JPH04211184A - 放電励起エキシマレーザ装置 - Google Patents
放電励起エキシマレーザ装置Info
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- JPH04211184A JPH04211184A JP3038495A JP3849591A JPH04211184A JP H04211184 A JPH04211184 A JP H04211184A JP 3038495 A JP3038495 A JP 3038495A JP 3849591 A JP3849591 A JP 3849591A JP H04211184 A JPH04211184 A JP H04211184A
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Classifications
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- 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
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
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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
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- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
[00011
【産業上の利用分野]本発明は、一対の主放電電極とと
もに補助電極を備えた放電励起エキシマレーザ装置に関
する。 [0002] 【従来の技術】この種の従来技術としては、特開昭61
91982号公報に記載されたものがある。この特開昭
61−91982号公報によれば、放電励起エキシマレ
ーザ装置において、従来誘電体を構成するものとして用
いられてきた石英の代わりに、レーザガスに対して不活
性なアルミナセラミックスを用いて、レーザガスの長寿
命化を図る技術が開示されている。 [0003]
もに補助電極を備えた放電励起エキシマレーザ装置に関
する。 [0002] 【従来の技術】この種の従来技術としては、特開昭61
91982号公報に記載されたものがある。この特開昭
61−91982号公報によれば、放電励起エキシマレ
ーザ装置において、従来誘電体を構成するものとして用
いられてきた石英の代わりに、レーザガスに対して不活
性なアルミナセラミックスを用いて、レーザガスの長寿
命化を図る技術が開示されている。 [0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の放
電励起エキシマレーザ装置において、レーザ出力を高め
るためには、主放電電極と補助放電電極との間における
補助放電時の予備電離、すなわち補助電極からの紫外発
光による光電離効果と主放電空間への電子供給とを活発
化させることが必要である。 [0004]そして、このためには、■主放電電極およ
び補助放電電極間における電圧の立ち上がりを早める、
■誘電体の誘電率を高める、■誘電体の断面厚を薄くす
る、■誘電体と電極の密着性を良好にする必要があった
。また、電極間の絶縁性能を高める等の技術的課題があ
った。 [0005]Lかし、前記公報をはじめとする従来技術
においては、これらの点が十分に配慮されてはおらず、
特に前記■および■の誘電体の形状については無関心で
あった。 [0006]すなわち、従来技術において、補助電極を
囲む誘電体形状は、円筒状(丸型パイフ)あるいは平板
状のものであるため、補助電極と接触する内面が弯曲で
あるため研磨加工が困難であったり、内部への補助電極
の収容作業が煩雑である等の難点があった。 [0007]また、高出力を得るために30kV程度の
高電圧を印加した場合に、前記形状の誘電体構造では絶
縁破壊を生じる可能性があった。 [0008] これに対し、特公昭63−64069号
公報には、管状に構成された誘電体を用い、この管状誘
電体内に冷却用媒体を封入した放電励起パルスレーザが
記載されている。この公報では、誘電体を管状にしてそ
の内部に冷却用媒体を封入したことを主題としており、
誘電体を角型パイプ状にすべき旨の記載は全くない。 [0009]
電励起エキシマレーザ装置において、レーザ出力を高め
るためには、主放電電極と補助放電電極との間における
補助放電時の予備電離、すなわち補助電極からの紫外発
光による光電離効果と主放電空間への電子供給とを活発
化させることが必要である。 [0004]そして、このためには、■主放電電極およ
び補助放電電極間における電圧の立ち上がりを早める、
■誘電体の誘電率を高める、■誘電体の断面厚を薄くす
る、■誘電体と電極の密着性を良好にする必要があった
。また、電極間の絶縁性能を高める等の技術的課題があ
った。 [0005]Lかし、前記公報をはじめとする従来技術
においては、これらの点が十分に配慮されてはおらず、
特に前記■および■の誘電体の形状については無関心で
あった。 [0006]すなわち、従来技術において、補助電極を
囲む誘電体形状は、円筒状(丸型パイフ)あるいは平板
状のものであるため、補助電極と接触する内面が弯曲で
あるため研磨加工が困難であったり、内部への補助電極
の収容作業が煩雑である等の難点があった。 [0007]また、高出力を得るために30kV程度の
高電圧を印加した場合に、前記形状の誘電体構造では絶
縁破壊を生じる可能性があった。 [0008] これに対し、特公昭63−64069号
公報には、管状に構成された誘電体を用い、この管状誘
電体内に冷却用媒体を封入した放電励起パルスレーザが
記載されている。この公報では、誘電体を管状にしてそ
の内部に冷却用媒体を封入したことを主題としており、
誘電体を角型パイプ状にすべき旨の記載は全くない。 [0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ出力を
高め、かつ、絶縁性能を高めるため、以下のような手段
をとった。 [00101すなわち、本発明の装置は、レーザ光軸を
長手方向としてこのレーザ光軸を隔てて相対向するよう
に配置された一対の主放電電極と、この一対の主放電電
極の外側で、しかも、一方の主放電電極に対向して配置
された誘電体と、この誘電体を介して前記一方の主放電
電極に対向した補助電極とを備え、前記誘電体は筒状に
形成されているとともに主放電電極に対向した側が平板
状部となっており、前記補助電極は誘電体内に空間を残
した形で内包され、しかも、前記平板状部を挟んで前記
一方の主放電電極に対向していることを特徴とする放電
励起エキシマレーザ装置である。 [0011]
高め、かつ、絶縁性能を高めるため、以下のような手段
をとった。 [00101すなわち、本発明の装置は、レーザ光軸を
長手方向としてこのレーザ光軸を隔てて相対向するよう
に配置された一対の主放電電極と、この一対の主放電電
極の外側で、しかも、一方の主放電電極に対向して配置
された誘電体と、この誘電体を介して前記一方の主放電
電極に対向した補助電極とを備え、前記誘電体は筒状に
形成されているとともに主放電電極に対向した側が平板
状部となっており、前記補助電極は誘電体内に空間を残
した形で内包され、しかも、前記平板状部を挟んで前記
一方の主放電電極に対向していることを特徴とする放電
励起エキシマレーザ装置である。 [0011]
【作用】前記した手段によれば、前記誘電体が筒状に形
成されて主放電電極に対向した側が平板状部となってお
り、前記補助電極が誘電体内に空間を残した形で内包さ
れ、しかも、前記平板状部を挟んで前記一方の主放電電
極に対向しているようにしたことで、絶縁性能を上げる
ことができる。 [0012]そして、前記平板状部の少なくとも一方の
表面が鏡面研磨されていると、この表面に主放電電極あ
るいは前記補助電極を密着させることができる。誘電体
を前記構成として、平板状部を薄くすると、予備電離電
子密度を大きくすることが可能となる。 [0013]表面研磨の程度は、表面の凹凸の高低差が
100μm以下、好ましくは10μm以下にするのがよ
い。 [0014]また、前記誘電体を平板状部を少なくとも
有する筒状とくに角型パイプ状にすることにより、絶縁
性能を向上でき、さらに、補助電極の収容工程も簡素化
できる。また、角型パイプの中でも、平板状部の両側か
らそれぞれ壁部を平板状部の一方に向けて延出させた断
面口字状の棒状部材と、この口字状の棒状部材の開放側
を覆って角形パイプ状とする平板状の蓋体部材とで誘電
体を構成することで、電極と接する口字状の平板状部両
面を研磨でき、レーザ出力を高められる。さらに角型パ
イプの形成が容易になる。 [00151本発明で使用する誘電体の種類としては、
アルミナセラミックス等のセラミックス、石英ガラス、
ホウケイ酸ガラス(例えば、ダウコーニング社製、商品
名パイレックス)、チタン酸ストロンチウムなどの無機
材料などを例示できる。 [0016]
成されて主放電電極に対向した側が平板状部となってお
り、前記補助電極が誘電体内に空間を残した形で内包さ
れ、しかも、前記平板状部を挟んで前記一方の主放電電
極に対向しているようにしたことで、絶縁性能を上げる
ことができる。 [0012]そして、前記平板状部の少なくとも一方の
表面が鏡面研磨されていると、この表面に主放電電極あ
るいは前記補助電極を密着させることができる。誘電体
を前記構成として、平板状部を薄くすると、予備電離電
子密度を大きくすることが可能となる。 [0013]表面研磨の程度は、表面の凹凸の高低差が
100μm以下、好ましくは10μm以下にするのがよ
い。 [0014]また、前記誘電体を平板状部を少なくとも
有する筒状とくに角型パイプ状にすることにより、絶縁
性能を向上でき、さらに、補助電極の収容工程も簡素化
できる。また、角型パイプの中でも、平板状部の両側か
らそれぞれ壁部を平板状部の一方に向けて延出させた断
面口字状の棒状部材と、この口字状の棒状部材の開放側
を覆って角形パイプ状とする平板状の蓋体部材とで誘電
体を構成することで、電極と接する口字状の平板状部両
面を研磨でき、レーザ出力を高められる。さらに角型パ
イプの形成が容易になる。 [00151本発明で使用する誘電体の種類としては、
アルミナセラミックス等のセラミックス、石英ガラス、
ホウケイ酸ガラス(例えば、ダウコーニング社製、商品
名パイレックス)、チタン酸ストロンチウムなどの無機
材料などを例示できる。 [0016]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 [0017]図1、図2において、Zはレーザ光の光軸
方向を示しており、この光軸を隔てて一対の主放電電極
、すなわち陽極1と陰極2とが互いに相対向するように
配置されている。陰極2は、格子状にあるいは櫛形状に
形成されている。この陰極2に対向して、陽極1と陰極
2の外側に誘電体3が配置されている。 [0018]前記誘電体3は、材質がセラミックスで、
図3に示したように、陰極2に対向した平板状部3aの
両側からそれぞれ壁部3bを平板状部3aの一方に向け
て延出させた断面口字状の棒状部材3cと、との口字状
の棒状部材3cの開放側を覆う平板状の蓋体部材3dと
を接合して角型パイプ状に形成されている。ここで、平
板状部3aの両表面は高低差が5μm程度となるように
鏡面研磨されている。なお、棒状部材3aと蓋体部材3
dの接合面にも鏡面加工を施すことが望ましい。これに
よって、境界面からの絶縁劣化を抑止することができる
。 [0019]そして、平板状部3aの外側表面に前記陰
極2が密着されている。一方、この陰極2に対向し、か
つ平板状部3aを挟む形で、断面偏平形状の補助電極4
が誘電体3内に空間Cを残して内包されている。この補
助電極4は前記平板状部3aの内面に沿ってこの内面に
密着している。 [00201なお、図1中、Aは陽極1および補助電極
4と接続される電極端子、Bは陰極2と接続される電極
端子である。 [0021]次に、前記装置構造でのレーザ発生動作を
説明する。まず、電極端子AおよびBに高電圧かつ短パ
ルス、たとえば30kV程度で100nsec程度のパ
ルス状電圧が印加されると、このパルスの立ち上がり部
分において、陰極2−補助電極4間がコンデンサとして
機能して補助放電が発生する。この補助放電は、誘電体
3を経て陰極2の開口部において生じるコロナ放電であ
る。 このとき、本実施例による装置構造では、前記の如く陰
極2及び補助電極4と誘電体3との間の密着性が高く、
陰極2、誘電体3、補助電極4により形成されるコンデ
ンサの容量が向上しているため、大きいコロナ放電電流
が流れる(図4、a−b間)。 [0022] この補助放電(コロナ放電)から発生さ
れる紫外光による光電離効果と、放電からの電子が陰極
2を経て主放電空間Sに移動する効果によって、この主
放電空間Sには多量の電子が供給される(予備電離)。 [00231次に、電極端子A、 B間に印加されるパ
ルス電圧がさらに上昇すると、主放電が開始される(図
4、b点)。このとき、この主放電空間Sに供給された
レーザガスが励起され、レーザ光が第1図のZ方向に発
振する。なお、図4 (b点)は15〜30KVである
。 [0024] ここで、レーザガスとしては、KrFエ
キシマレーザ装置の場合には、He、 Ne、 Kr、
F2を所定比率で混合したものが使用される。そして
、このレーザガスの種類を代えることによってレーザ光
の発振波長を変更することができる。本実施例では、こ
のようなKrFエキシマレーザの他、XeC1,ArF
エキシマレーザ等を用いることができる。 [0025]平板状部の両側からそれぞれ壁部を平板状
部の一方に向けて延出させた断面コ字状の棒状部材と、
このコ字状の棒状部材の開放側を覆う平板状の蓋体部材
とで角型パイプ状の誘電体とした実施例では、入力エネ
ルギー4.8Jに対し、出力エネルギー140mJが得
られ、効率3%と高効率な発振を行えた。 [0026]
する。 [0017]図1、図2において、Zはレーザ光の光軸
方向を示しており、この光軸を隔てて一対の主放電電極
、すなわち陽極1と陰極2とが互いに相対向するように
配置されている。陰極2は、格子状にあるいは櫛形状に
形成されている。この陰極2に対向して、陽極1と陰極
2の外側に誘電体3が配置されている。 [0018]前記誘電体3は、材質がセラミックスで、
図3に示したように、陰極2に対向した平板状部3aの
両側からそれぞれ壁部3bを平板状部3aの一方に向け
て延出させた断面口字状の棒状部材3cと、との口字状
の棒状部材3cの開放側を覆う平板状の蓋体部材3dと
を接合して角型パイプ状に形成されている。ここで、平
板状部3aの両表面は高低差が5μm程度となるように
鏡面研磨されている。なお、棒状部材3aと蓋体部材3
dの接合面にも鏡面加工を施すことが望ましい。これに
よって、境界面からの絶縁劣化を抑止することができる
。 [0019]そして、平板状部3aの外側表面に前記陰
極2が密着されている。一方、この陰極2に対向し、か
つ平板状部3aを挟む形で、断面偏平形状の補助電極4
が誘電体3内に空間Cを残して内包されている。この補
助電極4は前記平板状部3aの内面に沿ってこの内面に
密着している。 [00201なお、図1中、Aは陽極1および補助電極
4と接続される電極端子、Bは陰極2と接続される電極
端子である。 [0021]次に、前記装置構造でのレーザ発生動作を
説明する。まず、電極端子AおよびBに高電圧かつ短パ
ルス、たとえば30kV程度で100nsec程度のパ
ルス状電圧が印加されると、このパルスの立ち上がり部
分において、陰極2−補助電極4間がコンデンサとして
機能して補助放電が発生する。この補助放電は、誘電体
3を経て陰極2の開口部において生じるコロナ放電であ
る。 このとき、本実施例による装置構造では、前記の如く陰
極2及び補助電極4と誘電体3との間の密着性が高く、
陰極2、誘電体3、補助電極4により形成されるコンデ
ンサの容量が向上しているため、大きいコロナ放電電流
が流れる(図4、a−b間)。 [0022] この補助放電(コロナ放電)から発生さ
れる紫外光による光電離効果と、放電からの電子が陰極
2を経て主放電空間Sに移動する効果によって、この主
放電空間Sには多量の電子が供給される(予備電離)。 [00231次に、電極端子A、 B間に印加されるパ
ルス電圧がさらに上昇すると、主放電が開始される(図
4、b点)。このとき、この主放電空間Sに供給された
レーザガスが励起され、レーザ光が第1図のZ方向に発
振する。なお、図4 (b点)は15〜30KVである
。 [0024] ここで、レーザガスとしては、KrFエ
キシマレーザ装置の場合には、He、 Ne、 Kr、
F2を所定比率で混合したものが使用される。そして
、このレーザガスの種類を代えることによってレーザ光
の発振波長を変更することができる。本実施例では、こ
のようなKrFエキシマレーザの他、XeC1,ArF
エキシマレーザ等を用いることができる。 [0025]平板状部の両側からそれぞれ壁部を平板状
部の一方に向けて延出させた断面コ字状の棒状部材と、
このコ字状の棒状部材の開放側を覆う平板状の蓋体部材
とで角型パイプ状の誘電体とした実施例では、入力エネ
ルギー4.8Jに対し、出力エネルギー140mJが得
られ、効率3%と高効率な発振を行えた。 [0026]
【発明の効果】本発明によれば、放電励起エキシマレー
ザ装置において、誘電体が筒状に形成されているととも
に主放電電極に対向した側が平板状部となっており、補
助電極が誘電体内に空間を残した形で内包され、しかも
、前記平板状部を挟んで前記一方の主放電電極に対向す
るようにしたので、予備電離電子密度を増大させてレー
ザ光の出力を高めることができ、絶縁性能も良好とする
ことができる。従って、高出力を必要とする用途に好適
に使用できる。 [0027]また、本発明のエキシマレーザ装置は例え
ばリソグラフィー用光源、各種材料の微細加工(各種材
料の穴明は加工や表面改質を含む)、レーザーアニール
等に用いることができる。
ザ装置において、誘電体が筒状に形成されているととも
に主放電電極に対向した側が平板状部となっており、補
助電極が誘電体内に空間を残した形で内包され、しかも
、前記平板状部を挟んで前記一方の主放電電極に対向す
るようにしたので、予備電離電子密度を増大させてレー
ザ光の出力を高めることができ、絶縁性能も良好とする
ことができる。従って、高出力を必要とする用途に好適
に使用できる。 [0027]また、本発明のエキシマレーザ装置は例え
ばリソグラフィー用光源、各種材料の微細加工(各種材
料の穴明は加工や表面改質を含む)、レーザーアニール
等に用いることができる。
【図1】放電励起エキシマレーザ装置の電極部分を示す
正面断面図
正面断面図
【図2】放電励起エキシマレーザ装置の電極部分を示す
側面断面図
側面断面図
【図3】誘電体部分の正面断面図
【図4】陰極−補助電極間の補助放電(コロナ放電)の
発生状態を示すグラフ図
発生状態を示すグラフ図
■ 陽極
2 陰極
3 誘電体
3a 平板状部
3b 壁部
3c 棒状部材
3d 蓋体部材
4 補助電極
A 電極端子
B 電極端子
C空間
S 主放電空間
Z レーザ光の光軸方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
Claims (10)
- 【請求項1】 レーザ光軸を長手方向としてこのレーザ
光軸を隔てて相対向するように配置された一対の主放電
電極と、この一対の主放電電極の外側で、しかも、一方
の主放電電極に対向して配置された誘電体と、この誘電
体を介して前記一方の主放電電極に対向した補助電極と
を備え、前記誘電体は筒状に形成されているとともに主
放電電極に対向した側が平板状部となっており、前記補
助電極は誘電体内に空間を残した形で内包され、しかも
、前記平板状部を挟んで前記一方の主放電電極に対向し
ていることを特徴とする放電励起エキシマレーザ装置。 - 【請求項2】 レーザ光軸を長手方向としてこのレーザ
光軸を隔てて相対向するように配置された一対の主放電
電極と、この一対の主放電電極の外側で、しかも、一方
の主放電電極に対向して配置された誘電体と、この誘電
体を介して前記一方の主放電電極に対向した補助電極と
を備え、前記誘電体は筒状に形成されているとともに主
放電電極に対向した側が平板状部となっており、前記補
助電極は誘電体内に空間を残した形で内包され、しかも
、前記平板状部を挟んで前記一方の主放電電極に対向し
ており、前記誘電体は、平板状部の両側からそれぞれ壁
部を平板状部の一方に向けて延出させた断面コ字状の棒
状部材と、このコ字状の棒状部材の開放側を覆って角形
パイプ状とする平板状の蓋体部材とからなることを特徴
とする放電励起エキシマレーザ装置。 - 【請求項3】 レーザ光軸を長手方向としてこのレーザ
光軸を隔てて相対向するように配置された一対の主放電
電極と、この一対の主放電電極の外側で、しかも、一方
の主放電電極に対向して配置された誘電体と、この誘電
体を介して前記一方の主放電電極に対向した補助電極と
を備え、前記誘電体は筒状に形成されているとともに主
放電電極に対向した側が平板状部となっており、前記補
助電極は誘電体内に空間を残した形で内包され、しかも
、前記平板状部を挟んで前記一方の主放電電極に対向し
ており、前記平板状部の少なくとも一方の表面が鏡面研
磨され、この表面に主放電電極あるいは前記補助電極が
密着していることを特徴とする放電励起エキシマレーザ
装置。 - 【請求項4】 前記誘電体は、平板状部の両側からそれ
ぞれ壁部を平板状部の一方に向けて延出させた断面コ字
状の棒状部材と、このコ字状の棒状部材の開放側を覆っ
て角形パイプ状とする平板状の蓋体部材とからなること
を特徴とする請求項3記載の放電励起エキシマレーザ装
置。 - 【請求項5】 表面の凹凸の高低差が100μm以下と
なるよう表面研磨されたことを特徴とする請求項3記載
の放電励起エキシマレーザ装置。 - 【請求項6】 表面の凹凸の高低差が10μm以下とな
るよう表面研磨されたことを特徴とする請求項3記載の
放電励起エキシマレーザ装置。 - 【請求項7】 表面の凹凸の高低差が100μm以下と
なるよう表面研磨されたことを特徴とする請求項4記載
の放電励起エキシマレーザ装置。 - 【請求項8】 表面の凹凸の高低差が10μm以下とな
るよう表面研磨されたことを特徴とする請求項4記載の
放電励起エキシマレーザ装置。 - 【請求項9】 前記誘電体がセラミックスである請求項
1〜8のいずれかに記載の放電励起エキシマレーザ装置
。 - 【請求項10】 棒状部材と蓋体部材の接合面に鏡面
加工を施した請求項4記載の放電励起エキシマレーザ装
置。
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