JPH05251794A - Excimer laser oscillator - Google Patents

Excimer laser oscillator

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JPH05251794A
JPH05251794A JP5028092A JP5028092A JPH05251794A JP H05251794 A JPH05251794 A JP H05251794A JP 5028092 A JP5028092 A JP 5028092A JP 5028092 A JP5028092 A JP 5028092A JP H05251794 A JPH05251794 A JP H05251794A
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JP
Japan
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electrode
preionization
electrodes
excimer laser
discharge
Prior art date
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Pending
Application number
JP5028092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoya Horiuchi
直也 堀内
Takuhiro Ono
拓弘 小野
Keiichiro Nakayama
圭一郎 中山
Kenichi Takahata
憲一 高畑
Masataka Yamazaki
正隆 山嵜
Yuuji Hashidate
雄二 橋立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05251794A publication Critical patent/JPH05251794A/en
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Abstract

PURPOSE:To equalize the quantity of pre-ionization of a rare-gas halide excimer laser oscillator, to stabilize a laser output, particularly a pulse output and improve the deterioration of performance due to the abrasion of an electrode for pre-ionization and to lengthen the lifetime of the electrode. CONSTITUTION:A main discharge electrode and a plurality of oppositely faced pre-ionizing electrode pairs arrayed in the longitudinal direction of the main discharge electrode are mounted. At least one pre-ionizing electrodes 3 (anodes) are formed in ring-shaped electrodes, the others are formed in rod-shaped electrodes 14 (cathodes), and the rod-shaped electrodes are arranged at the central sections of the ring-shaped electrodes, thus conducting pre-ionized discharge along circumferences, then attaining the lengthening of the lifetime of the electrodes.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザ装置に
関し、特に、希ガスハライド放電励起を利用したエキシ
マレーザ装置の予備電離電極に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excimer laser device, and more particularly to a preionization electrode for an excimer laser device utilizing rare gas halide discharge excitation.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、エキシマレーザ発振器は、紫外領
域で発振するレーザとして微細加工への応用展開が急速
に高まってきた。特に、半導体用微細加工光源としての
工業化が急がれている。
2. Description of the Related Art In recent years, excimer laser oscillators have been rapidly applied to microfabrication as lasers oscillating in the ultraviolet region. In particular, industrialization as a fine processing light source for semiconductors is urgently needed.

【0003】エキシマレーザは、レーザ上準位寿命が約
1nsと短いことと、グロー放電の安定期間が、負性イ
オンの形成により安定化に寄与するハロゲン分子の枯渇
により、高々1000nsと短いために、立ち上がり約
10ns、パルス幅数10nsの短パルス放電励起を必
要とする。
The excimer laser has a short laser level lifetime of about 1 ns, and the stable period of glow discharge is as short as 1000 ns due to depletion of halogen molecules that contribute to stabilization by the formation of negative ions. , Short pulse discharge excitation with a rise of about 10 ns and a pulse width of several 10 ns is required.

【0004】ところが、この様な短時間のうちには、2
次電子の発生やアバランシェ電離など、通常の正規グロ
ー放電形成のために要求される諸現象が発生し得ないの
で、グロー放電を行わせるためには、紫外光(uv
光)、コロナ、x線などを用いた予備電離が必要であ
る。
However, in such a short time, 2
Since various phenomena required for normal normal glow discharge formation, such as generation of secondary electrons and avalanche ionization, cannot occur, in order to perform glow discharge, ultraviolet light (uv
Pre-ionization using light), corona, x-ray, etc. is required.

【0005】従来のuv光予備電離法は、主放電電極の
片側にuv光予備電離用電極を配置し、主放電より一定
時間前に予備電離放電を行わせる。この方法は2度の放
電をおこなわせるので二重放電法と呼ばれる。予備電離
用電極にも、切れ目のある電極に沿って直列に沿面放電
を行わせる直列式と、マルチピンを並列に配置した並列
式のものとがある。
In the conventional uv photo-preionization method, an uv photo-preionization electrode is arranged on one side of the main discharge electrode, and the pre-ionization discharge is performed for a certain period of time before the main discharge. This method is called a double discharge method because it discharges twice. The pre-ionization electrode also includes a series type in which a creeping discharge is performed in series along a notched electrode and a parallel type in which multi-pins are arranged in parallel.

【0006】以下、図2を用いて従来技術を説明する。
図2は、エキシマレーザ発振器の全体概略構成図を示
す。
A conventional technique will be described below with reference to FIG.
FIG. 2 shows an overall schematic configuration diagram of an excimer laser oscillator.

【0007】レーザチャンバー1には、絶縁体を介して
主電極2、3が相対向して配置され、主放電空間が形成
される。ある空間(絶縁空間)をもってその左右には、
予備電離電極14、15が、放電空間(ギャップ)を介
して、主放電電極長手方向に沿って複数本配置される。
レーザ動作は、高電圧(HV)をストレージキャパシタ
ーC1に印可し、スイッチSを閉じることによりピーキ
ングキャパシターC2に容量移行される。移行される間
に、予備電離電極ギャップは、絶縁破壊し、導通状態と
なる。したがって予備電離が行われ、次に、主放電電極
間には、逆電圧が印可されて主放電に至り、レーザガス
を放電励起し、紙面に垂直方向の両端に配置された光学
部材(不図示)によりレーザ光を取り出す。一般的にこ
の様な方式を自動予備電離容量移行型と呼ばれる。
In the laser chamber 1, main electrodes 2 and 3 are arranged to face each other via an insulator, and a main discharge space is formed. With a certain space (insulating space) on the left and right,
A plurality of preliminary ionization electrodes 14 and 15 are arranged along the longitudinal direction of the main discharge electrode via the discharge space (gap).
In the laser operation, a high voltage (HV) is applied to the storage capacitor C 1 , and the capacitance is transferred to the peaking capacitor C 2 by closing the switch S. During the transition, the preionization electrode gap breaks down and becomes conductive. Therefore, preionization is performed, and then a reverse voltage is applied between the main discharge electrodes to reach the main discharge, which excites the laser gas to discharge, and optical members (not shown) arranged at both ends in the direction perpendicular to the paper surface. To extract the laser light. Generally, such a system is called an automatic preionization capacity transfer type.

【0008】図3は、対向する一対の予備電離用電極の
拡大図を示す。予備電離電極14と15との間にギャッ
プを設けるが、初期設定として約0.5mmから1mmのギ
ャップに調整され、放電を持続すると徐々に消耗しギャ
ップは広がる。
FIG. 3 shows an enlarged view of a pair of opposing preionization electrodes. A gap is provided between the preionization electrodes 14 and 15, but the gap is adjusted to about 0.5 mm to 1 mm as an initial setting, and when the discharge is continued, the gap is gradually consumed and the gap widens.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、予備電離用電極の消耗によりギャップが広がる
と、最終的にはレーザは停止する。もしくは、停止する
前にレーザ出力の不安定性をまねくことになる。
However, as described above, when the gap is widened due to the consumption of the preionization electrode, the laser finally stops. Alternatively, the laser output may become unstable before it is stopped.

【0010】発明者の実験によれば、レーザ動作(パル
ス動作)108ショット程度でギャップは約2mmとな
った。この程度広がりはレーザ動作にはさほど問題には
ならないが、場合によっては、相対向する複数本の電極
が不均一に消耗し、ギャップが不均一になり、予備電離
量が場所的に不均一となり、主放電が不安定となる。結
果としてレーザ出力の不安定性につながる課題がある。
According to an experiment conducted by the inventor, the gap was about 2 mm when the laser operation (pulse operation) was about 10 8 shots. This extent of spread does not cause much problem for laser operation, but in some cases, the electrodes facing each other are consumed non-uniformly, the gap becomes non-uniform, and the amount of preliminary ionization becomes non-uniform in location. , The main discharge becomes unstable. As a result, there is a problem that leads to instability of the laser output.

【0011】本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
で、予備電離用電極の寿命を伸ばすことを目的とするも
のである。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to extend the life of the electrode for preionization.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、主放電電極
と、その長さ方向に複数個配列された相対向する予備電
離電極対とを備え、1方の予備電離電極をリング状電極
とし、他方の予備電離電極を棒状電極として、前記リン
グ状電極の略中心部に前記棒状電極を配置したことを特
徴とするエキシマレーザ発振器である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a main discharge electrode and a pair of opposing preionization electrodes arranged in the lengthwise direction, and one preionization electrode is a ring-shaped electrode. The other preionization electrode is a rod-shaped electrode, and the rod-shaped electrode is arranged substantially in the center of the ring-shaped electrode.

【0013】[0013]

【作用】上記構成によれば、放電は、リング状円周に沿
って放電開始易い部分より進み、一周終えると更に二周
目に移り、消耗は除々に進行することになる。したがっ
て予備電離電極の寿命を伸ばし、レーザ出力(パルス)
の安定性を向上する。
According to the above construction, the discharge progresses along the ring-shaped circumference from the portion where the discharge is likely to start, and after the completion of one round, the discharge further progresses to the second round, and the consumption gradually progresses. Therefore, the life of the preionization electrode is extended and the laser output (pulse) is increased.
Improve the stability of.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面をも
とに説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1は本発明によるエキシマレーザ発振器
の予備電離用電極拡大図を示す。3は予備電離電極のア
ノード部であり、4は予備電離電極のカソード部であ
る。アノード電極3はリング形状となし、カソード電極
4はアノード電極の中心部に配置される。これら一対の
アノード部3、カソード部4によって、予備電離電極は
構成される。
FIG. 1 is an enlarged view of electrodes for preionization of an excimer laser oscillator according to the present invention. 3 is an anode part of the preionization electrode, and 4 is a cathode part of the preionization electrode. The anode electrode 3 has a ring shape, and the cathode electrode 4 is arranged at the center of the anode electrode. The pair of anode part 3 and cathode part 4 constitutes a preionization electrode.

【0016】したがって予備電離放電は、アノード部3
の内周面とカソード部4の外周との間を放電する。放電
を持続すると、それぞれ対向する電極はスパッタにより
摩耗し、ギャップが開くことにより、次々に、放電開始
し易いギャップを自動的に選び、放電を持続することに
なる。
Therefore, the preionization discharge is applied to the anode part 3
A discharge is generated between the inner peripheral surface of and the outer periphery of the cathode portion 4. When the discharge is continued, the electrodes facing each other are abraded by the spatter and the gaps are opened, so that the gaps in which the discharge is easily started are automatically selected one after another and the discharge is continued.

【0017】図1では、例えば矢印の方向へ放電は移行
することになる。したがって、従来の電極に見られる様
な局部的な消耗によりそのギャップは短時間に開くのに
対して、本発明である予備電離電極を採用することによ
り、消耗は円周上でほぼ一様に起こり、電極を長寿命化
することができる。
In FIG. 1, for example, the discharge shifts in the direction of the arrow. Therefore, while the gap is opened in a short time due to the local wear as seen in the conventional electrode, the wear is almost uniform on the circumference by adopting the preionization electrode of the present invention. It can occur and the life of the electrode can be extended.

【0018】なお、主放電等のレーザの基本動作につい
ては、従来例の説明と同様であるので省略する。
Since the basic operation of the laser such as the main discharge is the same as that of the conventional example, the description thereof will be omitted.

【0019】又、少なくとも一方、特にカソード側の予
備電離電極は、スパッタ率が小さな金属材料を用いると
より効果的である。
Further, it is more effective to use a metal material having a small sputtering rate for at least one of the electrodes, particularly the cathode side preionization electrode.

【0020】さらに、リング状アノード部が、主放電電
極に実質的に対向していることはいうまでもない。
Further, it goes without saying that the ring-shaped anode portion substantially faces the main discharge electrode.

【0021】本実施例によるエキシマレーザ発振装置
は、レーザ出力安定性はいうまでもなく、特に、レーザ
パルス出力の安定性の点で優れた効果が得られる。
The excimer laser oscillating device according to the present embodiment is particularly effective in terms of laser output stability, not to mention laser output stability.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上のように本実施例によれば、対向す
る予備電離電極のカソード側をリング状電極とし、更に
アノード側を棒状電極とし、カソード電極の中心部にア
ノード電極を配置することにより、カソード側内面円周
を沿って放電するため短時間にギャップは広がらないこ
とから、予備電離量は均一となり主放電は安定し結果と
してレーザ出力は安定する。また予備電離電極のは寿命
を伸ばすことができる。
As described above, according to the present embodiment, the cathode side of the opposing preionization electrode is the ring-shaped electrode, the anode side is the rod-shaped electrode, and the anode electrode is arranged at the center of the cathode electrode. As a result, since the discharge is performed along the circumference of the inner surface of the cathode side, the gap does not widen in a short time, the preionization amount becomes uniform, the main discharge becomes stable, and the laser output becomes stable as a result. In addition, the life of the preionization electrode can be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例におけるエキシマレーザ
発振装置の予備電離用電極拡大図
FIG. 1 is an enlarged view of a preionization electrode of an excimer laser oscillator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】従来のエキシマレーザ発振器概略全体構成図FIG. 2 is a schematic overall configuration diagram of a conventional excimer laser oscillator.

【図3】従来のエキシマレーザ発振器予備電離用電極拡
大図
FIG. 3 Enlarged view of a conventional excimer laser oscillator preionization electrode

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザチャンバー 2 レーザ主電極 3 レーザ主電極 4 予備電離用電極 5 予備電離用電極 14 予備電離用電極 15 予備電離用電極 1 Laser Chamber 2 Laser Main Electrode 3 Laser Main Electrode 4 Preionization Electrode 5 Preionization Electrode 14 Preionization Electrode 15 Preionization Electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高畑 憲一 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 山嵜 正隆 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 橋立 雄二 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kenichi Takahata Kenichi Takahata 3-10-1 Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Matsushita Giken Co., Ltd. (72) Masataka Yamazaki 3-chome, Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 10-1 Matsushita Giken Co., Ltd. (72) Inventor Yuji Hashidate 3-10-1 Higashimita, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Matsushita Giken Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主放電電極と、その長さ方向に複数個配
列された相対向する予備電離電極対とを備え、1方の予
備電離電極をリング状電極とし、他方の予備電離電極を
棒状電極として、前記リング状電極の略中心部に前記棒
状電極を配置したことを特徴とするエキシマレーザ発振
器。
1. A main discharge electrode, and a plurality of pairs of opposing preionization electrodes arranged in a lengthwise direction and facing each other. One preionization electrode is a ring-shaped electrode, and the other preionization electrode is rod-shaped. An excimer laser oscillator, wherein the rod-shaped electrode is arranged substantially at the center of the ring-shaped electrode as an electrode.
【請求項2】 少なくとも片方の予備電離電極が、スパ
ッタ率の小さい金属電極であることを特徴とする請求項
1記載のエキシマレーザ発振器。
2. The excimer laser oscillator according to claim 1, wherein at least one of the preionization electrodes is a metal electrode having a small sputtering rate.
【請求項3】 少なくとも片方の予備電離電極は、リン
グ側が主放電電極と対向することを特徴とする請求項1
記載のエキシマレーザ発振器。
3. The pre-ionization electrode of at least one of the electrodes has a ring side facing the main discharge electrode.
The excimer laser oscillator described.
JP5028092A 1992-03-09 1992-03-09 Excimer laser oscillator Pending JPH05251794A (en)

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