JPH06104510A - ガスレーザ装置およびその運転法 - Google Patents
ガスレーザ装置およびその運転法Info
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- JPH06104510A JPH06104510A JP3132913A JP13291391A JPH06104510A JP H06104510 A JPH06104510 A JP H06104510A JP 3132913 A JP3132913 A JP 3132913A JP 13291391 A JP13291391 A JP 13291391A JP H06104510 A JPH06104510 A JP H06104510A
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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
-
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- 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
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- 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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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザ用ガス媒体を浄化しつつ、循環させて
使用するガスレーザに関し、長期間一定のレーザ出力を
得ることの容易なガスレーザ装置の運転方法、およびガ
スレーザ装置を提供することを目的とする。 【構成】 希ガスを含むレーザ用ガス媒体を循環させな
がらレーザ発振を行なう方法であって、充填物を収容し
た低温トラップにトラップ温度において凝固する凝固ガ
スを予め付着、凝固させ、その後レーザ用ガス媒体と接
触させることを特徴とする。
使用するガスレーザに関し、長期間一定のレーザ出力を
得ることの容易なガスレーザ装置の運転方法、およびガ
スレーザ装置を提供することを目的とする。 【構成】 希ガスを含むレーザ用ガス媒体を循環させな
がらレーザ発振を行なう方法であって、充填物を収容し
た低温トラップにトラップ温度において凝固する凝固ガ
スを予め付着、凝固させ、その後レーザ用ガス媒体と接
触させることを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスレーザに関し、特
にレーザ用ガス媒体を浄化しつつ、循環させて使用する
ガスレーザに関する。
にレーザ用ガス媒体を浄化しつつ、循環させて使用する
ガスレーザに関する。
【0002】なお、本明細書で凝固とはガス分子が運動
エネルギを失って個体化する状態をいい、吸着とは付着
したガス分子が付着面の温度に対応した運動エネルギを
有し、離れようとする力と付着しようとする力のバラン
スの下で付着している状態を示す。したがって、凝固ガ
スは置換しないが、吸着ガスはより付着力の強いガス分
子に置換される。
エネルギを失って個体化する状態をいい、吸着とは付着
したガス分子が付着面の温度に対応した運動エネルギを
有し、離れようとする力と付着しようとする力のバラン
スの下で付着している状態を示す。したがって、凝固ガ
スは置換しないが、吸着ガスはより付着力の強いガス分
子に置換される。
【0003】
【従来の技術】以下、KrFエキシマレーザを例にとっ
て説明するが、本発明はKrFエキシマレーザに限るも
のではない。たとえばArFウキシマレーザ等も同様で
ある。
て説明するが、本発明はKrFエキシマレーザに限るも
のではない。たとえばArFウキシマレーザ等も同様で
ある。
【0004】KrFエキシマレーザは、ガラス等で形成
されたレーザ管にレーザガス媒体として約99%のN
e、約1%のKr、約0.1%のF2 の混合ガスを収容
し、両端にミラーを配置し、レーザ用ガス媒体を放電発
光させ、共振を生じさせることによって動作させる。
されたレーザ管にレーザガス媒体として約99%のN
e、約1%のKr、約0.1%のF2 の混合ガスを収容
し、両端にミラーを配置し、レーザ用ガス媒体を放電発
光させ、共振を生じさせることによって動作させる。
【0005】ところで、フッ素ガスは反応性が強く、特
に放電によって励起されたフッ素ガスは反応性が強いた
め、放電によってフッ素ガスとガス媒体中の不純物や他
の構成材料との反応が生じる。このため、KrFエキシ
マレーザのレーザ出力は放電回数と共に減少する。
に放電によって励起されたフッ素ガスは反応性が強いた
め、放電によってフッ素ガスとガス媒体中の不純物や他
の構成材料との反応が生じる。このため、KrFエキシ
マレーザのレーザ出力は放電回数と共に減少する。
【0006】図2にこのような従来の技術による、Kr
Fエキシマレーザの特性を示す。図2(A)図中に示す
ように、レーザ管51は、その一端にミラー52、他端
に所望の反射率と透過率を有するハーフミラー53を有
し、ガス源54から原料ガスを供給する。レーザ管51
内を排気弁55を介して排気し、ガス源54から新鮮な
原料ガスを供給し、レーザ発振を生じさせた時の時間経
過に伴う特性の変化を以下に説明する。図2(A)はレ
ーザ出力を示し、図2(B)、(C)は、レーザ管51
内のガス成分の濃度を示す。横軸は各図とも時間を分で
示す。
Fエキシマレーザの特性を示す。図2(A)図中に示す
ように、レーザ管51は、その一端にミラー52、他端
に所望の反射率と透過率を有するハーフミラー53を有
し、ガス源54から原料ガスを供給する。レーザ管51
内を排気弁55を介して排気し、ガス源54から新鮮な
原料ガスを供給し、レーザ発振を生じさせた時の時間経
過に伴う特性の変化を以下に説明する。図2(A)はレ
ーザ出力を示し、図2(B)、(C)は、レーザ管51
内のガス成分の濃度を示す。横軸は各図とも時間を分で
示す。
【0007】図2(A)に示すように、未だ発振を生じ
ない間はレーザ出力はほぼ0であり、発振を開始すると
急激に大きな値に達する。ところが、発振時間の経過と
共にレーザ出力は次第に減少する。
ない間はレーザ出力はほぼ0であり、発振を開始すると
急激に大きな値に達する。ところが、発振時間の経過と
共にレーザ出力は次第に減少する。
【0008】図2(B)、(C)に示すように、レーザ
発振が生じる前の状態においては、レーザ管51内のガ
ス成分はほぼ一定であり、不純物であるN2 、O2 、H
F、SiF4 がわずかに存在する。なお、主成分である
NeとKrは図示していないが、濃度はほぼ一定に保た
れる。レーザ発振が開始すると、図2(C)に示すCF
4 、HF、SiF4 等の不純物濃度は徐々に増大する。
一方、レーザ用ガス媒体の成分であるF2 は徐々にその
濃度が低下する。レーザ出力の低下は、これらの不純物
成分の増加とレーザ用ガス媒体であるF2 の減少に起因
するものと考えられる。
発振が生じる前の状態においては、レーザ管51内のガ
ス成分はほぼ一定であり、不純物であるN2 、O2 、H
F、SiF4 がわずかに存在する。なお、主成分である
NeとKrは図示していないが、濃度はほぼ一定に保た
れる。レーザ発振が開始すると、図2(C)に示すCF
4 、HF、SiF4 等の不純物濃度は徐々に増大する。
一方、レーザ用ガス媒体の成分であるF2 は徐々にその
濃度が低下する。レーザ出力の低下は、これらの不純物
成分の増加とレーザ用ガス媒体であるF2 の減少に起因
するものと考えられる。
【0009】一定のレーザ出力を得るためには、図2
(A)に示す構成において、ガス源54から常に新鮮ガ
スを供給し、排気弁55から排気を行なってレーザ管5
1内を一定の圧力に保つことが必要となろう。しかし、
この方法によれば、高価な希ガスであるKrを浪費する
のみでなく、原料ガス供給、排気の制御が複雑となる。
(A)に示す構成において、ガス源54から常に新鮮ガ
スを供給し、排気弁55から排気を行なってレーザ管5
1内を一定の圧力に保つことが必要となろう。しかし、
この方法によれば、高価な希ガスであるKrを浪費する
のみでなく、原料ガス供給、排気の制御が複雑となる。
【0010】そこで、レーザ管内のガスを液体窒素トラ
ップを介して循環させ、生成したハロゲン化物を除去す
る方法が提案されている。
ップを介して循環させ、生成したハロゲン化物を除去す
る方法が提案されている。
【0011】図3に、レーザガスおよび不純物の蒸気圧
曲線を示す。KrFエキシマレーザのレーザ用ガス媒体
は、Ne、Kr、F2 を必要成分とする。また、主な不
純物ガスは、CF4 、SiF4 、HF等である。
曲線を示す。KrFエキシマレーザのレーザ用ガス媒体
は、Ne、Kr、F2 を必要成分とする。また、主な不
純物ガスは、CF4 、SiF4 、HF等である。
【0012】たとえば、液体窒素温度においては、不純
物ガスであるHF、SiF4 は全てその蒸気圧が極めて
低い値となる。したがって、液体窒素トラップを用いる
ことにより、これらの不純物ガスをトラップすることが
可能である。図4は、液体窒素冷却トラップを備えたK
rFエキシマレーザ装置を概略的に示す。
物ガスであるHF、SiF4 は全てその蒸気圧が極めて
低い値となる。したがって、液体窒素トラップを用いる
ことにより、これらの不純物ガスをトラップすることが
可能である。図4は、液体窒素冷却トラップを備えたK
rFエキシマレーザ装置を概略的に示す。
【0013】図4においては、反射ミラー52、ハーフ
ミラー53を備えたレーザ管51にガス源54からレー
ザ用ガス媒体が供給される。レーザ管51にはさらにガ
ス導出路61およびガス帰還路66が備えられている。
ガス導出路61とガス帰還路66の間には、ダストフィ
ルタ62、液体窒素冷却トラップ64、ポンプ65が接
続されている。液体窒素冷却トラップ64は、液体窒素
槽63に浸積されて液体窒素温度に冷却されている。
ミラー53を備えたレーザ管51にガス源54からレー
ザ用ガス媒体が供給される。レーザ管51にはさらにガ
ス導出路61およびガス帰還路66が備えられている。
ガス導出路61とガス帰還路66の間には、ダストフィ
ルタ62、液体窒素冷却トラップ64、ポンプ65が接
続されている。液体窒素冷却トラップ64は、液体窒素
槽63に浸積されて液体窒素温度に冷却されている。
【0014】レーザ管51内のレーザ用ガス媒体は、ガ
ス導出路61からダストフィルタ62を介して液体窒素
冷却トラップ64に導入され、液体窒素温度での蒸気圧
が低い成分を液体窒素冷却トラップ64壁面にトラップ
し、ポンプ65からガス帰還路66を介してレーザ管5
1内に帰還される。不純物ガスであるCF4 、SiF
4 、HFは液体窒素温度で極めて低い蒸気圧を有し、液
体窒素冷却トラップ64壁面に衝突した不純物ガス分子
はそこにトラップされる。
ス導出路61からダストフィルタ62を介して液体窒素
冷却トラップ64に導入され、液体窒素温度での蒸気圧
が低い成分を液体窒素冷却トラップ64壁面にトラップ
し、ポンプ65からガス帰還路66を介してレーザ管5
1内に帰還される。不純物ガスであるCF4 、SiF
4 、HFは液体窒素温度で極めて低い蒸気圧を有し、液
体窒素冷却トラップ64壁面に衝突した不純物ガス分子
はそこにトラップされる。
【0015】ところで、図4の構成において、流量を確
保しようとすると液体窒素冷却トラップの管径を太くす
ることが必要となるが、管径を太くすると管壁に接触せ
ずに通過するガス成分を許容することになる。
保しようとすると液体窒素冷却トラップの管径を太くす
ることが必要となるが、管径を太くすると管壁に接触せ
ずに通過するガス成分を許容することになる。
【0016】ところで、図3に示されるように、レーザ
用ガス媒体の構成要素であるKrは、液体窒素温度にお
いて低い蒸気圧を有し、液体窒素冷却トラップにトラッ
プされる確率が高い。Krが液体窒素冷却トラップにト
ラップされると、レーザ用ガス媒体のKr成分が減少す
るため、レーザ出力の長期一定保持を行なうためには、
Krを添加する必要がある。なお、KrFエキシマレー
ザの運転条件においては、ガス流量は通常5Nl/mi
n程度であり、ゲージガス圧力は通常5Kg/cm2 G
(全圧6Kg/cm2 )程度である。
用ガス媒体の構成要素であるKrは、液体窒素温度にお
いて低い蒸気圧を有し、液体窒素冷却トラップにトラッ
プされる確率が高い。Krが液体窒素冷却トラップにト
ラップされると、レーザ用ガス媒体のKr成分が減少す
るため、レーザ出力の長期一定保持を行なうためには、
Krを添加する必要がある。なお、KrFエキシマレー
ザの運転条件においては、ガス流量は通常5Nl/mi
n程度であり、ゲージガス圧力は通常5Kg/cm2 G
(全圧6Kg/cm2 )程度である。
【0017】また、カルシウム、チタン等を用いたゲッ
タトラップを用いてハロゲンの分離とハロゲンの全量を
トラップする方法が提案されている。この場合は、F2
が全量トラップされるため、F2 を供給する必要があ
り、厳しい添加量制御が必要とされる。
タトラップを用いてハロゲンの分離とハロゲンの全量を
トラップする方法が提案されている。この場合は、F2
が全量トラップされるため、F2 を供給する必要があ
り、厳しい添加量制御が必要とされる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の技術によるKrFエキシマレーザにおいては、長
期間一定のレーザ出力を得ることが困難であった。
従来の技術によるKrFエキシマレーザにおいては、長
期間一定のレーザ出力を得ることが困難であった。
【0019】本発明の目的は、長期間一定のレーザ出力
を得ることの容易なガスレーザ装置の運転方法、および
ガスレーザ装置を提供することである。
を得ることの容易なガスレーザ装置の運転方法、および
ガスレーザ装置を提供することである。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明のガスレーザ装置
の運転方法は、希ガスを含むレーザ用ガス媒体を循環さ
せながらレーザ発振を行なう方法であって、充填物を収
容した低温トラップにトラップ温度において凝固する凝
固ガスを予め付着、凝固させ、その後レーザ用ガス媒体
と接触させることを特徴とする。
の運転方法は、希ガスを含むレーザ用ガス媒体を循環さ
せながらレーザ発振を行なう方法であって、充填物を収
容した低温トラップにトラップ温度において凝固する凝
固ガスを予め付着、凝固させ、その後レーザ用ガス媒体
と接触させることを特徴とする。
【0021】また、本発明のガスレーザ装置は、レーザ
用ガス媒体を収容し、レーザ発光させるためのレーザ管
と、前記レーザ管に接続されて循環通路を形成すると共
に、充填物を収容した低温トラップと、前記低温トラッ
プを所定の温度に冷却するための冷媒槽と、前記所定温
度で凝固する凝固ガスを前記低温トラップに供給する手
段とを有する。
用ガス媒体を収容し、レーザ発光させるためのレーザ管
と、前記レーザ管に接続されて循環通路を形成すると共
に、充填物を収容した低温トラップと、前記低温トラッ
プを所定の温度に冷却するための冷媒槽と、前記所定温
度で凝固する凝固ガスを前記低温トラップに供給する手
段とを有する。
【0022】
【作用】図5に本発明の基礎となる実験結果を示す。図
5(A)は、He中のXeのトラップの実験結果を示
す。液体窒素冷却トラップの出入口にグラスウールを詰
め、液体窒素で冷却し、He中に所定濃度のXeを含有
させ、この液体窒素冷却トラップを通過させたときのX
eの濃度を調べた。横軸にXeのトラップ入口濃度をp
pmで示し、縦軸にトラップ出口濃度をppmで示す。
5(A)は、He中のXeのトラップの実験結果を示
す。液体窒素冷却トラップの出入口にグラスウールを詰
め、液体窒素で冷却し、He中に所定濃度のXeを含有
させ、この液体窒素冷却トラップを通過させたときのX
eの濃度を調べた。横軸にXeのトラップ入口濃度をp
pmで示し、縦軸にトラップ出口濃度をppmで示す。
【0023】液体窒素冷却トラップに供給するHeガス
中のXeの濃度を変化させ、トラップ出口におけるXe
の濃度をプロットしてある。Xeのトラップ入口濃度が
小さい間は、トラップ出口濃度はトラップ入口濃度とほ
ぼ同じ値を示し、液体窒素冷却トラップにXeはほとん
どトラップされていないことを示す。しかしながら、X
eのトラップ入口濃度が1ppmに近づくと、トラップ
出口濃度はトラップ入口濃度よりも小さくなり、Xeの
トラップ入口濃度が1ppmを越えた範囲においては、
トラップ出口濃度はほぼ0.9ppm以下のほぼ一定な
値を示す。すなわち、グラスウールを詰めた液体窒素冷
却トラップにXeがトラップされていることを示してい
る。
中のXeの濃度を変化させ、トラップ出口におけるXe
の濃度をプロットしてある。Xeのトラップ入口濃度が
小さい間は、トラップ出口濃度はトラップ入口濃度とほ
ぼ同じ値を示し、液体窒素冷却トラップにXeはほとん
どトラップされていないことを示す。しかしながら、X
eのトラップ入口濃度が1ppmに近づくと、トラップ
出口濃度はトラップ入口濃度よりも小さくなり、Xeの
トラップ入口濃度が1ppmを越えた範囲においては、
トラップ出口濃度はほぼ0.9ppm以下のほぼ一定な
値を示す。すなわち、グラスウールを詰めた液体窒素冷
却トラップにXeがトラップされていることを示してい
る。
【0024】ところで、図2に示すようにKrFレーザ
で問題となる不純物ガスは一般にppmオーダ以上の濃
度を有する。液体窒素温度において、Xeよりも小さな
蒸気圧を有するSiF4 、HF等の不純物ガスはXeよ
りもより完全に液体窒素冷却トラップにトラップされる
ことは明らかである。
で問題となる不純物ガスは一般にppmオーダ以上の濃
度を有する。液体窒素温度において、Xeよりも小さな
蒸気圧を有するSiF4 、HF等の不純物ガスはXeよ
りもより完全に液体窒素冷却トラップにトラップされる
ことは明らかである。
【0025】図5(B)は、液体窒素温度に冷却した活
性炭を用いてHe中の空気を吸着させた吸着実験の結果
を示す。吸着塔内に活性炭を充填し、液体窒素温度に冷
却し、He中に空気を添加し、吸着塔を通過させ、吸着
塔出口におけるN2 およびO 2 濃度を測定した。N2 添
加量は約4000ppmであり、O2 添加量は約100
0ppmであった。吸着を開始して当初のあいだは、吸
着塔出口においてはN 2 濃度もO2 濃度も0であった
が、524分でN2 が破過し、やがてN2 濃度は約50
00ppmまで上昇した。約1000分の吸着時間の
後、O2 が破過し、吸着塔出口におけるO2 濃度は次第
に上昇し、約1000ppmに近付いていった。吸着塔
出口におけるO2 濃度の増大と共に、吸着塔出口におけ
るN2 濃度は減少し、次第に約4000ppmに近付い
ていった。
性炭を用いてHe中の空気を吸着させた吸着実験の結果
を示す。吸着塔内に活性炭を充填し、液体窒素温度に冷
却し、He中に空気を添加し、吸着塔を通過させ、吸着
塔出口におけるN2 およびO 2 濃度を測定した。N2 添
加量は約4000ppmであり、O2 添加量は約100
0ppmであった。吸着を開始して当初のあいだは、吸
着塔出口においてはN 2 濃度もO2 濃度も0であった
が、524分でN2 が破過し、やがてN2 濃度は約50
00ppmまで上昇した。約1000分の吸着時間の
後、O2 が破過し、吸着塔出口におけるO2 濃度は次第
に上昇し、約1000ppmに近付いていった。吸着塔
出口におけるO2 濃度の増大と共に、吸着塔出口におけ
るN2 濃度は減少し、次第に約4000ppmに近付い
ていった。
【0026】すなわち、液体窒素温度に冷却した吸着剤
である活性炭にはN2 もO2 も吸着するが、吸着力はN
2 のほうがO2 よりも弱く、O2 が吸着されるにしたが
って、既に吸着されていたN2 は離脱することが示され
ている。
である活性炭にはN2 もO2 も吸着するが、吸着力はN
2 のほうがO2 よりも弱く、O2 が吸着されるにしたが
って、既に吸着されていたN2 は離脱することが示され
ている。
【0027】また、米国のローレンスリバモア国立研究
所は、高真空ポンプ内に液体ヘリウム温度(約5K)に
冷却された金属パネルを設置し、アルゴン(Ar)ガス
を前もって凝固させておくと、核融合反応で生成される
不純物であるHeが吸着されることを報告している。す
なわち、凝固されたアルゴンガスは吸着剤として作用す
ると考えられる。
所は、高真空ポンプ内に液体ヘリウム温度(約5K)に
冷却された金属パネルを設置し、アルゴン(Ar)ガス
を前もって凝固させておくと、核融合反応で生成される
不純物であるHeが吸着されることを報告している。す
なわち、凝固されたアルゴンガスは吸着剤として作用す
ると考えられる。
【0028】低温トラップ内に充填物を収容し、かつ冷
壁温度で凝固する凝固ガスを予め付着凝固させると、こ
の凝固ガスは上述のように吸着剤として作用する。低温
トラップの温度で凝固される不純物ガス成分は冷壁にト
ラップされ、凝固すると同様に吸着剤として作用する。
壁温度で凝固する凝固ガスを予め付着凝固させると、こ
の凝固ガスは上述のように吸着剤として作用する。低温
トラップの温度で凝固される不純物ガス成分は冷壁にト
ラップされ、凝固すると同様に吸着剤として作用する。
【0029】たとえば、KrFエキシマレーザの場合、
除去したい不純物の主成分はCF4、SiF4 、HFで
ある。液体窒素冷却トラップを用い、トラップ面に予め
Xeを凝固させておくと、液体窒素温度においてXeよ
りも蒸気圧の低いSiF4 およびHFはトラップ表面に
凝固され、液体窒素温度においてXeよりも蒸気圧の高
いCF4 は凝固したXe表面を吸着面として吸着され
る。このため、KrFエキシマレーザ用ガス媒体はXe
を凝固させた液体窒素冷却トラップによって効率的に浄
化することができる。なお、CF4 に近い蒸気圧曲線を
持つKrもXe凝固液体窒素冷却トラップ面に吸着され
るが、KrのほうがCF4 よりも蒸気圧が高いため、K
rの吸着力はCF4 の吸着力よりも弱い。そのため、初
期にKrが吸着されても、CF4 が吸着されてくると、
KrとCF4 との相互作用によってKrの吸着されてい
る場所で吸着力の弱いKrが吸着力の強いCF4 と置換
してKrが吸着剤から追い出される。このため、液体窒
素冷却トラップによるKrの消費は問題とならない。K
rFエキシマレーザのレーザ用ガス媒体の不純物濃度
は、液体窒素冷却トラップ出口におけるCF4 濃度の立
上り時間によって制限されるのみとなる。
除去したい不純物の主成分はCF4、SiF4 、HFで
ある。液体窒素冷却トラップを用い、トラップ面に予め
Xeを凝固させておくと、液体窒素温度においてXeよ
りも蒸気圧の低いSiF4 およびHFはトラップ表面に
凝固され、液体窒素温度においてXeよりも蒸気圧の高
いCF4 は凝固したXe表面を吸着面として吸着され
る。このため、KrFエキシマレーザ用ガス媒体はXe
を凝固させた液体窒素冷却トラップによって効率的に浄
化することができる。なお、CF4 に近い蒸気圧曲線を
持つKrもXe凝固液体窒素冷却トラップ面に吸着され
るが、KrのほうがCF4 よりも蒸気圧が高いため、K
rの吸着力はCF4 の吸着力よりも弱い。そのため、初
期にKrが吸着されても、CF4 が吸着されてくると、
KrとCF4 との相互作用によってKrの吸着されてい
る場所で吸着力の弱いKrが吸着力の強いCF4 と置換
してKrが吸着剤から追い出される。このため、液体窒
素冷却トラップによるKrの消費は問題とならない。K
rFエキシマレーザのレーザ用ガス媒体の不純物濃度
は、液体窒素冷却トラップ出口におけるCF4 濃度の立
上り時間によって制限されるのみとなる。
【0030】さらに、Xeを凝固ガスとした液体窒素冷
却トラップにおいて、吸着されているガスはKrとCF
4 であり、他のレーザ用ガス媒体の成分は影響を受け
ず、他の不純物は液体窒素トラップ面に凝固する。凝固
した不純物ガスは、Xeと同様、吸着剤として作用す
る。Kr、CF4 を吸着した液体窒素冷却トラップ面を
Xeが蒸発しないぎりぎりの温度にまで昇温すると、吸
着していたKrとCF4 は脱離されて、吸着面の再生処
理が実現できる。凝固しているXeおよびCF4 以外の
不純物は、冷壁上に残り、吸着剤として作用し続ける。
却トラップにおいて、吸着されているガスはKrとCF
4 であり、他のレーザ用ガス媒体の成分は影響を受け
ず、他の不純物は液体窒素トラップ面に凝固する。凝固
した不純物ガスは、Xeと同様、吸着剤として作用す
る。Kr、CF4 を吸着した液体窒素冷却トラップ面を
Xeが蒸発しないぎりぎりの温度にまで昇温すると、吸
着していたKrとCF4 は脱離されて、吸着面の再生処
理が実現できる。凝固しているXeおよびCF4 以外の
不純物は、冷壁上に残り、吸着剤として作用し続ける。
【0031】
【実施例】図1に本発明の実施例を示す。図4に示すよ
うなKrFエキシマレーザのレーザ用ガス媒体の浄化方
法およびそれに用いる装置を示す。
うなKrFエキシマレーザのレーザ用ガス媒体の浄化方
法およびそれに用いる装置を示す。
【0032】図1(A)において、液体窒素冷却トラッ
プ1は、内部にグラスウール、金属性パッキング、金属
製ディクソンリング等の充填物2を充填してある。この
充填物は、所定の冷却温度で熱電動率が高い金属、たと
えばステンレス鋼、銅、アルミニウム等で形成される。
また、充填物は充填された状態でガスの凝固によって目
詰まりを起こさず、かつ通過ガスとの接触面積を高くす
るように充填される。
プ1は、内部にグラスウール、金属性パッキング、金属
製ディクソンリング等の充填物2を充填してある。この
充填物は、所定の冷却温度で熱電動率が高い金属、たと
えばステンレス鋼、銅、アルミニウム等で形成される。
また、充填物は充填された状態でガスの凝固によって目
詰まりを起こさず、かつ通過ガスとの接触面積を高くす
るように充填される。
【0033】液体窒素冷却トラップ1上部にはガス導入
パイプ3が接続されており、液体窒素冷却トラップ1下
部にはガス導出パイプ4が接続されている。このように
充填物2を収容した液体窒素冷却トラップ1は、液体窒
素槽5中に浸漬され、その全体が液体窒素温度に冷却さ
れる。ガス導入パイプ3は、Xe供給パイプ6およびガ
ス媒体供給パイプ7に接続され、バルブ操作によって選
択的にガスを導入することができる。なお、Xe供給パ
イプ6はバルブを介してXe源8に接続されている。ガ
ス媒体供給パイプ7およびガス導出パイプ4は、レーザ
管に接続される。KrFレーザ運転前の状態において、
液体窒素槽5に液体窒素を収容し、液体窒素冷却トラッ
プ1を液体窒素温度に冷却した後、Xe源8からXe供
給パイプ6、ガス導入パイプ3を介して、液体窒素冷却
トラップ1内にXeを導入する。Xeガスは液体窒素温
度に冷却された充填物2表面に凝固する。
パイプ3が接続されており、液体窒素冷却トラップ1下
部にはガス導出パイプ4が接続されている。このように
充填物2を収容した液体窒素冷却トラップ1は、液体窒
素槽5中に浸漬され、その全体が液体窒素温度に冷却さ
れる。ガス導入パイプ3は、Xe供給パイプ6およびガ
ス媒体供給パイプ7に接続され、バルブ操作によって選
択的にガスを導入することができる。なお、Xe供給パ
イプ6はバルブを介してXe源8に接続されている。ガ
ス媒体供給パイプ7およびガス導出パイプ4は、レーザ
管に接続される。KrFレーザ運転前の状態において、
液体窒素槽5に液体窒素を収容し、液体窒素冷却トラッ
プ1を液体窒素温度に冷却した後、Xe源8からXe供
給パイプ6、ガス導入パイプ3を介して、液体窒素冷却
トラップ1内にXeを導入する。Xeガスは液体窒素温
度に冷却された充填物2表面に凝固する。
【0034】このように、充填物表面に予め凝固させる
凝固ガスは、レーザガス媒体のガス純度に影響を与えな
いガスである必要がある。この点で不活性ガスは構成機
器への影響がなく有効である。たとえば、KrFレーザ
ではXeガスがArFレーザではKrガスが有効であ
る。レーザガス媒体の各成分よりも蒸気圧が低く、かつ
レーザ発振性能に影響しないガスであれば使用可能であ
る。
凝固ガスは、レーザガス媒体のガス純度に影響を与えな
いガスである必要がある。この点で不活性ガスは構成機
器への影響がなく有効である。たとえば、KrFレーザ
ではXeガスがArFレーザではKrガスが有効であ
る。レーザガス媒体の各成分よりも蒸気圧が低く、かつ
レーザ発振性能に影響しないガスであれば使用可能であ
る。
【0035】その後、図1(B)に示すように、バルブ
によってXe源8をガス導入パイプ3から切離し、レー
ザ管に接続されたガス媒体供給パイプ7をガス導入パイ
プ3に接続することにより、レーザ管からレーザ用ガス
媒体を液体窒素冷却トラップ1内に導入する。レーザ管
において放電を開始し、レーザ発振をさせつつ、レーザ
用ガス媒体を液体窒素冷却トラップ1を通して循環させ
る。液体窒素冷却トラップ1内の充填物2は、液体窒素
温度に冷却されたトラップ面を形成すると共に、Xeを
凝固していることにより、吸着面としても作用する。こ
のため、液体窒素温度において低い蒸気圧を有するSi
F4 およびHFをトラップ面に凝固すると共に、液体窒
素温度においてXeよりも蒸気圧の高いCF4 を吸着す
る。
によってXe源8をガス導入パイプ3から切離し、レー
ザ管に接続されたガス媒体供給パイプ7をガス導入パイ
プ3に接続することにより、レーザ管からレーザ用ガス
媒体を液体窒素冷却トラップ1内に導入する。レーザ管
において放電を開始し、レーザ発振をさせつつ、レーザ
用ガス媒体を液体窒素冷却トラップ1を通して循環させ
る。液体窒素冷却トラップ1内の充填物2は、液体窒素
温度に冷却されたトラップ面を形成すると共に、Xeを
凝固していることにより、吸着面としても作用する。こ
のため、液体窒素温度において低い蒸気圧を有するSi
F4 およびHFをトラップ面に凝固すると共に、液体窒
素温度においてXeよりも蒸気圧の高いCF4 を吸着す
る。
【0036】なお、Xeより蒸気圧の低いSiF4 やH
F等の不純物は凝固ガス表面で完全凝固され、これら凝
固された不純物は新たな吸着剤として作用し、凝固ガス
よりも蒸気圧の高いCF4 等の不純物を吸着する。この
性質は凝固ガスより蒸気圧の低いガスに一般に当てはま
る。
F等の不純物は凝固ガス表面で完全凝固され、これら凝
固された不純物は新たな吸着剤として作用し、凝固ガス
よりも蒸気圧の高いCF4 等の不純物を吸着する。この
性質は凝固ガスより蒸気圧の低いガスに一般に当てはま
る。
【0037】このようにして、レーザ用ガス媒体におけ
る不純物が除去され、レーザ用ガス媒体が浄化される。
なお、充填物2表面にはKrも吸着されるが、CF4 が
吸着されるにしたがってKrは吸着面から追出され、レ
ーザ用ガス媒体中に戻る。このようにして、液体窒素冷
却トラップ1を通過したレーザ用ガス媒体は浄化されて
レーザ管に戻るため、KrFエキシマレーザの長時間定
出力運転が可能となる。なお、CF4 に対する吸着能力
が低下した時は、液体窒素冷却トラップ1をレーザ管か
ら切離し、液体窒素冷却トラップ1の温度を凝固したX
eが蒸発しない温度にまで上昇させることにより、Xe
よりも蒸気圧の高いKrおよびCF4 を吸着面から離脱
させることができる。このようにして、充填物2が形成
する吸着面を再生した後は、再び液体窒素冷却トラップ
1を液体窒素温度に冷却し、レーザ用ガス媒体の浄化に
用いることができる。
る不純物が除去され、レーザ用ガス媒体が浄化される。
なお、充填物2表面にはKrも吸着されるが、CF4 が
吸着されるにしたがってKrは吸着面から追出され、レ
ーザ用ガス媒体中に戻る。このようにして、液体窒素冷
却トラップ1を通過したレーザ用ガス媒体は浄化されて
レーザ管に戻るため、KrFエキシマレーザの長時間定
出力運転が可能となる。なお、CF4 に対する吸着能力
が低下した時は、液体窒素冷却トラップ1をレーザ管か
ら切離し、液体窒素冷却トラップ1の温度を凝固したX
eが蒸発しない温度にまで上昇させることにより、Xe
よりも蒸気圧の高いKrおよびCF4 を吸着面から離脱
させることができる。このようにして、充填物2が形成
する吸着面を再生した後は、再び液体窒素冷却トラップ
1を液体窒素温度に冷却し、レーザ用ガス媒体の浄化に
用いることができる。
【0038】図1に示すような液体窒素冷却トラップを
2個レーザ管に接続し、一方をレーザ管に接続しつつ、
他方を再生すれば、連続的に運転できる時間をさらに延
長することができる。
2個レーザ管に接続し、一方をレーザ管に接続しつつ、
他方を再生すれば、連続的に運転できる時間をさらに延
長することができる。
【0039】なお、KrFエキシマレーザやArFエキ
シマレーザ用のレーザ用ガス媒体を浄化する場合を説明
したが、不純物ガスを含む他のガス媒体の浄化に同様の
方法を適用することが可能なことは当業者に自明であろ
う。また、低温トラップの冷壁に凝固させるガスとして
Xeを用いる場合を説明したが、他の凝固ガスを用いる
こともできる。
シマレーザ用のレーザ用ガス媒体を浄化する場合を説明
したが、不純物ガスを含む他のガス媒体の浄化に同様の
方法を適用することが可能なことは当業者に自明であろ
う。また、低温トラップの冷壁に凝固させるガスとして
Xeを用いる場合を説明したが、他の凝固ガスを用いる
こともできる。
【0040】低温トラップに充填物を収容し、充填物表
面に凝固ガスを凝固させることにより、吸着面を形成す
ることによって、吸着力の強い不純物ガスおよび蒸気圧
の低い不純物ガスを除去することができる。
面に凝固ガスを凝固させることにより、吸着面を形成す
ることによって、吸着力の強い不純物ガスおよび蒸気圧
の低い不純物ガスを除去することができる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
充填物を収容した低温トラップ内に冷却温度において凝
固するガスを予め凝固させることにより、冷壁面を吸着
面として作用させることができる。このようにして、低
温トラップの温度において低い蒸気圧を有する不純物ガ
ス成分も高い蒸気圧を有する不純物ガス成分もレーザ用
ガス媒体中から除去することができる。
充填物を収容した低温トラップ内に冷却温度において凝
固するガスを予め凝固させることにより、冷壁面を吸着
面として作用させることができる。このようにして、低
温トラップの温度において低い蒸気圧を有する不純物ガ
ス成分も高い蒸気圧を有する不純物ガス成分もレーザ用
ガス媒体中から除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す。図1(A)、(B)は
本発明の実施例によるレーザ用ガス媒体の浄化方法を説
明するためのレーザ用ガス媒体浄化装置の概略断面図で
ある。
本発明の実施例によるレーザ用ガス媒体の浄化方法を説
明するためのレーザ用ガス媒体浄化装置の概略断面図で
ある。
【図2】従来の技術を説明するためのグラフである。
【図3】レーザガスおよび不純物の蒸気圧曲線を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図4】図4は従来の液体窒素冷却トラップを備えたK
rFエキシマレーザ装置を示す概略断面図である。
rFエキシマレーザ装置を示す概略断面図である。
【図5】本発明の基礎となる実験結果を示すグラフであ
る。図5(A)は液体窒素トラップによるHe中のXe
のトラップ結果を示すグラフであり、図5(B)は液体
窒素冷却吸着塔によるHe中の空気成分の吸着を示すグ
ラフである。
る。図5(A)は液体窒素トラップによるHe中のXe
のトラップ結果を示すグラフであり、図5(B)は液体
窒素冷却吸着塔によるHe中の空気成分の吸着を示すグ
ラフである。
1 液体窒素冷却トラップ 2 充填物 3 ガス導入パイプ 4 ガス導出パイプ 5 液体窒素槽 6 Xe供給パイプ 7 ガス媒体供給パイプ 8 Xe源 51 レーザ管 52 反射鏡 53 ハーフミラー 54 ガス源 55 排気弁
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年11月14日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】KrFエキシマレーザは、金属、ガラス、
プラスチック、セラミック等で形成されたレーザ管にレ
ーザガス媒体として約95〜99%のNe、約1〜5%
のKr、約0.1〜0.5%のF2 の混合ガスを収容
し、両端にミラーを配置し、レーザ用ガス媒体を放電発
光させ、共振を生じさせることによって動作させる。
プラスチック、セラミック等で形成されたレーザ管にレ
ーザガス媒体として約95〜99%のNe、約1〜5%
のKr、約0.1〜0.5%のF2 の混合ガスを収容
し、両端にミラーを配置し、レーザ用ガス媒体を放電発
光させ、共振を生じさせることによって動作させる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】ところで、フッ素ガスは反応性が強く、特
に放電や他の励起手段によって励起されたフッ素ガスは
反応性が強いため、放電によってフッ素ガスとレーザ容
器の構成材料との反応が生じる。このため、あるレベル
の不純物がレーザガス中に発生し、これらの不純物の存
在によりKrFエキシマレーザのレーザ出力は放電パル
ス回数が増大すると共に減少する。
に放電や他の励起手段によって励起されたフッ素ガスは
反応性が強いため、放電によってフッ素ガスとレーザ容
器の構成材料との反応が生じる。このため、あるレベル
の不純物がレーザガス中に発生し、これらの不純物の存
在によりKrFエキシマレーザのレーザ出力は放電パル
ス回数が増大すると共に減少する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】図2(A)に示すように、未だ発振を生じ
ない間はレーザ出力はほぼ0であり、発振を開始すると
急激に大きな値に達する。ところが、フッ素の欠乏と不
純物濃度の増加により、発振時間の経過と共にレーザ出
力は次第に減少する。
ない間はレーザ出力はほぼ0であり、発振を開始すると
急激に大きな値に達する。ところが、フッ素の欠乏と不
純物濃度の増加により、発振時間の経過と共にレーザ出
力は次第に減少する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】そこで、レーザ管内のガスを液体窒素トラ
ップを介して循環させ、生成したハロゲン化物および他
の不純物を除去する方法が提案されている。
ップを介して循環させ、生成したハロゲン化物および他
の不純物を除去する方法が提案されている。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】ところで、図4の構成において、適当な流
量を得ようとすると液体窒素冷却トラップの管径を太く
することが必要となるが、管径を太くするとガスが管壁
に接触せずに通過することが可能になる。
量を得ようとすると液体窒素冷却トラップの管径を太く
することが必要となるが、管径を太くするとガスが管壁
に接触せずに通過することが可能になる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】ところで、図3に示されるように、レーザ
用ガス媒体の構成要素であるKrは、液体窒素温度にお
いて低い蒸気圧を有し、液体窒素冷却トラップにトラッ
プされる確率が高い。Krが液体窒素冷却トラップにト
ラップされると、レーザ用ガス媒体のKr成分が減少す
るため、レーザ出力の長期一定保持を行なうためには、
Krを添加する必要がある。なお、KrFエキシマレー
ザの運転条件においては、ガス流量は通常5Nl/mi
n程度であり、ゲージガス圧力は通常2〜5Kg/cm
2 G(全圧3〜6Kg/cm2 )の範囲である。
用ガス媒体の構成要素であるKrは、液体窒素温度にお
いて低い蒸気圧を有し、液体窒素冷却トラップにトラッ
プされる確率が高い。Krが液体窒素冷却トラップにト
ラップされると、レーザ用ガス媒体のKr成分が減少す
るため、レーザ出力の長期一定保持を行なうためには、
Krを添加する必要がある。なお、KrFエキシマレー
ザの運転条件においては、ガス流量は通常5Nl/mi
n程度であり、ゲージガス圧力は通常2〜5Kg/cm
2 G(全圧3〜6Kg/cm2 )の範囲である。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0029
【補正方法】変更
【補正内容】
【0029】たとえば、KrFエキシマレーザの場合、
除去したい不純物の主成分はCF4、SiF4 、HFで
ある。液体窒素冷却トラップを用い、トラップ面に予め
Xeを凝固させておくと、液体窒素温度においてXeよ
りも蒸気圧の低いSiF4 およびHFはトラップ表面に
凝固され、液体窒素温度においてXeよりも蒸気圧の高
いCF4 は凝固したXe表面を吸着面として吸着され
る。このため、KrFエキシマレーザ用ガス媒体はトラ
ップ温度でXeを凝固させることによって前処理された
吸着剤を収容する液体窒素冷却トラップを用いて効率的
に浄化することができる。なお、CF4 に近い蒸気圧曲
線を持つKrもXe凝固液体窒素冷却トラップ面に吸着
されるが、KrのほうがCF4 よりも蒸気圧が高いた
め、Krの吸着力はCF4 の吸着力よりも弱い。そのた
め、初期にKrが吸着されても、CF4 が吸着されてく
ると、KrとCF4 との相互作用によってKrの吸着さ
れている場所で吸着力の弱いKrが吸着力の強いCF4
と置換してKrが吸着剤から追い出される。このため、
液体窒素冷却トラップによるKrの消費は問題とならな
い。KrFエキシマレーザのレーザ用ガス媒体の不純物
濃度は、液体窒素冷却トラップ出口におけるCF4 濃度
の立上り時間によって制限されるのみとなる。
除去したい不純物の主成分はCF4、SiF4 、HFで
ある。液体窒素冷却トラップを用い、トラップ面に予め
Xeを凝固させておくと、液体窒素温度においてXeよ
りも蒸気圧の低いSiF4 およびHFはトラップ表面に
凝固され、液体窒素温度においてXeよりも蒸気圧の高
いCF4 は凝固したXe表面を吸着面として吸着され
る。このため、KrFエキシマレーザ用ガス媒体はトラ
ップ温度でXeを凝固させることによって前処理された
吸着剤を収容する液体窒素冷却トラップを用いて効率的
に浄化することができる。なお、CF4 に近い蒸気圧曲
線を持つKrもXe凝固液体窒素冷却トラップ面に吸着
されるが、KrのほうがCF4 よりも蒸気圧が高いた
め、Krの吸着力はCF4 の吸着力よりも弱い。そのた
め、初期にKrが吸着されても、CF4 が吸着されてく
ると、KrとCF4 との相互作用によってKrの吸着さ
れている場所で吸着力の弱いKrが吸着力の強いCF4
と置換してKrが吸着剤から追い出される。このため、
液体窒素冷却トラップによるKrの消費は問題とならな
い。KrFエキシマレーザのレーザ用ガス媒体の不純物
濃度は、液体窒素冷却トラップ出口におけるCF4 濃度
の立上り時間によって制限されるのみとなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7454−4M H01S 3/097 A
Claims (2)
- 【請求項1】 希ガスを含むレーザ用ガス媒体を循環さ
せながらレーザ発振を行なう方法であって、 充填物を収容した低温トラップにトラップ温度において
凝固する凝固ガスを予め付着、凝固させ、その後レーザ
用ガス媒体と接触させるガスレーザ装置の運転方法。 - 【請求項2】 レーザ用ガス媒体を収容し、レーザ発光
させるためのレーザ管と、 前記レーザ管に接続されて循環通路を形成すると共に、
充填物を収容した低温トラップと、 前記低温トラップを所定の温度に冷却するための冷媒槽
と、 前記所定温度で凝固する凝固ガスを前記低温トラップに
供給する手段とを有するガスレーザ装置。
Priority Applications (4)
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| JP3132913A JPH06104510A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | ガスレーザ装置およびその運転法 |
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| EP92101788A EP0516919B1 (en) | 1991-06-04 | 1992-02-03 | Gas circulation type gas laser apparatus and method of operating the same |
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|---|---|---|---|
| JP3132913A JPH06104510A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | ガスレーザ装置およびその運転法 |
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Family
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|---|---|
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