(57)【要約】      （修正有）【課題】  放電に対する音響波の影響を最小に抑え、スペクトル線幅等のレーザ性能の周波数特性を改善する。【解決手段】  １００〜３００ｋＨｚ以上の高周波成分を含んだ音響波を減衰するのに適当な気孔を内包する多孔質の吸音材４９をレーザチャンバ内に備える。この吸音材は、主電極１４，１５間で発生した１００〜３００ｋＨｚ以上の高周波成分を含んだ音響波を減衰して反射する。したがって、主電極間に戻る音響波は減衰するため、主電極間のレーザガスの疎密は小さくなる。【選択図】  図７
2006148016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主放電で励起されるレーザガスを内部に封入するレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に互いに対向して設置される一対のアノード及びカソードで構成され、アノードとカソードの間で高電圧が印加された場合に、アノード及びカソードに挟まれる放電空間でパルス状の主放電をする主電極と、
前記レーザチャンバ内に設置され、主放電によって発生する主に１００〜３００ｋＨｚ以上の高周波成分を含んだ音響波を減衰する程度の気孔を内包する多孔質吸音材と、
を備えたパルス発振型放電励起レーザ装置。
【請求項２】
前記多孔質吸音材は、気孔率が８０〜９０％であり、厚さが３〜１０ｍｍである
請求項１記載のパルス発振型放電励起レーザ装置。
【請求項３】
前記多孔質吸音材は、気孔率が７５〜９５％であり、厚さが２〜１５ｍｍである
請求項１記載のパルス発振型放電励起レーザ装置。
【請求項４】
前記多孔質吸音材は、気孔率が７０〜９５％であり、厚さが１〜１５ｍｍである
請求項１記載のパルス発振型放電励起レーザ装置。
【請求項５】
前記多孔質吸音材は、アルミ、ニッケル、銅、ステンレス、アルミナ、窒化アルミのうちの一つである
請求項１記載のパルス発振型放電励起レーザ装置。
【請求項６】
前記多孔質吸音材は、フッ化不動態処理で形成されたフッ化膜を表面に有する
請求項１記載のパルス発振型放電励起レーザ装置。
【請求項７】
放電時に前記放電空間で発生した音響波を反射して当該放電空間に戻す反射体が、ｎ回目の放電時に発生した音響波がｎ＋１回目の放電時迄に前記放電空間に戻されるような放電空間近傍領域から排除されている
請求項１記載のパルス発振型放電励起レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、Ｆ2レーザ等のパルス発振型放電励起レーザ装置に関し、特に放電に伴い発生する音響波がレーザ光の生成やレーザ出力に及ぼす影響を低減するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体基板の露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められている。半導体露光用光源としては、従来の水銀ランプが放出する光より短い波長の光を放出するガスレーザ装置が用いられている。露光用のガスレーザ装置としては、現在は波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。また、次世代を担う露光用ガスレーザ装置としては、波長１５７ｎｍの紫外線を放出するフッ素（Ｆ2）分子レーザ装置が有力である。
【０００３】
ＫｒＦエキシマレーザ装置においては、レーザ媒質であるレーザガスとして、フッ素（Ｆ2）ガスとクリプトン（Ｋｒ）ガス、およびバッファガスとしてネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガスが用いられる。ＡｒＦエキシマレーザ装置においては、レーザ媒質であるレーザガスとして、フッ素（Ｆ2）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガス、およびバッファガスとしてネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガスが用いられる。Ｆ2レーザ装置においては、レーザ媒質であるレーザガスとして、フッ素（Ｆ2）ガス、およびバッファガスとしてヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガスが用いられる。通常、レーザガスはレーザチャンバ内に数百ｋＰａで封入されて使用される。
【０００４】
［ガスレーザ装置の構成と動作］
図１はガスレーザ装置の一構成例を示す図である。  
レーザチャンバ１２内にはレーザガスが封入されており、またレーザガスを励起するためのアノード１４及びカソード１５からなる一対の主電極１４、１５が設けられる。アノード１４及びカソード１５は、それぞれ長手方向がレーザ発振方向と平行にされ、互いの放電面が対向し且つ所定距離だけ互いに離隔するように配置される。なお、図１においては、アノード１４及びカソード１５は紙面の直交方向に配列されている。この主電極１４、１５間（アノード１４、カソード１５間）には高電圧電源２３によって高電圧パルスが印加される。その電圧がある値（ブレークダウン電圧）に到達すると、主電極１４、１５間のレーザガスが絶縁破壊されて、主放電が開始される。この主放電によってレーザガスが励起され、レーザ発振の元となる蛍光が発生する。ガスレーザ装置では、主放電の繰り返しによるパルス発振が行われ、放出されるレーザ光はパルス光となる。
【０００５】
図１には示されていないが、レーザチャンバ１２内には予備電離手段が設けられる。主放電に先駆けて、予備電離手段からは主電極１４、１５間のレーザガスに向けて紫外光が放出される。すると、主電極１４、１５間のレーザガスは予備電離される。予備電離によって後に生ずる主放電が安定する。また、レーザチャンバ１２内にはＣＦＦ（Cross Flow Fan：クロスフローファン）２４が設けられる。高繰り返し発振の際、放電によって主電極１４、１５間には電離物質等が生じるが、ＣＦＦ２４の回転によってレーザガスがレーザチャンバ内を循環するため、レーザガスの流れと共に電離物質は次の放電前迄に主電極１４、１５間から除去される。
【０００６】
また、レーザチャンバ１２内には冷却用の熱交換器１３が設けられる。熱交換器１３の内部には冷却剤が流される。放電によって加熱されたレーザガスは、レーザチャンバ１２内を循環する際に熱交換器１３を通過し冷却剤によって冷却される。冷却剤で吸収された熱はレーザチャンバ１２の外部に排出される。また、レーザチャンバ１２にはガス供給バルブ６２を有するガス供給ライン６１と、ガス排出バルブ６４及び真空ポンプ６５を有するガス排出ライン６３が接続される。ガス供給ライン６１を介してレーザチャンバ１２にレーザガスが供給され、ガス排出ライン６３を介してレーザチャンバ１２からレーザガスが排出される。
【０００７】
レーザチャンバ１２の外部のレーザ光軸上には、レーザチャンバ１２を介してＬＮＭ（Line Narrow Module：狭帯域化モジュール）７１と出力鏡７５とが設けられる。ＬＮＭ７１は、一以上のビーム拡大用のプリズム７２と波長に応じた方向に光を反射するグレーティング７３とで構成される。主放電によって生じた蛍光は、ＬＮＭ７１によって所定の波長に選択されながら狭帯域化され、出力鏡７５との間を往復することによって発振し、レーザ光として出力鏡７５から出力される。出力鏡７５から出力されたレーザ光はビームサンプラー７６に入射する。ビームサンプラー７６は入射したレーザ光を二方向のレーザ光に分ける。一方のレーザ光はビームモニタ７７に入射する。ビームモニタ７７ではレーザパルスのエネルギー、安定度、及びパルス幅などの各情報が測定される。他方のレーザ光は露光装置側に出力される。
【０００８】
コントローラ８０は、ビームモニタ７７からの各情報に基づいてレーザパルスのエネルギーや波長制御を行う。例えば、波長制御の一形態として、ビームモニタ７７からの波長情報に基づいてコントローラ８０は、図示しないグレーティング駆動機構に指令信号を出力する。この指令信号に応じてグレーティング駆動機構はグレーティング７３の姿勢を調整し、グレーティング７３へのレーザ光の入射角を制御する。また、エネルギー制御の一形態として、ビームモニタ７７からのエネルギー情報に基づいてコントローラ８０は、高電圧電源２３に指令信号を出力する。この指令信号に応じて高電圧電源２３は主電極１４、１５への印加電圧を制御する。また、エネルギー制御の別の一形態として、ビームモニタ７７からのエネルギー情報に基づいてコントローラ８０は、ガス供給バルブ６２、ガス排出バルブ６４、真空ポンプ６５に指令信号を出力する。この指令信号に応じてガス供給バルブ６２、ガス排出バルブ６４は開閉し、また真空ポンプはレーザチャンバ１２内を真空引きして、レーザチャンバ１２内のレーザガスの混合比や圧力を制御する。
【０００９】
［ガスレーザ装置の高出力化］
近年は、露光用のガスレーザ装置にさらなる高出力化・狭帯域化が求められる傾向にある。この傾向は、ＡｒＦエキシマレーザにおいてはさらに顕著になると思われる。その大きな理由としては、ＡｒＦエキシマレーザでの露光の際に用いられるレジストはＫｒＦエキシマレーザでの露光の際に用いられるレジストよりも感度が悪いことや、高スループット・高分解能などの要請があること、などが上げられる。
【００１０】
ガスレーザ装置の高出力化を実現するためには二つの方法が考えられる。一つは１パルスあたりのエネルギーを上げる方法である。この方法では、発振周波数を上げる必要はないが、レーザパルスでのピークパワーが増加するため、光学系のダメージが懸念される。ピークパワーの増加を抑制しつつ１パルスあたりのエネルギーを増加させるためには、レーザの発振時間を時間的に伸ばすようにパルスストレッチを行う必要がある。ただし、発振時間とエネルギーの間にはトレードオフの関係があるという点、またパルスストレッチは電気的もしくは光学的に行うために、装置自体が複雑になるという点が難点である。もう一つは発振周波数を上げる方法である。この方法では、１パルスあたりのエネルギーを上げる必要がないので光学系のダメージはそれほど大きくはない。しかし、発振周波数を上げていくと、放電で生成された音響波の影響が大きくなる。後述するように、音響波は狭帯域化と密接に関わってくる。  
なお、発振周波数を上げ安定にレーザ発振を得るには主電極間の循環流速を上げる必要があり、ＣＦＦ４のモータでの消費電力の増加させる必要がある。
【００１１】
［音響波］
図２は主電極とその周辺の構造を簡略化して示す図であり、レーザ光軸に直交する断面図である。  
レーザチャンバ１２内には対向した一対のアノード１４、カソード１５からなる主電極１４、１５が設けられており、その間で主放電が発生しレーザが発振する。主放電の際には音響波４１が発生する。この音響波４１は、放電空間３７を中心にした全方向に伝搬し、レーザチャンバ１２内の構成部品に反射しながら主電極１４、１５間に戻ってくる。
【００１２】
発振周波数が低い場合に、前放電で生成された音響波は次放電までに減衰するので問題にはならない。しかし、発振周波数が高い場合に、前放電で生成された音響波は次放電までに十分減衰されない。この現象は、特に２ｋＨｚを超える発振周波数で顕著になる。音響波はレーザガスに疎密を生じさせる。よって、次放電の時点で音響波が主電極１４、１５間に存在すると、主電極１４、１５間のレーザガスに疎密が生じる。そのためにレーザ光軸方向に屈折率の変化が現れ、またゲインが均一にならなくなる。屈折率の変化はレーザ光の波面に歪みをもたらす。レーザ光の波面が歪むとＬＭＮ１１が正常に機能しないため、スペクトル線幅が一定にならなくなる。
【００１３】
図３は音響波の影響を受けた場合の発振周波数とスペクトル線幅の対応関係を示す図である。  
図３において、スペクトル線幅の振れ幅はおおよそ０．１ｐｍであり、スペクトル線幅自体は大きい場合で０．３ｐｍ以上である。求められているスペクトル線幅が０．３ｐｍ未満であることを考えると、図３のスペクトル線幅は無視できる大きさではない。また、スペクトル線幅以外のレーザ性能（ビームポインティング、ビームサイズ等）も音響波の影響を受ける。よって、ガスレーザ装置を高発振周波数で使用するとなると、音響波の影響を低減する方法が必須である。
【００１４】
［吸音材］
現在は、図４に示すように、主電極１４、１５側に向く部品表面には吸音材３０が設置されている。吸音材３０は音響波４１を減衰して反射する。吸音材３０を用いれば、主電極１４、１５間のレーザガスの疎密は小さくなる。
【００１５】
エキシマレーザ及びＦ2レーザではレーザガスとして腐蝕性ガスが用いられるため、吸音材３０は腐蝕に耐性のある物質である方が望ましい。このようなことから吸音材３０には耐腐食性の高いニッケル（Ｎｉ）、アルミ（Ａｌ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などからなる多孔質、あるいは繊維状のものが用いられている。下記特許文献１には、気孔率（多孔率ともいう）９０％以上の多孔質材料の吸音材が示されている。
【特許文献１】特開２００３−６０２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図５は音響波の時間分布を示す図である。図６は音響波の周波数分布を示す図である。図５、図６は本発明者らのシミュレーションで得られた結果であって、また図５、図６では音響波が圧力で示されている。
【００１７】
図５に示すように、放電によって発生する音響波はインパルス的な時間分布を持っている。このことは音響波がかなり広い周波数分布をもつことを意味する。具体的には、図６に示すように、放電によって発生した音響波は、数ｋＨｚの低周波成分から１００ｋＨｚ以上の高周波成分までの広い周波数を含む。特許文献１では音響波の強度ピークが５０ＫＨｚ程度とされている。しかし、更に詳細な測定を行ったところ、図６に示すように、１００ＫＨｚを超える帯域まで音響波の強度が高く、かつ３００ＫＨｚ以上まで音響波が存在することが判明した。したがって特許文献１に記載の吸音材を備えたパルス発振型放電励起レーザ装置は、図６に示すような高周波成分を含む音響波の影響を受ける。そのため、要求されるレーザのスペックが満たされない場合がある。
【００１８】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、放電に対する音響波の影響を最小に抑え、スペクトル線幅等のレーザ性能の周波数特性を改善することを解決課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
第１発明は、
主放電で励起されるレーザガスを内部に封入するレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に互いに対向して設置される一対のアノード及びカソードで構成され、アノードとカソードの間で高電圧が印加された場合に、アノード及びカソードに挟まれる放電空間でパルス状の主放電をする主電極と、
前記レーザチャンバ内に設置され、主放電によって発生する主に１００〜３００ｋＨｚ以上の高周波成分を含んだ音響波を減衰する程度の気孔を内包する多孔質吸音材と、
を備えたパルス発振型放電励起レーザ装置である。
【００２０】
第１発明は、１００〜３００ｋＨｚ以上の高周波成分を含んだ音響波を減衰するのに適当な気孔を内包する多孔質の吸音材がレーザチャンバ内に備えられたものである。この吸音材は、主電極間で発生した１００〜３００ｋＨｚ以上の高周波成分を含んだ音響波を減衰して反射する。したがって、主電極間に戻る音響波は減衰するため、主電極間のレーザガスの疎密は小さくなる。
【００２１】
第２発明は、第１発明において、
前記多孔質吸音材は、気孔率が８０〜９０％であり、厚さが３〜１０ｍｍである。
【００２２】
第３発明は、第１発明において、
前記多孔質吸音材は、気孔率が７５〜９５％であり、厚さが２〜１５ｍｍである。
【００２３】
第４発明は、第１発明において、
前記多孔質吸音材は、気孔率が７０〜９５％であり、厚さが１〜１５ｍｍである。
【００２４】
第２〜第４発明は、吸音材の気孔率の範囲と厚さの範囲が特定されたものである。吸音材が多孔質である場合に、“気孔率”と“厚さ”は音響波の減衰に影響を与える重要なパラメータである。気孔率や厚さが適当な範囲にない場合は、音響波の減衰の程度は小さい。気孔率が大きすぎると吸音材の密度が疎であり、音響波の多くの成分は容易に吸音材を通過してしまう。逆に気孔率が小さすぎると吸音材の密度が密であり、音響波の多くの成分は吸音材の表面で反射してしまう。また、厚さが薄すぎると音響波の多くの成分は容易に吸音材を通過してしまう。逆に厚さが厚すぎると音響波は吸音材を通過し難くなるものの、レーザチャンバ内の空間が狭くなるといった別の問題が生じる。以上の理由によって、吸音材の気孔率及び厚さには音響波を効率的に減衰できる範囲が存在する。第２発明は最も好適な範囲であり、第４発明は最大許容範囲である。
【００２５】
第５発明は、第１発明において、
前記多孔質吸音材は、アルミ、ニッケル、銅、ステンレス、アルミナ、窒化アルミのうちの一つである。
【００２６】
第６発明は、第１発明において、
前記多孔質吸音材は、フッ化不動態処理で形成されたフッ化膜を表面に有する。
【００２７】
第５、第６発明は、腐蝕性ガスに対応するためものである。レーザチャンバ内の他の部品と同様に、吸音材も腐蝕性ガスに曝される。このため、吸音材は耐腐蝕性の高い物質であるか、又はフッ化不動態処理によってフッ化膜が表面に形成されている方がよい。フッ化不動態処理によって表面にフッ化膜が形成された耐腐蝕性の高い物質が最もよい。
【００２８】
第７発明は、第１発明において、
放電時に前記放電空間で発生した音響波を反射して当該放電空間に戻す反射体が、ｎ回目の放電時に発生した音響波がｎ＋１回目の放電時迄に前記放電空間に戻されるような放電空間近傍領域から排除されている。
【００２９】
第７発明は、ｎ回目の放電時に発生した音響波がｎ＋１回目の放電時に影響を及ぼさないようにするものである。音響波は放電空間を中心にして全方向に伝搬し、レーザチャンバ内の構造物で反射される。構造物の表面のうち放電空間側に向く表面で音響波が反射されると、音響波は放電空間側に戻る。音響波を放電空間に戻す構造物が存在しなければ、音響波が放電に及ぼす影響はなくなるが、そのような構造は存在し得ない。しかし、音響波を放電空間に戻す構造物が放電空間近傍に存在しなようにすることは可能である。この場合、ｎ回目の放電で発生した音響波は、少なくともｎ＋１回目の放電時に放電空間に戻らなくなる。
【００３０】
音響波はｎ＋２回目以降の放電時に放電空間に戻る。このような音響波は伝搬距離が長く、伝搬距離が短い音響波よりもエネルギーが低いため、そもそも放電に及ぼす影響は少ない。また、このような音響波は吸音材で減衰されているため、エネルギーはさらに低い。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、放電に対する音響波の影響を最小に抑えることができる。よって、スペクトル線幅等のレーザ性能の周波数特性を改善することができる。  
また、第６、第７発明によれば、吸音材とレーザガスの反応を抑制できる。よって、吸音材の腐蝕を防止できる。さらに、レーザガスの汚染を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３３】
［レーザチャンバ内の構造］
図７は第１の実施形態に係るガスレーザ装置の構成を詳細に示す図であり、レーザ光軸に直交する断面を詳細に示す図である。図８は図７の電極近傍を拡大して示す図である。図７、図８は図１で示したレーザチャンバの断面図に相当する。なお、以下では便宜のため、図面の上下方向をそのまま装置の上下方向として説明する。
【００３４】
レーザチャンバ１２にはレーザガスが所定の圧力で封入されている。また、レーザチャンバ１２の内部には金属製のアノード１４及びカソード１５からなる一対の主電極１４、１５が放電空間３７を挟んで上下方向に互いに対向して設置されている。高電圧電源２３から主電極１４、１５間に高電圧が印加されると、放電空間３７でパルス状の主放電が発生する。すると、レーザガスが励起され、図７、図８の紙面と垂直方向にパルス状のレーザ光が発生する。
【００３５】
レーザチャンバ１２の内部には、レーザガスをレーザチャンバ１２内部で循環させて放電空間３７に送り込むＣＦＦ２４と、放電によって熱を与えられたレーザガスを冷却する熱交換器１３とが、それぞれ所定位置に設置されている。図７の矢印４７で表されるように、レーザガスのガス流は放電空間３７を横切るように上流から下流に流れる。図７において放電空間３７の左側をレーザガスの上流とし、右側をレーザガスの下流とする。
【００３６】
レーザチャンバ１２の上部にはチャンバ開口部３５が設けられている。このチャンバ開口部３５はセラミック等の絶縁体からなるカソードベース３６で塞がれている。カソードベース３６はカソードベース押さえ４６によってレーザチャンバ１２の内側に上向きに押しつけられ、図示しない固定用のボルトで固定されている。レーザチャンバ１２とカソードベース３６との間にはＯリング５２が介掃されており、レーザチャンバ１２の内部にレーザガスが封止されている。
【００３７】
カソードベース３６の下面にはカソード１５が固定されている。カソード１５は、隅部に曲率を有する棒状の支持部１５Ａと、支持部１５Ａの略中央部に数ｍｍ程度突出した約２〜５ｍｍ幅の板状の放電部１５Ｂとを備えている。なお、図７、図８では支持部１５Ａと放電部１５Ｂとが一体であるような形態が示されているが、支持部１５Ａに放電部１５Ｂがネジなどで固定された形態であってもよい。
【００３８】
カソード１５とレーザチャンバ１２とはカソードベース３６によって電気的に絶縁されている。カソードベース３６には、カソードベース３６を上下に貫通してカソード１５に到達する複数本の高圧給電ロッド４８が、電極長手方向（紙面垂直方向）に沿って所定間隔毎に設置されている。高圧給電ロッド４８は図示しない放電回路を介して高圧電源２３の高圧側ＨＶに接続されている。高圧給電ロッド４８によって、カソード１５には高圧電流が供給される。高圧給電ロッド４８とカソードベース３６との間はＯリング５３で封止されている。
【００３９】
カソード１５の上流側及び下流側にはアルミナセラミックなどで構成されたカソード絶縁部材５４が設置される。カソード絶縁部材５４は、図示しないボルトなどでカソードベース３６の下面に固定されている。レーザガスの流路がカソード１５側に近いほど狭くなるように、上流側及び下流側のカソード絶縁部材５４の表面は、カソード１５側に進むにつれて下方に傾斜している。よって、レーザガスの流路は、放電空間３７が最も狭く上流側及び下流側へ行くに従って次第に広がる。また、カソード絶縁部材５４はカソード１５の支持部１５Ａを覆っているため、電界分布の広がりが抑制されて主放電が安定する。これは、支持部１５Ａがない場合と比べて、等電位面が相対的にカソード１５の左右でほぼ平行に近づくためである。放電部１５Ｂはカソード絶縁部材５４から放電空間３７側へ１〜３ｍｍ程度突出している。
【００４０】
カソード１５に対向するアノード１４は幅２〜５ｍｍ程度の板状の金属で形成されている。アノード固定ネジ４３はアノード押さえ４４とアノード１４とを貫通してアノードホルダ４２に螺合される。すると、アノード１４がアノード押さえ４４とアノードホルダ４２とに挟まれて固定される。アノードホルダ４２及びアノード押さえ４４は金属で形成されている。アノードホルダ４２は金属製のアノードベース上に設置される。
【００４１】
放電空間３７の上流側及び下流側には、複数の数ｍｍ幅（例えば１ｍｍ程度）の板状のリターンプレート３９が、電極長手方向（図面垂直方向）に沿って所定間隔毎に設置されている。リターンプレート３９の上部は、リターンプレート固定ネジ５６でカソードベース押さえ４６に固定されている。また、リターンプレート３９の下部は、リターンプレート固定ネジ５６でアノードホルダ４２に固定されている。レーザチャンバ１２は、図示しない放電回路を介して高圧電源２３の接地側ＧＮＤに接続され、接地電位となっている。また、アノード１４とアノードホルダ４２とアノード押さえ４４とアノードベース４０は、リターンプレート３９によってレーザチャンバ１２と電気的に接続されており、接地電位となっている。リターンプレート３９は薄いので、レーザガスのガス流４７に影響を及ぼすものではない。
【００４２】
アノード１４の上流側及び下流側には、第１のアノード絶縁部材５５と第２のアノード絶縁部材５８とが設置されている。レーザガスの流路がアノード１４側に近いほど狭くなるように、上流側及び下流側のアノード絶縁部材５５、５８の表面は、アノード１４側に進むにつれて上方に傾斜している。第２のアノード絶縁部材５８の上流側及び下流側には、レーザガスのガス流４７を導くガイド５９がそれぞれ設置されている。ガイドの材料は耐フッ素性を有する金属やセラミックである。また、アノード１４とレーザチャンバ１２とは同電位（接地電位）であるため、アノード絶縁部材５５、５８の材質は必ずしも絶縁体である必要はない。しかしながら、下流側のアノード絶縁部材５５、５８が絶縁体であることによって、放電空間３７の下流側において、レーザガスの流速が不足した場合にアーク放電の発生が防止される。さらに、上流側のアノード絶縁部材５５、５８が絶縁体であることによって、電界分布の広がりが抑制されて主放電が安定する。
【００４３】
第１のアノード絶縁部材５５の表面及び第２のアノード絶縁部材５８の表面は同程度に傾斜する。そして、両者の表面が略同一平面に含まれるように、且つリターンプレート３９が介在する部位を除いて両者の間になるべく隙間が生じないように、互いに接触している。第１のアノード絶縁部材５５及び第２のアノード絶縁部材５８と、カソード絶縁部材５４とがなす広がり角度には適切な範囲が存在する。例えば、両者が平行であると、絶縁部材５４、５５、５８間で音響波４１が定在波となり減衰に長時間を要する。このため、放電空間３７やレーザガスの流れが乱れることがある。また、あまり大きな広がり角度をつけると、レーザガスの流れに圧損が生じ、流速の低下や乱流につながる。このため、主放電が乱れることがある。以上の現象を避けるためには、１０度〜３０度程度の広がり角度が適切である。
【００４４】
上流側の第２アノード絶縁部材５８には、金属製の円柱形の内部導電体３８Ａとその周面を囲繞する円筒形の誘電体３８Ｂとで構成された予備電離電極３８が、アノード１４の長手方向と略平行にして埋設されている。なお、予備電離電極３８の一部外周面は、第２アノード絶縁部材５８から突出しレーザガスの流路に曝されている。内部導電体３８Ａは、高圧電源２３の高圧側ＨＶに電気的に接続されている。金属板からなる外部予備電極５７の一端は、上流側のリターンプレート３９の下端部にリターンプレート固定ネジ５６で固定されている。外部予備電極５７の他端は、第２のアノード絶縁部材５８の表面に沿って配置され、先端部が予備電離電極３８の誘電体３８Ｂに接触している。外部予備電極５７はレーザチャンバ１２と同じく接地電位となっている。高圧電源２３から高圧側ＨＶと接地側ＧＮＤとの間に高電圧が印加されると、外部予備電極５７と内部導電体３８Ａとの間でコロナ放電が発生し、放電空間３７が予備電離される。すると、主電極１４、１５間に主放電が生じ易くなる。主電極１４、１５間に主放電が生じると、レーザ光が発生する。
【００４５】
このとき、パルス状の主放電に伴い、放電空間３７から音響波４１が発生する。この音響波４１は、第１のアノード絶縁部材５５及び第２のアノード絶縁部材５８と、カソード絶縁部材５４との間のレーザガスの流路を通って、上流側及び下流側へと伝搬する。
【００４６】
各絶縁部材５４、５５、５８の表面には突起や凹凸が存在せず平滑である。レーザチャンバ１２内の突起や凹凸は音響波４１の反射体となる。特に、放電空間３７側に向く反射体は音響波４１を放電空間３７側に戻し、放電に影響を及ぼす。よって、第１の実施形態では反射体が極力排除されている。図７、図８では予備電離電極３８が反射体となる。
【００４７】
レーザチャンバ１２内の上流側及び下流側には多数の気孔を内包する多孔質の吸音材４９が設置されている。吸音材４９は、レーザチャンバ１２の一部内壁に取り付けられており、レーザガスの流路を伝搬する音響波４１を減衰して反射する。この吸音材４９の詳細については後述する。
【００４８】
ところで、エキシマレーザやＦ2レーザのレーザガスは腐食性の高い成分（例えばフッ素ガス）が含まれる。このため、レーザチャンバ１２内の各部品の材料は、レーザガスに対する耐性が必要であり、吸音材４９についても同じ事が当てはまる。アルミ（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミ（ＡｌＮ）等はレーザガスに耐性がある物質であり、吸音材４９にも使用可能である。これらの材料はレーザガスと反応し難いため、吸音材４９の劣化が低減される。さらに、レーザガスの劣化が低減される。
【００４９】
しかし、吸音材４９がこれらの物質であってもレーザガスとの反応は１００％は防止できない。さらに、吸音材４９が多孔質であるが故に表面積（外周面及び気孔内周面の面積）は非常に大きく、劣化したガス成分がこれら表面に付着し易い。レーザガスが劣化するとガス交換が行われるが、このガス交換後にも吸音材４９に付着したガス成分はそのまま吸音材４９に残存する。したがって、吸音材４９がアルミ等であっても、若干ではあるがレーザガスが劣化する場合がある。
【００５０】
こうした問題に対応するためには、吸音材４９にフッ化不動態処理を施し、吸音材４９の表面にフッ化膜を形成するとよい。すると吸音材４９には劣化したガスが付着しない。さらに、吸音材４９自体からレーザガスに不純物が放出されることもない。したがって、レーザガスの清浄度が高い次元で保たれる。
【００５１】
図９は第２の実施形態の電極近傍を拡大して示す図である。  
第１の実施形態と第２の実施形態が異なるところは、予備電離電極３８の形状である。図９において、予備電離電極３８は、円筒形の誘電体３８Ｂに対して円柱形の内部導電体３８Ａが偏心して形成されている。誘電体３８Ｂは、相対的に厚みの厚い部分の一部表層が除去され、一部外周面に平面が形成されている。この平面のみがレーザガスの流路に曝されるように、予備電離電極３８はアノード絶縁部材５５、５８に埋設される。誘電体３８Ｂの平面とアノード絶縁部材５５、５８の表面とは略同一平面に含まれる。こうした構造であると、放電空間３７の近傍には反射体が存在しなくなる。したがって、音響波４１の反射が低減される。なお、誘電体３８Ｂの平面部分が充分な厚みを有しているのであれば、誘電体３８Ｂに対して内部誘電体３８Ａが偏心していなくてもよい。また、誘電体３８Ｂの形状が円筒形でなく多角筒形であれば、誘電体３８Ｂの一部表層を除去する作業が不要になる。
【００５２】
［吸音材の詳細説明］
ここでは図７で示した吸音材４９に関して詳細な説明をする。  
本発明者らは吸音材の吸音性能を調べるために、独自の測定装置を製作し、吸音材の吸音性能に関する試験を行った。そして、この試験によって吸音率（１００−反射率）の高い吸音材の条件を発見するに至った。
【００５３】
前述したように、吸音材の構造には多孔質や繊維質などがある。耐久性や組立の容易性などを考慮すると、多孔質の方が優れている。本発明者らは、多孔質材料に絞って試験を行った。また、エキシマレーザやＦ2レーザで使用できる吸音材の材料としては、アルミ、ニッケル、銅、ステンレス、アルミナ、窒化アルミなどがあるが、材料の違いからくる吸音性能の差は殆どない。そこで、多孔質の吸音性能に対する重要なパラメータは気孔率（重量比）と孔径（代表的な空間長さ）と厚さであると想定し、吸音性能測定装置を用いてこれらのパラメータと吸音性能との相関関係を重点的に調べた。
【００５４】
図１０は本発明者らが製作した測定装置の構成を簡略化して示す図である。  
測定装置８０は、互いに対向する一対の電極８１、８２と、電極８１、８２間の放電方向と平行なスリット８３と、スリット８３を境にして電極８１、８２の反対方向に配置される音響波センサ８４と、音響波センサ８４と同じ側に配置され、電極８１、８２及び音響波センサ８４に対して４５°傾斜する吸音材８５と、で構成される。なお電極８１、８２は図１０の紙面と垂直方向に設置されている。電極８１、８２の形状や電極８１、８２間の距離や印加電圧などは実際のガスレーザ装置とほぼ同じである。吸音材８５の裏面には金属板８６が貼着される。この金属板８６はレーザチャンバの壁面に相当する。
【００５５】
電極８１、８２間に高電圧を印加すると放電が発生し、この放電に伴い電極８１、８２間で１００〜３００ｋＨｚ以上の高周波成分を含む音響波８７が生ずる。スリット８３に到達した音響波８７のうちの一部はスリットを通過する。スリットを通過した音響波８７は、吸音材８５及び金属板８６で反射し、音響波センサ８４に到達する。音響波センサ８４では音圧が測定される。
【００５６】
図１１は音響波の音圧の変化を時間経過と共に示す図である。図１１には、吸音材８５と金属板８６が設けられた場合に測定された波形（実線）と、金属板８６のみが設けられた場合に測定された波形（破線）とが示されている。図１１で示すように、吸音材８５が設けられた場合に測定された波形は、吸音材８５が設けられていない場合に測定された波形と比較して音圧が下がっている。この結果は、吸音材８５が吸音性能を有することを示している。
【００５７】
吸音材８５で音響波８７が吸音される原理は次のように説明できる。音響波は気孔を伝わりながら吸音材８５の内部を進む。吸音材８５の内部で音響波のエネルギーは熱に変わり吸収される。したがって、吸音材８５の内部で伝搬する時間が長いほど、音響波８７は減衰すると考えられる。気孔率が大きすぎると吸音材の密度が疎であり、音響波の多くの成分は容易に吸音材を通過してしまう。逆に気孔率が小さすぎると吸音材の密度が密であり、音響波の多くの成分は吸音材の表面で反射してしまう。また、厚さが薄すぎると音響波の多くの成分は容易に吸音材を通過してしまう。逆に厚さが厚すぎると音響波は吸音材を通過し難くなるものの、レーザチャンバ内の空間が狭くなるといった別の問題が生じる。以上の理由によって、吸音材の気孔率及び厚さには音響波を効率的に減衰できる範囲が存在する。
【００５８】
本発明者らは、気孔率、孔径、厚さがそれぞれ異なる吸音材８５を複数用意し、各吸音材８５を測定装置８０に設置し、電極８１、８２間で放電させ、音響波センサ８４で音圧を測定した。そして、測定された各音圧のピーク値と図１１に示す破線の波形のピーク値の比をとり、その結果を吸音材８５の吸音率として、各吸音率を求め、比較することにした。以下では、孔径０．２〜０．８ｍｍ、気孔率３０〜９６％、厚さ５ｍｍの吸音材８５を用いて行った試験結果と本発明者の考察について述べる。
【００５９】
図１２は吸音材の気孔率と吸音率の関係を示す図である。図１２で示すように、気孔率８５％で吸音率が最大となっている。一方、孔径と吸音率の関係も調べたが、孔径０．２〜０．８ｍｍの範囲では孔径と吸音率との明確な相関はみられなかった。
【００６０】
ここで、気孔率８５％で吸音率が最大となった理由について説明する。  
図１３は音響波の音圧の変化を時間経過と共に示す図であり、気孔率７５％、８５％、９５％の吸音材に対しての音響波センサ８４の測定結果を示すものである。図１３では、時刻ゼロの時点で放電が発生しているとする。吸音材８５の気孔率が７５％である場合に、音響波８７の音圧は、時刻ａの時点で急激に立ち上がり、時間の経過と共に減衰する。この結果は、音響波８７のうち時刻ａの時点で音響波センサ８４に到達する成分が多いということを示している。吸音材８５の気孔率が８５％である場合に、音響波８７の音圧は、時刻ａの時点で気孔率７５％の場合よりも緩やかに立ち上がり、緩やかに減衰する。この結果は、音響波８７のうち時刻ａの時点で音響波センサ８４に到達する成分と時刻ｂの時点で音響波センサ８４に到達する成分とがほぼ等しいことを示している。吸音材８５の気孔率が９５％である場合に、音響波８７の音圧は、時刻ｂの時点で急激に立ち上がり、時間の経過と共に減衰する。この結果は、音響波８７のうち時刻ｂの時点で音響波センサ８４に到達する成分が多いということを示している。
【００６１】
図１３で示した現象は次のように説明できる。吸音材８５の気孔率が７５％である場合、音響波８７の多くの成分が吸音材８５の表層部分で反射し、残りの成分が内部又は裏面の金属板８６で反射する。吸音材８５の気孔率が８５％である場合、音響波８７の一部成分が吸音材８５の表層部分で反射し、他成分が内部又は裏面の金属板８６で反射する。一部成分と他成分との量的差は大きくない。吸音材８５の気孔率が９５％である場合、音響波８７の若干の成分が吸音材８５の表層部分で反射し、多くの成分が内部又は裏面の金属板８６で反射する。何れの場合においても、吸音材８５の表層部分で反射する成分と内部又は金属板８６で反射する成分とでは、吸音材８５の厚みの分（厚み×２）だけ伝搬距離に差が生ずる。したがって、各成分が音響波センサ８４に到達する時刻に差が生じ、図１３に示すような結果になったと推測される。
【００６２】
この試験結果から、吸音材の気孔率が８５％を下回ると、音響波の多くの成分は吸音材の内部に伝搬せずに表面で反射され易くなると考えられる。また、吸音材の気孔率が８５％を上回ると、音響波の多くの成分は吸音材の内部に伝搬するものの充分吸音されずに裏面の金属板で反射して吸音材から出てき易くなると考えられる。このような理由から、放電によって発生した音響波に対して、気孔率８５％付近で吸音率が最大になる、という結論に至った。
【００６３】
以上の説明は、孔径０．２〜０．８ｍｍ、気孔率３０〜９６％、厚さ５ｍｍで行った試験結果に関する。しかし、パラメータがこれらの値でない場合には必ずしも気孔率８５％が最適になるとは限らない。
【００６４】
これまでの考察から、吸音材の吸音特性には、吸音材表面で反射する成分と、吸音材内部を伝搬し金属板表面で反射し再び吸音材内部を伝搬し吸音材外部に出る成分とが重なり合った結果が反映される、と思われる。ここで、吸音特性の指標となる吸音率について考える。ここまでの説明から分かるように、吸音率は気孔率及び吸音材の厚さに左右される。音響波のうち吸音材表面で吸音されず反射する成分の量は、吸音材表面の面積（孔部分を除いた面積）に比例する。気孔率が増加するにつれて、吸音材表面で反射する成分の量は線形で減少する。このため、単に吸音材表面での反射率を低くする事だけを考えるのであれば、吸音材の気孔率は高い方がよいといえる。しかし、図１２に示すように、気孔率が高すぎるとむしろ吸音率は低くなる。これは、前述したように、音響波が吸音材で吸音されずに通過するためである。一方、吸音材の厚さに関していえば、気孔率が同じならば、厚い吸音材の方が薄い吸音材よりも吸音率が高いということがいえる。
【００６５】
図１４は吸音材の気孔率と吸音率及び反射率との関係を示す図である。図１４には、厚さ３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍの吸音材についての特性が示されている。図１４によれば、厚さ３ｍｍの場合は気孔率８０％程度で吸音率が８０％弱あり、最大となっている。また、厚さ５ｍｍの場合は気孔率８５％程度で吸音率が８０％強あり、最大となっている。また、厚さ１０ｍｍの場合は気孔率９０％程度で吸音率が９０％弱あり、最大となっている。図１４で示すように、吸音材の厚さに応じて気孔率の最大値が変化し、吸音材の厚さが増加すると、最大の吸音率を得る気孔率が高い方へシフトし、吸音率自体の最大値も増加する。
【００６６】
しかし、実際のレーザチャンバは大きさが限られており、設置できる吸音材の厚さは３〜１０ｍｍ程度である。図１４によれば、気孔率が８０〜９０％程度の吸音材が望ましいということになる。また、図示しないが、厚さ２〜１５ｍｍでは気孔率７５〜９５％、厚さ１〜１５ｍｍでは気孔率７０〜９５％とすることが望ましい。
【００６７】
図１５は放電後の主電極間の密度変動を時間経過と共に示す図である。図１５は本発明者らのシミュレーションで得られた結果である。図１５には、レーザチャンバ内に吸音率４０％程度の吸音材が設置された場合と吸音率８０％程度の吸音材が設置された場合の密度変動が示されている。
【００６８】
本発明者らが従来使用していた吸音材は、厚さ５ｍｍ、気孔率９５％であった。この吸音材の吸音率は４０％程度である。一方、図１４で示した厚さ５ｍｍ、気孔率８５％の吸音材の吸音率は８０％程度である。図１５ではこの両者が比較されている。図１５によれば、吸音率が高いと主電極間の密度変動が小さくなることが分かる。このことにより、本実施形態の吸音材をレーザチャンバ内に設けることによって、音響波がレーザ性能に与える影響を小さくすることができる、といえる。  
以上のような見解から、本発明者らは吸音材の性能を最大限に発揮できる現実的な範囲を特定した。
【００６９】
第１、第２の実施形態によれば、放電に対する音響波の影響を最小に抑えることができる。よって、スペクトル線幅等のレーザ性能の周波数特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１はガスレーザ装置の一構成例を示す図である。
【図２】図２は主電極とその周辺の構造を簡略化して示す図である。
【図３】図３は音響波の影響を受けた場合の発振周波数とスペクトル線幅の対応関係を示す図である。
【図４】図４は主電極とその周辺の構造を簡略化して示す図である。
【図５】図５は音響波の時間分布を示す図である。
【図６】図６は音響波の周波数分布を示す図である。
【図７】図７は第１の実施形態に係るガスレーザ装置の構成を詳細に示す図である。
【図８】図８は図７の電極近傍を拡大して示す図である。
【図９】図９は第２の実施形態の電極近傍を拡大して示す図である。
【図１０】図１０は本発明者らが製作した測定装置の構成を簡略化して示す図である。
【図１１】図１１は音響波の音圧の変化を時間経過と共に示す図である。
【図１２】図１２は吸音材の気孔率と吸音率の関係を示す図である。
【図１３】図１３は音響波の音圧の変化を時間経過と共に示す図である。
【図１４】図１４は吸音材の気孔率と吸音率及び反射率との関係を示す図である。
【図１５】図１５は放電後の主電極間の密度変動を時間経過と共に示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１２…レーザチャンバ
１４…アノード
１５…カソード
４９…吸音材
【図１】
2006148016.tif 000003
【図２】
2006148016.tif 000004
【図３】
2006148016.tif 000005
【図４】
2006148016.tif 000006
【図５】
2006148016.tif 000007
【図６】
2006148016.tif 000008
【図７】
2006148016.tif 000009
【図８】
2006148016.tif 000010
【図９】
2006148016.tif 000011
【図１０】
2006148016.tif 000012
【図１１】
2006148016.tif 000013
【図１２】
2006148016.tif 000014
【図１３】
2006148016.tif 000015
【図１４】
2006148016.tif 000016
【図１５】
2006148016.tif 000017