JPH0218979A - Excimer laser device - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- 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
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は高繰り返し化に適したエキシマ・レーザ装置
に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an excimer laser device suitable for high repetition rates.
[従来の技術]
第7図は例えば文献r Appl、Phys、Lett
、35(1979)の 912ページ〜914ページの
“0pOrat I ngcharacteristi
cs ora closed cycle Now r
aregas hal[de 1aser” Jに示さ
れた従来の高繰り返しのエキシマ・レーザ装置を示す模
式図である。[Prior art] Fig. 7 is shown in the literature r Appl, Phys, Lett.
, 35 (1979), pp. 912-914.
cs ora closed cycle now r
1 is a schematic diagram illustrating a conventional high repetition rate excimer laser device shown in J.
図において、(1)および(2)は電極、(3)は2つ
の電極(1)、(2)間で発生する放電、(4)は放電
(3)を発生させるための高電圧回路、(5)は高電圧
回路(4)をパルス動作させるためのトリガ信号を得る
ためのトリガ回路、(6)は全反射鏡、(7)は部分反
射鏡、(8)はレーザ・ビーム、(9)はガス・フロー
である。In the figure, (1) and (2) are electrodes, (3) is a discharge generated between two electrodes (1) and (2), (4) is a high voltage circuit for generating discharge (3), (5) is a trigger circuit for obtaining a trigger signal for pulse operation of the high voltage circuit (4), (6) is a total reflection mirror, (7) is a partial reflection mirror, (8) is a laser beam, ( 9) is the gas flow.
係る構成において、次にその動作について説明する。The operation of such a configuration will be described next.
エキシマ・レーザのうち例えば248 nmの光を発す
るKrFレーザは、K「と、F2と、HeやNe等のバ
ッファ・ガスと、の混合気体中で電極(1)と電極(2
)間に放電を生じさせ、極めて短い時間だけ存在する分
子であるKrFをレーザ媒質としている。Among excimer lasers, for example, a KrF laser that emits light at a wavelength of 248 nm uses electrodes (1) and (2) in a gas mixture of K, F2, and a buffer gas such as He or Ne.
), and the laser medium is KrF, a molecule that exists for an extremely short period of time.
さて第7図において、゛電極(1)、(2)は−般に長
さ方向に数10cm、また2つの電極の間隔は2cll
1前後に精度良く保たれている。さて、この電極対に高
電圧回路(4)より高電圧を印加すると均一な放電(3
)が発生する。ところで、エキシマ・レーザを効率良く
発振させるためにはIMW/c113程度の高い電力密
度が必要である。しかし、これだけの電力密度を均一な
放電を維持しつつ長い時間保つことは非常に難しい。そ
のため、はとんどのエキシマ・レーザは数10 n5c
cの間だけ電極(1)、(2)間に高電圧が発生するよ
うな回路を持つパルス発振のレーザであり、短い時間だ
け全反射鏡(6)と部分反射鏡(7)の間を光が往復し
てレーザ・ビーム(8)が発生する。また、平均出力が
欲しい場合は、1秒間に数10〜100回パルス発振を
繰り返せば良い。この場合、高電圧回路(4)の中にサ
イラトロンやサイリスク等高繰り返しが可能なスイッチ
ング素子を設け、トリガ回路(5)の信号に従ってスイ
ッチングする。Now, in Fig. 7, the electrodes (1) and (2) are generally several tens of centimeters in length, and the interval between the two electrodes is 2cl.
The accuracy is maintained at around 1. Now, when a high voltage is applied to this electrode pair from the high voltage circuit (4), a uniform discharge (3
) occurs. Incidentally, in order to efficiently oscillate an excimer laser, a high power density of about IMW/c113 is required. However, it is extremely difficult to maintain this power density for a long time while maintaining uniform discharge. Therefore, most excimer lasers are several 10 n5c
This is a pulse oscillation laser with a circuit that generates a high voltage between electrodes (1) and (2) only between electrodes (1) and (2). The light travels back and forth to generate a laser beam (8). Moreover, if an average output is desired, pulse oscillation may be repeated several tens to 100 times per second. In this case, a switching element capable of high repetition rate, such as a thyratron or thyrisk, is provided in the high voltage circuit (4) and switched according to a signal from the trigger circuit (5).
しかしながら、スイッチングの高繰り返しが可能でもあ
まり繰り返し数を増やし過ぎるとパルス当りの出力が低
下する。このことは、先に引用した文献にも示される通
りであり、高繰り返し動作を実現させるためにはブロア
等を用いて混合気体をフローさせる必要がある。これが
ガス・フロー(9)である。However, even if high repetition rates of switching are possible, if the number of repetitions is increased too much, the output per pulse will decrease. This is as shown in the literature cited above, and in order to achieve high repeatability, it is necessary to flow the mixed gas using a blower or the like. This is the gas flow (9).
一方、文献r J、Appl、Phys、44(197
3)の5061ベージ〜5063ページの” High
−pulse−rate glow−discharg
e 5tablllzatlon by gas No
w”Jに示されるように、フローの速度V と放電が生
じている領域の幅dと繰り返し周波数fから定義される
パルス毎に放電空間のガスが何回置き代わるかを示すC
R値は
CR−V / (d −f) ・・・
(1)で表されるが、これかある値、例えば4以上であ
れば高繰り返しが可能であることが示されている。On the other hand, Reference r J, Appl, Phys, 44 (197
3) page 5061 to page 5063 “High”
-pulse-rate glow-discharg
e 5tabllzatlon by gas No.
As shown in w''J, C indicates how many times the gas in the discharge space is replaced for each pulse defined from the flow velocity V, the width d of the area where the discharge is occurring, and the repetition frequency f.
The R value is CR-V/(d-f)...
It is expressed as (1), and it has been shown that a high repetition rate is possible if it is a certain value, for example, 4 or more.
安定な放電が保てる限界のCR値は装置毎に異なり、電
力密度を十°げたりガス組成を変えたりすれば4以下に
することができる。The critical CR value at which stable discharge can be maintained varies depending on the device, and can be reduced to 4 or less by increasing the power density by 10 degrees or changing the gas composition.
さて、文献では放電の劣化は衝撃波による密度変化が主
原因であるとしているか、そればかりてはなく放電によ
って生成するイオン・金属等も原因となっている。結局
、過去の放電か後に続く放電に影響を与えているとはい
え、次にくるパルスの出力は前のものより低く、そのま
た後にくるパルスの出力は前の2つの放電の影響を受け
ることになるから 2番めのパルス出力より更に低くな
る。Now, in the literature, it is said that the main cause of the deterioration of discharge is density changes due to shock waves, but it is also said that ions, metals, etc. generated by discharge are also a cause. After all, the output of the next pulse is lower than the previous one, and the output of the subsequent pulse is affected by the previous two discharges, although it may be influenced by the previous discharge or the subsequent discharge. Therefore, it becomes even lower than the second pulse output.
フロー速度が遅い場合は、過去の放電の影響が次々に蓄
積してゆき、ついには均一な放電が維持できなくなりア
ーク放電に移ってしまう。アーク放電にまで行かせない
ためには、先にも述べたように、少なくとも4回は放電
空間のガスを置き換えなければならない。この状態では
、過去の放電の蓄積とガス・フローによってそれが解消
されるのが釣り合って最初のパルス出力よりは低いけれ
ど、ある出力値付近で安定した放電が得られる。When the flow rate is slow, the effects of past discharges accumulate one after another, and eventually uniform discharge cannot be maintained and arc discharge occurs. In order to prevent arc discharge, the gas in the discharge space must be replaced at least four times, as described above. In this state, the accumulation of past discharge and its cancellation by the gas flow are balanced, and a stable discharge is obtained around a certain output value, although it is lower than the initial pulse output.
[発明か解決しようとする課題]
従来のエキシマ・レーザ装置は以」二のように構成され
ているので、高繰り返し動作を実現するにはフロー速度
を増す必要がある。100〜200ppsならば従来の
ブロアでよいか、より高い繰り返しを実現しようとする
とブロアの大型化が避けられす、また電力密度を下げる
と1パルス当りの出力が低いレーザしか得られず、また
Neをバッファ・ガスに利用するとランニング・コスト
か高くなる等の問題点かあった。[Problem to be Solved by the Invention] Since the conventional excimer laser device is configured as shown below, it is necessary to increase the flow rate in order to realize high repetition operation. If it is 100 to 200 pps, a conventional blower will suffice, or if you want to achieve a higher repetition rate, you can avoid increasing the size of the blower.Also, if you lower the power density, you will only be able to obtain a laser with a low output per pulse. When used as a buffer gas, there were problems such as increased running costs.
この発明の目的は上記のような課題を解決するためにな
されたもので、装置の大型化やパルス出力の低下を1′
l!わすに高繰り返しを実現したエキシマ・レーザ装置
を得ることを1」的とする。The purpose of this invention was to solve the above-mentioned problems.
l! The first objective is to obtain an excimer laser device that achieves high repetition rate.
[課題を解決するための手段]
この発明のエキシマ・レーザ装置はレーザ媒質[+に設
置された1対の電極と、電極間で発生した放電による光
をポンピングしてレーザ光を発生させる共振手段と、第
1の期間に高繰り返しパルス信号を発生し第2の期間に
無信号とする周期的なl・リガ信号を発生する手段と、
トリガ信号に基づき電極間に高電圧パルスを印加する手
段を備える。[Means for Solving the Problems] The excimer laser device of the present invention includes a pair of electrodes installed on a laser medium [+], and a resonant means for generating laser light by pumping light due to a discharge generated between the electrodes. and means for generating a periodic l-rigger signal that generates a high repetition pulse signal during a first period and no signal during a second period;
Means is provided for applying a high voltage pulse between the electrodes based on a trigger signal.
「作用コ
」二足手段において、第1の期間はレーザ出力かある低
い出力に落ち石くまでに要する時間の3倍より短く設定
し、第2の期間は次の第1の期間のレーザ出力が初期出
力に回復するのに必要な時間に設定することによって、
エキシマ・レーザによる高出力運転を実現している。In the two-legged means, the first period is set to be shorter than three times the time required for the laser output to drop to a certain lower power, and the second period is set to the next laser output of the first period. by setting it to the time required for it to recover to its initial output.
High output operation is achieved using an excimer laser.
[実施例] 以下、図面を参照しながらこの発明の詳細な説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図(A)はこの発明の一実施例に係るエキシマ・レ
ーザ装置の模式図である。図において、トリガ回路(5
)は電極(1)、(2)間に放電(3)を起させ全反射
鏡(6)と部分反射鏡(7)の間のポンピングによって
レーザΦビーム(8)を発生させる高電圧回路(4)を
パルス動作させるための信号を発生するもので、この信
号は第1図(B)に示すように高繰り返し動作を期間t
1だけ続けると次の期間t2は休止するという期間t3
を1サイクルとする繰り返し信号である。そして、この
休止期間t2はガス・フロー(9)の回復期間に相当す
るものである。FIG. 1(A) is a schematic diagram of an excimer laser device according to an embodiment of the present invention. In the figure, the trigger circuit (5
) is a high voltage circuit ( 4) generates a signal for pulse operation, and this signal is used to perform a high repetition operation for a period t as shown in Figure 1 (B).
Period t3 that continues for 1 and then pauses for the next period t2
This is a repetitive signal in which one cycle is . This rest period t2 corresponds to a recovery period of the gas flow (9).
かかる構成において、次にその動作について説明する。The operation of this configuration will now be described.
従来と同様に適宜混合ガス中で電極(1)、(2)間に
高電圧回路(4)によって放電(3)を発生させるとエ
キシマ分子が生成される。放電(3)を発生させるため
の電極(1)、(2)は長さ方向に数10cmのもので
あり、それぞれの間隔は2cm前後に精度良く保たれて
いる。トリガ回路(5)からスイッチング素子を有する
高電圧回路(4)にパルス状の高繰り返しトリガ信号を
与えることによって電極(1)、(2)間にパルス状の
高電圧を印加すると、電極(1)、(2)間に均一な放
電(3)が生じるが、この放電(3)が発生している短
い時間たけエキシマ分子が生成され光を放出する。この
光は全反射鏡(6)と部分反射鏡(7)の間を往復する
間にポンピングにより増幅されレーザ・ビーム(8)と
なるか、放電(3)の終了と共にこれは消滅する。エキ
シマΦレーザはパルス動作するレーザであり、パルス状
のし−サ・ビームの1発毎の出力もかなり大きなもので
ある。そして、更に平均出力が必要な場合は単位時間内
に何度も放電を生じさせればよい。Excimer molecules are generated when a discharge (3) is generated between the electrodes (1) and (2) by the high voltage circuit (4) in an appropriate mixed gas as in the conventional case. The electrodes (1) and (2) for generating the discharge (3) are several tens of centimeters long in the length direction, and the spacing between them is precisely maintained at about 2 cm. When a pulsed high voltage is applied between the electrodes (1) and (2) by applying a pulsed high-repetition trigger signal from the trigger circuit (5) to the high voltage circuit (4) having a switching element, the electrode (1) ), (2), a uniform discharge (3) occurs, and excimer molecules are generated and emit light for a short time while this discharge (3) is occurring. This light is amplified by pumping while reciprocating between the total reflection mirror (6) and the partial reflection mirror (7), and becomes a laser beam (8), or disappears when the discharge (3) ends. The excimer Φ laser is a laser that operates in pulses, and the output of each pulsed laser beam is quite large. If a higher average output is required, the discharge may be caused many times within a unit time.
そして、繰り返し動作をするためにはガス・フロー(9
)により前の放電の影響を吹き飛ばすことが必要となる
。In order to perform repeated operations, gas flow (9
) is necessary to blow away the effects of the previous discharge.
第2図は、K「と、F2と、Heとの混合ガス中で放電
(3)を発生させた時の1パルス当りの出力変化を表し
た測定図である。測定はコヒーレント社製のパワーメー
タで行い、ここで得られた出力を繰り返し周波数で割算
することによって1パルス当りの平均出力を求めている
。このパワーメータの時定数は1程度度であるから、単
パルス毎のばらつきや、速い変化はとらえていない。前
にも書いたように、し、−ザの動作を開始すると混合ガ
ス中に放電の影響が積分されてゆき、出力低下が生じる
。そして、ガス・フロー(9)による放電(3)の影響
のキャンセル分と釣り合ったところで一定の出力となる
。もちろん、この出力でも放電の不安定さによる数%の
出力変動はある。Figure 2 is a measurement diagram showing the output change per pulse when a discharge (3) is generated in a mixed gas of K, F2, and He. The average output per pulse is calculated by dividing the output obtained here by the repetition frequency.The time constant of this power meter is about 1 degree, so it is possible to calculate the average output per pulse. , it does not capture fast changes.As I wrote before, when the operation of the -za starts, the influence of the discharge is integrated into the mixed gas, resulting in a decrease in output.Then, the gas flow (9 ) The output becomes constant when it is balanced with the cancellation of the influence of the discharge (3).Of course, even this output fluctuates by several percent due to the instability of the discharge.
この変動はエラーパーで示した。第2図において、デユ
ーティ100%としたものが従来のエキシマ・レーザの
特性を表すものである。これによれば、繰り返し周波数
100 ppsですでに出力の」l均値Paveの低下
が始まり、250pps 、 300ppsでは出力が
極めて不安定である。これは放電(3)の不安定さに起
因するもので、均一な放電(3)中にしばしば明るいア
ーク状の放電が生じるのが認められる。また、350
ppsではアーク放電か連続して起り、もはや出力は得
られなかった。つまり、この繰り返し周波数では放電(
3)の影響の蓄積のほうが大きくなり過ぎてしまったた
めと考えられる。This variation was expressed as error par. In FIG. 2, a duty of 100% represents the characteristics of a conventional excimer laser. According to this, the average value Pave of the output starts to decrease already at a repetition frequency of 100 pps, and the output becomes extremely unstable at 250 pps and 300 pps. This is due to the instability of the discharge (3), and bright arc-shaped discharges are often observed during the uniform discharge (3). Also, 350
At pps, arcing occurred continuously and no output could be obtained. In other words, at this repetition frequency, the discharge (
This is thought to be because the cumulative effect of 3) has become too large.
そこで、この実施例の構成では高繰り返し動作中に定期
的に一定間隔の発振停止期間を設けるようトリガ回路(
5)を構成している。つまり、トリガ回路(5)は第1
図(B)に示すように期間11には高繰り返しトリガ・
パルスを発生して放電(3)によりレーザ・ビーム(8
)を発生させ、次の期間t2は発振を停止させガス・フ
ロー(9)による放電(3)の影響の吹き飛ばし期間を
設けを1周期として動作を繰り返す。ここで、期間t
の期間t3に対する割合をデユーティと称し、−1−記
のような動作をデユーティ運転と称することにする。Therefore, in the configuration of this embodiment, the trigger circuit (
5). In other words, the trigger circuit (5)
As shown in Figure (B), in period 11, the high repetition trigger
A laser beam (8) is generated by generating a pulse and discharging (3).
) is generated, and during the next period t2, the oscillation is stopped and a period is provided for blowing off the influence of the discharge (3) by the gas flow (9), and the operation is repeated as one cycle. Here, the period t
The ratio of the period t3 to the period t3 will be referred to as duty, and the operation as described in -1- will be referred to as duty operation.
さて、第2図にはデユーティが20%、40%テKA
間t 3が1秒の場合の1パルス当りの平均出力の低下
を示した。デユーティを小さくして休止期間t2を長く
すると特性の改善が見られる。また、これらのデユーテ
ィでは4001)psでも出力減少はあるもののアーク
放電が発生して出力が変動することはなくデユーティ運
転を長時間続けることか可能となる。Now, in Figure 2, the duty is 20% and 40%.
The average output power per pulse is decreased when the time interval t3 is 1 second. When the duty is made smaller and the pause period t2 is made longer, the characteristics are improved. Further, even at these duties, even at 4001) ps, although the output decreases, arc discharge does not occur and the output fluctuates, making it possible to continue the duty operation for a long time.
次に、第3図はPINフォトダイオードを用いてレーザ
のパルス出力のピークがデユーティ運転時にどのように
変化するかの測定図であり、特に第2図の場合と同じ条
件で400 pps 、デユーティ4096動作を行わ
せた場合を示す。最初は最大出力値Pmax(これは、
低繰り返し時の出力にほぼ等しい)であったものが単調
に減少し、0.25秒後に最小出力fi?iPmin(
これは、デユーティ100%時の出力にほぼ等しい)の
出力となる。そして、0.4秒後には動作は停止し、さ
らに1秒後には再び動作を再開する。デユーティ20%
動作時も同じ出力変化を示し、0.2秒後に一旦停止す
る動作を繰り返す。そして、点線で示したのが平均出力
値Paveで、これが第2図に示した出力値に相当する
。以上から判るように、0.25秒が放電(3)の蓄積
とガス・フロー(9)による吹き飛ばしが釣り合う時間
である。この時間を出力低下時間τ とすると、τ1と
最小出力値Pm1nはガスの混合比や電力密度、ガス・
フロー(9)等によって決る。同一条件で動作させれば
2つの値は一定である。また、第2図における出力特性
の改善は時間τ■に至るまでの出力変化分が加わること
によって認められるものであるから、動作時間をあまり
長くして最小出力値Pmjnになってから後の割合が多
くなると特性の改善は見かけ上小さくなる。更に、時間
を長くするとデユーティ100%の場合と同様に放電が
不安定になる場合がある。例えば、400 pssでは
0.7秒以上動作するデユーティ設定をすると不安定に
なる現象が見られた。そこで、期間t は時間τ1に対
して3倍以」−にしておくのがよい。一方これに対し、
休止時間は0,25秒以上が望ましい。それ以下にする
と、次の周期の最初の出力が前の周期の出力よりも低く
なる。次の周期に影響を残さないために必要な休止時間
を出力回復時間τ2とすると期間t2は時間τより長く
する必要がある。つまり、tlく3τI
・・(2)t2くτ2
・・・(3)となる。Next, Fig. 3 is a measurement diagram of how the peak of the laser pulse output changes during duty operation using a PIN photodiode. In particular, under the same conditions as in Fig. 2, 400 pps, duty 4096 This shows the case where the operation is performed. Initially, the maximum output value Pmax (this is
(approximately equal to the output at low repetition) decreases monotonically, and after 0.25 seconds the minimum output fi? iPmin(
This becomes an output (approximately equal to the output when the duty is 100%). Then, the operation stops after 0.4 seconds, and resumes operation again after another second. Duty 20%
It shows the same output change during operation, and repeats the operation of stopping once after 0.2 seconds. The dotted line indicates the average output value Pave, which corresponds to the output value shown in FIG. As can be seen from the above, 0.25 seconds is the time during which the accumulation of the discharge (3) and the blow-off by the gas flow (9) are balanced. If this time is the output reduction time τ, then τ1 and the minimum output value Pm1n are determined by the gas mixture ratio, power density, gas
Determined by flow (9) etc. The two values are constant if operated under the same conditions. Furthermore, since the improvement in the output characteristics in Fig. 2 is recognized by adding the output change up to the time τ■, if the operating time is too long, the ratio after the minimum output value Pmjn is As the number increases, the improvement in characteristics becomes smaller in appearance. Furthermore, if the time is increased, the discharge may become unstable as in the case of 100% duty. For example, at 400 pss, if the duty was set to operate for more than 0.7 seconds, a phenomenon was observed where the device became unstable. Therefore, it is preferable to set the period t to at least three times the time τ1. On the other hand, on the other hand,
The pause time is preferably 0.25 seconds or more. If it is less than that, the first output of the next cycle will be lower than the output of the previous cycle. If the pause time required to avoid leaving any influence on the next cycle is the output recovery time τ2, the period t2 needs to be longer than the time τ. In other words, tl × 3τI
...(2) t2 τ2
...(3).
第4図はこの発明の他の実施例に係るエキシマ・レーザ
装置の模式図で、同じデユーティ運転を用いて、もっと
顕著な特性の改汲を行う構成を例示するものである。図
において、(10)は全反射鏡(6)と部分反射鏡(7
)の間のレーザ・ビーム(8)の放電(3)より出力側
に設けられたエタロン(10)である。FIG. 4 is a schematic diagram of an excimer laser device according to another embodiment of the present invention, illustrating a configuration in which the characteristics are more significantly modified using the same duty operation. In the figure, (10) is a total reflection mirror (6) and a partial reflection mirror (7).
) is an etalon (10) provided on the output side from the discharge (3) of the laser beam (8).
以−Lの構成においてその作用を説明する。The operation will be explained below in the configuration of L.
通常、エキシマ・レーザのビームを分光すると0.4
nmもの広い線幅を持っている。そこで、全反射鏡(6
)と部分反射鏡(7)から構成される光共振型中に分光
素子であるエタロン(10)を入れてやると0.4nm
のうちから狭い波長範囲たけで発振させることができる
。つまり、分光素子としてはグレーティング・プリズム
等もあるが光の透過率や振動に対する安定さからエタロ
ン(10)が利用されることが多い。図では、2枚の鏡
を一定の間隔離して向い合せたエア・ギャップ・タイプ
のエタロンか示しである。この間隔や鏡の反射率を適当
に調整することによって、選択する波長範囲を変えるこ
とができる。1つのエタロン(10)では波長範囲を狭
くすることに限りかあるので複数個を利用したりグレー
ティング・プリズムを併用したりすると効果的である。Normally, when an excimer laser beam is separated, it is 0.4
It has a wide line width of nm. Therefore, a total reflection mirror (6
) and a partial reflecting mirror (7), and if an etalon (10), which is a spectroscopic element, is placed in the optical resonant type, the wavelength is 0.4 nm.
It is possible to oscillate within a narrow wavelength range. That is, although there are grating prisms and the like as spectroscopic elements, etalons (10) are often used because of their light transmittance and stability against vibrations. The figure shows an air-gap type etalon in which two mirrors face each other with a certain distance between them. The selected wavelength range can be changed by appropriately adjusting this interval and mirror reflectance. Since one etalon (10) can only narrow the wavelength range, it is effective to use a plurality of etalons or to use a grating prism together.
ところで、これらの分光素子は非常に高精度な加工が必
要とされる。例えば、エタロン(10)では鏡面が数ナ
ノ・メートル変化すると分光特性が変って発振波長がず
れたりビームが縮小して出力が低下したりする。特に、
複数のエタロン(10)を用いた場合は出力低下が著し
い。この鏡面の変化の主原因はレーザ光による熱歪であ
る。エタロン(10)の表面につけられたコーティング
や基板材料はそれぞれコンマ数96の吸収率を持ってい
る。そこで、これらの箇所でレーザが吸収され発熱して
鏡面が歪むのである。By the way, these spectroscopic elements require extremely high precision processing. For example, in the etalon (10), if the mirror surface changes by several nanometers, the spectral characteristics change, the oscillation wavelength shifts, the beam shrinks, and the output decreases. especially,
When a plurality of etalons (10) are used, the output decreases significantly. The main cause of this change in the mirror surface is thermal distortion caused by the laser beam. The coatings and substrate materials applied to the surface of the etalon (10) each have an absorption coefficient of 96 commas. Therefore, the laser is absorbed at these locations and generates heat, causing the mirror surface to become distorted.
さて、第5図は2つのエタロン(10)を用いて3 p
mまで狭帯域化したレーザ出力特性である。Now, Figure 5 shows 3 p using two etalons (10).
This is a laser output characteristic with a narrow band down to m.
デユーティ100%とあるのが従来の方法で動作させた
時の出力変化である。繰り返し特性を改善するためにK
r、F2、He%Neの4種の混合ガスを用いたにもか
かわらず、100 ppsより次第に1パルス当りの出
力か低下している。ここでの出力は一定の最小出力値P
m1nになった時の値を示している。そして、4種類の
混合ガスを用いた場合、もしエタロン(10)がなけれ
ば200ppsまではほとんど出力の低下はなく、ここ
での出力低下はもっばらエタロン(10)の熱歪による
ものである。A duty of 100% indicates the output change when operated in the conventional method. K to improve repeatability
Even though four types of mixed gases, r, F2, and He%Ne, were used, the output per pulse gradually decreased from 100 pps. The output here is a constant minimum output value P
It shows the value when m1n is reached. When four types of mixed gases are used, if the etalon (10) is not present, there is almost no decrease in output up to 200 pps, and the decrease in output here is mostly due to thermal strain of the etalon (10).
このような熱歪を抑えるためには熱人力を減らせばよく
、このためにはエタロン(10)の吸収率を低減したリ
レーザ出力を抑制するという方法も考えられるが、デユ
ーティ運転を行うことも効果的である。In order to suppress such thermal distortion, it is sufficient to reduce the thermal power, and for this purpose, it is possible to suppress the relay laser output by reducing the absorption rate of the etalon (10), but it is also effective to perform duty operation. It is true.
熱歪はエタロン(10)のサイズやエタロン(10)と
その周辺との熱コンタクトによって決る比較的遅い減少
である。例えば、第6図の測定図にその例を示すが、2
50 ppsでデユーティ100%の連続動作をさせた
場合、初期3001Jあった出力が時定数τ3 (1〜
2分)で15mJに低下している。最小出力値Pm1n
になったところでの出力は3.75Wである。そこで、
周期t3=1秒、デユーティ20%にした場合を考える
と、熱による減少は1分以上の遅い減少であり、1秒の
間では1秒くくF3でありほとんど出力変化がない。Thermal strain decreases relatively slowly, determined by the size of the etalon (10) and the thermal contact between the etalon (10) and its surroundings. For example, an example is shown in the measurement diagram of Figure 6, but 2
When operating continuously at 50 pps with a duty of 100%, the initial output of 3001J becomes the time constant τ3 (1~
2 minutes), it decreased to 15 mJ. Minimum output value Pm1n
The output at this point is 3.75W. Therefore,
Considering the case where the period t3 is 1 second and the duty is 20%, the decrease due to heat is a slow decrease of 1 minute or more, and during 1 second, F3 is 1 second, so there is almost no change in the output.
この場合は、休止期間t2を含めて平均的な熱がエタロ
ン(10)に入っていると見てもよい。すなわち、1.
5W相当の熱が加わったことになる。In this case, it may be considered that an average amount of heat enters the etalon (10) including the rest period t2. That is, 1.
This means that the equivalent of 5W of heat is added.
これは、50 pps 、デユーティ10096で動作
させた時に対応するか、第6図より出力低下か起らない
ことが判る。実際、デユーティ20%で連続運転をする
と、単発の出力低下がほとんどなかった。It can be seen from FIG. 6 that this corresponds to when the device is operated at 50 pps and a duty of 10096, and that no output drop occurs. In fact, when operating continuously at 20% duty, there was almost no single drop in output.
単発出力が元の出力の90%になる点Aを限界出力P
とし、この時の周波数をf、!とすれば単発出力Pと周
波数fとデユーティ (−11/13)の積がPf
を越えないように各値を決めるlf
ことによって、エタロン(10)への熱入力を軽減して
動作させることができる。例えば、単発出力を30+n
Jとし、デユーティを20%とすれば0゜2秒間は60
0 ppsで動作し、0.8秒間は休止するという動作
を繰り返すことができる可能性がある。つまり、
3 3 ・・・(4)P−f
−t /l <P −f ・・・(5)1
3 1 ノ
なる条件を満たせば出力低下を防止しなからエタロン(
10)への熱入力を軽減することができる。The point A where the single-shot output becomes 90% of the original output is the limit output P
Let the frequency at this time be f,! Then, the product of single-shot output P, frequency f, and duty (-11/13) is Pf
By determining each value so as not to exceed lf, the etalon (10) can be operated with reduced heat input. For example, the single output is 30+n
J and the duty is 20%, 0°2 seconds is 60
It may be possible to repeat the operation of operating at 0 pps and pausing for 0.8 seconds. In other words, 3 3...(4) P-f
-t/l<P-f...(5)1
If the conditions 3 and 1 are met, the output decrease can be prevented and the etalon (
10) It is possible to reduce the heat input to.
こうした、デユーティ運転は特殊な用途ではなく、例え
ば半導体の露光装置ではウエノ1一部を0゜2秒間露光
し、次のコンマ何秒かでウエノ1−を移動させ、別の場
所を露光できるようにするという動作を繰り返すような
場合は多用される。このような場合に、この発明は極め
て有効であり、連続運転時には小さい出力しか出せない
小型のエキシマ・レーザを用いて半導体の露光に必要な
期間たけは高いパルス出力か得られ高繰り返し動作を実
現できる。Such duty operation is not for special purposes; for example, in semiconductor exposure equipment, a part of the wafer 1 is exposed for 0°2 seconds, and the wafer 1- is moved in the next tenth of a second to expose another area. It is often used when the action of "doing" is repeated. In such cases, the present invention is extremely effective; by using a small excimer laser that can only produce a small output during continuous operation, a high pulse output can be obtained for the period required for semiconductor exposure, achieving high repetition rate operation. can.
また、上記各実施例では期間t3を一周期とした場合に
ついて例示したが、デユーティ運転は休止期間中に放電
の影響を吹き飛ばしたり、分光素子の冷却効果だけを期
待するというものであるから、期間t3やデユーティ、
あるいは動作中の繰り返し周波数が多少変っても初期の
目的を達成することができることは勿論である。Furthermore, in each of the above embodiments, the case where the period t3 is one cycle has been illustrated, but since the duty operation is intended to blow away the influence of discharge during the rest period or to only have a cooling effect on the spectroscopic element, the period t3 is one period. t3 and duty,
Alternatively, it is of course possible to achieve the initial objective even if the repetition frequency during operation changes somewhat.
[発明の効果]
以上のように、この発明によれば、エキシマ・レーザを
デユーティ運転するようにしたことで、従来不可能であ
った高繰り返し運転を実現でき、ブロア等のガス・フロ
ーに必要な機器の小型化を可能とし、更に狭帯域化を図
るために用いられる分光素子の熱歪の影響を小さくしな
がら高繰り返し動作をすることのできるエキシマ・レー
ザ装置を得ることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by operating the excimer laser on duty, it is possible to achieve high repetition operation, which was previously impossible. In addition, it is possible to obtain an excimer laser device that can perform high-repetition operations while reducing the influence of thermal distortion of a spectroscopic element used for narrowing the band.
第1図(A)はこの発明の一実施例に係るエキシマ・レ
ーザ装置の模式図、第1図(B)は第1図の構成のトリ
ガ回路の出力波形図、第2図はエキシマ・レーザを高繰
り返し運転したときの出力のA111定図、第3図はレ
ーザ出力の時間的変化を示すfllll定図、第4図は
この発明の他の実施例に係るエキシマ・レーザ装置の模
式図、第5図は第4図の(1′4成における高繰り返し
運転時の出力のU+定図、第6図はレーザ出力の時間的
な変化を示す測定図、第7図は従来の高繰り返しのエキ
シマ・レーザ装置の模式図である。
図において、(1)、(2)は電極、(3)は放電、(
4)は高電圧回路、(5)はトリガ回路、(6)は全反
射鏡、(7)は部分反射鏡、(8)はレーザ・ビーム、
(9)はガス・フロー (10)はエタロンである。
なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。FIG. 1(A) is a schematic diagram of an excimer laser device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1(B) is an output waveform diagram of a trigger circuit configured as shown in FIG. 1, and FIG. 2 is a diagram of an excimer laser device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a fllll constant diagram showing the temporal change in laser output; FIG. 4 is a schematic diagram of an excimer laser device according to another embodiment of the present invention; Figure 5 shows the U+ constant diagram of the output during high repetition operation in Figure 4 (1'4 configuration), Figure 6 is a measurement diagram showing the temporal change in laser output, and Figure 7 shows the conventional high repetition rate operation. It is a schematic diagram of an excimer laser device. In the figure, (1) and (2) are electrodes, (3) is a discharge, and (
4) is a high voltage circuit, (5) is a trigger circuit, (6) is a total reflection mirror, (7) is a partial reflection mirror, (8) is a laser beam,
(9) is the gas flow and (10) is the etalon. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
生した放電による光をポンピングしてレーザ光を発生さ
せる共振手段と、第1の期間に高繰り返しパルス信号を
発生し第2の期間に無信号とする周期的なトリガ信号を
発生する手段と、トリガ信号に基づき電極間に高電圧パ
ルスを印加する手段を備えることを特徴とするエキシマ
・レーザ装置。A pair of electrodes installed in a laser medium, a resonant means that generates a laser beam by pumping light due to a discharge generated between the electrodes, and a resonant means that generates a high repetition pulse signal during a first period and generates a high repetition pulse signal during a second period. An excimer laser device comprising: means for generating a periodic trigger signal with no signal; and means for applying a high voltage pulse between electrodes based on the trigger signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16962188A JPH0218979A (en) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | Excimer laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16962188A JPH0218979A (en) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | Excimer laser device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0218979A true JPH0218979A (en) | 1990-01-23 |
Family
ID=15889895
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16962188A Pending JPH0218979A (en) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | Excimer laser device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0218979A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06112554A (en) * | 1992-09-28 | 1994-04-22 | Komatsu Ltd | Laser device |
JP2007180452A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Driving control apparatus of semiconductor laser and driving control method thereof |
-
1988
- 1988-07-07 JP JP16962188A patent/JPH0218979A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06112554A (en) * | 1992-09-28 | 1994-04-22 | Komatsu Ltd | Laser device |
JP2007180452A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Driving control apparatus of semiconductor laser and driving control method thereof |
JP4570562B2 (en) * | 2005-12-28 | 2010-10-27 | 古河電気工業株式会社 | Drive control apparatus and drive control method for semiconductor laser |
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