JPH0199272A - ガス精製装置 - 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、希ガスハライドエキシマレーザなどのレーザ
ガス等を精製するガス精製装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、レーザを運転させたりすると、レーザ管内のレ
ーザガスと不純物との反応などによってレーザ出力が低
下するという事態が生じる。特に希カスハライドエキシ
マレーザは、レーザガスとしてＦ２．ＨＣＪなどの極め
て反応性の高いハロゲンカスを使用しているため、これ
らのハロゲンガスがレーザの管壁の不純物、レーザガス
中に初めから含まれていた不純物、あるいは電極のスパ
ッタ生成物と反応してハロゲンの濃度が減少するととも
に、これらの不純物、あるいはこれらとハロゲンとのハ
ロゲン化合物（以下、不純物と総称する）のなめレーザ
出力が著しく低下する。

このために、レーザガス中に含まれる不純物を除去しレ
ーザガスを精製する装置が提案された。

すなわち、ガス精製装置として希カスハライドエキシマ
レーザの場合には、レーザカスをレーザ管から回収し、
そこでレーザガスを低温にして所定の沸点をもつ不純物
をトラップして除去したり、あるいは金属カルシウムと
反応させて不純物を除去したり、あるいは活性炭やゲッ
タ材（Ｔ、−Ｚｒ合金）に不純物を吸着させて除去した
り、あるいはゼオライト、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に不純物を吸着させて除去
し、不純物の除去されたレーザガスを再びレーザ管内に
戻すような精製装置が提案された。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、レーザガス中の不純物を低温トラップし
て除去する形式の装置では、ハロゲンとしてＦ２を使用
するＡ、Ｆ、ＫｒＦレーザにおいて不純物として特に重
要な低沸点のＣＦ４不純物を除去することができないと
ともに低温環境を作るための液体窒素を多量に用いなけ
ればならないという問題がある。また不純物を金属カル
シウムと反応させたり、活性炭やゲッタ材に不純物を吸
着させたり、ゼオライト、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に不純物を吸着させて不純
物を除去する形式の装置では、不純物とともに活性の強
いハロゲンＦ２．Ｃ，ｉｌ等をも同時に吸着してしまう
ために、さらに新たなハロゲンＦ２．ｃｊ等をレーザ管
内に別途外部から供給しなければならず、特に高繰返し
発振動作させるときには大量に供給し続けなければなら
ないので、高価なハロゲンＦ２の場合には高コストとな
り産業用に向かないという問題があった。また金属カル
シウムと反応させたり活性炭、ゲッタ材に吸着させる仕
方は、特定の不純物（化学物質）にのみ有効であり、他
の不純物を取除くことができないという問題があった。

本発明は、ガス中の不純物だけを効率的に除去し精製し
たガスの成分を再利用することの可能なガス精製装置を
提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、精製されるべきガスを媒質成分吸着部と不純
物吸着部とに通して循環させ、ガス中の所定の媒質成分
を媒質成分吸着部に吸着させる一方、不純物を不純物吸
着部に吸着させる循環手段と、媒質成分吸着部に吸着さ
れた所定の媒質成分を分離しガス源に回収する再利用手
段とを備えていることを特徴とするガス精製装置によっ
て、上記従来技術の問題点を改善するものである。

〔作用〕

本発明では、循環手段により精製されるべきガスを媒質
成分吸着部と不純物吸着部とに通して循環させる。これ
により媒質成分吸着部にはガス中の所定の媒質成分が吸
着され、次いで不純物吸着部には不純物が吸着される。

このときに媒質成分吸着部にも不純物吸着部にも吸着さ
れない媒質成分、例えば希ガスはガス源に戻される。し
かる後に、再利用手段によって媒質成分吸着部に吸着さ
れた所定の媒質成分を分離してガス源に回収する。

これによりガス中に含まれていた不純物だけが主に除去
され、ガス中の有用な媒質成分のほとんどをガス源に再
び回収することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るガス精製装置の実施例の構成図で
ある。

本実施例のガス精製装置は、ガス源としてのし−ザ１内
のレーザガスがバルブ２を介して送入されレーザガス中
の所定の媒質成分を吸着する媒質成分吸着部３と、媒質
成分吸着部３を通過したレーザガスがバルブ４を介して
送入され不純物を吸着し、残りのレーザガスをレーザ１
内に循環させる不純物吸着部５と、レーザ１内のレーザ
ガスを媒質成分吸着部３．不純鈍物着部５に通して十分
循環させた後に媒質成分吸着部３から分離した媒質成分
がバルブ６を介して送られこれを室温に冷却し所定の圧
力にして再びレーザ１内に供給する圧縮室７とを備えて
いる。

レーザ１が希ガスハライドエキシマレーザの場合につい
て以下に説明する。

希ガスハライドエキシマレーザにおいては、レーザガス
として腐蝕性を有するガスＨＣｊ　。

Ｆ２等と、希ガスＡ、、に、、Ｘｏ　（１％〜数％）と
、バッファガスＨ８，Ｎｏ等とをレーザ１内に数気圧に
充たしている。一方、レーザ１の運転中に発生する不純
物は、レーザガスにより異なるが、レーザガス中に初め
から含まれていたもの、レーザーの管壁に吸着されてい
たものがレーザガス中に放出されたもの、これらとハロ
ゲンＦ、（Ｊとの化合物等を含めて、ＣＦ４゜Ｓ、Ｆ　
　　ＨＦ、ＮＦ３．ＳＦ６．ＣＣｊ　４　。

＋　　　４’ ＣＯ２，Ｆ２０，０２．Ｎ２．ＣＯ等である。

媒質成分吸着部３には、固体銀が充填されており、レー
ザガス中の媒質成分であるハロゲンＦ２゜ＣＪを固体銀
と反応させて吸着させるようになっている。

第２図は媒質成分吸着部３の構成図である。

第２図において媒質成分吸着部３内には、固体銀Ｎ８と
、固体銀層８を加熱するためのし−タコイル９と、固体
銀層８の両側に位置決めされた電気分解用の一対の電極
１０．１１と、固体銀層８を電気分解したときにハロゲ
ンガスとともに放出されるハロゲン化銀蒸気を吸着する
ためのバッフル１２．トラップ１３とが設けられている
。レーザーからのレーザガスは入口１４に送入され、出
口１５から送出される。

不純物吸着部５には、ゲッタ材が充填されており、媒質
成分吸着部３によってハロゲンガスの取除かれたレーザ
ガス中の不純物を吸着するようになっている。ゲッタ材
としては、Ｚ、、Ｔ、。

Ｔｈ、Ｔ、、Ｚｒ／Ｔ、合金、Ｚ、／Ａｊ合金。

Ｔｈ／Ｃ８／ＡｆＪ／アル力リ土類金属合金、Ｂａ。

Ｔｈ／ＡＪ合金を単体でまたは複合して使用する。ゲッ
タ材としてＺｒ、あるいはＺｒ／Ａ１合金を用いると不
純物０２　、、Ｆ２　、　ＣＯ、Ｃ０２が吸着され、Ｔ
ｈ合金を用いると不純′！ＩＪｃｏ。

０２、Ｃ０２，Ｆ２０が吸着され、Ｂ８を用いると不純
物０２．Ｃｏ、Ｃｏ２．Ｎ２等が吸着される。またハロ
ゲン化合物としての不純物、例えばＣＣＩ　　、ＣＦ４
．ＣＣＪ　Ｆ２．Ｃ２Ｆ６゜ＮＦ３等も吸着される。一
方、希ガスＡｒ“、Ｋｒ。

Ｘ　等はほとんどゲッタ材に吸収されないので再度レー
ザーに送入される。

このような構成のレーザガス精製装置の操作を以下に説
明する。レーザガスの精製に際し、レーザの発振を停止
し、しかる後にバルブ６を閉、バルブ４を開にしてバル
ブ２を開にする。これによりレーザ１内のレーザガスを
媒質成分吸着部３゜不純物吸着部５に順次に通し循環さ
せる。このときに媒質成分吸着部３の固体銀層８の温度
をヒータコイル９により１００℃乃至３００℃に設定す
る。固体銀層８をこの温度範囲に設定することにより、
レーザガス中の活性物質である不純物ＣＦ　　、ＣＣＪ
　　、０２Ｆ６等の固体銀層８への吸着は少なくなり、
媒質成分吸着部３に流入したレーザガスのうち、ハロゲ
ンガスＦ　２　、　Ｃｊ等と、不純物Ｃｏ、ＨＯ，Ｏ□
等の一部とが固体銀層８に吸着される。また希ガスＡ、
Ｘｏ等、不「 鈍物ＣＦ　　、ＣＣｊ）　　、Ｃ２Ｆ６等はほとんど吸
着されず媒質成分吸着部３を通過して不純物吸着部５に
送られる。なおレーザガスの一成分にＨＣ，ｌｌが含ま
れている場合ハロゲンｅｊは固体銀と反応して固体銀層
８に吸着されるが、水素Ｈは分離され、不純物Ｈ２とな
って媒質成分吸着部５を通過する。不純物吸着部５では
、前述のように不純物ＣＯ２，Ｆ２０．０２．Ｎ２．Ｆ
２等、ハロゲン化合物ＣＦ　　、Ｃ（１、Ｃ２Ｆ６等が
ゲツタ材に吸着されるが、希ガスはほとんど吸着されな
いので、主に希ガスがレーザ１内に戻される。

このようにして固体銀層８を１００℃乃至３００℃で加
熱した状態でレーザ１内のレーザガスを十分循環させた
後、固体銀層８の温度を５００℃乃至６００°Ｃに昇温
する。昇温により、固体銀と反応していた不純物ＣＯ２
、Ｈ２０。

０゜等を先づ分離する。例えばＡｇ２Ｏ，Ａｇ２Ｏ□。

Ａｇ２ＣＯ３はそれぞれ温度３００℃、１００℃。

２１８℃までの間に分離され放出される。またＡ　ｇＦ
−ｘ　Ｈ２０中の水Ｈ２０も温度４３５℃以下で放出さ
れる。これらの放出された不純物は不純物吸着部５に送
られゲッタ材に吸着される。

このようにしてハロゲンガスを固＃Ｃ銀に吸着させ不純
物をゲッタ材に吸着させる循環サイクルを行なった後、
バルブ４を閉にする一方、バルブ６を開にして、固体銀
に吸着されたハロゲンガスＦ　２　、　Ｃｊ等を放出さ
せてレーザ１内に戻す再利用サーイクルを開始する。

この再利用サイクルでは、固体銀層８をヒータコイル９
によってさらに昇温して溶融し、電極１０．１１間に電
流を流して溶融した固体銀層８を電気分解する。溶融温
度は、例えばＡｇＣＪＩで４５５℃、Ａ、Ｆで４３５℃
である。これにより、固体銀とこれに吸着されていたハ
ロゲンＦ２゜Ｃｊ等とは分解し、固体銀層８からハロゲ
ンガスＦ　　　ＣＪ等が放出される。なおこのときに昇
温した銀蒸気やハロゲン化銀蒸気ら発生するが（温度的
４５０℃で蒸気狂的１０””Ｔｏｒｒ　）　、これらの
銀蒸気、ハロゲン化銀蒸気はバッフル１２とトラップ１
３とに吸着され出口１５からは放出されない。

このようにして、出口１５からはハロゲンガスＦ　２　
、　Ｃｊ等が放出され、バルブ６を通って圧縮室７に流
入し、そこで室温に冷却され、ピストン（図示せず）等
で圧縮される。このときに再利用されるハロゲンガスＦ
２．Ｃｊ等の量は圧縮室７内の圧力により知ることがで
きる。圧縮室７内で圧縮され適当な圧力に達すると、ハ
ロゲンガスＦ２．ＣＪＩは圧縮室７からレーザ１内に戻
される。

これにより、レーザの発振を再び行なわせることができ
る。なお、レーザガスにＨＣＪＩを用いている場合、ハ
ロゲンガスＣｊは回収されるものの水素トＩは不純物吸
着部５のゲッタ材に吸着され、レーザ１内には戻されな
いので、外部ガスボンベ１６を設け、この外部ガスボン
ベ１６から新たに供給するようにするのが良い。また外
部ガスボンベ１６からは循環サイクルにより失なわれた
微量の希ガスをも供給するようにしても良い。

上記再利用サイクルにおいて、圧縮室７内のハロゲンガ
スＦ　２　、　Ｃｊ等をレーザ１内に直接戻すとして説
明したが、圧縮室７とレーザ１との間にバルブ１７．ボ
ンベ１８を設け、圧縮室７からのハロゲンガスＦ２．Ｃ
Ｊ等をバルブ１７を介しボンベ１８内に回収し充填して
、再利用するようにしても良い、バルブ１７．ボンベ１
８を設ける場合には、媒質成分吸着部３内にバッフル１
２を設けなくても良い。

このようにして本実施例では、レーザガス中の不純物だ
けを不純物吸着部５のゲッタ材に吸着させて除去し、レ
ーザガス中の高価な希ガスＡｒ。

Ｋ、Ｘ８等を循環サイクルでレーザー内に戻し、また他
の高価なハロゲンガスＦ２．Ｃｊ等を再利用サイクルで
レーザー内に回収するようにしているので、前述した従
来の精製装置のように高価なハロゲンガスＦ２　、ｃｊ
等を外部から新たに供給せずとも良く、ハロゲンガスＦ
　２　、　Ｃ，１１等の新たな供給量すなわち使用量を
著しく低減させ、レーザガスの使用寿命を著しく増加さ
せることが可能となる。また本実施例による精製では、
液体窒素等を用いて低温にする必要がないので、精製を
低置にかつ容易に行なうことができる。

上述の実施例では、希ガスハライドエキシマレーザのレ
ーザガスの精製について述べたが、他の種類のレーザの
レーザガスを精製する場合にも、あるいは、レーザガス
に限らず一般的な混合ガスを精製する場合にも、本発明
のガス精製装置を用いることができる。

〔発明の効果〕 以上に説明したように、本発明によれば、精製されるべ
きガスのうち不純物だけを主に取除き、ガス中の有用な
媒質成分はほぼガス源に戻されるので、高価な媒質成分
の新たな供給量を著しく低減させ、ガスの使用寿命を著
しく高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガス精製装置の実施例の構成図、
第２図は媒質成分吸着部の構成図である。 １・・・レーザ、２，４．６・・・バルブ、３・・・媒
質成分吸着部、５・・・不純物吸着部、７・・・圧縮室
、８・・・固体銀層、９・・・ヒータコイル、１０．１
１・・・電極、１２・・・バッフル、１３・・・トラッ
プ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）精製されるべきガスを媒質成分吸着部と不純物吸着
   部とに通して循環させ、ガス中の所定の媒質成分を媒質
   成分吸着部に吸着させる一方、不純物を不純物吸着部に
   吸着させる循環手段と、媒質成分吸着部に吸着された所
   定の媒質成分を分離しガス源に回収する再利用手段とを
   備えていることを特徴とするガス精製装置。 ２）前記循環手段は、前記媒質成分吸着部に媒質成分と
   ともに吸着された不純物の一部を分離し前記不純物吸着
   部に吸着させる不純物分離吸着手段を備えていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガス精製装置
   。 ３）前記再利用手段は、媒質成分を前記ガス源に回収す
   るに際し、冷却し圧縮する冷却圧縮手段を備えているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガス精製
   装置。 ４）前記媒質成分吸着部は、媒質成分を吸着するための
   吸着層と、吸着層を加熱する加熱装置と、吸着層から電
   気分解により媒質成分を分離させるための電極と、前記
   吸着層を形成する材料と媒質成分との化合物蒸気をトラ
   ップするトラップ手段とを備えていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のガス精製装置。 ５）前記吸着層は、固体銀で形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項に記載のガス精製装置。 ６）前記不純物吸着部にはゲッタ材が充填されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガス精製
   装置。