JPH0511436B2 - - Google Patents
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- JPH0511436B2 JPH0511436B2 JP61032065A JP3206586A JPH0511436B2 JP H0511436 B2 JPH0511436 B2 JP H0511436B2 JP 61032065 A JP61032065 A JP 61032065A JP 3206586 A JP3206586 A JP 3206586A JP H0511436 B2 JPH0511436 B2 JP H0511436B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/036—Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/22—Gases
- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
- H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex
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- Treating Waste Gases (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
A 産業上の利用分野
本発明はハロゲン化希ガス(エクサイマ)レー
ザに関するものであり、特に、フツ化希ガス・レ
ーザの閉サイクル運転のための、再循環レーザ・
ガス精製装置及びその方法に関するものである。
ザに関するものであり、特に、フツ化希ガス・レ
ーザの閉サイクル運転のための、再循環レーザ・
ガス精製装置及びその方法に関するものである。
B 従来技術
放電励起ハロゲン化希ガス(エクサイマ)レー
ザは、分光および光化学適用業務に用いる高出力
紫外線(UV)の効率の良い発生源であり、市販
されている。たとえば、フツ化キセノン・レーザ
は、マイクロ回路製作分野における紫外線フオト
リソグラフイの紫外線発生源として、注目されて
いる。しかし、フツ化希ガス・レーザの操作にお
ける主な障害は、レーザ・ガス混合物が急速に劣
化することである。この種のレーザを長期間連続
運転するためには、レーザ中の気体混合物を定期
的、または連続的に交換する必要がある。アルゴ
ン混合物であれば、レーザに通した後廃棄を考慮
することは可能であるが、クリプトンやキセノン
は高価なため、これらの気体は再使用する必要が
ある。
ザは、分光および光化学適用業務に用いる高出力
紫外線(UV)の効率の良い発生源であり、市販
されている。たとえば、フツ化キセノン・レーザ
は、マイクロ回路製作分野における紫外線フオト
リソグラフイの紫外線発生源として、注目されて
いる。しかし、フツ化希ガス・レーザの操作にお
ける主な障害は、レーザ・ガス混合物が急速に劣
化することである。この種のレーザを長期間連続
運転するためには、レーザ中の気体混合物を定期
的、または連続的に交換する必要がある。アルゴ
ン混合物であれば、レーザに通した後廃棄を考慮
することは可能であるが、クリプトンやキセノン
は高価なため、これらの気体は再使用する必要が
ある。
貴ガスを再使用するために再生する方法の1つ
に、バツチ方式で低温において混合物を分留する
ことにより、混合物の気体成分を分離する方法が
ある。この低温分留の欠点として、高価であり、
不便で、労働集約的なことがあげられる。また、
レーザを連続運転しようとすれば、大量の希ガス
混合物が必要となる。
に、バツチ方式で低温において混合物を分留する
ことにより、混合物の気体成分を分離する方法が
ある。この低温分留の欠点として、高価であり、
不便で、労働集約的なことがあげられる。また、
レーザを連続運転しようとすれば、大量の希ガス
混合物が必要となる。
これよりは便利なバツチ式または連続方の低温
トラツプ法も提案されている。これは、低温トラ
ツプ温度またはそれ以上の温度で凝縮する汚染物
質を補足することを目的とするものである。この
低温トラツプ法では、ハロゲン、特にフツ素を通
過させて、これにより好ましくない汚染物質のみ
が理論上は除去される。ところが残念なことに、
凝縮温度が低温トラツプ温度より気体汚染物質が
常に存在し、したがつてこれらを除去することは
できない。この種の除去不能な汚染物質は蓄積し
て、低温トラツプ法で精製した混合物も、他の方
法で精製しなければ使用できなくなる傾向があ
る。さらに、冷温トラツプ精製法は一般に冷却の
ため液体窒素を必要とし、これは貯蔵および取扱
いに不便である。
トラツプ法も提案されている。これは、低温トラ
ツプ温度またはそれ以上の温度で凝縮する汚染物
質を補足することを目的とするものである。この
低温トラツプ法では、ハロゲン、特にフツ素を通
過させて、これにより好ましくない汚染物質のみ
が理論上は除去される。ところが残念なことに、
凝縮温度が低温トラツプ温度より気体汚染物質が
常に存在し、したがつてこれらを除去することは
できない。この種の除去不能な汚染物質は蓄積し
て、低温トラツプ法で精製した混合物も、他の方
法で精製しなければ使用できなくなる傾向があ
る。さらに、冷温トラツプ精製法は一般に冷却の
ため液体窒素を必要とし、これは貯蔵および取扱
いに不便である。
他に混合物中の汚染分質を化学反応により除去
する希ガス・ハロゲン混合物の精製方法も実施さ
れている。しかし、残念ながら、ハロゲンは非常
に反応性が強いため、汚染物質を化学的に除去す
る際、またはそれ以前に、ハロゲンも除去されて
しまう。ハロゲンおよび汚染物質を化学反応によ
り除去した後、気体混合物に新しいハロゲンを添
加して、レーザに戻さなければならない。
する希ガス・ハロゲン混合物の精製方法も実施さ
れている。しかし、残念ながら、ハロゲンは非常
に反応性が強いため、汚染物質を化学的に除去す
る際、またはそれ以前に、ハロゲンも除去されて
しまう。ハロゲンおよび汚染物質を化学反応によ
り除去した後、気体混合物に新しいハロゲンを添
加して、レーザに戻さなければならない。
この種の化学反応による精製法では、フツ素お
よび汚染物質を共に除去するために、一般にチタ
ンが用いられる。Appl.Phys.Lett.32,291(1978)
に掲載された「ハロゲン化希ガス・エクサイマ・
レーザの閉サイクル・ガス再循環装置(A
Closedcycle Gas Recirculating System for
Rate−gas Halide Excimer Lasers)」と題する
P.M.Johnsonらの論文に、第1段階で300℃に加
熱したチタンでフツ素を除去し、第2段階で850
℃に加熱したチタンで他の不純物を除去する、二
段階化学精製法が述べられている。しかし、この
二段階精製装置を用いても、汚染物質の中には除
去されず蓄積して、ついにはこの二段スクラバで
精製したフツ素・希ガス混合物は、他の精製法に
より精製しなければ使用不能となるため、無制限
に閉サイクル連続運転を行うことは不可能であ
る。
よび汚染物質を共に除去するために、一般にチタ
ンが用いられる。Appl.Phys.Lett.32,291(1978)
に掲載された「ハロゲン化希ガス・エクサイマ・
レーザの閉サイクル・ガス再循環装置(A
Closedcycle Gas Recirculating System for
Rate−gas Halide Excimer Lasers)」と題する
P.M.Johnsonらの論文に、第1段階で300℃に加
熱したチタンでフツ素を除去し、第2段階で850
℃に加熱したチタンで他の不純物を除去する、二
段階化学精製法が述べられている。しかし、この
二段階精製装置を用いても、汚染物質の中には除
去されず蓄積して、ついにはこの二段スクラバで
精製したフツ素・希ガス混合物は、他の精製法に
より精製しなければ使用不能となるため、無制限
に閉サイクル連続運転を行うことは不可能であ
る。
上記のほかにも、この分野での新技術に関して
次のような論文が発表されている。
次のような論文が発表されている。
Christensen,“High−Repetition−Rate
XeF Laser with Gas Recycling,‥Appl.
Phys.Lett.30,483(1977) Burlamacchi et al.,“Long−Life
Operation of an XeCL Excimer Lacimer
Laser,‥Appl.Phys.Lett.34,33(1979) Gower et al.,“Gas Composition and
Lifetime Studies of Discharget Excited Rate
−Gas Halide Lasers,‥IEEE J.Quantum
Electron.QE−16,231(1980) Tennant,“Control of Contaminants in
Xecl Lasers,‥Laser Focus(Oct.1981) Kutschke et al.,“Rare Gas Recovery
System for Rare Gas Halide Lasers,‥Rev.
Sci.Instrum.52,1655(1981) Mandl et al.,“Selective Removal of F2
Impurity from NF3/Xe/Ne,XeF Laser
Mixtures,‥Rev.Sci.Instrum.53,301(1982) Kearsley et al.,“Cryogenic Gas
Purification and Lifetime Extention of ArF,
KrF and XeF Laser Gas Mixtures,‥
American Institute of Physics Topical
Meeting on Excimer Lasers,Incline Village
Nev.,USA(Jan.1983). C 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、フツ化希ガス、特にフツ化キ
セノンおよびフツ化クリプトン・レーザの閉サイ
クル運転のための、改良された再循環レーザ・ガ
ス精製装置を提供することにある。
XeF Laser with Gas Recycling,‥Appl.
Phys.Lett.30,483(1977) Burlamacchi et al.,“Long−Life
Operation of an XeCL Excimer Lacimer
Laser,‥Appl.Phys.Lett.34,33(1979) Gower et al.,“Gas Composition and
Lifetime Studies of Discharget Excited Rate
−Gas Halide Lasers,‥IEEE J.Quantum
Electron.QE−16,231(1980) Tennant,“Control of Contaminants in
Xecl Lasers,‥Laser Focus(Oct.1981) Kutschke et al.,“Rare Gas Recovery
System for Rare Gas Halide Lasers,‥Rev.
Sci.Instrum.52,1655(1981) Mandl et al.,“Selective Removal of F2
Impurity from NF3/Xe/Ne,XeF Laser
Mixtures,‥Rev.Sci.Instrum.53,301(1982) Kearsley et al.,“Cryogenic Gas
Purification and Lifetime Extention of ArF,
KrF and XeF Laser Gas Mixtures,‥
American Institute of Physics Topical
Meeting on Excimer Lasers,Incline Village
Nev.,USA(Jan.1983). C 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、フツ化希ガス、特にフツ化キ
セノンおよびフツ化クリプトン・レーザの閉サイ
クル運転のための、改良された再循環レーザ・ガ
ス精製装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、希ガス・フツ素混合物の
連続精製のための、改良された化学精製装置を提
供することにある。
連続精製のための、改良された化学精製装置を提
供することにある。
本発明の他の目的は、高価の高品質のチタンを
用いず、安価な工業用チタンを用い、しかもこれ
により好ましくない汚染物質の蓄積を生ずること
なく、フツ素を除去する、希ガス・フツ素混合物
の閉サイクル化学精製装置を提供することにあ
る。
用いず、安価な工業用チタンを用い、しかもこれ
により好ましくない汚染物質の蓄積を生ずること
なく、フツ素を除去する、希ガス・フツ素混合物
の閉サイクル化学精製装置を提供することにあ
る。
さらに本発明の他の目的は、フツ化希ガス・レ
ーザ・ガス混合物、特に、キセノンまたはクリプ
トン、ネオンまたはヘリウム、およびフツ素の混
合物から、四フツ化シリコンを連続除去する方法
を提供することにある。
ーザ・ガス混合物、特に、キセノンまたはクリプ
トン、ネオンまたはヘリウム、およびフツ素の混
合物から、四フツ化シリコンを連続除去する方法
を提供することにある。
D 問題点を解決するための手段
これらの目的は、本明細書に開示するフツ素希
ガス・レーザに用いる気体混合物の閉サイクル精
製装置により達成される。第1の反応ゾーンで、
混合気体中のフツ素は、150℃を越える温度、好
ましくは約300℃でチタンと反応させ、四フツ化
チタン蒸気に変換する。次にこの四フツ化チタン
蒸気を、別の分離凝縮ゾーン、好ましくは室温近
くに保つた凝縮ゾーンで凝縮させることにより、
チタンを不働態化せずに、混合気体から四フツ化
チタンを除去する。混合気体から四フツ化チタン
を除去した後、フツ素希ガス・レーザに通常見ら
れる汚染物質の1つである四フツ化シリコンを混
合気体から選択的に除去する。第2の反応ゾーン
で、混合気体をアルカリ土金属酸化物、好ましく
は酸化カルシウムまたは酸化マグネシウムのいず
れかに接触させて、SiF4をすべて不揮発性化合
物、すなわちアルカリ土金属二フツ化物および二
酸化シリコンに化学的に変換させる。残留する汚
染物質(SiF4以外の汚染物質)は、混合気体を約
600℃、好ましくは約900℃以上の温度で、金属ゲ
ツタに接触させることにより除去する。金属ゲツ
タは周期律表の第b族から選択することが好ま
しく、チタンが最も好ましい。この高温金属ゲツ
タによる除去は、第2の反応ゾーンにおいて、金
属ゲツタをアルカリ土金属酸化物と混合、または
層を形成させ、第2の反応ゾーンを約600℃に加
熱して行うことが好ましい。精製した希ガス混合
物に新しいハロゲン・ガスを添加してレーザに戻
す。
ガス・レーザに用いる気体混合物の閉サイクル精
製装置により達成される。第1の反応ゾーンで、
混合気体中のフツ素は、150℃を越える温度、好
ましくは約300℃でチタンと反応させ、四フツ化
チタン蒸気に変換する。次にこの四フツ化チタン
蒸気を、別の分離凝縮ゾーン、好ましくは室温近
くに保つた凝縮ゾーンで凝縮させることにより、
チタンを不働態化せずに、混合気体から四フツ化
チタンを除去する。混合気体から四フツ化チタン
を除去した後、フツ素希ガス・レーザに通常見ら
れる汚染物質の1つである四フツ化シリコンを混
合気体から選択的に除去する。第2の反応ゾーン
で、混合気体をアルカリ土金属酸化物、好ましく
は酸化カルシウムまたは酸化マグネシウムのいず
れかに接触させて、SiF4をすべて不揮発性化合
物、すなわちアルカリ土金属二フツ化物および二
酸化シリコンに化学的に変換させる。残留する汚
染物質(SiF4以外の汚染物質)は、混合気体を約
600℃、好ましくは約900℃以上の温度で、金属ゲ
ツタに接触させることにより除去する。金属ゲツ
タは周期律表の第b族から選択することが好ま
しく、チタンが最も好ましい。この高温金属ゲツ
タによる除去は、第2の反応ゾーンにおいて、金
属ゲツタをアルカリ土金属酸化物と混合、または
層を形成させ、第2の反応ゾーンを約600℃に加
熱して行うことが好ましい。精製した希ガス混合
物に新しいハロゲン・ガスを添加してレーザに戻
す。
高温のチタン、または高温のジルコニウム等の
高温の金属ゲツタでは、四フツ化シリコン蒸気は
除去されない。この四フツ化シリコンは、ほとん
どのフツ素希ガス・レーザ装置において、レーザ
自体、または気体精製もしくは処理装置、または
これらの両方に使用されているシリコンを含有す
る材料とフツ素との反応により生成されるもので
ある。本明細書に開示する閉サイクル希ガス精製
装置は、アルカリ土金属酸化物との反応により四
フツ化シリコンを混合気体から選択的に除去し、
この汚染物質が許容量を超えて蓄積しないように
する。四フツ化シリコンが選択的に除去されるた
め、工業用チタンをフツ素除去、および残留汚染
物質のための高温金属ゲツタとして、使用するこ
とができる。
高温の金属ゲツタでは、四フツ化シリコン蒸気は
除去されない。この四フツ化シリコンは、ほとん
どのフツ素希ガス・レーザ装置において、レーザ
自体、または気体精製もしくは処理装置、または
これらの両方に使用されているシリコンを含有す
る材料とフツ素との反応により生成されるもので
ある。本明細書に開示する閉サイクル希ガス精製
装置は、アルカリ土金属酸化物との反応により四
フツ化シリコンを混合気体から選択的に除去し、
この汚染物質が許容量を超えて蓄積しないように
する。四フツ化シリコンが選択的に除去されるた
め、工業用チタンをフツ素除去、および残留汚染
物質のための高温金属ゲツタとして、使用するこ
とができる。
工業用チタンには相当量の不純物が含有されて
いる。第1の反応ゾーンで、これらの不純物のほ
とんどは、室温では蒸気圧が小さいフツ化物に変
換され、したがつて凝縮ゾーンより先には進まな
い(ほとんど第1の反応ゾーンから出ない)。こ
の例外で最も顕著なものはシリコン不純物で、こ
れは四フツ化シリコン蒸気に変換する。四フツ化
シリコンは約−95℃にならなければ蒸気の状態を
保つため、凝縮ゾーンでは除去されない。四フツ
化シリコン蒸気と反応させる目的で、アルカリ土
金属酸化物ゲツタを特に設けるのである。
いる。第1の反応ゾーンで、これらの不純物のほ
とんどは、室温では蒸気圧が小さいフツ化物に変
換され、したがつて凝縮ゾーンより先には進まな
い(ほとんど第1の反応ゾーンから出ない)。こ
の例外で最も顕著なものはシリコン不純物で、こ
れは四フツ化シリコン蒸気に変換する。四フツ化
シリコンは約−95℃にならなければ蒸気の状態を
保つため、凝縮ゾーンでは除去されない。四フツ
化シリコン蒸気と反応させる目的で、アルカリ土
金属酸化物ゲツタを特に設けるのである。
E 実施例
第1図にフツ素希ガス・レーザ10のための閉
サイクル希ガス精製装置を示す。この種のレーザ
10に用いる混合気体は通常バツフア性希ガス
(ネオン、ヘリウム等)、活性希ガス(クリプト
ン、キセノン等)およびフツ素ガスからなる。フ
ツ素希ガス・レーザ・ガス混合物には、水蒸気、
二酸化炭素(CO2)、二酸化窒素(NO2)、および
フツ素と、酸素、窒素、炭素、水素またはシリコ
ンとの各種化合物、たとえばF2CO、FNO、
FNO2、NF3、SiF4等の好ましくない気体汚染物
を含有していることが多い。
サイクル希ガス精製装置を示す。この種のレーザ
10に用いる混合気体は通常バツフア性希ガス
(ネオン、ヘリウム等)、活性希ガス(クリプト
ン、キセノン等)およびフツ素ガスからなる。フ
ツ素希ガス・レーザ・ガス混合物には、水蒸気、
二酸化炭素(CO2)、二酸化窒素(NO2)、および
フツ素と、酸素、窒素、炭素、水素またはシリコ
ンとの各種化合物、たとえばF2CO、FNO、
FNO2、NF3、SiF4等の好ましくない気体汚染物
を含有していることが多い。
本発明による希ガス精製装置は、バツチ式(す
なわち混合気体を間欠的にのみ精製する方式)で
運転することができるが、好ましい運転方法は気
体を連続的に清浄化することである。したがつ
て、連続運転について説明する。レーザ10から
のレーザ・ガスは導管11を通り、シヤツトオ
フ・バルブ12および、逆止弁13を経て、第1
の反応ゾーン14に送られ、ここで気体は粒状チ
タン床16を通過する。粒状チタンは、ステンレ
ス鋼またはニツケル等の適当な材料で製作した反
応槽18の下部に含まれる。反応槽18の上部に
は銅ウール19が充填され、凝縮ゾーン20を形
成する。反応槽18の下部はヒータ22で加熱さ
れ、反応槽18の上部は水冷ジヤケツト24によ
り、下部の温度より低い温度に冷却される。冷却
水は導管26を通つてジヤケツト24に入り、導
管28を通つて排出される。温度制御装置30
は、所定の温度が保たれるようにヒータ22を電
気的に制御する。ヒータ22を囲む絶縁体32
は、ヒータを効率的にするだけでなく、ヒータに
より冷却ジヤケツト24が加熱されるのを防止す
る。
なわち混合気体を間欠的にのみ精製する方式)で
運転することができるが、好ましい運転方法は気
体を連続的に清浄化することである。したがつ
て、連続運転について説明する。レーザ10から
のレーザ・ガスは導管11を通り、シヤツトオ
フ・バルブ12および、逆止弁13を経て、第1
の反応ゾーン14に送られ、ここで気体は粒状チ
タン床16を通過する。粒状チタンは、ステンレ
ス鋼またはニツケル等の適当な材料で製作した反
応槽18の下部に含まれる。反応槽18の上部に
は銅ウール19が充填され、凝縮ゾーン20を形
成する。反応槽18の下部はヒータ22で加熱さ
れ、反応槽18の上部は水冷ジヤケツト24によ
り、下部の温度より低い温度に冷却される。冷却
水は導管26を通つてジヤケツト24に入り、導
管28を通つて排出される。温度制御装置30
は、所定の温度が保たれるようにヒータ22を電
気的に制御する。ヒータ22を囲む絶縁体32
は、ヒータを効率的にするだけでなく、ヒータに
より冷却ジヤケツト24が加熱されるのを防止す
る。
制御装置30は、粒状チタンの温度を150℃
(かなりのTiF4が生成する最低温度)を超える温
度に維持するが、この温度は200℃を超える温度
であることが好ましく、約300℃が最も好ましい。
これより高い温度を用いることもできるが(反応
槽18およびチタン16の融点以下であれば)、
混合気体中のフツ素を効率良く気体の四フツ化チ
タンに変換するためには、これより高い温度は必
要ない。さらに、温度が著しく高くなると、次の
凝縮ゾーン20で気体を冷却することが困難にな
る。この冷却ゾーン20では、気体の温度は、四
フツ化チタンの昇華温度(283℃)未満にまで下
げなければならない。ジヤケツト24に低温の水
導水を通せば、凝縮ゾーンは十分に冷却され、四
フツ化チタンは銅ウール中で効率良く凝縮する。
しかし、凝縮ゾーンを283℃未満の温度にする他
の方法、たとえば室温の空気による空冷などで代
用できることは明らかである。
(かなりのTiF4が生成する最低温度)を超える温
度に維持するが、この温度は200℃を超える温度
であることが好ましく、約300℃が最も好ましい。
これより高い温度を用いることもできるが(反応
槽18およびチタン16の融点以下であれば)、
混合気体中のフツ素を効率良く気体の四フツ化チ
タンに変換するためには、これより高い温度は必
要ない。さらに、温度が著しく高くなると、次の
凝縮ゾーン20で気体を冷却することが困難にな
る。この冷却ゾーン20では、気体の温度は、四
フツ化チタンの昇華温度(283℃)未満にまで下
げなければならない。ジヤケツト24に低温の水
導水を通せば、凝縮ゾーンは十分に冷却され、四
フツ化チタンは銅ウール中で効率良く凝縮する。
しかし、凝縮ゾーンを283℃未満の温度にする他
の方法、たとえば室温の空気による空冷などで代
用できることは明らかである。
他の金属や化合物もフツ化物を生成するが、チ
タンの四フツ化物は効率良く生成し、非常に好都
合な温度(約300℃)で発揮し(すなわちチタン
を不働態化せず)、また非常に好都合な温度(室
温)で容易に凝縮するため、チタンが選択され
た。他の金属または化合物では、これらの利点を
生じないことが知られている。
タンの四フツ化物は効率良く生成し、非常に好都
合な温度(約300℃)で発揮し(すなわちチタン
を不働態化せず)、また非常に好都合な温度(室
温)で容易に凝縮するため、チタンが選択され
た。他の金属または化合物では、これらの利点を
生じないことが知られている。
残念ながら、純粋なチタンは非常に高価であ
り、安価な工業用チタン(真空蒸着グレードのチ
タン等)は、かなりの量の不純物を含有する。こ
の不純物の最も重要なものはシリコンである。室
温または室温以上では、チタン中の不純物のシリ
コンは、容易にフツ素と化合して四フツ化シリコ
ンを生成する。これは容易に凝縮しない蒸気であ
る(SiF4の凝結点は約−95℃)。キセノンの凝結
点(−107℃)がSiF4の凝結点と非常に近いので、
キセノンとの混合物からSiF4を低温で分離するこ
とは実用的ではない。本発明の意義深い点は、四
フツ化シリコンを後で混合気体から化学的に除去
するため、安価な工業用チタンを反応ゾーン14
で使用することができることがある。
り、安価な工業用チタン(真空蒸着グレードのチ
タン等)は、かなりの量の不純物を含有する。こ
の不純物の最も重要なものはシリコンである。室
温または室温以上では、チタン中の不純物のシリ
コンは、容易にフツ素と化合して四フツ化シリコ
ンを生成する。これは容易に凝縮しない蒸気であ
る(SiF4の凝結点は約−95℃)。キセノンの凝結
点(−107℃)がSiF4の凝結点と非常に近いので、
キセノンとの混合物からSiF4を低温で分離するこ
とは実用的ではない。本発明の意義深い点は、四
フツ化シリコンを後で混合気体から化学的に除去
するため、安価な工業用チタンを反応ゾーン14
で使用することができることがある。
次に、フツ素を除去した希ガスを導管34を通
して第2の反応ゾーン36に送り、ここで気体の
汚染物質を除去する。第1図では、反応ゾーン3
6はステンレス鋼またはニツケル等の適当な材料
で製作した反応槽38で示し、ヒーター40によ
り適当な高温、たとえば約900℃に加熱される。
して第2の反応ゾーン36に送り、ここで気体の
汚染物質を除去する。第1図では、反応ゾーン3
6はステンレス鋼またはニツケル等の適当な材料
で製作した反応槽38で示し、ヒーター40によ
り適当な高温、たとえば約900℃に加熱される。
第2の反応ゾーンは、元素周期表の第b族中
の少くとも1つの元素からなる第1のゲツタを含
む。第b族は、チタン、ジルコニウムおよびハ
フニウムからなる。工業用チタンは第1のゲツタ
として好ましいが、ジルコニウム、またはチタン
およびジルコニウムの両方またはいずれか一方を
含むゲツタ合金、またはゲツタ混合物を代りに使
用することができる。ハウニウムも同様に作用す
るが、高価で、入手が困難なため、考慮の対象に
はならない。
の少くとも1つの元素からなる第1のゲツタを含
む。第b族は、チタン、ジルコニウムおよびハ
フニウムからなる。工業用チタンは第1のゲツタ
として好ましいが、ジルコニウム、またはチタン
およびジルコニウムの両方またはいずれか一方を
含むゲツタ合金、またはゲツタ混合物を代りに使
用することができる。ハウニウムも同様に作用す
るが、高価で、入手が困難なため、考慮の対象に
はならない。
第2の反応ゾーンはまた、アルカリ土金属酸化
物からなる第2のゲツタを含む。このアルカリ土
元素は元素周期表の第a族の元素で、ベリリウ
ム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウムおよびラジウムからなる。入手が容
易なことと、費用の点で、第a族のゲツタとし
ては酸化カルシウムが好ましい。酸化マグネシウ
ムも第a族のゲツタとして良好に作用し、酸化
カルシウムの代りに、または酸化カルシウムと混
合して用いることができる。他のアルカリ土金属
の酸化物も用いることは可能であるが、いずれも
経済的に見合わない。
物からなる第2のゲツタを含む。このアルカリ土
元素は元素周期表の第a族の元素で、ベリリウ
ム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウムおよびラジウムからなる。入手が容
易なことと、費用の点で、第a族のゲツタとし
ては酸化カルシウムが好ましい。酸化マグネシウ
ムも第a族のゲツタとして良好に作用し、酸化
カルシウムの代りに、または酸化カルシウムと混
合して用いることができる。他のアルカリ土金属
の酸化物も用いることは可能であるが、いずれも
経済的に見合わない。
第1および第2のゲツタ材料は、粒状とするこ
とが好ましい。これは混合気体との反応が粒状材
料床の間に混合気体を流すことにより、容易に行
われるためである。ゲツタの材料は、第1図に示
すように混合しても、個別のゲツタ剤量を2層以
上に配列させてもよい。ゲツタを混合しない場合
は、いずれか一方を他方の前または上に配置すれ
ばよい。
とが好ましい。これは混合気体との反応が粒状材
料床の間に混合気体を流すことにより、容易に行
われるためである。ゲツタの材料は、第1図に示
すように混合しても、個別のゲツタ剤量を2層以
上に配列させてもよい。ゲツタを混合しない場合
は、いずれか一方を他方の前または上に配置すれ
ばよい。
第2の反応ゾーンは温度を900℃以上に保つこ
とが好ましい。これは第b族のゲツタは、温度
が高くなる程効率が良くなるためである。第b
族のゲツタ600℃より低温では満足に作用するこ
とは不可能である。第2の反応ゾーンが作動でき
る最高温度は、ゲツタ材料の蒸気圧および反応層
38の融点により決まる。ニツケル槽38の場
合、第2の反応ゾーンの稼動温度は約1500℃にま
で上げることができる。ヒータ40に接続した温
度制御装置42により、槽38は所定の温度に保
たれる。絶縁体44はヒーター40の効率と、槽
38内の温度の均一性を高める。
とが好ましい。これは第b族のゲツタは、温度
が高くなる程効率が良くなるためである。第b
族のゲツタ600℃より低温では満足に作用するこ
とは不可能である。第2の反応ゾーンが作動でき
る最高温度は、ゲツタ材料の蒸気圧および反応層
38の融点により決まる。ニツケル槽38の場
合、第2の反応ゾーンの稼動温度は約1500℃にま
で上げることができる。ヒータ40に接続した温
度制御装置42により、槽38は所定の温度に保
たれる。絶縁体44はヒーター40の効率と、槽
38内の温度の均一性を高める。
槽38内では、希ガス混合物を通すことによ
り、混合物に含まれる汚染物質が除去される。ア
ルカリ土金属の酸化物が汚染物質の四フツ化シリ
コン(主として、工業用チタンを使用する第1の
反応ゾーンで生成する)と反応して、アルカリ土
金属の二フツ化物および二酸化シリコンを生成す
る。四フツ化シリコンは下記の式により、好まし
いアルカリ土金属酸化物と反応する。
り、混合物に含まれる汚染物質が除去される。ア
ルカリ土金属の酸化物が汚染物質の四フツ化シリ
コン(主として、工業用チタンを使用する第1の
反応ゾーンで生成する)と反応して、アルカリ土
金属の二フツ化物および二酸化シリコンを生成す
る。四フツ化シリコンは下記の式により、好まし
いアルカリ土金属酸化物と反応する。
SiF4+2CaO=2CaF2+SiO2
同様な式は、他のアルカリ土金属酸化物につい
ても存在する。
ても存在する。
第2の反応ゾーンにおける第b族の元素は、
高温金属ゲツタとして作用する。混合気体中の他
の汚染物質(たとえばH2O、CO2、NO2、F2CO、
FNO、FNO2、NF3、ClO2、残留F2等)はすべ
て第b族のゲツタにより捕集される。
高温金属ゲツタとして作用する。混合気体中の他
の汚染物質(たとえばH2O、CO2、NO2、F2CO、
FNO、FNO2、NF3、ClO2、残留F2等)はすべ
て第b族のゲツタにより捕集される。
精製された高温の希ガス混合物は、導管46か
ら冷却ゾーン48を通り、コンプレツサ50へ送
られる。冷却ゾーン48は、水ジヤケツト52に
より冷却される。この水ジヤケツト52には、も
う一方の水ジヤケツト24で使用した水を、導管
28を通じて供給し、冷却後は導管56から排出
させる。冷却ゾーン48で、精製希ガス混合物
は、コンプレツサ50、圧力調整装置58、逆止
弁59、および流量計60に適する温度にまで冷
却される。水冷の代りに空冷を用いてもよい。こ
のあと、ガスの流れの径路に沿つた部品が、高温
の精製希ガスに耐えるものであれば、特に冷却す
る必要はない。
ら冷却ゾーン48を通り、コンプレツサ50へ送
られる。冷却ゾーン48は、水ジヤケツト52に
より冷却される。この水ジヤケツト52には、も
う一方の水ジヤケツト24で使用した水を、導管
28を通じて供給し、冷却後は導管56から排出
させる。冷却ゾーン48で、精製希ガス混合物
は、コンプレツサ50、圧力調整装置58、逆止
弁59、および流量計60に適する温度にまで冷
却される。水冷の代りに空冷を用いてもよい。こ
のあと、ガスの流れの径路に沿つた部品が、高温
の精製希ガスに耐えるものであれば、特に冷却す
る必要はない。
コンプレツサ50は、所定の流量が得られるよ
うに、希ガス混合物の圧力を上げることにより、
流れの工程全体を制御する。希ガス混合物の圧力
は、調整装置58により制御し、流量計60によ
り監視する。新しいフツ素は、フツ素源62か
ら、流量制御装置64、逆止弁66およびカツト
オフ・バルブ67を通じて供給される。新しいフ
ツ素と希ガス混合物とは混合され、導管68によ
りレーザ10に送られる。
うに、希ガス混合物の圧力を上げることにより、
流れの工程全体を制御する。希ガス混合物の圧力
は、調整装置58により制御し、流量計60によ
り監視する。新しいフツ素は、フツ素源62か
ら、流量制御装置64、逆止弁66およびカツト
オフ・バルブ67を通じて供給される。新しいフ
ツ素と希ガス混合物とは混合され、導管68によ
りレーザ10に送られる。
新しいバツフア・ガス(通常ネオンまたはヘリ
ウム)は、バツフア・ガス源72から、流量制御
装置74、逆止弁76およびカツトオフ・バルブ
77を通じて送られる。新しい活性ガス(通常キ
セノン、クリプトンまたはアルゴン)は、活性ガ
ス源82から、流量制御装置84、逆止弁86、
およびカツトオフ・バルブ87を通じて送られ
る。新しいバツフアおよび活性ガスは、最初は装
置全体を満たすため、その後はたとえばレーザ自
体の清掃もしくは交換、または前述の洗滌装置中
の部品もしくは薬品の清掃もしくは交換等によ
り、故意に、または偶然に失われ、または排出し
た活性ガス、およびバツフア・ガスを補充するた
めに必要となる。真空ポンプ90は、保守のため
レーザまたは精製装置を空にするために使用す
る。吸引されたガスは理論的には再使用できる
が、保守のため吸引されたガスは、新しいガスを
用いて置換するほうが実際的である。しかし、吸
引したガスは希ガスであるため、廃ガスは貯えて
おき、後で再生することが有利であろう。このた
め、真空ポンプの排出側を導管92で、廃ガス貯
蔵手段94に接続する。カツトオフ・バルブ6
7,77,87,12,95,96,97はすべ
て、保守機能を補助する。バルブ95および96
は、レーザ中のガスを吸引する場合(このときバ
ルブ95を開く)または精製装置中のガスを吸引
する場合(このときバルブ96を開く)以外は、
常時閉である。バルブ12および97は、レーザ
中のガスを吸引する場合で、精製装置内にガスを
充填したままにする場合以外は常時閉である。バ
ルブ67は、レーザ中のガスを吸引する場合、ま
たはフツ素源を交換する場合以外は常時開とす
る。バルブ77は、バツフア・ガスまたは活性ガ
スをそれぞれ装置に供給する場合以外は常時閉と
なる。逆止弁13,59,66,76および86
はすべて、汚染性または有害ガスが装置内に逆流
するのを防止する。
ウム)は、バツフア・ガス源72から、流量制御
装置74、逆止弁76およびカツトオフ・バルブ
77を通じて送られる。新しい活性ガス(通常キ
セノン、クリプトンまたはアルゴン)は、活性ガ
ス源82から、流量制御装置84、逆止弁86、
およびカツトオフ・バルブ87を通じて送られ
る。新しいバツフアおよび活性ガスは、最初は装
置全体を満たすため、その後はたとえばレーザ自
体の清掃もしくは交換、または前述の洗滌装置中
の部品もしくは薬品の清掃もしくは交換等によ
り、故意に、または偶然に失われ、または排出し
た活性ガス、およびバツフア・ガスを補充するた
めに必要となる。真空ポンプ90は、保守のため
レーザまたは精製装置を空にするために使用す
る。吸引されたガスは理論的には再使用できる
が、保守のため吸引されたガスは、新しいガスを
用いて置換するほうが実際的である。しかし、吸
引したガスは希ガスであるため、廃ガスは貯えて
おき、後で再生することが有利であろう。このた
め、真空ポンプの排出側を導管92で、廃ガス貯
蔵手段94に接続する。カツトオフ・バルブ6
7,77,87,12,95,96,97はすべ
て、保守機能を補助する。バルブ95および96
は、レーザ中のガスを吸引する場合(このときバ
ルブ95を開く)または精製装置中のガスを吸引
する場合(このときバルブ96を開く)以外は、
常時閉である。バルブ12および97は、レーザ
中のガスを吸引する場合で、精製装置内にガスを
充填したままにする場合以外は常時閉である。バ
ルブ67は、レーザ中のガスを吸引する場合、ま
たはフツ素源を交換する場合以外は常時開とす
る。バルブ77は、バツフア・ガスまたは活性ガ
スをそれぞれ装置に供給する場合以外は常時閉と
なる。逆止弁13,59,66,76および86
はすべて、汚染性または有害ガスが装置内に逆流
するのを防止する。
上記は、フツ素と、元素周期表のO族に属する
1種類以上の貴ガスの混合物の、閉サイクル再循
環ガス洗滌または精製のための改良された装置に
関するものである。第1の反応ゾーンでは、フツ
素を除去するために、安価な工業用チタンが用い
られ、第2の反応ゾーンでは、工業用チタンに含
有されるシリコンを除去するため、アルカリ土金
属酸化物、好ましくは酸化カルシウムが用いられ
る。他の汚染物質は高温の金属ゲツタ、好ましく
はチタンにより除去される。
1種類以上の貴ガスの混合物の、閉サイクル再循
環ガス洗滌または精製のための改良された装置に
関するものである。第1の反応ゾーンでは、フツ
素を除去するために、安価な工業用チタンが用い
られ、第2の反応ゾーンでは、工業用チタンに含
有されるシリコンを除去するため、アルカリ土金
属酸化物、好ましくは酸化カルシウムが用いられ
る。他の汚染物質は高温の金属ゲツタ、好ましく
はチタンにより除去される。
上記のガス精製装置は、本発明の趣旨および範
囲を逸脱することなく、変更または修正が可能で
あることは明らかである。たとえば、第1の反応
ゾーンを十分高温にして、第1の反応ゾーン中の
チタンが、フツ素を四フツ化チタンに変換するだ
けでなく、前述の装置の第2の反応ゾーンで、高
温の金属ゲツタにより除去する汚染物質を除去す
るための高温金属ゲツタとしても作用するように
すれば、第2の反応ゾーンにおける第b属のゲ
ツタは必要なくなる。このような場合、第2の反
応ゾーンでは、四フツ化シリコンを除去するた
め、アルカリ土金酸化物ゲツタのみが必要とな
り、第2の反応ゾーンの温度をかなり低くするこ
とができる。しかし、第1の反応ゾーンの温度を
高くすると、TiF4を凝縮させるため、冷却装置
を大きく、精巧なものにする必要があり、見掛け
上の利点が相殺されることもある。
囲を逸脱することなく、変更または修正が可能で
あることは明らかである。たとえば、第1の反応
ゾーンを十分高温にして、第1の反応ゾーン中の
チタンが、フツ素を四フツ化チタンに変換するだ
けでなく、前述の装置の第2の反応ゾーンで、高
温の金属ゲツタにより除去する汚染物質を除去す
るための高温金属ゲツタとしても作用するように
すれば、第2の反応ゾーンにおける第b属のゲ
ツタは必要なくなる。このような場合、第2の反
応ゾーンでは、四フツ化シリコンを除去するた
め、アルカリ土金酸化物ゲツタのみが必要とな
り、第2の反応ゾーンの温度をかなり低くするこ
とができる。しかし、第1の反応ゾーンの温度を
高くすると、TiF4を凝縮させるため、冷却装置
を大きく、精巧なものにする必要があり、見掛け
上の利点が相殺されることもある。
F 発明の効果
以上のように、この発明によれば、フツ素希ガ
ス・レーザにおいて効率的に希ガスを精製するこ
とができるので、レーザの長時間の動作を可能な
らしめるという効果が得られる。
ス・レーザにおいて効率的に希ガスを精製するこ
とができるので、レーザの長時間の動作を可能な
らしめるという効果が得られる。
第1図は本発明によるフツ化希ガス・レーザの
ための閉サイクル精製装置を示す略図である。 10……フツ化希ガス・レーザ、14……第1
の反応ゾーン、20……凝縮ゾーン、36……第
2の反応ゾーン、18,38……反応槽、30,
42……温度制御装置。
ための閉サイクル精製装置を示す略図である。 10……フツ化希ガス・レーザ、14……第1
の反応ゾーン、20……凝縮ゾーン、36……第
2の反応ゾーン、18,38……反応槽、30,
42……温度制御装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1(a) チタンを含み、フツ素と、少くとも1つ
の不活性元素とからなる混合物を受け入れ、上
記のフツ素を上記のチタンとの化学反応により
四フツ化チタン蒸気に変換し、同時に上記のチ
タンに含まれる不純物のシリコンを、四フツ化
シリコン蒸気に変換するための第1の反応ゾー
ンと、 (b) 上記の第1の反応ゾーンの後にあり、上記の
気体混合物から、凝縮により、上記の四フツ化
チタンを除去するための凝縮ゾーンと、 (c) 上記の凝縮ゾーンの後にあり、アルカリ土金
属酸化物を含み、上記の気体混合物から、上記
のアルカリ土金属酸化物と、上記の四フツ化シ
リコン蒸気とを反応させて、不揮発性のアルカ
リ土金属二フツ化物と、二酸化シリコンとを生
成させることにより、四フツ化シリコン蒸気を
除去するための第2の反応ゾーンと、 (d) 上記の気体混合物から、残留汚染物質を、金
属ゲツタと、上記の残留汚染物質とを600℃を
超える温度で反応させて除去する手段 からなることを特徴とする、フツ素希ガス・レー
ザのための閉サイクル希ガス精製装置。 2 上記の残留汚染物質を除去するための上記の
手段が、上記の第2の反応ゾーン内に配置した金
属ゲツタであることを特徴とする、特許請求範囲
第1項記載の閉サイクル希ガス精製装置。 3 上記の第2の反応ゾーンが800℃を超える温
度に保たれることを特徴とする、特許請求範囲第
2項記載の閉サイクル希ガス精製装置。 4 上記の金属ゲツタがb族の金属からなるこ
とを特徴とする、特許請求範囲第2項記載の閉サ
イクル希ガス精製装置。 5 上記のb族の金属がチタンであることを特
徴とする、特許請求範囲第4項記載の閉サイクル
希ガス精製装置。 6 上記のアルカリ土金属酸化物が、酸化カルシ
ウムまたは酸化マグネシウムであることを特徴と
する、特許請求範囲第1項記載の閉サイクル希ガ
ス精製装置。 7 (a) 希ガスとフツ素からなる混合気体を、
150℃を超える温度でチタンと接触させ、上記
の混合気体中のフツ素を四フツ化チタン蒸気に
変換すると同時に、上記のチタンに不純物とし
て含有される可能性のあるシリコンを、四フツ
化シリコン蒸気に変換し、 (b) 上記の混合気体から、上記の四フツ化チタン
蒸気を除去し、 (c) 上記の混合気体から上記の四フツ化チタン蒸
気を除去した後、上記の混合気体をアルカリ土
金属酸化物と接触させて、四フツ化シリコン蒸
気をアルカリ土金属フツ化物および二酸化シリ
コンに変換することにより、上記の混合気体か
ら上記の四フツ化シリコン蒸気をすべて除去
し、 (d) 上記の混合気体を600℃を超える温度で金属
ゲツタに接触させることにより、上記の混合気
体から残留汚染物質を除去する、 ことを特徴とする、希ガス・フツ素混合物のため
の閉サイクル気体精製方法。 8 上記の混合気体を800℃を超える温度で金属
ゲツタに接触させることにより、上記の混合気体
から上記の残留汚染物質を除去することを特徴と
する、特許請求範囲第7項記載の閉サイクル気体
精製方法。 9 上記の金属ゲツタがb族の金属からなるこ
とを特徴とする、特許請求範囲第8項記載の閉サ
イクル気体精製方法。 10 上記のb族の金属がチタンであることを
特徴とする、特許請求範囲第9項記載の閉サイク
ル気体精製方法。 11 上記のアルカリ土金属酸化物が、酸化カル
シウムまたは酸化マグネシウムであることを特徴
とする、特許請求範囲第7項記載の閉サイクル気
体精製方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/728,121 US4629611A (en) | 1985-04-29 | 1985-04-29 | Gas purifier for rare-gas fluoride lasers |
| US728121 | 1985-04-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61251186A JPS61251186A (ja) | 1986-11-08 |
| JPH0511436B2 true JPH0511436B2 (ja) | 1993-02-15 |
Family
ID=24925512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61032065A Granted JPS61251186A (ja) | 1985-04-29 | 1986-02-18 | フツ素希ガス・レ−ザのための閉サイクル希ガス精製装置及びその方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4629611A (ja) |
| EP (1) | EP0199934B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61251186A (ja) |
| CA (1) | CA1251018A (ja) |
| DE (1) | DE3680940D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0641869U (ja) * | 1992-06-30 | 1994-06-03 | 株式会社シーテック | 液体塗布用ノズル |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1298959C (en) * | 1985-09-28 | 1992-04-21 | Kohzo Hakuta | Method of refining rare gas halide excimer laser gas |
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| GB8813270D0 (en) * | 1988-06-04 | 1988-07-06 | Plasma Products Ltd | Dry exhaust gas conditioning |
| US5417934A (en) * | 1988-06-04 | 1995-05-23 | Boc Limited | Dry exhaust gas conditioning |
| NZ231769A (en) * | 1988-12-20 | 1991-01-29 | Univ Melbourne | Production of tif 4 from ore containing tio 2 |
| US4905249A (en) * | 1989-01-06 | 1990-02-27 | Applied Photonics, Inc. | Catalytic converter |
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| JPH06104510A (ja) * | 1991-06-04 | 1994-04-15 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ガスレーザ装置およびその運転法 |
| JPH06125127A (ja) * | 1991-06-04 | 1994-05-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ガスレーザ装置およびその運転法 |
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1985
- 1985-04-29 US US06/728,121 patent/US4629611A/en not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-02-18 JP JP61032065A patent/JPS61251186A/ja active Granted
- 1986-03-03 CA CA000503078A patent/CA1251018A/en not_active Expired
- 1986-03-07 DE DE8686103030T patent/DE3680940D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-03-07 EP EP86103030A patent/EP0199934B1/en not_active Expired
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Also Published As
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|---|---|
| EP0199934A3 (en) | 1989-03-08 |
| US4629611A (en) | 1986-12-16 |
| JPS61251186A (ja) | 1986-11-08 |
| EP0199934B1 (en) | 1991-08-21 |
| DE3680940D1 (de) | 1991-09-26 |
| CA1251018A (en) | 1989-03-14 |
| EP0199934A2 (en) | 1986-11-05 |
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