JPH0716072B2 - Excimer laser output stabilizer - Google Patents
Excimer laser output stabilizerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エキシマレーザに設けられた出力定化装置に
係り特にガス系パラメータの制御により出力安定化制御
を行うエキシマレーザ出力安定化装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an output stabilization device provided in an excimer laser, and more particularly to an excimer laser output stabilization device that performs output stabilization control by controlling gas system parameters. .
従来、エキシマレーザの出力安定化制御は、特開平１−
65892号または特開平１−80082号公報に記載のように、
レーザ出力をモニターしながら電源系のパラメータを制
御してレーザ管への注入エネルギーを変え、エキシマレ
ーザの出力安定化を実施していた。Conventionally, the output stabilization control of an excimer laser is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-
As described in Japanese Patent No. 65892 or Japanese Patent Laid-Open No. 1-80082,
While monitoring the laser output, the power of the excimer laser was stabilized by controlling the parameters of the power supply system to change the energy injected into the laser tube.
上記従来技術は、エキシマレーザの出力低下の最大の原
因であるレーザガスの劣化に対する配慮がなされていな
いため、たとえば放電電圧や発振繰返し周波数の値が一
定値以上となったならば、レーザガスの注入・変換を実
行する方法を採っている。しかし、レーザガスの状態を
完全に把握してガス系の制御を実行してはいないため、
レーザ出力の制御が不可能となったり、高価な希ガスが
大部分を占めるレーザガスを早めに交換してしまう等、
効率的な運用ができない問題がある。Since the above-mentioned conventional technology does not consider deterioration of the laser gas, which is the largest cause of the output reduction of the excimer laser, if the value of the discharge voltage or the oscillation repetition frequency becomes a certain value or more, injection of the laser gas is not performed. It takes a way to perform the conversion. However, since the state of the laser gas is not completely grasped to control the gas system,
It becomes impossible to control the laser output, and expensive rare gas, which occupies the majority, is replaced early.
There is a problem that it cannot operate efficiently.
他のレーザガスの劣化状況の把握方法として、レーザ発
振の途中に電源系のパラメータを初期条件に戻し、レー
ザ出力を測定する方法が考えられる。この方法ならばレ
ーザガスの劣化状況を正確に検出できるが、長時間安定
化発振制御を行う場合にはレーザ出力の安定化を中断し
てしまうため、実用上の問題点がある。また、ガス系制
御を行っている時には、ガス条件がレーザガス劣化の他
に制御により時々刻々変化しているので、判定が困難で
あるという問題点もある。As another method of grasping the deterioration state of the laser gas, a method of returning the parameters of the power supply system to the initial condition during the laser oscillation and measuring the laser output can be considered. This method can accurately detect the deterioration state of the laser gas, but when performing stabilized oscillation control for a long time, stabilization of the laser output is interrupted, which poses a practical problem. Further, when the gas system control is performed, the gas condition is changed every moment due to the control in addition to the laser gas deterioration, so that there is a problem that the determination is difficult.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、レーザ
出力の安定化制御を中断することなくレーザガスの劣力
状況を把握し、レーザガスの効率的運用ができるガス劣
化検出機能を装備したエキシマレーザ出力安定化装置を
提供することも目的とする。The present invention has been made in view of the above points, an excimer equipped with a gas deterioration detection function capable of grasping the inferiority state of laser gas without interrupting stabilization control of laser output, and efficiently operating laser gas. It is also an object to provide a laser output stabilizing device.
上記目的を達成するために、本発明は、エキシマレーザ
発振器にレーザ電源及びレーザガスを供給してレーザビ
ームを射出するエキシマレーザに設けられ、レーザ出力
の安定化制御を行うエキシマレーザ出力安定化装置にお
いて、前記レーザガスの劣化とともに進行するレーザ出
力の揺ぎを検出する検出手段と、該検出手段が検出した
前記レーザ出力の揺ぎが予め設定した値を超えたとき
に、前記レーザガスの劣化を改善するためのガス系パラ
メータの制御を開始する制御手段とを設けたものであ
る。In order to achieve the above object, the present invention provides an excimer laser output stabilizing device that is provided in an excimer laser that supplies a laser power source and a laser gas to an excimer laser oscillator to emit a laser beam, and that performs stabilization control of laser output. A detecting means for detecting a fluctuation of the laser output that progresses with the deterioration of the laser gas, and improving the deterioration of the laser gas when the fluctuation of the laser output detected by the detecting means exceeds a preset value. Control means for starting the control of the gas system parameters for the purpose.
レーザ出力制御装置は、各時刻におけるレーザ出力の値
を検出手段により測定し、その出力値により電源系・ガ
ス系制御を行いレーザ出力の安定化を実行するととも
に、レーザ出力の値からレーザの出力揺らぎを求め、出
力揺らぎをレーザガス劣化の関数として算出し、あらか
じめ決めておいた値をレーザの出力揺らぎが越えた場合
にレーザガスの注入・交換等のガス系パラメータ制御手
段により、レーザガス劣化改善の制御を実行できる。従
って、レーザガス劣化の定量的把握ができるので、今ま
で以上にレーザガスの効率的運用が可能となり、長時間
安定発振が実現できる。The laser output control device measures the laser output value at each time by the detecting means, controls the power supply system and the gas system based on the output value, stabilizes the laser output, and outputs the laser output from the laser output value. Obtain fluctuations, calculate output fluctuations as a function of laser gas deterioration, and control laser gas deterioration improvement by gas system parameter control means such as laser gas injection / replacement when laser output fluctuations exceed a predetermined value. Can be executed. Therefore, since the deterioration of the laser gas can be quantitatively grasped, the laser gas can be operated more efficiently than ever before, and stable oscillation for a long time can be realized.
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は、本発明のレーザ出力安定化装置の全体構成図
である。エキシマレーザ発振器１は、電力供給線２でレ
ーザ電源系３と、ガス管４でガス制御系５に接続されて
いる。レーザ電源系３とガス制御系５は、レーザ出力制
御装置６と電源制御信号線７、ガス系制御信号線８でそ
れぞれ接続され、さらにレーザ出力制御装置６は検出手
段であるレーザ出力計９と出力信号線10で接続されてい
る。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a laser output stabilizing device of the present invention. The excimer laser oscillator 1 is connected to a laser power supply system 3 via a power supply line 2 and to a gas control system 5 via a gas pipe 4. The laser power supply system 3 and the gas control system 5 are connected by a laser output control device 6 and a power supply control signal line 7 and a gas system control signal line 8, respectively, and the laser output control device 6 is connected to a laser output meter 9 as a detection means. Connected by output signal line 10.
レーザ出力の制御の基本的流れを以下に示す。エキシマ
レーザ発振器１から射出されたレーザビーム11は、ビー
ムスプリッター12でその一部11aをレーザ出力制御のモ
ニター用として分割され、レーザ出力計９でレーザ出力
を検出し、出力信号13を出力信号線10を介してレーザ出
力制御装置６に送る。レーザ出力制御装置６は、レーザ
出力が目標値になるように充電電圧Ｖおよび繰返し周波
数ｆの電源系制御信号14とレーザガス注入・交換等のガ
ス系制御信号15を、それぞれ電源系制御信号線７、ガス
系制御信号線８を介してレーザ電源系３とガス制御系５
に送る。レーザ電源系３とガス制御系５は、レーザ出力
制御装置６から送られた電源系制御信号14とガス系制御
信号15により、エキシマレーザ発振器１から射出される
レーザビーム11の出力を制御する。The basic flow of laser output control is shown below. A part of the laser beam 11 emitted from the excimer laser oscillator 1 is split by a beam splitter 12 for monitoring laser output control, a laser output is detected by a laser output meter 9, and an output signal 13 is outputted as an output signal line. It is sent to the laser output control device 6 via 10. The laser output control device 6 supplies the power supply system control signal 14 of the charging voltage V and the repetition frequency f and the gas system control signal 15 such as laser gas injection / replacement so that the laser output becomes a target value, respectively. , The laser power supply system 3 and the gas control system 5 via the gas system control signal line 8.
Send to. The laser power supply system 3 and the gas control system 5 control the output of the laser beam 11 emitted from the excimer laser oscillator 1 by the power supply system control signal 14 and the gas system control signal 15 sent from the laser output control device 6.
次に、本発明のガス系制御出力安定化について説明す
る。一般にエキシマレーザは、電源系やガス系制御を行
わずに長時間の発振を行うと、第２図に示すようにレー
ザ出力は発振時間の経過に比例した出力低下が起こる。
この出力低下の主な原因は、エキシマレーザ発振器１に
封入されたレーザガス（希ガスとハロゲンガスの混合ガ
ス）の劣化（ハロゲン成分減少と不純物発生）にある。
従って、エキシマレーザでは、レーザ出力を一定に保つ
目的で、レーザ励起の注入エネルギーを増加させてレー
ザ出力の低下を補う電源系制御や、低下するハロゲン成
分を補充するガス注入等のガス系制御を実施している。
ところが、電源系制御はレーザガスの劣化を速める方向
に作用する問題点があり、長時間の出力安定化のために
はガス系制御と組み合わせて使用するのが一般的であ
る。従来例では、電源系制御の値があらかじめ設定した
値を越えた時にガス系制御が開始される方式が用いられ
ている。つまり、レーザガスの劣化の程度を電源系制御
の値から判定するやり方である。しかし、この方法で
は、レーザガス中のガス成分は変化せず、成分比が変化
する場合には有効であるが、レーザガス中に不純物が発
生する場合（ほとんどのエキシマレーザが該当する）に
は、上記のようにレーザガスの劣化を速める結果とな
る。Next, stabilization of the gas system control output of the present invention will be described. Generally, when the excimer laser oscillates for a long time without controlling the power supply system and the gas system, the laser output decreases in proportion to the elapsed oscillation time as shown in FIG.
The main cause of this decrease in output is deterioration of the laser gas (mixed gas of rare gas and halogen gas) enclosed in the excimer laser oscillator 1 (reduction of halogen component and generation of impurities).
Therefore, in the excimer laser, for the purpose of keeping the laser output constant, power system control is performed to increase the laser excitation injection energy to compensate for the decrease in laser output, and gas system control such as gas injection to supplement the decreasing halogen component. It is being carried out.
However, the power supply system control has a problem that it acts to accelerate the deterioration of the laser gas, and it is generally used in combination with the gas system control in order to stabilize the output for a long time. In the conventional example, a method is used in which the gas system control is started when the value of the power supply system control exceeds a preset value. That is, it is a method of determining the degree of deterioration of the laser gas from the value of the power supply system control. However, this method is effective when the gas component in the laser gas does not change and the component ratio changes, but when impurities are generated in the laser gas (which applies to most excimer lasers), As a result, the deterioration of the laser gas is accelerated.
そこで、これらの問題点を回避する目的でレーザガスの
劣化を電源系制御の値とは無関係に検出することによ
り、レーザガスの劣化があらかじめ設定した値になった
ならば、電源系の値とは独立してガス系制御を実施する
方式を考案した。つまり、エキシマレーザ出力の揺らぎ
からレーザガスの劣化状況を検出する方式が、本発明の
内容である。このレーザ出力の揺らぎは、エキシマレー
ザのようにレーザガス圧が高く、自爆放電型のレーザに
起因するものである。測定例を第３図に示す。発振開始
当初はレーザガスの劣化が少ないためレーザ出力の揺ら
ぎは小さいが、時間経過とともに劣化が進んでくると段
々とレーザ出力の揺らぎが大きくなってくることがわか
る。本発明は、この現象に着目して揺らぎが一定値以上
になった時にガスの劣化が大きくなったとしてガス制御
用を開始するものである。これらを数式を用いてあらわ
すと次のようになる。Therefore, if the deterioration of the laser gas reaches a preset value by detecting the deterioration of the laser gas regardless of the value of the power supply system control in order to avoid these problems, it is independent of the value of the power supply system. Then, a method for implementing gas system control was devised. That is, the method of detecting the deterioration state of the laser gas from the fluctuation of the excimer laser output is the content of the present invention. This fluctuation of the laser output is due to a laser of self-destructive discharge type, which has a high laser gas pressure like an excimer laser. A measurement example is shown in FIG. At the beginning of oscillation, the fluctuation of the laser output is small because the deterioration of the laser gas is small, but it can be seen that the fluctuation of the laser output gradually increases as the deterioration progresses over time. Focusing on this phenomenon, the present invention starts the gas control for which the deterioration of the gas becomes large when the fluctuation exceeds a certain value. These can be expressed using mathematical formulas as follows.
レーザ出力の揺らぎΔＰは、測定時刻ｔとｔ−Δｔにお
けるレーザ出力Ｐ（ｔ）、Ｐ（ｔ−Δｔ）から、式
（１）または式（１）の絶対値である式（２）で求めら
れる。The fluctuation ΔP of the laser output is obtained from the laser outputs P (t) and P (t−Δt) at the measurement times t and t−Δt by the formula (1) or the formula (2) which is the absolute value of the formula (1). To be
ΔP1（ｔ）＝Ｐ（ｔ）−Ｐ（ｔ−Δｔ） ……（１） ΔP1abs（ｔ）＝|P（ｔ）−Ｐ（ｔ−Δｔ）｜ ……
（２） さらに、制御目標値P0との差を用いる式（３）式（４）
で求めても良い。ΔP 1 (t) = P (t) −P (t−Δt) (1) ΔP 1 abs (t) = | P (t) −P (t−Δt) |
(2) Furthermore, equation (3) and equation (4) using the difference from the control target value P 0
You may ask in.
ΔP10（ｔ）＝Ｐ（ｔ）−P0 ……（３） ΔP10abs（ｔ）＝|P（ｔ）−P0｜ ……（４） しかし、式（１）から式（４）ではデータ数が１つのた
めSN比が小さく信頼性が良くない。SN比を向上させるに
は、複数のレーザ出力からレーザ出力の揺らぎの平均値
を採用すれば良い。ΔP 10 (t) = P (t) −P 0 …… (3) ΔP 10 abs (t) = | P (t) −P 0 ｜ …… (4) However, equations (1) to (4) Since the number of data is 1, the SN ratio is small and the reliability is not good. To improve the SN ratio, the average value of fluctuations in laser output from a plurality of laser outputs may be adopted.
レーザ出力の平均揺らぎΔPaveは、各測定時間tn（ｎ＝
１〜Ｎ）におけるレーザ出力Ｐ（tn）から式（５）から
式（８）のように求められる。The average fluctuation ΔPave of the laser output is measured at each measurement time tn (n =
From the laser output P (tn) in 1 to N), it is obtained from the equations (5) to (8).
第３図は、第２図のデータを用い上記式（６）により求
めたものであり、レーザ発振開始時に比べて、レーザ出
力揺らぎΔＰが増加していることがわかる。このΔＰの
増加から、レーザガス劣化の進み進行状況が定量的に把
握できる。 FIG. 3 is obtained by the above equation (6) using the data of FIG. 2, and it can be seen that the laser output fluctuation ΔP is increased compared to when the laser oscillation is started. From this increase in ΔP, the progress of progress of laser gas deterioration can be quantitatively grasped.
さらに、SN比を向上させる目的で式（１）から式（８）
において、その時のレーザ出力の平均値Paveで割った値
を使用しても良い。Furthermore, for the purpose of improving the SN ratio, equations (1) to (8)
In, the value divided by the average value Pave of the laser output at that time may be used.
ΔP1（ｔ）′＝ΔP1（ｔ）/Pave ……（９） ΔP1abs（ｔ）′＝ΔP1abs（ｔ）/Pave ……（10） ΔP10（ｔ）′＝ΔP10（ｔ）/Pave ……（11） ΔP10abs（ｔ）′＝ΔP10abs（ｔ）/Pave ……（12） ΔP2ave（ｔ）′＝ΔP2ave（ｔ）/Pave ……（13） ΔP2ave（ｔ）abs′＝ΔP2ave（ｔ）abs/Pave ……（1
4） ΔP20ave（ｔ）′＝ΔP20ave（ｔ）/Pave ……（15） ΔP20ave（ｔ）abs′＝ΔP20ave（ｔ）abs/Pave……（1
6） また、より一般的にするため、式（１）から式（８）に
おいて、その時の制御目標レーザ出力P0で規格化した値
を使用しても良い。ΔP 1 (t) ′ = ΔP 1 (t) / Pave …… (9) ΔP 1 abs (t) ′ = ΔP 1 abs (t) / Pave …… (10) ΔP 10 (t) ′ = ΔP 10 ( t) / Pave …… (11) ΔP 10 abs (t) ′ = ΔP 10 abs (t) / Pave …… (12) ΔP 2 ave (t) ′ = ΔP 2 ave (t) / Pave …… (13 ) ΔP 2 ave (t) abs ′ = ΔP 2 ave (t) abs / Pave …… (1
4) ΔP 20 ave (t) ′ = ΔP 20 ave (t) / Pave …… (15) ΔP 20 ave (t) abs ′ = ΔP 20 ave (t) abs / Pave …… (1
6) Further, in order to make it more general, in Equations (1) to (8), a value normalized by the control target laser output P 0 at that time may be used.
ΔP1(t)NORM＝ΔP1（ｔ）／P0 ……（17） ΔP1abs(t)NORM＝ΔP1abs（ｔ）／P0 ……（18） ΔP10(t)NORM＝ΔP10（ｔ）／P0 ……（19） ΔP10abs(t)NORM＝ΔP10abs（ｔ）／P0 ……（20） ΔP2abe(t)NORM＝ΔP2ave（ｔ）／P0 ……（21） ΔP2abe(t)absNORM＝ΔP2ave（ｔ）abs/P0 ……（22） ΔP20ave(t)NORM＝ΔP20ave（ｔ）／P0 ……（23） ΔP20ave(t)absNORM＝ΔP20ave（ｔ）abs/P0……（24） 従って、第４図に示すようにあらかじめガス系制御開始
時のレーザ出力揺ぎの値ΔPstart（または（ΔPstart）
NORM）を設定しておき、レーザの出力制御開始とともに
各時刻におけるレーザ出力の測定値からレーザ出力の揺
らぎΔＰ（またはΔPNORM）を測定し、以下の判定を用
いガス系制御の開始の有無を決定およびガス系制御を実
行することにより、レーザガス劣化の速度をあげること
なく安定したガス系制御が可能となる。ΔP 1 (t) NORM = ΔP 1 (t) / P 0 …… (17) ΔP 1 abs (t) NORM = ΔP 1 abs (t) / P 0 …… (18) ΔP 10 (t) NORM = ΔP 10 (t) / P 0 …… (19) ΔP 10 abs (t) NORM = ΔP 10 abs (t) / P 0 …… (20) ΔP 2 abe (t) NORM = ΔP 2 ave (t) / P 0 …… (21) ΔP 2 abe (t) abs NORM = ΔP 2 ave (t) abs / P 0 …… (22) ΔP 20 ave (t) NORM = ΔP 20 ave (t) / P 0 …… ( 23) ΔP 20 ave (t) abs NORM = ΔP 20 ave (t) abs / P 0 (24) Therefore, as shown in Fig. 4, the laser output fluctuation value ΔPstart (or (ΔPstart)
NORM ) is set, the laser output control starts, and the laser output fluctuation ΔP (or ΔP NORM ) is measured from the measured value of the laser output at each time, and the presence or absence of gas system control start is determined using the following judgment. By performing the determination and the gas system control, stable gas system control can be performed without increasing the speed of laser gas deterioration.
ΔPstart＜ΔＰ→ガス系制御 ……（25） または、これを規格化した式（26）の判定を用いても良
い。ΔPstart <ΔP → gas system control (25) Alternatively, the determination of the equation (26) that standardizes this may be used.
（ΔPstart）NORM＜ΔPNORM→ガス系制御 ……（26） その他、式（１）から式（24）までの揺らぎの関数をも
とにした関数を用いても同様の効果が得られることは言
うまでもない。(ΔPstart) NORM <ΔP NORM → Gas system control (26) In addition, the same effect can be obtained by using the function based on the fluctuation function from Equation (1) to Equation (24). Needless to say.
なお、長時間発振におけるエキシマレーザのレーザ出力
低下の原因の大部分は発生不純物によるものと推定され
るので、ガス系制御としては、不純物除去やレーザガス
再生が有効であると考えられる。It is estimated that most of the cause of the decrease in the laser output of the excimer laser during long-time oscillation is due to the generated impurities. Therefore, it is considered that impurity removal and laser gas regeneration are effective for gas system control.
以上説明したように、本発明によれば、レーザガス劣化
に起因するエキシマレーザのパルス揺らぎを検出し、そ
の値の変化から、レーザガスの劣化状況を定量的に把握
できるようにしたので、レーザガスの一成分または複数
成分のガス注入あるいは交換をレーザガスの劣化を早め
ることなく、時期を誤ることなく確実に実施できる。As described above, according to the present invention, the pulse fluctuation of the excimer laser caused by the deterioration of the laser gas is detected, and the deterioration state of the laser gas can be quantitatively grasped from the change of the value, so that the laser gas It is possible to reliably inject or replace a component or a plurality of components with gas without accelerating the deterioration of the laser gas and without mistake in the timing.
第１図は本発明の一実施例の全体構成を示すブロック
図、第２図はエキシマレーザの長時間発振における出力
低下特性を示す線図、第３図はエキシマレーザの出力揺
ぎの時間特性を示す線図、第４図はガス系制御領域への
移行時期を示す線図である。 １……エキシマレーザ発振器、３……レーザ電源系、５
……ガス制御系、６……レーザ出力制御装置（制御手
段）、９……レーザ出力計（検出手段）。FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the output reduction characteristic of the excimer laser during long-term oscillation, and FIG. 3 is the output fluctuation time characteristic of the excimer laser. The diagram shown in FIG. 4 is a diagram showing the timing of transition to the gas system control region. 1 ... Excimer laser oscillator, 3 ... Laser power supply system, 5
...... Gas control system, 6 ... Laser output control device (control means), 9 ... Laser output meter (detection means).
Claims (1)
ーザガスを供給してレーザビームを射出するエキシマレ
ーザに設けられ、レーザ出力の安定化制御を行うエキシ
マレーザ出力安定化装置において、前記レーザガスの劣
化とともに進行するレーザ出力の揺ぎを検出する検出手
段と、該検出手段が検出した前記レーザ出力の揺ぎが予
め設定した値を超えたときに、前記レーザガスの劣化を
改善するためのガス系パラメータの制御を開始する制御
手段とを設けたことを特徴とするエキシマレーザ出力安
定化装置。1. An excimer laser output stabilizing device, which is provided in an excimer laser for emitting a laser beam by supplying a laser power source and a laser gas to an excimer laser oscillator, for stabilizing the laser output, advances with deterioration of the laser gas. Means for detecting fluctuations in the laser output, and control of gas system parameters for improving the deterioration of the laser gas when the fluctuations in the laser output detected by the detection means exceed a preset value. And an excimer laser output stabilizing device, which is provided with a control means for starting.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP33296390A JPH0716072B2 (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Excimer laser output stabilizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33296390A JPH0716072B2 (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Excimer laser output stabilizer |
Publications (2)
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| JPH04199756A JPH04199756A (en) | 1992-07-20 |
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| JP (1) | JPH0716072B2 (en) |
Families Citing this family (2)
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1990
- 1990-11-29 JP JP33296390A patent/JPH0716072B2/en not_active Expired - Fee Related
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