JPH04137777A - 放電励起エキシマレーザ装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、放電励起エキシマレーザ装置に関する。

従来の技術 希ガスハロゲンエキシマレーザは紫外域で発振する高出
力のガスレーザであり、超微細加工用光源として半導体
リングラフィや化学プロセス等の広範な用途に利用され
ている。希ガスハロゲンエキシマレーザの励起方式には
電子ビーム励起と放電励起とがあるが、後者は比較的簡
便な構成で高繰り返し発振が可能であるため、広く一般
に用いられている。

以下に従来の放電励起エキシマレーザ装置について説明
する。

第４図ｆａｔは放電励起エキシマレーザのなかでも最も
一般的な三軸直交型の紫外線予備電離放電励起エキシマ
レーザ装置の圧力容器の断面図、同図（ｂｌは同放電励
起エキシマレーザ装置の全体構成図である。圧力容器１
中には希ガスとハロゲンガスからなるレーザ媒質ガスが
大気圧以上の高圧で封入されている。圧力容器１の内部
に設けられた一対の細長い励起放電電極２，２間で−様
なパルス放電を起こすことによって、励起放電領域内の
レーザ媒質ガスを励起する。

第４図（ｂｌに示す放電回路について説明する。スイッ
チ３が開いている間に充電用コイル４を経由して充電用
コンデンサ５か充電される。スイッチ３を閉じると、充
電用コンデンサ５の電荷がピーキングコンデンサ６に移
行し、予備電離放電ギャップ７が放電して紫外線を発生
し、引き続きピーキングコンデンサ６の端子間電圧が励
起放電電極２の放電開始電圧に達すると励起放電が起こ
る。

これで１回のレーザ動作は終了するが、一般にスイッチ
３にはサイラトロン等が使用され、繰り返しレーザ動作
を行うようになっている。

励起放電の終了後しばらくの間、励起放電領域内のレー
ザ媒質ガスには放電で生成した不純物が残留しているほ
か、圧力の不均一や電気的な不均一があるため、発振繰
り返し数を上げていくと引き続く励起放電が不安定にな
り出力が低下していく。さらに発振繰り返し数を上げる
と、もはや均一な励起放電は得られず、レーザ発振不能
となる。数十Ｈｚ以上の高繰り返し発振を実現するため
には、励起放電終了直後の励起放電領域のレーザ媒質ガ
スを均質かつ清浄な状態に戻してやることが必要になっ
てくる。そのために、圧力容器１の内部にはレーザ媒質
ガスの循環用ファンが収められており、励起放電後の励
起放電領域内のレーザ媒質ガスを強制的に除去し、常に
清浄かつ均質な状態に保つようにしている。循環用ファ
ンとしてはクロスフローファン８が一般に用いられてい
る。

このようにレーザ媒質ガスの循環によって繰り返し動作
時のレーザ出力の低下は抑制することができる。しかし
長期的に見るとレーザ媒質ガスの劣化によるレーザ出力
の低下は避けられない。エキシマレーザで使用するフッ
素等のハロゲンガスは反応性が極めて高いために、圧力
容器１の内壁への吸着や放電生成物との反応によって減
少していくからである。レーザ出力を維持するためには
、充電用コンデンサ５の充電電圧を徐々に上げて励起放
電への投入エネルギーを大きくする。さらにレーザ媒質
ガスの劣化が進み、レーザ出力の低下を充電電圧を上げ
ることだけで補えなくなりた時には、レーザ媒質ガス供
給装置９からガス供給口１０を通じてハロゲンガスの補
充やレーザ媒質ガスの部分交換あるいはレーザ動作中の
連続交換を行う。なお、１１はガス排気口である。

発明が解決しようとする課題 レーザ媒質供給装置９は、圧力容器１のガス供給口１０
およびガス排気口１１に接続されている。ガスの排気口
１１と供給口１０はガスの交換効率を高めるためにもで
きるだけ離して設けることが望ましいが第４図ｆａ）の
ように圧力容器１の両端部に設けると、排気口１１側の
ガス混合比と供給口１０側のガス混合比との間に差が生
じてしまう。ガス循環用のクロスフローファン８は、そ
の回転軸方向にはガスをすみやかに移動させないために
圧力容器１内のガスの混合は円滑に行われず、ガス混合
比の不均一がなかなか解消されない。このことが、励起
放電領域においてもガス混合比のばらつきを生じ、励起
放電の不安定さ、レーザ出力の低下をもたらす原因とな
っていた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、圧力容器内
にレーザ媒質ガスを供給した後のガス混合比の不均一を
解消する手段を有する放電励起エキシマレーザ装置を提
供するものである。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明は、レーザ媒質ガスを
封入する圧力容器と、レーザ媒質ガスを圧力容器内に供
給する手段と、レーザ媒質ガスを励起する励起放電電極
と、レーザ動作中に圧力容器内でレーザ媒質ガスを循環
させるクロスフローファンとを備えた三軸直交型放電励
起エキシマレーザ装置において、圧力容器の内部にはク
ロスフローファンの回転軸方向にレーザ媒質ガスを移動
させる軸流ファンを備えており、かつその細流ファンの
回転軸はクロスフローファンの回転軸と同一であるよう
にしたものである。

作用 この構成によって、クロスフローファンの回転軸方向に
もレーザ媒質ガスを移動させることができるため、圧力
容器内のガスの混合が円滑に素早く行われる。したがっ
て励起放電領域内のガス混合比の差も即座に解消され、
励起放電の不安定さによるレーザ出力の低下を回避する
ことかできる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例における放電励起エキシマレ
ーザ装置の圧力容器の断面図である。圧力容器１内には
励起放電電極２、ガス循環用のクロスフローファン１２
、軸流ファン１３が収められている。軸流ファン１３の
回転軸はクロスフローファン１２と同一であるため、ク
ロスフローファン１２の回転駆動力をそのまま利用でき
る構造である。圧力容器１には、レーザ媒質ガス供給装
置９から清浄なレーザ媒質ガスの供給を受けるためのガ
ス供給口１０と、繰り返し放電により劣化したレーザ媒
質ガスを排気して圧力容器１内のガス圧を一定に保つた
めのガス排気口１１が設けられている。ガス供給口１０
とガス排気口１１は圧力容器１のレーザビーム方向両端
部に設けられているから、圧力容器１内に供給された清
浄なガスがただちに排気されることはない。

第２図（ａｌ、　ｆｂｌは本実施例におけるクロスフロ
ーファンと軸流ファンの正面図と側面図である。

般に、クロスフローファンの翼は数枚の円盤により固定
されているので、クロスフローファンの軸に軸流ファン
を取り付けると翼固定用の円盤が軸方向のガス流の障害
となってしまう。本実施例では、翼固定用の円盤を軸流
ファンに置き換えてクロスフローファンと軸流ファンの
二つのファンを一体化することにより円滑なガス流と同
時に軽量化も達成した。また、二つのファンを一体構造
とすることによりクロスフローファン１２の回転駆動力
を軸流ファン１３の駆動にそのまま使うことができる。

エキシマレーザ装置では腐食性の高いハロゲンガスを使
用するため、一般に圧力容器１の内部にモータを設置す
ることができない。外部モータの回転駆動力を圧力容器
１の内部に導入するためには、磁性流体シール等の複雑
、高価、かつ信頼性の低い駆動力導入機構を使用せざる
をえない。本実施例によれば、軸流ファン１２専用のモ
ータおよび駆動力導入機構が不要であり、安全性、信頼
性、経済性の面において大変有利である。

第３図は本発明のレーザ装置の動作およびレーザパルス
エネルギーの状態を示す図である。第３図を参照しなが
ら第１図のレーザ装置の動作について説明する。

レーザ動作中、圧力容器１内ではクロスフローファン１
２の回転によってレーザ媒質ガスが循環し、励起放電電
極２．２間でガス流が生しているため、発振の高繰り返
し化によるレーザパルスエネルギーの低下は抑制されて
いる。しかし発振回数の累積とともに、ハロゲンの減少
や不純物の増加ニよってレーザパルスエネルギーは徐々
に低下していく。しばらくの間は、充電用コンデンサ５
の充電電圧を徐々に上げて励起放電への投入エネルギー
を大きくしていくことで、レーザパルスエネルギーの低
下を防ぐことができる。しかし高圧電源には容量の限界
があるから、ある程度レーザ媒質ガスが劣化すると出力
の低下を補えなくなる。この時点でレーザ媒質ガス供給
装置９が、少量のハロゲンガスをガス供給口１０から圧
力容器１内に供給する。このとき同時にガス排気口１１
から劣化したガスを圧力容器１の外に排気して、圧力容
器１内のガス圧を一定に保つ。圧力容器１内に供給され
たハロゲンガスは軸流ファン１３の回転によってクロス
フローファン１２の内部に導かれる。クロスフローファ
ン１２による効果と細流ファン１３による効果があいま
って、供給されたハロゲンガスは圧力容器１内ですばや
く拡散するので圧力容器１内におけるガス混合比のばら
つきが即座に解消される。従来、ハロゲンガス供給直後
に問題となっていた励起放電の不安定によるレーザパル
スエネルギーの低下やばらつきを防ぐことができる。

以上はハロゲンガスを供給した例である。希ガスやバッ
ファガスも含めて圧力容器１内のガスを部分交換する場
合またはレーザ動作中に少量ずつ連続的に交換する場合
も二つのファンの働きは同しである。

なお本発明によれば、レーザ動作中のガス供給時だけで
なく圧力容器１内を真空排気後再びガスを充填する際に
もすばやくガスを混合することができる。

発明の効果 以上のように本発明は、クロスフローファンと軸流ファ
ンをその各回転軸を一致させて設けることにより、圧力
容器内に供給直後のレーザ媒質ガスの混合比の不均一を
すばやく解消することができ励起放電を安定化させるこ
とができる放電励起エキシマレーザ装置を実現するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における放電励起エキシマレ
ーザ装置の圧力容器の断面図、第２図ｆａｔ、　（ｂｌ
は本発明の実施例におけるクロスフローファンと軸流フ
ァンの正面図と側面図、第３図は本発明の放電励起エキ
シマレーザ装置の動作ならびにレーザパルスエネルギー
の状態を示す図、第４図（ａｌは従来の放電励起エキシ
マレーザ装置の圧力容器の断面図、第４図＋ｂｌは同放
電励起エキシマレーザ装置の全体構成図である。 １・・・・・・圧力容器、２・・・・・・励起放電電極
、９・・・・・・レーザ媒質ガス供給装置（供給する手
段）、１２・・・・・・クロスフローファン、１３・・
・・・・軸流ファン。 代理人の氏名　弁理士小鍜治明　ほか２８第 第 図 図 ＣＣＩ） （ｂ） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ媒質ガスを封入する圧力容器と、レーザ媒質ガス
   を圧力容器内に供給する手段と、レーザ媒質ガスを励起
   する励起放電電極と、レーザ動作中に圧力容器内でレー
   ザ媒質ガスを循環させるクロスフローファンとを備えた
   三軸直交型放電励起エキシマレーザ装置において、前記
   圧力容器の内部には前記クロスフローファンの回転軸方
   向にレーザ媒質ガスを移動させる軸流ファンを備えてお
   り、かつその軸流ファンの回転軸は前記クロスフローフ
   ァンの回転軸と同一であることを特徴とする放電励起エ
   キシマレーザ装置。