JPH0613690A - エキシマレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電極８、９間の放電電流と電極間電圧とから
レーザ出力と放電抵抗とを求める。その求めた出力に基
づき出力制御する。その求めた放電抵抗とグロー放電か
らアーク放電への過渡期の放電抵抗との比較結果に基づ
きレーザガスの混合比を制御し、レーザガス劣化による
アーク放電への移行を防止する。 【効果】 レーザ出力を無駄にすることなくレーザ出力
の低下と電極破損を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電極間の放電によりレ
ーザガスを励起してレーザ光を発振するエキシマレーザ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電極間の放電によりレーザガスを励起し
てエキシマを生成することでレーザ光を発振させるエキ
シマレーザ装置にあっては、レーザガスの種類、ガス圧
等に応じ発振効率を最適なものとするため出力を制御す
ることが行なわれている。また、その電極間の放電状態
はアーク放電になると電極表面が著しく破損することか
らグロー放電になるよう出力を制御することが行なわれ
ている。そのため従来は、レーザ光の一部を取り出して
出力を測定して適正な出力になるよう電源電圧を制御
し、出力低下と電極破損を防止していた。

【０００３】また、レーザガスに含まれるハロゲンが発
振管の構成材料と反応して減少すると、放電抵抗が小さ
くなるためグロー放電からアーク放電に移行してしま
い、電極表面の破損により出力が低下し、電極交換回数
が増大してしまう。そのため、レーザガスが劣化した場
合は発振管にハロゲンガスを注入したりレーザガス全体
を交換することでレーザガスの混合比を制御し、電極間
の放電状態をグロー放電状態に維持して出力低下と電極
破損を防止していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のエキシマレーザ
装置では、レーザ光の一部を取り出すことで出力を測定
するため、利用できるレーザ出力が減少してしまうとい
う問題がある。

【０００５】また、従来のエキシマレーザ装置ではレー
ザ出力の低下がレーザガスの劣化によるものか否かを判
断できないため、オペレータが電極間の放電状態を目視
により観察し、グロー放電からアーク放電に移行した場
合は電源スイッチを切ることが行なわれていた。

【０００６】しかし、電極間の放電状態を目視観察して
グロー放電からアーク放電に移行する度に電源スイッチ
を切ったのでは、連続発振を行なうことができず、オペ
レータの労力も増大する。

【０００７】本発明は上記従来技術の問題を解決するこ
とのできるエキシマレーザ装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本件第１発明の特徴とす
るところは、電極間の放電によりレーザガスを励起する
エキシマレーザ装置において、その放電電流の測定手段
と、その放電電極間電圧の測定手段と、その放電電流と
放電電極間電圧とからレーザ出力を検知する手段とを備
える点にある。

【０００９】本第２発明の特徴とするところは、電極間
の放電によりレーザガスを励起するエキシマレーザ装置
において、その放電電流の測定手段と、その放電電極間
電圧の測定手段と、その放電電流と放電電極間電圧とか
ら放電抵抗を演算する手段と、その放電電極間における
グロー放電からアーク放電への過渡期の放電抵抗を記憶
する手段と、その演算された放電抵抗と記憶された放電
抵抗とを比較する手段と、その比較結果に基づいてレー
ザガスの混合比を制御する手段とを備える点にある。

【００１０】

【作用】本件第１発明によれば、放電電流と放電電極間
電圧の積によりレーザガスに注入されたエネルギーを演
算できる。そのレーザガスに注入されたエネルギーはレ
ーザ出力に対応することから、レーザ光の一部を取り出
すことなくレーザ出力を検知してレーザ出力を制御でき
る。

【００１１】本件第２発明によれば、放電電極間電圧と
放電電流の商により放電抵抗を演算できる。その演算し
た放電抵抗をグロー放電からアーク放電への過渡期の放
電抵抗と比較することで、電極間の放電状態がグロー放
電からアーク放電への過渡期か否かを判断でき、アーク
放電への過渡期である場合はレーザガスの混合比を制御
することでアーク放電への移行を防止できる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１３】図１はエキシマレーザ装置の制御等価回路
を示し、発振管１の外部において、高圧可変電圧電源２
の正極側に起動スイッチ３を介して１次コンデンサー４
の正極側が接続され、この１次コンデンサー４の負極側
にインダクタンス５の一端が接続され、このインダクタ
ンス５の他端と電源２の負極側とが接地端子６に接続さ
れ、その１次コンデンサー４の正極側と接地端子６とに
サイラトロン７が接続されている。また、発振管１にカ
ソード電極８、アノード電極９、複数対の電離ピン１
０、１１、２次コンデンサー１２および放電電流検出装
置１３が内蔵されている。各対の電離ピン１０、１１は
僅かの距離をおいて対向し、一方の電離ピン１０は１次
コンデンサー４の負極側とカソード電極８とに接続さ
れ、他方の電離ピン１１は２次コンデンサー１２の負極
側に接続され、その２次コンデンサー１２の正極側はア
ノード電極１３と接地端子６とに接続されている。な
お、その放電管１には希ガス（Ｋｒ、Ｘｅ、Ａｒ等）、
ハロゲン（Ｆ₂ 、Ｈｃｌ等）および希釈ガス（Ｈｅ、Ｎ
ｅ等）を混合したレーザガスが封入されている。

【００１４】その放電電流検出装置１３は、図２の等価
回路に示すように、アノード電極９と接地端子８の間に
挿入されたロゴウスキーコイル１５、マッチング抵抗２
１（抵抗値Ｒ₁ ）および積分器２３により構成される公
知の衝撃大電流測定回路により構成され、絶縁シールド
により覆われている。この放電電流検出装置１３におい
て相互インダクタンスをＭ、積分器の抵抗値をＲ₂ 、コ
ンデンサー容量をＣ₁、測定端子２４、２５に誘起され
る電圧をｅ（ｔ）とすれば、放電電流ｉは以下の式によ
り求められる。なお、回路定数Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｃ₁ は、正
確な測定ができるように、放電周波数の１０倍以下程度
の周波数入力に対しても応答可能なよう定めるのが好ま
しい。

【００１５】ｉ＝Ｒ₂ ・Ｃ₁ ・ｅ（ｔ）／Ｍ

【００１６】また、カソード電極８とアノード電極９と
に、その電極間の電圧測定装置１４が接続され、この電
極間電圧測定装置１４と放電電流測定装置１３とが、除
算器により構築された放電抵抗検出装置１６に接続され
ている。この放電抵抗検出装置１６と放電電流検出装置
１３と電極間電圧測定装置１４と電源４とがレーザコン
トローラ１８に接続されている。このコントローラ１８
は、入出力インタフェイスと中央処理装置と記憶装置と
を有するマイクロコンピュータにより構成され、その記
憶装置にはグロー放電からアーク放電への過渡期の放電
抵抗が記憶されている。このコントローラ１８に操作盤
１７とガス制御回路１９が接続され、そのガス制御回路
１９に電磁弁２０が接続されている。そのガス制御回路
１９には発振管１内のはガス圧センサ（図示省略）が接
続され、その電磁弁２０はハロゲンボンベと発振管１と
の配管を開閉する。

【００１７】上記構成において起動スイッチ３をオンす
ると１次コンデンサー４が充電され、この１次コンデン
サー４の正極側は正の高電圧になると共に負極側は電圧
０になる。この１次コンデンサー４の充電後にサイラト
ロン７が導通状態とされることで、１次コンデンサー４
の正極側が瞬時に接地される。この際、コイル５が電流
を遮断するため１次コンデンサー４の負極側が負の高電
圧になる。これにより、各対の電離ピン１０、１１の間
に絶縁破壊によってアーク放電が生じ、２次コンデンサ
ー１２の充電が開始される。すなわち、１次コンデンサ
ー４の容量が２次コンデンサー１２に移行する。そのア
ークから発生する紫外線により、放電管１に封入された
レーザガスの一部がイオン化されて予備電離され、カソ
ード電極８とアノード電極９の間の電子密度分布の均一
化によるグロー放電の安定化が図られる。そして、２次
コンデンサー１２の充電容量が増加すると、カソード電
極８とアノード電極９の間に絶縁破壊によってグロー放
電が発生する。このグロー放電によりレーザガスが励起
されてエキシマが生成され、そのエキシマが基底状態に
遷移する際に放出する紫外光によりレーザ光が誘導放出
される。

【００１８】上記レーザ光の発振状態において、カソー
ド電極８とアノード電極９の間の放電電流が測定装置１
３により測定され、電極間電圧が測定装置１４により測
定され、各測定値は放電抵抗検出装置１６とコントロー
ラ１８とに出力される。そのコントローラ１８は、測定
された放電電流と放電電極間電圧との積からレーザガス
に注入されたエネルギーを演算し、そのエネルギーが予
め設定した値になるように電源４の電圧制御を行なう。
すなわち、レーザガスの種類、ガス圧等に応じ発振効率
が最適なものとなり、また、電極８、９間の放電状態が
グロー放電になるようレーザ出力が設定され、そのレー
ザ出力の設定値に対応するレーザガスへのエネルギー注
入値がコントローラ１８の記憶装置に記憶され、演算さ
れたエネルギー注入値が記憶値より小さい時は電源電圧
を大きくし、記憶値より大きい時は電源電圧を小さくす
る。

【００１９】その放電抵抗検出装置１６は、測定された
放電電流と放電電極間電圧とからオームの法則に従い放
電抵抗を演算する。また、コントローラ１８は制御盤１
７からの割込信号により、グロー放電からアーク放電へ
の過渡期の放電抵抗に対応する電圧信号を検出装置１６
に出力する。この検出装置１６は、その演算された放電
抵抗とグロー放電からアーク放電への過渡期の放電抵抗
とを比較し、演算した放電抵抗がグロー放電からアーク
放電への過渡期の放電抵抗以下の場合はＬ信号をコント
ローラ１８に出力し、超えている場合はＨ信号をコント
ローラ１８に出力する。コントローラ１８はＬ信号を受
信すると、電極８、９間の放電がアーク放電への過渡期
であると判断し、ガス制御回路１９に電磁弁２０の開放
信号を送る。これにより、発振管１にハロゲンガスが供
給されてレーザガスの混合比が制御されて放電抵抗が増
加し、アーク放電への移行が防止される。なお、ガス制
御回路１９からはガス圧センサにより測定されたガス圧
信号がコントローラ１８に出力され、ガス圧が予め定め
た一定圧以上になると電磁弁２０が閉じられる。

【００２０】上記構成によれば、レーザ光の一部を取り
出すことなくレーザ出力を検知して出力制御を行なうこ
とができ、また、電極８、９間の放電状態がガス劣化に
よりアーク放電へ移行するのを連続発振を行ないつつ防
止できるので、レーザの発振効率を最適化できる。

【００２１】また、運転開始時において放電を行ないつ
つ電極８、９の表面にハロゲンを付着させるパッシベー
ション処理を行なうが、このパッシベーション処理段階
から電極８、９間の放電状態がアーク放電へ移行するの
を防止でき、電極交換回数を最小限にすることができ
る。

【００２２】なお、本発明は上記実施例に限定されな
い。例えば、上記実施例では電極８、９間の放電がアー
ク放電への過渡期である場合、ハロゲンガスのみを発振
管１に供給したが、ハロゲンガス、希ガスおよび希釈ガ
スの混合済の実ガスを供給してレーザガスの交換を行な
うようにしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】本件各発明のエキシマレーザ装置によれ
ば、レーザ光の一部を取り出すことなく出力低下と電極
破損を防止してレーザ出力の無駄を無くすことができ、
さらに本件第２発明のエキシマレーザ装置によれは、電
極間の放電状態がガス劣化によりグロー放電からアーク
放電に移行するのを防止してレーザ出力の低下を防止で
きると共に電極交換回数を最小限にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のエキシマレーザ装置の構成説
明図

【図２】本発明の実施例の放電電流測定装置の構成説明
図

【符号の説明】

８ カソード電極 ９ アノード電極 １３ 放電電流測定装置 １４ 放電電極間電圧測定装置 １６ 放電抵抗検出装置 １８ コントローラ １９ ガス制御回路 ２０ 電磁弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間の放電によりレーザガスを励起す
   るエキシマレーザ装置において、その放電電流の測定手
   段と、その放電電極間電圧の測定手段と、その放電電流
   と放電電極間電圧とからレーザ出力を検知する手段とを
   備えることを特徴とするエキシマレーザ装置。
2. 【請求項２】 電極間の放電によりレーザガスを励起す
   るエキシマレーザ装置において、その放電電流の測定手
   段と、その放電電極間電圧の測定手段と、その放電電流
   と放電電極間電圧とから放電抵抗を演算する手段と、そ
   の放電電極間におけるグロー放電からアーク放電への過
   渡期の放電抵抗を記憶する手段と、その演算された放電
   抵抗と記憶された放電抵抗とを比較する手段と、その比
   較結果に基づいてレーザガスの混合比を制御する手段と
   を備えることを特徴とするエキシマレーザ装置。