JPH0366187A - エキシマレーザの光出力レベル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエキシマレーザの光出力を一定に自動制御する
制御装置に関する。

本発明はＣＯ。レーザ、ＣＯレーザ等のレーザ発光装置
に利用できる。

［従来の技術］ 従来のエキシマレーザ発振装置の主要構成要素を第６図
に示す。第６図において１は交流電源、２は高圧電源装
置で１０〜３０ｋＶ程度（レーザ発振装置の容量、構造
により異なる）の直流電圧を出力する。３は高圧直流電
圧を定周期で断続し、パルス化するスイッチング回路、
４．５は放電電極で一方の電極５は接地されており、他
方の電極４に高圧パルス電圧が印加される。

電極４，５間には紙面に直角方向にエキシマガスが流さ
れており、高圧パ、ルス電圧が印加されると発光する。

発生した光は電極の両端部に設置されている半透過ミラ
６と全反射ミラ７との間で反射を繰り返すことにより、
高強度なレーザ光となり、半透過ミラ６を介して外部へ
取り出される。

第７図にエキシマガスの供給、循環システムを示す。４
，５は放電電極でケース８内に収納されており、４はケ
ースから絶縁支持されている。９は循環ファンでエキシ
マガスを常に循環させている。１０．１１はバルブで、
弁１０側にはエキシマガスボンベ１２が接続されており
、他方の弁１１の他端は大気開放されている。

始動時には適正な方法でガスボンベ１２からエキシマガ
スが循環系へ供給される。バルブ１０゜１１を閉じた状
態でエキシマレーザ光の発光動作が行なわれるが、長時
間の運転の後にはガスが劣化し、初期の光強度かえられ
なくなり、ガスの交換が必要となる。このため長時間に
わたる安定な連続運転ができない欠点がある。

この対策の一つとして、バルブ１０．１１を電磁バルブ
に置き換え、定期的にフレッシュガスを供給し、劣化ガ
スを排気するシステムが考案されているが、装置が大損
りとなる割りには安定性に欠ける。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のエキシマレーザ発振機ではエキシマガスの劣化等
に基づく出力光強度の低下に対する対策は下記の２つの
方法のうちのいづれかで行なわれているが、下記の欠点
がある。

（１）装置の運転を休止し、ガスを交換する方法の欠点
； 装置の長時間連続運転ができず、頻繁にメインテナンス
を行なう必要がある。又、光量がどの程度に低下してい
るかは測定してみないと分からず、規定レベル以下での
運転を行なっている可能性もある。

（２）エキシマガスの自動補給による方法の欠点；光出
力強度をモニタしながら行なうものではなく、ガスの劣
化程度を予測して定周期に自動補給する方法であるため
、上記同様、真の光強度一定制御とはなってない。又、
このための装置は大損りなものとなっている。

［課題を解決すめるための手段］ 本発明に係るエキシマレーザの光出力レベル制御装置は
高圧直流電源装置１０１とレーザ発光部とフィードバッ
ク回路１１５からなるレーザ光の制御装置において、前
記高圧直流電源装置１０１は、整流装置１０２と高周波
インバータ回路１０３とパルストランス１０４と高圧整
流回路１０５とスイッチング回路１０６を前記順に直列
に配置し、レーザ発光部に出力するとともに、フィード
バック回路１１５からの信号をＡ／Ｄコンバータ１０８
と制御回路１０７を経由して前記高周波インバータ回路
１０３に入力し、前記レーザ発光部はレーザ電極１０９
，１１０と半透明ミラー１１１と全反射ミラー１１２か
ら成り、前記フィードバック回路１１５は光／電変換器
１１６とピークホールド回路１１７からなり、レーザ発
光部の全反射ミラー１１２の洩れ光を集光レンズ１１３
と光フアイバー１１４を介して人力し、フィート′クッ
ク信号を前記高圧直流電源装置１０１に出ソ７−トるこ
とを特徴とする。

［作用コ （１）エキシマレーザからの出力光強度（光信号の波形
はパルス波）の検出、電気パルス信号への変換には、紫
外域の波長にも対応できる光ファイバと受光素子を用い
、 （２）ピークホールド回路を用いて、電気パルス信号の
波高値の包路線レベル（電圧）に比例したアナログ電圧
を発生せしめ、 （３）このアナログ電圧の値を初期設定の電圧値と比較
し、その偏差値に応じて高圧直流電圧の大きさを制御し
、光強度レベルを初期に設定した強度レベルから変化し
ないように制御する。

〈４〉初期値の設定、初期値からの偏差の比較、高圧直
流電圧レベルの制御等はマイコン等の電子回路素子を用
いれば容易に行なえる。

［実施例コ 本発明の実施例を第１図に示す。

１０１は高圧直流電源装置で、動作は、交流電源人力を
整流回路１０２で整流、直流電圧に変換の後、高周波イ
ンバータ回路１０３にてパルス電圧に変換し、パルスト
ランス（又は高周波トランス）１０４にて昇圧の後、高
圧整流回路１０５にて高圧直流電圧を得、これをサイラ
トロン等を用いたスイッチング回路１０６にてスイッチ
ングし、得られた高圧パルスをレーザ電極１０９．１１
０間へ印加する。

高圧直流電圧の大きさは高周波インバータ回路１０３の
スイッチング周波数をマイコン等を用いた制御回路１．
０７にて制御することにより任意に設定できる。

本発明は高圧直流電源装置１０１と１０９〜１１２で構
成されるレーザ発光部とからなるエキシマレーザ発振装
置に出力光強度レベルの検出と、フィードバック回路を
付加してレーザ出力光強度を一定になるように制御しよ
うとするものである。

レーザ発光部はレーザ電極１０９．１１０と、その両側
端に設けられた半透過ミラ１１１と全反射ミラ１１２と
で構成され、レーザ光は半透過ミラ１１１を透過して外
部へ出力される。

全反射ミラ１１２に誘電体多層膜ミラ等、極くわづか透
光性のある材質のものと使用すると、全反射ミラ１１２
の後方にも微量ではあるが、レザ光が洩れる。

この洩れ光を集光レンズ１１３で集光の後、紫外域用光
フアイバ１１４を介してフィードバック回路１１５へ導
びく。

フィードバック回路１１５は光／電変換器１１６とピー
クホールド回路１１７で構成されている。光／電変換器
１１６の受光素子にはＰＩＮホトダイオード等を用いれ
ば、紫外域光で、パルス幅の狭いパルス光をも十分に検
出し、電気パルス信号に変換することができる。

ピークホールド回路１１７は電気パルス信号の波高値の
包絡線レベルに比例したアナログ電圧を出力する装置で
、その動作例を第２図のタイムチャートで示す。

第２図（ａ）は光／電変換された電気パルス信号で、そ
のパルス幅は極わめて狭い。（例：２０〜５０ｍ５ｅｃ
）、通常の電子回路素子ではこのパルスのピーク値を正
確にホールドすることが困難であるため、幅の広いパル
ス（第２図（ｂ））に変換する。これは第３図で示すよ
うなＣＲ積分回路を用いれば達成できる。

第２図（ｂ）のような幅の広いパルス（例：１μ５ｅｃ
）かえられれば、そのピーク値に比例した直流電圧を発
生する素子は市販で容易に人手でき（例：アナログテバ
イス社）ＩＴｓ−００２５型サンプルホールドアンプ）
、第２図（ｅ）で示すような、アナログ電圧をうること
かできる。このアナログ電圧の大きさは、パルス電圧の
波高値に比例しており、かつレーザ出力光強度に比例し
ている。

このような方法でアナログ電圧かえられれば、第１図中
に示した制御回路１０７で用いられているマイコン等の
演算素子がその値を定周期で読み取ることは容易である
が、補助的な装置としてアナログψデジタル変換器（Ａ
／Ｄコンバータ）１０８が必要となる。

制御回路１０７は第４図に示す通り、主演算装置１２０
の他、メモリ部１２１、入力ポート１２２．１２３、出
力ポート１２４、光出力設定用デジタルスイッチ１２５
等で構成される。そのフローチャートを第５図に示す。

そしてメモリ部１２１山に設定されたソフトウェアによ
り下記の動作を行なう。

初期立上り時には光出力設定用デジタルスイッチ１２５
の設定地Ｎ（パラレルデジタル信号）を読み取り、その
値に比例した周波数Ｆ　（Ｈｚ）の０Ｎ１０ＦＦ信号を
出力ポート１２４へ出力し、高周波インバータ回路１０
３を駆動する。

レーザの発光後はＡ／Ｄコンバータ１０８の出力Ｓ（パ
ラレルデジタル信号）を定周期で読み取り、設定値Ｎと
の差（Ｎ−３）を演算し、その正負に応じて出力ポート
１２４への周期的０Ｎ１０ＦＦ信号Ｆを増減（Ｆ±ΔＦ
）する。

増減すべき量ΔＦ　（Ｈｚ）はあらかじめソフトウェア
にて設定しておく。

上記により、光出力は常に一定値となるように制御され
る。

［発明の効果］ 本発明は前述のように構成されているので、以下に記載
するような効果を奏する。

（１）エキシマレーザ出力光強度を一定に保った状態で
、長時間の連続運転が可能になる。

（２）そして、電源電圧の変動、エキシマガスの劣化等
の影響を受けない。

（３）上記により、リソグラフィー等、エキシマレーザ
の光エネルギーを生産手段として用いている産業分野で
の生産性、分どまり等を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例の制御システムを示す図、
第２図はレーザパルス光強度に比例し−たアナログ出力
をうる方法を示すタイムチャート図、第３図は極細パル
スから幅広のパルスをうるＣＲ積分回路の例を示す図、
第４図は制御回路を示す図、第５囚は第４図のフローチ
ャートを示す図、第６図は従来装置概要を示す図、第７
図は従来装置に於けるエキシマガスの循環、補給システ
ム図である。 １・・・交流電源、２，１０１・・・高圧直流電源装置
、３．１０６・・・スイッチング回路、４，１０９・・
・放電電極（レーザ電極）、５，１１０・・・放電電極
（レーザ電極）、６，１１１・・・半透過ミラー７．１
１２・・・全反射ミラー　８・・・ケース、９・・・循
環ファン、１０．１１・・・バルブ、１２・・・ガスボ
ンベ、１０２・・・整流回路、１０３・・・高周波イン
バータ回路、１０４・・・パルストランス、１０５・・
・高圧整流回路、１０７・・・制御回路、１０８・・・
Ａ／Ｄコンバータ、１１３・・・集光レンズ、１１４・
・・光ファイバ、１１５・・・フィードバック回路、１
１６・・・光／電変換器、１１７・・・ピークホールド
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高圧直流電源装置（１０１）とレーザ発光部とフィード
   バック回路（１１５）からなるレーザ光の制御装置にお
   いて、前記高圧直流電源装置（１０１）は、整流装置（
   １０２）と高周波インバータ回路（１０３）とパルスト
   ランス（１０４）と高圧整流回路（１０５）とスイッチ
   ング回路（１０６）を前記順に直列に配置し、レーザ発
   光部に出力するとともに、フィードバック回路（１１５
   ）からの信号をＡ／Ｄコンバータ（１０８）と制御回路
   （１０７）を経由して前記高周波インバータ回路（１０
   ３）に入力し、前記レーザ発光部はレーザ電極（１０９
   、１１０）と半透明ミラー（１１１）と全反射ミラー（
   １１２）から成り、前記フィードバック回路（１１５）
   は光／電変換器（１１６）とピークホールド回路（１１
   ７）からなり、レーザ発光部の全反射ミラー（１１２）
   の洩れ光を集光レンズ（１１３）と光ファイバー（１１
   ４）を介して入力し、フィードバック信号を前記高圧直
   流電源装置（１０１）に出力することを特徴とするエキ
   シマレーザの光出力レベル制御装置。