JPH06164041A

JPH06164041A - ガスレーザ装置

Info

Publication number: JPH06164041A
Application number: JP33242292A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Itou; 仙聡伊藤; Yasuhiro Nozue; 康博野末
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1992-11-18
Filing date: 1992-11-18
Publication date: 1994-06-10

Abstract

(57)【要約】【目的】本考案は、ガスレーザ装置に係わり、特に
は、エキシマレーザなどの放電励起ガスレーザ装置の制
御装置に関するの改良に関する。【構成】対向する放電電極間で連続的にパルス放電を
行い、レーザガスを放電励起して連続的にパルスレーザ
光を得るガスレーザ装置であって、連続パルス発振と発
振休止を交互に繰り返すバーストモードで運転可能なレ
ーザ装置の制御装置において、連続パルス発振開始直後
のパルス放電の放電電圧を所定の放電電圧よりも低い電
圧で放電する手段を有する。これによれば、バーストモ
ードの発振休止後、連続パルス発振の初期のパルスの充
電電圧（換言すれば、サイラトロンの印加電圧）を低く
する制御を行ったため、バーストモードにおいてもサイ
ラトロンの負荷が小さくなり、サイラトロンの寿命が伸
びて、ステッパ用エキシマレーザの実用化が可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスレーザ装置に係わ
り、特には、エキシマレーザなどの放電励起ガスレーザ
装置の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】逐次移動型縮小投影露光装置（以下、ス
テッパと呼ぶ）の光源として用いられる放電励起エキシ
マレーザを例に説明する。なお、本明細書にある「連続
的にパルス放電を行い」とは、パルス放電を繰り返し行
う事であり、また「連続的にパルスレーザ光を得る」あ
るいは「連続パルス発振」とは、前記パルス放電を繰り
返し行う事で断続的なパルスレーザ光を繰り返し得る事
である。従って一般に言われる「連続発振レーザ」ある
いは「ＣＷ発振」とは異なる発振形態である。放電励起
エキシマレーザの一般的な回路構成を図４に示す。図４
において、充電コンデンサＣ1は、レーザ電源により任
意の充電電圧に充電される。この充電電圧はサイラトロ
ンＳwの印加電圧に等しい。スイッチング素子であるサ
イラトロンＳwがターンオンすると、充電コンデンサＣ1
に蓄えられた電荷は、充電コンデンサＣ1、サイラトロ
ンＳw、放電コンデンサＣ2の経路で放電コンデンサＣ2
に移行する。放電コンデンサＣ2の電圧が放電電極Ｅdの
絶縁破壊電圧に達すると、放電電極Ｅdで主放電が始ま
り、放電コンデンサＣ2に移行していた電荷が主放電に
供給され、レーザガスの励起が行われ、レーザ発振す
る。レーザ回路には浮遊インダクタンスが存在するた
め、充電コンデンサＣ1、放電コンデンサＣ2と浮遊イン
ダクタンスでＬＣ共振を起こす。そのため、絶縁破壊電
圧すなわち放電電圧は、充電コンデンサＣ1の充電電圧
を高くするにしたがって高くなる。サイラトロンＳwは
水素ガスなどが封入されたスイッチング素子で、高速で
大電流を流すため損傷が激しく、レーザ装置全体の寿命
（メンテナンス間隔）を支配している。そのためスイッ
チング時、サイラトロンＳwでのエネルギー損失を減ら
し、サイラトロンＳwの負荷を低減するために、可飽和
素子（可飽和リアクトル）等を用いた、磁気アシスト回
路や磁気圧縮回路等が考案されて採用され、サイラトロ
ンＳwの寿命は向上を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ステッパは、露光とス
テージ移動を交互に繰り返す。このため光源となるエキ
シマレーザの運転状態は、連続パルス発振と発振休止を
交互に繰り返す、いわゆるバーストモードとなる。とこ
ろが、バーストモードでレーザを運転する場合に、可飽
和素子を用いても、一般的な連続運転（発振休止を煩雑
に行わない）の場合と比較して、サイラトロンの寿命が
短くなることが判明した。このように、バーストモード
ではサイラトロンの寿命が短くなることが、エキシマレ
ーザを光源にしたステッパの実用上の障害になってい
る。

【０００４】本発明は上記従来の問題点に着目し、ガス
レーザ装置に係わり、特には、エキシマレーザなどの放
電励起ガスレーザ装置の制御装置の信頼性の改良の提供
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１発明では、対向する放電電極間で連続
的にパルス放電を行い、レーザガスを放電励起して連続
的にパルスレーザ光を得るガスレーザ装置であって、連
続パルス発振と発振休止を交互に繰り返すバーストモー
ドで運転可能なレーザ装置の制御装置において、連続パ
ルス発振開始直後のパルス放電の放電電圧を所定の放電
電圧よりも低い電圧で放電する手段を有する。

【０００６】第１発明を主体とする第２の発明では、前
記所定の放電電圧が所定のパルスエネルギーを得るに必
要な放電電圧である。

【０００７】また、第１の発明を主体とする第３の発明
では、前記所定の放電電圧よりも低い電圧で放電するパ
ルスが、連続パルス発振開始後の最初のパルス、あるい
は前記最初のパルスとそれに連続する複数のパルスであ
る。

【０００８】また、第１の発明を主体とする第４の発明
では、連続パルス発振開始直後の最初のパルス、あるい
は前記最初のパルスとそれに連続する複数のパルスの放
電電圧が、連続パルス発振開始直前の発振休止時間と、
所定のエネルギーを得るに必要な放電電圧のいずれか一
方あるいは両方の関数として与えられる手段を有する。

【０００９】

【作用】上記構成において、上記問題点の原因は、バー
ストモードの発振休止状態の間にサイラトロン内部のカ
ソードの熱電子放出量が減り、スイッチング時、サイラ
トロン内部でのエネルギー損失が大きくなり、サイラト
ロンに大きな負荷を与えるためであることが判明した。
サイラトロンの負荷低減の方法は、（１）ターンオン時の電流立ち上がり量（ｄｉ／ｄｔ）
を小さくする。（２）スイッチング時の電流ピーク値を低くする。（３）印加電圧すなわち充電コンデンサＣ1の充電電圧
を低くする。（４）繰り返し周波数（１秒当たりのスイッチング回
数）を少なくする。などがある（可飽和素子は、（１）、（２）を目的とし
て採用されている。）。ステッパの光源としてエキシマ
レーザを実用化する場合、露光のスループットを考慮す
ると（４）には限界がある。そこで、バーストモードに
おいて、発振休止後、連続パルス発振の最初のパルス、
あるいは最初のパルスとそれに連続する複数のパルスの
放電電圧（充電コンデンサＣ1の充電電圧）を低くし、
サイラトロンの負荷を低減する。

【００１０】この場合に、連続パルス発振の最初のパル
スあるいは最初のパルスとそれに連続する複数のパルス
の充電電圧を低めにして、連続パルス発振を開始する。
発振休止中、カソード温度が低く熱電子放出量が少ない
状態で高充電電圧でスイッチングすると、サイラトロン
に大きな負荷を与えるが、充電電圧を低くしてスイッチ
ングを行えば、大きな負荷は与えない。連続パルス発振
開始後カソード温度が上昇し、熱電子放出量が十分にな
り、高充電電圧でスイッチングしてもサイラトロンに大
きな負荷を与えなくなってから、所定の充電電圧（放電
電圧）で運転を行う。これによりサイラトロンの負荷を
低減する。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に係わるガスレーザ装置の実
施例につき、図面を参照して詳細に説明する。以下にお
いて、ステッパの光源となるステッパ用エキシマレーザ
を例に説明する。図１は本発明に係わるエキシマレーザ
装置のシステムの回路構成図である。システムは、放電
電極Ｅdおよびレーザガスを収納し、レーザガスの励起
によりレーザ発振するレーザ発振管１と、サイラトロン
ＳwおよびコンデンサＣ1、Ｃ2を内蔵する放電回路３
と、放電回路３への電圧を供給するレーザ電源５と、レ
ーザ電源５への電圧を制御する電源制御装置７と、後述
する制御装置９と、レーザ発振管１からのレーザ光出力
をビームスプリッタ１１ａを介して検出する出力モニタ
１１からなる。

【００１２】制御装置９は電源制御装置７をコントロー
ルするとともに、外部制御装置１３（この例では、ステ
ッパの制御装置）と種々の信号を送受信し、レーザの発
振命令であるトリガ信号を受信する。さらに、制御装置
９は、外部制御装置１３からトリガ信号が送られてくる
と、電源制御装置７に充電電圧データを出力し、続いて
トリガ信号を出力する。電源制御装置７は、受信した充
電電圧データとトリガ信号を送信し、レーザ発振を行
う。また、この外に送られてくるトリガの時間間隔Ｔs
を計時することにより、発振休止時間を計時する手段を
有している。

【００１３】電源制御装置７に於ける処理の内容は図２
に示すフローチャートで説明する。電源制御装置７は、
レーザ起動と同時に立ち上げ処理（ステップ１）を行っ
た後に、パルスカウント用のカウンタｉをリセット（ス
テップ２）する。その後、ステップ３では、タイマのカ
ウントアップ等によりトリガ信号を受信するまでの時間
Ｔsを計時する。ステップ４では、トリガ信号を受信し
たか、否かを判断する。否の場合には、ステップ３に戻
る。

【００１４】ステップ４でトリガ信号を受信したら、ス
テップ５で時間Ｔsを発振休止時間として処理する。ス
テップ６では、パルスカウンタｉをインクリメントした
後に、ステップ７で制御装置９から送信されてきた充電
電圧データＶmを検出する。ステップ８では、パルスカ
ウント用のカウンタｉが所定の最大値ｉmaxより大きい
か、否かを判断し、小さい場合（ＮＯ）には、ステップ
９で数式１により最適充電電圧Ｖm（ｉ）を算出し、レ
ーザ電源に出力する（ステップ１０）。

【００１５】即ち、発振休止時間が長くなるにしたがっ
て、サイラトロンのカソード電圧が低下するため、より
低い充電電圧でスイッチングすることが望ましく、さら
に連続パルス発振開始後、徐々に電圧を高くすることが
望ましい。図３はパルス数と充電電圧の変化の関係を示
す図であり、連続パルス発振開始から所定のパルス数ま
では徐々に電圧を上げていき、最適な充電電圧を得るた
めの例を示している。

【００１６】そこで、本実施例では、充電電圧を低くす
るする必要がある各パルスに、それぞれ最適な充電電圧
を算出する関数を用意している。

【数１】Ｖm（ｉ）＝Ｖi（Ｔs、Ｖm）但し、Ｖm（ｉ）：連続パルス発振のｉ番目のパルスの
充電電圧、Ｖi：連続パルス発振のｉ番目のパルスの充
電電圧を決める関数式、Ｔs：発振休止時間、Ｖm：制御
装置９から送られてくる充電電圧データ、

【００１７】ステップ８で大きい場合（ＹＥＳ）には、
ステップ１１に行き、パルスカウント用のカウンタｉを
リセット（ｉ＝０）し、ステップ１２で最適充電電圧Ｖ
m（ｉ）に充電電圧データＶmを代入するとともに、ステ
ップ１０に行きレーザ電源に出力する。即ち、連続パル
ス発振開始後、数パルススイッチングし、サイラトロン
のカソード温度が高くなってからは（ｉ≧ｉmaxと判断
したとき）、制御装置９から送られてくる充電電圧デー
タＶmを、そのままレーザ電源に出力すれば良い。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バーストモードの発振休止後、連続パルス発振の初期の
パルスの充電電圧（換言すれば、サイラトロンの印加電
圧）を低くする制御を行ったため、バーストモードにお
いてもサイラトロンの負荷が小さくなり、サイラトロン
の寿命が伸びて、ステッパ用エキシマレーザの実用化が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるガスレーザ装置のシステムの回
路構成図である。

【図２】本発明のフローチャート図である。

【図３】本発明のパルス数と充電電圧の変化の関係を示
す図であり、

【図４】従来の放電励起エキシマレーザの一般的な回路
構成図である。

【符号の説明】

１レーザ発振管３放電回路５レーザ電源７電源制御装置９制御装置１１出力モニタ１３外部制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する放電電極間で連続的にパルス放
電を行い、レーザガスを放電励起して連続的にパルスレ
ーザ光を得るガスレーザ装置であって、連続パルス発振
と発振休止を交互に繰り返すバーストモードで運転可能
なレーザ装置の制御装置において、連続パルス発振開始
直後のパルス放電の放電電圧を所定の放電電圧よりも低
い電圧で放電する手段を有することを特徴とするガスレ
ーザ装置。
【請求項２】前記所定の放電電圧が所定のパルスエネ
ルギーを得るに必要な放電電圧である請求項１のガスレ
ーザ装置。
【請求項３】前記所定の放電電圧よりも低い電圧で放
電するパルスが、連続パルス発振開始後の最初のパル
ス、あるいは前記最初のパルスとそれに連続する複数の
パルスである請求項１のガスレーザ装置。
【請求項４】連続パルス発振開始直後の最初のパル
ス、あるいは前記最初のパルスとそれに連続する複数の
パルスの放電電圧が、連続パルス発振開始直前の発振休
止時間と、所定のエネルギーを得るに必要な放電電圧の
いずれか一方あるいは両方の関数として与えられる手段
を有する請求項１のガスレーザ装置。