JP2612659B2

JP2612659B2 - ガス劣化検出装置およびガス劣化検出機能を有するエキシマレーザ装置

Info

Publication number: JP2612659B2
Application number: JP4094546A
Authority: JP
Inventors: 善征久保田; 幸雄川久保; 弘治佐々木; 聰小倉; 淳幹
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-04-14
Filing date: 1992-04-14
Publication date: 1997-05-21
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: JPH05291650A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高気圧レーザ装置に係
り、特に、レーザ媒質に希ガス、ハロゲンを含むガスが
使用されるエキシマレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エキシマレーザ装置は、レーザ容器中に
比較的高い圧力の希ガスとハロゲンを含むガスを充填
し、このガスを励起してレーザ発振させるものである。
一般に、ガスを励起させる手段としては、放電や、電子
ビームの照射が用いられる。

【０００３】ハロゲンを含むガスを使用するエキシマレ
ーザ装置は、レーザ発振の運転経過と共に、レーザ出力
が徐々に低下する。レーザ出力低下の主要因は、レーザ
光の取り出し部の窓の汚損と、レーザ媒質であるハロゲ
ンを含むガスの消耗や減少である。ハロゲンガスの消耗
や減少は、活性なＨＣｌ、Ｆ₂などのハロゲンを含むガ
スが、放電励起用の電極やレーザ容器等のレーザ構成材
料と反応してしまうために生じる。

【０００４】そこで、これらのガス濃度の消耗に伴うレ
ーザ出力の低下対策として、レーザ出力の低下を測定し
て、放電励起用の電極に電圧を印加する電源系と、ハロ
ゲンガスの注入量とを制御する装置が、J.Reid et al.:
Metal Vapor,Deep Blue,andUltra Violet Lasers,SPIE
O-E/LASE '89,p.186(1989)で発表されている。

【０００５】また、レーザガス中のハロゲン濃度の低下
を検知する方法として、レーザ容器中のガスの一部を採
取して、イオンクロマトグラフによって分析する方法が
知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、レ
ーザ出力の低下を、ハロゲン濃度の低下とみなして、ハ
ロゲンガスを含むガスの注入量を制御している。しか
し、レーザ出力を低下させる要因は、ハロゲン濃度の低
下だけではないので、レーザ出力低下とハロゲン濃度の
変化とは、直接対応しない場合がある。このような場合
に、レーザ出力低下をハロゲン濃度の低下とみなし、レ
ーザ出力が回復するまでガス注入を行なうとハロゲン濃
度の過剰注入となる。過剰注入は主放電を不安定な方向
ヘ進展させ制御系が発散するという問題がある。

【０００７】また、ハロゲンガス濃度の検知を、従来技
術のイオンクロマトグラフで行うと、ガス濃度を正確に
検知できるというメリットがあるが、ガス採取からガス
濃度を測定検知するまでに時間を要する。そのため、レ
ーザを発振させながら、ハロゲンを含むガスの流量を制
御することはできないという問題がある。また、イオン
クロマトグラフの装置は、大型で高価であるという問題
がある。

【０００８】本発明の目的は、従来の問題を解決し、エ
キシマレーザ容器中のハロゲンの濃度を小型で短時間で
検知する検出装置と、このような検出装置を搭載したエ
キシマレーザ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様によれば、ハロゲンを含むガス
を充填されたレーザ容器に連通した検出用容器と、前記
容器中に配置された一対の第１電極と、前記第１電極に
短パルス電圧を印加するための短パルス電圧発生手段
と、前記第１電極間に流れる電流を測定する電流測定手
段とを有することを特徴とするガス劣化検出装置が提供
される。

【００１０】また、本発明の第２の態様によれば、ハロ
ゲンを含むガスを充填するためのレーザ容器と、前記ハ
ロゲンを含むガスを励起する励起手段と、前記レーザ容
器中で発振したレーザ光を外部に取り出すための出射窓
を有するエキシマレーザ装置において、前記レーザ容器
中に配置されたガス劣化検出用第１電極と、前記電極に
短パルス電圧を印加するための短パルス電圧発生手段
と、前記電極間に流れる電流を測定する電流測定手段と
を有することを特徴とするガス劣化検出機能を有するエ
キシマレーザ装置が提供される。

【００１１】

【作用】ハロゲンを含むガス中に、電子を供給すると、
電子はハロゲンに付着し、ハロゲンイオンが生じる。こ
のハロゲンイオンは、ガス中に含まれているハロゲンの
濃度と対応すると見ることができる。したがって、この
ハロゲンイオン濃度を測定できればハロゲン濃度を測定
することができる。

【００１２】本発明者らは、レーザ容器と連通した検出
用器のガス中に一対の電極を配置し、この一対の電極間
の空間を予備電離し、そしてこの電極間に直流電圧を印
加し、この電極間に流れる電流を測定することでハロゲ
ンイオン濃度を測定することができると考えた。しかし
ながら、このハロゲンイオンは数μｓのオーダの短時間
で消滅してしまうので、この電極間に生じる電流をとら
えて測定することは、非常に困難である。

【００１３】そこで、本発明では、一対の第１電極間
に、短パルス電圧発生手段から短パルス電圧を印加し
て、急激な電圧変化を加え、この印加電圧と同期して、
第１電極間に流れる電流と電圧を測定をすることで、測
定を可能にした。

【００１４】すなわち本発明において、一対の第１電極
間で、電子は短パルス電圧で加速され、ハロゲンに付着
して、ハロゲンを陰イオン化させる。測定手段は、電圧
印加瞬時の電極間に流れる微小電流を、印加電圧と同期
して測定するものである。この微小電流はハロゲン濃度
が高い時には小さく、逆に、低い時には電流は大きい。
したがって、電極間に流れた微小電流と、この時の電圧
から、電極間の空間を一種のインピーダンスとしてとら
えることができる。ハロゲンの濃度とインピーダンスと
の関係を予め調べておくことにより、インピーダンスか
らハロゲン濃度を検知することができる。

【００１５】短パルス電圧印加手段としては、前記検出
用容器中に配置された一対の第２電極に、電圧を印加
し、さらに電極間に光を照射することによってアーク放
電させて、短パルス電圧を発生する手段を用いることが
できる。上述の第１電極は、ガス中に含まれるハロゲン
ガス濃度によって、電極間の放電電圧は異なる。第２電
極がアーク放電することにより、短パルス電圧を印加す
る作用の他、第１の電極間の空間を予備電離する作用が
ある。

【００１６】また、ハロゲン原子は、電子親和力が大き
いので電子がハロゲンに付着してイオンとなる傾向が強
いため、電離作用が妨げられやすい。従ってハロゲンを
含むレーザガスの組成により電子密度が変わる。これを
利用して、第１の電極間に流れる電流から換算できる電
子密度を用いて、ガス状態を検知することも可能であ
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例のガス劣化検出装置
を、図面を用いて説明する。図１のように、本実施例の
ガス劣化検出装置は、レーザ容器１の一端に取り付けら
れた検出用容器２を有している。レーザ容器１の内部に
は、一対の主電極４１が配置され、レーザ媒質としてＸ
ｅガスと、ＨＣｌガスと、Ｎｅガスが充填されている。
検出用容器２とレーザ容器１とは、連通状態となってお
り、レーザ容器１中のガスは、検出用容器２の内部にも
充填されている。

【００１８】また、検出用容器２内には、一対のＮｉ製
の第２電極（Ｇ２）３ａ、３ｂと、一対のＮｉ製の第１
電極（Ｇ１）４ａ、４ｂが、検出用器２と絶縁されて配
置されている。第１電極（Ｇ１）４ａ、４ｂと、第２電
極（Ｇ２）３ａ、３ｂは、接近して配置されている。ま
た、検出用容器２の一部には、紫外線入射窓２１が、取
り付けられている。検出用容器２の外部に配置された紫
外線発光ランプ１０は、紫外線入射窓２１から第２電極
（Ｇ２）３ａ、３ｂの極間に紫外光１１を照射する。本
実施例では、紫外線発光ランプ１０として、水銀ランプ
を用いた。

【００１９】第２電極３ｂと接地間には、数メガオーム
の大きさの高抵抗（Ｒｐ）８が接続されている。また、
第２電極３ａ、３ｂおよび高抵抗８に並列に、容量Ｃｓ
のコンデンサ６が接続されている。第２電極３ａには、
数メガオームの大きさの高抵抗（Ｒｓ）５が接続され、
さらに、高抵抗５の他端には、スイッチ２２を介して、
電源装置７が接続される。一方、その高抵抗８の接地側
と、コンデンサ６の一端とは、電源装置７に接続されて
接地される。

【００２０】また、第２電極３ｂは、第１電極４ａに接
続され、第１電極の他端４ｂには１００オームの抵抗
（Ｒｃ）９が接続される。抵抗９の他端は、高抵抗８に
接続されて、さらに接地され、回路が構成される。すな
わち、抵抗９を直列に接続された第１電極４ａ、４ｂ
が、高抵抗８と並列に、配線される。また、抵抗９の両
端には、電圧測定手段２３が接続される。高抵抗８の両
端には、電圧測定手段２４が接続され、電圧Ｖｐを測定
する。電圧測定手段２４は、電圧Ｖｐを検出すると、電
圧測定手段２３に測定を指示する信号を送信する。電圧
測定手段２３は、この信号に同期して、抵抗９の電圧Ｖ
ｃを測定する。

【００２１】このような構成の本実施例のガス劣化検出
装置において、スイッチ２２を投入すると、高抵抗５を
介して、コンデンサ６が充電される。同時に、コンデン
サ６の両端の電圧Ｖｓは、図２（ａ）のように、第２電
極３ａ、３ｂおよび高抵抗８にも印加される。第２電極
３ａと３ｂの極間は、この電圧Ｖｓを印加されたとき
に、すぐに放電しないように、予め、極間を長く調整し
てある。ここで、図２（ｂ）のように、紫外線発光ラン
プ１０の光１１を第２電極々間に照射すると、第２電極
の電極３ａ、３ｂ間のガスは、紫外線光１１により、ト
リガーと予備電離の作用を受け、これにより第２電極３
ａ、３ｂ間は、放電を開始する。第２電極３ａ、３ｂの
放電により、第１電極４ａ、４ｂ間は、予備電離作用を
受ける。

【００２２】抵抗８は、高抵抗であるので、第２電極３
が放電すると、電圧Ｖｓは、殆ど低下することなく高抵
抗８の両端に印加される。すなわち、図２（ｃ）のよう
にＶｐ≒Ｖｓの電圧が、高抵抗８の両端に印加される。

【００２３】第１電極４と抵抗８の直列回路は、高抵抗
８と並列に接続されているので、電圧Ｖｐは、同時に、
第１電極４ａ、４ｂ間にも印加される。なお、第１電極
のギャップ長は第２電極のギャップ長より長く調整して
あり、第２電極の放電電圧より高い。したがって、印加
電圧に対して第１電極４は短絡的な放電はしないが、第
２電極３の放電による予備電離作用をうけているので、
微小電流（暗流）Ｉｃが流れる。抵抗９には、図２
（ｄ）のように、第１電極４間に電圧Ｖｐが印加され、
微小電流が流れた瞬間に、Ｖｃ１の電圧が印加され、微
小電流Ｉｃが流れる。抵抗９に流れる電流Ｉｃは、測定
手段２３により、抵抗９間の電圧Ｖｃとして測定され
る。

【００２４】第１電極４に、このまま微小電流Ｉｃが流
れ続けると、電圧Ｖｐは、図２（ｃ）の波線の如く、Ｃ
ｓ・Ｒｐの時定数で減衰する。しかし、印加電圧Ｖｓ
に、第１電極４が耐圧できず、第１電極４間がアーク放
電を起こすと、電流は一気に第１電極４および抵抗９に
流れる。電圧Ｖｐは、図２（ｃ）の実線のように、Ｖｐ
２から急激に零となる。

【００２５】ユーザは、第１電極４間の印加電圧Ｖｐ１
と電圧Ｖｃ１とから、第１電極４のインピーダンスＺｃ
１を下式を用いて計算する。

【００２６】Ｚｃ１＝（Ｖｐ１−Ｖｃ１）／ｉｃ１＝（Ｖｐ１−Ｖｃ１）Ｒｃ／Ｖｃまた、予め、ガス中のハロゲンの濃度をイオンクロマト
グラフィで測定し、そのガス中のインピーダンスＺｃ１
を求めて、図３のようなグラフを用意しておく。図３の
ように、ハロゲンガスが低濃度の場合は、同じ印加電圧
Ｖｐ１に対して電圧Ｖｃ１は大きく，高濃度になるに従
いＶｃ１は小さい。すなわち、ガス濃度が高くなるに従
い、インピーダンスが対応して大きくなる。

【００２７】したがって、レーザを発振させながら、Ｖ
ｐ１とＶｃ１を測定し、インピーダンスＺｃ１を計算す
る。そして、インピーダンスＺｃ１と、図３とを用い
て、ガス中のハロゲン濃度に換算する。ハロゲン濃度が
低下が検出された場合、レーザ容器１にＨＣｌガスを補
充する。

【００２８】これにより、ハロゲンガス濃度を一定に保
つことができるので、レーザ出力を低下させることな
く、安定して発振させることができる。また、本実施例
のガス劣化検出装置は、レーザを発振させながら、ハロ
ゲンガス濃度を測定することができる。また、測定を行
ないながら、その場ですぐに、測定結果を得ることがで
きる。

【００２９】また、印加電圧にバラツキがあっても、そ
れに対応して、電極間を流れる電流も変化するので誤差
は少なく、精度良く測定することができる。

【００３０】また、本構成では、電極を二対設置し、そ
のうちの一対の電極を用いた簡単な回路構成でパルス電
圧を得ることにより、簡単にハロゲン濃度を測定するこ
とができる。また、第２電極の放電によって、第１電極
空間を予備電離する構成をとっているので、第１電極４
がアーク放電を起こすのを防止する効果もある。本実施
例では、第１電極４を予備電離したが、第１電極４の予
備電離は、ハロゲン濃度測定の必要条件ではない。予備
電離をしなくとも微小電流は流れるので、測定を行なう
ことが可能である。

【００３１】また、各電極のギャップ長は短く、印加電
圧も低いので、放電によるノイズが生じることはなく、
レーザや、他の装置に影響を与えることもない。しか
も、本実施例のガス劣化検出装置は、小さな検出用容器
２と、水銀ランプ１０と、簡単な回路で構成されるの
で、小型な装置にすることができる。

【００３２】さらに、放電しても電極等の構成部品が損
傷を受けることはないので、回路構成条件が変わらず、
ガス濃度とインピーダンスとの対応を最初に把握してお
くことにより、どのレーザ発振器にも使用できる。な
お、本構成では電極空間への印加手段として水銀ランプ
を使用したが、電子線を発生する電子ガンや、紫外線発
光レーザや、キセノンランプでもその効果と作用は同じ
である。

【００３３】また、本発明の一実施例では紫外線発光ラ
ンプの光の照射は単発であるが、高抵抗５Ｒｓ、コンデ
ンサ６Ｃｓと、高抵抗８Ｒｐの値を適当な値にしてお
き、紫外線光を連続して照射すると、ある時定数のもと
で連続的に放電するようにすると、連続して測定できデ
ータが得られる。

【００３４】つぎに、本発明の第２の実施例のエキシマ
レーザ装置を図面を用いて説明する。図６のように、本
実施例のエキシマレーザ装置は、レーザ容器５１中に、
一対の主電極４１を備えている、電極４１には、電源７
より、直流電圧が印加されている。レーザ容器５１の外
部に、ミラー５２とハーフミラー５３を備えられ、レー
ザ共振器を構成している。また、レーザ容器５１には、
ミラー５２とハーフミラー５３と同軸に、石英のレーザ
出射窓５２ａおよび５５ｂが備えられている。

【００３５】レーザ容器５１の一部には、ガスを導入す
るガス導入口５４が設けられている。ガス導入口５４に
は、ＨＣｌガス用容器５７、Ｘｅガス用容器５８、Ｎｅ
ガス用容器５９が接続されている。ガス流量調節装置５
６は、ＨＣｌガスの流量を調節する。

【００３６】また、レーザ容器５１の一部には、実施例
１の図１に示したガス劣化検出装置６０が配置されてい
る。レーザ容器５１内部には、第１電極４と、第２電極
３が配置されている。レーザ容器５１外部には、高抵抗
８、抵抗９、コンデンサ６、高抵抗５、スイッチ２２、
電源７、紫外線発生装置１０、測定装置２４および測定
装置２３が配置されている。また、紫外線入射窓２１
が、レーザ容器５１の一部に配置されている。実施例１
のガス劣化検出装置の検出用容器２は、取り除かれてい
る。これらの構成は、実施例１と同じであるので詳細な
説明を省略する。

【００３７】測定装置２４および測定装置２３は、イン
ピーダンス計算手段６２に測定結果を出力する。また、
インピーダンス計算手段６２は、インピーダンスを計算
し、計算結果を制御装置６３に出力する。制御装置６３
は、図３に示した、インピーダンスＺｃ１と、そのイン
ピーダンスＺｃ１に対応したハロゲン濃度を記憶した記
憶手段６６に接続されている。また、制御手段６３は、
流量調節装置５６に接続されていて、流量調節装置５６
にＨＣｌガスの流量を指示する。

【００３８】またレーザ出射窓５５と同軸上には、ハー
フミラ６７が配置され、出射されたレーザ光の一部を検
出手段６４に導く。検出手段６４は、光の強度を測定
し、測定結果を制御装置６３に出力する。制御装置６３
には、表示装置６５が接続されている。

【００３９】また、制御装置６３には、ユーザが、外部
から、つぎの３つの数値を設定するための、入力手段６
７が備えられている。設定する３つの数値は、目標とす
るレーザ容器５１内のハロゲン濃度Ｐｈと、許容するハ
ロゲン濃度の変化率ｄＰｈ／ｄｔと、許容するレーザの
最低出力値ＷＬである。

【００４０】つぎに本実施例のエキシマレーザ装置の動
作を説明する。

【００４１】まず、制御手段６７に、ハロゲン濃度Ｐｈ
と、許容するハロゲン濃度の変化率ｄＰｈ／ｄｔと、許
容するレーザの最低出力値ＷＬを設定する。また、レー
ザ容器５１内に、Ｘｅガスと、Ｎｅガス、ＨＣｌガス
を、ハロゲン濃度Ｐｈとなるように、各ガス容器５７、
５８、５９から導入する。この状態で、主電極４１に電
源７から電圧を印加すると、レーザが発振する。そし
て、検出装置６０のスイッチ２２をいれると、実施例１
で説明したように、電極４に微小電流が流れ、測定装置
２３および測定装置２４は、Ｖｃ，Ｖｐを測定する。こ
の測定結果は、インピーダンス計算手段６２に、出力さ
れる。インピーダンス計算手段６２は、実施例１に示し
た式にしたがって、Ｚｃ１を計算し、制御手段６３に出
力する。この時、検出装置６０は、検出を連続して行っ
ており、制御手段６３には、一定時間経過ごとに、イン
ピーダンスＺｃ１が出力される。

【００４２】制御手段６３は、Ｚｃ１に基づいて、記憶
手段６６を検索し、ハロゲン濃度Ｐを得る。また、制御
装置６３は、ハロゲン濃度の変化率ｄＰ／ｄｔを計算す
る。そして、得られたハロゲン濃度Ｐと、入力手段によ
って設定されたハロゲン濃度Ｐｈを比較する。ハロゲン
濃度Ｐが、Ｐｈより小さい場合、すなわちハロゲンが、
減少しているときには、流量調節装置５６に、ＨＣｌガ
スの導入を指示する。流量調節装置５６は、指示にした
がって、ＨＣｌガスをレーザ容器５１内に補充する。制
御手段６３は、ハロゲン濃度ＰがＰｈになるまで、ＨＣ
ｌガス流量をフィードバック制御する。制御手段は、こ
の時、ハロゲン濃度の変化率ｄＰ／ｄｔが、予め設定さ
れた許容するハロゲン濃度の変化率ｄＰｈ／ｄｔを越え
ないように、流量調節装置５６に流量を指示する。

【００４３】また、同時に制御手段６３には、検出手段
６４から出力光の強度ｗが、出力されている。制御手段
６３は、検出手段６４から得た強度ｗと、ハーフミラ６
７の反射率から、実際の出力光全体の強度Ｗに換算す
る。そして、制御手段６３は、前述のように、ハロゲン
濃度ＰをＰｈにする制御を行っているにもかかわらず、
出力光全体の強度Ｗが、設定されたＷＬより小さくなっ
た場合には、表示手段６５に、図６（ｂ）に示したよう
に、ユーザに、出射窓５５が汚れていることを知らせる
表示をするように指示する。表示手段６５は、図６
（ｂ）に示したような表示を行い、ユーザに出射窓５５
の交換を促す。

【００４４】このように、本実施例のエキシマレーザ装
置は、ガス劣化検出装置を内蔵し、この検出結果を用い
て、ＨＣｌガス流量を制御する。これにより、一定の強
度のレーザ光を出力するエキシマレーザ装置が提供され
る。また、ＨＣｌガスを、ハロゲン濃度の変化率が一定
値以下になるように補充するので、内部の主電極４１の
放電を安定に保つことができ、安定に、一定強度のレー
ザ光を出力することができる。

【００４５】また、さらに、本実施例のエキシマレーザ
装置は、ハロゲン濃度の検出と、レーザ出力の検出を同
時に行っているので、レーザ出力の低下が、出射窓５５
の汚損によるものであるということを特定することがで
きる。したがって、これを表示装置６５で、ユーザに知
らせることで、メンテナンスをユーザの勘にたよること
なく、容易に確実に行うことの可能な、エキシマレーザ
装置を提供することができる。

【００４６】また、本発明の第３の実施例のガス劣化検
出装置を図４に示す。第２電極（Ｇ２）３ｂには、高抵
抗８が直列に接続されている。第１電極（Ｇ１）の４ｂ
には抵抗９が各々が直列に接続されている。そして、こ
の抵抗の接続された２対の電極を並列に接続して回路を
構成している。また、紫外線発生装置１０は、電極２の
極間のみならず、電極１の極間にも紫外線を照射する。
第２電極３の極間は、第１電極４より先に放電を起こす
ように、第１電極４の極間より短く設定されている。第
２電極３には、十分に大きい高抵抗（Ｒｐ）が直列に接
続されている。また、第２電極３および第１電極４は、
一方の電極の放電で他方が予備電離される距離に、近接
して配置されている。

【００４７】電源装置７の直流電圧は、高抵抗５を介し
てコンデンサー６を充電すると同時に、第２電極（Ｇ
２）３ａ、３ｂ、第１電極（Ｇ１）４ａ、４ｂに印加さ
れている。今、第２電極（Ｇ２）３ａ、３ｂ、第１電極
（Ｇ１）４ａ、４ｂの極間に紫外線発光ランプ１０の光
またはレーザ光を照射すると、紫外線によりトリガーと
予備電離の作用により、まず、極間の短い第２電極が放
電する。これにより、第１電極々間が予備電離される。
第２電極３には、高抵抗８が接続されているので、電圧
Ｖｐは、若干降下するのみであり、第１電極間には電圧
Ｖｐが印加される。電圧Ｖｐが印加されている第１電極
４は、この予備電離により、極間に電流Ｉｃ３が流れ
る。この電流から数１により電子密度ｎ_eを換算する。

【００４８】ｎ_e＝Ｉｃ３／（ｅ・ｖ_d・Ａ）＝（Ｖｃ３／Ｒｃ）／（ｅ・ｖ_d・Ａ） ……………（数１）ここに、Ｉｃ３；電流（Ａ），ｅ；素電荷（1.6021／10
¹⁹）C，ｖ_d；電子ドリフト速度（cm/sec）,Ａ;電極面積
(cm ²）である。ｖ_dは換算電界強度Ｅ／Ｐ（Ｅ：電界，
Ｐ；ガス圧）とガス種によって異なる。それぞれの定数
により、電子密度を換算できる。

【００４９】一方、予め、図５のように、電子密度と、
ハロゲン濃度との関係を調べておく。図５から分かるよ
うに、電子密度が小さい時は、ハロゲン濃度は高く、電
子密度が大きくなるに従い、ハロゲン濃度が低くなる傾
向であることが分かる。

【００５０】したがって、レーザを発振させながら、測
定手段２３によりＶｃ３を測定し、数１および図５を用
いて、電子密度とハロゲン濃度を求めることができる。
ハロゲン濃度が低下したら、レーザ容器１にＨＣｌガス
を補充する。

【００５１】これにより、ハロゲンガス濃度を一定に保
つことができるので、レーザ出力を低下させることな
く、安定して発振させることができる。また、本実施例
のガス劣化検出装置は、レーザを発振させながら、ハロ
ゲンガス濃度を測定することができる上、さらに、その
場ですぐに、測定結果を得ることができる。

【００５２】また、本構成では、電極を二対設置し、そ
のうちの一対の電極を用いた簡単な回路構成でパルス電
圧を得て、簡単にハロゲン濃度を測定することができ
る。また、各電極のギャップ長は短く、印加電圧も低い
ので、放電によるノイズが生じず、レーザや、他の装置
に影響を与えることもない。しかも、本実施例のガス劣
化検出装置は、小さな検出用容器２と、水銀ランプ１０
と、簡単な回路で構成されるので、小型な装置にするこ
とができる。

【００５３】さらに、放電しても電極等の構成部品が損
傷を受けることはないので、回路構成条件が変わらず、
ガス濃度と電子密度との対応を最初に把握しておくこと
により、どのレーザ発振器にも使用できる。なお、本構
成では電極空間への印加手段として水銀ランプを使用し
たが、電子線を発生する電子ガンや、紫外線発光レーザ
や、キセノンランプでもその効果と作用は同じである。

【００５４】また、本発明の一実施例では紫外線発光ラ
ンプの光の照射は単発であるが、高抵抗５Ｒｓ、コンデ
ンサ６Ｃｓと、高抵抗８Ｒｐの値を適当な値にしてお
き、紫外線光を連続して照射すると、ある時定数のもと
で連続的に放電するようにすると、連続して測定できデ
ータが得られる。

【００５５】また、第２の実施例で述べたように、第３
の実施例の検出装置を内蔵したエキシマレーザ装置を構
成することもできる。この場合は、図６のインピーダン
ス計算手段６２を電子密度計算手段とし、記憶手段６６
には、図５の電子密度とハロゲン濃度の関係を記憶させ
る。他の構成は、第２の実施例と同様に、することで実
現できる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、エキシマレーザ容器中
のハロゲンの濃度を小型で短時間で検知する検出装置
と、このような検出装置を搭載したエキシマレーザ装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のガス劣化検出装置の構
成を示す説明図。

【図２】図１の装置の回路の印加電圧の波形を示すグラ
フ。

【図３】ハロゲンガス濃度とインピーダンスとの対応を
示すグラフ。

【図４】本発明の第３の実施例のガス劣化検出装置の構
成を示す説明図。

【図５】ハロゲンガス濃度と電子密度との対応を示すグ
ラフ。

【図６】本発明の第１の実施例のガス劣化検出装置を搭
載したエキシマレーザ装置の構成を示す説明図。

【符号の説明】

１、５１…レーザ容器、２…検出用容器、３…第２電
極、４…第１電極、５…高抵抗、６…コンデンサ、７…
電源装置、８…高抵抗、９…抵抗、１０…紫外線発光ラ
ンプ、１１…紫外光、２１…紫外線入射窓、２２…スイ
ッチ、２３、２４…電圧測定装置、４１…主電極、５２
…ミラ、５３…ハーフミラ、５４…ガス導入口、５５…
レーザ出射窓、５６…流量調節装置、５７…ＨＣｌガス
容器、５８…Ｘｅガス容器、５９…Ｎｅガス容器、６０
…ガス劣化検出装置、６２…インピーダンス計算手段、
６３…制御手段、６４…検出手段、６５…表示装置、６
６…記憶手段、６７…入力手段。

フロントページの続き (72)発明者小倉聰茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者幹淳茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献特開平４−29385（ＪＰ，Ａ) 特開平２−36580（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ハロゲンを含むガスを充填されたレーザ容
器に連通した検出用容器と、前記容器中に配置された一
対の第１電極と、前記第１電極間の空間を予備電離する
とともに、この予備電離に同期して前記第１電極に短パ
ルス電圧を印加するための予備電離・短パルス電圧印加
手段と、前記第１電極間に流れる電流を測定する測定手
段とを有し、前記予備電離・短パルス電圧印加手段は、前記検出容器
中に配置され、前記第１電極に接続された一対の第２電
極と、前記第２電極に電圧を印加する電源と、前記第２
電極間に放電を引き起こすために、前記第２電極間に放
射線を照射する照射源とを有することを特徴とするガス
劣化検出装置。
【請求項２】請求項１において、前記照射源は、前記第
１電極間にも放射線を照射することを特徴とするガス劣
化検出装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記照射源
は、前記放射線として、紫外線または電子線を照射する
ことを特徴とするガス劣化検出装置。
【請求項４】請求項１において、前記測定手段は、前記
短パルス電圧の印加に同期して測定を行うことを特徴と
するガス劣化検出装置。
【請求項５】ハロゲンを含むガスを充填するためのレー
ザ容器と、前記ハロゲンを含むガスを励起するための主
電極と、前記レーザ容器中で発振したレーザ光を外部に
取り出すための出射窓と、前記レーザ容器中の前記ガス
の劣化を検出するためのガス劣化検出手段を有し、前記ガス劣化検出手段は、前記レーザ容器中に配置され
た一対の第１電極と、前記第１電極間の空間を予備電離
するとともに、この予備電離に同期して前記第１電極に
短パルス電圧を印加するための予備電離・短パルス電圧
印加手段と、前記第１電極間に流れる電流を測定する測
定手段とを備え、前記予備電離・短パルス電圧印加手段は、前記検出容器
中に配置され、前記第１電極に接続された一対の第２電
極と、前記第２電極に電圧を印加する電源と、前記第２
電極間に放電を引き起こすために、前記第２電極間に放
射線を照射する照射源とを有することを特徴とするガス
劣化検出機能を有するエキシマレーザ装置。
【請求項６】請求項５において、前記レーザ容器中に導
入されるハロゲンを含むガスの導入量を調節するガス導
入量調節手段と、予め求めたハロゲン濃度と前記電流と
の関係を用いて、前記測定手段の測定した電流からハロ
ゲン濃度を求め、このハロゲン濃度が予め定めた値より
も小さい場合に前記ガスを導入するよう前記導入量調節
手段に指示する制御手段とを有することを特徴とするガ
ス劣化検出機能を有するエキシマレーザ装置。
【請求項７】請求項６において、前記制御手段は、前記
測定した電流と前記短パルス電圧発生手段の印加した電
圧とを用いて前記第１電極間のインピーダンスを計算す
る計算手段を有し、前記制御手段は、前記予め求めた関係として、予め求め
たハロゲン濃度と前記インピーダンスとの関係を用い、
前記計算手段の計算したインピーダンスから前記ハロゲ
ン濃度を求めることを特徴とするガス劣化検出機能を有
するエキシマレーザ装置。
【請求項８】請求項６において、前記制御手段は、前記
測定した電流から前記第１電極間の電子密度を計算する
計算手段を有し、前記制御手段は、前記予め求めた関係として、予め求め
たハロゲン濃度と前記電子密度との関係を用い、前記計
算手段の計算した電子密度から前記ハロゲン濃度を求め
ることを特徴とするガス劣化検出機能を有するエキシマ
レーザ装置。
【請求項９】請求項６において、前記制御手段は、前記
ハロゲン濃度の時間変化を求め、前記ハロゲン濃度の時
間変化が予め定めた一定値以下になるように前記ガス導
入量を制御することを特徴とするガス劣化検出機能を有
するエキシマレーザ装置。
【請求項１０】請求項６において、前記出射窓から出射
されたレーザ光の強度を測定するレーザ光強度検出手段
と、表示手段とをさらに有し、前記制御手段は、前記レーザ光の強度が予め定めた一定
値以下になった場合、前記表示手段に異常を知らせる表
示を行うことを指示することを特徴とするガス劣化検出
機能を有するエキシマレーザ装置。
【請求項１１】請求項１０において、前記表示は、前記
出射窓の異常を知らせるものであることを特徴とするガ
ス劣化検出機能を有するエキシマレーザ装置。
【請求項１２】ハロゲンを含むガス中に配置された一対
の電極と、前記第１電極間の空間を予備電離するととも
に、この予備電離に同期して前記第１電極に短パルス電
圧を印加するための予備電離・短パルス電圧印加手段
と、前記第１電極間に流れる電流を測定する測定手段と
を有し、前記予備電離・短パルス電圧印加手段は、前記ガス中に
配置され、前記第１電極に接続された一対の第２電極
と、前記第２電極に電圧を印加する電源と、前記第２電
極間に放電を引き起こすために、前記第２電極間に放射
線を照射する照射源とを有することを特徴とするハロゲ
ン濃度検出装置。