JPS61176178A - ガス循環式放電型レ−ザ−チヤンバ− - Google Patents

ガス循環式放電型レ−ザ−チヤンバ−

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JPS61176178A
JPS61176178A JP1731685A JP1731685A JPS61176178A JP S61176178 A JPS61176178 A JP S61176178A JP 1731685 A JP1731685 A JP 1731685A JP 1731685 A JP1731685 A JP 1731685A JP S61176178 A JPS61176178 A JP S61176178A
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JP
Japan
Prior art keywords
main discharge
laser
gas
electrode
gas circulation
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Pending
Application number
JP1731685A
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English (en)
Inventor
Shinichiro Kawamura
信一郎 河村
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Nikon Corp
Original Assignee
Nippon Kogaku KK
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/038Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

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】 (発明の技術分野) 本発明はガス循環式放電型レーザーチャンバーの改良に
関するものである。
(発明の背景) 強力な紫外線を発することができるエキシマレーザ−は
、リソグラフィー、光エッチング、光CVD、光酸化、
光アニーリング、光ドーピングなどの光源として注目さ
れている。
第2図に初期のエキシマレーザ−チャンバーの基本構造
を示す、チャンバーハウジング1の中に入れられたレー
ザーガスは、一対の主放電電極2゜3に加えられた電解
によって放電し、一対のミラーからなる光共振器(図示
せず)の中でレーザー発振する。第2図中、6及び7は
絶縁材である。
しかし2通常は均一で、かつ再現性の良いレーザー発振
ビームを得るために主放電の前に一対の主放電電極2.
3の間にあるレーザーガスを予備電離させておく必要が
ある。予備電離の方式には。
(i)X線予備電離方式、(ii)電子線予備電離方式
、(iii)コロナ放電予備電離方式、  (iv)紫
外線予備電離方式などがある。(i)、(ii)は大容
量のガスを一様に電離させることができるが、゛装置が
大規模になる欠点がある。それに対しく 1ii)は主
放電電極の近傍に細いワイヤー等のコロナ放電の起こり
やすい電極を配置しただけの簡単な構造で済むが、確実
性の意味から(fv )の方式が実用上価れていると言
える。
(iv)の方式は、第2図に示すように予備電離電極4
または5と主放電電極3との間でスパークさせ、これに
より発生した紫外線でレーザーガスの予備電離を行うも
のである。なお、予備電離電極4に近接させた別の予備
電離電極との間でスパークさせることもある。
従って、主放電電極の幅が狭い時には、第2図のとおり
に、その側面に予備電離用電極を配置すればよいが、主
放電電極の幅や間隔が大きい場合には、予備電離光の透
過室を良<シ、シかも、均一なガス照射ができる位置に
配置しなければならない。このため主放電電極の幅が大
きい場合には第3図に示すように主放電電極3をメツシ
ュ構造にし、その内部に予備電離用電極8を設けたもの
が考案された。
しかし、第2図、第3図に示す構造では、比較的開発の
進んでいるXeClエキシマレーザ−でさえも104〜
10’回のパルス発振を行うと。
レーザーガスの劣化によりパルス出力は初期値のAに低
下してしまう欠点がある。さらに、繰り返し周波数や1
パルス当りのエネルギーを高くする程、レーザーガスは
急激に劣化する。
この最大の原因は主放電電極2と3で挟まれた主放電領
域における主放電の際に、レーザーガスと電極材及びチ
ャンバーハウジング材とが反応して不純物ガスが生成し
9次の主放電を行うと、レーザーガス中に混在した不純
物ガスによって、放電励起効率の低下1発振光の内部吸
収、電極の汚染、レーザー発振にとって有害なアーク放
電への移行が大きくなるためである。
この欠点を解決するために、第4図及び第5図(断面図
)に示すようなレーザーガス循環式のチャンバーが開発
された。
第4図のチャンバーでは外部コンデンサー11゜12に
蓄えられた電荷を主放電電極2,3間で放電されること
によりレーザー発振を行なわせるのである。なお、この
場合にも光共振器は紙面と垂直な方向に主放電電極2.
3を挟むように配置されている。そして、主放電によっ
てレーザーガスと電極材、ハウジング材が反応して発生
した不純物ガスをファン13の回転によって主放電電極
2゜3に挟まれた領域(主放電領域と呼ぶ)から矢印A
に沿って追い出す。その代わり、ハウジング外壁9と内
壁10とに挟まれたレーザーガスリザーバー14内にあ
る新しいレーザーガスが矢印Bに沿って主放電領域に導
かれる。従って9次の主放電を行うときに、主放電領域
の不純物ガス濃度は低くなるので前述のパルス出力低下
は緩和される。
勿論、リザーバーと主放電領域の容積比が大きいことが
望ましい、しかし、第4図の例では、主放電領域がレー
ザーガスリザーバーから離れているためにガス循環が円
滑に行われない欠点がある。
そこで第5図の例では主放電電極2.3をIJザーバー
14の中に組み込んだ形をとっている。また。
コンデンサー11と主放電電極2.3とは、できるだけ
近くに配置した方がレーザー発振に有利であるため、コ
ンデンサー11もリザーバー14の中に組み入れられて
いる。このため、レーザーガスの循環路自身は簡単な円
状になったが、今度はコンデンサー11がガス流のさま
たげとなる。
エキシマレーザ−のパルス繰り返し周波数fを上げるた
めには、レーザーガスを高速に循環させる必要があるの
で、コンデンサー11によるガス流のさまたげは、増々
深刻な問題となる。さらに前述の用途(リソグラフィー
、光エッチング・・・)に利用する際、エキシマレーザ
−の出力ビーム断面形状は、細長い長方形よりも正方形
に近い方が望ましい場合が多く、そのために複雑な光学
系による変換を必要としていた。エキシマレーザ−の出
力ビーム断面を大きな正方形にするには主放電電極2.
3の幅と間隔を大きくシ、かつ同程度の寸法にすればよ
いが、ファン13の能力でパルス繰り返し周波数fは制
限される。
その理由を次に説明する。そのため、まず第6゜7図を
用いて、レーザーガス循環速度、パルス発振繰り返し周
波数f及び電極寸法の関係を説明する。
ガス循環路の幅をり、主放電電極の幅をW9間隔をdと
し、ファン13を一定回転数で回転させたとき主放電領
域を流れるガス流速をVとすると。
V / V 6とd/Dとの関係は第7図のようになる
但し、主放電電極2,3の発振軸方向の長さは一定とし
、また主放電電極2,3を除いた状態でファン13を同
じ回転数で回転させたときのレーザーガス循環速度をv
oとする。第7図からd/Dが0.5〜1の領域では、
v= CD/d)V6の関係があるが、d/D<0.5
ではV / V 6は極大値を持ち、またd/D〜0の
領域では、V/V6、は急激に小さくなる。
他方、正方形に近いビーム断面形状を得るには。
dewとする必要があるが、Wは任意に太き(できるも
のの、dは最大でもDどまりであるので。
結局出来るだけ大きくかつ、正方形に近い形状を得るに
はd/D−1でなければならない。そこでd/D、1付
近におけるガス流速に注目するとそこでは前述のとおり
、vs (D/d)V@の関係繰り返し周波数をfとし
たとき、1/fの間に「主放電によって発生した不純物
ガス」を主放電領域から追い出せばよい。この条件はv
 / f≧Wでありr  v= CD/d)Voである
からw d faD v 。
/fとなる。従って、ビーム断面形状(面積)Wdを大
きくするためには、fを小さくするかIDIvoを大き
くしなければならない。しかし、D。
voを大きくすることはファンの大型化を要求すること
になる。
つまり、エキシマルーザーに限らず、従来のガス循環式
放電型レーザーチャンバーではファンを大型化する、こ
となしに、出力ビーム断面形状を正方形にして大面積化
すると、パルス発振繰り返し周波数fを高くすることが
できず、また、°均一性が低下する。
(発明の目的) 本発明の目的は、第5図の如きガス循環式放゛電型レー
ザーチャンバーに於いてファンを大型化することなしに
、出力ビーム断面形状を正方形にして大面積化し、それ
でいてパルス発振繰り返し周波数fを向上させ、均一化
を可能にすることにある。
(発明の概要) そのため本発明の特徴は、第5図の如くレーザ、−ガス
がはゾ円を描いて循環するガス循環式の放を型レーザー
チャンバーに於いて、一対の主放電電極の主要部をメツ
シュ構造とし、該メツシュ構造部を貫通するようにガス
を循環させることにある。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
(実施例) 第1図は本実施例のチャンバーの概略垂直断面図であっ
て、はゾ同心円状の内壁lOと外壁9とに挟まれたドー
ナツ状のガス循環路中のレーザーガスはファン13によ
ってはり円を描いて矢印A。
B方向に流される。一対の主放電電極2,3は。
いずれも主要部がメツシュ構造となっており、ガス循環
路に対し直角に配置されている。
メツシュ構造の主要部を有する主放電電極3と予備電離
電極8との間でスパークを起こさせると。
ここで生じた紫外線は主放電電極3のメツシュ部を透過
して、一対の主放電電極2と3との間の主放電領域にあ
るレーザーガスを電離させる。この時、予備電離電極8
は主放電電極2の内側に配置望ましい。予備電離の後、
メツシュ状主放電電極2.3間に適当な放電電圧が加わ
ると、主放電が起こり、レーザー発振が行われる。主放
電が起こると、この領域にはレーザー発振に不利益な不
純物ガスも発生するので、これをメツシュ状主放電電極
2を通して追い出してやる。そして、メツシュ状電極3
を通して不純物濃度の低いレーザーガスを送り込んでや
る。
°  ここでレーザーガス循環速度、パルス発振繰り返
し周波数、電極寸法の関係を説明する。ガス循環路の幅
をり、メツシュ状主放電電極2.3の幅をW9間隔をd
とし、ファン13を一定回転数で回転させたとき、主放
電領域を流れるガス流速をVとし、またメツシュの開口
率をαとすれば、V/ V 6 、 αw / Dの関
係は第7図においてd−αWとしたもので表される。但
し、予備電離電極8の影響は小さいので無視し、メツシ
ュ状主放電電極2.3の発振軸方向の長さは一定とし、
また電極2.3を除いた状態でファン13を同じ回転数
で回転させたときのレーザーガス循環速度をvoとする
。パルス発振繰り返し周波数をfとすると。
1/fの間に不純物ガスを放電領域から追い出せ従って
1本実施例で得られるビーム断面積(Wd)をStと、
従来例(第5図)で得られるビーム断面積(wd)をS
、とすると+S1 とS!との比rは、r=S2/5I
=1/αとなり9本実施例のビーム断面積の方が数倍大
きくなる。なお。
メツシュを通過する予備電離用紫外線の量は、開口率α
で制限されるので、αは0.3〜0.7程度に選ぶ必要
がある。
次に本実施例のチャンバーの運転データを数例示す。
〔データ1〕 発振波長λ=249nm・レーザーガス
組成  He:Kr:Fz#97:3:0.2(体積比
) 〃  全気圧  2,5atm ・主放電電極長    1m 〃   幅     3ca+ 〃  間隔   33 ・パルス発振繰り返し周波数   300Hz・開口率
 α     0.5 ・出力        45W ・寿命(初期値の90%毒になる時間)2X10’パル
ス ・ビーム断面形状   2.5 X 2.5 cIll
の正方形〔データ2〕 発振波長λ−308nm・レー
ザーガス組成  Ne:Xe:Hcl#98.9 : 
0.95 : 0.15(体積比) 〃  全気圧  2.5ata+ ・主放電電極長    1m 〃   幅     3clI 〃  間隔   3cm ・パルス発振繰り返し周波数  300Hz・開口率α
      0.5 ・出力        25W ・寿命        2xlO’パルス・ビーム断面
形状   2.5 X 2.5 csの正方形〔データ
3〕 発振波長λ=222ruw・レーザーガス組成 
 Ne:’Kr:Hcl −98:1.5:0.5(体
積 比) ・  〃  全気圧  2,5atm ・主放電電極長    1m 〃   幅     3c11 〃  間隔   3cm ・パルス発振繰り返し周波数  300 Hz・開口率
α      0.5 ・出力        5W ・寿命        2X10’パルス・ビーム断面
形状   2.5 X 2.5 (Jの正方形〔データ
4〕 発振波長λ=193rv+・レーザーガス組成 
 He:Ar:F、=97:2.7:0.3(体積比) ・  I  全気圧  2.5atm ・主放電電極長    1m 、   〃   幅     3al ・  〃  間隔   3am ・パルス発振繰り返し周波数  300 Hz・開口率
α      0.5 ・出力        20w ・寿命        4.5X10’パルス・ビーム
断面形状   2.3 X 2.3 cmの正方形なお
、予備電離電極8は主放電電極2又は3の内側だけでな
く、電極2.3の間にやや離して配置してもよい。
また1本発明のチャンバー内に第8図に示すように、従
来から行われている不純物ガス吸着用の。
低温トラップを配置してもよく、その場合には。
パルス発振繰り返し寿命は10〜20%向上する。
発振出力パワーが低下した場合には、ハロゲンガスを補
給するか、混合されたレーザーガスを再注入することに
よって、初期発振出力パワーに復帰させることができる
更に循環用ファン13の位置は、第9図に示すようにリ
ザーバーの中央に位置させてもよい。
(発明の効果) 以上のように本発明によれば、主放電電極をメツシュ構
造とし、該メツシュ構造を貫通するようにレーザーガス
循環路を設定したので主放電領域耗 から効率的に不純物ガスを追い出せ、その効果ファンを
大型化することなくガス循環を行なえるほか、高いパル
ス繰り返し周波数で発振させながら大面積の正方形ビー
ム断面を均一性良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明の実施例にかかるチャンバーの概略垂
直断面図である。 第2〜6図は、従来のチャンバーの概略垂直断面図であ
る。 第7図はガスの流速と主電離電極の寸法との関係を示す
グラフである。 第8図及び第9図は1本発明の他の実施例にかかるチャ
ンバーの概略垂直断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 t  −−−−−−−−−−−・−・ ハウジング2.
3 ・−・・−・ 一対の主放電電極4.5.8  ・
−−−一一一一・ 予備電離電極9−・−−−−−−−
−−−−一 外壁(ハウジング)10 −−−−−−−
−−−−一 内壁13−・−・−ファン

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 レーザーガスがほゞ円を描いて循環するガス循環式
    放電型レーザーチャンバーに於いて、一対の主放電電極
    の主要部をメッシュ構造とし、該メッシュ構造を貫通し
    てレーザーガスが循環するように前記電極を配置したこ
    とを特徴とするチャンバー。 2 前記一対の主放電電極の一方の内側に予備電離用電
    極を配置したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のチャンバー。
JP1731685A 1985-01-31 1985-01-31 ガス循環式放電型レ−ザ−チヤンバ− Pending JPS61176178A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH045667U (ja) * 1990-05-02 1992-01-20

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH045667U (ja) * 1990-05-02 1992-01-20

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