JP6737704B2 - レーザチャンバ - Google Patents
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Description
1.概要
2.用語の説明
3.ガスレーザ装置
3.1 構成
3.2 動作
3.3 課題
4.冷媒流路を含むレーザチャンバ
5.電気絶縁部材を含むレーザチャンバ
6.整流部材を含むレーザチャンバ
7.絶縁壁部材を含むレーザチャンバ
8.第1容器及び第2容器が一体的に形成されたレーザチャンバ
9.ピーキングコンデンサ
10.電気絶縁部材
10.1 構成
10.2 取り付け構造
11.その他
11.1 ガスレーザ装置に用いられる充放電回路
11.2 その他の変形例
本開示は、以下の実施形態を少なくとも開示し得る。
このような構成により、レーザチャンバ10は、放電効率を向上させることができる。
「光路軸」は、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の中心を通る軸である。
「光路」は、レーザ光が通る経路である。光路には、光路軸が含まれてもよい。
[3.1 構成]
図1及び図2を用いて、ガスレーザ装置1の構成について説明する。
図1は、ガスレーザ装置1の構成を概略的に示す。図2は、図1に示されたレーザチャンバ10のZ軸方向から視た断面図を示す。
図1では、ガスレーザ装置1から出力されるレーザ光の進行方向をZ軸方向とする。すなわち、レーザチャンバ10から露光装置110へパルスレーザ光が出力される方向をZ軸方向とする。X軸及びY軸は、Z軸に直交し、且つ、互いに直交する軸とする。以降の図面でも図1の座標軸と同様とする。
レーザチャンバ10は、第1容器51と、第2容器52とを含んでもよい。
第1容器51及び第2容器52は、例えばアルミ金属等の金属材料を用いて形成されてもよい。第1容器51及び第2容器52の形成に用いる金属材料の表面には、例えばニッケルめっきが施されてもよい。
第1容器51の内部には、当該第1容器51の壁51aによって第1空間51bが形成されてもよい。第1容器51の壁51aには開口が設けられてもよい。
第2容器52の内部には、当該第2容器52の壁52aによって第2空間52bが形成されてもよい。第2容器52の壁52aには開口が設けられてもよい。
第1容器51の壁51a及び第2容器52の壁52aは、接地されてもよい。
第1容器51及び第2容器52のそれぞれの開口周縁は、シール部材53を介して接合されてもよい。シール部材53は、例えばOリングであってもよい。
第1容器51及び第2容器52がシール部材53を介して接合されると、第1容器51の内部空間である第1空間51bと、第2容器52の内部空間である第2空間52bとは、外部から隔絶された状態で互いに連通し得る。
第2容器52は、ピーキングコンデンサ18と、接続部19と、フィードスルー28と、を含んでもよい。
主放電部11は、第1容器51の第1空間51bに配置されてもよい。
主放電部11は、第1放電電極11aと、第2放電電極11bと、を含んでもよい。
第1放電電極11a及び第2放電電極11bは、レーザガスを主放電により励起するための1対の電極であってもよい。主放電は、グロー放電であってもよい。
第1放電電極11a及び第2放電電極11bは、それぞれ板状の導電部材で形成されてもよい。
第1放電電極11a及び第2放電電極11bは、互いに所定距離だけ離隔し、且つ、互いの長手方向が略平行となるように対向して配置されてもよい。
第1放電電極11a及び第2放電電極11bは、互いの放電面が対向して配置されてもよい。本実施形態では、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの互いの放電面が対向する方向をY軸方向としている。
第1放電電極11aの放電面とは反対側の面は、接続部19及びフィードスルー28を介して、パルスパワーモジュール13に接続されてもよい。第1放電電極11aの放電面とは反対側の面は、接続部19を介してピーキングコンデンサ18に接続されてもよい。第1放電電極11aと第2放電電極11bとの間には、パルスパワーモジュール13及びピーキングコンデンサ18によってパルス電圧が印加され得る。
第2放電電極11bは、アノード電極であってもよい。
第2放電電極11bの放電面とは反対側の面は、プレート25に固定されてもよい。
プレート25は、導電部材で形成されていてもよい。
プレート25は、配線27を介して、接地された第1容器51の壁51aと接続されてもよい。プレート25は、接地電位に保たれ得る。
予備電離放電部40は、第1容器51の第1空間51bに配置されてもよい。
予備電離放電部40は、プレート25に固定されてもよい。
予備電離放電部40は、第2放電電極11bに対してレーザガス流の上流側に配置されてもよい。
予備電離放電部40は、予備電離内電極41と、誘電体パイプ42と、予備電離外電極43と、ボルト44と、を含んでもよい。
誘電体パイプ42は、誘電体パイプ42の長手方向と主放電部11の長手方向とが略平行となるように配置されてもよい。
予備電離内電極41は、棒状に形成されてもよい。
予備電離内電極41は、誘電体パイプ42の内側に挿入され、誘電体パイプ42の内周面に固定されてもよい。
予備電離内電極41の端部は、図示しないフィードスルーと図示しない予備電離コンデンサCcとを介して、パルスパワーモジュール13の高電圧を出力する出力端子に接続されてもよい。予備電離内電極41の端部は、ピーキングコンデンサ18に接続されてもよい。
予備電離外電極43は、屈曲部を有する板状に形成されてもよい。
屈曲された予備電離外電極43の先端部は、当該予備電離外電極43の長手方向に亘って、誘電体パイプ42の外周表面と略接触するように配置されてもよい。
予備電離外電極43は、ボルト44を介して第2放電電極11b又はプレート25に固定されてもよい。
ファン21は、第1容器51の第1空間51bに配置されてもよい。
ファン21は、クロスフローファンであってもよい。
ファン21は、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの長手方向とファン21の長手方向とが略平行となるように配置されてもよい。ファン21は、プレート25に対して放電空間の反対側に配置されてもよい。
ファン21は、モータ22の駆動によって回転してもよい。回転するファン21は、レーザガス流を発生させてもよい。
ファン21から吹き出したレーザガスは、放電空間に流入し得る。放電空間に流入するレーザガス流の流れ方向は、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの長手方向に略垂直な方向であり得る。
放電空間に流入したレーザガスは、放電空間から流出し得る。放電空間から流出するレーザガス流の流れ方向は、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの長手方向に略垂直な方向であり得る。
放電空間から流出したレーザガスは、熱交換器26を介してファン21に吸い込まれ得る。
熱交換器26は、第1容器51の第1空間51bに配置されてもよい。
熱交換器26の内部に供給される冷媒の供給量は、制御部30からの制御により変動してもよい。冷媒の供給量が変動すると、レーザガスから冷媒への伝熱量が変動し得る。
それにより、レーザチャンバ10内のレーザガス温度は調節され得る。
ピーキングコンデンサ18は、第2容器52の第2空間52bに複数個配置されてもよい。ピーキングコンデンサ18は、第2空間52b内の位置であって、第1放電電極11aにおけるレーザガス流の上流側及び下流側の位置に、それぞれ複数個配置されてもよい。ピーキングコンデンサ18は、第1放電電極11aの長手方向に沿って複数個配置されてもよい。
ピーキングコンデンサ18の一方の電極18bは、接続部19及びフィードスルー28を介して、パルスパワーモジュール13に接続されてもよい。ピーキングコンデンサ18の一方の電極18bは、接続部19を介して、第1放電電極11aに接続されてもよい。ピーキングコンデンサ18の一方の電極18bは、接続部19及び予備電離コンデンサCcを介して、予備電離内電極41に接続されてもよい。
ピーキングコンデンサ18の他方の電極18cは、接続部19を介して、第2容器52の壁52aに接続されてもよい。
それにより、ピーキングコンデンサ18は、レーザガスとの間で化学反応し難くなり得る。その結果、ピーキングコンデンサ18は、レーザガスと反応して劣化したり、不純物ガスを放出したりし難くなり得る。
なお、ピーキングコンデンサ18の詳細な構成については、図10A〜図15Bを用いて後述する。
接続部19は、第2容器52の第2空間52bに配置されてもよい。
接続部19は、接続プレート19aと、接続端子19bと、接続端子19cとを含んでもよい。
接続プレート19aは、第1放電電極11aの長手方向に沿って配置されてもよい。
接続プレート19aは、当該接続プレート19aの底面部が第1放電電極11aの放電面とは反対側の面と対向するように配置されてもよい。
接続プレート19aの底面部における外表面は、第1放電電極11aの放電面とは反対側の面と電気的に接続されてもよい。
接続プレート19aの底面部における内表面は、フィードスルー28と電気的に接続されてもよい。
接続プレート19aの2つの側面部のそれぞれは、第1放電電極11aにおけるレーザガス流の上流側及び下流側に位置してもよい。
第1放電電極11aにおけるレーザガス流の上流側に位置する接続プレート19aの側面部は、当該上流側に位置する複数のピーキングコンデンサ18のそれぞれの電極18bと、複数の接続端子19bのそれぞれを介して電気的に接続されてもよい。第1放電電極11aにおけるレーザガス流の下流側に位置する接続プレート19aの側面部は、当該下流側に位置する複数のピーキングコンデンサ18のそれぞれの電極18bと、複数の接続端子19bのそれぞれを介して電気的に接続されてもよい。
それにより、ピーキングコンデンサ18の電極18bと、第1放電電極11aとは、接続プレート19a及び接続端子19bを含む接続部19によって電気的に接続され得る。加えて、ピーキングコンデンサ18の電極18bと、パルスパワーモジュール13に接続されたフィードスルー28とは、接続プレート19a及び接続端子19bを含む接続部19によって電気的に接続され得る。
また、接続端子19cは、複数のピーキングコンデンサ18のそれぞれの電極18cと、第2容器52の壁52aとを電気的に接続してもよい。
それにより、ピーキングコンデンサ18の電極18cと、第2容器52の壁52aとは、接続端子19cを含む接続部19によって電気的に接続され得る。
フィードスルー28は、第2容器52の第2空間52bに配置されてもよい。
フィードスルー28は、導電部281と、絶縁部282と、連結部283とを含んでもよい。
導電部281は、銅等の電気抵抗の小さい金属材料で形成されてもよい。
導電部281は、接続プレート19aの底面部における内表面を基端として、先端がパルスパワーモジュール13の出力端子に向かって延出するように形成されてもよい。導電部281は、第2容器52の底面部における壁52aを貫通するように形成されてもよい。
絶縁部282は、少なくとも導電部281の基端面及び先端面を除いて、導電部281の外表面を覆うように設けられてもよい。
導電部281の先端部を覆う絶縁部282は、当該先端部の側面から外側に向かって突出するように形成されてもよい。
連結部283は、フランジ283aと、シール部材283bとを含んでもよい。
フランジ283aは、金属材料で形成されてもよい。
フランジ283aは、導電部281の本体部を覆う絶縁部282の外表面に固定されてもよい。加えて、フランジ283aは、導電部281の先端部を覆う絶縁部282の突出部における接続部19側の面に固定されてもよい。
ここで、導電部281と絶縁部282との間、及び絶縁部282とフランジ283aとの間は、気密性が保持できるようにフッ素ガスにて腐食し難い金属によって、ろう付け又は接合されていてもよい。
フランジ283aの接続部19側の面は、シール部材283bを介して第2容器52の壁52aに接合されてもよい。シール部材283bは、例えばOリングであってもよい。
パルスパワーモジュール13は、フィードスルー28及び接続部19を介して、ピーキングコンデンサ18、主放電部11、及び予備電離コンデンサCcに接続されてもよい。
パルスパワーモジュール13は、制御部30によって制御されるスイッチ13aを含んでもよい。
スイッチ13aがOFFからONになると、パルスパワーモジュール13は、充電コンデンサC0に蓄積されていた電気エネルギーからパルス状の電圧を生成してもよい。
パルスパワーモジュール13は、生成されたパルス電圧を主放電部11及び予備電離放電部40に印加してもよい。このとき、パルスパワーモジュール13は、充電コンデンサC0に蓄積されていた電気エネルギーをピーキングコンデンサ18に蓄積し、ピーキングコンデンサ18からの放電によって主放電部11及び予備電離放電部40にパルス電圧を印加してもよい。
狭帯域化モジュール14は、プリズム14aと、グレーティング14bと、を含んでもよい。
グレーティング14bは、入射角度と回折角度とが同じ角度となるリトロー配置に配置されてもよい。
グレーティング14bは、回折角度に応じて特定の波長付近の光を選択的に取り出し得る。当該特定の波長付近の光は、グレーティング14bからプリズム14a及びウインドウ10aを介して、レーザチャンバ10に戻り得る。
それにより、グレーティング14bからレーザチャンバ10に戻った光のスペクトル幅は、狭帯域化され得る。
出力結合ミラー15の表面には、部分反射膜がコーティングされていてもよい。
パルスエネルギー計測器17は、ビームスプリッタ17aと、集光レンズ17bと、光センサ17cと、を含んでもよい。
集光レンズ17bは、ビームスプリッタ17aによって反射したパルスレーザ光を、光センサ17cの受光面に集光してもよい。
光センサ17cは、受光面に集光されたパルスレーザ光を検出してもよい。光センサ17cは、検出されたパルスレーザ光のパルスエネルギーを計測してもよい。光センサ17cは、計測されたパルスエネルギーに関する信号を制御部30に出力してもよい。
モータ22は、DCモータや交流モータであってもよい。
モータ22は、制御部30からの制御によりファン21の回転数を変化させてもよい。
レーザガス供給部23は、図示しないガスボンベと、バルブと、流量制御弁と、を含んでもよい。
ガスボンベには、レーザガスが充填されてもよい。
バルブは、ガスボンベからレーザチャンバ10内へのレーザガスの流れを遮断してもよい。
流量制御弁は、ガスボンベからレーザチャンバ10内へのレーザガスの供給量を変化させてもよい。
レーザガス供給部23は、制御部30からの制御により流量制御弁の開度を変化させてもよい。流量制御弁の開度が変化すると、レーザチャンバ10内へのレーザガスの供給量が変化し得る。
それにより、レーザチャンバ10内のガス圧は調節され得る。
レーザガス排出部24は、図示しないバルブと、排気ポンプとを含んでもよい。
バルブは、レーザチャンバ10内からレーザチャンバ10外へのレーザガスの流れを遮断してもよい。
排気ポンプは、レーザチャンバ10内のレーザガスを吸引してもよい。
レーザガス排出部24は、制御部30からの制御により排気ポンプを作動させてもよい。排気ポンプが作動すると、レーザチャンバ10内のレーザガスは、排気ポンプ内に吸引され得る。
それにより、レーザチャンバ10内のレーザガスはレーザチャンバ10外へ排出され、レーザチャンバ10内のガス圧は減圧され得る。
制御部30は、露光装置制御部111から送信された各種信号に基づいて、ガスレーザ装置1の各構成要素の動作を統括的に制御してもよい。
制御部30は、当該パルスエネルギーに関する信号及び露光装置制御部111からの目標パルスエネルギーに関する信号に基づいて、充電器12の充電電圧を決定してもよい。制御部30は、決定された充電電圧に応じた制御信号を充電器12に出力してもよい。当該制御信号は、決定された充電電圧が充電器12に設定されるよう充電器12の動作を制御するための信号であってもよい。
制御部30は、パルスエネルギー計測器17からのパルスエネルギーに関する信号及び露光装置制御部111からの目標発振タイミングに関する信号に基づいて、主放電部11にパルス電圧を印加するタイミングを決定してもよい。制御部30は、決定されたタイミングに応じた発振トリガ信号をパルスパワーモジュール13に出力してもよい。当該発振トリガ信号は、決定されたタイミングに応じてスイッチ13aがON又はOFFになるようパルスパワーモジュール13の動作を制御するための制御信号であってもよい。
制御部30は、当該ガス圧の検出信号及び充電器12の充電電圧に基づいて、レーザチャンバ10内におけるレーザガスのガス圧を決定してもよい。制御部30は、決定されたガス圧に応じた制御信号を、レーザガス供給部23又はレーザガス排出部24に出力してもよい。当該制御信号は、決定されたガス圧に応じてレーザチャンバ10内にレーザガスが供給又は排出されるようレーザガス供給部23又はレーザガス排出部24の動作を制御するための信号であってもよい。
本実施形態では、放電回路を構成する電流経路のループによって囲まれた領域の面積を、放電回路の「ループ面積」ともいう。
本実施形態のピーキングコンデンサ18は、上述のように、レーザチャンバ10の内部空間である第2空間52bに配置されてもよい。
ピーキングコンデンサ18がレーザチャンバ10の内部に配置されると、当該電流経路で囲まれた領域の面積、すなわちガスレーザ装置1の放電回路におけるループ面積は小さくなり得る。ガスレーザ装置1の放電回路におけるループ面積が小さくなると、当該放電回路のインダクタンスは小さくなり得る。
よって、ガスレーザ装置1の放電回路におけるインダクタンスは、ピーキングコンデンサ18がレーザチャンバ10の外部に配置される場合に比べて小さくなり得る。
それにより、ガスレーザ装置1の放電回路における放電効率は、ピーキングコンデンサ18がレーザチャンバ10の外部に配置される場合に比べて高くなり得る。
ここで、「放電効率」とは、ガスレーザ装置1が外部の電源装置から投入されたエネルギーと、ガスレーザ装置1が放電により放出したエネルギーとの比であり得る。
ガスレーザ装置1の放電回路における具体的な回路構成については、図19を用いて後述する。
制御部30は、レーザチャンバ10内にレーザガスが供給させるようレーザガス供給部23を制御してもよい。レーザチャンバ10の内部空間を構成する第1空間51b及び第2空間52bには、レーザガスが封入され得る。
制御部30は、露光装置制御部111から送信された目標パルスエネルギーEt及び目標発振タイミングに関する信号を受信してもよい。
制御部30は、目標パルスエネルギーEtに応じた充電電圧Vhvを充電器12に設定してもよい。制御部30は、充電器12に設定された充電電圧Vhvの値を記憶してもよい。
制御部30は、目標発振タイミングに同期させて、パルスパワーモジュール13のスイッチ13aを動作させてもよい。
それにより、予備電離放電部40においてコロナ放電が発生し、UV(Ultraviolet)光が生成され得る。主放電部11の放電空間にあるレーザガスに当該UV光が照射されると、当該レーザガスが予備電離され得る。
その後、主放電部11の放電空間には、主放電が発生し得る。主放電の放電方向(電子が移動する方向)は、カソード電極である第1放電電極11aからアノード電極である第2放電電極11bに向かう方向である。主放電が発生すると、放電空間のレーザガスは励起されて光を放出し得る。
制御部30は、計測値である当該パルスエネルギーEと目標パルスエネルギーEtとの差分ΔEを計算してもよい。
制御部30は、差分ΔEに対応する充電電圧Vhvの増減量ΔVhvを計算してもよい。
制御部30は、計算されたΔVhvを、上記で記憶された充電電圧Vhvに加算して、新たに設定する充電電圧Vhvを計算してもよい。
このようにして、制御部30は、充電電圧Vhvをフィードバック制御し得る。
一方、制御部30は、新たに設定する充電電圧Vhvが許容範囲の最小値よりも小さくなった場合、レーザガス排出部24を制御して、所定のガス圧になるまでレーザチャンバ10内からレーザガスを排出してもよい。
本開示のガスレーザ装置1は、上述のように、ピーキングコンデンサ18をレーザチャンバ10の内部に配置することで、放電効率の向上を図り得る。
しかし、ピーキングコンデンサ18がレーザチャンバ10の内部に配置されたガスレーザ装置1には、次のような点で更なる改善の余地があり得る。
特に、ガスレーザ装置1では、繰り返し周波数が高くなると、ピーキングコンデンサ18の発熱量が大きくなり得る。それにより、ガスレーザ装置1では、ピーキングコンデンサ18の性能が劣化することがあり得る。
特に、ガスレーザ装置1では、主放電部11の近傍にピーキングコンデンサ18が配置されると、ピーキングコンデンサ18の沿面によって、レーザチャンバ10の壁10cと第1放電電極11aの側面との間に放電路が形成され易くなり得る。それにより、ガスレーザ装置1の主放電は、図3に示すように、第1放電電極11aの側面からピーキングコンデンサ18の沿面を介してレーザチャンバ10の壁10cに向かう異常な放電となり得る。
特に、ガスレーザ装置1では、主放電部11の近傍にある第2容器52内にピーキングコンデンサ18が配置されると、図3に示すように、レーザガス流がピーキングコンデンサ18で妨げられたり第2空間52bに大量に流入したりし得る。このため、第2容器52にピーキングコンデンサ18を配置させることは、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの間を流れるレーザガス流の流速を低下させる要因となり得る。
第1放電電極11a及び第2放電電極11bの間を流れるレーザガス流の流速が低下すると、ガスレーザ装置1では、放電により生じる放電生成物を放電空間から遠ざける程度の十分なレーザガス流の流速が確保し難くなり得る。その結果、ガスレーザ装置1の主放電は、第1放電電極11aから当該放電生成物を介して第2放電電極11bに向かう異常なアーク放電となる場合があり得る。とりわけ、繰り返し周波数が高くなると、放電生成物の発生が増加し得るため、当該アーク放電が生じやすくなり得る。
しかし、レーザガスに耐性のある材料がコートされたピーキングコンデンサ18がレーザチャンバ10の内部に配置されたガスレーザ装置1には、改善の余地があり得る。
特に、レーザガスにフッ素が含まれピーキングコンデンサ18の表面には耐フッ素材料がコートされた場合、ピーキングコンデンサ18がレーザチャンバ10の内部に配置されたガスレーザ装置1には、次のような点で改善の余地があり得る。
また、例えば、ピーキングコンデンサ18の表面にコートされた耐フッ素材料がフッ化物を含む無機物材料である場合には、当該無機物材料がピーキングコンデンサ18の表面を完全にコートできずに、ピンホール等が存在する虞れがある。ピーキングコンデンサ18をコートする材料にピンホール等が存在すると、フッ素を含むレーザガスがピーキングコンデンサ18の内部まで侵入し得る。それにより、ピーキングコンデンサ18は、フッ素を含むレーザガスと反応して劣化することがあり得る。
図4〜図5Bを用いて、冷媒流路54を含むレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1について説明する。
図4は、冷媒流路54を含むレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1を説明するための図を示す。図5Aは、図4に示された冷媒流路54によるピーキングコンデンサ18の冷却構造例1を説明するための図を示す。図5Bは、図4に示された冷媒流路54によるピーキングコンデンサ18の冷却構造例2を説明するための図を示す。
図4〜図5Bに示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1の構成において、図1及び図2に示されたガスレーザ装置1と同様の構成については説明を省略する。
冷媒流路54は、図示しないポンプに連結されてもよい。冷媒流路54を流れる冷媒は、当該ポンプによって循環してもよい。
冷媒流路54は、レーザチャンバ10の壁10cの内部に設けられてもよい。冷媒流路54は、第2容器52の壁52aの内部に設けられてもよい。
ピーキングコンデンサ18が発熱すると、ピーキングコンデンサ18に発生した熱は、熱伝導率の高い接続端子19cに伝熱され得る。接続端子19cに伝熱された熱は、接続端子19cが接続された位置付近の壁52aに伝熱され得る。当該壁52aに伝熱された熱は、冷媒流路54を循環する冷媒に伝熱され、第2容器52の外部に排熱され得る。
すなわち、ピーキングコンデンサ18に発生した熱は、ピーキングコンデンサ18の電極18c側から冷媒流路54を循環する冷媒に伝熱され、レーザチャンバ10の外部に排熱され得る。
それにより、ガスレーザ装置1は、ピーキングコンデンサ18が発熱しても効率的に冷却されるため、ピーキングコンデンサ18の性能劣化を抑制し得る。
この場合、ピーキングコンデンサ18の当該側面部と壁52aとの間には、熱伝導率の高い電気絶縁物54aが挟まれてもよい。熱伝導率の高い電気絶縁物54aは、例えばアルミナセラミックスであってもよい。
ピーキングコンデンサ18が発熱すると、ピーキングコンデンサ18に発生した熱は、ピーキングコンデンサ18の側面部と壁52aとの間に設けられた熱伝導率の高い電気絶縁物54aに伝熱され得る。当該電気絶縁物54aに伝熱された熱は、壁52aに伝熱され得る。当該壁52aに伝熱された熱は、冷媒流路54を循環する冷媒に伝熱され、第2容器52の外部に排熱され得る。
すなわち、ピーキングコンデンサ18に発生した熱は、ピーキングコンデンサ18の電極18c側でない側面部から冷媒流路54を循環する冷媒に伝熱され、レーザチャンバ10の外部に排熱され得る。
それにより、ガスレーザ装置1は、ピーキングコンデンサ18が発熱しても効率的に冷却されるため、ピーキングコンデンサ18の性能劣化を抑制し得る。
特に、高繰り返しで放電する場合には、ピーキングコンデンサ18からの発熱量は、繰り返し周波数に応じて高くなり得る。図4〜図5Bに示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1では、ピーキングコンデンサ18の高温化による容量変化や破損を抑制し得るので、主放電部11の主放電が安定化し、出力レーザ光のパルスエネルギーが安定化し得る。
なお、図4〜図5Bに示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1における他の構成については、図1及び図2に示されたガスレーザ装置1の構成と同様であってもよい。
図6を用いて、電気絶縁部材61を含むレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1について説明する。
図6は、電気絶縁部材61を含むレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1を説明するための図を示す。
図6に示されたレーザチャンバ10の構成は、図4〜図5Bに示されたレーザチャンバ10に対して電気絶縁部材61を追加した構成であってもよい。
図6に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1の構成において、図4〜図5Bに示されたガスレーザ装置1と同様の構成については説明を省略する。
電気絶縁部材61は、アルミナセラミックスを用いて形成されてもよい。
電気絶縁部材61は、第1空間51bと第2空間52bとの間に配置されてもよい。
電気絶縁部材61は、第1空間51bと第2空間52bとの間をレーザガスが通気し得るように配置されてもよい。すなわち、電気絶縁部材61は、第1空間51bと第2空間52bとの間を密閉しなくてもよい。
電気絶縁部材61は、第1放電電極11aの側面を囲むように配置されてもよい。
電気絶縁部材61は、第1放電電極11aの側面と第1容器51の壁51aとの間を当該電気絶縁部材61で隔てるように配置されてもよい。電気絶縁部材61は、第1容器51の開口の周縁付近の壁51aに固定されてもよい。
その結果、ガスレーザ装置1は、第1放電電極11aの側面からピーキングコンデンサ18の沿面を介してレーザチャンバ10の壁10cに向かう異常な放電を抑制し得る。
また、電気絶縁部材61は、レーザガス流がピーキングコンデンサ18で妨げられたり第2空間52bに大量に流入したりすることを抑制し得る。
このため、ガスレーザ装置1は、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの間を流れるレーザガス流の流速が低下することを抑制し得る。
その結果、ガスレーザ装置1では、放電生成物を放電空間から遠ざける程度の十分なレーザガス流の流速を確保することができ、第1放電電極11aから当該放電生成物を介して第2放電電極11bに向かう異常なアーク放電を抑制し得る。
このため、電気絶縁部材61は、第1空間51b及び第2空間52bの圧力差により変形され難くなり得る。加えて、電気絶縁部材61は、第1空間51bと第2空間52bとの間を密閉する必要が無いため、小型且つ薄型の構造となり得る。
その結果、ガスレーザ装置1では、電気絶縁部材61が小型且つ薄型の構造物であっても、上述の異常な放電を簡易な構成で安定的に抑制し得る。
なお、図6に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1における他の構成については、図4〜図5Bに示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1の構成と同様であってもよい。
図7を用いて、整流部材62を含むレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1について説明する。
図7は、整流部材62を含むレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1を説明するための図を示す。
図7に示されたレーザチャンバ10の構成は、図6に示されたレーザチャンバ10に対して整流部材62を追加した構成であってもよい。
図7に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1の構成において、図6に示されたガスレーザ装置1と同様の構成については説明を省略する。
整流部材62は、アルミナセラミックス等の電気絶縁材料を用いて形成されてもよい。
整流部材62は、第1放電電極11aの側面を囲むように設けられてもよい。
整流部材62は、電気絶縁部材61の第1空間51b側の面に固定されてもよい。整流部材62は、電気絶縁部材61と一体的に形成されてもよい。
整流部材62は、第1放電電極11aにおけるレーザガス流の上流側及び下流側に配置されてもよい。第1放電電極11aの上流側に位置する整流部材62の一部は、上流側から下流側に向かうに従って厚くなるような傾斜面が形成されていてもよい。第1放電電極11aの下流側に位置する整流部材62の一部は、上流側から下流側に向かうに従って薄くなるような傾斜面が形成されていてもよい。ここで、整流部材62の第1放電電極11aの両側面での厚さは、第1放電電極11aの放電面よりも低くなるような厚さであってもよい。
このため、ガスレーザ装置1は、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの間を流れるレーザガス流の流速が低下することを更に抑制し得る。
その結果、ガスレーザ装置1では、放電生成物を放電空間から遠ざける程度の十分なレーザガス流の流速を更に確保することができ、第1放電電極11aから当該放電生成物を介して第2放電電極11bに向かう異常なアーク放電を更に抑制し得る。
なお、図7に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1における他の構成については、図6に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1の構成と同様であってもよい。
図8を用いて、絶縁壁部材64を含むレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1について説明する。
図8は、絶縁壁部材64を含むレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1を説明するための図を示す。
図8に示されたレーザチャンバ10の構成は、図7に示されたレーザチャンバ10に対して整流部材63及び絶縁壁部材64を追加した構成であってもよい。
図8に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1の構成において、図7に示されたガスレーザ装置1と同様の構成については説明を省略する。
整流部材63は、アルミナセラミックス等の電気絶縁材料を用いて形成されてもよい。或いは、整流部材63は、ニッケル金属等の金属材料を用いて形成されてもよい。
整流部材63は、主放電に伴って発生する音響波を吸収する多孔質構造を有するように形成されてもよい。
整流部材63は、第2放電電極11b及び予備電離放電部40の側面を囲むように設けられてもよい。
整流部材63は、プレート25に固定されてもよい。
整流部材63は、第2放電電極11bにおけるレーザガス流の上流側及び下流側に配置されてもよい。第2放電電極11bの上流側に位置する整流部材63の一部は、上流側から下流側に向かうに従って厚くなるような傾斜面が形成されていてもよい。第2放電電極11bの下流側に位置する整流部材63の一部は、上流側から下流側に向かうに従って薄くなるような傾斜面が形成されていてもよい。ここで、整流部材63の第2放電電極11bの両側面での厚さは、第2放電電極11bの放電面よりも低くなるような厚さであってもよい。
絶縁壁部材64は、アルミナセラミックス等の電気絶縁材料を用いて形成されてもよい。
絶縁壁部材64の中央部は、フィードスルー28によって貫通されてもよい。
ここで、絶縁壁部材64を含むレーザチャンバ10のフィードスルー28は、図2〜図7に示されたような、導電部281と、絶縁部282と、連結部283とを含んで構成されていなくてもよい。すなわち、絶縁壁部材64を含むレーザチャンバ10のフィードスルー28は、図8に示されるように、フランジ付きの金属(例えば銅)の導電部材であってもよい。
絶縁壁部材64は、パルスパワーモジュール13の出力端子及びフィードスルー28と、第2容器52の側面部の壁52aとの間を当該絶縁壁部材64で隔てるように配置されてもよい。
このため、ガスレーザ装置1は、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの間を流れるレーザガス流の流速が低下することを更に抑制し得る。
その結果、ガスレーザ装置1では、放電生成物を放電空間から遠ざける程度の十分なレーザガス流の流速を更に確保することができ、第1放電電極11aから当該放電生成物を介して第2放電電極11bに向かう異常なアーク放電を更に抑制し得る。
その結果、ガスレーザ装置1は、パルスパワーモジュール13の出力端子及びフィードスルー28から第2容器52の壁52aに向かう異常な放電を抑制し得る。更に、ガスレーザ装置1は、ピーキングコンデンサ18から第2容器52の壁52aに向かう異常な放電を抑制し得る。
その結果、図8に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1は、高繰り返し周波数で放電しても、簡易な構成でありながら放電を更に安定化させ得る。
なお、図8に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1における他の構成については、図7に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1の構成と同様であってもよい。
図9を用いて、第1容器51及び第2容器52が一体的に形成されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1について説明する。
図9は、第1容器51及び第2容器52が一体的に形成されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1を説明するための図を示す。
第1容器51及び第2容器52が一体的に形成されたレーザチャンバ10の構成は、図2〜図4及び図6〜図8のいずれかに示されたレーザチャンバ10の第1容器51及び第2容器52が一体的に形成された構成であってもよい。
図9に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1の構成において、図8に示されたガスレーザ装置1と同様の構成については説明を省略する。
図9に示されたレーザチャンバ10では、図8に示された第2容器52の底面部の壁52aと第1容器51の開口周縁の壁51aとが1つの壁10cの一部として一体的に形成されてもよい。そして、図9に示されたレーザチャンバ10では、図8に示された第2容器52の側面部の壁52aが、仕切り板10dに代替されてもよい。
仕切り板10dは、レーザチャンバ10の壁10cの一部であってもよい。
仕切り板10dには、ピーキングコンデンサ18の電極18cと接続される接続端子19cが接続されてもよい。
仕切り板10dには、配線27が接続されてもよい。
仕切り板10dの先端部には、電気絶縁部材61が固定されてもよい。
仕切り板10dの内部には、冷媒流路54が設けられてもよい。
図9に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1は、図8に係るガスレーザ装置1と同様に、放電効率の向上、ピーキングコンデンサ18の性能確保、及び、放電の安定性向上という課題を同時に解決し得る。
なお、図9に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1における他の構成については、図8に示されたレーザチャンバ10を備えるガスレーザ装置1の構成と同様であってもよい。
図10〜図15Bを用いて、ピーキングコンデンサ18の詳細な構成について説明する。
図10Aは、ピーキングコンデンサ18の構成例1を説明するための図を示す。図10Bは、ピーキングコンデンサ18の構成例2を説明するための図を示す。
図10A及び図10Bに示されたピーキングコンデンサ18の構成において、図1〜図9に示されたピーキングコンデンサ18と同様の構成については説明を省略する。
セラミック誘電体18aは、チタン酸ストロンチウムを用いて形成されてもよい。
電極18b及び18cは、真鍮を用いて形成されてもよい。
タップ穴18dは、電極18bに対して接続部19の接続端子19bを接続するための雌ねじのタップ穴であってもよい。タップ穴18eは、電極18cに対して接続部19の接続端子19cを接続するための雌ねじのタップ穴であってもよい。
コーティング層18fの構成材料は、例えば、アルミナ、フッ化カルシウム、又は酸化イットリウムのいずれかであってもよい。
コーティング層18fは、セラミック誘電体18aの外表面に、これらの構成材料を溶射することによって形成されてもよい。
絶縁層18gは、例えばエポキシ樹脂を用いて形成されてもよい。
図10Bのコーティング層18fは、絶縁層18gの外表面に、アルミナ等の上記構成材料を溶射することによって形成されてもよい。
更にまた、ガスレーザ装置1では、図10Bに示されたピーキングコンデンサ18の構成例2が採用される場合には、当該ピーキングコンデンサ18には、電極18b及び18c間における沿面放電が発生する虞れが殆ど無くなり得る。そのため、当該ガスレーザ装置1の放電は、更に安定化し得る。
なお、図10A及び図10Bに示されたピーキングコンデンサ18の他の構成については、図1〜図9に示されたピーキングコンデンサ18と同様であってもよい。
図11は、ピーキングコンデンサ18の構成例3を説明するための図を示す。
図11に示されたピーキングコンデンサ18は、コーティング層18fの構成が、図10A及び図10Bに示されたピーキングコンデンサ18と異なってもよい。
図11に示されたピーキングコンデンサ18は、絶縁層18gの構成が、図10Bに示されたピーキングコンデンサ18と異なってもよい。
図11に示されたピーキングコンデンサ18の構成において、図10A及び図10Bに示されたピーキングコンデンサ18と同様の構成については説明を省略する。
また、図10Bに示されたピーキングコンデンサ18の構成例2における絶縁層18gは、セラミック誘電体18a上にエポキシ樹脂をモールドすることによって形成されてもよい。
また、図11に示されたピーキングコンデンサ18の構成例3における絶縁層18gは、エポキシポリアミド系の樹脂を薄膜状にコーティングすることによって形成されてもよい。
図11のコーティング層18fは、セラミック誘電体18a上にコーティングされた絶縁層18g並びに電極18b及び18cの外表面に、アルミナ等の上記構成材料を溶射することによって形成されてもよい。
それにより、ピーキングコンデンサ18の構成例3は、電極18b及び18c間において発生する沿面放電を、ピーキングコンデンサ18の構成例1及び構成例2に比べて更に抑制し得る。そのため、ピーキングコンデンサ18の構成例3が採用されたガスレーザ装置1の放電は、ピーキングコンデンサ18の構成例1及び構成例2が採用された場合に比べて、更に安定化し得る。
なお、図11に示されたピーキングコンデンサ18の他の構成については、図10A及び図10Bに示されたピーキングコンデンサ18と同様であってもよい。
図12は、ピーキングコンデンサ18の構成例4を説明するための図を示す。
図12に示されたピーキングコンデンサ18は、電極18b及び18cの構成が、図11に示されたピーキングコンデンサ18と異なってもよい。
図12に示されたピーキングコンデンサ18の構成において、図11に示されたピーキングコンデンサ18の構成例3と同様の構成については説明を省略する。
すなわち、ピーキングコンデンサ18の構成例3は、電極18b及び18cの外周側面とセラミック誘電体18aの外周側面とが、中心軸方向において段差を有して接続する構造であってもよい。
すなわち、ピーキングコンデンサ18の構成例4は、電極18b及び18cの外周側面とセラミック誘電体18aの外周側面とが、中心軸方向において段差無く平滑に接続する構造であってもよい。
図14Aは、図12に示されたピーキングコンデンサ18の構成例4における電界強度分布のシミュレーション結果を説明するための図を示す。図14Bは、図14Aに示されたα部分を拡大した図を示す。
これに対し、図14A及び図14Bに示すように、ピーキングコンデンサ18の構成例4では、電極18b及び18cの外周側面とセラミック誘電体18aの外周側面との接続部分において、電界強度は低下しており、電界集中が抑制されていることが分かる。
よって、ピーキングコンデンサ18の構成例4は、電極18b及び18cの外周側面とセラミック誘電体18aの外周側面との接続部分が段差無く平滑な構造を有することで、当該接続部分に発生する電界集中を抑制し得る。
よって、ピーキングコンデンサ18の構成例4は、電極18b及び18cの外周側面とセラミック誘電体18aの外周側面との接続部分が段差無く平滑な構造を有することで、ピーキングコンデンサ18に発生する電界強度の絶対値を大幅に低減し得る。
なお、図12に示されたピーキングコンデンサ18の他の構成については、図11に示されたピーキングコンデンサ18と同様であってもよい。
図15Aは、ピーキングコンデンサ18の構成例5を説明するための図を示す。図15Bは、図15Aに示されたピーキングコンデンサ18の構成例5をβ方向から視た図を示す。
図15A及び図15Bに示されたピーキングコンデンサ18の構成において、図12に示されたピーキングコンデンサ18の構成例4と同様の構成については説明を省略する。
すなわち、図15Aに示されたピーキングコンデンサ18には、コーティング層18fの代りに、被覆管18h及び保護材18jが含まれてもよい。更に、図15Aに示されたピーキングコンデンサ18には、緩衝材18iが含まれていてもよい。
被覆管18hは、レーザガスに耐性のある絶縁材料を用いて形成されてもよい。
被覆管18hの構成材料は、例えば、アルミナ、フッ化カルシウム、酸化イットリウム、又はサファイヤのいずれかであってもよい。好適には、被覆管18hは、不純物が少ないアルミナセラミックス管やサファイヤ管で形成されてもよい。
被覆管18hは、中空の略円筒形状に形成されてもよい。
被覆管18hの中心軸方向の長さは、タップ穴18dが開口する電極18bの端面からタップ穴18eが開口する電極18cの端面までの距離と、略同じ長さであってもよい。
被覆管18hの内径は、セラミック誘電体18a上にコーティングされた絶縁層18gの外径並びに電極18b及び18cの外径よりも大きくてもよい。
被覆管18hの内径は、絶縁層18gがコーティングされたセラミック誘電体18a並びに電極18b及び18cが、当該被覆管18hの内部に接触せずに挿入可能な程度の大きさであってもよい。また、被覆管18hの内径は、絶縁層18gがコーティングされたセラミック誘電体18a並びに電極18b及び18cが、当該被覆管18hと接触しない程度の大きさであってもよい。
緩衝材18iは、シリコーン樹脂等の弾力性及び密着性のある絶縁材料を用いて形成されてもよい。
緩衝材18iは、セラミック誘電体18a並びに電極18b及び18cの熱膨張に追従して変形してもよい。
それにより、緩衝材18iは、被覆管18hに挿入されたセラミック誘電体18a並びに電極18b及び18cが熱膨張することによって、当該セラミック誘電体18a並びに電極18b及び18cに発生する熱応力を緩和し得る。
保護材18jは、緩衝材18iの端面並びに電極18b及び18cの端面に、アルミナ等のレーザガスに耐性のある上記絶縁材料を溶射することによって形成されてもよい。保護部材18jの構成材料は、例えば、アルミナ、フッ化カルシウム、又は酸化イットリウムのいずれかであってもよい。
それにより、保護材18jは、緩衝材18iの端面をレーザガスに暴露されることから保護し、レーザガスの侵入を抑制し得る。
加えて、ピーキングコンデンサ18の構成例5は、コーティング層18fの代りに被覆管18h及び保護材18jを用いることによって、ピーキングコンデンサ18の構成例4に比べて、内部にレーザガスが侵入することを一層抑制し得る。そのため、ピーキングコンデンサ18の構成例5は、ピーキングコンデンサ18の構成例4に比べて、レーザガスと一層反応し難くなり一層劣化し難くなり得る。
更に、ピーキングコンデンサ18の構成例5は、コーティング層18fの代りに被覆管18h及び保護材18jを用いることによって、アルミナ等のレーザガスに耐性のある上記絶縁材料を溶射する面積を大幅に縮小し得る。そのため、ピーキングコンデンサ18の構成例5は、ピーキングコンデンサ18の構成例4に比べて、製造工数を短縮化し得ると共に製造工程を簡略化し得る。
なお、図15A及び図15Bに示されたピーキングコンデンサ18の他の構成については、図13に示されたピーキングコンデンサ18と同様であってもよい。
[10.1 構成]
図16を用いて、電気絶縁部材61の詳細な構成について説明する。
図16は、電気絶縁部材61の詳細な構成を説明するための図を示す。
なお、電気絶縁部材61には、上述のように、整流部材62が一体的に形成されてもよい。図16には、整流部材62と一体的に形成された電気絶縁部材61が示されている。
図16に示された電気絶縁部材61の構成において、図6〜図9に示された電気絶縁部材61と同様の構成については説明を省略する。
凹凸611は、電気絶縁部材61の第2空間52b側の表面61bに形成されてもよい。
よって、図6〜図9に示された電気絶縁部材61は、小型化されることが好ましい。
しかし、電気絶縁部材61が小型化されると、ガスレーザ装置1にて主放電が行われる際に、電気絶縁部材61の第2空間側の表面を介してレーザチャンバ10の壁10cと第1放電電極11aの側面との間に放電路が形成され易くなり得る。すなわち、電気絶縁部材61が小型化されると、第1放電電極11aの側面から電気絶縁部材61の沿面を介してレーザチャンバ10の壁10cに向かう異常な放電が発生し易くなり得る。
それにより、図16に示された電気絶縁部材61を備えるガスレーザ装置1では、第1放電電極11aの側面から電気絶縁部材61の沿面を介してレーザチャンバ10の壁10cに向かう異常な放電を抑制し得る。
電気絶縁部材61の第2空間52b側の表面61bは、電気絶縁部材61の第1空間51b側の表面とは異なり、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの間を流れるレーザガス流の流れ方向及び流速に影響を与えない面であり得る。
よって、図16に示された電気絶縁部材61を備えるガスレーザ装置1では、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの間を流れるレーザガス流の流速が低下することを抑制し得る。
図17A〜図18Cを用いて、図16に示された電気絶縁部材61をレーザチャンバ10に取り付ける際の取り付け構造について説明する。
この取り付け構造は、図6〜図9に示されたレーザチャンバ10の何れに電気絶縁部材61が取り付けられる場合でも、略同じ構造であり得る。
図9のレーザチャンバ10の内部空間は、上述のように、1つの容器として形成されたレーザチャンバ10の壁10cの内壁面からレーザチャンバ10の内側に向かって延びた仕切り板10dによって、第1空間51bと第2空間52bとに仕切られてもよい。
なお、図17Cでは、凹凸611の図示が省略されている。
電気絶縁部材61は、その側端部61cが、仕切り板10dの先端部10eに突き当たるように配置されてもよい。電気絶縁部材61は、その側端部61cは、レーザガス流の流れ方向であるX方向から、仕切り板10dの先端部10eに突き当たるように配置されてもよい。すなわち、電気絶縁部材61の側端部61cと仕切り板10dの先端部10eとの間は、シール部材等によって密閉されていなくてもよい。
それにより、レーザガスは、側端部61cと先端部10eとの間を介して、第1空間51bと第2空間52bとの間を通気し得る。
電気絶縁部材61は、第1放電電極11aの長手方向に沿って配置されてもよい。
電気絶縁部材61は、第1放電電極11aの長手方向の両端付近に、電気絶縁部材61と第1放電電極11aと仕切り板10dとで囲まれた間隙613が形成されるように配置されてもよい。
それにより、レーザガスは、間隙613を介して、第1空間51bと第2空間52bとの間を通気し得る。
それにより、レーザガスは、間隙614を介して、第1空間51bと第2空間52bとの間を通気し得る。
よって、取り付け構造例1に係る電気絶縁部材61は、第1空間51b及び第2空間52bの圧力差により変形し難くなるため、小型且つ薄型化が可能となり得る。
それにより、取り付け構造例1に係る電気絶縁部材61を備えるガスレーザ装置1では、放電回路のループ面積を小さくすることができ、放電効率を向上させ得る。
取り付け構造例1に係る電気絶縁部材61を備えるガスレーザ装置1では、第2空間52bにあるレーザガスが第1空間51bに通気し得るため、第2空間52bにレーザガスが滞留することを抑制し、異常な放電を抑制し得る。
それにより、取り付け構造例1に係る電気絶縁部材61を備えるガスレーザ装置1では、簡易な構成でありながら主放電を安定化させ、出力レーザ光のパルスエネルギーを安定化させ得る。
但し、電気絶縁部材61が仕切り板10dに対して突き当たるように配置されると、高繰り返し周波数で放電させるためにレーザガス流を高速化した場合であっても、電気絶縁部材61が揺動し難くなり得る。そして、電気絶縁部材61が固定された第1放電電極11aも揺動し難くなり、主放電がより安定化し得る。
このため、電気絶縁部材61は、仕切り板10dに対して間隔をあけて配置されるよりも、突き当たるように配置される方が好ましい。
なお、図18Cでは、図17Cと同様に凹凸611の図示が省略されている。
また、電気絶縁部材61は、図18Bに示されるように、取り付け構造例1と同様の間隙613が形成されるように配置されてもよい。
但し、図18Cに示されるように、電気絶縁部材61の第2空間52b側の表面61bと仕切り板10dとの間には、間隙614が形成されなくてもよい。
それにより、取り付け構造例2に係る電気絶縁部材61を備えるガスレーザ装置1においても、電気絶縁部材61の小型且つ薄型化が可能となることから、放電回路のループ面積を小さくすることができ、放電効率を向上させ得る。
また、取り付け構造例2に係る電気絶縁部材61を備えるガスレーザ装置1においても、第2空間52bにレーザガスが滞留することを抑制し異常な放電を抑制し得ることから、簡易な構成で主放電を安定化させ、出力レーザ光のパルスエネルギーを安定化させ得る。
但し、取り付け構造例2に係る電気絶縁部材61は、取付け構造1に係る電気絶縁部材61と同様に、仕切り板10dに対して間隔をあけて配置されるよりも、突き当たるように配置される方が好ましい。
図6〜図8のレーザチャンバ10に対して電気絶縁部材61を取り付ける場合においても、図17A〜図18Cに示された取り付け構造例1及び2と略同じ構造で電気絶縁部材61を取り付けてもよい。
図6〜図8のレーザチャンバ10に対して電気絶縁部材61を取り付ける場合、電気絶縁部材61の側端部61cが、互いに接合された第1容器51又は第2容器52の開口周縁に対して突き当たって配置されるように取り付ければよい。
それにより、図6〜図8のレーザチャンバ10に取り付けられた電気絶縁部材61は、第1空間51bと第2空間52bとの間をレーザガスが通気可能に配置され、小型且つ薄型化が可能となり得る。
したがって、電気絶縁部材61が取り付け構造例1及び2のように取り付けられた図6〜図9のガスレーザ装置1においても、放電回路のループ面積が小さくなり放電効率を向上させ得る。
また、当該ガスレーザ装置1は、第2空間52bにレーザガスが滞留することを抑制し異常な放電を抑制し得るため、簡易な構成でありながら主放電を安定化させ、出力レーザ光のパルスエネルギーを安定化させ得る。
[11.1 ガスレーザ装置に用いられる充放電回路]
図19を用いて、ガスレーザ装置1に用いられる充放電回路について説明する。
図19は、ガスレーザ装置1に用いられる充放電回路の回路構成を説明するための図を示す。
レーザチャンバ10の内部には、コンデンサC3及びCcが配置されてもよい。コンデンサC3は、ピーキングコンデンサ18であってもよい。コンデンサCcは、予備電離コンデンサであってもよい。
磁気スイッチMS1〜MS3に印加される電圧の時間積分値が閾値に達すると、磁気スイッチMS1〜MS3には電流が流れ易くなり得る。当該閾値は磁気スイッチ毎に異なる値であってもよい。
本実施形態では、磁気スイッチMS1〜MS3が電流を流し易い状態であることを、「磁気スイッチが閉じている」ともいう。
磁気スイッチMS1は、トランスTC1の2次側とコンデンサC1との間に設けられてもよい。
磁気スイッチMS2は、コンデンサC1とコンデンサC2との間に設けられてもよい。
磁気スイッチMS3は、コンデンサC2とコンデンサC3との間に設けられてもよい。
トランスTC1の1次側と2次側とは、電気的に絶縁されていてもよい。トランスTC1の1次側の巻き線の方向と2次側の巻き線の方向とは、逆方向であってもよい。
コンデンサCcを含む分圧回路は、第1放電電極11a及び第2放電電極11bに対して並列に接続されてもよい。
コンデンサCcは、予備電離内電極41、誘電体パイプ42、及び予備電離外電極43に対して直列に接続されてもよい。
充電器12には、制御部30により充電電圧Vhvが設定されてもよい。充電器12は、設定された充電電圧Vhvに基づいて、充電コンデンサC0を充電してもよい。
パルスパワーモジュール13のスイッチ13aには、制御部30により発振トリガ信号が出力されてもよい。発振トリガ信号がスイッチ13aに入力されると、パルスパワーモジュール13は、スイッチ13aがONになってもよい。スイッチ13aがONになると、充電コンデンサC0からトランスTC1の1次側に電流が流れ得る。
磁気スイッチMS1に印加される電圧の時間積分値が閾値に達すると、磁気スイッチMS1は磁気飽和した状態となり、磁気スイッチMS1は閉じ得る。
磁気スイッチMS1が閉じると、トランスTC2の2次側からコンデンサC1に電流が流れ、コンデンサC1が充電され得る。
磁気スイッチMS2が閉じると、コンデンサC1からコンデンサC2に電流が流れ、コンデンサC2が充電され得る。このとき、コンデンサC1を充電する際の電流のパルス幅よりも短いパルス幅で、コンデンサC2が充電されてもよい。
磁気スイッチMS3が閉じると、コンデンサC2からコンデンサC3に電流が流れ、コンデンサC3が充電され得る。このとき、コンデンサC2を充電する際の電流のパルス幅よりも短いパルス幅で、コンデンサC3が充電されてもよい。
分圧される範囲は、第1放電電極11a及び第2放電電極11bの間に印加されるパルス電圧の25%〜75%の範囲であってもよい。分圧されたパルス電圧は、予備電離内電極41及び予備電離外電極43の間に印加されてもよい。
分圧回路における分圧比、コンデンサCcの容量、及びインダクタL0のインダクタンスを調節することにより、分圧回路の時定数は所望の値に調節され得る。それにより、主放電に対する予備電離放電のタイミングは調節され得る。分圧回路における合成容量は、コンデンサC3の容量の10%以下に調節されてもよい。
予備電離内電極41と予備電離外電極43との間にパルス電圧が印加されると、誘電体パイプ42の表面にコロナ放電が生成し得る。そして、このコロナ放電により生成したUV光によって、主放電部11の放電空間内のレーザガスは予備電離され得る。
ガスレーザ装置1は、エキシマレーザ装置ではなく、フッ素ガス及びバッファガスをレーザガスとするフッ素分子レーザ装置であってもよい。
10 …レーザチャンバ
10c …壁
10d …仕切り板
11 …主放電部
11a …第1放電電極
11b …第2放電電極
18 …ピーキングコンデンサ
21 …ファン
30 …制御部
51 …第1容器
51b …第1空間
52 …第2容器
52b …第2空間
54 …冷媒流路
61 …電気絶縁部材
611 …凹凸
62 …整流部材
Claims (7)
- 第1空間と前記第1空間に連通する第2空間とを含むレーザチャンバであって、
前記第1空間内に配置された第1放電電極と、
前記第1空間内で前記第1放電電極に対向して配置された第2放電電極と、
前記第1空間内に配置され、前記第1放電電極と前記第2放電電極との間にレーザガスを流すファンと、
前記第2空間内に配置されたピーキングコンデンサと、
前記第1空間と前記第2空間とを区切る第1電気絶縁部材であって、前記第1空間と前記第2空間との間を前記レーザガスが通気可能に配置された前記第1電気絶縁部材と、
前記第2空間と前記レーザチャンバの外部とを区切る絶縁壁部材と、
前記絶縁壁部材を貫通し前記第1放電電極に電気的に接続されたフィードスルーと、
を備えるレーザチャンバ。 - 前記第2空間を形成する前記レーザチャンバの壁には、冷媒が流れる冷媒流路が設けられ、
前記ピーキングコンデンサは、前記冷媒流路が設けられた前記レーザチャンバの壁に接続されている
請求項1に記載のレーザチャンバ。 - 前記第1放電電極におけるレーザガス流の上流側及び下流側に配置された整流部材
を更に備える請求項1又は請求項2に記載のレーザチャンバ。 - 前記第1電気絶縁部材の前記第2空間側の表面には、凹凸が形成されている
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のレーザチャンバ。 - 前記第1空間を内部空間とする第1容器と、
前記第2空間を内部空間とする第2容器と、
を更に備え、
前記第1容器の開口周縁と前記第2容器の開口周縁とが互いに接合されることによって前記第1空間と前記第2空間とが連通しており、
前記第1電気絶縁部材は、前記第1容器の前記開口周縁又は前記第2容器の前記開口周縁に対して突き当たるように配置されている
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のレーザチャンバ。 - 1つの内部空間を有する1つの容器と、
前記容器の内壁から前記容器の内側に向かって延びるように形成され、前記内部空間を前記第1空間と前記第2空間とに仕切るための仕切り板と、
を更に備え、
前記第1電気絶縁部材は、前記仕切り板の先端部に突き当たるように配置されている
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のレーザチャンバ。 - 前記第1電気絶縁部材は、前記第1放電電極の側面を挟む複数の絶縁部材を含み、前記第1電気絶縁部材の長手方向の長さが前記第1放電電極の長手方向の長さより長く、前記第1放電電極の長手方向の両端の外側に、前記複数の絶縁部材に挟まれた間隙を有する
請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のレーザチャンバ。
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