JPH1174591A - パルスガスレーザ発振装置およびそれを用いたレーザアニール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パルスガスレーザ発振装置で、特にパルスごと
のレーザエネルギーの安定性を高める。 【解決手段】励起ガスを封入する容器と、この容器内に
対向して設けられた主放電電極１１と、この主放電電極
１１との間で放電し予備電離させる予備電離電極９と、
各電極間に供給する電力を充放電する主コンデンサ３を
備えた充放電回路と、この充放電回路に電力を供給する
電源と、主コンデンサ３からの電力を蓄電する一対の主
放電電極１１に並列に接続されたピーキングコンデンサ
７と、主放電電極で発生した光を増幅する光共振器とを
備えたパルスガスレーザ発振装置において、主コンデン
サ１１とピーキングコンデンサ７を接続する回路が、上
記予備電離電極を介するものと介さないものとに分岐さ
せ、少なくとも一方の回路に過飽和リアクトル１２ａ，
１２ｂを接続させてレーザエネルギーの安定性を高め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパルスガスレーザ発
振装置に関し、特にパルスごとのレーザエネルギーの安
定性を高めるとともに、装置の寿命を延ばすための技術
及びそれを用いたレーザアニール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エキシマレーザ等のパルスガスレーザ発
振装置は、従来では図２１に等価回路を示すような、紫
外線自動予備電離方式を用いる場合が多い。これらの回
路は一般に、直流電源１に直列に充電用抵抗２と主コン
デンサ３、更に浮遊インダクタンス４が接続されてい
る。また、直流電源１には並列に高電圧スイッチング素
子（サイラトロン）５と、充電用リアクトル６と、ピー
キングコンデンサ７とが接続された、予備電離電極９及
び主放電電極１１が接続されている。この主放電電極１
１は、主放電電極間ギヤップ１０を有して対向してい
る。

【０００３】この状態で、紫外線を用いた予備電離電極
９の間で点弧してから主放電電極間ギャップ１０で点弧
するまでの時間（以後、遅延時間Ｔ_d という）は、放電
回路定数（ピーキングコンデンサ７→予備電離電極９→
主放電電極間ギャップ１０→ピーキングコンデンサ７の
回路で考える）で決まる。遅延時間とレーザ出力エネル
ギーとの関係は図４に実線で示すように、ある範囲内
（図４では２００〜４００ｎｓ）で最大となる。これ
は、紫外線による光電離で初期電子が形成され、拡散に
よって均一分布になる時間とハロゲンガス（ガスレーザ
媒質）の電子付着による初期電子の減少時間とのバラン
スが要因と考えられている。

【０００４】このような従来のパルスガスレーザ発振装
置では、図１６（ａ）に示すようにレーザ発振ｄの後も
主放電電極１１の間に残留電流（アフターカレント）が
流れてしまうが、この電流のエネルギーは小さいもので
グロー放電を形成することができないので、主放電電極
１１の間におけるハロゲンガスが励起されることはな
い。代わりに局所的なアーク放電が生じ、その結果、電
流密度が高くなったり、温度上昇による蒸発やイオン衝
突によるスパッタにより主放電電極１１が損傷してしま
う。

【０００５】そして、紫外線予備電離方式では長時間
（１０⁹ 〜１０¹⁰パルス）の動作で予備電離電極９が消
耗し、各予備電離電極９，９の間のギャップ間隔が大き
くなったり不揃いになることで、予備電離の均一性や強
度が低下してしまう。その結果、パルスガスレーザ発振
装置自体の平均出力が低下するとともに、パルス間の出
力変動が大きくなるなどによって、パルスガスレーザ発
振装置自体の出力特性も悪化する。

【０００６】更には、予備電離電極９の消耗は、主放電
電極１１の間で起こるハロゲンガスの励起を不安定にし
て、主放電電極１１を消耗させる原因にもなる。加え
て、消耗した予備電離電極９からのダストによって、レ
ーザチャンバの内部を汚染するだけでなく、励起に用い
るハロゲンガスも劣化してしまう。これらを防ぐため
に、定期的に主放電電極１１や予備電離電極９を交換し
ているが、交換にかかる費用や時間が多くなり装置の稼
働率が低下する。

【０００７】また、予備電離にＸ線やコロナ放電を用い
る場合には、予備電離専用のスイッチング回路を持つ場
合がある。その場合には、遅延時間は遅延回路の挿入で
制御可能となるが、パルスガスレーザ発振装置としては
回路が複雑になる為に、現在は殆ど実用化されていな
い。

【０００８】紫外線予備電離方式では、予備電離回路を
設けて回路時定数で遅延時間を調整可能とした公知例と
して、特公平７―８３８６号公報が存在し、また、コロ
ナ予備電離方式では、予備電離回路を遅延回路による遅
延時間を調整可能にした公知例として、特公平７―７８
５７号公報が存在する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
技術では、予備電離電極９や主放電電極１１が消耗して
しまい、パルスガスレーザ発振装置を構成する各部品の
寿命が短く、またその結果、ハロゲンガスの劣化も早か
った。

【００１０】そして、以上の様に遅延回路を設けて紫外
線による予備電離電極９の点弧から主放電電極１１が点
弧するまでの遅延時間を固定する方法も行われてはいた
が、レーザ出力が最大になる範囲は、動作条件（ガス混
合比，全ガス圧力，充電電圧，ガスの使用時間，予備電
離電極間のギャップ間隔等）で変化するため、それに伴
うレーザ出力の変動、特にパルスごとの変動は避けるこ
とは出来なかった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、励起
ガスを封入する容器と、この容器内に対向して設けられ
た主放電電極と、この主放電電極間の上記励起ガスを予
備電離させる予備電離電極と、上記主放電電極及び上記
予備電離電極間に供給する電力を充放電する主コンデン
サを備えた充放電回路と、この充放電回路に電力を供給
する電源と、上記主コンデンサからの電力を蓄電する上
記一対の主放電電極に電気的に並列に接続されたピーキ
ングコンデンサと、上記主放電電極間で発生した光を増
幅する光共振器とを具備するパルスガスレーザ発振装置
において、上記主コンデンサと上記ピーキングコンデン
サを接続する回路が、上記予備電離電極を介するものと
介さないものとに分岐しており、少なくとも一方の分岐
した回路に過飽和リアクトルが接続されていることを特
徴とするパルスガスレーザ発振装置である。

【００１２】請求項２によれば、上記過飽和リアクトル
の飽和時間を変化させて、上記予備電離電極を流れるパ
ルス電流とそれ以外のパルス電流のタイミングを上記過
飽和リアクトルを接続していない場合のパルス電流の流
れるタイミングを基準にしてプラス，マイナス３００ｎ
ｓ以内で調整することを特徴とする請求項１に記載のパ
ルスガスレーザ発振装置である。

【００１３】請求項３によれば、上記予備電離電極を流
れる電流は総電流の３０％以下であることを特徴とする
請求項１に記載のパルスガスレーザ発振装置である。請
求項４によれば、上記予備電離電極を介する回路と介さ
ない回路との双方に取り付けられた上記過飽和リアクト
ルの飽和時間は、異なることを特徴とする請求項１に記
載のパルスガスレーザ発振装置である。

【００１４】請求項５によれば、上記予備電離電極と上
記主放電電極との電離方式は、自動予備電離方式である
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスガスレーザ発
振装置である。

【００１５】請求項６によれば、励起ガスを封入する容
器と、この容器内に対向して設けられた主放電電極と、
この主放電電極間の上記励起ガスを予備電離させる予備
電離電極と、上記主放電電極及び上記予備電離電極間に
供給する電力を充放電する主コンデンサを備えた充放電
回路と、この充放電回路に電力を供給する電源と、上記
主コンデンサからの電力を蓄電する上記一対の主放電電
極に電気的に並列に接続されたピーキングコンデンサ
と、上記主放電電極間で発生した光を増幅する光共振器
とを具備するパルスガスレーザ発振装置において、上記
主コンデンサと上記ピーキングコンデンサを接続する回
路が、上記予備電離電極を介するものと介さないものと
に分岐しており、上記予備電離電極を介しない回路の方
が上記予備電離電極を介する回路の方よりも低いインピ
ーダンスを有することを特徴とするパルスガスレーザ発
振装置である。

【００１６】請求項７によれば、レーザ光を出射するパ
ルスガスレーザ発振装置と、このパルスガスレーサ発振
装置から出射したレーザ光を整形する光学系と、この光
学系により整形されたレーザビームが照射される被処理
物を設置するチャンバとを備えたレーザアニール装置に
おいて、上記パルスガスレーザ発振装置は、請求項１乃
至請求項６のうちのいずれか１項に記載のパルスガスレ
ーザ発振装置であることを特徴とするレーザアニール装
置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図面を参照して説明する。図１は、等価回路を
示すもので、符号に関して従来例を示す図２１と同一符
号のものは、従来例と同一又は従来例に相当する部分を
示す。

【００１８】直流電源１には、直列に充電用抵抗２と主
コンデンサ３更に浮遊インダクタンス４が接続されてい
る。直流電源１によって、直流電源１→充電用抵抗２→
主コンデンサ３→充電リアクトル６→直流電源１の回路
で主コンデンサ３は充電される。サイラトロン５（高電
圧スイッチング素子）にトリガーパルスを入力すること
により作動させると、充電された電荷は主コンデンサ３
→浮遊インダクタンス４→ピーキングコンデンサ７ａ→
サイラトロン５で構成された回路と、主コンデンサ３→
浮遊インダクタンス４→予備電離電極９→ピーキングコ
ンデンサ７ａ→サイラトロン５とで構成された回路との
両方でピーキングコンデンサ７ａ，７ｂに移行する自動
予備電離方式を形成している。

【００１９】このとき、予備電離電極（ピン電極）９の
間に予備電離放電が点弧する。主放電電極１１及び予備
電離電極９はガスレーザ媒質が封入されたレーザチャン
バ（気密容器）内に設置されている。図３（ａ）に主放
電電極１１，１１間の電圧波形を、図３（ｂ）に予備電
離電極９，９と主放電電極１１，１１を流れる電流波形
を示す。図３（ａ）及び（ｂ）で、過飽和リアクトル
（過飽和インダクタンス）１２ａを回路中に挿入しない
ときは、実線で示した波形となり、予備電離電流が流れ
始める時間（予備電離放電の点弧）に対する主放電電流
が流れ始める時間（主放電の点弧）の遅延時間が４００
ｎｓであった。

【００２０】このときには、図５に示すようにレーザ出
力のパルス毎のエネルギー変動率（σ）が２．８％であ
った。過飽和リアクトル１２ａを挿入することで、予備
電離電極９に流れる電流が過飽和リアクトル１２ａの飽
和時間分だけ遅れて（約１００ｎｓ）点線で示すような
波形となった。この結果、遅延時間は４００ｎｓから３
００ｎｓとなり、エネルギー変動率（σ）は２．０％に
低減された。

【００２１】このときの出力エネルギーは、図４に実線
で示すように変化していないが、ガス混合比等の動作条
件を変化させることによって遅延時間に対する出力特性
は点線のようになり、出力増加とエネルギー変動率低減
との両方に効果がある場合もある。

【００２２】なお、この第１の実施の形態で用いたサイ
ラトロン５の代わりに、作用が同じで高周波を得られる
半導体スイッチとパルス圧縮回路を用いた場合にも、同
様な効果があることは言うまでもない。

【００２３】例えば、図６に示すようにパルス圧縮の効
果で主放電電極１１対間の電圧波形のパルス幅が短い場
合がある。この場合には、過飽和リアクトル１２ｂを回
路中に挿入しないときは実線で示した波形となる。この
場合、予備電離電流が流れ始める時間（予備電離放電の
点弧）に対する主放電電流が流れはじめる時間（主放電
の点弧）の遅延時間が２００ｎｓであった。

【００２４】また、このときは図５に示すように、レー
ザ出力のパルスごとのエネルギー変動率（σ）が３．０
％であった。過飽和リアクトル１２ｂを挿入すること
で、ピーキングコンデンサ７ｂに流れる電流が過飽和リ
アクトル１２ｂの飽和時間分だけ遅れて（約１００ｎ
ｓ）、図６に点線で示すような電圧波形となった。この
結果、遅延時間は２００ｎｓから３００ｎｓとなり、エ
ネルギー変動率（σ）は２．０％に低減された。このと
きの出力エネルギーは、図４において実線で示すように
変化していない。

【００２５】つまり、ピーキングコンデンサ７ａ，７ｂ
と主放電電極１１を接続する導体に過飽和リアクトル１
２ａ，１２ｂのコアを付けることで遅延時間を調整する
ことができる。過飽和リアクトル１２ａ，１２ｂのコア
は一般に半割れタイプであるため簡単に着脱が可能であ
る。過飽和リアクトル１２ａ，１２ｂのコアの取付位置
や段数を調整することでで遅延時間が、プラス方向及び
マイナス方向の両方向に調整可能である。もちろん、ピ
ーキングコンデンサ７ａ，７ｂの両方に過飽和リアクト
ル１２ａ，１２ｂのコアを付けその飽和時間の差によっ
て調整してもよい。

【００２６】ピーキングコンデンサ７ａ，７ｂ間の容量
比を変化させて、予備電離電極９に流れる電流を調整す
ることが可能であり、ピーキングコンデンサ７ａの容量
を小さくすることで主コンデンサ３→浮遊インダクタン
ス４→過飽和リアクトル７ｂ→ピーキングコンデンサ７
ｂ→サイラトロン５とで構成された回路に大部分の電流
が流れる。即ち、予備電離電極９に対するバイパス回路
となっている。

【００２７】これにより、予備電離電極９の消耗を防
ぎ、予備電離電極９の部品やガス媒質を長寿命化するこ
とが可能になった。本実施例においては、予備電離電極
９に流れる電流は、ピーキングコンデンサ７ａを総容量
の３０％以下にした際に良好な結果が得られた。

【００２８】図７は、本発明の第１の実施の形態に関す
る変形例の等価回路を示したものである。作用は同じで
あるが予備電離電極９の位置が異なる（第１の実施の形
態が主放電電極１１に並列に接続されているのに対し
て、この変形例では主放電電極１１に直列に接続されて
いる）回路を示したもので、符号の同じ構成がもつ作用
は、図１と同様である。これらの回路構成については、
これ以外にも本発明の趣旨に沿って種々可能であること
は言うまでもない。

【００２９】次に、本発明の第２の実施の形態について
の概略構成図を図８に示す。レーザチャンバ１３の中に
ガスレーザ媒質が封入されており、直流電源１によって
主放電電極１１の間、つまり主放電電極間ギャップ１０
で主放電が発生する。主放電で発振した光は、図示しな
いレーザ共振器によって増幅されて、レーザ光として出
力される。

【００３０】この第２の実施の形態では、主放電電極間
ギャップ１０に主放電を点弧させるに先立って、主放電
電極１１の間の放電空間部（主放電電極間ギャップ１０
と重なる）を予備電離するためにバラストコイル１４と
予備電離電極（ピン電極）９とから構成される複数の予
備電離手段を有する。このバラストコイル１４は、複数
の予備電離電極９の間に均一に電流（主コンデンサ３か
らピーキングコンデンサ７へと流れる電流）が流れるよ
うにするために設けられている。上記の予備電離手段と
は、並列に過飽和リアクトル１２が接続されており、こ
の予備電離手段に対するバイパス回路を構成している。

【００３１】図９に、第２の実施の形態についての等価
回路を示す。直流電源１には、直列に充電用抵抗２と主
コンデンサ３、更には浮遊インダクタンス４が接続され
ている。主コンデンサ３は、直流電源１によって、直流
電源１→主コンデンサ３→過飽和リアクトル１２→充電
用リアクトル６→直流電源１の回路で充電される。ここ
で、充電用リアクトル６は、過飽和リアクトル１２の飽
和を解除する作用をももつ。この時には、予備電離電極
９の間の電圧は上昇しないので、予備電離放電は点弧し
ない。

【００３２】そして、サイラトロン５にトリガーパルス
を入力することによって作動させると、主コンデンサ３
に充電された電荷は、主コンデンサ３→サイラトロン５
→ピーキングコンデンサ７→予備電離電極９→バラスト
コイル１４→主コンデンサ３で構成された回路によっ
て、ピーキングコンデンサ７へ移行する。このときに予
備電離電極９の間に予備電離放電が点弧する。過飽和リ
アクトル１２は、印加電圧と電圧時間との積、つまり流
れる電流が所定値（予備電離放電の点弧直後）になる
と、飽和してインダクタンスが低下し、導通状態になる
ように設計されている。

【００３３】よって、導通状態のときではバラストコイ
ル１４及び予備電離電極９から構成される回路よりもイ
ンピーダンスが小さいために、予備電離放電の直後から
は、主コンデンサ３に充電された電荷は、主コンデンサ
３→サイラトロン５→ピーキングコンデンサ７→過飽和
リアクトル１２→主コンデンサ３で構成された回路でピ
ーキングコンデンサ７へ移行するので、上述したように
予備電離手段に対するバイパス回路となっている。な
お、図１０に予備電離電極９を流れる電流及び過飽和リ
アクトル１２（バイパス回路）を流れる電流を示す。

【００３４】ここまでは、過飽和リアクトル１２を用い
た回路を示したが、サイラトロンやギャップスイッチを
用いても同様の効果が得られる。図１１にサイラトロン
１５を用いた上記バイパス回路から構成される、本発明
の第３の実施の形態についての等価回路を示す。図９に
示す第２の実施の形態とは、サイラトロン１５を用いて
上記バイパス回路を構成したことが異なるだけで、他の
構成は同様である。

【００３５】図１０には、予備電離電極９に流れる電流
と上記バイパス回路に流れる電流を示しているが、図１
１と併せて説明する。この図１０における時間ｔ₁ でト
リガパルスを入力し、図１１のサイラトロン５が作動し
始め、予備電離に必要な時間をディレイ回路１６で遅ら
せた後に、この図における時間ｔ₂ でサイラトロン１５
が作動し始める。このような構成によって、第２の実施
の形態と同様の効果を得ている。

【００３６】図１２には、本発明の第２の実施の形態に
おける過飽和リアクトル１２の代わりに、インダクタン
ス値が１μＨ以下のバイパス用リアクトル１７（ここで
は１μＨ）を接続したもの第４の実施の形態についての
等価回路を示す。ここでは、主コンデンサ３の充電後に
サイラトロン５が作動し始めても、バイパス用リアクト
ル１７の値を予備電離放電が点弧するのに可能な限り小
さくすることによって、上記バイパス回路に電流が流れ
るようにしたものである。なお、ここでは充電用リアク
トル６のインダクタンス値を５０μＨ、バラストコイル
１４のインダクタンス値を１０μＨ、主コンデンサ３の
容量を２０ｎＦ、ピーキングコンデンサの容量を２０ｎ
Ｆと設定している。

【００３７】また、バイパス用リアクトル１７の逆起電
力によって、予備電離電極９の間に予備電離放電が点弧
されるようになっている。この実施の形態は、上記の実
施の形態に比べて上記バイパス回路を流れる電流は小さ
くなるが、簡単に回路を構成できるという利点がある。

【００３８】図１３に本発明の第５の実施の形態につい
ての等価回路を示す。この第５の実施の形態は、主コン
デンサ３を予備電離放電に寄与する主コンデンサ３ａ
（バラストコイル１４に直列接続）と、上記バイパス回
路に寄与する主コンデンサ３ｂ（バイパス用リアクトル
１７に直列接続）とに分割したものである。この第４の
実施の形態によると、第４の実施の形態よりも回路が複
雑になるものの、上記バイパス回路のインダクタンス値
を小さくすることができ（数十μＨ以下）、このバイパ
ス回路に流れる電流を増加させることができる。

【００３９】また、図１４に本発明の第６の実施の形態
についての等価回路を示す。主コンデンサ３は、直流電
源１によって直流電源１→充電用抵抗２→主コンデンサ
３→過飽和リアクトル１２ｃ→減衰用抵抗１８→可変リ
アクトル１９→直流電源１の回路で充電される。主コン
デンサ３を充電する回路に流れる電流によって、過飽和
リアクトル１２ｃは導通状態を解除される。

【００４０】次に、サイラトロン５にトリガーパルスを
入力して作動させると、主コンデンサ３に充電された電
荷は、主コンデンサ３→サイラトロン５→ピーキングコ
ンデンサ７→予備電離電極９→主コンデンサ３の回路で
ピーキングコンデンサ７に移行し、予備電離電極９の間
に予備電離放電が点弧する。

【００４１】過飽和リアクトル１２ｃは、印加電圧と電
圧印加時間との積、つまり流れる電流が所定値（予備電
離放電の点弧直後）になると、飽和してインダクタンス
値が低下し、導通状態になるようになっている。過飽和
リアクトル１２ｃが予備電離放電の点弧直後に飽和する
ように、減衰用抵抗１８及び可変リアクトル１９は設計
されている。

【００４２】この導通状態のときでは、バラストコイル
１４及び予備電離電極９から構成されるよりもインピー
ダンスが小さいために、予備電離放電の直後からは、主
コンデンサ３に充電された電荷は、主コンデンサ３→過
飽和リアクトル１２ｃ→減衰用抵抗１８→可変リアクト
ル１９→主コンデンサ３で構成された回路で減衰用抵抗
１８へ移行する。そして、この減衰用抵抗１８で電気エ
ネルギーの大部分が消費されるので、上述したように予
備電離手段に対するバイパス回路となっている。

【００４３】図１５において、（ａ）には［従来の技
術］の項に記載した回路の主放電電極１１の間に流れる
電流Ｉを示し、（ｂ）には主放電電極９を流れる電流Ｉ
₁ を示し、（ｃ）には上記バイパス回路を流れる電流Ｉ
₂ を示し、（ｄ）にはレーザパルス波形Ｗを示す。過飽
和リアクトル１２ｃについて、導通（飽和）のタイミン
グを「過飽和インダクタンスの導通」（過飽和リアクト
ルのＯＮ状態）で示したように、レーザの発振直後であ
ればレーザ出力が低下することはない。

【００４４】しかし、導通のタイミングは図１６（ａ）
で示した主放電電極間ギャップ１０の電圧波形Ｖの斜線
部の面積（印加電圧と電圧印加時間との積）で決まるの
で、Ｖの値が変化するに従って、同図（ｂ）のように導
通のタイミングも変化する。そこで、この実施の形態に
おいてはＶの値の変化に対して、過飽和リアクトル１２
ｃの導通のタイミングを補償するため、可変リアクトル
１９が過飽和リアクトル１２ｃに対して直列に挿入され
ている。例えば、Ｖは出力一定の制御を充電電圧で行な
う場合や、ガス劣化又はガス混合条件の変化などで変わ
ってしまう。

【００４５】そこで、充電電圧が低い場合には、図１７
（ａ）に示すように導通のタイミングが早まり、同図
（ｂ）に示すようにレーザ発振に必要な電流を上記バイ
パス回路に流すことになる。その結果、電流Ｉ₁ が減少
するのに対して電流Ｉ₂ が増加し、レーザ出力が低下し
てしまう。

【００４６】その一方、同図（ｃ）に示すように導通の
タイミングが遅くなればなるほど電流Ｉ₂ が減少して、
［従来の技術］の項で問題にした主放電電極間ギャップ
１０での残留電流（アフターカレント）を低減させる効
果が減少する。

【００４７】そこで、可変リアクトル１９の値を調整す
ることにより、過飽和リアクトル１２ｃに印加される電
圧波形を変化させて、過飽和リアクトル１２ｃの導通タ
イミングを常にレーザ発振直後（最適値）に保つように
した。例えば、レーザ発振器の出力を一定に制御してい
る際に、ガスレーザ媒質が劣化し緩やかに充電電圧が上
昇した場合には、図１４において可変リアクトル１９の
値をコントローラ２０で徐々に減少させることによって
対応できる。一方、ガスレーザ媒質の注入時に充電電圧
の急激な減少が起こった場合には、可変リアクトル１９
の値をコントローラ２０で急激に増加させることによっ
て対応できる。

【００４８】図１８には、この第６の実施の形態に関す
る変形例の等価回路を示す。この変形例は、サイラトロ
ン５の保護を考慮したものである。サイラトロン５の消
費電力を減少させるために、主コンデンサ３に直列接続
され磁気アシスト法を用いた過飽和リアクトル１２ｄを
有している。そして、サイラトロン５に逆向きの電流が
流れるのを防ぐために、ダイオード２１も有している。
さらに、充電用抵抗２で大部分を消費させて、上述した
予備電離手段に対するバイパス回路としている。

【００４９】なお、以上の各実施の形態において図１９
に示すように予備電離電極９に誘電体２２を取り付け、
この誘電体２２の沿面放電を利用することで、放電開始
電圧を低下させることも有効である。予備電離電極９の
間のギャップ間隔を１〜２ｍｍ程度に狭く保つことでも
放電開始電圧を低下させることができるが、この間隔が
狭すぎると、予備電離の能力が低下することから、上述
のような誘電体２２の使用が望ましい。

【００５０】次に、本発明の第７の実施の形態について
説明する。図２０は、本発明の第１〜第６の実施の形態
に係るパルスガスレーザ発振装置を用いたレーザアニー
ル装置である。近年の、半導体装置や液晶表示装置の分
野では、シランガス（ＳｉＨ₄ ）を用いたプラズマＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition ）法（約３００℃のプ
ロセス）等により基板上に成膜された非晶質シリコン
（アモルファスシリコン：ａ−Ｓｉ）膜にレーザ光等を
照射し、多結晶シリコン（ポリシリコン：ｐ−Ｓｉ）膜
にすることで、電子移動度（electron mobility ）の高
い多結晶半導体膜を形成するためや、半導体膜にトラン
ジスタとしての動作をさせる不純物（ドナー／アクセプ
タ）の活性化をさせるためのエキシマレーザアニール
（ＥＬＡ：Excimer Laser Anneal）技術が開発されてい
る。

【００５１】上述の多結晶化されたシリコン膜を用いた
液晶表示装置を製造する際に用いる、図２０に示された
レーザアニール装置に関して詳解する。このレーザアニ
ール装置は、XeClレーザ光をａ−Ｓｉ：Ｈ膜（水素を含
有しているａ−Ｓｉ膜）の成膜された基板１０１（被処
理物）に照射するものである。

【００５２】本発明の第１〜第６の実施の形態で示され
たパルスガスレーザ発振装置１０２から出射されたレー
ザ光は、コリメータ１０３を介してシリンドリカルレン
ズ等の集光レンズ１０４によって集光され、ホモジナイ
ザを含む光学系としてのカライドスコープ１０５の入射
端面から内部へ入射される。このカライドスコープ１０
５は、高反射性を有する研磨されたアルミニウム板を四
枚組み合わせた筒状の構成を採っている。そして、直方
体の形状であり内部に四角形の中空部を持っている。こ
のカライドスコープ１０５の出射端面では、カライドス
コープ１０５の中空部での光の多重反射によってレーザ
光の照射面でのエネルギー強度分布が平坦化された光が
ライン状に出射される。

【００５３】さて、カライドスコープ１０５の出射端面
から出射されたレーザ光は、ミラー１０６にて下方へ反
射され、結像レンズ１０７により窓１０８を通して処理
チャンバ１０９内のａ−Ｓｉ：Ｈ膜の成膜された基板１
０１上に結像される。即ちこのときレーザ光の結像面は
基板１０１上にある。基板１０１はＸＹテーブル１１０
上に載置されており、これによりレーザ光と基板１０１
とは相対的に走査される。なお、この処理チャンバ１０
９はゲートバルブＧによって外界とは処断されており、
その内部は真空ポンプによってバルブを介して真空とさ
れているか、又はＮ₂ ボンベからバルブを介して供給さ
れた、Ｎ₂ に代表される不活性な気体で満たされてお
り、これらの設定条件によって最適なアニール処理が行
うことのできる状態とされている。

【００５４】ここで、本発明の第１〜第６の実施の形態
に係るパルスガスレーザ発振装置を用いることによっ
て、パルス毎のレーザエネルギーの変動が小さい、高安
定なパルスガスレーザ発振装置を得ることが可能にな
り、良好なアニール処理ができるようになった。また、
定期的な主放電電極や予備電離電極の交換サイクルが伸
びて、交換にかかる費用や時間が少なくなり、稼働率が
向上するとともに、レーザアニール装置の長寿命化が実
現できるようになった。

【００５５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のパルス
ガスレーザ発振装置は、請求項１から請求項７の発明に
よると、従来では、予備電離放電に対する主放電の遅延
時間の調整が困難であった紫外線励起自動予備電離方式
において、主コンデンサとピーキングコンデンサを接続
する回路を、予備電離電極を介するものと介さないもの
とに分岐して、少なくとも一方の回路に過飽和リアクト
ルを接続させて遅延時間の調整を可能にしたため、パル
ス毎のレーザエネルギーの変動が小さい高安定なレーザ
発振装置が可能になり、予備電離電極への入力を低下さ
せることができた。

【００５６】また、回路を予備電離電極を介するものと
介さないものとに分岐する際に、予備電離電極を介さな
いもののインピーダンスを介するもののインピーダンス
よりも低くしたので装置の長寿命化が実現できるように
なった。更に、このパルスガスレーザ発振装置を用いる
ことで、レーザアニール装置の稼働率が向上するととも
に、レーザアニール装置の長寿命化が実現できるように
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパルスガスレ
ーザ発振装置の等価回路図。

【図２】図１のパルスガスレーザ発振装置に係る要部の
接続構造を示す断面模式図。

【図３】図１のパルスガスレーザ発振装置に係る主放電
電極間の電圧波形と電流波形を示すグラフ。

【図４】図１のパルスガスレーザ発振装置に係るレーザ
出力エネルギーと遅延時間とのグラフ。

【図５】図１のパルスガスレーザ発振装置に係るレーザ
出力エネルギー変動率と遅延時間とのグラフ。

【図６】図１のパルスガスレーザ発振装置に係る主放電
電極間の電圧波形を示すグラフ。

【図７】本発明第１の実施の形態に関する他の実施例に
係るパルスガスレーザ発振装置の等価回路図。

【図８】本発明の第２の実施の形態のパルスガスレーザ
発振装置に係る断面構成図。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係るパルスガスレ
ーザ発振装置の等価回路図。

【図１０】図９のパルスガスレーザ発振装置に係る予備
電離電極間及びバイパス回路での電流波形を示すグラ
フ。

【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るパルスガス
レーザ発振装置の等価回路図。

【図１２】本発明の第４の実施の形態に係るパルスガス
レーザ発振装置の等価回路図。

【図１３】本発明の第５の実施の形態に係るパルスガス
レーザ発振装置の等価回路図。

【図１４】本発明の第６の実施の形態に係るパルスガス
レーザ発振装置の等価回路図。

【図１５】従来のパルスガスレーザ発振装置及び図１４
のパルスガスレーザ発振装置に係る主放電電極間及びバ
イパス回路での電流波形並びにレーザパルス波形を示す
グラフ。

【図１６】図１５のパルスガスレーザ発振装置に係る主
放電電極間の電圧波形及び電流波形並びにバイパス回路
の電流波形を示すグラフ。

【図１７】図１６のグラフにおいて過飽和リアクトルの
導通タイミングを変化させた場合を示すグラフ。

【図１８】本発明の第６の実施の形態に関する他の実施
例に係るパルスガスレーザ発振装置の等価回路図。

【図１９】本発明に係るパルスガスレーザ発振装置の予
備電離電極の拡大構成図。

【図２０】本発明の第７の実施の形態に係るレーザアニ
ール装置の概略構成図。

【図２１】本発明の従来例に係るパルスガスレーザ発振
装置の等価回路図。

【符号の説明】

１…直流電源，２…充電用抵抗，３・３ａ・３ｂ…主コ
ンデンサ ４…浮遊インダクタンス，５・１５…サイラトロン，６
…充電リアクトル ７・７ａ・７ｂ…ピーキングコンデンサ，９…予備電離
電極 １０…主放電電極間ギヤップ，１１…主放電電極 １２ａ・１２ｂ・１２ｃ・１２ｄ…過飽和リアクトル，
１３…レーザチャンバ １４…バラストコイル，１６…ディレイ回路，１７…バ
イパス用リアクトル １８…減衰用抵抗，１９…可変リアクトル，２０…コン
トローラ ２１…ダイオード，２２…誘電体，１０１…基板 １０２…パルスガスレーザ発振装置，１０３…コリメー
タ，１０４…集光レンズ １０５…カライドスコープ，１０６…ミラー，１０７…
結像レンズ １０８…窓，１０９…処理チャンバ，１１０…ＸＹテー
ブル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起ガスを封入する容器と、この容器内
   に対向して設けられた主放電電極と、この主放電電極間
   の上記励起ガスを予備電離させる予備電離電極と、上記
   主放電電極及び上記予備電離電極間に供給する電力を充
   放電する主コンデンサを備えた充放電回路と、この充放
   電回路に電力を供給する電源と、上記主コンデンサから
   の電力を蓄電する上記一対の主放電電極に電気的に並列
   に接続されたピーキングコンデンサと、上記主放電電極
   間で発生した光を増幅する光共振器とを具備するパルス
   ガスレーザ発振装置において、 上記主コンデンサと上記ピーキングコンデンサを接続す
   る回路が、上記予備電離電極を介するものと介さないも
   のとに分岐しており、少なくとも一方の分岐した回路に
   過飽和リアクトルが接続されていることを特徴とするパ
   ルスガスレーザ発振装置。
2. 【請求項２】 上記過飽和リアクトルの飽和時間を変化
   させて、上記予備電離電極を流れるパルス電流とそれ以
   外のパルス電流のタイミングとを、上記過飽和リアクト
   ルを接続していない場合のパルス電流の流れるタイミン
   グを基準にしてプラス，マイナス３００ｎｓ以内で調整
   することを特徴とする請求項１に記載のパルスガスレー
   ザ発振装置。
3. 【請求項３】 上記予備電離電極を流れる電流は総電流
   の３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の
   パルスガスレーザ発振装置。
4. 【請求項４】 上記予備電離電極を介する回路と介さな
   い回路との双方に取り付けられた上記過飽和リアクトル
   の飽和時間は、異なることを特徴とする請求項１に記載
   のパルスガスレーザ発振装置。
5. 【請求項５】 上記予備電離電極と上記主放電電極との
   電離方式は、自動予備電離方式であることを特徴とする
   請求項１に記載のパルスガスレーザ発振装置。
6. 【請求項６】 励起ガスを封入する容器と、この容器内
   に対向して設けられた主放電電極と、この主放電電極間
   の上記励起ガスを予備電離させる予備電離電極と、上記
   主放電電極及び上記予備電離電極間に供給する電力を充
   放電する主コンデンサを備えた充放電回路と、この充放
   電回路に電力を供給する電源と、上記主コンデンサから
   の電力を蓄電する上記一対の主放電電極に電気的に並列
   に接続されたピーキングコンデンサと、上記主放電電極
   間で発生した光を増幅する光共振器とを具備するパルス
   ガスレーザ発振装置において、 上記主コンデンサと上記ピーキングコンデンサを接続す
   る回路が、上記予備電離電極を介するものと介さないも
   のとに分岐しており、上記予備電離電極を介しない回路
   の方が上記予備電離電極を介する回路の方よりも低いイ
   ンピーダンスを有することを特徴とするパルスガスレー
   ザ発振装置。
7. 【請求項７】 レーザ光を出射するパルスガスレーザ発
   振装置と、このパルスガスレーサ発振装置から出射した
   レーザ光を整形する光学系と、この光学系により整形さ
   れたレーザビームが照射される被処理物を設置するチャ
   ンバとを備えたレーザアニール装置において、 上記パルスガスレーザ発振装置は、請求項１乃至請求項
   ６のうちのいずれか１項に記載のパルスガスレーザ発振
   装置であることを特徴とするレーザアニール装置。