JP2877417B2 - ガスレーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はガスレーザ媒質を放電励起してレーザ光を
出力させるガスレーザ装置に関する。

（従来の技術） ガスレーザ装置には種々のガスレーザ媒質が用いられ
ており、その１つにNe（ネオン）、Kr（クリプトン）お
よびF₂（弗素）からなる混合ガスを用いた、KrFエキシ
マレーザが知られている。このKrFエキシマレーザは、
長時間運転すると、ガスレーザ媒質中の弗素ガスが放電
による電子の衝突により解離し、３種類の混合ガス比が
最適値からずれてくるため、レーザ発振効率（レーザ出
力／レーザ入力）が徐々に低下するという現象が生じ
る。

このような現象によってレーザ出力が低下するのを防
止するため、従来はつぎのような手段が講じられてい
た。つまり、ガスレーザ装置から発振されるレーザ光の
出力をモニタし、レーザ発振効率の低下に合わせて放電
回路主コンデンサに印加する電圧を上げてレーザ入力エ
ネルギを増大させ、それによってレーザ出力が低下する
のを防止している。

一方、放電回路主コンデンサに印加する電圧が、電源
本体の上限値あるいは放電アーク状態に移行しないよう
に制限される上限値に達したならば、新鮮な弗素ガスを
供給する。すると、ガスレーザ媒質の混合比は初期値に
近付き、レーザ発振効率も初期値近くまで復旧するか
ら、それにともなって電圧を初期値程度まで低下させる
ことができる。

このように、電圧の上昇と、弗素ガスの補充とを繰り
返すことで、レーザ出力を長期間にわたって所定値以上
に保つことができる。

ところで、このようにレーザ発振効率が低下し、かつ
放電回路主コンデンサに印加される電圧が上限値に達し
たときに弗素ガスの供給を行うようにすると、たとえば
光共振器の出力ミラーの汚染あるいはその他の光学部品
の汚染や劣化などでレーザ出力が低下した場合にも、弗
素ガスが供給されることになる。つまり、ガスレーザ媒
質の混合比が最適値からずれていないのに、弗素ガスを
供給してしまうことになる。その結果、ガスレーザ媒質
は最適混合比よりも弗素ガスが多くなってしまうから、
発振効率が低下してしまう。発振効率が低下すると、弗
素ガスがさらに供給されるという悪循環が繰り返され、
発振効率の一層の低下を招くことになる。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来のガスレーザ装置においては、レー
ザ光の出力をモニタしてガスレーザ媒質の所定のガス成
分を補給するようにしていたので、ガスレーザ媒質のガ
ス成分の混合比の変動によらずにレーザ出力が低下した
場合には、ガス成分の混合比が最適値から大きくずれ、
レーザ出力を回復させることができないということがあ
った。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その
目的とするところは、ガスレーザ媒質の所定のガス成分
の減少を確実に検出してそのガス成分の補給を行うこと
ができるようにしたガスレーザ装置を提供することにあ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用） 上記課題を解決するためにこの発明は、ガスレーザ媒
質が所定圧力で封入されこのガスレーザ媒質を励起する
励起手段が設けられた気密容器と、この気密容器に接続
されガスレーザ媒質を上記気密容器に循環させる循環ラ
インと、上記気密容器に上記ガスレーザ媒質の所定のガ
ス成分を供給する供給手段と、上記循環ラインに設けら
れ上記ガスレーザ媒質に含まれる不純物を除去するガス
精製手段と、上記循環ラインを上記ガス精製手段の箇所
で分岐し上記循環ラインとともに並列に上記精製手段に
通されたバイパスラインと、このバイパスラインに設け
られ上記循環ラインと上記ガス精製手段を循環するガス
レーザ媒質を上記バイパスラインに所定時間封じ込める
封入手段と、上記バイパスラインに設けられこのバイパ
スラインに封じ込められたガスレーザ媒質の圧力を検出
する検出手段と、この検出手段によって検出されたガス
レーザ媒質の圧力が所定値以下に低下すると上記供給手
段から上記気密容器へ上記所定のガス成分を圧力が上記
所定値になるまで供給する制御部とを具備したことを特
徴とする。

このような構成によれば、ガスレーザ媒質中の所定の
ガス成分が減少して混合比が変動したなら、そのことを
確実に検出してそのガス成分を補充することができるか
ら、ガスレーザ媒質のガス成分の混合比を最適な状態に
保つことができる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。第２図はこの発明に係わるガスレーザ装置としての
KrFエキシマレーザの装置本体１を示す。この装置本体
１は気密容器２を備えている。この気密容器２内には励
起手段としての放電励起部３が設けられている。この放
電励起部３は主電極と予備電離用電極（ともに図示せ
ず）とを有し、これらには電源４が接続されている。こ
の電源４から上記放電励起部３に電気エネルギが供給さ
れると、まず予備電離電極によって放電励起部が予備電
離される。そして、予備電離が十分に進行すると、主電
極間に主放電が発生し、それによって放電励起部３内を
後述するように循環するガスレーザ媒質が励起されてレ
ーザ光が出力される。

上記放電励起部３の軸方向一端側に出力ミラー５が配
置され、他端側には上記出力ミラー５とで光共振器を形
成する高反射ミラー６が配置されている。したがって、
放電励起部３で発生したレーザ光は上記出力ミラー５と
高反射ミラー６との間で増幅されたのち、上記出力ミラ
ー５から発振されることになる。

上記放電励起部３にはガス供給装置７が第１乃至第３
の供給ライン8a〜8cを介して接続されている。各供給ラ
イン8a〜8cにはそれぞれ第１乃至第３の供給電磁弁9a〜
9cが設けられているとともに、第１の供給ライン8aはネ
オンガス供給源11、第２の供給ライン8bはクリプトンガ
ス供給源12、第３の供給ライン8cは弗素ガス供給源13に
それぞれ接続されている。上記第１乃至第３の供給電磁
弁9a〜9cは制御部14によって開閉制御されるようになっ
ている。それによって、各供給源11〜13からはそれぞれ
ネオンガス、クリプトンガスおよび弗素ガスが所定の割
合で上記気密容器２に供給されるようになっている。

上記気密容器２には、ガスレーザ媒質を精製して循環
させるためのガス精製装置15が循環ライン16によって接
続されている。このガス精製装置15は、第１図に示すよ
うにダストフィルタ17と、コールドトラップ装置18とか
ら構成されている。このコールドトラップ装置18は、ガ
スレーザ媒質を循環させるためにの循環ポンプ19と、こ
の循環ポンプ19によって循環させられるガスレーザ媒質
を液体窒素で冷却し、そのガスレーザ媒質中に含まれる
不純物、とくに弗素化合物を凝着させて除去するガス清
浄器21とから形成されている。

上記循環ライン16は、上記ガス清浄器21で分岐され、
この循環ライン16と並列にバイパスライン22が接続され
ている。つまり、ガス清浄器21にはバイパスライン22と
循環ライン16とが並列に通されている。このバイパスラ
イン22の両端部には封入手段としての第１、第２の電磁
弁23a、23bが設けられ、これら電磁弁は上記制御部14か
らの信号によって開閉制御されるようになっている。ま
た、バイパスライン22の上記一対の電磁弁23a、23b間の
部分には、これら電磁弁によってバイパスライン22に封
じ込められたガスレーザ媒質の圧力を検出する検出手段
としての圧力検出器24が設けられている。この圧力検出
器24によって検出された圧力は上記制御部14に入力され
る。それによって、制御部14は、圧力検出器24からの検
出信号で上記第１乃至第３の供給電磁弁9a〜9cのうち、
弗素ガスを放電励起部３に供給するための第３の供給電
磁弁9cを後述するごとく開閉制御する。

つぎに、上記構成のガスレーザ装置の動作について説
明する。放電励起部３に電源４から電気エネルギが供給
され、放電励起部３が予備電離されて主放電が発生すれ
ば、それによって気密容器２内のガスレーザ媒質が励起
されてレーザ光が発生し、光共振器の出力ミラー５から
発振されることになる。

一方、ガスレーザ媒質は、循環ポンプ19によって気密
容器２からガス精製装置15を流れ、このガス精製装置15
で不純物が除去されて再び密閉容器２に戻される。つま
り、ガス精製装置15を循環させられるガスレーザ媒質
は、ダストフィルタ17によって比較的大きな塵埃が除去
され、コールドトラップ装置18のガス清浄器21によって
弗素化合物が凝着除去される。

このようにして循環させられるガスレーザ媒質は、一
定時間ごとにその一部がバイパスライン22に封じ込めら
れその圧力が圧力検出器24によって測定される。つま
り、制御部14からの信号によってバイパスライン22に設
けられた第１、第２の電磁弁23a、23bが所定時間だけ閉
じられ、それによって所定量のガスレーザ媒質が一定の
条件（たとえば一定の温度や体積）で封じ込められる。
そして、そのときのガスレーザ媒質の圧力が上記圧力検
出器24によって検出される。

ガスレーザ媒質は、そのガス成分の弗素ガスが分解せ
ず弗化不純物を含まないときの圧力と、放電にともなう
弗素ガスの分解で生成された弗化不純物をガス清浄器21
で凝着を繰り返したあとの圧力とでは異なる。つまり、
ガスレーザ媒質は、弗化不純物が除去されることによっ
て圧力が低下するから、ガスレーザ媒質の圧力が所定値
以下に低下したならば、そのガス成分のうちの弗素ガス
が減少したことになる。

そして、ガスレーザ媒質の圧力が低下したことが上記
圧力検出器24で検出され、その検出信号が制御部14に入
力されると、この制御部14からガス供給装置７の第３の
供給電磁弁9cに駆動信号が出力されて所定時間だけ開放
される。それによって、弗素ガス供給源13から上記ガス
レーザ媒質の圧力を上記所定値とするだけの弗素ガスが
上記気密容器２に供給され、ガスレーザ媒質の混合ガス
比が最適値に設定されることになるから、レーザ出力が
低下するのを防止することができる。

このようにして弗素ガスを補充するようにすれば、レ
ーザ光の出力が弗素ガスの減少によらず、光共振器の出
力ミラー５や高反射ミラー６の汚損などで低下したとき
には、弗素ガスが補充されるということがない。つま
り、ガスレーザ媒質の混合ガス比が最適値からずれたと
きにだけ、その混合ガス比が最適値となるよう弗素ガス
が補充されるから、確実にレーザ光の出力を増大させる
ことができる。

第３図は圧力検出器24が検出するバイパスライン22の
圧力と、弗素ガスの補充タイミングとの関係を示すグラ
フである。同図中T₁は弗素ガスが分解せずに弗化不純物
を含む前のガスレーザ媒質の圧力で、T₂は弗化不純物の
凝着が繰り返されたガスレーザ媒質の圧力である。そし
て、上記圧力検出器24によって検出される圧力がT₁から
T₂まで低下したときに、制御部14からの信号によって同
図中矢印Ｆで示すように弗素ガスが圧力容器２に供給さ
れる。

なお、この発明はその要旨を変更しない範囲で種々変
形可能である。たとえば、ガスレーザ媒質中から弗化不
純物を除去するガス精製装置は液体窒素によってガスレ
ーザ媒質を冷却して凝結させるコールドトラップ装置に
代り、化学反応や物理吸着によって除去する手段であっ
てもよく、その手段はなんら限定されるものでない。

また、この発明のガスレーザ装置はKrEエキシマレー
ザだけに限定されるものでなく、たとえば塩化水素（HC
l）などの弗素ガス以外のハロゲンガスを使用するガス
レーザ装置にも適用することができる。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、レーザ光の出力の低下
によらず、ガスレーザ媒質の圧力の低下によってガスレ
ーザ媒質中の所定のガス成分が減少して混合ガス比が最
適値からずれたことを検出し、それによってそのガス成
分を補充するようにした。したがって、ガスレーザ媒質
中の所定のガス成分の減少を確実に検出して補充するこ
とができるから、不必要なレーザ発振効率の低下を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図はガス精製装
置の構成図、第２図はガスレーザ装置の全体の構成図、
第３図はガスレーザ媒質の圧力と弗素ガスの補充タイミ
ングとの関係のグラフである。 ２…気密容器、３…励起手段、７…ガス供給装置（供給
手段）、14…制御部、15…ガス精製装置（ガス精製手
段）、16…循環ライン、22…バイパスライン、23a、23b
…電磁弁（封入手段）、24…圧力検出器（検出手段）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスレーザ媒質が所定圧力で封入されこの
   ガスレーザ媒質を励起する励起手段が設けられた気密容
   器と、この気密容器に接続されガスレーザ媒質を上記気
   密容器に循環させる循環ラインと、上記気密容器に上記
   ガスレーザ媒質の所定のガス成分を供給する供給手段
   と、上記循環ラインに設けられ上記ガスレーザ媒質に含
   まれる不純物を除去するガス精製手段と、上記循環ライ
   ンを上記ガス精製手段の箇所で分岐し上記循環ラインと
   ともに並列に上記精製手段に通されたバイパスライン
   と、このバイパスラインに設けられ上記循環ラインと上
   記ガス精製手段を循環するガスレーザ媒質を上記バイパ
   スラインに所定時間封じ込める封入手段と、上記バイパ
   スラインに設けられこのバイパスラインに封じ込められ
   たガスレーザ媒質の圧力を検出する検出手段と、この検
   出手段によって検出されたガスレーザ媒質の圧力が所定
   値以下に低下すると上記供給手段から上記気密容器へ上
   記所定のガス成分を圧力が上記所定値になるまで供給す
   る制御部とを具備したことを特徴とするガスレーザ装
   置。