JP2701184B2 - エキシマレーザ装置のガス補給方法及びエキシマレーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、殊に、一定のレーザ出
力を長期に渡って安定的に発振させるためのエキシマレ
ーザ装置のガス補給方法及びこの方法を使用したエキシ
マレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エキシマレーザ出力がハロゲンガスの消
費（即ち、エキシマレーザ装置の運転）に伴って低下す
ることは、よく知られた事実である。そこで従来、次の
方法及び装置によってレーザ出力の維持が図られてい
る。

【０００３】従来のエキシマレーザ装置における一般的
なガス注入回路、ガス補給回路、ガス排出回路並びにガ
ス注入時期の決定及びガス補給時期やガス補給量の決定
のための情報入力手段を、図６の装置例を参照し、以下
説明する。

【０００４】ガス注入回路は、ＮｅやＨｅ等のバッファ
ガスで希釈されたＦ_２、ＨＣｌ等のハロゲンガスが充填
されたボンベ６１と、Ｋｒ、Ｘｅ、Ａｒ等の稀ガスが充
填されたボンベ６２と、ＮｅやＨｅ等のバッファガスが
充填されたボンベ６３と、各ボンベ６１〜６３からレー
ザチャンバ３までの各ガスの導入路中に備えられた各ガ
ス注入開閉弁７１、７２、７３とから構成される。同図
の装置例は、いわゆるフッ素系エキシマレーザ装置であ
って、ボンベ６１には、Ｆ_２ガスとＮｅガスとが、
Ｆ_２：Ｎｅ＝５：９５（％）の濃度割合で充填され、ボ
ンベ６２にはＫｒガスが充填され、ボンベ６３にはＮｅ
ガスが充填されている。尚、ボンベ６２、６３を一つの
ボンベとし、予め稀ガスとバッファガスとを所定の組成
割合で混合しておき、該ボンベ内に充填したものも知ら
れる。以下バッファガスにはＮｅガスを使用した場合に
限って述べるが、Ｈｅガスを使用してもよいし、Ｎｅガ
スとＨｅガスとを任意の混合比で混ぜ合わせたものをバ
ッファガスとして使用しても良い。

【０００５】ガス補給回路は、上記ボンベ６１と、この
ボンベ６１からレーザチャンバ３までのガスの導入路中
に備えられたガス補給用開閉弁４とから構成される。同
図の装置例の場合、ガス補給用開閉弁４は下流側開閉弁
４１と、サブタンク４２と、上流側開閉弁４３とからな
るが、その他、様々な微量流量制御弁がある。

【０００６】ガス排出回路は、真空ポンプ１０と、レー
ザチャンバ３から該真空ポンプ１０までのガスの導出路
中に備えられたレーザチャンバガス排気弁５とから構成
される。

【０００７】ガス注入時期の決定及びガス補給時期やガ
ス補給量の決定ための情報処理手段としては、制御器
１、出力モニタ８及び圧力モニタ９等が備えられてお
り、以下その制御を詳しく説明する。

【０００８】上記図６、図７及び図８を参照し、上記従
来のエキシマレーザ装置におけるガス補給方法を以下説
明する。尚、このガス補給方法の説明に先立ち、以降の
説明を容易にするため、図６を参照し、ガス注入方法を
予め説明しておく。

【０００９】起動前のレーザチャンバ３内への新たなガ
ス注入は、レーザチャンバ３内の旧ガスをガス排出回路
によって排出後、次の手順で行なわれる。先ず、ボンベ
６２からＫｒガスを４０ｔｏｒｒ導入し、次にボンベ６
１からＦ_２ガス（上述のとおり、Ｎｅガスで希釈されて
いる）を８０ｔｏｒｒ導入し、最後にレーザチャンバ３
内の全圧が２、５００ｔｏｒｒとなるように、ボンベ６
３からＮｅガスを導入して行なう。

【００１０】同図の装置例の場合、レーザチャンバ３内
のガス組成は、Ｆ_２：Ｋｒ：Ｎｅ＝４：４０：２４５６
（ｔｏｒｒ）、即ち、Ｆ_２：Ｋｒ：Ｎｅ＝０．１６：
１．６０：９８．２０（％）の濃度割合となる。尚、各
ボンベ６１、６２、６３からのレーザチャンバ３内への
各ガスの導入は、圧力モニタ９を参照して、各開閉弁７
１、７２、７３を開閉して行う。

【００１１】次に、本発明に係わる従来のガスの補給方
法を説明する。前述のとおり、エキシマレーザ装置を運
転すると、ハロゲンガスが消費され、レーザ出力が低下
する。ところで、このレーザ出力は、レーザを励起する
ためにコンデンサに充電した電気エネルギを放電空間に
投入してレーザ媒質ガスを活性化させて得るため、この
コンデンサへの充電電圧を制御することによって該レー
ザ出力を変化させることできる。即ち、ハロゲンガスが
消費しても、消費による出力低下の相当分だけコンデン
サへの充電電圧を上げることによって該レーザ出力を一
定に維持することができる。

【００１２】ところが、エキシマレーザ装置を長時間運
転すると、ハロゲンガスの消費が進み、コンデンサへの
充電電圧を上げても、該レーザ出力を一定に維持できな
くなる。そこで従来、最適制御充電電圧範囲Ｖｃ（Ｖ
_ＭＩＮ〜Ｖ_ＭＡＸ）を予め設定しておき、かつ、充電電
圧Ｖを検出することにより、Ｖ≧Ｖ_ＭＡＸに至る毎に、
ボンベ６１からハロゲンガス（バッファガスを含む）を
レーザチャンバ３内に補給するようにしている。尚、こ
のガス補給時期や補給量の決定は情報入力手段によって
行い、ガス補給はガス補給回路によって行い、また、ガ
ス補給時はその都度、レーザチャンバ３内の全圧を所定
圧力に維持するため、ガス排出回路によって該レーザチ
ャンバ３内のガスの一部が排出される。

【００１３】以上の制御結果を、図８を参照し、説明す
る。同図（ｂ）の傾向には、コンデンサへの充電電圧
制御、ガスの補給時期及びガス補給量の決定の例が示さ
れている。この傾向において、コンデンサへの充電電
圧Ｖａが急に降下する各時点Ｂ（図８の縦破線で示され
る時点）がガス補給時期に相当する。この結果、同図
（ａ）の傾向に示すように、長期に渡って一定のレー
ザ出力を維持することができるようになる。

【００１４】上記従来のガス補給方法の具体例を、図７
のフローチャートを参照し、以下説明する。先ず、目標
レーザ出力Ｅｃと、最適制御充電電圧範囲Ｖｃ（Ｖ
_ＭＩＮ〜Ｖ_ＭＡＸ）と、微小増減充電電圧Δｖと、一回
分補給ガス量ΔＧとを予め設定する（ステップ
（１））。尚、これらＥｃ、Ｖｃ、Δｖ、ΔＧは、本方
法の前提項目ではあるが、本方法がマニュアル制御であ
れば（上記図６の装置例がこれに相当する）、各項目は
必要時前に設定すればよく、上述のように、ステップ
（１）に限る必要はない。他方本方法がマイコンによる
完全制御によるのであれば、これら項目は、ステップ
（１）として、当初から記憶しておく必要がある。次
に、レーザ出力Ｅａと充電電圧Ｖａとを検出する（尚、
検出されたレーザ出力はＥ）充電電圧はＶとする、ステ
ップ（２））。次に、検出レーザ出力Ｅと目標レーザ出
力Ｅｃとを比較し（ステップ（３））、Ｅ＜Ｅｃであれ
ば、次の検出レーザ出力Ｅが目標レーザ出力Ｅｃまで上
がるように、検出充電電圧Ｖを少しΔｖ上げて指令充電
電圧Ｖａとし（ステップ（３１））、Ｅ＝Ｅｃであれ
ば、検出充電電圧Ｖをそのまま指令充電電圧Ｖａとし
（ステップ（３２））、Ｅ＞Ｅｃであれば、次の検出レ
ーザ出力Ｅが目標レーザ出力Ｅｃまで下がるように、検
出充電電圧Ｖを少しΔｖ下げて指令充電電圧Ｖａとする
（ステップ（３３））。次に、この指令充電電圧Ｖａと
最適制御充電電圧範囲Ｖｃの最大値Ｖ_ＭＡＸとを比較
し、Ｖａ≦Ｖ_ＭＡＸであれば、ステップ（２）へ戻る
が、Ｖａ＞Ｖ_ＭＡＸであれば、ボンベ６１からＦ_２ガス
（希釈用Ｎｅガスを含む）を所定量ΔＧだけレーザチャ
ンバ３内に補給する（ステップ（５））と共に、該レー
ザチャンバ３内の全圧が所定の圧力を維持するように、
一部のガスを排気してステップ（２）へ戻る（ステップ
（６））ようにしている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ガス補給方法及び装置によれば、ハロゲンガスを補給す
る毎に、レーザチャンバ３内の混合ガスの最適組成バラ
ンスが崩れてゆくという不都合がある。つまり、ガス補
給を幾度も重ねると、図８（ａ）の傾向のＤ点に示す
とおり、ついには目標レーザ出力Ｅｃを維持することが
できなくなる（いわゆるガス寿命である）。例えば同図
では、６回目のガス補給（約１０×１０^６ショット）
で、既に一定のレーザ出力Ｅｃを維持できなくなってい
る。詳しくは、次のとおりである。

【００１６】従来のエキシマレーザ装置によれば、ハロ
ゲンガス補給用のボンベ６１には、稀ガスが含まれてい
ない。しかも、上述したように、ガス補給の都度、レー
ザチャンバ３内のガスの一部が排出されるため、ガス補
給が重なるに伴い、図８（ｄ）の傾向に示すとおり、
Ｋｒガスの濃度が低下してゆく。通常、一回のガス補給
で約２％のＫｒガスが減少し、単純計算によっても、１
０回のガス補給で２０％のＫｒガスが無くなる。別言す
れば、同図（ｃ）の傾向に示すとおり、ハロゲンガス
（Ｆ_２ガス）が徐々に過補給となることを意味する。即
ち、ハロゲンガスを補給するに毎に、レーザチャンバ３
内の混合ガスの最適組成バランスが崩れてゆき、このた
め、コンデンサへの充電電圧をいくら制御しても、レー
ザ出力を一定に維持できなくなる所以である。

【００１７】尚、ガス補給時、ボンベ６１からのガス補
給と並行してボンベ６２からもＫｒガスを該レーザチャ
ンバ３内に補給することも考えられるが、この場合、該
Ｋｒガスの量は微量成分であるため（例では、１．６
％）、精度よく補給するのが困難であった。開閉弁７２
までも操作しなければならず、その煩わしさから、該Ｋ
ｒガスの補給がなされていないのが実情である。

【００１８】他方、従来のガス補給方法によれば、ガス
補給時点は、ガスの最適組成バランスと無関係な充電電
圧比較（図７のステップ（４））によって決定されてい
る。しかも、この充電電圧比較は、これもガスの最適組
成バランスと無関係なレーザ出力比較（図７のステップ
（３））を基礎としている。殊に後者レーザ出力比較
は、レーザチャンバ３内の生成不純物ガスや光学品の汚
れ等の影響も受けているため、前者充電電圧比較に与え
る影響が大きい。即ち、従来のガス補給方法は全く間接
的物理量をガス補給時点の決定基準としたという不自然
さが付きまとい、他のこれらの外乱によってガスバラン
スを崩してしまう場合もしばしばであった。

【００１９】本発明は、上記従来の問題点に着目し、幾
多のガス補給によってもレーザチャンバ内のガスの最適
組成バランスが崩れにくく、また殊に、ガス補給時点や
ガス補給量をより好適に決定し得るエキシマレーザ装置
のガス補給方法及びエキシマレーザ装置を提供すること
を目標とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目標を達成するた
め、本発明のエキシマレーザ装置のガス補給方法は、分
圧比が「Ｈ：Ｒ：Ｂ」であるハロゲンガス、稀ガス、バ
ッファガスの混合ガスをレーザチャンバ内に有するエキ
シマレーザの連続パルス発振動作中に、前回のガス交換
又はガス補給後のレーザ発振パルスＰの数Ｐｎを積算
し、この積算値Ｐｎが所定数Ｐｃに至ったとき、この所
定数Ｐｃに対応する所定量ΔＧであって、かつハロゲン
ガス、稀ガス、バッファガスの混合分圧比が「ｎ・Ｈ：
Ｒ：Ｂ（ｎ＞１）」である所定量ΔＧのガスをレーザチ
ャンバ内に補給することとした。

【００２１】またエキシマレーザ装置にガスを補給する
に、ハロゲンガス、稀ガス、バッファガスの混合ガスを
レーザチャンバ内に有するエキシマレーザの連続パルス
発振動作中に、前回のガス交換又はガス補給後の所定時
間内のレーザ発振パルスＰの数Ｐｎを積算し、この積算
値Ｐｎから発振速度（単位時間あたりの発振回数）ｆ’
（Ｐ）を演算し、前記所定時間毎に、この発振速度ｆ’
（Ｐ）に比例する量ΔＧのガスをレーザチャンバ内に補
給することとしてもよい。

【００２２】さらにまた分圧比が「Ｈ：Ｒ：Ｂ」である
ハロゲンガス、稀ガス、バッファガスの混合ガスをレー
ザチャンバ内に有するエキシマレーザの連続パルス発振
動作中に、前回のガス交換又はガス補給後の所定時間内
のレーザ発振パルスＰの数Ｐｎを積算し、この積算値Ｐ
ｎから発振速度（単位時間あたりの発振回数）ｆ’
（Ｐ）を演算し、前記所定時間毎に、この発振速度ｆ’
（Ｐ）に比例する量ΔＧであって、かつハロゲンガス、
稀ガス、バッファガスの混合分圧比が「ｎ・Ｈ：Ｒ：Ｂ
（ｎ＞１）」である量ΔＧのガスをレーザチャンバ内に
補給することとした。

【００２３】他方、本発明のエキシマレーザ装置は、上
記方法発明を使用し、装置として具現化したものであっ
て、次の構成とした。即ち、分圧比が「Ｈ：Ｒ：Ｂ」で
あるハロゲンガス、稀ガス、バッファガスの混合ガスを
レーザチャンバ内に有するエキシマレーザ装置におい
て、制御器１と、レーザ発振パルス検出手段２とを備
え、少なくとも制御器１は、閾値Ｐｃと、この閾値Ｐｃ
に対応する所定の補給ガス量ΔＧであって、かつハロゲ
ンガス、稀ガス、バッファガスの混合分圧比が「ｎ・
Ｈ：Ｒ：Ｂ（ｎ＞１）」である補給ガス量ΔＧとを予め
記憶すると共に、レーザの連続パルス発振動作中に、 （１）前記レーザ発振パルス検出手段２からレーザ発振
パルスＰを入力し、 （２）前回のガス交換又はガス補給後のレーザ発振パル
スＰの数Ｐｎを積算し、 （３）この積算値Ｐｎと前記閾値Ｐｃとを比較し、Ｐｎ
＜Ｐｃのときには、前記工程（１）へ戻り、Ｐｎ＝Ｐｃ
のときは、閾値Ｐｃに対応する所定の補給ガス量ΔＧの
ガスをレーザチャンバ３内に補給するように、ガス補給
用開閉弁４に対して開閉指令信号Ｓ１を送る構成を有す
ることとした。

【００２４】また、エキシマレーザ装置において、制御
器１と、レーザ発振パルス検出手段２とを備え、少なく
とも制御器１は、レーザ発振パルス速度（単位時間当た
りの発振回数）ｆ’（Ｐ）に比例した補給ガス量ΔＧを
予め記憶すると共に、レーザ発振時、 （１）前記レーザ発振パルス検出手段２からレーザ発振
パルスＰを入力し、 （２）次に、レーザ発振パルス速度ｆ’（Ｐ）を演算
し、 （３）次に、この演算結果ｆ’（Ｐ）に比例した量ΔＧ
のガスをレーザチャンバ３内に補給するように、ガス補
給用開閉弁４に対して開閉指令信号Ｓ１を送る構成を有
することとした。

【００２５】さらにまた分圧比が「Ｈ：Ｒ：Ｂ」である
ハロゲンガス、稀ガス、バッファガスの混合ガスをレー
ザチャンバ内に有するエキシマレーザ装置において、制
御器１と、レーザ発振パルス検出手段２とを備え、少な
くとも制御器１は、レーザ発振速度（単位時間あたりの
発振回数）ｆ’（Ｐ）に比例した補給ガス量ΔＧであっ
て、かつハロゲンガス、稀ガス、バッファガスの混合分
圧比が「ｎ・Ｈ：Ｒ：Ｂ（ｎ＞１）」である補給ガス量
ΔＧを予め記憶すると共に、レーザの連続パルス発振動
作中に、 （１）前記レーザ発振パルス検出手段２からレーザ発振
パルスＰを入力し、 （２）レーザ発振パルス速度ｆ’（Ｐ）を演算し、 （３）次に、この演算結果ｆ’（Ｐ）に比例する補給ガ
ス量ΔＧのガスをレーザチャンバ３内に補給するよう
に、ガス補給用開閉弁４に対して開閉指令信号Ｓ１ を送
る構成を有してもよい。

【００２６】さらにまた上記夫々のエキシマレーザ装置
において、レーザチャンバ３内の全圧を一定に維持する
ように、レーザチャンバガス排気弁５に対して開閉指令
信号Ｓ２を送る構成を更に有してもよい。

【００２７】

【作用】請求項１の方法発明を、マイコン（制御器）を
用い、少なくともそのガス補給時点及びガス補給量を決
定するようにしたのが請求項４の装置発明であり、他方
請求項２の方法発明を、マイコン（制御器）を用い、少
なくともそのガス補給時点及びガス補給量を決定するよ
うにしたのが請求項５の装置発明である。

【００２８】これら請求項１、請求項２、請求項４及び
請求項５の発明は、エキシマレーザの性質（即ち、作
用）を利用して得られる構成である。実験によれば
（尚、図８（ｃ）の傾向を参照して説明すれば）、レ
ーザチャンバ３内でのＦ_２ガスの濃度はレーザ発振パル
スＰの数Ｐｎ（即ち、レーザのショット数、以下同じ）
の増加に対し、指数関数的に減少する（Ｆ_２ガスは放電
による蒸発した電極材料と反応してレーザ出力に有害な
生成物を作って減少する）。そしてこの関係は、例えば
塩素系エキシマレーザ等においても同様、かつ、常時一
定の関係である。

【００２９】このため、ハロゲンガスの初期濃度を予め
知り、かつ、レーザ発振パルスＰを監視すれば、エキシ
マレーザ装置の運転によって減少したハロゲンガスの濃
度（即ち、補給すべきハロゲンガスの量）を容易に知る
ことができるようになる。ここで、ハロゲンガスの初期
濃度は当然予め判明している物理量であり、他方レーザ
発振パルスＰの数Ｐｎも容易かつ何時でも検出できる物
理量である。

【００３０】そこで請求項１、請求項２、請求項４及び
請求項５の発明は、レーザ発振パルスＰを監視し、ハロ
ゲンガスを、過不足なく、かつ、自在にレーザチャンバ
３内に補給するようにしている。このレーザ発振パルス
Ｐの監視態様として、請求項１の方法発明（請求項４の
装置発明）ではパルス数Ｐｎと所定閾値Ｐｃとを比較さ
せることにより、他方、請求項２の方法発明（請求項５
の装置発明）ではレーザ発振パルス速度ｆ’（Ｐ）に比
例させることにより、予め設定された所定ガス量ΔＧ又
は比例ガス量ΔＧを該レーザチャンバ３内に補給するよ
うにしている。

【００３１】かかる請求項１、請求項２、請求項４及び
請求項５の構成によれば、図８の（ａ）及び（ｂ）に示
すように、従来のガス補給間隔内に無数の補給時点Ａ
（図８の縦実線及び縦破線で示される時点）を設けるこ
とができるので、レーザチャンバ３内のＦ_２ガスを一定
の濃度となるように、緻密に管理できるようになる。こ
の結果、一定のレーザ出力を極めて長期に渡って維持す
ることができるようになる。

【００３２】請求項３の方法発明を具現化したのが請求
項６の装置発明である。これら請求項３又は請求項６の
発明の構成によれば、予め稀ガスが補給用の混合ガス内
に含まれているため、しかもこの混合ガスを構成するハ
ロゲンガスと稀ガスとバッファガスとは、レーザチャン
バ３内で最適混合組成となるように、予め混合組成して
あるため、幾多のガス補給の後でも、該レーザチャンバ
３内での混合ガスの最適組成バランスを崩れ難くしてい
る。

【００３３】

【実施例】本方法発明及び装置発明の好ましい実施例
を、図１〜図５を参照し、以下詳しく説明する。

【００３４】図１を参照し、請求項１の方法発明の実施
例を説明する。尚、同図において、従来技術（図７参
照）で説明済みの同一内容の工程には、同一符号を付し
てその説明を簡略化する。

【００３５】先ず、目標レーザ出力Ｅｃと、最適制御充
電電圧範囲Ｖｃ（Ｖ_ＭＩＮ〜Ｖ_ＭＡＸ）と、微小増減充
電電圧Δｖと、閾値Ｐｃと、閾値Ｐｃ時における一回分
補給ガス量ΔＧとを設定する（ステップ（１））。尚、
これらＥｃ、Ｖｃ、Δｖ、Ｐｃ、ΔＧは、本実施例の前
提項目ではあるが、本実施例がマニュアル制御であれ
ば、各項目が必要時前ならば、どこで準備してもよく、
上述のように、ステップ（１）と限る必要はない。他方
マイコン制御によるものであれば（後述する請求項４の
構成である）、これら項目は、ステップ（１）として、
当初から該マイコンに記憶させておく必要がある。次
に、レーザ出力Ｅと充電電圧Ｖとレーザ発振パルスＰ
（尚、検出されたレーザ出力はＥ、充電電圧はＶとし、
レーザ発振パルスＰはレーザショットと同義であると扱
っている、以下同様）とを検出する（ステップ
（２））。次に、検出レーザ出力Ｅと目標レーザ出力Ｅ
ｃとを比較し（ステップ（３））、Ｅ＜Ｅｃであれば、
レーザ出力Ｅを目標レーザ出力Ｅｃまで上げるため、検
出充電電圧Ｖを少しΔｖ上げて指令充電電圧Ｖａとし
（ステップ（３１））、Ｅ＝Ｅｃであれば、検出充電電
圧Ｖをそのまま指令充電電圧Ｖａとし（ステップ（３
２））、Ｅ＞Ｅｃであれば、レーザ出力Ｅを目標レーザ
出力Ｅｃまで下げるため、検出充電電圧Ｖを少しΔｖ下
げて指令充電電圧Ｖａとする（ステップ（３３））。他
方、これらステップ（３）〜ステップ（３１）、（３
２）又は（３２）と並行して、前記入力のレーザ発振パ
ルスＰを積算してＰｎとし（ステップ（４１））、この
結果Ｐｎ＝ΣＰが、前記予め設定した閾値Ｐｃとなった
とき（ステップ（４２））、直ちに該閾値Ｐｃ時におけ
る一回分補給ガス量ΔＧをレーザチャンバ３内に補給す
ると共に（ステップ（５））、該レーザチャンバ３内の
全圧が所定の圧力を維持するように、一部のガスを排気
してステップ（２）へ戻る（ステップ（６））。

【００３６】上記請求項１の方法発明を使用し、少なく
ともそのガス補給時点及びガス補給量をマイコン（制御
器）を用いて処理する装置が、請求項４の装置発明であ
る。この請求項４の３つの実施例を各々図３、図４及び
図５を参照して説明する。尚、図３、図４及び図５にお
いて、従来技術（図６参照）で説明済みの同一構成に
は、同一符号を付してその説明を簡略化する。

【００３７】図３の実施例におけるエキシマレーザ装置
は、制御器１と、レーザパルス検出手段２とを備えてい
る。この制御器１は、少なくとも次の制御を司る。即
ち、制御器１は、閾値Ｐｃと、この閾値Ｐｃに対応する
所定の補給ガス量ΔＧとを予め記憶すると共に、レーザ
発振時、前記レーザ発振パルス検出手段２からレーザ発
振パルスＰを入力し、次にこのレーザ発振パルスＰを積
算Ｐｎ＝ΣＰし、次にこの積算結果Ｐｎを前記閾値Ｐｃ
と比較し、Ｐｎ＝Ｐｃとなったとき、この閾値Ｐｃに対
応する所定のガス量ΔＧをレーザチャンバ３内に補給す
るように、ガス補給用開閉弁４に対して開閉指令信号Ｓ
１を送ると共に、レーザチャンバ３内の全圧を一定に維
持するように、レーザチャンバガス排気弁５に対して開
閉指令信号Ｓ２を送っている。

【００３８】尚、上述のとおり、またこの実施例からも
分かるように、請求項１の発明は、ガス補給時点及び補
給量を決定するだけであり、運転通常時におけるレーザ
出力の一定化は、例えば上記請求項１の実施例で説明し
たように（ステップ（２）〜（３３））、レーザ出力比
較による充電電圧の加減等で行っている。但し、これら
比較等のための初期値の設定やその演算処理も、本制御
器１が司っている。

【００３９】上記図３の実施例に対する図４と図５との
実施例の相違点を述べる。上記図３の実施例は、ガス補
給用ボンベ６１内の混合ガスは請求項３の方法発明（又
は請求項６の装置発明）に基づく混合組成のガスであ
り、またレーザ発振パルスＰは該エキシマレーザ発振器
２それ自体から入力した構成である。これ対し、図４の
実施例は、レーザ発振パルスＰは該エキシマレーザ発振
器２それ自体から入力しているが、ガス補給用ボンベ６
１内の混合ガスは、従来技術と同様、Ｆ_２ガス及びＮｅ
ガスだけの混合ガスである。他方、図５の実施例は、ガ
ス補給用ボンベ６１内の混合ガスは請求項１の方法発明
（又は請求項４の装置発明）に基づく混合組成のガスで
あるが、レーザ発振パルスＰは別途装着したパルスモニ
タ２から入力している。尚、図４の流量制御弁４と、図
３と図５との流量制御弁４とは、図上は相違させたが、
これは、この種の流量制御弁が種々存在するという意味
を示す程度である。

【００４０】次に、図２を参照し、請求項２の方法発明
の実施例を説明する。尚、同図においても、従来技術
（図７）で説明済みの同一内容の工程には、同一符号を
付してその説明を簡略化する。

【００４１】先ず、目標レーザ出力Ｅｃと、最適制御充
電電圧範囲Ｖｃ（Ｖ_ＭＩＮ〜Ｖ_ＭＡＸ）と、微小増減充
電電圧Δｖと、レーザパルス速度ｆ’（Ｐ）に比例した
一回分補給ガス量ΔＧとを設定する（ステップ
（１））。尚、これらＥｃ、Ｖｃ、Δｖ、ΔＧも、本実
施例の前提項目ではあるが、本実施例がマニュアル制御
であれば、各項目が必要時前ならば、どこで準備しても
よく、上述のように、ステップ（１）と限る必要はな
い。尚、本実施例がマイコン制御によるものであれば
（後述する請求項５の構成である）、これら項目は、ス
テップ（１）として、当初から該マイコンに記憶させて
おく必要がある。次に、レーザ出力Ｅと充電電圧Ｖとレ
ーザ発振パルスＰ（尚、検出されたレーザ出力はＥ、充
電電圧はＶとし、レーザ発振パルスＰはレーザショット
と同義であると扱っている、以下同様）とを検出する
（ステップ（２））。次に、検出レーザ出力Ｅと目標レ
ーザ出力Ｅｃとを比較し（ステップ（３））、Ｅ＜Ｅｃ
であれば、レーザ出力Ｅを目標レーザ出力Ｅｃまで上げ
るため、検出充電電圧Ｖを少しΔｖ上げて指令充電電圧
Ｖａとし（ステップ（３１））、Ｅ＝Ｅｃであれば、検
出充電電圧Ｖをそのまま指令充電電圧Ｖａとし（ステッ
プ（３２））、Ｅ＞Ｅｃであれば、レーザ出力Ｅを目標
レーザ出力Ｅｃまで下げるため、検出充電電圧Ｖを少し
Δｖ下げて指令充電電圧Ｖａとする（ステップ（３
３））。他方、これらステップ（３）〜ステップ（３
１）、（３２）又は（３２）と並行して、前記入力のレ
ーザ発振パルスＰをパルス速度ｆ’（Ｐ）に変換演算し
（ステップ（４３））、この結果ｆ’（Ｐ）に比例した
量ΔＧのガスをレーザチャンバ３内に補給すると共に
（ステップ（５３））、該レーザチャンバ３内の全圧が
所定の圧力を維持するように、一部のガスを排気してス
テップ（２）へ戻る（ステップ（６））ように構成して
ある。

【００４２】即ち、上記請求項２の方法発明を使用し、
少なくともそのガス補給時点及びガス補給量をマイコン
（制御器）を用いて処理する装置が、請求項５の装置発
明である。この請求項５の３つの実施例装置も各々図
３、図４及び図５を参照して説明する。

【００４３】図３の実施例におけるエキシマレーザ装置
は、制御器１と、レーザ発振パルス検出手段２とを備え
ている。この制御器１は、少なくとも、次の制御を司
る。即ち、制御器は、パルス速度ｆ’（Ｐ）に比例した
補給ガス量ΔＧを予め記憶すると共に、レーザ発振時、
前記レーザ発振パルス検出手段２からレーザ発振パルス
Ｐを入力し、次に、このレーザ発振パルスＰの発振速度
ｆ’（Ｐ）を演算し、次に、この演算結果ｆ’（Ｐ）に
比例した量ΔＧのガスをレーザチャンバ３内に補給する
ように、ガス補給用開閉弁４に対して開閉指令信号Ｓ１
を送ると共に、レーザチャンバ３内の全圧を一定に維持
するように、レーザチャンバガス排気弁５に対して開閉
指令信号Ｓ２を送る。

【００４４】即ち、この装置も、上記請求項４の装置発
明同様、ガス補給時点及び補給量を決定するだけであ
り、運転通常時におけるレーザ出力の一定化は、上記請
求項２の実施例で説明したように（ステップ（２）〜
（３３））、レーザ出力比較による充電電圧の加減で行
っており、これら比較のための初期値の設定や演算処理
も、制御器１で司っている。また、図３と図４と図５と
における、実施例の相違点も、上記請求項４の３つの実
施例における相違点と同一であるので、その説明は省略
する。

【００４５】上記各実施例の効果を、図８を参照し、以
下説明する。即ち、本発明（請求項１〜請求項６）の実
施例によれば、任意時に必要量のガスを補給でき（同図
（ａ）のＡ点参照）、充電電圧制御範囲の自由度も広く
（同図（ｂ）の傾向参照）かつ、ガス補給を繰り返し
てもレーザチャンバ３内のＦ_２ガスの濃度（同図（ｂ）
の傾向参照）やＫｒガスの濃度（同図（ｃ）の傾向
参照）も変化しにくい。かかる結果、ガスをを幾多補給
しても、極めて長期に渡り、一定のレーザ出力を維持す
ることが可能となる（同図（ａ）の傾向参照）。

【００４６】具体的には、従来技術と比較し、請求項３
又は請求項６の実施例によれば、１桁上のオーダ（即
ち、１０倍程度）のガス寿命を得ることができる。他
方、請求項１、請求項２、請求項４又は請求項５の実施
例によれば、２倍〜３倍程度のガス寿命を得ることがで
きる。勿論、これらを組み合わせて構成すれば（装置実
施例であれば、図３及び図５がこれに相当する）、より
長期に渡るガス寿命を得られることは明らかである。

【００４７】尚、請求項１、請求項２、請求項４又は請
求項５の発明は、テーブル上にワークを搬入し、設置
し、レーザ加工し、搬出するというレーザ加工速度に係
わる変化や、ワーク材質や加工形態によって異なるレー
ザ発振パルスの発振変化に対し、極めて好適に対応する
ことができる。別言すれば、レーザ発振パルスＰを基準
としたことは、これら変化に係わりなく、即ち、これら
変化に影響されることなく、ガス補給が行えるというこ
とになる。

【００４８】次に請求項３の方法発明の実施例は、図示
しないが、次のとおりである。先ず、予め、稀ガスとバ
ッファガスとの混合組成を当該ガスのレーザチャンバ内
での最適混合組成に一致させた後、これに所定量のハロ
ゲンガスを加えて補給用の混合ガスを作っておき、次い
でエキシマレーザ装置へのガス補給時、前記混合ガスを
レーザチャンバ内に補給してゆく構成である。

【００４９】尚、請求項３の方法発明を使用した方法と
しては、例えば、レーザチャンバ３内のＦ_２ガス濃度を
検出し、該Ｆ_２ガスの濃度が所定値となったとき、上記
本方法発明を用いる場合、その他、例えば請求項１又は
請求項２の方法発明に用いる場合等がある。

【００５０】図３及び図５に請求項６の装置発明の実施
例を示す。この請求項６の装置発明は、上述のとおり、
請求項３の方法発明を装置発明として具現化したもので
ある。即ち、図３及び図５の各ボンベ６１内には、稀ガ
スとバッファガスとの混合組成が当該ガスのレーザチャ
ンバ内での最適混合組成に一致するように、かつ、所定
量のハロゲンガスを加えて充填されている。

【００５１】上記請求項６の実施例を、従来技術の欄で
説明した図６のボンベ６１と比較し、具体的に説明す
る。ボンベ６１には、Ｆ_２ガスとＫｒガスとＮｅガスと
が、Ｆ_２：Ｋｒ：Ｎｅ＝５：１．５２５：９３．４７５
（％）の濃度割合で充填されている。尚、ボンベ６２に
はＫｒガスが充填され、ボンベ６３にはＮｅガスが充填
されている。

【００５２】即ち、起動前のレーザチャンバ３内への新
たなガス注入は、旧ガスをガス排出回路によって排出
後、先ず、ボンベ６２からＫｒガスを３８．７８ｔｏｒ
ｒ導入し、次にボンベ６１からＦ_２ガス（上述のとお
り、ＫｒガスとＮｅガスとで希釈されている）を８０ｔ
ｏｒｒ導入し、最後にレーザチャンバ３内の全圧が２、
５００ｔｏｒｒとなるように、ボンベ６３からＮｅガス
を導入して行なう。

【００５３】このようにすると、レーザチャンバ３内の
ガス組成は、Ｆ_２：Ｋｒ：Ｎｅ＝４：４０：２４５６
（ｔｏｒｒ）、即ち、Ｆ_２：Ｋｒ：Ｎｅ＝０．１６：
１．６０：９８．２４（％）の濃度割合となり、従来技
術の図６で説明したと同じとなる。

【００５４】即ち、上記実施例のボンベ６１内における
ＫｒガスとＮｅガスとは、Ｋｒ：Ｎｅ＝１．５２５：９
３．４７５（％）＝１：６１．４の混合組成は、レーザ
チャンバ３内での最適組成（Ｋｒ：Ｎｅ＝１．６０：９
８．２４（％）＝１：６１．４）に一致している。

【００５５】尚、請求項６の装置発明を利用した装置と
しては、例えば、Ｆ_２ガス濃度検出器を追設し、レーザ
チャンバ３内のＦ_２ガス濃度を検出し、該Ｆ_２ガス濃度
が所定値となったとき、上記混合ガスを補給する構成、
その他、前記請求項４又は請求項５の装置発明へも利用
することができる（図３及び図５参照）。

【００５６】尚、上記請求項６の実施例の記載及び請求
項６の記載では、ボンベは、あたかもボンベ６１に限る
ような記載としてあるが、このボンベは、広義には、ハ
ロゲンガス、稀ガス及びバッファガスの合流回路それ自
体をも含むものとする。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるエ
キシマレーザ装置のガス補給方法及びエキシマレーザ装
置によれば、補給用混合ガスを、予めレーザチャンバ内
で最適混合割合に一致するように準備した方法又は装置
としたため、またガス補給時期及び補給量をレーザ発振
パルスの数又は速度に基づく量で補給する方法又は装置
としたため、幾多のガス補給に際しても、該レーザチャ
ンバ内での混合ガスの組成バランスが崩れにくく、この
結果、ガス寿命（即ち、一定のレーザ出力を維持できる
期間）を、従来技術と比較し、２倍〜１０倍強に延長せ
しめることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１のガス補給方法の実施例のフローチャ
ートである。

【図２】請求項２のガス補給方法の実施例のフローチャ
ートである。

【図３】請求項４、請求項５及び請求項６のエキシマレ
ーザ装置の実施例の制御ブロック図である。

【図４】請求項４及び請求項５のエキシマレーザ装置の
実施例の制御ブロック図である。

【図５】請求項４、請求項５及び請求項６のエキシマレ
ーザ装置の実施例の制御ブロック図である。

【図６】従来技術のエキシマレーザ装置の制御ブロック
図である。

【図７】従来技術のガス補給方法のフローチャートであ
る。

【図８】本発明と従来技術との実験成績比較を示すグラ
フであり、（ａ）はレーザ出力とレーザショット数との
関係グラフ、（ｂ）は充電電圧とレーザショット数との
関係グラフ、（ｃ）はＦ_２ガス濃度とレーザショット数
との関係グラフ、（ｄ）はＫｒガス濃度とレーザショッ
ト数との関係グラフである。

【符号の説明】

１ 制御器 ２ レーザ発振パルス検出手段 ３ レーザチャンバ ４ ガス補給用開閉弁 ５ レーザチャンバガス排気弁 ６１ ボンベ ΔＧ １回の補給ガス量 Ｐ レーザ発振パルス Ｐｃ 閾値 Ｐｎ レーザ発振パルス数 ｆ’（Ｐ）レーザ発振パルス速度 Ｓ１ 開閉指令信号 Ｓ２ 開閉指令信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−34989（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−289887（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−16286（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−252013（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分圧比が「Ｈ：Ｒ：Ｂ」であるハロゲン
   ガス、稀ガス、バッファガスの混合ガスをレーザチャン
   バ内に有するエキシマレーザの連続パルス発振動作中
   に、前回のガス交換又はガス補給後のレーザ発振パルス
   Ｐの数Ｐｎを積算し、この積算値Ｐｎが所定数Ｐｃに至
   ったとき、この所定数Ｐｃに対応する所定量ΔＧであっ
   て、かつハロゲンガス、稀ガス、バッファガスの混合分
   圧比が「ｎ・Ｈ：Ｒ：Ｂ（ｎ＞１）」である所定量ΔＧ
   のガスをレーザチャンバ内に補給することを特徴とする
   エキシマレーザ装置のガス補給方法。
2. 【請求項２】 ハロゲンガス、稀ガス、バッファガスの
   混合ガスをレーザチャンバ内に有するエキシマレーザの
   連続パルス発振動作中に、前回のガス交換又はガス補給
   後の所定時間内のレーザ発振パルスＰの数Ｐｎを積算
   し、この積算値Ｐｎから発振速度（単位時間あたりの発
   振回数）ｆ’（Ｐ）を演算し、前記所定時間毎に、この
   発振速度ｆ’（Ｐ）に比例する量ΔＧのガスをレーザチ
   ャンバ内に補給することを特徴とするエキシマレーザ装
   置のガス補給方法。
3. 【請求項３】 分圧比が「Ｈ：Ｒ：Ｂ」であるハロゲン
   ガス、稀ガス、バッファガスの混合ガスをレーザチャン
   バ内に有するエキシマレーザの連続パルス発振動作中
   に、前回のガス交換又はガス補給後の所定時間内のレー
   ザ発振パルスＰの数Ｐｎを積算し、この積算値Ｐｎから
   発振速度（単位時間あたりの発振回数）ｆ’（Ｐ）を演
   算し、前記所定時間毎に、この発振速度ｆ’（Ｐ）に比
   例する量ΔＧであって、かつハロゲンガス、稀ガス、バ
   ッファガスの混合分圧比が「ｎ・Ｈ：Ｒ：Ｂ（ｎ＞
   １）」である量ΔＧのガスをレーザチャンバ内に補給す
   ることを特徴とするエキシマレーザ装置のガス補給方
   法。
4. 【請求項４】 分圧比が「Ｈ：Ｒ：Ｂ」であるハロゲン
   ガス、稀ガス、バッファガスの混合ガスをレーザチャン
   バ内に有するエキシマレーザ装置において、制御器１
   と、レーザ発振パルス検出手段２とを備え、少なくとも
   制御器１は、閾値Ｐｃと、この閾値Ｐｃに対応する所定
   の補給ガス量ΔＧであって、かつハロゲンガス、稀ガ
   ス、バッファガスの混合分圧比が「ｎ・Ｈ：Ｒ：Ｂ（ｎ
   ＞１）」である補給ガス量ΔＧとを予め記憶すると共
   に、レーザの連続パルス発振動作中に、 （１）前記レーザ発振パルス検出手段２からレーザ発振
   パルスＰを入力し、 （２）前回のガス交換又はガス補給後のレーザ発振パル
   スＰの数Ｐｎを積算し、 （３）この積算値Ｐｎと前記閾値Ｐｃとを比較し、Ｐｎ
   ＜Ｐｃのときには、前記工程（１）へ戻り、Ｐｎ＝Ｐｃ
   のときは、閾値Ｐｃに対応する所定の補給ガス量ΔＧの
   ガスをレーザチャンバ３内に補給するように、ガス補給
   用開閉弁４に対して開閉指令信号Ｓ１を送る構成を有す
   ることを特徴とするエキシマレーザ装置。
5. 【請求項５】 ハロゲンガス、稀ガス、バッファガスの
   混合ガスをレーザチャンバ内に有するエキシマレーザ装
   置において、制御器１と、レーザ発振パルス検出手段２
   とを備え、少なくとも制御器１は、レーザ発振速度（単
   位時間あたりの発振回数）ｆ’（Ｐ）に比例した補給ガ
   ス量ΔＧを予め記憶すると共に、レーザの連続パルス発
   振動作中に、 （１）前記レーザ発振パルス検出手段２からレーザ発振
   パルスＰを入力し、 （２）レーザ発振パルス速度ｆ’（Ｐ）を演算し、 （３）次に、この演算結果ｆ’（Ｐ）に比例する量ΔＧ
   のガスをレーザチャンバ３内に補給するように、ガス補
   給用開閉弁４に対して開閉指令信号Ｓ１を送る構成を有
   することを特徴とするエキシマレーザ装置。
6. 【請求項６】 分圧比が「Ｈ：Ｒ：Ｂ」であるハロゲン
   ガス、稀ガス、バッファガスの混合ガスをレーザチャン
   バ内に有するエキシマレーザ装置において、制御器１
   と、レーザ発振パルス検出手段２とを備え、少なくとも
   制御器１は、レーザ発振速度（単位時間あたりの発振回
   数）ｆ’（Ｐ）に比例した補給ガス量ΔＧであって、か
   つハロゲンガス、稀ガス、バッファガスの混合分圧比が
   「ｎ・Ｈ：Ｒ：Ｂ（ｎ＞１）」である補給ガス量ΔＧを
   予め記憶すると共に、レーザの連続パルス発振動作中
   に、 （１）前記レーザ発振パルス検出手段２からレーザ発振
   パルスＰを入力し、 （２）レーザ発振パルス速度ｆ’（Ｐ）を演算し、 （３）次に、この演算結果ｆ’（Ｐ）に比例する補給ガ
   ス量ΔＧのガスをレーザチャンバ３内に補給するよう
   に、ガス補給用開閉弁４に対して開閉指令信号Ｓ１を送
   る構成を有することを特徴とするエキシマレーザ装置。
7. 【請求項７】 レーザチャンバ３内の全圧を一定に維持
   するように、レーザチャンバガス排気弁５に対して開閉
   指令信号Ｓ２を送る構成を更に有することを特徴とする
   請求項４乃至６のいずれかに記載のエキシマレーザ装
   置。