KR100289097B1 - 가스레이저 장치 - Google Patents

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KR100289097B1
KR100289097B1 KR1019980707516A KR19980707516A KR100289097B1 KR 100289097 B1 KR100289097 B1 KR 100289097B1 KR 1019980707516 A KR1019980707516 A KR 1019980707516A KR 19980707516 A KR19980707516 A KR 19980707516A KR 100289097 B1 KR100289097 B1 KR 100289097B1
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요시호 아마다
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안자키 사토루
가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

레이저가스 교환직후의 레이저 발진개시의 최초부터, 소정의 높은 레이저 출력파워가 얻어진다. 이 때문에, 사용된 레이저실(1) 내의 레이저가스를 신선한 레이저가스로 교환하는 레이저 장치에 있어서, 레이저가스 교환후의 신선한 레이저가스 중에 사용된 레이저가스를 소정량 가스잔존수단, 혹은 신선한 레이저가스중에 불순물가스를 첨가하는 불순물가스첨가수단과, 제어기(11) 등을 구비하고 있다. 레이저가스 중의 교환후의 사용된 레이저가스의 농도는, 1.5∼60％의 범위내가 바람직하다. 가스잔존수단은, 소정량의 사용된 레이저가스가 잔존하도록 가스배기를 제어하는 가스배기제어기구(10), 혹은 저장된 사용된 레이저가스를 소정량 주입하는 레이저가스 저장용기(21)이다. 불순물가스첨가수단은, 소정농도의 불순물가스를 함유하는 레이저가스 봄베, 혹은 불순물가스용기(44)이다.

Description

가스레이저 장치
가스레이저 장치는 제품에의 마아킹, 구멍뚫기, 절단, 재료개질 등의 재료 가공용의 광원으로서 이용되고 있다. 특히, 희가스할로겐 엑시머레이저장치는, 자외선 영역에 있어서의 강력한 레이저광을 그 특성을 이용하여 유기물질에의 마아킹, 어브레이젼가공, 일반 재료에의 미세가공, 표면재질, 광화학반응 등의 광원으로서 사용하고 있다. 또, 희가스할로겐 엑시머레이저장치는 반도체 제품의 제조공정에도 사용되고 있고, 예컨대, 고밀도의 회로패턴을 반도체 상에 형성하는 광리소그래피공정에 사용하는 투영노광장치의 광원으로서 사용되고 있다. 더욱이, 희가스할로겐 엑시머레이저장치와 기구상 유사하고, 또한 희가스할로겐 엑시머레이저장치보다 단파장의 자외광을 발생하는 불소 엑시머레이저장치도, 상기와 같은 희가스할로겐 엑시머레이저장치와 마찬가지의 분야에서의 이용이 기대되고 있다. 아래의 설명에서는, 이들 희가스할로겐 엑시머레이저장치 및 불소 엑시머레이저장치를 일괄하여 엑시머레이저장치라고 부른다.
도 15는 종래의 전형적인 방전여기식 가스레이저 장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 동 도면에 의거하여 설명한다. 레이저실(1)은 레이저광을 발진시키는 레이저 매질가스용기이고, 내부에 레이저 매질가스(이후, 레이저가스라고 말함)가 충전된다. 또, 레이저실(1) 내에는, 글로 방전을 발생시켜서 레이저가스를 여기하는 주방전전극(2)과, 예비전리방전을 발생시켜서 주방전전극(2)의 주방전공간에 초기 전자를 생성하는 예비전리전극(3) 등을 구비하고 있다. 더욱이, 레이저실(1) 내에는, 레이저가스를 순환시켜서 주방전공간에 신선한 가스를 공급하는 팬(7)과, 방전에너지에 의하여 온도가 상승된 레이저가스를 냉각하는 열교환기(8) 등이 설치되어 있다. 레이저실(1)의 외부에는, 주방전전극(2) 및 예비전리전극(3)에 방전 에너지를 공급하는 고전압펄스전원(4)이 구비되어 있다. 고전압펄스전원(4)의 내부에는 방전에너지를 축적하기 위한 콘덴서가 설치되어 있고, 콘덴서로의 충전전압을 제어하므로서, 상기한 방전에너지가 제어되게 된다. 또한, 레이저가스로는, 예컨대 탄산가스 레이저의 경우는 이산화탄소가스와 헬륨 및 질소가스의 혼합가스가 사용되고, 또, KrF 엑시머레이저장치의 경우는 불소와 클립톤 및 버퍼가스(헬륨 또는 네온)의 혼합가스가 사용되고, ArF 엑시머레이저장치의 경우는 불소와 아르곤 및 버퍼가스(헬륨 또는 네온)의 혼합가스가 사용된다.
보통의 가스레이저장치에 있어서는, 반응성의 비교적 높은 성분가스가, 예컨대, 불소가스가 레이저실(1)의 내면이나 표(7) 및 열교환기(8)의 표면 등에 부착하여 반응한다. 더욱이, 이 성분가스는 방전여기때에 전극재의 스퍼터링에 의해서 발생된 금속입자의 표면에도 흡착하여 반응한다. 이 때문에, 이 반응성의 비교적 높은 성분가스의 농도는, 시간의 경과에 따라서 감소하여 간다. 또, 시간의 경과와 아울러, 레이저실(1) 내에 존재하는 수분, 금속에 흡장(吸藏)된 수소원자 등이나, 레이저실(1) 내에서 사용되고 있는 시일재나 윤활재 등의 고분자 화합물의 수소원자 등과 이 성분가스 등이 반응하여 불순물가스가 발생되고, 레이저가스 내의 불순물가스의 농도가 상승한다.
이와 같은 레이저가스 중의 성분가스의 농도가 소정치 보다 감소하거나, 혹은 불순물가스의 농도가 소정치 보다 증가된 경우에는, 레이저 출력파워가 감소하게 된다. 그런데, 가스레이저장치의 이용분야에 있어서는 대부분의 경우, 레이저 출력파워가 일정한 것이 요구되고 있다. 따라서, 보통은 레이저 출력파워가 일정하게 되도록, 레이저가스 중의 성분가스를 적당한 정도로 주입하여 가스농도를 제어하거나, 혹은 여기(勵起)로 인하여 투입 에너지를 증가시키도록 고전압펄스전원(4)의 충전전압을 제어하고 있다.
한편, 레이저실(1)의 내압한계나 고전압펄스전원(4)은 투입 가능한 에너지의 한계가 있으므로, 이 충전전압을 높이는데 제한이 있다. 또, 레이저 출력파워 이외의 레이저 출력광특성(스펙트러선폭이나 빔폭 등)을 유지할 필요가 있으므로, 이 성분가스의 주입량에도 제한이 있다. 따라서, 성분가스 주입량이나 투입 에너지의 조정에 의한 레이저 출력파워의 제어에도 한계가 있다. 이와 같이, 레이저 출력파워의 제어를 실시하는데 한계가 발생한 상태의 레이저가스를, 이후에 「사용된 레이저가스」라고 부른다. 그리고, 레이저 출력파워의 제어가 한계에 접근한 경우에는, 일반적으로 레이저가스의 교환을 실시한다. 이 레이저가스 교환의 수순은, 예컨대 다음과 같다. 레이저실(1) 내의 사용된 레이저가스를 도시하지 않은 배기장치에 의하여 배기하여 레이저실(1) 내를 대략 진공상태로 한 후, 도시하지 않은 레이저가스 봄베 등의 레이저가스 공급수단으로부터 소정량의 신선한 레이저가스를 레이저실(1) 내로 주입한다. 이것에 의하여, 재차 레이저 출력파워의 제어가 가능하게 되고, 일정한 출력을 얻는 것이 기대될 수 있다.
그런데, 사용된 레이저가스를 신선한 레이저가스로 전부 교환한 경우에는, 본래 가스교환 직후의 레이저 발진의 초기부터 레이저 출력파워가 높은 수준으로 회복하는 것이 기대되지만, 실제로는 레이저가스 교환직후의 레이저 출력파워가 저하되는 현상이 발생한다. 이 현상은, 특히 엑시머레이저장치에서 현저하게 발생되고, 그 중에서도 ArF 엑시머레이저장치 및 불소 엑시머레이저장치에서는 대단히 현저하게 발생된다.
도 16은, 레이저 출력파워의 레이저가스 교환직후로부터의 시간적인 경과를 나타낸다. 이 때에, 여기에너지는 일정하고, 또 성분가스의 주입 등의 출력파워를 일정하게 유지하는 제어는 실시되지 않는다. 레이저가스 교환직후에는 출력파워가 낮은 값에서부터 시작하며, 서서히 증가하여 소정시간후에는 정상치로 되는 경향이 있다. 이 때, 레이저가스 교환직후의 출력파워는 대단히 낮으므로, 여기에너지를 상한까지 증가시켜도 소정의 정격출력파워가 출력될 수 없다고 하는 문제가 발생한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 종래로부터 효과의 이유는 밝혀지지 않았지만, 아래에 표시되는 몇 개의 방법이 취해져 있다.
제1의 방법은, 레이저가스 교환후에 10분∼1시간 정도 레이저 발진을 실시하지 않고 방치하여 둔다. 이 방법에 의하여 방치후에 레이저 발진을 개시한 경우는, 발진당초에서 소정의 정격출력파워가 얻어져 있다.
제2방법은, 레이저가스 교환후에 수분∼30분간 정도 레이저 발진을 실시한다. 이 경우는, 제1의 방법에서 조기(早期)에 소정의 정격출력파워를 얻을 수 있다.
제3의 방법은, 레이저가스의 온도를, 예컨대 30∼40도로 높게 한다. 이 경우도, 제1의 방법에서 조기에 소정의 정격출력파워를 얻을 수 있다.
그러나, 제1의 방법과 같이, 레이저가스 교환후에 레이저 발진을 실시하지 않고 방치해두는 것은, 레이저 장치의 가동율을 저하시키게 한다. 보통의 가스교환작업에는 15분 정도의 시간을 요하게 되고, 이 시간을 합치게 되면 최대 1시간 이상의 레이저 장치의 휴지(休止)시간이 발생하게 된다. 이 때문에, 레이저 장치에 의한 생산효율이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
제2의 방법에 있어서도, 제1의 방법보다 시간은 짧게 되지만, 레이저 장치의 휴지시간은 증가하므로, 레이저 장치에 의한 생산효율의 저하를 피하지 못하게 된다. 또, 출력파워의 회복을 위한 레이저 발진에서 소비되는 에너지가 직접 생산으로 결부되지 않으므로, 에너지 절약의 목적에서 바람직하지 않고, 레이저 장치나 레이저가스의 수명을 저하시키기도 한다.
제3의 방법에서는, 레이저가스의 온도를 최적의 범위로 제어하기 위하여, 열교환기(8)로 흐르는 냉매의 유량을 조정하거나, 혹은 냉매의 온도를 조정하는 레이저가스의 온도조절기구가 필요하게 된다. 이 결과, 레이저장치 전체의 기구가 복잡하게 되고, 신뢰성이 저하된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 재료가공, 재료개질, 투영노광 등의 광원에 사용하는 레이저장치에 관한 것이고, 특히 엑시머레이저장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 관한 가스레이저 장치의 기본 구성도이다.
도 2는 제1실시예에 관한 가스레이저 장치의 구성도이다.
도 3은 제1실시예에 관한 레이저가스 잔존처리 플로우챠트이다.
도 4는 제2실시예에 관한 레이저가스 잔존처리 플로우챠트이다.
도 5는 도 4를 설명하기 위한 레이저가스 압력과 배기시간의 도표이다.
도 6은 제3실시예에 관한 가스레이저 장치의 구성도이다.
도 7은 제3실시예에 관한 레이저가스 잔존처리 플로우챠트이다.
도 8는 제4실시예에 관한 가스레이저 장치의 구성도이다.
도 9는 제4실시예에 관한 레이저가스 잔존처리 플로우챠트이다.
도 10은 제5실시예에 관한 가스레이저 장치의 구성도이다.
도 11은 제5실시예에 과한 불순물가스 첨가처리 플로우챠트이다.
도 12는 제6실시예에 관한 가스레이저 장치의 구성도이다.
도 13는 제6실시예에 관한 불순물가스 첨가처리 플로우챠트이다.
도 14은 제7실시예에 관한 가스레이저 장치의 구성도이다.
도 15은 종래기술에 관한 가스레이저 장치의 사시도이다.
도 16는 종래기술을 설명하기 위한 레이저 출력파워의 레이저가스 교환직후로부터 시간적인 경과를 표시하는 도표이다.
도 17A 및 도 17B는, 본 발명의 효과를 나타내는 출력파워 및 충전전압의 시간적인 추이(推移)를 표시하는 도표이다.
본 발명은, 이러한 종래의 문제점에 감안하여 이루어진 것이고, 레이저가스 교환직후의 레이저 발진 개시의 최초로부터, 소정의 높은 레이저 출력파워가 얻어지는 가스레이저 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 제1은, 레이저광을 소정의 펄스수 이상 발진하고, 레이저 출력파워가 제어불가능하게 된 사용된 레이저 실내의 레이저가스를 신선한 레이저가스로 교환하는 가스레이저 장치에 있어서, 레이저가스의 교환시에, 교환된 신선한 레이저가스중에 이 사용된 레이저가스의 일부를 잔존시키는 가스잔존수단을 구비한 구성으로 되어 있다.
이와 같이, 사용된 레이저가스의 일부를 가스잔존수단에 의하여 레이저실 내로 잔존시켜, 신선한 레이저가스와 혼합하여 있으므로, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 레이저 출력파워가 저하되지 않고 발진가능하게 된다. 따라서, 가스레이저 장치의 가동률을 저하시키지 않고, 생산효율이 향상한다.
본 발명의 제2는, 교환후의 레이저가스 중의 상기한 사용된 레이저가스의 농도가 1.5％ 이상으로부터 60％ 이하의 범위내에 있다.
이와 같이, 사용된 레이저가스의 농도가 소정의 범위내에 있도록 사용된 레이저가스를 잔존시키므로서, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 레이저 출력파워가 저하되지 않고, 보다 안정하게 발진가능하게 된다.
본 발명의 제3은, 상기한 가스잔존수단이, 레이저가스 교환시에 소정량의 사용된 레이저가스가 레이저실 내로 잔존하도록 가스배기를 제어하는 가스배기제어기구이다.
이 가스배기제어기구에 의하여 레이저실 내에 잔존하는 가스와, 새롭게 주입된 신선한 레이저가스 등을 혼합한 레이저가스에 의하여 레이저 발진시키므로서, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 레이저 출력파워가 저하되지 않고 발진가능하게 된다. 따라서, 가스레이저 장치의 가동율을 저하시키지 않고, 생산효율이 향상된다.
본 발명의 제4는, 상기한 가스잔존수단이, 레이저실에 부설되고, 사용된 레이저가스를 레이저실로부터 수용하여 저장된 후에, 이 저장된 사용된 레이저가스를 레이저실 내로 소정량 주입하는 레이저가스 저장용기이다.
이 레이저가스 저장용기에 의하여 레이저실 내로 소정량 주입된 사용된 레이저가스와, 새롭게 주입된 신선한 레이저가스 등을 혼합한 레이저가스에 의하여 레이저발진시키므로서, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 레이저 출력파워가 저하되지 않고 발진가능하게 된다. 따라서, 가스레이저 장치의 가동율을 저하시키지 않고, 생산효율이 향상된다.
본 발명의 제5는, 상기한 가스배기 제어기구는, 레이저실 내의 가스압을 검출하는 압력센서와, 레이저실 내의 사용된 레이저가스를 배기하는 밸브와, 이 압력센서의 검출신호에 의거하여, 소정량의 사용된 레이저가스가 레이저실 내에 잔존하도록 밸브에 구동지령을 출력하는 제어기 등을 구비하고 있다.
이와 같이, 제어기는 가스압의 검출값에 의거하여 가스의 배기를 제어하므로, 정밀도가 양호하며 소정량의 사용된 레이저가스를 레이저실 내로 잔존시킬 수 있고, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 확실하게 레이저 출력파워를 저하시키지 않고 발진가능하게 된다.
본 발명의 제6은, 상기한 가스배기 제어기구는, 레이저실 내의 사용된 레이저가스를 배기하는 밸브와, 레이저가스 배기개시때부터의 가스배기시간을 계측하고, 이 가스배기시간에 의거하여, 소정량의 사용된 레이저가스가 레이저실 내에 잔존하도록 밸브에 구동지령을 출력하는 제어기 등을 구비하고 있다.
이와 같이, 제어기는 가스배기시간에 의거하여 가스의 배기를 제어하므로, 정밀도가 양호하며, 소정량의 사용된 레이저가스를 레이저실 내로 잔존시킬 수 있고, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 확실하게 레이저 출력파워를 저하시키지 않고 발진가능하게 된다.
본 발명의 제7은, 상기한 가스배기 제어기구가, 레이저실 내의 가스압이 소정치보다 클때에 사용된 레이저가스를 배기하고, 이 가스압이 소정치 이하로 되었을 때에 배기를 정지하는 압력제어밸브를 구비하고 있다.
이와 같이, 압력제어밸브는 레이저실 내의 가스압이 소정치로 되도록 사용된 레이저가스를 배기하므로, 정밀도가 양호하고, 소정량의 사용된 레이저가스를 잔존시킬 수 있고, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 확실하게 레이저 출력파워를 저하시키지 않고 발진가능하게 된다.
본 발명의 제8은, 레이저광을 소정의 펄스수 이상 발진하여, 레이저 출력파워가 제어불가능하게 된 사용된 레이저실 내의 레이저가스를 신선한 레이저가스로 교환하는 가스레이저 장치에 있어서, 레이저가스의 교환시에, 교환된 신선한 레이저가스에 소정량의 불순물가스를 첨가하는 불순물가스 첨가수단을 구비한 구성으로 하고 있다.
이와 같이, 신선한 레이저가스에 소정량의 불순물가스를 불순물가스 첨가수단에 의하여 첨가하고, 이 혼합된 레이저가스에 의하여 레이저 발진시키므로서, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 확실하게 레이저 출력파워를 저하시키지 않고 발진가능하게 된다. 따라서, 가스레이저 장치의 가동률을 저하시키지 않고, 생산효율이 향상된다.
본 발명의 제9는, 상기한 불순물가스 첨가수단이, 소정농도의 불순물가스가 첨가된 레이저가스가 충전되어 있는 레이저가스 봄베이다.
이와 같은 레이저가스 봄베로부터 소정량의 레이저가스를 레이저실로 주입하여 레이저발진시키므로서, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 확실하게 레이저 출력파워를 저하시키지 않고 발진가능하게 된다.
본 발명의 제10은, 상기한 불순물가스 첨가수단이, 불순물가스를 저장하고 있는 불순물가스용기와, 불순물가스용기의 불순물가스의 레이저실 내로의 주입을 개폐하는 밸브와, 교환후의 신선한 레이저가스에 소정량의 불순물가스를 첨가하도록 밸브에 구동지령을 출력하는 제어기 등을 구비하고 있다.
이것에 의하여, 제어기는 불순물가스용기로부터 레이저실 내로의 불순물가스의 주입량을 제어하고, 소정량의 불순물가스가 신선한 레이저가스에 첨가된다. 이 혼합된 레이저가스에 의하여 레이저 발진시키므로서, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 확실하게 레이저 출력파워를 저하시키지 않고 발진가능하게 된다.
본 발명의 제11은, 상기한 불순물가스 첨가수단이, 불순물가스를 생성하는 불순물가스 생성기와, 불순물가스 생성기의 불순물가스의 레이저실 내로 주입을 개폐하는 밸브와, 교환후의 신선한 레이저가스에 소정량의 불순물가스를 첨가하도록 밸브에 구동지령을 출력하는 제어기 등을 구비하고 있다.
이것에 의하여, 제어기를 불순물가스 생성기로부터 레이저실로의 불순물가스의 주입량을 제어하고, 소정량의 불순물가스가 신선한 레이저가스에 첨가된다. 이 혼합된 레이저가스에 의하여 레이저 발진시키므로서, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 확실하게 레이저 출력파워를 저하시키지 않고 발진가능하게 된다.
본 발명의 제12는, 상기한 불순물가스가, 불화수소(HF), 4불화탄소(CF4) 또는 산소(O2) 중에서 적어도 1개의 가스로 구성되어 있다.
이와 같은 불순물가스를 첨가하므로서, 가스교환직후의 발진개시의 최초로부터 확실하게 레이저 출력파워를 저하시키지 않고 발진가능하게 된다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
상술한 바와 같이, 종래의 문제에 대하여 제1 내지 제3의 대응책이 실시되어 왔지만, 이 대응책에 의한 효과의 이유에 대해서는 밝히지 않았다. 본 발명의 제안자는, 그 이유가 레이저가스 중의 불순물가스농도에 있다는 것을 해명하였다. 보통, 레이저가스 중의 불순물가스는 레이저 출력파워의 저하원인으로 되지만, 어떤 종류의 레이저 장치, 예컨대 엑시머레이저 장치에 있어서는 레이저 출력파워에 대하여 최적한 불순물가스농도가 존재하는 것이 판명되었다. 이 현상은, 엑시머레이저장치 중에서도 특히 ArF 엑시머레이저 장치, 불소엑시머레이저장치에 있어서 현저하게 나타났다.
이 대응책에 의한 효과의 이유는, 아래와 같이 설명된다. 즉, 제1의 방법의 레이저가스 교환후에 10분 내지 1시간 정도 레이저 발진을 하지 않고 방치하므로서 출력이 회복하는 것은, 이 동안에 반응성이 높은 할로겐 가스 등에 의하여 레이저실(1) 내에서 반응이 진척되고, 불순물가스농도가 상기한 최적치로 접근하기 때문이다. 또, 제3의 방법의 레이저가스의 온도를 30도 내지 40도로 높게하므로서 출력이 회복하는 것은, 레이저실(1) 내에서의 불순물가스발생의 반응속도가 확실한 온도의존성을 보유하기 때문이고, 더욱 빠르게 불순물가스농도를 상기한 최적치로 접근시킬 수 있다. 더욱이, 제2의 방법의 레이저가스 교환후에 수분 내지 30분간 정도 레이저 발진을 실시하므로서 출력이 회복하는 것도, 이 발진시의 방전 여기에너지로 레이저가스의 온도가 높아지고, 이것에 의하여 빠르게 불순물가스농도를 상기한 최적치로 접근시킬 수 있는 것으로 생각된다.
본 발명은 이러한 점에 착안하여 이루어진 것이고, 본 발명에 관한 가스레이저 장치는 가스의 잔존수단, 혹은 불순물가스 첨가수단을 구비하고 있다. 즉, 가스의 잔존수단에 의하여 레이저가스 교환시에, 교환된 신선한 레이저가스 중에 사용된 레이저가스의 일부를 잔존시키거나, 혹은 불순물가스 첨가수단에 의하여 소정량의 불순물가스를 신선한 레이저가스에 첨가하도록 하고 있다.
본 발명의 효과는 도 17A 및 도 17B에 실선으로 나타내고 있고, 레이저 출력파워를 일정하게 유지하도록 고전압펄스전원(4)의 방전여기로 인하여 충전전압을 제어한 경우의 불순물가스농도에 대한 출력파워 및 충전전압의 시간적인 추이를 각각 표시하고 있다. 이 때에, 횡축은 어느 것도 레이저가스 교환후의 레이저 발진펄스수를 나타내고 있다.
또한, 레이저가스 교환직후로부터 본 발명에 의존하지 않는 보통의 장치에서 레이저 발전시킨 경우를 파선에 의하여 표시하고 있지만, 이 경우에는, 도 17B에 표시하듯이 출력파워를 일정하게 유지하기 위하여 필요한 충전전압이 보통 출력가능한 상한치(VMAX)를 초과하기 때문에, 실제로는 이 필요한 충전전압을 인가할 수 없다. 이 때문에, 도 17A의 파선으로 표시하듯이 소정의 출력파워(P0)를 얻을 수 없고, 낮은 출력파워로 된다.
한편, 본 발명에 관한 장치에 의하여, 교환후의 신선한 레이저가스 중에 사용된 레이저가스의 일부를 잔존시키도록 하면, 레이저가스 교환직후에 출력파워를 일정하게 하는데 필요한 충전전압은, 잔존량의 증가에 따라 저하된다. 즉, 도 17B에 표시하듯이, 사용된 레이저가스의 농도가 교환후의 레이저가스의 1.5％일 때에 충전전압은 상한치(VMAX)로 되고, 소정의 출력파워(P0)를 얻을 수 있다. 더욱이, 사용된 레이저가스의 잔존량의 농도가 증가함에 따라, 레이저가스 교환직후에 출력파워를 일정하게 하는데 필요한 충전전압은 저하하게 된다. 이것에 의하여, 레이저가스 교환직후의 레이저 발진 최초로부터, 소정의 출력파워(P0)를 얻을 수 있다. 또한, 사용된 레이저가스의 잔존량의 농도를 함부로 증가시키는 것은 레이저가스의 열화를 재촉하게 되고, 도 17B에 표시하듯이 출력파워를 일정하게 하는데 필요한 충전전압이 발진펄스수에 따라서 조기에 상한치(VMAX)로 도달해 버린다. 이런 점에서, 사용된 레이저가스의 잔존량의 농도는, 소정의 범위 이내가 되도록 제어되는 것이 바람직하다. 본 발명의 제안자는, 레이저 출력파워에 대하여 최적의 불순물가스농도가 10％인 것을 발견하고, 이 때에 레이저 출력파워가 최대로 되는 것을 확인하게 되었다. 따라서, 불순물가스농도를 제어할 때의 가장 바람직한 범위는 5∼40％이지만, 1.5∼60％의 범위에서도 레이저가스 교환직후의 레이저 발진 최초로부터 소정의 출력파워(P0)를 얻을 수 있다.
또, 사용된 레이저가스의 일부를 잔존시키는 대신에, 불순물가스를 레이저가스 중에 첨가한 경우에도, 레이저가스 교환직후의 충전전압을 저하시키는 효과가 있다. 이 때의 첨가하는 불순물가스로는, 예컨대 불화수소(MF), 4불화탄소(CF4) 또는 산소(O2) 중에서 적어도 1개의 가스로 구성된다. 이것에 의하여, 레이저가스 교환직후의 레이저 발진 최초로부터, 소정의 출력파워(P0)를 얻을 수 있게 된다.
다음에, 도면을 참조하면서 구체적인 실시예를 표시하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명에 관한 가스레이저 장치의 기본 구성을 나타내고 있다. 레이저실(1)에는 직접 또는 배관을 통하여 가스배기제어기구(10)가 접속되어 있고, 레이저가스 교환시에 가스배기제어기구(10)에 의하여 레이저가스가 배기된다. 레이저가스 공급수단(31∼33) 등은 레이저가스를 레이저실(1) 내로 공급하고, 일반적으로는 레이저가스가 충전된 가스봄베나 레이저가스 발생장치 등으로 구성된다. 예컨대 ArF 엑시머레이저 장치의 경우에는, 네온 또는 헬륨의 버퍼가스를 공급하는 버퍼가스 공급수단(31)과, 아르곤 및 네온의 혼합가스를 공급하는 아르곤 공급수단(32) 및 불소 및 네온의 혼합가스를 공급하는 불소공급수단(33) 등을 구비하고 있다. 이들 가스공급수단(31∼33)은 각각 밸브(34,35,36)에 접속되어 있고, 또한 밸브(34,35,36)는 배관(37)을 통하여 레이저실(1)에 접속되어 있다. 밸브(34,35,36)의 개폐에 의해서, 각 레이저가스의 레이저실(1) 내로의 공급량이 조정된다. 또한, 파선으로 둘러싼 범위가 레이저 장치에 내장되는 것이 일반적이지만, 경우에 따라서는, 가스배기제어기구(10)가 보유하는 배기펌프가 가스레이저 장치 밖에 배설되어 배관을 통하여 접속되는 일도 있다.
도 2는 제1실시예를 나타내는 가스레이저 장치의 구성도를 나타내고 있고, 도 1과 동일한 구성부품에는 동일한 부호를 붙여서 여기에서의 설명을 생략한다.
레이저실(1)과 배관(37)과의 접속부에 밸브(16)가 설치됨과 아울러, 배관(37)으로부터 분기된 배관(19)은 밸브(13), 트랩(14)을 통하여 배기펌프(15)에 접속되어 있다. 이 때에, 배기펌프(15)는 레이저가스 교환시에 레이저실(1) 내의 레이저가스를 흡인배기하고, 그 내부에는 할로겐가스제거용 활성탄이 함유된 필터 등도 장착되어 있다. 또, 트랩(14)은 본 가스레이저 장치가 엑시머레이저 장치인 경우에 필요로 하는 것으로서, 배기펌프(15)에 의하여 배기되는 레이저가스 중에 할로겐 가스를 흡착한다. 이것에 의하여, 인체에 유해하고, 또 배기펌프(15)의 상기한 필터에 온도 이상의 상승 등의 폐해를 미치게 하는 할로겐 가스는 제거된 후에 배기된다. 또, 레이저실(1)에는 내부의 가스압을 검출하는 압력센서(12)가 설치되어 있다. 각 밸브(13,16,34∼36)는 전자밸브, 혹은 전자밸브를 사이에 두고 있는 에어구동밸브 등으로 구성되어 있다. 또한, 밸브(16)는 수동식 밸브이어도 좋다. 그리고, 이들 각 밸브(13,34∼36)의 구동지령, 배기펌프(15)의 구동지령은 제어기(11)로부터 출력되며, 또 압력센서(12)의 검출신호는 제어기(11)에 접속되어 있다.
제어기(11)는 예컨대 마이크로 컴퓨터를 주체로 한 컴퓨터 시스템으로 구성되어 있다. 제어기(11)에는, 상기한 신호 외에, 도시하지 않는 모니터 장치로부터 레이저 출력파워나 레이저 특성을 모니터하기 위한 모니터 신호가 입력되거나, 도시하지 않는 외부의 장치로부터 가스교환지령 등의 지령신호도 입력된다. 제어기(11)는 이 모니터 신호에 의거하여 레이저가스의 교환이 필요하다고 판단했을 때, 혹은, 외부의 장치로부터 가스교환지령을 입력했을 때에, 압력센서(12)의 검출신호를 감시하면서, 각 밸브(13,34∼36) 및 배기펌프(15)의 구동을 제어하며, 레이저가스의 교환을 개시한다.
도 3은 제어기(11)의 레이저가스 교환시의 레이저가스 잔존처리 플로우챠트를 나타내고 있고, 이하 동 도면에 의거하여 처리 내용을 상세하게 설명한다. 또한, 본 처리의 플로우챠트는 서브루틴형식으로 나타내고 있고, 또, 이것 이후의 설명에 있어서도 마찬가지로 한다. 이 때에, 밸브(16)는 열린상태로 하고, 밸브(13,34∼36)는 닫힌 상태로 한다. 또, 이하의 설명에서는 각 처리된 단계번호에 S을 붙여서 표시한다.
S1에서 배기펌프(15)에 구동지령을 출력하고, 레이저가스의 배기를 개시한다. 다음에, S2에서 배기개시로 부터의 배기시간(T)을 체크하고, 배기시간(T)과 소정시간(T1) 등을 비교한다. 비교의 결과, 배기시간(T)이 소정시간(T1) 이하인 때는, S3에서 압력센서(12)의 검출값(P)과 소정압력값(P1) 등을 비교한다. 그리고, 이 비교의 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P1) 보다 큰 때는, 레이저실(1) 내의 가스압이 높으므로, 배기펌프(15)의 보호를 위하여 S4∼S5의 처리를 실시하여 서서히 가스를 배기한다. 즉, S4에서는 소정시간(△T1)만큼 밸브(13)를 열고 배기하며, 다음에 S5에서 소정의 대기시간(△T2)만큼 밸브(13)를 닫힌 후에, S2로 복귀하여 S2∼S5까지를 반복한다. 이것에 의하여, 배기시간(T)이 소정시간(T1)에 도달할 때까지, 또는, 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P1) 이하로 될 때까지의 동안에, 소정시간(△T1)만큼 밸브(13)를 열고 배기된 후에 소정의 대기시간(△T2)만큼 밸브(13)를 닫아두는 동작을 반복한다.
S3에서 레이저실(1) 내의 가스압의 검출값(P)이 소정압력값(P1) 이하로 됐을 때는, S6에서 밸브(13)를 열고, 다음에 S7에서 검출값(P)과 소정압력값(P2) 등을 비교한다. 이 때에, 소정압력값(P2)은 소정압력값(P1) 보다 작은 것으로 한다. 비교한 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P2) 보다 큰 때는, 더욱 S8에서 상기한 배기시간(T)과 소정시간(T2) 등을 비교하고, 배기시간(T)이 소정시간(T2) 이하인 때는 S9로 전진하여 소정시간(△T3)의 대기처리가 없어도 좋다. 이 때에, 소정시간(T2)은 소정시간(T1) 보다 큰 것으로 한다. 그리고, S7∼S9의 처리를 반복하여, 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P2) 이하로 될 때까지 밸브(13)를 열어둔다. S7에서 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P2) 이하로 됐을 때는, S10에서 밸브(13)를 닫고, 다음에 S11에서 보통의 레이저가스 교환시에 실시하는 레이저가스 도입처리를 실시한다. 이 보통의 레이저가스 도입처리는, 예컨대 각 레이저가스를 소정압력값으로 될 때까지 도입하는 것 등에 의하여 가능하다. 이후에, 리턴으로 전진처리를 종료한다.
S8에서 배기시간(T)이 소정시간(T2) 보다 커졌을 때는, 소정시간(T2)이 경과하여도 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P2) 이하로 되지 않은 경우이고, 배기제어에 무엇인가 이상이 발생하고 있을 가능성이 있다고 판단하여 S12로 전진한다. 또한, S2에 있어서도 배기시간(T)이 소정시간(T1) 보다 커졌을 때는, 소정시간(T1)이 경과하여도 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P1) 이하로 되지 않은 경우이고, 상기와 마찬가지로 배기제어의 이상 발생으로 판단하여 S12로 전진한다. S12에서는 이상 신호를 출력하고, 예컨대 경보부자나 경고램프 등에 의하여 작업자에 이상을 알리게 함과 아울러, 외부장치에도 이상 발생신호를 송신한다. 그리고, S13에서는, 각 밸브(13,34∼36)를 제어하여 레이저가스 공급정지나 배기정지 및 레이저 장치정지 등의 이상처리를 실시한다. 이후에, 끝으로 전진처리를 종료한다.
이와 같이하여, 레이저가스 교환시에 레이저실(1) 내의 사용된 레이저가스를 배기할 때에, 레이저실(1) 내의 가스압에 의거하여 배기를 위해 각 밸브(13,34∼36)의 개폐를 제어하므로서, 레이저실(1) 내의 사용된 레이저가스를 소정량 잔존시키도록 하고 있다. 이것에 의하여, 정밀도가 양호하게 잔존량이 제어된다. 이후에, 신선한 레이저가스를 레이저실(1) 내로 도입하여 혼합시킨다. 각 레이저가스의 도입이 완료했을 때, 소정농도의 불순물가스가 레이저가스 내에 함유되어 있게 된다. 따라서, 레이저 발진을 개시한 최초로부터 레이저 출력파워를 저하시키지 않고 발진시킬 수 있게 된다.
다음에, 제2실시예를 도 4 및 도 5에 의거하여 설명한다. 이 때에, 본 실시예에 있어서의 구성은 도 2와 마찬가지로 한다. 도 4는 제어기(11)의 레이저가스 잔존처리 플로우챠트를 나타내고 있고, 도 5는 이 플로우챠트를 설명하기 위한, 레이저실(1) 내의 레이저가스의 압력(P)과 배기시간(T)과의 관계도이다.
도 4에 있어서, S21에서 배기펌프(15)에 구동지령을 출력하고, 레이저실(1) 내의 레이저가스의 배기를 개시한다. 다음에, S22에서 배기개시로 부터의 배기시간(T)을 체크하고, 배기시간(T)과 소정시간(T3) 등을 비교한다. 비교한 결과, 배기시간(T)이 소정시간(T3) 이하인 때는, 도 5에 표시하듯이 레이저실(1) 내의 가스압이 높으므로, 배기펌프(15)의 보호를 위하여 S23∼S24의 처리를 실시하여 서서히 가스를 배기한다. 즉, S23에서는 소정시간(△T1)만큼 밸브(13)를 열고 배기하며, 다음에 S24에서 소정의 대기시간(△T2)만큼 밸브(13)를 닫은 후에, S22로 복귀하여 S22∼S24까지를 반복한다. 이것에 의하여, 배기시간(T)이 소정시간(T3)에 도달할 때까지의 동안에, 소정시간(△T1)만큼 밸브(13)를 열고 배기된 후에 소정의 대기시간(△T2)만큼 밸브(13)를 닫아두는 동작을 반복한다. 또한, 소정시간(T3)은, 레이저실(1) 내의 압력(P)이 배기펌프(15)를 보호할 수 있는 소정의 압력값(P3)에 도달하기 위한 최대의 배기시간(T)으로 설정하여 둔다.
S22에 있어서 배기시간(T)이 소정시간(T3) 보다 커졌을 때는, S25에서 압력센서(12)의 검출값(P)과 소정압력값(P3) 등을 비교한다. 이 비교한 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P3) 이하인 때는, S26에서 밸브(13)를 열고, 다음에 S27에서 상기한 배기시간(T)과 소정시간(T4) 등을 비교하고, 배기시간(T)이 소정시간(T4) 이하인 때는 S28로 전진하여 소정시간(△T3)만큼 대기한 후, S27로 복귀한다. 또한, S28에서 소정시간(△T3)만큼의 대기처리는 없어도 좋다. 이 때에, 소정시간(T4)은 소정시간(T3) 보다 큰 것으로 한다. 그리고, S27∼S28의 처리를 반복하고, 배기시간(T)이 소정시간(T4) 이상으로 될때까지 밸브(13)를 열어둔다. S27에 있어서 배기시간(T)이 소정시간(T4) 이상으로 되었을 때는, S29에서 상기한 검출값(P)과 소정압력값(P4) 등을 비교한다. 이 때에, 소정압력값(P4)은 소정압력값(P3) 보다 작은 것으로 한다. 비교한 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P4) 이하인 때는, S30에서 밸브(13)를 닫고, 다음에 S31에서 상술한 S11과 마찬가지의 보통의 레이저가스 도입처리를 실시한다. 이후에, 리턴으로 전진처리를 종료한다.
S29에서 검출값(P)이 소정압력값(P4) 보다 큰 때는, 소정시간(T4)이 경과하여도 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P4) 이하로 되지 않은 경우이고, 배기제어에 무엇인가 이상이 발생하고 있을 가능성이 있다고 판단하여 S32로 전진한다. 더욱이, S25에 있어서도 검출값(P)이 소정압력값(P3) 보다 큰 때는, 소정시간(T3)이 경과하여도 레이저실(P)이 소정압력값(P3) 보다 큰 때는, 소정시간(T3)이 경과하여도 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P3) 이하로 되지 않은 경우이고, 상기한 것과 마찬가지로 배기제어의 이상 발생으로 판단하여 S32로 전진한다. S32에서는 이상 신호를 출력하고, 예컨대 경보부자나 경고램프 등에 의하여 작업자에게 이상을 알리게 함과 아울러, 외부장치에도 이상 발생신호를 송신한다. 그리고, S33에서는 각 밸브(13,34∼36)를 제어하여 레이저가스 공급정지나 배기정지 및 레이저 장치정지 등의 이상 처리를 실시하고, 끝으로 전진처리를 종료한다.
이와 같이하여, 레이저가스 교환시에 레이저실(1) 내의 사용된 레이저가스를 배기할 때에, 배기시간에 의거하여 배기를 위해 각 밸브(13,34∼36)의 개폐를 제어하므로서, 레이저실(1) 내의 사용된 레이저가스를 소정량 잔존시키도록 하고 있다. 이것에 의하여, 정밀도가 양호하게 잔존량이 제어된다. 이후에, 신선한 레이저가스를 레이저실(1) 내로 도입하여 혼합시킨다. 각 레이저가스의 도입이 완료했을 때에, 소정농도의 불순물가스가 레이저가스 내에 함유되어 있게 된다. 따라서, 레이저 발진을 개시한 최초로부터 레이저 출력파워가 저하되지 않고 발진시킬 수 있게 된다.
다음에, 제3실시예를 도 6 및 도 7에 의거하여 설명한다. 도 6은 본 실시예에 있어서의 구성을 나타내고 있고, 도 2와 동일한 구성부품에는 동일한 부호를 붙여서 여기에서의 설명은 생략한다. 밸브(13)와 트랩(14)의 사이에, 압력제어밸브(17) 및 밸브(18)를 병렬로 설치하고 있다. 이 압력제어밸브(17)는, 레이저실(1) 내의 가스압이 소정의 설정압력값 이상인 때는 이 가스를 배기하고, 소정의 설정압력값에 도달했을 때는 배기를 정지하게 한다. 이 설정압력값은 제어기(11)에 의하여 임의로 설정가능하게 되어 있는 것, 또는 소정의 고정값인 것 중 어느 한쪽이다.
도 7은 본 실시예의 제어기(11)의 레이저가스 잔존처리의 플로우챠트를 나타내고 있고, 아래에서, 동 도면에 의거하여 설명한다. 이 때에, 밸브(16)는 열린상태로 하고, 밸브(13,18,34∼36)는 닫힌 상태로 한다.
S41에서 배기펌프(15)에 구동지령을 출력하고, 레이저실(1) 내의 레이저가스의 배기를 개시한다. 다음에, S42에서 밸브(13)를 연후에, S43에서 소정의 대기시간(△T4)만큼 대기한다. 이것에 의하여, 레이저가스는 압력제어밸브(17)를 통하여 배기되고, 레이저실(1) 내의 가스압은 압력제어밸브(17)에 설정된 소정압력값으로 된다. 그리고, S44에서 밸브(13)를 닫은 후에, S45에서 보통의 레이저가스 도입처리를 실시한다. 이후에, 리턴으로 전진처리를 종료한다.
또한, 이 플로우챠트에 있어서, S41과 S42와의 사이에, 도 3에서의 S2∼S5의 처리, 또는 도 4에서의 S22∼도 25의 처리를 삽입하고, 이것에 의하여 연속배기하여도 좋고, 레이저실(1) 내의 압력(P)이 배기펌프(15)를 보호할 수 있는 소정의 압력값에 도달할 때까지 서서히 배기하도록 하여도 좋다.
이와 같이하여, 레이저가스 교환시에 레이저실(1) 내의 사용된 레이저가스는 압력제어밸브(17)를 통하여 배기되며, 레이저실(1) 내의 가스압은 압력제어밸브(17)에 설정된 소정압력값으로 된다. 이것에 의하여, 레이저실(1) 내에는, 상기한 소정압력값에 비례하는 농도의 사용된 레이저가스가 잔존하므로, 잔존량을 정밀도가 양호하게 제어할 수 있다. 이후에, 신선한 레이저가스를 레이저실(1) 내로 도입하여 혼합시키게 된다. 각 레이저가스의 도입이 완료했을 때, 소정농도의 불순물가스가 레이저가스 내에 함유되어 있게 된다. 이것에 의하여, 레이저 발진을 개시한 최초로부터 레이저 출력파워가 저하되지 않고 발진시킬 수 있게 된다.
다음에, 제4실시예를 도 8 및 도 9에 의거하여 설명한다. 도 8은 본 실시예의 구성을 나타내고 있고, 도 2와 동일한 구성부품에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
배관(37)은 밸브(22)를 통하여 레이저가스 저장용기(21)의 입출력부에 접속되고, 레이저가스 저장용기(21) 외의 입출력부는, 밸브(23)를 통하여 밸브(13)와 트랩(14)의 사이에 접속되어 있다. 밸브(22,23)는 다른 밸브와 마찬가지로 전자밸브, 혹은 전자밸브를 사이에 두고 있는 에어구동밸브 등으로 구성되고, 밸브(22,23)의 구동신호는 제어기(11)에 접속되어 있다. 또, 레이저가스 저장용기(21)의 2개의 입출력부는 공통으로 하여도 좋다.
도 9는 본 실시예의 제어기(11)의 레이저가스 잔존처리 플로우챠트를 나타내고 있고, 아래에서, 동 도면에 의거하여 설명한다. 이 때에, 밸브(16)는 열린 상태로 하고, 밸브(13,22,23,34∼36)는 닫힌 상태로 한다.
S51에서 배기펌프(15)에 구동지령을 출력하고, 배기작동을 개시한다. 다음에, S52에서 소정시간(△T5)만큼 밸브(23)를 열어서 레이저가스 저장용기(21) 내의 가스를 배기한 후, 밸브(23)는 닫혀진다. 다음에, S54에서 배기개시부터의 배기시간(T)을 체크하고, 배기시간(T)과 소정시간(T1) 등을 비교한다. 비교한 결과, 배기시간(T)이 소정시간(T1) 이하인 때는, S55에서 압력센서(12)의 검출값(P)과 소정압력값(P1) 등을 비교한다. 그리고, 이것을 비교한 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P1) 보다 큰 때는, 레이저실(1) 내의 가스압이 높으므로, 배기펌프(15)의 보호를 위하여 S56∼S57의 처리를 실시하여 서서히 가스를 배기한다. 즉, S56에서는 소정시간(△T1)만큼 밸브(13)를 열어서 배기하며, 다음에 S57에서 소정의 대기시간(△T2)만큼 밸브(13)를 닫은 후에, S54로 복귀하여 S54∼S57까지 반복한다. 이것에 의하여, 배기시간(T)이 소정시간(T1)에 도달할 때까지, 또는, 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P1) 이하로 될 때까지의 동안, 소정시간(△T1)만큼 밸브(13)를 열어서 배기한 후에 소정의 대기시간(△T2)만큼 밸브(13)를 닫아두는 동작을 반복한다.
S55에서 레이저실(1) 내의 가스압의 검출값(P)이 소정압력값(P1) 이하로 되었을 때는, S58에서 밸브(13)를 열고, 다음에 S59에서 상기한 검출값(P)과 소정압력값(P0) 등을 비교한다. 이 때에, 소정압력값(P0)은, 레이저실(1) 내가 대략 진공상태로 되어서 배기완료로 판단할 수 있는 압력값이고, 소정압력값(P1) 보다 작은 것으로 한다. 비교한 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P0) 보다 큰 때는, 또한 S60에서 상기한 배기시간(T)과 소정시간(T5) 등을 비교하고, 배기시간(T)이 소정시간(T5) 이하인 때는 S61로 전진하여 소정시간(△T3)만큼 대기한 후, S59로 복귀한다. 또한, S61에서 소정시간(△T3)의 대기처리는 없어도 좋다. 이 때에, 소정시간(T5)은 레이저가스의 배기가 완료할 때까지에 요하는 최대 시간이고, 소정시간(T1) 보다 큰 것으로 한다. 그리고, S59∼S61의 처리를 반복하고, 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P0) 이하로 될 때까지 밸브(13)를 열어둔다. S59에 있어서 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P0) 이하로 됐을 때는, S62에서 밸브(13)가 닫힌다. 다음에, S63에서 소정시간(△T7)만큼 밸브(22)를 열고 레이저가스 저장용기(21) 내의 사용된 레이저가스를 레이저실(1) 내로 도입하고, 이후에 밸브(22)를 닫는다. 그리고 S64에서 상기한 검출값(P)과 소정압력값(P2) 등을 비교하고, 비교한 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P2) 보다 작을 때는 S63으로 복귀하여 처리를 반복한다. S64에서 검출값(P)이 소정압력값(P2) 이상으로 되었을 때는, S65에서 보통의 레이저가스 도입처리를 실시한다. 이후에, 리턴으로 전진하여 처리를 종료한다.
S60에서 배기시간(T)이 소정시간(T5) 보다 커졌을 때는, 소정시간(T5)이 경과하여도 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P0) 이하로 되지 않은 경우이고, 배기제어에 무엇인가 이상이 발생하고 있을 가능성이 있다고 판단하여 S66으로 전진한다. 또한, S54에 있어서도 배기시간(T)이 소정시간(T1) 보다 커졌을 때는, 소정시간(T1)이 경과하여도 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값(P1) 이하로 되지 않은 경우이고, 마찬가지로 배기제어의 이상 발생으로 판단하여 S66으로 전진한다. S66에서는 이상 신호를 출력하고, 예컨대 경보부자나 경고램프 등에 의하여 작업자에게 이상을 알리게 함과 아울러, 외부장치에도 이상 발생신호를 송신한다. 그리고, S67에서는 각 밸브를 제어하여 레이저가스 공급정지나 배기정지 및 레이저 발진정지 등의 이상 처리를 실시하고, 끝으로 전진처리를 종료한다.
이와 같이하여, 레이저가스 교환시에 레이저실(1) 내의 사용된 레이저가스를 배기할 때에, 우선 레이저가스 저장용기(21) 내에 사용된 레이저가스를 레이저실(1) 내로부터 수용하여 저장한 후에, 레이저실(1) 내를 대략 진공상태까지 배기한다. 이 다음에, 레이저가스 저장용기(21)에 저장된 사용된 레이저가스를 레이저실(1) 내로 소정량 만큼 도입한다. 이 때, 레이저실(1) 내의 가스압이 소정압력값으로 되도록 가스도입이 제어된다. 따라서, 레이저실(1) 내로 상기한 소정압력값에 비례하는 농도의 사용된 레이저가스가 도입되므로, 사용된 레이저가스의 잔존량이 정밀도가 양호하게 제어된다. 이후에, 신선한 레이저가스를 레이저실(1) 내로 도입하여 혼합시키게 된다. 각 레이저가스의 도입이 완료됐을 때에, 소정농도의 불순물가스가 레이저가스 내에 함유되어 있게 된다. 이것에 의하여, 레이저 발진을 개시한 최초부터 레이저 출력파워가 저하되지 않고 발진시킬 수 있게 된다.
다음에, 도 10 및 도 11에 의거하여, 제5실시예를 설명한다. 본 실시예는, 레이저가스 교환시에 불순물가스를 레이저가스에 첨가하는 수단(이후, 불순물가스첨가수단이라고 말함)을 구비하고 있다.
도 10은 본 실시예의 구성을 나타내고 있으며, 도 2와 동일한 구성부품은 동일한 부호를 붙여서 아래에서의 설명을 생략한다. 레이저가스 공급수단(41∼43)은 레이저가스를 레이저실(1) 내로 공급하는 것이고, 대부분의 경우는 가스봄베로 구성된다. 그리고, 본 실시예에서는, 불순물가스 첨가수단으로서, 이들 레이저가스 공급수단(41∼43)의 적어도 1개에 소정농도의 불순물가스가 함유되어 있다. 도 10에서는, ArF 엑시머레이저 장치의 예를 표시하며, 네온 또는 헬륨의 버퍼가스를 공급하는 버퍼가스 공급수단(41)과, 아르곤 및 네온의 혼합가스를 공급하는 아르곤 공급수단(42)과, 불소 및 네온의 혼합가스를 공급하는 불소공급수단(43) 등을 구비하고 있고, 각 레이저가스 공급수단(41∼43)의 적어도 1개에 불순물가스가 첨가되어 있다. 이들 가스공급수단(41∼43)은 각각 밸브(34,35,36)에 접속되어 있고, 또한 밸브(34,35,36)는 배관(37) 및 밸브(16)를 통하여 레이저실(1)에 접속되어 있다.
도 11은 이와 같은 구성의 가스레이저 장치에 있어서 제어기(11)의 불순물 가스첨가처리의 플로우챠트를 나타내고 있다. 이 때에, 밸브(16)는 열린상태로 하고, 각 밸브(13,34∼36)는 닫힌 상태로 한다.
S70에서의 처리는, 도 9에서의 S54∼S62까지의 처리와 마찬가지의 배기처리를 실시한다. 다음에, S71에서 소정시간(△T8)만큼 밸브(34)를 열어서 버퍼가스 공급수단(41)으로부터 레이저실(1) 내로 버퍼가스를 도입하고, 이후에 밸브(34)를 닫는다. 그리고, S72에서 압력센서(12)의 검출값(P)과 소정압력값(P5) 등을 비교하고, 비교한 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P5) 보다 작은 때는 S71로 복귀하여 동일한 처리를 반복한다. S72에서 검출값(P)이 소정압력값(P5) 이상으로 되었을 때는, S73에서 소정시간(△T9)만큼 밸브(35)를 열어서 아르곤 공급수단(42)으로부터 레이저실(1) 내로 아르곤 및 네온의 혼합가스를 도입하고, 이후에 밸브(35)를 닫는다. 그리고, S74에서 상기한 검출값(P)과 소정압력값(P6) 등을 비교하고, 비교한 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P6) 보다 작은 때는 S73으로 복귀하여 동일한 처리를 반복한다. S74에서 검출값(P)이 소정압력값(P6) 이상으로 되었을 때는, S75에서 소정시간(△T10)만큼 밸브(36)를 열어서 불소 공급수단(43)으로부터 레이저실(1) 내로 불소 및 네온의 혼합가스를 도입하고, 이후에 밸브(36)를 닫는다. 그리고, S76에서 상기한 검출값(P)과 소정압력값(P7) 등을 비교하고, 비교한 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P7) 보다 작은 때는 S75로 복귀하여 동일한 처리를 반복한다. S75에서 검출값(P)이 소정압력값(P7) 이상으로 되었을 때는, 리턴으로 전진하여 본 서브루틴 처리를 종료한다.
이와 같이, 레이저가스 중에 소정농도의 불순물가스를 첨가하고, 이 레이저가스의 레이저실(1) 내로의 도입이 완료된 때에는, 소정농도의 불순물가스도 레이저가스 내로 함유되어 있게 된다. 이것에 의하여, 레이저 발진을 개시한 최초부터 레이저 출력파워가 저하되지 않고 발진시킬 수 있게 된다.
다음에, 도 12 및 도 13에 의거하여 제6실시예를 설명한다. 본 실시예는, 불순물가스 첨가수단으로서 불순물가스용기(44)를 구비하고 있다.
도 12는 본 실시예의 구성을 나타내고 있으며, 도 2와 동일 구성부품은 동일한 부호를 붙여서 아래에서의 설명을 생략한다. 불순물가스용기(44)는 불순물가스를 충전한 예컨대 봄베 등의 용기로서 밸브(38)에 접속되어 있고, 밸브(38)는 배관(37) 및 밸브(16)를 통하여 레이저실(1)에 접속되어 있다. 또, 밸브(38)의 구동신호는 제어기(11)에 접속되어 있다.
도 13은 본 실시예의 제어기(11)의 불순물가스 첨가처리의 플로우챠트를 나타내며, 아래에서 동 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 때에, 밸브(16)는 열린상태로 하고, 밸브(13,34∼36,38)는 닫힌 상태로 한다.
S80의 처리는, 도 9에서의 S54∼S62까지의 처리와 마찬가지의 배기처리를 실시한다. 다음에, S81에서 소정시간(△T11)만큼 밸브(38)를 열어서 불순물가스용기(44)로부터 레이저실(1) 내로 불순물가스를 도입하고, 이후에 밸브를 닫는다. 그리고, S82에서 압력센서(12)의 검출값(P)과 소정압력값(P8) 등을 비교하고, 비교한 결과, 검출값(P)이 소정압력값(P8) 보다 작은 때는 S81로 복귀하여 동일 처리를 반복한다. S82에서 검출값(P)이 소정압력값(P8) 이상으로 된 때는, S83에서 보통의 레이저가스 도입처리를 실행하고, 이후에 리턴으로 처리를 종료한다.
이와 같이하여, 레이저실(1) 내의 레이저가스의 배기가 완료된 후에, 불순물가스를 소정압력값으로 될 때까지 레이저실(1) 내로 도입한다. 그 후에, 각 레이저가스를 각각 소정압력값에 도달할 때까지 레이저실(1) 내로 도입한다. 이것에 의하여, 레이저가스 중의 불순물가스의 농도를 정밀도가 양호하게 제어할 수 있다. 따라서, 레이저 발진을 개시한 최초부터 레이저 출력파워가 저하되지 않고 발진시킬 수 있게 된다.
다음에, 도 14에 의거하여 제7실시예를 설명한다. 본 실시예는, 불순물가스 첨가수단으로서 불순물가스 생성기(45)를 구비하고 있다.
도 14는 본 실시예의 구성을 나타내고 있으며, 도 2와 동일 구성부품은 동일한 부호를 붙여서 아래에서의 설명을 생략한다. 불순물가스 생성기(45)는 불순물가스를 발생시키는 것으로, 예컨대 화학반응에 의하여 가스를 발생시키거나, 혹은, 불순물을 흡수저장한 물질을 가열하여 발생시킬 수 있다. 이 불순물을 흡수저장하는 물질로는, 예컨대 다공질의 금속불화물「NaF＋LiF」 등이 있다. 이 다공질의 금속불화물을 수납한 용기를 불순물가스가 함유되어 있는 레이저가스의 통로 중에 설치하므로서, 이 불순물가스가 다공질의 금속불화물에 흡수저장된다. 불순물가스 생성기(45)에 이 불순물가스 흡장(吸藏)물질을 수납하고 있을 때는, 이 물질의 가열온도를 제어하면 불순물가스의 발생량을 제어할 수 있게 된다. 이 불순물가스 생성기(45)는, 밸브(38)에 접속되어 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 레이저가스에 불순물가스를 도입하는 방법은, 예컨대 도 13의 플로우챠트와 마찬가지로 하여 실시된다. 즉, 불순물가스 생성기(45)의 상기한 흡장물질을 소정온도로 가열하여 소정압의 불순물가스를 불순물가스 생성기(45) 내에 발생시켜 두고, 이 상태에서 도 13의 S81 및 S82와 마찬가지로, 소정시간(△T11)만큼 밸브(38)를 열어서 불순물가스 생성기(45)로부터 레이저실(1) 내로 불순물가스를 도입하고, 이후에 밸브(38)를 닫는다. 그리고, 레이저실(1) 내의 압력(P)이 소정압력값(P8)에 도달할 때까지, 이 불순물가스의 도입처리를 반복한다. 혹은, 상기한 밸브(38)의 개폐제어 대신에 상기한 흡장물질의 가열온도를 제어하므로서, 불순물가스의 도입량을 조정할 수도 있고, 이 경우에도 레이저실(1) 내의 압력(P)이 소정압력값(P8)에 도달할 때까지 도입하면 된다. 또한, 불순물가스 도입후의 처리는, S83에서 보통의 레이저가스 도입처리를 실행하고, 이후에 리턴으로 처리를 종료한다.
이와 같이하여, 제6실시예와 마찬가지로 불순물가스를 소정압력값으로 될 때까지 레이저실(1) 내로 도입하고, 이후에, 각 레이저가스를 각각 소정압력값에 도달할 때까지 레이저실(1) 내로 도입한다. 이것에 의하여, 레이저가스 중의 불순물가스의 농도를 정밀도가 양호하게 제어할 수 있다. 따라서, 레이저 발진을 개시한 최초부터 레이저 출력파워가 저하되지 않고 발진시킬 수 있게 된다.
본 발명은, 레이저가스 교환직후의 레이저 발진개시의 최초부터, 소정의 높은 레이저 출력파워가 얻어지는 엑시머레이저 장치 등의 가스레이저 장치로서 유용하다.

Claims (12)

  1. 레이저광을 소정의 펄스수 이상 발진하고, 레이저 출력파워가 제어불가능하게 된 사용된 레이저실(1) 내의 레이저가스를 신선한 레이저가스로 교환하는 가스레이저 장치에 있어서,
    레이저가스의 교환시에, 교환된 신선한 레이저가스 중에 상기한 사용된 레이저가스의 일부를 잔존시키는 가스잔존수단을 구비한 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 교환후의 신선한 레이저가스 중의 잔존하는 상기 사용된 레이저가스의 농도가 1.5％ 이상에서 60％ 이하의 범위내에 있도록 하는 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 가스잔존수단이, 레이저가스 교환시에 소정량의 사용된 레이저가스가 레이저실(1) 내에 잔존하도록 가스배기를 제어하는 가스배기 제어기구(10)인 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 가스잔존수단이, 레이저실(1)에 부설되고, 상기한 사용된 레이저가스를 레이저실(1)로부터 수용하여 저장한 후에, 이 저장된 사용된 레이저가스를 레이저실(1) 내로 소정량 주입하는 레이저가스 저장용기(21)인 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기한 가스배기 제어기구(10)가, 레이저실(1) 내의 가스압을 검출하는 압력센서(12)와, 레이저실(1) 내의 상기한 사용된 레이저가스를 배기하는 밸브(13)와, 압력센서(12)의 검출신호에 의거하여, 소정량의 사용된 레이저가스가 레이저실(1) 내에 잔존하도록 이 밸브(13)에 구동지령을 출력하는 제어기(11) 등을 구비한 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기한 가스배기제어기구(10)가, 레이저실(1) 내의 상기한 사용된 레이저가스를 배기하는 밸브(13)와, 레이저가스 배기개시할 때 부터의 가스배기시간을 계측하고, 이 가스배기시간에 의하여, 소정량의 사용된 레이저가스가 레이저실(1) 내에 잔존하도록 이 밸브(13)에 구동지령을 출력하는 제어기(11) 등을 구비한 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기한 가스배기제어기구(10)가, 레이저실(1) 내의 가스압이 소정치 보다 큰 때에는 상기한 사용된 레이저가스를 배기하고, 이 가스압이 소정치 이하로 된 때에는 배기를 정지하는 압력제어밸브(17)를 구비한 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  8. 레이저광을 소정의 펄스수 이상 발진하고, 레이저 출력파워가 제어불가능하게 된 사용된 레이저실(1) 내의 레이저가스를 신선한 레이저가스로 교환하는 가스레이저 장치에 있어서,
    레이저가스의 교환시에, 교환된 신선한 레이저가스에 소정량의 불순물가스를 첨가하는 불순물가스 첨가수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기한 불순물가스 첨가수단이, 소정농도의 불순물가스가 첨가된 레이저가스가 충전되어 있는 레이저가스 봄베를 구비한 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기한 불순물가스 첨가수단이, 불순물가스를 저장하고 있는 불순물가스용기(44)와, 불순물가스용기(44)의 불순물가스의 레이저실(1)의 내로의 주입을 개폐하는 밸브(38)와, 상기한 교환후의 신선한 레이저가스에 소정량의 불순물가스를 첨가하도록 밸브(38)에 구동지령을 출력하는 제어기(11) 등을 구비한 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기한 불순물가스첨가수단이, 불순물가스를 생성하는 불순물가스 생성기(45)와, 불순물가스 생성기(45)의 불순물가스의 레이저실(1) 내로의 주입을 개폐하는 밸브(38)와, 상기한 교환후의 신선한 레이저가스에 소정량의 불순물가스를 첨가하도록 밸브(38)에 구동지령을 출력하는 제어기(11) 등을 구비한 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기한 불순물가스가, 불화수소(HF), 4불화탄소(CF4) 또는 산소(O2) 중에서 1개 이상의 가스로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스레이저 장치.
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