(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管から導波管壁に形成された複数の微小間隙を介してマイクロ波を、レーザガスが流入出する流路を形成するガス供給構造に導入することにより前記流路内でレーザガスを励起させてプラズマを生成し、前記プラズマから発せられる光を共振させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、
前記流路はレーザ光の発光部で最も幅狭となる形状とされており、
前記レーザガスを前記流路に対して双方向に流入出させるガス供給手段と、
前記ガス供給手段により供給されるレーザガスを前記流路途中の前記発光部で亜音速に制御するガス供給制御手段を備え、
前記ガス供給制御手段は、前記発光部の温度に応じて、前記流路の一方の端部であって前記レーザガスが流入する部分である流入口と前記流路の他方の端部であって前記レーザガスが流出する部分である流出口との圧力比を流出口断面積と発光部断面積の断面積比で与えられる臨界圧力比以下とするように前記流入口或いは前記流出口の圧力を調整し、前記流路には、前記レーザガスの流れる方向に向かって形成された開口からなる前記プラズマの遮蔽構造を備えたことを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項２】
照明光を発する光源である請求項１に記載のレーザ発振装置と、
所定パターンの形成されたレチクルに前記レーザ発振装置からの照明光を照射する第１光学系と、
前記レチクルを介した照明光を被照射面に照射する第２光学系とを備え、
前記被照射面に前記レチクルの所定パターンを投影し露光を行うことを特徴とする露光装置。
【請求項３】
被照射面に感光材料を塗布する工程と、
請求項２に記載の露光装置を用いて、前記感光材料が塗布された前記被照射面に所定パターンの露光を行う工程と、
前記所定パターンの露光が行われた前記感光材料を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項４】
前記被照射面をウェハ面とし、当該ウェハ面に半導体素子を形成することを特徴とする請求項３に記載のデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮性気体を流入出させる流路を形成し、流路途中の所定部位から噴出させるガス供給路構造、導波管から導波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入することにより、レーザ光を発生させるレーザ発振装置に関し、特にレーザガス励起用の電磁波としてマイクロ波を用いたレーザ発振装置、これを備えた露光装置及びデバイスの製造方法に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近時では、紫外領域で発振する唯一の高出力レーザとして、いわゆるエキシマレーザが注目されており、電子産業や化学産業、エネルギー産業等において、具体的には金属、樹脂、ガラス、セラミックス、半導体等の加工や化学反応等に応用が期待されている。
【０００３】
エキシマレーザ発振装置の機能原理について説明する。先ず、マニホルド内に充填されたＡｒ，Ｋｒ，Ｎｅ，Ｆ2 等のレーザガスを電子ビーム照射や放電等により励起状態にする。このとき、励起されたＦ原子は基底状態の不活性Ｋｒ，Ａｒ原子と結合して励起状態でのみ存在する分子であるＫｒＦ* ，ＡｒＦ* を生成する。この分子がエキシマと呼ばれるものである。エキシマは不安定であり、直ちに紫外光を放出して基底状態に落ちる。これをボンドフリー遷移あるいは自然発光というが、この励起分子を利用して一対の反射鏡で構成される光共振器内で位相の揃った光として増幅し、レーザ光として取り出すものがエキシマレーザ発振装置である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エキシマレーザ発振装置について、以下に列挙するような種々の問題がある。
【０００５】
（１）エキシマレーザ発振装置は、各種近代産業に用いられる光源の主流となりつつある反面、発光に伴うレーザガスの枯渇によりその発光時間が極めて短いという問題がある。即ち、エキシマレーザの中でも特にＫｒＦレーザやＡｒＦレーザ、Ｆ2 レーザにおいては、励起分子から発光がなされた状態から元の原料ガス分子の状態に戻るまで比較的長時間を要するため、長時間の発光を維持することが困難となる。
【０００６】
そこで、レーザガスを補って発光時間を延長させるには、当該レーザガスを高速度で絶えず供給する必要がある。しかしながら、高速流を発生させればそれに伴って衝撃波が生じてレーザ発振装置として機能不能、具体的にはレーザガスの継ぎ手が緩んだり、セラミクスの破損や金属疲労等が発生するおそれがあり、例えば露光等を行なう場合、それ以上に衝撃波によって発生する振動は致命的な外乱となる。現在のところ、衝撃波を防止して高速流のレーザガスを実現する十分な技術は確立しておらず、今後の鋭意検討が待たれる現況にある。
【０００７】
（２）エキシマレーザ発光の際には、上記の如くレーザガスの励起源としては主にマイクロ波が用いられる。マイクロ波とは、発振周波数が数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの電磁波である。この場合、導波管から導波管壁に形成された間隙（スロット）を介してマイクロ波をレーザ管内に導入し、これによりレーザ管内のレーザガスをプラズマ状態に励起する。
【０００８】
しかしながら、導波管壁に形成されたスロットからの電磁波の放射特性を、スロット上の全領域において均一にすることは困難であり、通常、スロット長軸方向に正弦状もしくはそれに類似した分布となる。即ち、図９７（ａ）に示すように、スロット長軸方向の中央部における電界強度分布が最も大きく、スロット長軸方向の端部における電界強度分布が最も小さくなってしまう。
【０００９】
更に、マイクロ波の電界強度分布に対して、図９７（ｂ）に示すように、励起されるプラズマはスロット長軸方向の中心に集まるという性質があり、スロット長軸方向の電界強度の不均一分布が助長されてしまう。このことは、スロットの長手方向において励起されるプラズマを均一にすることのできない大きな要因となる。
【００１０】
この現象は、スロットの長手方向における中央の位置で励起源である電磁波の強度が最も強いためプラズマが中央の位置で励起され易いという性質、励起したプラズマが表面積が最小となる球状に集まり易いという性質に起因するものである。中央位置で励起したプラズマにより、スロット中央に空間のインピーダンスの低い領域が形成され、その部位で優先的にエネルギーが消費されると共に、プラズマがシールドとして働き、マイクロ波が放出される長さに設計されていたスロット長がマイクロ波にとって半分の長さとなり、マイクロ波がスロット外部に放出されなくなる。これら２つの要因によりプラズマはスロットの中央のみで形成され易く、スロット上で均一なプラズマを励起させることは極めて困難であった。
【００１１】
（３）エキシマレーザ発光の際には、上記の如くレーザガスの励起源としては主にマイクロ波が用いられる。マイクロ波とは、発振周波数が数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの電磁波である。この場合、導波管から導波管壁に形成された間隙（スロット）を介してマイクロ波をレーザ管内に導入し、これによりレーザ管内のレーザガスをプラズマ状態に励起する。
【００１２】
ここで、仮にスロットから放出されるマイクロ波の強度分布が均一であったとしても、レーザ光の共振器長を満たすだけの長い空間にマイクロ波を供給するには、共振器長軸方向に沿って複数のスロットを配置したスロットアレイ構造を形成する必要がある。この構造を図９８に示す。図９８において、導波管壁２０１に複数の微小間隙（スロット）２０２が等間隔に形成されており、便宜上レーザ管内を放出空間として略記する。
【００１３】
このスロットアレイ構造を採用した場合、隣接するスロット２０２間の領域（図９８中、楕円形の斜線部で示す。）は必然的にマイクロ波の非照射領域となる。従って、マイクロ波により放出空間に存するレーザガスを励起する際にも非照射領域の存在に起因してマイクロ波強度にムラが生じ、全体として不均一な分布のプラズマ放電が発生することになる。
【００１４】
（４）スロット上のマイクロ波放出面直近にはプラズマが生成されるが、スロット上に形成されるプラズマシースにおいては、マイクロ波の伝播が可能であり、結果マイクロ波がシース領域を介してスロット短軸方向に広がり、投入したパワーが分散してしまうためにエキシマレーザの励起に必要なエネルギ密度を満たすことができなかった。このことは、プラズマを広い空間に拡散すると、プラズマの生成に用いるためのエネルギが分散してエキシマを励起するだけのエネルギ密度を実現することが困難となることに起因する。
【００１５】
図９９はプラズマシースを介してマイクロ波が伝播する様子を示す模式図であり、スロットの長手方向に対し垂直となる方向に沿った断面を示している。
【００１６】
スロット上ではプラズマは電気的に接地されていないが、その外側は基本的には直接導波管８０１に接地しており、シースにおける電位差、シース幅などが両者で異なってくる。このため、プラズマ密度が十分でない場合、シースが厚くなり、マイクロ波が外側に不均一に漏れ易くなる。この結果、スロット開口端の直上はプラズマが薄く、外側において高密度になるという現象が発生する。
【００１７】
本発明は、上記の種々の課題に鑑みてなされたものであり、以下に列挙する目的を有する。
【００１８】
（１）簡易な構造で音速に近い程の高速流を形成しつつも、衝撃波の発生を抑止することを可能とするガス供給路構造（及びガス供給方法）を提供することを目的とし、更にはこのガス供給路構造を備え、発光時間の長いレーザ発振装置や、このレーザ発振装置を備えた高性能の露光装置、この露光装置を用いた高品質なデバイスの製造方法を提供する。
（２）スロットアレイ構造を採用するも、個々のスロットの長手方向にわたり全体的に均一なプラズマの励起を実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光を可能とするレーザ発振装置や、このレーザ発振装置を備えた高性能の露光装置、この露光装置を用いた高品質なデバイスの製造方法を提供する。
【００１９】
（３）スロットアレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射を実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光を可能とするレーザ発振装置や、このレーザ発振装置を備えた高性能の露光装置、この露光装置を用いた高品質なデバイスの製造方法を提供する。
【００２０】
（４）スロットアレイ構造を採用するも、スロット上に生成されるプラズマの拡散を抑止し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光を可能とするレーザ発振装置や、このレーザ発振装置を備えた高性能の露光装置、この露光装置を用いた高品質なデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ発振装置は、導波管から導波管壁に形成された複数の微小間隙を介してマイクロ波を、レーザガスが流入出する流路を形成するガス供給構造に導入することにより前記流路内でレーザガスを励起させてプラズマを生成し、前記プラズマから発せられる光を共振させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、前記流路はレーザ光の発光部で最も幅狭となる形状とされており、前記レーザガスを前記流路に対して双方向に流入出させるガス供給手段と、前記ガス供給手段により供給されるレーザガスを前記流路途中の前記発光部で亜音速に制御するガス供給制御手段を備え、前記ガス供給制御手段は、前記発光部の温度に応じて、前記流路の一方の端部であって前記レーザガスが流入する部分である流入口と前記流路の他方の端部であって前記レーザガスが流出する部分である流出口との圧力比を流出口断面積と発光部断面積の断面積比で与えられる臨界圧力比以下とするように前記流入口或いは前記流出口の圧力を調整し、前記流路には、前記レーザガスの流れる方向に向かって形成された開口からなる前記プラズマの遮蔽構造を備えたことを特徴とする。
【０１２３】
本発明の露光装置は、照明光を発する光源である前記レーザ発振装置と、所定パターンの形成されたレチクルに前記レーザ発振装置からの照明光を照射する第１光学系と、前記レチクルを通過した照明光を被照射面に照射する第２光学系とを備え、前記被照射面に前記レチクルの所定パターンを投影し露光を行う。
【０１２４】
本発明のデバイスの製造方法は、被照射面に感光材料を塗布する工程と、前記露光装置を用いて、前記感光材料が塗布された前記被照射面に所定パターンの露光を行う工程と、前記所定パターンの露光が行われた前記感光材料を現像する工程とを備える。
【０１２５】
本発明のデバイスの製造方法の一態様においては、前記被照射面をウェハ面とし、当該ウェハ面に半導体素子を形成する。
【０１２６】
【作用】
本発明においては、以下に列挙するような作用を有する。
【０１２７】
（１）本発明のレーザ発振装置においては、各微小間隙が、当該微小間隙の電磁波の放出特性が導波管内で伝搬される電磁波の強度分布と相反するような部位に形成される。ここで、微小間隙に依存した電磁波の放出特性は、上記のように微小間隙の中央部位で電磁波強度が最大値となり、微小間隙の端部へ近づくにつれて小さくなる分布を示すため、導波管内で伝搬される電磁波の強度分布がこれと相反するような位置に微小間隙を形成すれば、導波管内で伝搬される電磁波の強度分布が微小間隙に依存した電磁波の放出特性による強度分布の影響を受け、実際に各微小間隙から放出される電磁波の強度分布の均一性が当該各微小間隙の全域にわたって高まる。
【０１２８】
具体的には、例えばＥ面アンテナを想定し、各微小間隙を電磁波の導波管における管内波長又はその半波長をピッチとして一列に形成した場合、導波管内で伝搬される電磁波の強度分布の最小値が当該微小間隙のほぼ中央部位に位置するように、各微小間隙を形成する。即ち、導波管内で伝搬される電磁波の強度分布に合わせて、各微小間隙の中央部位に電磁波の放出強度分布の最大値が一致するように対応させた位置から、各微小間隙を一律にλg ／４（λg ：管内波長）だけずらした部位に、当該微小間隙を形成する。このような比較的容易に手法により、各微小間隙から放出される電磁波の強度分布の更なる均一化を係ることが可能となる。
【０１３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したいくつかの具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【０１３３】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。この実施形態では、いわゆるエキシマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。
図１〜図３は、それぞれ本実施形態のエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【０１３４】
このエキシマレーザ発振装置は、図１〜図３に示すように、エキシマレーザガスが供給され、当該レーザガスを放電により励起させ共振させることによりレーザ光を発するレーザチャンバ１と、レーザチャンバ１にレーザガスを供給するためのガス供給手段２と、加熱させたレーザガスを冷却するための冷却器３とを備えて構成されている。本例では、後述するようにレーザガスの流動方向が交互に変化することを考慮して、レーザチャンバ１をガスの流入口と流出口とで対称形状に構成する。
【０１３５】
また、レーザガスの冷却は、図１の送通部２８に冷却水を供給することで行い、ガス供給手段２にも放熱フィン２９を設けて行なう。レーザガスの温度上昇が比較的少ない場合には、冷却器３を別途設ける必要はない。
【０１３６】
エキシマレーザ光を発生させる際の原料となるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた１種以上の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させたい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７の波長の場合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０１３７】
レーザチャンバ１は、図２（ｂ）に示すように、左右対称形状のいわゆるラバルノズル型のものでありレーザ管として機能するガス供給路構造１１と、このガス供給路構造１１内のレーザガスを励起してプラズマ状態とするための導波管１２とを備えて構成されている。
【０１３８】
ガス供給路構造１１は、一対の流入出口１１ａからレーザガスを流入出させる流路を形成し、中央部で最も幅狭となる形状とされており、この中央部でレーザガスを後述するように所定の亜音速となるように制御するノズルである。ここで、レーザガスの流速が亜音速となる前記中央部がレーザ光の発光部２１となる。そして、図３に示すように、この発光部２１の図中上下部位に一対の反射構造体２２，２３が設けられ、これら反射構造体２２，２３により発光部２１から発する光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。なお本実施形態では、ガス供給路構造１１内におけるレーザガスの流れは左右双方向とされるため、ガス供給路構造１１は左右対称形状とされており、ガス流の方向に応じて流入出口１１ａの一方が流入口に、他方が流出口となる。
【０１３９】
なお、このガス供給路構造１１の発光部２１におけるレーザガスの通路の高さ（上下幅）は、図１〜図３の例では所定値に固定されているが、例えば図４に示すような当該発光部２１の高さを可変とする上下幅調整手段２１ａを設けてもよい。この上下幅調整手段２１ａは、上下方向に可変とされた一対の部材であり、各々の先端部を対向させることにより発光部２１の高さを所定値に規定するものである。この上下幅調整手段２１ａの代わりに、着脱可能なスペーサを発光部２１に設けて高さ規制を行なうようにしてもよい。また、ノズル部分を取り替えることで、異なるガス供給路構造を実現してもよい。
【０１４０】
導波管１２は、マイクロ波をガス供給路構造１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、下面部に細長いスロットが複数形成されている。導波管１２の上部より数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイクロ波が導波管１２内を伝播しながら、前記スロットから導波管１２の外部へ放出される。放出されたマイクロ波は、ガス供給路構造１１に設けられた窓部２４から当該ガス供給路構造１１内へ導入される。そして、導入されたマイクロ波により供給路構造１１内のレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生する。また、後述の低コンダクタンス部２７には高周波予備電極３０が設けられている。
【０１４１】
ここで、ガス供給路構造１１の具体的な機能について説明する。便宜上、レーザガスを圧縮性気体であり且つ完全気体とし、定常１次元の等エントロピー流れであることを前提として解析する。
【０１４２】
ガス供給路構造１１の構造は、レーザガスの流速を加速するための先細り形状と減速するための先太り形状とを組み合わせたいわゆるラバルノズル型のものである。この構造においては、発光部２１におけるガスの流速が音速より大きい速度に達すると、流出口ではほぼ必ず衝撃波が発生する。本実施形態では、発光部２１のガス流速が亜音速となるように、ガス供給路構造１１におけるガスの流入口と流出口における圧力比を両者の断面積比で与えられる臨界圧力比以下とする。
【０１４３】
【数１】
0004295855.tif 000002
【０１４４】
Ａthrout：発光部（スロート）の断面積
Ａout   ：流出口の断面積
Ｐin    ：流入口の圧力
Ｐout   ：流出口の圧力
【０１４５】
図５は、（流出口断面積／発光部断面積）と（流出口圧力／流出口圧力）との関係を示す特性図である。ここで、エキシマレーザガスはその成分が殆ど単原子ガスであるため、比熱比γを５／３とする。この図５によれば、例えば流出口における高さ（流出口の上下幅）を発光部２１の高さ（最狭となる部位の上下幅）の２倍（即ち、両者の空間断面積比が２）とすると、流出口圧力を流出口圧力の約０．９３倍以上とすればガス流速は音速を超えることはなく衝撃波は生じない。ちなみに臨界状態での発光部２１のガス流速は音速である。
【０１４６】
ガスの音速はガス温度の関数であり、ＫｒＦ* エキシマレーザガスの場合、例えばＮｅ：Ｋｒ：Ｆ2 ＝９４．９：５：０．１であると仮定すると、平均分子量Ｍ（Ｎｅ：２０．１８／Ｋｒ：８３．８／Ｆ2 ：３８）が２３．４の理想気体と見做せば、音速ａは、
【０１４７】
【数２】
0004295855.tif 000003
【０１４８】
で表されることから、各温度に対応する音速は、以下の表１のようになる。
【０１４９】
【表１】
0004295855.tif 000004
【０１５０】
ここで、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度（Ｋ）であり、比熱比γは単分子のものと同じと仮定している。従って、この関係により、より高速のガス置換を行なう場合、流入ガス温度を積極的に下げることは望ましくないことが分かる。逆に言えば、亜音速以下の高速置換のためには、むしろレーザガスを加熱しておいた方が望ましい場合もあり得る。また同様の理由から、レーザガスの冷却を行なうのであれば、ガスの流出口側で行なうべきことが示唆される。
【０１５１】
ガス供給路構造１１の各部位（流入口、発光部、流出口）における速度、マッハ数、ガス圧力、ガス密度、ガス温度、及び音速との各条件の関係を図６に示す。
【０１５２】
この図６においては、Ａブロックが流入口における速度（亜音速又は音速）に対する発光部２１の前記各条件の変化を示し、Ｂブロックが発光部２１における速度（亜音速又は音速）に対する流出口の前記各条件の変化を示している。従って、流入口の速度が亜音速ならば、発光部２１へ向かうにつれてガス流速が増加して発光部２１で最大速度となる。そして、この最大速度が亜音速以下ならば、流出口へ向かうにつれてガス流速が減少することになる。このように、ラバルノズル型のガス供給路構造１１をレーザチャンバとして用い、各部位における温度や圧力を調節することにより、衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部２１の流速を流入口及び流出口でのガス流速に比して大きな亜音速に制御することが可能となる。
【０１５３】
なお、ガス供給路構造１１に形状について、急拡大や急縮小等の変曲点が存在すると、発光部２１以外の部位において音速域が形成されるおそれがあるため、急拡大部を避けて比較的緩やかに拡大（又は縮小）する形状とすることが望ましい。
【０１５４】
以下、発光部２１の流速を上記の如き亜音速とするための具体的な条件設定等について説明する。
発光部２１におけるガス流量は、以下に示すように、流入口の圧力に依存する。ここで、ｆは発光部２１のガス流量、Ｐthroutはその圧力である。この場合、（流入口圧力／発光部圧力）と（発光部の流速）との関係は図７に示すようになる。
【０１５５】
【数３】
0004295855.tif 000005
【０１５６】
ｆ      ：発光部（スロート）のガス流量
Ｐthrout：発光部（スロート）の圧力
【０１５７】
図７によれば、流入口圧力を１．６７（ａｔｍ）、発光部圧力を１（ａｔｍ）に設定することにより、発光部２１の流速を３００（ｍ／ｓ）とすることができる。また、図５を用いた上記の考察により、流入口と発光部２１との空間断面積比を２とすると、流出口圧力は１．５６（ａｔｍ）であればよい。相対的に流出口では圧力は低く温度は高いため、流入口側の圧力調整の変位量より流出口側の変位量の方が大きいことが予想されることから、レーザガスの充填圧を流出口圧力とし、流入口圧力を昇圧、次いで流出口圧力を一定に保持することが好適である。
【０１５８】
但し、実際の系では臨界条件を用いないため、数１において、Ａthrout→Ａ* ，Ｐout →Ｐ，Ａout →Ａ（Ａ* ：仮想臨界点の断面積、Ｐ，Ａ：任意位置の圧力及び断面積）と置き換えを行なって算出している。
【０１５９】
更に、Ｔinを流入口におけるガス温度、Ｔを任意部位におけるガス温度、Ｐを任意部位におけるガス圧力とすると、以下の式が成り立つ。またこの場合、（任意部位圧力／発光部圧力）と（任意部位温度／発光部温度）との関係は図８に示すようになる。
【０１６０】
【数４】
0004295855.tif 000006
【０１６１】
Ｔin：流入口のガス温度
Ｔ  ：任意点のガス温度
Ｐ  ：任意点の圧力
【０１６２】
このとき、例えば流入口のガス温度を２５℃とし、断熱状態を仮定すると、発光部温度は−３０．３℃、流出口のガス温度は１６．９℃となる。
なお、レーザガスの流動により生じる摩擦や、発光部２１が加熱されるなどして上記各条件に不測の変動が生じる場合がある。従って、当該摩擦が少なくなる形状、具体的にはガス供給路構造１１の表面を例えば平坦性の高い表面としたり、機械研磨や電界複合研磨等により物理的な表面粗さを小さくして当該表面を変曲点のない構造（滑らかな表面構造）とすることが望ましい。このとき、ガス供給路構造１１の流路内（主に発光部２１）に発生する温度上昇に対応して、臨界圧力比又は前記流入口の圧力を補正するため、例えば発光部２１の温度をモニタ（間接的に発光部２１におけるガス流速をモニタ）し、流入口圧力や流出口圧力を微調整する補正手段を設けることが好適である。具体的な当該補正手段の機能としては、例えば発光部２１におけるガス流速が低い場合には流出口圧力を上昇させる等が考えられる。
【０１６３】
以上説明したような各条件の関係を図９に総括的に示す。このように、例えば発光部圧力を１（ａｔｍ）に、発光部ガス流速を３００（ｍ／ｓ）に設定したい場合には、流入口圧力を１．６７（ａｔｍ）とすればよく、更に（発光部断面積／流入口断面積）を１／２に設計した場合には、発光部２１における前記摩擦を無視できる程度に低減させれば、流出口圧力を１．５６（ａｔｍ）とすればよい。このような具体的条件を採ることにより、衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部２１の流速を流入口及び流出口のガス流速に比して大きな亜音速、ここでは上記の３００（ｍ／ｓ）に制御することができる。
【０１６４】
各ガス供給手段２は、ガス供給路構造１１の流入口及び流出口にそれぞれ接続され、冷却器３と一体となって循環系を形成しており、上述したようにエキシマレーザガスの流速や圧力を流入口や流出口でそれぞれ制御するものであり、ここではマトリクス状に結合した複数のベローズポンプ２５で構成されている。
【０１６５】
各ベローズポンプ２５は、図２（ａ）に示すように、伸縮自在とされた長寿命のベローズ部２５ａと、このベローズ部２５ａの伸縮を調節する高速精密動作を行なうサーボモータ２５ｂとを備えて構成されている。ここで、発光部２１の断面積を例えば２５０ｍｍ×２ｍｍ（＝５×１０-4ｍ2 ）とすると、必要とされる発光部２１のガス流量は０．１１ｍ3 ／ｓ（＝６．６１ｍ3 ／ｍｉｎ）である。ベローズポンプ２５の動作時間を０．２ｓ（露光時間を０．１ｓと仮定）とすると、ベローズポンプ２５が一回当たり押し出すガス体積は、流入口、流出口でそれぞれ２．２１×１０-2ｍ3 、２．３０×１０-2ｍ3 である。内径５０ｍｍの長寿命のベローズポンプ２５の標準ブロック伸縮体積（最長時体積から最短時体積を除いた体積）は、０．１１５×１０-3ｍ3 であることから、２００ブロック程度のベローズポンプ２５が必要となる。ここでは、初期動作や導入路等の体積分も考慮して、片翼２１０ブロックのベローズポンプ２５を用意する。このベローズポンプ２５は、垂直方向に５ブロックまでの直列接続が可能なものであるため、図１及び図３に示すように、対称動作する５ブロックのベローズポンプ２５のセルが上下に２１個マトリクス状に配列され、各ガス供給手段２が構成される。
【０１６６】
ベローズ部２５ａは、長さが最短時となる形状に合わせた放熱構造に形成されている。この構造としては、接ガス面積を減らす意味では円柱状とし、ベローズ部２５ａの外表面には放熱面積を高めるためのフィン構造２９を設けることが望ましく、レーザガスの温度上昇が無視できない場合にはベローズ部２５ａの内表面についてもフィン構造とすることで対応可能である。
【０１６７】
また、ベローズポンプ２５は上記の如き直列配置されるため、座屈を防止することを考慮してベローズポンプ２５の外部の大気圧をベローズポンプ２５内の圧力より高く設定することが好ましい。
【０１６８】
ベローズポンプ２５の作業効率を向上させるには、当該ベローズポンプ２５から発光部２１に至る供給系の体積を最小限に抑えることが必要である。そこで、図３に示すように、各ベローズポンプ２５と発光部２１との間を結合する例えばφ４ｍｍ程度の中空流路２６を設ける。更に、発光部２１の直近に均一なガス流を形成するための低コンダクタンス部及び高周波予備電離部を設ける。これら低コンダクタンス部及び高周波予備電離部は空間的に兼用とすることが可能であり、図示の例では両者を一体として低コンダクタンス部２７として示す。ここでは、低コンダクタンス部２７を例えば長さ５０ｍｍ〜１００ｍｍ、高さ４ｍｍとし、発光部２１を長さ４ｍｍ程度、高さ２ｍｍとする。
【０１６９】
冷却器３は、各ガス供給手段２と接続され、レーザガスを冷却する機能を有する。この冷却器３と各ガス供給手段２、ガス供給路構造１１とでガス循環系を構成しており、ガス供給手段２のベローズポンプ２５の駆動によりレーザガスの流動方向が交互に変化する。ここで、冷却器３によるレーザガスの冷却方法としては、ガス供給路構造１１を通過することにより加熱されたレーザガスを冷却するという方式が好ましい。レーザガスをガス供給路構造１１へ供給する前に予備的に冷却するとガスの音速が低下して所期の亜音速の上限が低下し、またレーザガスの加速中に冷却するとガス流速が低下するためである。
【０１７０】
図２（ａ）において、冷却器３はガス供給路構造１１及びガス供給手段２と個別に設置しているが、前述したように、場合によっては図１の送通部２８の中空流路２６にて冷却を行なうことも可能である。更に、ベローズ部２５ａの放熱フィン２９やベローズ部２５ａ自体が冷却器としての機能を有していることは言うまでもない。
【０１７１】
逆に、レーザガスの予備的な加熱は音速を上昇させるには有効であるが、特に発光部２１の加熱（マイクロ波に起因する加熱も含む）は、ガス流速の高速化には寄与するものの、チョーク現象（加熱による見かけ上の断面積の減少）が発生し、設計したガス流量を満たすことが困難となるため、避けたほうがよい。この加熱に起因する問題が顕著である場合には、実質的な断面積比が変化することから、ベローズポンプ２５の動作圧力を変更しなければならない。
【０１７２】
また、発光部２１におけるマイクロ波による入射エネルギーが１ｋＷ程度と仮定すると、発光部２１におけるガス温度の上昇は１０℃程度であると見積もれる。その場合には、マイクロ波励起の発熱よりむしろシール部に使用される誘電体の誘電損による発熱等が問題となる可能性がある。しかしながら、誘電体に入射するマイクロ波のパワーを見積もることは困難であり、現状では正確な解析は不可能である。場合によっては、誘電損の問題より熱伝導性や熱応力耐性等を優先する必要性がある。
【０１７３】
このように、第１の実施形態のエキシマレーザ発振装置によれば、レーザチャンバ１にラバルノズル型のガス供給路構造１１を用い、流出入口におけるガス圧力やガス流速を調節することにより、音速に近づくほどに懸念される衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部２１におけるエキシマレーザガスの流速を所期の亜音速に制御することが可能となる。従って、枯渇しがちなエキシマレーザガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給することができ、長時間の安定な発光を維持するエキシマレーザ発振装置が実現される。
【０１７４】
また、このような全体的に簡便な構造により、レーザガスへの不純物となる脱ガスを抑制するための表面処理や、Ｆ2 ガスの消費を抑制する完全な抑制下で形成されるフッ素不動態処理を全ての面に施すことが可能であり、レーザガスの長寿命化に対しても極めて有効である。
【０１７５】
ここで、第１の実施形態によるエキシマレーザ発振装置のいくつかの変形例について説明する。なお、第１の実施形態で説明した各部材等については同符号を記して説明を省略する。
【０１７６】
−変形例１−
この変形例１のエキシマレーザ発振装置は、第１の実施形態のそれとほぼ同様の構成を有するが、ガス供給路構造に相当する部位の形状が異なる点で相違する。図１０は、変形例１のエキシマレーザ発振装置のガス供給路構造のみを示す側断面図である。
【０１７７】
ガス供給路構造群３１は、一対のガス供給路構造１１が直列に接続されてなるものであり（個々のガス供給路構造１１の大きさは第１の実施形態のガス供給路構造１１と異なる場合がある。）、前段のガス供給路構造１１が超音速加速部３１ａ、後段のガス供給路構造１１が超音速減速部３１ｂとされ、中央部位が発光部３２となる。このガス供給路構造群３１においては、エキシマレーザガスの流出入口におけるガス流速やガス圧力等を調整、例えば図５のＰout を図１０（ａ）のＰmid に置き換えて、臨界圧力比以上の圧力差をつけることにより、発光部３２でガス流速を超音速に制御することができる。
【０１７８】
ここで、最狭幅の一対の前記所定部位（断面積がそれぞれＡacc 及びＡdef ）において、始動時には、Ａacc ＜Ａdef を満たす必要があることから、ガス供給路構造群３１のガス流動方向を双方向とする場合には必ずＡacc 及びＡdef を可変としなければならない。そこで、このガス供給路構造１１の一対の所定部位におけるレーザガスの通路の高さ（上下幅）を可変とするため、例えば図１０（ｂ）に示すような上下幅調整手段３３を当該一対の所定部位にそれぞれ設ける。これら上下幅調整手段３３は、例えば断面三角形状の一対の部材からなり、支点Ｐを軸として回動させることにより上下幅を変更させる。
【０１７９】
このように、変形例１のエキシマレーザ発振装置によれば、レーザチャンバ１に一対のラバルノズル型のガス供給路構造群３１を用い、流出入口におけるガス圧力やガス流速を調節することにより、音速を超えると殆どの条件で発生する衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部３２におけるエキシマレーザガスの流速を所期の超音速に制御することが可能となる。従って、枯渇しがちなエキシマレーザガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給することができ、長時間の安定な発光を維持するエキシマレーザ発振装置が実現される。
【０１８０】
−変形例２−
この変形例２のエキシマレーザ発振装置は、第１の実施形態のそれとほぼ同様の構成を有するが、ガス供給路構造に相当する部位の形状が異なる点で相違する。図１１は、変形例２のエキシマレーザ発振装置のガス供給路構造のみを示す断面図である。
【０１８１】
変形例２では、ガス供給路構造として従来用いられている同一高さのガス供給路構造４１を用いる。そして、ガス供給路構造４１のガスの流入口には加熱・冷却手段４２が、流出口には加熱・冷却手段４３が設けられている。ガス供給路構造４１内のガス流による摩擦の発生を無視すると、ガスの流入口を加熱すると共に流出口を冷却することにより、ガス供給路構造４１の各部位（流入口、発光部、流出口）における速度、マッハ数、ガス圧力、ガス密度、ガス温度、及び音速との各条件の関係は図１２のようになる。
【０１８２】
この図１２においては、第１の実施形態で説明した図６と同様に、Ａブロックが流入口における速度（亜音速又は音速）に対する発光部（ここでは、中央部位近傍に存するものとする。）の前記各条件の変化を示し、Ｂブロックが発光部における速度（亜音速又は音速）に対する流出口の前記各条件の変化を示している。従って、例えば流入口の速度が亜音速であり、加熱・冷却手段４２にて加熱した場合、発光部へ向かうにつれてガス流速が増加して発光部で最大速度となる。そして、この最大速度が亜音速であって冷却した場合、流出口へ向かうにつれてガス流速が減少することになる。このようなガス供給路構造４１をレーザチャンバ１に用い、各部位における温度や圧力を調節することにより、衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部の流速を流入口及び流出口に比して大きな亜音速に制御することが可能となる。
【０１８３】
しかしながら、変形例２のエキシマレーザ発振装置では、ガス供給路構造４１の制御に大量の熱エネルギーが必要であり、例えば変形例１のガス供給路構造群３１と組み合わせて用いる方がより現実的である。
【０１８４】
このように、変形例２のエキシマレーザ発振装置によれば、レーザチャンバ１に同一高さのガス供給路構造４１を用い、流出入口におけるガス圧力やガス流速を調節することにより、音速に近づくほどに懸念される衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部におけるエキシマレーザガスの流速を所期の亜音速に制御することが可能となる。従って、枯渇しがちなエキシマレーザガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給することができ、長時間の安定な発光を維持するエキシマレーザ発振装置が実現される。
【０１８５】
−変形例３−
この変形例３のエキシマレーザ発振装置は、第１の実施形態のそれとほぼ同様の構成を有するが、ガス供給手段２に相当する部位の形状が異なる点で相違する。図１３は、変形例３のエキシマレーザ発振装置の概略構成を示す側断面図である。
【０１８６】
変形例３では、第１の実施形態と同様にレーザチャンバ１にラバルノズル型のガス供給路構造１１を有しているが、各ガス供給手段５１がシロッコファンから構成されている。従って、エキシマレーザガスの流動方向は一方向に規制されるため、必ずしもガス供給路構造１１のような左右対称形状とする必要はなく、流出入口におけるガス流速やガス圧力等の制御を考慮して、例えば図１４のように、流入口の加速ノズル形状及び流出口の減速ノズル形状の各々に最適化された形状のガス供給路構造５２を用いた方がよい。
【０１８７】
このように、変形例３のエキシマレーザ発振装置によれば、レーザチャンバ１にラバルノズル型のガス供給路構造１１を用い、流出入口におけるガス圧力やガス流速を調節することにより、音速に近づくほどに懸念される衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部におけるエキシマレーザガスの流速を所期の亜音速に制御することが可能となる。従って、枯渇しがちなエキシマレーザガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給することができ、長時間の安定な発光を維持するエキシマレーザ発振装置が実現される。
【０１８８】
しかも、ガス供給路構造を必ずしも左右対称形状とする要請がないため、その形状に対する規制が緩和され、様々な条件に応じた形状のガス供給路構造を用いることができる。
【０１８９】
なお、本実施形態及びその諸変形例では、ガス供給路構造を所期の条件で用いたエキシマレーザ発振装置について例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。当該ガス供給路構造は衝撃波の発生を懸念することなく音速に近い亜音速のガス流を容易且つ安全に形成できるという顕著な効果を奏し、この効果に対する要請が最も強いものの一つとして本例ではエキシマレーザ発振装置を例示したのであって、他の各種装置やシステムに適用可能であることは言うまでもない。例えば、本実施形態で言及したように、ガス供給路構造１１を用いれば、流出入口におけるガス温度を常温程度として所定の圧力等の条件に従えば、発光部では急激に低いガス温度を実現することができることを利用して、各種の冷却装置にも適用可能である。
【０１９０】
また、衝撃波の発生が抑止されるため、特にクリーンルームなど低振動が要求される施設において用いられるあらゆる高速ガス冷却や置換を行なう機器に適用して好適である。
【０１９１】
（第１の参考例）
次に、第１の参考例について説明する。本参考例では、いわゆるエキシマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。
図１５は、本参考例のエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【０１９２】
このエキシマレーザ発振装置は、図１５に示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共振させてレーザ光を発するレーザ管３００２と、レーザ管３００２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とするための導波管３００１と、導波管３００１を冷却するために、冷却水導入出口３００９を有する冷却容器３００７とを備えて構成されている。
【０１９３】
エキシマレーザ光を発生させる際の原料となるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させたい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０１９４】
レーザ管３００２は、エキシマレーザガスの管内への導入部となるレーザガス導入出口３００８と、各端部にそれぞれ反射構造体３００５，３００６が設けられ、これら反射構造体３００５，３００６によりプラズマ放電による光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０１９５】
導波管３００１は、マイクロ波をガス供給路構造３０１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、図１５中上面部に細長い複数のスロット３０１０が形成されている。導波管３００１の上部より数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイクロ波が導波管３００１内を伝播しながら、スロット３０１０から導波管３００１の外部へ放出される。放出されたマイクロ波は、レーザ管３００２に設けられた窓部３０１５から当該レーザ管３０２内へ導入される。そして、導入されたマイクロ波によりレーザ管３０１内のエキシマレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生することになる。
【０１９６】
本参考例では、導波管３０１に、導波管壁とレーザ管壁との間のスロット３０１０上の領域を除く部位に両者を所定距離離間させる導電体板、ここでは金属壁３０１２（図１６参照）が設けられている。
【０１９７】
導波管３０１の具体的な様子を図１６及び図１７に示す。ここで、図１６（ａ）は導波管１の模式的な斜視図、図１６（ｂ）はその平面図であり、図１７（ａ）は図１６（ｂ）中の線分ＩＩ−ＩＩ’に沿った断面図、図１７（ｂ）は図１６（ｂ）中の線分Ｉ−Ｉ’に沿った断面図である。
【０１９８】
図１６（ｂ）に示すように、各スロット３０１０はその長手方向が導波管３０１の長手方向と一致するように一列に配されており、これらスロット３０１０の周囲を囲むように金属壁３０１２が設けられている。図１７（ａ），（ｂ）に示すように、この金属壁３０１２により、スロット３０１０からレーザ管壁の窓部３０１５までの間にレーザ管３０２の長手方向に導波管３０１の全域にわたる空隙が形成され、この空隙がマイクロ波の通路３０１１となる。
【０１９９】
なお、本例ではスロット３０１０を導波管３０１のいわゆるＥ面に形成した場合を例示しており、スロット３０１０をＨ面に形成する場合には、スロット３０１０の形成部位に応じた通路が形成されるように金属壁を設ける必要がある。
【０２００】
ここで、スロット３０１０からレーザ管壁の窓部３０１５までの離間距離は、導波管１から導入されるマイクロ波の管内における半波長の整数倍、即ちマイクロ波の管内波長をλg 、ｎを整数として、
ｄ＝ｎ×λg ／２  ・・・（１）
で表される距離ｄとする。
これにより、通路３０１１は共振器として機能し、各スロット３０１０から放出されたマイクロ波はレーザ管３０１内からの反射波と干渉し弱め合うことがなくなる。
【０２０１】
なお、整数ｎの値は任意であるが、あまり大きい値であると、後述するように通路３０１１をマイクロ波が伝播する際に、当該マイクロ波の金属壁３０１２への吸収による損失が大きくなるため好ましくない。従って、後述の如く整数ｎを３程度に規定することが最も好適である。
【０２０２】
また、通路３０１１の幅もまた同様な理由から、導波管３０１から導入されるマイクロ波の管内における半波長の整数倍、即ち、
ｗ＝ｎ×λg ／２  ・・・（２）
で表される幅ｗとする。
【０２０３】
以下、通路３０１１を備えた導波管１の機能について説明する。
マイクロ波が導波管３０１内を伝播することにより、導波管壁には電流が流れる。マイクロ波は、導波管３０１の長手方向距離で規定された伝播空間内で定在波として存在し、この定在波に起因して導波管壁の前記電流も定在波の形態を採る。但し、マイクロ波の定在波の形態は立体的で複雑であり、一般的な分布定数線路の電流の定在波を指標として考察するのが便宜に利する。
【０２０４】
前記電流の定在波を指標とした一例を図１８に示す。このように本例では、スロット３０１０はその形成部位が前記電流の定在波（即ち、マイクロ波の定在波に相当する。）の腹部位に相当するように配されている。従って、図１９に示すように、マイクロ波の波面はスロット３０１０から放出された直後では、各スロット３０１０のアレイ形状に起因して各スロット３０１０に対応した非連続の曲面形状となる。そして、マイクロ波は各スロット３０１０から金属壁３０１２に規制された通路３０１１を伝播することで徐々に平面波に近づき、通路３０１１を通過して外部（即ち、レーザ管３０２内）に放出されるときには、その波面は各スロット３０１０に沿った全体にわたってほぼ平面様形状となる。
【０２０５】
従って、レーザ管３０１内のエキシマレーザガスにはほぼ均一の平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レーザ管３０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の均一化に寄与する。
【０２０６】
ここで、本参考例の変形例について説明する。なお、参考例に対応する構成部材等については同符号を記して説明を省略する。
【０２０７】
（変形例１）
この変形例１では、図２０（ａ），（ｂ）（各図とも図１７と同様の断面図）に示すように、通路３０１１の先端部位１３のみが幅狭となるように金属壁３０１２を形成する。この場合、通路３０１１の先端部位３０１３は、レーザ管３０１との接触部位（即ち窓部３０１５）で当該レーザ管３０１の長手方向にわたるスリット形状とされている。
【０２０８】
このような形状に通路３０１１を形成することにより、マイクロ波のレーザ管１内への放出時に意図しないエネルギーの散逸を更に抑止することができる。
【０２０９】
（変形例２）
この変形例２では、図１７（ａ）、図２０（ａ）の構造に対して、それぞれ図２１、図２２に示すように、通路３０１１内を充填するように誘電体３０１４を設ける。誘電体３０１４の材料としては石英、フッ化カルシウム、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニアなどが好適である。
【０２１０】
通路３０１１内に誘電体３０１４を充填することにより、プラズマの通路３０１１内部での生成を防ぐことができる。なお、この際使用する誘電体３０１４は、より効率よくマイクロ波を伝播させるために誘電率が高く、誘電損が小さい方が望ましい。
【０２１１】
ここで、同時にプラズマで発生する大量の熱を高速に外部に放出するため、誘電体３０１４は熱伝導性が高いことが要求される。更には、エキシマレーザのように反応性の高いＦ2 等が含まれる雰囲気にさらされることを考慮すると、そのような腐食系のガスに対する十分な耐性を持ち合わせていることも重要である。仮にマイクロ波の放出端、即ちプラズマに接している面は、高い温度１００〜１０００℃（入射エネルギーに依存）に加えプラスマからの数〜数百ｅＶ（プラズマポテンシャルに依存）のイオン照射によるスパッタリングなど極めて厳しい環境にある。したがって、場合によっては熱伝導性が高く、比較的Ｆ2 耐性が高いＡｌＮやアルミナを誘電体３０１４の材料として用い、その表面（プラズマとの界面）に、ＣａＦ2 ，ＬｉＦ2 ，ＭｇＦ2 のようなフッ化物を数μｍ〜数百μｍコーティングすることで、熱伝導の同題と、腐食ガスへの耐性・スパッタリング耐性などを両立できる。
【０２１２】
通路１１内でのエネルギー損失は大きく２つに分かれる。即ち充填された誘電体での誘電損と、描道管壁での損失である。誘電損による減衰常数αは、
α＝ωμσ／２β  ・・・（３）
で表される（ω：角周波数／μ：透磁率／σ：電気伝導度／β：位相定数）。
また、管壁における損失においては、ＴＥ１０モードに着目すると、
【０２１３】
【数５】
0004295855.tif 000007
【０２１４】
で与えられる。（ξ：電波インピーダンス／δ：スキンデプス）この両者の内より支配的な損失が、例えばプラズマに供給されるエネルギより小さければよい。すなわち、プラズマでのマイクロ波の吸収率をｒとすると、プラズマがカットオフ状態の場合はｒ≪１であり、
スロット面とプラズマ界面との間を往復（多重反射）することを考慮すると、
ｅｘｐ（−２α・ｎλg ／２）＜ｒ  ・・・（４）
を満たすｎを用いて、均一化線路の最大長を定義することができる。
【０２１５】
しかしながら、マイクロ波の効率の点では吸収率ｒに対してより低い損失に設定することが重要でありｒに対し、１／１０〜１／１００程度少なくなるような設計が好ましい（このような設定をすることで、より損失の少ない系を設計できる。）。
【０２１６】
ここで、誘電体３０１４を通路３０１１に充填した場合の具体的な実験例を以下にしめす。
ａ＝４２ｍｍ，ｂ＝２１ｍｍ、導波管共振器長（長手方向、即ちレーザ発振方向）２２０．８ｍｍのＥ面放出アンテナを用い、スロットの前面に金属壁３０１２を配した２．４５ＧＨｚのＡｌ合金筐体のマイクロ波照射アンテナを製作した。導波管共振器、即ち通路３０１１内には、誘電率９．８のアルミナが充填されている。このとき、導波管共振器内の管内波長は、４４．２ｍｍである。したがって、スロットピッチも４４．２ｍｍに設定してある。
【０２１７】
スロットから放出されたマイクロ波は通路３０１１内に放出される。この通路３０１１は近似的には平行平板型の導波路であり、この近似のもとでは波長は自由空間での波長と等しく（但し、誘電体内部）３９．１ｍｍである。実際は、通路３０１１のレーザ発振方向の長さ２３５．３ｍｍをａとする方形導波管であるが、このときの管内波長は３９．２ｍｍであり、自由空間の波長に比べ３．５×１０-3程度しか変わらないため、本構造では自由空間長の波長近似を用いることも可能である。このときの半波長は１９．６ｍｍであり、通路３０１１のスロット３０１０面から放出面までの距離は、ｎ：１，２，３…に対して１９．６ｍｍ，３９．２ｍｍ，５８．８ｍｍ…で与えられる。
【０２１８】
ここで、共振器における損失を考慮する。誘電損によるαは、アルミナの抵抗卓が１０11Ω・ｃｍのとき、５．２２×１０-7ｄＢ／ｍであり、管壁吸収による損失は、アルミナの抵抗率を２．６５×１０-6Ω・ｃｍとして、０．２３４ｄＢ／ｍである。この場合、支配的な損失は管壁の吸収であるため、これに着目する。１９．６ｍｍ進行する度に導波管を伝搬するエネルギーに対して０．００５３％の損失が発生する。従って、例えば通路３０１１を１往復する際の損失を投入エネルギーの０．０２％程度に押さえるために、ｎを４（損失：０．２１％）より小さく最も均一化の効果が得られる３に設定した。実際は、多重反射が起こるため、このように低い損失レベルに抑え込む必要がある。
【０２１９】
（変形例３）
この変形例３では、図２３（ａ），図２３（ｂ）（図１７（ａ），図１７（ｂ）と同様の断面図）に示すように、通路３０１１の先端部位３０１３の近傍のみが幅広、具体的には、その半値幅αが、
α＝λg ／４
又は、
α＝λg ／２
となる幅広部３０１６を通路３０１１が有するように金属壁３０１２を形成する。
【０２２０】
この場合、幅広部３０１６は通路３０１１に倣ってレーザ管３０２の長手方向に導波管３０１の全域にわたるように形成されており、幅広部３０１６が上記の如き幅に形成されていることから、この幅広部３０１６でマイクロ波の共振のエネルギーを効率良く集中させることが可能となる。
【０２２１】
変形例２に挙げた構造を持つ導波路に対し、本構造を付加した導波路を製作した。このとき、αがλg ／４及びλg ／２に対しそれぞれ１９．６ｍｍ及び３９ｍｍであり、３０１６の高さを５ｍｍとして設計した。また、通路３０１１の厚みは４ｍｍとしている。このとき、１６に存在するエネルギーは、通路３０１１及び３０１６に存在するエネルギーのそれぞれ３１．３％／４７．７％であり、このことから窓部３０１５に近い部位（即ち３０１６）にエネルギーが集中されていることが分かる。この比較では、αがλg ／２である場合の方がよりエネルギーが集中しているように思えるが、３０１６の中心からλg ／４の距離内（即ちスロット３０１０近傍）に存在するマイクロ波のエネルギーに着目すると、通路３０１１及び３０１６に存在するエネルギーのそれぞれ３１．３％／２３．８％であり、αがλg ／４である場合の方がよりスロット３０１０近傍にエネルギーを集中させる効果が高いと言える。
【０２２２】
更に、変形例３の他の形態を図２４に示す。この場合、幅広部３０１６の幅が、スロット３０１０から放出されるマイクロ波の強度分布を反映してレーザ管２の長手方向に沿って異なる値とされている。即ちここでは、金属壁３０１２を設けて通路３０１１を形成するに加えて、更なるマイクロ波の波面の均一化を図るため、通路３０１１のマイクロ波放出部位での均一化をより是正するように当該放出部位での不均一性に合わせて、幅広部３０１６の幅（又は半値幅α）を変化させた構造とする。
【０２２３】
これにより、レーザ管３０２内のエキシマレーザガスには更に均一な平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レーザ管３０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の更なる均一化に寄与する。
【０２２４】
この効果は、空間的な間隙の形状を変化させることにより、伝播路の特性を変化できるというマイクロ波固有の性質によるものである。長さＬ特性インピーダンスＺ0 である終端短絡導波路のインピーダンスＺは、
Ｚ＝ｊＺ0 ｔａｎ（（２π／λg ）Ｌ）
となる。これは即ち如何なる値を持つ誘導性奏子（ディスクリートな素子でいうインダクタンス、コイル）及び容量性素子（ディスクリートな素子でいうキャパシタンス、キャパシタ）をＬを変化させるだけで形成することができることを示している。スロットライン方向に半値幅αを変化させるということは、電磁波にとってのスロットのインピーダンスを付随的に変化させることになり（等価回路的にみると、スロットに対して連続的にさまざまな値を持つコイルやキャパシタが並列に接続されている）、結果的にスロットから放出される電磁波の分布を制御することができる。
【０２２５】
（変形例４）
この変形例４では、図２５に示すように、通路３０１１内の各スロット３０１０の上部に、当該スロット３０１０に対して対称形状な曲面を有する誘電体レンズ３０１７が設けられている。この曲面形状としては、スロット３０１０の形状・サイズ及び放出するマイクロ波に応じて、球面、非球面（楕円状、双曲線状等）、矩形の組み合わせとすればよく、図示の例では球面の場合を示す。この誘電体レンズ３０１７として適用可能なものとしては、ゾーンニングレンズをはじめマイクロ波に対するレンズ効果を奏する全ての構造を含む。
【０２２６】
誘電体レンズ３０１７は、マイクロ波の波面形状の均一化を行なう際に、スロット３０１０を通過するマイクロ波の行路差による位相ずれを解消するような誘電率及び前記曲面形状をもつものである。通常マイクロ波は誘電体中を伝搬する際にはその速度が真空（又は空気中）に比して遅くなるため、誘電体レンズ３０１７を上記の如き構成に設計することで、行路差に比例して波面を調整することができ、均一化が可能となる。
【０２２７】
この場合、生成されるプラズマにおける反射を考慮し、多重反射を見込んで誘電率及び前記曲面形状の最適化を図ることが好適である。または、反射を最小とするために誘電体レンズ３０１７のレンズ厚をλg ／２の整数倍（レンズ前後の誘電体の誘電率が両者共に高い／低いとき）、あるいはλg ／４の奇数倍（その他のとき）とすることが望ましい。
【０２２８】
更に、変形例４の他の形態を図２６（図２５と同様の平面図）に示す。これは、誘電体レンズ３０１８を各スロット３０１０の直上ではなく、通路３０１１内で所定距離離間させて配し、その曲面形状を非球面とした一例である。
【０２２９】
なお、図２５及び図２６において、通路３０１１内に誘電体が充填された場合には、誘電体レンズ３０１７，３０１８を用いる代わりに、誘電体レンズ３０１７，３０１８の形状の空隙を通路３０１１内に誘電体に形成することで、同様の効果を奏することができることは言うまでもない。
【０２３０】
（変形例５）
この変形例５では、図２７（ａ），図２７（ｂ）（図１７（ａ），図１７（ｂ）と同様）に示すように、導波管１内に誘電体３０１９を充填する。ここで、λc を遮断周波数とすると、放出されるマイクロ波の波長λと管内波長λg との関係は、
【０２３１】
【数６】
0004295855.tif 000008
【０２３２】
で表される。即ち、Ｅ面放射では、各スロット３０１０の間隔がλg 又はλg ／２であるため、導波管３０１に高誘電率の誘電体を充填すると、誘電体３０１９が強磁性体でなければ、誘電率の平方根に逆比例して波長λが小さくなり、管内波長λg のピッチが狭くなり、より均一なマイクロ波の放出が可能となる。
【０２３３】
使用可能な誘電体としては、例えば、以下の表２に示すものが考えられる。但し、一般に誘電率が高くなると誘電損が大きくなるため、これを考慮して選択する必要がある。
【０２３４】
【表２】
0004295855.tif 000009
【０２３５】
これらの誘電体を導波管３０１内に充填することで、導波管１内の管内波長は表２の比で記載された波長比で小さくなり、マイクロ波の波面の十分な均一化を図ることが可能となる。
【０２３６】
（変形例６）
この変形例６では、より高い周波数、例えば２．４５ＧＨｚの導波管３０１でのピッチに対して２倍としたい場合には、４．９ＧＨｚ程度の周波数のマイクロ波を採用する。これにより、当該周波数に反比例して波長λが変化し、スロット３０１０のピッチを狭めることが可能となる。
【０２３７】
（変形例７）
この変形例７では、導波管３０１のＨ面幅を可能な限り大きくする。励起周波数帯のマイクロ波が遮断されないような範囲で導波管３０１の遮断周波数λc を大きくするほど、管内波長λg は波長λに近づき、小さくなる。従って、例えば導波管１内をＴＥ１０モードのみ伝搬しているような場合、Ｈ面幅を可能な限り大きくすることで、スロット３０１０のピッチを狭めることが可能となる。ＴＥ１０モードのみ伝搬する条件は、Ｈ面幅をａとすると、
ａ＜λ（＜２ａ）
であることから、Ｈ面幅ａは、
（λ／２＜）ａ＜λ
で与えられる。ここで、（  ）内はＴＥ１０モードを通らない、即ち全てのモードのマイクロ波が伝搬し得ない条件を除くための条件である。従って、Ｈ面幅ａを波長λ程度に設定することで、ＴＥ２０モードを励起することなく管内波長λg が最小値２／３1/2 λ（≒１．１５λ）に設定できる。なお、多モード励起を許容すると、管内波長λg は最小値λに漸近するが、その際にはａ→∞となるため現実的でない。
【０２３８】
以上説明したように、本参考例及びその諸変形例のエキシマレーザ発振装置によれば、スロットアレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射を実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０２３９】
（第２の参考例）
次に、第２の参考例について説明する。本参考例では、いわゆるエキシマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。図２８は、本参考例のエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【０２４０】
このエキシマレーザ発振装置は、図２８に示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共振させてレーザ光を発するレーザ管４０２と、レーザ管４０２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とするための導波管４０１と、導波管４０１を冷却するために、冷却水導入出口４０９を有する冷却容器４０７とを備えて構成されている。
【０２４１】
エキシマレーザ光を発生させる際の原料となるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させたい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０２４２】
レーザ管４０２は、エキシマレーザガスの管内への導入部となるレーザガス導入出口４０８と、各端部にそれぞれ反射構造体４０５，４０６が設けられ、これら反射構造体４０５，４０６によりプラズマ放電による光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０２４３】
導波管４０１は、マイクロ波をガス供給路構造４０１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、図２８中上面部に細長い複数のスロット４０１０が形成されている。導波管４０１の上部より数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイクロ波が導波管１内を伝播しながら、スロット４０１０からレーザ管２内へ導入される。そして、導入されたマイクロ波によりレーザ管４０２内のエキシマレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生することになる。
【０２４４】
本参考例では、導波管４０１のＥ面において、各スロット４０１０がλｇ（λｇ：管内波長）のピッチでその長手方向に一列に形成されており、各スロット４０１０が、当該スロット４０１０に依存したマイクロ波の放出特性が導波管４０１内で伝搬されるマイクロ波の強度分布と相反するような部位に形成されている。
【０２４５】
各スロット４０１０の具体的な様子を図２９に示す。
図２９に示すように、比較例（ａ）では、スロット４０１０の中央部位にマイクロ波の強度分布（図示の例では、導波管１の壁面を流れる電流の密度分布をマイクロ波の強度分布の指標として示す。）の最大値が一致するように対応させた位置に各スロット４０１０が形成されており、この場合には上述したように、スロット４０１０に依存したマイクロ波の放出特性による強度分布と導波管４０１内で伝搬されるマイクロ波の強度分布とがほぼ一致するため、マイクロ波の強度分布は図３２（ａ）のようになる。
【０２４６】
それに対して、図２９の参考例（ｂ）では、比較例（ａ）のスロット４０１０の中央部位にマイクロ波の強度分布の最大値が一致するように対応させた位置から、各スロット４０１０を一律にλｇ／４だけずらした部位に、当該スロット４０１０を形成する。
【０２４７】
これにより、導波管４０１内で伝搬されるマイクロ波の強度分布の最小値が当該スロット４０１０のほぼ中央部位に位置するように、各スロット４０１０が存することになり、導波管４０１内で伝搬されるマイクロ波の強度分布がスロット４０１０に依存したマイクロ波の放出特性による強度分布の影響を受け、図３０に示すように、実際に各スロット４０１０から放出されるマイクロ波の強度分布の均一性が高まることになる。
【０２４８】
なお、本例ではスロット４０１０を導波管４０１のいわゆるＥ面に形成した場合を例示しており、スロット４０１０をＨ面に形成したいわゆるＨ面アンテナを用いた場合でも同様の議論が成り立つことは言うまでもない。
【０２４９】
また、図３１に示すように、各スロット４０１０をλｇ／２のピッチでその長手方向に一列に形成した場合にも適用可能である。ここでも図２９と同様に、比較例（ａ）に対する参考例（ｂ）を示す。この場合も同様に、図３０に示すように、実際に各スロット１０から放出されるマイクロ波の強度分布の均一性が高まる。
【０２５０】
具体的に、ａ＝４２ｍｍ、ｂ＝２１ｍｍのサイズで、導波管共振器長２２０．８ｍｍ（レーザ発振方向長）のＥ面放出アンテナを用い、２．４５ＧＨｚのアルミニウム合金筐体のマイクロ波照射アンテナを製作した。導波管共振器長は、誘電率９．８のアルミナを充填してある。このとき、導波管共振器内の管内波長は４４．２ｍｍである。従って、スロットピッチは、λg ピッチ及びλg ／２ピッチの場合、それぞれ４４．２ｍｍ及び２２．１ｍｍに設定してある。
【０２５１】
電流密度の腹（最も強度が強い部位）に対応させた位置にスロットを形成した場合、図３２（ａ）に示すようなｓｉｎ状の照射が得られる。
【０２５２】
これに対して、λg ／４シフトさせてスロットを形成した場合、図３２（ｂ）に示すような定在波強度分布となる。
【０２５３】
従って、この励起によりスロットから放出されるマイクロ波の強度分布は、図３２（ｃ）に示すようになり、図３２（ａ）の場合に比してより均一性の高い照射が実現することがわかる。
【０２５４】
なお、この放射特性は、プラズマがない状況でのスロット単独の特性を見たものであり、実際にはプラズマが存在することから、シース部などにおける伝播を考慮すれば、より均一な励起が起こることが期待できる。
【０２５５】
以上説明したように、本参考例のエキシマレーザ発振装置によれば、スロットアレイ構造を採用するも、個々のスロットの長手方向にわたり全体的に均一なプラズマの励起を実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０２５６】
（第３の参考例）
次に、第３の参考例について説明する。本参考例では、いわゆるエキシマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。
図３３は、本参考例のエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【０２５７】
このエキシマレーザ発振装置は、図３３に示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共振させてレーザ光を発するレーザ管４０２と、レーザ管５０２を図中上下方向から狭持するように設けられ、レーザ管５０２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とするための一対の導波管５０１ａ，５０１ｂと、各導波管５０１ａ，５０１ｂを冷却するために、冷却水導入出口５０９を有する冷却容器５０７とを備えて構成されている。
【０２５８】
エキシマレーザ光を発生させる際の原料となるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させたい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０２５９】
レーザ管５０２は、エキシマレーザガスの管内への導入部となるレーザガス導入出口５０８と、各端部にそれぞれ反射構造体５０５，５０６が設けられ、これら反射構造体５０５，５０６によりプラズマ放電による光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０２６０】
各導波管５０１ａ，５０１ｂは、マイクロ波をガス供給路構造５０１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、細長い複数の微小間隙（スロット）５０１０が形成されている。導波管５０１の上部より数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイクロ波が導波管５０１ａ，５０１ｂ内を伝播しながら、スロット５０１０から導波管５０１ａ，５０１ｂの外部へ放出される。放出されたマイクロ波は、レーザ管２に設けられた窓部５０１５から当該レーザ管５０２内へ導入される。そして、導入されたマイクロ波によりレーザ管２内のエキシマレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生することになる。
【０２６１】
本参考例においては、図３４に示すように、スロット５０１０の形成面が各導波管５０１の短端面、即ちＥ面であり、各スロット５０１０が長手方向に等間隔で一列に形成されている場合について例示する。
【０２６２】
本参考例では、上記の如き一対の導波管５０１ａ，５０１ｂをレーザ管５０２を上下方向から狭持するように設け、対向する前記各形成面間で各々対応するスロット５０１０が相対的に所定距離だけシフト（空間シフト；以下の表中等ではシフト）するように各導波管５０１ａ，５０１ｂを配する。更には、各導波管５０１ａ，５０１ｂ内に供給されるマイクロ波の位相を両者間で相対的にシフト（位相シフト；以下の表中等ではシフタ）させる位相調節シフタを設ける。
【０２６３】
図３５は、通常の対向配置（空間シフト、位相シフト共になし）の場合、λg ／４（λg ：管内波長）の距離シフトさせた場合、λg ／４の距離シフトさせ且つλg ／４の位相シフトさせた場合、λg ／２の距離シフトさせた場合、λg ／２の距離シフトさせ且つλg ／２の位相シフトさせた場合の各々について、各導波管５０１ａ，５０１ｂ内のマイクロ波の定在波を示す特性図である。
【０２６４】
前記各場合の定在波の位相関係を導出するための計算式を以下の式に示す。
この場合、位相調節シフタを通過してθだけ位相調節された入射波を、
ｅｘｐ（ｉ（ωｔ−βｚ＋θ−π／２））
と仮定すると、導波管端が距離ｄだけ移動したことによる行路差２ｄと導波管端での反射による位相反転を考慮して反射波は、
ｅｘｐ（ｉ（ωｔ＋βｚ＋θ＋π／２−２βｄ））
となる。従って、減衰のない場合を仮定すると、生成される定在波は、
２ｅｘｐ（ｉ（ωｔ＋θ−βｄ））ｓｉｎ（βｚ−βｄ）
となる。但し、ω＝２π／Ｔ，β＝２π／λg である。
【０２６５】
【数７】
0004295855.tif 000010
【０２６６】
これらの関係により、定在波の強度・位相関係を得る。
【０２６７】
ここで、λg ／２ピッチでスロット５０１０がＥ面に形成された導波管を用いた場合、隣接するスロットから放出されるマイクロ波は互いに逆位相となり、当該スロット間にマイクロ波が全く振動しない空間ができる。また、λg ピッチでスロット５０１０がＥ面に形成された導波管を用いた場合、隣接するスロットから放出されるマイクロ波は同位相であり、互いに打ち消し合うことはないが、スロット間隔がλg ／２ピッチの場合に比して２倍となるため、スロット長手方向の均一性に劣る。
【０２６８】
本参考例では、特にλｇピッチの一対の導波管を用いて、所定の空間シフト・位相シフトを行い、上記した各導波管５０１ａ，５０１ｂのマイクロ波放出の特性を相補うように、レーザ発振装置を構成する。
【０２６９】
以下、各導波管５０１ａ，５０１ｂを空間シフト、位相シフトなしで通常の対向配置した場合、各導波管５０１ａ，５０１ｂを相対的に空間シフトさせた場合、及び空間シフトと共に位相シフトを行なった場合において、各導波管５０１ａ，５０１ｂのスロット５０１０のピッチをλg ／２，λg とした各々について説明する。
【０２７０】
先ず、通常の対向配置の例を表３（λg ／２ピッチ）及び表４（λg ピッチ）に示す。表３，４において、各時間毎に上下にそれぞれ上部の導波管５０１ａ内のマイクロ波のレーザ共振方向の分布と下部の導波管５０１ｂ内のマイクロ波の分布が示されている。＋，−は、マイクロ波の定在波の腹の部分での極性を示している。各表中で斜線が付されている部位は、上下導波管５０１ａ，５０１ｂに実際に形成されているスロット１０を示し、この部位からマイクロ波が導波管外に放出される。なお、後述する表５〜表１２についても斜線部分について表３，４と同様である。
【０２７１】
【表３】
0004295855.tif 000011
【０２７２】
【表４】
0004295855.tif 000012
【０２７３】
ここで、各導波管５０１ａ，５０１ｂの各々が上記した性質を有し、しかも上下で同一の定在波となるため、マイクロ波の強度は増加するものの、表３において、ｚ方向ではλg ／２毎に極性が反転し、スロット間の中央部で必ず打ち消し合いが起こり、波面全体としての均一性はさほど良いとは言えない。
【０２７４】
また、表４においては、ｚ方向にも全て同位相となるが、ピッチ間隔がλg ／２であるため、打ち消し合いは起こらないものの、均一性に問題がある。
【０２７５】
次に、空間シフト、位相シフトを行なう場合について説明する。図３６は、これらシフトを行なう際の導波管５０１ａ，５０１ｂの近傍を示す模式図である。
図３６において、５０１２は導波管５０１ａ，５０１ｂの双方に共通に接続されたマイクロ波源、５０１３は導波管５０１ａ，５０１ｂの各々に接続されたチューナである。チューナ５０１３は、例えば３スタブチューナやＥ−Ｈチューナ等のものであり、導波管５０１ａ，５０１ｂからのマイクロ波源５０１２に対する反射を極小とする機能をもつ。また、５０１４は各導波管５０１ａ又は５０１ｂ内に供給されるマイクロ波の位相を両者間で相対的にシフトさせる位相調節シフタであり、導波管５０１ａ，５０１ｂの一方、ここでは導波管５０１ａに接続されている。
【０２７６】
λg ／２ピッチにおいて、λg ／４の空間シフトを行なった場合を表５に、λg ／４の空間シフト及びλg ／４の位相シフトを行なった場合を表６に、更にこれらの様子を図３７（ａ）（図３６における導波管１ａ，１ｂ部分の拡大図）に示す。また、λg ／２の空間シフトを行なった場合を表７に、λg ／２の空間シフト及びλg ／２の位相シフトを行なった場合を表８にそれぞれ示す。
【０２７７】
【表５】
0004295855.tif 000013
【０２７８】
【表６】
0004295855.tif 000014
【０２７９】
【表７】
0004295855.tif 000015
【０２８０】
【表８】
0004295855.tif 000016
【０２８１】
ここで、λg ／４の空間シフトを行なった場合、上下のスリット１０の位相関係がπ／２だけシフトするため、発光が２重周期となる。また、λg ／２の空間シフトを行なった場合、発光は１周期のみとなり２重周期の問題は回避される。しかしながら、λg ／２ピッチの上記した性質、即ち各導波管５０１ａ，５０１ｂにおける隣接するスロット５０１０で逆位相となるため、通常十分な強度を得ることは困難である。
【０２８２】
次に、λg ピッチにおいて、λg ／４の空間シフトを行なった場合を表９に、λg ／４の空間シフト及びλg ／４の位相シフトを行なった場合を表１０にそれぞれ示す。また、λg ／２の空間シフトを行なった場合を表１１に、λg ／２の空間シフト及びλg ／２の位相シフトを行なった場合を表１２に示し、これらの様子を図３７（ｂ）（図３６における導波管５０１ａ，５０１ｂ部分の拡大図）に示す。
【０２８３】
【表９】
0004295855.tif 000017
【０２８４】
【表１０】
0004295855.tif 000018
【０２８５】
【表１１】
0004295855.tif 000019
【０２８６】
【表１２】
0004295855.tif 000020
【０２８７】
ここで、λg ／４の空間シフトを行なった場合、上記のごとく発光が２重周期となるものの、上下の対応するスロット５０１０の一方が＋又は−極性となるとき（発光するとき）には他方の極性が０（発光しない）であり、しかも各導波管５０１ａ，５０１ｂにおける隣接するスロット５０１０で同位相となる。従って、各導波管５０１ａ，５０１ｂの長手方向にわたって発光の均一性に若干問題があることを勘案しても、相応の発光均一性が期待できる。
【０２８８】
また、λg ／４の空間シフト及びλg ／４の位相シフトを行なった場合、上記のごとく発光の２重周期の問題は回避され、しかも各導波管５０１ａ，５０１ｂにおける隣接するスロット５０１０で同位相となる。従って、各導波管５０１ａ，５０１ｂの長手方向にわたって発光の均一性に若干問題があることを勘案しても、相応の発光均一性が期待できる。
【０２８９】
また、λg ／２の空間シフトを行なった場合、各導波管５０１ａ，５０１ｂにおける隣接するスロット５０１０で同位相となる。しかし、上下のスロット５０１０が各導波管５０１ａ，５０１ｂの長手方向にわたって交互の極性を持つため、上下のスロット５０１０間で打ち消し合いが起こる可能性がある。
【０２９０】
そして、λg ／２の空間シフト及びλg ／２の位相シフトを行なった場合、上記のごとく発光の２重周期の問題は回避され、しかも各導波管５０１ａ，５０１ｂにおける隣接するスロット５０１０で同位相となるのみならず、上下のスロット５０１０が各導波管５０１ａ，５０１ｂの長手方向にわたって同位相になっている。従って、上下のスロット５０１０から全て同位相で均一にマイクロ波が放射されることになり、レーザ管５０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現される。
【０２９１】
このように、λg ピッチでλg ／２の空間シフト及びλg ／２の位相シフトを行なった場合が最も好適にプラズマ放電の均一化に寄与することがわかる。なお、上述したように、その他の場合でも、例えば導波管の形状やマイクロ波の性質等により、好適にプラズマ放電の均一化を実現することができる。
【０２９２】
（変形例）
ここで、本参考例の変形例について説明する。なお、参考例に対応する構成部材等については同符号を記して説明を省略する。
【０２９３】
この変形例では、図３８に示すように、スロット５０１０の形成面が各導波管５０１ａ，５０１ｂの長端面、即ちＨ面であり、各スロット５０１０がＨ面の長手方向の中心線に沿って所定間隔（ここではλg ／２ピッチ）をおいて左右に等間隔ｄで配置形成されている場合について例示する。
【０２９４】
本例では、図３９に示すように、一対の導波管５０１ａ，５０１ｂを、対向する前記各形成面間で各々対応するスロット５０１０が左右に位置するように、レーザ管５０２を上下方向から狭持するように設ける。この場合、基本的には、上記の参考例のように空間シフトや位相シフトは不要である。
【０２９５】
なお、図３９中の矢印は導波管壁に流れる電流を示す。マイクロ波は、導波管１の長手方向距離で規定された伝播空間内で定在波として存在し、この定在波に起因して導波管壁の前記電流も定在波の形態を採る。但し、マイクロ波の定在波の形態は立体的で複雑であり、過渡的な進行波（若しくは反射波）の電場のみに着目して考察するのが便宜に利する。
【０２９６】
即ち、上下で対応する各スロット５０１０に着目すると、図３８中矢印で示す導波管を流れる電流の向きは、対応するスロット５０１０で同一方向（図中、矢印１００方向）となる。また、各導波管５０１ａ，５０１ｂで隣接する上下、左右のスロット５０１０間で電流方向は同一であり、スロット５０１０から放出されるマイクロ波の位相が同位相となり、マイクロ波の定在波が打ち消し合うこともない。
【０２９７】
従って、本例では、上記の参考例に比して簡易な構成で、上下のスロット５０１０から全て同位相で均一にマイクロ波が放射されることになり、レーザ管５０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現される。
【０２９８】
以上説明したように、本参考例及びその変形例のエキシマレーザ発振装置によれば、スロットアレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射を実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０２９９】
なお、第３の参考例全般に、導波管共振器端からマイクロ波電源までの立体回路がマイクロ波的に対称であることを前提としており、仮に前記立体回路が非対称である場合は、その非対称性を是正するための位相シフト等が更に必要であることは言うまでもない。
【０３００】
（第４の参考例）
次に、第４の参考例について説明する。本参考例では、いわゆるエキシマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。図４０は、本参考例のエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。便宜上、スロット６０１０は平面上に描かれているが、実際には紙面垂直方向に交互に位置している。
【０３０１】
このエキシマレーザ発振装置は、図４０に示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共振させてレーザ光を発するレーザ管６０２と、レーザ管６０２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とするための導波管６０１と、導波管６０１を冷却するために、冷却水導入出口６０９を有する冷却容器６０７とを備えて構成されている。
【０３０２】
エキシマレーザ光を発生させる際の原料となるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させたい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０３０３】
レーザ管６０２は、エキシマレーザガスの管内への導入部となるレーザガス導入出口６０８と、各端部にそれぞれ反射構造体６０５，６０６が設けられ、これら反射構造体６０５，６０６によりプラズマ放電による光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０３０４】
導波管６０１は、マイクロ波をガス供給路構造６０１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、細長い複数の微小間隙（スロット）６０１０が形成されている。導波管６０１の上部より数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイクロ波が導波管６０１内を伝播しながら、スロット６０１０から導波管６０１の外部へ放出される。放出されたマイクロ波は、レーザ管６０２に設けられた窓部６０１５から当該レーザ管２内へ導入される。そして、導入されたマイクロ波によりレーザ管６０２内のエキシマレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生することになる。
【０３０５】
本参考例においては、図４１（ａ），（ｂ）に示すように、スロット６０１０の形成面が各導波管６０１の長端面、即ちＨ面であり、各スロット６０１０がＨ面の長手方向の中心線ｍに沿って所定間隔をおいて左右に等間隔（中心線ｍからの距離）ｄで配置された場合について例示する。
【０３０６】
本参考例では、レーザ光の発光間隔を狭めるため、前記所定間隔をλｇ／２（λｇ：導波管内におけるマイクロ波の管内波長）とする。このように、前記所定間隔を狭めても、全てのスロット６０１０から放出される電磁波の位相が揃うことになる。
【０３０７】
この点、スロット１０を導波管６０１の短端面（Ｅ面）に長手方向に一列に形成した場合では、全てのスロット６０１０から放出される電磁波の位相を揃えるには前記所定間隔をλｇとする必要があり、レーザ光の発光間隔を狭めることは困難である。それに対して、本参考例では、マイクロの位相の均一を保ちつつも所定間隔をλｇ／２に狭めるとすることができる。従って、全てのスロット６０１０から放出されるマイクロ波の位相を揃えてレーザ管２の長手方向にわたり全体的に均一なマイクロ波の放射を実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０３０８】
この場合、対応する左右のスロット６０１０の間隔を比較的小さくとると、放出されるマイクロ波の強度は増加するものの、各スロット６０１０に着目すればマイクロ波の強度が中央部位に集中するきらいがある。他方、前記スロット間隔を比較的大きくとると、全体として均一なマイクロ波放出が得られる。従って、満足な強度と均一性という２つの要請を考慮して、前記スロット間隔及び形状の最適値を決定すればよい。
【０３０９】
なお、導波管６０１内に誘電体６０１９を充填しても好適である。これにより、管内波長λg のピッチが狭くなり、より均一なマイクロ波の放出が可能となる。
【０３１０】
使用可能な誘電体としては、例えば、以下の表１３に示すものが考えられる。但し、一般に誘電率が高くなると誘電損が大きくなるため、これを考慮して選択する必要がある。
【０３１１】
【表１３】
0004295855.tif 000021
【０３１２】
これらの誘電体を導波管６０１内に充填することで、導波管６０１内の管内波長は表１の比で記載された波長比で小さくなり、マイクロ波の波面の十分な均一化を図ることが可能となる。
【０３１３】
具体的に、ａ（長辺）＝４２ｍｍ、ｂ（短辺）＝２１ｍｍ、共振器長（レーザ発振方向長）２２０．８ｍｍのサイズに導波管６０１を製作し、導波管１内に誘電率９．８のアルミナを充填した。このとき、導波管６０１内のマイクロ波の管内波長は４４．２ｍｍであり、従ってスロット６０１０のピッチ（前記所定距離）を２２．１ｍｍに設定した。そして、レーザ発光を試みたところ、十分に均一な発光が得られた。この導波管６０１は、プリズムを備えた反射系を用いるレーザ発振装置に適用して好適である。
【０３１４】
以下、本参考例の諸変形例について説明する。なお、参考例に示した構成部材等については同一符号を記して説明を省略する。
【０３１５】
（変形例１）
変形例１では、導波管６０１に、導波管壁とレーザ管壁との間のスロット６０１０上の領域を除く部位に両者を所定距離離間させる導電体板、ここでは金属壁６０１２が設けられている。
【０３１６】
導波管６０１の近傍の具体的な様子を図４２に示す。この図４２は、スロット１０の短手方向に沿った断面を示す。
【０３１７】
Ｈ面において、各スロット６０１０がＨ面の長手方向の中心線ｍに沿ってλg ／２ピッチで左右に等間隔ｄで配置されており、従って中心線ｍを挟んで各スロット６０１０がλg ピッチで互いにλg ／２だけシフトした２列のスロット群が形成されており、図４２に示すように、これらスロット群をスロット６０１０とほぼ同幅でスリット状に開放する金属壁１２が設けられている。従って、この金属壁６０１２により、スロット６０１０からレーザ管壁の窓部１５までの間にレーザ管２の長手方向に導波管１の全域にわたる２列の空隙が形成され、これら空隙がマイクロ波の通路６０１１となる。なお、図４２では、便宜上左右のスロット６０１０が同一平面内に描かれている。
【０３１８】
この場合、通路６０１１内を充填するように誘電体を設けてもよい。誘電体としては石英、フッ化カルシウム、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニアなどが好適である。
【０３１９】
通路６０１１内に誘電体を充填することにより、プラズマの通路６０１１内部での生成を防ぐことができる。なお、この際使用する誘電体は、より効率よくマイクロ波を伝播させるために誘電率が高く、誘電損が小さい方が望ましい。
【０３２０】
ここで、スロット６０１０からレーザ管壁の窓部６０１５までの離間距離は、導波管６０１から導入されるマイクロ波の管内における半波長の整数倍、即ちマイクロ波の管内波長をλg 、ｎを整数として、
Ｄ＝ｎ×λg ／２  ・・・（１）
で表される距離Ｄとする。
これにより、通路６０１１は共振器として機能し、各スロット６０１０から放出されたマイクロ波はレーザ管６０２内からの反射波と干渉し弱め合うことがなくなる。
【０３２１】
なお、整数ｎの値は任意であるが、あまり大きい値であると、後述するように通路６０１１をマイクロ波が伝播する際に、当該マイクロ波の金属壁６０１２への吸収による損失が大きくなるため好ましくない。従って、後述の如く整数ｎを３程度に規定することが最も好適である。
【０３２２】
また、通路６０１１の幅はスロット６０１０の短軸方向幅以上とする。その際の通路６０１１の幅ｗは、導波管６０１から導入されるマイクロ波の管内における半波長の整数倍、即ち、
ｗ＝ｎ×λg ／２  ・・・（２）
で表される幅ｗとする。但し、ｎ＜０のときは、通路６０１１の幅をスロット６０１０の短軸方向の幅と同程度にとる。
【０３２３】
マイクロ波の波面はスロット６０１０から放出された直後であっても、２列のスロット群が実質的に緻密なλg ／２ピッチに形成されているため、ほぼ満足な均一化が得られる。そして、スロット６０１０とレーザ管６０２との間に金属壁６０１２を備えた通路６０１１を設けることで、マイクロ波は各スロット６０１０から金属壁６０１２に規制された通路６０１１を伝播するするにつれて更に平面波に近づき、通路６０１１を通過して外部（即ち、レーザ管６０２内）に放出されるときには、その波面は各スロット６０１０に沿った全体にわたってほぼ完全な平面様形状となる。
【０３２４】
従って、レーザ管２内のエキシマレーザガスには更なる均一の平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レーザ管６０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の均一化に寄与する。
【０３２５】
具体的に、ａ（長辺）＝４２ｍｍ、ｂ（短辺）＝２１ｍｍ、共振器長（レーザ発振方向長）２２０．８ｍｍのサイズに導波管６０１を製作し、導波管６０１内に誘電率９．８のアルミナを充填し、通路６０１１の長手方向（レーザ発振方向）の幅を共振器長と同じ２２０．８ｍｍとした。このとき、導波管６０１内のマイクロ波の管内波長は３９．２ｍｍであり、通路長（スロット１０から発光部までの距離）を１．５管内波長である５８．９ｍｍとした。そして、レーザ発光を試みたところ、十分に均一な発光が得られた。
【０３２６】
（変形例２）
変形例２では、変形例１と同様に導波管６０１に金属壁６０１２を設けるが、図４３に示すように、通路６０１１が、相対応する左右のスロット６０１０を含む幅広に形成されており、その先端部位６０１１ａのみが幅狭でレーザ管６０２の長手方向にわたる１本のスリット形状とされている。この場合も、通路６０１１の厚みを管内波長の半波長の整数倍、ここでは先端部位６０１１ａの近傍のエネルギー密度が最も高くなるλg ／２とすることが望ましい。
【０３２７】
この変形例２のレーザ発振装置によれば、レーザ管６０２内のエキシマレーザガスには更なる均一の平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レーザ管６０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の均一化に寄与する。
【０３２８】
（変形例３）
変形例３では、変形例２と同様に通路６０１１が、相対応する左右のスロット６０１０を含む幅広に形成されているが、図４４に示すように、その先端部位６０１１ａのみがスロット６０１０に対応した幅狭で前記レーザ管６０２の長手方向にわたる偶数本（ここでは２本）のスリット形状とされている。
【０３２９】
この場合、プリズム反射系レーザ発振器に適した複スリット状発光が実現できる。この場合、短スリット構造のように厳密に通路６０１１の放射源（スロット）間隔がλｇ／２にはならないが、逆サイドのスロット６０１０からの放射も関与するため（例えば、右側のスリットに着目すると、主な放出源は右側のスロットアレイであるが、左側のスロット６０１０からの放射も右側スロット６０１０に到達し、励起に寄与する）、参考例２に比べてより均一な放射が可能となる。左右のスリット群からの放射が均一であるには、スロット６０１０（但し、Ｈ面アンテナの同位相放射を基本的に用いていることから、レーザ発振方向にλｇ／２ずつずれた位置に配置されている。）及びスリットの位置が、軸対称であることは言うまでもない。
【０３３０】
なお、左右のスロット群の間隔と左右のスリット間隔は同じである必要は無く、特に左右のスリットの間隔は狭ければ狭いほど放射源ピッチがλｇ／２に近くなり、均一化の効果が向上する。通路６０１１の厚み（レーザ発振方向および軸に対して垂直な方向の長さ）は、λｇ／２の整数倍がよい。スリットから放射されるマイクロ波のエネルギーを向上するためには、通路６０１１内のエネルギー密度が最も高くなるλｇ／２が望ましい。比較例２と同様の導波管６０１及び通路幅・通路長を採用した場合、当該厚みは、１９．６ｍｍとなる。
【０３３１】
この変形例３のレーザ発振装置によれば、レーザ管６０２内のエキシマレーザガスには更なる均一の平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レーザ管６０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の均一化に寄与する。
【０３３２】
（変形例４）
変形例４では、図４５に示すように、レーザ管６０２（便宜上、図示を省略する。）を図中上下方向からＨ面で狭持するように一対の導波管６０１ａ，６０１ｂが設けられている。各導波管６０１ａ，６０１ｂは、本参考例の導波管６０１と同様に構成されている。
【０３３３】
本例では、一対の導波管６０１ａ，６０１ｂを、対向する前記各形成面間で各々対応するスロット６０１０が左右に位置するように、レーザ管６０２を上下方向から狭持するように設ける。この場合、上記の参考例のように空間シフトや位相シフトは不要である。
【０３３４】
なお、図４５（図４１（ｂ）でも同じ。）中の矢印は例えば進行波のみに着目した場合の導波管壁に流れる電流を示す。マイクロ波は、導波管６０１の長手方向距離で規定された伝播空間内で定在波として存在し、この定在波に起因して導波管壁の前記電流も定在波の形態を採る。但し、マイクロ波の定在波の形態は立体的で複雑であり、一方向に伝搬する際の電流分布を指標として考察するのが便宜に利する。
【０３３５】
Ｈ面アンテナの特徴の１つとして、導波管６０１ａ，６０１ｂの上面と下面で形成される電流の分布が逆向きであることが挙げられる。Ｈ面を対向させて共鳴導波管を構成すると、レーザ光を励起する空間の上面と下面は、それぞれ上部に位置する導波管６０１ａの下面と下部に位置する導波管６０１ｂの上面である。従って、上部及び下部の導波管６０１ａ，６０１ｂにおけるスロット６０１０の位置を相反して（例えば上部の導波管１ａが右側にスロット６０１０を切るとき、下部の導波管６０１ｂは左にスロット６０１０を切る。）設けることにより、上下導波管６０１ａ，６０１ｂの位置関係を変更することなく、λｇ／２ピッチで交互に位置する上下のスロット６０１０からマイクロ波が同位相で放射される。
【０３３６】
この技術は、変形例１〜３までの全ての事例で適応でき、それぞれの事例でより均一性の高い励起が実現される。
変形例４を変形例２に応用し、当該変形例２の導波管６０１をレーザ管６０２の上下に配した例を図４６に、変形例３に応用した例を図４７にそれぞれ示す。
【０３３７】
従って、変形例４によれば、上下のスロット６０１０から全て同位相で均一にマイクロ波が放射されることになり、レーザ管６０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現される。この技術に加え、図４６，４７のように金属壁６０１２により通路６０１１を形成すれば、更に均一なプラズマ放電が実現されることになる。
【０３３８】
（変形例５）
変形例５では、図４８に示すように、導波管６０１の短端面（Ｅ面）に、スロット６０１０のインピーダンスを調整するための微小金属体、ここでは金属ネジ６０１３が埋め込まれている。
【０３３９】
この金属ネジ６０１３を配置することにより、導波管６０１の壁面を流れる電流（図中、矢印で示す。）の対称性が崩れ、結果的にスロット６０１０のインピーダンスを微調整することができる。また、複数のスリットの加工の際に生じる機械的な寸法誤差を補償することも可能である。
【０３４０】
また、金属ネジ６０１３を配置することにより、当該金属ネジ６０１３の近傍で電流の集中が生じる。従って、スロット６０１０の長手方向に複数本の金属ネジ６０１３を配すれば、結果的にスロット６０１０の長手方向のインピーダンスを微調整することができる。
【０３４１】
（変形例６）
変形例６では、図４９に示すように、スロット６０１０内に誘電体６０１４を充填する。この場合、図４９（ｂ）のように、スロット６０１０の先端面が平坦化されるように誘電体６０１４を充填するのが最も好適である。
【０３４２】
具体的に、誘電体６０１４を突き出るように形成した場合（図４９（ａ））と、引っ込むように形成した場合（図４９（ｃ））との比較として、スロット板の鋭角部位の電界強度／中央部位の電界強度の比を求めた例を図５０に示す。このように、平坦の場合が鋭角部位の電界強度比が最小となることがわかる。従って、スロット６０１０の先端面を平坦とすることにより、鋭角部位の電界を最も緩和して効率のよいレーザ発光が実現する。更に、高速ガス循環の際にも平坦の場合が最もデッドスペースが少なく、乱流も起こり難い。これは、先端部位６０１１ａ等にも適用可能である。
【０３４３】
誘電体６０１４の誘電率εが高いとその中を伝播するマイクロ波の電界ＥのエネルギーεＥ2 ／２はεに比例して増加する。従って、誘電率εが高いほど、スロット６０１０を通過するマイクロ波のエネルギーは増加する。
【０３４４】
以上説明したように、本参考例及びその諸変形例のエキシマレーザ発振装置によれば、スロットアレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射を実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０３４５】
（第５の参考例）
次に、第５の参考例について説明する。本参考例では、いわゆるエキシマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。図５１は、本参考例のエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【０３４６】
このエキシマレーザ発振装置は、図５１に示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共振させてレーザ光を発するレーザ管７０２と、レーザ管２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とするための導波管７０１と、導波管７０１を冷却するために、冷却水導入出口７０９を有する冷却容器７０７とを備えて構成されている。
【０３４７】
エキシマレーザ光を発生させる際の原料となるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させたい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０３４８】
レーザ管７０２は、エキシマレーザガスの管内への導入部となるレーザガス導入出口７０８と、各端部にそれぞれ反射構造体７０５，７０６が設けられ、これら反射構造体７０５，７０６によりプラズマ放電による光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０３４９】
導波管７０１は、マイクロ波をガス供給路構造７０１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、図５１中上面部に細長い複数のスロット７０１０が形成されている。導波管７０１の上部より数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイクロ波が導波管１内を伝播しながら、スロット７０１０から導波管７０１の外部へ放出される。放出されたマイクロ波は、レーザ管７０２内へ導入される。そして、導入されたマイクロ波によりレーザ管７０１内のエキシマレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生することになる。
【０３５０】
導波管１の具体的な様子を図５２に示す。ここで、図５２（ａ）は導波管７０１の模式的な斜視図、図５２（ｂ）はその平面図である。
【０３５１】
図５２（ｂ）に示すように、各スロット７０１０はその長手方向が導波管１の長手方向と一致するように一列に配置されている。スロット７０１０は、導波管７０１２の長手方向に沿って配置されており、各々が導波管７０１２の長手方向に延在する形状とされている。
【０３５２】
図５３（ａ）は、第５の参考例における導波管７０１のレーザ管７０２近傍の断面を示している。ここで、図５３（ａ）は、スロット７０１０の長手方向に対して垂直となる方向に沿った断面を示している。
【０３５３】
前述したように、スロット７０１０から放射されるマイクロ波によってレーザ管７０２内のレーザガスが励起されてプラズマ７０１１が発光する。
【０３５４】
そして、第５の参考例においては、スロット７０１０上の所定領域を囲むようにメッシュシールド７０１３が設けられている。メッシュシールド７０１３は、金属製のメッシュから成るシールドであって、スロット７０１０から放出されたマイクロ波の拡散を抑止する役割を果たす。
【０３５５】
スロット７０１０上にはレーザガスの流路とされているが、メッシュから成るシールドを採用することによって、レーザ管７０２内を流れるレーザガスはメッシュシールド７０１３を通過してスロット７０１０上に到達することが可能である。
【０３５６】
図５３（ｂ）は、図５３（ａ）に示すメッシュシールド７０１３上に、更に金属壁７０１５を設けた例を示している。スロット７０１０に対して上方向にはレーザガスが流れないため、金属壁７０１５を設けることによって、より確実にマイクロ波を閉じ込めることが可能である。
【０３５７】
マイクロ波はカットオフモードのプラズマ中をスキンデプスδ進行する間にエネルギが１／ｅ2 （≒０．１３５）倍に減少する。従って、プラズマがマイクロ波を遮断している場合、有効なプラズマの励起を行える領域は、シース領域での伝播を無視できる場合、放出端の３δ程度の空間であり、その他の領域でプラズマが存在している場合、存在するプラズマは拡散によるプラズマである。
【０３５８】
従って、放出端からδ〜３δの空間でプラズマの閉じ込めを行うことで、全空間でプラズマが励起されている状態が実現できる。図５３に示す例では、メッシュシールド７０１３をスロット７０１０の放出端からδ〜３δの距離に設定することによって、メッシュシールド７０１３内の全域でプラズマを励起させることができる。
【０３５９】
また、マイクロ波がシース領域を拡散してしまう場合もプラズマへのエネルギ供給密度が低下してしまうが、これを防止する対策としても、メッシュシールド７０１３等によるシールドによるプラズマの閉じ込めが有効である。
【０３６０】
このとき、シールドの基本構造の持つ遮断波長がλｃ、シース領域を漏洩してくるマイクロ波の波長をλとすると、シールドへの侵入長δｓは、
【０３６１】
【数８】
0004295855.tif 000022
【０３６２】
で与えられる。この時、シールドに入射するマイクロ波のエネルギとシールド外部に漏洩するマイクロ波のエネルギの割合ｐは、シールドの厚みをｄとして、
【０３６３】
【数９】
0004295855.tif 000023
【０３６４】
である。従って、シールドの基本構造λｃが決まり、シールドの放射率ｐを決定すると、それに必要なｄの最小値が算出でき、従って必要なシールド厚の下限が算出できる。簡便には、導波管内の波長の１／４程度の径を採ることでシールド効果を得ることができる。
【０３６５】
例えばシールド厚１ｍｍのメッシュを用いて、外部への電磁波のエネルギの漏洩を１％以下と設定した場合、必要とされるシールドへの最長侵入長は、０．４３ｍｍである。メッシュの基本単位が長方形でその周辺の長さをａとすると、λｃ＝２ａであり、このとき、ａは１．４ｍｍ以下でなくてはならない。
【０３６６】
本参考例における構造は、スロット７０１０から放出されたマイクロ波により生成したプラズマの、特にシースを伝播するマイクロ波の拡散防止を図ることができる。従って、メッシュシールド７０１３の内部にプラズマを生成することが可能である。
【０３６７】
メッシュシールド７０１３の内部に拡散したプラズマは、同軸導波管の内軸として作用し、結果プラズマが拡散している部分（プラズマの拡散長）が同軸導波管として動作するため、マイクロ波がＴＥＭモードになり容易に伝播してしまう。
【０３６８】
この際の伝播はやはりシース領域で起こっており、シース厚に対しプラズマへの侵入長が無視できない領域であり、伝播に伴う損失が大きいことからより少ない距離で減衰してしまうが、閉じ込めを行う時には問題となる場合がある。
【０３６９】
すなわち、マイクロ波はシールドのマイクロ波遮断長δｓに加えて、プラズマの拡散長も伝播することになる。これらから、シールド長は、マイクロ波単独の遮断長＋プラズマの拡散長以上に設定する必要がある。
【０３７０】
閉じ込めを行うシールドの表面積をＳ、開口率をα、動作圧力Ｐ、構造因子ｋとすると、シールドを通過する気体のコンダクタンスＣ（ガスの流れ易さ）は、粘性流体の場合、
【０３７１】
【数１０】
0004295855.tif 000024
【０３７２】
となることから、動作圧、シールド構造が決定すると、シールド厚の上限が算出できる。
【０３７３】
マイクロ波の遮断に必要なシールド長及びコンダクタンスは、αとｄに関して相反する関係にあるため、両者よりそれぞれの最適値が規定できる。
【０３７４】
シールドの材質は、マイクロ波の損失を少なくするためにより抵抗率の低い材料が望ましい。また、プラズマに接触していることから、高温になるため、熱抵抗が低い材料が望ましい。また、材料表面にフッ素不動態処理を行ったり、材料表面をフッ素化合物で覆ったりしてもよい。
【０３７５】
以上説明したように、第５の参考例によれば、スロット７０１０上を覆うようにメッシュシールド７０１３を設けることによって、プラズマがシースを介してスロット７０１０上から側方に拡散することを抑止することができる。また、メッシュシールド７０１３を使用することにより、プラズマ中の電界集中を避けてより均一な放電を実現することができる。
【０３７６】
（第６の参考例）
次に、第６の参考例を図面を参照しながら説明する。
図５４（ｂ）は、第６の参考例における、スロット７０１０上で励起されるプラズマを所定領域に閉じ込める遮蔽構造を示す斜視図である。なお、第６の参考例におけるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第５の参考例のものと同一であるため説明を省略する。また、第６の参考例を説明する図面において、第５の参考例と実質的に同一の構成要素については同一の符号を記して説明を省略する。
【０３７７】
図５４に示すように、導波管１に形成されたスロット７０１０上には、レーザ管７０２内においてノズルシールド７０１４が構成されている。ここで、図５４（ａ）はスロット７０１０上からノズルシールド７０１４を示す平面図、図５４（ｂ）は、ノズルシールドを示す斜視図である。
【０３７８】
図５４（ａ）、図５４（ｂ）に示すように、ノズルシールド７０１４は複数の筒状のノズル７０１４ａから構成されており、それぞれのノズル７０１４ａ内はレーザガスの通路とされている。図５４（ｂ）に示す矢印Ａはレーザガスの流れを示している。レーザガスはスロット７０１０の長手方向に対して垂直となる方向に各ノズル７０１４ａ内を流れ、スロット７０１０から放射されるマイクロ波によって励起される。
【０３７９】
ノズルシールド７０１４は、マイクロ波が所定の大きさ以下の開口を通過できないという性質を利用している。すなわち、放出されるマイクロ波の周波数に対して開口を所定の大きさに設定したノズル７０１４ａを複数配列することによって、金属壁もしくは第５の参考例で説明したメッシュシールドと同様にマイクロ波を空間的に閉じ込めることが可能である。
【０３８０】
ここで、ノズルシールド７０１４はレーザガスの流れに沿って配置されているため、レーザガスの流れを妨げることはない。従って、超高速ガス置換を行う際にもレーザガス流に抵抗を生じさせにくく、圧力損失の発生を抑止することができる。
【０３８１】
第６の参考例によれば、メッシュシールドを用いた場合よりも効果的にプラズマの閉じ込め、マイクロ波の閉じ込めを行うことができる。メッシュシールドを用いた場合、マイクロ波単独の閉じ込めは可能であっても、プラズマが拡散してメッシュ構造内に侵入した場合、閉じ込めの効果に限界が生じる場合があるからである。
【０３８２】
図５５（ａ）は、図５５（ａ）に示すガス流の方向に沿った断面を示す模式図である。ノズルシールド７０１４によってスロット７０１０の側方へのマイクロ波、プラズマの拡散を抑止することができ、スロット７０１０上の所定範囲に励起されたプラズマを閉じ込めることができる。
【０３８３】
図５５（ｂ）は、スロット７０１０の上方へのマイクロ波、プラズマの拡散防止を目的として、スロット７０１０上に金属壁７０１５を設けた例を示している。金属壁７０１５によって、スロット７０１０の側方のみならず上方へのマイクロ波、プラズマの拡散を抑止することができるため、スロット７０１０の開口端から所定距離内にプラズマを閉じ込めることが可能である。
【０３８４】
ノズルシールド７０１４の具体的構成を説明する。例えば長さ２０ｍｍのノズルを用いて、外部への電磁波の漏洩を１％以下と設定する。この時必要とされるシールドへの最長侵入長は、８．７ｍｍである。
【０３８５】
メッシュの基本単位が長方形でその長辺の長さをａとすると、λｃ＝２ａである。この時、ａは３０ｍｍ以下でなければならない。従って、各ノズル間の間隔は２５ｍｍ以下という比較的広いマージンが設定できる。
【０３８６】
例えば、ノズル壁間隔を２０ｍｍに設定すると、仮にプラズマが４．５ｍｍ程度拡散してきたとしても、外部への電磁波の漏洩を１％以下に保つことができる。また、本構造においては、コンダクタンスがより大きくとれるという利点があり、高速なガスを流す際により有効である。
【０３８７】
仮に、１ｍｍ角厚さ１ｍｍの基本構造をもつメッシュと、２０ｍｍ×２ｍｍ長さ２０ｍｍの基本構造をもつノズルのコンダクタンスを比べると、（メッシュ及びノズル壁の厚みを両者１ｍｍと仮定すると、両者の開口率はそれぞれ２５％及び９１％）、同じ断面積を持つ場合、ノズルのコンダクタンスは厚み（長さ）場２０倍にもかかわらず３．３倍も高い。すなわち、ノズル構造を採用することで、はるかにガスが流れ易い構造とすることができる。これに加えて実際のガス流では乱流が発生する場合も多く、それを避けるためにはなるべく構造体間隔を大きくすることが望ましい。
【０３８８】
以上説明したように、第６の参考例においては、マイクロ波が通過不能となる開口を有するノズル７０１４ａを複数個配列して、ノズルシールド７０１４を構成することによって、生成されたプラズマを所定領域に閉じ込めることが可能であり、且つ、各ノズル７０１４ａ内にレーザガスを流すことによって、シールド構造を設けたにも関わらずガス流に抵抗を生じさせることがない。これにより、圧損の発生を最小限に抑えることができる。
【０３８９】
（第７の参考例）
次に、第７の参考例について図面を参照しながら説明する。図５６は、第７の参考例に係る磁場シールドの構成を示す模式図であり、図５７及び図５８は、スロット７０１０の長手方向に対して垂直となる方向に沿った断面を示す模式図である。なお、第７の参考例におけるエキシマレーザー発振装置の全体構成も、第５の参考例のものと同一であるため説明を省略する。また、第７の参考例を説明する図面において、第５の参考例と実質的に同一の構成要素については同一の符号を記して説明を省略する。
【０３９０】
第７の参考例においては、スロット７０１０上に励起されるプラズマを所定範囲に閉じ込めるために磁場を用いている。磁場は、図５６（ａ）に示すようにソレノイドを用いて形成しても良いし、図５６（ｂ）に示すように通常の磁石を配置することによって形成しても良い。
【０３９１】
図５６（ａ）は、磁場の形成にソレノイド７０１６を用いた例を示している。ソレノイド７０１６の配置は、図５６（ａ）に示すようにソレノイド７０１６の延在する方向がレーザ発振方向と同一となるように配置する。すなわち、図５２に示す導波管７０１、スロット７０１０の長手方向とソレノイド７０１５の延在する方向は同一方向である。
【０３９２】
磁場強度は、磁場中の電子のラーマー周期がプラズマ中の電子と原子の衝突周期よりも短くなるように定める（磁場プラズマの条件）。
電子のラーマー角速度は、磁束密度をＢ、電子の質量をｍ、素電荷をｅとして、
【０３９３】
【数１１】
0004295855.tif 000025
【０３９４】
電子と原子の衝突角速度は、原子密度をｎ、原子半径をｒ、電子温度をＴ、ボルツマン係数をｋとして、
【０３９５】
【数１２】
0004295855.tif 000026
【０３９６】
これらの式から、エキシマレーザの動作圧力等を考慮すると、磁束密度は約１Ｔ以上必要である。
【０３９７】
ソレノイド７０１６によって強磁場を印加すると、形成された磁束に沿ってプラズマの電子が歳差運動する。レーザの振動方向と同じ向きに磁束が形成されているため、プラズマの電子はレーザ振動方向に対して垂直となる方向には拡散しにくくなり、プラズマの閉じ込めを実現することができる。図５６（ｂ）に示す磁石７０１７を用いて磁場を形成した場合でも同様の効果を得ることができる。
【０３９８】
図５７（ａ）は、スロット７０１０の周囲におけるソレノイド７０１６あるいは磁石７０１７の配置を示す概略断面図である。スロット７０１０上にプラズマを閉じ込めるためにはスロット７０１０上を囲むように、例えば４ケ所の位置に磁石７０１７を設けることが望ましい。これにより、生成されたプラズマをスロット７０１０上に閉じ込めることが可能となる。
【０３９９】
図５７（ｂ）は、スロット７０１０の上方に金属壁７０１５を設けた例を示している。金属壁７０１５によってスロット７０１０の上方へのプラズマの拡散を抑止することができ、また、ソレノイド７０１６あるいは磁石７０１７によってスロット７０１０から横方向へのプラズマの拡散を抑止することができる。
【０４００】
図５８は、図５７（ｂ）に示す構成に対し、更にノズルシールド７０１４を付加した構成を示している。この構成によれば、ソレノイド７０１６あるいは磁石７０１７とノズルシールド７０１４の相乗効果により、プラズマがスロット７０１０の横方向へ拡散することを抑止することができる。このように、第７の参考例では、マイクロ波の閉じ込め効果を補填するために、第５の参考例あるいは第６の参考例に係る遮蔽構造を併用することが望ましい。
【０４０１】
以上説明したように、第７の参考例によれば、レーザの振動方向と同じ向きに磁束を形成することにより、プラズマの電子がレーザ振動方向に対して垂直方向に拡散することを抑止して、スロット７０１０上におけるプラズマの閉じ込めを実現することができる。
【０４０２】
（第８の参考例）
次に、第８の参考例について説明する。本参考例では、いわゆるエキシマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。図５９は、本参考例のエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【０４０３】
このエキシマレーザ発振装置は、図５９に示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共振させてレーザ光を発するレーザ管８０２と、レーザ管８０２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とするための導波管８０１と、導波管８０１を冷却するために、冷却水導入出口８０９を有する冷却容器８０７とを備えて構成されている。
【０４０４】
エキシマレーザ光を発生させる際の原料となるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させたい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０４０５】
レーザ管８０２は、エキシマレーザガスの管内への導入部となるレーザガス導入出口８０８と、各端部にそれぞれ反射構造体８０５，８０６が設けられ、これら反射構造体８０５，８０６によりプラズマ放電による光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０４０６】
導波管１は、マイクロ波をガス供給路構造８０１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、図５９中上面部に細長い複数のスロット８０１０が形成されている。導波管８０１の上部より数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイクロ波が導波管８０１内を伝播しながら、スロット８０１０から導波管８０１の外部へ放出される。放出されたマイクロ波は、レーザ管２内へ導入される。そして、導入されたマイクロ波によりレーザ管８０１内のエキシマレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生することになる。
【０４０７】
導波管８０１の具体的な様子を図６０に示す。ここで、図６０（ａ）は導波管８０１の模式的な斜視図、図６０（ｂ）はその平面図である。
【０４０８】
図６０（ｂ）に示すように、各スロット８０１０はその長手方向が導波管８０１の長手方向と一致するように一列に配置されている。スロット８０１０は、導波管８０１２の長手方向に沿って配置されており、各々が導波管８０１２の長手方向に延在する形状とされている。
【０４０９】
図６１は、第８の参考例における導波管８０１のレーザ管８０２近傍の断面を示している。ここで、図６１は、スロット８０１０の長手方向に対して垂直となる方向に沿った断面を示している。
【０４１０】
導波管１に形成されたスロット８０１０からマイクロ波が放射されてスロット８０１０上にプラズマが生成される。そして、プラズマとスロット８０１０の開口端との間には、シースが形成される。本参考例では、マイクロ波の均一な伝搬を考慮して、スロット８０１０の径（幅）はシースの厚さと同程度以下（１０μｍ〜１００μｍ）としている。従って、スロット８０１０の側方へのマイクロ波の伝播を抑止して、スロット８０１０上のみにプラズマを生成することが可能である。ここで、スロット８０１０上でのプラズマのせり出しの大きさは、例えばレーザビーム径の１／１０以下の大きさとしてレーザ発振に影響が少ないことが好ましい。
【０４１１】
以上説明したように、第８の参考例によれば、スロット８０１０の幅をマイクロ波の波長よりも小さくすることによって、プラズマがシースを介してスロット８０１０上から側方に拡散することを抑止することができる。
【０４１２】
（第９の参考例）
次に、第９の参考例を図面を参照しながら説明する。
第９の参考例は、スロット８０１０を複数のスリット８０１１から構成した態様である。なお、第９の参考例におけるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第８の参考例のものと同一であるため説明を省略する。また、第９の参考例を説明する図面において、第８の参考例と実質的に同一の構成要素については同一の符号を記して説明を省略する。
【０４１３】
第８の参考例で説明したように、スロット８０１０の幅をマイクロ波の波長以下の極細形状とした場合には、スロット８０１０の短辺方向の幅が狭いため、開口率が取れず放出効率が落ちる場合が想定される。第９の参考例では、これを防止するためにスロット８０１０を複数のスリット８０１１を並列に配置した構成とし、放出効率を高めた点で第８の参考例と相違する。
【０４１４】
図６２は、複数のスリット８０１１から構成されるスロット８０１０が形成された導波管８０１の平面図を示している。また、図６３は、スリット８０１１の長手方向に対して垂直方向の断面を示す模式図である。
【０４１５】
このように、極細形状のスリット８０１１を並列に複数個配置することによって、所望の開口率を得ることができ、並列に配置されたスロット８０１０上に均一にプラズマを生成させることが可能となる。
【０４１６】
図６４は、並列にスリット８０１１を配置した場合において、端部のスリット８０１１ａの幅を中央部のスリット８０１１の幅よりも狭くした例を示している。
【０４１７】
スリット８０１１の短辺方向に生成されたプラズマが拡散することの防止を目的として、スロット８０１０（スリット８０１１）の開口端の短辺方向に金属壁８０１５等を形成した場合には、金属壁８０１５に沿った位置でより多くのプラズマの生成が行われるためプラズマの均一性の確保に問題が生じる場合がある。図６４に示すように、端部に位置するスリット８０１１の短辺方向の幅を、中央部に位置するスリット８０１１の短辺方向の幅よりも狭くすることによって、スリット８０１１ａから放射されるマイクロ波の放射強度を低下させることができるため、スロット８０１０上に生成されるプラズマを全体として均一化することができる。
【０４１８】
また、図６５に示すように、端部のスリット８０１１ｂの長さを短くすることによっても、金属壁８０１５近傍でのプラズマの生成を抑制して、スロット８０１０上での均一なプラズマの生成を実現することができる。なお、本効果はマイクロ波にとって金属壁と同等の、すなわちマイクロ波の閉じ込めを可能とする構造であれば同様の結果が得られることは言うまでもない。
【０４１９】
以上説明したように、第９の参考例によれば、極細スリット８０１１ａを並列に配置することによって、マイクロ波の放出効率を高めることができ、スロット８０１０上に均一にプラズマを生成すること可能となる。
【０４２０】
（第１０の参考例）
次に、第１０の参考例について説明する。本参考例では、いわゆるエキシマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。図６６は、本参考例のエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【０４２１】
このエキシマレーザ発振装置は、図６６に示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共振させてレーザ光を発するレーザ管９０２と、レーザ管２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とするための導波管９０１と、導波管９０１を冷却するために、冷却水導入出口９０９を有する冷却容器９０７とを備えて構成されている。
【０４２２】
エキシマレーザ光を発生させる際の原料となるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させたい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０４２３】
レーザ管９０２は、エキシマレーザガスの管内への導入部となるレーザガス導入出口９０８と、各端部にそれぞれ反射構造体９０５，９０６が設けられ、これら反射構造体９０５，９０６によりプラズマ放電による光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０４２４】
導波管９０１は、マイクロ波をガス供給路構造９０１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、図６６中上面部に細長い複数のスロット９０１０が形成されている。導波管９０１の上部より数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイクロ波が導波管１内を伝播しながら、スロット９０１０から導波管９０１の外部へ放出される。放出されたマイクロ波は、レーザ管９０２内へ導入される。そして、導入されたマイクロ波によりレーザ管９０１内のエキシマレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生することになる。
【０４２５】
導波管９０１の具体的な様子を図６７に示す。ここで、図６７（ａ）は導波管９０１の模式的な斜視図、図６７（ｂ）はその平面図である。
【０４２６】
図６７（ｂ）に示すように、各スロット９０１０はその長手方向が導波管９０１の長手方向と一致するように一列に配されており、これらスロット９０１０の周囲を囲むように電極９０１３が設けられている。
【０４２７】
図６８は、任意の１つのスロット９０１０の周囲に形成された電極９０１３の配置の例を示した図である。ここで、図６８（ａ）は、図６７（ｂ）と同様にスロット９０１０の周囲の６箇所に電極を配置した例を示している。
【０４２８】
また、図６８（ｂ）は、６箇所の電極１３に印加される電流密度を示している。図６８（ｂ）に示すように、スロット９０１０の長手方向の中央近傍に配置された電極９０１３の電流密度をＪc とし、スロットの長手方向の端部に配置された電極１３の電流密度をＪe とする。そして、Ｊc ＜Ｊe となるように電流密度を調整しておく。
【０４２９】
このように、スロット９０１０の中央部よりもスロット９０１０の端部における電流密度を大きくすることによって、予備電離により発生する電子の密度に分布をもたせて、スロット９０１０の端部においてプラズマが励起し易い状態とすることができる。すなわち、プラズマが励起することによるスロット９０１０の幅方向における電気的な導通状態の形成を、電極９０１３により生じる電子密度分布によって補填することが可能となる。図６８（ｂ）では、スロット９０１０端における電子密度をスロット９０１０の中央部よりも大きくする例を示したが、電子密度分布の形成はこれに限定されるものではない。電極９０１３を用いて使用状況に応じた適切な電子密度分布を形成することが可能である。
【０４３０】
前述したように、スロット９０１０の長手方向の中央近傍においては、元々プラズマが励起し易い状態とされている。従って、スロット９０１０の端部におけるプラズマの励起を促進することにより、スロット９０１０上の全領域において均一なプラズマを形成することが可能となる。
【０４３１】
図７０は、電極９０１３によってプラズマ励起を均一化した様子を模式的に示す特性図である。ここで、図７０（ａ）は電極９０１３を用いない場合において、スロット９０１０の長手方向のプラズマ励起の状態を比較のため示している。また、図７０（ｂ）は、各電極９０１３に与えられた電流密度に起因して生じる、スロット９０１０の長手方向における電子密度の分布（予備電離補償）を模式的に示す特性図である。
【０４３２】
そして、図７０（ｃ）は、図７０（ｂ）に示す予備電離補償を電極９０１３によって与えた場合において、スロット９０１０から放出されるマイクロ波により励起されたプラズマの強度を示している。このように、図７０（ｂ）に示す電界を与えることによって、特にスロット９０１０の長手方向の端部におけるプラズマの励起を促進することができ、図７０（ｃ）に示すようにスロット９０１０の全領域におけるプラズマ励起の状態を均一化することができる。
【０４３３】
図６８（ｃ）、図６９は、電極９０１３の配置の他の例を示している。図６８（ｃ）は、スロット９０１０の端部におけるプラズマ励起を更に容易に行うために、スロット９０１０の端部の電極９０１３の数を増やした例を示している。これにより、スロット９０１０の端部においてプラズマ励起をより効果的に行うことが可能である。
【０４３４】
図６９（ａ）は、プラズマが励起し易いスロット９０１０の中央部には電極９０１３を配置せずに、スロット９０１０の端部のみに電極９０１３を設けた例を示している。このように、プラズマが励起しにくいスロット９０１０の端部のみに電極９０１３を設けることで、スロット９０１０の中央部と同等のプラズマの励起を可能として、スロット９０１０上の全領域においてプラズマの励起を均一に行うことが可能となる。
【０４３５】
図６９（ｂ）は、スロット９０１０の長手方向に沿って一体に形成された電極９０１３を用いた例を示している。ここで、スロット９０１０の長手方法の中央部における電極９０１３の面積を小さく形成することにより、スロット９０１０の端部における電子密度の分布を大きくすることができる。
【０４３６】
図６９（ｃ）は、プラズマの励起しにくいスロット９０１０端において、電極９０１３をよりスロット９０１０に近接させた例を示している。スロット９０１０の端部における電子密度を大きくすることによって、スロット９０１０の端部におけるプラズマの励起を促進することができ、スロット９０１０上におけるプラズマの励起を均一化することができる。
【０４３７】
図７１は、電極９０１３をスロット９０１０から離間させて配置する場合の構成を示している。このように、電極９０１３をスロット９０１０から離間させる場合、反射鏡９０１４を用いてスロット９０１０側の電流密度を高くすることによって、効率の高い予備電離が実現できる。この場合、導波管９０１の上部にはレーザーガスが流れているため、反射鏡９０１４はレーザーガスの流路の上部に設置するのが望ましい。
【０４３８】
以上説明したように、第１０の参考例においては、スロット９０１０の近傍に電極９０１３を設け、スロット９０１０の長手方向における端部の電子密度を、スロット９０１０の長手方向における中央部における電子密度よりも高くすることによって、特にスロット９０１０の長手方向の端部におけるプラズマの励起を促進することができ、スロット９０１０の全領域におけるプラズマ励起の状態を均一化することができる。
【０４３９】
（第１１の参考例）
次に、第１１の参考例について説明する。図７２は、第１１の参考例に係るエキシマレーザ発振装置の導波管を示す概略断面図である。なお、第１１の参考例におけるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第１０の参考例のものと同一であるため説明を省略する。また、第１１の参考例を説明する図面において、第１０の参考例と実質的に同一の構成要素については同一の符号を記して説明を省略する。
【０４４０】
第１０の参考例においては、電極９０１３を用いて間接的に紫外線励起を行う方法を示したが、この第１１の参考例では紫外線光源を用いてＵＶ光照射補償を行う方法について説明する。
【０４４１】
図７２（ａ）は、導波管９０２１の長手方向と垂直な方向に沿った断面を示している。このように、第１１の参考例に係るエキシマレーザ発振装置の導波管９０２１は、略Ｌ字状の断面形状とされている。
【０４４２】
導波管９０２１の下面には、スロット９０１０が形成されている。マイクロ波は図７２の矢印Ａの方向から導波管１内を伝播し、スロット９０１０からレーザー管２へ放出されてスロット９０１０上でプラズマが励起される。
【０４４３】
導波管９０２１内において、スロット９０１０と対向する位置にはＵＶ透過窓９０２１ａが設けられている。そして、ＵＶ透過窓９０２１ａの外側にはＵＶ光源９０２２、反射鏡９０２３が設けられている。
【０４４４】
本参考例においては、導波管９０２１を略Ｌ字状の断面形状とすることにより、スロット９０１０と対向した位置から直接的にＵＶ照射を行うことが可能である。また、ＵＶ透過窓９０２１ａを所定の大きさで形成しておくことにより、マイクロ波がＵＶ透過窓９０２１ａから漏れだすことを抑止することができる。
【０４４５】
図７２（ｂ）は、ベンド導波管９０２１’を使用した場合において、ベンド導波管９０２１’の長手方向と垂直な方向に沿った断面を示している。ベンド導波管９０２１’を使用した場合には、斜面部９０２１’ｂにＵＶ透過窓９０２１’ａを設けることによって、図７２（ａ）に示す導波管９０２１と同様にスロット９０１０と対向した位置から直接的にＵＶ照射を行うことが可能である。
【０４４６】
図７３（ａ）は、導波管９０２１の長手方向に沿った断面を示している。ＵＶ透過窓９０２１ａは、導波管９０２１の長手方向に沿って形成されており、ＵＶ透過窓９０２１ａの位置に対応してＵＶ光源９０２２、反射鏡９０２３が設置されている。そして、ＵＶ光源９０２２、反射鏡９０２３は、スロット９０１０の長手方向の端部に集中的にＵＶ照射が可能となる位置に配置されている。
【０４４７】
このように、スロット９０１０の長手方向の端部に集中的にＵＶ照射を行うことにより、スロット９０１０の端部におけるプラズマの励起を促進することができ、スロット９０１０上において均一にプラズマを励起させることが可能となる。
【０４４８】
反射鏡９０２３は、球面、あらゆる非球面（楕円、双曲線など）の反射鏡を用いることが可能である。また、プラズマが不均一な場合等においては、スロット長軸方向にも反射鏡の構造を採用することが好ましい。また、単一光源を用いて、反射鏡９０２３の代わりに複数のレンズを用いてもよい。
【０４４９】
図７３（ｂ）は、マイクロ波のモードとして、Ｅ面、Ｈ面を使用した場合に好適な、ＵＶ透過窓９０２１ａの配置を示している。ここで、Ｅ面とは通常のＴＥ１０モードのみを伝播する導波管における長端面であり、Ｈ面とは導波管での短端面である。図７３（ｂ）に示すように、Ｅ面の場合にはスロット９０１０の長手方向に沿ってＵＶ透過窓９０２１ａを形成するのが望ましく、この配置により、スロット９０１０端に集中的にＵＶ照射を行うことができる。
【０４５０】
また、Ｈ面の場合にはスロット９０１０の長手方向に沿って、且つ２列のスロット１０の間に配置することが望ましい。Ｈ面の場合に２列の発光ラインをとる場合には、左右のスロット９０１０それぞれに対し、Ｅ面と同様の透過窓を配置する。
【０４５１】
図７４は、ＵＶ照射によってプラズマ励起を均一化した場合の様子を模式的に示す特性図である。ここで、図７４（ａ）はＵＶ照射を行わない場合のプラズマ励起の状態を比較のため示している。また、図７４（ｂ）は、スロット９０１０近傍において、ＵＶ光源９０２２によるＵＶ照射強度を模式的に示した特性図である。
【０４５２】
そして、図７４（ｃ）は、図７４（ｂ）に示すＵＶ照射を行った場合に、スロット９０１０から放射されるマイクロ波により励起されたプラズマの強度を示している。このように、図７４（ｂ）に示すＵＶ照射を行うことによって、特にスロット９０１０の長手方向の端部におけるプラズマの励起を促進することができ、図７４（ｃ）に示すように、スロット９０１０の全領域におけるプラズマ励起の状態を均一化することができる。
【０４５３】
以上説明したように、第１１の参考例においては、スロット９０１０の長手方向の端部に集中的にＵＶ照射を行うようにＵＶ光源９０２２を配置し、ＵＶ照射によってプラズマが励起しにくいスロット９０１０端においてプラズマの励起を促進することができる。これにより、スロット９０１０の長手方向の中央部と、スロット９０１０の端部におけるプラズマの励起を同等とすることができ、スロット９０１０上の全範囲において均一にプラズマを励起させることができる。本参考例において、照射する光の代わりにＸ線若しくはＲＦ（高周波）予備電離を用いても同様の効果を得ることができる。
【０４５４】
（第１２の参考例）
次に、第１２の参考例について説明する。本参考例では、いわゆるエキシマレーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。図７５は、本参考例のエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【０４５５】
このエキシマレーザ発振装置は、図７５に示すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共振させてレーザ光を発するレーザ管１００２と、レーザ管２内のエキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とするための導波管１００１と、導波管１００１を冷却するために、冷却水導入出口１００９を有する冷却容器１００７とを備えて構成されている。
【０４５６】
エキシマレーザ光を発生させる際の原料となるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合気体である。これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させたい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ2 とし、１９３ｎｍの波長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 、１５７ｎｍの波長の場合にはＮｅ／Ｆ2 とすればよい。
【０４５７】
レーザ管１００２は、エキシマレーザガスの管内への導入部となるレーザガス導入出口１００８と、各端部にそれぞれ反射構造体１００５，１００６が設けられ、これら反射構造体１００５，１００６によりプラズマ放電による光の位相が揃えられてレーザ光が発生する。
【０４５８】
導波管１００１は、マイクロ波をガス供給路構造１００１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、図７５中上面部に細長い複数のスロット１００１０が形成されている。導波管１の上部より数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数のマイクロ波が導入されると、このマイクロ波が導波管１００１内を伝播しながら、スロット１００１０から導波管１００１の外部へ放出される。放出されたマイクロ波は、レーザ管１００２内へ導入される。そして、導入されたマイクロ波によりレーザ管１００１内のエキシマレーザガスが励起され、共振してエキシマレーザ光が発生することになる。
【０４５９】
導波管１００１の具体的な様子を図７６に示す。ここで、図７６（ａ）は導波管１００１の模式的な斜視図、図７６（ｂ）はその平面図である。
【０４６０】
図７６（ｂ）に示すように、各スロット１００１０はその長手方向が導波管１の長手方向と一致するように一列に配置されている。スロット１００１０は、導波管１００１２の長手方向に沿って配置されており、各々が導波管１００１２の長手方向に延在する形状とされている。ここで、第１２の参考例においては、導波管１００１の長端面であるＥ面から放出されるマイクロ波を放出するスロット１００１０に参考例を適用した例を示す。
【０４６１】
図８０（ａ）は、Ｅ面におけるマイクロ波により、導波管１００１の壁内表面に生じる電流を示す模式図である。導波管１００１の壁内表面においてスロット１００１０と垂直方向の電流を生じさせる。ここで図８０（ｃ）は、導波管１００１におけるＥ面及びＨ面を示す模式図である。Ｅ面とは、導波管１００１の短端面をいい、Ｈ面とは、導波管１００１の長端面をいう。
【０４６２】
図７７（ａ）は、任意の１つのスロット１００１０の形状を示す概略平面図である。このように、スロット１００１０は長手方向の端部に向かうにつれて幅広の形状とされている。
【０４６３】
そして、図７７（ｃ）は、図７７（ａ）に示すスロット１００１０の長手方向に沿った位置と、スロット１００１０の開口率の関係を示す模式図である。図７７（ａ）、図７７（ｃ）に示すように、開口率はスロット１００１０の端部に向かうにつれて大きくなる。
【０４６４】
そして、図７７（ｄ）は、図７７（ａ）に示すスロット１００１０によってマイクロ波を放射した場合の放射エネルギーの強度を示した模式図である。このように、端部において開口率が大きく形成されたスロット１００１０を用いることによって、特にスロット１００１０端部における放射エネルギーを大きくすることができる。すなわち、図８０（ｂ）に示すようなスロット１００１０を横切る電流密度に対してスロット１００１０の幅を変化させることによって、放出されるマイクロ波の放射エネルギをスロット１００１０の長手方向の各部位において制御することが可能となる。そして、図７７（ｄ）に示すように均一化された放射を実現することが可能となる。
【０４６５】
なお、実際の発光におけるマイクロ波の分布はプラズマとの干渉等があり、測定や解析が極めて困難である。従って、図７７（ｄ）においてはプラズマが励起されていない状態でのスリットからの均一性を評価することで、均一性を評価している。
【０４６６】
このような、中心部に対して対称形状のスロット１００１０は、電流の密度分布がスロット１００１０の短軸方向に対称となる、Ｅ面に放出されるマイクロ波に用いて好適である。
【０４６７】
このように、スロット１００１０の長手方向の各部位における幅を異なるようにし、長手方向の端部における幅を中央部に比して大きくしたことによって、特に、スロット１００１０の端部においてマイクロ波の放射を強くすることができる。これにより、図７７（ｂ）に示すような均一なマイクロ波の放出が可能となる。
【０４６８】
図７８（ａ）は、スロット１００１０の形状の他の例を示す概略平面図である。図７８（ａ）に示すスロット１００１０は、長手方向の端部を局所的に円形に広げたダンベル形状とされている。
【０４６９】
そして、図７８（ｂ）は、図７８（ａ）に示すスロット１００１０の長手方向に沿った位置と、スロット１００１０の開口率の関係を示す模式図である。図７８（ａ）、図７８（ｂ）に示すように、開口率はスロット１００１０の端部において大きくなる。
【０４７０】
そして、図７８（ｃ）は、図７８（ａ）に示すスロット１００１０によってマイクロ波を放射した場合の放射エネルギーの強度を示した模式図である。このように、端部において開口率が大きく形成されたスロット１００１０を用いることによって、円形部１００１０ａにおいてマイクロ波の放出を高め、特にスロット１００１０端部における放射エネルギーを大きくすることができる。すなわち、図８０（ａ）に示すようなスロット１００１０を横切る電流密度に対してスロット１０の幅を変化させることによって、放出されるマイクロ波の強度をスロット１００１０の長手方向の各部位において制御することが可能となり、図７７（ｃ）に示すように均一化された放射を実現することが可能となる。
【０４７１】
また、スロット１００１０端に半径ｒの円を付加することにより、半径ｒを大きくすることによって、スロット１００１０の長さを等価的に長くすることが可能である。これにより、実質的にλｇ／４の長さのスロット長としなくてもＱをより小さくすることができる。また、スロット１００１０の端部が円形であることから、スロット１００１０を形成する際の機械加工を容易且つ精密に行うことが可能である。
【０４７２】
図７９（ａ）は、図７８（ａ）に示すスロット１００１０の形状をより滑らかに曲線でつなげた形状のスロット１００１０を示している。
【０４７３】
そして、図７９（ｂ）は、図７９（ａ）に示すスロット１００１０の長手方向に沿った位置と、スロット１００１０の開口率の関係を示す模式図である。図７９（ａ）、図７９（ｂ）に示すように、開口率はスロット１００１０の端部に近接する程増大する。
【０４７４】
そして、図７９（ｃ）は、図７９（ａ）に示すスロット１００１０によってマイクロ波を放射した場合の放射エネルギーの強度を示した模式図である。このように、端部において開口率が大きく形成されたスロット１００１０を用いることによって、円形部１００１０ａにおいてマイクロ波の放出を高め、特にスロット１００１０端部における放射エネルギーを大きくすることができる。すなわち、図８０（ａ）に示すようなスロット１００１０を横切る電流密度に対してスロット１００１０の幅を変化させることによって、放出されるマイクロ波の強度をスロット１００１０の長手方向の各部位において制御することが可能となる。そして、図７９（ｃ）に示すように均一化された放射を実現することが可能となる。
【０４７５】
また、図７９（ａ）に示すスロット１００１０は、図７８（ａ）に示すスロット１０と同様に端部を円弧状としているため、スロット１００１０の長さを等価的に長くすることが可能であり、また、機械加工を容易且つ精密に行うことが可能である。
【０４７６】
図７７、図７８及び図７９に示すスロット１００１０の形状では、放射されるマイクロ波の均一性は、図７８に示すスロット１００１０、図７７に示すスロット１００１０、図７９に示すスロット１００１０の順に良好となる。また、マイクロ波の最大強度も、図７８に示すスロット１００１０、図７８に示すスロット１００１０、図７９に示すスロット１００１０の順に大きくなる。しかし、この傾向は、実際にはスロット１００１０のサイズと励起源である導波路とのサイズの関係や、曲線形状などにより変化する。なお、上述した開口率分布は、なるべく広い範囲での均一性を重視して設定したが、仮に端部を強励起し中央部の強度を弱めたい場合は、より中央部での開口率を下げることで対応できることは言うまでもない。
【０４７７】
図８４は、スロット１００１０の長手方向の中央部の幅を端部の幅よりも広くしたスロット１００１０の例を示す。導波管１００１内においては導波管１００１の長手方向と垂直となる方向にも均一でない電界が分布しており、この電界を考慮した場合等においては、図８４に示す形状のスロット１００１０によっても、スロット１００１０から放出されるマイクロ波の強度を均一化することができる。
【０４７８】
以上説明したように、第１２の参考例によれば、スロット１００１０の長手方向における各部位の幅を異ならせ、スロット１００１０の端部における開口を大きくすることによって、スロット１００１０の端部から放射されるマイクロ波の強度を高めることが可能となる。これによって、スロット１００１０上の全領域において、マイクロ波の均一化な放射を行うことが可能となる。
【０４７９】
（第１３の参考例）
次に、第１３の参考例について説明する。第１３の参考例においては、導波管１００１の短端面からマイクロ波を放出するスロットに参考例を適用した例を示す。なお、第１３の参考例におけるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第１２の参考例のものと同一であるため説明を省略する。また、第１３の参考例を説明する図面において、第１２の参考例と実質的に同一の構成要素については同一の符号を記して説明を省略する。
【０４８０】
図８０（ｂ）は、Ｈ面におけるマイクロ波により導波管壁に生じる電流の向きを示す模式図である。このように、Ｈ面における管壁内表面を流れる電流は導波管１００１の長手方向に対して垂直方向の幅の中心に位置する節から、λｇ／２だけ離れた位置における節に向かって流れる。
【０４８１】
このため、導波管１００１の長手方向と垂直方向の幅の中心線（一点鎖線Ｃ）からｄだけ離間させた位置にスロット１００１０をλｇ／２ピッチで交互に設けることで全てのスロット１００１０からの放射が同位相となる。
【０４８２】
図８１は、Ｈ面に放出されるマイクロ波に用いて好適なスロット１００１０の形状を示している。図８０（ｂ）で説明したように、マイクロ波により生じる電流は節から放射状に放出されるため、電流の向きに対してスロット１００１０が延在する方向を垂直となるようにする。すなわち、図８１（ａ）に示す形状のスロット１００１０を、図８１（ｂ）に示す位置に配置することによってスロット１００１０が延在する方向と電流の向きを垂直とすることができ、スロット１００１０から効率良くマイクロ波を放出することができる。
【０４８３】
図８２は、Ｈ面に使用するスロット１００１０の形状の他の例を示す平面図である。図８２（ａ）に示すスロット１００１０は、端部における開口幅が広げられているため、図８１（ｂ）に示す位置に配置することによって、スロット１００１０端におけるマイクロ波の放射強度を高めることができ、スロット１００１０上に放射されるマイクロ波の強度を均一化することができる。
【０４８４】
また、図８２（ｂ）に示すスロット１００１０は、端部よりも中央部における開口幅を広げた態様を示している。
【０４８５】
図８３に示すスロット１００１０は、第１２の参考例の図７８、図７９において説明したスロット１００１０と同様に、スロット１００１０端に半径ｒの円を形成した例を示している。この形状により、第１２の参考例と同様に、円形部１００１０ａにおいてマイクロ波の放出を高めることができ、スロット１００１０上に放射されるマイクロ波を均一化することができる。
【０４８６】
また、スロット１００１０端に半径ｒの円を付加することにより、半径ｒを大きくすることによって、スロット１００１０の長さを等価的に長くすることが可能である。これにより、実質的にλｇ／２の長さのスロット長としなくてもＱをより小さくすることができる。また、スロット１００１０の端部を円弧状とすることによって、スロット１００１０を形成する際の機械加工を容易かつ精密に行うことが可能である。
【０４８７】
以上説明したように、第１３の参考例においては、Ｈ面から放出されるマイクロ波に対し、スロット１００１０を導波管１の中心（図８０（ｂ）における中心線Ｃ）から所定距離離間させた位置に配置することによって、スロット１００１０からマイクロ波の放射を行うことが可能となる。
【０４８８】
また、スロット１００１０の形状を湾曲させ、マイクロ波により導波管１００１の壁面に生じる電流の方向と垂直となる方向へ延在させることによって、より効率良くマイクロ波の放射を行うことが可能となる。
【０４８９】
更に、スロット１００１０の端部においてスロット１００１０の幅を広げることによって、スロット１００１０の端部におけるマイクロ波の放射を高め、スロット１００１０上の全領域に放射されるマイクロ波の強度を均一化することができる。
【０４９０】
（第１４の参考例）
次に、第１４の参考例について説明する。なお、第１４の参考例におけるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第１２の参考例のものと同一であるため説明を省略する。また、第１４の参考例を説明する図面において、第１２の参考例と実質的に同一の構成要素については同一の符号を記して説明を省略する。
【０４９１】
第１４の参考例は、マイクロ波の放射を均一化するために、スロット１００１０の開口形状は通常の矩形形状として、スロット１００１０が形成されている導波管１の壁の内部の形状をスロット１００１０の開口形状と異ならせ、空隙構造１００１５を設けたことを特徴としている。ここで、空隙構造１５は図８５（ｂ）において後述するように、スロット１００１０の形成された導波管１壁に形成された空隙である。
【０４９２】
図８６は、空隙構造１００１５の例を示している。この例においては空隙構造１００１５の全範囲をスロット１００１０からλｇ／４離間させている。これにより、空隙構造１００１５内におけるスロット１００１０と垂直となる方向の空間の長さがλｇ／２となるため、空隙構造１００１５内においてマイクロ波を共振させることができ、放射効率を向上させることができる。
【０４９３】
図８７では、空隙構造１００１５の全範囲をスロット１００１０からλｇ／２離間させている。この構成においても、空隙構造１００１５内におけるスロット１００１０と垂直となる方向の空間の長さがλｇとなるため、空隙構造１００１５内においてマイクロ波を共振させることができ、放射効率を向上させることができる。
【０４９４】
図８５（ａ）は、第１４の参考例の他の態様のスロット１００１０、空隙構造１００１５を示す平面図である。また、図８５（ｂ）は、図８５（ａ）に示す一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を示す概略断面図である。
【０４９５】
図８５（ａ）に示すように、第１４の参考例に係るスロット１００１０は、矩形形状に形成され、その長手方向は導波管１の長手方向と同一である。
【０４９６】
そして、矩形形状のスロット１００１０を囲むような形状で、インピーダンス変更空隙構造１００１５が形成されている。図８５（ｂ）に示すように、空隙構造１００１５はスロット１００１０が形成されている導波管１の内壁に形成されたものであり、図８５（ａ）に示す点線で示す領域まで延在する空隙である。
【０４９７】
図８５（ａ）に示すように、空隙構造１００１５の端は、スロット１００１０の端部から半径がλｇ／４となる円形形状とされており、スロット１００１０の長手方向の中央部においては、スロット１００１０の端部からλｇ／４以下の距離とされている。
【０４９８】
図８５のように、空隙端とスロット１００１０の距離をスロット１００１０長軸方向に変化させることにより、スロット１００１０の長軸方向のマイクロ波の放出特性を変化させることができる。
【０４９９】
この効果は、スロット１００１０の各部位で共振条件がくずれるため、更には、空間的な間隙の形状を変化させることにより、伝播路の特性を変化できるというマイクロ波特有の性質によるものである。長さＬ、特性インピーダンスＺ0 である終端短絡導波路のインピーダンスＺは、
Ｚ＝ｊＺ0 ｔａｎ（２π・Ｌ／λｇ）
となる。
【０５００】
これは、すなわち、いかなる値を持つ誘電性素子（単体素子でいうコイル）及び容量性素子（単体素子でいうキャパシタ）をＬを変化させるだけで形成することができることを示している。スロットライン方向に半値幅αを変化させるということは、電磁波にとってのインピーダンスを付随的に変化させることになり（等価回路的にみると、スロットに対して連続的に様々な値を持つコイルやキャパシタが並列に接続されてみえる）、結果的にスロットから放出される電磁波の分布を制御することができる。
【０５０１】
そして、この性質を利用することにより、スロット１００１０の長手方向の中央におけるマイクロ波の放射を抑制することが可能となり、スロット１００１０上に放射されるマイクロ波の強度を均一化することができる。
【０５０２】
図８８は、やはりマイクロ波の放射効率を向上させるために、スロット１００１０の長手方向の長さをλｇ／２とした構成を示している。ここで、図８８（ａ）はＨ面に適用した例を、図８８（ｂ）はＥ面に適用した例を示している。スロット１００１０の長さをλｇ／２とすることによって、マイクロ波をスロット１００１０の長手方向において共鳴させることができ、マイクロ波の放射効率を向上させることが可能である。
【０５０３】
図８９（ａ）は、断面形状をテーパー状として、導波管１００１の内部に向かって幅広としたスロット１００１０を示している。スロット１００１０の下方に向かうにつれて幅広となるテーパー形状を形成することによって、空間のインピーダンスがゆるやかに変化するため反射が起こりにくくなり、より多くのマイクロ波をスロット１００１０内へ導くことができ、スロット１００１０からのマイクロ波の放射効率を向上させることができる。
【０５０４】
図８９（ｂ）は、図８９（ａ）に示すスロット１００１０のテーパー部に誘電体レンズ１００１６を挿入した例を示している。誘電体レンズ１００１６によってマイクロ波をスロット１００１０へ集中させることができ、スロット１００１０からのマイクロ波の放射効率を向上させることができる。
【０５０５】
また、図８９（ｃ）に示すように、誘電体レンズ１００１６を通常のスロット１００１０の直下に配置することによっても、マイクロ波をスロット１００１０へ集中させることができ、スロット１００１０からのマイクロ波の放射効率を向上させることができる。
【０５０６】
以上説明したように、第１４の参考例によればスロット１００１０の開口形状とは異なる形状であって、スロット１００１０の形成された導波管１００１の壁面に空隙構造１００１５を形成することによって、スロット１００１０内のインピーダンスを可変することができる。従って、空隙構造１００１５を形成することによって、スロット１００１０上への均一なマイクロ波の放出を実現することが可能となる。また、空隙領域１００１５を所定の大きさに設定することによって、空隙領域１００１５内でマイクロ波を共振させることができ、マイクロ波の放射特性を向上させることが可能である。
【０５０７】
また、スロット１００１０の断面形状をテーパー状として、導波管１の内部に向かって幅広となるように形成することで、より多くのマイクロ波をスロット１００１０へ導くことができ、放射効率を向上させることができる。更に、スロット１００１０内あるいはスロット１００１０の下部に誘電体レンズを設けることによっても、マイクロ波の放射効率を向上させることが可能である。
【０５０８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態におけるラバルノズル型のガス供給路構造と、第６の参考例におけるノズルシールドの構造を共に備えたレーザ発振装置である。
【０５０９】
図９０は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ発振装置の全体構成を示す模式図である。図９０に示すレーザ発振装置の全体構成は、第１の実施形態で説明した構成と同一である。また、図９１は、図９０に示すレーザ発振装置のレーザチャンバ１の一部を示す斜視図である。なお、レーザ発振装置の全体構成は、第１の実施形態の図１３に示すシロッコファンを用いたものでもよい。
【０５１０】
本実施形態において、レーザチャンバ１の主要構成は第１の実施形態で説明したものと同一である。すなわち、レーザチャンバ１は、ラバルノズル型のガス供給路構造１１と、ガス供給路構造１１を挟んで対向するように設けられた導波管１２とを備えている。なお、図９０及び図９１において、上述した第１の実施形態、第６の参考例で説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を記す。
【０５１１】
レーザチャンバ１にラバルノズル型のガス供給路構造１１を用い、流出入口におけるガス圧力やガス流速を調節することにより、音速に近づくほどに懸念される衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部２１におけるエキシマレーザガスの流速を初期の亜音速に制御することが可能となる。従って、枯渇しがちなエキシマレーザガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給することができ、長時間の安定な発光を維持するエキシマレーザ発振装置が実現される。
【０５１２】
また、ラバルノズル型のガス供給路構造１１に、第６の参考例で説明したノズルシールド７０１４が設けられている。ノズルシールド７０１４は、マイクロ波が所定の大きさ以下の開口を通過することができないという性質を利用したシールドである。放出されるマイクロ波の周波数に対してノズルシールド７０１４の開口を設定することでスロット７０１０から放出されるマイクロ波を空間的に閉じ込めることが可能となる。
【０５１３】
そして、ノズルシールド７０１４の延在する方向をガス供給路構造１１に流れるレーザガスの方向と同一とすることで、マイクロ波を遮蔽しつつ、ガス供給路構造１１からのレーザガスの供給を行うことができる。
【０５１４】
従って、ノズルシールド７０１４がレーザガスの流れを妨げることはなく、ラバルノズル型のガス供給路構造１１を用いて超高速ガス置換を行った場合にレーザガス流に抵抗を生じさせることはない。従って、圧力損失の発生を抑止することができる。
【０５１５】
そして、ノズルシールド７０１４によってスロット７０１０上に形成されるプラズマ７０１１の拡散を抑止することができ、生成されたプラズマ７０１１をスロット７０１０の両脇のノズルシールド７０１４間の間隙に確実に閉じ込めることが可能である。
【０５１６】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明したラバルノズル型のガス供給路構造１１と、第６の参考例で説明したノズルシールドの構造を共に備えることにより、レーザガスを高速に循環させてプラズマの励起を促進することができ、且つ、レーザガスの流れを妨げることなくプラズマが発光領域外に拡散することを抑止することができる。
【０５１７】
なお、本実施形態のレーザ発振装置に対して、先に説明した各参考例の構成を更に付加することにより、各参考例の構成特有の効果を得ることが可能である。
【０５１８】
（第１５の参考例）
次に、第１５の参考例について説明する。第１５の参考例は、第１の参考例におけるマイクロ波の通路と、第６の参考例におけるノズルシールドの構造を共に備えたレーザ発振装置である。
【０５１９】
図９０は、第１５の参考例に係るレーザ発振装置の全体構成を示す模式図である。また、図９２は、図９０に示すエキシマレーザ発振装置の主要部であるレーザチャンバ１の一部を示す斜視図である。
【０５２０】
レーザチャンバ１の主要構成は、第１の実施形態で説明したものと同様の構成である。すなわち、レーザチャンバ１は、ラバルノズル型のガス供給路構造１１と、ガス供給路構造１１を挟んで対向するように設けられた導波管１２とを備えている。ただし、本参考例ではガス供給路構造１１がラバルノズル型とされていない点で第１の実施形態と相違する。なお、図９０及び図９２において、上述した第１の参考例、第６の参考例で説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を記す。
【０５２１】
ガス供給路構造１１には、第６の参考例で説明したノズルシールド７０１４が設けられている。ノズルシールド７０１４は、マイクロ波が所定の大きさ以下の開口を通過することができないという性質を利用したシールドである。放出されるマイクロ波の周波数に対してノズルシールド７０１４の開口を設定することでスロット７０１０から放出されるマイクロ波を空間的に閉じ込めることが可能となる。
【０５２２】
そして、ノズルシールド７０１４の延在する方向をガス供給路構造１１に流れるレーザガスの方向と同一とすることで、マイクロ波を遮蔽しつつ、ガス供給路構造１１からのレーザガスの供給を行うことができる。
【０５２３】
従って、ノズルシールド７０１４がレーザガスの流れを妨げることはなく、ラバルノズル型のガス供給路構造１１を用いて超高速ガス置換を行った場合にレーザガス流に抵抗を生じさせることはない。従って、圧力損失の発生を抑止することができる。
【０５２４】
そして、ノズルシールド７０１４によってスロット７０１０上に形成されるプラズマ７０１１の拡散を抑止することができ、生成されたプラズマ７０１１をスロット７０１０の両脇のノズルシールド７０１４間の間隙に確実に閉じ込めることが可能である。
【０５２５】
導波管１２とガス供給路構造１１との間の金属壁には、第１の参考例で説明したマイクロ波の通路３０１１が形成されている。これにより、スロット７０１０から放出されたマイクロ波は、金属壁に規制された通路３０１１を伝播することで徐々に平面波に近づき、通路を通過してレーザ管内に放出されるときには、その波面を各スロット７０１０に沿った全体にわたってほぼ平面様形状とすることができる。
【０５２６】
従って、レーザ管３０１内のエキシマレーザガスには、ほぼ均一の平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レーザ管３０２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光を均一することができる。
【０５２７】
以上説明したように、第１５の参考例によれば、第１の参考例で説明したマイクロ波の通路と、第６の参考例で説明したノズルシールドの構造を共に備えることにより、発光部２１においてプラズマの拡散を抑止することができ、且つ、導波管１２の長手方向の全域において放射エネルギが均一化されたプラズマを生成することが可能となる。
【０５２８】
なお、本参考例のレーザ発振装置に対して、先に説明した各参考例の構成を更に付加することにより、各参考例の構成特有の効果を得ることが可能である。
【０５２９】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態におけるラバルノズル型のガス供給路構造、第１の参考例におけるマイクロ波の通路及び第５の参考例におけるノズルシールドの構造を全て備えたレーザ発振装置である。
【０５３０】
図９０は、本発明の第３の実施形態に係るレーザ発振装置の全体構成を示す模式図である。また、図９３は、図９０に示すレーザ発振装置のレーザ発振部を拡大して示す斜視図である。
【０５３１】
図９３は、図９０に示すエキシマレーザ発振装置の主要部であるレーザチャンバ１の一部を示す斜視図である。レーザチャンバ１は、第１の実施形態で説明したものと同一である。すなわち、レーザチャンバ１は、ラバルノズル型のガス供給路構造１１と、ガス供給路構造１１を挟んで対向するように設けられた導波管１２とを備えている。なお、図９０及び図９３においては、上述した第１の実施形態、第１の参考例及び第６の参考例で説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を記す。
【０５３２】
レーザチャンバ１にラバルノズル型のガス供給路構造１１を用い、流出入口におけるガス圧力やガス流速を調節することにより、音速に近づくほどに懸念される衝撃波の発生を抑止しつつ、発光部２１におけるエキシマレーザガスの流速を初期の亜音速に制御することが可能となる。従って、枯渇しがちなエキシマレーザガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給することができ、長時間の安定な発光を維持するエキシマレーザ発振装置が実現される。
【０５３３】
ガス供給路構造１１には、第６の参考例で説明したノズルシールド７０１４が設けられている。ノズルシールド７０１４は、マイクロ波が所定の大きさ以下の開口を通過することができないという性質を利用したシールドである。放出されるマイクロ波の周波数に対してノズルシールド７０１４の開口を設定することでスロット７０１０から放出されるマイクロ波を空間的に閉じ込めることが可能となる。
【０５３４】
そして、ノズルシールド７０１４の延在する方向をガス供給路構造１１に流れるレーザガスの方向と同一とすることで、マイクロ波を遮蔽しつつ、ガス供給路構造１１からのレーザガスの供給を行うことができる。
【０５３５】
従って、ノズルシールド７０１４がレーザガスの流れを妨げることはなく、ラバルノズル型のガス供給路構造１１を用いて超高速ガス置換を行った場合にレーザガス流に抵抗を生じさせることはない。従って、圧力損失の発生を抑止することができる。
【０５３６】
そして、ノズルシールド７０１４によってスロット７０１０上に形成されるプラズマ７０１１の拡散を抑止することができ、生成されたプラズマ７０１１をスロット７０１０の両脇のノズルシールド７０１４間の間隙に確実に閉じ込めることが可能である。
【０５３７】
また、ラバルノズル型の導波管１２とガス供給路構造１１との間の金属壁には、第１の参考例で説明したマイクロ波の通路３０１１が形成されている。これにより、スロット７０１０から放出されたマイクロ波は、金属壁に規制された通路３０１１を伝播することで徐々に平面波に近づき、通路を通過してレーザ管内に放出されるときには、その波面は各スロット７０１０に沿った全体にわたってほぼ平面様形状とすることができる。
【０５３８】
従って、レーザ管内のエキシマレーザガスには、ほぼ均一の平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レーザ管の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光を均一することができる。
【０５３９】
更に、本実施形態におけるレーザ発振装置においては、ＲＦ（高周波）予備電離を行うための電極７０３０がガス供給路構造１１に近接して設けられている。ここで、電極７０３０はスロット７０１０の位置に対応して設けられている。
【０５４０】
レーザガスは、図９３に示す矢印Ｒの方向に沿って流れるが、電極７０３０によって予備電離を与えることによって、予めレーザガスの励起を行うことができ、発光部２１に到達したレーザガスの励起を容易に行うことが可能となる。
【０５４１】
従って、マイクロ波と電極７０３０による予備電離の相乗効果により、発光部２１においてより確実且つ均一にプラズマ７０１１を生成することが可能となる。なお、高周波の代わりにＸ線を用いることも可能であり、マイクロ波を用いてもよい。また、第１０の参考例で説明したようなピン電極を用いて予備電離を行ってもよい。更に、ノズルシールド７０１４に予備電離のための電極を接続することにより、発光部２１の近傍でレーザガスを予め励起状態として発光効率を高めることが可能である。
【０５４２】
以上説明したように、本発明の第３の実施形態によれば、第１の実施形態で説明したラバルノズル型のガス供給路構造１１、第１の参考例で説明したマイクロ波の通路及び第６の参考例で説明したノズルシールドの構造を全て備えることにより、レーザガスを高速に循環させてプラズマの励起を促進することができ、発光部２１においてプラズマの拡散を抑止し、更に、導波管１２の長手方向の全域において放射エネルギが均一化されたプラズマを生成することが可能となる。
【０５４３】
なお、本実施形態のレーザ発振装置に対して、先に説明した各参考例の構成を更に付加することにより、各参考例の構成特有の効果を得ることが可能である。
【０５４４】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について説明する。この第４の実施形態では、上述した各実施形態（及びその諸変形例）で述べたエキシマレーザ発振装置をレーザ光源として有する露光装置（ステッパー）を例示する。図９４は、このステッパーの主要構成を示す模式図である。
【０５４５】
このステッパーは、所望のパターンが描かれたレチクル１０１に照明光を照射するための光学系１１１と、レチクル１０１を通過した照明光が入射して当該レチクル１０１のパターンをウェハ１０２の表面に縮小投影するための投影光学系１１２と、ウェハ１０２が載置固定されるウェハチャック１１３と、ウェハチャック１１３が固定されるウェハステージ１１４とを有して構成されている。
【０５４６】
光学系１１１は、照明光としての高輝度のエキシマレーザー光を発する光源である上述した各実施形態のエキシマレーザ発振装置１２１と、光源１２１からの照明光を所望の光束形状に変換するビーム形状変換手段１２２と、複数のシリンドリカルレンズや微小レンズを２次元的に配置されてなるオプティカルインテグレータ１２３と、不図示の切替手段により任意の絞りに切替可能とされ、オプティカルインテグレータ１２３により形成された２次光源の位置近傍に配置された絞り部材１２４と、絞り部材１２４を通過した照明光を集光するコンデンサーレンズ１２５と、例えば４枚の可変ブレードにより構成され、レチクル１０１の共役面に配置されてレチクル１０１の表面での照明範囲を任意に決定するブラインド１２７と、ブラインド１２７で所定形状に決定された照明光をレチクル１０１の表面に投影するための結像レンズ１２８と、結像レンズ１２８からの照明光をレチクル１０１の方向へ反射させる折り曲げミラー１２９とを有して構成されている。
【０５４７】
以上のように構成されたステッパーを用い、レチクル１０１のパターンをウェハ１０２の表面に縮小投影する動作について説明する。
【０５４８】
先ず、光源１２１から発した照明光は、ビーム形状変換手段１２２で所定形状に変換された後、オプティカルインテグレータ１２３に指向される。このとき、その射出面近傍に複数の２次光源が形成される。この２次光源からの照明光が、絞り部材１２４を介してコンデンサーレンズ１２５で集光され、ブラインド１２７で所定形状に決定された後に結像レンズ１２８を介して折り曲げミラー１２９で反射してレチクル１０１に入射する。続いて、レチクル１０１のパターンを通過して投影光学系１２２に入射する。そして、投影光学系１２２を通過して前記パターンが所定寸法に縮小されてウェハ１０２の表面に投影され、露光が施される。
【０５４９】
本実施形態のステッパーによれば、レーザ光源として上述した各実施形態のエキシマレーザ発振装置を用いるので、高出力のエキシマレーザ光の比較的長時間の発光が可能となり、ウェハ１０２に対する露光を迅速且つ正確に行なうことができる。
【０５５０】
次に、図９４を用いて説明した投影露光装置を利用した半導体装置（半導体デバイス）の製造方法の一例を説明する。
【０５５１】
図９５は、半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造工程のフローを示す。先ず、ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と称され、上記の如く用意したマスクとウェハを用いて、フォトリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と称され、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンプリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージンク工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０５５２】
図９６は上記ウェハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に気相反応を用いて導電膜や絶縁膜を形成する。ステップ１３（ＰＶＤ）ではウェハ上に導電膜や絶縁膜をスパッタリングや蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した投影露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが終了して不要となったレジストを除去する。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０５５３】
この製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易且つ確実に高い歩止まりをもって製造することが可能となる。
【０５５４】
【発明の効果】
本発明によれば、以下に列挙する諸効果を奏する。
【０５５５】
（１）簡易な構造で音速に近い程の高速流を形成しつつも、衝撃波の発生を抑止することを可能とするガス供給路構造（及びガス供給方法）を提供することが可能となり、特にこのガス供給路構造をエキシマレーザ発振装置に適用することにより、枯渇しがちなエキシマレーザガスを衝撃波の発生を懸念することなく迅速に補給することができ、長時間の安定な発光を維持することが可能となる。
【０５５６】
（２）スロットアレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射が実現され、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０５５７】
（３）スロットアレイ構造を採用するも、個々の微小間隙（スロット）の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射が実現され、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【０５５８】
（４）個々のスロット上から所定範囲外へプラズマが拡散することを抑止できる。従って、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光を可能とするレーザ発振装置、このレーザ発振装置を備えた高性能の露光装置、この露光装置を用いた高品質なデバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施形態によるエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図２】  図１を更に模式的に示した模式図である。
【図３】  第１の実施形態によるエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図４】  ガス供給路構造の発光部に設けられる上下幅調整手段を示す模式図である。
【図５】  ガス供給路構造において、（流出口断面積／発光部断面積）と（流出口圧力／流出口圧力）との関係を示す特性図である。
【図６】  ガス供給路構造の各部位（流入口、発光部、流出口）における速度、マッハ数、ガス圧力、ガス密度、ガス温度、及び音速との各条件の関係を示す図である。
【図７】  ガス供給路構造において、（流入口圧力／発光部圧力）と（発光部の流速）との関係を示す特性図である。
【図８】  ガス供給路構造において、（任意部位圧力）／（発光部圧力）と（任意部位温度）／（発光部温度）との関係を示す特性図である。
【図９】  ガス供給路構造の制御において、各条件の関係を総括的に示すブロック図である。
【図１０】  第１の実施形態に係る変形例１のエキシマレーザ発振装置のガス供給路構造のみを示す断面図である。
【図１１】  第１の実施形態に係る変形例２のエキシマレーザ発振装置のガス供給路構造のみを示す断面図である。
【図１２】  ガス供給路構造の各部位（流入口、発光部、流出口）における速度、マッハ数、ガス圧力、ガス密度、ガス温度、及び音速との各条件の関係を示す図である。
【図１３】  第１の実施形態に係る変形例３のエキシマレーザ発振装置の概略構成を示す側断面図である。
【図１４】  第１の実施形態に係る変形例３におけるガス供給路構造の他の例を示す側断面図である。
【図１５】  第１の参考例によるエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図１６】  導波管の具体的な様子を示す模式図である。
【図１７】  導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図１８】  導波管のスロット位置とマイクロ波により生じる電流密度との関係を示す模式図である。
【図１９】  スロットからマイクロ波が放出される様子を示す概略断面図である。
【図２０】  変形例１における導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図２１】  変形例２における導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図２２】  変形例２における導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図２３】  変形例３における導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図２４】  変形例３における導波管の他の例の具体的な様子を示す概略平面図である。
【図２５】  変形例４における導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図２６】  変形例３における導波管の他の例の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図２７】  変形例５における導波管の具体的な様子を示す模式図である。
【図２８】  第２の参考例によるエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図２９】  導波管におけるスロットの形成部位と導波管の壁面を流れる電流の密度との関係を示す模式図である。
【図３０】  第２の参考例において、スロットから放出されるマイクロ波の強度分布を示す特性図である。
【図３１】  第２の参考例の他の例での導波管におけるスロットの形成部位と導波管の壁面を流れる電流の密度との関係を示す模式図である。
【図３２】  第２の参考例による導波管に形成されたスロットについて、スロット位置と放射エネルギー又は定在波強度との関係を示す特性図である。
【図３３】  第３の参考例によるエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図３４】  導波管において、スロットの形成面（Ｅ面）を示す斜視図である。
【図３５】  空間シフト、位相シフトがなされた場合の各々についてマイクロ波の定在波の相対関係を示す特性図である。
【図３６】  第３の参考例によるエキシマレーザ発振装置において、通常配置の導波管近傍を示す模式図である。
【図３７】  第３の参考例によるエキシマレーザ発振装置において、λｇピッチでλｇ／２の空間シフト及びλｇ／２の位相シフトを行なった場合の導波管近傍を示す模式図である。
【図３８】  導波管において、スロットの形成面（Ｈ面）を示す斜視図である。
【図３９】  第３の参考例によるエキシマレーザ発振装置の変形例において、通常配置の導波管近傍を示す模式図である。
【図４０】  第４の参考例によるエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図４１】  Ｈ面にスロットが形成された導波管を示す模式図である。
【図４２】  変形例１における金属壁により通路が形成されてなる導波管近傍を示す概略断面図である。
【図４３】  変形例２における金属壁により通路が形成されてなる導波管近傍を示す概略断面図である。
【図４４】  変形例３における金属壁により通路が形成されてなる導波管近傍を示す概略断面図である。
【図４５】  変形例３における一対の導波管を示す模式図である。
【図４６】  変形例４の他の例における金属壁により通路が形成されてなる導波管近傍を示す概略断面図である。
【図４７】  変形例４の更に他の例における金属壁により通路が形成されてなる導波管近傍を示す概略断面図である。
【図４８】  変形例５において、導波管のＥ面に金属ネジが配された様子を示す概略断面図である。
【図４９】  変形例６において、スロット内に誘電体が充填された様子を示す概略断面図である。
【図５０】  変形例６において、スロット板の鋭角部位の電界強度／中央部位の電界強度の比を示す特性図である。
【図５１】  第５の参考例に係るエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図５２】  第５の参考例に係るエキシマレーザ発振装置の導波管の具体的な様子を示す模式図である。
【図５３】  第５の参考例に係るレーザ発振装置における遮蔽構造を示す模式図である。
【図５４】  第５の参考例に係るレーザ発振装置における遮蔽構造を示す概略断面図である。
【図５５】  第６の参考例に係るレーザ発振装置における遮蔽構造を示す概略断面図である。
【図５６】  第７の参考例に係るレーザ発振装置における遮蔽構造を示す模式図である。
【図５７】  第７の参考例に係るレーザ発振装置における遮蔽構造を示す概略断面図である。
【図５８】  第７の参考例に係るレーザ発振装置における遮蔽構造を示す概略断面図である。
【図５９】  第８の参考例に係るエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図６０】  第８の参考例に係るエキシマレーザ発振装置の導波管の具体的な様子を示す模式図である。
【図６１】  第８の参考例に係るレーザ発振装置におけるスロットを示す概略断面図である。
【図６２】  第８の参考例に係るレーザ発振装置におけるスロットを示す概略平面図である。
【図６３】  第９の参考例に係るレーザ発振装置におけるスロットを示す概略断面図である。
【図６４】  第９の参考例に係るレーザ発振装置におけるスロットを示す模式図である。
【図６５】  第９の参考例に係るレーザ発振装置におけるスロットを示す概略平面図である。
【図６６】  第１０の参考例に係るエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図６７】  第１０の参考例の実施形態に係るエキシマレーザ発振装置の導波管の具体的な様子を示す模式図である。
【図６８】  第１０の参考例に係る導波管において、スロット近傍に形成された電極の具体例を示す平面図である。
【図６９】  第１０の参考例に係る導波管において、スロット近傍に形成された電極の具体例を示す平面図である。
【図７０】  第１０の参考例において、予備電離補償によりプラズマの励起を均一化する様子を示す模式図である。
【図７１】  第１０の参考例において、反射鏡を用いて予備電離補償を行う様子を示す模式図である。
【図７２】  第１１の参考例における紫外線照射機構を示す断面図である。
【図７３】  第１１の参考例において、紫外線照射を行う位置及び紫外線照射のための透過窓の位置を示す模式図である。
【図７４】  第１１の参考例において、紫外線照射によりプラズマの励起を均一化する様子を示す模式図である。
【図７５】  第１２の参考例に係るエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図７６】  第１２の参考例に係るエキシマレーザ発振装置の導波管の具体的な様子を示す模式図である。
【図７７】  第１２の参考例に係るスロットと、放射エネルギーを示す模式図である。
【図７８】  第１２の参考例に係るスロットと、放射エネルギーを示す模式図である。
【図７９】  第１２の参考例に係るスロットと、放射エネルギーを示す模式図である。
【図８０】  第１２の参考例において、Ｅ面、Ｈ面におけるマイクロ波により導波管壁に生じる電流を示す模式図である。
【図８１】  第１３の参考例に係るスロットと、導波管における配置を示す模式図である。
【図８２】  第１３の参考例に係るスロットの他の形状を示す模式図である。
【図８３】  第１３の参考例に係るスロットの他の形状を示す模式図である。
【図８４】  第１３の参考例に係るスロットの他の形状を示す模式図である。
【図８５】  第１４の参考例に係る空隙構造を示す模式図である。
【図８６】  第１４の参考例に係る空隙構造を示す模式図である。
【図８７】  第１４の参考例に係る空隙構造を示す模式図である。
【図８８】  第１４の参考例に係る導波管及びスロットを示す斜視図である。
【図８９】  第１４の参考例に係るスロットの形状を示す概略断面図である。
【図９０】  本発明の一実施形態に係るエキシマレーザ発振装置の主要構成を示す模式図である。
【図９１】  本発明の第２の実施形態に係るレーザ発振装置を示す斜視図である。
【図９２】  第１５の参考例に係るレーザ発振装置を示す斜視図である。
【図９３】  本発明の第３の実施形態に係るレーザ発振装置を示す斜視図である。
【図９４】  第４の実施形態のステッパーを示す模式図である。
【図９５】  第４の実施形態のステッパーを用いた半導体デバイスの製造工程のフロー図である。
【図９６】  図９５におけるウェハプロセスを詳細に示すフロー図である。
【図９７】  従来のレーザ発振装置におけるスロット上に形成されるシースを説明するための概略断面図である。
【図９８】  従来の導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図９９】  従来のエキシマレーザ発振装置における、スロット近傍での電界強度分布及びプラズマ強度を示す模式図である。
【符号の説明】
１  レーザチャンバ
２，５１  ガス供給手段
３  冷却器
１１，４１  ガス供給路構造
１２  導波管
２１，３２  発光部
２１ａ，３３  上下幅調整手段
２２，２３  一対の反射構造体
２４  窓部
２５  ベローズポンプ
２５ａ  ベローズ部
２５ｂ  サーボモータ
２６  中空流路
２７  低コンダクタンス部
３１  ガス供給路構造群
４２，４３  加熱・冷却手段
１０１  レチクル
１０２  ウェハ
１１１  光学系
１１２  投影光学系
１１３  ウェハチャック
１１４  ウェハステージ
１２１  エキシマレーザ発振装置
１２２  ビーム形状変換手段
１２３  オプティカルインテグレータ
１２４  絞り部材
１２５  コンデンサーレンズ
１２７  ブラインド
１２８  結像レンズ
１２９  折り曲げミラー
【図１】
0004295855.tif 000027
【図２】
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【図３】
0004295855.tif 000029
【図４】
0004295855.tif 000030
【図５】
0004295855.tif 000031
【図６】
0004295855.tif 000032
【図７】
0004295855.tif 000033
【図８】
0004295855.tif 000034
【図９】
0004295855.tif 000035
【図１０】
0004295855.tif 000036
【図１１】
0004295855.tif 000037
【図１２】
0004295855.tif 000038
【図１３】
0004295855.tif 000039
【図１４】
0004295855.tif 000040
【図１５】
0004295855.tif 000041
【図１６】
0004295855.tif 000042
【図１７】
0004295855.tif 000043
【図１８】
0004295855.tif 000044
【図１９】
0004295855.tif 000045
【図２０】
0004295855.tif 000046
【図２１】
0004295855.tif 000047
【図２２】
0004295855.tif 000048
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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