JPH1146027A - 放電励起型レーザ装置における制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】電源電圧を変化させる制御を行う場合であって
も放電励起型レーザ装置の発振効率、エネルギー効率を
一定レベル以上にする。 【解決手段】主スイッチ１８がオンされてから電源１７
の電圧Ｖの大きさに応じた時刻に、第２のコンデンサＣ
2に蓄積された電荷の第３のコンデンサＣ3への転送が開
始される。そこで、第１のコンデンサＣ1の蓄積電荷が
全て第２のコンデンサＣ2に転送された時点τ1で、磁気
スイッチＳＲ1が第２のコンデンサＣ2から第３のコンデ
ンサＣ3への電荷の転送を開始するタイミングとなるよ
う電源１７の電圧値ＶMが予め求められ、この電圧値が
制御最大電圧ＶMとして設定されておかれる。そして、
検出されたレーザ光の出力Ｅが目標値Ｅc又は目標範囲
内からずれたことが検出された場合に、レーザ光の出力
Ｅが目標値Ｅcに一致するか又は目標範囲内に入るよう
に、電源１７の電圧Ｖが制御最大電圧Ｖmax（＝ＶM）以
下の範囲で変化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、材料の加工、縮小
投影露光用などの光源に用いられる放電励起型レーザ装
置に関し、特に放電励起型レーザ装置の充放電回路にお
けるエネルギー転送効率を向上させることによってレー
ザのエネルギー効率を向上させることができる制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】放電励起型レーザ装置の充放電回路とし
て、スイッチの耐久性の向上等のために、近年、磁気パ
ルス圧縮回路を使用したものが用いられている。

【０００３】図５は、日立金属技報Ｖol．８ １９９
２．１「ファインメットを用いたパルスパワー用磁気ス
イッチ磁芯の動特性」に紹介されている磁気パルス圧縮
回路を使用したエキシマレーザ用充放電回路を示してい
る。

【０００４】図５では、コンデンサの容量Ｃ1＝Ｃ2＝Ｃ
3の条件下でコンデンサＣ1に蓄積された電荷がすべてコ
ンデンサＣ2に転送された時点で磁気スイッチＳＲが飽
和するように設計されており、このような場合にコンデ
ンサＣ1に蓄積された電荷が最も効率的にコンデンサＣ3
に転送されることなる。このときの主要各部の電圧Ｖ、
電流ｉの波形の時間変化を図４に示している。

【０００５】すなわち、直流高電圧電源の電圧値ＶEに
応じてコンデンサＣ１は充電され、電荷が蓄積される。
そして、サイラトロンＱがオン動作され、サイラトロン
Ｑが導通されると電流ｉ１が流れて、コンデンサＣ１の
蓄積電荷がコンデンサＣ２へ転送される。そして、コン
デンサＣ１のすべての蓄積電荷がコンデンサＣ２に移っ
た瞬間τ1に、磁気スイッチＳＲが飽和されて電流ｉ2が
流れ始め、コンデンサＣ3への電荷の転送が開始され
る。そして、電流ｉ3が流れることによってレーザの放
電電極５で放電がなされる。このようにしてコンデンサ
Ｃ1の電荷はコンデンサＣ2を経てコンデンサＣ3に効率
良く転送され、コンデンサＣ3の蓄積電荷がレーザ電極
５の放電とレーザ光放出とを引き起こす。

【０００６】また、図４に示すように磁気圧縮の作用に
より、電流ｉ１に比べて電流ｉ2の方がピーク値が高く
なるとともに、パルスの時間幅が狭まるので、レーザ電
極５において、短時間の間に強い放電が得られ、レーザ
発振用としては望ましい特性となる。一方、エキシマレ
ーザは、レーザガスとして反応性の高いハロゲンガスを
使用していることから、レーザ発振を繰り返すと、ハロ
ゲンガスの反応の進行に伴いハロゲンガスの減少や、ハ
ロゲン化金属であるダストの増加を引き起こす。このよ
うにレーザガスが劣化すると、発振、出力されるレーザ
光のエネルギーが低下してしまう。つまり、レーザ励起
強度（電源の電圧値）を一定に維持したままでは、レー
ザ光エネルギーを一定レベルに維持することはできな
い。

【０００７】とりわけ、半導体露光装置の光源として、
エキシマレーザを使用した場合には、光源として一定の
エネルギーの光を常時出力することが要求される。

【０００８】そこで、通常は、時間の経過に応じてレー
ザ励起強度（電源の電圧値）を上昇させる制御を行うこ
とで、光エネルギーの低下を防止するようにしている。
また、電源の電圧値が上昇し過ぎた場合には、レーザチ
ャンバ内の劣化したレーザガスを、新規なガスに交換す
ることも行われている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、電源電
圧を上昇変化させる制御を行った場合に、図５に示す磁
気圧縮回路で生ずる不具合について説明する。

【００１０】さて、一般に、磁気スイッチＳＲが飽和し
て導通するタイミングは、磁気スイッチＳＲに印加され
る電圧と印加時間との積、すなわち図４で斜線を施した
面積によって定まる。この面積は電圧時間積ＶＴと称さ
れ、下記式（１）で表される。

【００１１】 但し、上記（１）式においてＮは磁気スイッチの巻数、
Ａｅは磁心有効断面積、ΔＢｍは最大動作磁束密度量と
いう設計値である。よって電圧時間積ＶＴはこれら各設
計値で決まる一定の値である。

【００１２】したがって、上記（１）より、電圧ｖc2が
大きくなれば磁気スイッチＳＲが飽和するまでの時間τ
１は短くなり、電圧ｖc2が小さくなれば磁気スイッチＳ
Ｒが飽和するまでの時間τ１は長くなることがわかる。

【００１３】図４に示すように、この電圧ｖc2のピーク
値は電源の電圧値ＶEであり、電源の電圧値ＶEの大きさ
によって電圧ｖc2の大きさが定まる。そして、電圧ｖc2
がピーク値ＶEに達した時点で磁気スイッチＳＲが飽和
する（時間τ1に達する）ので、電源の電圧値ＶEが大き
いほど磁気スイッチＳＲが飽和するタイミング、つまり
コンデンサＣ2の蓄積電荷をコンデンサＣ3に転送するタ
イミングが早まることになる。

【００１４】ここで問題になるのは、電源の電圧値ＶE
が大きくなり電圧ｖc2が大きくなることによって、コン
デンサＣ１の蓄積電荷がすべてコンデンサＣ２へ転送さ
れるよりも前（図４において電流値ｉ1の「山」が０に
なる時点よりも前）に、磁気スイッチＳＲが飽和してし
まい、コンデンサＣ2からコンデンサＣ3に蓄積電荷が転
送され始めてしまう（電流ｉ2が流れ始めてしまう）場
合である。かかる場合には、図４に示す電流ｉ2、つま
り磁気圧縮後の電流ｉ2のピーク値が著しく低くなって
しまうとともにパルス時間幅が増大してしまう。これ
は、短時間の間に強い放電を得ることが必要なレーザ発
振用の充放電回路の特性としては望ましいことではな
い。

【００１５】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、電源電圧を変化させる制御を行う場合であっ
ても短時間での強い放電を維持できるようにして、放電
励起型レーザ装置の発振効率、エネルギー効率を一定レ
ベル以上にすることを解決課題とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段および効果】そこで、本発
明では、上記解決課題達成のために、電源と、該電源の
電圧を放電電極に印加させる主スイッチと、該主スイッ
チと前記放電電極との間に介在されて、前記電源から前
記放電電極に流れる電流を前記電源の電圧の大きさに応
じた時間の間阻止する磁気スイッチとを有した充放電回
路を具えるとともに、前記放電電極が配設されたレーザ
チャンバ内にレーザガスを供給して前記放電電極間の放
電によって前記レーザガスを励起し、レーザ光を発振、
出力させるようにした放電励起型レーザ装置において、
前記充放電回路は、前記電源の電圧に応じて充電される
第１のコンデンサと、前記主スイッチのオン動作に応じ
て前記第１のコンデンサに蓄積された電荷が転送される
第２のコンデンサと、該第２のコンデンサに蓄積された
電荷が転送される第３のコンデンサと、前記主スイッチ
がオンされてから前記電源の電圧の大きさに応じた時刻
に、前記第２のコンデンサに蓄積された電荷の前記第３
のコンデンサへの転送を開始する前記磁気スイッチとを
具えており、前記第１のコンデンサの蓄積電荷が全て前
記第２のコンデンサに転送された時点で、前記磁気スイ
ッチが前記第２のコンデンサから前記第３のコンデンサ
への電荷の転送を開始するタイミングとなるよう前記電
源の電圧値を予め求めておき、この電圧値を制御最大電
圧として設定する制御最大電圧設定手段と、前記レーザ
光の出力を検出する出力検出手段と、前記出力検出手段
によって検出された前記レーザ光の出力が目標値又は目
標範囲内からずれたことが検出された場合に、前記レー
ザ光の出力が前記目標値に一致するか又は前記目標範囲
内に入るように、前記電源の電圧を前記制御最大電圧設
定手段で設定された制御最大電圧以下の範囲で変化させ
る電圧制御手段とを具えるようにしている。

【００１７】かかる構成によれば、図１に示すように、
充放電回路１で、電源１７の電圧Ｖに応じて第１のコン
デンサＣ1が充電される。そして、主スイッチ１８のオ
ン動作に応じて第１のコンデンサＣ1に蓄積された電荷
が第２のコンデンサＣ2に転送される。そして、第２の
コンデンサＣ2に蓄積された電荷が第３のコンデンサＣ3
に転送される。そして、磁気スイッチＳＲにより、主ス
イッチ１８がオンされてから電源１７の電圧Ｖの大きさ
に応じた時刻に、第２のコンデンサＣ2に蓄積された電
荷の第３のコンデンサＣ3への転送が開始される。

【００１８】そこで、図３に示すように、第１のコンデ
ンサＣ1の蓄積電荷が全て第２のコンデンサＣ2に転送さ
れた時点τ1で、磁気スイッチＳＲ1によって第２のコン
デンサＣ2から第３のコンデンサＣ3への電荷の転送を開
始させるタイミングとなるよう電源１７の電圧値ＶMが
予め求められ、この電圧値が制御最大電圧ＶMとして設
定されておかれる。

【００１９】そして、図２（ステップ１０７〜１１０）
に示すように、検出されたレーザ光の出力Ｅが目標値Ｅ
c又は目標範囲内からずれたことが検出された場合に、
レーザ光の出力Ｅが目標値Ｅcに一致するか又は目標範
囲内に入るように、電源１７の電圧Ｖが制御最大電圧Ｖ
max（＝ＶM）以下の範囲で変化される。

【００２０】この結果、図３に示すように、電源１７の
電圧値が制御最大電圧ＶM以下に抑えられ電圧ｖc2（ｖc
21、ｖc22、ｖc23）が抑えられることによって、コンデ
ンサＣ１の蓄積電荷がすべてコンデンサＣ２へ転送され
るよりも前（図４において時刻τ1よりも前）に、磁気
スイッチＳＲが飽和してしまい、コンデンサＣ2からコ
ンデンサＣ3に蓄積電荷が転送され始めてしまうことは
なくなる。つまり、少なくともコンデンサＣ１の蓄積電
荷がすべてコンデンサＣ２へ転送された時点よりも後で
磁気スイッチＳＲ1が飽和し、コンデンサＣ2からコンデ
ンサＣ3に蓄積電荷が転送され始めるので、電流ｉ21、
ｉ22、ｉ23に示すように、磁気圧縮後の電流のピーク値
を一定レベル以上に維持することができるとともに、時
間幅を一定レベル以下に維持することができる。これに
より電源電圧Ｖを変化させる制御を行う場合であっても
短時間での強い放電を維持できるようになり、放電励起
型レーザ装置の発振効率、エネルギー効率を一定レベル
以上に維持することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る放電励起型レーザ装置の制御装置の実施形態について
説明する。

【００２２】図１は、本実施形態におけるレーザ装置の
構成を示している。

【００２３】同図に示すように、実施形態装置は、大き
くは、主電極５、５間における放電を行わせる充放電回
路１と、レーザガスが供給、充填され、主電極５、５間
の放電によってレーザガスの励起、レーザ光Ｌaの発振
が行われるレーザチャンバ４と、レーザチャンバ４にレ
ーザガスを供給し、チャンバ４内からレーザガスを排気
する給・排気回路２と、後述する図２に示されるように
圧力センサ１３の出力等に基づいて充放電回路１および
給・排気回路２を制御する制御器３とから構成されてい
る。なお、レーザチャンバ４内には、熱交換器７および
レーザ媒質ガス（以下「レーザガス」という）を強制対
流、冷却させるブロア８が組み込まれており、数十〜数
百Ｈzの高い繰返し周波数での運転を可能としている。

【００２４】希ガスボンベ９には、希ガス（Ｘe、Ｋr、
Ａr等）が充填され、ハロゲンガスボンベ１０には、ハ
ロゲンガス（Ｆ2、ＨＣｌ等をバッファガスによって希
釈したガス）が充填され、バッファガスボンベ１１に
は、バッファガス（Ｈe、Ｎe等）が充填されている。こ
れら各ボンベ９、１０、１１とレーザチャンバ４との間
は、各バルブ１４ａ〜１４ｆおよび排気ポンプ１２を介
して配管がなされており、制御器３から各バルブ１４ａ
〜１４ｆに対してバルブ開閉信号Ｓ1が出力されるとと
もに排気ポンプ１２に対してポンプ駆動信号Ｓ2が出力
されることによって、レーザチャンバ４へのレーザガス
の供給およびチャンバ４内からのガス排気が制御され
る。圧力センサ１３は、レーザチャンバ４内のガス圧Ｐ
を検出し、その検出出力Ｐを制御器３に入力させる。

【００２５】レーザチャンバ４内でレーザガスが放電励
起され、これによって発光した光が図示されていない共
振器によって共振されることによりレーザ発振が行われ
る。発振レーザ光Ｌａは図示されていない、ウインド
ウ、フロントミラー等を介して出力される。

【００２６】出力されたレーザ光Ｌaは、光出力検出器
１５に入力され、この光出力検出器１５によってレーザ
出力（エネルギー）Ｅが検出され、該検出出力Ｅが制御
器３に入力される。なお、光出力検出器１５は、たとえ
ばピンフォトダイオードのピーク値をホールドすること
によりレーザ出力Ｅを検出するものである。さて、光出
力検出器１５としては、光エネルギーを直接的に検出す
るものでもよく、ハロゲンガス濃度、希ガス濃度等光パ
ワーに関連するパラメータを検出することによって、間
接的に光パワーを検出するものであってもよい。

【００２７】また、光出力検出器１５で光が検出される
毎にこれをカウントするカウンタ（図示せず）が設けら
れている。このカウンタによってレーザ光Ｌaの発振パ
ルス数Ｎがカウントされ、このカウンタの出力Ｎが制御
器３に入力される。

【００２８】充放電回路１は、直流高圧電源１７を駆動
源として主電極５、５間で放電を行わせる。この電源１
７の充電電圧Ｖも図示されていない電圧検出器によって
検出され、制御器３に入力される。

【００２９】本レーザ装置の制御装置は、運転中のレー
ザ出力を安定化するために、レーザ出力を光センサでモ
ニタし、このモニタ結果に基づいて充電電圧を変化させ
て、レーザガスの劣化、ウインドの汚損等に伴う出力低
下をきたさないような出力安定化制御を行うものであ
る。

【００３０】すなわち、制御器３は、光出力検出器１５
で検出したレーザ出力Ｅ、圧力センサ１３で検出したガ
ス圧Ｐ、上記パルスカウンタで検出したカウント数Ｎお
よび上記電圧検出器で検出した電源１７の充電電圧Ｖに
基づいて電源１７に指令電圧Ｖaを出力し、該電源１７
の充電電圧Ｖが指令した電圧値Ｖaになるように充電電
圧の制御を行う。

【００３１】充放電回路１は、磁気アシスト１９が付設
された主スイッチであるサイリスタ１８がオンされるこ
とにより動作する。制御器３は、充放電回路１を動作さ
せるための駆動信号Ｓ3を駆動回路１６に送出し、これ
に応じて駆動回路１６がオン信号Ｓ4を主スイッチ１８
に加えることにより充放電回路１が動作する。

【００３２】なお、主スイッチ１８は、サイリスタを使
用しているが、他の半導体スイッチ例えばＧＴＯ、ＩＧ
ＢＴを使用することもできる。

【００３３】充放電回路１は、パルストランス２０を有
した２段の磁気圧縮回路、つまり磁気スイッチＳＲを２
つ具えた回路構成となっている。

【００３４】すなわち、充放電回路１は、電源１７の電
圧Ｖに応じて充電される第１のコンデンサＣ1と、主ス
イッチ１８のオン動作に応じて第１のコンデンサＣ1に
蓄積された電荷が転送される第２のコンデンサＣ2と、
第２のコンデンサＣ2に蓄積された電荷が転送される第
３のコンデンサＣ3と、主スイッチ１８がオンされてか
ら電源１７の電圧Ｖの大きさに応じた時間までの間電流
を阻止し、当該電源１７の電圧Ｖの大きさに応じた時間
が経過した時点で、第２のコンデンサＣ2に蓄積された
電荷の第３のコンデンサＣ3への転送を開始する磁気ス
イッチＳＲとを具えている。さらに同様の磁気スイッチ
ＳＲが後段に設けられている。

【００３５】本実施形態では、２段の磁気圧縮回路を想
定しているが、もちろん１段の磁気圧縮回路、３段以上
の磁気圧縮回路にも本発明は適用可能である。

【００３６】制御器３による制御開始前に、図３に示す
ように、第１のコンデンサＣ1の蓄積電荷が全て第２の
コンデンサＣ2に転送された時点τ1で、磁気スイッチＳ
Ｒ1が第２のコンデンサＣ2から第３のコンデンサＣ3へ
の電荷の転送を開始するタイミングとなるような電源１
７の電圧値ＶMが予め求められておかれ、この電圧値が
制御最大電圧ＶMとして制御器３に設定されておかれ
る。

【００３７】この制御最大電圧ＶMは、後述するように
電源１７の電圧Ｖを変化させる制御を行ったときの、電
圧Ｖの上限値とされ、この制御最大電圧ＶM以下で電源
１７の電圧Ｖが変化される。

【００３８】ここで、電圧Ｖの変化範囲を制御最大電圧
ＶM以下にする意味について、図３を用いて説明する。

【００３９】図３においてｖc21，ｖc22，ｖc23はコン
デンサＣ2の電圧を示しており、図４のｖc2に対応して
いる。一方、図３においてｉ21、ｉ22，ｉ23はコンデン
サＣ2からコンデンサＣ3に流れる電流を示しており、図
４のｉ2に対応している。

【００４０】図３のｖ21、ｉ21はそれぞれ図４のｖc2、
ｉ2に相当する電圧波形、電流波形を示している。この
とき電源１７の電圧Ｖは上記制御最大電圧ＶMに一致し
ており、コンデンサＣ１の電荷が全てＣ２へ転送された
瞬間τ1（ｖc21がピークになる瞬間）に、磁気スイッチ
ＳＲが飽和してコンデンサＣ2からコンデンサＣ3に電荷
が転送され始めることになる。

【００４１】これに対して、ｖc22，ｉ22，ｖc23，ｉ23
はそれぞれ電源１７の電圧Ｖを上記制御最大電圧ＶＭよ
りも小さな値とした場合の電圧波形、電流波形を示して
いる。ただし、（ｖc21＞）ｖc22＞ｖc23である。これ
らの関係を上記（１）式にあてはめると、下記（２）式
が得られる。

【００４２】 上記（２）式からτ１＜τ３＜τ４であることがわか
り、図３に示すように、電源１７の電圧Ｖの低下に伴い
磁気スイッチＳＲが飽和するタイミング、つまり電流ｉ
2（ｉ21、ｉ22、ｉ23）が流れ始めるタイミングが遅く
なっていくことがわかる。そして、その電流ｉ2が流れ
始めるタイミングはコンデンサＣ１の蓄積電荷がすべて
コンデンサＣ２へ転送された時点τ1以後になってい
る。

【００４３】このように、電源１７の電圧値Ｖが制御最
大電圧ＶM以下に抑えられ電圧ｖc2（ｖc21、ｖc22、ｖc
23）が抑えられることによって、コンデンサＣ１の蓄積
電荷がすべてコンデンサＣ２へ転送されるよりも前（図
３において時刻τ1よりも前）に、磁気スイッチＳＲが
飽和してしまい、コンデンサＣ2からコンデンサＣ3に蓄
積電荷が転送され始めてしまうことはなくなる。つま
り、少なくともコンデンサＣ１の蓄積電荷がすべてコン
デンサＣ２へ転送されてしまった時点τ1よりも後で磁
気スイッチＳＲが飽和し、コンデンサＣ2からコンデン
サＣ3に蓄積電荷が転送され始めるので、電流波形ｉ2
1、ｉ22、ｉ23に示すように、磁気圧縮後の電流のピー
ク値を一定レベル以上に、時間幅を一定レベル以下に維
持することができる。これにより電源電圧Ｖを変化させ
る制御を行う場合であっても短時間での強い放電を維持
できるようになり、放電励起型レーザ装置の発振効率、
エネルギー効率を一定レベル以上に維持することができ
る。いいかえれば、コンデンサＣ1の蓄積電荷を効率良
くコンデンサＣ3まで転送できるとともにレーザ電極５
の放電用電流波形の圧縮（ピーク値増大と時間幅縮小）
を達成でき、レーザガス劣化やその他の要因で生ずるレ
ーザ光のエネルギーの変動を電源電圧Ｖの調整で補正す
る制御を行ったとしても磁気圧縮への悪影響を回避する
ことができる。

【００４４】図３において、ｖc21，ｖc22，ｖc23の各
電圧波形は、時刻τ１でピークに達する。電圧波形ｖc2
2，ｖc23に関しては、τ1でピークに達した後それぞれ
時刻τ３，τ４までほぼ一定の値を保つ。

【００４５】ただし、電圧値ｖc22，ｖc23がそれぞれτ
3、τ4に至るまで徐々に低下していくのはつぎのような
理由による。

【００４６】たとえば、電圧波形ｖc22を例にとると、
時刻τ1まではコンデンサＣ2にかかる電圧が上昇し、時
刻τ1から時刻τ3までの間は、磁気スイッチＳＲがダイ
オードに似た作用をして電流ｉ22の流れを阻止する。し
かし、電流ｉ22の流れを完全に阻止するのではなく、電
流がわずかに磁気スイッチＳＲから漏れてコンデンサＣ
3および充放電回路１の後段のコイルへ流れてしまった
り、磁気アシスト１９方向へ逆流したりする。こうした
漏れや逆流が電圧値ｖc22，ｖc23の徐々なる低下を招来
するものである。また、こうした漏れや逆流は回路内で
のジュール熱発生を招来してコンデンサ間でのエネルギ
ー転送効率を幾分か低下させることになる。

【００４７】なお、主スイッチ１８などの損失を考慮せ
ずに理想的な素子として計算すると、コンデンサＣ1か
らコンデンサＣ２に電荷が完全に移行されるまでの時間
（電流ｉ1が０になるまでの時間）τ１は、コンデンサ
Ｃ１，Ｃ２、コイルＬ１（磁気アシスト１９）が形成す
る電流ｉ1の流れるループの各容量、インダクタンスで
決まり、次の回路方程式（３）から求めることができ
る。

【００４８】 Ｌ1・ｄi1／ｄt＋１／Ｃ1・∫ｉ1ｄt＋１／Ｃ2・∫ｉ2ｄt＝０ … (3) 故に、 τ１＝π（Ｌ1・Ｃ1・Ｃ2／（Ｃ1＋Ｃ2））1/2 が得られる。

【００４９】以下、制御器３で行われる具体的な制御の
内容を図２に示すフローチャートを併せ参照して説明す
る。本実施形態では、レーザガスの制御を併用すること
によって電源１７の電圧Ｖを上記制御最大電圧ＶM以下
で変化させ、レーザ光ＬaのエネルギーＥを所望の一定
レベルに制御する場合を想定している。

【００５０】レーザ装置の運転開始にあたり、まず真空
ポンプによって所定のガス圧になるまで排気が行われ、
レーザチャンバ４内の旧ガスが排気される。つぎにバル
ブ１４ａ…が所要に開閉され、圧力センサ１３の出力Ｐ
が所定の設定値になるまで、希ガス、ハロゲンガスおよ
びバッファガスのそれぞれが順次注入される。

【００５１】こうしたレーザガスのチャンバ４内への注
入がなされると、その後チャンバ４内のガス循環用のブ
ロア８の起動、電源１７のウオームアップ等といったシ
ーケンシャルな制御が順次実行されていき、レーザ装置
の運転が可能な状態となる。そこで、レーザ装置の運転
に先だって、まず、図２のステップ１０１に示されるよ
うに、目標レーザ出力Ｅc、ハロゲンガス注入パルス数
間隔Ｎc、電源１７の電圧Ｖの許容最大値Ｖmax、許容最
小値Ｖminが設定されると共に、パルス数カウンタリセ
ット（Ｎ＝０）が行われる。

【００５２】ここで、許容最大値Ｖmaxは、上述した制
御最大電圧ＶＭの値そのものを使用してもよく、制御最
大電圧ＶＭよりも微小量Δｖだけ低い値ＶＭ−Δｖ（Δ
ｖ＞０）を用いてもよい。

【００５３】結局、電源電圧の許容最大値Ｖmaxが制御
最大電圧ＶMと同一またはその値以下の値ＶＭ−Δｖに
なっていれば、コンデンサＣ1からコンデンサＣ2への全
電荷転送終了前にコンデンサＣ2からコンデンサＣ3への
電荷転送が開始されるという不具合が回避でき、本発明
の目的を達成することができる。

【００５４】許容最小値Ｖminは、ガスレーザの発振効
率等のパラメータに配慮して適宜設計しておけばよい。

【００５５】その後、レーザ装置の運転が開始される
と、光出力検出器１５によって検出されたレーザ出力
Ｅ、電圧検出器によって検出された充電電圧Ｖ、圧力セ
ンサ１３によって検出されたチャンバ内圧力Ｐが制御器
３に逐次入力される。但し、検出充電電圧Ｖは指令電圧
Ｖaで代用してもよい（ステップ１０２）。

【００５６】制御器３は、検出レーザ出力Ｅを目標レー
ザ出力Ｅcと比較し（ステップ１０３）、Ｅ＜Ｅcであれ
ば充電電圧を｜ΔＶ｜だけ増加させて指令充電電圧Ｖa
とし（ステップ１０５）、Ｅ＝Ｅcであれば検出電圧Ｖ
をそのまま指令充電電圧Ｖaとし（ステップ１０４）、
Ｅ＞Ｅcであれば、検出充電電圧Ｖを｜ΔＶ｜だけ下げ
て充電指令電圧Ｖaとする（ステップ１０６）。なお、
以上のΔＶの計算は下記（４）式による。

【００５７】ΔＶ＝Ｋ・（Ｅc−Ｅ） … (4) 但し、Ｋは正の定数であって、レーザ光のエネルギーを
一定量だけ増減させるのに必要な電圧変化量を予め実測
しておき、決定することができる。

【００５８】さて、一般に目標値に近付ける制御を行う
場合、検出器の分解能や各種ノイズを考慮して不感帯が
設けられる。本実施形態においても、上記目標レーザ出
力Ｅcに不感帯を設けてもよい。すなわち、目標範囲の
下限値Ｅc−ΔＥと上限値Ｅc＋ΔＥを設定しておき、こ
の目標範囲Ｅc−ΔＥ〜Ｅc＋ΔＥ内に、レーザ出力Ｅが
入るように制御してもよい。

【００５９】さらに、制御器３は、上記ステップ１０４
〜１０６で求められた指令充電電圧Ｖa（現在の充電電
圧Ｖ）を、充電電圧制御範囲の最大値Ｖmax及び最小値
Ｖminと比較し（ステップ１０７）、Ｖmin≦Ｖa≦Ｖmax
であれば、レーザガス圧Ｐを現在の圧力に維持した状態
で（ステップ１０８）、次のステップ１１１へ移行す
る。

【００６０】しかし、Ｖa＞Ｖmaxであれば、希ガスボン
ベ９およびバッファガスボンベ１１から所定量の希ガス
ΔＧ１およびバッファガスΔＧ３をレーザチャンバ４内
に補給する処理を行い、ガス圧ＰをΔＰだけ上昇させて
からステップ１１１へ移行する（ステップ１１０）。

【００６１】Ｖa＜Ｖmaxであれば、レーザチャンバ４内
からレーザガスを所定量ΔＧ４だけ排気してガス圧をΔ
Ｐだけ減少させてからステップ１１１へ移行する（ステ
ップ１０９）。通常は、不純物ガスの発生およびウイン
ド等の汚損によりレーザガスは低下する傾向にあり、レ
ーザチャンバ４内の全ガス圧Ｐはガス補給と共に上昇す
るので、上記排気工程（ステップ１０９）は不要な場合
が多い。

【００６２】以上のようにレーザガスの制御（レーザガ
スの補給工程（ステップ１１０））を行っているのは、
電圧の制御（電圧の上昇変化（ステップ１０５））だけ
では、レーザ出力Ｅを補償できないほどにレーザガスが
劣化してしまうことがあり、これに対処するためであ
る。こうしたレーザガスの制御は既に多数の文献で開示
されているものを用いることができる。

【００６３】すなわち、ガスを補給する場合には（ステ
ップ１１０）、レーザチャンバ４内部を排気ポンプ１２
で真空排気して上で新規なレーザガスをレーザチャンバ
４内部に封入するというガス制御を行うことが考えられ
る。このとき、レーザチャンバ４を開封はせず、各ガス
のボンベ９，１０，１１からバルブ14a，14b，14c，14
d，14eで流量を制御しながらガスをチャンバ内へ送るこ
とができる。

【００６４】また、レーザ装置運転中には、ハロゲンガ
スをレーザチャンバ４内に補給する制御も行っている。

【００６５】すなわち、エキシマレーザ運転中は、電極
蒸発物等とハロゲンガスが反応してフッ化金属を生成
し、ハロゲンガスは減少する一方である。この減少はレ
ーザ運転時間あるいはレーザ発振パルス数Ｎに比例して
いる。

【００６６】そこで、発振パルス数Ｎに比例した量のハ
ロゲンガスをレーザチャンバ４内に補給するために、カ
ウントパルス数Ｎが所定の設定値Ｎcに達する毎に、ハ
ロゲンガスを所定量ΔＧ２だけレーザチャンバ内に補給
している（ステップ１１３，１１４，１１５）。

【００６７】この補給時点でカウントＮが０にリセット
され（ステップ１１６）、ステップ１１へ移行する。上
記パルス数Ｎは、光出力検出器１５における検出回数を
カウントすることによって得るようにしてもよく、ある
いはレーザ発振指令であるトリガ信号の回数をカウント
することによって得るようにしてもよい。

【００６８】ステップ１１１では、レーザチャンバ４内
のガス圧力Ｐが許容範囲内（最小値Ｐminと最大値Ｐmax
の間）にあるか否かを判断している。この圧力許容範囲
外ではレーザ発振の効率低下などの問題があり、レーザ
運転の継続は好ましくない。また、レーザチャンバ４内
の全ガスの交換、劣化部品の交換が必要である。 そこ
で、圧力許容範囲外の場合には、ステップ１１２におい
てアラーム表示、エラー処理等の異常処理がなされる。
この異常処理は、例えばレーザチャンバ４を真空引きし
て新しいレーザガスを封入するという処理のことであ
る。

【００６９】なお、上述したレーザガス制御は、既に周
知となっているさまざまな制御が可能である。例えば、
カナダのLUMONICS社が公表している技術（Excimer Lase
rs.Current Trendes and Future Directions Paper Pre
sented at SPIE O-E/LASE'89J.Reid etal.）のように、
電源電圧が上昇してある設定値に達したときに、ハロゲ
ンガスを注入して電源電圧を下げる制御（上記文献のFi
gure.4）を行うようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施形態の構成を示す図であ
る。

【図２】図２は本実施形態の処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図３】図３は実施形態の充放電回路の各部の電圧、電
流の波形を示すグラフである。

【図４】図４は図５に示す充放電回路の各部の電圧、電
流の波形を示すグラフである。

【図５】図５は磁気圧縮回路を用いた充放電回路を例示
した図である。

【符号の説明】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源と、該電源の電圧を放電電極に
   印加させる主スイッチと、該主スイッチと前記放電電極
   との間に介在されて、前記電源から前記放電電極に流れ
   る電流を前記電源の電圧の大きさに応じた時間の間阻止
   する磁気スイッチとを有した充放電回路を具えるととも
   に、前記放電電極が配設されたレーザチャンバ内にレー
   ザガスを供給して前記放電電極間の放電によって前記レ
   ーザガスを励起し、レーザ光を発振、出力させるように
   した放電励起型レーザ装置において、 前記充放電回路は、 前記電源の電圧に応じて充電される第１のコンデンサ
   と、前記主スイッチのオン動作に応じて前記第１のコン
   デンサに蓄積された電荷が転送される第２のコンデンサ
   と、該第２のコンデンサに蓄積された電荷が転送される
   第３のコンデンサと、前記主スイッチがオンされてから
   電源の電圧の大きさに応じた時刻に、前記第２のコンデ
   ンサに蓄積された電荷の前記第３のコンデンサへの転送
   を開始する前記磁気スイッチとを具えており、 前記第１のコンデンサの蓄積電荷が全て前記第２のコン
   デンサに転送された時点で、前記磁気スイッチが前記第
   ２のコンデンサから前記第３のコンデンサへの電荷の転
   送を開始するタイミングとなるよう前記電源の電圧値を
   予め求めておき、この電圧値を制御最大電圧として設定
   する制御最大電圧設定手段と、 前記レーザ光の出力を検出する出力検出手段と、 前記出力検出手段によって検出された前記レーザ光の出
   力が目標値又は目標範囲内からずれたことが検出された
   場合に、前記レーザ光の出力が前記目標値に一致するか
   又は前記目標範囲内に入るように、前記電源の電圧を前
   記制御最大電圧設定手段で設定された制御最大電圧以下
   の範囲で変化させる電圧制御手段とを具えた放電励起型
   レーザ装置における制御装置。
2. 【請求項２】 前記電源の電圧が前記制御最大電圧
   よりも大きくならないように、レーザチャンバ内のレー
   ザガスを制御するレーザガス制御手段をさらに具えた請
   求項１記載の放電励起型レーザ装置における制御装置。
3. 【請求項３】 前記制御最大電圧設定手段で設定さ
   れた制御最大電圧よりも所定量だけ小さい許容最大電圧
   を予め設定する許容最大電圧設定手段をさらに具え、 前記電圧制御手段は、 前記出力検出手段によって検出された前記レーザ光の出
   力が目標値又は目標範囲内からずれたことが検出された
   場合に、前記レーザ光の出力が前記目標値に一致するか
   又は前記目標範囲内に入るように、前記電源の電圧を前
   記許容最大電圧設定手段で設定された許容最大電圧以下
   の範囲で変化させるようにした、 請求項１記載の放電励起型レーザ装置における制御装
   置。
4. 【請求項４】 前記電源の電圧が前記許容最大電圧よ
   りも大きくなった場合に、前記電源の電圧が前記許容最
   大電圧以下になるように、レーザチャンバ内のレーザガ
   スを制御するレーザガス制御手段をさらに具えた請求項
   ３記載の放電励起型レーザ装置における制御装置。
5. 【請求項５】 前記レーザガス制御手段は、前記レー
   ザチャンバ内を真空引きした後に、新規なレーザガスを
   当該レーザチャンバ内に封入する制御を行うものである
   請求項２または４記載の放電励起型レーザ装置における
   制御装置。