JP2601410B2

JP2601410B2 - 放電励起型レーザ装置におけるレーザガスの制御装置

Info

Publication number: JP2601410B2
Application number: JP6134468A
Authority: JP
Inventors: 計溝口; 敏博西坂; 浩小森
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JPH088481A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、材料の加工、縮小投影
露光用の光源等に用いられる放電励起型レーザ装置に関
し、特にレーザガスの供給を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】放電励起型のレーザ装置は、マーキン
グ、穴開け、アニーリングなどの材料加工のほか大規模
集積回路（ＬＳＩ）の回路パターン製作のための光リソ
グラフィー用光源として用いられている。

【０００３】ガスレーザの中でも特にエキシマレーザ
は、強力な紫外光源であり、その特性を生かして材料加
工用として主に樹脂等の有機材料へのマーキング、穴開
けなどに用いられている。また、光リソグラフィーに
は、主に縮小投影法が使われており、照明光源により照
らされた原画（レチクル）パターンの透過光を縮小投影
光学系により半導体基板上の光感光性物質に投影して回
路パターンを形成する。

【０００４】この投影像の分解能は、用いられる光源の
波長で制限されるため、光源の波長は、可視領域から紫
外領域へと次第に短波長化している。従来、この紫外領
域の光源として高圧水銀ランプから発生するｇ線（４３
６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）が使用されてきた。しか
しながら、最小パターン線幅が６４ＭＢで要求される
０．３５μｍ以下となると、ｉ線でもすでに波長として
はそろそろ限界にきている。

【０００５】この技術的限界を解決するものとして深紫
外（ＤｅｅｐＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）のレーザ光
源が有望視されている。特にエキシマレーザは高出力、
高効率で媒質ガスの組成によりＫrＦ（２４８ｎｍ）、
ＡrＦ（１９３ｎｍ）などの波長で強い発振を得ること
ができる。一方、このＤｅｅｐ―ＵＶ領域では、縮小投
影レンズ系を構成するガラス、結晶材料が非常に制約さ
れるため水銀ランプを用いた縮小投影レンズ系で用いら
れてきた色収差補正が困難となる。

【０００６】そこで、レンズ系を色収差補正するのでは
なく、レーザ共振器内に波長選択素子を配設し、出力光
のスペクトル幅をレンズ材の色収差が無視できる程度ま
で小さくすることで、その困難さを除去している。この
方法で、自然発振の場合にスペクトル幅で数ｎｍあった
出力が数ｐｍにまで細く狭帯域化することができる。

【０００７】図１５は、従来のエキシマレーザ装置の構
成を、そして図１６は特にその充放電回路を示してい
る。充放電回路には、一般に自動予備電離型の容量移行
型回路が、構造の簡便さから一般的に使用されている。

【０００８】すなわち、充電器によって蓄積用の１次コ
ンデンサＣ1が所定電圧まで充電され、その後にトリガ
パルス発生器２５から出力されるトリガパルスによって
サイラトロン等放電により通電がなされるスイッチ素子
Ｑが導通され、２次コンデンサ（ピーキングコンデン
サ）Ｃ2への充電（電荷移行）が開始される。この電荷
移行時にその充電電流ｉ1が主電極（レーザチャンバ内
放電電極）５の両側面に配置された数十本の予備電離電
極６に通電される。このとき予備電離放電が発生され、
自動予備電離がなされる。

【０００９】こうした予備電離放電によって発生した紫
外光によって放電空間が照射され、主放電空間に初期電
子を発生させる。そして２次コンデンサＣ2の電圧が放
電開始電圧に達すると、主放電が発生し、レーザ媒質に
反転分布が形成され、レーザ発振が生成される。

【００１０】また、レーザチャンバ４内には、熱交換器
７およびレーザ媒質ガス（以下「レーザガス」という）
を強制対流、冷却させるブロア８が組み込まれており、
数十〜数百Ｈzの高い繰返し周波数での運転を可能とし
ている。また、運転中のレーザ出力を安定化するため
に、レーザ出力を光センサでモニタし、このモニタ結果
に基づいて充電電圧を変化させて、レーザガスの劣化、
ウインドの汚損等に伴う出力低下をきたさないような出
力安定化制御を行っている。

【００１１】従来のレーザ装置に使用されているサイラ
トロンで代表される放電スイッチＱは、電極の蒸発等に
伴う消耗や動作に必要なヒータ等の消耗によって耐久性
が損なわれることがあり、実用化の面で障害がある。

【００１２】すなわち、図１７に示されるように、サイ
ラトロンＱがオフ状態からオン状態へ移行する際の導通
抵抗Ｒ（ターンオン抵抗）が高い時期に大きな電流ｉ1
が流れることで、斜線で示される大きなサイラトロン損
失（オーム損失（ｉ1）2・Ｒ；（ｉ1）2とはｉ1の２乗
を意味する）が発生し、これと同時にサイラトロンＱの
消耗が起こっていると考えられる。

【００１３】そこで、こうしたスイッチング直後の高い
ターンオン抵抗が存在する時期における導通電流を抑制
するために、可飽和リアクトルを磁気スイッチとして使
用した充放電回路を用いるようにしている。この種の技
術は、例えば、日立金属技報ｖｏｌ．８１９９２．１
「ファインメットを用いたパルスパワー用磁気スイッチ
磁芯の動特性」に記載されている。

【００１４】磁気スイッチとして使用される可飽和リア
クトルは、磁性材料の磁束の飽和現象を利用した素子で
あり、層間絶縁したＦe基またはＣｏ基アモルファス巻
磁芯、Ｆe基超微結晶磁性合金（日立金属の商標「ファ
インメット」）を用いた磁芯等が使用されている。

【００１５】ここで、磁気スイッチを用いた回路の代表
的方式である磁気パルス圧縮回路をパルスレーザのパル
ス電源に適用した場合の動作について図１８を用いて説
明する。

【００１６】図１８において、Ｃ1＝Ｃ2＝Ｃ3の条件下
でコンデンサＣ1に蓄積された電荷がすべてＣ2に転送さ
れた時点で磁気スイッチＳＲが飽和するように設計され
た場合に、コンデンサＣ1に蓄積された電荷が最も効率
的にコンデンサＣ3に転送される。この条件が満たされ
るときの主要各部の電圧、電流波形を図１９に示す。

【００１７】主スイッチＱがターンオン後、主コンデン
サＣ1に蓄積されていた電荷がすべてコンデンサＣ2に転
送されるまでの期間をτ1とする。τ1の期間、磁芯の動
作点は図１４のループ上の非飽和領域にあり、時間の経
過と共にａ点からｂ点に向かって移動する。このときの
磁気スイッチＳＲの磁芯の透磁率μrsは非常に高いた
め、出力巻き線ＮのインダクタンスＬSRuはインダクタ
ンスＬ1に比べて十分大きく出力巻き線Ｎにはほとんど
電流は流れない。したがって、磁気スイッチＳＲは、図
１９の斜線部分で示す電圧時間積の間、電流を阻止し次
式が成り立つ。

【００１８】ｖsr：磁芯印加電圧Ｎ：磁気スイッチ巻数Ａe：磁芯有効断面積 ΔＢm：最大動作磁束密度量ここで、ターンオン後の電流パルスの時間幅τ1は次式
で与えられる。

【００１９】 τ1＝π√（Ｌ1Ｃ1Ｃ2／（Ｃ1＋Ｃ2）） …（２）磁芯の動作点が図１４上のループ上のｂ点に達してから
ｃ点を経由してｄ点まで移動するとき磁芯は飽和してお
り、磁芯の透磁率μrsは、真空の透磁率μ0にほぼ等し
い。このときインダクタンスＬSRsはインダクタンスＬ1
より十分小さく、コンデンサＣ2に転送された電荷のほ
とんどが図１９に示すパルス幅τ2でコンデンサＣ3に転
送される。

【００２０】 τ2＝π√（ＬSRsＣ2Ｃ3／（Ｃ2＋Ｃ3）） …（３）転送電流ｉ2の向きが反転すると、磁芯の動作点は図１
４のループ上のｄ点からａ点に向かって移動するが、確
実にａ点に向かって移動する。ここで、τ1とτ2の比を
圧縮利得Ｇcと呼び、以下の関係がある。

【００２１】Ｇc＝τ1／τ2＝Ｉ2m／Ｉ1m …（４）Ｉ1m：ｉ1の波高値Ｉ2m：ｉ2の波高値このように磁気パルス圧縮回路を用いることにより、用
いない場合に比べて主スイッチＱを流れる電流のパルス
幅と波高値をおのおのＧc倍と１／Ｇc倍にすることがで
きる。このため、主スイッチＱのスイッチング損失を低
下させることができ、高出力化や高繰返し化が可能とな
る。また、サイラトロンなどの放電スイッチに比べ最大
順方向抵抗や、ターンオン時間が長い半導体スイッチ素
子を用いることができるようになる。そして磁気スイッ
チは、本質的に消耗部分が存在しないため半導体スイッ
チと組み合わせることによりメンテナンス不要な非常に
耐久性の高いパルス電源を実現できる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】磁気スイッチを用いた
充放電回路には、上記のような長所がある反面、次のよ
うな本質的な問題点があるため実用機への適用が困難で
あり、実用化できなかった。

【００２３】すなわち、上述するように磁気圧縮回路に
おける圧縮用素子（可飽和リアクトル）の電流阻止時間
τ1は、上記（１）式に示されるように磁芯への印加電
圧ｖsrにより変化する。それゆえに、従来のようにレー
ザ光の出力をフィードバックして、充電電圧を変化させ
る制御を行った場合には、可飽和リアクトルの阻止時間
まで変化してしまうという問題点があった。

【００２４】もう少し具体的に述べると、エキシマレー
ザ等のガスレーザの場合には、運転の経過とともにレー
ザガス中に不純物ガスが発生したり、成分ガスが消耗し
たり、光取出し用の窓が汚れたりして発振効率が低下
し、レーザ出力が低下する。そこで、従来はこの出力低
下を補償し一定の出力を得るために運転電圧（充電電
圧）を増加させて出力の安定化を行うようにしている。

【００２５】しかしながら、磁気圧縮回路を用いた場合
には、運転電圧を増加させると電流阻止時間が短くな
り、圧縮のタイミングがずれてしまい、エネルギー転送
効率が悪化し、レーザ出力が逆に低下してしまう。すな
わち、図１３に示すように最大エネルギー転送効率をη
maxとして、効率がその１／２となる電圧の最大値と最
小値をそれぞれＶmax、Ｖminとすると、この範囲Ｖm
（Ｖmin〜Ｖmax）を越えると、エネルギー効率的にもほ
とんど実用性が無くなってしまう。したがって、最適の
運転電圧範囲Ｖmin〜Ｖmaxというものが存在しており、
この電圧範囲を維持する電圧制御を行う必要がある。逆
に狭い電圧範囲を維持しなければならないため電圧制御
性が悪く、このことが磁気スイッチを使用した充放電回
路をレーザ装置に適用し、実用化する上での障害となっ
ていた。

【００２６】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、磁気スイッチを有した充放電回路を放電励起
型のレーザ装置に適用した場合であっても、レーザ出力
変動に対する補償を、制御性よく行うことができ、もっ
てレーザ出力安定化制御を容易になし得る装置を提供す
ることを目的とするものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の主た
る発明では、電源と、該電源の電圧を放電電極に印加さ
せる主スイッチと、該主スイッチと前記放電電極との間
に介在されて、前記電源から前記放電電極に流れる電流
を前記電源の電圧の大きさに応じた時間の間阻止する磁
気スイッチとを有した充放電回路を具えるとともに、前
記放電電極が配設されたレーザチャンバ内にレーザガス
を供給して前記放電電極間の放電によって前記レーザガ
スを励起し、レーザ光を発振、出力させるようにした放
電励起型レーザ装置において、前記レーザ光の出力を検
出する出力検出手段と、前記出力検出手段によって前記
レーザ光の出力が目標値または目標範囲からずれたこと
が検出された場合に、前記レーザ光の出力が前記目標値
に一致するか、前記目標範囲内に入るように、前記充放
電回路のエネルギー転送効率を所定値にするための一定
電圧値に前記電源の電圧を維持しつつ前記レーザチャン
バ内に供給されるレーザガスの供給量または該レーザチ
ャンバから排出されるレーザガスの排気量を制御する制
御手段とを具えている。

【００２８】ここで、出力検出手段は、レーザ光出力を
直接的に検出するものでもよく、ハロゲンガス濃度、希
ガス濃度等光出力に関連するパラメータを検出すること
によって、間接的に光出力を検出するものであってもよ
い。

【００２９】

【作用】かかる構成によれば、出力検出手段によってレ
ーザ光の出力が目標値または目標範囲からずれたことが
検出された場合に、レーザ光の出力が前記目標値に一致
するか、目標範囲内に入るように、充放電回路のエネル
ギー転送効率を所定値にするための一定電圧値に電源の
電圧が維持されつつレーザチャンバ内に供給されるレー
ザガスの供給量または該レーザチャンバから排出される
レーザガスの排気量が制御される。このように電圧制御
を伴うことなくレーザガス給排気の制御のみによって制
御性よくレーザ出力の変動が補償される。

【００３０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る放電励起
型レーザ装置のレーザガス制御装置の実施例について説
明する。

【００３１】・第１の実施例図１は、第１の実施例におけるレーザ装置の構成を示し
ている。なお、従来装置と重複する構成要素には同一符
号を付しており、すでに説明した内容についての重複し
た説明は省略する。

【００３２】同図に示すように、実施例装置は、大きく
は、主電極５、５間における放電を行わせる充放電回路
１と、レーザガスが供給、充填され、主電極５、５間の
放電によってレーザガスの励起、レーザ光Ｌaの発振が
行われるレーザチャンバ４と、レーザチャンバ４にレー
ザガスを供給し、チャンバ４内からレーザガスを排気す
る給・排気回路２と、後述する図１０に示されるように
圧力センサ１３の出力等に基づいて充放電回路１および
給・排気回路２を制御する制御器３とから構成されてい
る。

【００３３】すなわち、希ガスボンベ９には、希ガス
（Ｘe、Ｋr、Ａr等）が充填され、ハロゲンガスボンベ
１０には、ハロゲンガス（Ｆ2、ＨＣｌ等をバッファガ
スによって希釈したガス）が充填され、バッファガスボ
ンベ１１には、バッファガス（Ｈe、Ｎe等）が充填され
ている。これら各ボンベ９、１０、１１とレーザチャン
バ４との間は、各バルブ１４ａ〜１４ｆおよび排気ポン
プ１２を介して配管がなされており、制御器３から各バ
ルブ１４ａ〜１４ｆに対してバルブ開閉信号Ｓ1が出力
されるとともに排気ポンプ１２に対してポンプ駆動信号
Ｓ2が出力されることによって、レーザチャンバ４への
レーザガスの供給およびチャンバ４内からのガス排気が
制御される。

【００３４】圧力センサ１３は、レーザチャンバ４内の
ガス圧Ｐを検出し、その検出出力Ｐを制御器３に入力さ
せる。

【００３５】レーザチャンバ４内でレーザガスが放電励
起され、これによって発光した光が図示されていない共
振器によって共振されることによりレーザ発振が行われ
る。発振レーザ光Ｌａは図示されていない、ウインド
ウ、フロントミラー等を介して出力される。

【００３６】出力されたレーザ光Ｌaは、光出力検出器
１５に入力され、この光出力検出器１５によってレーザ
出力Ｅが検出され、該検出出力Ｅが制御器３に入力され
る。なお、光出力検出器１５は、たとえばピンフォトダ
イオードのピーク値をホールドすることによりレーザ出
力Ｅを検出するものである。さて、光出力検出器１５と
しては、光出力を直接的に検出するものでもよく、ハロ
ゲンガス濃度、希ガス濃度等光出力に関連するパラメー
タを検出することによって、間接的に光出力を検出する
ものであってもよい。

【００３７】また、光出力検出器１５で光が検出される
毎にこれをカウントするカウンタ（図示せず）が設けら
れている。このカウンタによってレーザ光Ｌaの発振パ
ルス数Ｎがカウントされ、このカウンタの出力Ｎが制御
器３に入力される。

【００３８】充放電回路１は、直流高圧電源１７を駆動
源として主電極５、５間で放電を行わせる。この電源１
７の充電電圧Ｖも図示されていない電圧検出器によって
検出され、制御器３に入力される。

【００３９】制御器３は、光出力検出器１５で検出した
レーザ出力Ｅ、圧力センサ１３で検出したガス圧Ｐ、上
記パルスカウンタで検出したカウント数Ｎおよび上記電
圧検出器で検出した電源１７の充電電圧Ｖに基づいて電
源１７に指令電圧Ｖaを出力し、該電源１７の充電電圧
Ｖが指令した電圧値Ｖaになるように充電電圧の制御を
行う。

【００４０】充放電回路１は、磁気アシスト１９が付設
された主スイッチであるサイリスタ１８がオンされるこ
とにより動作する。制御器３は、充放電回路１を動作さ
せるための駆動信号Ｓ3を駆動回路１６に送出し、これ
に応じて駆動回路１６がオン信号Ｓ4を主スイッチ１８
に加えることにより充放電回路１が動作する。

【００４１】なお、主スイッチ１８は、サイリスタを使
用しているが、他の半導体スイッチ例えばＧＴＯ、ＩＧ
ＢＴを使用することもできる。

【００４２】充放電回路１は、パルストランス２０を有
した２段の磁気圧縮回路、つまり磁気スイッチＳＲを２
つ具えた回路構成となっている。

【００４３】レーザ装置の運転開始にあたり、まず真空
ポンプによって所定のガス圧になるまで排気が行われ、
レーザチャンバ４内の旧ガスが排気される。つぎにバル
ブ１４ａ…が所要に開閉され、圧力センサ１３の出力Ｐ
が所定の設定値になるまで、希ガス、ハロゲンガスおよ
びバッファガスのそれぞれが順次注入される。

【００４４】こうしたレーザガスのチャンバ４内への注
入がなされると、その後チャンバ４内のガス循環用のブ
ロア８の起動、電源１７のウオームアップ等といったシ
ーケンシャルな制御が順次実行されていき、レーザ装置
の運転が可能な状態となる。そこで、レーザ装置の運転
に先だって、まず、図１０のステップ１０１に示される
ように、目標レーザ出力Ｅc、ハロゲンガス注入パルス
数間隔Ｎc、充電電圧変化量ΔＶ、希ガスについての１
回分の補給ガス量ΔＧ1、ハロゲンガスについての同補
給ガス量ΔＧ2、バッファガスについての同補給ガス量
ΔＧ3および１回分の排気ガスの排気量ΔＧ4、限界ガス
圧力（Ｐmax、Ｐmin）が予め設定されるとともに、パル
ス数カウンタのリセット（Ｎ＝０）が行われる。

【００４５】その後、レーザ装置の運転が開始される
と、光出力検出器１５によって検出されたレーザ出力
Ｅ、圧力センサ１３によって検出されたチャンバ内圧力
Ｐおよび電圧検出器によって検出された充電電圧Ｖが制
御器３に逐次取り込まれる。ただし、充電電圧Ｖは、指
令電圧Ｖaで代用することもできる（ステップ１０
２）。

【００４６】制御器３は、検出レーザ出力Ｅを目標レー
ザ出力Ｅcと比較し（ステップ１０３）、Ｅ＜Ｅcであれ
ば、充電電圧Ｖを上記微小電圧ΔＶだけ増加させて指令
充電電圧Ｖaとし（ステップ１０５）、Ｅ＝Ｅcであれ
ば、検出電圧Ｖをそのまま指令充電電圧Ｖaとし（ステ
ップ１０４）、Ｅ＞Ｅcであれば、検出充電電圧Ｖを上
記微小電圧ΔＶだけ下げて指令充電電圧Ｖａとする（ス
テップ１０６）。

【００４７】さて、一般に、目標値に近づける制御を行
う場合には、検出器の分解能や各種ノイズを考慮して不
感帯が設けられる。よって、上記目標レーザ出力Ｅc
は、ある幅をもっていてもよい。すなわち、目標範囲を
設定して、この目標範囲内にレーザ出力が入るような制
御を行うようにしてもよい。

【００４８】さらに、制御器３は、上記指令充電電圧Ｖ
a（現在の充電電圧Ｖ）を充電電圧制御範囲Ｖmの最大値
Ｖmaxおよび最小値Ｖminと比較し（ステップ１０７）、
Ｖａ≦ＶmaxかつＶa≧Ｖminであれば、ガス圧Ｐを現在
の圧力に維持した状態で（ステップ１０８）、つぎのス
テップ１１１に移行させる。

【００４９】しかし、指令充電電圧Ｖaが、Ｖa＞Ｖmax
のときは、希ガスボンベ９およびバッファガスボンベ１
１から所定量の希ガスΔＧ1およびバッファガスΔＧ3を
レーザチャンバ４内に補給する処理を行い、ガス圧Ｐを
微小量ΔＰだけ増加させた後ステップ１１１に移行させ
る（ステップ１１０）。また、Ｖａ＜Ｖminとのときに
は、レーザチャンバ４内のレーザガスが所定量ΔＧ4だ
け排気する処理を行い、ガス圧Ｐを微小量ΔＰだけ減少
させた後ステップ１１１に移行させる（ステップ１０
９）。

【００５０】通常は、不純物ガスの発生およびウインド
等の汚損によりレーザ出力は低下する傾向にあり、全圧
はガス補給と共に上昇するので、排気工程を省略できる
場合が多い。よってステップ１０９の処理を省略するよ
うにしてもよい。

【００５１】レーザ装置の運転中には、ハロゲンガスを
補給する制御も行われている（ステップ１１３〜１１
６）。

【００５２】すなわち、レーザ装置の運転中には、電極
蒸発物との反応等によってハロゲンガスが減少し、この
減少量は運転時間、つまり運転パルス数Ｎに比例してい
る。そこで、運転パルス数Ｎに比例した量のハロゲンガ
スを補給するために、カウントパルス数Ｎが所定の値Ｎ
cに達する毎に、ハロゲンガスを所定量ΔＧ2だけ補給し
ている。そしてハロゲンガスの補給がなされた時点でカ
ウント値Ｎが零にリセットされ、つぎの処理であるステ
ップ１１１に移行される（ステップ１１４、１１５、１
１６）。なお、この実施例では、パルス数Ｎは、光出力
検出器１５の検出信号をカウントすることによって求め
ているが、発振命令であるトリガ信号をカウントするこ
とによって求めるようにしてもよい。

【００５３】ステップ１１１では、レーザチャンバ４内
のガス圧力Ｐが所定の範囲Ｐmin≦Ｐ≦Ｐmaxにあるか否
かを判断しており、この圧力範囲を越えた場合には、レ
ーザ出力Ｅの維持が困難となるため、ガス交換あるいは
劣化部品の交換等を行うためのサービスリクエスト信号
の出力等、所要のアラーム表示あるいはエラー処理とい
った異常処理がなされる（ステップ１１２）。

【００５４】なお、この実施例では、充電電圧制御範囲
Ｖm内に入るように充電電圧Ｖを制御しているが、充電
電圧を一定のままとしレーザガスの給排気制御のみを行
うようにしてもよい。

【００５５】この場合は、ステップ１０３の処理に引き
続きステップ１０８〜１１０の処理が行われて（ステッ
プ１０４〜１０６の処理の代わりに）、ステップ１１１
に移行されることになる。

【００５６】すなわち、制御器３は、検出レーザ出力Ｅ
を目標レーザ出力Ｅcと比較し（ステップ１０３）、Ｅ
＜Ｅcであれば、レーザチャンバ４内のレーザガスが所
定量ΔＧ4だけ排気する処理を行い（ステップ１０
９）、Ｅ＝Ｅcであれば、ガス圧Ｐを現在の圧力に維持
し（ステップ１０８）、Ｅ＞Ｅcであれば、希ガスボン
ベ９およびバッファガスボンベ１１から所定量の希ガス
ΔＧ1およびバッファガスΔＧ3をレーザチャンバ４内に
補給する処理を行う（ステップ１１０）。

【００５７】また、この実施例では、定期的にハロゲン
ガスを補給する処理（ステップ１１３〜１１６）を行っ
ているが、場合によってはこれを省略してもよい。ま
た、ハロゲンガスの補給は、ステップ１１０において他
の希ガス、バッファガスの補給と併せて行うようにして
もよい。

【００５８】また、この実施例では、充電電圧Ｖを直接
検出しているが、充電電圧Ｖとレーザ光Ｌaのビーム幅
Δｗは、ほぼ比例関係にあるため、ビーム幅Δｗを検出
することによって充電電圧Ｖを検出するようにしてもよ
い。ここで、ビーム幅Δｗとは、図１に示すように主電
極５、５間の放電方向に垂直な方向の幅のことをいい、
レーザ光をラインセンサ上に転写することによって検出
することができる。

【００５９】また、充電電圧Ｖとレーザ光Ｌaの周波数
スペクトル分布におけるスペクトル幅Δλ、たとえば半
値幅との関係も、ほぼ比例関係にあるため、スペクトル
幅Δλを検出することによって充電電圧Ｖを検出するよ
うにしてもよい。

【００６０】また、上述した第１の実施例に示される充
放電回路１の代わりに図２ないし図７に示される充放電
回路１を使用する実施も可能である。

【００６１】図２は、主スイッチとしてサイラトロン１
８´を採用した２段磁気圧縮回路が適用される第２の実
施例を示している。

【００６２】図３は、パルストランス２０の代わりに可
飽和トランス２０´を使用した磁気圧縮回路が適用され
る第３の実施例を示している。

【００６３】図４、図５は、可飽和トランス２０´を使
用した磁気圧縮回路に各々１段、２段の磁気圧縮回路が
適用される第４、第５の実施例を示している。

【００６４】図６は、ＬＣ反転による倍電圧回路２１に
１段の磁気圧縮回路を追加した第６の実施例を示してい
る。

【００６５】図７は、ＬＣ反転による倍電圧回路２１に
さらに２段の磁気圧縮回路を追加した第７の実施例を示
している。

【００６６】さて、図８は、図１と同じ回路構成の充放
電回路１が適用される第８の実施例装置の構成を示して
おり、図１と異なるのは、レーザ光Ｌaの周波数スペク
トル分布におけるスペクトル幅Δλ（たとえば半値幅）
を検出するスペクトル幅検出器２２を付加した点であ
る。スペクトル幅検出器２２の検出出力Δλは、制御器
３に入力されて、図１１に示す処理が行われる。

【００６７】以下、図１１を参照して制御器３で行われ
る処理内容について説明する。なお、図１０の処理と重
複する処理内容については説明を省略する。

【００６８】まず、ステップ２０１では、上記ステップ
１０１と同様の処理が実行されるとともに、目標スペク
トル幅Δλcの設定も併せて行われる。

【００６９】つぎのステップ２０２では、上記ステップ
１０２と同様な処理が実行されるとともに、スペクトル
幅検出器２２で検出されたスペクトル幅Δλが逐次制御
器３に取り込まれる（ステップ２０２）。

【００７０】そして、ステップ２０３〜ステップ２１０
では、上記ステップ１０３〜ステップ１１０と同様に充
電電圧制御、ガス給・排気制御が実行される。また、ス
テップ２１３〜ステップ２１６では、上記ステップ１１
３〜ステップ１１６と同様に定期的なハロゲンガスの補
給処理が実行される。

【００７１】そして、ハロゲンガス補給処理が終了した
後のステップ２１７〜ステップ２２０では、スペクトル
幅安定化制御が実行される。

【００７２】すなわち、角度分散型の狭帯域化素子を用
いた狭帯域化エキシマレーザは、分散角方向のレーザ利
得分布によってスペクトルプロファイル、つまりスペク
トル幅が変化するという特性を有している。そして、レ
ーザガス組成、特にハロゲンガスの分圧とスペクトルプ
ロファイルとが強い依存性を有していることは、本発明
者らの既出願に開示されているところである（特願平４
―３１２２０２号等）。そこで、この第８の実施例で
は、スペクトル幅検出器２２の出力に応じてハロゲンガ
スの補給量ΔＧ2を増減させ、ハロゲン分圧を安定化
し、もってスペクトル幅Δλの安定化を図っている。

【００７３】まず、検出スペクトル幅Δλが目標スペク
トル幅Δλcと比較され（ステップ２１７）、Δλ＜Δ
λcであれば、ハロゲンガス補給量ΔＧ2を微小量ｄＧ2
だけ増加させて、補給量ΔＧ2を更新し（ステップ２２
０）、Δλ＝Δλcであれば、現在のハロゲンガス補給
量ΔＧ2を増減させることなく現在の補給量ΔＧ2のまま
で更新を行い（ステップ２１８）、Δλ＞Δλcであれ
ば、ハロゲンガス補給量ΔＧ2を微小量ｄＧ2だけ下げ
て、補給量ΔＧ2を更新する（ステップ２１９）。その
後、手順はステップ２１１に移行されて、上記ステップ
１１１、１１２と同様なガス圧比較処理、異常処理が実
行される（ステップ２１１、２１２）。

【００７４】さて、また図９は、図１と同じ回路構成の
充放電回路１が適用される第９の実施例装置の構成を示
しており、図１と異なるのは、主電極５、５間の放電方
向に垂直な方向のビーム幅Δｗを検出するビームプロフ
ァイル検出器２３を付加した点である。このビームプロ
ファイル検出器２３は、レーザ光Ｌaをラインセンサ上
に転写させることによってビーム幅Δｗを検出するもの
である。プロファイル検出器２３の検出出力Δｗは、制
御器３に入力されて、図１２に示す処理が行われる。

【００７５】以下、図１２を参照して制御器３で行われ
る処理内容について説明する。なお、図１０の処理と重
複する処理内容については説明を省略する。

【００７６】まず、ステップ３０１では、上記ステップ
１０１と同様の処理が実行されるとともに、目標ビーム
幅Δｗcの設定も併せて行われる。

【００７７】つぎのステップ３０２では、上記ステップ
１０２と同様な処理が実行されるとともに、ビーム幅検
出器２３で検出されたビーム幅Δｗが逐次制御器３に取
り込まれる（ステップ３０２）。

【００７８】そして、ステップ３０３〜ステップ３１０
では、上記ステップ１０３〜ステップ１１０と同様に充
電電圧制御、ガス給・排気制御が実行される。また、ス
テップ３１３〜ステップ３１６では、上記ステップ１１
３〜ステップ１１６と同様に定期的なハロゲンガスの補
給処理が実行される。

【００７９】そして、ハロゲンガス補給処理が終了した
後のステップ３１７〜ステップ３２０では、ビーム幅安
定化制御が実行される。

【００８０】すなわち、エキシマレーザは、レーザ利得
分布によってビームプロファイル、つまりビーム幅Δｗ
が変化するという特性を有している。そして、ガス組
成、特にハロゲンガスの分圧はビームプロファイルに強
く依存していることが本発明者らによって発見され、既
出願である特願平６―７３３８９号にも示されている。
そこで、ビームプロファイル検出器２３の検出出力に応
じてハロゲンガスの補給量ΔＧ2を増減させ、ハロゲン
ガス分圧を安定化し、もってビーム幅、つまりプロファ
イルの安定化を図っている。

【００８１】まず、検出ビーム幅Δｗが目標ビーム幅Δ
ｗcと比較され（ステップ３１７）、Δｗ＜Δｗcであれ
ば、ハロゲンガス補給量ΔＧ2を微小量ｄＧ2だけ増加さ
せて、補給量ΔＧ2を更新し（ステップ３２０）、Δｗ
＝Δｗcであれば、現在のハロゲンガス補給量ΔＧ2を増
減させることなく現在の補給量ΔＧ2のままで更新を行
い（ステップ３１８）、Δｗ＞Δｗcであれば、ハロゲ
ンガス補給量ΔＧ2を微小量ｄＧ2だけ下げて、補給量Δ
Ｇ2を更新する（ステップ３１９）。その後、手順はス
テップ３１１に移行されて、上記ステップ１１１、１１
２と同様なガス圧比較処理、異常処理が実行される（ス
テップ３１１、３１２）。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザ光の出力が目標値になるように、充放電回路のエネ
ルギー転送効率を所定値にするための一定電圧値に電源
の電圧を維持するか、あるいは充放電回路のエネルギー
転送効率を所定値以上にするための一定範囲に収まるよ
うに電圧を制御しつつ、レーザガスの給・排気量を制御
するようにしたので、磁気スイッチを有した充放電回路
を放電励起型のレーザ装置に適用した場合であっても、
レーザ出力変動に対する補償を、制御性よく行うことが
できる。このため、上記磁気スイッチを有した充放電回
路の採用により主スイッチ素子の耐久性が向上するとと
もに、上記制御性向上によりレーザ出力の安定化を容易
かつ効率良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る放電励起型レーザ装置のレ
ーザガス制御装置の第１の実施例の構成を示す図であ
る。

【図２】図２は第２の実施例の構成を示す図である。

【図３】図３は第３の実施例の構成を示す図である。

【図４】図４は第４の実施例の構成を示す図である。

【図５】図５は第５の実施例の構成を示す図である。

【図６】図６は第６の実施例の構成を示す図である。

【図７】図７は第７の実施例の構成を示す図である。

【図８】図８は第８の実施例の構成を示す図である。

【図９】図９は第９の実施例の構成を示す図である。

【図１０】図１０は第１ないし第７の実施例の処理手順
を示すフローチャートである。

【図１１】図１１は第８の実施例の処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【図１２】図１２は第９の実施例の処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【図１３】図１３は、磁気圧縮回路を使用した場合にお
ける正規化運転電圧とエネルギー転送効率の関係を示す
グラフである。

【図１４】図１４は、磁気スイッチ磁芯の動作を示すグ
ラフである。

【図１５】図１５は従来のレーザ装置の構成を示す図で
ある。

【図１６】図１６は従来のレーザ装置の充放電回路の構
成を示す回路図である。

【図１７】図１７は図１６の回路における主スイッチの
電圧、電流の波形を示すグラフである。

【図１８】図１８は磁気圧縮回路を示す回路図である。

【図１９】図１９は、図１８の磁気圧縮回路の各部の電
圧、電流の波形を示すグラフである。

【符号の説明】

１充放電回路２給・排気回路３制御器４レーザチャンバ５主電極ＳＲ磁気スイッチ１５光出力検出器１７直流高圧電源

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電源と、該電源の電圧を放電電極に
印加させる主スイッチと、該主スイッチと前記放電電極
との間に介在されて、前記電源から前記放電電極に流れ
る電流を前記電源の電圧の大きさに応じた時間の間阻止
する磁気スイッチとを有した充放電回路を具えるととも
に、前記放電電極が配設されたレーザチャンバ内にレー
ザガスを供給して前記放電電極間の放電によって前記レ
ーザガスを励起し、レーザ光を発振、出力させるように
した放電励起型レーザ装置において、前記レーザ光の出力を検出する出力検出手段と、前記出力検出手段によって前記レーザ光の出力が目標値
または目標範囲からずれたことが検出された場合に、前
記レーザ光の出力が前記目標値に一致するか、前記目標
範囲内に入るように、前記充放電回路のエネルギー転送
効率を所定値にするための一定電圧値に前記電源の電圧
を維持しつつ前記レーザチャンバ内に供給されるレーザ
ガスの供給量または該レーザチャンバから排出されるレ
ーザガスの排気量を制御する制御手段とを具えた放電励起型レーザ装置におけるレーザガスの制
御装置。
【請求項２】電源と、該電源の電圧を放電電極に
印加させる主スイッチと、該主スイッチと前記放電電極
との間に介在されて、前記電源から前記放電電極に流れ
る電流を前記電源の電圧の大きさに応じた時間の間阻止
する磁気スイッチとを有した充放電回路を具えるととも
に、前記放電電極が配設されたレーザチャンバ内にレー
ザガスを供給して前記放電電極間の放電によって前記レ
ーザガスを励起し、レーザ光を発振、出力させるように
した放電励起型レーザ装置において、前記レーザ光の出力を検出する出力検出手段と、前記出力検出手段によって前記レーザ光の出力が目標値
または目標範囲からずれたことが検出された場合に、前
記レーザ光の出力が前記目標値に一致するか、前記目標
範囲内に入るように、前記電源の電圧を変化させる電圧
制御手段と、前記充放電回路のエネルギー転送効率を所定値以上にす
るための前記電源の電圧調整範囲を予め設定しておき、
前記電圧制御手段によって前記電源の電圧が変化された
結果、前記電圧調整範囲外となった場合に、前記電源の
電圧が前記電圧調整範囲内に入るように、前記レーザチ
ャンバ内に供給されるレーザガスの供給量または該レー
ザチャンバから排出されるレーザガスの排気量を制御す
る給・排気制御手段とを具えた放電励起型レーザ装置におけるレーザガスの制
御装置。
【請求項３】レーザ光のスペクトル分布またはス
ペクトル幅を検出するスペクトル幅検出手段を具え、こ
のスペクトル幅検出手段によってスペクトル幅が目標ス
ペクトル幅からずれたことが検出された場合に、前記ス
ペクトル幅が目標スペクトル幅になるようにレーザガス
をレーザチャンバ内に供給するか、該レーザチャンバか
ら排出する制御を行うようにした請求項１または２記載
の放電励起型レーザ装置におけるレーザガスの制御装
置。
【請求項４】放電電極間の放電方向に略垂直な方
向のビーム幅を検出するビーム幅検出手段を具え、この
ビーム幅検出手段によってビーム幅が目標ビーム幅から
ずれたことが検出された場合に、前記ビーム幅が目標ビ
ーム幅になるようにレーザガスをレーザチャンバ内に供
給するか、該レーザチャンバから排出する制御を行うよ
うにした請求項１または２記載の放電励起型レーザ装置
におけるレーザガスの制御装置。