JPH02228086A - フッ素系エキシマレーザーの出力安定化制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用骨Ｗ］ 本発明は、フッ素含有ガスを使用するエキシマレーザ−
装置においてフッ素濃度を制御することにより出力を安
定化させる方法およびその装置に関するものである。

［従来の技術およびその解決しようとする課題］フッ素
系エキシマレーザ−は、ガス成分としてＡｒ−Ｆ２−Ｈ
ｅ、ＮｅまたはＫｒ−Ｆ２−）１ｅ、Ｎｅが使用されて
おり、上記ガス中に含まれるフッ素の含有量は普通０．
１〜１％程度である。

このエキシマレーザ−装置は、作動中に出力の低下が起
きる場合があるが、その主な原因はガス中のフッ素濃度
の低下によるもので、そのため迅速なフッ素濃度の測定
とその結果をフィードバックさせてフッ素濃度を制御す
る装置の開発が望まれていた。

本出願人は、特願昭６３−３３０１１５　　ｒフッ素濃
度測定方法およびその装置」、平成元年１月３０日出願
の「含フツ素ガス成分濃度測定方法およびそめ装置ｊ等
において、フッ素ガスを酸素や二酸化炭素等の他のガス
に定量的に変換せしめた後、その濃度を検知器により検
出することにより、フッ素を含むガス中のフッ素濃度を
迅速に測定する方法を提案した。

本出願人はさらに上記フッ素濃度の測定方法に基づいて
検知器による情報をフッ素ガス供給系にうまくフィード
バックさせ、ガス中のフッ素濃度をコントロールできる
ような方法、装置を案出した０本発明により、エキシマ
ガスレーザー中のフッ素濃度を一定に保ち安定した出力
を維持することを目的とした装置および方法を提供でき
ることとなった。

［問題点を解決するための手段］ すなわち本発明は、レーザー装置内部のフッ素等を含む
試料ガス中のフッ素を他のガスに変換した後、検出器に
導き濃度を測定し、濃度測定信号を受けてフッ素ガス濃
度を設定値まで補正するための演算を行った後、演算結
果に従い装置内のフッ素ガス濃度が設定値になるようフ
ッ素ガス導入量をコントロールすることを特徴とするフ
ッ素系エキシマレーザ−の出力安定化制御方法、および
レーザー装置内部のフッ素等を含む試料ガス中のフッ素
を他のガスに変換した後、検出器に導き濃度を測定する
測定部、濃度測定信号を受けてフッ素ガス濃度を設定値
まで補正するための演算部、演算結果に従い装置内のフ
ッ素ガス濃度を設定値まで操作するための流量制御装置
を有する供給部よりなるフッ素系エキシマレーザ−の出
力安定化制御装置である。

本発明の装置は第１図に示すような装置よりなる。まず
、レーザー装置内のガスをカラム■に流す、カラム■は
前記本出願人の発明に詳述しているように、アルカリ金
属またはアルカリ土類金属の化合物、例えば水酸化？Ｉ
（水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム
、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化スト
ロンチウム、水酸化バリウム等）、酸化物（例えば酸化
リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシ
ウム、酸化マグネシウム、酸化バリウム等）、炭酸塩（
例えば炭酸リチウム、炭酸ソーダ、炭酸カリウム、炭酸
マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、
炭酸バリウム等）、重炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩またはソ
ーダライム（水酸化カルシウム、酸化カルシウム、水酸
化ナトリウム、水等の混合物）からなる充填層を使用す
ることができ、この場合下記に示す化学反応により定量
的に酸素が発生する。

Ｆ２　＋Ｃａ（ＯＨ）２−＋　ＣａＦ２　＋＋Ｉ２０　
＋１／２０２　＝ｌａｌ一方アルカリアルカリ金属ルカ
リ土類金属の化合物の炭酸塩または重炭酸塩をカラム■
として使用した場合は酸素とともに二酸化炭素も定置的
に発生する。

カラム■は、室温においても使用可能であるが、１００
℃以上に保つのが好ましい。カラムおよびカラムまでの
導入管の材質はモネル、ステンレス鋼等のものが使用で
きるが、使用前にフッ素によるパッシベーションを行う
必要がある。

カラムは、８ｍ−φで約１００ｍｍ程度あれば十分であ
る。

上述のように、カラム■によって定量的に他のガスに変
換され、これを含むガスは検知器よりなる測定部に導入
される。

測定部■では、カラム■によって発生するガスの濃度を
測定して元のフッ素ガス濃度に換算するもので、その濃
度を迅速に測定でき測定した結果を電気信号に変えられ
る装置であればどんなものでも使用できるが、各種セン
サーは迅速にその濃度が測定でき、得られる情報が電気
信号であるので後述する制御系への伝送を考えても、極
めて優れた方法である。

変換ガスが酸素の場合に用いる酸素センサーは、検知部
が酸素イオン導電体で、両端の酸素濃度勾配により濃淡
電池を形成するものであれば、どんなものでも使用でき
るが、特にジルコニアに酸化カルシウム、酸化イツトリ
ウム等を固溶化させたいわゆる安定化ジルコニウムは、
高温において酸素イオン導電体となり、この焼結体を使
用することにより、未知試料の酸素濃度を測定開始後数
十秒という早さで正確に測定することができる。

このジルコニア式酸素センサーの場合の濃度測定方法と
しては、普通レーザー中のガスの圧力は大気圧より１　
　ｋｇ／ｃｊ以上高いので、レーサー装置に直結したバ
ルブを開くことによりガスはカラムに流れ込むが、バル
ブを開いた状態で数分間保つことにより、十分その濃度
を測定することができる。

また、変換ガスが炭酸ガスである場合には、センサーと
して赤外吸収率を測定できる装置等を用いて炭酸ガス濃
度を測定した後換算することによりフッ素ガス濃度を求
めることができる。

測定方法は、酸素センサーと同様である。

これら濃度の測定においては、初めに既知の濃度と測定
値の関係を検！線として求めておき、これにより測定値
を補正すればよい。

このように測定部■で測定した濃度信号は濃度Ｉ旨示と
して指示部■で計器等により表示することができる。こ
の信号はその後演算部■に伝送されることになるが、こ
れをジルコニア式酸素センサーに例をとって説明すると
、測定部■で得られた濃度信号（電圧０−５Ｖ　　Ｄ、
Ｃ，）は制御ケーブルで演算部■に伝送され、目標濃度
と指示値との補正量をプログラマブルコントローラー等
を用いて演算し、その結果（電圧出力０−５Ｖ　　Ｄ、
Ｃ，）を制御ケーブル等で伝送し、マスフローコントロ
ーラー等の流量制御装置を含む供給部で設定された流量
のフッ素ガスを導入するものである。演算部における補
正量の計算式は例えば下記の式等による。

×装置ガス量［ｃｃｌＸ−ＸＫ・・・・・・（ｂ）ただ
し、上式でＭは目標濃度に達するまでの時間［ｍｉｎ］
　、Ｋは補正係数である。

マスフローコントローラーは、普通関度ヲコントロール
できるバルブ、流量検出部および設定量との偏差値を調
整する部分よりなり、これにより設定した流量または設
定した導入量のガスが導入できるものである。

エキシマガスレーザー装置の作動中に出力の低下の原因
として、ガス中のフッ素濃度の低下の他、酸素、その他
の不純物ガスの生成も考えられ、この場合の精製法とし
て種々の充填層、すなわち固定アルカリ充填層やゼオラ
イト充填層等を使用して、その充填層を通過させること
によりガス中の不純物を除去する方法を本出願人が特願
昭６１−１２２２０６　　ｒ希ガスハライドエキシマレ
ーザ−ガスの精製法」や平成元年１月３０日出願の「エ
キシマレーザ−ガスの精製方法並びにその装置」で提案
しているが、上記方法および装置と本発明の方法および
装置を組合せ、精製装置を使用しながらフッ素濃度を制
御する方法も必要に応じて採用することができる。

［実施例］ 以下、実施例により詳しく説明するが、本発明はかかる
実施例に限られるものではない。

実施例１ 第１図に示す装置を用いて、本発明を実施した。すなわ
ち、エキシマレーザ−のガスとしてフッ素７０．２Ｌ　
クリプトン４．８Ｌヘリウム：９５２に設定した組成の
ものを使用し、レーザー発振前にその濃度を測定し、こ
の濃度を目標濃度として維持するようプログラマブルコ
ントローラー（演算部■）を設定する。

カラム■にはモネル製８φＸ１００Ｌのカラムにソーダ
ライム８ｇを充填したものを用いた。

フッ素ガスが通過する配管は、５Ｏ５−３１６製のもの
を用い、カラム■、配管とも実施前にフッ素ガスによる
パフシベーシッンを行い使用した。

また、供給部■はマスフローコントローラーを用い、Ｃ
ｂ１式によりその導入量を調整した。

レーザー装置発振後、３０分毎にカラム■に接続してい
る配管の自動弁を２分間開け、ガス中のフッ素濃度を測
定し、自動的に低下分のフッ素ガスを供給した。

この結果レーザー装置の出力は非常に安定した状態を保
った。

比較例 実施例と同じレーザー装置を用い、初めのガス成分を同
じにしたが、濃度の補正は行わず連続発振を行ったとこ
ろ、出力が次第に低下し、４時間後には、初期出力の５
０％になった。

〔発明の効果Ｊ 本発明によれば、第１図で示すようなフッ素ガス濃度測
定装置、演算部、供給部を組み合わせて自動的にエキシ
マレーザ−ガス中のフッ素濃度を正確に測定し、その結
果を供給系にフィードバックすることにより、フッ素濃
度を自動的に制御することができるので、エキシマレー
ザ−の出力を極めて安定した形で維持することができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の一例の概略図を示す。 ■・・−・・・カラム　　■・・・・・・測定部■・・
・・・・指示部（表示部） ■・・・・・・演算部　　　■・・・・・・供給部第 図 ］６一

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザー装置内部のフッ素等を含む試料ガス中の
   フッ素を他のガスに変換した後、検出器に導き濃度を測
   定し、濃度測定信号を受けてフッ素ガス濃度を設定値ま
   で補正するための演算を行った後、演算結果に従い装置
   内のフッ素ガス濃度が設定値になるようフッ素ガス導入
   量をコントロールすることを特徴とするフッ素系エキシ
   マレーザーの出力安定化制御方法。
2. （２）レーザー装置内部のフッ素等を含む試料ガス中の
   フッ素を他のガスに変換した後、検出器に導き濃度を測
   定する測定部、濃度測定信号を受けてフッ素ガス濃度を
   設定値まで補正するための演算部、演算結果に従い装置
   内のフッ素ガス濃度を設定値まで操作するための流量制
   御装置を有する供給部よりなるフッ素系エキシマレーザ
   ーの出力安定化制御装置。