JPH02201984A - エキシマーレーザーガスの精製法並びにその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフッ素系ガスを含むエキシマ−レーザーガスを
精製し循環使用する方法並びにその装置に関するもので
ある。

ＡｒＦ　％　ＫｒＦ　％　ＸｅＦ系に代表されるエキシ
マ−レーザーは高出力の紫外光源として半導体製造や光
化学反応をはじめ種々の分野への反応が急速に進展して
いるが、媒質としてＦ２、ＮＦ、などの極めて反応活性
の高いフッ素系気体を用いるので、レーザー容器等との
反応によりその濃度は減少し、不純物が発生する。この
レーザーガスの劣化はレーザー出力の著しい低下をもた
らしてエキシマ−レーザーの長期の連続運転を不可能と
するものであり、したがってその改善が望まれていた。

また、Ｋｒ、　Ｘｅ、　Ｈｅ、　Ｎｅ等非常に高価なガ
スを使用するため、劣化したガスを廃棄し新たにガスを
導入−１使用する方法は工業的には採用し難い。

本発明はフッ素系レーザーガス中の不純物を効率的に除
去し精製レーザーガスを循環使用し得るようにし、よっ
て長期にわたる安定した連続運転を可能とするものであ
る。

〔従来技術およびその問題点〕

本出願人は先に出願した特願昭６１−１２２２０６号に
おいて、酸化力の高いハロゲンガスを含むレーザーガス
を反応性を有する金属、固定アルカリ金属および／また
はアルカリ土類金属化合物、。

さらにゼオライトと接触させて精製、循環させることを
提唱した。

該先行技術の方法によれば１０４　ショットの発振にお
いても殆ど出力低下が認められないが３×１０５　ショ
ットにおいては初期出力の５０％程度に低下してしまう
。その主要因は放電あるいはし一ザーガスにより活性の
高いフッ素が主に電気絶縁部に使用されるポリテトラフ
ルオロエチレンまたはポリフッ化ビニリデンと反応し、
これらを侵食してＣＦ、ガスを発生し、長期発振におい
てそれが蓄積されるためである。

本発明はこの問題点を解消し長期に亘りレーザー出力の
低下を抑制したエキシマ−レーザーガスの精製法並びに
その装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はエキシマ−レーザーガスの精製法に関し、フッ
素系ガスを含有するレーザーガスを、フッ素系ガスと反
応性を有する金属、固体アルカリ金属および／またはア
ルカリ土類金属化合物、ゼオライト、さらに金属アルカ
リ類と順次接触させること、好適には前記フッ素系ガス
と反応性を有する金属が、Ｓｉ、　Ｇｅ、　Ｐ、　Ｓｂ
、　７Ｂ。

Ｓ　、　Ｗ　、　Ｍｏ、　Ｖ　、、Ｆｅ５Ｃｒ、　Ｍｎ
、　Ｃｏ、、、　Ｚｎ、、　Ｓｎｓ　ｐｂ。

ＴｉまたはＺｒより選択され、また前記金属アルカリ類
が、Ｃａ−、Ｈａｓ　ＫまたはＬｉより選択される夫々
１種以上よりなること、およびその精製装置に関しエキ
シマ−レーザーガスの導管にフッ素系ガスと反応性を有
する金属の充填槽、固体アルカリ金属および／またはア
ルカリ土類金属化合物充填槽、ゼオライト充填槽、さら
に金属アルカリ類充填槽を順次接続してなることからな
る。

本発明におけるフッ素系ガスとはＦ２、ＮＦ３、ＣｌＦ
３、ＣＩＦ等をいう。

反応性を有する金属（以下反応性金属という）とは前記
フッ素系ガスと反応し金属ハロゲン化物を形成するよう
な金属を指し、Ｓｉｓ　Ｇｅｓ　Ｐ　。

Ｓｂ　、Ｓ　、Ｔｅｓ　Ｗ　、Ｍｏ、Ｖ等はたとえばＦ
２ガスと反応して５ｉＦａ、ＧｅＦ　ａ、ＰＦ、、、、
等のガス状弗化物を形成し、それらは後段の固体アルカ
リ金属および／またはアルカリ土金属化合物との反応に
より、あるいはさらにゼオライトによる吸着により除去
できる。

また、Ｆｅ、　ＣｒＸＭｎ、　ＣＯ，、Ｚｒ＋、、　Ｔ
ｉ、　Ｚｒ、　Ｓｎ、　ｐｂ等は同様な反応でＦｅＦ　
ｙ、ＣｒＦ、、ＭｎＦ、、、、等の固体状弗化物を形成
して残留するのでそのまま除去し得る。

反応性金属とフッ素系ガスとの反応は該反応性金属の種
類により異なるが室温ないし５００℃程度の範囲で行う
。一方、反応活性を高めるためには高い温度域が好まし
いが、加熱のための設備費や稼動コストが上昇する。Ｓ
ｉ、Ｗ、ＭＯ％Ｓ等は常温でも迅速に反応し、他の金属
も１００℃〜５００℃程度であればきわめて迅速に反応
し大がかりな設備も要せず稼動コストも軽微であるので
好適といえる。

反応性金属は粉粒状で使用するが余りに微粉であるとレ
ーザーガスの通過に際して抵抗が大きすぎ、時に閉塞を
生じ、また余りに粗粒であると比表面積が小さ（なり反
応劾率が劣るので１〜５ｍｍφ程度が適当である。

しかしてエキシマ−レーザー装置において運転中に発生
する不純物はレーザーガスとレーザー容器等との反応に
よるＣＦ、　、ＳｉＦ、、ＨＦ等のハロゲン化合物に加
え、フッ素系ガスと反応性金属との反応により生ずるガ
ス成分、たとえばＦ２ガスと金属Ｗとの反応による場合
はＷＦｉ、　、Ｆ２ガスと金属■の場合はＶＦ３等のハ
ロゲン化合物、あるいは装置内面に微量に付着する水分
等がある。

これらのうち、ゼオライトと反応してゼオライトを不活
性化し再生不能にするような活性物質、たとえばＨＦ、
ＯＦ２等の不純物はゼオライトと接触させる工程に先立
ち固体アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属化
合物（以下固体アルカリ化合物という）との接触、反応
により除去する。

固体アルカリ化合物としては、ソーダライム、ＣａＯ、
Ｃａ（ＯＲ）ｚ　、ＮａＯＨ，ＫＯＨ等を使用するが、
ガスと良好に接触し、ガス流速によって飛散しない程度
の粉粒体であれば使用できる。操作温度は室温〜５００
℃の範囲であるが、好ましくは固体アルカリ化合物との
反応性、操作の容易さを考慮して８０℃〜２００℃の範
囲がよい。

残余の不純物の多くはさらに次の工程、すなわちゼオラ
イトによる吸着により除去する。

ゼオライトは除去すべきガス成分によってその細孔径を
選択しなければならないが、モレキュラーシーブ５Ａ（
米国Ｌｉｎｄｅ社製）はエキシマ−レーザーガスの精製
に最も適している。必要に応じて、さらに細孔径の異な
る複数の種類のゼオライトを組合わせて使用することも
勿論可能である。ゼオライトによる吸着は低温高圧はど
吸着量が多くなるが、−１８０〜＋１００℃程度の温度
範囲、装置が耐えつる程度の圧力範囲でよい。またゼオ
ライトが飽和吸着量に達した時は、その加熱脱気によっ
て不純物を容易に脱着でき、その吸着能を復元させるこ
とができる。

なお、ＣＦ４等は反応性金属、固体アルカリ化合物等と
も反応せず、また極性に乏しいためゼオライトにも吸着
され難い。

これを除去するためには加熱した金属アルカリ類すなわ
ちＣａ、　Ｎａ、　Ｋ　、　Ｌｉ等に接触、反応させる
ことが必要である。ＣＦ、はたとえば４５０℃以上に加
熱したＣａと反応してＣａＦｚとＣに分解し、Ｃａ充填
槽内に沈着する。

なお、金属アルカリ類は反応性金属同様の粒度のものを
用いればよい。

金属アルカリ類は極めて反応活性が高く、直にＦ２、）
ＩＦＳＮＦ３　、ＳｉＦいＨ，０等のガスと接触させる
と激しい発熱反応を生じて危険であり、また高価な金属
アルカリ類を多量に消費することになり不経済でもある
ので、精製の最終工程に組込む必要がある。

また、本精製系においてＣＦ４の蓄積量に応じて適宜金
属アルカリ類との接触工程を間歇的に採用することもで
きる。

本発明により、フッ素系ガスを含有するレーザーガスに
おけるＫｒＸＸｅ５Ｈｅ、、Ｎｅ等の高価な希ガスは極
く少量の損失に留めて精製回収され、また不純物は完全
に除去されるので、長期にわたる安定した連続運転を可
能とする。なお、レーザーガスの主成分であるＦ２、Ｎ
Ｆｌ等も除去されるため、レーザー装置の連続運転に際
しては希ガス損失分に相当する量と、Ｆ、、　ＮＦ３等
の主成分ガスは新たに添加する。

以下本発明を添付の図面に基づいて説明する。

第１図に示す精製システムにおける符号１は静Ｆ　５Ｋ
ｒＦ　％　ＸｅＦ系等のエキシマ−レーザー発生装置で
あり、その排出レーザーガスは反応性金属たとえばＳｉ
あるいはＦｅの充填管２に送入する。ここでフッ素系ガ
ス、たとえばＦ２、ＮＦ、は゛前記金属と反応し、固体
不純物であるＦｅＦ、等として除去し、あるいは気体不
純物ＳｉＦ、等としてレーザーガスと共に次の工程に導
く。次にレーザーガスは固体アルカリ充填管３に送入し
、固体アルカリ化合物との反応により活性物質、たとえ
ばＳｉＦ、、ＣＯ２等を除去し、さらにゼオライト充填
管４に送入し、ゼオライトへの吸着により残余の大部分
の不純物、たとえばＣＣＩＦ：＋、ＣＣＩ：ＩＦ等や、
前記固体アルカリ化合物との反応により生じたＦ２０等
を除去する。さらに金属アルカリ類、例えば金属カルシ
ウム充填管５に導きＣＦ、等を除去する。しかしてこれ
ら不純物を除去したＨｅやＡｒ、　Ｘｅ等の希ガスはエ
キシマーレ−ザ発生装置１に導入循環し、一方除去され
た主成分のＦ２、ＮＦ、等や極微量の損失を生じたＨｅ
や計、Ｘｅ等の希ガスは夫々６．７より補充され該レー
ザー発生装置１に導入する。

なお、本精製システムはレーザー装置を運転する間連続
的に稼働させることにより、レーザー出力が安定するが
、あるいはレーザー装置を運転する際に間歇的に採用し
、すなわちレーザーガスを精製処理することなく運転し
て系内の不純物が増加しレーザー出力の低下が著しくな
った時点で本精製システムに切替え、それによりレーザ
ー出力が回復したら再度前記操作を繰返すようにしても
よく、さらにレーザーガス中のＣＦ４の蓄積量に応じて
本精製システム中の金属アルカリ類接触工程を間歇的に
採用してもよい。

〔実施例〕

以下に比較例と対比して本発明の実施例を示す。

比較例 添付図第１図に示すようなＡｒＦ系放主放電型エキシマ
ーザー装置１に、ｓｉ充填管２、ソーダライム充填槽３
、ゼオライト充填管４によりなるエキシマ−レーザーガ
ス循環精製装置を接続した。ただし金属アルカリ類充愼
管５は接続することなく、バイパス８を介しエキシマ−
レーザー装置１に接続、循環するようにした。精製循環
量を５　ＩＩ　／ｍｉｎ　、レーザー発振周波数８０ｔ
ｌｚ、印加電圧３９ＫＶ、レーザー装置内ガス圧力は２
６５０ｔｏｒｒで、そのうちＡｒ　１４５ｔｏｒｒ、　
Ｆ２　５ｔｏｒｒ　５Ｎｅ２５００ｔｏｒｒとした。３
Ｘ１０５シヨツトを連続発振させた結果、レーザー出力
は初期出力１５Ｗの５０％であった。

実施例 比較例同様のＡｒＦ系放主放電型エキシマーザー装置１
に、Ｓｉ充愼管２、ソーダーライム充填槽３、ゼオライ
ト充填管４よりなるガス循環精製装置を接続し、さらに
後段に金属カルシウム充填管５を接続した。精製循環量
、レーザー発振周波数、印加電圧、レーザー装置内ガス
圧力および各ガス成分分圧は比較例と同様とし、１０’
シヨツトを連続発振させた結果、レーザー出力は初期出
力１５Ｗの９０％以上ときわめて優れた出力を示した。

〔発明の効果〕

本発明によればフッ素系ガスを含むエキシマ−レーザー
ガスを効率よ（精製循環でき、長期に亘る連続発振にお
いてもレーザー出力の低下を抑制できるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における精製システムを示した図である
。 １−ｍ−エキシマーレーザー装置 ５−ｍ−金属アルカリ充填管 特許出願人　セントラル硝子株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．フッ素系ガスを含有するレーザーガスを、フッ素系
   ガスと反応性を有する金属、固体アルカリ金属および／
   またはアルカリ土類金属化合物、ゼオライト、さらに金
   属アルカリ類と順次接触させるようにしたことを特徴と
   するエキシマーレーザーガスの精製法。
2. ２．フッ素系ガスと反応性を有する金属が、Ｓｉ、Ｇｅ
   、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｓ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍ
   ｎ、ＣＯ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、ＴｉまたはＺｒより選択
   され、また金属アルカリ類が、Ｃａ、Ｎａ、ＫまたはＬ
   ｉより選択される夫々１種以上よりなることを特徴とす
   る請求項１記載のエキシマーレーザーガスの精製法。
3. ３．エキシマーレーザーガスの導管にフッ素系ガスと反
   応性を有する金属の充填槽、固体アルカリ金属および／
   またはアルカリ土類金属化合物充填槽、ゼオライト充填
   槽、さらに金属アルカリ類充填槽を順次接続してなるこ
   とを特徴とするエキシマーレーザーガスの精製装置。