WO1991014302A1 - Laser a halogenure de gaz rare a excitation par decharge - Google Patents

Description

明 細 書

放 ¾ j起工キシマレーザ装置

技 術 分 野

本発明は、 一対の主放電 とともに補助電極を備えた放 β起エキシマレー ザ装置に関する。 背 景 技 術

この種の 技術としては、 特開昭 6 1— 9 1 9 8 2号 に記載されたもの がある。 この特開昭 6 1 - 9 1 9 8 2号 によれば、 放 起エキシマレーザ 装置において、 従来誘電体を構成するものとして用いられてきた石英の代わりに、 レーザガスに ¾ "して不活性なアルミナセラミックスを用いて、 レーザガスの長寿 命化を図る,が開示されている。

ところで、 この種の放 β¾エキシマレーザ装置において、 レーザ出力を高め るためには、 主放電 ¾ ^と補助放電 ®¾との間における補助放電時の予備電離、 すなわち補助 からの紫外発光による光電離効果と主放^間への電子供給と を活発化させること力 ¾i、要である。

そして、 このためには、 d&放電 および補助放電 ®@間における ®Eの立 ち上がりを早める、 電体の誘電率を高める、 電体の断面厚を薄くする、 電体と « ^の を良好にする必要があった。 また、 電極間の ¾ ^能を 高める等の 的課題があった。 ,

しかし、 前記公報をはじめとする縣 においては、 これらの点が十分に配 慮されてはおらず、 特に前記 ®feよびDo誘電体の職については無関心であつ た。

すなわち、 において、 補助電極を囲む誘電体 は、 円筒状（丸型パ イブ） あるいは平板状のものであるため、 補助龍と接触する内面力湾曲である ため研磨加工が困難であつたり、 内部への補助 S¾の収 乍業が煩雑である等の 難点があった。

また、 高出力を得るために 3 O k V¾gの高 を印加した場合に、 前記赚 - - の誘電備造では纖破壊を生じる可能性があつた。

これに対レ 特公昭 6 3 - 6 4 0 6 9号雄には、 管状に構成された誘電体を 用い、 この管状誘電体内に冷却用 »を封入した放 パルスレーザ力 己載さ れている。 この公報では、 誘電体を管状にしてその内部に冷却用»を封入した ことを主題としており、 誘電体を角型パイ にすべき旨の記載は全くない。 発 明 の 開 示

本発明は、 レーザ出力を高め、 かつ、 能を高めるため、 以下のような手 段をとつた。

すなわち、 本発明の装置は、 レーザ光軸を長手方向としてこのレーザ光津由を隔 てて相対向するように配置された一対の ±¾電«¾と、 この一対の主放電電極の 外側で、 しかも、 一方の主放電龍に対向して配置された誘電体と、 この誘電体 を介して前記一方の ±¾電 に対向した補助 とを備え、 前記誘電体は筒状 に形成されているとともに^電«¾に対向した側が平板状部となっており、 前 記補助 S¾は誘電体内に空間を残した形で内包さ^ しかも、 前記平板状部を挟 んで前記一方の主放電電極に対向していることを とする放 Siijfeエキシマレ —ザ装置である。

前記した手段によれば、 前記誘電体が筒状に形成されて主放電 に対向した 側力呼板状部となつており、 前記補助 が誘電体内に空間を残した形で内包さ しカゝも、 前記平板状部を挟んで前記一方の主 龍に対向しているように したことで、 性能を上げることができる。

そして、 前記平板状部の少なくとも一方の表面力镜面研磨されていると、 この 表面に主放電 あるいは前記補助 を密碧させることができる。 誘電体を前 記構成として、 平板状部を薄くすると、 予 離電子密度を大きくすることが可 能となる。

表面研磨の ¾ ^は、 表面の凹凸の高 が 1 0 0〃 m以下、 好ましくは 1 0 ^ m以下にするのがよレ、。

また、 嫌己誘電体を平板状部を少なくとも有する筒状とくに角型パイ "^にす ることにより、 絶 能を向上でき、 さらに、 補助電極の収容工程も簡素化でき る。 また、 角型パイプの中でも、 平板状部の两側からそれぞれ壁部を平板状部の 一方に向けて延出させた画コ^^の棒状き财と、 このコ«の棒状部材の開放 側を覆つて角形パイプ状とする平板状の 部材とで誘電体を構成することで、 電極と接するコ字状の平板状部画を研磨でき、 レーザ出力を高められる。 さら に角型パイプの形成か 易になる。

本発明でィ¾¾する誘電体の種類としては、 アルミナセラミックス等のセラミツ クス、 石英ガラス、 ホウケィ酸ガラス （例えば、 ダウコ一二ングネ ±M、 商品名パ ィレックス）、 チタン酸ストロンチウムなどの 材料などを例示できる。 図面の簡単な説明

図 1〜図 4は、 本発明の実施例をそれぞれ示しており、 図 1は放電 エキシ マレーザ装置の電極部分を示す正面顧図、 図 2はその側面断面図、 図 3は誘電 体部分の正面画図、 図 4は 一補助電極間の補助放電 （コロナ放電） の発生 状態、を示すグラフ図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の離例を図面に基づいて説明する。

図 1、 図 2において、 Zはレーザ光の^方向を示しており、 この光軸を隔て て一対の主放電電 すなわち陽極 1と, 2とが互いに相対向するように配置 されている。 , 2は、 状にあるいは梳 に形成されている。 この陰極 2 に対向して、 陽極 1と 2の外側に誘電体 3か 置されている。

前記誘電体 3は、 材質がセラミックスで、 図 3に示したように、 隨 2に対向 した平板状部 3 aの两側からそれぞ ti 部 3 bを平板状部 3 aの一方に向けて延 出させた画コ字状の棒状部材 3 cと、 このコ^^の棒状咅附 3 cの開放側を覆 う平板状の蓋体部材 3 dとを接合して角型パイプ状に形成されている。 ここで、 平板状部 3 aの両表面は高醒が 5 " m¾gとなるように鏡面研磨されている。 なお、 棒状咅附 3 aと蓋体部材 3 dの接合面にも鏡面加工を施すこと力望ましい。 これによつて、 境界面からの絶緣劣化を抑止することができる。

そして、 平板状部 3 aの外側表面に前記隨 2か 着されている。 一方、 この隨 2に対向レ かつ平板状部 3 aを挟む形で、 画偏平職の補 助 B¾4が誘電体 3内に空間 Cを残して内包されている。 この補助電極 4は前記 平板状部 3 aの内面に沿ってこの内面に密 している。

なお、 図 1中、 Aは陽極 1および 助龍 4と接続される電極端子、 Bは隨 2と接続される電極端子である。

次に、 前霄 置構造でのレーザ発^ ¾作を説明する。

まず、 端子 Aおよぴ Bに高 ¾Εかつ短パルス、 たとえば 3 0 k V¾ ^で 1 0 Onsec ^^のパルス状 ®J£が印加されると、 このパルスの立ち上がり部分にお いて、 ,2—補助 4間がコンデンサとして機能して補助放電力 する。 この補助放電は、 誘電体 3を経て^ ® 2の開口部において生じるコロナ放電であ る。 このとき、 本^ ^による装置構造では、 前記の如く 2及確助電極 4 と誘電体 3との間の^ f性か く、 隨 2、 誘電体 3、 補助電極 4により形成さ れるコンデンサの容量が向上しているため、 大きいコロナ放電電流が流れる （図 4、 a - b間）。

この補助放電（コロナ放電） 力ゝら究生される紫外光による光電 果と、 放電 からの電子か^^ 2を経て 間 Sに移動する効果によって、 この 間 Sには多量の電子力 給される （予備電離）。

次に、 龍端子 A, B間に印加されるパルス がさらに上昇すると、 主放電 が開始される （図 4、 b点）。 このとき、 この主放電空間 Sに供給されたレーザ ガスが励起さ レーザ光が第 1図の Z方向に発振する。 なお、 図 4 ( b点） は 1 5〜3 0 KVである。

ここで、 レーザガスとしては、 K r Fエキシマレーザ装置の:^には、 H e , N e , K r , F₂ を所 ¾J»で混合したものが側される。 そして、 このレーザ ガスの■を代えることによってレーザ光の発振波長を変更することができる。 本纖例では、 このような K r Fエキシマレーザの低 X e C l、 A r Fエキシ マレーザ等を用いることができる。

平板状部の两側からそれぞれ壁部を平板状部の一方に向けて延出させた断面コ 字状の棒状^と、 このコ^ Kの棒状部材の開放側を覆う平板状の蓋体¾#とで 角型パイ^^の誘電体とした実施例では、 λ¾エネルギー 4. 8 Jに対レ 出力 エネルギー 1 4 0 m Jが得ら 効率 3 %と高効率な発振を行えた。 産 m の利用可能性

本 明によれば、 放 ¾g ^エキシマレーザ装置において、 誘電体が筒状に形 成されているとともに主放電電極に対向した側が平板状部となっており、 補助電 極が 電体内に空間を残した形で内包さ† しかも、 前記平板状部を挟んで前記 一方の主放電 に対向するようにしたので、 予 US離電子密度を増大させてレ 一ザ光の出力を高めることができ、 «性能も良好とすることができる。 従って、 高出力を' とする用途に にィ柳できる。

また、 本発明のエキシマレーザ装置は例えばリソグラフィー用光源、 各種材料 の微細加工（各種材料の穴明け力 [1ェゃ表面改質を含む）、 レーザーァニール等に 用いることができる。

Claims

( 1 ) レーザ光軸を長手方向としてこのレーザ ¾Wを隔てて相対向するように 配置された一対の ¾¾t電 ¾ ^と、 この一対の主放電電極の外側で、 しかも、 一方 の 電 に対向して配置された誘電体と、 この誘電体を介して前記一方の主 放電 ¾@に対向した補請助龍とを備え、

前記誘電体は筒状に形成されているとともに ±¾電 に対向した側力 板状 部となっており、

前記補助 は誘電体内に空間を残した形で内包さ^ しかも、 前記平板状部 を挟んで前記一方の^:電¾¾に対向していること

マレーザ装 So

( 2 ) レーザ光軸を長手方向としてこのレー車ザ光 !$由を隔てて相対向するように 配置された一対の主¾«¾¾と、 この一対の主放電電極の外側で、 しかも、 一方 の主放電 に対向して配置された誘電体と、 この誘電体囲を介して前記一方の主 放 に対向した補助 S@とを傭え、

前記誘電体は筒状に形成されているとともに 電龍に対向した側カ 板状 咅 βとなっており、

前記補助 ま誘電体内に空間を残した形で内包さ しかも、 前記平板状部 を挟んで前記一方の^ に対向しており、

前記誘電体は、 平板状部の两側からそれぞれ壁部を平板状部の一方に向けて延 出させた画コ^ Kの棒状 と、 このコ^^の棒状 ¾ ^の開放側を覆って角形 パイ" ^とする平板状の ¾：部材とからなることを とする放 ¾© キシマ レーザ装 fio

( 3 ) レーザ光軸を長手方向としてこのレーザ光潮を隔てて相対向するように 配置された一対の主放電 と、 この一対の主放電電極の外側で、 しかも、 一方 の主放電 に対向して配置された誘電体と、 この誘電体を介して前記一方の主 放電 ® ^に対向した補助龍とを備え、

前記誘電体は筒状に形成されているとともに主放電 に対向した側力 板状 咅 15となっており、 前記補助 m¾は誘電体内に空間を残した形で内包さ^ しかも、 前記平板状部 を挟んで前記一方の主放電 に対向しており、

前記平板状部の少なくとも一方の表面が鏡面研磨さ この表面に主放電龍 あるいは前記補助電極が密着していることを特徴とする放 起エキシマレーザ 装 So

(4) 前記誘電体は、 平板状部の雨側からそれぞれ壁部を平板状部の一方に向 けて延出させた断面コ字状の棒状き附と、 このコ^^の棒状部材の開放側を覆つ て角形パイプ状とする平板状の ^とからなることを とする請求項 3記 載の放 エキシマレ—サ Ho

( 5 ) 表面の凹凸の高 が 100〃 _m以下となるよう表面研磨されたことを 特徴とする請求項 3記載の放 «βί ^エキシマレーザ装 fio

(6) 表面の凹凸の高ィ隨が 10 m以下となるよう表面研磨されたことを特 徴とする請求項 3記載の放 S®j起工キシマレーザ装

(7) 表面の凹凸の高 が 1 OO m以下となるよう表面研磨されたことを 特徴とする請求項 記載の放 ェキシマレーザ装 So

(8) 表面の凹凸の髙ィ隨が 10 y«m以下となるよう表面研磨されたことを特 徴とする請求項 記載の放 S¾起工キシマレーザ装 go

(9) 前記誘電体がセラミックスである請求項 1〜8のいずれかに記載の放電 励起エキシマレーザ装置 o

( 10) 棒状部材と蓋体舰の接合面に鏡面加工を施した請求項 4記載の放電 励起エキシマレ一ザ装