JPH04105378A - 放電励起エキシマレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は放電励起エキシマレーザ装置に関するものであ
る。

従来の技術 希カスハロゲンエキシマレーザは紫外域で発振する高出
力のガスレーザであり、超微細加工用光源として半導体
リソグラフィや化学プロセス等の広範な用途に利用され
ている。希カスハロゲンエキシマレーザの励起方式には
、電子ビーム励起と放電励起とがあるか、後者は比較的
簡便な構成で高繰り返し発振が可能であるため、広く一
般に用いられている。

以下に従来の放電励起エキシマレーザ装置について説明
する。

第３図は、放電励起エキシマレーザのなかでも最も一般
的な三軸直行型のＵＶ予備電離放電励起エキシマレーザ
装置の構成図である。圧力容器８中には希ガスとハロゲ
ンガスからなるレーザ媒質ガスが大気圧以上の高気圧で
封入されており、圧力容器内部に設けられた一対の細長
い励起放電電極５−５間で−様なパルス放電を起こすこ
とによって、励起放電領域内のレーザ媒質ガスを励起す
る。希ガスハロゲンエキシマレーザは非常に高い励起密
度を必要とするレーザであるため、励起放電領域内を励
起放電に先立って電離することにより励起放電を急峻に
する、いわゆる予備電離が必要である。予備電離には、
Ｘ線を照射する方法と紫外光（ＵＶ光）を照射する方法
とかある、産業用エキシマレーザ装置の予備電離方式と
しては、装置構成の簡単な容量移行自動予備電離と呼ば
れる方式が用いられている。第３図に示す容量移行自動
予備電離回路の動作について説明する。スイッチ１か開
いている間に充電用コイル３を経由して充電用コンデン
サ２が充電される。スイッチ１を閉じると、充電用コン
デンサ２の電荷かピーキングコンデンサ４に移行するか
、この際スイッチ１と充電用コンデンサ２とピーキング
コンデンサ４とからなる容量移行回路中に設けられた予
備電離放電ギャップ６において火花放電が起こる。この
放電から発生する紫外光で励起放電領域を照射すること
により、励起放電領域内のレーザ媒質ガスを電離する。

ピーキングコンデンサ４の端子間電圧が励起放電電極５
の放電開始電圧に達すると励起放電が起こる。これで１
回のレーザ動作は終了するが、一般にスイッチ１には廿
イラトロン等か使用され、繰り返しレーザ動作を行うよ
うになっている。

一般に、エキシマレーザにおける励起放電は、細長い形
状の励起放電電極の全長Ｊこわたる均一な放電である。

このような広域にわたる均一な励起放電を実現するため
には、予備電離も放電領域全域にわたって均一に行わな
ければならない。そのため、複数の予備電離放電ギャッ
プを励起放電電極の近傍に、その長手方向すなわちレー
ザビーム方向に沿って配列する構成をとるのか一般的で
ある。予備電離放電ギャップの配列方法には、第４図（
ａ）に示すように、ピーキングコンデンサの一つ一つに
複数の予備電離放電キャップを並列に接続する方法があ
る。ところがこの構成では、ギャップによって放電電流
の大きさが異なったり、特定の予備電離放電ギャップに
放電電流か集中することが避けられず、均一な予備電離
電子密度を得にくい。この問題点を改善するために、第
４図（ｂ）のような接続法が考案されている。第４図（
ｂ）では、ピーキングコンデンサの一つ一つに複数の予
備電離放電ギャップを直列に接続することにより、第４
図（ａ）における問題を解決している。ただしくａ）。

（ｂ）いずれの場合にも、子僅電離放電ギャップを励起
放電電極の長手方向に直線状に配列させていることには
違いがない。

発明が解決しようとする課題 予備電離電子密度は、予備電離放電ギャップから離れる
にしたがって指数関数的に低くなると考えられる。第４
図（ｂ）の構成では、励起放電領域における予備電離電
子密度は、励起放電電極の長平方向については均一にな
るものの、励起放電方向については高い均一性が得られ
なかった。予備電離電子密度が不均一だと励起放電が不
安定になり、アーク放電に移行しやすく、レーザ出力の
低下をもたらす。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
であり、励起放電領域において、励起放電方向の予備電
離電子密度の均一性に優れた予備電離の手段を備え、高
効率発振が可能な放電励起エキシマレーザ装置を提供す
るものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明は、レーザ媒質を封入
する圧力容器と、レーザ媒質を励起する励起放電電極と
、励起放電電極の近傍にレーザビーム方向に配列され励
起放電に先立って励起放電領域に紫外光を照射する予備
電離放電ギャップとを備えたＵＶ予備電離放電励起エキ
シマレーザにおいて、前記予備電離放電ギャップは、そ
の内の少なくとも２つは直列に接続されており、かつレ
ーザビーム方向に沿ってその励起放電方向の位置が周期
的に変化するように配列させたものである。

作用 このような方法を用いれば、励起放電領域内の電子密度
はレーザビーム方向だけでなく励起放電方向においても
均一性が高くなり、高効率発振を達成することができる
。

実施例 第１図（ａ）は本発明の第１の実施例である放電励起エ
キシマレーザ装置の構成図である。本実施例では、１個
のピーキングコンデンサに４個の予備電離放電ギャップ
を直列に接続した構成となっているが、４個の予備電離
放電ギヤ、ツブの励起放電方向の位置は少しずつずれて
おり、励起放電電極５の長手方向全体でみると周期的に
その位置が変わるように配列されている。第１図（ｂ）
に予備電離放電ギャップの構成を示す。予備電離放電ギ
ヤ・ツブは、金属棒材等を加工したものを、適当な間隔
をおいて配置することによって構成される。本実施例に
おいては、予備電離放電ギヤ・ツブを少しずつずらして
配列するために、金属棒の一部にはＶ字型になるような
加工を施している。また、予備電離放電ギャップ間で確
実に放電が起こるように、絶縁体の台の上に固定されて
いる。材質としては、ステンレス鋼やニッケル等の耐ノ
１０ゲン性のものが適当である。このように予備電離放
電ギャップを、その励起放電方向の位置が周期的に変化
するように配置することにより、励起放電領域における
励起放電方向の予備電離電子密度の均一性か大幅に高ま
る。また１個のピーキングコンデンサに接続された４個
の予備電離放電キヤ、ツブは直列接続であるため、並列
接続の場合のように特定の予備電離放電ギャップに電流
か集中することはなく、励起放電電極の長手方向の予備
電離の均一性ら極めて優れたものになる。以上２つの効
果があいまって、励起放電領域内の予備電離電子密度の
均一性は、従来の方式と比較して格段に良くなる。

第２図は、本発明の第２の実施例である放電励起エキシ
マレーザ装置の構成図である。本実施例では、予備電離
放電ギャップを励起放電回路中に設けない構成としてい
るが、第１の実施例と同じく、予備電離放電ギャップ６
は励起放電方向の位置が周期的に変化するように配列さ
れている。この回路構成では、励起放電回路中に予備電
離放電ギャップがないために励起放電回路のインピーダ
ンスが小さくなり、励起放電電流の立ち上がりが速い２
時間的密度の高い励起放電が可能となる。

この効果が予備電離の均一性の高さとあいまって、より
効率良くレーザ媒質が励起され、高効率・高出力発振が
達成される。

第３図は、本発明の第３の実施例である放電励起エキシ
マレーザ装置の構成図である。本実施例においても第２
の実施例と同様に、予備電離放電ギャップを励起放電中
に設けない回路構成となっている。ただし本実施例では
、複数の直列予備電離放電ギャップ列を、インダクター
を介して並列に回路中に設けている。この回路構成では
、スイッチ１、充電コンデンサ２、インダクター７、予
備電離放電ギャップ６、ピーキングコンデンサ４、から
なる容量移行回路のインピーダンスが第２の実施例と比
べて低減される。このため、充電コンデンサ２からピー
キングコンデンサ４へのエネルギ移行効率が高くなるか
ら、さらに発振効率を向上させることが可能である。

発明の効果 以上のように本発明は、励起放電領域内の予備電離電子
密度の均一性に優れた予備電離方式を備えた、高効率発
振か可能なエキシマレーザ装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は本発明
の第２の実施例を示す構成図、第３図は本発明の第３の
実施例を示す構成図、第４図−一は従来のエキシマレー
ザ装置の構成図、第５図は従来のエキシマレーザ装置に
おける予（ｉｉｔｌ放電ギャップの構成図である。 １・・・・・・スイッチ、２・・・・・・充電コンデン
サ、３・・・・・・充電コイル、４・・・・・・ピーキ
ングコンデンサ、５・・・・・・励起放電電極、６・・
・・・・予備電離電極、７・・・・・・インダクタンス
、８・・・・・・圧力容器、９・・・・・・高圧電源端
子。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治明　はが２名第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ媒質を封入する圧力容器と、レーザ媒質を励起す
   る励起放電電極と、励起放電電極の近傍にレーザビーム
   方向に配列され励起放電に先立って励起放電領域に紫外
   光を照射する予備電離放電ギャップとを備えたＵＶ予備
   電離放電励起エキシマレーザにおいて、前記予備電離放
   電ギャップは、その内の少なくとも２つは直列に接続さ
   れており、かつ、レーザビーム方向に沿ってその励起放
   電方向の位置が周期的に変化するように配列されている
   ことを特徴とする放電励起エキシマレーザ装置。