JPS6398172A

JPS6398172A - 高速繰返しパルスガスレ−ザ装置

Info

Publication number: JPS6398172A
Application number: JP24458386A
Authority: JP
Inventors: Ken Ishikawa; 憲石川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1988-04-28

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、エキシマレーザ装置等のガスレーザ装置に適
用する高速繰返しパルスガスレーザ装置に関する。

（従来の技術）レーザ光を応用したものとしてレーザ誘起化学反応があ
り、これはレーザ光の照射によって物質に低温でクリー
ンな環境のもとでよく制御された化学反応を起こさせる
ものである。現在はエレクトロニクスの分野において半
導体製造プロセスへの利用があり、また他の分野におい
て化学・薬品工業への利用がある。ところで、このよう
なレーザ誘起化学反応に適用されるレーザ装置として高
効率のエキシマレーザ装置がある。このエキシマレーザ
装置は、希ガスとハロゲン元素との化合物である例えば
ＸｅＣ１等のレーザ媒質を封入したガス容器内に１対の
電極を設け、これら電極間にパルス電圧を印加して励起
状態としてエキシマを生成する。そして、このエキシマ
が他の原子と衝突して解離するときのエネルキーをパル
スレーザとして取り出すもので□ある。従って、エキシ
マの寿命がｎｓオーダしかないためにレーザ光発振時間
は数１０ｎｓ程度で連続発振は困難となっている。

このため、半導体製造プロセス等におけるレーザ誘起化
学反応が間欠的となって連続的に行なうことができず、
各種処理をスムーズに行えないという問題がある。これ
に対処するため高周波数のパルス電圧を放電電極に供給
してレーザ光を高速に繰返して発振させる等のことが行
われている。しかし、高速に繰返して発振させる場合、
放電現象が不安定となるばかりでなく、レーザ媒質の劣
化や高速に切替動作を行なうスイッチング素子の寿命等
の問題があって、実現する条件が厳しいものとなってい
る。

（発明が解決しようとする問題点）以上のように高速繰返しのパルスレーザを得ようとする
と、放電現象が不安定となったりレーザ媒質の劣化等が
あって実現するのが難しくなっている。

そこで本発明は、放電現象の不安定等の各条件を満足し
て高速繰返しのパルス出力が得られる高速繰返しパルス
ガスレーザ装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、同一共振器内に発振レーザ光の方向がそれぞ
れ同一方向となるように配冒した互いに対を成す複数の
放電電極と、これら放電電極にタイミングをずらしてパ
ルス電圧を供給するパルス電圧供給手段とを備えて上記
目的を達成しようとする高速繰返しパルスガスレーザ装
置である。

（作用）このような手段を備えたことにより、同一共振゛器内に
配置された複数の放電電極にパルス電圧供給手段からパ
ルス電圧がタイミングを異ならせて供給されて最終的に
高速繰返しのパルスレーザが得られる。

（実施例）以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は高速繰返しパルスガスレーザ装置の構成図であ
る。同図において１はチャンバーであって、このチャン
バー１の長手方向の両端側にはレーザ共振器を構成する
出力ミラー２および反射ミラー３が設けられ、その内部
にＸｅＣｌ等のエキシマガスがガス圧２〜３気圧で封入
されたものとなっている。そして、このチャンバー１の
内部の共振器内には発振レーザ光の方向がそれぞれ同一
方向となるように配冒し、かつ互いに対向位置に設けた
対を成す平板状の各放電電極４ａ、４ｂおよび５ａ、５
ｂが配置されている。なお、これら放１ｍ極４ａ、４ｂ
および５ａ、５ｂにはそれぞれピーキングコンデンサＣ
１、Ｃ２を接続した予備電極６ａ、６ｂおよび７ａ、７
ｂが並設されている。

一方、８はパルス電圧供給手段であって、これは各放電
電極４ａ、４ｂおよび５ａ、５ｂにそれぞれタイミング
をずらしてパルス電圧を供給する機能を有するものであ
る。具体的な構成は次の通りである。すなわち、各対の
放電電極４ａ、４ｂと５ａ、５ｂとにそれぞれ個別にパ
ルス電圧例えば電圧値３０〜４０　ｋＶ、パルス立ち上
がり時間１０〜２０ｎｓでパルス幅１００〜２００ｎｓ
のパルス電圧を供給するための高電圧パルス電源回路９
．１０と、これら高電圧パルス電源回路９．１０に動作
制御信号Ｓ１、Ｓ２を送出して動作タイミングを所定の
周期毎にｉＮＪ御するタイミング制御部１１とから構成
されている。

また、チャンバー１内には各放Ｎ電極４ａ。

４ｂと５ａ、５ｂとをチャンバー１内で分離して２室１
３．１４を形成する半透明ｔｉ１２が設けられている。

そして、これら室１３．１４にはそれぞれ塩ｆｆ１機を
持ったガス循環装置１５．１６が備えられて、エキシマ
ガスが例えば秒速数１０ｍで循環されている。

次に上記の如く構成された装置の作用について第２図に
示すレーザ発振タイミング図を参照して説明する。タイ
ミング制御回路１１は周期Ｔ毎に動作制御信号Ｓ１を高
電圧パルス電源回路９へ送出するとともにこの動作制御
信号ｓ１の送出タイミングよりも半周期ずれたタイミン
グで動作制御信号Ｓ２を高電圧パルス電源１０へ送出し
ている。これにより、高電圧パルス電源回路９は動作制
御信号Ｓ１に従って周期Ｔ毎に動作して放電電４（ｉ４
ａ。

４ｂ間にパルス電圧ｅ１、Ｃ３、Ｃ５、・・・を供給す
る。

一方、高電圧パルス電源回路１０は動作制御信号Ｓ２に
従ってパルス電圧ｅ１、Ｃ３、Ｃ５、・・・の印加タイ
ミングと比較して半周期ずれた周期Ｔ毎に動作して放Ｎ
電極４ａ、４ｂ間へパルス電圧ｅ２、Ｃ４、Ｃ６、・・
・を供給する。なお、Ｖｌ、Ｖ２は放電電極４ａ、４ｂ
および５ａ、５ｂ間の時間的変化として示しである。こ
のように各放電電ｆｆ１４ａ、４ｂおよび５ａ、５ｂに
パルス電圧ｅ１、ｅ３、ｅ５、・・・およびｅ２、ｅ４
、ｅ６、・・・が印加されると、先ず、各予備電極６ａ
、７ａが放電して予＠電離が行われる。つまり、時間経
過とともに説明すると、放電電極４ａ、４ｂ間にパルス
電圧ｅ１が印加されると、予備電極６ａ、６ｂの放電に
より予備電離が行われ、続いて放電電極４ａ、４ｂ間に
主放電が行われる。これにより、室１３内にエキシマが
生成されてこのエキシマが解離するときに放出されるエ
ネルギーが反射ミラー３と出力ミラー２との間で共振し
てレーザ光λ１として出力される。次に放電電極５ａ、
５ｂ間にパルス電圧ｅ２が印加されて予備型（ｉ　７　
ａ、７ｂの放電により予備電離が行われ、続いて放電電
極５ａ、５ｂ間に主放電が行われる。

これにより、ｖ１４内にエキシマが生成されてこのエキ
シマが解離するときに放出されるエネルギーが反射ミラ
ー３と出力ミラー２との間で共振してレーザ光２２とし
て出力される。そうして、次は放電電極４ａ、４ｂ間に
パルス電圧ｅ３が印加されてレーザ光ａ３が出力される
。このよう順次交互に放電電極４ａ、４ｂと５ａ、５ｂ
との間にパルス電圧ｅ１、ｅ２、ｅ３、・・・が印加さ
れてレーザ光λ１、℃２、Ｊ２３、・・・が出力される
。従って、各高電圧パルス電源回路９．１０の動作で各
放電電極４ａ、４ｂおよび５ａ、５ｂから繰返し周波数
１　　ｋＨ程度でレーザ光を発生するようにすれば、最
終的に得られるレーザ光りの繰返し周波数は２　　ｋＨ
となる。なお、レーザ光２１、β２、λ３、・・・が出
力されている間、各ガス循環装置１５．１６はそれぞれ
各室１３．１４内のエキシマガスを高速で循環させて次
の放電時に新しいエキシマガスが各Ｗ１３．１４内に入
れ変るようにしている。

このように上記一実施例においては、同一共振器内に配
置された各放電電極４ａ、４ｂと５ａ。

５ｂとにパルス電圧供給手段８からパルス電圧ｅ１、ｅ
２、ｅ３、・・・をタイミングを異ならせて供給して高
速繰返しのレーザ光りを得る構成としたので、容易にか
つ簡単な構成で高速繰返しのレーザ光りを得ることがで
きる。そして、８対のｔｌｉ電電ｔｉ４ａ、４ｂおよび
５ａ、５ｂを時間をずらして放電させるので、放電によ
って生じる衝撃波により制限される繰返し数をより多く
できる。また、半透明鏡１２によって各室１３．１４に
分離し、なおかつ各ガス循環装置１５．１６によりエキ
シマレーザを循環させているので、ガスの劣化や８対の
電極４ａ、４ｂおよび５ａ、５ｂ間の各放電によって生
じるガスフローの相互干渉を防止できる。なお、半透明
鏡１２は大電力のレーザ装置に対して特に必要であり、
小電力のレーザ装置に対しては必ずしも必要でない。従
って、本発明の装置であれば高速繰返しのパルスレーザ
光が得られるので、半導体製造プロセス等におけるレー
ザ誘起化学反応を連続的に行えて各種処理をスムーズに
進行できる。

なお、本発明は上記一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、共
振器内に配置する対の放電電極は２組でなく複数組とす
ることにより高速繰返し数を増加することができる。ま
た、ＴＥＡ　　ＣＯ２レーザ装置や高気圧封入のＣＯ２
レーザ装置等にも適用できる。

［発明の効果］以上詳記したように本発明によれば、放電現象の不安定
等の各条件を満足して高速繰返しのパルス出力が得られ
る高速繰返しパルスガスレーザ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる高速繰返しパルスガスレーザ装
置の一実施例を示す構成図、第２図は第１図に示す装置
のレーザ発振タイミング図である。１・・・チャンバー、２・・・出力ミラー、３・・・反
射ミラー、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ・・・放電電極、６
ａ。６ｂ、７ａ、７ｂ・・・予備電極、８・・・パルス電圧
供給手段、９．１０・・・高電圧パルス電源回路、１１
・・・タイミング制御回路、１２・・・半透明鏡、１５
゜１６・・・ガス循環装置。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第２図

Claims

【特許請求の範囲】

同一共振器内に発振レーザ光の方向がそれぞれ同一方向
となるように配置した互いに対を成す複数の放電電極と
、これら放電電極にタイミングをずらしてパルス電圧を
供給するパルス電圧供給手段とを具備したことを特徴と
する高速繰返しパルスガスレーザ装置。