JPS63110780A

JPS63110780A - ガスレ−ザ発振装置

Info

Publication number: JPS63110780A
Application number: JP25745386A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Takagi; 茂行高木; Saburo Sato; 三郎佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1986-10-29
Publication date: 1988-05-16

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、パルスレーザを出力するエキシマレーザ装置
等のガスレーザ発振装置に関する。

（従来の技術）第６図は従来のエキシマレーザ発振装置の構成図であっ
て、レーザ管１の内部にはガスレーザ媒質例えばＸｅ／
ＨＣノ／　Ｎ　ｅやＸｅ／ＨＣＪ／Ｈｅの混合ガスが大
気圧以上で封入されている。

そして、このレーザ管１の内部には互いに対向して対を
成す主放電電極２ａ、２ｂが設けられるとともにこれら
主放電電極２ａ、２ｂに波形整形の為のピーキングコン
デンサ３．４を介してピン電極５．６が接続されている
。そこで、高圧電源７からギャップスイッチやサイラト
ロン等のスイッチ装置８を通して主放電電極２３，２ｂ
間にパルス電圧が印加されると、第７図に示すように約
１００ｎｓｅｃ期間に電流が各ピーキングコンデンサ３
．４を通して各ピン電極５．６に流れてピン電極５゜６
間を放電させる。これにより、主放電電極２　ａ　ｓ２
ｂ間が予備電離される。このとき、各ピーキングコンデ
ンサ３．４は負方向に充電され、これが十分な充電電圧
になされると、主放電電極２　ａ　ｓ２ｂ間で主放電が
発生して大電流が流れる。これによって、レーザ管１内
にエキシマが生成され、このエキシマが解離するときに
発生する光エネルギがパルスレーザとして出力される。

なお、パルスレーザ波形は第７図に示す電流波形より少
し遅れて立ち上がり、パルスレーザのパルス幅は電流の
パルス幅とほぼ同じである。

ところで、電流の流れる期間（以下、電流パルス幅と指
称する）はピーキングコンデンサ３，４、レーザ管１内
における浮遊インダククタンス１２および放電部におけ
るインピーダンスＺによって決定されるが、エキシマレ
ーザの場合は放電部のインピーダンスＺが１Ω以下と比
較的小さいためにピーキングコンデンサ３．４とレーザ
管１内における浮遊インダククタンスＩ！２とによって
決まる。通常、ピーキングコンデンサ３．４の値Ｃは３
０　ｎＦであり、浮遊インダンタンス１２は３　　ｎＨ
である。従って、電流パルス幅では、 τ−πＪτ−「７１− から３０ｎｓｃｃとなり、短パルス幅のパルスレーザと
なる。ところで、エキシマレーザは発振波長が紫外線領
域であって半導体製造プロセスにおけるレーザ誘導化学
反応等に好適であって、その応用が十分期待されている
。ところが、パルスレーザのパルス幅が上記の如＜　３
０ｎｓｅｃとう短パルス幅では、レーザ誘起化学反応が
間欠的処理となってしまい各種処理を連続的にスムーズ
に進行できないという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点）以上のようにパルスレーザのパルス幅が短（レーザ誘起
化学反応等の各種処理を連続的に行うことができなかっ
た。

そこで本発明は、パルス幅を長くできるガスレーザ発振
装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明は、レーザ管内にピーキングコンデンサ等を通し
て主放電電極間に往復電流を流す電気的等価回路を形成
して上記目的を達成しようとするガスレーザ発振装置で
ある。

（作用）このような電気的等価回路が形成されると、主放電電極
間に往復７ｄ流が流れて電流パルス幅が長＜なり、これ
に従ってパルスレーザのパルス幅が長くなる。

（実施例）以下、本発明の第１実施例について図面を参照して説明
する。

第１図は本発明のガスレーザ発振装置を適用したエキシ
マレーザ装置の構成図である。レーザ管１０内にはガス
レーザ媒質例えばＸｅ／ＨＣｊ？／ＮｅやＸｅ／ＨＣＪ
／Ｈｅの混合ガスが大気圧以上で封入され、かつ第２図
に示す如く互いに対向して対を成す主放電電極１１ａ、
１１ｂが設けられている。そして、各主放電電極１１ａ
、ｌｌｂにはそれぞれ共振用インダクタンスＬ　ａ　％
　Ｌ　ｂ　−。

電流波形整形の為のピーキングコンデンサ１２．１３を
介してピン電極１４．１５が接続されている。さて、各
共振用インダクタンスＬａ、Ｌｂはレーザ管１０内にお
ける電気的等価回路を振動させるためのものでその値に
次のようにして決定される。第３図はレーザ管１０内の
各ピーキングコンデンサ１２．１３、共振用インダクタ
ンスＬａ。

Ｌｂ、各ピン電極１４．１５および主放電電極１１ａ、
ｌｌｂにより形成される電気的等価回路を示している。

つまり、Ｃａはピーキングコンデンサ１２．１３の容Ｑ
、Ｌｇは共振用インダクタンス値、Ｉ！ｇは浮遊インダ
クタンス値であり、ｒは電気的等価回路上の抵抗値、Ｚ
は放電時にほぼ純抵抗成分のみとになる放電部のインピ
ーダンスである。ここで、上記各値においてＬｇ十ノｇ　＝Ｌｔｒ＋Ｚ＝Ｒとして第３図に示す等価回路の振動条件を求めると、４　Ｘ　（Ｌ　ｔ　／　Ｃａ　）　＞　Ｒ２−（１）と
なる。また、振動の減衰量αは、 α−Ｒ／２ｘＬｔ　　　　　　　　　　　　　・・・（
２）となる。そこで、ピーキングコンデンサ１２．１３
の容ＱＣａはエキシマレーザでは例えば３゜ｎＦであり
、浮遊インダクタンス値、！？ｇは３．１ｎＨであり、
回路上の抵抗値ｒは０．２Ω、放電部のインピーダンス
Ｚｏはガスレーザ媒質の組成によって異なるがここでは
組成をＨＣＩ！　／　Ｘ　ｃ　／　Ｈｃ −３，５／８０　　　／２０００ｆ’ｏｒｒ　　　ｆ’ｏｒｒ　　　　ｆｏｒｒとして０
．７Ωとすると、Ｒ−０，９Ωとなる。これら８値を上
記第（１）式に代入することによりインダクタンスＬｔ
は、Ｌｔ　＝６．ｌ　　ｎＨとなって共振用インダクタンス値Ｌｇは８．１−３．１
　＝３．０　　ｎＨ以上であればよいことが分がる。

従って、共振用インダクタンス値Ｌｇはこの値より少し
高めの４ｎＨと設定する。

さらに構成の続きを説明すると、各主放電電極１１ａ、
ｌｌｂにはギャップスイッチやサイラトロン等のスイッ
チ装置１６を介して２０〜５０　ｋＶの出力電圧を持つ
高圧電源１７が接続されている。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。高圧電源１７からスイッチ装置１６を通して各主放電
電極１１ａ、ｌｌｂ間にパルス電圧が印加されると、第
４図に示すように電流が各共振用インダクタンスＬａ、
Ｌｂがらピーキングコンデンサ１２．１３を通して各ピ
ン電極１４．１５に流れて各ピン電極１４．１５間を放
電させる。これにより、主放電電極１１ａ、ｌｌｂ間が
予備電離される。そうして、各ピーキングコンデンサ１
２．１３が負方向で十分充電されると、主放電電極１１
ａ、ｌｌｂ間に主放電が発生して大電流が流れる。これ
によって、放電部でエキシマが生成され、このエキシマ
が解離するときに発生するエネルギがパルスレーザとし
て出力される。

ところが、レーザ管ｌｏ内の電気的等価回路は上記説明
の如く振動条件を満足する値の共振用インダクタンスＬ
ａ５Ｌｂが接続されているために前記放電によって消費
できなかった電気エネルギは再び各ピーキングコンデン
サ１２．１３に充電される。なお、このときの充電方向
は放電時における電流の流れ方向によって決まるので前
回の充電とは逆方向となる。従って、主放電電極１１ａ
１１１ｂは第４図に示す如く正方向の電圧が加わる。

そして、各ピーキングコンデンサ１２．１３に充電され
た電荷が、今度はピン電極１４．１５から主放電電極１
１ｂ、ｌｌａ、さらに共振用インダクタンスＬａ５Ｌｂ
に流れて２回目の放電が発生する。つまり、主放電電極
１１ａ、ｌｌｂ間には往復電流が流れて２回の放電が連
続して発生し、この結果パルスレーザのパルス幅は７５
ｎｓｅｃとなる。

このように上記第１実施例においては、ピーキングコン
デンサ１２．１３に共振用インダクタンスＬａ、Ｌｂを
接続してレーザ管１０内の電気的等価回路を振動条件を
満足するように構成したので、主放電電極１１ａ、ｌｌ
ｂ間に往復電流が流れて２回連続してパルスレーザが出
力される。従って、パルス幅の長いパルスレーザを出力
することができ、半導体製造プロセスにおけるレーザ誘
起化学反応等を連続してスムーズに進行できる。

なお、往復電流を得るのでなくただ単にインダクタンス
を接続してパルス幅を長くしようとすると、そのインダ
クタンス値は非常に大きくなる。

例えば、上記実施例の条件でパルス幅８０ｎｓｅｃを得
ようとすると、ピーキングコンデンサ値を３０　ｎＦと
して上記式％式％から総インダンタンスＬｔの値は２２　ｎＨとなる。

すなわち、浮遊インダクタンス３．ｉ　ｎ　Ｈに、共振
用インダクタンスＬｇ　　（１ｇ、９　ｎＨ）を付加す
る必要がある。このようにインダクタンス成分Ｌｔが２
２　ｎＨと大きくなると主放電電極１１ａ、ｌｌｂ間に
流れる電流の立ち上がりが遅くなってパルスレーザの発
振効率が２分の１がら３分の１に低下してしまう。

次に本発明の第２実施例について説明する。

ところで、」二記第（１）式からレーザ管１ｏ内の電気
的等価回路の振動条件を満足する構成とするためには放
電部のインピーダンスＺを小さくすることが考えられる
。そこで、ガスレーザ媒質の組成する各ガス量を変える
ことが行なわれる。つまり、ＨＣｉ／　Ｘｃ　−３、”
’　／　８０　ｒ　ｏ　ｒ　ｒをＨｃ２０００　　　で
希釈したときインピーダンスＺｏｒｒは０．７Ωであるが、Ｍ　ＣＩ！　／　Ｘ　ｃ　−３，５／　８０ｒｏｒ。

をＮ　ｅ　２０００ｒ。、、で希釈すればインピーダン
スＺは０．４Ωとなる。従って、ガスレーザ媒質をイン
ピーダンスの低い組成とすることによりインダクタンス
成分Ｌｔは上記第（１）式からＬｔ　＞２．７　　ｎＨとなり浮遊インダクタンス１ｇのみで振動条件が満足さ
れるようになる。この結果、上記如くインピーダンスＺ
の小さなガスレーザ媒質の組成とすれば少なくとも主放
電電極間に往復電流が流れてパルスレーザのパルス幅を
長くできる。

なお、インダクタンス成分Ｌｔを一定とした場合、イン
ピーダンスＺを小さくすることによりパルスレーザの２
回目のピーク値を大きくすることができる。つまり、イ
ンダクタンス成分Ｌｔを７ｎＨとしてインピーダンスＺ
を０．７Ωとした場合減衰量αは上記第（１）式から α−０，４Ｘ１０７　　　（１／ｓ）となり、またインダクタンス成分Ｌｔを７　　ｎＨとし
てインピーダンスＺを０．４Ωとした場合減衰量αは、ａ−４，３Ｘ１０７　　　（１／ｓ）となる。従って、インピーダンスＺが０．７Ωのときｌ　　／　　ａ　　−１５ｎｓｅｃに１　／　ｅの割合いで電流のピーク値が減少し、イン
ピーダンスＺが０．４Ωのとき１／α厘２３ｎｓｅｃに１／ｅの割合いで電流のピーク値が減少することにな
る。かくして、インピーダンスＺが０．７から０．４Ω
への変化では２回口のヒータが発生するまでの時間はほ
ぼ同一となるのでインピーダンスＺが０．４Ωの方が電
流ピーク値が大きくなる。なお、第５図はインピーダン
スＺの値を小さくした場合の各波形を示しており、ガス
レーザ媒質は、希釈ガスをＮｅｌＯＯ％とし、Ｘｅガス
量を８０「。ｒｒから４０ｒｏｒｒへ変え、インピーダ
ンスＺｏをＺ　＜　０．３５している。

なお、本発明は上記各実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、レ
ーザ管内の電気的等価回路の振動条件を満足するために
ピン電極の径を細くしたり、あるいは全長を長くしたり
して浮遊インダクタンスｌ！ｇを増加してインダクタン
ス成分Ｌｔを７ｎＨとしてもよい。また、電気的等価回
路での振動を１隻数回にすれば、レーザパルスのパルス
幅がより長くてきる。

［発明の効果］以−１二詳記したように本発明によれば、パルス幅を長
くできるガスレーザ発振装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１実施例を示す構成図、第３図は第１図に示す装置に
おけるレーザ管内の電気的等価回路の模式図、第４図は
第１図に示す装置のパルスレーザ発振作用を示すタイミ
ング図、第５図は本発明装置の第２実施例の作用を説明
するための図、第６図および第７図は従来装置を説明す
るための図である。１０・・・レーザ管、ｌｌａ、ｌｌｂ・・・主放電電極
、１２．１３・・・ピーキングコンデンサ、１４．１５
・・・ピン電極、１６・・・スイッチ装置、１７・・・
高圧電源。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第２０第３図第　４　図第５０第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガスレーザ媒質が封入されかつピーキングコンデ
ンサが接続された対を成す主放電電極を内設したレーザ
管と、前記主放電電極に前記ピーキングコンデンサを通
してパルス電圧を印加して放電させる放電回路をもった
ガスレーザ発振装置において、前記放電回路は前記主放
電電極間に往復電流を流す電気的等価回路を備えている
ことを特徴とするガスレーザ発振装置。
（２）電気的等価回路はピーキングコンデンサに共振用
インダクタンスを付加した特許請求の範囲第（１）項記
載のガスレーザ発振装置。
（３）電気的等価回路はインピーダンスを低下させるガ
スレーザ媒質組成とする特許請求の範囲第（１）項記載
のガスレーザ発振装置。