JP4906752B2 - 放電励起式ガスレーザ装置およびその故障箇所判別方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザチャンバに設けられたピーキングコンデンサとパルスパワーモジュールに設けられた磁気パルス圧縮回路との間に電流センサを設けた放電励起式ガスレーザ装置に関し、また当該電流センサの計測値を用いてレーザチャンバとパルスパワーモジュールの何れが故障しているか判別する故障箇所判別方法に関する。

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプから波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。さらに、次世代の半導体露光用光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ装置及び波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ2 ）レーザ装置等の紫外線を放出するガスレーザ装置が有力である。

ＫｒＦエキシマレーザ装置においては、フッ素（Ｆ2 ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス及びバッファガスとしてのネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガスがレーザガスとして使用される。またＡｒＦエキシマレーザ装置においては、フッ素（Ｆ2 ）ガス、アルゴン（Ａr ）ガス及びバッファガスとしてのネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガスがレーザガスとして使用される。またフッ素（Ｆ2 ）レーザ装置においては、フッ素（Ｆ2 ）ガス及びバッファガスとしてヘリウム（Ｈe ）等の希ガスからなる混合ガスがレーザガスとして使用される。各レーザ装置において、レーザガスは数百ＫＰａでレーザチャンバに封入される。

レーザチャンバの内部には、一対の主放電電極とこの主放電電極に並列に接続されるピーキングコンデンサとを含む放電回路が形成される。レーザチャンバにはパルスパワーモジュールが機械的に接続されており、このパルスパワーモジュールの内部には、レーザチャンバの放電回路と電気的に接続される磁気パルス圧縮回路が形成される。

充電回路から供給されるエネルギーは磁気パルス圧縮回路でパルス圧縮されエネルギーは放電回路のピーキングコンデンサに転送される。ピーキングコンデンサにパルス圧縮されたエネルギーが転送されると、主放電電極に高電圧が印加される。主放電電極間にかかる電圧がある値（ブレークダウン電圧）に達すると、主放電電極間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始し、この主放電によってレーザ媒質であるレーザガスが励起される。するとパルス状のレーザ光が出力される。

こうした放電励起式ガスレーザ装置において、レーザ出力に何らかの異常が発生した場合、例えばレーザ出力がゼロになった場合などには、レーザチャンバ、パルスパワーモジュールの何れかのモジュールが故障している可能性がある。

パルスパワーモジュールとレーザチャンバは取り扱う電圧が数十ｋＶと非常に高く、また低インダクタンスとなるように密に接続されているため、故障検出用の電圧測定が困難になる。また電圧測定装置をレーザ装置の内部に設けるとなると、レーザ装置自体の大型化を招くことになる。レーザ装置の稼働現場は設置スペースが限られるケースが多く、大型のレーザ装置は望ましくない。そこでパルスパワーモジュールとレーザチャンバの何れが故障しているかを特定することは困難であった。

放電励起式ガスレーザ装置が動作する際には磁気パルス圧縮回路及び放電回路に数十ｋＶの高電圧が印加される。このため従来のように高電圧プローブなどの電圧測定装置の一部をパルスパワーモジュールの筐体の窓から出した状態でレーザ装置を動作させる検査には危険が伴う。また電圧測定装置の接触子が磁気パルス圧縮回路と放電回路との接続箇所以外の部位に接続する虞もあり、こうした点でも危険がある。さらにこうした場合は新たな故障を招くことにもなる。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、パルスパワーモジュールとレーザチャンバの何れが故障しているかを安全且つ短時間で判別できるようにすることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、第１発明は、
主放電電極と当該主放電電極に並列に接続されるピーキングコンデンサとを有するレーザチャンバと、電源から供給されるパルスエネルギーをパルス圧縮する磁気パルス圧縮回路を有するパルスパワーモジュールと、を備え、前記磁気パルス圧縮回路から前記ピーキングコンデンサにパルス圧縮したエネルギーを転送し前記主放電電極間でパルス放電を発生させることによって、前記レーザチャンバ内に封入されたレーザガスを励起してパルスレーザ光を出力する放電励起式ガスレーザ装置において、
前記ピーキングコンデンサと前記パルス電源回路との間に流れる電流を検出するセンサを設けた
ことを特徴とする。

第１発明は、レーザチャンバ内に形成される放電回路のピーキングコンデンサとパルスパワーモジュール内に形成される磁気パルス圧縮回路との間に流れる電流を電流センサで検出する。電流センサからは出力端子が引き出されており、オシロスコープなど電流観測できる装置が容易に接続できるようになっている。

また第２発明は、第１発明において、
前記センサは絶縁油に浸漬される
ことを特徴とする。

電流センサを空間中に設ける場合は周囲との絶縁を確保するためにある程度の空間が必要になる。対して電流センサを絶縁油に浸漬すれば絶縁を確保するための空間が小さくて済み、電流センサの設置スペースが小さく済む。一般に磁気パルス圧縮回路とピーキングコンデンサはエネルギー転送時のエネルギー損失を小さくするために極力近接される。電流を検出する電流センサの設置スペースが小さければ、磁気パルス圧縮回路とピーキングコンデンサとの間隔を大きく広げる必要がなく、エネルギー損失が大きくなることもない。 なおパルスパワーモジュール内で磁気パルス圧縮回路が絶縁油に浸漬されている場合は、磁気パルス圧縮回路と共に電流センサをその絶縁油に浸漬すればよい。

また第３発明は、
主放電電極間でパルス放電を発生させることによってレーザガスを励起してレーザ光を出力する放電励起式ガスレーザ装置の故障箇所を判別する放電励起式ガスレーザ装置の故障箇所判別方法において、
前記放電励起式ガスレーザ装置は、
前記主放電電極と当該主放電電極に並列に接続されるピーキングコンデンサとを有するレーザチャンバと、
電源から供給されるパルスエネルギーをパルス圧縮して前記ピーキングコンデンサに転送する磁気パルス圧縮回路を有するパルスパワーモジュールと、
前記ピーキングコンデンサと前記磁気パルス圧縮回路との間に流れる電流を検出するセンサと、を備えており、
前記センサで電流を計測し、
計測値が正常値であれば前記レーザチャンバが故障していると判別し、計測値が異常値であれば前記パルスパワーモジュールが故障していると判別する
ことを特徴とする。

第３発明は第１発明の電流センサを用いてレーザチャンバとパルスパワーモジュールの何れが故障しているかを判別する方法である。

電流センサの測定値が正常値の範囲内にあれば、電流センサの上流側にあるパルスパワーモジュールに故障が無く、電流センサの下流側にあるレーザチャンバに故障が有ると判断できる。逆に電流センサの測定値が異常値の範囲内にあれば、電流センサの上流側にあるパルスパワーモジュールに故障が有り、電流センサの下流側にあるレーザチャンバに故障が無いと判断できる。

本発明によれば、電流センサが磁気パルス圧縮回路と放電回路のピーキングコンデンサとの間に設けられる。電流センサは高電圧プローブのような電圧測定装置と比較して小型であり、電流センサを備えたレーザ装置は電圧測定装置を備えたレーザ装置ほど大型化しない。電流センサが予めレーザ装置に設けられていれば、故障検査時の作業は電流センサの測定値を外部の装置で確認するのみで済み、作業自体が容易であり又危険な作業を伴うこともない。

さらに本発明によれば、電流センサを絶縁油に浸漬することで電流センサ自身及び電流センサの設置スペースを小型化することができる。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１はレーザチャンバ及びパルス充電器の機械的な接続関係を示す図である。図２はレーザチャンバ内の放電回路とパルスパワーモジュール内の磁気パルス圧縮回路との接続関係を示す図である。
図１に示すように、レーザチャンバ１０の内部にはレーザガスが封入されると共に、一対の主放電電極１２、１３とピーキングコンデンサＣpを含む放電回路１１が形成される。一対の主放電電極１２、１３はアノード及びカソードからなり、アノードとカソードは互いに長手方向が平行するように又放電面が対向するように又所定距離だけ離間するように配置される。レーザチャンバ１０にはパルスパワーモジュール２０が接続される。パルスパワーモジュール２０の内部には絶縁油２２で満たされたタンク２３が設けられており、絶縁油２２には磁気パルス圧縮回路２１と電流センサ４２が浸漬される。レーザチャンバ１０とパルスパワーモジュール２０はモジュール化されている。

パルスパワーモジュール２０の磁気パルス圧縮回路２１とレーザチャンバ１０の放電回路１１は図２に示されるような構成である。図２に示される回路において、放電回路１１はレーザチャンバ１０の内部に設けられ、磁気パルス圧縮回路２１、昇圧用トランスＴ、固体スイッチＳＷ、磁気アシストＳＲ1、主コンデンサＣ0及び電流センサ４２はパルスパワーモジュール２０の内部に設けられ、充電回路３１は充電器３０の内部に設けられる。放電回路１１には主電極１２、１３とピーキングコンデンサＣpが設けられ、磁気パルス圧縮回路２１には転送コンデンサＣ1、Ｃ2と磁気スイッチＳＲ2、ＳＲ3が設けられる。

主放電電極１２、１３にはピーキングコンデンサＣpが並列に接続される。ピーキングコンデンサＣpには磁気スイッチＳＲ3と転送コンデンサＣ2を含む直列回路が並列に接続される。転送コンデンサＣ2には磁気スイッチＳＲ2と転送コンデンサＣ1を含む直列回路が並列に接続される。転送コンデンサＣ1には昇圧用トランスＴの２次巻線Ｔ2が並列に接続される。
一方、充電回路３１の出力端には主コンデンサＣ0が並列に接続される。主コンデンサＣ0には磁気アシストＳＲ1と昇圧用トランスＴの１次巻線Ｔ1と固体スイッチＳＷからなる直列回路が並列に接続される。

図２に示される回路において、磁気パルス圧縮回路２１と放電回路１１とを電気的に接続する配線４１には電流センサ４２が設けられる。電流検出センサ４２は磁気パルス圧縮回路２１から放電回路１１に流れる電流を検出できるものであればよく、その形態は問わない。電流センサ４２の一例として、ホール素子と一部に切込みのある環状の磁性芯を組み合わせたホール素子型電流センサがある。本実施形態は、環状の磁性芯に配線４１が挿通される形態で電流センサ４２が設けられる。電流センサ４２はパルスパワーモジュール２０内の絶縁油２２に磁気パルス圧縮回路２１と共に浸漬されるが、絶縁油２２に浸漬されなくてもよい。また本実施形態ではパルスパワーモジュール２０の内部に設けられているが、レーザチャンバ１０の内部に設けられてもよい。電流センサ４２はパルスパワーモジュール２０の外部に出力端子４２ａを有する。出力端子４２ａにはオシロスコープなど電流観測する装置を接続できる。

図３は本実施形態における故障判断処理の全体の流れを示す図である。
レーザ出力に異常が検出され、その原因が回路系統にあると判断された場合（ステップ０１）は次の様に通常のレーザ発振と同じ様な故障判断用のレーザ発振が行われる。

転送コンデンサＣ2からピーキングコンデンサＣpにエネルギーが転送される際に、電流センサ４２によって配線４１を流れる電流を検出する（ステップ０２）。作業員は電流センサ４２の測定値を出力端子４２ａに接続したオシロスコープで確認する。

電流センサ４２の測定値が正常値の範囲内にあれば配線４１を流れる電流に異常がないことになる（ステップ０３判断ＹＥＳ）。すなわち電流センサ４２の上流側にあるパルスパワーモジュール２０に故障が無く、電流センサ４２の下流側にあるレーザチャンバ１０に故障が有ると判断できる（ステップ０４）。作業員はレーザ装置からレーザチャンバ１０を取り外し、交換用のレーザチャンバ１０を新たに取り付けてレーザ装置を復旧させる。取り外されたレーザチャンバ１０は故障箇所を修理された後に交換用のレーザチャンバ１０として再利用される。

電流センサ４２の測定値が異常値の範囲内にあれば配線４１を流れる電流に異常があることになる（ステップ０３判断ＮＯ）。すなわち電流センサ４２の上流側にあるパルスパワーモジュール２０に故障が有り、電流センサ４２の下流側にあるレーザチャンバ１０に故障が無いと判断できる（ステップ０５）。作業員はレーザ装置からパルスパワーモジュール２０を取り外し、交換用のパルスパワーモジュール２０を新たに取り付けてレーザ装置を復旧させる。取り外されたパルスパワーモジュール２０は故障箇所を修理された後に交換用のパルスパワーモジュール２０として再利用される。

本実施形態によれば、電流センサが磁気パルス圧縮回路と放電回路のピーキングコンデンサとの間に設けられる。電流センサは高電圧プローブのような電圧測定装置と比較して小型であり、電流センサを備えたレーザ装置は電圧測定装置を備えたレーザ装置ほど大型化しない。電流センサが予めレーザ装置に設けられていれば、故障検査時の作業は電流センサの測定値を外部の装置で確認するのみで済み、作業自体が容易であり又危険な作業を伴うこともない。

さらに本実施形態によれば、電流センサを絶縁油に浸漬することで電流センサ自身及び電流センサの設置スペースを小型化することができる。

レーザチャンバ及びパルス充電器の機械的な接続関係を示す図。 レーザチャンバ内の放電回路とパルスパワーモジュール内の磁気パルス圧縮回路との接続関係を示す図。 本実施形態における故障判断処理の全体の流れを示す図。

符号の説明

１０…レーザチャンバ、１１…放電回路、１２、１３…主放電電極溝、
２０…パルスパワーモジュール、２１…磁気パルス圧縮回路、
３０…充電器、３１…充電回路、
４１…配線、４２…電流センサ
Ｃp…ピーキングコンデンサ

Claims (3)

1. 主放電電極と当該主放電電極に並列に接続されるピーキングコンデンサとを有するレーザチャンバと、電源から供給されるパルスエネルギーをパルス圧縮する磁気パルス圧縮回路を有するパルスパワーモジュールと、を備え、前記磁気パルス圧縮回路から前記ピーキングコンデンサにパルス圧縮したエネルギーを転送し前記主放電電極間でパルス放電を発生させることによって、前記レーザチャンバ内に封入されたレーザガスを励起してパルスレーザ光を出力する放電励起式ガスレーザ装置において、
   前記ピーキングコンデンサと前記パルス電源回路との間に流れる電流を検出するセンサを設けた
   ことを特徴とする放電励起式ガスレーザ装置。
2. 前記センサを絶縁油に浸漬する
   ことを特徴とする請求項１記載の放電励起式ガスレーザ装置。
3. 主放電電極間でパルス放電を発生させることによってレーザガスを励起してレーザ光を出力する放電励起式ガスレーザ装置の故障箇所を判別する放電励起式ガスレーザ装置の故障箇所判別方法において、
   前記放電励起式ガスレーザ装置は、
   前記主放電電極と当該主放電電極に並列に接続されるピーキングコンデンサとを有するレーザチャンバと、
   電源から供給されるパルスエネルギーをパルス圧縮して前記ピーキングコンデンサに転送する磁気パルス圧縮回路を有するパルスパワーモジュールと、
   前記ピーキングコンデンサと前記磁気パルス圧縮回路との間に流れる電流を検出するセンサと、を備えており、
   前記センサで電流を計測し、
   計測値が正常値であれば前記レーザチャンバが故障していると判別し、計測値が異常値であれば前記パルスパワーモジュールが故障していると判別する
   ことを特徴とする放電励起式ガスレーザ装置の故障箇所判別方法。

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