JPH04334079A - エキシマレーザ装置のガス供給方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエキシマレーザ装置にレ
ーザガスを供給する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、たとえば実開平１−１４６５６
５号に示された従来のエキシマレーザ用ガス供給装置の
構造を示す説明図である。図中、１はレーザ筐体、２は
圧力計、３〜６、９〜１７はいずれもバルブ、１８はハ
ロゲンガスボンベ、１９は第１の希ガスボンベ、２０、
２１は第２の希ガスボンベである。

【０００３】この従来のガス供給装置においては、１８
〜２１の各ガスボンベから混合ガスの各成分ガスを別々
に供給し、圧力計２で調整して所定の濃度のガス混合比
になるようにガス充填が行なわれる。

【０００４】その例としてＫｒＦ　エキシマレーザのば
あいについて説明する。ＫｒＦ　エキシマレーザは、た
とえば表１に示されるガス混合比で運転される。この例
では、ハロゲンガスとしてＦ２　ガス、第１の希ガスと
してＫｒガス、第２の希ガスとしてＮｅガス（またはＨ
ｅガス）がそれぞれ用いられている。これらのガスを供
給するガス源の一例としては、（一般に）表２に示され
るガスが充填されたボンベが使用される。表２に示され
るガスボンベを使用するばあい、ボンベ１８のガスを５
〜２５％、ボンベ１９のガスを１〜５％、バッファとし
てボンベ２０のガスを充填すると表１に示した混合比に
なる。これらのガスの混合、充填は圧力計２の指示値に
したがって行なわれる。

【０００５】

【表１】

【０００６】

【表２】 以上のようにガスが充填されたのちに、レーザの定常運
転が行なわれる。

【０００７】エキシマレーザは活性なハロゲンガスを含
むガス中で放電を行なうことによりレーザ光をえている
ので、定常運転にともなってハロゲンガスがレーザ装置
の部材と反応して減少する。このようにハロゲンガスが
減少した際には、ボンベ１８のガスのみを再添加して、
減少したハロゲンガスの補充を行なうことによって適切
なガス混合比に回復させるという操作が行なわれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のガ
ス供給方法においては、レーザガス中の数種類のガス成
分をそれぞれ別のガスボンベから供給していたので、ガ
スの種類の数だけのガスボンベが必要であり、装置が非
常に複雑であった。さらにガスの混合は圧力計の指示値
にしたがって行なっていたので、各ガスを精度よく混合
するためには、非常に複雑な制御が必要であった。

【０００９】またハロゲンガスは活性であり、ガスボン
ベ内で反応して濃度低下をおこしやすいが、従来のガス
供給方法ではガスボンベのガス濃度を不変とみなして圧
力のみを考慮して充填していたため、ボンベ内でガス濃
度が変化したばあいには精度がわるくなってしまうとい
う問題点があった。

【００１０】さらには、前記のようにレーザの運転によ
りハロゲンガスが減少した際にハロゲンガスの補充を行
なうが、従来のように希ガスで２〜２０％程度に希釈し
たガスボンベを使用すると、ハロゲンガス補充と同時に
希釈に用いた希ガスも添加され、結果的に希ガスの濃度
が適切な濃度を超過してしまい、最適条件からはずれ、
出力が充分に回復しなくなる。そのような状態がより顕
著になると全ガスの交換をしなければならないという問
題点もあった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ハロゲンガス
と第１の希ガスと第２の希ガスとからなり、それらの混
合比がａ／ｂ／ｃの混合ガスをレーザ媒質として用いる
エキシマレーザ装置にレーザガスを供給する方法であっ
て、ハロゲンガスと第１の希ガスと第２の希ガスとの混
合比が（ｎ×ａ）／ｂ／ｃ（ｎは１＜ｎ＜１００　を満
たす数）の３成分混合ガスと、第１の希ガスと第２の希
ガスとの混合比がｂ／ｃの２成分混合ガスとを用いてレ
ーザガスを供給することを特徴とするエキシマレーザ装
置のガス供給方法および前記エキシマレーザ装置にハロ
ゲンガスを補給する方法であって、ハロゲンガスと第１
の希ガスと第２の希ガスとの混合比が（ｎ×ａ）／ｂ／
ｃ（ｎは１＜ｎ＜１００を満たす数）の３成分混合ガス
を用いてハロゲンガスの補給を行なうことを特徴とする
エキシマレーザ装置のガス供給方法に関する。

【００１２】

【作用】本発明におけるエキシマレーザ装置のガス供給
方法においては、３成分混合ガスのボンベと２成分混合
ガスのボンベの２種類のガスボンベからそれぞれ所定の
量のガスを供給することにより、レーザガスとして適切
な混合比が容易にえられる。

【００１３】また、ハロゲンガス濃度を測定しながらガ
スを充填するので、ハロゲンガスの入っているボンベの
ハロゲンガス濃度が変動しても常に安定した混合比のレ
ーザガスを供給することができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１を用いて説明す
る。図中、１はレーザ筐体、２はレーザ筐体内に接続さ
れ、充填されたガスの圧力を指示する圧力計、３〜６は
いずれもレーザ筐体にガスを導入するためのバルブ、７
はレーザガスを構成するハロゲンガスと第１の希ガスと
第２の希ガスとからなる３成分混合ガスボンベ、８は同
じく第１の希ガスと第２の希ガスとからなる２成分混合
ガスボンベである。

【００１５】本発明の方法では、レーザ筐体１にハロゲ
ンガス／第１の希ガス／第２の希ガスがａ／ｂ／ｃの混
合比（モル比、以下同様）のレーザガスを充填するため
に、ハロゲンガス／第１の希ガス／第２の希ガスが（ｎ
×ａ）／ｂ／ｃ（ｎは１＜ｎ＜１００　を満たす数）の
混合比の３成分混合ガスが充填されたボンベ７と、第１
の希ガス／第２の希ガスがｂ／ｃの混合比の２成分混合
ガスが充填されたボンベ８が使用される。

【００１６】前記ｎはボンベ７の３成分混合ガス中のハ
ロゲンガス濃度と、最終的な混合ガスであるレーザガス
中のハロゲンガス濃度の比を示す係数である。すなわち
、ボンベ７の３成分混合ガス中においては、その構成成
分であるハロゲンガス、第１の希ガス、第２の希ガスの
うち、ハロゲンガスのみがレーザガス中の濃度のｎ倍に
なっている。本発明においては１＜ｎ＜１００であるの
で、ボンベ７の３成分混合ガス中のハロゲンガス濃度は
レーザガス中のハロゲンガス濃度の設定値よりも高くな
っている。このようにボンベ７の３成分混合ガスはハロ
ゲンガスのみが高濃度になっているので、レーザ筐体に
ガスを充填して所定のガス混合比をうるために、レーザ
ガス中のハロゲンガス以外の構成成分である第１の希ガ
ス、第２の希ガスからなるボンベ８の２成分混合ガスに
よって希釈を行ない、最終的なレーザガスとしてはｎ＝
１、つまりａ／ｂ／ｃとするものである。なお、このと
きボンベ７の３成分混合ガス、ボンベ８の２成分混合ガ
スのどちらにおいても、第１の希ガスと第２の希ガスの
混合比はｂ／ｃと一定であるので、ハロゲン濃度のみを
制御すればいかなるｎであっても目的とする混合比のレ
ーザガスをうることができる。

【００１７】前記の３成分混合ガスと２成分混合ガスに
よるガス充填におけるｎの設定方法の詳細を以下に示す
。

【００１８】ここでは説明を容易にするため、レーザガ
スに対する３成分混合ガスの比率を示す希釈率ｍを用い
る。ｍは次式にて表わされる。

【００１９】

【数１】 レーザ装置のように、定温、定容であれば充填モル数は
充填圧力に比例するので、充填モル数を充填圧力として
もよい。実際の例で示すと、３成分混合ガス０．３ａｔ
ｍ、２成分混合ガス２．７ａｔｍを充填して全圧３ａｔ
ｍとしたときには希釈率は

【００２０】

【数２】 である。

【００２１】ハロゲンガス／第１の希ガス／第２の希ガ
スの混合比がａ／ｂ／ｃであるレーザガスをうるために
、同じく混合比がｎａ／ｂ／ｃである３成分混合ガスと
混合比がｂ／ｃである２成分混合ガスを希釈率ｍにて充
填するばあいについて説明する。ここで、レーザガスの
全圧をＰＴ、ハロゲンの分圧をＰａ、第１の希ガスの分
圧をＰｂ、第２の希ガスの分圧をＰｃとする。

【００２２】 ＰＴ＝Ｐａ＋Ｐｂ＋Ｐｃ Ｐａ／Ｐｂ／Ｐｃ＝ａ／ｂ／ｃ （上述したように、定温、定容ではモル比と分圧比は等
価である。）３成分混合ガスの充填比率すなわち希釈率
がｍであるので、３成分混合ガスの充填圧力はＰＴ・ｍ
となる。一方、２成分混合ガスの充填圧力はＰＴ・（１
−ｍ）である。したがってレーザ筐体に充填されたレー
ザガス中における各ガスの分圧は

【００２３】

【数３】 となる。よってＰｂとＰｃの比はＰｂ／Ｐｃ＝ｂ／ｃと
なりｎ，ｍ，ａ，ｂ，ｃ，ＰＴにどのような値を用いて
も一定となる。つぎにｎがどのように表わせるかを示す
。

【００２４】ハロゲンガスの分圧Ｐａは

【００２５】

【数４】 であり、またレーザガス中のハロゲンガスの濃度比は

【
００２６】

【数５】 であるので、ｎは

【００２７】

【数６】 となる。

【００２８】このようにａ，ｂ，ｃ，ｍからｎが求めら
れるので、レーザガスの組成と希釈率ｍを決めればｎが
決まる。このときｎを先に求めて希釈率ｍを求めてもよ
い。

【００２９】つぎにｎの範囲について説明する。

【００３０】本発明においては１＜ｎ＜１００であるが
、ｎがこの範囲をはずれると下記のようになる。

【００３１】ｎ＝１のばあい、ボンベ７の３成分混合ガ
スとレーザガスの組成がどちらもａ／ｂ／ｃとなりボン
ベ８の２成分混合ガスを加えなくとも、すでに所定のガ
ス濃度となっている（もし２成分混合ガスを加えると、
逆にハロゲンガス濃度が所定値より低くなってしまう）
。したがって２成分混合ガスは不要となり、３成分混合
ガスと２成分混合ガスを用いる本発明の効果がえられな
い。

【００３２】ｎ＜１のばあい、３成分混合ガス中のハロ
ゲンガス濃度の方がレーザガス中のハロゲンガス濃度よ
り低くなるため、別途ハロゲンガスの注入を行なわない
限り所定の濃度比をえられない。したがってこのばあい
も本発明の効果がえられない。

【００３３】ｎ＞１００のばあい、本発明の方法にてガ
ス充填を行なうとボンベ７の３成分混合ガスをボンベ８
の２成分混合ガスで希釈することになる。ｎが大きくな
るとｍ（希釈率）≒ｎとなってくるので、３成分混合ガ
スの希釈率も約１００以上となる。すると、３成分混合
ガスは充填量自体が少なくなるため充填量の制御の精度
がわるくなってしまう。圧力、流量、どちらの制御で３
成分ガスを充填してもｍ≒ｎが１００以上では精度が著
しくわるくなる。

【００３４】本発明の方法では、以上のような混合ガス
が充填されたボンベから、バルブを介してレーザガスの
供給が行なわれる。ガスの供給は圧力計２の指示値を読
み取り、レーザ筐体内のレーザガス濃度が適切になるよ
うに行なわれる。

【００３５】具体例として、レーザ筐体１にＦ２　／Ｋ
ｒ／Ｎｅが０．２　／２．０　／９７．８（バッファ）
の混合比（以下、組成１という）のレーザガスを３ａｔ
ｍのガス圧で充填するばあいで、希釈率ｍを１／１０に
設定したばあいについて説明する。このとき、３成分混
合ガスは

【００３６】

【数７】 ２成分混合ガスは ３（ａｔｍ）−０．３（ａｔｍ）＝２．７（ａｔｍ）で
ある。

【００３７】この例では、前述の式よりｎは

【００３８
】

【数８】 となり、３成分混合ガスとして

【００３９】

【数９】 の混合比のガスが用いられる。

【００４０】前記操作の結果、筐体１中のＦ２　の分圧
は式：

【００４１】

【数１０】 で求められるように０．００６　ａｔｍになり、Ｋｒの
分圧は式：

【００４２】

【数１１】 で求められるように０．０６　ａｔｍになり、Ｎｅの分
圧は式：

【００４３】

【数１２】 で求められるように２．９３４　ａｔｍになる。

【００４４】したがって、レーザ筐体１中のレーザガス
の組成は、Ｆ２　／Ｋｒ／Ｎｅ＝０．００６　／０．０
６／２．９３４　＝０．２　／２．０　／９７．８＝ａ
／ｂ／ｃとなる。

【００４５】このように、本発明の方法によれば３種の
ガスからなるレーザガスを供給するために必要なボンベ
は２つになる。

【００４６】つぎにハロゲンガスを補給する方法を説明
する。

【００４７】すでに述べたように、従来のガス供給方法
ではハロゲンガスが減少した際にハロゲンガス濃度が適
切になるようにガスの補充を行なうと、希ガスも同時に
添加されてしまい、期待するガス混合比がえられないと
いう問題点があるが、本発明のガス供給方法によればそ
のようなことなく、ハロゲンガスの補充ができる。

【００４８】たとえば前記組成１の混合比で３ａｔｍ　
ガス充填してレーザの運転し、ハロゲンガス濃度が１／
２　になった時点でハロゲンガスの補充を行ない、補充
後も運転を続行して、再度ハロゲンガスが１／２　にな
ればハロゲンガスの補充を行なうばあい、このハロゲン
ガス補充を１０回行なったときのレーザ筐体内のガス混
合比はつぎのようになる。なお、ガス補充によりレーザ
筐体内の圧力が上昇するので、補充後３ａｔｍ　までガ
スを筐体から放出する。

【００４９】すなわち、前記組成１のレーザガスをレー
ザ媒質とするエキシマレーザ装置を運転し、ハロゲンガ
スが減少し、圧力計２が２．９９７ａｔｍを示すように
なった時点（ハロゲンガスが１／２　になり、Ｆ２　／
Ｋｒ／Ｎｅが０．１　／２．０　／９７．８になった時
点）で、ガスボンベ７からＦ２　／Ｋｒ／Ｎｅが

【００５０】

【数１３】 の混合比のガスをレーザ筐体１内の圧力が３．１６５　
ａｔｍになるように補給し、そののちガスを抜いて３ａ
ｔｍにする。この操作によりレーザ筐体１内のレーザガ
スの組成は、最初の組成１になる。これはハロゲンガス
の補給を何度繰返しても同じである。

【００５１】これに対し、従来のようにハロゲンガスが
１／２　になり、Ｆ２　／Ｋｒ／Ｎｅが０．１　／２．
０　／９７．８になった時点で、Ｆ２　／Ｎｅが２／９
８の混合比の混合ガスをレーザ筐体１内の圧力が３．１
６５　気圧になるように補給し、そののちガスを抜いて
３気圧にすると、Ｆ２　の分圧は０．００６　気圧、Ｋ
ｒの分圧は０．０５７　気圧、Ｎｅの分圧は２．９３４
　気圧になり、Ｆ２　／Ｋｒ／Ｎｅが０．２　／１．９
　／９７．８になる。この操作をたとえば１０回繰返す
とＦ２　／Ｋｒ／Ｎｅが０．２　／１．３　／９８．５
になり、Ｋｒの割合が小さくなってしまう。

【００５２】つぎに本発明の別の実施例を図２を用いて
説明する。図中、９はレーザ筐体１に接続され、レーザ
筐体１内のレーザガス中のハロゲンガス濃度を測定する
ハロゲンガス濃度測定装置であり、その他の部材は図１
と同様である。

【００５３】前記実施例においては、ガスの混合比の制
御は圧力計の指示値にしたがって行なわれるが、本実施
例においては、ハロゲンガス濃度をハロゲンガス測定装
置９で測定することによって行なわれる。なお、圧力計
は使用してもよく、使用しなくてもよい。したがって、
ハロゲンガスがボンベ内で反応して濃度が減少しても、
常に正確なガス混合比で充填することができる。また、
最初にレーザガスを充填する際にもハロゲンガス濃度を
測定しながら充填することにより、正確なガス混合比で
充填することができる。

【００５４】本発明に用いられるハロゲンガス、第１の
希ガス、第２の希ガスは、いずれも従来からエキシマレ
ーザ装置に用いられているものであり、とくに限定はな
い。また、レーザ筐体、圧力計、ハロゲンガス濃度測定
装置などにもとくに限定はない。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、供給するガスとして３成
分混合ガスと２成分混合ガスを用いる本発明の方法によ
ればガスボンベの数を少なくすることができ、レーザ装
置に最初にガスを充填する際の混合比の制御が非常に容
易となる。さらにハロゲンガスの補充に際しては、希ガ
スの混合比を変化させずに補充することができる。

【００５６】さらにガスを充填、補充する際にハロゲン
ガスの濃度を測定するばあいには、高精度に制御された
混合比のレーザガスがえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエキシマレーザ装置のガス供給方法を
示す説明図である。

【図２】本発明のエキシマレーザ装置のガス供給方法を
示す説明図である。

【図３】従来のエキシマレーザ装置のガス供給方法を示
す説明図である。

【符号の説明】

１　　レーザ筐体 ２　　圧力計 ３　　バルブ ４　　バルブ ５　　バルブ ６　　バルブ ７　　３成分混合ガスボンベ ８　　２成分混合ガスボンベ ９　　ハロゲンガス濃度測定装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ハロゲンガスと第１の希ガスと第２の
   希ガスとの混合比がａ／ｂ／ｃの混合ガスをレーザ媒質
   として用いるエキシマレーザ装置にレーザガスを供給す
   る方法であって、ハロゲンガスと第１の希ガスと第２の
   希ガスとの混合比が（ｎ×ａ）／ｂ／ｃ（ｎは１＜ｎ＜
   １００　を満たす数）の３成分混合ガスと、第１の希ガ
   スと第２の希ガスとの混合比がｂ／ｃの２成分混合ガス
   とを用いてレーザガスを供給することを特徴とするエキ
   シマレーザ装置のガス供給方法。
2. 【請求項２】　　レーザガスの供給がハロゲンガス濃度
   を測定しながら行なわれる請求項１記載のガス供給方法
   。
3. 【請求項３】　　ハロゲンガスと第１の希ガスと第２の
   希ガスとの混合比がａ／ｂ／ｃの混合ガスをレーザ媒質
   として用いるエキシマレーザ装置にハロゲンガスを補給
   する方法であって、ハロゲンガスと第１の希ガスと第２
   の希ガスとの混合比が（ｎ×ａ）／ｂ／ｃ（ｎは１＜ｎ
   ＜１００　を満たす数）の３成分混合ガスを用いてハロ
   ゲンガスの補給を行なうことを特徴とするエキシマレー
   ザ装置のガス供給方法。
4. 【請求項４】　　ハロゲンガスの補給がハロゲンガス濃
   度を測定しながら行なわれる請求項３記載のガス供給方
   法。