JPH09260749A

JPH09260749A - ガスレーザ装置

Info

Publication number: JPH09260749A
Application number: JP8093179A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Komori; 浩小森; Yoshio Amada; 芳穂天田; Osamu Wakabayashi; 理若林
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03
Also published as: WO1997036352A1; TW343395B; KR100289097B1; KR20000004940A; US6151350A

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザガス交換直後のレーザ発振開始の当初
から所定の高いレーザ出力パワーが得られるガスレーザ
装置を提供する。【解決手段】使用済みのレーザチャンバ１内のレーザ
ガスを新鮮なレーザガスに交換するガスレーザ装置にお
いて、レーザガス交換後の新鮮なレーザガス中に使用済
みのレーザガスを所定量残存させるガス残存手段、ある
いは、新鮮なレーザガスに所定量の不純物ガスを添加す
る不純物ガス添加手段を備えている。交換後の使用済み
のレーザガスの濃度は、レーザガス中の１．５〜６０％
の範囲内が好ましい。上記ガス残存手段は、所定量の使
用済みのレーザガスが残存するようにガス排気を制御す
るガス排気制御機構１０、あるいは、貯蔵した使用済み
のレーザガスを所定量注入するレーザガス貯蔵容器２１
でもよい。上記不純物ガス添加手段は、所定濃度の不純
物ガスが添加されたレーザガスのレーザガスボンベを備
えても、又は不純物ガス容器４４と、不純物ガスの注入
を開閉するバルブ３８と、バルブ３８の開閉を制御する
制御器１１とを備えてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、材料加工、材料改
質、投影露光等の光源に用いるガスレーザ装置に関し、
特にはエキシマレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスレーザ装置は、製品へのマーキン
グ、孔開け、切断、材料改質等の材料加工用の光源とし
て利用されている。特に、紫外線領域において強力なレ
ーザ光を発生する希ガスハロゲンエキシマレーザ装置
は、その特性を利用して有機物質へのマーキング、アブ
レーション加工、一般材料への微細加工、表面改質、光
化学反応等の光源として用いられている。また、希ガス
ハロゲンエキシマレーザ装置は半導体製品の製造工程に
も用いられており、例えば、高密度の回路パターンを半
導体上に形成する光リソグラフィー工程に使用する投影
露光装置の光源として用いられている。さらに、希ガス
ハロゲンエキシマレーザ装置と機構上類似していて、か
つ希ガスハロゲンエキシマレーザ装置よりも短波長の紫
外光を発生するフッ素エキシマレーザ装置も、上記のよ
うな希ガスハロゲンエキシマレーザ装置の利用分野と同
様の分野での利用が期待されている。以下の説明では、
これらの希ガスハロゲンエキシマレーザ装置及びフッ素
エキシマレーザ装置を一括してエキシマレーザ装置と呼
ぶ。

【０００３】図１５は従来の典型的な放電励起式のガス
レーザ装置の構成を表す斜視図であり、同図に基づいて
説明する。レーザチャンバ１はレーザ光を発振させるレ
ーザ媒質ガス容器であり、内部にレーザ媒質ガス（以
後、レーザガスと言う）が充填される。また、レーザチ
ャンバ１内に、グロー放電を発生させてレーザガスを励
起する主放電電極２と、予備電離放電を発生させて主放
電電極２の主放電空間に初期電子を生成する予備電離電
極３とを備えている。さらに、レーザチャンバ１内に
は、レーザガスを循環させて主放電空間に新鮮なガスを
供給するファン７と、放電エネルギーにより温度上昇し
たレーザガスを冷却する熱交換器８とが設けられてい
る。レーザチャンバ１の外部には、主放電電極２及び予
備電離電極３に放電エネルギーを供給する高電圧パルス
電源４が備えられている。高電圧パルス電源４の内部に
は放電エネルギーを蓄積するための図示しないコンデン
サが設けられており、このコンデンサへの充電電圧を制
御することにより、上記放電エネルギーが制御されてい
る。なお、上記のレーザガスとしては、例えば炭酸ガス
レーザの場合は二酸化炭素ガスとヘリウムと窒素ガスの
混合ガスが用いられ、また、ＫｒＦエキシマレーザ装置
の場合はフッ素とクリプトンとバッファガス（ヘリウム
又はネオン）の混合ガスが、ＡｒＦエキシマレーザ装置
の場合はフッ素とアルゴンとバッファガス（ヘリウム又
はネオン）の混合ガス等が用いられる。

【０００４】通常のガスレーザ装置においては、レーザ
ガスの内で反応性の比較的高い成分ガス（例えば、フッ
素ガス等）は、レーザチャンバ１の内面やファン７及び
熱交換器８の表面等に付着して反応する。さらに、この
成分ガスは放電励起の際に電極材のスパッタリングによ
り発生した金属粒子の表面にも吸着して反応する。この
ために、上記反応性の比較的高い成分ガスの濃度は時間
の経過に従って減少して行く。また、時間の経過と共
に、レーザチャンバ１内に存在する水分、金属に吸蔵さ
れた水素原子等や、レーザチャンバ１内で使用されてい
るシール材や潤滑材等の高分子化合物の水素原子等と上
記成分ガスが反応して不純物ガスが発生し、レーザガス
内の不純物ガス濃度が上昇する。

【０００５】そして、上記のようにレーザガス中の上記
成分ガスの濃度が所定値よりも減少したり、あるいは、
不純物ガス濃度が所定値よりも増加した場合には、レー
ザ出力パワーが減少するようになる。ところが、前述の
ガスレーザ装置の利用分野において多くの場合には、レ
ーザ出力パワーが一定であることが望まれている。そこ
で、通常は、レーザ出力パワーが一定になるように、レ
ーザガスの上記成分ガスを適度に注入してガス濃度を制
御したり、あるいは励起のための投入エネルギーを増加
させるように高電圧パルス電源４の前記充電電圧を制御
している。

【０００６】一方、レーザチャンバ１の耐圧限界や高電
圧パルス電源４が投入可能なエネルギーの限界があるの
で、前記充電電圧を高くするのに制限がある。さらに
は、レーザ出力パワー以外のレーザ出力光特性（スペク
トル線幅やビーム幅等）を保持する必要があるので、上
記成分ガスの注入量にも制限がある。これにより、上記
のような成分ガス注入量や投入エネルギーの調整による
レーザ出力パワーの制御にも限界がある。このように、
レーザ出力パワーの制御を行うのに限界が生じて来た状
態のレーザガスを、以後「使用済のレーザガス」と呼
ぶ。したがって、レーザ出力パワーの制御が限界に近づ
いた場合には、一般的にレーザガスの交換を行なってい
る。このレーザガス交換の手順は、例えば次のようにし
ている。レーザチャンバ１内の使用済のレーザガスを図
示していない排気装置により排気してレーザチャンバ１
内を略真空状態にした後に、図示していないレーザガス
ボンベ等のレーザガス供給手段から所定量の新鮮なレー
ザガスをレーザチャンバ１内に注入している。これによ
って、再びレーザ出力パワーの制御が可能となり、一定
の出力を得ることが期待できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように使用済みのレーザガスを新鮮なレーザガスに全て
交換した場合には、本来、ガス交換直後のレーザ発振の
当初からレーザ出力パワーが高い水準に回復することが
期待されるが、実際にはレーザガス交換直後のレーザ出
力パワーが低下する現象が発生している。この現象は、
特にエキシマレーザ装置において顕著に発生しており、
中でもＡｒＦエキシマレーザ装置及びフッ素エキシマレ
ーザ装置では非常に顕著である。図１６は、レーザ出力
パワーのレーザガス交換直後からの時間的な経過を表し
ている。同図において、励起エネルギーは一定であり、
また成分ガスの注入等の出力パワーを一定に保持する制
御は行っていない。同図に示すように、レーザガス交換
直後には出力パワーは低い値から始まり、徐々に増加し
て所定時間後に定常値になる傾向がある。このとき、レ
ーザガス交換直後の出力パワーは非常に低いため、励起
エネルギーを上限まで増加させても所定の定格出力パワ
ーが出力できないという問題が生じる。このような問題
を解決するために、従来から効果の理由は不明であった
が、以下に示すようないくつかの方法が取られている。

【０００８】第一には、レーザガス交換後に１０分〜１
時間程度レーザ発振を行わずに放置しておく方法であ
る。この方法により放置後にレーザ発振を開始した場合
は、発振当初より所定の定格出力パワーが得られてい
る。第二には、レーザガス交換後に数分〜３０分間程度
レーザ発振を行なう方法である。この場合は、上記第一
の方法よりも早期に所定の定格出力パワーを得ることが
できる。第三には、レーザガスの温度を高く（例えば、
３０〜４０度に）する方法である。この場合も、上記第
一の方法よりも早期に所定の定格出力パワーを得ること
ができる。

【０００９】しかしながら、上記第一の方法のように、
レーザガス交換後にレーザ発振を行わずに放置しておく
ことは、レーザ装置の稼働率を低下させることになる。
通常のレーザガス交換作業には１５分程度の時間を要し
ており、この時間を合わせると最大で１時間以上のレー
ザ装置の休止時間が発生することになる。このため、レ
ーザ装置による生産効率が低下するという問題を生じて
いる。また、上記第二の方法においても、第一の方法よ
りも時間は短くはなるが、同様にレーザ装置の休止時間
が増加するので、レーザ装置による生産効率が低下する
という問題が生じる。さらに、出力パワーの回復のため
のレーザ発振を行っている間に消費するエネルギー等は
直接生産に結びつかないので浪費していることになり省
エネの目的から好ましくなく、また、これによりレーザ
装置やレーザガス等の寿命を低下させることになってい
る。さらに、上記第三の方法では、レーザガスの温度を
最適な範囲に制御するために、熱交換器８に流れる冷媒
の流量を調整したり、又は、冷媒の温度を調整する等の
レーザガスの温度調節機構が必要になる。この結果、レ
ーザ装置全体の機構が複雑で信頼性が低下し、かつ高価
なものになるという問題がある。

【００１０】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、レーザガス交換直後のレーザ発振開始の
当初から所定の高いレーザ出力パワーが得られるガスレ
ーザ装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、レーザ
光を所定パルス数以上発振し、レーザ出力パワーが制御
不可になった使用済みのレーザチャンバ１内のレーザガ
スを新鮮なレーザガスに交換するガスレーザ装置におい
て、レーザガスの交換時、交換後の新鮮なレーザガス中
に上記使用済みのレーザガスの一部を残存させるガス残
存手段を備えた構成としている。

【００１２】請求項１に記載の発明によると、レーザガ
ス交換時に、使用済みのレーザガスの一部をガス残存手
段によりレーザチャンバ１内に残存させ、新鮮なレーザ
ガスと混合しており、これによってガス交換直後の発振
開始の当初からレーザ出力パワーが低下せずに発振可能
となる。したがって、ガスレーザ装置の稼働率を低下さ
せることがないので、生産効率を向上できる。

【００１３】請求項２に記載の発明は、交換後の前記使
用済みのレーザガスの濃度が、交換後のレーザガス中の
１．５％以上から６０％以下の範囲内にあることを特徴
としている。

【００１４】請求項２に記載の発明によると、交換後の
使用済みのレーザガスの濃度が交換後のレーザガス中の
１．５〜６０％の範囲内になるように使用済みのレーザ
ガスを残存させることにより、ガス交換直後の発振開始
の当初からレーザ出力パワーが低下せず、より安定して
発振可能となる。したがって、ガスレーザ装置の稼働率
を低下させることがないので、生産効率を向上できる。

【００１５】請求項３に記載の発明は、前記ガス残存手
段は、レーザガス交換時に所定量の使用済みのレーザガ
スがレーザチャンバ１内に残存するようにガス排気を制
御するガス排気制御機構１０であることを特徴としてい
る。

【００１６】請求項３に記載の発明によると、ガス排気
制御機構はレーザガス交換時にガス排気を制御し、所定
量の使用済みのレーザガスがレーザチャンバ１内に残存
するようにしている。このレーザチャンバ１内に新たに
注入した新鮮なレーザガスと上記残存ガスとを混合した
レーザガスによってレーザ発振させることにより、ガス
交換直後の発振開始の当初からレーザ出力パワーが低下
せずに発振可能となる。したがって、ガスレーザ装置の
稼働率を低下させることがないので、生産効率を向上で
きる。

【００１７】請求項４に記載の発明は、前記ガス残存手
段は、レーザチャンバ１に付設され、前記使用済みのレ
ーザガスをレーザチャンバ１から取り込んで貯蔵した後
に、この貯蔵した使用済みのレーザガスをレーザチャン
バ１内に所定量注入するレーザガス貯蔵容器２１である
ことを特徴としている。

【００１８】請求項４に記載の発明によると、レーザガ
ス貯蔵容器内に使用済みのレーザガスがレーザチャンバ
１から取り込まれて貯蔵され、レーザ交換時には、レー
ザチャンバ１内の使用済みレーザガスを完全に排気した
後にレーザガス貯蔵容器からレーザチャンバ１内に所定
量の使用済みレーザガスが注入される。そして、レーザ
チャンバ１内に新たに注入した新鮮なレーザガスと上記
使用済みレーザガスとを混合したレーザガスによってレ
ーザ発振させることにより、ガス交換直後の発振開始の
当初からレーザ出力パワーが低下せずに発振可能とな
る。よって、ガスレーザ装置の稼働率を低下させること
がないので、生産効率を向上できる。

【００１９】請求項５に記載の発明は、前記ガス排気制
御機構１０は、レーザチャンバ１内のガス圧を検出する
圧力センサ１２と、レーザチャンバ１内の前記使用済み
のレーザガスを排気するバルブ１３と、圧力センサ１２
の検出信号に基づいて、所定量の使用済みのレーザガス
がレーザチャンバ１内に残存するようにバルブ１３に駆
動指令を出力する制御器１１とを備えた構成としてい
る。

【００２０】請求項５に記載の発明によると、制御器は
レーザチャンバ１内のガス圧の検出値に基づいてバルブ
の開閉を制御してガス排気を制御することにより、精度
良く所定量の使用済みのレーザガスをレーザチャンバ１
内に残存させることが可能となる。よって、ガス交換直
後の発振開始の当初から確実にレーザ出力パワーを低下
させずに発振可能となる。したがって、ガスレーザ装置
の稼働率を低下させることがないので、生産効率を向上
できる。

【００２１】請求項６に記載の発明は、前記ガス排気制
御機構１０は、レーザチャンバ１内の前記使用済みのレ
ーザガスを排気するバルブ１３と、レーザガス排気開始
時からのガス排気時間を計測し、このガス排気時間に基
づいて、所定量の使用済みのレーザガスがレーザチャン
バ１内に残存するようにバルブ１３に駆動指令を出力す
る制御器１１とを備えた構成としている。

【００２２】請求項６に記載の発明によると、制御器は
レーザガス排気開始時からのガス排気時間を計測し、こ
のガス排気時間に基づいてバルブの開閉を制御してガス
排気を制御することにより、精度良く所定量の使用済み
のレーザガスをレーザチャンバ１内に残存させることが
可能となる。よって、ガス交換直後の発振開始の当初か
ら確実にレーザ出力パワーを低下させずに発振可能とな
る。したがって、ガスレーザ装置の稼働率を低下させる
ことがないので、生産効率を向上できる。

【００２３】請求項７に記載の発明は、前記ガス排気制
御機構１０が、レーザチャンバ１内のガス圧が所定値よ
り大きいときに前記使用済みのレーザガスを排気し、こ
のガス圧が所定値以下になったときに排気を停止する圧
力制御弁１７を備えた構成としている。

【００２４】請求項７に記載の発明によると、圧力制御
弁はレーザチャンバ１内のガス圧が所定値になるように
前記使用済みのレーザガスを排気し、精度良く所定量の
使用済みのレーザガスを残存させることができる。これ
により、ガス交換直後の発振開始の当初から確実にレー
ザ出力パワーを低下させずに発振可能となる。したがっ
て、ガスレーザ装置の稼働率を低下させることがないの
で、生産効率を向上できる。

【００２５】請求項８に記載の発明は、レーザ光を所定
パルス数以上発振し、レーザ出力パワーが制御不可にな
った使用済みのレーザチャンバ１内のレーザガスを新鮮
なレーザガスに交換するガスレーザ装置において、レー
ザガスの交換時、交換後の新鮮なレーザガスに所定量の
不純物ガスを添加する不純物ガス添加手段を備えた構成
としている。

【００２６】請求項８に記載の発明によると、不純物ガ
ス添加手段はレーザガス交換後の新鮮なレーザガスに所
定量の不純物ガスを添加する。この混合したレーザガス
によりレーザ発振させることによって、ガス交換直後の
発振開始の当初から確実にレーザ出力パワーを低下させ
ずに発振可能となる。したがって、ガスレーザ装置の稼
働率を低下させることがないので、生産効率を向上でき
る。

【００２７】請求項９に記載の発明は、前記不純物ガス
添加手段は、所定濃度の不純物ガスが添加されたレーザ
ガスが充填されたレーザガスボンベを備えた構成として
いる。

【００２８】請求項９に記載の発明によると、新鮮なレ
ーザガスに予め所定濃度の不純物ガスが添加されたもの
を貯蔵しているレーザガスボンベを使用し、レーザガス
交換時にはこのレーザガスボンベから所定量のレーザガ
スを注入する。この不純物ガスが混合したレーザガスに
よりレーザ発振させることによって、ガス交換直後の発
振開始の当初から確実にレーザ出力パワーを低下させず
に発振可能となる。したがって、ガスレーザ装置の稼働
率を低下させることがないので、生産効率を向上でき
る。

【００２９】請求項１０に記載の発明は、前記不純物ガ
ス添加手段は、不純物ガスを貯蔵している不純物ガス容
器４４と、不純物ガス容器４４の不純物ガスのレーザチ
ャンバ１内への注入を開閉するバルブ３８と、前記交換
後の新鮮なレーザガスに所定量の不純物ガスを添加する
ようにバルブ３８に駆動指令を出力する制御器１１とを
備えた構成としている。

【００３０】請求項１０に記載の発明によると、制御器
はレーザガス交換時に不純物ガス容器からレーザチャン
バ１内への不純物ガスの注入量を制御し、交換後の新鮮
なレーザガスに所定量の不純物ガスが添加される。この
混合したレーザガスによりレーザ発振させることによっ
て、ガス交換直後の発振開始の当初から確実にレーザ出
力パワーを低下させずに発振可能となる。したがって、
ガスレーザ装置の稼働率を低下させることがないので、
生産効率を向上できる。

【００３１】請求項１１に記載の発明は、前記不純物ガ
ス添加手段は、不純物ガスを生成する不純物ガス生成器
４５と、不純物ガス生成器４５の不純物ガスのレーザチ
ャンバ１内への注入を開閉するバルブ３８と、前記交換
後の新鮮なレーザガスに所定量の不純物ガスを添加する
ようにバルブ３８に駆動指令を出力する制御器１１とを
備えた構成としている。

【００３２】請求項１１に記載の発明によると、制御器
はレーザガス交換時に不純物ガス生成器からレーザチャ
ンバ１への不純物ガスの注入量を制御し、交換後の新鮮
なレーザガスに所定量の不純物ガスが添加される。この
混合したレーザガスによりレーザ発振させることによっ
て、ガス交換直後の発振開始の当初から確実にレーザ出
力パワーを低下させずに発振可能となる。したがって、
ガスレーザ装置の稼働率を低下させることがないので、
生産効率を向上できる。

【００３３】請求項１２に記載の発明は、前記不純物ガ
スが、フッ化水素（ＨＦ）、四フッ化炭素（ＣＦ₄）又
は酸素（Ｏ₂）の少なくともいずれか一つのガスで構成
されることを特徴としている。

【００３４】請求項１２に記載の発明によると、交換後
の新鮮なレーザガスにフッ化水素（ＨＦ）、四フッ化炭
素（ＣＦ₄）又は酸素（Ｏ₂）の少なくともいずれか一
つのガスにより構成される不純物ガスを添加する。これ
によって、ガス交換直後の発振開始の当初から確実にレ
ーザ出力パワーを低下させずに発振可能となる。したが
って、ガスレーザ装置の稼働率を低下させることがない
ので、生産効率を向上できる。

【００３５】

【発明の実施の形態】従来、レーザガス交換直後に所定
の定格出力パワーが得られないという問題に対応して、
レーザガス交換後に１０分から１時間程度レーザ発振を
行わずに放置する方法や、レーザガス交換後に数分から
３０分間程度レーザ発振を行なう方法等が実施されて来
た。この対応策による効果の理由については従来不明で
あったが、本発明の提案者らは、その理由がレーザガス
中の不純物ガス濃度にあることを解明した。通常、レー
ザガス中の不純物ガスはレーザ出力パワーの低下原因と
なるが、ある種のレーザ装置、例えばエキシマレーザ装
置においてはレーザ出力パワーに対して最適な不純物ガ
ス濃度が存在することが判明した。この現象は、エキシ
マレーザ装置の中でも特にＡｒＦエキシマレーザ装置、
フッ素エキシマレーザ装置において顕著となっている。

【００３６】従来の対応策による効果の理由は、以下の
ように説明される。すなわち、第一の方法のレーザガス
交換後に１０分〜１時間程度レーザ発振をせずに放置す
ることにより出力が回復するのは、この間に反応性の高
いハロゲンガス等によりレーザチャンバ１内で反応が進
み、不純物ガス濃度が前記最適値に近づくためである。
また、第三の方法のレーザガスの温度を高く（３０度〜
４０度）することにより出力が回復するのは、レーザチ
ャンバ１内での不純物ガス発生の反応速度が正の温度依
存性を有するためであり、このためにさらに早く不純物
ガス濃度を前記最適値に近づけることができる。さら
に、第二の方法のレーザガス交換後に数分〜３０分間程
度レーザ発振を行なうことにより出力が回復するのも、
この発振時の放電励起エネルギーでレーザガスの温度が
高くなり、これにより早く不純物ガス濃度を前記最適値
に近づけることができるものと考えられる。

【００３７】上記のことに着目して本発明は成されたも
のであり、本発明に係わるガスレーザ装置はガス残存手
段を設けており、このガス残存手段によって、レーザガ
ス交換の際に、交換後の新鮮なレーザガスの中に使用済
みのレーザガスの一部を残存させるようにしている。あ
るいは、不純物ガス添加手段を設けており、この不純物
ガス添加手段により所定量の不純物ガスを新鮮なレーザ
ガスに添加するようにしている。

【００３８】本発明の効果を図１７に表しており、図１
７(a) 及び(b) はそれぞれ、レーザ出力パワーを一定に
保つように高電圧パルス電源４の放電励起のための前記
充電電圧を制御した場合の、不純物ガス濃度に対する出
力パワー及び前記充電電圧の時間的な推移を示してい
る。ここで、同図の横軸はレーザガス交換後のレーザ発
振パルス数を表している。同図において、レーザガス交
換直後から本発明によらない通常の方法でレーザ発振さ
せた場合を破線により示しているが、この場合には、図
１７(b) に示すように出力パワーを一定に保つために必
要な充電電圧が通常出力可能な上限値ＶMAX を越えてし
まうので、実際にはこの必要な充電電圧を印加できな
い。このために、図１７(a) に示すように所定の出力パ
ワーを得ることができず、低い出力パワーとなる。

【００３９】一方、本発明に係わる方法により、交換後
の新鮮なレーザガスの中に使用済みのレーザガスの一部
を残存させるようにすると、レーザガス交換直後に出力
パワーを一定にするのに必要な充電電圧は残存量の増加
に伴い低下する。そして、図１７(b) に示すように、使
用済みのレーザガスの濃度が交換後のレーザガスの１．
５％のときに充電電圧は上限値ＶMAX となり、所定の出
力パワーＰ0 を得ることができる。さらに、使用済みの
レーザガスの残存量の濃度を増加するに伴い、レーザガ
ス交換直後に出力パワーを一定にするのに必要な充電電
圧は低下して行く。これによって、レーザガス交換直後
のレーザ発振当初から所定の出力パワーＰ0 を得ること
ができる。なお、使用済みのレーザガスの残存量の濃度
をむやみに増加させることはレーザガスの劣化を早める
ことになり、それ故図１７(b) に示すように出力パワー
を一定にするのに必要な充電電圧が発振パルス数に従っ
て早期に上限値ＶMAX に到達してしまう。このことか
ら、使用済みのレーザガスの残存量の濃度は所定の範囲
以内になるように制御されることが望ましい。本発明の
提案者らは、レーザ出力パワーに対して最適な不純物ガ
ス濃度は１０％であることを見い出し、この時にレーザ
出力パワーが最大となることを確認している。したがっ
て、不純物ガス濃度を制御する際の最も好ましい範囲は
５〜４０％であるが、１．５〜６０％の範囲でもレーザ
ガス交換直後のレーザ発振当初から所定の出力パワーＰ
0 を得ることができる。

【００４０】また、同様にして、使用済みのレーザガス
の一部を残存させる代わりに、不純物ガスをレーザガス
中に添加した場合にも、レーザガス交換直後の充電電圧
を低下させる効果がある。このときの添加する不純物ガ
スとしては、例えばフッ化水素（ＨＦ）、四フッ化炭素
（ＣＦ₄）又は酸素（Ｏ₂）等の少なくともいずれかの
ガスで構成される。これにより、レーザガス交換直後の
レーザ発振当初から所定の出力パワーＰ0 を得ることが
可能となる。

【００４１】以下に、図面を参照しながら具体的な実施
形態を示して詳細に説明する。図１は、本発明に係わる
ガスレーザ装置の基本構成を表している。レーザチャン
バ１には直接又は配管を介してガス排気制御機構１０が
接続されており、レーザガス交換時にガス排気制御機構
１０によりレーザガスが排気される。レーザガス供給手
段３１〜３３等はレーザガスをレーザチャンバ１内に供
給し、一般的にはレーザガスが充填されたガスボンベや
レーザガス発生装置等で構成される。例えばＡｒＦエキ
シマレーザ装置の場合には、ネオン又はヘリウムのバッ
ファガスを供給するバッファガス供給手段３１と、アル
ゴン及びネオンの混合ガスを供給するアルゴン供給手段
３２と、フッ素及びネオンの混合ガスを供給するフッ素
供給手段３３とを備えている。これらのガス供給手段３
１〜３３はそれぞれバルブ３４、３５、３６に接続され
ており、さらにバルブ３４、３５、３６は配管３７を介
してレーザチャンバ１に接続されている。バルブ３４、
３５、３６の開閉によって、各レーザガスのレーザチャ
ンバ１内への供給量が調整される。なお、破線で囲った
範囲がガスレーザ装置に内蔵されるのが一般的である
が、場合によっては、ガス排気制御機構１０が有する排
気ポンプはガスレーザ装置外に配設されて配管を介して
接続されることもある。

【００４２】図２は第一実施形態を表すガスレーザ装置
の構成図を表しており、同図において図１と同じ構成部
品には同一の符号を付してここでの説明を省く。レーザ
チャンバ１と配管３７との接続部にバルブ１６が設けら
れると共に、配管３７から分岐した配管１９はバルブ１
３、トラップ１４を介して排気ポンプ１５に接続されて
いる。ここで、排気ポンプ１５はレーザガス交換時にレ
ーザチャンバ１内のレーザガスを吸引排気するものであ
り、その内部にはハロゲンガス除去用の活性炭が含まれ
たフィルター等も装着されている。また、トラップ１４
は本ガスレーザ装置がエキシマレーザ装置である場合に
必要とするものであり、排気ポンプ１５により排気され
るレーザガス中のハロゲンガスを吸着する。これによ
り、人体に有害であり、また排気ポンプ１５の上記フィ
ルタに温度異常上昇等の弊害を及ぼすハロゲンガスが除
去された後に排気される。また、レーザチャンバ１には
内部のガス圧を検出する圧力センサ１２が設けられてい
る。上記各バルブ１３、１６、３４〜３６は電磁弁、あ
るいは電磁弁を介したエア駆動バルブ等で構成されてい
る。なお、バルブ１６は手動式のバルブでもよい。そし
て、これらの各バルブ１３、１６、３４〜３６の駆動指
令、排気ポンプ１５の駆動指令は制御器１１から出力さ
れ、また圧力センサ１２の検出信号は制御器１１に接続
されている。

【００４３】制御器１１は例えばマイクロコンピュータ
を主体にしたコンピュータシステムで構成されている。
制御器１１には、上記信号の他に、図示しないモニタ装
置からレーザ出力パワーやレーザ特性をモニタするため
のモニタ信号が入力されたり、図示しない外部の他装置
からガス交換指令等の指令信号も入力される。制御器１
１は上記モニタ信号に基づいてレーザガスの交換が必要
と判断したとき、あるいは、上記外部装置から上記ガス
交換指令を入力したときに、圧力センサ１２の検出信号
を監視しながら、上記各バルブ及び排気ポンプ１５の駆
動を制御し、レーザガスの交換を開始する。

【００４４】図３は制御器１１のレーザガス交換時のレ
ーザガス残存処理フローチャート例を表しており、以下
同図に基づいて処理内容を詳細に説明する。なお、本処
理フローチャートはサブルーティン形式で表されてお
り、また、これ以後の説明においても同様とする。ここ
で、バルブ１６は開いた状態で、バルブ１３、３４〜３
６は閉じた状態とする。また、以下の説明では各処理の
ステップ番号にＳを付して示す。Ｓ１で排気ポンプ１５
に駆動指令を出力すると共にバルブ１３を開け、レーザ
チャンバ１内のレーザガスの排気を開始する。次に、Ｓ
２で排気開始からの排気時間Ｔをチェックし、排気時間
Ｔと所定時間Ｔ1 とを比較する。比較の結果、排気時間
Ｔが所定時間Ｔ1 以下のときは、Ｓ３において圧力セン
サ１２の検出値Ｐと所定圧力値Ｐ1 とを比較する。そし
て、この比較の結果、検出値Ｐが所定圧力値Ｐ1 より大
きいときは、レーザチャンバ１内のガス圧が高いので、
排気ポンプ１５の保護のためにＳ４〜Ｓ５の処理を行っ
て徐々にガスを排気する。すなわち、Ｓ４では所定時間
ΔＴ1 だけバルブ１３を開けて排気し、次にＳ５で所定
の待ち時間ΔＴ2 だけバルブ１３を閉じた後に、Ｓ２に
戻ってＳ２〜Ｓ５までを繰り返す。これにより、排気時
間Ｔが所定時間Ｔ1 に達するまで、又は、レーザチャン
バ１内のガス圧が所定圧力値Ｐ1 以下になるまでの間、
所定時間ΔＴ1 だけバルブ１３を開けて排気した後に所
定の待ち時間ΔＴ2 だけバルブ１３を閉じる動作を繰り
返す。

【００４５】Ｓ３でレーザチャンバ１内のガス圧の検出
値Ｐが所定圧力値Ｐ1 以下になったときは、Ｓ６でバル
ブ１３を開け、次にＳ７で上記検出値Ｐと所定圧力値Ｐ
2 とを比較する。ここで、所定圧力値Ｐ2 は所定圧力値
Ｐ1 より小さいものとする。比較の結果、検出値Ｐが所
定圧力値Ｐ2 より大きいときは、さらにＳ８で前記排気
時間Ｔと所定時間Ｔ2 とを比較し、排気時間Ｔが所定時
間Ｔ2 以下のときはＳ９に進んで所定時間ΔＴ3 だけ待
った後、Ｓ７へ戻る。なお、Ｓ９での所定時間ΔＴ3 待
つ処理は無くてもよい。ここで、所定時間Ｔ2 は所定時
間Ｔ1 より大きいものとする。そして、Ｓ７〜Ｓ９の処
理を繰り返し、レーザチャンバ１内のガス圧が所定圧力
値Ｐ2 以下になるまでバルブ１３を開けておく。Ｓ７に
おいてレーザチャンバ１内のガス圧が所定圧力値Ｐ2 以
下になったときは、Ｓ１０でバルブ１３を閉じ、次にＳ
１１で通常のレーザガス交換時に行うレーザガス導入処
理を実施する。この通常のレーザガス導入処理は、例え
ば各レーザガスを所定圧力値になるまで導入すること等
により可能である。この後、リターンへ進み処理を終了
する。

【００４６】Ｓ８で排気時間Ｔが所定時間Ｔ2 より大き
くなったときは、所定時間Ｔ2 が経過してもレーザチャ
ンバ１内のガス圧が所定圧力値Ｐ2 以下にならなかった
場合であり、排気制御に何か異常が発生している可能性
があると判断してＳ１２に進む。さらに、Ｓ２において
も排気時間Ｔが所定時間Ｔ1 より大きくなったときは、
所定時間Ｔ1 が経過してもレーザチャンバ１内のガス圧
が所定圧力値Ｐ1 以下にならなかった場合であり、上記
同様に排気制御に異常発生と判断してＳ１２に進む。Ｓ
１２では異常信号を出力し、例えば警報ブザーや警告ラ
ンプ等により作業者に異常を知らせると共に、外部装置
にも異常発生信号を送信する。そして、Ｓ１３では、各
バルブを制御してレーザガス供給停止や排気停止、及び
レーザ発振停止等の異常処理を行なう。この後、エンド
へ進み処理を終了する。

【００４７】このようにして、レーザガス交換時にレー
ザチャンバ１内の使用済みのレーザガスを排気する際
に、レーザチャンバ１内のガス圧に基づいて排気のため
のバルブの開閉を制御することにより、レーザチャンバ
１内の使用済みのレーザガスを所定量残存させるように
している。これにより、精度よく残存量が制御される。
この後、新鮮なレーザガスをレーザチャンバ１内に導入
して混合させる。各レーザガスの導入が完了した時、所
定濃度の不純物ガスがレーザガス内に含まれていること
になる。したがって、レーザ発振を開始した当初からレ
ーザ出力パワーが低下せずに発振させることが可能とな
る。

【００４８】次に、第二実施形態の例を図４及び図５に
基づいて説明する。ここで、本実施形態における構成は
図２と同様とする。図４は制御器１１のレーザガス残存
処理フローチャート例を表しており、図５はこのフロー
チャートを説明するための、レーザチャンバ１内のレー
ザガスの圧力Ｐと排気時間Ｔとの関係図である。以下
に、図４及び図５を参照して処理フローチャートを説明
する。ここで、バルブ１６は開いた状態で、バルブ１
３、３４〜３６は閉じた状態とする。図４において、Ｓ
２１で排気ポンプ１５に駆動指令を出力し、レーザチャ
ンバ１内のレーザガスの排気を開始する。次に、Ｓ２２
で排気開始からの排気時間Ｔをチェックし、排気時間Ｔ
と所定時間Ｔ3 とを比較する。比較の結果、排気時間Ｔ
が所定時間Ｔ3 以下のときは、図５に示すようにレーザ
チャンバ１内のガス圧が高いので、排気ポンプ１５の保
護のためにＳ２３〜Ｓ２４の処理を行って徐々にガスを
排気する。すなわち、Ｓ２３では所定時間ΔＴ1 だけバ
ルブ１３を開けて排気し、次にＳ２４で所定の待ち時間
ΔＴ2 だけバルブ１３を閉じた後に、Ｓ２２に戻ってＳ
２２〜Ｓ２４までを繰り返す。これにより、排気時間Ｔ
が所定時間Ｔ3 に達するまでの間、所定時間ΔＴ1 だけ
バルブ１３を開けて排気した後に所定の待ち時間ΔＴ2
だけバルブ１３を閉じる動作を繰り返す。なお、所定時
間Ｔ3 は、レーザチャンバ１内の圧力Ｐが排気ポンプ１
５を保護できる所定の圧力値Ｐ3 に達するための最大の
排気時間Ｔに設定しておく。

【００４９】Ｓ２２において排気時間Ｔが所定時間Ｔ3
より大きくなったときは、Ｓ２５で圧力センサ１２の検
出値Ｐと所定圧力値Ｐ3 とを比較する。この比較の結
果、検出値Ｐが所定圧力値Ｐ3 以下のときは、Ｓ２６で
バルブ１３を開け、次にＳ２７で前記排気時間Ｔと所定
時間Ｔ4 とを比較し、排気時間Ｔが所定時間Ｔ4 以下の
ときはＳ２８に進んで所定時間ΔＴ3 だけ待った後、Ｓ
２７へ戻る。なお、Ｓ２８での所定時間ΔＴ3 だけ待つ
処理は無くてもよい。ここで、所定時間Ｔ4 は所定時間
Ｔ3 より大きいものとする。そして、Ｓ２７〜Ｓ２８の
処理を繰り返し、排気時間Ｔが所定時間Ｔ4 以上になる
まで（すなわち、レーザチャンバ１内のガス圧が所定圧
力値Ｐ4 以下になるまで）バルブ１３を開けておく。Ｓ
２７において排気時間Ｔが所定時間Ｔ4 以上になったと
きは、Ｓ２９で上記検出値Ｐと所定圧力値Ｐ4 とを比較
する。ここで、所定圧力値Ｐ4 は所定圧力値Ｐ3 より小
さいものとする。比較の結果、検出値Ｐが所定圧力値Ｐ
4 以下のときは、Ｓ３０でバルブ１３を閉じ、次にＳ３
１で前述のＳ１１と同様の通常のレーザガス導入処理を
実施する。この後、リターンへ進み処理を終了する。

【００５０】Ｓ２９で検出値Ｐが所定圧力値Ｐ4 より大
きいときは、所定時間Ｔ4 が経過してもレーザチャンバ
１内のガス圧が所定圧力値Ｐ4 以下にならなかった場合
であり、排気制御に何か異常が発生している可能性があ
ると判断してＳ３２に進む。さらに、Ｓ２５においても
検出値Ｐが所定圧力値Ｐ3 より大きいときは、所定時間
Ｔ3 が経過してもレーザチャンバ１内のガス圧が所定圧
力値Ｐ3 以下にならなかった場合であり、上記同様に排
気制御に異常発生と判断してＳ３２に進む。Ｓ３２では
異常信号を出力し、例えば警報ブザーや警告ランプ等に
より作業者に異常を知らせると共に、外部装置にも異常
発生信号を送信する。そして、Ｓ３３では各バルブを制
御してレーザガス供給停止や排気停止、及びレーザ発振
停止等の異常処理を行ない、エンドへ進み処理を終了す
る。

【００５１】このようにして、レーザガス交換時にレー
ザチャンバ１内の使用済みのレーザガスを排気する際
に、排気時間に基づいて排気のためのバルブの開閉を制
御することにより、レーザチャンバ１内の使用済みのレ
ーザガスを所定量残存させるようにしている。これによ
り、精度よく残存量が制御される。この後、新鮮なレー
ザガスをレーザチャンバ１内に導入して混合させる。各
レーザガスの導入が完了した時、所定濃度の不純物ガス
がレーザガス内に含まれていることになる。したがっ
て、レーザ発振を開始した当初からレーザ出力パワーが
低下せずに発振させることが可能となる。

【００５２】次に、第三実施形態の例を図６及び図７に
基づいて説明する。図６は本実施形態における構成を表
しており、図２と同じ構成部品には同一の符号を付して
ここでの説明を省く。バルブ１３とトラップ１４の間
に、圧力制御弁１７及びバルブ１８を並列に設けてい
る。この圧力制御弁１７は、レーザチャンバ１内のガス
圧が所定の設定圧力値以上であるときはこのガスを排気
し、所定の設定圧力値に達したときは排気を停止するも
のであり、この設定圧力値は制御器１１によって任意に
設定可能となっている。

【００５３】図７は本実施形態の制御器１１のレーザガ
ス残存処理フローチャート例を表しており、以下、同図
に基づいて説明する。ここで、バルブ１６は開いた状態
で、バルブ１３、１８、３４〜３６は閉じた状態とす
る。Ｓ４１で排気ポンプ１５に駆動指令を出力し、レー
ザチャンバ１内のレーザガスの排気を開始する。次に、
Ｓ４２でバルブ１３を開けた後に、Ｓ４３で所定の待ち
時間ΔＴ4 だけ待つ。これにより、レーザガスは圧力制
御弁１７を介して排気され、レーザチャンバ１内のガス
圧は圧力制御弁１７に設定された所定圧力値になる。そ
して、Ｓ４４でバルブ１３を閉じた後に、Ｓ４５におい
て前述のＳ１１と同様の通常のレーザガス導入処理を実
施する。この後、リターンへ進み処理を終了する。な
お、上記フローチャートにおいて、Ｓ４１とＳ４２との
間に、前述の図３におけるＳ２〜Ｓ５の処理、又は図４
におけるＳ２２〜図２５の処理を挿入し、これによって
連続排気してもレーザチャンバ１内の圧力Ｐが排気ポン
プ１５を保護できる所定の圧力値に達するまで徐々に排
気するようにしてもよい。

【００５４】このようにして、レーザガス交換時にレー
ザチャンバ１内の使用済みのレーザガスは圧力制御弁１
７を介して排気され、レーザチャンバ１内のガス圧は圧
力制御弁１７に設定された所定圧力値になる。これによ
って、レーザチャンバ１内には、上記所定圧力値に比例
する濃度の使用済みのレーザガスが残存するので、残存
量を精度良く制御できる。この後、新鮮なレーザガスを
レーザチャンバ１内に導入して混合させている。各レー
ザガスの導入が完了した時、所定濃度の不純物ガスがレ
ーザガス内に含まれていることになる。これにより、レ
ーザ発振を開始した当初からレーザ出力パワーが低下せ
ずに発振させることが可能となる。

【００５５】次に、第四実施形態の例を図８及び図９に
基づいて説明する。図８は本実施形態の構成を表してお
り、ここでも図２と同じ構成部品には同一の符号を付し
て説明を省く。配管３７はバルブ２２を介してレーザガ
ス貯蔵容器２１の入出力部に接続され、さらにレーザガ
ス貯蔵容器２１の他の入出力部はバルブ２３を介してバ
ルブ１３とトラップ１４との間に接続されている。バル
ブ２２、２３は他のバルブ同様電磁弁、あるいは電磁弁
を介したエア駆動バルブ等で構成され、バルブ２２、２
３の駆動信号は制御器１１に接続されている。なお、上
記のレーザガス貯蔵容器２１の二つの入出力部は共通に
してもよい。

【００５６】図９は本実施形態の制御器１１のレーザガ
ス残存処理フローチャート例を表しており、以下、同図
に基づいて説明する。ここで、バルブ１６は開いた状態
で、バルブ１３、２２、２３、３４〜３６は閉じた状態
とする。Ｓ５１で排気ポンプ１５に駆動指令を出力し、
排気作動を開始する。次に、Ｓ５２で所定時間ΔＴ5 だ
けバルブ２３を開けてレーザガス貯蔵容器２１内のガス
を排気した後、バルブ２３を閉じる。そして、Ｓ５３で
所定時間ΔＴ6 だけバルブ２２を開けてレーザチャンバ
１内の使用済みレーザガスをレーザガス貯蔵容器２１内
に導入した後、バルブ２２を閉じる。次に、Ｓ５４でバ
ルブ１３を開けてレーザチャンバ１内のレーザガスの排
気を開始し、この排気開始からの排気時間Ｔをチェック
し、排気時間Ｔと所定時間Ｔ1 とを比較する。比較の結
果、排気時間Ｔが所定時間Ｔ1 以下のときは、Ｓ５５に
おいて圧力センサ１２の検出値Ｐと所定圧力値Ｐ1 とを
比較する。そして、この比較の結果、検出値Ｐが所定圧
力値Ｐ1 より大きいときは、レーザチャンバ１内のガス
圧が高いので、排気ポンプ１５の保護のためにＳ５６〜
Ｓ５７の処理を行って徐々にガスを排気する。すなわ
ち、Ｓ５６では所定時間ΔＴ1 だけバルブ１３を開けて
排気し、次にＳ５７で所定の待ち時間ΔＴ2 だけバルブ
１３を閉じた後に、Ｓ５４に戻ってＳ５４〜Ｓ５７まで
を繰り返す。これにより、排気時間Ｔが所定時間Ｔ1 に
達するまで、又は、レーザチャンバ１内のガス圧が所定
圧力値Ｐ1 以下になるまでの間、所定時間ΔＴ1 だけバ
ルブ１３を開けて排気した後に所定の待ち時間ΔＴ2 だ
けバルブ１３を閉じる動作を繰り返す。

【００５７】Ｓ５５でレーザチャンバ１内のガス圧の検
出値Ｐが所定圧力値Ｐ1 以下になったときは、Ｓ５８で
バルブ１３を開け、次にＳ５９で上記検出値Ｐと所定圧
力値Ｐ0 とを比較する。ここで、所定圧力値Ｐ0 は、レ
ーザチャンバ１内が略真空状態になって排気完了と判断
できる圧力値であり、所定圧力値Ｐ1 より小さいものと
する。比較の結果、検出値Ｐが所定圧力値Ｐ0 より大き
いときは、さらにＳ６０で前記排気時間Ｔと所定時間Ｔ
5 とを比較し、排気時間Ｔが所定時間Ｔ5 以下のときは
Ｓ６１に進んで所定時間ΔＴ3 だけ待った後、Ｓ５９へ
戻る。なお、Ｓ６１での所定時間ΔＴ3 待つ処理は無く
てもよい。ここで、所定時間Ｔ5 はレーザガスの排気が
完了するまでに要する最大時間であり、所定時間Ｔ1 よ
り大きいものとする。そして、Ｓ５９〜Ｓ６１の処理を
繰り返し、レーザチャンバ１内のガス圧が所定圧力値Ｐ
0 以下になるまでバルブ１３を開けておく。Ｓ５９にお
いてレーザチャンバ１内のガス圧が所定圧力値Ｐ0 以下
になったときは、Ｓ６２でバルブ１３を閉じる。次に、
Ｓ６３で所定時間ΔＴ7 だけバルブ２２を開いてレーザ
ガス貯蔵容器２１内の使用済みレーザガスをレーザチャ
ンバ１内に導入し、この後バルブ２２を閉じる。そし
て、Ｓ６４で上記検出値Ｐと所定圧力値Ｐ2 とを比較
し、比較の結果、検出値Ｐが所定圧力値Ｐ2 より小さい
ときはＳ６３に戻って処理を繰り返す。Ｓ６４で検出値
Ｐが所定圧力値Ｐ2 以上になったときは、Ｓ６５で前述
のＳ１１と同様の通常のレーザガス導入処理を実施す
る。この後、リターンに進み処理を終了する。

【００５８】Ｓ６０で排気時間Ｔが所定時間Ｔ5 より大
きくなったときは、所定時間Ｔ5 が経過してもレーザチ
ャンバ１内のガス圧が所定圧力値Ｐ0 以下にならなかっ
た場合であり、排気制御に何か異常が発生している可能
性があると判断してＳ６６に進む。さらに、Ｓ５４にお
いても排気時間Ｔが所定時間Ｔ1 より大きくなったとき
は、所定時間Ｔ1 が経過してもレーザチャンバ１内のガ
ス圧が所定圧力値Ｐ1以下にならなかった場合であり、
上記同様に排気制御に異常発生と判断してＳ６６に進
む。Ｓ６６では異常信号を出力し、例えば警報ブザーや
警告ランプ等により作業者に異常を知らせると共に、外
部装置にも異常発生信号を送信する。そして、Ｓ６７で
は各バルブを制御してレーザガス供給停止や排気停止、
及びレーザ発振停止等の異常処理を行ない、エンドに進
み処理を終了する。

【００５９】このようにして、レーザガス交換時にレー
ザチャンバ１内の使用済みのレーザガスを排気する際
に、まずレーザガス貯蔵容器２１内に使用済みレーザガ
スをレーザチャンバ１内から取り込んで貯蔵した後に、
レーザチャンバ１内を略真空状態まで排気する。この次
に、レーザガス貯蔵容器２１に貯蔵した使用済みレーザ
ガスをレーザチャンバ１内に所定量だけ導入する。この
とき、レーザチャンバ１内のガス圧が所定圧力値になる
ようにガス導入が制御される。よって、レーザチャンバ
１内に上記所定圧力値に比例する濃度の使用済みのレー
ザガスが導入されるので、使用済みのレーザガスの残存
量が精度良く制御される。この後、新鮮なレーザガスを
レーザチャンバ１内に導入して混合させている。各レー
ザガスの導入が完了した時、所定濃度の不純物ガスがレ
ーザガス内に含まれていることになる。これにより、レ
ーザ発振を開始した当初からレーザ出力パワーが低下せ
ずに発振させることが可能となる。

【００６０】次に、図１０及び図１１に基づいて、第五
実施形態を説明する。本実施形態は、レーザガス交換時
に不純物ガスをレーザガスに添加する手段（以後、不純
物ガス添加手段と言う）を備えた例を示している。図１
０は本実施形態での構成を表しており、同図において図
２と同じ構成部品は同一の符号を付して以下での説明を
省く。レーザガス供給手段４１〜４３はレーザガスをレ
ーザチャンバ１内に供給するものであり、多くの場合は
ガスボンベで構成される。そして、本実施形態では、上
記不純物ガス添加手段の例として、これらのレーザガス
供給手段４１〜４３の内少なくともいずれかに所定濃度
の不純物ガスが含まれている。図１０では、ＡｒＦエキ
シマレーザ装置の例を示しており、ネオン又はヘリウム
のバッファガスを供給するバッファガス供給手段４１
と、アルゴン及びネオンの混合ガスを供給するアルゴン
供給手段４２と、フッ素及びネオンの混合ガスを供給す
るフッ素供給手段４３とを備えていて、各レーザガス供
給手段４１〜４３の少なくともいずれかに不純物ガスが
添加されている。これらのガス供給手段４１〜４３はそ
れぞれバルブ３４、３５、３６に接続されており、さら
にバルブ３４、３５、３６は配管３７及びバルブ１６を
介してレーザチャンバ１に接続されている。

【００６１】図１１は上記のような構成のガスレーザ装
置における制御器１１の不純物ガス添加処理フローチャ
ートの例を表しており、以下同図を参照して詳細に説明
する。ここで、バルブ１６は開いた状態で、バルブ１
３、３４〜３６は閉じた状態とする。Ｓ７０での処理
は、前実施形態で説明した図９におけるＳ５４〜Ｓ６２
までの処理と同様の排気処理を行なう。次に、Ｓ７１で
所定時間ΔＴ8 だけバルブ３４を開いてバッファガス供
給手段４１からレーザチャンバ１内にバッファガスを導
入し、この後バルブ３４を閉じる。そして、Ｓ７２で圧
力センサ１２の検出値Ｐと所定圧力値Ｐ5 とを比較し、
比較の結果、検出値Ｐが所定圧力値Ｐ5 より小さいとき
はＳ７１に戻って同じ処理を繰り返す。Ｓ７２で検出値
Ｐが所定圧力値Ｐ5 以上になったときは、Ｓ７３で所定
時間ΔＴ9 だけバルブ３５を開いてアルゴン供給手段４
２からレーザチャンバ１内にアルゴン及びネオンの混合
ガスを導入し、この後バルブ３５を閉じる。そして、Ｓ
７４で上記検出値Ｐと所定圧力値Ｐ6 とを比較し、比較
の結果、検出値Ｐが所定圧力値Ｐ6 より小さいときはＳ
７３に戻って同じ処理を繰り返す。Ｓ７４で検出値Ｐが
所定圧力値Ｐ6 以上になったときは、Ｓ７５で所定時間
ΔＴ10だけバルブ３６を開いてフッ素供給手段４３から
レーザチャンバ１内にフッ素及びネオンの混合ガスを導
入し、この後バルブ３６を閉じる。そして、Ｓ７６で上
記検出値Ｐと所定圧力値Ｐ7 とを比較し、比較の結果、
検出値Ｐが所定圧力値Ｐ7 より小さいときはＳ７５に戻
って同じ処理を繰り返す。Ｓ７５で検出値Ｐが所定圧力
値Ｐ7 以上になったときは、リターンに進み本サブルー
チン処理を終了する。

【００６２】このように、レーザガスの中に所定濃度の
不純物ガスを添加しており、このレーザガスのレーザチ
ャンバ１内への導入が完了した時には、所定濃度の不純
物ガスもレーザガス内に含まれていることになる。これ
により、レーザ発振を開始した当初からレーザ出力パワ
ーが低下せずに発振させることが可能となる。

【００６３】次に、図１２及び図１３に基づいて第六実
施例を説明する。本実施形態は、不純物ガス添加手段と
して不純物ガス容器４４を備えた例を示している。図１
２は本実施形態の構成を表しており、同図において図２
と同じ構成部品は同一の符号を付して以下での説明を省
く。不純物ガス容器４４は不純物ガスを充填した例えば
ボンベ等の容器であってバルブ３８に接続されており、
さらにバルブ３８は配管３７及びバルブ１６を介してレ
ーザチャンバ１に接続されている。また、バルブ３８の
駆動信号は制御器１１に接続されている。

【００６４】図１３は本実施形態の制御器１１の不純物
ガス添加処理フローチャートの例を表しており、以下同
図を参照して詳細に説明する。ここで、バルブ１６は開
いた状態で、バルブ１３、３４〜３６、３８は閉じた状
態とする。Ｓ８０の処理は、前実施形態で説明した図９
におけるＳ５４〜Ｓ６２までの処理と同様の排気処理を
行なう。次に、Ｓ８１で所定時間ΔＴ11だけバルブ３８
を開いて不純物ガス容器４４からレーザチャンバ１内に
不純物ガスを導入し、この後バルブ３８を閉じる。そし
て、Ｓ８２で圧力センサ１２の検出値Ｐと所定圧力値Ｐ
8 とを比較し、比較の結果、検出値Ｐが所定圧力値Ｐ8
より小さいときはＳ８１に戻って同じ処理を繰り返す。
Ｓ８２で検出値Ｐが所定圧力値Ｐ8 以上になったとき
は、Ｓ８３で前述と同様の通常のレーザガス導入処理を
実行し、この後リターンで処理を終了する。

【００６５】上記のようにして、レーザチャンバ１内の
レーザガスの排気が完了した後に、不純物ガスを所定圧
力値になるまでレーザチャンバ１内に導入する。そし
て、この後、各レーザガスをそれぞれ所定圧力値に達す
るまでレーザチャンバ１内に導入して行く。これによ
り、レーザガス中の不純物ガスの濃度を精度良く制御で
きる。したがって、レーザ発振を開始した当初からレー
ザ出力パワーが低下せずに発振させることが可能とな
る。

【００６６】次に、図１４に基づいて第七実施形態を説
明する。本実施形態は、不純物ガス添加手段として不純
物ガス生成器４５を備えた例を示している。図１４は本
実施形態の構成を表しており、同図において図２と同じ
構成部品は同一の符号を付して以下での説明を省く。不
純物ガス生成器４５は不純物ガスを発生させるものであ
り、例えば化学反応によりガスを発生させたり、あるい
は、不純物を吸蔵した物質を加熱して発生させることが
できる。この不純物を吸蔵する物質としては、例えば多
孔質の金属フッ化物「ＮａＦ＋ＬｉＦ」等がある。この
多孔質の金属フッ化物を収納した容器を不純物ガスが含
まれているレーザガスの通路中に設置することにより、
この不純物ガスが多孔質の金属フッ化物に吸蔵される。
不純物ガス生成器４５にこの不純物ガス吸蔵物質を収納
しているときは、この物質の加熱温度を制御すると不純
物ガスの発生量を制御できるようになっている。この不
純物ガス生成器４５は、バルブ３８に接続されている。

【００６７】このような構成において、レーザガスに不
純物ガスを導入する方法は、例えば図１３のフローチャ
ートと同様にして行われる。すなわち、不純物ガス生成
器４５の前記吸蔵物質を所定温度に加熱して所定圧の不
純物ガスを不純物ガス生成器４５内に発生させておき、
この状態で図１３のＳ８１及びＳ８２と同様に、所定時
間ΔＴ11だけバルブ３８を開いて不純物ガス生成器４５
からレーザチャンバ１内に不純物ガスを導入し、この後
バルブ３８を閉じる。そして、レーザチャンバ１内の圧
力Ｐが所定圧力値Ｐ8 に達するまで、この不純物ガスの
導入処理を繰り返す。あるいは、上記のバルブ３８の開
閉制御の代わりに前記吸蔵物質の加熱温度を制御するこ
とにより、不純物ガスの導入量を調整することも可能で
あり、この場合にもレーザチャンバ１内の圧力Ｐが所定
圧力値Ｐ8 に達するまで導入すればよい。なお、不純物
ガス導入後の処理はＳ８３〜Ｓ８８までと同様となる。

【００６８】このようにして、前実施形態と同様に不純
物ガスを所定圧力値になるまでレーザチャンバ１内に導
入し、この後、各レーザガスをそれぞれ所定圧力値に達
するまでレーザチャンバ１内に導入して行く。これによ
り、レーザガス中の不純物ガスの濃度を精度良く制御で
きる。したがって、レーザ発振を開始した当初からレー
ザ出力パワーが低下せずに発振させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるガスレーザ装置の基本構成を表
す。

【図２】第一実施形態を表すガスレーザ装置の構成図で
ある。

【図３】第一実施形態に係わるレーザガス残存処理フロ
ーチャート例を示す。

【図４】第二実施形態に係わるレーザガス残存処理フロ
ーチャート例を示す。

【図５】図４を説明するためのレーザガス圧力と排気時
間との関係図を示す。

【図６】第三実施形態を表すガスレーザ装置の構成図で
ある。

【図７】第三実施形態に係わるレーザガス残存処理フロ
ーチャート例を示す。

【図８】第四実施形態を表すガスレーザ装置の構成図で
ある。

【図９】第四実施形態に係わるレーザガス残存処理フロ
ーチャート例を示す。

【図１０】第五実施形態を表すガスレーザ装置の構成図
である。

【図１１】第五実施形態に係わる不純物ガス添加処理フ
ローチャート例を示す。

【図１２】第六実施形態を表すガスレーザ装置の構成図
である。

【図１３】第六実施形態に係わる不純物ガス添加処理フ
ローチャート例を示す。

【図１４】第七実施形態を表すガスレーザ装置の構成図
である。

【図１５】従来技術に係わるガスレーザ装置の構成を表
す斜視図である。

【図１６】従来技術を説明するためのレーザ出力パワー
のレーザガス交換直後からの時間的な経過を表す。

【図１７】本発明の効果を表す出力パワー及び充電電圧
の時間的な推移を示す。

【符号の説明】

１レーザチャンバ２主放電電極３予備電離電極４高電圧パルス電源７ファン８熱交換器１０ガス排気制御機構１１制御器１２圧力センサ１３，１６，１８，２２，２３，３４，３５，３６，３
８バルブ１４トラップ１５排気ポンプ１７圧力制御弁１９，３７配管２１レーザガス貯蔵容器３１，４１バッファガス供給手段３２，４２アルゴン供給手段３３，４３フッ素供給手段４４不純物ガス容器４５不純物ガス生成器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を所定パルス数以上発振し、レ
ーザ出力パワーが制御不可になった使用済みのレーザチ
ャンバ(1) 内のレーザガスを新鮮なレーザガスに交換す
るガスレーザ装置において、レーザガスの交換時、交換後の新鮮なレーザガス中に上
記使用済みのレーザガスの一部を残存させるガス残存手
段を備えたことを特徴とするガスレーザ装置。
【請求項２】交換後の前記使用済みのレーザガスの濃
度が、交換後のレーザガス中の１．５％以上から６０％
以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の
ガスレーザ装置。
【請求項３】前記ガス残存手段は、レーザガス交換時
に所定量の使用済みのレーザガスがレーザチャンバ(1)
内に残存するようにガス排気を制御するガス排気制御機
構(10)であることを特徴とする請求項１に記載のガスレ
ーザ装置。
【請求項４】前記ガス残存手段は、レーザチャンバ
(1) に付設され、前記使用済みのレーザガスをレーザチ
ャンバ(1) から取り込んで貯蔵した後に、この貯蔵した
使用済みのレーザガスをレーザチャンバ(1) 内に所定量
注入するレーザガス貯蔵容器(21)であることを特徴とす
る請求項１に記載のガスレーザ装置。
【請求項５】前記ガス排気制御機構(10)は、レーザチ
ャンバ(1) 内のガス圧を検出する圧力センサ(12)と、レーザチャンバ(1) 内の前記使用済みのレーザガスを排
気するバルブ(13)と、圧力センサ(12)の検出信号に基づいて、所定量の使用済
みのレーザガスがレーザチャンバ(1) 内に残存するよう
にバルブ(13)に駆動指令を出力する制御器(11)とを備え
たことを特徴とする請求項３に記載のガスレーザ装置。
【請求項６】前記ガス排気制御機構(10)は、レーザチ
ャンバ(1) 内の前記使用済みのレーザガスを排気するバ
ルブ(13)と、レーザガス排気開始時からのガス排気時間を計測し、こ
のガス排気時間に基づいて、所定量の使用済みのレーザ
ガスがレーザチャンバ(1) 内に残存するようにバルブ(1
3)に駆動指令を出力する制御器(11)とを備えたことを特
徴とする請求項３に記載のガスレーザ装置。
【請求項７】前記ガス排気制御機構(10)が、レーザチャンバ(1) 内のガス圧が所定値より大きいとき
に前記使用済みのレーザガスを排気し、このガス圧が所
定値以下になったときに排気を停止する圧力制御弁(17)
を備えたことを特徴とする請求項３に記載のガスレーザ
装置。
【請求項８】レーザ光を所定パルス数以上発振し、レ
ーザ出力パワーが制御不可になった使用済みのレーザチ
ャンバ(1) 内のレーザガスを新鮮なレーザガスに交換す
るガスレーザ装置において、レーザガスの交換時、交換後の新鮮なレーザガスに所定
量の不純物ガスを添加する不純物ガス添加手段を備えた
ことを特徴とするガスレーザ装置。
【請求項９】前記不純物ガス添加手段は、所定濃度の不純物ガスが添加されたレーザガスが充填さ
れたレーザガスボンベを備えたことを特徴とする請求項
８に記載のガスレーザ装置。
【請求項１０】前記不純物ガス添加手段は、不純物ガ
スを貯蔵している不純物ガス容器(44)と、不純物ガス容器(44)の不純物ガスのレーザチャンバ(1)
内への注入を開閉するバルブ(38)と、前記交換後の新鮮なレーザガスに所定量の不純物ガスを
添加するようにバルブ(38)に駆動指令を出力する制御器
(11)とを備えたことを特徴とする請求項８に記載のガス
レーザ装置。
【請求項１１】前記不純物ガス添加手段は、不純物ガ
スを生成する不純物ガス生成器(45)と、不純物ガス生成器(45)の不純物ガスのレーザチャンバ
(1) 内への注入を開閉するバルブ(38)と、前記交換後の新鮮なレーザガスに所定量の不純物ガスを
添加するようにバルブ(38)に駆動指令を出力する制御器
(11)とを備えたことを特徴とする請求項８に記載のガス
レーザ装置。
【請求項１２】前記不純物ガスが、フッ化水素（Ｈ
Ｆ）、四フッ化炭素（ＣＦ₄）又は酸素（Ｏ₂）の少な
くともいずれか一つのガスで構成されることを特徴とす
る請求項８に記載のガスレーザ装置。