JP2003295241A

JP2003295241A - レーザ装置用保持箱及びレーザシステム

Info

Publication number: JP2003295241A
Application number: JP2002103697A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Wada; 智之和田; Kazuyuki Akagawa; 和幸赤川
Original assignee: Megaopto Co Ltd
Current assignee: Nireco Corp
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ装置用保持箱及びレーザシステムを実
現すること。【解決手段】紫外光を発生させる波長変換素子とし
て、化学組成がＣｓＬｉＢ _６Ｏ_１０で表されるボレート
系結晶を用いてなるレーザ装置１００を所定の環境に保
持する略気密な保持箱において、同保持箱の壁の開放部
に、同保持箱の内部の水蒸気を分解し、又は、結露させ
て、同保持箱の外部に排出する除湿ユニット３３０を配
設していることを特徴とするレーザ装置用保持箱３０
０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置用保持
箱及びレーザシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のレーザ装置用保持箱としては、
例えば、紫外光レーザ装置における波長変換素子として
の非線形光学結晶を保持する保持装置が知られている。
以下、非線形効果により紫外光を発生させるレーザ装置
について説明する。

【０００３】例えば、産業分野で、半導体基板の露光、
プリント基板の穴あけ加工等に、指向性及びエネルギー
密度が高い、１００ｎｍ乃至３００ｎｍの紫外領域に波
長を有する単色光が利用されている。

【０００４】上記の紫外光の中で、例えば２６６ｎｍ及
び２１３ｎｍの波長を有する光をレーザ発振することが
可能である。波長２６６ｎｍ及び２１３ｎｍの紫外光
は、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザから発振される１０６４
ｎｍの赤外光を、ＣＬＢＯ、ＫＤＰ、ＢＢＯ等で略記さ
れる非線形光学結晶に入射し、これらの結晶においてそ
れぞれ第４高調波及び第５高調波に波長変換して発生さ
せることができる。

【０００５】上記の露光や穴あけ加工等に、高調波とし
ての紫外光を効果的に適用するためには、上記の波長変
換の効率を高めなければならない。この波長変換効率を
構成する主たる要素として、例えば非線形光学結晶のウ
ォークオフ角及び温度許容幅が挙げられる。ウォークオ
フ角とは、結晶に入射される基本波と出射される高調波
との成す角度であり、これが小さいほど基本波から高調
波への波長変換効率が高いことが知られている。また、
非線形光学結晶の結晶温度に対する波長変換効率は、結
晶固有の温度でピークとなる傾向を示すことが知られて
いる。ここで、高い波長変換効率を保持するためのピー
ク幅が上記の温度許容幅であるとの定義に基づき、温度
許容幅が広い非線形光学結晶ほど、その温度制御が容易
になる。

【０００６】上記３つの非線形光学結晶であるＣＬＢ
Ｏ、ＫＤＰ及びＢＢＯの内、現在、ＣＬＢＯが多く利用
されつつある。ＣＬＢＯは、ＫＤＰ及びＢＢＯよりも温
度許容幅が広く、ＢＢＯよりもウォークオフ角が小さい
ため、他の２つの結晶に比べて、高調波を高い波長変換
効率で容易に発生させることができる。従って、以下、
ＣＬＢＯからの紫外光発生について説明する。

【０００７】ＣＬＢＯを非線形光学結晶として高調波を
発生させる場合、ＣＬＢＯを低湿度雰囲気で使用する必
要がある。化学組成がＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０であるボレー
ト系結晶であるために、ＣＬＢＯは潮解性を有し、通常
の空気中に放置すると表面に水和物が形成されて、非線
形光学結晶として使用できなくなる。この原因の一つと
して、波長変換効率がＣＬＢＯにおける基本波及び高調
波の屈折率に依存するため、ＣＬＢＯに水和物が形成さ
れると、この屈折率が変化して波長変換効率が低下する
ことが挙げられる。

【０００８】使用雰囲気中の湿度によって潮解し、ＣＬ
ＢＯの波長変換効率が低下することを防止するために、
ＣＬＢＯは乾燥した保持箱の中で使用される。この保持
箱を乾燥させる手段として最も一般的な方法は、保持箱
を気密にし、これにシリカゲル等の吸湿剤を収納する方
法である。この場合、保持箱内の有限量の吸湿剤の吸湿
能力には限界があるため、保持箱の気密性を高めて、保
持箱の外部からの水蒸気の流入を防止しなければ、ＣＬ
ＢＯの長時間使用に耐えることができない。

【０００９】一方、上記の問題を解決し、ＣＬＢＯを略
気密な保持装置の中で長時間使用できる発明が、例えば
特開２００１−５１３１１号公報に開示されている。産
業分野での加工用レーザ装置に特開２００１−５１３１
１号公報に開示された保持装置を適用した例を、図９を
参照しつつ説明する。

【００１０】図９は、加工用レーザ装置１０の概略構成
を示す図である。レーザ光源１２から出射される基本波
としてのレーザ光は、集光レンズ１４によって集光さ
れ、非線形光学結晶１６に入射される。非線形光学結晶
１６に入射されたレーザ光の一部が、高調波としてのレ
ーザ光に波長変換されて非線形光学結晶１６から出射
し、出射光は集光レンズ１８によって集光されて、被加
工物２０に照射される。保持装置２２は、所定のボンベ
に封入された酸素及び不活性ガスの混合ガス２４と、ガ
スの流量調節バルブ２６を具備するガスライン２８と、
上記のガスを放出する側のガスの流量調節バルブ２８を
具備するガスライン３０とを備え、非線形光学結晶１６
を保持する。この他に、保持装置２２は、レーザ光透過
用窓３２、非線形光学結晶１６の温度を制御するための
不図示の温度制御装置等を備えている。

【００１１】保持装置２２の除湿は、下記の如く行う。
保持装置２２は略気密であるため、内部の水蒸気を混合
ガス２４で置換しても、時間とともに大気から保持装置
２２内に水蒸気が流入し、混合ガス２４は大気中に流出
してしまう。従って、調節封止バルブ２６により調節さ
れた所定の流量の混合ガス２４をガスライン２８に流し
続け、混合ガス２４を保持装置２２内に導入し、同時
に、調節封止バルブ２８を調節して、ガスライン３０を
通して、保持装置２２内を循環した混合ガスを大気中に
放出し、保持装置２２内部の水蒸気をパージし続ける。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した非線形光学結
晶の２種類の保持装置のうち、吸湿剤を収納するタイプ
では、保持箱の高気密性が要求される。保持箱の気密性
を高めるためには、保持箱を構成する部材を厚く気密な
ものとし、該部材どうしを例えば気密接着し、保持箱の
開閉部にはＯリング等を有する気密フランジ等を使用し
なければならない。この場合、保持箱が重くてかさ高い
ものとなる。これは、特に小型化が要求される生産ライ
ン等における加工用レーザへの適用には不向きである。

【００１３】保持箱内の水蒸気をパージし続けるタイプ
では、パージガス、パージガス封入用のボンベ、ガス配
管等が必要である。これらも、かさ高い故に加工用レー
ザ等への適用には不向きであり、また、常に保持装置に
流し続けなければならないパージガスのコストがかか
る。

【００１４】本発明は、かかる課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、レーザ装置用保持
箱及びレーザシステムを実現することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、第１の発明は、紫外光を発生させる波長変換素子と
して、化学組成がＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０で表されるボレー
ト系結晶を用いてなるレーザ装置を所定の環境に保持す
る略気密な保持箱において、前記保持箱の壁の開放部
に、前記保持箱の内部の水蒸気を分解し、又は、結露さ
せて、前記保持箱の外部に排出する除湿ユニットを配設
していることを特徴とするレーザ装置用保持箱とした。

【００１６】第１の発明によれば、空気中の水蒸気によ
り著しく潮解し、前記波長変換素子としての波長変換効
率が低下し、さらに破損する可能性のある前記ＣｓＬｉ
Ｂ_６Ｏ_１０から、分解又は結露させることにより、吸湿
剤による水蒸気吸着や不活性気体等による水蒸気パージ
といった従来方法に比べて効果的に水蒸気を排出し略遮
断して、該ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０を用いてなる前記レーザ
装置からの紫外光の出力を増大且つ安定させることが可
能である。

【００１７】また、第１の発明において、前記所定の環
境は、湿度が３５％以下であることを特徴とするレーザ
装置用保持箱を第２の発明とした。第２の発明によれ
ば、空気中の水蒸気を、前記レーザ装置から、効果的に
遮断し、前記レーザ装置からの紫外光の出力を効果的に
増大且つ安定させることが可能である。

【００１８】また、第１の発明において、前記所定の環
境は、湿度が１０％乃至３０％であることを特徴とする
レーザ装置用保持箱を第３の発明とした。第３の発明に
よれば、空気中の水蒸気を、前記レーザ装置から、より
効果的に遮断し、前記レーザ装置からの紫外光の出力を
より効果的に増大且つ安定させることが可能である。

【００１９】また、第１乃至第３のいずれかの発明にお
いて、前記除湿ユニットは、前記開放部において、前記
保持箱の内側及び外側にそれぞれ露出した内側電極及び
外側電極と、該電極に挟持された気体透過手段とを具備
して構成され、前記内側電極にて前記保持箱の内部の水
蒸気を水素と酸素とに分解し、該水素を前記気体透過手
段の中を透過させて前記外側電極から水蒸気として排出
する分解透過型除湿ユニットであることを特徴とするレ
ーザ装置用保持箱を第４の発明とした。第４の発明によ
れば、高価、且つ、かさ高い装置を必要とする、吸湿剤
による水蒸気吸着や不活性気体等による水蒸気パージと
いった従来方法に比べて、低消費電力、且つ、小型な分
解透過型除湿ユニットで、前記保持箱の内部の水蒸気
を、分解し排出することが可能となる。

【００２０】また、第１乃至第３のいずれかの発明にお
いて、前記除湿ユニットは、ペルチェ効果により対象を
冷却する冷却素子と、該冷却素子に伝熱的に接続された
冷却体と、該冷却素子に伝熱的に接続された放熱体とを
具備して構成され、前記保持箱の内部の水蒸気を前記冷
却体において結露させ、結露水を前記保持箱の外側に排
出する結露排出型除湿ユニットであることを特徴とする
レーザ装置用保持箱を第５の発明とした。第５の発明に
よれば、高価、且つ、かさ高い装置を必要とする、吸湿
剤による水蒸気吸着や不活性気体等による水蒸気パージ
といった従来方法に比べて、低消費電力、且つ、小型な
結露排出型除湿ユニットで、前記保持箱の内部の水蒸気
を、結露させ排出することが可能となる。

【００２１】また、第１乃至第３のいずれかの発明にお
いて、前記除湿ユニットは、前記保持箱の内側及び外側
に、それぞれ開閉可能な水蒸気流入扉及び水蒸気流出扉
と、両扉間に配設される水蒸気分解物質と、該水蒸気分
解物質と略伝熱的に接触するヒータとを具備して構成さ
れ、前記水蒸気流入扉が開いて前記水蒸気流出扉が閉ま
った状態で前記ヒータへ電流を供給せずに、前記水蒸気
分解物質の表面上に前記保持箱内部の水蒸気を分解して
吸着させ、前記水蒸気流入扉が閉まって前記水蒸気流出
扉が開いた状態で前記ヒータへ電流を供給して、前記水
蒸気分解物質に吸着した分解物を水蒸気として前記保持
箱の外側に放出する分解放出型除湿ユニットであること
を特徴とするレーザ装置用保持箱を第６の発明とした。
第６の発明によれば、高価、且つ、かさ高い装置を必要
とする、吸湿剤による水蒸気吸着や不活性気体等による
水蒸気パージといった従来方法に比べて、低消費電力、
且つ、小型な分解放出型除湿ユニットで、前記保持箱の
内部の水蒸気を、分解させ排出することが可能となる。

【００２２】また、第６の発明において、前記水蒸気分
解物質は、二酸化ケイ素を含む多孔質物質であることを
特徴とするレーザ装置用保持箱を第７の発明とした。第
７の発明によれば、前記保持箱の内部の水蒸気を、効果
的に分解し排出することが可能となる。

【００２３】また、第１乃至第７のいずれかの発明にお
いて、前記レーザ装置を有することを特徴とするレーザ
システムを第８の発明とした。第８の発明により実現さ
れたレーザシステムは、システム全体として従来システ
ムよりも優れたシステムになる。

【００２４】

【発明の実施の形態】＝＝＝レーザ装置及びレーザ装置
用保持箱の概要＝＝＝本発明の一実施形態としてのレーザ装置用保持箱、及
び、これに保持された、２６６ｎｍの光を発生させるレ
ーザ装置の概要について、図１を参照しつつ説明する。
図１は、レーザ装置及びレーザ装置用保持箱の概略構成
を示した図である。

【００２５】＜＜＜レーザ装置の構成＞＞＞レーザ装置
１００は、レーザ光源であるレーザ発振器１１０と、波
長変換素子としての第２高調波（５３２ｎｍ）発生用Ｃ
ＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０）結晶１２０及び第４高調
波（２６６ｎｍ）発生用ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ
_６Ｏ_１０）結晶１３０とを有する。また、第２高調波発
生用ＣＬＢＯ結晶１２０及び第４高調波発生用ＣＬＢＯ
結晶１３０は、それぞれ集光レンズ１２５、１３５を付
帯する。レーザ共振器１１０は、レーザ制御装置１４０
によって制御され、第２高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１２
０の温度及び第４高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１３０の温
度は、それぞれ温度制御装置１５０、１６０によって制
御される。

【００２６】レーザ発振器１１０は、レーザ媒質として
のＮｄ−ＹＡＧロッド１７０と、Ｎｄ−ＹＡＧロッド１
７０を励起光で励起して、Ｎｄ−ＹＡＧロッド内の電子
エネルギー準位の反転分布を形成するフラッシュランプ
１８０と、レーザ共振器としての全反射鏡１９０及び部
分反射鏡２００と、レーザ光の放出及び停止を制御する
Ｑスイッチ２１０とを有する。

【００２７】第２高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１２０の温
度制御装置１５０は、第２高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１
２０に略伝熱的に接続されたヒータ１５０ａ及び温度セ
ンサ１５０ｂと、ヒータ用電源１５０ｃとを有する。

【００２８】第４高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１３０の温
度制御装置１６０は、第４高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１
３０に略伝熱的に接続されたヒータ１６０ａ及び温度セ
ンサ１６０ｂと、ヒータ用電源１６０ｃとを有する。

【００２９】＜＜＜レーザ装置用保持箱の構成＞＞＞図
１に示されるように、レーザ装置用保持箱３００は、レ
ーザ装置１００を保持するケース３１０と、２６６ｎｍ
の光の出射口でありシリカガラス板からなる窓３２０
と、ケース３１０の内部を除湿する除湿ユニット３３０
とを有し、除湿ユニット３３０は、除湿ユニット制御装
置３４０により制御される。ケース３１０は、レーザ装
置１００の温度を一定に保持するために耐熱性材料で形
成され、略気密であり、その内部でレーザ装置１００を
支持している。除湿ユニット３３０は、レーザ装置用保
持箱３００の開放部に配設され、その一側面はケース３
１０の内部に面し、他側面はケース３１０の外部に面し
ている。尚、主にレーザ発振器１１０の温度を一定に保
持すべく、ケース３１０には、必要に応じて不図示の温
調装置及びその制御装置を設けてもよい。

【００３０】＜＜＜２６６ｎｍの光の発振動作＞＞＞レ
ーザ発振器１１０において、フラッシュランプ１８０か
らの励起光に励起されてＮｄ−ＹＡＧロッド１７０から
放出されたレーザ光は、全反射鏡１９０及び部分反射鏡
２００からなる共振器で増幅され、Ｑスイッチ２１０で
さらに高出力のパルス光となって部分反射鏡２００から
出射される。

【００３１】基本波としての上記のレーザ光は波長１０
６４ｎｍの赤外光であり、これが集光レンズ１２５で集
光されて第２高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１２０の一端面
に入射されると、同結晶の反対側の端面から、第２高調
波として、１０６４ｎｍの半分の波長である５３２ｎｍ
の可視光が出射される。尚、第２高調波発生用ＣＬＢＯ
結晶１２０により波長変換されずに残存する１０６４ｎ
ｍの光は、不図示の波長分離ミラーにより分離され、第
４高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１３０には入射されない。

【００３２】第２高調波としての波長５３２ｎｍの可視
光が、集光レンズ１３５で集光されて第４高調波発生用
ＣＬＢＯ結晶１３０の一端面に入射されると、同結晶の
反対側の端面から、第４高調波として、５３２ｎｍの半
分の波長である２６６ｎｍの紫外光が出射され、窓３２
０を透過して不図示の被照射物等に照射される。尚、第
４高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１３０により波長変換され
ずに残存する５３２ｎｍの光は、不図示の波長分離ミラ
ーにより分離され、窓３２０からは出射されない。

【００３３】＜＜＜レーザ装置の温度及び湿度制御＞＞
＞基本波としての１０６４ｎｍの赤外光から第４高調波
としての２６６ｎｍの紫外光への波長変換効率を高い値
で維持するためには、第２高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１
２０及び第４高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１３０を、これ
らに固有の最適な結晶温度に、所定の許容温度幅をもっ
て設定しなければならないことが知られている。本実施
の形態においては、第２高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１２
０及び第４高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１３０の温度を１
２０℃乃至１８０℃に設定しており、これは、Ｄｅｖｅ
ｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０Ｃｒｙｓ
ｔａｌｆｏｒＵＶＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ（Ｐｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
ＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＬａｓｅｒａｎｄＮｏ
ｎｌｉｎｅａｒＯｐｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌ
ｓ，１９９７）に開示されたＣＬＢＯ結晶の最適温度に
基づいた温度範囲である。ＣＬＢＯ結晶の温度は、ヒー
タ１４０ａ、１５０ａに対して、ヒータ用電源１４０
ｃ、１５０ｃから電流を供給して結晶を加熱し、結晶の
温度センサ１４０ｂ、１５０ｂからのフィードバックで
この電流を制御することによって設定される。

【００３４】本発明者らは、第４高調波発生用ＣＬＢＯ
結晶１３０のアニーリング処理前後における５３２ｎｍ
の光から２６６ｎｍの光への波長変換効率を測定して、
湿度により波長変換効率が低下することを確認した。一
辺が０．５ｃｍの立方体の第４高調波発生用ＣＬＢＯ結
晶１３０を温度１５０℃で２４時間アニーリング処理し
湿度の影響の小さい状態とした場合と、アニーリング処
理せずに湿度の影響の大きい状態とした場合とで、波長
５３２ｎｍ、ビーム径０．３ｃｍ、強度が１４５ＭＷ／
ｃｍ^２、出力パルス幅６乃至７ｎｓ、パルスの繰返し周
波数１０Ｈｚの入射光から波長２６６ｎｍの出射光への
波長変換効率を比較したところ、波長変換効率は、アニ
―リング処理した場合はアニ―リング処理していない場
合の２倍以上であり、４０％以上の値を示した。これ
は、上記の波長２６６ｎｍの光を生産ライン等における
加工工程に使用するのに十分高い波長変換効率である。

【００３５】そこで、本発明者らは、上記のアニーリン
グ処理した、一辺が０．５ｃｍの立方体の第４高調波発
生用ＣＬＢＯ結晶１３０を、温度１２０℃、並びに、１
０％、２０％、３０％、３５％、４０％、及び、５０％
の６種類の湿度に保持して、波長５３２ｎｍ、ビーム径
０．０７ｃｍ、強度３００ＭＷ／ｃｍ^２、出力パルス幅
４０ｎｓ、パルスの繰返し周波数５Ｈｚの入射光による
波長２６６ｎｍの出射光の出力の時間変化を測定し、こ
の結果を図２に示した。図２は、６種類の湿度における
波長２６６ｎｍの光の出力変化の時間依存性を示す図で
ある。

【００３６】図２において、波長２６６ｎｍの光が発振
し始めた時刻をゼロと表し、この時刻における出力を、
６種類の湿度条件全てについて１．０と規格化して示し
た。図２において、湿度が１０％での出力には、波長２
６６ｎｍの光が発振してから５０時間経ても変化はな
く、湿度が２０％及び３０％での出力には、４０時間経
過後に１％の低下が見られ、５０時間経過後には２％の
低下が見られる。即ち、図２では、湿度が１０％、２０
％、及び、３０％での出力には、波長２６６ｎｍの光が
発振してから５０時間経て、最大でおよそ２％の低下が
見られる。

【００３７】湿度が３５％での出力には、波長２６６ｎ
ｍの光が発振してから５０時間経て、およそ１０％の低
下が見られる。湿度が４０％での出力には、波長２６６
ｎｍの光が発振してから５０時間経て、およそ２０％の
低下が見られる。湿度が５０％での出力には、波長２６
６ｎｍの光が発振してから４０時間経て、およそ５０％
の低下が見られる。

【００３８】一般に、波長２６６ｎｍの光を、光に係る
基礎研究や生産ライン等の加工工程等に使用する場合に
許容な出力低下率は、およそ２日間の連続発振において
最大出力のおよそ１０％であるとして、上記のデータを
参照すれば、湿度が３５％以下に保持されれば、波長２
６６ｎｍの光を上記の許容な出力低下率で発振させるこ
とが可能であり、従って基礎研究や生産ライン等への使
用が可能と考えられる。一方、湿度が４０％以上である
場合、波長２６６ｎｍの光を上記の許容な出力低下率で
発振させることはできないため、これを基礎研究や生産
ライン等に使用することは困難であると考えられる。以
上から、３５％を境界値として、これ以下の湿度であれ
ば、実用可能なレーザ光が得られるが、これより大きい
湿度では、レーザ光の実用性は困難と判断される。

【００３９】さらに、上記のデータから、湿度が３０％
以下に保持されれば、波長２６６ｎｍの光を、５０時間
以内の出力低下率が２％以下となるように維持して発振
させることが可能と考えられ、一方、この出力低下率を
維持するためには、湿度を１０％未満に低減する必要は
ないと考えられる。５０時間で出力の最大低下率が２％
であるような波長２６６ｎｍの光は、特に長時間にわた
って連続発振が求められる生産ライン等における加工工
程に使用することが可能である。さらに、１０％未満の
低湿度を達成するために除湿ユニットに必要以上に大き
な電力等を投じることなく、５０時間で最大低下率２％
の出力が維持できる。以上から、湿度を１０％乃至３０
％に保持すれば、除湿ユニットに必要にして十分な電力
等を投じて、生産ライン等に使用可能なレーザ光を発振
することが可能となるが、湿度を１０％未満に保持する
場合は、除湿に多大なエネルギーを消費するため、これ
により得られたレーザ光を生産ライン等へ使用すること
は、エネルギー収支の面から現実的ではないと判断され
る。

【００４０】以上から、第４高調波発生用ＣＬＢＯ結晶
１３０をアニ−リング処理後に所定の温度を保持し、且
つ、湿度を１０％乃至３０％に保持すれば、これにより
発振される波長２６６ｎｍの光は、生産ライン等におけ
る加工工程に使用されることが可能となる。また、第４
高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１３０をアニ−リング処理後
に所定の温度を保持し、且つ、湿度を３５％以下に保持
すれば、これにより発振される波長２６６ｎｍの光は、
光に係る基礎研究や比較的短時間の連続発振が求められ
るような生産ライン等の加工工程等に使用されることが
可能となる。

【００４１】上記の湿度と出力低下率との関係は、第２
高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１２０から発生する波長５３
２ｎｍの光の出力においても同様と考えられる。

【００４２】レーザ発振器１１０は、湿度の影響で変質
する可能性のあるＮｄ−ＹＡＧロッド１７０等を有して
いるため、これを例えば、１０％乃至３０％の湿度雰囲
気に配置すれば、基本波の波長１０６４ｎｍ、出力、ア
ラインメント等が安定する。従って、レーザ装置用保持
箱３００を低湿度雰囲気下に配置すれば、基本波１０６
４ｎｍが安定するため、基本波から第２高調波５３２ｎ
ｍへの波長変換効率が高い値で維持でき、さらに第２高
調波から波長変換して得られる第４高調波２６６ｎｍの
光の出力も増大且つ安定させることができる。

【００４３】図１においては、レーザ装置１００全体が
レーザ装置用保持箱３００に保持されているが、図３に
示されるように、レーザ発振器１１０及び第２高調波発
生用ＣＬＢＯ結晶１２０にそれぞれの保持箱がある場合
も可能である。この場合、レーザ発振器１１０から波長
１０６４ｎｍの光が出射する出口である部分反射鏡２０
０の出射面と、第２高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１２０の
集光レンズ１２５の光入射端面との間には、レーザ光透
過用窓といった障害物が存在する。しかし、図１に示さ
れる本実施の形態においては、レーザ装置１００全体が
レーザ装置用保持箱３００に保持されているため、上記
のような障害物は存在しない。従って、基本波１０６４
ｎｍの障害物による損失が少なく、これを波長変換して
得られる２６６ｎｍの光の出力を増大且つ安定させるこ
とができる。

【００４４】＝＝＝除湿ユニットの第一の実施の形態＝
＝＝除湿ユニット３３０の第一の実施の形態である、分解透
過型除湿ユニットとしての電界質膜除湿ユニット３３１
について、図４を参照しつつ説明する。図４は、本実施
の形態における電界質膜除湿ユニット３３１の断面を、
電解質膜除湿ユニット制御装置３４１とともに模式的に
表した図である。

【００４５】＜＜＜電解質膜除湿ユニットの構成＞＞＞
電解質膜除湿ユニット３３１は、レーザ装置用保持箱３
００の内側に露出した内側電極としての陽極４０１と、
レーザ保持箱１００の外側に露出した外側電極としての
陰極４０２と、両電極に挟持された気体透過手段として
の電解質膜４０３とを有する。本実施の形態において
は、金属多孔板等の多孔質基材４０１ａ、４０２ａに白
金黒を含むペーストを塗布し、陽イオン導電性固体高分
子膜の電解質膜４０３を挟み込んで高温プレスすること
により、接合面の食い込み部に白金黒と白金担持カーボ
ン等が３次元的に分布して、触媒層４０１ｂ、４０２ｂ
が形成される。ここで、多孔質基材４０１ａと触媒層４
０１ｂとが陽極４０１を形成し、多孔質基材４０２ａと
触媒層４０２ｂとが陰極４０２を形成する。電解質膜除
湿ユニット制御装置３４１は、陽極４０１と陰極４０２
との間に直流電流を供給する。

【００４６】＜＜＜電解質膜除湿ユニットの機能＞＞＞
上記の構成を有する電解質膜除湿ユニット３３１におい
て、以下の除湿機構が知られている。レーザ装置用保持
箱３００内部の水蒸気を構成する水分子は、陽極４０１
のレーザ装置用保持箱３００側の表面と内部とで、酸素
分子、水素イオン及び電子に分解される。ここで発生し
た水素イオンは、電解質膜４０３を透過して、陰極４０
２に到達し、同時に、電子は、電解質膜除湿ユニット制
御装置３４１を通って陰極４０２に到達する。陰極４０
２の内部とレーザ装置用保持箱３００の外部側の表面と
で、外気中の酸素分子が、上記の水素イオン及び電子と
化学反応して水分子となる。

【００４７】上記は、電解質膜除去ユニット３３１によ
り、レーザ装置用保持箱３００内部の水蒸気が分解され
て酸素となり、水素が水蒸気に戻って外部に排出され
て、内部が除湿されることに等しい。

【００４８】尚、陽イオン導電性固体高分子膜からなる
電解質膜４０３の透過孔の大きさはサブミクロンのオー
ダーであるため、この膜を透過して、レーザ装置用保持
箱３００の内部にサブミクロン以上の大きさの埃等が入
ることはない。従って、第２高調波発生用ＣＬＢＯ結晶
１２０や第４高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１３０の端面に
埃等が付着することに起因するレーザ光の光量低下や結
晶破損が防止される。

【００４９】２枚の電極及び高分子膜を主たる構成要素
とする本実施の形態におけるユニットは、例えば図９に
示される従来のガスパージによる除湿装置と比較して、
より小型化及び低コスト化されることが可能であり、さ
らに、電極に供給する直流電流の大きさを制御すること
により、レーザ装置用保持箱３００の内部を十分に除湿
し、１０％乃至３０％の湿度を５０時間以上保持するこ
とが可能である。従って、本実施の形態におけるレーザ
装置用保持箱３００は、５０時間以内の出力の最大低下
率が２％である波長２６６ｎｍの光を発生する、低コス
ト且つ小型の紫外光レーザ装置１００を実現する。

【００５０】＝＝＝除湿ユニットの第二の実施の形態＝
＝＝除湿ユニット３３０の第二の実施の形態である、結露排
出型除湿ユニットとしての電子冷却除湿ユニット３３２
について、図５を参照しつつ説明する。図５は、本実施
の形態における電子冷却除湿ユニット３３２の断面を、
電子冷却除湿ユニット制御装置３４２とともに模式的に
表した図である。

【００５１】＜＜＜電子冷却除湿ユニットの構成＞＞＞
電子冷却除湿ユニット３３２は、冷却素子としてのペル
チェ素子５０１と、ペルチェ素子５０１におけるレーザ
装置用保持箱３００の内部側とは反対側の面に伝熱的に
接続された冷却体としての冷却フィン５０２と、ペルチ
ェ素子５０１におけるレーザ装置用保持箱３００の内部
側の面に伝熱的に接続された放熱体としての放熱フィン
５０３と、放熱フィン５０３におけるレーザ装置用保持
箱３００の内部側の面付近に配置された、レーザ装置用
保持箱３００の開放部より小さい面積を有する放熱ファ
ン５０４と、冷却フィン５０２に対して鉛直方向下方に
配置された受け皿５０５と、受け皿５０５に接続して同
ユニットの外部に延出する排水ホース５０６とを有す
る。

【００５２】電子冷却除湿ユニット制御装置３４２は、
ペルチェ素子５０１と放熱ファン５０４の不図示のモー
タとに、それぞれ別々に直流電流を供給する。

【００５３】＜＜＜電子冷却除湿ユニットの機能＞＞＞
上記の構成を有する電子冷却除湿ユニット３３２におい
て、以下の除湿機構が知られている。図５において、放
熱ファン５０４の回転により、レーザ装置用保持箱３０
０の内部の空気が、レーザ装置用保持箱３００の開放部
と放熱ファン５０４との間隙を通過して電子冷却除湿ユ
ニット３３２内に流入し（Ｓ５５０）、同ユニットの内
部を循環して（Ｓ５６０）、放熱ファン５０４からレー
ザ装置用保持箱３００の内部に戻る（Ｓ５７０）。

【００５４】電子冷却除湿ユニット制御装置３４２から
ペルチェ素子５０１に直流電流が供給されると、ペルチ
ェ効果によって、冷却フィン５０２が冷却されるととも
に放熱フィン５０３は加熱される。従って、上記Ｓ５５
０の水蒸気を含んだ空気は、Ｓ５６０において冷却フィ
ン５０２の表面に接触し、ここで空気の含有する水蒸気
が結露する。結露水は、受け皿５０５に落下して排水ホ
ース５０６を通り外部に排出される。このように、Ｓ５
６０で水蒸気が取り除かれ且つ冷えた空気は、放熱ファ
ン５０４の形成する対流にのって流れて放熱フィン５０
３を冷却し、レーザ装置用保持箱３００内部に流れる。

【００５５】上記は、電子冷却除湿ユニット３３２によ
り、レーザ装置用保持箱３００内部の水蒸気が結露され
て水となり外部に排出されて、内部が除湿されることに
等しい。

【００５６】２枚のフィン及び素子が主たる構成要素で
ある本実施の形態におけるユニットは、図９に示される
従来のガスパージ法による除湿装置と比較して、より小
型化及び低コスト化されることが可能であり、素子及び
ファンに供給する直流電流の量を制御することにより、
レーザ装置用保持箱３００の内部を十分に除湿し、１０
％乃至３０％の湿度を５０時間以上保持することが可能
である。

【００５７】尚、本実施の形態における電子冷却除湿ユ
ニット３３２は、Ｏリングを介して、レーザ装置用保持
箱３００の外壁に気密配設されているが、図６に示すよ
うに、ユニットごとレーザ装置用保持箱３００の内部に
配設し、排水ホース５０６のみがレーザ装置用保持箱３
００の壁の開放部を通って外部に延出させてもよい。

【００５８】以上から、本実施の形態におけるレーザ装
置用保持箱３００は、５０時間以内の出力の最大低下率
が２％である波長２６６ｎｍの光を発生する、低コスト
且つ小型の紫外光レーザ装置１００を実現する。

【００５９】＝＝＝除湿ユニットの第三の実施の形態＝
＝＝除湿ユニット３３０の第三の実施の形態である、分解放
出型除湿ユニットとしての多孔質体除湿ユニット３３３
について、図７を参照しつつ説明する。図７は、本実施
の形態における多孔質体除湿ユニット３３３の断面を、
多孔質体除湿ユニット制御装置３４３とともに模式的に
表した図である。

【００６０】＜＜＜多孔質体除湿ユニットの構成＞＞＞
多孔質体除湿ユニット３３３は、レーザ装置用保持箱３
００の内側及び外側に向かって、それぞれ開閉可能な水
蒸気流入扉としての内扉６０１及び水蒸気流出扉として
の外扉６０２と、両扉間に収納される多孔質物質として
のシリカゲル６０３と、シリカゲル６０３と略伝熱的に
接触するシリカゲルヒータ６０４とを有する。内扉６０
１及び外扉６０２を開閉する不図示のモータへの直流電
流、及び、シリカゲルヒータ６０４への直流電流は、多
孔質体除湿ユニット制御装置３４３によりそれぞれ別々
に供給される。

【００６１】尚、本実施の形態においては、内扉６０１
及び外扉６０２の開閉には、不図示のモータを使用して
いるが、これ以外に、例えば、形状記憶部材を使用して
もよい。

【００６２】＜＜＜多孔質体除湿ユニットの機能＞＞＞
図８に、多孔質体除湿ユニット３３３の内扉６０１及び
外扉６０２の開閉、並びに、シリカゲルヒータ６０４へ
の通電の有無を時系列にて示す。

【００６３】レーザ装置用保持箱３００の内部の水蒸気
を分解する手順は以下の通りである。内扉６０１が開い
て外扉６０２が閉まった状態でシリカゲルヒータ６０４
へ電流を供給せずに、シリカゲル６０３の温度を常温と
する。ここで、レーザ装置用保持箱３００の内部の水蒸
気（Ｈ_２Ｏ）は、シリカゲル６０３の表面上でＯＨイオ
ンとＨイオンとに分解して吸着することが知られてい
る。内扉６０１が閉まって外扉６０２が開いた状態でシ
リカゲルヒータ６０４へ電流を供給すると、シリカゲル
６０３は高温となり、シリカゲル６０３の表面上に吸着
したＯＨイオンとＨイオンとが再結合して水蒸気（Ｈ_２
Ｏ）となることが知られており、この水蒸気はレーザ装
置用保持箱３００の外側に放出される。

【００６４】上記は、多孔質体除湿ユニット３３３によ
り、レーザ装置用保持箱３００内部の水蒸気が分解され
てＨイオンとＯＨイオンとになり、ＨイオンとＯＨイオ
ンとが水蒸気に戻って外部に排出されて、内部が除湿さ
れることに等しい。

【００６５】２枚の扉とシリカゲルとヒータとを主たる
構成要素とする本実施の形態におけるユニットは、例え
ば図９に示される従来のガスパージによる除湿装置と比
較して、より小型化及び低コスト化されることが可能で
ある。また、レーザ装置用保持箱３００にシリカゲルを
収納するだけの除湿方法と比較して、本実施の形態は、
シリカゲル６０３を定期的に加熱し、シリカゲル６０３
の水蒸気の吸着能力を高めるため、少ない量のシリカゲ
ル６０３で高い水蒸気除去能力が維持でき、ユニットが
小型化及び低コスト化される。さらに、シリカゲルヒー
タ６０４に供給する直流電流を大きくすれば、シリカゲ
ル６０３の加熱温度を高め、シリカゲル６０３の表面上
のＨイオンとＯＨイオンとを放出させて、シリカゲル６
０３の水蒸気に対する吸着能力を高めることができるた
め、レーザ装置用保持箱３００の内部を十分に除湿し、
１０％乃至３０％の湿度を５０時間以上保持することが
可能である。従って、本実施の形態におけるレーザ装置
用保持箱３００は、５０時間以内の出力の最大低下率が
２％である波長２６６ｎｍの光を発生する、低コスト且
つ小型の紫外光レーザ装置１００を実現する。

【００６６】＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝以上、いくつかの実施の形態に基づき本発明に係るレー
ザ装置用保持箱を説明してきたが、上記の発明の実施の
形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、
本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を
逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発
明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

【００６７】上記実施の形態においては、レーザ装置用
保持箱３００の内部の環境は、湿度が１０％乃至３０％
であるとしたが、これに限定されるものではない。例え
ば、湿度が３５％以下としてもよい。但し、湿度が１０
％乃至３０％である場合には、レーザ装置１００から発
生する紫外光の波長、出力等を不安定にし、また、同装
置の寿命を短くする空気中の水蒸気を、同装置から、よ
り効果的に遮断し、同装置からの紫外光の出力をより効
果的に増大且つ安定させることが可能である。

【００６８】また、上記の実施の形態においては、多孔
質物質をシリカゲル６０３としたが、これに限定される
ものではない。例えば、二酸化ケイ素及びアルミナを含
むゼオライト等を用いてもよい。

【００６９】＝＝＝レーザシステムの構成＝＝＝本実施の形態としての紫外光レーザシステムにおいて、
半導体基板の露光、プリント基板の穴あけ加工等に使用
される産業用紫外光レーザシステムの一例を挙げる。産
業用紫外光レーザシステムは、例えば、図１に示され
る、レーザ装置用保持箱３００に保持されたレーザ装置
１００の紫外光出射口から被照射物にかけて、集光レン
ズ、ファイバ、出射レンズ等の光学系が接続される。上
記の光学系の一部は、レーザ装置用保持箱３００の内側
に設けてもよい。また、同レーザシステムは、必要に応
じて、レーザ装置１００又はレーザ装置保持箱３００の
設置台等のビーム位置合わせ機構、及び、被照射物への
アシストガス供給等の被照射雰囲気供給系を具備して構
成される。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、安定で高い出力を有す
る低コスト且つ小型の紫外光レーザ装置を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態におけるレーザ装置及びレーザ装
置用保持箱の概略構成を示した図である。

【図２】６種類の湿度における波長２６６ｎｍの光の出
力変化の時間依存性を示す図である。

【図３】レーザ装置、及び、レーザ発振器が収納されて
いないレーザ装置用保持箱の概略構成を示した図であ
る。

【図４】本発明の第一実施形態である電解質膜除湿ユニ
ットの断面を、電解質膜除湿ユニット制御装置とともに
模式的に表した図である。

【図５】本発明の第二実施形態である電子冷却除湿ユニ
ット（外付け）の断面を、電子冷却除湿ユニット制御装
置とともに模式的に表した図である。

【図６】電子冷却除湿ユニット（内付け）の断面を模式
的に表した図である。

【図７】本発明の第三実施形態である多孔質体除湿ユニ
ットの断面を、多孔質体除湿ユニット制御装置とともに
模式的に表した図である。

【図８】多孔質体除湿ユニットの内扉の開閉と外扉の開
閉とシリカゲルヒータへの通電ＯＮ及びＯＦＦの状態を
時系列的に示した図である。

【図９】従来の加工用レーザ装置の概略構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０加工用レーザ装置１２レーザ光源１４、１８、１２５、１３５集光レンズ１６非線形光学結晶２０被加工物２２保持装置２４混合ガス２６、２８流量調節バルブ２８、３０ガスライン３２レーザ光透過用窓１００レーザ装置１１０レーザ発振器１２０第２高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１３０第４高調波発生用ＣＬＢＯ結晶１４０レーザ制御装置１５０、１６０温度制御装置１５０ａ、１６０ａヒータ１５０ｂ、１６０ｂ温度センサ１５０ｃ、１６０ｃヒータ用電源１７０Ｎｄ−ＹＡＧロッド１８０フラッシュランプ１９０全反射鏡２００部分反射鏡２１０Ｑスイッチ３００レーザ装置用保持箱３１０ケース３２０窓３３０除湿ユニット３３１電解質膜除湿ユニット３３２電子冷却除湿ユニット３３３多孔質体除湿ユニット３４０除湿ユニット制御装置３４１電解質膜除湿ユニット制御装置３４２電子冷却除湿ユニット制御装置３４３多孔質体除湿ユニット制御装置４０１陽極４０２陰極４０１ａ、４０２ａ多孔質基材４０１ｂ、４０２ｂ触媒層４０３電解質膜５０１ペルチェ素子５０２冷却フィン５０３放熱フィン５０４放熱ファン５０５受け皿５０６排水ホース６０１内扉６０２外扉６０３シリカゲル６０４シリカゲルヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外光を発生させる波長変換素子とし
て、化学組成がＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０で表されるボレート
系結晶を用いてなるレーザ装置を所定の環境に保持する
略気密な保持箱において、前記保持箱の壁の開放部に、前記保持箱の内部の水蒸気
を分解し、又は、結露させて、前記保持箱の外部に排出
する除湿ユニットを配設していることを特徴とするレー
ザ装置用保持箱。
【請求項２】前記所定の環境は、湿度が３５％以下で
あることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置用保
持箱。
【請求項３】前記所定の環境は、湿度が１０％乃至３
０％であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装
置用保持箱。
【請求項４】前記除湿ユニットは、前記開放部におい
て、前記保持箱の内側及び外側にそれぞれ露出した内側
電極及び外側電極と、該電極に挟持された気体透過手段
とを具備して構成され、前記内側電極にて前記保持箱の
内部の水蒸気を水素と酸素とに分解し、該水素を前記気
体透過手段の中を透過させて前記外側電極から水蒸気と
して排出する分解透過型除湿ユニットであることを特徴
とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ
装置用保持箱。
【請求項５】前記除湿ユニットは、ペルチェ効果によ
り対象を冷却する冷却素子と、該冷却素子に伝熱的に接
続された冷却体と、該冷却素子に伝熱的に接続された放
熱体とを具備して構成され、前記保持箱の内部の水蒸気
を前記冷却体において結露させ、結露水を前記保持箱の
外側に排出する結露排出型除湿ユニットであることを特
徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレー
ザ装置用保持箱。
【請求項６】前記除湿ユニットは、前記保持箱の内側
及び外側に、それぞれ開閉可能な水蒸気流入扉及び水蒸
気流出扉と、両扉間に配設される水蒸気分解物質と、該
水蒸気分解物質と略伝熱的に接触するヒータとを具備し
て構成され、前記水蒸気流入扉が開いて前記水蒸気流出
扉が閉まった状態で前記ヒータへ電流を供給せずに、前
記水蒸気分解物質の表面上に前記保持箱内部の水蒸気を
分解して吸着させ、前記水蒸気流入扉が閉まって前記水
蒸気流出扉が開いた状態で前記ヒータへ電流を供給し
て、前記水蒸気分解物質に吸着した分解物を水蒸気とし
て前記保持箱の外側に放出する分解放出型除湿ユニット
であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
かに記載のレーザ装置用保持箱。
【請求項７】前記水蒸気分解物質は、二酸化ケイ素を
含む多孔質物質であることを特徴とする請求項６に記載
のレーザ装置用保持箱。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
のレーザ装置用保持箱を有することを特徴とするレーザ
システム。