JPH04273488A - ガスレ−ザ装置用電極 - 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】紫外線予備電離放電励起ガスレー
ザ装置の電極に関し、特には紫外線予備電離放電励起エ
キシマレーザの電極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】放電励起エキシマレーザは、波長が短い
ことから光露光の解像度の限界を０．５μｍ以下に延ば
せる可能性があること、同じ解像度なら従来用いていた
水銀ランプのｇ線やｉ線に比較して焦点深度が深いこと
、レンズの開口数が小さくてすみ、露光領域を大きくで
きること、大きなパワーが得られること等の多くの優れ
た利点を備えていることから、、半導体装置製造用の縮
小投影露光装置の光源等の産業用レーザとしての利用が
注目されている。

【０００３】放電励起エキシマレーザは、大気圧程度か
それ以上の圧力に充填されたレーザ媒質ガス中で、自己
持続グロー放電である主放電と呼ばれる放電を行いレー
ザ光を得るものである。このような、大気圧程度かそれ
以上のレーザ媒質ガス圧力下で主放電を発生させる場合
は、予めレーザ媒質ガスを予備電離し、主放電を発生さ
せる空間を電離させておく必要がある。そのための予備
電離の方法として、紫外線予備電離、コロナ予備電離、
Ｘ線予備電離などの各方式が提案され採用されている。 紫外線予備電離方式は対向する電極間にアーク放電を発
生させ、アーク放電から放射される紫外線や電子によっ
て予備電離を行うものであり、レーザ出力や装置の簡便
さ等から、一般的には紫外線予備電離方式が採用されて
いる。

【０００４】紫外線予備電離放電励起エキシマレーザ装
置の一例を図８に示す。発振装置としてのチャンバ（図
示せず）内に１対の主放電電極５１と予備電離電極５２
とを配設している。前記の主放電電極５１の間の主放電
空間にレーザ媒質としてのＫｒとＦ２あるいはＡｒとＦ
２を含むガス等を循環しつつ、予備電離電極５２間にア
ーク放電を発生させ、前記レーザ媒質ガスを予備電離す
る。その後、主放電空間に主放電を生起し、レーザ媒質
ガスを励起してレーザ光を得る。

【０００５】このようなエキシマレーザは、レーザ媒質
として腐食性のＨＣＩ，Ｆ２ガス等を用いることから、
容器などのガスと接する部分は、テフロン、ステンレス
、ニッケルなどの耐ハロゲン性の高い材質で構成されて
おり、主放電電極５１および予備電離電極５２について
も耐ハロゲン性を必要とするため、通常ニッケルあるい
はアルミニウムをニッケル被覆したものが用いられてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、紫外線
予備電離放電励起エキシマレーザの予備電離電極と主放
電電極とは、それぞれ対向する電極間でアーク放電やグ
ロー放電を発生させるため、放電ショットを繰り返すう
ちに融解やスパッタリングなどにより電極材が消耗し、
レーザ出力やレーザビーム形状が劣化する。この電極の
消耗が当該レーザ装置のメインテナンス間隔を支配する
ため、電極の耐久性が大きな問題となっていた。また、
電極の消耗によって電極材は微粒子となって遊離し、レ
ーザ媒質ガス中を浮遊し、レーザ光を取り出すウインド
ウ表面に付着し、レーザ光の取り出しを困難にしたり、
この微粒子がレーザ容器やレーザガスを汚すという問題
もあった。

【０００７】電極の消耗による上記レーザ性能の低下を
防止するため、電極形状に工夫を加えるなど、種々の考
案が提案されているが、電極材として使用されているＮ
ｉやＡｌの融点は、放電により電極表面に発生する温度
よりも低いため、電極消耗の本質的解決策とはなってい
ない。また、高融点金属と耐ハロゲン不動態皮膜形成金
属との合金も提案されているが、製作が困難で高価であ
ったり、合金から僅かに遊離した金属物質が発振レーザ
光によって前記ウインドウ表面に光ＣＶＤされるなどの
問題があり、実用には不向きであった。

【０００８】本発明は上記の問題点に着目してなされた
もので、耐久性に優れ、メインテナンス間隔が長く、電
極材微粒子の発生も少ないガスレーザ装置用電極を提供
することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため本
発明に係るガスレーザ装置用電極においては、対向する
予備電離電極間で予備電離または予備電離放電を行うこ
とによって紫外線を発生させ、電子を供給してレーザ媒
質ガスを予備電離した空間に、主放電電極によりグロー
放電を発生させてレーザ光を得る紫外線予備電離放電励
起ガスレーザ装置において、前記予備電離電極と、前記
主放電電極との、少なくともその一方の材質がチタン（
Ｔｉ）を主成分とする導電性セラミックであることを特
徴としている。

【００１０】

【作用】上記のごとく、本発明はＴｉを主成分とする導
電性セラミックを、紫外線予備電離放電励起エキシマレ
ーザ装置の予備電離電極や主放電電極に使用した。Ｔｉ
を主成分とする導電性セラミックは、融点が極めて高く
化学的にも安定であるため、ハロゲンガスを含むガス中
での放電においても、スパッタリングや融解をおこさず
、微粒子の発生もない。

【００１１】

【実施例】以下に本発明に係るガスレーザ装置用電極の
実施例について、図面を参照して説明する。図１は本発
明の第１実施例を示し、発振装置としてのチャンバ（図
示せず）内に配設されたテフロン樹脂からなる電極支持
部１に、Ｔｉを主成分とする導電性セラミックよりなる
一対の主放電電極２と、その両側にそれぞれ一対の予備
電離電極３を装着して放電部を形成しており、構成なら
びに作動は従来のものと同一なので説明は省略する。導
電性セラミックの材質はＴｉの他に、Ｔｉと窒素（Ｎ）
、ＴｉＮ、Ｔｉと炭素（Ｃ）あるいはＴｉＣでもよい。 ＴｉＮ製の予備電離電極と、Ｎｉ製の予備電離電極との
消耗量を比較すると図３のようになる。図３のグラフの
縦軸は予備電離電極の体積、横軸は放電ショット数であ
り、実線はＴｉＮ、点線はＮｉである。図から明らかな
ように、ＴｉＮの消耗量はＮｉの約１／３である。この
ことは、ＴｉＮは電極の消耗による微粒子の発生も少な
いということである。電極の微粒子が発生するとレーザ
光取り出し用ウインドウに付着し、ウインドウのレーザ
光透過率が減少する。図４はその状況を示したもので、
縦軸はレーザ光透過率、横軸は放電ショット数であり、
実線はＴｉＮ、点線はＮｉである。図に示すごとくＴｉ
ＮはＮｉに比べて透過率の減少が少なく、長期にわたり
高透過率が維持できる。Ｎｉ製電極を使用した場合、消
耗によって遊離したＮｉはレーザ媒質ガス中のＦ２と反
応してＮｉＦ２となり、ガス中のＦ２濃度を低下させる
原因となる。Ｆ２濃度の低下はレーザ出力を低下させ、
ガス寿命を短くする。しかし、ＴｉＮの場合は微粒子の
発生が少なく、即ちＴｉＮの遊離が少ないためＴｉＮと
Ｆ２との反応によるＦ２濃度の低下は少ない。 図５のグラフはＴｉＮとＮｉとのＦ２濃度の低下の度合
いを比較したもので、縦軸はＦ２濃度、横軸は放電ショ
ット数である。実線はＴｉＮ、点線はＮｉを示し、Ｔｉ
Ｎは明らかにＮｉより優れていることがわかる。さらに
、微粒子発生の減少はレーザ容器中に配設されたベアリ
ングなどのしゅう動部品の磨耗も減少する。

【００１２】図２は本発明の第２実施例を示し、第１実
施例に対しコストの低減をはかったものである。図示し
ないチャンバ内に配設されたテフロン樹脂製の電極支持
部１には一対の主放電電極１０と、その両側にそれぞれ
一対の予備電離電極２０とを装着してある。主放電電極
１０はステンレス製の本体部１１にＴｉＮを主成分とす
る導電性セラミックからなる放電部１２を、金属製のね
じ１３により締着し、電気的に接続して構成している。 予備電離電極２０はステンレス製の本体部２１に設けた
ねじ穴に、ＴｉＮを主成分とする導電性セラミックから
なる、おねじ２３を有する放電部２２を締着し、電気的
に接続して構成している。しかしながら、一般に金属と
セラミックとは熱膨張率が大きく異なり、前記の本体部
１１，２１と放電部１２，２２との接触が不十分な場合
、接触抵抗が大きくなり接合部が発熱し、本体部１１と
ねじ１３とが膨張して放電部１２に亀裂が生じて破損し
たり、本体部２１が膨張してねじがゆるみ、放電部２２
が脱落する危険性がある。これらは、電極を通過する電
流が小さければ問題にならないが、高出力レーザに要求
される大電流放電を行う場合には、電極に大電流を通す
ため大きな問題となる。そのため、本発明者はその対策
として以下の提案を行っている。

【００１３】図６は本発明の第３実施例を示す。部品構
成は第２実施例と同一なので説明は省略し、異なる部分
のみ説明する。主放電電極１０および予備電離電極２０
の放電部１２，２２と、本体部１１，２１との接合部と
を覆うようにＴｉＮコート３１，３２をプラズマＣＵＤ
法などにより施す。予備電離電極２０のコート部の断面
を図７に示す。即ち、放電部２２を本体部２１に締着し
たのち、放電部２２に接合部も含めてＴｉＮコート３２
を施す。ＴｉＮは導電性であるため接合部は十分接続さ
れ、接触抵抗は無視しうるほど小さくなり発熱を防止す
る。

【００１４】上記の実施例ではＫｒＦエキシマレーザに
ついて説明したが、本発明は高腐食性のガスをレーザ触
媒として用いるガスレーザ装置はもとより、放電電極を
有する放電励起ガスレーザ装置全般に適用が可能である
。

【００１５】

【発明の効果】以上詳述したごとく、本発明は紫外線予
備電離放電励起エキシマレーザ装置の予備電離電極およ
び主放電電極の少なくともその一方を、ＴｉＮを主成分
とする導電性セラミックで構成したため、電極の耐久性
が大幅に向上し、装置全体のメインテナンス間隔が延び
、産業用エキシマレーザの要求仕様であるメインテナン
ス間隔１×１０９　ショット以上を十分に満たすことが
可能であり、メインテナンス費用も削減できる。また、
電極の長寿命化に伴い、放電による電極からの微粒子の
浮遊も減少し、レーザ光取り出し用ウインドウに付着し
てレーザ光の取り出しを困難にしたり、レーザ容器やレ
ーザガスを汚す恐れのない、ガスレーザ装置用電極が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスレーザ装置用電極の第１実施例の
構成図である。

【図２】本発明のガスレーザ装置用電極の第２実施例の
構成図である。

【図３】ＴｉＮとＮｉとの予備電離電極体積変化の比較
グラフである。

【図４】ＴｉＮとＮｉとのレーザ光透過率変化の比較グ
ラフである。

【図５】ＴｉＮとＮｉとのＦ２濃度変化の比較グラフで
ある。

【図６】本発明のガスレーザ装置用電極の第３実施例の
構成図である。

【図７】図６の予備電離電極部の詳細断面図である。

【図８】従来のガスレーザ装置用電極の構成図である。

【符号の説明】

２，１０　　　　主放電電極 ３，２０　　　　予備電離電極 １１，２１　　本体部 １２，２２　　放電部 １３，２３　　ねじ ３１，３２　　ＴｉＮコート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　対向する予備電離電極間で予備電離ま
   たは予備電離放電を行うことによって紫外線を発生させ
   、電子を供給してレーザ媒質ガスを予備電離した空間に
   、主放電電極によりグロー放電を発生させてレーザ光を
   得る紫外線予備電離放電励起ガスレーザ装置において、
   前記予備電離電極と、前記主放電電極との、少なくとも
   その一方の材質がチタン（Ｔｉ）を主成分とする導電性
   セラミックであることを特徴とするガスレーザ装置用電
   極。