(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ装置において、
レーザ光(21)が通過する光路空間の鉛直方向の温度分布を均一化する均一化手段を備え、
前記均一化手段が、
光路空間の下面(42)を温める加熱手段(46)と、
光路空間の鉛直方向の温度分布を測定する温度センサ(48)と、
前記温度センサ(48)の測定結果に基づいて前記加熱手段(46)を調整して光路空間の鉛直方向の温度分布を均一にするコントローラ(29)とを備えたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
レーザ装置において、
レーザ光(21)が通過する光路空間の鉛直方向の温度分布を均一化する均一化手段を備え、
前記均一化手段が、
レーザ光(21)が通過する光路空間の上面(43)を冷却する冷却手段(62)と、
光路空間の鉛直方向の温度分布を測定する温度センサ(48)と、
前記温度センサ(48)の測定結果に基づいて前記冷却手段(62)を調整して光路空間の鉛直方向の温度分布を均一にするコントローラ(29)とを備えたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
レーザ装置において、
レーザ光(21)が通過する光路空間の鉛直方向の温度分布を均一化する均一化手段を備え、
前記均一化手段が、光路空間に鉛直に屹立する良熱伝導性の棒状体を備えたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ装置において、前記棒状体が、
中空パイプの内部に作動流体を封止したヒートパイプ(51)であることを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】
レーザ装置において、
レーザ光(21)が通過する光路空間の鉛直方向の温度分布を均一化する均一化手段を備え、
前記均一化手段が、光路空間の上部に配置されて光路空間から上部空間(75)を仕切る上側仕切り板(49)と、
光路空間の下部に配置されて光路空間から下部空間(76)を仕切る下側仕切り板(50)と、
下部空間(76)に清浄で低反応性のパージガスを供給するパージガス供給機構(60)とを備え、
上部空間(75)及び下部空間(76)が、上側仕切り板(49)及び下側仕切り板(50)に設けられた開口部(53,54)を介して光路空間と連通し、
前記下側仕切り板(50)に設けられた前記開口部(53,54)が、レーザ光(21)の通過する光路に沿って設けられていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザ装置において、
前記開口部(54)が、さらにレーザ光(21)が照射される光学部品の表面に沿って設けられていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のレーザ装置において、
前記パージガス供給機構(60)が、パージガスの温度を制御する温度調整装置(52)を備えたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ装置において、
前記レーザ装置が、波長を狭帯域化する狭帯域化光学部品(33)と、
狭帯域化光学部品を囲繞する狭帯域化ボックス(31)とを備え、
前記光路空間が、狭帯域化ボックス(31)内部であることを特徴とするレーザ装置。
【請求項９】
レーザ媒質を封止するレーザチャンバ(12)と、
波長を狭帯域化する狭帯域化光学部品(33)を囲繞する狭帯域化ボックス(31)とを備え、
前記狭帯域化ボックス(31)は上方に配されたガス出口(38)を有し、
狭帯域化ボックス(31)でレーザ光(21)を略鉛直方向上向きに反射させて前記狭帯域化光学部品(33)に入射させることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ装置において、
前記狭帯域化光学部品がグレーティング(33)を含み、
当該グレーティング(33)を、溝の方向が鉛直にならないように配置したことを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ装置におけるビーム特性を安定化させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、波長を狭帯域化したエキシマレーザ装置が知られており、例えば特開平４−３１４３７４号公報に開示されている。図１８は、同公報に開示された、エキシマレーザ装置を平面視した構成図を示しており、以下同図に基づいて、従来技術を説明する。尚、以下の説明において、鉛直方向をＺ方向、レーザ光２１の出射方向をＹ方向、水平面内でＹ方向と垂直な方向をＸ方向とする。
図１８において、エキシマレーザ装置１１は、レーザガスを封止したレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の両端部には、レーザ光２１を透過するウィンドウ１７，１９が付設されている。レーザチャンバ１２内部に、図１８中紙面と垂直方向に対向して配置された主電極１４，１５間に高電圧を印加することにより、放電が生じてレーザガスが励起され、レーザ光２１が発生する。
【０００３】
レーザ光２１は、レーザチャンバ１２後方（図１８中左方）の狭帯域化ボックス３１に入射する。狭帯域化ボックス３１の内部には、プリズム３２，３２とエタロン６４とグレーティング３３とが載置され、エタロン６４及びグレーティング３３によって、レーザ光２１の波長を狭帯域化している。
狭帯域化されたレーザ光２１は、レーザチャンバ１２内部で増幅され、一部がフロントミラー１６を部分透過して前方に出射する。レーザチャンバ１２の前後方には、レーザ光２１のビーム形状を定めるスリット２６，２７がそれぞれ配置されている。
【０００４】
狭帯域化ボックス３１には、低反応性で清浄な窒素などのパージガスを充填した、パージガスボンベ５９が接続され、狭帯域化ボックス３１の内部には、パージガスが連続的に供給されている。
これにより、空気中の塵がプリズム３２，３２やグレーティング３３などの光学部品に付着して汚損するのを防止している。また、短波長のＡｒＦエキシマレーザ装置やフッ素分子レーザ装置の場合には、レーザ光２１が酸素に吸収されて減衰するのを避けるために、酸素を含まないパージガスを狭帯域化ボックス３１内部に充満させ、狭帯域化ボックス３１内部から酸素を追い出している。
【０００５】
このとき、レーザ光２１がグレーティング３３などの光学部品に照射されることにより、光学部品が熱を帯びる。この熱により、光学部品近傍のパージガスが温められて揺らぎ、温度分布の不均一が生まれて光路の屈折率が変動する。
その結果、レーザ光２１の波面が乱れ、ビームプロファイル、ビームダイバージェンス、或いはビームポインティングが変動することがある。尚、以下の説明において、ビームプロファイルは、レーザ光２１の光軸と垂直なビーム断面における２次元強度分布を、ビームダイバージェンスは、レーザ光２１の発散角を、ビームポインティングは、レーザ光２１の進行方向をそれぞれ示している。以下、ビームプロファイル、ビームダイバージェンス、ビームポインティング、及びそれらの安定性を、ビーム特性と総称する。
【０００６】
図１８に示すように、前記特開平４−３１４３７４号公報に開示された従来技術においては、グレーティング３３の近傍にファン６５を設け、パージガス流６６をグレーティング３３に吹きつけている。これにより、グレーティング３３を冷却して、その近傍における光路の屈折率の不均一を低減し、レーザ光２１の波面６７の乱れを小さくしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には、次に述べるような問題がある。
図１９に、グレーティング３３を側面視した説明図を示す。レーザ光２１によって、グレーティング３３が熱せられると、グレーティング３３表面の温度が高くなり、狭帯域化ボックス３１内部のパージガスが温められる。温められたパージガスは、軽くなって狭帯域化ボックス３１の上方に集まるため、狭帯域化ボックス３１内部において、上方空間６８の温度が高くなり、下方空間６９の温度が低くなるという、鉛直方向の温度勾配が発生する。
【０００８】
同組成の気体においては、温度が高いほど屈折率が小さくなるため、狭帯域化ボックス３１内部で、上方ほど屈折率が小さくなるという屈折率の勾配が発生する。即ち、図１９に示すように、光路の上方空間６８を通るレーザ光２１が、下方空間６９を通るレーザ光２１よりも速度が速くなり、レーザ光２１の波面６７が傾く。その結果、レーザ光の出射方向が、破線２１Ａに示したように、下方に向かうという現象が起きる。
【０００９】
図２０に、エキシマレーザ装置１１の側面図を示す。図２０で破線２１Ａに示すように、鉛直方向の温度勾配により、レーザ光２１の進行方向が下方に向くようになる。
またこのとき、レーザチャンバ１２の前後方には、それぞれスリット２６，２７が配置されている。そのため、進行方向が下方に向いたレーザ光２１は、下部がスリット２６，２７によって遮られ、図２１の破線２１Ａに示したよう、ビームプロファイルが変化する。
【００１０】
従来技術によれば、このような問題に注目して解決しようとするものは、知られていない。
例えば、前記特開平４−３１４３７４号公報のように、ファン６５によってグレーティング３３表面にパージガスを吹きつけても、鉛直方向の温度勾配が均一化されるわけではない。
【００１１】
また、例えば特開２００１−１３５８８３号公報には、グレーティング３３の表面に沿ってエアカーテン状にパージガスを吹きつけ、グレーティング３３の表面近傍における温度分布の不均一を解消するという技術が開示されている。
しかしながら、この技術は、図２２に示すようなグレーティング３３の水平面内長手方向における波面６７の歪みを解消するためのものであり、鉛直方向の温度勾配を解消することは困難である。
【００１２】
さらには、上記のような温度勾配は、狭帯域化ボックス３１の内部でのみ生じるものではなく、レーザ光２１が通過する光路の周囲の、光路空間全域に対して生じるものである。例えば、レーザ光２１が光学部品に照射されることによっても起きる他、レーザ発振の放電に伴って生じた熱が、レーザチャンバ１２から伝わって光路空間を温めることによっても起きる。その結果、光路空間のいたるところで鉛直方向に温度勾配が生じ、レーザ光２１の波面６７が乱れることがある。
【００１３】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、光路の鉛直方向の温度勾配を均一化し、ビーム特性を安定化させたレーザ装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明は、
レーザ光が通過する光路空間の鉛直方向の温度分布を均一化する均一化手段を備えている。
これにより、温度勾配による光路空間の鉛直方向の屈折率の差が小さくなり、波面が傾いたり乱れたりすることが少なくなる。
【００１５】
また、本発明は、
前記均一化手段が、
光路空間の下面を温める加熱手段と、
光路空間の鉛直方向の温度分布を測定する温度センサと、
前記温度センサの測定結果に基づいて前記加熱手段を調整して光路空間の鉛直方向の温度分布を均一にするコントローラとを備えている。
レーザ光の照射により、光路空間の気体が温められて上方に集中していたものを、下面を温めることにより、鉛直方向の温度分布を均一化することが可能である。
【００１６】
また、本発明は、
前記均一化手段が、
レーザ光が通過する光路空間の上面を冷却する冷却手段と、
光路空間の鉛直方向の温度分布を測定する温度センサと、
前記温度センサの測定結果に基づいて前記冷却手段を調整して光路空間の鉛直方向の温度分布を均一にするコントローラとを備えている。
レーザ光の照射により、光路空間の気体が温められて上方に集中していたものを、上面を冷やすことにより、鉛直方向の温度分布を均一化することが可能である。
【００１７】
また、本発明は、
前記均一化手段が、光路空間に鉛直に屹立する良熱伝導性の棒状体を備えている。
これにより、熱が高温側から低温側へ鉛直方向に伝わり、鉛直方向の温度分布を均一化することが可能である。
【００１８】
また、本発明は、
前記棒状体が、中空パイプの内部に作動流体を封止したヒートパイプである。ヒートパイプは、熱伝導効率が非常に良く、より確実に、かつ迅速に、鉛直方向に熱を伝えて温度分布を均一化することができる。
【００１９】
また、本発明は、
前記均一化手段が、光路空間の上部に配置されて光路空間から上部空間を仕切る上側仕切り板と、
光路空間の下部に配置されて光路空間から下部空間を仕切る下側仕切り板と、
下部空間に清浄で低反応性のパージガスを供給するパージガス供給機構とを備え、
上部空間及び下部空間が、上側仕切り板及び下側仕切り板に設けられた開口部を介して光路空間と連通している。
これにより、パージガスが下部空間から上部空間へと流れ、レーザ光の照射によって温められて上方に集中していたパージガスを上部空間へ追い出し、光路空間の温度分布を均一化することができる。
【００２０】
また、本発明は、
下側仕切り板に設けられた前記開口部が、レーザ光の通過する光路に沿って設けられている。
即ち、光路における鉛直方向の温度分布を均一化することにより、温度勾配がレーザ光のビーム特性に対する影響を軽減できる。
【００２１】
また、本発明は、
前記開口部が、レーザ光が照射される光学部品の表面に沿って設けられている。
光学部品の近傍において、温度勾配の発生は特に顕著であるので、この近傍のパージガスを上部空間に追い出すことにより、より温度分布を均一化することができる。
【００２２】
また、本発明は、
前記パージガス供給機構が、パージガスの温度を制御する温度調整装置を備えている。
即ち、パージガスの温度を制御して、光路空間の温度を調整することにより、鉛直方向の温度分布をより精密に均一化できる。
【００２７】
また、本発明は、
前記レーザ装置が、波長を狭帯域化する狭帯域化光学部品と、
狭帯域化光学部品を囲繞する狭帯域化ボックスとを備え、
前記光路空間が、狭帯域化ボックスの内部である。
狭帯域化ボックス内部は、狭い空間に光学部品が高密度で配置されているため、レーザ光の照射に基づく温度分布の不均一が起こりやすい。しかも、狭帯域化ボックス内部ではレーザ光の波長の狭帯域化を行なっているため、熱による屈折率の不均一が、レーザ光の波長特性やビーム特性に大きく影響する。従って、本発明は、狭帯域化ボックスに対して応用するのが、最も効果的である。
【００２８】
また、本発明は、
レーザ媒質を封止するレーザチャンバと、
波長を狭帯域化する狭帯域化光学部品を囲繞する狭帯域化ボックスとを備え、
前記狭帯域化ボックスは上方に配されたガス出口を有し、
狭帯域化ボックスでレーザ光を略鉛直方向上向きに反射させて前記狭帯域化光学部品に入射させている。
これにより、レーザ光の光軸が略鉛直となるので、狭帯域化ボックス内部での温度勾配がレーザ光の光軸に沿って起きるため、ビーム断面における温度勾配が殆んどなく、波面の乱れが小さい。
【００３０】
また、本発明は、
レーザ媒質を封止するレーザチャンバと、
前記狭帯域化光学部品がグレーティングを含み、
グレーティングを、溝の方向が鉛直とならないように配置している。
これにより、レーザ光の光軸が略鉛直となるので、狭帯域化ボックス内部での温度勾配がレーザ光の光軸に沿って起きるため、ビーム断面における温度勾配が殆んどなく、波面の乱れが小さい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
まず、第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係るエキシマレーザ装置１１の平面図を示している。図１において、エキシマレーザ装置１１は、フッ素を含むレーザガスを封止したレーザチャンバ１２を備えている。
レーザチャンバ１２の内部には、一組の主電極１４，１５が鉛直方向に対向して配置されている。またレーザチャンバ１２の内部には、主電極１４，１５間にレーザガスを送り込む貫流ファン（図示せず）と、主電極１４，１５間の主放電によって発生した熱を冷却する熱交換器（図示せず）とが配設されている。
【００３３】
レーザチャンバ１２の前後部には、それぞれレーザ光２１を透過するフロント及びリアのウィンドウ１７，１９が固定されている。また、レーザチャンバ１２の後方には、狭帯域化ボックス３１が固定されている。
狭帯域化ボックス３１の内部には、狭帯域化光学部品として、レーザ光２１のビーム幅を制限するリアスリット２７と、例えば３個のプリズム３２と、グレーティング３３とが設置されている。グレーティング３３又はプリズム３２のうちの１個は、後述するレーザコントローラ２９の指示に基づいて回転自在のステージ７２Ａ，７２Ｂ上に搭載されている。
３５は、レーザ光２１のビーム幅を制限するとともに、乱反射したレーザ光２１が、レーザチャンバ１２に戻らないように吸収するための、遮光板３５である。
【００３４】
高圧電源２３から主電極１４，１５間に高電圧を印加することにより、主電極１４，１５間で主放電が起き、レーザ光２１が発生する。
発生したレーザ光２１は、リアウィンドウ１９を透過して、狭帯域化ボックス３１に入射する。プリズム３２でビーム幅を広げられたレーザ光２１は、グレーティング３３によって回折される。これにより、所定の中心波長及びその近傍の波長のみが入射方向に反射され、レーザ光２１の波長が狭帯域化される。
【００３５】
グレーティング３３で反射したレーザ光２１は、フロントミラー１６で部分反射され、レーザチャンバ１２を往復するうちに増幅される。レーザ光２１は、レーザ光２１のビーム幅を制限するフロントスリット２６の開口部を透過し、フロントミラー１６を部分透過して、一部が前方に出射する。
出射したレーザ光２１は、モニタボックス７０に入射する。レーザ光２１の光軸上には、ビームスプリッタ２２が配設されている。ビームスプリッタ２２を透過したレーザ光２１は、ステッパなどの露光機２５に入射し、露光用光となる。
【００３６】
ビームスプリッタ２２で図１中下方に反射したレーザ光２１は、モニタモジュール７１に入射し、波長特性、ビーム特性、及びパルスエネルギーを測定される。モニタモジュール７１の出力は、レーザコントローラ２９に送信される。レーザコントローラ２９は、波長特性の計測値に基づいて、これが所定の値となるように、ステージ７２Ａ，７２Ｂの回転角度を調整する。これを、波長制御と言う。
また、レーザコントローラ２９は、パルスエネルギーの計測値に基づいて、これが所定の値となるように、高圧電源２３から主電極１４，１５間に印加する高電圧を調整する。これを、パルスエネルギー一定制御と言う。
【００３７】
図２に、狭帯域化ボックス３１の側面断面図を示す。レーザチャンバ１２と狭帯域化ボックス３１との間の空間４４は、Ｏリング７３で封止された光路カバー３６によって囲繞されている。
また、図１に示すように、レーザチャンバ１２とモニタボックス７０との間の光路も、光路カバー３６によって囲繞されている。尚、以下の図において、レーザチャンバ１２とモニタボックス７０との間の光路を囲繞する光路カバー３６は、図示を省略する。またステージ７２Ａ，７２Ｂについては、側面図において、図示を省略する。
【００３８】
光路カバー３６，３６には、パージガス入口３７，３７が設けられ、パージガス配管６０を介して、低反応性で清浄なパージガスを封入したパージガスボンベ５９が接続されている。パージガスボンベ５９からは常にパージガスが供給され、パージガスは、例えば狭帯域化ボックス３１の上部に設けられたパージガス出口３８などから、外部に放出される。
これにより、狭帯域化ボックス３１及び空間４４の内部を清浄に保つとともに、内部にレーザ光２１を吸収する酸素が入り込まないようにしている。パージガスとしては、窒素や不活性ガスが好適である。
【００３９】
グレーティング３３やプリズム３２等の光学部品は、いずれも狭帯域化ボックス３１の下面４２に固定されたホルダプレート３９に搭載されている。そして光学部品は、ホルダプレート３９に固定された押さえ板４０により、スプリング４１を介して下方に押さえつけられている。或いは、狭帯域化ボックス３１の上面４３から、スプリング４１を介して下方に押さえつけるようにしてもよい。
【００４０】
狭帯域化ボックス３１の下面４２の下部外側には、加熱手段が設けられている。加熱手段としては、例えば、ラバーヒータなどのシート状のヒータ４６を貼付するとよい。ヒータ４６は、レーザコントローラ２９に接続されており、レーザコントローラ２９の指示に基づいた熱量を、狭帯域化ボックス３１の下面４２に加えることができる。
また、狭帯域化ボックス３１の、例えば側面４５などには、パージガスが漏れないようにして、温度センサ４８が鉛直方向に複数本並べて挿入されており、狭帯域化ボックス３１内部のパージガスの、鉛直方向の温度分布を測定することが可能となっている。
【００４１】
このように、ヒータ４６によって狭帯域化ボックス３１を下方から温めることにより、狭帯域化ボックス３１内部の下方のパージガスが温められる。その結果、レーザ光２１の照射によって狭帯域化ボックス３１内部の上方に熱気が集中していたのが、狭帯域化ボックス３１全体が温められることになり、狭帯域化ボックス３１の鉛直方向の温度勾配が緩やかになる。
その結果、屈折率の不均一が減少し、レーザ光２１の波面が傾いたり乱れたりすることが少なくなる。
【００４２】
またこのとき、レーザコントローラ２９が、狭帯域化ボックス３１内部の鉛直方向の温度分布を温度センサ４８によって測定し、これに基づいてヒータ４６の加熱温度を調整するとよい。これにより、内部の温度分布をより均一にすることが可能となる。
尚、実施形態では、ヒータ４６によって温めるようにしたが、この代わりに、例えば熱電素子の高温側電極を、狭帯域化ボックス３１の下面４２に接触させて加熱してもよい。
【００４３】
図３に、第１実施形態に係る狭帯域化ボックス３１の、他の構成例を側面断面図で示す。図３において、狭帯域化ボックス３１の下面４２の下方には、外部カバー６１が設けられている。外部カバー６１と下面４２との間の空間には、ヒータ４６と、その下方に断熱材４７とが敷かれている。
これにより、ヒータ４６が狭帯域化ボックス３１の下面４２にのみ接触するので、ヒータ４６の熱が下面４２に集中する。従って、狭帯域化ボックス３１の側面４５や上面４３が温められて、内部雰囲気の温度分布が不均一になるというようなことが少ない。
【００４４】
尚、本実施形態については、狭帯域化ボックス３１について説明したが、例えばヒータ４６を、モニタボックス７０や光路カバー３６などの下面にも貼付すると、尚良い。即ち、狭帯域化ボックス３１内部に限らず、レーザ光２１がさまざまな光学部品に当たると、その近傍のパージガスが温められて上方に集中し、温度分布の不均一による屈折率の不均一な分布が生じる原因となる。これを防止するため、ヒータ４６はレーザ光２１の通る光路空間の下面すべてに貼付するようにするのがよい。
【００４５】
次に、第２実施形態について、説明する。
図４に、第２実施形態に係る狭帯域化ボックス３１の側面断面図を示す。図４において、狭帯域化ボックス３１の上面４３外側には、冷却器６２が付設されている。冷却器６２としては、例えば熱電素子を備えた熱電モジュールや、放熱フィン等がよい。或いは、水冷式の冷却ジャケットを付設して、水冷するようにしてもよい。
このとき、冷却器６２は、レーザコントローラ２９に接続され、レーザコントローラ２９は温度センサ４８の指示に基づいて冷却器６２を制御することにより、温度分布をより小さくすることが可能である。
【００４６】
即ち、第２実施形態によれば、狭帯域化ボックス３１の上面４３を冷却することにより、レーザ光２１の光学部品への照射で温められ、狭帯域化ボックス３１上方に集中したパージガスを冷やしている。これにより、狭帯域化ボックス３１内部の鉛直方向の温度分布が緩和され、屈折率の不均一によるレーザ光２１の波面の乱れが小さくなる。
【００４７】
図５に、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた構成例を示す。図５によれば、狭帯域化ボックス３１の下面４２にヒータ４６を貼付し、上面４３に冷却器６２を接触させている。即ち、狭帯域化ボックス３１を、下面４２から加熱し、かつ、上面４３から冷却することにより、内部の温度分布をより均一にすることが可能となっている。
また、温度制御に要する時間が短縮されるので、例えばレーザ光２１の発振周波数が変化して狭帯域化ボックス３１内部の温度分布に変化が生じた場合などにも、より迅速に均一な状態に戻すことが可能である。
【００４８】
次に、第３実施形態を説明する。
図６に、第３実施形態に係る狭帯域化ボックス３１の側面断面図、図７にその平面図を示す。図６において、狭帯域化ボックス３１の内部には、ヒートパイプ５１が略鉛直に屹立している。ヒートパイプ５１は、中空のパイプの内部を真空にして作動流体を封止したものである。パイプの材質としては、熱伝導性の良い銅やアルミニウムなどが好適であり、作動流体としては、水、代替フロン、アセトン、或いはアルコールなどの、蒸発しやすいものが好適である。
【００４９】
ヒートパイプ５１は、一部で熱が発生すると、その近傍内部で作動液が蒸発し、蒸発潜熱によって熱を吸収する。蒸発した作動液は、蒸気流となって低温部分へ高速移動し、熱の低い位置にある管壁に接触して冷却されて凝縮し、凝縮潜熱によって熱を放出する。凝縮した作動流体は、毛細管現象又は重力によって、元の位置に戻る。
或いは、例えば気泡振動型ヒートパイプと呼ばれるものでもよい。これは、中空の伝熱チューブを閉ループとし、その内部に通常のヒートパイプよりも大きな封入率で作動流体を封入したものである。これにより、作動流体中に微細な気泡が発生し、この気泡の働きによって、熱をより効率的に伝搬させられる。
【００５０】
このように、ヒートパイプ５１は、例えば一端部に加えられた熱を、効率良くかつ高速に他端部に伝える特性を有している。
従って、ヒートパイプ５１を略鉛直に屹立させることにより、狭帯域化ボックス３１内部の上方に集まった熱が下方に伝搬する。これにより、上方が冷やされて下方が温められ、狭帯域化ボックス３１内部の鉛直方向における温度分布が均一化する。
【００５１】
図７に示すように、ヒートパイプ５１は、レーザ光２１に当たらないように、水平面内（図７中紙面内）において、なるべく均等な分布となるように配置する。或いは、ヒートパイプ５１がない場合に温度勾配が急峻となるような位置に、集中して配置するならば、より温度分布を平滑化する効果が大きい。
尚、伝熱効率が最も良いヒートパイプ５１を用いて説明したが、これはヒートパイプ５１に限られるものではなく、例えば銅やアルミニウムの棒を屹立させるようにしても、これを熱が伝わるので、効果がある。
また、図６及び以下の各実施形態において、図示はしていないが、温度センサ４８を図２と同様に鉛直方向に複数本並べてもよい。
【００５２】
次に、第４実施形態について、説明する。
図８に、第４実施形態に係る狭帯域化ボックス３１の側面断面図を示す。図８において狭帯域化ボックス３１の上面４３の下方及び下面４２の上方には、それぞれ上側及び下側の仕切り板４９，５０が設けられている。これにより、狭帯域化ボックス３１は、内部に上部空間７５及び下部空間７６を有する構造となっている。上側及び下側の仕切り板４９，５０には、例えば円形の小孔５３が、それぞれ全面に略均一に開通している。
【００５３】
図８に示すように、パージガスは下部空間７６に供給され、矢印７４に示すように、下側仕切り板５０の小孔５３を通って、狭帯域化ボックス３１内部を上方へ流れる。これにより、狭帯域化ボックス３１上部に滞留していた温度の高いパージガスが、さらに上方へ押され、上側仕切り板４９の小孔５３を通って上部空間７５へと押し出される。
その結果、狭帯域化ボックス３１内部の温度分布が平滑化され、屈折率の不均一が減少して波面の乱れが小さくなる。
【００５４】
下部空間７６にパージガスを供給するパージガス配管６０には、パージガスを加熱及び冷却自在の温度調整装置５２が介挿されている。温度調整装置５２は、レーザコントローラ２９に接続されており、パージガスの温度を調整自在となっている。
レーザコントローラ２９は、測定した狭帯域化ボックス３１内部の雰囲気温度及び鉛直方向の温度分布に基づいて、パージガスの温度を調整し、狭帯域化ボックス３１内部の温度分布を、より均一なものにすることができる。
【００５５】
図９に、第４実施形態に係る狭帯域化ボックス３１における、下側仕切り板５０上の小孔５３の配置例を示す。パージガスの温度が上昇するのは、例えばグレーティング３３表面や遮光板３５にレーザ光２１が照射され、これが熱せられるためである。従って、パージガスの温度は、レーザ光２１が通過する光路近傍において、特に高くなる。
図９においては、光路に沿って小孔５３を設けることにより、温められたパージガスを、迅速に上部空間７５へ追い出すことが可能となっている。
【００５６】
尚、このときのパージガスの流量は、レーザ光２１によって温められたパージガスを確実に上部空間７５に追い出すだけ多く、かつ、パージガスの流れによって狭帯域化ボックス３１内部の屈折率が乱れない程度に少なくすることが必要である。
また、小孔５３の形状は、図８、図９に示したように円形と限られるものではなく、例えば四角形でもよい。
或いは図１０に示すように、小孔５３の代わりに矩形形状の矩形開口部５４を設け、この矩形開口部５４が光学素子の表面に沿うように配置してもよい。これにより、光学素子の表面の、より熱の高い部位周囲のパージガスを、効率的に上部空間７５へ追い出すことができる。
【００５７】
図１１に、第５実施形態に係る狭帯域化ボックス３１の側面断面図を示す。図１１に示すように狭帯域化ボックス３１の上面４３には、例えば円形の小孔８２が全面に設けられている。
パージガスは、光路カバー３６に設けられたパージガス入口３７から供給される。温度の高いパージガスは軽いため、上に上がり、狭帯域化ボックス３１の上面４３の小孔５３を通って、パージガス出口３８から自然に外部に放出される。このように、狭帯域化ボックス３１の上面４３に小孔５３を設けることにより、簡単な構造で、効率の良い高温パージガスの追い出しが可能である。
このとき、図１１に示すように、小孔５３からレーザ光２１の散乱光が外部に漏れるのを防止するための遮光カバー６３を、上面４３の外側に設けるとよい。
【００５８】
図１２に、第６実施形態に係る狭帯域化ボックス３１を平面視した構成図を示す。図１２において、パージガス入口３７とパージガス出口３８とは、パージガス配管６０によって結ばれている。パージガス配管６０には、パージガスを循環させる循環ポンプ７７と、温度調整装置５２が介挿されている。
温度調整装置５２は、例えばヒータと冷却型熱電モジュールとを備えており、レーザコントローラ２９の指示に基づいて、循環ポンプ７７によって循環するパージガス７４を、任意の温度に温度制御することが可能である。
【００５９】
レーザコントローラ２９は、温度センサ４８及びモニタモジュール７１の出力信号に基づき、温度調整装置５２を運転してパージガスの温度を制御し、狭帯域化ボックス３１内部の温度を調整する。
例えば、狭帯域化ボックス３１内部の温度を全体に上昇させるならば、レーザ光２１の照射による内部の温度上昇の度合いが、相対的に減少し、鉛直方向の温度勾配が緩やかになる。これにより、屈折率の不均一が小さくなり、レーザ光２１の波面が乱れることが少なくなる。
尚、図１２では、パージガスを循環させるように説明したが、例えば図１３に示すように、パージガス配管６０に温度調整装置５２を介挿して連続的にパージガスを供給し、パージガスの温度を調整して狭帯域化ボックス３１内部の温度を制御するようにしてもよい。
【００６０】
図１４に、第７実施形態に係る狭帯域化ボックス３１を平面視した構成図を示す。
図１４において、狭帯域化ボックス３１には、内部のパージガスを排気する排気ポンプ５５が、排気配管７８を介して接続されている。排気配管７８には、排気されるパージガスの流量を測定する流量計８０と、レーザコントローラ２９からの指令信号に基づいて開閉自在の排気バルブ５６とが介挿されている。
【００６１】
また、パージガス配管６０には、パージガスの流量を測定する流量計５７と、レーザコントローラ２９からの指令信号に基づいて開閉自在のパージガスバルブ５８とが介挿されている。
狭帯域化ボックス３１には、内部の雰囲気温度を測定する温度センサ４８と、内部のパージガスの圧力を測定する圧力センサ７９とが接続されている。温度センサ４８及び圧力センサ７９の出力信号は、レーザコントローラ２９に出力される。
【００６２】
レーザコントローラ２９は、排気ポンプ５５を駆動して排気バルブ５６を開き、圧力センサ７９の出力に基づいて、狭帯域化ボックス３１内部が大気圧よりも低い所定圧力になるように、内部のパージガスを排気している。このとき、パージガスバルブ５８を開いて、微量のパージガスを、狭帯域化ボックス３１内部に供給する。パージガスの流量は、流量計５７の出力に基づいて制御される。
狭帯域化ボックス３１内部のパージガスが低圧力になるほど、温度変化に対する屈折率の変動は小さくなる。従って、温度分布の不均一が起きても、屈折率の変動が小さく、波面の乱れも小さくなる。
【００６３】
図１５に、第８実施形態に係る狭帯域化ボックス３１の側面視構成図を示す。図１５において、レーザチャンバ１２の後方には、全反射ミラー８１が配置されており、レーザ光２１を鉛直方向上向きに反射させている。レーザ光２１は、図１５中上方に向かって狭帯域化ボックス３１に入射する。
レーザチャンバ１２と狭帯域化ボックス３１との間の光路は、前記各実施形態と同様に、光路カバー３６によって囲繞されている。光路カバー３６には、パージガス入口３７が設けられ、パージガス配管６０を介して、パージガスボンベ５９が接続されている。
尚、レーザチャンバ１２とモニタボックス７０との間の光路を囲繞する光路カバーは、図示を省略する。
【００６４】
図１６は、図１５のＡ−Ａ視図である。但し、レーザチャンバ１２は図示を省略されている。
図１６に示すように、狭帯域化ボックス３１の内部では、例えば２個のプリズム３２，３２及びグレーティング３３が、鉛直面内に配置されている。レーザ光２１は、第１〜第７実施形態と同様に、プリズム３２，３２及びグレーティング３３によって波長を狭帯域化される。
【００６５】
このような構成により、レーザ光２１の光学部品への照射によって温められた狭帯域化ボックス３１内部のパージガスは、狭帯域化ボックス３１の上方へ集中し、その大半がグレーティング３３よりも上へ上がる。従って、温められたパージガスが、光学部品のない空間に集中するので、レーザ光２１の通過する光路における温度勾配が、非常に小さくなる。
また、狭帯域化ボックス３１内部では、レーザ光２１の光軸方向の少なくとも一部が略鉛直となっているため、狭帯域化ボックス３１内部の温度勾配が、レーザ光２１の光軸に沿って発生する。即ち、光軸方向に略垂直なレーザ光２１のビーム断面においては、温度が略均一となる。従って、ビーム断面において、温度勾配による屈折率の不均一が殆んど発生しないため、レーザ光２１の速度が略均一となり、進行方向が変化するようなことが起きにくくなる。
【００６６】
尚、狭帯域化ボックス３１の上部に、第４実施形態に示したような仕切り板４９を設けたり、狭帯域化ボックス３１の上部８３に第５実施形態に示したような小孔８２を設けたりすると、温められたパージガスが外部に放出されるので、なお良い。
また、全反射ミラー８１と限るものではなく、例えば０．１％程度のレーザ光２１を透過する部分反射ミラーとし、その後方に測定装置を配置して、部分反射ミラーを透過してきたレーザ光２１の特性を測定するようにしてもよい。
また、全反射ミラー８１によってレーザ光２１を略鉛直に曲げるのではなく、レーザ光２１の光軸が略鉛直になるように、レーザチャンバ１２をも略鉛直に配置してもよい。
【００６７】
尚、上記の説明は、狭帯域化ボックス３１内部の温度分布を均一化するものとして説明を行なった。これは、狭帯域化ボックス３１内部には、狭い空間に多くの光学部品があって、レーザ光２１の照射に基づく温度分布の不均一が起こりやすいことによる。さらには、狭帯域化ボックス３１内部ではレーザ光２１の波長の狭帯域化を行なっており、熱による屈折率の不均一が、レーザ光２１の波長特性やビーム特性に大きく影響する。
従って、本発明は、狭帯域化ボックス３１に対して用いるのが、最も効果的である。
【００６８】
しかしながら、これに限られるものではなく、例えば光路カバー３６の内部やモニタボックス７０内部など、レーザ光２１が通過する光路空間すべてについて、応用が可能である。さらには、狭帯域化しないエキシマレーザ装置においても同様である。
例えば、レーザチャンバ１２の前後に設けられたスリット２６，２７が、レーザ光２１の照射によって温められ、周囲の空間に屈折率の不均一が生じ、ここを通過するレーザ光２１のビーム特性が乱れる場合がある。このような場合に、本発明を応用し、屈折率を均一化することにより、ビーム特性の乱れを抑制することが可能である。
【００６９】
また、エキシマレーザ装置を例にとって行なったが、フッ素分子レーザ装置等、他のレーザ装置においても、同様に応用が可能である。例えば、図１７に示したように、分散プリズム２８，２８及びリアミラー１８によって波長をシングルライン化した、フッ素分子レーザ装置１１１の狭帯域化ボックス３１や、他の光路空間に対しても、同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るエキシマレーザ装置の平面図。
【図２】狭帯域化ボックスの側面断面図。
【図３】第１実施形態に係る狭帯域化ボックスの他の構成例を示す側面断面図。
【図４】第２実施形態に係る狭帯域化ボックスの側面断面図。
【図５】第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた構成例を示す側面断面図。
【図６】第３実施形態に係る狭帯域化ボックスの側面断面図。
【図７】図６の平面図。
【図８】第４実施形態に係る狭帯域化ボックスの側面断面図。
【図９】第４実施形態に係る狭帯域化ボックスにおける、仕切り板上の小孔の配置例を示す説明図。
【図１０】第４実施形態に係る狭帯域化ボックスにおける、仕切り板上の小孔の形状を示す説明図。
【図１１】第５実施形態に係る狭帯域化ボックスの側面断面図。
【図１２】第６実施形態に係る狭帯域化ボックスを平面視した構成図。
【図１３】第６実施形態に係る狭帯域化ボックスの他の構成例を示す説明図。
【図１４】第７実施形態に係る狭帯域化ボックスを平面視した構成図。
【図１５】第８実施形態に係る狭帯域化ボックスを側面視した構成図。
【図１６】図１５のＡ−Ａ視図。
【図１７】フッ素分子レーザ装置の構成図。
【図１８】従来技術に係るエキシマレーザ装置を平面視した構成図。
【図１９】従来技術に係るグレーティングを側面視した説明図。
【図２０】従来技術に係るエキシマレーザ装置の側面図。
【図２１】ビームプロファイルの変化を示す説明図。
【図２２】従来技術に係るグレーティングを平面視した説明図。
【符号の説明】
１１：エキシマレーザ装置、１２：レーザチャンバ、１４：主電極、１５：主電極、１６：フロントミラー、１７：フロントウィンドウ、１８：リアミラー、１９：リアウィンドウ、２０：レーザ光軸、２１：レーザ光、２２：ビームスプリッタ、２３：高圧電源、２５：露光機、２６：フロントスリット、２７：リアスリット、２８：分散プリズム、２９：レーザコントローラ、３１：狭帯域化ボックス、３２：プリズム、３３：グレーティング、３５：遮光板、３６：光路カバー、３７：パージガス入口、３８：パージガス出口、３９：ホルダプレート、４０：押さえ板、４１：スプリング、４２：下面、４３：上面、４４：空間、４５：側面、４６：ヒータ、４７：断熱材、４８：温度センサ、４９：上側仕切り板、５０：下側仕切り板、５１：ヒートパイプ、５２：温度調整装置、５３：小孔、５４：矩形開口部、５５：排気ポンプ、５６：排気バルブ、５７：流量計、５８：パージガスバルブ、５９：パージガスボンベ、６０：パージガス配管、６１：外部カバー、６２：冷却器、６３：遮光カバー、６４：エタロン、６５：ファン、６６：パージガス流、６７：波面、６８：上方空間、６９：下方空間、７０：モニタボックス、７１：モニタモジュール、７２：ステージ、７３：Ｏリング、７４：パージガス流、７５：上部空間、７６：下部空間、７７：循環ポンプ、７８：排気配管、７９：圧力センサ、８０：流量計、８１：全反射ミラー、８２：開口部、８３：狭帯域化ボックス上部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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