JPH04127590A

JPH04127590A - 放電励起エキシマレーザー装置

Info

Publication number: JPH04127590A
Application number: JP24744990A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Ogawa; 朋子小川; Etsuo Noda; 悦夫野田; Setsuo Suzuki; 鈴木　節雄; Osamu Morimiya; 森宮　脩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1992-04-28

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、レーザー媒質となるガスを放電により励起し
、共振器を用いてレーザー発振を行なわせる放電励起エ
キシマレーザ−装置に関する。

（従来の技術）紫外線領域で発振する代表的なレーザーとしてエキシマ
レーザーがある。このエキシマレーザ−の励起方法には
、電子ビーム励起方式と放電励起方式とがある。前者の
方式によって希ガス−ハライド系および希ガス系のレー
ザー発振が、後者の方式によって希ガス−ハライド系の
みのレーザー発振が実現されている。

電子ビーム励起方式は、大出力を得るには適しているが
、装置が大型化すること、繰り返し動作が困難であるこ
と等の理由から、一般産業用として用いるには適さない
。

一方、放電励起方式は、繰り返し動作性に富み、大出力
化および小型化の可能性も大きく、一般産業用として有
望視されている。

近時、カナダ・トロント大学のＥｆｌｔｈｉｗｉｏｐｏｕｌｏｓ等が、真空紫外線領域
の得られる希ガス系によるレーザー発振としては世界で
初めて、放電励起方式により　１２６ｎｍ　（＾「２）
のレーザー発振に成功している（ＯＰＴＩＣ３ＬＥＴＴ
ＥＲＶｏｌ、１４Ｎｏ、１２　、　Ｉ）６２４．１９８
９）。

第３図に示すように、従来の放電励起方式のエキシマレ
ーザ−装置は、真空容器９の内部にノズル４の先端部が
導入され、ノズル４内の陰極１が容器９内の陽極２と向
き合っている。陽極２は、例えば、ノズル４の先端から
約１．５センチメートル離れたところに設けられている
。真空容器９の内部には１対のミラー７．８が配設され
、これらがレーザー発振を起こさせる共振器を成す。

このような装置では、レーザー媒質となるべきガス（Ａ
ｒ等）をノズル４にパルス的に供給しつつ、これに同期
して陰極１および陽極２の間に高電圧のパルス電圧を発
生させると、噴射ガス中で放電が生じてプラズマが生成
され、更にレーザー媒質を励起してエキシマが生成され
、共振器のミラー７．８によりレーザー発振が可能にな
る。このとき、ガスをノズル４から容器９内に噴射させ
るので、断熱膨張によりガスの温度が降下し、エキシマ
準位生成効率が向上する。これにより、現在のところ、
繰り返しがｌＨｚ、出力が約２５ａＪ、という結果が得
られている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来の放電励起エキシマレーザー装置に
おいては、発振領域が、ノズル先端から約２１の位置で
、直径２■、長さ３■と、ノズル先端の近傍に限定され
ているので、出力が極めて小さい。また、真空容器内の
ガスの排気速度には限界があるので、繰り返し速度も小
さいという欠点がある。

これらの欠点を解決するためには、ノズル先端近傍での
効率的な放電励起によるエキシマ準位の生成を行なわな
ければならない。すなわち、レーザー媒質となるべきガ
スの冷却効果を高めることが必要になる。しかしながら
、従来の装置では、エキシマ準位の生成において実施し
ているレーザー媒質の冷却を、ノズルから真空容器内へ
噴射したときの断熱膨張のみに依存しているので、効率
的なレーザー発振を得ることができない。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、エキシマ準位生成効率を向上させることができる放電
励起エキシマレーザ−装置を提供することを目的とする
。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明に係る放電励起エキシマレーザ−装置は、ノズ
ル及びレーザー媒質となるべきガスの少なくとも一方を
冷却する冷却手段を有することを特徴とする。

冷却手段による冷却は、ノズル自体を対象とする場合と
、ガス供給経路（ノズルを除く）を対象とする場合と、
両者を対象とする場合とがある。

冷却効果の向上を図る観点からはノズル及びガス供給経
路の両者を冷却対象とすることが望ましいが、装置の小
型化を図る観点からはガス供給経路のみを冷却対象とす
ることが望ましい。

冷却手段には、種々の冷媒を循環させることにより、ノ
ズル又はガス供給経路と熱交換し得る冷媒循環システム
を採用することができる。この場合に、冷媒として液体
ヘリウム又は液体窒素を用いることが好ましい。

また、冷却手段には、ノズル又はガス供給経路を直接又
は間接にフレオン等で冷却するヒートポンプ方式の冷凍
機、あるいは、ベルチェ素子を有する電子冷却方式の冷
凍機を採用することができる。

また、レーザー媒質となるべきガスには、アルゴンガス
、ヘリウムガス、ネオンガス、キセノンガス、クリプト
ンガス等の希ガス又はこれらのうち２種以上の混合ガス
の他に、ハロゲンガス単体又はハロゲンガスと希ガスと
の混合ガスを用いることができる。

（作用）ノズルにガスを供給する際に、冷却手段によりガスを強
制的に冷却するので、ノズル噴射時の断熱膨張による冷
却に加えて、更にガスの温度は降下し、−層効率的なエ
キシマ準位の生成を行なうことができる。

（実施例）以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施例につ
いて具体的に説明する。

第１図に示すように、真空容器９の下部開口は排気ポン
プ（図示せず）に連通し、容器内部のガスが排気される
ようになっている。真空容器９の側部開口はレーザー光
を発振するための発振部に相当する。

ノズル４の先端部４ａが真空容器９の内部に導入され、
ノズル４内の陰極１が容器９内の陽極２と向き合ってい
る。陰極１は、棒状を呈し、その先端がノズル４の先端
とほぼ一致している。陽極２は、板状を呈し、容器９内
に水平に支持されている。陽極２は、例えば、ノズル４
の先端部４ａから約２センチメートル離れたところに設
けられている。陰極１及び陽極２の間にはパルス電源３
が設けられている。なお、真空容器９の内部には１対の
ミラー７．８が配設され、これらがレーザー発振を起こ
させる共振器を成している。

ノズル４の基端部は、ガス供給経路を介してガスボンベ
６に連通されている。ガスボンベ６にはレーサー媒質と
してのアルゴンガスが貯蔵されている。ガス供給経路の
途中には高速電磁弁１０およびガス溜１１が設けられて
いる。高速電磁弁１０は、ガスボンベ６からガス溜１１
に一時的に溜められたガスをノズル４にパルス的に供給
する役割を有する。この電磁弁１０の開閉スイッチとパ
ルス電源３とは同期して作動するようになっている。

冷媒循環ジャケット５が、ボンベ６の開閉弁１２の下流
側からノズル４の先端部４ａ近傍に至るまでを覆ってい
る。冷媒は、図示しない冷媒供給源から入口１３を介し
てジャケット５に供給され、出口１４を介して冷媒供給
源に戻るようになっている。冷媒には、液体ヘリウム、
液体窒素、又はフレオンなどを用いる。

第２図に示すように、チューブ１５をノズル４及びガス
溜１１に巻き付け、冷媒を入口１３を介して供給し、出
口１４を介して冷媒供給源（図示せず）に戻すようにし
てもよい。

次に、上記装置を用いてエキシマレーザ−を発振させる
場合について説明する。

ガスを強制冷却しつつノズル４にパルス的に供給し、こ
れに同期して陰極１と陽極２の間に高電圧パルス電圧を
発生させる。ガスは、ノズル４の噴射口４ａから真空容
器９内に噴射され、断熱膨張により更に温度降下する。

このとき、放電によりプラズマが生成され、レーザー媒
質が励起されて効率的にエキシマ準位の生成が行われる
。

上記実施例によれば、レーザー媒質となるガスの供給経
路及びノズルを、冷媒循環ジャケットあるいはチューブ
で覆うことにより、レーザー媒質の温度上昇を防ぎ、か
つ、断熱膨張によるガスの温度降下により効果的なガス
冷却を行うことができる。

［発明の効果コ本発明によれば、レーザー媒質となるべきガスを効果的
に冷却することができるので、放電励起エキシマレーザ
−装置におけるエキシマ準位生成効率を飛躍的に向上さ
せることができ、出力の増大化を図ることができる。特
に、高効率な希ガス系での放電励起エキシマレーザ−装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る放電励起エキシマレ
ーザ−装置の概要を示す縦断面図、第２図は本発明の第
２実施例に係る放電励起エキシマレーザ−装置の一部の
概要を示す縦断面図、第３図は従来の放電励起エキシマ
レーザ−装置の概略図である。１・・・陰極、２・・・陽極、３・・・パルス電源、４
・・・ノズル、５・・・冷媒循環ジャケット、６・・・
ガスボンベ、７・・・全反射ミラー、８・・・出力ミラ
ー、９・・・真空容器、１０・・・電磁弁、１１・・・
ガス溜、１２・・・バルブ、１３・・・冷媒入口、１４
・・・冷媒出口、１５・・・チューブ、Ｐ・・・プラズ
マ出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）排気手段を備えた真空容器と、この真空容器内に
設けられた陽極と、この陽極に対設された針状の陰極と
、この陰極を取り囲み陰極から陽極へ向かってレーザー
媒質となるガスを噴出させるノズルと、このノズルにレ
ーザー媒質となるガスをパルス的に供給するガス供給手
段と、この供給ガスに同期して前記陰極・陽極間に高電
圧のパルス電圧を発生させ前記ノズルより噴出させたガ
ス中にてパルス放電を起こさせるパルス放電手段と、を
有し、前記ノズル及びレーザー媒質となるガスの少なく
とも一方を冷却する冷却手段を有することを特徴とする
放電励起エキシマレーザー装置。