JP3788850B2 - 放電励起型レーザ装置における制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料の加工、縮小投影露光用などの光源に用いられる放電励起型レーザ装置に関し、特に放電励起型レーザ装置の充放電回路におけるエネルギー転送効率を向上させることによってレーザのエネルギー効率を向上させることができる制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電励起型レーザ装置の充放電回路として、スイッチの耐久性の向上等のために、近年、磁気パルス圧縮回路を使用したものが用いられている。
【０００３】
図５は、日立金属技報Ｖol．８ １９９２．１「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」に紹介されている磁気パルス圧縮回路を使用したエキシマレーザ用充放電回路を示している。
【０００４】
図５では、コンデンサの容量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コンデンサ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ており、このような場合にコンデンサＣ1に蓄積された電荷が最も効率的にコンデンサＣ3に転送されることなる。このときの主要各部の電圧Ｖ、電流ｉの波形の時間変化を図４に示している。
【０００５】
すなわち、直流高電圧電源の電圧値ＶEに応じてコンデンサＣ１は充電され、電荷が蓄積される。そして、サイラトロンＱがオン動作され、サイラトロンＱが導通されると電流ｉ１が流れて、コンデンサＣ１の蓄積電荷がコンデンサＣ２へ転送される。そして、コンデンサＣ１のすべての蓄積電荷がコンデンサＣ２に移った瞬間τ1に、磁気スイッチＳＲが飽和されて電流ｉ2が流れ始め、コンデンサＣ3への電荷の転送が開始される。そして、電流ｉ3が流れることによってレーザの放電電極５で放電がなされる。このようにしてコンデンサＣ1の電荷はコンデンサＣ2を経てコンデンサＣ3に効率良く転送され、コンデンサＣ3の蓄積電荷がレーザ電極５の放電とレーザ光放出とを引き起こす。
【０００６】
また、図４に示すように磁気圧縮の作用により、電流ｉ１に比べて電流ｉ2の方がピーク値が高くなるとともに、パルスの時間幅が狭まるので、レーザ電極５において、短時間の間に強い放電が得られ、レーザ発振用としては望ましい特性となる。
一方、エキシマレーザは、レーザガスとして反応性の高いハロゲンガスを使用していることから、レーザ発振を繰り返すと、ハロゲンガスの反応の進行に伴いハロゲンガスの減少や、ハロゲン化金属であるダストの増加を引き起こす。このようにレーザガスが劣化すると、発振、出力されるレーザ光のエネルギーが低下してしまう。つまり、レーザ励起強度（電源の電圧値）を一定に維持したままでは、レーザ光エネルギーを一定レベルに維持することはできない。
【０００７】
とりわけ、半導体露光装置の光源として、エキシマレーザを使用した場合には、光源として一定のエネルギーの光を常時出力することが要求される。
【０００８】
そこで、通常は、時間の経過に応じてレーザ励起強度（電源の電圧値）を上昇させる制御を行うことで、光エネルギーの低下を防止するようにしている。また、電源の電圧値が上昇し過ぎた場合には、レーザチャンバ内の劣化したレーザガスを、新規なガスに交換することも行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、電源電圧を上昇変化させる制御を行った場合に、図５に示す磁気圧縮回路で生ずる不具合について説明する。
【００１０】
さて、一般に、磁気スイッチＳＲが飽和して導通するタイミングは、磁気スイッチＳＲに印加される電圧と印加時間との積、すなわち図４で斜線を施した面積によって定まる。この面積は電圧時間積ＶＴと称され、下記式（１）で表される。
【００１１】

但し、上記（１）式においてＮは磁気スイッチの巻数、Ａｅは磁心有効断面積、ΔＢｍは最大動作磁束密度量という設計値である。よって電圧時間積ＶＴはこれら各設計値で決まる一定の値である。
【００１２】
したがって、上記（１）より、電圧ｖc2が大きくなれば磁気スイッチＳＲが飽和するまでの時間τ１は短くなり、電圧ｖc2が小さくなれば磁気スイッチＳＲが飽和するまでの時間τ１は長くなることがわかる。
【００１３】
図４に示すように、この電圧ｖc2のピーク値は電源の電圧値ＶEであり、電源の電圧値ＶEの大きさによって電圧ｖc2の大きさが定まる。そして、電圧ｖc2がピーク値ＶEに達した時点で磁気スイッチＳＲが飽和する（時間τ1に達する）ので、電源の電圧値ＶEが大きいほど磁気スイッチＳＲが飽和するタイミング、つまりコンデンサＣ2の蓄積電荷をコンデンサＣ3に転送するタイミングが早まることになる。
【００１４】
ここで問題になるのは、電源の電圧値ＶEが大きくなり電圧ｖc2が大きくなることによって、コンデンサＣ１の蓄積電荷がすべてコンデンサＣ２へ転送されるよりも前（図４において電流値ｉ1の「山」が０になる時点よりも前）に、磁気スイッチＳＲが飽和してしまい、コンデンサＣ2からコンデンサＣ3に蓄積電荷が転送され始めてしまう（電流ｉ2が流れ始めてしまう）場合である。かかる場合には、図４に示す電流ｉ2、つまり磁気圧縮後の電流ｉ2のピーク値が著しく低くなってしまうとともにパルス時間幅が増大してしまう。これは、短時間の間に強い放電を得ることが必要なレーザ発振用の充放電回路の特性としては望ましいことではない。
【００１５】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、電源電圧を変化させる制御を行う場合であっても短時間での強い放電を維持できるようにして、放電励起型レーザ装置の発振効率、エネルギー効率を一定レベル以上にすることを解決課題とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段および効果】
そこで、本発明では、上記解決課題達成のために、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、
前記充放電回路は、
前記電源の電圧に応じて充電される第１のコンデンサと、前記主スイッチのオン動作に応じて前記第１のコンデンサに蓄積された電荷が転送される第２のコンデンサと、該第２のコンデンサに蓄積された電荷が転送される第３のコンデンサと、前記主スイッチがオンされてから前記電源の電圧の大きさに応じた時刻に、前記第２のコンデンサに蓄積された電荷の前記第３のコンデンサへの転送を開始する前記磁気スイッチと
を具えており、
前記第１のコンデンサの蓄積電荷が全て前記第２のコンデンサに転送された時点で、前記磁気スイッチが前記第２のコンデンサから前記第３のコンデンサへの電荷の転送を開始するタイミングとなるよう前記電源の電圧値を予め求めておき、この電圧値を制御最大電圧として設定する制御最大電圧設定手段と、
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検出された前記レーザ光の出力が目標値又は目標範囲内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又は前記目標範囲内に入るように、前記電源の電圧を前記制御最大電圧設定手段で設定された制御最大電圧以下の範囲で変化させる電圧制御手段と
を具えるようにしている。
【００１７】
かかる構成によれば、図１に示すように、充放電回路１で、電源１７の電圧Ｖに応じて第１のコンデンサＣ1が充電される。そして、主スイッチ１８のオン動作に応じて第１のコンデンサＣ1に蓄積された電荷が第２のコンデンサＣ2に転送される。そして、第２のコンデンサＣ2に蓄積された電荷が第３のコンデンサＣ3に転送される。そして、磁気スイッチＳＲにより、主スイッチ１８がオンされてから電源１７の電圧Ｖの大きさに応じた時刻に、第２のコンデンサＣ2に蓄積された電荷の第３のコンデンサＣ3への転送が開始される。
【００１８】
そこで、図３に示すように、第１のコンデンサＣ1の蓄積電荷が全て第２のコンデンサＣ2に転送された時点τ1で、磁気スイッチＳＲ1によって第２のコンデンサＣ2から第３のコンデンサＣ3への電荷の転送を開始させるタイミングとなるよう電源１７の電圧値ＶMが予め求められ、この電圧値が制御最大電圧ＶMとして設定されておかれる。
【００１９】
そして、図２（ステップ１０７〜１１０）に示すように、検出されたレーザ光の出力Ｅが目標値Ｅc又は目標範囲内からずれたことが検出された場合に、レーザ光の出力Ｅが目標値Ｅcに一致するか又は目標範囲内に入るように、電源１７の電圧Ｖが制御最大電圧Ｖmax（＝ＶM）以下の範囲で変化される。
【００２０】
この結果、図３に示すように、電源１７の電圧値が制御最大電圧ＶM以下に抑えられ電圧ｖc2（ｖc21、ｖc22、ｖc23）が抑えられることによって、コンデンサＣ１の蓄積電荷がすべてコンデンサＣ２へ転送されるよりも前（図４において時刻τ1よりも前）に、磁気スイッチＳＲが飽和してしまい、コンデンサＣ2からコンデンサＣ3に蓄積電荷が転送され始めてしまうことはなくなる。つまり、少なくともコンデンサＣ１の蓄積電荷がすべてコンデンサＣ２へ転送された時点よりも後で磁気スイッチＳＲ1が飽和し、コンデンサＣ2からコンデンサＣ3に蓄積電荷が転送され始めるので、電流ｉ21、ｉ22、ｉ23に示すように、磁気圧縮後の電流のピーク値を一定レベル以上に維持することができるとともに、時間幅を一定レベル以下に維持することができる。これにより電源電圧Ｖを変化させる制御を行う場合であっても短時間での強い放電を維持できるようになり、放電励起型レーザ装置の発振効率、エネルギー効率を一定レベル以上に維持することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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制御装置の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態におけるレーザ装置の構成を示している。
【００２３】
同図に示すように、実施形態装置は、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２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。なお、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。
【００２４】
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。
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（エネルギー）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、光エネルギーを直接的に検出するものでもよく、ハロゲンガス濃度、希ガス濃度等光パワーに関連するパラメータを検出することによって、間接的に光パワーを検出するものであってもよい。
【００２７】
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。
【００２８】
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１７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。
【００２９】
本レーザ装置の制御装置は、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うものである。
【００３０】
すなわち、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、ＩＧＢＴを使用することもできる。
【００３３】
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。
【００３４】
すなわち、充放電回路１は、電源１７の電圧Ｖに応じて充電される第１のコンデンサＣ1と、主スイッチ１８のオン動作に応じて第１のコンデンサＣ1に蓄積された電荷が転送される第２のコンデンサＣ2と、第２のコンデンサＣ2に蓄積された電荷が転送される第３のコンデンサＣ3と、主スイッチ１８がオンされてから電源１７の電圧Ｖの大きさに応じた時間までの間電流を阻止し、当該電源１７の電圧Ｖの大きさに応じた時間が経過した時点で、第２のコンデンサＣ2に蓄積された電荷の第３のコンデンサＣ3への転送を開始する磁気スイッチＳＲとを具えている。さらに同様の磁気スイッチＳＲが後段に設けられている。
【００３５】
本実施形態では、２段の磁気圧縮回路を想定しているが、もちろん１段の磁気圧縮回路、３段以上の磁気圧縮回路にも本発明は適用可能である。
【００３６】
制御器３による制御開始前に、図３に示すように、第１のコンデンサＣ1の蓄積電荷が全て第２のコンデンサＣ2に転送された時点τ1で、磁気スイッチＳＲ1が第２のコンデンサＣ2から第３のコンデンサＣ3への電荷の転送を開始するタイミングとなるような電源１７の電圧値ＶMが予め求められておかれ、この電圧値が制御最大電圧ＶMとして制御器３に設定されておかれる。
【００３７】
この制御最大電圧ＶMは、後述するように電源１７の電圧Ｖを変化させる制御を行ったときの、電圧Ｖの上限値とされ、この制御最大電圧ＶM以下で電源１７の電圧Ｖが変化される。
【００３８】
ここで、電圧Ｖの変化範囲を制御最大電圧ＶM以下にする意味について、図３を用いて説明する。
【００３９】
図３においてｖc21，ｖc22，ｖc23はコンデンサＣ2の電圧を示しており、図４のｖc2に対応している。一方、図３においてｉ21、ｉ22，ｉ23はコンデンサＣ2からコンデンサＣ3に流れる電流を示しており、図４のｉ2に対応している。
【００４０】
図３のｖ21、ｉ21はそれぞれ図４のｖc2、ｉ2に相当する電圧波形、電流波形を示している。このとき電源１７の電圧Ｖは上記制御最大電圧ＶMに一致しており、コンデンサＣ１の電荷が全てＣ２へ転送された瞬間τ1（ｖc21がピークになる瞬間）に、磁気スイッチＳＲが飽和してコンデンサＣ2からコンデンサＣ3に電荷が転送され始めることになる。
【００４１】
これに対して、ｖc22，ｉ22，ｖc23，ｉ23はそれぞれ電源１７の電圧Ｖを上記制御最大電圧ＶＭよりも小さな値とした場合の電圧波形、電流波形を示している。ただし、（ｖc21＞）ｖc22＞ｖc23である。これらの関係を上記（１）式にあてはめると、下記（２）式が得られる。
【００４２】

上記（２）式からτ１＜τ３＜τ４であることがわかり、図３に示すように、電源１７の電圧Ｖの低下に伴い磁気スイッチＳＲが飽和するタイミング、つまり電流ｉ2（ｉ21、ｉ22、ｉ23）が流れ始めるタイミングが遅くなっていくことがわかる。そして、その電流ｉ2が流れ始めるタイミングはコンデンサＣ１の蓄積電荷がすべてコンデンサＣ２へ転送された時点τ1以後になっている。
【００４３】
このように、電源１７の電圧値Ｖが制御最大電圧ＶM以下に抑えられ電圧ｖc2（ｖc21、ｖc22、ｖc23）が抑えられることによって、コンデンサＣ１の蓄積電荷がすべてコンデンサＣ２へ転送されるよりも前（図３において時刻τ1よりも前）に、磁気スイッチＳＲが飽和してしまい、コンデンサＣ2からコンデンサＣ3に蓄積電荷が転送され始めてしまうことはなくなる。つまり、少なくともコンデンサＣ１の蓄積電荷がすべてコンデンサＣ２へ転送されてしまった時点τ1よりも後で磁気スイッチＳＲが飽和し、コンデンサＣ2からコンデンサＣ3に蓄積電荷が転送され始めるので、電流波形ｉ21、ｉ22、ｉ23に示すように、磁気圧縮後の電流のピーク値を一定レベル以上に、時間幅を一定レベル以下に維持することができる。これにより電源電圧Ｖを変化させる制御を行う場合であっても短時間での強い放電を維持できるようになり、放電励起型レーザ装置の発振効率、エネルギー効率を一定レベル以上に維持することができる。いいかえれば、コンデンサＣ1の蓄積電荷を効率良くコンデンサＣ3まで転送できるとともにレーザ電極５の放電用電流波形の圧縮（ピーク値増大と時間幅縮小）を達成でき、レーザガス劣化やその他の要因で生ずるレーザ光のエネルギーの変動を電源電圧Ｖの調整で補正する制御を行ったとしても磁気圧縮への悪影響を回避することができる。
【００４４】
図３において、ｖc21，ｖc22，ｖc23の各電圧波形は、時刻τ１でピークに達する。電圧波形ｖc22，ｖc23に関しては、τ1でピークに達した後それぞれ時刻τ３，τ４までほぼ一定の値を保つ。
【００４５】
ただし、電圧値ｖc22，ｖc23がそれぞれτ3、τ4に至るまで徐々に低下していくのはつぎのような理由による。
【００４６】
たとえば、電圧波形ｖc22を例にとると、時刻τ1まではコンデンサＣ2にかかる電圧が上昇し、時刻τ1から時刻τ3までの間は、磁気スイッチＳＲがダイオードに似た作用をして電流ｉ22の流れを阻止する。しかし、電流ｉ22の流れを完全に阻止するのではなく、電流がわずかに磁気スイッチＳＲから漏れてコンデンサＣ3および充放電回路１の後段のコイルへ流れてしまったり、磁気アシスト１９方向へ逆流したりする。こうした漏れや逆流が電圧値ｖc22，ｖc23の徐々なる低下を招来するものである。また、こうした漏れや逆流は回路内でのジュール熱発生を招来してコンデンサ間でのエネルギー転送効率を幾分か低下させることになる。
【００４７】
なお、主スイッチ１８などの損失を考慮せずに理想的な素子として計算すると、コンデンサＣ1からコンデンサＣ２に電荷が完全に移行されるまでの時間（電流ｉ1が０になるまでの時間）τ１は、コンデンサＣ１，Ｃ２、コイルＬ１（磁気アシスト１９）が形成する電流ｉ1の流れるループの各容量、インダクタンスで決まり、次の回路方程式（３）から求めることができる。
【００４８】

が得られる。
【００４９】
以下、制御器３で行われる具体的な制御の内容を図２に示すフローチャートを併せ参照して説明する。本実施形態では、レーザガスの制御を併用することによって電源１７の電圧Ｖを上記制御最大電圧ＶM以下で変化させ、レーザ光ＬaのエネルギーＥを所望の一定レベルに制御する場合を想定している。
【００５０】
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。
【００５１】
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２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、電源１７の電圧Ｖの許容最大値Ｖmax、許容最小値Ｖminが設定されると共に、パルス数カウンタリセット（Ｎ＝０）が行われる。
【００５２】
ここで、許容最大値Ｖmaxは、上述した制御最大電圧ＶＭの値そのものを使用してもよく、制御最大電圧ＶＭよりも微小量Δｖだけ低い値ＶＭ−Δｖ（Δｖ＞０）を用いてもよい。
【００５３】
結局、電源電圧の許容最大値Ｖmaxが制御最大電圧ＶMと同一またはその値以下の値ＶＭ−Δｖになっていれば、コンデンサＣ1からコンデンサＣ2への全電荷転送終了前にコンデンサＣ2からコンデンサＣ3への電荷転送が開始されるという不具合が回避でき、本発明の目的を達成することができる。
【００５４】
許容最小値Ｖminは、ガスレーザの発振効率等のパラメータに配慮して適宜設計しておけばよい。
【００５５】
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、電圧検出器によって検出された充電電圧Ｖ、圧力センサ１３によって検出されたチャンバ内圧力Ｐが制御器３に逐次入力される。但し、検出充電電圧Ｖは指令電圧Ｖaで代用してもよい（ステップ１０２）。
【００５６】
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であれば充電電圧を｜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｜ΔＶ｜だけ下げて充電指令電圧Ｖaとする（ステップ１０６）。なお、以上のΔＶの計算は下記（４）式による。
【００５７】
ΔＶ＝Ｋ・（Ｅc−Ｅ） … (4)
但し、Ｋは正の定数であって、レーザ光のエネルギーを一定量だけ増減させるのに必要な電圧変化量を予め実測しておき、決定することができる。
【００５８】
さて、一般に目標値に近付ける制御を行う場合、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。本実施形態においても、上記目標レーザ出力Ｅcに不感帯を設けてもよい。すなわち、目標範囲の下限値Ｅc−ΔＥと上限値Ｅc＋ΔＥを設定しておき、この目標範囲Ｅc−ΔＥ〜Ｅc＋ΔＥ内に、レーザ出力Ｅが入るように制御してもよい。
【００５９】
さらに、制御器３は、上記ステップ１０４〜１０６で求められた指令充電電圧Ｖa（現在の充電電圧Ｖ）を、充電電圧制御範囲の最大値Ｖmax及び最小値Ｖminと比較し（ステップ１０７）、Ｖmin≦Ｖa≦Ｖmaxであれば、レーザガス圧Ｐを現在の圧力に維持した状態で（ステップ１０８）、次のステップ１１１へ移行する。
【００６０】
しかし、Ｖa＞Ｖmax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い、ガス圧ＰをΔＰだけ上昇させてからステップ１１１へ移行する（ステップ１１０）。
【００６１】
Ｖa＜Ｖmaxであれば、レーザチャンバ４内からレーザガスを所定量ΔＧ４だけ排気してガス圧をΔＰだけ減少させてからステップ１１１へ移行する（ステップ１０９）。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ガスは低下する傾向にあり、レーザチャンバ４内の全ガス圧Ｐはガス補給と共に上昇するので、上記排気工程（ステップ１０９）は不要な場合が多い。
【００６２】
以上のようにレーザガスの制御（レーザガスの補給工程（ステップ１１０））を行っているのは、電圧の制御（電圧の上昇変化（ステップ１０５））だけでは、レーザ出力Ｅを補償できないほどにレーザガスが劣化してしまうことがあり、これに対処するためである。こうしたレーザガスの制御は既に多数の文献で開示されているものを用いることができる。
【００６３】
すなわち、ガスを補給する場合には（ステップ１１０）、レーザチャンバ４内部を排気ポンプ１２で真空排気して上で新規なレーザガスをレーザチャンバ４内部に封入するというガス制御を行うことが考えられる。このとき、レーザチャンバ４を開封はせず、各ガスのボンベ９，１０，１１からバルブ14a，14b，14c，14d，14eで流量を制御しながらガスをチャンバ内へ送ることができる。
【００６４】
また、レーザ装置運転中には、ハロゲンガスをレーザチャンバ４内に補給する制御も行っている。
【００６５】
すなわち、エキシマレーザ運転中は、電極蒸発物等とハロゲンガスが反応してフッ化金属を生成し、ハロゲンガスは減少する一方である。この減少はレーザ運転時間あるいはレーザ発振パルス数Ｎに比例している。
【００６６】
そこで、発振パルス数Ｎに比例した量のハロゲンガスをレーザチャンバ４内に補給するために、カウントパルス数Ｎが所定の設定値Ｎcに達する毎に、ハロゲンガスを所定量ΔＧ２だけレーザチャンバ内に補給している（ステップ１１３，１１４，１１５）。
【００６７】
この補給時点でカウントＮが０にリセットされ（ステップ１１６）、ステップ１１へ移行する。上記パルス数Ｎは、光出力検出器１５における検出回数をカウントすることによって得るようにしてもよく、あるいはレーザ発振指令であるトリガ信号の回数をカウントすることによって得るようにしてもよい。
【００６８】
ステップ１１１では、レーザチャンバ４内のガス圧力Ｐが許容範囲内（最小値Ｐminと最大値Ｐmaxの間）にあるか否かを判断している。この圧力許容範囲外ではレーザ発振の効率低下などの問題があり、レーザ運転の継続は好ましくない。また、レーザチャンバ４内の全ガスの交換、劣化部品の交換が必要である。 そこで、圧力許容範囲外の場合には、ステップ１１２においてアラーム表示、エラー処理等の異常処理がなされる。この異常処理は、例えばレーザチャンバ４を真空引きして新しいレーザガスを封入するという処理のことである。
【００６９】
なお、上述したレーザガス制御は、既に周知となっているさまざまな制御が可能である。例えば、カナダのLUMONICS社が公表している技術（Excimer Lasers.Current Trendes and Future Directions Paper Presented at SPIE O-E/LASE'89 J.Reid etal.）のように、電源電圧が上昇してある設定値に達したときに、ハロゲンガスを注入して電源電圧を下げる制御（上記文献のFigure.4）を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施形態の構成を示す図である。
【図２】図２は本実施形態の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は実施形態の充放電回路の各部の電圧、電流の波形を示すグラフである。
【図４】図４は図５に示す充放電回路の各部の電圧、電流の波形を示すグラフである。
【図５】図５は磁気圧縮回路を用いた充放電回路を例示した図である。
【符号の説明】

Claims (5)

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、
   前記充放電回路は、
   前記電源の電圧に応じて充電される第１のコンデンサと、前記主スイッチのオン動作に応じて前記第１のコンデンサに蓄積された電荷が転送される第２のコンデンサと、該第２のコンデンサに蓄積された電荷が転送される第３のコンデンサと、前記主スイッチがオンされてから電源の電圧の大きさに応じた時刻に、前記第２のコンデンサに蓄積された電荷の前記第３のコンデンサへの転送を開始する前記磁気スイッチと
   を具えており、
   前記第１のコンデンサの蓄積電荷が全て前記第２のコンデンサに転送された時点で、前記磁気スイッチが前記第２のコンデンサから前記第３のコンデンサへの電荷の転送を開始するタイミングとなるよう前記電源の電圧値を予め求めておき、この電圧値を制御最大電圧として設定する制御最大電圧設定手段と、
   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検出された前記レーザ光の出力が目標値又は目標範囲内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又は前記目標範囲内に入るように、前記電源の電圧を前記制御最大電圧設定手段で設定された制御最大電圧以下の範囲で変化させる電圧制御手段と
   を具えた放電励起型レーザ装置における制御装置。
2. 前記電源の電圧が前記制御最大電圧よりも大きくならないように、レーザチャンバ内のレーザガスを制御するレーザガス制御手段をさらに具えた請求項１記載の放電励起型レーザ装置における制御装置。
3. 前記制御最大電圧設定手段で設定された制御最大電圧よりも所定量だけ小さい許容最大電圧を予め設定する許容最大電圧設定手段
   をさらに具え、
   前記電圧制御手段は、
   前記出力検出手段によって検出された前記レーザ光の出力が目標値又は目標範囲内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又は前記目標範囲内に入るように、前記電源の電圧を前記許容最大電圧設定手段で設定された許容最大電圧以下の範囲で変化させるようにした、
   請求項１記載の放電励起型レーザ装置における制御装置。
4. 前記電源の電圧が前記許容最大電圧よりも大きくなった場合に、前記電源の電圧が前記許容最大電圧以下になるように、レーザチャンバ内のレーザガスを制御するレーザガス制御手段をさらに具えた請求項３記載の放電励起型レーザ装置における制御装置。
5. 前記レーザガス制御手段は、前記レーザチャンバ内を真空引きした後に、新規なレーザガスを当該レーザチャンバ内に封入する制御を行うものである請求項２または４記載の放電励起型レーザ装置における制御装置。

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