不純物を除去する不純物除去装置およびその運転方法
【課題】簡易な装置で不純物を除去し希ガスを再利用することのできる不純物除去装置を提供すること。
【解決手段】不純物除去装置は、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスに混合したフッ素およびフッ素化合物を除去する第１の処理装置２１と、第１の処理装置で生成する酸素を除去する第２の処理装置２３と、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスを循環させ、エキシマレーザー発振装置１０に戻す循環装置２５とを備える。
【解決手段】不純物除去装置は、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスに混合したフッ素およびフッ素化合物を除去する第１の処理装置２１と、第１の処理装置で生成する酸素を除去する第２の処理装置２３と、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスを循環させ、エキシマレーザー発振装置１０に戻す循環装置２５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不純物を除去する不純物除去装置に関する。特に、エキシマレーザー発振装置で使用する希ガス中に含まれる不純物を除去することにより、希ガスを再利用できるようにする不純物除去装置および不純物除去装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造過程で使用される露光装置（フォトリソグラフィ）の光源としてエキシマレーザー装置が広く用いられている。このエキシマレーザー装置は、レーザー管に例えばアルゴンガス（Ａｒ）とフッ素ガス、クリプトンガス（Ｋｒ）とフッ素ガス、またはキセノン（Ｘｅ）ガスとフッ素ガスを封入し、これらのガスを励起させ、励起状態となった分子のエネルギーが誘導放出されることによりレーザー光を発生させる。また、レーザー管内には、バッファガスとして希ガスが封入されている。希ガスとして好ましくは、ヘリウムガス（Ｈｅ）またはネオンガス（Ｎｅ）である。
【０００３】
しかし、エキシマレーザー装置は、極めて反応性の高いフッ素ガスを使用しており、さらにそのフッ素は励起された状態となるので、フッ素とレーザー管の構成材料等との反応も生じ、ＣＦ４、ＳｉＦ４，ＨＦ、ＮＦ３、Ｃ２Ｆ６等のフッ素化合物（不純物）が生成される。こうした不純物の生成によりレーザー出力が減少するため、従来から不純物を除去する方法、または、不純物の生成を抑える方法が提案されている。
【０００４】
例えば、ＨＦと、フッ化金属化合物、フッ化水素金属化合物またはこれらの化合物の混合物を接触させＨＦを除去する方法がある（特許文献１参照）。この方法では、レーザーガスであるＦ２を除去することなく、ＨＦを除去している。または、エキシマレーザー装置に２種類のガス循環ラインを並列に設け、コールドトラップを備えた流路によりＳｉＦ４とＨＦを除去し、他方の流路にはハロゲンガストラップおよび深冷吸着塔を備えＳｉＦ４，ＨＦ，ＣＦ４を除去する。後者の流路では、Ｆ２も合わせて除去される。Ｆ２の除去を極力抑えるため、通常は前者の流路を用い、ＣＦ４の除去が必要になった時点で後者の流路を用いる（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２７５９０２号公報
【特許文献２】特開平６−２８３７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の不純物を除去する方法では装置が大型化してしまい、装置の小型化、簡易化が困難であった。
【０００７】
本発明は、従来技術を用いた装置と比し小型化、簡易化した装置で希ガス中に混合する不純物を除去し、エキシマレーザー装置において希ガスを再利用できる不純物除去装置を提供することを目的とする。さらに、従来技術を用いた方法と比し簡易な方法で希ガス中に混合する不純物を除去し、エキシマレーザー装置において希ガスを再利用できる不純物除去装置の運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係る不純物除去装置は、例えば図１に示すように、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスに混合したフッ素（Ｆ２）およびフッ素化合物を除去する第１の処理装置２１と；第１の処理装置で生成する酸素を除去する第２の処理装置２３と；エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスを循環させ、エキシマレーザー発振装置１０に戻す循環装置２５とを備える。
【０００９】
このように構成すると、希ガス中に混合する不純物として、レーザー光発生に寄与するフッ素ガスを敢えて除去することになる。しかし、フッ素およびフッ素化合物と、フッ素およびフッ素化合物除去時に生成される酸素を除去することにより、希少であり貴重な希ガスの再利用が可能となる。さらに、従来と比し簡易な装置で希ガスを精製することができる。
【００１０】
また、本発明の第２の態様に係る不純物除去装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る不純物除去装置１において、循環装置２５は、エキシマレーザー発振装置１０から第１の処理装置２１へ、第１の処理装置２１から第２の処理装置２３へ、第２の処理装置２３からエキシマレーザー発振装置１０へ希ガスを循環させる。
【００１１】
このように構成すると、不純物除去装置での希ガスの流路において、フッ素およびフッ素化合物が早い段階で除去されるので、第１の処理装置２１以降の装置がＦ２やＨＦ等により腐食（酸化）されるのを防ぐことができる。また、希ガス中に混合するＦ２を含む不純物を除去し希ガスを循環させているため、効率よく希ガスを精製できかつ希ガスのランニングコストを低減させることができる。
【００１２】
また、本発明の第３の態様に係る不純物除去装置は、上記本発明の第１の態様または第２の態様に係る不純物除去装置１において、第２の処理装置２３は、処理剤２４を用いて酸素を除去する装置であって、使用後の処理剤２４を再生させ再び使用可能にする再生装置を有する。
【００１３】
このように構成すると、第２の処理装置内に充填された処理剤が消耗した場合でも、第２の処理装置を取り外すことなく処理剤を再生させ再び使用することができる。さらに、処理剤のランニングコストを低減させることができる。
【００１４】
また、本発明の第４の態様に係る不純物除去装置２は、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１の態様に係る不純物除去装置１において、第１の処理装置が、希ガスに混合したフッ素およびフッ素化合物と、水分またはＰＦＣガスとを除去する装置である。
なお、ＰＦＣ（パーフルオロ化合物）とは、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６などの地球温暖化係数の高いフッ素化合物をいう。
【００１５】
このように構成すると、希ガス中に水分が混合している場合、水分を除去することができる。また、不純物として希ガス中に混合している、温室効果ガスであるＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６等を除去することができる。
【００１６】
また、本発明の第５の態様に係る不純物除去装置は、上記本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１の態様に係る不純物除去装置１または２において、複数台のエキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガス中に含まれるフッ素およびフッ素化合物を除去し、フッ素およびフッ素化合物除去時に生成する酸素を除去する。
【００１７】
このように構成すると、１台のエキシマレーザー発振装置から排出される希ガスの流量が少なく排出時間も長くない場合、複数台のエキシマレーザー発振装置から排出される希ガスから不純物を除去できるので、除去効率のよい不純物除去装置となる。
【００１８】
また、本発明の第６の態様に係る不純物除去装置の運転方法は、レーザー光を発生するエキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスを循環させ；希ガス中に混合したフッ素およびフッ素化合物を除去し；フッ素およびフッ素化合物除去時に生成した酸素を除去し；希ガスをエキシマレーザー発振装置１０に戻し；戻された希ガスが再利用される。
【００１９】
このように構成すると、エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスに混合するフッ素およびフッ素化合物を除去し、フッ素およびフッ素化合物除去時に生成する酸素を除去するため、希ガスの再利用が可能な不純物除去装置の運転方法となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の不純物除去装置は、エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスに混合する不純物として、まずフッ素およびフッ素化合物を除去し、次にフッ素およびフッ素化合物除去時に生成する酸素を除去することにより、希ガスの再利用を可能にする。その上で、装置の小型化、簡易化を図ることができる。さらに、希ガスを循環させ再利用することで、希ガスの有効利用を図ることができ、またランニングコストを低減させることができる。また、本発明の不純物除去装置において、酸素を除去する処理装置が再生装置を有する場合は、酸素を除去するための処理剤を交換することなく不純物除去装置の継続運転が可能となる。また、本発明の不純物除去装置が水分またはＰＦＣガスを除去する処理装置を備える場合は、フッ素およびフッ素化合物と、酸素の除去において、水分またはＰＦＣガスをさらに効率よく除去することができる。
本発明の不純物除去装置の運転方法は、希ガスに混合する不純物としてフッ素およびフッ素化合物と、酸素とを効率よく除去し、希ガスを循環させ再利用を可能とし、希ガスの有効利用を可能にするとともにランニングコストを低減させる運転方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一または相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。また、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
【００２２】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る不純物除去装置１は、エキシマレーザー発振装置１０に接続されて使用される。不純物除去装置１は、不純物を除去する第１の処理筒２１と第２の処理筒２３と、希ガスの流路となる配管５１と、希ガスを循環させる循環装置としての循環ポンプ２５を含んで構成される。
【００２３】
なお、以下の実施の形態の説明では、レーザー光の発生に寄与するガス（レーザーガス）としてフッ素とアルゴン、レーザーガスを希釈するバッファガスとしてネオンを例に説明する。なお、レーザーガスとしてフッ素とクリプトン、またはフッ素とキセノン、バッファガスとしてヘリウムまたはその他の希ガスを使用しても良い。さらに、フッ素ガスの代わりに塩素ガスを使用しても良い。
【００２４】
図２は、エキシマレーザー発振装置の基本構成例を例示する図である。エキシマレーザー発振装置１０では、フッ素とアルゴンから構成されたレーザーガスおよびバッファガスとしてのネオンがレーザー容器１１に封入される。レーザー容器１１の内部には、レーザー光の発振を可能にする放電を得るための一対の主放電電極１２と１２が配置されている。さらに、レーザー容器１１内には、一対の主放電電極１２と１２の間に高速のレーザーガスの流れを作り出すための循環ファン１３が配置される。その他エキシマレーザー発振装置１０は、レーザー光を取り出す窓１４、ガス導入室１５、ガス導入管１６およびダスト除去フィルタ１７を備える。
【００２５】
図１に戻り、本発明の第１の実施の形態に係る不純物除去装置１について詳細に説明する。不純物除去装置１は、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスを循環ポンプ２５により循環させ、再びエキシマレーザー発振装置１０に戻す閉ループを形成する。エキシマレーザー発振装置１０内の希ガスは、循環流入口４１から不純物除去装置１へ流入し、第１の処理装置としての第１の処理筒２１を通過し、第２の処理装置としての第２の処理筒２３を通過した後、循環流出口４２から流出し、エキシマレーザー発振装置１０へ戻される。
【００２６】
第１の処理筒２１には、フッ素およびフッ素化合物、水分を除去する処理剤２２が充填されている。このように、本発明の第１の実施の形態では、希ガス中に混合している不純物としてまずフッ素およびフッ素化合物を除去する。また、水分が含まれている場合は同時に水分も除去する。
フッ素（Ｆ２）やフッ化水素（ＨＦ）は極めて反応性が高いガスであり、不純物除去装置１の閉ループにおいてより早い段階で除去することにより、第１の処理筒２１以降の装置がＦ２やＨＦにより腐食（酸化）されるのを防ぐことができる。また、レーザーガスとして寄与するＦ２を敢えて除去し、フッ素化合物の除去効率を高め、さらに、水分を除去することにより、希ガスの再利用を可能にする。
【００２７】
フッ素およびフッ素化合物、水分を除去する処理剤２２としては、ゼオライト、ゼオライトと酸化カルシウムの組合せ、またはゼオライトと水酸化カルシウムの組合せが好ましい。ゼオライトを使用すると、フッ素およびフッ素化合物と、水分とを除去することができる。ゼオライトで水分を除去し、酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムでフッ素およびフッ素化合物を除去すると、ゼオライトだけの場合よりもゼオライトの寿命を長くすることができる。
また、除去に処理剤を使用しているため、除去が容易であり除去効率もよい。さらに、装置の小型化、簡易化を図ることができる。
【００２８】
第１の処理筒２１は、ステンレスで製造されることが好ましい。ステンレスを用いることにより、第１の処理筒２１の内部がフッ素やフッ化水素等により腐食（酸化）されるのを防ぐことができる。
また、第１の処理筒２１に２種類の処理剤を充填する場合には、各々の処理剤の処理容量の低下を招くことを防ぐため、各々の処理剤が混ざり合わないように分離して充填するのが好ましい。その場合は、第１の処理筒２１の内部の各々の処理剤の境界に混ざり合い防止ネット（不図示）または多孔の仕切り板（不図示）を設けても良い。
【００２９】
第１の処理筒２１に充填された処理剤２２は、フッ素およびフッ素化合物、または水分の吸着により消耗する。したがって、一定期間経過後には処理剤２２を交換する必要がある。処理剤の交換は、第１の処理筒２１を取り外すことにより行われる。そのため、第１の処理筒内のフッ素およびフッ素化合物が処理筒外に流出することを防ぐために、流入口バルブ３１と流出口バルブ３２を設ける。
【００３０】
処理剤がフッ素およびフッ素化合物を除去する際、副生成物として水分や酸素を生成する場合がある。
２Ｆ２＋２Ｃａ(ＯＨ)２ → ２ＣａＦ２＋２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２
２ＨＦ＋Ｃａ(ＯＨ)２ → ＣａＦ２＋２Ｈ２Ｏ
ＳｉＦ４＋２Ｃａ(ＯＨ)２ → ２ＣａＦ２＋ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ
しかし、これらの水分や酸素は、第１の処理筒２１および後述の第２の処理筒２３で除去される。
【００３１】
第１の処理筒２１を通過した希ガスは、第２の処理筒２３へ送られる。第２の処理筒２３には、予め還元処理を行っている金属系処理剤が充填されている。したがって、希ガスが第２の処理筒２３を通過する際、第１の処理筒２１で生成され希ガス中に混合している酸素が除去される。希ガスから不純物である酸素を除去することにより、希ガスの再利用が可能となる。
なお、希ガスが循環する配管５１に温度調整手段（加熱、冷却等）を設けると、フッ素およびフッ素化合物と、酸素の除去が容易となる。
【００３２】
金属系処理剤には、Ｎｉ系触媒やＣｕ系触媒または複合金属酸化物が好ましい。
例えばＮｉ系触媒を用いると、以下のように酸素を除去することができる。
Ｏ２＋２Ｎｉ → ２ＮｉＯ
【００３３】
第１の処理筒２１と第２の処理筒２３は、別々に形成してもよくまたは処理装置として一体に形成しても良い。別々に形成すると、後述のように第２の処理筒２３を充填した処理剤を再生させることのできる装置とすることができる。一体として形成すると、装置の簡略化が可能となる。
第２の処理筒２３は、ステンレスで製造されることが好ましい。ステンレスを用いると、希ガス中に微小のフッ素やフッ化水素が残存して混合している場合に、装置内部が腐食（酸化）されるのを防ぐことができる。
【００３４】
通常、処理剤は処理時間の経過と共に消耗するので、新しい処理剤と交換する必要がある。しかし、第２の処理筒２３で用いる金属系処理剤２４は、１２０℃以上に加熱しながら、Ｈ２のような還元ガスを導入することで還元反応により再生することができる。
【００３５】
図３は、第２の処理筒２３に充填する金属系処理剤を再生させるため、第２の処理筒２３が再生装置を有する場合のフロー図である。
金属系処理剤を再生させるために、第２の処理筒２３の流入側に還元ガス導入口バルブ６２を設ける。第２の処理筒２３の外面に加熱用ヒーター６１を設置し、還元ガス導入口バルブ６２より還元ガス（例えばＨ２）を導入しながら、ヒーター６１により第２の処理筒２３を加熱し、金属系処理剤を還元し再生させる。
または、還元ガス供給ライン６５に加熱器６４を設け、予め所定温度に加熱された還元ガスを還元ガス導入口バルブ６２を開にして導入し、金属系処理剤を所定温度まで加熱し還元して再生させてもよい。
【００３６】
なお、還元ガスをエキシマレーザー発振装置１０に戻すと、還元ガス自身が不純物となる。そのため、第２の処理筒２３内の金属系処理剤を再生させる場合は、第２の処理筒の流入口バルブ３３と流出口バルブ３４を閉めた状態で、還元ガスを導入し第２の処理筒２３の流出側の再生ガス流出口バルブ６３より還元ガスを排出させるとよい。
【００３７】
還元処理された金属系処理剤は空気等と接触すると酸化されるため、流入口バルブ３３と流出口バルブ３４を設け還元処理を行った後に空気等と接触するのを防ぐ。また、還元処理された金属系処理剤が充填された第２の処理筒を未使用時は、流入口バルブ３３と流出口バルブ３４を閉めることにより空気等との接触を防ぐことができる。
【００３８】
図１に戻り説明を続ける。第１の処理筒２１または第２の処理筒２３に充填された処理剤２２、２４によりパーティクルが発生する場合があり、不純物となるこのパーティクルが後述の循環ポンプ２５やエキシマレーザー発振装置１０内に混入するのを防ぐ必要がある。なお、「パーティクル」とは、成形された第１および第２の処理筒用処理剤に含まれる、微細な粒子（粉化された粒子）をいう。
そのため、第２の処理筒２３以降に金属フィルタ２６を設けパーティクルを除去するとよい。金属フィルタ２６の変わりに、セラミックや樹脂等の非金属製のフィルタを用いても良い。
【００３９】
図１に示すように、金属フィルタ２６を通過した希ガスは、循環装置としての循環ポンプ２５を通る。循環ポンプ２５により、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスが、不純物除去装置１を構成する配管５１内を循環しエキシマレーザー発振装置１０に戻される。循環ポンプ２５には、ガスの吸引と圧縮の両方の機能を持ったものが好ましい。そうすると、循環終了時に不純物除去装置１の配管５１内に希ガスを残留させることなく、エキシマレーザー発振装置１０に希ガスを戻すことができる。
【００４０】
循環ポンプ２５は、第１の処理筒２１の後に設置することが好ましい。そうすると、循環ポンプ２５内部がフッ素やフッ化水素等により酸化され汚染物質が発生するのを抑制することができる。希ガス中に混合したフッ素およびフッ素化合物を除去した後であれば、第１の処理筒２１の直後であっても第２の処理筒２３の後であってもよい。
【００４１】
循環ポンプ２５の内部には、弁や軸受部等の金属同士の接触部があるため、金属小片としてのパーティクルが発生する場合がある。したがって、図１では、循環ポンプ２５の後に金属フィルタ２７を設け発生したパーティクルがエキシマレーザー発振装置１０内に混入するのを防いでいる。金属フィルタ２７の変わりに、セラミックや樹脂等の非金属製のフィルタを用いても良い。
【００４２】
図１では、第２の処理筒２３の後、および循環ポンプ２５の後にパーティクルを捕集する金属フィルタ２６と２７を設けている。パーティクルの捕集量が増えると、圧損の上昇が起こる。そのため、圧力センサー２８を設け配管５１内の圧力を検知させても良い。圧力センサー２８は、第２の処理筒２３の後または、循環ポンプ２５の後等、いずれの場所に配置しても良い。しかし、一番圧損が上昇しやすい第２の処理筒２３と金属フィルタ２６の間に配置するのが好ましい。
なお、図１において、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスが不純物除去装置１へ流入する配管を５１ａとし、希ガスが不純物除去装置１から流出する配管を５１ｂとする。両者を区別する必要がないときは、配管５１と呼ぶ。
【００４３】
不純物除去装置１の循環流入口４１には流入バルブ３５、循環流出口４２には流出バルブ３６を設ける。そうすると、エキシマレーザー発振装置１０と不純物除去装置１とのガス流路を遮断でき、希ガス中の不純物を除去するとき以外は、不純物除去装置１からエキシマレーザー発振装置１０への不純物の混入を防ぐことができる。
【００４４】
さらに、循環流入口４１と循環流出口４２をバイパスするバイパスライン５２とバイパスバルブ３７を設けてもよい。バイパスライン５２は、図１に示すように、流入バルブ３５の下流側と流出バルブ３６の上流側を接続する。そうすると、流入バルブ３５と流入バルブ３６を閉め、バイパスバルブ３７を開けることにより、不純物除去装置１内で希ガスを循環させることができるため、循環する希ガスに混合した不純物を除去する精度を上げることができる。１サイクルでエキシマレーザー発振装置１０内から排出される希ガスに混合する不純物を十分に除去できない場合に、数回希ガスを循環させることで不純物をより除去することができる。
【００４５】
第１の処理筒２１を交換する場合、取り外すと接続口が大気と接触するため、交換作業中に混入した大気等の不純物をパージする必要がある。そのため、循環流入口４１の流入バルブ３５の下流側にパージガス導入ライン４３を設け、循環流出口４２の流出バルブ３６の上流側に真空ポンプ（不図示）による排気ライン４４を設けても良い。流入バルブ３５と流出バルブ３６を閉め、エキシマレーザー発振装置１０と不純物除去装置１とのガス流路を遮断し、パージガス導入と真空ポンプによるパージガスの取り出しを行う。このようにすると、外気等の不純物がエキシマレーザー発振装置１０内に混入することなく、パージガスの導入および真空ポンプによるパージガスの取り出しを行うことができる。
また、流入バルブ３５、流出バルブ３６よりそれぞれエキシマレーザー発振装置１０側に、パージガス導入ライン４３と真空ポンプによる排気ライン４４を設けても良い。エキシマレーザー発振装置１０と不純物除去装置１が離れて設置された場合、エキシマレーザー発振装置１０と不純物除去装置１間の配管の真空引き、パージが可能となる。
【００４６】
図４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る不純物除去装置２について説明する。図４は、フッ素、水分および酸素の他に、エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスに混合するＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６など（以下ＰＦＣガスとする）を除去する不純物除去装置２を示すフロー図である。不純物除去装置２は、ＰＦＣガスを除去する処理剤７２が充填された処理装置としての第３の処理筒７１を備える。
【００４７】
ＰＦＣガスは、常温で除去することはできない。よって、第３の処理筒７１に充填される処理剤７２は触媒を用いて、これを加熱する。処理剤７２は、７００℃以上に加熱される。したがって、不純物除去装置２では、第４の処理筒７３では水分を除去する。希ガス中に水分が含まれない場合は、第４の処理筒７３は不要となる。
【００４８】
第３の処理筒７１でＰＦＣガスを除去した際、使用する処理剤によってはＳＯＸやＣＯ２が生成することがある。よって、第４の処理筒７３をＳＯＸやＣＯ２を除去する処理筒としてもよい。第４の処理筒７３の後には、図１に示す第２の処理筒２３が配置され酸素が除去される。
図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る不純物除去装置２は、不純物除去装置１において第１の処理筒２１を、第３の処理筒７１および第４の処理筒７３で置き換えた構成となっている。
【００４９】
本発明の第３の実施の形態に係る不純物除去装置は、図１に示すエキシマレーザー発振装置１０を複数台備える。例えば、複数台のエキシマレーザー発振装置に接続されたそれぞれの配管を１本にまとめ１台の不純物除去装置１または２に接続する。このように構成すると、不純物除去装置１または２を有効に活用することができるとともに、複数台のエキシマレーザー発振装置から排出される希ガス中に混合するフッ素およびフッ素化合物と、酸素（必要に応じて水分またはＰＦＣガス）を効率よく除去することができる。または、複数台のエキシマレーザー発振装置のうち稼動している装置から排出される不純物を除去することも可能である。
【００５０】
本発明の実施の形態に係る不純物除去装置では、エキシマレーザー発振装置でレーザーガスとして使用するフッ素を除去するため、第１乃至第３の実施の形態に係る不純物除去装置において、配管５１にフッ素を新たに加える導入管を設けても良い。この導入管の位置は、希ガス中に混合する不純物を除去後、希ガスをエキシマレーザー発振装置に戻す前が好ましい。
【００５１】
［実施例］
図５に、本発明の第１の実施の形態に係る不純物除去装置１で行った不純物除去性能試験の結果を示す。本試験では、不純物が混合した希ガスを１０ｌ／ｍｉｎの流量で導入した。なお、図中のｐｐｍは体積パーセント濃度を表している。
本性能試験で用いた希ガスは、Ｎｅガスである。また、フッ素（Ｆ２）、フッ化水素（ＨＦ）および水分（Ｈ２Ｏ）の除去には、水酸化カルシウムとゼオライトを用いた。また、酸素（Ｏ２）の除去には、Ｃｕ系処理剤を用いた。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態に係る不純物除去装置を使用すると、エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスの大部分を構成するバッファガスを特に再利用することができる。エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスは、バッファガスとして使用される希ガスがその大部分を構成する。バッファガスには、ヘリウムまたはネオンがよく用いられる。しかし、他の希ガスでもよい。例えば、エキシマレーザー発振装置内のレーザー管には、通常約９５〜９９％のネオンガスと、約１〜５％のクリプトンガス、約０．１〜０．５％のフッ素ガスが充填されている。これらの希ガスは高価なものであるため、９５〜９９％を占める希ガスを再利用することで希ガスの有効利用を図ることができかつランニングコストを効果的に低減させることができる。
【００５３】
また、本発明の実施の形態に係る不純物除去装置では、エキシマレーザー発振装置稼動時であっても（レーザー光発光時含）、希ガスを循環させ希ガス中の不純物を除去することができる。希ガス中に含まれるフッ素ガスは約０．１〜０．５％であり、このフッ素ガスがフッ素化合物を生成する。生成したフッ素化合物も希ガス中の不純物となるため、本発明の実施の形態に係る不純物除去装置では、常に希ガスを循環させフッ素およびフッ素化合物を除去することにより、フッ素化合物等の除去効率を高め、希ガスの再利用を可能にする。その結果、希少かつ高価な希ガスの再利用が可能になり、不純物除去装置を備えるエキシマレーザー発振装置の希ガスの有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１の実施の形態に係る不純物除去装置の構成を示す図である。
【図２】エキシマレーザー発振装置の基本構成例を例示する断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る不純物処理装置が有する第２の処理筒であって、処理剤を再生させる再生装置を有する第２の処理筒の断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る不純物除去装置の構成を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る不純物除去装置で行った不純物除去性能試験の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００５５】
１、２ 不純物除去装置
１０ エキシマレーザー発振装置
１１ レーザー容器
１２ 主放電電極
１３ 循環ファン
１４ レーザー光を取り出す窓
１５ ガス導入室
１６ ガス導入管
１７ ダスト除去フィルタ
２１ 第１の処理筒
２２ 処理剤
２３ 第２の処理筒
２４ 処理剤
２５ 循環ポンプ
２６、２７ 金属フィルタ
２８ 圧力センサー
３１、３３ 流入口バルブ
３２、３４ 流出口バルブ
３５ 流入バルブ
３６ 流出バルブ
３７ バイパスバルブ
４１ 循環流入口
４２ 循環流出口
４３ パージガス導入ライン
４４ 排気ライン
５１ 配管（流出管）
５２ バイパスライン
６１ ヒーター
６２ 還元ガス導入口バルブ
６３ 再生ガス流出口バルブ
６４ 加熱器
６５ 還元ガス供給ライン
７１ 第３の処理筒
７２ 処理剤
７３ 第４の処理筒
７４ 処理剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不純物を除去する不純物除去装置に関する。特に、エキシマレーザー発振装置で使用する希ガス中に含まれる不純物を除去することにより、希ガスを再利用できるようにする不純物除去装置および不純物除去装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造過程で使用される露光装置（フォトリソグラフィ）の光源としてエキシマレーザー装置が広く用いられている。このエキシマレーザー装置は、レーザー管に例えばアルゴンガス（Ａｒ）とフッ素ガス、クリプトンガス（Ｋｒ）とフッ素ガス、またはキセノン（Ｘｅ）ガスとフッ素ガスを封入し、これらのガスを励起させ、励起状態となった分子のエネルギーが誘導放出されることによりレーザー光を発生させる。また、レーザー管内には、バッファガスとして希ガスが封入されている。希ガスとして好ましくは、ヘリウムガス（Ｈｅ）またはネオンガス（Ｎｅ）である。
【０００３】
しかし、エキシマレーザー装置は、極めて反応性の高いフッ素ガスを使用しており、さらにそのフッ素は励起された状態となるので、フッ素とレーザー管の構成材料等との反応も生じ、ＣＦ４、ＳｉＦ４，ＨＦ、ＮＦ３、Ｃ２Ｆ６等のフッ素化合物（不純物）が生成される。こうした不純物の生成によりレーザー出力が減少するため、従来から不純物を除去する方法、または、不純物の生成を抑える方法が提案されている。
【０００４】
例えば、ＨＦと、フッ化金属化合物、フッ化水素金属化合物またはこれらの化合物の混合物を接触させＨＦを除去する方法がある（特許文献１参照）。この方法では、レーザーガスであるＦ２を除去することなく、ＨＦを除去している。または、エキシマレーザー装置に２種類のガス循環ラインを並列に設け、コールドトラップを備えた流路によりＳｉＦ４とＨＦを除去し、他方の流路にはハロゲンガストラップおよび深冷吸着塔を備えＳｉＦ４，ＨＦ，ＣＦ４を除去する。後者の流路では、Ｆ２も合わせて除去される。Ｆ２の除去を極力抑えるため、通常は前者の流路を用い、ＣＦ４の除去が必要になった時点で後者の流路を用いる（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２７５９０２号公報
【特許文献２】特開平６−２８３７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の不純物を除去する方法では装置が大型化してしまい、装置の小型化、簡易化が困難であった。
【０００７】
本発明は、従来技術を用いた装置と比し小型化、簡易化した装置で希ガス中に混合する不純物を除去し、エキシマレーザー装置において希ガスを再利用できる不純物除去装置を提供することを目的とする。さらに、従来技術を用いた方法と比し簡易な方法で希ガス中に混合する不純物を除去し、エキシマレーザー装置において希ガスを再利用できる不純物除去装置の運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係る不純物除去装置は、例えば図１に示すように、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスに混合したフッ素（Ｆ２）およびフッ素化合物を除去する第１の処理装置２１と；第１の処理装置で生成する酸素を除去する第２の処理装置２３と；エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスを循環させ、エキシマレーザー発振装置１０に戻す循環装置２５とを備える。
【０００９】
このように構成すると、希ガス中に混合する不純物として、レーザー光発生に寄与するフッ素ガスを敢えて除去することになる。しかし、フッ素およびフッ素化合物と、フッ素およびフッ素化合物除去時に生成される酸素を除去することにより、希少であり貴重な希ガスの再利用が可能となる。さらに、従来と比し簡易な装置で希ガスを精製することができる。
【００１０】
また、本発明の第２の態様に係る不純物除去装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る不純物除去装置１において、循環装置２５は、エキシマレーザー発振装置１０から第１の処理装置２１へ、第１の処理装置２１から第２の処理装置２３へ、第２の処理装置２３からエキシマレーザー発振装置１０へ希ガスを循環させる。
【００１１】
このように構成すると、不純物除去装置での希ガスの流路において、フッ素およびフッ素化合物が早い段階で除去されるので、第１の処理装置２１以降の装置がＦ２やＨＦ等により腐食（酸化）されるのを防ぐことができる。また、希ガス中に混合するＦ２を含む不純物を除去し希ガスを循環させているため、効率よく希ガスを精製できかつ希ガスのランニングコストを低減させることができる。
【００１２】
また、本発明の第３の態様に係る不純物除去装置は、上記本発明の第１の態様または第２の態様に係る不純物除去装置１において、第２の処理装置２３は、処理剤２４を用いて酸素を除去する装置であって、使用後の処理剤２４を再生させ再び使用可能にする再生装置を有する。
【００１３】
このように構成すると、第２の処理装置内に充填された処理剤が消耗した場合でも、第２の処理装置を取り外すことなく処理剤を再生させ再び使用することができる。さらに、処理剤のランニングコストを低減させることができる。
【００１４】
また、本発明の第４の態様に係る不純物除去装置２は、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１の態様に係る不純物除去装置１において、第１の処理装置が、希ガスに混合したフッ素およびフッ素化合物と、水分またはＰＦＣガスとを除去する装置である。
なお、ＰＦＣ（パーフルオロ化合物）とは、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６などの地球温暖化係数の高いフッ素化合物をいう。
【００１５】
このように構成すると、希ガス中に水分が混合している場合、水分を除去することができる。また、不純物として希ガス中に混合している、温室効果ガスであるＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６等を除去することができる。
【００１６】
また、本発明の第５の態様に係る不純物除去装置は、上記本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１の態様に係る不純物除去装置１または２において、複数台のエキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガス中に含まれるフッ素およびフッ素化合物を除去し、フッ素およびフッ素化合物除去時に生成する酸素を除去する。
【００１７】
このように構成すると、１台のエキシマレーザー発振装置から排出される希ガスの流量が少なく排出時間も長くない場合、複数台のエキシマレーザー発振装置から排出される希ガスから不純物を除去できるので、除去効率のよい不純物除去装置となる。
【００１８】
また、本発明の第６の態様に係る不純物除去装置の運転方法は、レーザー光を発生するエキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスを循環させ；希ガス中に混合したフッ素およびフッ素化合物を除去し；フッ素およびフッ素化合物除去時に生成した酸素を除去し；希ガスをエキシマレーザー発振装置１０に戻し；戻された希ガスが再利用される。
【００１９】
このように構成すると、エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスに混合するフッ素およびフッ素化合物を除去し、フッ素およびフッ素化合物除去時に生成する酸素を除去するため、希ガスの再利用が可能な不純物除去装置の運転方法となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の不純物除去装置は、エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスに混合する不純物として、まずフッ素およびフッ素化合物を除去し、次にフッ素およびフッ素化合物除去時に生成する酸素を除去することにより、希ガスの再利用を可能にする。その上で、装置の小型化、簡易化を図ることができる。さらに、希ガスを循環させ再利用することで、希ガスの有効利用を図ることができ、またランニングコストを低減させることができる。また、本発明の不純物除去装置において、酸素を除去する処理装置が再生装置を有する場合は、酸素を除去するための処理剤を交換することなく不純物除去装置の継続運転が可能となる。また、本発明の不純物除去装置が水分またはＰＦＣガスを除去する処理装置を備える場合は、フッ素およびフッ素化合物と、酸素の除去において、水分またはＰＦＣガスをさらに効率よく除去することができる。
本発明の不純物除去装置の運転方法は、希ガスに混合する不純物としてフッ素およびフッ素化合物と、酸素とを効率よく除去し、希ガスを循環させ再利用を可能とし、希ガスの有効利用を可能にするとともにランニングコストを低減させる運転方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一または相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。また、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
【００２２】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る不純物除去装置１は、エキシマレーザー発振装置１０に接続されて使用される。不純物除去装置１は、不純物を除去する第１の処理筒２１と第２の処理筒２３と、希ガスの流路となる配管５１と、希ガスを循環させる循環装置としての循環ポンプ２５を含んで構成される。
【００２３】
なお、以下の実施の形態の説明では、レーザー光の発生に寄与するガス（レーザーガス）としてフッ素とアルゴン、レーザーガスを希釈するバッファガスとしてネオンを例に説明する。なお、レーザーガスとしてフッ素とクリプトン、またはフッ素とキセノン、バッファガスとしてヘリウムまたはその他の希ガスを使用しても良い。さらに、フッ素ガスの代わりに塩素ガスを使用しても良い。
【００２４】
図２は、エキシマレーザー発振装置の基本構成例を例示する図である。エキシマレーザー発振装置１０では、フッ素とアルゴンから構成されたレーザーガスおよびバッファガスとしてのネオンがレーザー容器１１に封入される。レーザー容器１１の内部には、レーザー光の発振を可能にする放電を得るための一対の主放電電極１２と１２が配置されている。さらに、レーザー容器１１内には、一対の主放電電極１２と１２の間に高速のレーザーガスの流れを作り出すための循環ファン１３が配置される。その他エキシマレーザー発振装置１０は、レーザー光を取り出す窓１４、ガス導入室１５、ガス導入管１６およびダスト除去フィルタ１７を備える。
【００２５】
図１に戻り、本発明の第１の実施の形態に係る不純物除去装置１について詳細に説明する。不純物除去装置１は、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスを循環ポンプ２５により循環させ、再びエキシマレーザー発振装置１０に戻す閉ループを形成する。エキシマレーザー発振装置１０内の希ガスは、循環流入口４１から不純物除去装置１へ流入し、第１の処理装置としての第１の処理筒２１を通過し、第２の処理装置としての第２の処理筒２３を通過した後、循環流出口４２から流出し、エキシマレーザー発振装置１０へ戻される。
【００２６】
第１の処理筒２１には、フッ素およびフッ素化合物、水分を除去する処理剤２２が充填されている。このように、本発明の第１の実施の形態では、希ガス中に混合している不純物としてまずフッ素およびフッ素化合物を除去する。また、水分が含まれている場合は同時に水分も除去する。
フッ素（Ｆ２）やフッ化水素（ＨＦ）は極めて反応性が高いガスであり、不純物除去装置１の閉ループにおいてより早い段階で除去することにより、第１の処理筒２１以降の装置がＦ２やＨＦにより腐食（酸化）されるのを防ぐことができる。また、レーザーガスとして寄与するＦ２を敢えて除去し、フッ素化合物の除去効率を高め、さらに、水分を除去することにより、希ガスの再利用を可能にする。
【００２７】
フッ素およびフッ素化合物、水分を除去する処理剤２２としては、ゼオライト、ゼオライトと酸化カルシウムの組合せ、またはゼオライトと水酸化カルシウムの組合せが好ましい。ゼオライトを使用すると、フッ素およびフッ素化合物と、水分とを除去することができる。ゼオライトで水分を除去し、酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムでフッ素およびフッ素化合物を除去すると、ゼオライトだけの場合よりもゼオライトの寿命を長くすることができる。
また、除去に処理剤を使用しているため、除去が容易であり除去効率もよい。さらに、装置の小型化、簡易化を図ることができる。
【００２８】
第１の処理筒２１は、ステンレスで製造されることが好ましい。ステンレスを用いることにより、第１の処理筒２１の内部がフッ素やフッ化水素等により腐食（酸化）されるのを防ぐことができる。
また、第１の処理筒２１に２種類の処理剤を充填する場合には、各々の処理剤の処理容量の低下を招くことを防ぐため、各々の処理剤が混ざり合わないように分離して充填するのが好ましい。その場合は、第１の処理筒２１の内部の各々の処理剤の境界に混ざり合い防止ネット（不図示）または多孔の仕切り板（不図示）を設けても良い。
【００２９】
第１の処理筒２１に充填された処理剤２２は、フッ素およびフッ素化合物、または水分の吸着により消耗する。したがって、一定期間経過後には処理剤２２を交換する必要がある。処理剤の交換は、第１の処理筒２１を取り外すことにより行われる。そのため、第１の処理筒内のフッ素およびフッ素化合物が処理筒外に流出することを防ぐために、流入口バルブ３１と流出口バルブ３２を設ける。
【００３０】
処理剤がフッ素およびフッ素化合物を除去する際、副生成物として水分や酸素を生成する場合がある。
２Ｆ２＋２Ｃａ(ＯＨ)２ → ２ＣａＦ２＋２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２
２ＨＦ＋Ｃａ(ＯＨ)２ → ＣａＦ２＋２Ｈ２Ｏ
ＳｉＦ４＋２Ｃａ(ＯＨ)２ → ２ＣａＦ２＋ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ
しかし、これらの水分や酸素は、第１の処理筒２１および後述の第２の処理筒２３で除去される。
【００３１】
第１の処理筒２１を通過した希ガスは、第２の処理筒２３へ送られる。第２の処理筒２３には、予め還元処理を行っている金属系処理剤が充填されている。したがって、希ガスが第２の処理筒２３を通過する際、第１の処理筒２１で生成され希ガス中に混合している酸素が除去される。希ガスから不純物である酸素を除去することにより、希ガスの再利用が可能となる。
なお、希ガスが循環する配管５１に温度調整手段（加熱、冷却等）を設けると、フッ素およびフッ素化合物と、酸素の除去が容易となる。
【００３２】
金属系処理剤には、Ｎｉ系触媒やＣｕ系触媒または複合金属酸化物が好ましい。
例えばＮｉ系触媒を用いると、以下のように酸素を除去することができる。
Ｏ２＋２Ｎｉ → ２ＮｉＯ
【００３３】
第１の処理筒２１と第２の処理筒２３は、別々に形成してもよくまたは処理装置として一体に形成しても良い。別々に形成すると、後述のように第２の処理筒２３を充填した処理剤を再生させることのできる装置とすることができる。一体として形成すると、装置の簡略化が可能となる。
第２の処理筒２３は、ステンレスで製造されることが好ましい。ステンレスを用いると、希ガス中に微小のフッ素やフッ化水素が残存して混合している場合に、装置内部が腐食（酸化）されるのを防ぐことができる。
【００３４】
通常、処理剤は処理時間の経過と共に消耗するので、新しい処理剤と交換する必要がある。しかし、第２の処理筒２３で用いる金属系処理剤２４は、１２０℃以上に加熱しながら、Ｈ２のような還元ガスを導入することで還元反応により再生することができる。
【００３５】
図３は、第２の処理筒２３に充填する金属系処理剤を再生させるため、第２の処理筒２３が再生装置を有する場合のフロー図である。
金属系処理剤を再生させるために、第２の処理筒２３の流入側に還元ガス導入口バルブ６２を設ける。第２の処理筒２３の外面に加熱用ヒーター６１を設置し、還元ガス導入口バルブ６２より還元ガス（例えばＨ２）を導入しながら、ヒーター６１により第２の処理筒２３を加熱し、金属系処理剤を還元し再生させる。
または、還元ガス供給ライン６５に加熱器６４を設け、予め所定温度に加熱された還元ガスを還元ガス導入口バルブ６２を開にして導入し、金属系処理剤を所定温度まで加熱し還元して再生させてもよい。
【００３６】
なお、還元ガスをエキシマレーザー発振装置１０に戻すと、還元ガス自身が不純物となる。そのため、第２の処理筒２３内の金属系処理剤を再生させる場合は、第２の処理筒の流入口バルブ３３と流出口バルブ３４を閉めた状態で、還元ガスを導入し第２の処理筒２３の流出側の再生ガス流出口バルブ６３より還元ガスを排出させるとよい。
【００３７】
還元処理された金属系処理剤は空気等と接触すると酸化されるため、流入口バルブ３３と流出口バルブ３４を設け還元処理を行った後に空気等と接触するのを防ぐ。また、還元処理された金属系処理剤が充填された第２の処理筒を未使用時は、流入口バルブ３３と流出口バルブ３４を閉めることにより空気等との接触を防ぐことができる。
【００３８】
図１に戻り説明を続ける。第１の処理筒２１または第２の処理筒２３に充填された処理剤２２、２４によりパーティクルが発生する場合があり、不純物となるこのパーティクルが後述の循環ポンプ２５やエキシマレーザー発振装置１０内に混入するのを防ぐ必要がある。なお、「パーティクル」とは、成形された第１および第２の処理筒用処理剤に含まれる、微細な粒子（粉化された粒子）をいう。
そのため、第２の処理筒２３以降に金属フィルタ２６を設けパーティクルを除去するとよい。金属フィルタ２６の変わりに、セラミックや樹脂等の非金属製のフィルタを用いても良い。
【００３９】
図１に示すように、金属フィルタ２６を通過した希ガスは、循環装置としての循環ポンプ２５を通る。循環ポンプ２５により、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスが、不純物除去装置１を構成する配管５１内を循環しエキシマレーザー発振装置１０に戻される。循環ポンプ２５には、ガスの吸引と圧縮の両方の機能を持ったものが好ましい。そうすると、循環終了時に不純物除去装置１の配管５１内に希ガスを残留させることなく、エキシマレーザー発振装置１０に希ガスを戻すことができる。
【００４０】
循環ポンプ２５は、第１の処理筒２１の後に設置することが好ましい。そうすると、循環ポンプ２５内部がフッ素やフッ化水素等により酸化され汚染物質が発生するのを抑制することができる。希ガス中に混合したフッ素およびフッ素化合物を除去した後であれば、第１の処理筒２１の直後であっても第２の処理筒２３の後であってもよい。
【００４１】
循環ポンプ２５の内部には、弁や軸受部等の金属同士の接触部があるため、金属小片としてのパーティクルが発生する場合がある。したがって、図１では、循環ポンプ２５の後に金属フィルタ２７を設け発生したパーティクルがエキシマレーザー発振装置１０内に混入するのを防いでいる。金属フィルタ２７の変わりに、セラミックや樹脂等の非金属製のフィルタを用いても良い。
【００４２】
図１では、第２の処理筒２３の後、および循環ポンプ２５の後にパーティクルを捕集する金属フィルタ２６と２７を設けている。パーティクルの捕集量が増えると、圧損の上昇が起こる。そのため、圧力センサー２８を設け配管５１内の圧力を検知させても良い。圧力センサー２８は、第２の処理筒２３の後または、循環ポンプ２５の後等、いずれの場所に配置しても良い。しかし、一番圧損が上昇しやすい第２の処理筒２３と金属フィルタ２６の間に配置するのが好ましい。
なお、図１において、エキシマレーザー発振装置１０から排出される希ガスが不純物除去装置１へ流入する配管を５１ａとし、希ガスが不純物除去装置１から流出する配管を５１ｂとする。両者を区別する必要がないときは、配管５１と呼ぶ。
【００４３】
不純物除去装置１の循環流入口４１には流入バルブ３５、循環流出口４２には流出バルブ３６を設ける。そうすると、エキシマレーザー発振装置１０と不純物除去装置１とのガス流路を遮断でき、希ガス中の不純物を除去するとき以外は、不純物除去装置１からエキシマレーザー発振装置１０への不純物の混入を防ぐことができる。
【００４４】
さらに、循環流入口４１と循環流出口４２をバイパスするバイパスライン５２とバイパスバルブ３７を設けてもよい。バイパスライン５２は、図１に示すように、流入バルブ３５の下流側と流出バルブ３６の上流側を接続する。そうすると、流入バルブ３５と流入バルブ３６を閉め、バイパスバルブ３７を開けることにより、不純物除去装置１内で希ガスを循環させることができるため、循環する希ガスに混合した不純物を除去する精度を上げることができる。１サイクルでエキシマレーザー発振装置１０内から排出される希ガスに混合する不純物を十分に除去できない場合に、数回希ガスを循環させることで不純物をより除去することができる。
【００４５】
第１の処理筒２１を交換する場合、取り外すと接続口が大気と接触するため、交換作業中に混入した大気等の不純物をパージする必要がある。そのため、循環流入口４１の流入バルブ３５の下流側にパージガス導入ライン４３を設け、循環流出口４２の流出バルブ３６の上流側に真空ポンプ（不図示）による排気ライン４４を設けても良い。流入バルブ３５と流出バルブ３６を閉め、エキシマレーザー発振装置１０と不純物除去装置１とのガス流路を遮断し、パージガス導入と真空ポンプによるパージガスの取り出しを行う。このようにすると、外気等の不純物がエキシマレーザー発振装置１０内に混入することなく、パージガスの導入および真空ポンプによるパージガスの取り出しを行うことができる。
また、流入バルブ３５、流出バルブ３６よりそれぞれエキシマレーザー発振装置１０側に、パージガス導入ライン４３と真空ポンプによる排気ライン４４を設けても良い。エキシマレーザー発振装置１０と不純物除去装置１が離れて設置された場合、エキシマレーザー発振装置１０と不純物除去装置１間の配管の真空引き、パージが可能となる。
【００４６】
図４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る不純物除去装置２について説明する。図４は、フッ素、水分および酸素の他に、エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスに混合するＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６など（以下ＰＦＣガスとする）を除去する不純物除去装置２を示すフロー図である。不純物除去装置２は、ＰＦＣガスを除去する処理剤７２が充填された処理装置としての第３の処理筒７１を備える。
【００４７】
ＰＦＣガスは、常温で除去することはできない。よって、第３の処理筒７１に充填される処理剤７２は触媒を用いて、これを加熱する。処理剤７２は、７００℃以上に加熱される。したがって、不純物除去装置２では、第４の処理筒７３では水分を除去する。希ガス中に水分が含まれない場合は、第４の処理筒７３は不要となる。
【００４８】
第３の処理筒７１でＰＦＣガスを除去した際、使用する処理剤によってはＳＯＸやＣＯ２が生成することがある。よって、第４の処理筒７３をＳＯＸやＣＯ２を除去する処理筒としてもよい。第４の処理筒７３の後には、図１に示す第２の処理筒２３が配置され酸素が除去される。
図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る不純物除去装置２は、不純物除去装置１において第１の処理筒２１を、第３の処理筒７１および第４の処理筒７３で置き換えた構成となっている。
【００４９】
本発明の第３の実施の形態に係る不純物除去装置は、図１に示すエキシマレーザー発振装置１０を複数台備える。例えば、複数台のエキシマレーザー発振装置に接続されたそれぞれの配管を１本にまとめ１台の不純物除去装置１または２に接続する。このように構成すると、不純物除去装置１または２を有効に活用することができるとともに、複数台のエキシマレーザー発振装置から排出される希ガス中に混合するフッ素およびフッ素化合物と、酸素（必要に応じて水分またはＰＦＣガス）を効率よく除去することができる。または、複数台のエキシマレーザー発振装置のうち稼動している装置から排出される不純物を除去することも可能である。
【００５０】
本発明の実施の形態に係る不純物除去装置では、エキシマレーザー発振装置でレーザーガスとして使用するフッ素を除去するため、第１乃至第３の実施の形態に係る不純物除去装置において、配管５１にフッ素を新たに加える導入管を設けても良い。この導入管の位置は、希ガス中に混合する不純物を除去後、希ガスをエキシマレーザー発振装置に戻す前が好ましい。
【００５１】
［実施例］
図５に、本発明の第１の実施の形態に係る不純物除去装置１で行った不純物除去性能試験の結果を示す。本試験では、不純物が混合した希ガスを１０ｌ／ｍｉｎの流量で導入した。なお、図中のｐｐｍは体積パーセント濃度を表している。
本性能試験で用いた希ガスは、Ｎｅガスである。また、フッ素（Ｆ２）、フッ化水素（ＨＦ）および水分（Ｈ２Ｏ）の除去には、水酸化カルシウムとゼオライトを用いた。また、酸素（Ｏ２）の除去には、Ｃｕ系処理剤を用いた。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態に係る不純物除去装置を使用すると、エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスの大部分を構成するバッファガスを特に再利用することができる。エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスは、バッファガスとして使用される希ガスがその大部分を構成する。バッファガスには、ヘリウムまたはネオンがよく用いられる。しかし、他の希ガスでもよい。例えば、エキシマレーザー発振装置内のレーザー管には、通常約９５〜９９％のネオンガスと、約１〜５％のクリプトンガス、約０．１〜０．５％のフッ素ガスが充填されている。これらの希ガスは高価なものであるため、９５〜９９％を占める希ガスを再利用することで希ガスの有効利用を図ることができかつランニングコストを効果的に低減させることができる。
【００５３】
また、本発明の実施の形態に係る不純物除去装置では、エキシマレーザー発振装置稼動時であっても（レーザー光発光時含）、希ガスを循環させ希ガス中の不純物を除去することができる。希ガス中に含まれるフッ素ガスは約０．１〜０．５％であり、このフッ素ガスがフッ素化合物を生成する。生成したフッ素化合物も希ガス中の不純物となるため、本発明の実施の形態に係る不純物除去装置では、常に希ガスを循環させフッ素およびフッ素化合物を除去することにより、フッ素化合物等の除去効率を高め、希ガスの再利用を可能にする。その結果、希少かつ高価な希ガスの再利用が可能になり、不純物除去装置を備えるエキシマレーザー発振装置の希ガスの有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１の実施の形態に係る不純物除去装置の構成を示す図である。
【図２】エキシマレーザー発振装置の基本構成例を例示する断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る不純物処理装置が有する第２の処理筒であって、処理剤を再生させる再生装置を有する第２の処理筒の断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る不純物除去装置の構成を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る不純物除去装置で行った不純物除去性能試験の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００５５】
１、２ 不純物除去装置
１０ エキシマレーザー発振装置
１１ レーザー容器
１２ 主放電電極
１３ 循環ファン
１４ レーザー光を取り出す窓
１５ ガス導入室
１６ ガス導入管
１７ ダスト除去フィルタ
２１ 第１の処理筒
２２ 処理剤
２３ 第２の処理筒
２４ 処理剤
２５ 循環ポンプ
２６、２７ 金属フィルタ
２８ 圧力センサー
３１、３３ 流入口バルブ
３２、３４ 流出口バルブ
３５ 流入バルブ
３６ 流出バルブ
３７ バイパスバルブ
４１ 循環流入口
４２ 循環流出口
４３ パージガス導入ライン
４４ 排気ライン
５１ 配管（流出管）
５２ バイパスライン
６１ ヒーター
６２ 還元ガス導入口バルブ
６３ 再生ガス流出口バルブ
６４ 加熱器
６５ 還元ガス供給ライン
７１ 第３の処理筒
７２ 処理剤
７３ 第４の処理筒
７４ 処理剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスに混合したフッ素およびフッ素化合物を除去する第１の処理装置と；
前記第１の処理装置で生成する酸素を除去する第２の処理装置と；
前記エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスを循環させ、前記エキシマレーザー発振装置に戻す循環装置とを備える；
不純物除去装置。
【請求項２】
前記循環装置は、前記エキシマレーザー発振装置から前記第１の処理装置へ、前記第１の処理装置から前記第２の処理装置へ、前記第２の処理装置から前記エキシマレーザー発振装置へ前記希ガスを循環させる；
請求項１に記載の不純物除去装置。
【請求項３】
前記第２の処理装置は、処理剤を用いて前記酸素を除去する装置であって、使用後の前記処理剤を再生させ再び使用可能にする再生装置を有する；
請求項１又は請求項２に記載の不純物除去装置。
【請求項４】
前記第１の処理装置が、希ガスに混合したフッ素およびフッ素化合物と、水分またはＰＦＣガスとを除去する装置である；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の不純物除去装置。
【請求項５】
複数台の前記エキシマレーザー発振装置から排出される希ガス中に含まれるフッ素およびフッ素化合物を除去し、前記フッ素およびフッ素化合物除去時に生成する酸素を除去する；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の不純物除去装置。
【請求項６】
レーザー光を発生するエキシマレーザー発振装置から排出される希ガスを循環させ；
前記希ガス中に混合したフッ素およびフッ素化合物を除去し；
前記フッ素およびフッ素化合物除去時に生成した酸素を除去し；
前記希ガスを前記エキシマレーザー発振装置に戻し；
前記戻された希ガスが再利用される；
不純物除去装置の運転方法。
【請求項１】
エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスに混合したフッ素およびフッ素化合物を除去する第１の処理装置と；
前記第１の処理装置で生成する酸素を除去する第２の処理装置と；
前記エキシマレーザー発振装置から排出される希ガスを循環させ、前記エキシマレーザー発振装置に戻す循環装置とを備える；
不純物除去装置。
【請求項２】
前記循環装置は、前記エキシマレーザー発振装置から前記第１の処理装置へ、前記第１の処理装置から前記第２の処理装置へ、前記第２の処理装置から前記エキシマレーザー発振装置へ前記希ガスを循環させる；
請求項１に記載の不純物除去装置。
【請求項３】
前記第２の処理装置は、処理剤を用いて前記酸素を除去する装置であって、使用後の前記処理剤を再生させ再び使用可能にする再生装置を有する；
請求項１又は請求項２に記載の不純物除去装置。
【請求項４】
前記第１の処理装置が、希ガスに混合したフッ素およびフッ素化合物と、水分またはＰＦＣガスとを除去する装置である；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の不純物除去装置。
【請求項５】
複数台の前記エキシマレーザー発振装置から排出される希ガス中に含まれるフッ素およびフッ素化合物を除去し、前記フッ素およびフッ素化合物除去時に生成する酸素を除去する；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の不純物除去装置。
【請求項６】
レーザー光を発生するエキシマレーザー発振装置から排出される希ガスを循環させ；
前記希ガス中に混合したフッ素およびフッ素化合物を除去し；
前記フッ素およびフッ素化合物除去時に生成した酸素を除去し；
前記希ガスを前記エキシマレーザー発振装置に戻し；
前記戻された希ガスが再利用される；
不純物除去装置の運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−９２９２０（Ｐ２０１０−９２９２０Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５８６２８（Ｐ２００８−２５８６２８）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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