JPH1126838A

JPH1126838A - 紫外線レーザ用光学装置

Info

Publication number: JPH1126838A
Application number: JP9196428A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kotaki; 健一小瀧; Masatoshi Shibutami; 正俊渋田見
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】光学系を窒素ガス封入するためのチャンバー
を有し、窒素ガス置換のための時間を短縮できる紫外線
レーザ用光学装置を提供する。【解決手段】本紫外線レーザ用光学装置は、紫外線レ
ーザを取り扱う光学系（ミラー１００、レンズ１０１
等）と、この光学系を窒素ガス中に封入するためのチャ
ンバー４８を備える。窒素ガスを供給する元管１とチャ
ンバー４８との間に窒素ガス貯蔵タンク６が設けられて
いる。窒素置換時に使用する大量のクリーンな窒素ガス
をチャンバーの近くに貯留しておけば、より短時間に大
量の窒素ガスをチャンバー内に送り込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エキシマレーザ等
の紫外線レーザを取り扱う紫外線レーザ用光学装置に関
する。特には、光学系を窒素ガス封入するためのチャン
バーを有し、窒素ガス置換のための時間を短縮すること
ができるよう改良を加えた紫外線レーザ用光学装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体工場のクリーンルーム等で用いら
れるこの種の装置においては、光学系を構成しているガ
ラス部品の表面に、化学物質が、蒸着されたような状態
で固着してしまうことが知られていた。これは、空気中
を浮遊している化学物質（例えば低分子シロキサン）に
紫外線が照射されることにより、化学変化が起きてガラ
ス部品の表面に析出することに起因する。このような現
象を防止するため、光学部品を密閉構造若しくはほぼ密
閉構造の箱（以下チャンバーという）の中に設置して、
その内部に窒素ガスを封入して、光学部品を外気にさら
すことのないようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなチャンバー
を、修理や保守点検のために開放した場合には、チャン
バー内部に外気（クリーンルーム内の空気）が侵入して
しまうので、修理後に再度稼動させる時には、窒素チャ
ンバー内部の空気を窒素に置換しなければならない。と
ころで、チャンバー内部の酸素濃度が約１％以上の状態
で紫外光を光学系に照射すると、ガラス表面に上述の化
学物質が固着するおそれがあることが経験的に知られて
いる。したがって、工場配管からのガス圧を導入するこ
とによって窒素チャンバーに窒素ガスを流入させ、内部
の酸素濃度が１％以下程度になるまで窒素ガス置換を行
っていた。この窒素ガス置換が終了するまで、装置を稼
働させることができなかった。

【０００４】チャンバー内部に窒素ガスを流入させる際
には、工場配管から供給される窒素ガス（圧力５kg/cm²
程度）を可変減圧バルブを用い、ある一定のガス圧に低
下させて、継続的にガスを流入させていた。このとき、
チャンバー内部の容積が大きい場合や、チャンバー内部
に窒素ガスの流れを妨げるような光学部品等が多く配置
されている場合、あるいはチャンバー内が入り組んだ構
造で気体の充満のしにくい構造の場合は、内部の酸素濃
度が１％以下程度になるまで数時間もかかる場合があっ
た。また、工場配管から供給される窒素の圧力が低い場
合も、チャンバー内部へ窒素が充満するまでに、長時間
を要することになる。そのような場合は、窒素ガスのボ
ンベからガス供給を行うこともあった。しかし、ボンベ
で供給される窒素ガスは一般に純度が低いため（多くの
場合はボンベ内部の汚染が原因である）、ボンベの窒素
ガスがかえって光学系への汚染源となる場合もあった。
一方、工場配管から供給される窒素ガスは、一般には液
体窒素を蒸発させて発生させているものであり、純度が
高い。また、窒素チャンバーへは、ガス置換中同一圧力
で窒素ガスを流入しているので、ガスの消費量が非常に
多いといった問題もあった。

【０００５】本発明は、紫外線レーザを取り扱う光学装
置であって、光学系を窒素ガス封入するためのチャンバ
ーを有し、窒素ガス置換のための時間を短縮することが
できるよう改良を加えた紫外線レーザ用光学装置を提供
することを目的とする。あるいは窒素ガス消費量を削減
することのできる紫外線レーザ用光学装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１態様の紫外線レーザ用光学装置は、紫
外線レーザを取り扱う光学系と、この光学系を窒素ガス
中に封入するためのチャンバーと、を含む紫外線レーザ
用光学装置であって；該装置には、該チャンバー内に
窒素ガスを供給する元管が接続されているとともに、
該元管と上記チャンバーとの間に窒素ガス貯蔵タンクが
設けられていることを特徴とする。窒素置換時に使用す
る大量のクリーンな窒素ガスをチャンバーの近くに貯留
しておけば、より短時間に大量の窒素ガスをチャンバー
内に送り込むことができる。

【０００７】この態様においては、上記元管から供給さ
れた窒素ガスを加圧して上記窒素ガス貯蔵タンクに送り
込むコンプレッサが設けられていることが好ましい。窒
素ガス貯蔵タンク内の窒素ガスの圧力を高めることによ
り、チャンバー内へのガス流入速度を速めることができ
るとともに、より大量の窒素ガスを貯留できる。

【０００８】本発明の第２態様の紫外線レーザ用光学装
置は、上記同様の紫外線レーザ用光学装置であって；
上記チャンバーに複数の窒素ガス流入口が設けられてお
り、各々の窒素ガス流入口の開閉度を遠隔制御可能な開
閉手段が設けられていることを特徴とする。この態様で
は、チャンバー内への窒素ガス流入量をより多くするこ
とができる。また、チャンバー内の部位によって流入量
を異ならせることができ、無駄なガスを節約できる。さ
らに、各開閉手段を閉じることにより、チャンバー内の
窒素ガスが配管へ逆流するのを防止できる。

【０００９】本発明の第３態様の紫外線レーザ用光学装
置は、上記同様の紫外線レーザ用光学装置であって；
上記チャンバーに、排気口と、該排気口からチャンバー
内の気体を強制排気するための排気手段とが設けられて
いることを特徴とする。この態様によれば、チャンバー
内の雰囲気の排気速度が上がるとともに窒素ガスの流入
速度が上がり、ガス置換時間を短縮できる。この場合、
チャンバー内が負圧となって空気が流入しないようチャ
ンバーを正圧に保つ手段と併用することが好ましい。

【００１０】本発明の第４態様の紫外線レーザ用光学装
置は、上記同様の紫外線レーザ用光学装置であって；
上記チャンバーの排気口若しくは排気経路中、及び、チ
ャンバー内に酸素濃度センサが配置されているととも
に、チャンバー内酸素濃度と排気経路酸素濃度とを比
較する手段が設けられていることを特徴とする。本発明
者の知見によれば、ガス置換は、排気経路の酸素濃度が
チャンバー内の酸素濃度よりも相当高い初期と、両者に
あまり差がなくなる後期とに分けられる。そして、両期
でガス流入の形態や量を変えることによってガス置換時
間を短縮できることが分った。この態様では、排気経路
に配置した酸素濃度センサと窒素チャンバー内部の酸素
濃度センサのデータから、窒素ガス置換の状況を正確に
把握でき、窒素ガスの流入圧力を制御できる。したがっ
て、窒素ガスの圧力をむやみに高いままで供給すること
なく、最適な供給量を設定できる。

【００１１】本発明の第５態様の紫外線レーザ用光学装
置は、上記同様の紫外線レーザ用光学装置であって；
上記チャンバー内に、窒素ガス流入口から排気口に向か
う気流を整える整流手段が設けられていることを特徴と
する。チャンバー内に気流の流れにくい吹き溜まりのよ
うな場所（窒素気流の届かないような場所）を作らない
ようにする意味である。

【００１２】第５態様の紫外線レーザ用光学装置におい
ては、上記整流手段が窒素ガス流入口部に配置された可
動整流板を有し、該可動整流板が窒素ガス流入口からチ
ャンバー内への直線的ガス流入を許す位置と、該直線
的ガス流入を阻止する位置の２つの位置を取り得ること
が好ましい。

【００１３】チャンバー内へ窒素ガスを流入させる場
合、窒素ガスの流入圧力を高くすることにより、上方か
らチャンバー内部に直線的に進む気流（以下強制流とい
う）を発生させると、酸素濃度が５％程度になるまで
は、比較的短時間に酸素濃度が低下するが、その後酸素
濃度が１％を下回るまでは、さらに同等の時間を要する
ことが実験的に確認されている。逆に、窒素ガスの流入
量は同等であっても、窒素チャンバー上方からじわじわ
とほぼ均等に下方に進む気流（以下自然流という）で
は、上記強制流を発生させる流入方法と比較して、酸素
濃度が５％程度にまで低下するには長い時間を要する
が、その後酸素濃度が１％を下回るまでの時間は、条件
にもよるが、２／３程度の時間で済むことが実験的に確
認されている。したがって、この両方の流状態を自由に
選択することによってトータルのガス置換時間を短縮で
きる。

【００１４】上記の如き構成においては、チャンバー内
部へ流入口から流入する窒素ガスの気流を遮るように整
流手段の位置を制御すると、チャンバー内部で発生する
窒素ガスによる強制流が遮断されるため、窒素ガスの流
れは、整流手段付近からほぼ全方向へ徐々に拡散する自
然流状態となる。また、流入する窒素ガスの気流を遮ら
ないように整流手段を制御すると、窒素ガスは流入口で
発生した流れの状態のままで窒素チャンバー内に向かう
強制流を発生させる。そして、窒素ガスを窒素チャンバ
ー内に供給することで内部の気圧が上昇し、その結果排
気口から空気と窒素の混合ガスが排気される。

【００１５】なお、窒素チャンバーに真空機器と同程度
の密閉性構造を採用できる場合には、内部の酸素濃度が
目標値に達したところで、流入経路上の、制御可能な電
磁バルブ及び排気経路上の制御可能な電磁バルブを閉じ
ることにより、窒素チャンバー内部を窒素ガスが充満し
た状態で完全に密閉することができるので、常時窒素を
供給する必要はなくなる。もし、窒素チャンバーに真空
機器ほどの密閉性を有していない場合でも、強制排気手
段は停止させ、微量の窒素ガスを常時流入させることに
より、窒素チャンバー内部を加圧状態に保つことができ
るので、窒素チャンバー内部の酸素濃度が上昇すること
はない。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照しつつ説明する。図１は、
本発明の１実施例に係る紫外線レーザ用光学装置の構成
を示す模式的側面図である。窒素チャンバー蓋（図２、
３の符号）５１をチャンバー４７から外した状態におけ
る、内部の部品配置を示す。図２は、図１の紫外線レー
ザ用光学装置のチャンバーの正面図であり、図３は、同
チャンバーの外観斜視図である。図４は、図１のチャン
バー内の気流の様子を示す側面図である。

【００１７】最初にチャンバー４７への窒素ガスの吸気
系の説明を行う。窒素ガス元管１は、工場内のガス配管
であり、一般には工場の液体窒素のタンクから蒸発させ
た窒素ガスを供給している。窒素ガス元管１から配管４
で吸気ポンプ３に窒素ガスを供給し、同ポンプで加圧し
た窒素ガスを窒素貯蔵タンク６に充填する。吸気ポンプ
３は、制御ユニット２８からの制御信号２７の指令に応
じて動作のＯＮ／ＯＦＦを行う。貯蔵タンク６に貯蔵さ
れた高圧（１０〜２０kgf/cm² ）の窒素ガスは、配管７
を介して電磁可変バルブ８に供給される。同バルブ８
は、制御ユニット２８からの制御信号２７によって動作
し、同バルブ８出側のガス圧力を設定する。バルブ８に
よって圧力設定された窒素ガスは、配管１３を通って、
電磁バルブ１８、１９、２０、２１に供給される。電磁
バルブ１８〜２１も、制御ユニット２８からの制御信号
２７によって開閉する。電磁バルブ１８〜２１は、チャ
ンバー４７の上部に配置されており、同バルブが開く
と、吸気口２２、２３、２４、２５を介して、窒素ガス
が電磁可変バルブ８で設定した圧力でチャンバー４７に
上から下に向かって流入する。

【００１８】次にチャンバー４７の内部について説明す
る。チャンバー４７の内部には光学系の諸部品が配置さ
れている。本実施例においては、紫外線レーザ光源２９
から発光されたレーザビームが、破線で示されたレーザ
光路３０のとおりに進む。すなわち、レーザビームはウ
インドウ５２からチャンバー４７内部に入り、ミラー１
００、１０４等で反射し、レンズ１０１、１０３等を透
過して最終的にウインドウ４８からチャンバー外に出
る。レンズやミラーは、チャンバー４７に固定されてい
る。これらの光学部品は、チャンバー４７内を窒素置換
すれば、外気にはまったく触れない状態となる。なお、
通常チャンバー４７内は少し正圧となっており、外気は
チャンバー４７内に入らない。

【００１９】吸気口２２〜２５からチャンバー４７へ流
入した窒素ガスは、流入時の圧力に応じた速度でチャン
バー４７内部を進む。また、チャンバー４７内には各種
の整流板２００〜２０９が、各種光学部品の間に気流を
流しやすくなるように配置されている。この気流の状態
を示しているのが図４であり、図中に矢印で示したもの
が気流の向きである。例えば、吸気口２２から流入した
ガスの一部は、整流板２００によって方向を定められ、
ミラー１００の下部へ流れ込む。また、整流板２０１に
より、同様に気流の一部がレンズ１０１とレンズ１０３
の間へ流れ込む。さらに、整流板２０３によってミラー
１０４の上部にも気流の一部が流れ込みやすくなってい
る。他の吸気口２３、２４、２５から流入する窒素ガス
も、すべて同様に整流板２０５〜２０９によって、気流
の方向が定められ短時間でチャンバー４７内の隅々まで
窒素ガスが流れ込む構造となっている。

【００２０】チャンバー４７の最下部には、酸素濃度セ
ンサー２１０が設置されている。この酸素濃度センサー
の信号４１は、酸素濃度計４３に送られる。酸素濃度計
４３は、酸素濃度信号４０を制御ユニット２８に送る。
酸素濃度の値は、図示せぬ表示部に表示されるととも
に、ガス置換装置各部のコントロールに用いられる。

【００２１】次に排気系について説明する。チャンバー
４７の底には、排気口３１、３２、３３、３４が配置さ
れている。同排気口３１〜３４からは、継ぎ手３５、３
６、３７、３８と配管３９を介して、チャンバー４７内
部の気体を外部に排気できるようになっている。排気経
路中には電磁可変バルブ４４と、その出側の排気ポンプ
４５が配置されている。排気ポンプ４５は、制御ユニッ
ト２８からＯＮ／ＯＦＦ制御される。この排気ポンプ４
５によって発生させる負圧を、制御ユニット２８から制
御信号２７によって開度可変に制御される電磁可変バル
ブ４４で制御している。その結果、排気ダクト４６から
大気中に、任意の排気圧での排気が行われる。

【００２２】排気経路である配管３９の途中にも、酸素
濃度センサー５０が設置されており、排気される気体の
酸素濃度の測定ができる。同センサー５０は、チャンバ
ー４７から排気された気体の酸素濃度データを酸素濃度
計４３に送る。そして酸素濃度計４３からは、制御ユニ
ット２８に、酸素濃度信号４０として、二つの酸素濃度
センサー５０、２１０で測定したデータを逐次送る。

【００２３】次に窒素チャンバーの外形について簡単に
説明する。図２、３で示したとおり、チャンバー４７は
箱型をしており、蓋５１により密閉される構造となって
いる。そして、基本的には、上面に窒素流入のための吸
気口、下面に排気口が設置されている以外は、外部との
間に気体の出入りはない構造である。しかしながら、真
空装置のような完全な密閉構造でなくとも本装置におい
ては問題はない。なぜならば、流入する窒素圧力を大気
の圧力以上にしておけば、たとえチャンバー４７に僅か
な隙間があったとしても、内部と外部の気圧差により外
部からの大気の侵入は防げるからである。

【００２４】次に、本装置の総合的な動作について説明
する。チャンバー４７内部への窒素ガスを流入させ、か
つ同時に内部の気体（窒素置換を開始するまでは空気が
大気圧で充満している）を排気する動作、すなわち窒素
置換動作は、制御ユニット２８がコントロールしてお
り、そのシーケンスを図５、６のフローチャートに示
す。

【００２５】まず、窒素の貯蔵を行う動作を図５に示
す。窒素ガスを工場の窒素ガス元管１から吸気ポンプ３
を用いて窒素貯蔵タンク６に高圧で充填し、規定のガス
圧になるまでこの動作を続ける。これにより、工場配管
で供給されるガス圧よりも十分に高圧な状態での窒素ガ
スの準備が整う。

【００２６】次に窒素置換動作を図６に示す。制御ユニ
ット２８からの制御信号により電磁可変バルブ８の開度
を調整し、窒素ガスの流入圧力をＰinに設定する（Ｓ４
０１）。この圧力は大気圧よりも十分高く設定する。こ
の圧力が高いほどチャンバー４７内部への単位時間当り
の窒素流入量が多くなる。次に電磁バルブ１８、１９、
２０、２１が開放され（Ｓ４０２）窒素チャンバー内部
に窒素ガスが流入し、しだいに内部の気圧が上昇してい
く。電磁バルブ１８、１９、２０、２１の開放より僅か
に遅れて、排気系に設置されている排気ポンプを運転す
る（Ｓ４０３）とともに、排気経路の電磁可変バルブを
負圧がＰout （Ｐinよりも絶対値が低いこと）になるよ
う設定する（Ｓ４０４）。これにより、チャンバー４７
内部の気体の排気が開始され、当初は空気が排気される
こととなる。ここで、もしＰinよりもＰout の絶対値を
高くしてしまうと、チャンバー４７の密閉構造が十分で
ない場合にはチャンバー４７内部が大気圧よりも低くな
りチャンバー４７の構造体の隙間から大気が流入するお
それがある。

【００２７】窒素置換がこのようにして開始されると、
徐々にチャンバー４７内部の酸素濃度は低下していく。
この状態は酸素濃度センサー４２、２１０によって測定
され（Ｓ４０５）、そのデータは制御ユニット２８で常
時監視されている（Ｓ４０６）。酸素濃度は経験的に、
窒素流入開始からある一定時間は直線的にかつ急激に低
下していくことが実験的に知られているが、徐々にその
変化量の傾きが緩やかになっていく。酸素濃度の急激な
低下はチャンバー４７の内部の圧力が上昇する過程で発
生しているので、内部の窒素量の増加が圧力上昇とほぼ
同等の変化を見せている。このときは外部の酸素濃度セ
ンサー４２と内部の酸素濃度センサー２１０は異なった
酸素濃度を示す。つまり排気は空気が主体であるため、
ガス置換開始後しばらくは、排気系に設置されている酸
素濃度センサー４２は、チャンバー内部に設置されてい
るセンサー２１０よりも高い酸素濃度を示す。これは内
部の酸素濃度が場所によって不均一であることも示して
いる。そして、両方の酸素濃度が例えばＶｏ％でほぼ同
一の値を示したところで、チャンバー４７内部の酸素濃
度がほぼ均一になったと推定できる。この状態にするま
でのガス置換初期では、少しでも多くの窒素をチャンバ
ー４７内部に流入させ、それよりも僅かに少ない量を排
気することにより、初期過程の時間を短縮することがで
きる。そして、上記状態では、チャンバー４７内部にほ
ぼ均一に窒素が行き渡ったと考えられるので、その後は
排気系の負圧を弱くして排気量を低下させる（Ｓ４０
７）。

【００２８】続いて、吸気側の圧力も弱くして、窒素の
流入量を減らす。なぜならば、この状態からさらに酸素
濃度を低下させる際には、窒素流入量を窒素置換初期よ
りも減らした場合でも、経験的に酸素濃度の低下速度が
極端に変わらない。そこで、むしろ窒素ガスの消費量を
減らすことによるコストダウンを重視するのである。そ
して酸素濃度が最後の規定値まで達したところで（Ｓ４
０９）、排気系の電磁可変バルブ４４を閉じて排気を停
止する（Ｓ４１０）。しかし、窒素ガスは供給を続け窒
素チャンバー４７内部は大気よりも高い気圧を保つよう
にする。窒素チャンバー４７の気密性が高くない場合で
も、外部から空気の侵入を防止するためである。もちろ
ん、真空機器同等の気密性を保つことが可能である場合
は窒素ガスの供給を停止してもよい。

【００２９】以上のように本実施例の装置は、工場配管
で供給される窒素ガスの圧力に依存せずに、予め貯蔵し
た高圧の窒素ガスと、排気系の負圧を制御できる構造を
有しているので、窒素チャンバー内部の窒素置換動作を
酸素濃度を観測しながら最適な状態で行うことができ
る。また、窒素チャンバー内部に気流をスムーズにする
ための構造を用いており、窒素ガスが隅々まで充満しや
すくなっているので、窒素置換の時間を短縮する効果が
ある。また、窒素チャンバー内部に種々の光学部品を設
置する際にも従来ほど設置場所の気流の状態を考慮せず
に決定することもできる。また、窒素ガスを流入するた
めの吸気口を複数箇所設置しているので、窒素ガスが隅
々まで充満しやすくなる作用があるので、窒素置換の時
間を短縮する効果がある。

【００３０】以上のような構造や動作により、定期的な
保守点検で窒素チャンバーの蓋を開閉した後の窒素置換
のために要する時間を短縮することができる。その結
果、装置の停止時間を短くすることが可能となり、稼働
率を向上させる効果がある。また、窒素置換時に窒素流
入量が制御できるので、窒素置換の初期段階が終了した
ことを認識したところで、窒素ガスの流入量を減らすこ
とが可能である。したがって、窒素ガスの無駄な使用を
防止することができ、装置のランニングコストの低下が
期待できる。また、工場配管の窒素供給が停止した場合
には、窒素チャンバーの気密性があまり高くない場合は
内部の圧力が低下して外部から空気が侵入する場合があ
るが、そのような場合においても復旧時間、すなわち窒
素供給が再開されてから窒素置換が終了するまでの時間
も短縮できるので、装置の稼働率を向上させることも可
能となる。

【００３１】また、窒素置換の時間が短くて済むという
ことは、光学部品が大気に触れている時間を短くするこ
とであり、大気中の不純物がレンズ等の表面に付着する
量を低減することも可能となる。また、窒素チャンバー
内部に酸素濃度測定手段を有しているので、通常の窒素
置換動作で、もし万一内部の酸素濃度が十分に低下しな
いような場合には、装置の故障や窒素供給元の故障等を
発見する手段の一つとなるといった効果も期待できる。

【００３２】次に、第２実施例について説明する。なお
第１実施例と同じ部分については説明を省略する。以
下、図面を参照しつつ説明する。図７は、本発明の１実
施例に係る紫外線レーザ用光学装置の構成を示す模式的
側面図である。窒素チャンバー蓋（図８、９の符号）６
３９をチャンバー６３８から外した状態における、内部
の部品配置を示す。図８は、図７の紫外線レーザ用光学
装置のチャンバーの正面図であり、図９は、同チャンバ
ーの外観斜視図である。

【００３３】窒素ガスは工場窒素ガス配管６０４により
供給される。一般には工場内では液体窒素タンクの設備
が使用されている場合が多く、そこから工場内へ窒素ガ
ス配管が引かれている。ここから供給された窒素ガスは
窒素ガス流入管６０５、６０６、６０７、６０８を通
り、複数の流入口６０９、６１０、６１１、６１２から
窒素チャンバー６３８内へ送られる。工場窒素ガス配管
６０４から供給される窒素ガスは大気圧と比較して十分
に高圧な状態であるため、窒素チャンバー６３８内部へ
は流速の速い状態の気流となって入っていく。この気流
は拡散を伴うが主たる気流はほぼ直進する。この複数の
主たる気流を各々遮ることができる位置に、遮蔽ユニッ
ト６１３、６１４、６１５、６１６が設置されている。
遮蔽ユニット６１３〜６１６の配置状態を立体的に示し
たものが図９である。遮蔽ユニット６１３〜６１６は、
図８で示したとおり、遮蔽板７０１と遮蔽板駆動用ステ
ッピングモータ７００で構成されており、遮蔽ユニット
制御装置６３７により遮蔽板駆動用ステッピングモータ
７００を回転させ、窒素チャンバー６３８の背面に垂直
な方向を回転軸として遮蔽板７０１を回転させることが
できるようになっている。

【００３４】また、窒素チャンバー６３８には排気口６
２９、６３０、６３１、６３２が設置されており、窒素
ガスを流入させることにより窒素チャンバー６３８内部
の気圧の上昇が発生したときに、窒素チャンバー６３８
下部の気体を外部へ排気できるようになっている。排気
口６２９〜６３２から排気された気体は、すべて同一の
排気管６３３によって排気ダクト６３６に接続され、工
場の強制排気系によって処理される。また、排気管６３
３の途中には酸素濃度センサー６３４が設置されてお
り、排気された気体の酸素濃度が測定できるようになっ
ており、測定値は酸素濃度計６３５に表示される。

【００３５】次に遮蔽ユニット６１３〜６１６の機能に
ついて説明する。遮蔽ユニット６１３〜６１６はすべて
同じ構造であり、遮蔽ユニット制御装置６３７から同時
に同一の制御を与えられ、流入する窒素ガスの気流に対
する遮蔽板７０１の角度を可変するようになっている。
基本的には、流入する窒素ガスの気流に対して、遮蔽板
７０１が直角方向、すなわち遮蔽効果を得られる状態
と、流入する窒素ガスの気流に対して遮蔽板７０１が平
行方向、すなわち遮蔽効果がない状態の二種類の姿勢
に、遮蔽ユニット制御装置６３７によって制御されるよ
うになっている。もちろんその中間位置に遮蔽板７０１
を設定することも可能であるが、本発明においては中間
位置では効果が半減してしまう。

【００３６】まず、遮蔽板７０１が流入する窒素ガスの
気流に対して直角方向である場合についての気流の状態
を、図１０（Ａ）及び図１１（Ａ）を用いて説明する。
図１０（Ａ）において、遮蔽板７０１に衝突した窒素ガ
スの気流は拡散して、はっきりとした気流の方向はなく
なる。これを、窒素チャンバー６３８の前面から観察す
ると、図１１（Ａ）のような状態となる。よって、窒素
ガスはほぼまんべんなく拡散していき、窒素チャンバー
６３８の上部から底部に向かって自然流で、徐々に窒素
置換が行われていくことになる。その結果、窒素置換開
始直後からしばらくの間、すなわち窒素チャンバー６３
８の底部まで自然流状態が到達するまでの時間（図１２
で約ｔ分）は、排気される気体はほとんど酸素濃度の低
下が見られないが、その後は時間経過に対して直線的に
酸素濃度が低下していく。この状態を実験的に求めたデ
ータが図１２のグラフで点線で示したものである。

【００３７】次に、遮蔽板７０１が、流入する窒素ガス
の気流に対して平行方向である場合についての気流の状
態を図１０（Ｂ）及び図１１（Ｂ）を用いて説明する。
図１０（Ｂ）において、遮蔽板７０１が整流作用として
働くため、流入した窒素ガスの気流は真っ直ぐに下方へ
進んでいく。また図１１（Ｂ）で示したとおり、遮蔽板
が気流中に、気流に対して平行な状態で存在しているの
で整流作用もある。しかし、光学部品による抵抗はある
ため、窒素チャンバー６３８底部へ近づくほど気流の速
度は徐々に低下していく。よって、窒素ガスは強制流の
状態で、短時間に窒素チャンバー６３８底部に到達する
ため、ある一定の酸素濃度までは一気に低下する。しか
しながら、光学部品の陰になるような位置には自然流の
場合と比較すると窒素ガスは拡散しずらい。その結果、
強制流からはずれた位置の窒素置換は自然流の場合の置
換よりも時間がかかってしまう。この様子は図１２のグ
ラフで実線で示した酸素濃度の変化から実証される。こ
のグラフから強制流による窒素置換開始からわずかｔ分
で酸素濃度が５％も低下しているが、自然流ではｔ分間
では酸素濃度の変化がほとんどないことがわかる。そし
て、強制流の場合は酸素濃度が５％程度に低下するまで
は変化率が急激であるが、その後は強制流のために自然
流が発生しずらいため、酸素濃度低下率が極端に落ちて
くる。

【００３８】そこで、本実施例では、遮蔽板の位置を変
化させることにより、窒素チャンバー内部での窒素の流
状態をまったく異なる状態に変えることとした。すなわ
ち、短時間で、窒素チャンバー内部の酸素濃度を５％程
度までに低下させたい場合、例えば、光学系の保守点検
時に頻繁に窒素チャンバーの蓋の開閉と紫外線レーザの
照射を繰り返さなければならないときには、窒素チャン
バー内部で強制流が発生するような位置に遮蔽板の位置
制御を行う。これによって、短時間で所望の酸素濃度に
低下させる窒素置換ができる。

【００３９】一方、保守点検終了後や窒素ガスの再供給
時といった、その後、窒素チャンバーの蓋の開閉が長時
間にわたり行われることがなく、紫外線レーザを長時間
高エネルギー状態で使用する場合には、窒素チャンバー
内部の酸素濃度を十分に低下させなければならない。そ
のような場合には、窒素置換時に窒素チャンバー内部で
自然流が発生するような位置に遮蔽板の位置制御を行え
ば、強制流による窒素置換よりも短時間で酸素濃度を１
％まで低下させる窒素置換を行うことができる。さらに
ガス置換の初期を強制流、後期を自然流とすることによ
り、高度なガス置換を一層短時間で行うことができる。

【００４０】このように、５％程度の酸素濃度までの窒
素置換と１％以下の低濃度の酸素濃度までの窒素置換の
方法、すなわち流入窒素ガスの気流により発生する窒素
チャンバー内部の流の違いを有効に使い分けることによ
り、その時々の作業内容に合わせて、窒素チャンバー内
での最適な窒素ガスの対流方法を選択し、紫外線レーザ
を照射することが可能になるまでの待ち時間を短縮する
ことが可能となる。また、この待ち時間において窒素置
換状況を窒素チャンバーからの排気管の途中で、排気さ
れてくる気体に含まれる酸素の濃度を測定して、その値
を表示しているので、作業者は窒素置換状態を定量的に
把握できる。したがって、酸素濃度が十分に低下してい
ない状態で誤って紫外線レーザを照射してしまうといっ
た誤操作を防止することができる。また、保守作業時に
は窒素チャンバー内部の光学部品を取り外したり、反対
に工具等を設置するような場合には窒素置換時の窒素チ
ャンバー内部の気流の状態が若干変わり、窒素置換時間
も若干変化する可能性がある。このような場合でも、酸
素濃度を監視することにより、窒素置換の状態を正確に
把握できるといった効果もある。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、紫外線レーザ用光学装置の窒素ガス置換のた
めの時間を短縮することができる。また、ガス置換時の
窒素ガス消費量を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る紫外線レーザ用光学
装置の構成を示す模式的側面図である。

【図２】図１の紫外線レーザ用光学装置のチャンバーの
正面図である。

【図３】図１の紫外線レーザ用光学装置のチャンバーの
斜視図である。

【図４】図１のチャンバー内の気流の様子を示す側面図
である。

【図５】窒素貯蔵タンクに窒素を充填する動作のフロー
チャートである。

【図６】窒素チャンバー内の空気を排気しながら窒素を
流入させる動作のフローチャートである。

【図７】本発明の第２実施例に係る紫外線レーザ用光学
装置の構成を示す模式的側面図である。

【図８】図７の紫外線レーザ用光学装置のチャンバーの
正面図である。

【図９】図７の紫外線レーザ用光学装置のチャンバーの
斜視図である。

【図１０】図７の紫外線レーザ用光学装置における流入
窒素ガスの気流と遮蔽ユニットを構成している遮蔽板と
の位置関係を窒素チャンバー側面から眺めた状態を示
す。

【図１１】図７の紫外線レーザ用光学装置における流入
窒素ガスの気流と遮蔽ユニットを構成している遮蔽板と
の位置関係を窒素チャンバー前面から眺めた状態を示
す。

【図１２】窒素チャンバー内部での窒素ガスの流方法の
種類別に、酸素濃度と窒素置換時間の関係を示した実験
データによるグラフである。

【符号の説明】

１窒素ガス元管２、４、７、１３、１４、１５、１６、１７、３９配
管３吸気ポンプ５、９、１０、１１、１２、３５、３６、３７、３８
継ぎ手６窒素貯蔵タンク８、４４電磁可変バ
ルブ１８、１９、２０、２１電磁バルブ２２、２３、２４、２５吸気口２６電磁バルブ制御信号２７電磁可変バルブ及び吸気ポンプ制御信号２８制御ユニット２９紫外線レーザ３０レーザ光路３１、３２、３３、３
４排気口４０酸素濃度信号４１、４２酸素濃度
センサー信号４３酸素濃度計４５排気ポンプ４６排気ダクト４７チャンバー５０、２１０酸素濃度センサー４８、５２ウインドウ４９排気ポンプ制御
信号５１窒素チャンバー蓋１００、１０２、１０４、１０５、１０８、１０９ミ
ラー１０１、１０３、１０６、１０７、１１０レンズ２００、２０１、２０３、２０４、２０５、２０６、２
０７、２０８、２０９整流板６０１紫外線レーザ６０２レーザ光軸６０３、６２８ウインドウ６０４工場窒素ガス
配管６０５、６０６、６０７、６０８窒素ガス流入管６０９、６１０、６１１、６１２流入口６１３、６１４、６１５、６１６遮蔽板ユニット６１７、６２０、６２１、６２４６２５、６２７ミ
ラー６１８、６１９、６２２、６２３、６２６レンズユニ
ット６２９、６３０、６３１、６３２排気口６３３排気管６３４酸素濃度セ
ンサー６３５酸素濃度計６３６排気ダクト６３７遮蔽ユニット制御装置６３８窒素チャンバー６３９蓋７００遮蔽板駆動用ステッピングモータ７０１遮蔽板８００流入時の窒素ガス気流８０１自然流時の窒素ガス気流８０２強制流時の窒素ガス気流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外線レーザを取り扱う光学系と、この
光学系を窒素ガス中に封入するためのチャンバーと、を
含む紫外線レーザ用光学装置であって；該装置には、該
チャンバー内に窒素ガスを供給する元管が接続されてい
るとともに、該元管と上記チャンバーとの間に窒素ガス貯蔵タンクが
設けられていることを特徴とする紫外線レーザ用光学装
置。
【請求項２】上記元管から供給された窒素ガスを加圧
して上記窒素ガス貯蔵タンクに送り込むコンプレッサが
設けられていることを特徴とする請求項１記載の紫外線
レーザ用光学装置。
【請求項３】紫外線レーザを取り扱う光学系と、この
光学系を窒素ガス中に封入するためのチャンバーと、を
含む紫外線レーザ用光学装置であって；上記チャンバー
に複数の窒素ガス流入口が設けられているとともに、各
々の窒素ガス流入口の開閉度を遠隔制御可能な開閉手段
が設けられていることを特徴とする紫外線レーザ用光学
装置。
【請求項４】紫外線レーザを取り扱う光学系と、この
光学系を窒素ガス中に封入するためのチャンバーと、を
含む紫外線レーザ用光学装置であって；上記チャンバー
内の気体を強制排気するための排気手段が設けられてい
ることを特徴とする紫外線レーザ用光学装置。
【請求項５】上記チャンバー内を正圧に保つ手段が設
けられていることを特徴とする請求項４記載の紫外線レ
ーザ用光学装置。
【請求項６】紫外線レーザを取り扱う光学系と、この
光学系を窒素ガス中に封入するためのチャンバーと、を
含む紫外線レーザ用光学装置であって；上記チャンバー
の排気口若しくは排気経路中、及び、チャンバー内に、
酸素濃度センサが配置されているとともに、チャンバー内酸素濃度と排気経路酸素濃度とを比較する
手段が設けられていることを特徴とする紫外線レーザ用
光学装置。
【請求項７】上記酸素濃度を比較した結果に基づいて
各機器を制御することを特徴とする請求項６記載の紫外
線レーザ用光学装置。
【請求項８】紫外線レーザを取り扱う光学系と、この
光学系を窒素ガス中に封入するためのチャンバーと、を
含む紫外線レーザ用光学装置であって；上記チャンバー
内に、窒素ガス流入口から排気口に向かう気流を整える
整流手段が設けられていることを特徴とする紫外線レー
ザ用光学装置。
【請求項９】上記整流手段が、上記窒素ガス流入口部
に配置された可動整流板を有し、該可動整流板が窒素ガス流入口からチャンバー内への直
線的ガス流入を許す位置と、該直線的ガス流入を阻止す
る位置の２つの位置を取り得ることを特徴とする請求項
８記載の紫外線レーザ用光学装置。