Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇ，Ｖｏｌ．2889，ｐｐ．104−108
（1996)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 3/00 - 3/30
ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (3)
- 【請求項１】レーザガスが封入されるレーザチャンバー
と、このチャンバー内に配置された所定間隔だけ離間し
て対向した一対の主放電電極と、このチャンバー内にお
いて、レーザガスを少なくとも主放電電極間を流れる循
環流とするためのクロスフローファンと、このクロスフ
ローファンを回転支持するベアリング構造と、前記レー
ザチャンバーの前後に各々配置された出力鏡とレーザ光
のスペクトル幅を狭帯域化し中心波長の波長安定化を実
現するための狭帯域化光学系よりなり、前記ベアリング
構造に転がりベアリングを使用し、繰り返し周波数が４
ｋＨｚ以上であるガスレーザ装置において、 前記クロスフローファンの直径は１１０ｍｍ以上１５０
ｍｍ以下であって、周速度２５．０ｍ／ｓ以上であり、
前記クロスフローファンの回転数が４５００ｒｐｍ以下
であることを特徴とするガスレーザ装置。 - 【請求項２】レーザガスが封入されるレーザチャンバー
と、このチャンバー内に配置された所定間隔だけ離間し
て対向した一対の主放電電極と、このチャンバー内にお
いて、レーザガスを少なくとも主放電電極間を流れる循
環流とするためのクロスフローファンと、このクロスフ
ローファンを回転支持するベアリング構造と、前記レー
ザチャンバーの前後に各々配置された出力鏡とレーザ光
のスペクトル幅を狭帯域化し中心波長の波長安定化を実
現するための狭帯域化光学系よりなり、前記ベアリング
構造に磁気ベアリングを使用し、繰り返し周波数が４ｋ
Ｈｚ以上であるガスレーザ装置において、 前記クロスフローファンの直径は１００ｍｍ以上１５０
ｍｍ以下であって、周速度２５．０ｍ／ｓ以上であり、
前記クロスフローファンの回転数が５０００ｒｐｍ以下
であることを特徴とするガスレーザ装置。 - 【請求項３】前記クロスフローファンの周速度が２７．
０ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１又は請求
項２のガスレーザ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000030748A JP3389912B2 (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | ガスレーザ装置 |
| KR10-2001-0000387A KR100505083B1 (ko) | 2000-02-08 | 2001-01-04 | 가스 레이저 장치 |
| EP01102472A EP1124293B1 (en) | 2000-02-08 | 2001-02-03 | Gas laser device |
| DE60140392T DE60140392D1 (de) | 2000-02-08 | 2001-02-03 | Gaslaservorrichtung |
| US09/778,897 US6804286B2 (en) | 2000-02-08 | 2001-02-08 | Gas laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000030748A JP3389912B2 (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | ガスレーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001223415A JP2001223415A (ja) | 2001-08-17 |
| JP3389912B2 true JP3389912B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=18555725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000030748A Expired - Lifetime JP3389912B2 (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | ガスレーザ装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6804286B2 (ja) |
| EP (1) | EP1124293B1 (ja) |
| JP (1) | JP3389912B2 (ja) |
| KR (1) | KR100505083B1 (ja) |
| DE (1) | DE60140392D1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002026429A (ja) * | 2000-07-03 | 2002-01-25 | Nidek Co Ltd | ガスレーザ装置 |
| FR2904820B1 (fr) * | 2006-08-08 | 2010-12-31 | Air Liquide | Unite de production et de traitement d'un gaz de synthese comprenant un reformeur a la vapeur |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5029177A (en) * | 1988-01-15 | 1991-07-02 | Cymer Laser Technologies | Compact excimer laser |
| US4959840A (en) * | 1988-01-15 | 1990-09-25 | Cymer Laser Technologies | Compact excimer laser including an electrode mounted in insulating relationship to wall of the laser |
| US5033055A (en) * | 1988-01-15 | 1991-07-16 | Cymer Laser Technologies | Compact excimer laser |
| DE3813421A1 (de) | 1988-04-21 | 1989-11-02 | Philips Patentverwaltung | Hochdruck-quecksilberdampfentladungslampe |
| US5497049A (en) | 1992-06-23 | 1996-03-05 | U.S. Philips Corporation | High pressure mercury discharge lamp |
| KR0120729Y1 (ko) * | 1995-08-18 | 1998-08-01 | 김광호 | 공기조화기용 팬 |
| US5771258A (en) | 1997-02-11 | 1998-06-23 | Cymer, Inc. | Aerodynamic chamber design for high pulse repetition rate excimer lasers |
| US6128323A (en) * | 1997-04-23 | 2000-10-03 | Cymer, Inc. | Reliable modular production quality narrow-band high REP rate excimer laser |
| US6330261B1 (en) * | 1997-07-18 | 2001-12-11 | Cymer, Inc. | Reliable, modular, production quality narrow-band high rep rate ArF excimer laser |
| US6018537A (en) * | 1997-07-18 | 2000-01-25 | Cymer, Inc. | Reliable, modular, production quality narrow-band high rep rate F2 laser |
| US6317447B1 (en) * | 2000-01-25 | 2001-11-13 | Cymer, Inc. | Electric discharge laser with acoustic chirp correction |
| US5870420A (en) * | 1997-08-18 | 1999-02-09 | Cymer, Inc. | Cross-flow blower with braces |
| US6567450B2 (en) * | 1999-12-10 | 2003-05-20 | Cymer, Inc. | Very narrow band, two chamber, high rep rate gas discharge laser system |
| JP2000138404A (ja) * | 1998-10-29 | 2000-05-16 | Komatsu Ltd | エキシマレーザ装置用の貫流ファン |
| US6026103A (en) * | 1999-04-13 | 2000-02-15 | Cymer, Inc. | Gas discharge laser with roller bearings and stable magnetic axial positioning |
| JP2001274486A (ja) * | 2000-01-18 | 2001-10-05 | Ushio Inc | 放電励起ガスレーザ装置用クロスフローファン |
| EP1119082A3 (en) | 2000-01-18 | 2004-05-26 | Ushiodenki Kabushiki Kaisha | Cross-flow fan for discharge excited gas laser |
| JP3327895B2 (ja) | 2000-04-28 | 2002-09-24 | 松下電器産業株式会社 | 高圧放電ランプ、当該ランプの製造方法および当該ランプの点灯方法並びに点灯装置 |
-
2000
- 2000-02-08 JP JP2000030748A patent/JP3389912B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-01-04 KR KR10-2001-0000387A patent/KR100505083B1/ko active IP Right Grant
- 2001-02-03 DE DE60140392T patent/DE60140392D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-03 EP EP01102472A patent/EP1124293B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-08 US US09/778,897 patent/US6804286B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Ｈ．Ｊ．Ｐａｒｋ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＩＥ − Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．２８８９，ｐｐ．１０４−１０８（１９９６） |
| Ｔ．Ｇｏｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｖｏｌ．６６，Ｎｏ．１１，ｐｐ．５１６２−５１６４（１９９５） |
| Ｔ．Ｇｏｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｖｏｌ．６９，Ｎｏ．１，ｐｐ．１−９（１９９８） |
| 高木茂行 他，レーザー研究，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．５（１９９３）ｐｐ．５６６−５７６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100505083B1 (ko) | 2005-07-29 |
| US20010012310A1 (en) | 2001-08-09 |
| EP1124293A2 (en) | 2001-08-16 |
| DE60140392D1 (de) | 2009-12-24 |
| JP2001223415A (ja) | 2001-08-17 |
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| US6804286B2 (en) | 2004-10-12 |
| EP1124293B1 (en) | 2009-11-11 |
| KR20010077963A (ko) | 2001-08-20 |
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