WO2018025394A1 - ガスレーザ装置 - Google Patents

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gas laser
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博 梅田
若林 理
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ギガフォトン株式会社
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    • H01S3/22Gases
    • H01S3/223Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/225Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex

Definitions

  • the present disclosure relates to a discharge excitation type gas laser device.
  • the semiconductor exposure apparatus As semiconductor integrated circuits are miniaturized and highly integrated, improvement in resolving power is demanded in semiconductor exposure apparatuses.
  • the semiconductor exposure apparatus is simply referred to as “exposure apparatus”. For this reason, the wavelength of light output from the light source for exposure is being shortened.
  • a discharge excitation type gas laser device is used instead of a conventional mercury lamp.
  • a KrF excimer laser device that outputs ultraviolet light with a wavelength of 248 nm and an ArF excimer laser device that outputs ultraviolet light with a wavelength of 193.4 nm are used as the exposure laser device.
  • Current exposure technology includes immersion exposure that fills the gap between the projection lens on the exposure apparatus side and the wafer with liquid and changes the refractive index of the gap to shorten the apparent wavelength of the exposure light source.
  • immersion exposure is performed using an ArF excimer laser device as an exposure light source, the wafer is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 134 nm in water. This technique is called ArF immersion exposure.
  • ArF immersion exposure is also called ArF immersion lithography.
  • the spectral line width in natural oscillation of KrF and ArF excimer laser devices is as wide as about 350 to 400 pm, the chromatic aberration of laser light (ultraviolet light) projected on the wafer by the projection lens on the exposure device side is generated, resulting in high resolution. descend. Therefore, it is necessary to narrow the spectral line width of the laser light output from the gas laser device until the chromatic aberration becomes negligible. For this reason, a narrowband module (Line Narrowing Module) having a narrowband element is provided in the laser resonator of the gas laser device. With this narrowband module, the spectral linewidth is narrowed.
  • the band narrowing element may be an etalon or a grating.
  • a laser device whose spectral line width is narrowed in this way is called a narrow-band laser device.
  • a discharge-excitation gas laser apparatus includes: A. First and second discharge electrodes arranged oppositely; B. A plurality of peaking capacitors connected to the first discharge electrode; C. Charger; D. A plurality of pulse power modules, wherein one pulse power module includes the following D1 to D3: D1. A charging capacitor to which a charging voltage is applied from a charger; D2. A pulse compression circuit that pulse-compresses the electric energy held in the charging capacitor and outputs it as an output pulse to a corresponding peaking capacitor among a plurality of peaking capacitors; and D3. A switch placed between the charging capacitor and the pulse compression circuit; E. A plurality of output pulse sensors, wherein one output pulse sensor detects output pulses output by one pulse power module; and F. A control unit that controls the timing of the switch signal input to each switch based on the detection result of each output pulse sensor.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a laser apparatus according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the gas laser device as viewed from the Z direction.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of PPM (1) to PPM (n).
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the charging voltage and the time required for the voltage to be applied to the discharge electrode from the input of the switch signal to the PPM (k).
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the synchronization control unit.
  • FIG. 6 is a timing chart showing the relationship between the external trigger signal, the internal trigger signal, and the switch signal.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a laser apparatus according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the gas laser device as viewed from the Z direction.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of PPM (1) to PPM (n).
  • FIG. 4 is
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating processing executed by the laser control unit.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the processing executed by the trigger correction unit.
  • FIG. 9 is a timing chart in the gas laser apparatus according to the comparative example.
  • FIG. 10 is a timing chart for explaining the problem of the gas laser device according to the comparative example.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the gas laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing the configuration of PPM (1) to PPM (n).
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of the synchronization control unit.
  • FIG. 14 is a timing chart showing the relationship among the external trigger signal, the internal trigger signal, the switch signal, and the detection signal.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating processing executed by the trigger correction unit.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of a gas laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a circuit diagram showing the configuration of PPM (1) to PPM (n).
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of the synchronization control unit.
  • FIG. 19 is a flowchart showing the time difference data calculation process.
  • FIG. 20 is a flowchart showing a delay time calculation process.
  • FIG. 21 is a timing chart in the gas laser apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram schematically showing a configuration of a gas laser device according to the third embodiment.
  • FIG. 23 is a block diagram illustrating a configuration of the synchronization control unit.
  • FIG. 24 is a flowchart showing calculation processing of time difference data and charging voltage.
  • FIG. 25 is a diagram schematically showing a configuration of a gas laser device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 26 is a block diagram illustrating a configuration of the synchronization control unit.
  • FIG. 27 is a timing chart showing the relationship among the external trigger signal, the internal trigger signal, the switch signal, and the detection signal.
  • FIG. 28 is a flowchart illustrating a delay time correction process performed by the delay time correction unit.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a specific example of a current detection type output pulse sensor.
  • FIG. 30 is a diagram illustrating a specific example of an output pulse sensor that detects charging timing based on a waveform of a current flowing through a peaking capacitor.
  • FIG. 31 is a graph for explaining the operation of the comparator.
  • FIG. 32 is a diagram showing a specific example of a voltage detection type output pulse sensor.
  • FIG. 33 is a diagram illustrating a specific example of an output pulse sensor that detects charging timing based on a waveform of a voltage applied to the peaking capacitor.
  • FIG. 34 is a graph for explaining the operation of the comparator.
  • FIG. 35 is a diagram illustrating a specific example of an optical sensor included in the discharge sensor.
  • FIG. 36 is a graph for explaining the operation of the comparator.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of the gas laser device 2.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the gas laser device 2 shown in FIG. 1 as viewed from the Z direction.
  • the gas laser device 2 is a discharge excitation type gas laser device, for example, an excimer laser device.
  • the traveling direction of the pulsed laser light PL output from the gas laser device 2 is referred to as the Z direction.
  • a discharge direction between first and second discharge electrodes 20a and 20b described later is referred to as a V direction.
  • a direction orthogonal to the Z direction and the V direction is referred to as an H direction.
  • the gas laser device 2 includes a laser chamber 10, a charger 11, and a plurality of pulse power modules (PPM) 12.
  • the gas laser device 2 further includes a rear mirror 14, an output coupling mirror 15, a pulse energy measurement unit 16, a synchronization control unit 17, and a laser control unit 18.
  • first and second discharge electrodes 20a and 20b as main electrodes, a ground plate 21, a wiring 22, a fan 23, and a heat exchanger 24 are provided. Note that a spare electrode (not shown) may be provided in the laser chamber 10.
  • Laser gas as a laser medium is sealed in the laser chamber 10.
  • the laser gas includes, for example, argon, krypton, xenon, etc. as rare gases, neon, helium, etc. as buffer gases, and chlorine, fluorine, etc. as halogen gases.
  • an opening is formed in the laser chamber 10.
  • An electric insulating plate 26 in which a plurality of feedthroughs 25 are embedded is provided so as to close the opening.
  • a plurality of peaking capacitors (Cp) 27 and a holder 28 for holding them are arranged on the electrical insulating plate 26, a plurality of peaking capacitors (Cp) 27 and a holder 28 for holding them are arranged.
  • a plurality of PPMs 12 are arranged on the holder 28.
  • the laser chamber 10 is provided with windows 21a and 21b.
  • the first and second discharge electrodes 20a and 20b are opposed to each other in the laser chamber 10 as electrodes for exciting the laser medium by discharge.
  • the first discharge electrode 20a and the second discharge electrode 20b are arranged so that their discharge surfaces face each other.
  • a space between the discharge surface of the first discharge electrode 20a and the discharge surface of the second discharge electrode 20b is referred to as a discharge space.
  • the first discharge electrode 20 a is supported by the electrical insulating plate 26 on the surface opposite to the discharge surface.
  • the surface of the second discharge electrode 20b opposite to the discharge surface is supported by the ground plate 21.
  • the feedthrough 25 is connected to the first discharge electrode 20a. As shown in FIG. 2, the feedthrough 25 is connected to a peaking capacitor 27 held by a holder 28 via a connection portion 29.
  • the connection part 29 is a member for connecting the peaking capacitor 27 to other components.
  • the wall 28a forming the internal space of the holder 28 is formed of a metal material such as aluminum metal. Inside the holder 28, a peaking capacitor 27, a connection portion 29, and a high voltage terminal 12b of the PPM 12 are arranged.
  • the peaking capacitor 27 is a capacitor that supplies electric energy to the first and second discharge electrodes 20a and 20b.
  • the peaking capacitor 27 receives electric energy from the PPM 12 and accumulates it, and then discharges the accumulated electric energy to the first and second discharge electrodes 20a and 20b.
  • Two peaking capacitors 27 are arranged along the H direction.
  • a plurality of peaking capacitors 27 may be arranged along the Z direction.
  • One electrode 27 a of the peaking capacitor 27 is connected to the high voltage terminal 12 b and the feedthrough 25 via the connection portion 29.
  • the other electrode 27 b of the peaking capacitor 27 is connected to the wall 28 a of the holder 28 via the connection portion 29.
  • connection unit 29 includes a connection plate 29a and connection terminals 29b and 29c.
  • the connection plate 29a is formed of a conductive plate having a U-shaped cross section, and is connected to the high voltage terminal 12b and the feedthrough 25.
  • the ground plate 21 is connected to the laser chamber 10 via a wiring 22.
  • the laser chamber 10 is grounded.
  • the ground plate 21 is kept at the ground potential via the wiring 22.
  • the end of the ground plate 21 in the Z direction is fixed to the laser chamber 10.
  • the fan 23 is a cross flow fan and circulates the laser gas in the laser chamber 10.
  • the fan 23 is disposed so that the longitudinal direction is substantially parallel to the Z direction.
  • the fan 23 is disposed on the opposite side of the discharge space with respect to the ground plate 21.
  • the fan 23 is rotationally driven by a motor 23a connected to the laser chamber 10 to generate a laser gas flow.
  • the laser gas blown out from the fan 23 flows into the discharge space.
  • the flow direction of the laser gas flow flowing into the discharge space is substantially parallel to the H direction.
  • the laser gas flowing out from the discharge space can be sucked into the fan 23 through the heat exchanger 24.
  • the heat exchanger 24 exchanges heat between the refrigerant supplied into the heat exchanger 24 and the laser gas.
  • Windows 21 a and 21 b are provided at the end of the laser chamber 10. The light generated in the laser chamber 10 is emitted to the outside of the laser chamber 10 through the windows 21a and 21b.
  • the rear mirror 14 and the output coupling mirror 15 constitute an optical resonator.
  • a laser chamber 10 is disposed on the optical path of the optical resonator.
  • the rear mirror 14 is obtained by coating a high reflection film on a substrate formed of calcium fluoride (CaF 2 ) or the like through which the pulse laser beam PL is transmitted.
  • the output coupling mirror 15 is obtained by coating a partial reflection film on a substrate made of calcium fluoride (CaF 2 ) or the like through which the pulse laser beam PL is transmitted.
  • the reflectance of this partial reflection film is in the range of 8% to 15%.
  • the light emitted from the laser chamber 10 reciprocates between the rear mirror 14 and the output coupling mirror 15 and is amplified every time it passes through the discharge space. A part of the amplified light is output as pulsed laser light PL through the output coupling mirror 15.
  • the pulse energy measuring unit 16 is disposed in the optical path of the pulsed laser beam PL output through the output coupling mirror 15.
  • the pulse energy measurement unit 16 includes a beam splitter 16a, a condensing optical system 16b, and an optical sensor 16c.
  • the beam splitter 16a transmits the pulsed laser light PL with a high transmittance and reflects a part of the pulsed laser light PL toward the condensing optical system 16b.
  • the condensing optical system 16b condenses the light reflected by the beam splitter 16a on the light receiving surface of the optical sensor 16c.
  • the optical sensor 16 c detects the pulse energy of the light collected on the light receiving surface, and outputs the detected pulse energy data to the laser control unit 18.
  • the charger 11 is a DC power supply device that supplies a constant charging voltage to a charging capacitor C 0 ( described later) included in each PPM 12.
  • Each PPM 12 includes a switch 12 a controlled by the laser control unit 18.
  • the switch 12a is composed of an insulated gate bipolar transistor (IGBT). When the switch 12a is turned ON from OFF, PPM12 generates a high voltage pulse from the electrical energy that has been held in the charging capacitor C 0, she is applied to the first discharge electrode 20a.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the plurality of PPMs 12 are arranged on the holder 28 along the Z direction. At least one peaking capacitor 27 is electrically connected to each PPM 12. In this comparative example, two peaking capacitors 27 are connected in parallel to one PPM 12. The total number of the plurality of PPMs 12 is n.
  • each PPM 12 is expressed as PPM (k).
  • k 1, 2,..., N.
  • One or two or more peaking capacitors 27 connected to PPM (k) are collectively referred to as Cp (k).
  • the laser control unit 18 transmits and receives various signals to and from the external device control unit 3 included in an external device such as an exposure device (not shown).
  • the laser control unit 18 receives an external trigger signal TR as a light emission trigger, data of the target pulse energy Et, and the like from the external device control unit 3.
  • the laser control unit 18 receives a measured value of pulse energy from the pulse energy measurement unit 16.
  • the external device may be a processing laser device, a laser annealing device, a laser doping device, or the like in addition to the exposure device.
  • the laser control unit 18 refers to the data of the target pulse energy Et received from the external device control unit 3 and the measured value of the pulse energy received from the pulse energy measurement unit 16, and sets the charging voltage V to be set in the charger 11. Is calculated.
  • the laser control unit 18 is connected to the synchronization control unit 17 and transmits the external trigger signal TR and the set value of the charging voltage V to the synchronization control unit 17.
  • the synchronization control unit 17 is connected to the laser control unit 18, the charger 11, and PPM (1) to PPM (n).
  • Charger 11 receives the set value of the charging voltage V via the synchronization control section 17, based on the set value of the charging voltage V, to charge the charging capacitor C 0 included in each PPM (k).
  • the synchronization control unit 17 generates n switch signals S (1) to S (n) based on the external trigger signal TR received from the laser control unit 18.
  • the switch signal S (k) is input to the switch 12a included in the PPM (k).
  • FIG. 3 shows the configuration of PPM (1) to PPM (n) shown in FIG. Since PPM (1) to PPM (n) have the same configuration, the configuration of one PPM (k) will be described.
  • PPM (k) includes a charging capacitor C 0, a switch 12a, a pulse transformer PT, a plurality of magnetic switches MS 1 and MS 2, a plurality of capacitors C 1 and C 2, a.
  • the pulse transformer PT, the plurality of magnetic switches MS 1 and MS 2, and the plurality of capacitors C 1 and C 2 constitute a pulse compression circuit.
  • Each of the magnetic switches MS 1 and MS 2 includes a saturable reactor.
  • the magnetic switches MS 1 and MS 2 each have a low impedance when the time integration value of the voltage applied to both ends thereof reaches a predetermined value determined by the characteristics of the magnetic switch.
  • the switch signal S (k) is input from the synchronization control unit 17 to the switch 12a of the PPM (k).
  • Switch 12a when the switch signal S (k) is input turns ON, current flows from the charging capacitor C 0 to the primary side of the pulse transformer PT.
  • the magnetic switch MS 1 When the magnetic switch MS 1 is closed, a current pulse flows from the capacitor C 1 to the capacitor C 2 and the capacitor C 2 can be charged. At this time, the current pulse flowing through the capacitor C 2 has a shorter pulse width than the current pulse flowing through the capacitor C 1 . When the capacitor C 2 is charged, the magnetic switch MS 2 becomes magnetically saturated and closes.
  • the charging voltage V set to PPM (k) is larger than the reference voltage V 0
  • the required time F (V) is longer than the required time F (V 0 ) when the reference voltage V 0 is used.
  • the time difference ⁇ TV (k) is shortened.
  • FIG. 5 shows a configuration of the synchronization control unit 17 shown in FIG.
  • the synchronization control unit 17 includes an internal trigger signal generation unit 30 and a plurality of trigger correction units (TCS) 31.
  • Each trigger correction unit 31 includes a processing unit 32 and a delay circuit 33.
  • TCS TCS (1) to TCS (n) have the same configuration.
  • the internal trigger signal generator 30 is connected to the laser controller 18 and TCS (1) to TCS (n).
  • the internal trigger signal generation unit 30 receives the external trigger signal TR from the laser control unit 18, the internal trigger signal generation unit 30 generates the internal trigger signal TR (k) and inputs it to each delay circuit 33 of TCS (k).
  • the internal trigger signal generation unit 30 outputs the internal trigger signal TR (k) after the elapse of the delay time Trd (k) after receiving the external trigger signal TR.
  • the delay times Trd (1) to Trd (n) are all set to the reference delay time Trd0 and have the same value. That is, the internal trigger signal TR (k) is simultaneously input to each delay circuit 33 of TCS (k).
  • Each processing unit 32 of the TCS (k) is connected to the laser control unit 18 and the delay circuit 33.
  • the processing unit 32 calculates a delay time Td (k) for delaying the internal trigger signal TR (k) based on the set value of the charging voltage V received from the laser control unit 18 and inputs the delay time Td (k) to the delay circuit 33. .
  • the processing unit 32 obtains the time difference ⁇ TV (k) based on the above-described Expression 2.
  • the processing unit 32 may store a function representing the required time F (V) as table data, and obtain the time difference ⁇ TV (k) based on the table data.
  • Td (k) Td0 (k) + ⁇ TV (k) (3)
  • Td0 (k) is the reference delay time when the charging voltage V is the reference voltage V 0. That is, the delay time Td (k) is a value obtained by adding the correction time ⁇ TV (k) obtained based on the above equation 2 to the reference delay time Td0 (k).
  • the delay circuit 33 acquires and holds the data of the delay time Td (k) calculated by the processing unit 32. As shown in FIG. 6, when the delay circuit 33 receives the internal trigger signal TR (k) from the internal trigger signal generator 30, the delay circuit 33 delays the internal trigger signal TR (k) by a delay time Td (k). The switch signal S (k) is input to the PPM 12. As a result, the time required from when the laser control unit 18 receives the external trigger signal TR to when the high voltage is applied to the first discharge electrode 20a by the PPM (k) becomes substantially constant.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating processing executed by the laser control unit 18.
  • the laser control unit 18 calculates the charging voltage V set in the charger 11 based on the target pulse energy Et by the following processing.
  • the laser control unit 18 sets the set value of the charging voltage V to the reference voltage V 0 as an initial value.
  • the laser control unit 18 reads the data of the target pulse energy Et transmitted from the external device control unit 3.
  • the laser control unit 18 transmits the external trigger signal TR to the synchronization control unit 17, and determines whether or not the gas laser device 2 has oscillated.
  • the laser controller 18 stands by until laser oscillation occurs.
  • the laser control unit 18 advances the process to S104.
  • the laser control unit 18 detects the pulse energy E of the pulsed laser light PL output from the gas laser device 2.
  • the pulse energy E is measured by the pulse energy measuring unit 16.
  • the laser control unit 18 calculates a difference ⁇ E between the measured pulse energy E and the target pulse energy Et based on the following equation 4.
  • ⁇ E E ⁇ Et (4)
  • the laser control unit 18 calculates the change amount ⁇ V of the set value of the charging voltage V based on the following equation 5 based on the difference ⁇ E.
  • ⁇ V H ⁇ ⁇ E (5)
  • H is a proportionality constant.
  • the change amount ⁇ V represents how much the set value of the charging voltage V should be changed in order to set the difference ⁇ E to zero.
  • the laser control unit 18 sets a value obtained by adding the change amount ⁇ V to the current set value of the charging voltage V as the next set value.
  • the laser control unit 18 transmits the set value of the charging voltage V calculated in S106 to the charger 11 and the plurality of trigger correction units 31.
  • the laser control unit 18 determines whether or not the target pulse energy Et transmitted from the external device control unit 3 has been changed.
  • the laser control unit 18 returns the process to S102 described above.
  • the target pulse energy Et has not been changed (S108; NO)
  • the laser control unit 18 returns the process to S103 described above. The above processing is repeatedly executed.
  • FIG. 8 is a flowchart showing processing executed by the trigger correction unit 31.
  • Each trigger correction unit 31 calculates the delay time Td (k) by the following process when the set value of the charging voltage V is transmitted from the laser control unit 18 in S107 shown in FIG. The signal TR (k) is corrected.
  • the processing unit 32 included in each TCS (k) reads the set value of the charging voltage V transmitted from the laser control unit 18.
  • the processing unit 32 calculates a correction time ⁇ TV (k) based on the above-described Expression 1 and Expression 2.
  • the processing unit 32 calculates the delay time Td (k) based on the above-described Expression 3.
  • the processing unit 32 transmits data of the calculated delay time Td (k) to the delay circuit 33. Thereafter, the processing unit 32 returns the process to S201. The above process is repeated.
  • the delay circuit 33 When the delay circuit 33 receives the internal trigger signal TR (k) from the internal trigger signal generation unit 30, the delay circuit 33 delays the internal trigger signal TR (k) by the delay time Td (k), and delays the internal trigger signal TR (k). ) As a switch signal S (k) and input to PPM (k).
  • FIG. 9 is a timing chart in the gas laser device 2 according to the comparative example. The overall operation of the gas laser device will be described with reference to FIG.
  • the laser control unit 18 When the laser control unit 18 receives the data of the target pulse energy Et from the external device control unit 3, the laser control unit 18 calculates a set value of the charging voltage V such that the pulse energy E of the pulse laser light PL approaches the target pulse energy Et, and synchronizes. The data is transmitted to the charger 11 via the control unit 17.
  • the processing unit 32 of each TCS (k) calculates the delay time Td (k) based on the set value of the charging voltage V, and the delay circuit 33 stores the data of the delay time Td (k).
  • the internal trigger signal generation unit 30 in the synchronization control unit 17 receives the external trigger signal TR from the external device control unit 3 via the laser control unit 18, the internal trigger signal generation unit 30 generates the internal trigger signal TR (k) and generates each TCS (k ) To the delay circuit 33.
  • the internal trigger signal TR (k) input to the delay circuit 33 of each TCS (k) is delayed by the delay time Td (k) and input to the switch 12a of the PPM (k) as the switch signal S (k).
  • the switch signals S (1) to S (n) are input to the switches 12a of PPM (1) to PPM (n) almost simultaneously, and the switches 12a are turned on almost simultaneously. Then, Cp (1) to Cp (n) are charged almost simultaneously by the current pulse pulse-compressed by PPM (1) to PPM (n), and a high voltage is applied to the first discharge electrode 20a almost simultaneously. .
  • the laser control unit 18 reads the pulse energy E of the pulse laser beam measured by the pulse energy measurement unit 16 and calculates a set value of the charging voltage V that approaches the target pulse energy Et. The above steps are repeated.
  • the synchronization control unit 17 controls the timing at which the switches 12a of PPM (1) to PPM (n) are turned on based on the charging voltage V of the charger 11, so that Cp (1) ⁇
  • the timing at which Cp (n) is charged can be substantially matched.
  • the charging timings of Cp (1) to Cp (n) are controlled so as to be substantially the same. As described above, there is a possibility that a deviation occurs in the charging timing of Cp (1) to Cp (n). If the charging timing is deviated, the application timing of the high voltage from PPM (1) to PPM (n) to the first discharge electrode 20a is deviated, and the discharge intensity is lowered. As a result, the emission intensity of the pulse laser beam PL is reduced. In order to suppress a decrease in the emission intensity of the pulse laser beam PL, it is necessary to match the charging timings of Cp (1) to Cp (n) with an accuracy of several nanoseconds or less.
  • a deviation in charge timing of about several nanoseconds can occur due to individual differences or temperature differences between PPM (1) to PPM (n). For example, since the charging timing depends on the temperature of each component of PPM (1) to PPM (n), the charging timing is shifted due to the temperature difference. If it is possible to directly measure the temperature of each component of PPM (1) to PPM (n) and accurately predict the temperature change, it is possible to reduce the charge timing shift to some extent. In fact, direct measurement and prediction of temperature is difficult. It is also difficult to eliminate individual differences between PPM (1) to PPM (n).
  • the gas laser device according to the first embodiment is the same as the configuration of the gas laser device 2 according to the comparative example, except that the output laser sensor is included and the configuration of the trigger correction unit is different.
  • symbol is attached
  • FIG. 11 schematically illustrates the configuration of the gas laser device 2a according to the first embodiment.
  • FIG. 12 shows the configuration of PPM (1) to PPM (n) shown in FIG.
  • an output pulse sensor 40 is provided between the PPM 12 and the peaking capacitor 27.
  • One output pulse sensor 40 is provided for each PPM 12.
  • the output pulse sensor 40 disposed between PPM (k) and Cp (k) is denoted as A (k).
  • the output pulse sensor A (k) is a current sensor that detects a current pulse as an output pulse.
  • the output pulse sensor A (k) is connected between the magnetic switch MS 2 and the peaking capacitor 27.
  • the output pulse sensor A (k) inputs the detection signal D1 (k) to the synchronization control unit 50 when detecting the current pulse.
  • FIG. 13 shows a configuration of the synchronization control unit 50 according to the first embodiment.
  • the synchronization control unit 50 includes an internal trigger signal generation unit 30 and a plurality of trigger correction units (TCS) 51.
  • TCS trigger correction units
  • the synchronization control unit 50 controls the timing of the switch signals S (1) to S (n) input to the PPM (1) to PPM (n).
  • the synchronization control unit 50 is configured in whole or in part by an FPGA (Field Programmable Gate Gate Array) capable of high-speed processing.
  • the trigger correction unit 51 for PPM (k) is denoted as TCS (k).
  • the internal trigger signal generation unit 30 has the same configuration as the internal trigger signal generation unit 30 of the comparative example.
  • the internal trigger signal generation unit 30 receives the external trigger signal TR from the laser control unit 18, the internal trigger signal generation unit 30 generates the internal trigger signal TR (k) and inputs the generated internal trigger signal TR (k) to the TCS (k).
  • Each TCS (k) includes a processing unit 52, a delay circuit 53, and a timer 54.
  • the internal trigger signal TR (k) is simultaneously input from the internal trigger signal generation unit 30 to the delay circuit 53 and the timer 54.
  • the detection signal D1 (k) is input from the output pulse sensor A (k) to the timer 54 of the TCS (k).
  • the timer 54 is configured to start timing by the input of the internal trigger signal TR (k) and stop timing by the input of the detection signal D1 (k). That is, as shown in FIG. 14, the timer 54 measures a time Tdm (k) required from the input of the internal trigger signal TR (k) to the input of the detection signal D1 (k). The timer 54 inputs data of the measurement time Tdm (k) to the processing unit 52.
  • the processing unit 52 of TCS (k) calculates a delay time Td (k) for delaying the internal trigger signal TR (k) based on the set value of the charging voltage V received from the laser control unit 18, and the delay Input to the circuit 53. Specifically, the processing unit 52 obtains the time difference ⁇ TV (k) based on the above-described Expression 2. After obtaining the time difference ⁇ TV (k), the processing unit 52 calculates the delay time Td (k) based on Equation 3 described above.
  • the processing unit 52 of the TCS (k) corrects the delay time Td (k) based on the data of the measurement time Tdm (k) input from the timer 54. Thereby, the timing of the switch signal S (k) is corrected.
  • the synchronization control unit 50 and the laser control unit 18 constitute a control unit that controls the timing of the switch signal S (k) based on the detection result of the output pulse sensor A (k).
  • FIG. 15 is a flowchart showing processing executed by each TCS (k).
  • Each TCS (k) calculates the delay time Td (k) by the following process when the set value of the charging voltage V is transmitted from the laser control unit 18 in S107 shown in FIG. The signal TR (k) is corrected.
  • the processing unit 52 of each TCS (k) sets the reference delay time Td0 (k) to an initial value as follows.
  • Td0 (k) Tdt ⁇ F (V 0 )
  • Tdt is a target value of the measurement time Tdm (k).
  • F (V 0 ) is the required time F (V) described above when the charging voltage V is the reference voltage V 0 .
  • the relationship among the reference delay time Td0 (k), the target value Tdt, and the required time F (V 0 ) is shown in FIG.
  • J is a counter for counting the number of oscillation pulses.
  • Tdmsum (k) is a total value for calculating the average value of the measurement times Tdm (k) measured by the timer 54.
  • the processing unit 52 reads the set value of the charging voltage V transmitted from the laser control unit 18.
  • the processing unit 52 calculates the correction time ⁇ TV (k) based on the above-described Expression 1 and Expression 2.
  • the processing unit 52 calculates the delay time Td (k) based on Equation 3 described above.
  • the processing unit 32 transmits data of the calculated delay time Td (k) to the delay circuit 53.
  • the processing unit 52 determines whether or not the gas laser device 2a has laser-oscillated. Whether or not the gas laser device 2a has oscillated is determined by whether or not the timer 54 has received the detection signal D1 (k) from the output pulse sensor A (k). When the gas laser device 2a performs laser oscillation (S306; YES), the processing unit 52 advances the processing to S307. When the gas laser device 2a does not oscillate (S306; NO), the processing unit 52 stands by until the gas laser device 2a oscillates.
  • the processing unit 52 updates the value of J by adding 1 to the current value of the counter J.
  • the processing unit 52 receives data of the measurement time Tdm (k) from the timer 54.
  • the processing unit 52 updates the total value Tdmsum (k) by adding the measurement time Tdm (k) to the current total value Tdmsum (k).
  • the processing unit 52 determines whether or not the value of the counter J has reached a predetermined number of samples Jmax. When the value of the counter J has not reached the predetermined number of samples Jmax (S310; NO), the processing unit 52 returns the process to S302. When the value of the counter J reaches the predetermined number of samples Jmax (S310; YES), the processing unit 52 advances the process to S311.
  • the processing unit 52 calculates a difference ⁇ Td (k) between the average value of the measurement time Tdm (k) and the target value Tdt.
  • the difference ⁇ Td (k) is calculated by the following expression 6.
  • ⁇ Td (k) Tdmsum (k) / Jmax ⁇ Tdt (6)
  • the processing unit 52 sets a value obtained by subtracting the difference ⁇ Td (k) from the reference delay time Td0 (k) as a new reference delay time Td0 (k). Thus, after correcting the reference delay time Td0 (k), the processing unit 52 returns the process to S301. The above process is repeated.
  • the delay circuit 53 of the TCS (k) receives the internal trigger signal TR (k) from the internal trigger signal generation unit 30, the delay circuit 53 delays the internal trigger signal TR (k) by the delay time Td (k) and delays the internal trigger signal TR (k).
  • the trigger signal TR (k) is input to the PPM (k) as the switch signal S (k).
  • the first correction process for correcting the timing of the switch signal S (k) based on the charging voltage V is performed.
  • a second correction process drift correction process for correcting the timing of the switch signal S (k) based on the detection result of the output pulse sensor A (k) is performed.
  • the number of samples Jmax is preferably in the range of 200 to 10,000 times.
  • the frequency of the second correction process is preferably smaller than the frequency of the first correction process.
  • the laser control unit 18 receives the data of the target pulse energy Et from the external device control unit 3, the laser control unit 18 calculates a set value of the charging voltage V such that the pulse energy E of the pulse laser light PL approaches the target pulse energy Et. Then, the data is transmitted to the charger 11 via the synchronization control unit 50.
  • the processing unit 52 of each TCS (k) calculates the delay time Td (k) based on the set value of the charging voltage V and the reference delay time Td0 (k), and sends it to the delay circuit 53. Data of delay time Td (k) is transmitted.
  • the internal trigger signal generation unit 30 in the synchronization control unit 50 receives the external trigger signal TR from the external device control unit 3 via the laser control unit 18, the internal trigger signal generation unit 30 generates the internal trigger signal TR (k) and generates each TCS (k ) In the delay circuit 53 and the timer 54.
  • the timer 54 is reset and starts measuring time.
  • the internal trigger signal TR (k) input to each delay circuit 53 is delayed by the delay time Td (k) and input to the switch 12a of the PPM (k) as the switch signal S (k).
  • the switch signals S (1) to S (n) are input to the switches 12a of PPM (1) to PPM (n) almost simultaneously, and the switches 12a are turned on almost simultaneously.
  • the current pulse pulse-compressed by PPM (k) is output as an output pulse to Cp (k).
  • the output pulse from the PPM (k) is detected by the output pulse sensor A (k) provided at the subsequent stage of the PPM (k).
  • the output pulse sensor A (k) detects the output pulse
  • the output pulse sensor A (k) transmits a detection signal D1 (k) to the timer 54 of the TCS (k).
  • the timer 54 receives the detection signal D1 (k)
  • the timer 54 stops timing, and the measurement time Tdm (k) from the input of the internal trigger signal TR (k) to the input of the detection signal D1 (k) is sent to the processing unit 52. input.
  • the processing unit 52 executes the above-described process, calculates a difference ⁇ Td (k) between the average value of the measurement time Tdm (k) and the target value Tdt, and sets the reference The delay time Td0 (k) is corrected.
  • a high voltage is applied between the first discharge electrode 20a and the second discharge electrode 20b by charging Cp (k) with a current pulse.
  • Cp (k) As a result, dielectric breakdown occurs in the laser gas, and pulse discharge occurs in the discharge space.
  • ultraviolet laser light is output.
  • Laser oscillation is performed by the optical resonator, and the pulse laser beam PL is output from the output coupling mirror 15.
  • the pulsed energy E is measured by the pulsed energy measuring unit 16 in the output pulsed laser light PL.
  • the laser control unit 18 reads the pulse energy E of the pulse laser beam measured by the pulse energy measurement unit 16 and calculates a set value of the charging voltage V that approaches the target pulse energy Et. The above steps are repeated.
  • the reference delay time Td0 (k) is corrected based on the difference ⁇ Td (k) between the average value of the measurement times Tdm (k) and the target value Tdt, and the following.
  • the delay time Td (k) calculated in this cycle is corrected by the difference ⁇ Td (k).
  • the measurement time Tdm (k) approaches the target value Tdt.
  • the above processing is performed individually, so that the measurement time Tdm (k) by each timer 54 becomes substantially the same.
  • the detection timings of the output pulses by the output pulse sensors A (1) to A (n) are almost the same, and the deviation of the charging timing of Cp (1) to Cp (n) is suppressed. Therefore, according to the first embodiment, a decrease in the emission intensity of the pulsed laser light PL due to a shift in charging timing of Cp (1) to Cp (n) is suppressed.
  • the gas laser device 2a includes n PPMs 12 so that output energy increases n times. For example, if the output energy of one PPM 12 is 10 J, the gas laser device 2 a has a performance equivalent to that of a gas laser device having a high output PPM having an output energy of n ⁇ 10 J.
  • the charging voltages V applied to the plurality of PPMs 12 are substantially the same. For this reason, the difference in charging voltage V is small among the plurality of PPMs 12, and the influence on the charging timing is small.
  • a plurality of chargers may be provided and the charging voltage V may be supplied from each charger to each PPM 12.
  • gas laser apparatus makes it possible to control the pulse width of the pulsed laser light with high accuracy by changing the timing of the switch signal for each PPM.
  • the same components as those of the gas laser device 2a according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • FIG. 16 schematically illustrates the configuration of a gas laser device 2b according to the second embodiment.
  • FIG. 17 shows the configuration of PPM (1) to PPM (n) shown in FIG.
  • data of the target pulse width Dt is transmitted from the external device control unit 3 to the laser control unit 18.
  • the laser chamber 10 a plurality of first discharge electrodes 20a 1 ⁇ 20a n, and a plurality of second discharge electrodes 20b 1 ⁇ 20b n Is provided.
  • PPM (k) first the discharge electrodes 20a k and the second discharge electrode 20b k are provided. This is the first discharge electrode 20a k connected to each PPM (k), in order to perform individual discharge.
  • k 1, 2,..., N.
  • the second discharge electrodes 20b 1 to 20b n are all ground electrodes, it is not always necessary to provide a plurality of them.
  • one second discharge electrode is used. It may be 20b.
  • the configuration of the PPM 12 is the same as that of the first embodiment.
  • Each PPM (k) is connected to Cp (k) via an output pulse sensor A (k).
  • Cp (k) is connected to the first and second discharge electrodes 20a k and 20b k .
  • the laser controller 18 determines the timing of the switch signals S (1) to S (n) based on the data of the target pulse width Dt input from the external device controller 3. Time difference data ⁇ T (1) to ⁇ T (n) are calculated and transmitted to the synchronization control unit 60.
  • FIG. 18 shows a configuration of the synchronization control unit 60 according to the second embodiment.
  • the synchronization control unit 60 includes a delay time calculation unit 61, an internal trigger signal generation unit 62, and a plurality of trigger correction units 51.
  • the trigger correction unit 51 has the same configuration as that of the first embodiment.
  • the delay time calculation unit 61 calculates the delay times Trd (1) to Trd (n) based on the time difference data ⁇ T (1) to ⁇ T (n) input from the laser control unit 18, and the internal trigger signal generation unit 62. To enter.
  • the internal trigger signal generation unit 62 When receiving the external trigger signal TR from the laser control unit 18, the internal trigger signal generation unit 62 generates the internal trigger signal TR (k) and inputs it to the TCS (k). At this time, the internal trigger signal generation unit 62 generates the internal trigger signal TR (k) by delaying the external trigger signal TR according to the delay time Trd (k) input from the delay time calculation unit 61.
  • the laser control unit 18 receives data of the target pulse width Dt from the external device control unit 3.
  • the laser control unit 18 calculates a charging time interval ⁇ Tch necessary for setting the pulse width of the pulsed laser light PL to the target pulse width Dt based on the following expression 7.
  • This charging time interval ⁇ Tch is a difference in charging timing between adjacent Cp (k ⁇ 1) and Cp (k).
  • ⁇ Tch (Dt ⁇ D0) / (n ⁇ 1) (7)
  • D0 is the pulse width of the pulse laser beam PL when Cp (1) to Cp (n) are all charged simultaneously. D0 is obtained experimentally or theoretically in advance.
  • the laser control unit 18 calculates time difference data ⁇ T (k) based on the following equation 8.
  • ⁇ T (k) (k ⁇ 1) ⁇ ⁇ Tch (8)
  • step S 404 the laser control unit 18 transmits the calculated time difference data ⁇ T (k) to the delay time calculation unit 61 in the synchronization control unit 60.
  • step S ⁇ b> 405 the laser control unit 18 determines whether a change signal for the target pulse width Dt is received from the external device control unit 3. When the change signal is not received (S405; NO), the laser control unit 18 stands by until the change signal is received. When receiving the change signal (S405; YES), the laser control unit 18 returns the process to S401. The above processing is repeatedly executed.
  • FIG. 20 shows a delay time Trd (k) calculation process performed by the delay time calculation unit 61.
  • the delay time calculation unit 61 receives the time difference data ⁇ T (k) transmitted from the laser control unit 18.
  • Trd (k) Trd0 + ⁇ T (k) (9)
  • Trd0 is a reference delay time, which is a constant value.
  • the delay time calculation unit 61 transmits the calculated delay time Trd (k) to the internal trigger signal generation unit 62, and the process returns to S501.
  • the above processing is repeatedly executed.
  • the internal trigger signal generation unit 62 receives and holds the delay time Trd (k) transmitted from the delay time calculation unit 61, and receives an external trigger signal TR from the laser control unit 18. Is received, the external trigger signal TR is delayed based on the following equation 10 to generate the internal trigger signal TR (k).
  • TR (k) TR + Trd (k) (10)
  • the internal trigger signal generation unit 62 inputs the generated internal trigger signal TR (k) to the TCS (k).
  • TR (k ⁇ 1) and T (k) have a time difference ⁇ Tch.
  • FIG. 21 is a timing chart in the gas laser device 2b according to the second embodiment. The overall operation of the gas laser device 2b will be described with reference to FIG.
  • the laser control unit 18 When the laser control unit 18 receives the data of the target pulse energy Et from the external device control unit 3, the laser control unit 18 calculates a set value of the charging voltage V such that the pulse energy E of the pulse laser light PL approaches the target pulse energy Et, and synchronizes. This is transmitted to the charger 11 via the control unit 60.
  • the processing unit 52 of each TCS (k) calculates the delay time Td (k) based on the charging voltage V and the reference delay time Td0 (k), and sends the delay time Td to the delay circuit 53.
  • the data of (k) is transmitted.
  • the laser control unit 18 calculates time difference data ⁇ T (k) and transmits it to the delay time calculation unit 61 of the synchronization control unit 60.
  • the delay time calculation unit 61 calculates the delay time Trd (k) based on the above-described equation 9 and inputs the delay time Trd (k) to the internal trigger signal generation unit 62.
  • the internal trigger signal generator 62 When the internal trigger signal generator 62 receives the external trigger signal TR from the laser controller 18, the internal trigger signal generator 62 generates the internal trigger signal TR (k) based on Equation 10 described above, and the delay circuit 53 and timer 54 of the TCS (k). To enter. As shown in FIG. 21, internal trigger signals TR (1) to TR (n) have a time difference.
  • each TCS (k) When the internal trigger signal TR (k) is input, the timer 54 of each TCS (k) is reset and starts measuring time.
  • the internal trigger signal TR (k) input to each delay circuit 53 is delayed by the delay time Td (k) and input to the switch 12a of the PPM (k) as the switch signal S (k).
  • the switch signals S (1) to S (n) are input to the switches 12a of PPM (1) to PPM (n) with a time difference.
  • the switches 12a of PPM (1) to PPM (n) are turned on in turn for each time difference ⁇ Tch.
  • a pulse-compressed current pulse is output as an output pulse to Cp (k).
  • Cp (1) to Cp (n) are charged in order for each time difference ⁇ Tch.
  • the output pulse from each PPM (k) is detected by the output pulse sensor A (k), and the detection signal D1 (k) is transmitted to the timer 54 of the TCS (k).
  • the timer 54 stops timing, and the processing time Tdm (k) from the input of the internal trigger signal TR (k) to the input of the detection signal D1 (k) 52.
  • the processing unit 52 calculates a difference ⁇ Td (k) between the average value of the measurement time Tdm (k) and the target value Tdt, and corrects the reference delay time Td0 (k). To do.
  • Cp (k) By Cp (k) is charged by current pulses, a high voltage is applied to the first discharge electrode 20a k, in the discharge space between the first discharge electrode 20a k and the second discharge electrode 20b k Pulse discharge occurs. As shown in FIG. 21, the pulse discharge occurs in order for each time difference ⁇ Tch. Each pulse discharge causes laser oscillation, and the output coupling mirror 15 outputs pulse laser light PL. Since the pulse laser beam PL is obtained by superimposing the laser beam output for each time difference ⁇ Tch, the pulse width becomes substantially the target pulse width Dt.
  • the pulse energy E of the pulse laser beam PL output from the output coupling mirror 15 is measured by the pulse energy measuring unit 16.
  • the laser control unit 18 reads the pulse energy E of the pulse laser beam measured by the pulse energy measurement unit 16 and calculates a set value of the charging voltage V that approaches the target pulse energy Et. The above steps are repeated.
  • the pulse energy measuring unit 16 may be a PIN photodiode or an ultraviolet photoelectric tube, such as a biplanar tube, instead of the optical sensor 16c.
  • the pulse energy measuring unit 16 can measure the pulse waveform in addition to the pulse energy of the pulse laser beam PL.
  • the laser control unit 18 may obtain the pulse width from the pulse waveform measured by the pulse energy measurement unit 16 and correct the time difference ⁇ Tch so that the pulse width approaches the target pulse width Dt.
  • gas laser device according to a third embodiment of the present disclosure will be described.
  • the gas laser device according to the third embodiment makes it possible to control the pulse waveform of the pulsed laser light with high accuracy by making the timing of the switch signal different for each PPM and making the charging voltage different.
  • the same components as those of the gas laser device 2b according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • FIG. 22 schematically illustrates the configuration of a gas laser device 2 c according to the third embodiment.
  • data of the target pulse waveform Ft is transmitted from the external device control unit 3 to the laser control unit 18.
  • the gas laser device 2 c includes a plurality of chargers 70.
  • One charger 70 is provided for each PPM (k). That is, the total number of chargers 70 is n.
  • the charger 70 for PPM (k) is denoted as CG (k).
  • the laser control unit 18 uses time difference data ⁇ T (1) to ⁇ T (n) and a charging voltage V (() described later based on the data of the target pulse waveform Ft input from the external device control unit 3. 1) Calculate the data of V (n) and send it to the synchronization controller 60a.
  • FIG. 23 shows a configuration of a synchronization control unit 60a according to the third embodiment.
  • the synchronization control unit 60a is the synchronization control unit according to the second embodiment, except that the data of the charging voltage V (k) received from the laser control unit 18 is input to the processing unit 52 of the corresponding TCS (k).
  • the configuration is the same as 60.
  • the delay time calculation unit 61 calculates the delay times Trd (1) to Trd (n) based on the time difference data ⁇ T (1) to ⁇ T (n) input from the laser control unit 18, and the internal trigger signal generation unit 62. To enter.
  • the processing unit 52 of TCS (k) calculates a delay time Td (k) based on the data of the charging voltage V (k) and inputs the delay time Td (k) to the delay circuit 53. Note that data on the charging voltage V (k) is input to the CG (k) via the processing unit 52 of the TCS (k).
  • FIG. 24 illustrates time difference data ⁇ T (k) and charging voltage V (k) calculation processing performed by the laser control unit 18 of the third embodiment. Indicates.
  • the laser control unit 18 receives data of the target pulse waveform Ft from the external device control unit 3.
  • the laser control unit 18 calculates time difference data ⁇ T (k) corresponding to the width of the target pulse waveform Ft based on the data of the target pulse waveform Ft.
  • the laser control unit 18 calculates a charging voltage V (k) corresponding to the intensity distribution of the target pulse waveform Ft.
  • the laser control unit 18 transmits the calculated time difference data ⁇ T (k) to the delay time calculation unit 61 in the synchronization control unit 60a.
  • the laser control unit 18 transmits the calculated charging voltage V (k) data to the TCS (k) processing unit 52.
  • the laser controller 18 determines whether or not a change signal for the target pulse waveform Ft has been received from the external device controller 3.
  • the change signal has not been received (S606; NO)
  • the laser control unit 18 stands by until the change signal is received.
  • the laser control unit 18 returns the process to S601. The above processing is repeatedly executed.
  • an attenuator (not shown) is used without changing the set value of the charging voltage V (k) so that the pulse energy E measured by the pulse energy measuring unit 16 approaches the target pulse energy Et.
  • an attenuator (not shown) is controlled instead of S106 and S107 in the flowchart shown in FIG.
  • each TCS (k) performs the same processing as the processing shown in the flowchart of FIG.
  • V (k) charging voltage
  • the processing unit 52 of each TCS (k) calculates the delay time Td (k) based on the charging voltage V (k) and the reference delay time Td0 (k), and sends it to the delay circuit 53. Data of delay time Td (k) is transmitted. Further, in the synchronization control unit 60a, the delay time calculation unit 61 of each TCS (k) calculates the delay time Trd (k) based on Equation 9 described above, and inputs it to the internal trigger signal generation unit 62.
  • the internal trigger signal generator 62 When the internal trigger signal generator 62 receives the external trigger signal TR from the laser controller 18, the internal trigger signal generator 62 generates the internal trigger signal TR (k) based on Equation 10 described above, and the delay circuit 53 and timer 54 of the TCS (k). To enter. When the internal trigger signal TR (k) is input, the timer 54 of each TCS (k) is reset and starts measuring time. The internal trigger signal TR (k) input to each delay circuit 53 is delayed by the delay time Td (k) and input to the switch 12a of the PPM (k) as the switch signal S (k).
  • the switch signals S (1) to S (n) are input to the switches 12a of PPM (1) to PPM (n) with a time difference.
  • the switches 12a of PPM (1) to PPM (n) are turned on in order.
  • From each PPM (k) a pulse-compressed current pulse is output as an output pulse to Cp (k).
  • Cp (1) to Cp (n) are charged in order.
  • the output pulse from each PPM (k) is detected by the output pulse sensor A (k), and the detection signal D1 (k) is transmitted to the timer 54 of the TCS (k).
  • the timer 54 stops timing, and the processing time Tdm (k) from the input of the internal trigger signal TR (k) to the input of the detection signal D1 (k) 52.
  • the processing unit 52 calculates a difference ⁇ Td (k) between the average value of the measurement time Tdm (k) and the target value Tdt, and corrects the reference delay time Td0 (k). To do.
  • the laser oscillation is generated by each pulse discharge, and the pulse laser beam PL is output from the output coupling mirror 15. Since the pulse laser beam PL is obtained by superimposing a plurality of laser beams generated at the discharge timing according to the time difference data ⁇ T (k) and the excitation intensity according to the charge voltage V (k), the pulse waveform Is substantially the target pulse waveform Ft.
  • the pulse energy E of the pulse laser beam PL output from the output coupling mirror 15 is measured by the pulse energy measuring unit 16.
  • the laser control unit 18 reads the pulse energy E of the pulse laser beam measured by the pulse energy measurement unit 16 and controls an attenuator (not shown) so as to approach the target pulse energy Et. The above steps are repeated.
  • the timings of the internal trigger signals TR (1) to TR (n) and the charging voltages V (1) to V (n) are controlled, so that Cp (1) to Cp ( The charging timing and excitation intensity of n) can be controlled with high accuracy. Therefore, in the third embodiment, the pulse waveform of the pulsed laser light PL can be controlled with high accuracy so as to approach the target pulse waveform Ft.
  • the pulse energy measuring unit 16 may be a PIN photodiode or an ultraviolet photoelectric tube, for example, a biplanar tube, instead of the optical sensor 16c.
  • the pulse energy measuring unit 16 can measure the pulse waveform in addition to the pulse energy of the pulse laser beam PL.
  • the laser control unit 18 obtains the difference between the pulse waveform measured by the pulse energy measurement unit 16 and the target pulse waveform Ft, and corrects the time difference data ⁇ T (k) and the charging voltage V (k) so that the difference becomes small. May be.
  • the timing at which the peaking capacitor is charged is detected.
  • the time from when the peaking capacitor is charged until the actual discharge occurs in the discharge space may vary. There is. This is due to, for example, fluctuations in the gas pressure of the laser gas.
  • the gas laser device according to the fourth embodiment makes it possible to suppress fluctuations in time from the input of the external trigger signal until the actual discharge occurs.
  • the same components as those of the gas laser device 2a according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • FIG. 25 schematically shows the configuration of a gas laser device 2d according to the fourth embodiment.
  • a discharge sensor 80 is provided on the opposite side of the rear mirror 14 from the laser chamber 10.
  • the discharge sensor 80 includes a condensing optical system 80a and an optical sensor 80b.
  • the optical sensor 80b is a sensor having sensitivity to visible light, and is configured by a photodiode or a phototube.
  • the rear mirror 14 is coated with a multilayer film that allows high transmission of visible light and high reflection of pulsed laser light.
  • the discharge light generated in the discharge space includes ultraviolet laser light and visible light.
  • the condensing optical system 80a condenses the visible light emitted from the laser chamber 10 through the window 21b and transmitted through the rear mirror 14 on the condensing surface of the optical sensor 80b. When the optical sensor 80b detects visible light, the optical sensor 80b transmits a detection signal D2 to the synchronization control unit 60b.
  • FIG. 26 shows a configuration of a synchronization control unit 60b according to the fourth embodiment.
  • the synchronization control unit 60b includes a delay time correction unit 81 and a timer 82 in addition to the configuration of the synchronization control unit 60 according to the first embodiment.
  • An external trigger signal TR is input from the laser control unit 18 to the timer 82.
  • the timer 82 receives the detection signal D2 from the optical sensor 80b.
  • the timer 82 is configured to start timing by the input of the external trigger signal TR and stop timing by the input of the detection signal D2. That is, as shown in FIG. 27, the timer 82 measures a time Trdm required from the input of the external trigger signal TR to the input of the detection signal D2. The timer 82 inputs data of the measurement time Trdm to the delay time correction unit 81.
  • the delay time correction unit 81 calculates the delay time Trd (k) based on the data of the measurement time Trdm input from the timer 82.
  • the delay time Trd (k) is the time from when the internal trigger signal generation unit 62 receives the external trigger signal TR until it outputs the internal trigger signal TR (k), that is, the internal trigger signal TR ( k) represents the delay time.
  • FIG. 28 is a flowchart showing a correction process of the delay time Trd (k) by the delay time correction unit 81.
  • the delay time correction unit 81 corrects the delay time Trd (k) by the following process.
  • I is a counter for counting the number of oscillation pulses.
  • Trdmsum is a total value for calculating the average value of the measurement time Trdm by the timer 82.
  • the delay time correction unit 81 sets all the delay times Trd (1) to Trd (n) to the reference delay time Trd0.
  • the delay time correction unit 81 transmits data of the delay time Trd (k) to the internal trigger signal generation unit 62.
  • the delay time correction unit 81 determines whether or not the gas laser device 2d has laser-oscillated. Whether or not the gas laser device 2d oscillates is determined by whether or not the timer 82 has received the detection signal D2 from the optical sensor 80b.
  • the delay time correction unit 81 advances the process to S705.
  • the delay time correction unit 81 waits until the gas laser device 2d oscillates.
  • the delay time correction unit 81 adds 1 to the current value of the counter I, and updates the value of I.
  • step S ⁇ b> 706 the delay time correction unit 81 receives data of the measurement time Trdm from the timer 82.
  • the delay time correction unit 81 updates the total value Trdmsum by adding the measurement time Trdm to the current total value Trdmsum.
  • the delay time correction unit 81 determines whether or not the value of the counter I has reached a predetermined number of samples Imax. When the value of the counter I has not reached the predetermined number of samples Imax (S708; NO), the delay time correction unit 81 returns the process to S704. When the value of the counter I reaches the predetermined number of samples Imax (S708; YES), the delay time correction unit 81 advances the process to S709.
  • the delay time correction unit 81 calculates a difference ⁇ Trd between the average value of the measurement times Trdm and the target value Trdt.
  • the difference ⁇ Trd is calculated by the following equation 11.
  • ⁇ Trd Trdmsum / Imax ⁇ Trdt (11)
  • the delay time correction unit 81 sets a value obtained by subtracting the difference ⁇ Trd from the reference delay time Trd0 as a new reference delay time Trd0. As described above, the delay time correction unit 81 corrects the reference delay time Trd0, and then returns the process to S701. The above process is repeated.
  • the internal trigger signal generation unit 62 When the internal trigger signal generation unit 62 receives the external trigger signal TR from the laser control unit 18, the internal trigger signal generation unit 62 generates the internal trigger signal TR (k) by delaying the external trigger signal TR by the delay time Trd (k), and TCS. Enter in (k).
  • the third correction process (drift correction process) for correcting the timing of the switch signal S (k) based on the detection result of the optical sensor 80b is performed.
  • the number of samples Imax is preferably larger than the above-mentioned number of samples Jmax, and particularly preferably in the range of 2000 times to 100,000 times. That is, it is preferable that the frequency of the third correction process is smaller than the frequency of the second correction process.
  • the laser control unit 18 inputs this to the timer 82 and the internal trigger signal generation unit 62.
  • the timer 82 is reset and starts measuring time.
  • the internal trigger signal generation unit 62 When the internal trigger signal generation unit 62 receives the external trigger signal TR, the internal trigger signal TR (k) delays the external trigger signal TR by the delay time Trd (k) input from the delay time correction unit 81. And input to TCS (k). Thereafter, the same operation as in the first embodiment is performed, and a pulse discharge is generated in the discharge space in the laser chamber 10. At this time, ultraviolet laser light is output and visible light is output. Part of this visible light passes through the rear mirror 14 and is detected by the optical sensor 80b.
  • the optical sensor 80b When the optical sensor 80b detects visible light, the optical sensor 80b transmits a detection signal D2 to the timer 82.
  • the timer 82 receives the detection signal D2
  • the timer 82 stops timing and inputs the measurement time Trdm from the input of the external trigger signal TR to the input of the detection signal D2 to the delay time correction unit 81.
  • the delay time correction unit 81 executes the above-described process, calculates a difference ⁇ Trd between the average value of the measurement time Trdm and the target value Trdt, and corrects the reference delay time Trd0.
  • the reference delay time Trd0 of the internal trigger signal TR (k) with respect to the external trigger signal TR is corrected based on the difference ⁇ Trd between the average value of the measurement time Trdm and the target value Trdt.
  • the delay time Trd (k) calculated in the next cycle is corrected by the difference ⁇ Trd.
  • the timing of the switch signal S (k) is corrected, and the measurement time Trdm approaches the target value Trdt.
  • the synchronization control unit 60b performs the third correction process for correcting the timing of the switch signal S (k) based on the detection result of the discharge timing by the optical sensor 80b. As a result, fluctuations in time from when the external trigger signal TR is input to the gas laser device 2d until when actual discharge occurs are suppressed.
  • the discharge sensor 80, the delay time correction unit 81, and the timer 82 are added to the gas laser device 2a according to the first embodiment. These may be added to the gas laser device 2b according to the second embodiment or the gas laser device 2c according to the third embodiment to correct the reference delay time Trd0 as in the fourth embodiment.
  • the discharge timing is detected by the discharge sensor 80 disposed on the back side of the rear mirror 14.
  • the discharge timing may be detected by the optical sensor 16 c included in the pulse energy measuring unit 16. .
  • FIG. 29 shows a specific example of a current detection type output pulse sensor.
  • the output pulse sensor 40 a is a current sensor that includes a magnetic core 91, a coil 92, and a voltmeter 93.
  • a wiring for connecting the magnetic switch MS 2 and the peaking capacitor 27 is inserted into the hollow portion of the magnetic core 91.
  • the coil 92 is wound around a part of the magnetic core 91, and both ends are connected to the voltmeter 93.
  • the voltmeter 93 detects an induced voltage generated in the magnetic core 91 when a current pulse flows through the wiring.
  • the induced voltage detection voltage is transmitted to the timer 54 as the detection signal D1 (k) described above.
  • the output pulse sensor may be a current sensor including a Rogowski coil. Further, the output pulse sensor may be a Hall element type current sensor in which Hall elements are arranged in the gaps in the magnetic core.
  • FIG. 30 shows a specific example of an output pulse sensor that detects the charging timing based on the waveform of the current flowing through the peaking capacitor 27.
  • the output pulse sensor 40 b includes a current sensor 94, an amplifier 95, and a comparator 96.
  • the current sensor 94 is disposed between the magnetic switch MS 2 and the peaking capacitor 27, detects the current flowing through the peaking capacitor 27, and outputs it to the amplifier 95.
  • the amplifier 95 converts the current input from the current sensor 94 into a voltage Vcplm and outputs it to the comparator 96.
  • the comparator 96 compares the voltage Vcplm input from the amplifier 95 with the reference voltage Vcpls, and outputs a constant voltage Vcplp when the voltage Vcplm is lower than the reference voltage Vcppls.
  • This voltage Vcplp has a pulse shape and is transmitted to the timer 54 as the detection signal D1 (k) described above.
  • the reference voltage Vcpls is set to a negative value close to 0 so as to detect the rise and fall timing of the voltage Vcppl.
  • the timer 54 is preferably configured to detect the rising timing of the voltage Vcplp. In this case, the charging start timing of the peaking capacitor 27 can be detected.
  • the timer 54 may be configured to detect the falling timing of the voltage Vcplp. In this case, the charging end timing of the peaking capacitor 27 can be detected. Since the charge end timing is close to the discharge timing in the discharge space, the discharge timing can be accurately detected by detecting the charge end timing.
  • FIG. 32 shows a specific example of a voltage detection type output pulse sensor.
  • the output pulse sensor 40 c is composed of a voltmeter 100 connected in parallel to the peaking capacitor 27.
  • the voltmeter 100 detects a voltage applied from the PPM 12 to the peaking capacitor 27. This detection voltage is transmitted to the timer 54 as the detection signal D1 (k) described above.
  • FIG. 33 shows a specific example of an output pulse sensor that detects the charging timing based on the waveform of the voltage applied to the peaking capacitor 27.
  • the output pulse sensor 40 d includes an amplifier 101 and a comparator 102.
  • the amplifier 101 is connected to the wiring between the magnetic switch MS 2 and the peaking capacitor 27.
  • the voltage applied to the peaking capacitor 27 is input to the amplifier 101.
  • the amplifier 101 converts the voltage applied to the peaking capacitor 27 into a voltage Vcpm and outputs it to the comparator 102.
  • the comparator 102 compares the voltage Vcpm input from the amplifier 101 with the reference voltage Vcps, and outputs a constant voltage Vcpp when the voltage Vcpm is lower than the reference voltage Vcps.
  • This voltage Vcpp has a pulse shape and is transmitted to the timer 54 as the detection signal D1 (k) described above.
  • the reference voltage Vcps is set to a negative value close to 0 so as to detect the rising and falling timings of the voltage Vcpm.
  • the timer 54 is configured to detect the rising timing of the voltage Vcpp or the falling timing of the voltage Vcpp.
  • FIG. 35 shows a specific example of the optical sensor 80 b included in the discharge sensor 80.
  • the optical sensor 80 b includes a photodiode 110, an amplifier 111, and a comparator 112.
  • the photodiode 110 is sensitive to visible light, and outputs a current corresponding to the light intensity of the received visible light to the amplifier 111.
  • the amplifier 111 converts the current input from the photodiode 110 into a voltage Vpm and outputs the voltage Vpm to the comparator 112.
  • the comparator 112 compares the voltage Vpm input from the amplifier 111 with the reference voltage Vps, and outputs a constant voltage Vpp when the voltage Vpm is higher than the reference voltage Vcps.
  • the voltage Vpp is pulsed and transmitted to the timer 82 as the detection signal D2.
  • the reference voltage Vps is set to a positive value close to 0 so as to detect the rising timing of the voltage Vpm.
  • timer 82 is preferably configured to detect the rising timing of voltage Vpp. In this case, the discharge timing in the discharge space can be detected with high accuracy.

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Abstract

放電励起式のガスレーザ装置は、以下を備える:A.対向配置された第1及び第2の放電電極;B.第1の放電電極に接続された複数のピーキングコンデンサ;C.充電器;D.複数のパルスパワーモジュールであって、1つのパルスパワーモジュールは、以下のD1~D3を含む:D1.充電器から充電電圧が印加される充電コンデンサ;D2.充電コンデンサに保持された電気エネルギをパルス圧縮し、出力パルスとして、対応するピーキングコンデンサに出力するパルス圧縮回路;及び、D3.充電コンデンサとパルス圧縮回路との間に配置されたスイッチ;E.複数の出力パルスセンサであって、1つの出力パルスセンサは、1つのパルスパワーモジュールが出力する出力パルスを検出する;及び、F.各出力パルスセンサの検出結果に基づいて、各スイッチに入力するスイッチ信号のタイミングを制御する制御部。

Description

ガスレーザ装置
 本開示は、放電励起式のガスレーザ装置に関する。
 半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わって放電励起式のガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用レーザ装置としては、波長248nmの紫外線を出力するKrFエキシマレーザ装置ならびに、波長193.4nmの紫外線を出力するArFエキシマレーザ装置が用いられている。
 現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけ上の波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ArFエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長134nmの紫外光が照射される。この技術をArF液浸露光という。ArF液浸露光はArF液浸リソグラフィーとも呼ばれる。
 KrF、ArFエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約350~400pmと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光(紫外線光)の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には、狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール(Line Narrowing Module)が設けられている。この狭帯域化モジュールによりスペクトル線幅の狭帯域化が実現されている。狭帯域化素子は、エタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル線幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
特開平6-283787号公報 国際公開2014/156818号 特表2005-512333号公報 特開2009-194063号公報 特開平11-177168号公報 国際公開2015/190012号
概要
 本開示の1つの観点に係る放電励起式のガスレーザ装置は、以下を備える:
 A.対向配置された第1及び第2の放電電極;
 B.第1の放電電極に接続された複数のピーキングコンデンサ;
 C.充電器;
 D.複数のパルスパワーモジュールであって、1つのパルスパワーモジュールは、以下のD1~D3を含む:
  D1.充電器から充電電圧が印加される充電コンデンサ;
  D2.充電コンデンサに保持された電気エネルギをパルス圧縮し、出力パルスとして、複数のピーキングコンデンサのうち対応するピーキングコンデンサに出力するパルス圧縮回路;及び
  D3.充電コンデンサとパルス圧縮回路との間に配置されたスイッチ;
 E.複数の出力パルスセンサであって、1つの出力パルスセンサは、1つのパルスパワーモジュールが出力する出力パルスを検出する;及び
 F.各出力パルスセンサの検出結果に基づいて、各スイッチに入力するスイッチ信号のタイミングを制御する制御部。
 本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図1は、比較例に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。 図2は、ガスレーザ装置をZ方向から見た断面図である。 図3は、PPM(1)~PPM(n)の構成を示す回路図である。 図4は、充電電圧と、PPM(k)へのスイッチ信号の入力から放電電極に電圧が印加されるまでの所要時間との関係を表すグラフである。 図5は、同期制御部の構成を示すブロック図である。 図6は、外部トリガ信号と、内部トリガ信号と、スイッチ信号との関係を示すタイミングチャートである。 図7は、レーザ制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 図8は、トリガ補正部が実行する処理を示すフローチャートである。 図9は、比較例に係るガスレーザ装置におけるタイミングチャートである。 図10は、比較例に係るガスレーザ装置の課題を説明するためのタイミングチャートである。 図11は、第1の実施形態に係るガスレーザ装置の構成を概略的に示す図である。 図12は、PPM(1)~PPM(n)の構成を示す回路図である。 図13は、同期制御部の構成を示すブロック図である。 図14は、外部トリガ信号と、内部トリガ信号と、スイッチ信号と、検出信号との関係を示すタイミングチャートである。 図15は、トリガ補正部が実行する処理を示すフローチャートである。 図16は、第2の実施形態に係るガスレーザ装置の構成を概略的に示す図である。 図17は、PPM(1)~PPM(n)の構成を示す回路図である。 図18は、同期制御部の構成を示すブロック図である。 図19は、時間差データの算出処理を示すフローチャートである。 図20は、遅延時間の算出処理を示すフローチャートである。 図21は、第2の実施形態に係るガスレーザ装置におけるタイミングチャートである。 図22は、第3の実施形態に係るガスレーザ装置の構成を概略的に示す図である。 図23は、同期制御部の構成を示すブロック図である。 図24は、時間差データ及び充電電圧の算出処理を示すフローチャートである。 図25は、第4の実施形態に係るガスレーザ装置の構成を概略的に示す図である。 図26は、同期制御部の構成を示すブロック図である。 図27は、外部トリガ信号と、内部トリガ信号と、スイッチ信号と、検出信号との関係を示すタイミングチャートである。 図28は、遅延時間補正部による遅延時間の補正処理を示すフローチャートである。 図29は、電流検出方式の出力パルスセンサの具体例を示す図である。 図30は、ピーキングコンデンサに流れる電流の波形に基づいて充電タイミングを検出する出力パルスセンサの具体例を示す図である。 図31は、コンパレータの動作を説明するためのグラフである。 図32は、電圧検出方式の出力パルスセンサの具体例を示す図である。 図33は、ピーキングコンデンサに印加される電圧の波形に基づいて充電タイミングを検出する出力パルスセンサの具体例を示す図である。 図34は、コンパレータの動作を説明するためのグラフである。 図35は、放電センサに含まれる光センサの具体例を示す図である。 図36は、コンパレータの動作を説明するためのグラフである。
実施形態
 <内容>
 1.比較例
  1.1 構成
   1.1.1 ガスレーザ装置の概要
   1.1.2 パルスパワーモジュール
   1.1.3 同期制御部
  1.2 動作
   1.2.1 レーザ制御部の処理
   1.2.2 トリガ補正部の処理
   1.2.3 ガスレーザ装置の全体動作
  1.3 課題
 2.第1の実施形態
  2.1 構成
  2.2 動作
   2.2.1 レーザ制御部の処理
   2.2.2 トリガ補正部の処理
   2.2.3 ガスレーザ装置の全体動作
  2.3 効果
 3.第2の実施形態
  3.1 構成
  3.2 動作
   3.2.1 時間差データの算出処理
   3.2.2 遅延時間の算出処理
   3.2.3 内部トリガ信号の生成処理
   3.2.4 ガスレーザ装置の全体動作
  3.3 効果
 4.第3の実施形態
  4.1 構成
  4.2 動作
   4.2.1 時間差データ及び充電電圧の算出処理
   4.2.2 トリガ補正部の処理
   4.2.3 ガスレーザ装置の全体動作
  4.3 効果
 5.第4の実施形態
  5.1 構成
  5.2 動作
   5.2.1 外部信号に対する内部トリガ信号の遅延時間の補正処理
   5.2.2 ガスレーザ装置の全体動作
  5.3 効果
 6.出力パルスセンサの具体例
  6.1 電流検出方式の出力パルスセンサ
  6.2 電圧検出方式の出力パルスセンサ
 7.放電センサの具体例
 8.パルスパワーモジュールの変形例
  8.1 構成
  8.2 効果
 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。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
 1.比較例
  1.1 構成
   1.1.1 ガスレーザ装置の概要
 図1及び図2を用いて比較例に係るガスレーザ装置2の構成を概略的に示す。図1は、ガスレーザ装置2の構成を概略的に示す。図2は、図1に示されるガスレーザ装置2をZ方向から見た断面図である。ガスレーザ装置2は、放電励起式のガスレーザ装置であり、例えば、エキシマレーザ装置である。
 図1において、ガスレーザ装置2から出力されるパルスレーザ光PLの進行方向を、Z方向という。後述する第1及び第2の放電電極20a及び20bの間の放電方向を、V方向という。また、Z方向とV方向とに直交する方向を、H方向という。
 図1において、ガスレーザ装置2は、レーザチャンバ10と、充電器11と、複数のパルスパワーモジュール(PPM)12と、を含む。ガスレーザ装置2は、さらに、リアミラー14と、出力結合ミラー15と、パルスエネルギ計測部16と、同期制御部17と、レーザ制御部18と、を含む。
 レーザチャンバ10内には、主電極としての第1及び第2の放電電極20a及び20bと、グランドプレート21と、配線22と、ファン23と、熱交換器24と、が設けられている。なお、レーザチャンバ10内には、図示しない予備電極が設けられていてもよい。
 レーザチャンバ10内には、レーザ媒質としてのレーザガスが封入されている。レーザガスは、例えば、レアガスとしてのアルゴン、クリプトン、キセノン等を含み、バッファガスとしてのネオン、ヘリューム等を含み、ハロゲンガスとしての塩素、フッ素等を含む。
 また、レーザチャンバ10には開口が形成されている。この開口を塞ぐように、複数のフィードスルー25が埋め込まれた電気絶縁プレート26が設けられている。この電気絶縁プレート26上には、複数のピーキングコンデンサ(Cp)27と、これらを保持するホルダ28とが配置されている。このホルダ28上に、複数のPPM12が配置されている。さらに、レーザチャンバ10には、ウィンドウ21a及び21bが設けられている。
 第1及び第2の放電電極20a及び20bは、レーザ媒質を放電により励起するための電極として、レーザチャンバ10内に対向配置されている。第1の放電電極20a及び第2の放電電極20bは、互いの放電面が対向するように配置されている。第1の放電電極20aの放電面と第2の放電電極20bとの放電面との間の空間を、放電空間という。第1の放電電極20aは、放電面とは反対側の面が、電気絶縁プレート26に支持されている。第2の放電電極20bは、放電面とは反対側の面が、グランドプレート21に支持されている。
 フィードスルー25は、第1の放電電極20aに接続されている。また、図2に示すように、フィードスルー25は、接続部29を介して、ホルダ28に保持されたピーキングコンデンサ27に接続されている。接続部29は、ピーキングコンデンサ27を他の構成要素と接続するための部材である。
 ホルダ28の内部空間を形成する壁28aは、アルミ金属等の金属材料により形成されている。ホルダ28の内部には、ピーキングコンデンサ27と、接続部29と、PPM12の高電圧端子12bと、が配置されている。ピーキングコンデンサ27は、第1及び第2の放電電極20a及び20bに電気エネルギを供給するコンデンサである。ピーキングコンデンサ27は、電気エネルギをPPM12から受け取って蓄積した後、蓄積した当該電気エネルギを、第1及び第2の放電電極20a及び20bに放出する。
 ピーキングコンデンサ27は、H方向に沿って2個配置されている。ピーキングコンデンサ27は、Z方向に沿って複数個配置されてもよい。ピーキングコンデンサ27の一方の電極27aは、接続部29を介して、高電圧端子12b及びフィードスルー25に接続されている。ピーキングコンデンサ27の他方の電極27bは、接続部29を介して、ホルダ28の壁28aに接続されている。
 接続部29は、接続プレート29aと、接続端子29b及び29cとを含む。接続プレート29aは、断面がU字状の導電板によって構成されており、高電圧端子12b及びフィードスルー25に接続されている。
 グランドプレート21は、配線22を介してレーザチャンバ10に接続されている。レーザチャンバ10は、接地されている。グランドプレート21は、配線22を介して接地電位に保たれている。グランドプレート21のZ方向に関する端部は、レーザチャンバ10に固定されている。
 ファン23は、クロスフローファンであって、レーザガスをレーザチャンバ10内で循環させる。ファン23は、長手方向がZ方向とほぼ平行となるように配置されている。ファン23は、グランドプレート21に対して放電空間の反対側に配置されている。ファン23は、レーザチャンバ10に接続されたモータ23aによって回転駆動され、レーザガス流を発生させる。
 ファン23から吹き出したレーザガスは、放電空間に流入する。放電空間に流入するレーザガス流の流れ方向は、H方向にほぼ平行である。放電空間から流出したレーザガスは、熱交換器24を介してファン23に吸い込まれ得る。熱交換器24は、熱交換器24の内部に供給された冷媒とレーザガスとの間で熱交換を行う。
 レーザチャンバ10の端部にはウィンドウ21a及び21bが設けられている。レーザチャンバ10内で発生した光は、ウィンドウ21a及び21bを介してレーザチャンバ10の外部に出射される。
 リアミラー14と出力結合ミラー15とで、光共振器が構成されている。光共振器の光路上にレーザチャンバ10が配置されている。リアミラー14は、パルスレーザ光PLが透過するフッ化カルシウム(CaF2)等で形成された基板上に、高反射膜がコートされたものである。出力結合ミラー15は、パルスレーザ光PLが透過するフッ化カルシウム(CaF2)等で形成された基板上に、部分反射膜がコートされたものである。この部分反射膜の反射率は、8%~15%の範囲内である。
 レーザチャンバ10から出射された光は、リアミラー14と出力結合ミラー15との間で往復し、放電空間を通過する度に増幅される。増幅された光の一部が、出力結合ミラー15を介して、パルスレーザ光PLとして出力される。
 パルスエネルギ計測部16は、出力結合ミラー15を介して出力されたパルスレーザ光PLの光路に配置されている。パルスエネルギ計測部16は、ビームスプリッタ16aと、集光光学系16bと、光センサ16cとを含む。
 ビームスプリッタ16aは、パルスレーザ光PLを高い透過率で透過させるとともに、パルスレーザ光PLの一部を集光光学系16bに向けて反射する。集光光学系16bは、ビームスプリッタ16aによって反射された光を、光センサ16cの受光面に集光する。光センサ16cは、受光面に集光された光のパルスエネルギを検出し、検出されたパルスエネルギのデータをレーザ制御部18に出力する。
 充電器11は、各PPM12に含まれる後述する充電コンデンサC0に一定の充電電圧を供給する直流電源装置である。各PPM12は、レーザ制御部18によって制御されるスイッチ12aを含んでいる。スイッチ12aは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)により構成されている。スイッチ12aがOFFからONになると、PPM12は、充電コンデンサC0に保持されていた電気エネルギから高電圧パルスを生成し、第1の放電電極20aに印加する。
 複数のPPM12は、ホルダ28上に、Z方向に沿って配列されている。各PPM12には、少なくとも1つのピーキングコンデンサ27が電気的に接続されている。本比較例では、2つのピーキングコンデンサ27が1つのPPM12に対して並列に接続されている。複数のPPM12の総数をn個とする。以下、各PPM12をPPM(k)と表記する。ここで、k=1,2,・・・,nである。また、PPM(k)に接続された1又は2以上のピーキングコンデンサ27を併せてCp(k)と表記する。
 レーザ制御部18は、図示しない露光装置等の外部装置に含まれる外部装置制御部3との間で各種信号を送受信する。例えば、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から、発光トリガとしての外部トリガ信号TRと、目標パルスエネルギEtのデータ等を受信する。また、レーザ制御部18は、パルスエネルギ計測部16からパルスエネルギの計測値を受信する。なお、外部装置は、露光装置以外に、加工用レーザ装置、レーザアニール装置、レーザドーピング装置等であり得る。
 レーザ制御部18は、外部装置制御部3から受信した目標パルスエネルギEtのデータと、パルスエネルギ計測部16から受信したパルスエネルギの計測値とを参照して、充電器11に設定する充電電圧Vを算出する。レーザ制御部18は、同期制御部17に接続されており、同期制御部17に外部トリガ信号TRと充電電圧Vの設定値とを送信する。
 同期制御部17は、レーザ制御部18と、充電器11と、PPM(1)~PPM(n)とに接続されている。充電器11は、同期制御部17を介して充電電圧Vの設定値を受信し、充電電圧Vの設定値に基づいて、各PPM(k)に含まれる充電コンデンサC0を充電する。
 同期制御部17は、レーザ制御部18から受信した外部トリガ信号TRに基づいて、n個のスイッチ信号S(1)~S(n)を生成する。スイッチ信号S(k)は、PPM(k)に含まれるスイッチ12aに入力される。
   1.1.2 パルスパワーモジュール
 図3は、図1に示されるPPM(1)~PPM(n)の構成を示す。PPM(1)~PPM(n)は、それぞれ同一の構成であるので、1つのPPM(k)について構成を説明する。PPM(k)は、充電コンデンサC0と、スイッチ12aと、パルストランスPTと、複数の磁気スイッチMS1及びMS2と、複数のコンデンサC1及びC2と、を含む。パルストランスPTと、複数の磁気スイッチMS1及びMS2と、複数のコンデンサC1及びC2とは、パルス圧縮回路を構成する。
 磁気スイッチMS1及びMS2は、それぞれ可飽和リアクトルを含んでいる。磁気スイッチMS1及びMS2は、それぞれ、その両端に印加された電圧の時間積分値が、磁気スイッチの特性で決まる所定の値になったときに、低インピーダンスになる。
 PPM(k)のスイッチ12aには、同期制御部17にからスイッチ信号S(k)が入力される。スイッチ12aは、スイッチ信号S(k)が入力されてONになると、充電コンデンサC0からパルストランスPTの1次側に電流を流す。
 パルストランスPTの1次側に電流が流れると、電磁誘導によってパルストランスPTの2次側に逆方向の電流が流れる。パルストランスPTの2次側に電流が流れると、コンデンサC1に電流パルスが流れ、コンデンサC1が充電される。このとき、磁気スイッチMS1に印加される電圧の時間積分値が閾値に達する。磁気スイッチMS1に印加される電圧の時間積分値が閾値に達すると、磁気スイッチMS1は、磁気飽和した状態となり、閉じる。
 磁気スイッチMS1が閉じると、コンデンサC1からコンデンサC2に電流パルスが流れ、コンデンサC2が充電され得る。このとき、コンデンサC2に流れる電流パルスは、コンデンサC1に流れる電流パルスよりもパルス幅が短い。コンデンサC2が充電されることにより、磁気スイッチMS2は、磁気飽和した状態となり、閉じる。
 磁気スイッチMS2が閉じると、コンデンサC2から、PPM(k)に接続されたピーキングコンデンサ27であるCp(k)に電流パルスが流れ、Cp(k)が充電される。このとき、Cp(k)に流れる電流パルスは、コンデンサC2に流れる電流パルスよりもパルス幅が短い。このように、コンデンサC1からコンデンサC2、コンデンサC2からCp(k)へと順に電流パルスが流れることにより、電流パルスのパルス幅が圧縮される。このように電流パルスのパルス幅が圧縮されることを、パルス圧縮という。
 Cp(k)の電圧がレーザガスのブレークダウン電圧に達したときに、第1及び第2の放電電極20a及び20bの間のレーザガスに絶縁破壊が生じる。これにより、レーザガスが励起され、基底状態に戻るときに、紫外のレーザ光が出力される。このような放電動作が、スイッチ12aのスイッチング動作によって繰り返されることにより、所定の発振周波数で、パルスレーザ光PLが出力される。
 図4は、PPM(k)の充電電圧Vと、PPM(k)へのスイッチ信号S(k)の入力から高電圧が第1の放電電極20aに印加されるまでの所要時間F(V)との関係を示している。PPM(k)がパルス圧縮回路(磁気圧縮回路)を含んで構成されていることにより、所要時間F(V)と充電電圧Vとの関係は、下式1で表される。
   F(V)=K/V  ・・・(1)
 ここで、Kは、一定値である。
 したがって、PPM(k)に設定される充電電圧がVである場合の所要時間F(V)は、充電電圧Vが基準電圧V0である場合の所要時間F(V0)に対して、下式2で表される時間差ΔTV(k)が生じる。
   ΔTV(k)=F(V0)-F(V)  ・・・(2)
 具体的には、PPM(k)に設定される充電電圧Vが基準電圧V0より大きい場合には、所要時間F(V)は、基準電圧V0の場合の所要時間F(V0)より、時間差ΔTV(k)だけ短くなる。
   1.1.3 同期制御部
 図5は、図1に示される同期制御部17の構成を示す。同期制御部17は、内部トリガ信号生成部30と、複数のトリガ補正部(TCS)31と、を含む。各トリガ補正部31は、処理部32と、遅延回路33と、を含む。
 トリガ補正部31は、1つのPPM12に対して1つずつ設けられている。すなわち、トリガ補正部31の総数はn個である。以下、PPM(k)に対するトリガ補正部31をTCS(k)と表記する。TCS(1)~TCS(n)は、それぞれ同一の構成である。
 内部トリガ信号生成部30は、レーザ制御部18と、TCS(1)~TCS(n)とに接続されている。内部トリガ信号生成部30は、レーザ制御部18から外部トリガ信号TRを受信すると、内部トリガ信号TR(k)を生成し、TCS(k)の各遅延回路33に入力する。
 図6に示すように、内部トリガ信号生成部30は、外部トリガ信号TRを受信してから、遅延時間Trd(k)の経過後に内部トリガ信号TR(k)を出力する。ここで、遅延時間Trd(1)~Trd(n)は、全て基準遅延時間Trd0とされており、同一値である。すなわち、TCS(k)の各遅延回路33には、内部トリガ信号TR(k)が同時に入力される。
 TCS(k)の各処理部32は、レーザ制御部18と遅延回路33とに接続されている。処理部32は、レーザ制御部18から受信する充電電圧Vの設定値に基づいて、内部トリガ信号TR(k)を遅延させるための遅延時間Td(k)を算出し、遅延回路33に入力する。具体的には、処理部32は、前述の式2に基づいて時間差ΔTV(k)を求める。なお、処理部32は、所要時間F(V)を表す関数を、テーブルデータとして記憶しておき、このテーブルデータに基づいて時間差ΔTV(k)を求めてもよい。
 処理部32は、時間差ΔTV(k)を求めた後、下式3に基づいて、遅延時間Td(k)を算出する。
   Td(k)=Td0(k)+ΔTV(k)  ・・・(3)
 ここで、Td0(k)は、充電電圧Vが基準電圧V0である場合の基準遅延時間である。すなわち、遅延時間Td(k)は、基準遅延時間Td0(k)に、上式2に基づいて求めた補正時間ΔTV(k)を加算した値である。
 遅延回路33は、処理部32により算出された遅延時間Td(k)のデータを取得して保持する。図6に示すように、遅延回路33は、内部トリガ信号生成部30から内部トリガ信号TR(k)を受信すると、内部トリガ信号TR(k)を遅延時間Td(k)だけ遅延させたものをスイッチ信号S(k)として、PPM12に入力する。これにより、レーザ制御部18が外部トリガ信号TRを受信してから、PPM(k)により高電圧が第1の放電電極20aに印加されるまでの所要時間がほぼ一定となる。
  1.2 動作
 次に、図7~図9を用いて比較例に係るガスレーザ装置2の動作を説明する。
   1.2.1 レーザ制御部の処理
 図7は、レーザ制御部18が実行する処理を示すフローチャートである。レーザ制御部18は、以下の処理により、目標パルスエネルギEtに基づいて、充電器11に設定する充電電圧Vを算出する。
 まず、S101において、レーザ制御部18は、充電電圧Vの設定値を、初期値としての基準電圧V0に設定する。次に、S102において、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から送信された目標パルスエネルギEtのデータを読み込む。
 次に、S103において、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から外部トリガ信号TRを受信すると、これを同期制御部17に送信し、ガスレーザ装置2がレーザ発振したか否かを判定する。ガスレーザ装置2がレーザ発振していない場合(S103;NO)、レーザ制御部18は、レーザ発振するまで待機する。ガスレーザ装置2がレーザ発振した場合(S103;YES)、レーザ制御部18は、処理をS104に進める。
 S104において、レーザ制御部18は、ガスレーザ装置2から出力されたパルスレーザ光PLのパルスエネルギEを検出する。パルスエネルギEは、パルスエネルギ計測部16によって計測される。
 次に、S105において、レーザ制御部18は、計測されたパルスエネルギEと、目標パルスエネルギEtとの差ΔEを、下式4に基づいて算出する。
   ΔE=E-Et  ・・・(4)
 次に、S106において、レーザ制御部18は、差ΔEに基づいて、充電電圧Vの設定値の変更量ΔVを下式5に基づいて算出する。
   ΔV=H・ΔE  ・・・(5)
 ここで、Hは、比例定数である。変更量ΔVは、差ΔEを0とするために、充電電圧Vの設定値をどのくらい変更すればよいかを表している。レーザ制御部18は、現在の充電電圧Vの設定値に変更量ΔVを加算した値を、次の設定値とする。
 次に、S107において、レーザ制御部18は、充電器11と、複数のトリガ補正部31とに、S106で算出した充電電圧Vの設定値を送信する。
 次に、S108において、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から送信された目標パルスエネルギEtが変更されたか否かを判定する。目標パルスエネルギEtが変更された場合(S108;YES)、レーザ制御部18は、処理を前述のS102に戻す。目標パルスエネルギEtが変更されていない場合(S108;NO)、レーザ制御部18は、処理を前述のS103に戻す。以上の処理が繰り返し実行される。
   1.2.2 トリガ補正部の処理
 図8は、トリガ補正部31が実行する処理を示すフローチャートである。各トリガ補正部31は、図7に示されるS107において、レーザ制御部18から充電電圧Vの設定値が送信された場合に、以下の処理により、遅延時間Td(k)を算出し、内部トリガ信号TR(k)を補正する。
 まず、S201において、各TCS(k)に含まれる処理部32は、レーザ制御部18から送信された充電電圧Vの設定値を読み込む。次に、S202において、処理部32は、前述の式1及び式2に基づき、補正時間ΔTV(k)を算出する。次に、S203において、処理部32は、前述の式3に基づき、遅延時間Td(k)を算出する。そして、S204において、処理部32は、算出した遅延時間Td(k)のデータを遅延回路33に送信する。この後、処理部32は、処理をS201に戻す。以上の処理が繰り返し行われる。
 遅延回路33は、内部トリガ信号生成部30から内部トリガ信号TR(k)を受信すると、内部トリガ信号TR(k)を遅延時間Td(k)だけ遅延させ、遅延させた内部トリガ信号TR(k)をスイッチ信号S(k)として、PPM(k)に入力する。
   1.2.3 ガスレーザ装置の全体動作
 図9は、比較例に係るガスレーザ装置2におけるタイミングチャートである。図9を参照しながら、ガスレーザ装置の全体動作を説明する。
 レーザ制御部18は、外部装置制御部3から目標パルスエネルギEtのデータを受信すると、パルスレーザ光PLのパルスエネルギEが目標パルスエネルギEtに近づくような充電電圧Vの設定値を計算し、同期制御部17を介して、充電器11に送信する。
 同期制御部17内において、各TCS(k)の処理部32は、充電電圧Vの設定値に基づいて、遅延時間Td(k)を計算し、遅延回路33に遅延時間Td(k)のデータを送信する。同期制御部17内の内部トリガ信号生成部30は、外部装置制御部3からレーザ制御部18を介して外部トリガ信号TRを受信すると、内部トリガ信号TR(k)を生成して各TCS(k)の遅延回路33に入力する。各TCS(k)の遅延回路33に入力された内部トリガ信号TR(k)は、遅延時間Td(k)だけ遅延され、スイッチ信号S(k)として、PPM(k)のスイッチ12aに入力される。
 図9に示すように、スイッチ信号S(1)~S(n)は、PPM(1)~PPM(n)の各スイッチ12aに、ほぼ同時に入力され、各スイッチ12aがほぼ同時にONとなる。そして、PPM(1)~PPM(n)によってパルス圧縮された電流パルスにより、Cp(1)~Cp(n)がほぼ同時に充電され、ほぼ同時に第1の放電電極20aに高電圧が印加される。
 この結果、レーザガス中で絶縁破壊が起こり、放電空間においてパルス放電が生成される。このパルス放電によって、レーザガスが励起され、基底状態に戻るときに、紫外のレーザ光が出力される。光共振器によってレーザ発振し、出力結合ミラー15からパルスレーザ光PLが出力される。出力されたパルスレーザ光PLは、パルスエネルギ計測部16によってパルスエネルギEが計測される。
 レーザ制御部18は、パルスエネルギ計測部16によって計測されたパルスレーザ光のパルスエネルギEを読み込み、目標パルスエネルギEtに近づくような充電電圧Vの設定値を計算する。以上のステップが繰り返される。
 以上のように、同期制御部17は、充電器11の充電電圧Vに基づいて、PPM(1)~PPM(n)のスイッチ12aをONとするタイミングを制御することによって、Cp(1)~Cp(n)に充電されるタイミングをほぼ一致させることができる。
  1.3 課題
 比較例に係るガスレーザ装置2では、Cp(1)~Cp(n)の充電タイミングがほぼ一致するように制御されるが、このように制御を行ったとしても、図10に示すように、Cp(1)~Cp(n)の充電タイミングにずれが生じる可能性がある。充電タイミングにずれが生じると、PPM(1)~PPM(n)から第1の放電電極20aへの高電圧の印加タイミングにずれが生じ、放電強度が低下する。この結果、パルスレーザ光PLの発光強度が低下する。パルスレーザ光PLの発光強度の低下を抑制するためには、数ナノ秒以下の精度で、Cp(1)~Cp(n)の充電タイミングを一致させる必要がある。
 数ナノ秒程度の充電タイミングのずれは、PPM(1)~PPM(n)の個体差や温度差等により生じ得る。例えば、充電タイミングは、PPM(1)~PPM(n)の各構成部の温度に依存性するので、温度差によって充電タイミングにずれが生じる。PPM(1)~PPM(n)の各構成部の温度を直接計測することや、温度変化を正確に予測することが可能であれば、充電タイミングのずれをある程度低減することが可能であるが、温度の直接計測や予測は、実際には困難である。また、PPM(1)~PPM(n)の個体差をなくすことも困難である。
 したがって、比較例に係るガスレーザ装置2では、Cp(1)~Cp(n)の充電タイミングのずれを抑制することができず、これに起因したパルスレーザ光PLの発光強度の低下を抑制することできないといった課題がある。
 2.第1の実施形態
 次に、本開示の第1の実施形態に係るガスレーザ装置について説明する。第1の実施形態に係るガスレーザ装置は、出力パルスセンサを含むことと、トリガ補正部の構成が異なること以外は、比較例に係るガスレーザ装置2の構成と同一である。以下では、比較例に係るガスレーザ装置2の構成要素と同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
  2.1 構成
 図11は、第1の実施形態に係るガスレーザ装置2aの構成を概略的に示す。図12は、図11に示されるPPM(1)~PPM(n)の構成を示す。第1の実施形態では、PPM12とピーキングコンデンサ27との間に出力パルスセンサ40が設けられている。出力パルスセンサ40は、1つのPPM12に対して1つずつ設けられている。以下、PPM(k)とCp(k)との間に配置された出力パルスセンサ40を、A(k)と表記する。
 第1の実施形態では、出力パルスセンサA(k)は、出力パルスとしての電流パルスを検出する電流センサである。出力パルスセンサA(k)は、磁気スイッチMS2とピーキングコンデンサ27との間に接続されている。出力パルスセンサA(k)は、電流パルスを検出した際に、検出信号D1(k)を同期制御部50に入力する。
 図13は、第1の実施形態に係る同期制御部50の構成を示す。同期制御部50は、内部トリガ信号生成部30と、複数のトリガ補正部(TCS)51と、を含む。同期制御部50は、PPM(1)~PPM(n)に入力するスイッチ信号S(1)~S(n)のタイミングを制御する。同期制御部50は、高速処理が可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)により、全てまたは一部が構成されている。以下、PPM(k)に対するトリガ補正部51をTCS(k)と表記する。
 内部トリガ信号生成部30は、比較例の内部トリガ信号生成部30と同一の構成である。内部トリガ信号生成部30は、レーザ制御部18から外部トリガ信号TRを受信すると、内部トリガ信号TR(k)を生成し、生成した内部トリガ信号TR(k)をTCS(k)に入力する。
 各TCS(k)は、処理部52と、遅延回路53と、タイマ54と、を含む。遅延回路53とタイマ54とには、内部トリガ信号生成部30から内部トリガ信号TR(k)が同時に入力される。TCS(k)のタイマ54には、出力パルスセンサA(k)から検出信号D1(k)が入力される。
 タイマ54は、内部トリガ信号TR(k)の入力によって計時を開始し、検出信号D1(k)の入力によって計時を停止するように構成されている。すなわち、タイマ54は、図14に示すように、内部トリガ信号TR(k)の入力から検出信号D1(k)の入力までに要される時間Tdm(k)を計測する。タイマ54は、計測時間Tdm(k)のデータを、処理部52に入力する。
 TCS(k)の処理部52は、レーザ制御部18から受信する充電電圧Vの設定値に基づいて、内部トリガ信号TR(k)を遅延させるための遅延時間Td(k)を算出し、遅延回路53に入力する。具体的には、処理部52は、前述の式2に基づいて時間差ΔTV(k)を求める。処理部52は、時間差ΔTV(k)を求めた後、前述の式3に基づいて、遅延時間Td(k)を算出する。
 また、TCS(k)の処理部52は、タイマ54から入力される計測時間Tdm(k)のデータに基づいて、遅延時間Td(k)を補正する。これにより、スイッチ信号S(k)のタイミングが補正される。
 以上のように、同期制御部50とレーザ制御部18とが、出力パルスセンサA(k)の検出結果に基づいてスイッチ信号S(k)のタイミングを制御する制御部を構成している。
  2.2 動作
   2.2.1 レーザ制御部の処理
 第1の実施形態においてレーザ制御部18が行う処理は、比較例において図7に示されるフローチャートを用いて説明した処理と同一であるので、説明は省略する。
   2.2.2 トリガ補正部の処理
 図15は、各TCS(k)が実行する処理を示すフローチャートである。各TCS(k)は、図7に示されるS107において、レーザ制御部18から充電電圧Vの設定値が送信された場合に、以下の処理により、遅延時間Td(k)を算出し、内部トリガ信号TR(k)を補正する。
 まず、S300において、各TCS(k)の処理部52は、以下のように、基準遅延時間Td0(k)を初期値に設定する。
   Td0(k)=Tdt-F(V0
 ここで、Tdtは、計測時間Tdm(k)の目標値である。F(V0)は、充電電圧Vが基準電圧V0である場合の前述の所要時間F(V)である。基準遅延時間Td0(k)と目標値Tdtと所要時間F(V0)との関係は、図14に示されている。
 次に、S301において、処理部52は、以下のように、変数のリセットを行う。
   J=0
   Tdmsum(k)=0
 ここで、Jは、発振パルス数を数えるためのカウンタである。Tdmsum(k)は、タイマ54による計測時間Tdm(k)の平均値を算出するための合計値である。
 次に、S302において、処理部52は、レーザ制御部18から送信された充電電圧Vの設定値を読み込む。次に、S303において、処理部52は、前述の式1及び式2に基づき、補正時間ΔTV(k)を算出する。次に、S304において、処理部52は、前述の式3に基づき、遅延時間Td(k)を算出する。次に、S305において、処理部32は、算出した遅延時間Td(k)のデータを遅延回路53に送信する。
 次に、S306において、処理部52は、ガスレーザ装置2aがレーザ発振したか否かを判定する。ガスレーザ装置2aがレーザ発振したか否かは、タイマ54が出力パルスセンサA(k)から検出信号D1(k)を受信したか否かによって判定される。ガスレーザ装置2aがレーザ発振した場合(S306;YES)、処理部52は、処理をS307に進める。ガスレーザ装置2aがレーザ発振していない場合(S306;NO)、処理部52は、ガスレーザ装置2aがレーザ発振するまで待機する。
 S307において、処理部52は、現在のカウンタJの値に1を加算して、Jの値を更新する。次に、S308において、処理部52は、タイマ54から計測時間Tdm(k)のデータを受信する。次に、S309において、処理部52は、現在の合計値Tdmsum(k)に計測時間Tdm(k)を加算することにより、合計値Tdmsum(k)を更新する。
 次に、S310において、処理部52は、カウンタJの値が所定のサンプル数Jmaxに達したか否かを判定する。カウンタJの値が所定のサンプル数Jmaxに達していない場合(S310;NO)、処理部52は、処理をS302に戻す。カウンタJの値が所定のサンプル数Jmaxに達した場合(S310;YES)、処理部52は、処理をS311に進める。
 S311において、処理部52は、計測時間Tdm(k)の平均値と、目標値Tdtとの差ΔTd(k)を算出する。差ΔTd(k)は、下式6により算出される。
 ΔTd(k)=Tdmsum(k)/Jmax-Tdt  ・・・(6)
 次に、S312において、処理部52は、基準遅延時間Td0(k)から差ΔTd(k)を減算した値を、新たな基準遅延時間Td0(k)とする。このように、処理部52は、基準遅延時間Td0(k)を補正した後、処理をS301に戻す。以上の処理が繰り返し行われる。
 TCS(k)の遅延回路53は、内部トリガ信号生成部30から内部トリガ信号TR(k)を受信すると、内部トリガ信号TR(k)を遅延時間Td(k)だけ遅延させ、遅延させた内部トリガ信号TR(k)をスイッチ信号S(k)として、PPM(k)に入力する。
 以上のように、S302~S305では、充電電圧Vに基づいてスイッチ信号S(k)のタイミングを補正する第1の補正処理(ジッタ補正処理)が行われる。また、S306~S312では、出力パルスセンサA(k)の検出結果に基づいてスイッチ信号S(k)のタイミングを補正する第2の補正処理(ドリフト補正処理)が行われる。
 サンプル数Jmaxは、200回~10000回の範囲内であることが好ましい。すなわち、第2の補正処理の頻度は、第1の補正処理の頻度より小さいことが好ましい。
   2.2.3 ガスレーザ装置の全体動作
 次に、第1の実施形態に係るガスレーザ装置2aの全体動作を説明する。まず、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から目標パルスエネルギEtのデータを受信すると、パルスレーザ光PLのパルスエネルギEが目標パルスエネルギEtに近づくような充電電圧Vの設定値を計算し、同期制御部50を介して、充電器11に送信する。
 同期制御部50内において、各TCS(k)の処理部52は、充電電圧Vの設定値及び基準遅延時間Td0(k)に基づいて、遅延時間Td(k)を計算し、遅延回路53に遅延時間Td(k)のデータを送信する。
 同期制御部50内の内部トリガ信号生成部30は、外部装置制御部3からレーザ制御部18を介して外部トリガ信号TRを受信すると、内部トリガ信号TR(k)を生成して各TCS(k)の遅延回路53及びタイマ54に入力する。タイマ54は、内部トリガ信号TR(k)が入力されると、リセットされ、計時を開始する。各遅延回路53に入力された内部トリガ信号TR(k)は、遅延時間Td(k)だけ遅延され、スイッチ信号S(k)として、PPM(k)のスイッチ12aに入力される。
 スイッチ信号S(1)~S(n)は、PPM(1)~PPM(n)の各スイッチ12aに、ほぼ同時に入力され、各スイッチ12aがほぼ同時にONとなる。そして、PPM(k)によってパルス圧縮された電流パルスが出力パルスとして、Cp(k)に出力される。
 このとき、PPM(k)からの出力パルスは、PPM(k)の後段に設けられた出力パルスセンサA(k)によって検出される。出力パルスセンサA(k)は、出力パルスを検出すると、検出信号D1(k)をTCS(k)のタイマ54に送信する。タイマ54は、検出信号D1(k)を受信すると計時を停止し、内部トリガ信号TR(k)の入力から検出信号D1(k)の入力までの計測時間Tdm(k)を、処理部52に入力する。処理部52は、計測時間Tdm(k)が入力されると、前述した処理を実行し、計測時間Tdm(k)の平均値と目標値Tdtとの差ΔTd(k)を算出して、基準遅延時間Td0(k)を補正する。
 電流パルスでCp(k)が充電されることにより、第1の放電電極20aと第2の放電電極20bとの間に高電圧が印加される。この結果、レーザガス中で絶縁破壊が起こり、放電空間においてパルス放電が生じる。このパルス放電によって、レーザガスが励起され、基底状態に戻るときに、紫外のレーザ光が出力される。光共振器によってレーザ発振し、出力結合ミラー15からパルスレーザ光PLが出力される。出力されたパルスレーザ光PLは、パルスエネルギ計測部16によってパルスエネルギEが計測される。
 レーザ制御部18は、パルスエネルギ計測部16によって計測されたパルスレーザ光のパルスエネルギEを読み込み、目標パルスエネルギEtに近づくような充電電圧Vの設定値を計算する。以上のステップが繰り返される。
  2.3 効果
 第1の実施形態では、基準遅延時間Td0(k)が、計測時間Tdm(k)の平均値と目標値Tdtとの差ΔTd(k)に基づいて補正されることにより、次のサイクルで算出される遅延時間Td(k)が差ΔTd(k)だけ補正される。これにより、計測時間Tdm(k)が目標値Tdtに近づく。各TCS(k)において、上記処理が個別に行われることにより、各タイマ54による計測時間Tdm(k)がほぼ同一となる。
 この結果、出力パルスセンサA(1)~A(n)による出力パルスの検出タイミングがほぼ同一となり、Cp(1)~Cp(n)の充電タイミングのずれが抑制される。したがって、第1の実施形態によれば、Cp(1)~Cp(n)の充電タイミングのずれに起因したパルスレーザ光PLの発光強度の低下が抑制される。
 ガスレーザ装置2aは、n個のPPM12を備えることにより、出力エネルギがn倍に増大する。例えば、1つのPPM12の出力エネルギを10Jとすると、ガスレーザ装置2aは、n×10Jの出力エネルギを有する高出力のPPMを備えるガスレーザ装置と同等の性能となる。
 なお、第1の実施形態では、1つの充電器11に複数のPPM12が並列に接続されているので、複数のPPM12に印加される充電電圧Vは、ほぼ同一となる。このため、複数のPPM12間で、充電電圧Vの差異が小さく、充電タイミングへの影響は小さい。しかし、PPM12の数が多く、充電器11の出力が大きくなりすぎる場合には、複数の充電器を設け、各充電器から各PPM12に充電電圧Vを供給してもよい。
 3.第2の実施形態
 次に、本開示の第2の実施形態に係るガスレーザ装置について説明する。第2の実施形態に係るガスレーザ装置は、PPMごとにスイッチ信号のタイミングを異ならせることにより、パルスレーザ光のパルス幅を高精度に制御することを可能とする。以下では、第1の実施形態に係るガスレーザ装置2aの構成要素と同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
  3.1 構成
 図16は、第2の実施形態に係るガスレーザ装置2bの構成を概略的に示す。図17は、図16に示されるPPM(1)~PPM(n)の構成を示す。第2の実施形態では、外部装置制御部3からレーザ制御部18に、外部トリガ信号TRと、目標パルスエネルギEtのデータとに加えて、目標パルス幅Dtのデータが送信される。
 第2の実施形態では、第1の実施形態とは異なり、レーザチャンバ10内に、複数の第1の放電電極20a1~20anと、複数の第2の放電電極20b1~20bnとが設けられている。PPM(k)に対して、第1の放電電極20akと第2の放電電極20bkとが設けられている。これは、各PPM(k)に接続された第1の放電電極20akにより、個別に放電を行うためである。ここで、k=1,2,・・・,nである。
 なお、第2の放電電極20b1~20bnは、いずれもグランド電極であるので、必ずしも複数設ける必要はなく、第1の実施形態に係るガスレーザ装置2aと同様に、1つの第2の放電電極20bとしてもよい。
 PPM12の構成は、第1の実施形態と同一である。各PPM(k)は、出力パルスセンサA(k)を介して、Cp(k)に接続されている。また、Cp(k)は、第1及び第2の放電電極20ak,20bkに接続されている。
 第2の実施形態では、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から入力される目標パルス幅Dtのデータに基づいて、スイッチ信号S(1)~S(n)のタイミングを決定するための時間差データΔT(1)~ΔT(n)を算出し、同期制御部60に送信する。
 図18は、第2の実施形態に係る同期制御部60の構成を示す。同期制御部60は、遅延時間算出部61と、内部トリガ信号生成部62と、複数のトリガ補正部51と、を含む。トリガ補正部51は、第1の実施形態と同一の構成である。遅延時間算出部61は、レーザ制御部18から入力される時間差データΔT(1)~ΔT(n)に基づき、遅延時間Trd(1)~Trd(n)を算出し、内部トリガ信号生成部62に入力する。
 内部トリガ信号生成部62は、レーザ制御部18から外部トリガ信号TRを受信すると、内部トリガ信号TR(k)を生成し、TCS(k)に入力する。このとき、内部トリガ信号生成部62は、遅延時間算出部61から入力された遅延時間Trd(k)に応じて外部トリガ信号TRを遅延させることにより、内部トリガ信号TR(k)を生成する。
 第2の実施形態に係るガスレーザ装置2bのその他の構成は、第1の実施形態に係るガスレーザ装置2aと同一である。
  3.2 動作
   3.2.1 時間差データの算出処理
 第2の実施形態において、レーザ制御部18は、比較例において図7に示される充電電圧Vの設定処理に加えて、図19に示される時間差データΔT(k)の算出処理を行う。以下、時間差データΔT(k)の算出処理について、図19に示されるフローチャートを参照しながら説明する。
 まず、S401において、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から、目標パルス幅Dtのデータを受信する。次に、S402において、レーザ制御部18は、下式7に基づいて、パルスレーザ光PLのパルス幅を目標パルス幅Dtとするために必要な充電時間間隔ΔTchを算出する。この充電時間間隔ΔTchは、隣り合うCp(k-1)とCp(k)との間の充電タイミングの差である。
   ΔTch=(Dt-D0)/(n-1)  ・・・(7)
 ここで、D0は、Cp(1)~Cp(n)が全て同時に充電された場合のパルスレーザ光PLのパルス幅である。D0は、予め実験的または理論的に求められている。
 次に、S403において、レーザ制御部18は、下式8に基づいて、時間差データΔT(k)を算出する。
   ΔT(k)=(k-1)・ΔTch  ・・・(8)
 次に、S404において、レーザ制御部18は、算出した時間差データΔT(k)を、同期制御部60内の遅延時間算出部61に送信する。次に、S405において、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から、目標パルス幅Dtの変更信号を受信したか否かを判定する。変更信号を受信していない場合(S405;NO)、レーザ制御部18は、変更信号を受信するまで待機する。レーザ制御部18は、変更信号を受信した場合(S405;YES)、処理をS401に戻す。以上の処理が繰り返し実行される。
   3.2.2 遅延時間の算出処理
 図20は、遅延時間算出部61により行われる遅延時間Trd(k)の算出処理を示す。まず、S501において、遅延時間算出部61は、レーザ制御部18から送信された時間差データΔT(k)を受信する。
 次に、S502において、遅延時間算出部61は、下式9に基づいて、遅延時間Trd(k)を算出する。
   Trd(k)=Trd0+ΔT(k)  ・・・(9)
 ここで、Trd0は、基準遅延時間であり、一定値である。
 次に、S503において、遅延時間算出部61は、算出した遅延時間Trd(k)を内部トリガ信号生成部62に送信し、処理をS501に戻す。以上の処理が繰り返し実行される。
   3.2.3 内部トリガ信号の生成処理
 内部トリガ信号生成部62は、遅延時間算出部61から送信された遅延時間Trd(k)を受信して保持し、レーザ制御部18から外部トリガ信号TRを受信した場合に、下式10に基づいて、外部トリガ信号TRを遅延させ、内部トリガ信号TR(k)を生成する。
   TR(k)=TR+Trd(k)  ・・・(10)
 内部トリガ信号生成部62は、生成した内部トリガ信号TR(k)を、TCS(k)に入力する。TR(k-1)とT(k)は、時間差ΔTchを有する。
   3.2.4 ガスレーザ装置の全体動作
 図21は、第2の実施形態に係るガスレーザ装置2bにおけるタイミングチャートである。図21を参照しながら、ガスレーザ装置2bの全体動作を説明する。
 レーザ制御部18は、外部装置制御部3から目標パルスエネルギEtのデータを受信すると、パルスレーザ光PLのパルスエネルギEが目標パルスエネルギEtに近づくような充電電圧Vの設定値を計算し、同期制御部60を介して、充電器11に送信する。
 同期制御部60内において、各TCS(k)の処理部52は、充電電圧V及び基準遅延時間Td0(k)に基づいて、遅延時間Td(k)を計算し、遅延回路53に遅延時間Td(k)のデータを送信する。
 また、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から、目標パルス幅Dtのデータを受信すると、時間差データΔT(k)を算出し、同期制御部60の遅延時間算出部61に送信する。遅延時間算出部61は、前述の式9に基づいて、遅延時間Trd(k)を算出し、内部トリガ信号生成部62に入力する。
 内部トリガ信号生成部62は、レーザ制御部18から外部トリガ信号TRを受信すると、前述の式10に基づいて内部トリガ信号TR(k)を生成し、TCS(k)の遅延回路53及びタイマ54に入力する。図21に示すように、内部トリガ信号TR(1)~TR(n)は、時間差を有する。
 各TCS(k)のタイマ54は、内部トリガ信号TR(k)が入力されると、リセットされ、計時を開始する。各遅延回路53に入力された内部トリガ信号TR(k)は、遅延時間Td(k)だけ遅延され、スイッチ信号S(k)として、PPM(k)のスイッチ12aに入力される。
 図21に示すように、スイッチ信号S(1)~S(n)は、時間差を持ってPPM(1)~PPM(n)の各スイッチ12aに入力される。PPM(1)~PPM(n)の各スイッチ12aは、時間差ΔTchごとに順にONとなる。各PPM(k)からは、パルス圧縮された電流パルスが出力パルスとして、Cp(k)に出力される。この結果、Cp(1)~Cp(n)は、時間差ΔTchごとに順に充電される。
 各PPM(k)からの出力パルスは、出力パルスセンサA(k)によって検出され、検出信号D1(k)が、TCS(k)のタイマ54に送信される。タイマ54は、検出信号D1(k)が入力されると計時を停止し、内部トリガ信号TR(k)の入力から検出信号D1(k)の入力までの計測時間Tdm(k)を、処理部52に入力する。処理部52は、計測時間Tdm(k)が入力されると、計測時間Tdm(k)の平均値と目標値Tdtとの差ΔTd(k)を算出し、基準遅延時間Td0(k)を補正する。
 電流パルスでCp(k)が充電されることにより、第1の放電電極20akに高電圧が印加され、第1の放電電極20akと第2の放電電極20bkとの間の放電空間においてパルス放電が生じる。図21に示すように、パルス放電は、時間差ΔTchごとに順に生じる。各パルス放電によって、レーザ発振が生じ、出力結合ミラー15からパルスレーザ光PLが出力される。パルスレーザ光PLは、時間差ΔTchごとに出力されるレーザ光が重畳されたものであるので、パルス幅が、ほぼ目標パルス幅Dtとなる。
 出力結合ミラー15から出力されたパルスレーザ光PLは、パルスエネルギ計測部16によってパルスエネルギEが計測される。レーザ制御部18は、パルスエネルギ計測部16によって計測されたパルスレーザ光のパルスエネルギEを読み込み、目標パルスエネルギEtに近づくような充電電圧Vの設定値を計算する。以上のステップが繰り返される。
  3.3 効果
 第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、各TCS(k)に内部トリガ信号TR(k)が入力されてからPPM(k)から出力パルスが出力されるまでの計測時間Tdm(k)は、目標値Tdtに近づくように制御される。このため、内部トリガ信号TR(1)~TR(n)のタイミングを制御することにより、Cp(1)~Cp(n)の充電タイミングを高精度に制御することができる。したがって、第2の実施形態では、パルスレーザ光PLのパルス幅を、目標パルス幅Dtに近づけるように、高精度に制御することができる。
 なお、第2の実施形態では、Dt=D0と設定し、ΔTch=0とすることにより、第1の実施形態のように、Cp(1)~Cp(n)の充電タイミングを一致させることができる。
 また、第2の実施形態では、パルスエネルギ計測部16を、光センサ16cに代えて、PINフォトダイオードや、紫外の光電管、例えばバイプラナー管を用いてもよい。この場合、パルスエネルギ計測部16は、パルスレーザ光PLのパルスエネルギに加えて、パルス波形を計測することができる。レーザ制御部18は、パルスエネルギ計測部16により計測されたパルス波形からパルス幅を求め、このパルス幅が目標パルス幅Dtに近づくように時間差ΔTchを補正してもよい。
 4.第3の実施形態
 次に、本開示の第3の実施形態に係るガスレーザ装置について説明する。第3の実施形態に係るガスレーザ装置は、PPMごとにスイッチ信号のタイミングを異ならせ、かつ充電電圧を異ならせることにより、パルスレーザ光のパルス波形を高精度に制御することを可能とする。以下では、第2の実施形態に係るガスレーザ装置2bの構成要素と同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
  4.1 構成
 図22は、第3の実施形態に係るガスレーザ装置2cの構成を概略的に示す。第3の実施形態では、外部装置制御部3からレーザ制御部18に、外部トリガ信号TRと、目標パルスエネルギEtのデータとに加えて、目標パルス波形Ftのデータが送信される。
 第3の実施形態では、第2の実施形態とは異なり、ガスレーザ装置2cは、複数の充電器70を備えている。充電器70は、1つのPPM(k)に対して1つずつ設けられている。すなわち、充電器70の総数はn個である。以下、PPM(k)に対する充電器70をCG(k)と表記する。
 第2の実施形態では、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から入力される目標パルス波形Ftのデータに基づいて、後述する時間差データΔT(1)~ΔT(n)及び充電電圧V(1)~V(n)のデータを算出し、同期制御部60aに送信する。
 図23は、第3の実施形態に係る同期制御部60aの構成を示す。同期制御部60aは、レーザ制御部18から受信した充電電圧V(k)のデータを、対応するTCS(k)の処理部52に入力すること以外は、第2の実施形態に係る同期制御部60の構成と同一である。
 遅延時間算出部61は、レーザ制御部18から入力される時間差データΔT(1)~ΔT(n)に基づき、遅延時間Trd(1)~Trd(n)を算出し、内部トリガ信号生成部62に入力する。
 TCS(k)の処理部52は、充電電圧V(k)のデータに基づき、遅延時間Td(k)を算出し、遅延回路53に入力する。なお、CG(k)には、TCS(k)の処理部52を介して充電電圧V(k)のデータが入力される。
 第3の実施形態に係るガスレーザ装置2cのその他の構成は、第2の実施形態に係るガスレーザ装置2bと同一である。
  4.2 動作
   4.2.1 時間差データ及び充電電圧の算出処理
 図24は、第3の実施形態のレーザ制御部18により行われる時間差データΔT(k)及び充電電圧V(k)の算出処理を示す。
 まず、S601において、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から、目標パルス波形Ftのデータを受信する。次に、S602において、レーザ制御部18は、目標パルス波形Ftのデータに基づき、目標パルス波形Ftの幅に対応した時間差データΔT(k)を算出する。次に、S603において、レーザ制御部18は、目標パルス波形Ftの強度分布に対応した充電電圧V(k)を算出する。
 次に、S604において、レーザ制御部18は、算出した時間差データΔT(k)を、同期制御部60a内の遅延時間算出部61に送信する。次に、S605において、レーザ制御部18は、算出した充電電圧V(k)のデータを、TCS(k)の処理部52に送信する。
 次に、S606において、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から、目標パルス波形Ftの変更信号を受信したか否かを判定する。変更信号を受信していない場合(S606;NO)、レーザ制御部18は、変更信号を受信するまで待機する。レーザ制御部18は、変更信号を受信した場合(S606;YES)、処理をS601に戻す。以上の処理が繰り返し実行される。
 なお、第3の実施形態では、パルスエネルギ計測部16によって計測されたパルスエネルギEを、目標パルスエネルギEtに近づけるために、充電電圧V(k)の設定値を変更せずに、図示しないアッテネータを制御する。すなわち、第3の実施形態では、図7に示されるフローチャートのうち、S106及びS107に代えて、図示しないアッテネータの制御が行われる。
   4.2.2 トリガ補正部の処理
 第3の実施形態では、各TCS(k)は、図15のフローチャートに示される処理と同様の処理を行う。なお、第3の実施形態では、TCS(k)ごとに異なる充電電圧V(k)が入力されるので、前述の式2に代えて、下式2’を用いることのみが異なる。
   ΔTV(k)=F(V0)-F[V(k)]  ・・・(2’)
   4.2.3 ガスレーザ装置の全体動作
 次に、第3の実施形態に係るガスレーザ装置2cの全体動作を説明する。まず、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から目標パルス波形Ftのデータを受信すると、パルスレーザ光PLのパルス波形が目標パルス波形Ftに近づくような時間差データΔT(k)及び充電電圧V(k)の設定値を計算し、同期制御部60aに送信する。
 同期制御部60a内において、各TCS(k)の処理部52は、充電電圧V(k)及び基準遅延時間Td0(k)に基づいて、遅延時間Td(k)を計算し、遅延回路53に遅延時間Td(k)のデータを送信する。また、同期制御部60a内において、各TCS(k)の遅延時間算出部61は、前述の式9に基づいて、遅延時間Trd(k)を算出し、内部トリガ信号生成部62に入力する。
 内部トリガ信号生成部62は、レーザ制御部18から外部トリガ信号TRを受信すると、前述の式10に基づいて内部トリガ信号TR(k)を生成し、TCS(k)の遅延回路53及びタイマ54に入力する。各TCS(k)のタイマ54は、内部トリガ信号TR(k)が入力されると、リセットされ、計時を開始する。各遅延回路53に入力された内部トリガ信号TR(k)は、遅延時間Td(k)だけ遅延され、スイッチ信号S(k)として、PPM(k)のスイッチ12aに入力される。
 スイッチ信号S(1)~S(n)は、時間差を持ってPPM(1)~PPM(n)の各スイッチ12aに入力される。PPM(1)~PPM(n)の各スイッチ12aは、順にONとなる。各PPM(k)からは、パルス圧縮された電流パルスが出力パルスとして、Cp(k)に出力される。この結果、Cp(1)~Cp(n)は、順に充電される。
 各PPM(k)からの出力パルスは、出力パルスセンサA(k)によって検出され、検出信号D1(k)が、TCS(k)のタイマ54に送信される。タイマ54は、検出信号D1(k)が入力されると計時を停止し、内部トリガ信号TR(k)の入力から検出信号D1(k)の入力までの計測時間Tdm(k)を、処理部52に入力する。処理部52は、計測時間Tdm(k)が入力されると、計測時間Tdm(k)の平均値と目標値Tdtとの差ΔTd(k)を算出し、基準遅延時間Td0(k)を補正する。
 電流パルスでCp(k)が充電されることにより、第1の放電電極20akに高電圧が印加され、第1の放電電極20akと第2の放電電極20bkとの間の放電空間においてパルス放電が生じる。第1の放電電極20akに印加される電圧は、充電電圧V(k)に応じて異なる。
 各パルス放電によって、レーザ発振が生じ、出力結合ミラー15からパルスレーザ光PLが出力される。パルスレーザ光PLは、時間差データΔT(k)に応じた放電タイミングと、充電電圧V(k)に応じた励起強度とで生成された複数のレーザ光が重畳されたものであるので、パルス波形が、ほぼ目標パルス波形Ftとなる。
 出力結合ミラー15から出力されたパルスレーザ光PLは、パルスエネルギ計測部16によってパルスエネルギEが計測される。レーザ制御部18は、パルスエネルギ計測部16によって計測されたパルスレーザ光のパルスエネルギEを読み込み、目標パルスエネルギEtに近づくように、図示しないアッテネータを制御する。以上のステップが繰り返される。
  4.3 効果
 第3の実施形態では、内部トリガ信号TR(1)~TR(n)のタイミング及び充電電圧V(1)~V(n)を制御することにより、Cp(1)~Cp(n)の充電タイミング及び励起強度を高精度に制御することができる。したがって、第3の実施形態では、パルスレーザ光PLのパルス波形を、目標パルス波形Ftに近づけるように、高精度に制御することができる。
 また、第3の実施形態では、パルスエネルギ計測部16を、光センサ16cに代えて、PINフォトダイオードや、紫外の光電管、例えばバイプラナー管を用いてもよい。この場合、パルスエネルギ計測部16は、パルスレーザ光PLのパルスエネルギに加えて、パルス波形を計測することができる。レーザ制御部18は、パルスエネルギ計測部16により計測されたパルス波形と目標パルス波形Ftとの差を求め、差が小さくなるように時間差データΔT(k)及び充電電圧V(k)を補正してもよい。
 5.第4の実施形態
 第1の実施形態では、ピーキングコンデンサが充電されるタイミングを検出しているが、ピーキングコンデンサが充電されてから、放電空間において実際に放電が生じるまでの時間が変動する可能性がある。これは、例えば、レーザガスのガス圧の変動等に起因する。第4の実施形態に係るガスレーザ装置は、外部トリガ信号の入力から実際に放電が生じるまでの時間の変動を抑制することを可能とする。以下では、第1の実施形態に係るガスレーザ装置2aの構成要素と同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
  5.1 構成
 図25は、第4の実施形態に係るガスレーザ装置2dの構成を概略的に示す。第4の実施形態では、リアミラー14のレーザチャンバ10とは反対側に、放電センサ80が設けられている。放電センサ80は、集光光学系80aと、光センサ80bとを含む。光センサ80bは、可視光に感度を有するセンサであり、フォトダイオードまたは光電管により構成されている。
 リアミラー14は、可視光を高透過させ、かつパルスレーザ光を高反射させる多層膜がコートされたものである。放電空間において生じる放電光には、紫外のレーザ光及び可視光が含まれる。集光光学系80aは、レーザチャンバ10内からウィンドウ21bを介して出射され、リアミラー14を透過した可視光を、光センサ80bの集光面に集光する。光センサ80bは、可視光を検出した際に、検出信号D2を同期制御部60bに送信する。
 図26は、第4の実施形態に係る同期制御部60bの構成を示す。同期制御部60bは、第1の実施形態に係る同期制御部60の構成に加えて、遅延時間補正部81とタイマ82とを含む。タイマ82には、レーザ制御部18から外部トリガ信号TRが入力される。また、タイマ82には、光センサ80bから検出信号D2が入力される。
 タイマ82は、外部トリガ信号TRの入力によって計時を開始し、検出信号D2の入力によって計時を停止するように構成されている。すなわち、タイマ82は、図27に示すように、外部トリガ信号TRの入力から検出信号D2の入力までに要される時間Trdmを計測する。タイマ82は、計測時間Trdmのデータを、遅延時間補正部81に入力する。
 遅延時間補正部81は、タイマ82から入力される計測時間Trdmのデータに基づいて、遅延時間Trd(k)を算出する。遅延時間Trd(k)は、内部トリガ信号生成部62が外部トリガ信号TRを受信してから内部トリガ信号TR(k)を出力するまでの時間、すなわち、外部トリガ信号TRに対する内部トリガ信号TR(k)の遅延時間を表す。
 第4の実施形態に係るガスレーザ装置2dのその他の構成は、第1の実施形態に係るガスレーザ装置2aと同一である。
  5.2 動作
   5.2.1 外部信号に対する内部トリガ信号の遅延時間の補正処理
 図28は、遅延時間補正部81による遅延時間Trd(k)の補正処理を示すフローチャートである。遅延時間補正部81は、以下の処理により、遅延時間Trd(k)を補正する。
 まず、S701において、遅延時間補正部81は、以下のように、変数のリセットを行う。
   I=0
   Trdmsum=0
 ここで、Iは、発振パルス数を数えるためのカウンタである。Trdmsumは、タイマ82による計測時間Trdmの平均値を算出するための合計値である。
 次に、S702において、遅延時間補正部81は、遅延時間Trd(1)~Trd(n)を全て基準遅延時間Trd0に設定する。次に、S703において、遅延時間補正部81は、内部トリガ信号生成部62に、遅延時間Trd(k)のデータを送信する。
 次に、S704において、遅延時間補正部81は、ガスレーザ装置2dがレーザ発振したか否かを判定する。ガスレーザ装置2dがレーザ発振したか否かは、タイマ82が光センサ80bから検出信号D2を受信したか否かによって判定される。ガスレーザ装置2dがレーザ発振した場合(S704;YES)、遅延時間補正部81は、処理をS705に進める。ガスレーザ装置2dがレーザ発振していない場合(S704;NO)、遅延時間補正部81は、ガスレーザ装置2dがレーザ発振するまで待機する。
 S705において、遅延時間補正部81は、現在のカウンタIの値に1を加算して、Iの値を更新する。次に、S706において、遅延時間補正部81は、タイマ82から計測時間Trdmのデータを受信する。次に、S707において、遅延時間補正部81は、現在の合計値Trdmsumに計測時間Trdmを加算することにより、合計値Trdmsumを更新する。
 次に、S708において、遅延時間補正部81は、カウンタIの値が所定のサンプル数Imaxに達したか否かを判定する。カウンタIの値が所定のサンプル数Imaxに達していない場合(S708;NO)、遅延時間補正部81は、処理をS704に戻す。カウンタIの値が所定のサンプル数Imaxに達した場合(S708;YES)、遅延時間補正部81は、処理をS709に進める。
 S709において、遅延時間補正部81は、計測時間Trdmの平均値と、目標値Trdtとの差ΔTrdを算出する。差ΔTrdは、下式11により算出される。
   ΔTrd=Trdmsum/Imax-Trdt  ・・・(11)
 次に、S710において、遅延時間補正部81は、基準遅延時間Trd0から差ΔTrdを減算した値を、新たな基準遅延時間Trd0とする。このように、遅延時間補正部81は、基準遅延時間Trd0を補正した後、処理をS701に戻す。以上の処理が繰り返し行われる。
 内部トリガ信号生成部62は、レーザ制御部18から外部トリガ信号TRを受信すると、外部トリガ信号TRを遅延時間Trd(k)だけ遅延させることにより、内部トリガ信号TR(k)を生成し、TCS(k)に入力する。
 以上のように、S704~S709では、光センサ80bの検出結果に基づいてスイッチ信号S(k)のタイミングを補正する第3の補正処理(ドリフト補正処理)が行われる。
 サンプル数Imaxは、前述のサンプル数Jmaxよりも大きいことが好ましく、特に、2000回~100000回の範囲内であることが好ましい。すなわち、第3の補正処理の頻度は、第2の補正処理の頻度より小さいことが好ましい。
   5.2.2 ガスレーザ装置の全体動作
 次に、第4の実施形態に係るガスレーザ装置2dの全体動作を説明する。まず、レーザ制御部18は、外部装置制御部3から外部トリガ信号TRを受信すると、これをタイマ82及び内部トリガ信号生成部62に入力する。タイマ82は、外部トリガ信号TRが入力されると、リセットされ、計時を開始する。
 内部トリガ信号生成部62は、外部トリガ信号TRを受信すると、遅延時間補正部81から入力されている遅延時間Trd(k)だけ外部トリガ信号TRを遅延させることにより、内部トリガ信号TR(k)を生成し、TCS(k)に入力する。この後、第1の実施形態と同様の動作が行われ、レーザチャンバ10内の放電空間においてパルス放電が生じる。このとき、紫外のレーザ光が出力されるとともに、可視光が出力される。この可視光の一部は、リアミラー14を透過し、光センサ80bにより検出される。
 光センサ80bは、可視光を検出すると、検出信号D2をタイマ82に送信する。タイマ82は、検出信号D2を受信すると計時を停止し、外部トリガ信号TRの入力から検出信号D2の入力までの計測時間Trdmを、遅延時間補正部81に入力する。遅延時間補正部81は、計測時間Trdmが入力されると、前述した処理を実行し、計測時間Trdmの平均値と目標値Trdtとの差ΔTrdを算出して、基準遅延時間Trd0を補正する。
 第4の実施形態に係るガスレーザ装置2dのその他の動作は、第1の実施形態に係るガスレーザ装置2aの動作と同様である。
  5.3 効果
 第4の実施形態では、外部トリガ信号TRに対する内部トリガ信号TR(k)の基準遅延時間Trd0が、計測時間Trdmの平均値と目標値Trdtとの差ΔTrdに基づいて補正されることにより、次のサイクルで算出される遅延時間Trd(k)が差ΔTrdだけ補正される。これに伴って、スイッチ信号S(k)のタイミングが補正され、計測時間Trdmが目標値Trdtに近づく。
 このように、同期制御部60bにより、光センサ80bによる放電タイミングの検出結果に基づいてスイッチ信号S(k)のタイミングを補正する第3の補正処理が行われる。この結果、ガスレーザ装置2dに外部トリガ信号TRが入力されてから実際に放電が生じるまでの時間の変動が抑制される。
 第4の実施形態のように、リアミラー14と出力結合ミラー15とからなるフリーラン発振の光共振器の場合は、ロスが小さいため、放電と、出力結合ミラー15から出力されるパルスレーザ光PLとのタイミングはほぼ同期する。このように、第4の実施形態では、外部トリガ信号TRと、パルスレーザ光PLとの同期精度が向上するので、ガスレーザ装置2dを加工用レーザ装置に適用した場合の部分加工の精度や、ガスレーザ装置2dをレーザアニール装置に適用した場合のレーザ照射精度が向上する。
 なお、第4の実施形態は、放電センサ80、遅延時間補正部81、及びタイマ82を、第1の実施形態に係るガスレーザ装置2aに付加したものである。これらを第2の実施形態に係るガスレーザ装置2b、または第3の実施形態に係るガスレーザ装置2cに付加して、第4の実施形態と同様に基準遅延時間Trd0を補正してもよい。
 また、第4の実施形態では、リアミラー14の背面側に配置した放電センサ80により放電タイミングを検出しているが、パルスエネルギ計測部16に含まれる光センサ16cにより放電タイミングを検出してもよい。
 6.出力パルスセンサの具体例
 次に、ピーキングコンデンサ27の充電タイミングを検出するための出力パルスセンサ40の具体例について説明する。出力パルスセンサ40には、電流検出方式と電圧検出方式との2種類がある。
  6.1 電流検出方式の出力パルスセンサ
 図29は、電流検出方式の出力パルスセンサの具体例を示す。図29において、出力パルスセンサ40aは、磁気コア91と、コイル92と、電圧計93と、を含んで構成された電流センサである。磁気コア91の中空部には、磁気スイッチMS2とピーキングコンデンサ27とを接続する配線が挿通されている。コイル92は、磁気コア91の一部に巻かれており、両端部が電圧計93に接続されている。電圧計93は、上記配線に電流パルスが流れることにより磁気コア91に生じる誘導電圧を検出する。この誘導電圧の検出電圧が、前述の検出信号D1(k)として、タイマ54に送信される。
 なお、出力パルスセンサは、ロゴスキーコイルを含む電流センサであってもよい。また、出力パルスセンサは、磁気コア内の空隙部にホール素子を配置したホール素子型電流センサであってもよい。
 図30は、ピーキングコンデンサ27に流れる電流の波形に基づいて充電タイミングを検出する出力パルスセンサの具体例を示す。図30において、出力パルスセンサ40bは、電流センサ94と、増幅器95と、コンパレータ96とを含む。電流センサ94は、磁気スイッチMS2とピーキングコンデンサ27との間に配置されており、ピーキングコンデンサ27に流れる電流を検出して増幅器95に出力する。増幅器95は、電流センサ94から入力された電流を電圧Vcplmに変換して、コンパレータ96に出力する。
 図31に示すように、コンパレータ96は、増幅器95から入力された電圧Vcplmを、基準電圧Vcplsと比較し、電圧Vcplmが基準電圧Vcplsより低い場合に一定の電圧Vcplpを出力する。この電圧Vcplpは、パルス状であり、前述の検出信号D1(k)として、タイマ54に送信される。
 基準電圧Vcplsは、電圧Vcplmの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを検出するように、0に近い負の値に設定されている。また、タイマ54を、電圧Vcplpの立ち上がりタイミングを検出するように構成することが好ましい。この場合、ピーキングコンデンサ27の充電開始タイミングを検出することができる。
 なお、タイマ54を、電圧Vcplpの立ち下がりタイミングを検出するように構成してもよい。この場合、ピーキングコンデンサ27の充電終了タイミングを検出することができる。充電終了タイミングは、放電空間における放電タイミングに近いので、充電終了タイミングを検出することにより、放電タイミングを精度よく検出することができる。
  6.2 電圧検出方式の出力パルスセンサ
 図32は、電圧検出方式の出力パルスセンサの具体例を示す。図32において、出力パルスセンサ40cは、ピーキングコンデンサ27に並列に接続された電圧計100により構成されている。電圧計100は、PPM12からピーキングコンデンサ27に印加される電圧を検出する。この検出電圧が、前述の検出信号D1(k)として、タイマ54に送信される。
 図33は、ピーキングコンデンサ27に印加される電圧の波形に基づいて充電タイミングを検出する出力パルスセンサの具体例を示す。図33において、出力パルスセンサ40dは、増幅器101と、コンパレータ102とを含む。増幅器101は、磁気スイッチMS2とピーキングコンデンサ27との間の配線に接続されている。増幅器101には、ピーキングコンデンサ27への印加電圧が入力される。増幅器101は、ピーキングコンデンサ27への印加電圧を電圧Vcpmに変換して、コンパレータ102に出力する。
 図34に示すように、コンパレータ102は、増幅器101から入力された電圧Vcpmを、基準電圧Vcpsと比較し、電圧Vcpmが基準電圧Vcpsより低い場合に一定の電圧Vcppを出力する。この電圧Vcppは、パルス状であり、前述の検出信号D1(k)として、タイマ54に送信される。
 基準電圧Vcpsは、電圧Vcpmの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを検出するように、0に近い負の値に設定されている。また、タイマ54は、電圧Vcppの立ち上がりタイミング、または、電圧Vcppの立ち下がりタイミングを検出するように構成されている。
 7.放電センサの具体例
 図35は、放電センサ80に含まれる光センサ80bの具体例を示す。光センサ80bは、フォトダイオード110と、増幅器111と、コンパレータ112とを含む。フォトダイオード110は、可視光に感度を有し、受光した可視光の光強度に応じた電流を増幅器111に出力する。増幅器111は、フォトダイオード110から入力された電流を電圧Vpmに変換して、コンパレータ112に出力する。
 図36に示すように、コンパレータ112は、増幅器111から入力された電圧Vpmを、基準電圧Vpsと比較し、電圧Vpmが基準電圧Vcpsより高い場合に一定の電圧Vppを出力する。この電圧Vppは、パルス状となり、前述の検出信号D2として、タイマ82に送信される。
 基準電圧Vpsは、電圧Vpmの立ち上がりタイミングを検出するように、0に近い正の値に設定されている。また、タイマ82を、電圧Vppの立ち上がりタイミングを検出するように構成することが好ましい。この場合、放電空間における放電タイミングを精度よく検出することができる。
 上記各実施形態及び具体例は、矛盾が生じない限り、組み合わせ可能である。また、上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の各実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
 本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「1つの」は、「少なくとも1つ」又は「1又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (19)

  1.  放電励起式のガスレーザ装置は、以下を備える:
     A.対向配置された第1及び第2の放電電極;
     B.前記第1の放電電極に接続された複数のピーキングコンデンサ;
     C.充電器;
     D.複数のパルスパワーモジュールであって、1つのパルスパワーモジュールは、以下のD1~D3を含む:
      D1.前記充電器から充電電圧が印加される充電コンデンサ;
      D2.前記充電コンデンサに保持された電気エネルギをパルス圧縮し、出力パルスとして、前記複数のピーキングコンデンサのうち対応する前記ピーキングコンデンサに出力するパルス圧縮回路;及び
      D3.前記充電コンデンサと前記パルス圧縮回路との間に配置されたスイッチ;
     E.複数の出力パルスセンサであって、1つの出力パルスセンサは、1つの前記パルスパワーモジュールが出力する前記出力パルスを検出する;及び
     F.前記各出力パルスセンサの検出結果に基づいて、前記各スイッチに入力するスイッチ信号のタイミングを制御する制御部。
  2.  請求項1に記載のガスレーザ装置であって、
     前記制御部は、前記充電電圧に基づいて前記スイッチ信号のタイミングを補正する第1の補正処理と、前記各出力パルスセンサの検出結果に基づいて前記スイッチ信号のタイミングを補正する第2の補正処理とを行う。
  3.  請求項1に記載のガスレーザ装置であって、
     前記第1の放電電極は、1つの前記パルスパワーモジュールに対して1つずつ設けられている。
  4.  請求項3に記載のガスレーザ装置であって、
     前記制御部は、前記各スイッチに入力するスイッチ信号のタイミングを異ならせることにより、前記第1及び第2の放電電極の間の放電空間で生成されるパルスレーザ光のパルス幅を制御する。
  5.  請求項4に記載のガスレーザ装置であって、
     前記制御部は、外部から入力される目標パルス幅に基づいて、前記各スイッチに入力するスイッチ信号のタイミングを決定する。
  6.  請求項1に記載のガスレーザ装置であって、
     前記充電器は、1つであって、前記複数の複数のパルスパワーモジュールに一定の充電電圧を供給する。
  7.  請求項1に記載のガスレーザ装置であって、
     前記充電器は、前記各パルスパワーモジュールに対して1つずつ設けられており、
     前記各充電器は、対応する前記パルスパワーモジュールに充電電圧を印加する。
  8.  請求項7に記載のガスレーザ装置であって、
     前記制御部は、前記各スイッチに入力するスイッチ信号のタイミングを異ならせ、かつ前記各充電器が出力する充電電圧を異ならせることにより、前記第1及び第2の放電電極の間の放電空間から出力されるパルスレーザ光のパルス波形を制御する。
  9.  請求項8に記載のガスレーザ装置であって、
     前記制御部は、外部から入力される目標パルス波形に基づいて、前記各スイッチに入力するスイッチ信号のタイミングと、前記各充電器が出力する充電電圧とを決定する。
  10.  請求項1に記載のガスレーザ装置であって、
     前記出力パルスセンサは、前記ピーキングコンデンサに流れる電流を検出する。
  11.  請求項10に記載のガスレーザ装置であって、
     前記出力パルスセンサは、前記ピーキングコンデンサに流れる電流の立ち上がりタイミングまたは立ち下がりタイミングを検出する。
  12.  請求項1に記載のガスレーザ装置であって、
     前記出力パルスセンサは、前記ピーキングコンデンサに印加される電圧を検出する。
  13.  請求項12に記載のガスレーザ装置であって、
     前記出力パルスセンサは、前記ピーキングコンデンサに印加される電圧の立ち上がりタイミングまたは立ち下がりタイミングを検出する。
  14.  請求項1に記載のガスレーザ装置であって、
     前記パルス圧縮回路は、少なくとも1つの磁気スイッチを含み、
     前記出力パルスセンサは、前記磁気スイッチと前記ピーキングコンデンサとの間に接続されている。
  15.  請求項2に記載のガスレーザ装置であって、以下をさらに備える:
     G.前記第1及び第2の放電電極の間の放電空間で生成される光を検出する光センサ;
     ここで、前記制御部は、前記光センサの検出結果に基づき、前記各スイッチに入力するスイッチ信号のタイミングを補正する第3の補正処理をさらに行う。
  16.  請求項15に記載のガスレーザ装置であって、
     前記第3の補正処理の頻度は、前記第2の補正処理の頻度より小さく、
     前記第2の補正処理の頻度は、前記第1の補正処理の頻度より小さい。
  17.  請求項15に記載のガスレーザ装置であって、
     前記光センサは、前記放電空間で生じる放電光またはパルスレーザ光を受光することにより放電タイミングを検出する。
  18.  請求項1に記載のガスレーザ装置であって、
     前記制御部は、外部から入力される外部トリガ信号に基づいて、前記各スイッチに入力するスイッチ信号を生成する。
  19.  請求項1に記載のガスレーザ装置であって、以下をさらに備える:
     H.前記第1及び第2の放電電極の間の放電空間から出力されるパルスレーザ光のエネルギを計測するパルスエネルギ計測部;
     ここで、前記制御部は、外部から入力される目標パルスエネルギと、前記パルスエネルギ計測部により計測されたパルスエネルギとの差に基づいて、前記充電電圧を変更する。
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