JPH04268778A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工業用の分野で主に加工
用の用途に用いられる放電励起エキシマレーザ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、新しい産業用のレーザ光源として
エキシマレーザが注目されている。エキシマレーザは、
レーザ媒質としてクリプトンやキセノンなどの希ガスと
、フッ素や塩素などのハロゲンガスとを組み合わせるこ
とにより、３５３ｎｍから１９３ｎｍのいくつかの波長
で発振線を得ることができる紫外レーザの一つである。 エキシマレーザでは従来のレーザ装置に比べて短い波長
域で大きな出力が得られるので、工業や医療などの分野
における新しい光源として期待されている。特に半導体
製造プロセスにおいては、超ＬＳＩ製造用縮小投影露光
装置の水銀ランプに代わる光源として急速に需要が増大
し始めている。

【０００３】エキシマレーザ装置には、レーザ媒質の励
起方法によって、放電励起方式，電子ビーム励起方式，
Ｘ線励起方式，マイクロ波励起方式などがある。なかで
も装置の構成が簡単で、高繰返し化が可能であり、かつ
小型化が容易なことから、特に工業用の分野においては
放電励起方式が多用されている。

【０００４】放電励起エキシマレーザ装置においては、
一般に大気圧以上の圧力のレーザ媒質ガスをグロー放電
によって励起し、エキシマを生成する。このような高気
圧グロー放電を安定に保持するためには、主放電の開始
に先立って主放電空間を予備電離する必要がある。出力
されるレーザビームの品質、たとえば強度やビーム形状
などは、この予備電離によって生成される電子の数や予
備電離の空間的均一性に大きく依存する。予備電離の方
法には、マルチスパークギャップの火花放電を利用した
ＵＶ予備電離方式，コロナ放電を利用したコロナ予備電
離方式，Ｘ線を用いたＸ線予備電離方式などが知られて
いる。

【０００５】工業用の分野においては、回路が簡単で、
コスト面で有利なＵＶ予備電離方式が多用されてきたが
、予備電離の空間的均一性が低い上に、火花放電によっ
てガスが汚染されるという問題がある。一方、コロナ予
備電離方式はこれらの問題が少ないという利点があり、
かつ装置も比較的単純な構成でよい。

【０００６】図２は従来のコロナ予備電離方式放電励起
エキシマレーザ装置の構成図で、出力レーザビームの光
軸に垂直な断面の概略構成を示している。

【０００７】図２において、１は圧力隔壁によって構成
された気密容器、２ａは第１の主電極、２ｂは複数の開
孔部３を有する第２の主電極である。気密容器１の内部
にはレーザ媒質ガス６が封入されている。第２の主電極
２ｂの第１の主電極２ａとは反対側に誘電体部材４ａが
配置され、さらに誘電体部材４ａの外側に補助電極５が
配置されている。第１の主電極２ａと第２の主電極２ｂ
には主放電のための主電源７が、また第２の主電極２ｂ
と補助電極５には補助電源８がそれぞれ接続されている
。９はレーザビームの光軸である。

【０００８】この放電励起エキシマレーザ装置において
、まず、補助電源８によって、第２の主電極２ｂと補助
電極５との間に高電圧が印加される。この高電圧によっ
て第２の主電極２ｂの開孔部３における誘電体部材４ａ
の表面に表面コロナ放電１０が発生する。この表面コロ
ナ放電１０によって主放電空間１１が予備電離されるこ
とになる。この状態で主電源７から第１の主電極２ａと
第２の主電極２ｂの間に主放電のための高電圧が印加さ
れ、主放電１２を発生させる。このように主放電空間１
１が表面コロナ放電１０によって予備電離されているた
め、主放電１２は安定で均一なグロー放電となる。この
主放電１２によって主放電空間１１のレーザ媒質ガス６
が励起され、レーザビームの光軸方向９にレーザビーム
が取り出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、コロナ予備電離を行うために必要な誘電
体部材４ａ、補助電極５および第２の主電極２ｂがすべ
て気密容器１の内部に配置されているために、以下のよ
うな問題が生じる。

【００１０】すなわち、レーザ媒質ガス６はきわめて沿
面放電が発生しやすいという性質をもっているため、予
備電離のために補助電源８によって第２の主電極２ｂと
補助電極５との間に高電圧が印加されると、誘電体部材
４ａの表面に沿って沿面放電１３が発生することがある
。この沿面放電１３が発生すると、第２の主電極２ｂと
補助電極５とが短絡されるため、両者の電位差が小さく
なり、表面コロナ放電１０が消滅する。したがって、主
放電空間１１の予備電離が不十分となる。その結果、主
放電１２は不安定となり、ついにはフィラメント状のア
ーク放電に移行する。また、主放電１２がアーク放電に
なると、レーザビーム出力がいちじるしく低下するばか
りでなく、両主電極２ａ，２ｂの表面に大きな損傷が発
生し、しかもレーザ媒質ガス６の劣化も促進される。

【００１１】この問題を解決するために、従来の装置で
は、第２の主電極２ｂと補助電極５との間の沿面距離を
長くしているが、このような構造では、誘電体部材４ａ
が大きくなり、複雑な形状になる。このことは装置の大
型化と製作コストの増大を招いていた。また、放電励起
エキシマレーザ装置においては、予備電離強度がレーザ
出力に大きく影響することが知られているが、予備電離
強度を大きくするためには、第２の主電極２ｂと補助電
極５との間の電位差を大きくしなければならない。しか
し、第２の主電極２ｂと補助電極５との間の電位差を大
きくすればするほど、沿面放電１３がますます発生しや
すくなるために、この電位差を大きくするには限界があ
る。したがって、コロナ予備電離方式においては、十分
な予備電離強度が得られず、レーザ出力も、効率もＵＶ
予備電離方式に比較して一般に劣っている。このことが
、コロナ予備電離方式の放電励起エキシマレーザ装置が
工業用の分野での普及を妨げる大きな原因の一つとなっ
ている。

【００１２】本発明は上記従来の課題を解決するもので
、高性能で、小型かつ安価な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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の放電励起エキシマレーザ装置は、圧力隔壁に
よって構成され、レーザ媒質ガスが封入された気密容器
内に、互いに対向して配置された第１の主電極と複数の
開孔部が形成された第２の主電極とを有し、第２の主電
極の第１の主電極とは反対側に圧力隔壁の一部を兼ねる
誘電体部材が配置され、この誘電体部材の外側に補助電
極が配置された構成を有している。

【００１４】

【作用】この構成によって、補助電極の周囲が沿面放電
を発生しやすいレーザ媒質ガスに曝されることがなくな
るため、誘電体部材を必要以上に大きくしたり、複雑な
形状にしたりすることなく、第２の主電極と補助電極と
の間での沿面放電が発生しない構造を実現することがで
きる。また、第２の主電極と補助電極との間の電位差を
大きくできるため、予備電離強度を十分に上げることが
できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図を参照
して説明する。図１は本発明の一実施例における放電励
起エキシマレーザ装置の構成図であり、出力レーザビー
ムの光軸に垂直な断面の概略構成を示すものである。図
１において、図２に示す従来例と同一箇所には同じ符号
を付して詳細説明を省略した。なお、４は気密隔壁１の
一部分を構成する誘電体部材である。

【００１６】図１において、１は圧力隔壁によって構成
された気密容器、２ａは第１の主電極、２ｂは複数の開
孔部３を有する第２の主電極である。気密容器１内には
レーザ媒質ガス６が封入されている。第２の主電極２ｂ
に関して第１の主電極２ａとは反対側に、気密容器１の
圧力隔壁の一部分を兼ねた誘電体部材４が配置されてい
る。さらに誘電体部材４の外側に補助電極５が配置され
ている。誘電体部材４は気密容器１の圧力隔壁でもあり
、補助電極５は、気密容器１の外側に配置されるので、
レーザ媒質ガス６には曝されない。また、第１の主電極
２ａと第２の主電極２ｂには主放電のための主電源７が
、第２の主電極２ｂと補助電極５には補助電源８がそれ
ぞれ接続されている。９はレーザビームの光軸である。

【００１７】本実施例による放電励起エキシマレーザ装
置の動作は、図２に示す従来の放電励起エキシマレーザ
装置の動作と同じである。すなわち、補助電源８によっ
て第２の主電極２ｂと補助電極５との間に高電圧が印加
される。この高電圧によって第２の主電極２ｂの開孔部
３における誘電体部材４の表面に表面コロナ放電１０が
発生する。この表面コロナ放電１０によって主放電空間
１１が予備電離されることになる。この状態で、主電源
７から第１，第２の主電極２ａ，２ｂとの間に主放電の
ための高電圧が印加され、主放電１２を発生させる。

【００１８】このように本実施例では、補助電極５の周
囲が沿面放電を発生させるレーザ媒質ガス６に曝されな
いため、誘電体部材４をいたずらに巨大化、複雑化させ
ることなく、第２の主電極２ｂと補助電極５との間での
沿面放電の発生を防止できる。したがって、第２の主電
極２ｂと補助電極５との間の電位差を大きくとることが
でき、その結果、主放電空間１１の予備電離が十分にか
つ均一になされて、主放電１２がきわめて安定で一様な
グロー放電となり、出力レーザビームも空間的均一性に
優れ、しかも強力なものとなる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明は、補助電極の周囲
が沿面放電を発生しやすいレーザ媒質ガスに曝されるこ
とがないので、誘電体部材を必要以上に大きくしたり複
雑な形状にしたりすることなく、第２の主電極と補助電
極との間で沿面放電が発生しない構造を有する、高性能
で、小型かつ安価な放電励起エキシマレーザ装置を実現
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における放電励起エキシマレ
ーザ装置の構成図

【図２】従来の放電励起エキシマレーザ装置の構成図

【符号の説明】

１　　　　気密容器 ２ａ　　第１の主電極 ２ｂ　　第２の主電極 ３　　　　開孔部 ４　　　　誘電体部材 ５　　　　補助電極 ６　　　　レーザ媒質ガス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力隔壁によって構成され、内部にレーザ
   媒質ガスが封入された気密容器内に、互いに対向して配
   置された第１の主電極と複数の開孔部が形成された第２
   の主電極とを有し、前記第２の主電極の前記第１の主電
   極とは反対側に圧力隔壁の一部を兼ねる誘電体部材が配
   置され、前記誘電体部材の外側に補助電極が配置された
   放電励起エキシマレーザ装置。