JPWO2017072879A1 - 狭帯域化エキシマレーザ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1.狭帯域化エキシマレーザ装置の全体説明
1.1 構成
1.2 動作
2.用語の説明
3.比較例
3.1 比較例の構成
3.2 比較例の動作
3.3 比較例の課題
4.実施形態1
4.1 実施形態1の構成
4.2 実施形態1の動作
4.3 実施形態1の作用・効果
4.4 実施形態1の補足の動作例
5.実施形態2
5.1 実施形態2の構成
5.2 実施形態2の動作
5.3 実施形態2の作用・効果
5.4実施形態2の補足の動作例
6.実施形態2の変形例
6.1 実施形態2の変形例の構成
6.2 実施形態2の変形例の動作
6.3 実施形態2の変形例の作用・効果
7.実施形態3
7.1 実施形態3の構成
7.2 実施形態3の動作
7.3 実施形態3の作用・効果
8.実施形態4
8.1 実施形態4の構成
8.2 実施形態4の動作
8.3 実施形態4の作用・効果
9.制御部
9.1 制御部の構成
9.2 制御部の機能
9.3 制御部の接続機器
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
1.1 構成
図1および図2に、例示的な狭帯域化エキシマレーザ装置1の構成を概略的に示す。図1はこの狭帯域化エキシマレーザ装置1の一部破断側面図であり、図2はこの狭帯域化エキシマレーザ装置1の一部破断上面図である。
上記の構成において、放電電極23および24に高電圧が印加されると、放電電極23と放電電極24との間で放電し得る。この放電によりレーザガスが励起され、レアガスおよびハロゲンガスを含むレーザ媒質から、自然放出光が発生し得る。この自然放出光は、波長が例えば前述した193nmあるいは248nmの紫外光であり得る。この光はウィンドウ22を透過して、狭帯域化モジュール40内に入射し、プリズム42〜44によってビーム径が拡大されて、グレーティング45に入射し得る。
本開示において使用される用語を、以下のように定義する。「スペクトル線幅」とは、図3に示すように、レーザ光のスペクトル波形の光量閾値における全幅である。本開示においては、光量ピーク値に対する各光量閾値の相対値を線幅閾値Threshということにする。なお、0<Thresh<1である。例えばピーク値の半値を線幅閾値0.5という。なお線幅閾値0.5におけるスペクトル波形の全幅W1/2を特別に半値全幅またはFWHM(Full Width at Half Maximum)という。
3.1 比較例の構成
図5は、本発明に対する比較例である狭帯域化エキシマレーザ装置2の構成を概略的に示す一部破断上面図である。図5の構成において、図2に示したものと同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
この比較例の狭帯域化エキシマレーザ装置2において、狭帯域化モジュール40の筐体41内に不純物ガスが存在すると、レーザ装置の運転中にプリズム42〜44の光透過端面やグレーティング45の格子面に付着して劣化させ得る。そのようにプリズム42〜44やグレーティング45が劣化すると、狭帯域化エキシマレーザ装置2の光出力が低下したり、レーザ光Lのスペクトル線幅が拡大したりすることがあり得る。この問題を防止するために、いわゆる真空引きの処理によって、狭帯域化モジュール40の筐体41内から不純物ガスを排除することが行われ得る。この処理は、制御部66によって第1のバルブ61を閉じる一方第2のバルブ62を開き、圧力センサ51が示す筐体41内の圧力が所定値に減圧するまで排気ポンプ65を駆動させて、筐体41内を排気することによってなされ得る。なお上記の処理は、例えば狭帯域化モジュール40を新しいものに交換して、狭帯域化エキシマレーザ装置2に搭載した際に行われ得る。
しかし上記の排気処理を行っても、不純物ガスが筐体41内に残って、狭帯域化エキシマレーザ装置2の運転時に、狭帯域化用素子つまりプリズム42〜44やグレーティング45が劣化する可能性があり得る。
4.1 実施形態1の構成
図6は、実施形態1に係る狭帯域化エキシマレーザ装置3の構成を概略的に示す一部破断上面図である。図6の構成において、図5に示した比較例と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
図7〜図12は、本実施形態の狭帯域化エキシマレーザ装置3における窒素ガス供給に係る処理の流れを示すフローチャートである。以下これらの図も参照して、本実施形態の狭帯域化エキシマレーザ装置3の動作を説明する。
以上説明したように、狭帯域化エキシマレーザ装置3がレーザ発振する前に、狭帯域化モジュール40の筐体41内が例えば3分〜10分程度の時間、窒素ガスによってパージされるので、筐体41内の不純物ガスが筐体41の外に排出され得る。またその後に、筐体41内の圧力Pが例えば4kPa程度まで減圧されるので、大気中の不純物ガスや、筐体41内から発生する不純物ガスが筐体41内の狭帯域化用光学素子に付着して狭帯域化モジュール40の光学性能が劣化することが抑制され得る。
次に図9〜図11を参照して、図7に示したステップS305の処理、つまり狭帯域化モジュール40の排気サブルーチン処理の別の例を3例説明する。これら3例の排気サブルーチン処理は、図8の排気サブルーチン処理が筐体41内の圧力Pを所定の圧力P1以下にしてレーザ発振可能とするものであるのに対し、筐体41内の圧力Pを所定の圧力P1およびP2の間に設定してレーザ発振可能とするものである。
5.1 実施形態2の構成
図13は、実施形態2に係る狭帯域化エキシマレーザ装置4の構成を概略的に示す一部破断上面図である。図13の構成において、図6に示した実施形態1の要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
上記の構成においては、狭帯域化エキシマレーザ装置4が緊急停止して排気ポンプ65が停止した場合、自動的に、第1のバルブ161が開状態で、第2のバルブ162および第3のバルブ163が閉状態となり得る。
そこで、筐体41内に自動的に窒素ガスが充填され得る。それにより、筐体41内で発生した不純物ガスが筐体41内の狭帯域化用光学素子、つまりプリズム42〜44やグレーティング45に付着して狭帯域化モジュール40の光学性能が劣化することが抑制され得る。
図13に示すように、導入管60に対して、第1のバルブ161と直列に設けられたバルブ72が常時開タイプのバルブである場合は、第3のバルブ163として特に常時開タイプのバルブが用いられてもよい。その構成にすると、排気ポンプ65が停止した場合、自動的に、第1のバルブ161、第3のバルブ163およびバルブ72が開状態となり、第2のバルブ162が閉状態となり得る。
6.1 実施形態2の変形例の構成
図14は、実施形態2の変形例に係る狭帯域化エキシマレーザ装置5の構成を概略的に示す一部破断上面図である。図14の構成において、図13に示した実施形態2の要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
上記の構成においては、狭帯域化エキシマレーザ装置4が緊急停止して排気ポンプ65が停止した場合、自動的に、第1のバルブ161が開状態で、バルブ172、第2のバルブ162および第3のバルブ163が閉状態となり得る。
上記の動作により、筐体41内に窒素ガスサブタンク173から自動的に窒素ガスが充填され得る。それにより、筐体41内で発生した不純物ガスが筐体41内の狭帯域化用光学素子、つまりプリズム42〜44やグレーティング45に付着して狭帯域化モジュール40の光学性能が劣化することが抑制され得る。
7.1 実施形態3の構成
図15は、実施形態3に係る狭帯域化エキシマレーザ装置6の構成を概略的に示す一部破断上面図である。図15の構成において、図13に示した実施形態2の要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
図16は、狭帯域化モジュール40の筐体41内への窒素ガス供給から、筐体41内のガスを排気するまでの全体的な処理の流れを示している。この図16では、図7の処理におけるのと同じ処理については、図7に付したステップ番号と同じステップ番号を付している。ここでは、まずステップS500において、狭帯域化モジュール40が不図示のレーザ装置に搭載されたか否かが制御部66によって判別されてもよい。その後のステップS301〜S303の処理は図7の処理と同じとされてもよい。ステップS504では、第1のバルブ61および第2のバルブ162が開かれる一方、第3のバルブ163が閉じられてもよい。また、その後のステップS305およびS306の処理も、図7の処理と同じとされてもよい。
以上のように、窒素ガスをパージしながら排気することにより、筐体41内を減圧した場合に筐体41内から発生する不純物ガスが、筐体41内の狭帯域化用光学素子に付着して狭帯域化モジュール40の光学性能が劣化することが抑制され得る。また、グレーティング45の表面への窒素ガスの流れが弱められ得るので、窒素ガスの密度分布や、あるいはグレーティング45の表面の温度分布による屈折率変動が抑制され得る。そこで、この屈折率変動によってレーザ光Lの狭帯域化が阻害されることが抑制され得る。また、筐体41内に外部から入る不純物ガスも窒素ガスと共に排気し得るので、筐体41内の不純物ガスの濃度も低減され得る。
8.1 実施形態4の構成
図17は、実施形態4に係る狭帯域化エキシマレーザ装置7の構成を概略的に示す一部破断上面図である。図17の構成において、図6に示した実施形態1の要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
図18は、図17に示したレーザ制御部52によってなされる制御処理の流れを示すフローチャートである。以下この図18を参照して、上記制御処理について説明する。まずステップS600においてレーザ制御部52は、窒素ガスを狭帯域化モジュール40の筐体41に充填することを示す信号を制御部66に送ってもよい。制御部66は筐体41内が窒素ガスで充填されると、充填が完了したことを示す充填完了信号をレーザ制御部52に送ってもよい。レーザ制御部52はステップS601において、充填完了信号を受信したかどうか判別してもよい。充填完了信号を受信したと判別されない場合は、ステップS601の処理が繰り返されてもよい。
以上の通り本実施形態においては、レーザチャンバ20からのレーザガスの排気と、狭帯域化モジュール40の筐体41からのガスの排気を、1台の排気ポンプ265によって行い得る。そして、筐体41に窒素ガスが充填された状態で、レーザチャンバ20からのレーザガスの排気がなされるので、狭帯域化モジュール40の筐体41内が、レーザガス中の不純物によって汚染されることが抑制され得る。
9.1 制御部の構成
図20は、上述した各実施形態における制御部66の概略構成を示すブロック図である。以下この図20を参照して、制御部66の構成について説明する。制御部66は、コンピュータやプログラマブルコントローラ等汎用の制御機器によって構成されてもよい。例えば、図20に示す通り、以下のように構成されてもよい。
表1は、図20に示した各デバイスの機能を概略的に示すものである。以下、この表1を参照して、制御部66の各部の機能について説明する。
パラレルI/Oコントローラ1020に接続される、パラレルI/Oポートを介して通信可能な機器、つまりパラレルI/Oデバイスは、レーザ制御部52や、その他の制御部等であってもよい。
10 出力結合ミラー
20 レーザチャンバ
21、22 ウィンドウ
23、24 放電電極
30 光路管
30a 光路管の開口
40 狭帯域化モジュール
41 狭帯域化モジュールの筐体
41b、41d 筐体の開口
41c 筐体の導入口
42、43、44 プリズム
45 グレーティング
51 圧力センサ
52 レーザ制御部
60 導入管
61、161 第1のバルブ
62、162 第2のバルブ
63、163 第3のバルブ
64 排気管
65、265 排気ポンプ
66 制御部
70 流量調節バルブ
71、171 レギュレータ
72、172 バルブ
74 窒素ガスボンベ
75 大気排気管
90 検出部
173 窒素ガスサブタンク
200 排気管
201 第4のバルブ
Claims (15)
- 光共振器と、
内部にエキシマレーザガスを含み、前記光共振器の光路上に配置されたレーザチャンバと、
筐体および前記筐体内に収容された狭帯域化用光学素子を含む狭帯域化モジュールであって、前記光共振器内に配置され、前記レーザチャンバから出力されたレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する狭帯域化モジュールと、
窒素ガス供給装置と、
前記窒素ガス供給装置から供給された窒素ガスを前記筐体内に流入させる窒素ガス導入部と、
前記窒素ガス導入部から前記筐体内への窒素ガスの流入を制御する第1のバルブと、
前記筐体内のガスを筐体外に流出させる排気部と、
前記排気部を通して前記筐体内のガスを筐体外に排出させる排気ポンプと、
前記排気部からのガスの排出を制御する第2のバルブと、
前記筐体内のガスを大気中に放出させる大気放出部と、
前記大気放出部によるガスの放出を制御する第3のバルブと、
前記第2のバルブを閉じる一方前記第1のバルブおよび第3のバルブを開いて、前記窒素ガスを所定時間前記筐体内に供給させ、次いで前記第1のバルブおよび第3のバルブを閉じる一方前記第2のバルブを開くと共に、前記排気ポンプを駆動させて前記筐体内を排気させ、その後レーザ発振させる制御部と、
を備えた狭帯域化エキシマレーザ装置。 - 前記狭帯域化モジュールまたは前記レーザチャンバが狭帯域化エキシマレーザ装置に搭載されたことを検出して検出信号を出力する検出部がさらに設けられ、
前記制御部は、前記検出信号が入力された後に、前記第1のバルブ、前記第2のバルブ、前記第3のバルブおよび前記排気ポンプに対する制御を開始する請求項1記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。 - 前記筐体内の圧力を検出する圧力センサをさらに備える請求項1記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
- 前記制御部は、前記圧力センサが示す圧力が所定の圧力以下になった場合にレーザ発振させる請求項3記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
- 前記制御部は、前記圧力センサが示す圧力が所定の圧力範囲に入るように前記排気ポンプの排気速度を制御する請求項3記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
- 前記制御部は、前記圧力センサが示す圧力が所定の圧力範囲に入るように前記第1のバルブまたは第2のバルブの開閉を制御する請求項3記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
- 前記筐体は、前記窒素ガス導入部に連通する部分および前記排気部に連通する部分を除く部分では、筐体の内部を外部に対して気密に保つ構造を有する請求項1記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
- 前記第1のバルブは常時開タイプのバルブであり、前記第2のバルブおよび前記第3のバルブは常時閉タイプのバルブである請求項1記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
- 光共振器と、
内部にエキシマレーザガスを含み、前記光共振器の光路上に配置されたレーザチャンバと、
筐体および前記筐体内に収容された狭帯域化用光学素子を含む狭帯域化モジュールであって、前記光共振器内に配置され、前記レーザチャンバから出力されたレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する狭帯域化モジュールと、
窒素ガス供給装置と、
前記窒素ガス供給装置から供給された窒素ガスを前記筐体内に流入させる窒素ガス導入部と、
前記窒素ガス導入部から前記筐体内への窒素ガスの流入を制御する第1のバルブと、
前記筐体内のガスを筐体外に流出させる排気部と、
前記排気部を通して前記筐体内のガスを筐体外に排出させる排気ポンプと、
前記排気部からのガスの排出を制御する第2のバルブと、
前記筐体内のガスを大気中に放出させる大気放出部と、
前記大気放出部によるガスの放出を制御する第3のバルブと、
前記第2のバルブを閉じる一方前記第1のバルブおよび第3のバルブを開いて、前記窒素ガスを所定時間前記筐体内に供給させ、次いで前記第3のバルブを閉じる一方前記第1のバルブおよび第2のバルブを開くと共に、前記排気ポンプを駆動させて前記筐体内を排気させ、その後レーザ発振させる制御部と、
を備えた狭帯域化エキシマレーザ装置。 - 前記狭帯域化モジュールまたは前記レーザチャンバが狭帯域化エキシマレーザ装置に搭載されたことを検出して検出信号を出力する検出部がさらに設けられ、
前記制御部は、前記検出信号が入力された後に、前記第1のバルブ、前記第2のバルブ、前記第3のバルブおよび前記排気ポンプに対する制御を開始する請求項9記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。 - 前記筐体内の圧力を検出する圧力センサをさらに備える請求項9記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
- 前記制御部は、前記圧力センサが示す圧力が所定の圧力範囲に入るように前記排気ポンプの排気速度を制御する請求項11記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
- 前記制御部は、前記圧力センサが示す圧力が所定の圧力範囲に入るように前記第2のバルブの開閉を制御する請求項11記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
- 前記筐体は、前記窒素ガス導入部に連通する部分および前記排気部に連通する部分を除く部分では、筐体の内部を外部に対して気密に保つ構造を有する請求項9記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
- 前記第1のバルブは常時開タイプのバルブであり、前記第2のバルブおよび前記第3のバルブは常時閉タイプのバルブである請求項9記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
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