JPH09167867A - パルスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、気密シール構造の数を著しく減少
させ、低廉化を図り、気密性を向上して放電を安定化で
き、高品質で安定なレーザ光の供給を図る。 【解決手段】 レーザガスの封入されたレーザチャンバ
内の主放電用電極（２ａ）の両側面に対向して、板状絶
縁体（２１）を介して内壁に取付けられた各板状コモン
導体（２２）と、各板状コモン導体に等間隔をもって一
端が取付けられた各バラストコイル（７）と、各バラス
トコイルの他端に接続された各ピン状電極（３ａ）と、
略Ｌ字形の断面形状を有し、各板状コモン導体の長手方
向に沿って各ピン状電極を外側から覆うように内壁に設
けられる各板状電極（３ｂ）と、主放電用電極及び各板
状コモン導体に棒状端子（２３）を介してパルス電圧を
供給するパルス電源とを備え、各バラストコイル及び各
ピン状電極は各板状コモン導体にて一体化され、レーザ
チャンバ内に収納されたパルスレーザ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、炭酸ガス
レーザ、エキシマレーザ等のパルスレーザ装置に係わ
り、特に、予備電離に関する気密構造の簡易化により、
気密性を強化し、放電の安定性を向上し得るパルスレー
ザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ
等の短パルスレーザ光を発生させるパルスレーザ装置
は、各種の長所を有することから金属の各種加工を始め
として、同位体分離、半導体プロセス、表面改質等の多
くの用途が期待されると共に、様々な分野で実用化され
てきている。

【０００３】この種のパルスレーザ装置では、多くの用
途で実用化を進めるために、高品質で安定したレーザ光
を供給する技術が不可欠であり、また、高い信頼性が要
求されている。

【０００４】一般に、高品質で安定したレーザ光を供給
するためには、レーザガス中で空間的に均一な放電の形
成が必要とされる。しかしながら、炭酸ガスレーザやエ
キシマレーザなどの短パルスレーザ光を発生させるパル
スレーザ装置においては、レーザガス中で放電が集束
し、アーク放電になりやすい。よって、この種のパルス
レーザ装置では、放電の集束を阻止するために、通常、
放電部が主放電と、この主放電に先行して予備電離とを
行うように構成されている。

【０００５】図６はこの種のパルスレーザ装置における
放電部及びその周辺構成を示す回路図である。このパル
スレーザ装置は、大気圧を越える封入圧で封入されたレ
ーザガスを図示しない送風機が循環させているレーザチ
ャンバ１内にて、カソード電極２ａ及びアノード電極２
ｂからなる一対の主電極２と、この主電極２の両側に個
別に近接配置され、ピン状電極３ａ及び板状電極３ｂか
らなる複数の予備電離電極３とを備えている。なお、こ
れら各電極２，３は放電部４を構成している。

【０００６】放電部４にパルス電圧を印加するためのパ
ルス電源５では、プラス側がアノード電極２ｂに接続さ
れ、且つこのプラス側がレーザチャンバ１外のピーキン
グコンデンサ６を介してカソード電極２ａ及び各板状電
極３ｂに接続されている。また、パルス電源４のマイナ
ス側は、レーザチャンバ１外の複数のバラストコイル７
を個別に介して各ピン状電極３ａに接続されている。

【０００７】図７はこの放電部及びその周辺構成を模式
的に示す断面図であり、図８はこの放電部及びその周辺
構成を示す側面図である。図９はこの放電部における予
備電離電極及びその周辺構成を模式的に示す断面図であ
る。

【０００８】ここで、レーザチャンバ１は、その一部が
上部支持板８ａとして形成され、且つ内部に下部支持板
８ｂを収容しており、両支持板８ａ，８ｂはレーザチャ
ンバ１外にて互いにピーキングコンデンサ６を介して接
続されている。放電部４はこのような上部支持板８ａと
下部支持板８ｂとに挟まれるように支持されて構成され
ている。

【０００９】具体的には、長手方向を有するアノード電
極２ｂがその長手方向をレーザガス流とは直交させるよ
うに下部支持板８ｂに取付けられている。一方、カソー
ド電極２ａは、アノード電極２ｂの全長と略同一の全長
を有し、アノード電極２ｂと対向するように上部支持板
８ａに取付けられている。また、カソード電極２ａの全
長と略同一の長さをもつ各板状電極３ｂは、カソード電
極２ａに対して平行に上部支持板８ａに取付けられてい
る。なお、各板状電極８ａは断面形状がＬ字形となるよ
うに成形されている。

【００１０】また、各ピン状電極３ａは、全放電空間に
均一に予備電離状態をもたらす必要から、カソード電極
２ａの全長に比例して数１０〜数１００個が用いられ、
互いに約１０〜３０ｍｍの等間隔を有してカソード電極
１ａと各板状電極３ｂとの間に配列される。詳しくは、
各ピン状電極３ａは、先端部３ａ₁ 及び基端部３ａ₂の
みを露出させるようにほぼ全体が絶縁被覆材９にて被覆
されており、上側支持板８ａを貫通するように取付けら
れ、基端部３ａ₂ 側の絶縁被覆材９部分が気密シール用
のオーリング１０を介して固定金具１１及び固定ボルト
１２にて上部支持板８ａに外側から固着されている。な
お、各ピン状電極３ａの先端部３ａ₁ は板状電極３ｂの
先端部３ｂ₁ に近接しており、両先端部３ａ₁ ，３ｂ₁
間にてスパーク放電を可能としている。また、各ピン状
電極３ａの基端部３ａ₂ は個別にバラストコイル７に接
続されている。各バラストコイル７はパルス電源５から
印加されるパルス電圧を各ピン状電極３ａにバランスさ
せて分担させるようにインダクタンスを形成するもので
ある。

【００１１】このように構成された放電部４にパルス電
源５からパルス電圧が印加されると、予備電離電極３と
してのピン状電極３ａと板状電極３ｂとの間にスパーク
放電が生じ、主電極２の両側面から放電空間に紫外線が
照射され、この紫外線により放電空間が予備電離された
状態となる。

【００１２】その後、ピーキングコンデンサ６から主電
極２間にパルス電圧が印加されると、放電空間がグロー
放電状態となってレーザガスが励起され、レーザ光が放
出される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなパルスレーザ装置では、数１０〜数１００個の各
ピン電極３ａが夫々オーリング１０を含む気密シール構
造をもたらすため、気密シール構造の部品点数と組立工
数が増大することに加え、ピン状電極３ａが夫々独立し
ているために組立が非常に煩雑となるため、コストアッ
プする問題がある。

【００１４】一方、パルスレーザ装置では、封入された
レーザガスが漏れると、放電が不安定となるため、気密
シール構造を減少させる配慮がなされると共に、レーザ
ガスの漏れ量が、放電に悪影響しない許容量以下にまで
抑制されている。

【００１５】しかしながら、ピン状電極３ａだけで数１
０〜数１００箇所の気密シール構造を有することによ
り、レーザガスの気密性に対して不安定な要素を含んで
いるため、信頼性を低下させている問題がある。

【００１６】この問題としては、例えば、１箇所当りの
レーザガスの漏れ量を許容量以下に抑制しても、全体と
してレーザガスの漏れ量がかなり大きくなる可能性があ
る。また、組立の際の製造ミスが確率的に増えることが
考えられる。

【００１７】また、ピン状電極３ａの気密シール構造の
気密保持が困難であり、少しずつレーザガスの漏れを生
じることから、レーザチャンバ１内のレーザガス封入圧
の低下及び成分の変化をきたすと共に、アーク放電の発
生等により、放電に対し重大な悪影響を及ぼす問題があ
る。

【００１８】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、気密シール構造の数を著しく減少させることによ
り、コストの低廉化を図ると共に、気密の信頼性を向上
して放電を安定化でき、もって、高品質で安定なレーザ
光を供給し得るパルスレーザ装置を提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、レーザガスの封入されたレーザチャンバと、このレ
ーザチャンバ内に設けられた支持板と、前記レーザチャ
ンバの内壁と前記支持板との間に設けられ、長手方向を
有する主放電用電極と、この主放電用電極の両側面に対
向するように、夫々板状絶縁体を介して前記内壁に取付
けられる複数の板状コモン導体と、これら各板状コモン
導体にその長手方向に沿って互いに等間隔を有するよう
に一端が取付けられた複数のバラストコイルと、先端部
及び基端部を有するピン状に形成され、前記基端部が前
記各バラストコイルの他端に個別に接続された複数のピ
ン状電極と、略Ｌ字形の断面形状を有し、前記各板状コ
モン導体の長手方向に沿って前記各ピン状電極の先端部
を外側から覆うように前記内壁に設けられる複数の板状
電極と、前記主放電用電極及び前記各板状コモン導体に
パルス電圧を供給するためのパルス電源とを備え、前記
各バラストコイル及び前記各ピン状電極としては、前記
各板状コモン導体を介して一体化され、且つ前記レーザ
チャンバ内に収納されているパルスレーザ装置である。

【００２０】また、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応するパルスレーザ装置において、前記各板状コ
モン導体としては、前記各ピン状電極とは反対面の複数
箇所に夫々棒状端子が接続され、これら各棒状端子とし
ては、前記レーザチャンバを貫通するように設けられ、
前記レーザチャンバの外壁にて気密シール構造が設けら
れて固定され、且つ前記パルス電源に電気的に接続され
るパルスレーザ装置である。

【００２１】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項１又は請求項２に対応するパルスレーザ装置におい
て、前記各棒状端子としては、夫々絶縁被覆材にて被覆
され、前記各板状コモン導体としては、夫々前記板状絶
縁体を介して前記レーザチャンバの内壁に絶縁性締結部
材にて取付けられるパルスレーザ装置である。

【００２２】また、請求項４に対応する発明は、請求項
１に対応するパルスレーザ装置において、前記各ピン状
電極と前記各板状電極との間に個別に設けられ、前記各
バラストコイルが巻装される複数の棒状絶縁体を備えた
パルスレーザ装置である。

【００２３】さらに、請求項５に対応する発明は、請求
項２乃至請求項４のいずれか１項に対応するパルスレー
ザ装置において、前記各板状絶縁体、前記各棒状絶縁体
及び前記各絶縁被覆材としては、材質が無機質材である
パルスレーザ装置である。

【００２４】また、請求項６に対応する発明は、請求項
３に対応するパルスレーザ装置において、前記絶縁性締
結部材が絶縁ボルトであるパルスレーザ装置である。従
って、請求項１に対応する発明は以上のような手段を講
じたことにより、各バラストコイル及び各ピン状電極が
板状コモン導体を介して一体化された構造であるため、
レーザチャンバ内への収納作業を簡単に行なうことがで
きる。

【００２５】また、請求項２に対応する発明は、パルス
電源と板状コモン導体とを接続するための棒状端子を必
要最小限の個数とすることができるため、レーザチャン
バの貫通部分の気密シール構造の数を著しく減少させる
ことができ、組立工数の低減によってコストの低廉化を
図ると共に、気密の信頼性を向上して放電を安定化で
き、もって、高品質で安定なレーザ光を供給することが
できる。

【００２６】さらに、請求項３に対応する発明は、棒状
端子が絶縁被覆材により被覆され、且つ板状コモン導体
が板状絶縁体を介してレーザチャンバの内壁に取付けら
れているので、請求項１又は請求項２に対応する作用に
加え、レーザチャンバに対する絶縁を確保することがで
きる。

【００２７】また、請求項４に対応する発明は、バラス
トコイルを棒状絶縁体に巻装したことにより、ピン状電
極とバラストコイルを板状コモン導体に保持し固定する
ので、請求項１に対応する作用に加え、バラストコイル
の変位を抑えることができ、もって、組立時の煩雑さを
解消することができる。

【００２８】さらに、請求項５に対応する発明は、板状
絶縁体、絶縁被覆材及び棒状絶縁体の材質をセラミック
ス等の無機質材としたことにより、請求項２乃至請求項
４のいずれかに対応する作用に加え、絶縁体からの不純
物の発生を抑えることができる。また、請求項６に対応
する発明は、絶縁性締結部材が絶縁ボルトであるので、
請求項３に対応する作用と同様の作用を奏することがで
きる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るパルスレーザ
装置について図面を用いて説明する。図１は本発明の一
実施の形態に係るパルスレーザ装置に適用される放電部
及びその周辺構成を示す回路図であり、図２は放電部及
びその周辺構成を模式的に示す断面図であり、図３はこ
の放電部及びその周辺構成を示す側面図であり、図４及
び図５はこの放電部における予備電離電極及びその周辺
構成を模式的に示す断面図である。図１乃至図５を用
い、図６乃至図９と同一部分には同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分
についてのみ述べる。

【００３０】すなわち、本実施の形態装置は、気密シー
ル構造の数を著しく減少させることにより気密の信頼性
向上を図るものであり、概略的には、図１乃至図５に示
すように、パルス電源５から各バラストコイル７列に至
る配線にて同一列の配線の分岐点をコモン導体板として
レーザチャンバ１内に設けることにより、レーザチャン
バ１を貫通する気密シール箇所の数を低減させた構造と
なっている。

【００３１】具体的には、このパルスレーザ装置は、レ
ーザチャンバ１内にてカソード電極２ａと板状電極３ｂ
との間に位置するように、上部支持板８ａに絶縁板２１
及びコモン導体板２２を順次積層して設け、レーザ電源
５に接続された棒状端子２３が電気的にコモン導体板２
２に接続されている。なお、絶縁板２１及びコモン導体
板２２は、絶縁ボルト２４を用いて上部支持板８ａに取
付け可能である。

【００３２】ここで、棒状端子２３はコモン導体板２２
の長手方向に沿って数個程度が使用され、前述同様に、
先端部２３ａ及び基端部２３ｂのみを露出させるように
ほぼ全体が絶縁被覆材２５にて被覆され、上側支持板８
ａ及び絶縁板２１を貫通してコモン導体板２２に接続す
るように取付けられており、基端部２３ｂ側の絶縁被覆
材２５部分が気密シール用のオーリング１０を介して固
定金具１１及び固定ボルト１２にて上部支持板８ａに外
側から固着されている。

【００３３】コモン導体板２２は、カソード電極２ａの
全長と略同一の全長を有し、長手方向に沿って互いに約
１０〜３０ｍｍの等間隔を有するように複数の棒状絶縁
体２６が接着により立設されている。各棒状絶縁体２６
は、バラストコイル７が巻装され、コモン導体板２２と
は反対側の端部２６ａにピン状電極３ａが接着により立
設されている。なお、絶縁板２１、絶縁被覆材２５、棒
状絶縁体２６としては、不純物の発生を抑える観点か
ら、例えばセラミックスなどの無機質材が好ましい。

【００３４】各ピン状電極３ａは先端部３ａ₁ が板状電
極３ｂの先端部３ｂ₁ に近接しており、両先端部３ａ
₁ ，３ｂ₁ 間にてスパーク放電を可能としている。各ピ
ン状電極３ａの基端部３ａ₂ は個別にバラストコイル７
の一端部７ａに接続され、バラストコイル７の他端部７
ｂはコモン導体板２２に接続されている。

【００３５】以上のように構成されたパルスレーザ装置
においては、各ピン状電極３ａ、各バラストコイル７及
びコモン導体板２２を一体化した構造であるため、レー
ザチャンバ１内への収納作業を簡単に行なうことができ
る。

【００３６】また、バラストコイル７を棒状絶縁体２６
に巻装したことにより、各ピン状電極３ａとバラストコ
イル７をコモン導体板２２に保持し固定するので、バラ
ストコイル７の変位を抑えることができ、もって、組立
時の煩雑さを解消することができる。なお、これら収納
作業及び組立の簡便化により、組立工数の低減を図るこ
とができる。

【００３７】また、パルス電源５とコモン導体板２２を
接続するための棒状端子２３を必要最小限の個数とする
ことができるため、レーザチャンバ１の貫通部分の気密
シール構造の数を大幅に削減でき、気密性を向上させる
ことができると共に、組立工数の低減を図ることができ
る。

【００３８】さらに、コモン導体板２２が絶縁板２１を
介して上部支持板８ａに取付けられ、且つ棒状端子２３
が絶縁被覆材２５により被覆されているので、上部支持
体８ａに対する絶縁を確保することができる。

【００３９】また、予備電離電極３を構成する各絶縁体
２１，２５，２６の材質をセラミックス等の無機質材と
したことにより、絶縁体からの不純物の発生を抑えるこ
とができる。

【００４０】なお、上記実施の形態では、絶縁性締結部
材として絶縁ボルト２４を用いた場合を説明したが、こ
れに限らず、絶縁性締結部材として絶縁性おねじ部材を
用いても、本発明を同様に実施して同様の効果を得るこ
とができる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、各バラストコイル及び各ピン状電極が板状コモン
導体を介して一体化された構造であるため、レーザチャ
ンバ内への収納作業を簡単に行なうことができるパルス
レーザ装置を提供できる。

【００４２】また、請求項２の発明によれば、パルス電
源と板状コモン導体とを接続するための棒状端子を必要
最小限の個数とすることができるため、レーザチャンバ
の貫通部分の気密シール構造の数を著しく減少させるこ
とができ、組立工数の低減によってコストの低廉化を図
ると共に、気密の信頼性を向上して放電を安定化でき、
もって、高品質で安定なレーザ光を供給できるパルスレ
ーザ装置を提供できる。

【００４３】さらに、請求項３の発明によれば、棒状端
子が絶縁被覆材により被覆され、且つ板状コモン導体が
板状絶縁体を介してレーザチャンバの内壁に取付けられ
ているので、請求項１又は請求項２の効果に加え、レー
ザチャンバに対する絶縁を確保できるパルスレーザ装置
を提供できる。

【００４４】また、請求項４の発明によれば、バラスト
コイルを棒状絶縁体に巻装したことにより、ピン状電極
とバラストコイルを板状コモン導体に保持し固定するの
で、請求項１に対応する作用に加え、バラストコイルの
変位を抑えることができ、もって、組立時の煩雑さを解
消できるパルスレーザ装置を提供できる。

【００４５】さらに、請求項５の発明によれば、板状絶
縁体、絶縁被覆材及び棒状絶縁体の材質をセラミックス
等の無機質材としたことにより、請求項２乃至請求項４
のいずれかの効果に加え、絶縁体からの不純物の発生を
抑止できるパルスレーザ装置を提供できる。また、請求
項６の発明によれば、絶縁性締結部材が絶縁ボルトであ
るので、請求項３と同様の効果を奏するパルスレーザ装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るパルスレーザ装置
に適用される放電部及びその周辺構成を示す回路図、

【図２】同実施の形態における放電部及びその周辺構成
を模式的に示す断面図、

【図３】同実施の形態における放電部及びその周辺構成
を示す側面図、

【図４】同実施の形態における予備電離電極及びその周
辺構成を模式的に示す断面図、

【図５】同実施の形態における予備電離電極及びその周
辺構成を模式的に示す断面図、

【図６】従来のパルスレーザ装置における放電部及びそ
の周辺構成を示す回路図、

【図７】従来の放電部及びその周辺構成を模式的に示す
断面図、

【図８】従来の放電部及びその周辺構成を示す側面図、

【図９】従来の放電部における予備電離電極及びその周
辺構成を模式的に示す断面図。

【符号の説明】

１…レーザチャンバ、２…主電極、２ａ…カソード電
極、２ｂ…アノード電極、３…予備電離電極、３ａ…ピ
ン状電極、３ｂ…板状電極、４…放電部、５…パルス電
源、６…ピーキングコンデンサ、７…バラストコイル、
８ａ…上部支持板、８ｂ…下部支持板、１０…オーリン
グ、１１…固定金具、１２…固定ボルト、２１…絶縁
板、２２…コモン導体板、２３…棒状端子、２４…絶縁
ボルト、２５…絶縁被覆材。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザガスの封入されたレーザチャンバ
   と、 このレーザチャンバ内に設けられた支持板と、 前記レーザチャンバの内壁と前記支持板との間に設けら
   れ、長手方向を有する主放電用電極と、 この主放電用電極の両側面に対向するように、夫々板状
   絶縁体を介して前記内壁に取付けられる複数の板状コモ
   ン導体と、 これら各板状コモン導体にその長手方向に沿って互いに
   等間隔を有するように一端が取付けられた複数のバラス
   トコイルと、 先端部及び基端部を有するピン状に形成され、前記基端
   部が前記各バラストコイルの他端に個別に接続された複
   数のピン状電極と、 略Ｌ字形の断面形状を有し、前記各板状コモン導体の長
   手方向に沿って前記各ピン状電極の先端部を外側から覆
   うように前記内壁に設けられる複数の板状電極と、 前記主放電用電極及び前記各板状コモン導体にパルス電
   圧を供給するためのパルス電源とを備え、 前記各バラストコイル及び前記各ピン状電極は、前記各
   板状コモン導体を介して一体化され、且つ前記レーザチ
   ャンバ内に収納されたことを特徴とするパルスレーザ装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のパルスレーザ装置にお
   いて、 前記各板状コモン導体は、前記各ピン状電極とは反対面
   の任意の複数箇所に夫々棒状端子が接続され、 これら各棒状端子は、前記レーザチャンバを貫通するよ
   うに設けられ、前記レーザチャンバの外壁にて気密シー
   ル構造が設けられて固定され、且つ前記パルス電源に電
   気的に接続されることを特徴とするパルスレーザ装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のパルスレ
   ーザ装置において、 前記各棒状端子は、夫々絶縁被覆材にて被覆され、 前記各板状コモン導体は、夫々前記板状絶縁体を介して
   前記レーザチャンバの内壁に絶縁性締結部材にて取付け
   られることを特徴とするパルスレーザ装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のパルスレーザ装置にお
   いて、 前記各ピン状電極と前記各板状電極との間に個別に設け
   られ、前記各バラストコイルが巻装される複数の棒状絶
   縁体を備えたことを特徴とするパルスレーザ装置。
5. 【請求項５】 請求項２乃至請求項４のいずれか１項に
   記載のパルスレーザ装置において、 前記各板状絶縁体、前記各棒状絶縁体及び前記各絶縁被
   覆材は、材質が無機質材であることを特徴とするパルス
   レーザ装置。
6. 【請求項６】 請求項３に記載のパルスレーザ装置にお
   いて、 前記絶縁性締結部材は、絶縁ボルトであることを特徴と
   するパルスレーザ装置。