(57)【要約】【課題】ガス流から希ガスを回収する方法及びそのための機器を提供する。【解決手段】１つが希ガスであり、他が典型的にヘリウム及び／又は窒素、アルゴン、及び比較的軽質のフッ化炭素である複数の成分を含む第１のガス混合物からキセノン又はクリプトンのような希ガスを回収する方法。ガス混合物は、ガス混合物の他の成分から希ガスを分離するためにガスクロマトグラフィーカラムまで最初に運ばれる。希ガスは、カラムを通って比較的ゆっくり進むので、他の成分は、比較的遅い希ガスの前にカラムから排出される。これらの他の成分の排出に続いて、搬送ガスがカラムに供給されてそこから希ガスを追い出す。希ガス及び搬送ガスを含む排出ガスは、再利用のためにカラムに再循環して戻すことができる希ガスリッチなガス流及びパージガスリッチなガス流に第２のガス混合物を分離する膜分離器までカラムから運ばれる。希ガスリッチなガス流は、次に、その再利用の前に浄化される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つが希ガスである複数の成分を含むガス混合物から該希ガスを回収する方法であって、
ガスクロマトグラフィーカラムにガス混合物を供給して該ガス混合物の成分を分離し、かつそこから連続的に該成分を排出する段階と、
搬送ガスを前記カラムに供給する段階と、
カラムから排出された前記搬送ガスと前記希ガスとを含む排出ガスを希ガスリッチなガス流と搬送ガスリッチなガス流に分離する段階と、
前記希ガスリッチなガス流を浄化する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記搬送ガスリッチなガス流は、前記ガスクロマトグラフィーカラムに戻されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記排出ガスは、該排出ガスを前記希ガスリッチなガス流と前記搬送ガスリッチなガス流に分離するために膜分離器まで運ばれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記排出ガスは、該排出ガス内に含まれる前記希ガスを選択的に吸着するための吸着材料を収容する貯蔵容器まで運ばれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記希ガスは、排気及び／又は熱再生によって前記吸着材料から脱着されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記希ガスリッチなガス流は、搬送ガスから該希ガスリッチなガス流を浄化するために前記貯蔵容器から膜分離器まで運ばれることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記希ガスリッチなガス流は、前記膜分離器によって第２の希ガスリッチなガス流と希ガス希薄ガス流に分離されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記希ガス希薄ガス流は、前記ガスクロマトグラフィーカラムに戻されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記希ガスリッチなガス流は、そこからの水の除去によって浄化されることを特徴とする請求項１から請求候８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記希ガスリッチなガス流は、そこからの炭化水素の除去によって浄化されることを特徴とする請求項１から請求候９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記希ガスリッチなガス流の前記純化は、該希ガスリッチなガス流内の希ガスの濃度が所定のレベルになるか又はそれを超えるまで繰り返されることを特徴とする請求項１から請求候１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
二酸化炭素が、それを前記希ガスリッチなガス流と前記搬送ガスリッチなガス流に分離する前に前記排出ガスから除去されることを特徴とする請求項１から請求候１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガス混合物は、その１つ又は複数の成分を除去するために前記ガスクロマトグラフィーカラムへのその供給の前に処理されることを特徴とする請求項１から請求候１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガス混合物は、該ガス混合物の１つ又はそれよりも多くの成分を他の種に変換するために除去装置において処理されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記除去装置は、前記ガス混合物の前記成分の少なくとも１つと反応するための反応物質を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記混合物は、該ガス混合物から１つ又はそれよりも多くの成分を分離するための分離器を通して運ばれることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガス混合物は、該ガス混合物を含む廃ガスを受け取るための少なくとも１つの廃ガス貯蔵容器から前記ガスクロマトグラフィーカラムに供給されることを特徴とする請求項１から請求候１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記廃ガスは、前記少なくとも１つの貯蔵容器内に貯蔵する前に圧縮されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記希ガスは、各貯蔵容器内に設けられた吸着材上に選択的に吸着されることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記希ガスは、排気、パージ、及び／又は熱再生によって前記吸着材から脱着されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの貯蔵容器内の前記吸着材料を再生するためのパージガスが、搬送ガスを前記ガスクロマトグラフィーカラムに供給するための搬送ガスの供給源から供給されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記希ガスは、キセノン、クリプトン、ネオン、及びこれらの混合物のうちの１つを含むことを特徴とする請求項１から請求候２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記搬送ガスは、ヘリウム及び水素の一方を含むことを特徴とする請求項１から請求候２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
１つが希ガスである複数の成分を含むガス混合物から該希ガスを回収する方法であって、
ガスクロマトグラフィーカラムにガス混合物を供給して該ガス混合物の成分を分離し、かつそこから連続的に該成分を排出する段階と、
搬送ガスを前記カラムに供給する段階と、
カラムから排出された前記搬送ガスと前記希ガスとを含む排出ガスを希ガスリッチなガス流と搬送ガスリッチなガス流に分離する段階と、
を含み、
前記ガス混合物は、そうでなければ前記希ガスの少なくとも一部と共に前記カラムを通って進むであろう１つ又はそれよりも多くの成分を該ガス混合物から除去するために、該カラムへの該ガス混合物の供給の前に処理される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
１つが希ガスである複数の成分を含むガス混合物から該希ガスを回収するための機器であって、
ガス混合物の成分を分離し、かつ連続的に該成分を排出するためのガスクロマトグラフィーカラムと、
搬送ガスを前記カラムに供給するための手段と、
カラムから排出された前記搬送ガスと前記希ガスとを含む排出ガスを希ガスリッチなガス流と搬送ガスリッチなガス流に分離するための手段と、
前記希ガスリッチなガス流を浄化するための手段と、
を含むことを特徴とする機器。
【請求項２６】
前記搬送ガスリッチなガス流を前記ガスクロマトグラフィーカラムに戻すための手段を含むことを特徴とする請求項２５に記載の機器。
【請求項２７】
前記排出ガスを前記希ガスリッチなガス流と前記搬送ガスリッチなガス流に分離するための前記手段は、膜分離器を含むことを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載の機器。
【請求項２８】
前記排出ガスを前記希ガスリッチなガス流と前記搬送ガスリッチなガス流に分離するための前記手段は、該排出ガス内に含まれる前記希ガスを選択的に吸着するための吸着材料を収容する貯蔵容器を含むことを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載の機器。
【請求項２９】
前記吸着材から前記希ガスを脱着するために前記貯蔵容器を排気するための手段を含むことを特徴とする請求項２８に記載の機器。
【請求項３０】
前記吸着材から前記希ガスを脱着するために前記貯蔵容器を加熱するための手段を含むことを特徴とする請求項２８又は請求項２９に記載の機器。
【請求項３１】
浄化する手段は、搬送ガスから前記希ガスリッチなガス流を浄化するための膜分離器を含むことを特徴とする請求項２８から請求項３０のいずれか１項に記載の機器。
【請求項３２】
前記膜分離器は、前記希ガスリッチなガス流を第２の希ガスリッチなガス流と希ガス希薄ガス流に分離するように構成されていることを特徴とする請求項３１に記載の機器。
【請求項３３】
前記希ガス希薄ガス流を前記ガスクロマトグラフィーカラムに戻すための手段を含むことを特徴とする請求項３２に記載の機器。
【請求項３４】
前記浄化する手段は、前記希ガスリッチなガス流から水を除去するための手段を含むことを特徴とする請求項２５から請求項３３のいずれか１項に記載の機器。
【請求項３５】
前記浄化する手段は、前記希ガスリッチなガス流から炭化水素を除去するための手段を含むことを特徴とする請求項２５から請求項３４のいずれか１項に記載の機器。
【請求項３６】
前記浄化する手段は、前記希ガスリッチなガス流内の希ガスの濃度が所定レベルになるか又はそれを超えるまで該希ガスリッチなガス流の該浄化を繰り返すように構成されていることを特徴とする請求項２５から請求項３５のいずれか１項に記載の機器。
【請求項３７】
前記排出ガスを前記希ガスリッチなガス流と前記搬送ガスリッチなガス流に分離する前に該排出ガスから二酸化炭素を除去するための手段を含むことを特徴とする請求項２５から請求項３６のいずれか１項に記載の機器。
【請求項３８】
前記ガス混合物の１つ又は複数の成分を除去するために前記ガスクロマトグラフィーカラムへの該ガス混合物の供給の前に該ガス混合物を処理するための手段を含むことを特徴とする請求項２５から請求項３７のいずれか１項に記載の機器。
【請求項３９】
前記ガス処理手段は、前記ガス混合物の１つ又はそれよりも多くの成分を他の種に変換するための除去装置を含むことを特徴とする請求項３８に記載の機器。
【請求項４０】
前記除去装置は、前記ガス混合物の前記成分の少なくとも１つと反応するための反応物質を含むことを特徴とする請求項３９に記載の機器。
【請求項４１】
前記処理手段は、前記ガス混合物から１つ又はそれよりも多くの成分を分離するための分離器を含むことを特徴とする請求項３８から請求項４０のいずれか１項に記載の機器。
【請求項４２】
１つが希ガスである複数の成分を含むガス混合物から該希ガスを回収するための機器であって、
ガス混合物の成分を分離し、かつ連続的に該成分を排出するためのガスクロマトグラフィーカラムと、
搬送ガスを前記カラムに供給するための手段と、
カラムから排出された前記搬送ガスと前記希ガスとを含む排出ガスを希ガスリッチなガス流と搬送ガスリッチなガス流に分離するための手段と、
そうでなければ前記希ガスの少なくとも一部と共に前記カラムを通って進むであろう１つ又はそれよりも多くの成分を前記ガス混合物から除去するために該カラムへの該ガス混合物の供給の前に該ガス混合物を処理するための手段と、
を含むことを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流から希ガスを回収する方法及びそのための機器に関する。本発明は、半導体処理チャンバから排出された排ガス流からの希ガスの回収、及び患者によって吐き出されたガスからの希ガスの回収においても用途を見出すことができる。
【背景技術】
【０００２】
集積回路製作の共通の要件は、半導体基板上に形成された誘電体における接点、バイア、及びトレンチのような開口部のプラズマエッチングである。装置の幾何学形状が益々小さくなると、高アスペクト比を有する深くて狭い開口部を形成する要件が存在する。酸化珪素でこのような開口部を形成するための１つの好ましい技術は、プラズマエッチング技術であり、そこでは、ｘ≧１、ｙ≧１、及びｚ≧０の場合の一般式ＣxＦyＨzを有するフッ化炭素エッチャントガスが、エッチャントガスのための不活性搬送ガスを提供し、酸化珪素の攻撃においてフルオレンを助ける二重の役割を果たす１つ又はそれよりも多くの希ガスと共にプラズマエッチング反応器の処理チャンバに供給される。
【０００３】
希ガスの１つとしてのキセノンの用途は、アルゴンだけを用いるシステムに比較して選択性の増大及び耐損傷性の低減をもたらすことが見出されている。しかし、キセノンは、大気中に非常に低濃度で発生するので、その費用は非常に高く（キセノンの時価は、約４＄／ｓｌである）、その利用可能性は幾分限定される可能性がある。４つの処理チャンバを含むプラズマエッチング反応器内のキセノンの推定使用量は、１年当たり約２５０，０００から５００，０００リットルであることを考えると、処理器具から排出された流出流内に含まれるキセノン及び／又はクリプトンのような高価な希ガスを回収し、再利用することは非常に望ましい。
【０００４】
しかし、このような希ガス又は希ガス混合物の回収は、流出流の他の成分によって妨げられる。これらは、以下のものを含むことができる。
・未消費反応物質、
・プラズマエッチングからの副産物、
・チャンバから流出流を引き出すためのポンプシステムに供給されたパージガス、及び
・他の希ガス。
【０００５】
未消費フッ化炭素エッチャントは、このようなガスが、比較的高い温室効果活性を有することが公知なので特に望ましくない。
キセノンはまた、例えば、臨床麻酔として及び神経保護としていくつかの医療用途を有する。このような用途では、典型的に主成分として酸素及びキセノンを含むガスの混合物が患者に送出される。キセノンの費用に起因して、患者によって吐き出されるガス内に含まれるキセノンを回収し、再利用することが望ましい。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，２１３，７６７号
【特許文献２】米国特許第６，１６８，６４９号
【発明の開示】
【０００７】
第１の態様では、本発明は、１つが希ガスである複数の成分を含むガス混合物から希ガスを回収する方法を提供し、本方法は、ガスクロマトグラフィーカラムにガス混合物を供給してガス混合物の成分を分離し、かつそこから連続的に成分を排出する段階と、搬送ガスをカラムに供給する段階と、カラムから排出された搬送ガスと希ガスとを含む排出ガスを、希ガスリッチなガス流と搬送ガスリッチなガス流に分離する段階と、希ガスリッチなガス流を浄化する段階とを含む。
【０００８】
搬送ガスリッチなガス流は、好ましくはガスクロマトグラフィーカラムに戻される。その結果、搬送ガスリッチなガス流内に存在するあらゆる希ガスは、失われずにガスクロマトグラフィーカラムに戻される。
排出ガスは、排出ガスを希ガスリッチなガス流と搬送ガスリッチなガス流に分離するための膜分離器まで運ぶことができる。代替的に、排出ガスは、排出ガス内に含まれる希ガスを選択的に吸着するための吸着材料を収容する貯蔵容器まで運ぶことができる。希ガスは、好ましくは、排気及び／又は熱再生によって吸着材料から脱着される。次に、希ガスリッチなガス流は、搬送ガスから希ガスリッチなガス流を浄化するために貯蔵容器から膜分離器まで運ぶことができる。膜分離器は、希ガスリッチなガス流を第２の希ガスリッチなガス流と希ガス希薄ガス流に分離することができ、これは、ガスクロマトグラフィーカラムに戻ることができ、それによってここでもまた、希ガス希薄ガス流内に存在するあらゆる希ガスは、失われずにガスクロマトグラフィーカラムに戻される。
【０００９】
希ガスリッチなガス流は、希ガスリッチなガス流から水、炭化水素、搬送ガス、及びそこからの軽質フッ化炭素のうちの１つ又はそれよりも多くの除去によって浄化することができる。希ガスリッチなガス流の浄化は、好ましくは、希ガスリッチなガス流内の希ガスの濃度が所定レベル又はそれを超えるまで繰り返される。二酸化炭素は、例えば、ガスクロマトグラフィーカラムとガス分離装置の間に設けられた１つ又はそれよりも多くのトラップにおいて、排出ガスからそれを希ガスリッチなガス流と搬送ガスリッチなガス流に分離する前に除去することができる。
【００１０】
ガス混合物は、好ましくは、それをガスクロマトグラフィーカラムに供給する前にその１つ又は複数の成分を除去するために処理される。ガス混合物は、ガス混合物の１つ又はそれよりも多くの成分を他の種に変換するために除去装置内で処理することができる。除去装置は、ガス混合物の成分の少なくとも１つと反応するための反応物質を含むことができる。代替的に又は追加的に、ガス混合物は、ガス混合物から１つ又はそれよりも多くの成分を分離するための分離器を通して運ぶことができる。これは、そうでなければ希ガスの少なくとも一部と同じ速度で及び従ってそれと共にガスクロマトグラフィーカラムを通って進むであろうガス混合物の成分を、ガス混合物がカラムに入る前にガス混合物から除去することを可能にする。それによって、カラムから排出される排出ガスのその後の浄化を促進することができる。
【００１１】
従って、第２の態様では、本発明は、１つが希ガスである複数の成分を含むガス混合物から希ガスを回収する方法を提供し、本方法は、ガスクロマトグラフィーカラムにガス混合物を供給してガス混合物の成分を分離し、かつそこから連続的に成分を排出する段階と、搬送ガスをカラムに供給する段階と、カラムから排出された搬送ガスと希ガスとを含む排出ガスを希ガスリッチなガス流と搬送ガスリッチなガス流に分離する段階とを含み、ガス混合物は、そうでなければ希ガスの少なくとも一部と共にカラムを通って進むであろう１つ又はそれよりも多くの成分をガス混合物から除去するために、カラムへのガス混合物の供給の前に処理される。
【００１２】
ガス混合物は、好ましくは、ガス混合物を含む廃ガスを受け取るための少なくとも１つの廃ガス貯蔵容器からガスクロマトグラフィーカラムに供給される。廃ガスは、上述の少なくとも１つの貯蔵容器内に貯蔵する前に圧縮することができる。代替的に又は追加的に、希ガスは、各貯蔵容器内に設けられた吸着材上に選択的に吸着させることができる。希ガスは、排気、パージ、及び／又は熱再生によって吸着材から脱着させることができる。上述の少なくとも１つの貯蔵容器内で吸着材料を再生するためのパージガスは、ガスクロマトグラフィーカラムに搬送ガスを供給するための搬送ガスの供給源から供給することができる。
希ガスは、キセノン、クリプトン、ネオン、及びこれらの混合物のうちの１つを含むことができる。搬送ガスは、ヘリウム及び水素の一方を含むことができる。
【００１３】
第３の態様では、本発明は、１つが希ガスである複数の成分を含むガス混合物から希ガスを回収するための機器を提供し、この機器は、ガス混合物の成分を分離し、かつ連続的にガス混合物から成分を排出するためのガスクロマトグラフィーカラムと、搬送ガスをカラムに供給するための手段と、カラムから排出された搬送ガスと希ガスとを含む排出ガスを希ガスリッチなガス流と搬送ガスリッチなガス流に分離するための手段と、希ガスリッチなガス流を浄化するための手段とを含む。
【００１４】
第４の態様では、本発明は、１つが希ガスである複数の成分を含むガス混合物から希ガスを回収するための機器を提供し、この機器は、ガス混合物の成分を分離し、かつ連続的にガス混合物から成分を排出するためのガスクロマトグラフィーカラムと、搬送ガスをカラムに供給するための手段と、カラムから排出された搬送ガスと希ガスとを含む排出ガスを希ガスリッチなガス流と搬送ガスリッチなガス流に分離するための手段と、そうでなければ希ガスの少なくとも一部と共にカラムを通って進むであろう１つ又はそれよりも多くの成分をガス混合物から除去するためにガス混合物をカラムへのその供給の前に処理するための手段とを含む。
本発明の第１の態様に関して上述した特徴は、第２の態様から第４の態様まで等しく適用可能であり、逆もまた同様である。
本発明の好ましい特徴を添付の図面を参照してここで以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面に例示するガス回収システムは、プラズマエッチング反応器の処理チャンバから排出された流出流内に含まれる希ガスの回収で用いるために提供される。しかし、本発明は、このような目的に限定されない。例えば、本発明の態様はまた、患者によって吐き出されるガスからキセノンを分離することにより、手術用の麻酔剤として用いる時、及びプラズマチャンバからキセノンを送り込むのに用いるポンプシステムに供給されるパージガスから及びチャンバから送り込むガス流内の他の汚染物質からキセノンを分離することにより、極端紫外線（ＥＵＶ）照射の発生のための供給源として用いる時にキセノンの回収の用途を見出すものである。
【００１６】
以下に示す実施例は、流出流からのキセノンの回収に関するが、本発明は、キセノンの回収に制限されない。本発明はまた、クリプトン並びにキセノン及びクリプトンの混合物のような他のガスの回収に適切である。回収ガスは、「そのままで」再利用することができ、又は回収ガスを再利用前に別のガスと混合することができる。例えば、回収希ガスは、再利用前にフレッシュアルゴンと混合することができる。本明細書で用いる用語「希ガス」は、単一ガスに限定されることなく、２つ又はそれよりも多くの希ガスの混合物も含む。
【００１７】
図１を参照すると、プラズマエッチング反応器の処理チャンバ１０は、図１に１４で全体的に指し示すガス供給装置から処理ガスを受け取るための少なくとも１つの吸気口１２を備える。必要な量のガスが処理チャンバ１０に供給されることを保証するシステムコントローラによって制御されている質量流量コントローラは、各それぞれのガスに対して設けることができる。この実施例では、処理ガスは、ヘリウム及びアルゴンと共に処理チャンバ１０内に導かれている処理用の反応物質としてエッチャント及び酸素を含む。好ましいエッチャントの例は、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、及びＣ4Ｆ8のようなｘ≧１及びｙ≧１の場合の一般式ＣxＦyを有するペルフルオロ化合物を含むが、ＣＨＦ3、Ｃ2ＨＦ5、及びＣＨ2Ｆ2のようなハイドロフルオロカーボンガス、フッ素、ＮＦ3、ＳＦ6、又はＣｌ2又はＨＢｒのようなあらゆる他の好ましいハロゲン含有成分を含む他のエッチャントもまた用いることができる。ヘリウムは、一般的に、ウェーハの背面を冷却するために比較的少量で処理チャンバ１０に供給される。アルゴンは、処理チャンバ１０内に導かれている処理のための誘導ガスを提供する。
【００１８】
プラズマエッチング反応器は、そこに設けられた基板の表面を望ましい幾何学形状にエッチングするためのプラズマを生成するためのあらゆる好ましい反応器とすることができる。例としては、誘導結合されたプラズマエッチング反応器、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマエッチング反応器、又は他の高密度プラズマ反応器を含む。この例では、プラズマエッチング反応器は、半導体製造工程が行われる反応器であり、そこでは基板の表面は、ポリシリコン又は誘電体膜を含むことができる。代替的に、フラットパネルディスプレイの製造は、プラズマエッチング反応器内で行うことができる。
【００１９】
処理チャンバ１０は、クリプトン、キセノン、又はクリプトン又はキセノンの混合物のような希ガスを受け取るための第２の吸気口１６を備える。図示の例では、希ガスはキセノンである。キセノンは、一般的に、キセノンがシステムコントローラの制御下で質量流量コントローラ２２を通って第２の吸気口１６に供給される緩衝タンク２０にキセノンを提供する１つ又はそれよりも多くのガスシリンダを含むキセノン供給装置１８から提供される。図１に示すように、質量流量コントローラ２２は、再循環システムコントローラ２３に対してその現在の設定値を示す信号を出す。
【００２０】
排ガス流は、図１に２６で指し示すポンプシステムによって処理チャンバ１０の排出口２４から引き出される。エッチング処理中に、反応物質の部分のみが消費されることになり、そこで処理チャンバ１０の排出口２４から排出された排ガス流は、反応物質、チャンバに供給した非反応性の希ガス、及びエッチング処理からの副産物の混合物を含むことになる。例えば、流出流は、ＣXＦY、Ｏ2、Ｘｅ、Ａｒ、Ｈｅ、ＳｉＦ4、並びにＣＯ及びＣＯ2の一方又は両方の混合物を含むことができる。
【００２１】
ポンプシステム２６は、処理チャンバ１０から流出流を引き出すためのターボ分子ポンプ２８を含む。キセノン分子は、軽質ガスと比較して「重質」であり、従って、ターボ分子ポンプ２８を通ってよりゆっくり移動する。仕事が重質キセノン分子に対して為された状態で、これらの内部エネルギが増加して熱が生じる。ターボ分子ポンプ２８の金属インペラが高熱伝導率を有するので、この熱は、インペラを通って急速に導かれるが、ターボ分子ポンプ２８の固定子構成要素は、冷たいままである。キセノンを送り込んでいる間中ポンプが損傷しないように、この例のようにヘリウム又は窒素のようなキセノンよりも軽質のパージガスは、ターボ分子ポンプ２８のパージポート３４とパージガスの供給源３２を接続する導管システム３０を通じてターボ分子ポンプ２８に供給される。平均してＮ2及びＨｅのような軽質ガス分子は、Ｘｅよりも速く進み、そこでこれらのガスは、インペラに対してより高い衝突速度を有する。これらのガスはまた、Ｘｅよりも高い熱伝導率を有するので、パージガスの分子は、ポンプインペラから熱を引き出す。それによって、このようなパージガスの非存在下で可能なものよりも遥かに長い期間信頼することができるポンプ作動を可能にするレベルでターボ分子ポンプ２８の内側の温度を維持することができる。
【００２２】
ターボ分子ポンプ２８は、処理チャンバ１０内に少なくとも１０-3ｍｂａｒの真空状態を生成することができる。流出流は、一般的に、約１ｍｂａｒの圧力でターボ分子ポンプ２８から排出される。これに鑑みて、ポンプシステム２６はまた、ターボ分子ポンプ２８から排出された流出流を受け取り、この実施例では周囲を僅かに超える圧力まで流出流の圧力を上昇させるための補助ポンプ３６を含む。補助ポンプ３６はまた、補助ポンプ３６のポンプ機構に対する損傷を防止するパージポート３８を通じて導管３０からパージガスを受け取る。
【００２３】
従って、補助ポンプ３６から排出された流出流は、ここで処理チャンバ１０から排出されたガスに加えてＮ2を含む。流出流から成分の一部を除去するために、流出流は、連続的に除去装置４０を通って運ばれる。除去装置４０は、流出流から望ましい成分を除去するための焼却、プラズマ除去、又は熱分解ユニットのようなあらゆる望ましい形態を取ることができる。補助ポンプ３６から下流に除去装置４０を設置する代わりとして、除去装置４０の性質に応じてターボ分子ポンプ２８と補助ポンプ３６の間に除去装置４０を設置することがより望ましい場合があり、補助ポンプ３６から排出された流出流の圧力の上昇ではなく、大気圧以下の圧力で除去装置４０を作動することがより効率的な場合がある。
【００２４】
ＣXＦY成分に比較して流出流内のパージガスの比較的大部分の存在に起因して、プラズマ除去技術を用いて流出流からＣＦ4及びＣ2Ｆ6のようなより安定なＣXＦY成分を除去するエネルギ要件は、比較的高い。加えて大気圧プラズマ除去ユニットは、特殊ガス荷重及び収量のための比較的精密かつ複雑な構成を必要とすることになる。同様に、熱分解ユニット内の流出流を燃焼するための燃料ガスを提供する要件に起因して、図示の実施例では、除去装置４０は、流出流からＳ1Ｆ4、酸性ガス、及びより反応性のＣXＦY成分を除去するためのガス反応器カラムの形態で提供される。適切なガス反応器カラムの実施例は、本明細書においてその内容が引用により組み込まれている米国特許第５，２１３，７６７号に説明されている。概観では、ガス反応器カラムは、流出流から特定の成分の除去用に選択された材料のいくつかの加熱層を含む。この実施例では、ガス反応器カラムは、電気加熱炉によって囲まれた取外し可能カートリッジ内に有利に設けることができる少なくとも２つの加熱ステージを含む。第１のステージは、流出流を予熱し、より反応性のＣXＦY成分をＳｉＦ4及びＣに変換するためのシリコンの加熱顆粒を含み、それは、煤煙の形態でカラムから落ち、又は流出流内に存在するＯ2によってＣＯ及びＣＯ2に変換される。第２のステージは、ＳｉＦ4をＣａＦ2及びＳｉＯ2に、並びにＨＦ及びＦ2をＣａＦ2に変換するための好ましくは石灰の形態の加熱酸化カルシウムを含む。流出流中の比較的非反応性のガス、すなわち、この実施例では希ガスＨｅ、Ａｒ、及びＸｅ、Ｎ2パージガス、ＣＦ4のようなより安定なＣXＦ2x+2成分、並びにＣ2Ｈ6、ＣＯ、及び／又はＣＯ2は、不変の状態でガス反応器カラムを通過する。
【００２５】
図２に例示するように、単一除去装置４０を設けることができるが、２つ又はそれよりも多くの同様の除去装置４０を並行して設けることもできる。例えば、２つのガス反応器カラムが提供される場合、他のガス反応器カラムが、例えばカートリッジの１つ又はそれよりも多くの取り換えのためにオフラインであり、又は例えば窒素ガスを用いてパージを受けている間中、補助ポンプ３６から排出された流出流を１つのガス反応器カラムに向けることができるように、１つ又はそれよりも多くの弁４２、４４を補助ポンプ３６とガス反応器カラムの間に配置することができる。それによって流出流を連続的に処理することができる。この場合には、１つ又はそれよりも多くの弁４６、４８の配置はまた、排出口をガス反応器カラムからガス回収システム６０の吸気口ガス導管５０に接続するようにガス反応器カラムから下流に設けられ、それは、以下でより詳細に説明されている。バイパス導管５２はまた、例えば、流出流がガス反応器カラムによって除去されることになる成分を何も含まない時、ガス反応器カラムを通過することなく、補助ポンプ３６から排出された流出流がガス導管５０に迂回することを可能にするように設けることができる。特に指定しない限り、再循環システムコントローラ２３は、そこに適切な信号を出すことによって全ての弁の作動及び弁配置を制御する。
【００２６】
上述のように、除去装置４０から排出された流出流は、一般的に、この実施例では、Ｈｅ、Ｘｅ、Ａｒ、Ｎ2、１つ又はそれよりも多くのＣXＦ2x+2成分、及びＣＯ2及びＣＯの一方又は両方を含む。キセノンの高い費用を考慮して、このガス混合物からキセノンを回収するためのガス回収システム６０は、回収キセノンが再利用のために処理チャンバ１０に再循環されて戻ることができるように設けられるものである。例えば、処理がキセノンの存在を必要としない処理チャンバ１０内に導かれている時、キセノンが処理チャンバ１０から排出された流出流内に含まれない場合には、流出流が別のガス処理システムを迂回することができるように、三方弁５４が設けられる。図２に例示するように、三方弁５４は、流出流が除去装置４０を通過することなく別のガス処理システムを通ることができるように、ポンプシステム２６と除去装置４０の間に設置することができる。この別のガス処理システムは、キセノン及び従ってそうでなければポンプシステム２６に供給されるであろうあらゆるパージガスの非存在下で流出流からＣXＦY成分を除去するためのより効率的な除去装置を含むことができる。
【００２７】
図１のシステムで用いるためのガス回収システム６０の実施例は、図３により詳細に示されている。
ガス回収システム６０は、ガス混合物を受け取るための少なくとも２つのガス貯蔵容器６２、６４を含む。弁６６は、貯蔵容器の１つを吸気口ガス導管５０に選択的に接続するために貯蔵容器６２、６４から上流に設けられ、弁６８は、貯蔵容器６２、６４から離れてガス混合物を運ぶための排出口ガス導管７０に貯蔵容器の１つを選択的に接続するために貯蔵容器６２、６４から下流に設けられる。再循環システムコントローラ２３は、貯蔵容器６２の一方が吸気口ガス導管５０に接続された時に他方の貯蔵容器６４が排出口ガス導管７０に接続されるように、貯蔵容器６２、６４間で切り換える弁６６、６８を制御する。言い換えると、弁６６、６８は、貯蔵容器６２の一方にガスが供給され、他方の貯蔵容器６４はガスが空の状態であるように制御される。貯蔵容器６２が一杯になるか又は所定の期間の満了により、弁６６は、他方の貯蔵容器６４が代わりにガスが供給されるように切り換わり、弁６８は、貯蔵容器６２が更にガスが空の状態であるように切り換わる。これの１つの効果は、ガス回収システム６０に入る連続的（又は、ガスが処理チャンバに供給される手法に依存して、間欠的）ガス流が、図３に示すガス回収システム１００、２００の残りに対するバッチガス供給装置（ガスが順に貯蔵容器６２、６４からガス回収システム１００、２００の残りに供給される）に変換されることである。
【００２８】
図３に示すように、予備濃縮器７１は、貯蔵容器６２、６４内に貯蔵する前にガス混合物内のキセノンの量を濃縮するための弁６６から上流に設けることができる。図示の実施例では、予備濃縮器７１は、流出流の他の成分の１つ又はそれよりも多くからガス混合物内の少なくともキセノンを分離するための膜分離器の形態である。例えば、分離器７１は、窒素リッチなガス流が、大気に放出するための分離器７１の第１の排出口７２ａから生成され、窒素リッチなガス流が、弁６６に向って分離器７１の第２の排出口７２ｂから生成されるように、ガス混合物の残りからガス混合物内の窒素の大部分を分離するように構成することができる。
貯蔵容器６２、６４のための２つの別の配置をここで以下に説明する。
【００２９】
図３に例示する第１の配置では、貯蔵容器６２、６４は、貯蔵ガスのための圧力容器である。圧力容器の貯蔵容量を増大させるために、コンプレッサ７３は、好ましくは、貯蔵容器に供給する前にガスを圧縮するための弁６６から上流に設けられる。膜分離器７１が設けられる場合、コンプレッサ７３は、膜にわたって適切な圧力差をもたらすことができる。ガスが各貯蔵容器６２、６４に入って出るそれぞれの質量流量に応じて、貯蔵容器６２、６４の１つのみを必要とする場合があり、そこで弁６６、６８は、ガスが常に単一容器に入って出るように設定することができる。この場合には、貯蔵容器６４は、全く省略することができる。
【００３０】
図４に例示される第２の配置では、貯蔵容器６２、６４は、貯蔵容器に入るガス流の成分から少なくともキセノンを吸着するための吸着材料７４を含む。この配置では、貯蔵容器６２、６４は、ガス混合物内に存在するＮ2パージガス又はＨｅガスを優先的に吸着しないが、代わりに優先的にガス混合物の他の成分を吸着する吸着材料７４を含む。１つの適切な吸着材料は、活性炭の所定の容積に対して非常に大きな表面積をもたらす活性炭であり、従って、Ｎ2パージガスのかなりの量（及び同様に処理チャンバ１０に設けられたＨｅガスの比較的少量）が活性炭を通過することを可能にしながら、ガス混合物の吸着成分のための多数のサイトを提供する。一般的に、吸着材料７４の表面積が大きくなればなるほど、次に貯蔵容器６２、６４内に貯蔵することができるガスの量は大きくなる。吸着材料７４によって吸着されないＨｅ及びＮ2は、各貯蔵容器の排出口から下流に設けられた適切な弁７６を用いて貯蔵容器６２、６４から送り出すことができる。
【００３１】
この配置では、補助ポンプ３６から排出されたガスの逆圧は、ガス混合物を貯蔵容器６２、６４内に入れる。しかし、第１の配置と同様に、付加的コンプレッサ７３をガス混合物を貯蔵容器６２、６４内に入れるための弁６６から上流に設けることができる。
吸着材料７４の使用は、それによって第１の配置のコンプレッサ７２の必要なしに貯蔵容器６２、６４のキセノン容量を増大させ、同様に吸着ガス混合物内のキセノンを濃縮する。
【００３２】
この第２の配置内の貯蔵容器６２、６４を空にするために、吸着材料７４は、吸着ガスを脱着する再生処理を必要とする。以下の治療のいずれか１つ又はそれよりも多くは、吸着材料７４から吸着ガスを脱着するように実施することができる：
・吸着材料の温度の上昇、
・貯蔵容器内の圧力の低下、及び
・適切な再生パージガスで貯蔵容器をパージする。
図示の配置では、貯蔵容器６２、６４の１つが空になると、再生パージガスは、貯蔵容器まで運ばれる。パージガスは、好ましくは低分子量ガスである。図示の実施例では、パージガスはヘリウムであるが、水素が、ガス回収システム６０内の様々な作動条件（例えば、温度及び圧力）の下でガス混合物の成分のいずれとも反応しない限り、水素を代わりに用いることができる。
【００３３】
ヘリウムパージガスは、この実施例では、ヘリウムがヘリウム供給導管８２に供給される加圧緩衝タンク８０にヘリウムを供給する高純度ヘリウムの供給源を含むヘリウム供給装置７８から提供される。ヘリウム供給導管８２は、弁８４を通る貯蔵容器６２、６４に制御されたヘリウムの量を供給する。再循環システムコントローラ２３は、ヘリウムが、ガスが脱着されることになる貯蔵容器に供給され、ガスが現在吸着されている貯蔵容器に供給されないように、弁６６、６８と同期して弁８４を制御する。
【００３４】
吸着材料７４を再生する貯蔵容器６２、６４のパージに加えて、吸着材料７４の温度は、吸着材料７４を再生するように上昇させることができる。例えば、パージガスは、ヘリウム供給導管８２の一部を囲むか又はその内部に位置するガス加熱器８６を用いて加熱することができる。代替的に、加熱ジャケット８８は、ガスが脱着されることになる吸着材料７４を加熱する貯蔵容器６２、６４の各々の周囲に設置することができる。それによって吸着材料７４だけの温度を上昇させることにより、吸着材料７４を再生する選択肢を設ける。図５に示すように、他の貯蔵容器６２、６４と同様に付加的貯蔵容器９０は、貯蔵容器の第２のものが吸着材料を再生するように加熱され、貯蔵容器の第３のものがガス混合物を受け取る準備を整えて冷却されている間中、あらゆる与えられた瞬間にガス混合物が貯蔵容器の第１のものに提供されるように、弁６６、６８及び８４を３つの貯蔵容器６２、６４、９０の間でガス混合物及びヘリウムパージガスを切り換える弁６６ａ、６６ｂ、６８ａ、６８ｂ、８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄによって置き換えて有利に設けることができる。
【００３５】
図４及び５に例示するように、コンプレッサ９２は、吸着材料７４の加熱及び／又は貯蔵容器６２、６４を通るパージガスの運搬と切り離して又はそれと組み合わせて貯蔵容器６２、６４内の圧力を低下させるように、ガス排出口導管７０と流体連通して設けることができる。コンプレッサ９２が設けられる場合、逆圧調整器９３は、貯蔵容器６２、６４内の圧力制御をもたらすことができる。
従って、上述のあらゆる配置の貯蔵容器の１つから生成されるガス混合物は、Ｘｅ、Ａｒ、１つ又はそれよりも多くのＣxＦ2X+2成分、並びにＣＯ2及びＣＯの一方又は両方を含む。貯蔵容器が、上述の第１の配置のように吸着材料を何も含まない圧力容器である場合、ガス混合物は、付加的にある程度のＮ2パージガス（膜分離器７１が用いられるか否かに依存する相対量）及びＨｅを含むことになる。ガス混合物は、圧力容器に入る前に圧縮されるので、ガスは、ガス排出口導管７０の端部の間の既存の圧力差の下でガス排出口導管７０内に運ばれる。貯蔵容器６２、６４は、吸着材料として活性炭を含む時に、加圧緩衝タンク８０とガス排出口導管７０の排出口端の間の既存の圧力差の下で又はコンプレッサ９２のポンプ作用の下でガス排出口導管７０内に運ばれる。活性炭素を再生するのに用いる技術に応じて、ガス混合物は、付加的なＨｅを含むことができる。
【００３６】
ガス混合物は、ガス混合物内に含まれる他のガスからキセノンガスを分離するためのガス分離システム１００まで排出口ガス導管７０によって運ばれる。図６に例示するように、ガス分離システム１００は、ガス混合物の他の成分からキセノンを分離する機能を実施する加熱ガスクロマトグラフィーカラム１０２を含む。公知のように、ガスクロマトグラフィーカラムは、成分がカラムを通過する様々な速度に基づいてガスの成分を分離する。ガスクロマトグラフィーカラムは、当業技術で公知であり、従って本明細書で詳細に以下に説明しない。成分が特定のガスクロマトグラフィーカラムを進む速度は、いくつかの要因に依存し、以下を含む：
・成分の化学的及び物理的特性−比較的大きな分子は、比較的小さな分子よりもゆっくりカラムを通って進む、
・カラムの温度−カラム温度の上昇は、カラムを通過する成分の全てを加速する、
・カラムの長さ−カラムの長さの増大は、成分の分離を改善する、
・カラムを通るガスの流速−流速の低下は、成分の全てがカラムを通過する速度を低下させる、及び
・カラムの成分−カラムは、ガス混合物の成分を分離するための活性炭素の層、分子篩、又は他の材料を収容することができる。
【００３７】
上記リストから、ガス内の成分の分離に最も大きく影響を与える要因は、成分の化学的及び物理的特性である。キセノン分子は、ガス混合物の他の成分のサイズと比較して比較的大きなサイズを有する。加えてキセノンは、電子の核から比較的長距離のシェル電子リングを有する大きな分子であるので、キセノンは、電子親和力を有し、そこでキセノンの分子は、弱いファン・デル・ワールス力の下でカラム内に時間的に保持される傾向がある。結果としてキセノンは、ガス混合物の多くの他の成分よりも遥かにゆっくりとカラム１０２の充填層を通って拡散する。例えば、ガス混合物の可能な成分のうち、Ｈｅ、Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2、ＣＦ4、及びＣＯ2は、Ｘｅよりも速くカラム１０２を通って拡散することになるが、Ｃ2Ｆ6は、Ｘｅよりもゆっくりとカラム１０２を通って拡散することになる。
【００３８】
カラム１０２の温度及びサイズ、並びにカラム１０２内へのガス混合物の流速は、従って、キセノンが依然としてカラム１０２内に保持される間中、多くの他の成分がカラム１０２の排出口１０８から出ていくように構成される。これらの要因は、好ましくはカラム１０２のサイズが最小にされるように、他の成分がカラム１０２から生成されるのに要する時間、及び従ってガス混合物の他の成分からキセノンを分離するのに要する時間もまた最小にされるように構成される。
キセノンがカラム１０２内に残っている間中、カラム１０２の排出口１０８から生成されるガス内の成分の性質に応じて、このガスは、例えば、排出口１０８から生成されるガスからＣXＦ2X+2成分を除去するための三方弁１１０を用いてガス処理システムに運ぶか又は大気に放出することができる。
【００３９】
カラム１０２の排出口１０８に隣接して設けられた適切な検出器１１１を用いて検出することができる、ガス混合物の「より高速の」成分がカラム１０２から排出された状態で、「より低速の」キセノンが、カラム１０２から抽出される。図示の配置では、ヘリウム（又は水素）搬送ガスは、ヘリウムがヘリウム供給導管１１２に供給される加圧緩衝タンク１１６に制御されたヘリウムの量を供給する高純度ヘリウムの供給源１１４に接続した第２のヘリウム供給導管１１２からカラムに供給される。図６に例示するように、第２のヘリウム供給導管１１２は、カラム１０２からキセノンを追い出すために、弁１１８を通ってカラム１０２の吸気口１０６に搬送ガスの加圧流を供給する。必要に応じて、カラム１０２に入るガスの混合物のための搬送ガスを提供するために、ある程度のヘリウムもガス混合物と共に供給することができる。
【００４０】
カラムを加熱するために、加熱器１２０が、カラム１０２の少なくとも一部の周囲に延びている。通常の使用では、カラム１０２は、約２００℃の温度まで加熱される。カラム１０２の温度の上昇は、更に、カラムの充填層を再生するための技術として用いることができる。図７に例示するように、この場合には、第２のカラム１２２は、一方のカラムがカラムを再生するように約２００℃の温度まで加熱され、他方のカラムが導管７０からガス混合物を受け取るために２００℃まで冷却されているように、第１のカラム１０２と並列で設けることができる。適切な弁１２４、１２６は、ガス流をカラムの１つに選択的に運ぶことができるように、キセノン及びヘリウム搬送ガスを含む排出ガスをカラムの１つから排出することができるようにカラム１０２、１２２から上流及び下流に設けられる。
【００４１】
図６に戻ると、搬送ガスをカラム１０２から追い出す間、三方弁１１０（又は、図７では三方弁１２６）は、カラム１０２から排出されたヘリウム及びキセノンのガス混合物を貯蔵容器１２８に向けるように切り換わる。熱交換機構１２７は、貯蔵容器１２８に入る前にカラム１０２から排出されたガス混合物を冷却するように、この三方弁と貯蔵容器１２８の間に設けることができる。
カラム１０２内への搬送ガスの流速は、好ましくは、キセノンを存在するＣ2Ｆ6のようなガス混合物の他の「より低速の」成分から離れてカラムから追い出することができるように選択される。この場合には、検出器１１１を用いて検出することができる、キセノンがカラム１０２から追い出された状態で、三方弁１１０は、排出口１０８から生成されるガスのＣ2Ｆ6及びあらゆる他の低速成分を処理することができるように、カラム１０２の排出口１０８から生成されるガスをガス処理システムに向け直して戻すように切り換わる。
【００４２】
ＣＯ2が貯蔵容器１２８に向って運ばれた排出ガス内に存在する場合には、図６に示すように、１つ又はそれよりも多くのＣＯ2トラップ１５０を排出ガスからＣＯ2を除去するためにカラム１０２と貯蔵容器１２８の間に設けることができる。キセノンの少なくとも一部と同様のカラムを通る通過速度を有するＣ2Ｆ6及びあらゆる細菌のような種は、キセノンがカラム１０２から現れ始める前に、例えば、ガス混合物からこれらの種を除去するために又はこれらの種をカラム１０２を通過することになる１つ又はそれよりも多くのより軽い種に変換するために導管７０内で適切なプラズマ又は膜反応器１５２によりカラム１０２の吸気口１０６にガス混合物を供給する前に、ガス混合物から除去することができる。それによってカラム１０２から排出される希ガスを含むガスのその後の浄化を促進することができる。
【００４３】
貯蔵容器１２８は、著しい量のヘリウムガスが貯蔵容器１２８を通過することを可能にしながらガス混合物からキセノンを優先的に吸着するための吸着材料１３０を含む。１つの適切な吸着材料は、活性炭である。貯蔵容器１２８から排出口１３４に接続した弁１３２は、貯蔵容器１２８から排出されたヘリウムリッチなガス流を適切なコンプレッサ１３６を通じて加圧緩衝タンク１１６に向けて戻す。結果として貯蔵容器から排出されたヘリウムは、カラム１０２からキセノンを追い出すのに再利用するためのカラム１０２に再循環されて戻ることができる。更に、ヘリウムガスを有する貯蔵容器１２８から排出されるあらゆる非吸着キセノンは、ガス回収システム６０から失われることなく、代わりにガス回収システム６０内に保持される。
【００４４】
ヘリウムが貯蔵容器１２８から排出された状態で、弁１３２は、排出口を貯蔵容器１２８から、貯蔵容器から排出されたキセノンリッチなガス流を浄化するための分離器１０４に接続するように切り換わる。貯蔵容器１２８内の圧力は、吸着材料１３０からガスを脱着するコンプレッサ１３８によって低下する。図６に示すように、加熱器１４０は、ガス脱着のための吸着材料の再生を助ける吸着材料１３０を加熱するために貯蔵容器１２８の周囲に設けることができる。この場合には、２つの貯蔵容器は、一方の貯蔵容器が吸着材料からガスを脱着するように加熱され、他方の貯蔵容器がカラム１０２からガス流を受け取るために冷却されているように、次に、カラム１０２からガス流を受け取るために図４に例示する貯蔵容器と同様に設けることができる。逆圧調整器１４１は、貯蔵容器１２８内の圧力を制御するように、貯蔵容器１２８とコンプレッサ１３６、１３８の間に設けられる。
【００４５】
従って、コンプレッサ１３８から排出されたキセノンリッチなガスは、大部分はキセノンを含むが、同様に貯蔵容器１２８内の吸着材料１３０によって吸着された一般的に約１０％Ｈｅのヘリウムの量を含むことになる。このガス混合物は、一般的に、５から１０ｂａｒの大気圧よりも大きな圧力でコンプレッサ１３８からガス混合物がガス分離器１０４に排出される貯蔵タンク１８０まで運ばれる。好ましい配置では、ガス分離器１０４は、膜装置を含む。ガス分離器としての膜装置１０４の使用の代替として、ガスの融点と沸点の間の差に起因して他のガスからキセノンを分離するための深冷分離器を含む。膜装置は、上述の他の装置に勝るこの分離器の購入及び作動に関連する低コストにより好ましいものである。
【００４６】
膜装置１０４は、ガス混合物の成分の１つが選択的に浸透する半透膜を含む。この実施例では、膜は、米国特許第６，１６８，６４９号に説明されている実施例のポリマー材料である。ガス混合物は、膜と接触させられる。貯蔵タンク１８０から排出されたガスの圧力の上昇は、膜にわたる圧力差をもたらす。ガス混合物内のヘリウム分子は、キセノン分子よりもより急速に膜を通って浸透する。それによってヘリウムを使い果たし、一般的に、０．５％よりも少ないＨｅを含む膜のより高圧力の側に第２のキセノンリッチなガス流をもたらす。従って、膜分離器１０４は、ヘリウムのキセノンリッチなガス流を浄化するのに役立つ。次に、キセノン希薄（すなわち、ヘリウム豊富）ガス流は、膜の低圧力側で得られる。第２のガス流は、貯蔵容器から排出されたヘリウムをカラム１０２からキセノンを追い出すのに再利用するためのカラム１０２まで排出して戻すことができるように、膜装置１０４の第１の排出口１４２から加圧緩衝タンク１１６まで運んで戻される。更に、ヘリウムガスを有する膜装置１０４から排出されるあらゆる非吸着キセノンは、ガス回収システム６０から失われることなく、代わりにキセノン回収システム６０内に保持される。
水素が搬送ガスとして用いられる場合には、貯蔵容器１２８なしで済ますことができ、カラム１０２からの排出ガスは、排出ガスをキセノンリッチなガス流とヘリウムリッチなガス流に分離するのに役立つ膜装置１０４まで直接運ばれる。
【００４７】
図６及び７に示す実施例では、搬送ガスは、カラム１０２の吸気口１０６に供給される。しかし、キセノン分子がカラム１０２を通って移動する速度に応じて、Ｃ2Ｆ6が同様にカラム１０２内に存在しないと、キセノンをカラム１０２から「バックフラッシュ」するようにカラム１０２の排出口１０８に搬送ガスを供給することにより、カラム１０２を急速にパージすることができる。搬送ガスをカラムの１０２の排出口に供給する配置は、図８に例示されている。この配置では、ガス分離システム１００は、ヘリウムをカラムの吸気口１０６に供給するための第１のヘリウム供給導管１１２、及びヘリウムをカラム１０２の排出口１０８に供給するための第２のヘリウム供給導管１４６を含む。システム１００は、排出ガスをカラム１０２の吸気口１０６から貯蔵容器１２８まで運ぶための第１の排出口ガス導管１４８と、排出ガスをカラム１０２の排出口１０８から貯蔵容器１２８まで運ぶための第２の排出口ガス導管１５０を更に含む。使用中、ガス導管７０内の弁１５２は開かれ、第１のヘリウム供給導管１１２内の弁１１８、第１の排出口ガス導管１４８内の弁１５４、及び第２の排出ガス導管１５０内の弁１５６は、ガス混合物がカラム１０２の吸気口１０６を通ってガス導管７０から運ばれるように閉じている。弁配置１５８は、ガス混合物からの高速ガスが必要に応じて大気に放出されるか又はガス処理システムに向けられるように、最初に切り換わる。キセノンをカラム１０２の排出口１０８から追い出すために、弁１５２、１５４は閉じ、弁１５６は開き、弁配置１５８は、排出ガスを第２の排出ガス導管１５０に向けるように切り換わる。キセノンをカラム１０２の吸気口１０６から追い出すために、交換ガスがカラム１０２の吸入口１０６から排出されて、第１の排出ガス導管１４８を通って貯蔵容器１２８まで運ばれるように、弁１１８、１５２、１５６は閉じ、弁１５４は開き、弁配置１５８は、搬送ガスをカラムの排出口１０８内に向けるように切り換わる。従って、この配置は、あらゆる好ましい方向のカラム１０２からキセノンを追い出すのに適切である。例えば、定期的にカラム１０２を洗浄し、従って、カラム１０２の層内又はカラム１０２の吸気口１０６又は排出口１０８のいずれかに閉じ込められたあらゆるキセノンを除去するために、搬送ガスは、カラム１０２を通って貯蔵容器１２８まで、及び次に貯蔵容器１３２の排出口１３４から緩衝タンク１１６までのいずれの方向にも運ばれる。このようにして、カラム１０２内に残っているあらゆるキセノンは、更にガス回収システム６０内に保持される。搬送ガスの貯蔵容器１２８通過の代わりとして、パージガスを直接第１の排出ガス導管１４８から緩衝タンク１１６に戻るためのコンプレッサ１３６まで運ぶために、バイパス導管を設けることができる。
【００４８】
上述のように、ガス分離システム１００は、キセノンをカラム１０２から追い出すためにヘリウム搬送ガスを用いる。ガス混合物内のキセノンを濃縮するために、このようなシステム１００を図４及び５に示す配置と組み合わせて用いると、２つの別々の供給源を利用するのではなく、ヘリウム（又は水素）の単一供給源を利用することが明らかに望ましいものになる。ヘリウム（又は水素）ガスが、単一供給源７８から、内部に含まれる吸着材料７４を再生するための貯蔵容器６２、６４及びキセノンをカラム１０２から追い出すためのカラム１０２の両方に供給されるこのような配置が図９に示されている。この配置では、ヘリウム供給導管１１２は、搬送ガスを緩衝タンク８０からカラム１０２に供給することができるように、ヘリウム供給導管８２と流体連通している。コンプレッサ１３６は、貯蔵容器１２８の排出口から排出された搬送ガスを緩衝タンク８０に戻すように、緩衝タンク８０と流体連通している。導管１７０は、第１の排出口１４２から排出されたヘリウムリッチなガス流がガス回収システム内に保持されるように、第１の排出口１４２から排出されたヘリウムリッチなガス流をガス分離器１０４からガス混合物との結合及び／又は貯蔵容器６２、６４内の吸着材料７４の再生の用途のための導管５０まで運んで戻す。
【００４９】
キセノンリッチなガス流は、膜装置１０４の第２の排出口１４４から貯蔵及び送出モジュール２００まで運ばれる。図１０を参照すると、貯蔵及び送出モジュール２００は、キセノンリッチなガス流を圧縮し、圧縮したガス流をコンプレッサ２０２からガス流に移動したあらゆる水分を除去するための乾燥器２０４に排出するためのコンプレッサ２０２を含む。乾燥器２０４は、ゲル又はゼオライオトベース乾燥器とすることができる。ガス流は、乾燥器２０２から処理チャンバ１０まで戻るキセノンを貯蔵するための貯蔵容器２０６まで通る。貯蔵容器２０６内のキセノンの量が所定の数値よりも下に低下する場合には、貯蔵容器２０６に直接フレッシュキセノンを供給するために、フレッシュキセノンの供給源２０８を設けることができる。貯蔵容器２０６及びキセノン供給源２０８は、図示のように、キセノン供給源１８及び緩衝タンク２０から分離することができる。代替的に、キセノン供給源１８及び緩衝タンク２０は省略することができ、キセノンは、貯蔵タンク２０６からチャンバ１０に最初に供給されている。更に別の代替として、比較的不純なキセノンは、この比較的不純なキセノンが貯蔵容器２０６に達する前にガス回収システム６０によって浄化されるように、例えば、カラム１０２から上流のガス回収システム６０に供給することができる。
【００５０】
貯蔵容器２０６から生成されるキセノンは、ガス流内に残るＣ2Ｆ6及び炭化水素のようなあらゆる不純物と反応するゲッタ材料を収容するガス研磨機２１０を通過する。ガス研磨機２１０は、微量のヘリウムを有する少なくとも９９．９％の純度、より典型的には、少なくとも９９．９９％純度のキセノンを含むガス流を生成する。
ガス研磨機２１０から生成されるキセノンの純度を検査することを可能にするために、貯蔵容器２０６から生成されるキセノンの純度を検出するための適切な検出器２１６を含む再循環導管２１４にキセノンの一部を選択的に送出する弁２１２が設けられる。図１０に示すように、キセノンは、検出器２１６が正確に測定することができるように、弁配置２１２を通じてキセノン供給源２０８から再循環導管２１４まで選択的に運ぶことができる。キセノンは、再循環導管２１４を通過するあらゆるキセノンがモジュール２００内に保持されて更に別の浄化を受けるように、検出器２１６からコンプレッサ２０２まで運んで戻される。貯蔵容器２０６から生成されるキセノンの純度が所定のレベルよりも小さい場合には、コントローラ２３は、キセノン供給源２０８をモジュール２００と質量流量コントローラ２２の間に延びるガス導管２５２に接続するように弁配置２１２を制御する。コントローラ２３は、フレッシュキセノンを貯蔵容器２０６に供給するために、貯蔵及び送出モジュール２００内の弁２２０を開くことができ、それによって貯蔵容器２０８内のキセノンの純度を増大させる。弁配置２１２は、貯蔵容器２０６から生成されるキセノンの純度を継続的に再評価することができるように、キセノンを貯蔵容器２０６から再循環導管２１４まで運搬し続けるように制御することができる。純度が所定のレベルに等しいか又はそれよりも大きくなる場合には、弁配置２１２は、キセノンを貯蔵タンクから供給するように制御される。キセノンの純度が、例えば、システム６０の成分の１つの障害に起因して大きく阻害される場合には、キセノンは、三方弁２１８を用いて大気に貯蔵容器２０６から放出することができ、貯蔵容器２０６は、その後にキセノン供給源から充填され、それによってシステム６０によってチャンバに戻るキセノンの純度を維持する。
【００５１】
上述の事項は、本発明の一実施形態を表し、その他は、本明細書の特許請求の範囲によって定められた本発明の真の範囲から逸脱することなく当業者に想起されることになることは理解されるものとする。
例えば、ガス回収システム６０は、複数の処理チャンバ１０に供給された希ガスを回収するのに用いることができる。図１１は、ガス回収システム６０が、４つの処理チャンバ１０に供給された希ガスの回収に設けられた実施例を例示する図である。この実施例では、ガスは、それぞれのポンプシステム２６を用いて処理チャンバ１０の各々から排出され、ポンプシステム２６の各々が、共通の除去装置４０にガスを排出する。除去装置４０及びガス回収システム６０は、ガス流の増加時に対処するようにサイズが拡大縮小される。
【００５２】
前の実施例では、単一希ガス、すなわち、キセノンが、ガス混合物から分離される。図１２は、ガスの混合物、例えば、キセノン及びクリプトンの混合物をガス混合物から回収することができるように、ガス回収システムを修正することができる方法を例示する図である。図示のように、ガス回収システム１００は、カラム１０２からの排出ガスが第１の貯蔵容器１２８内に運ばれる第１の位置と、カラム１０２からの排出ガスが第１の貯蔵容器１２８と同様である第２の貯蔵容器２６２内に運ばれる第２の位置との間で移動することができる三方弁２６０を含む。それによってキセノンがカラム１０２から排出された時にキセノン及びヘリウム搬送ガスを含む排出ガスを第１の貯蔵容器１２８まで運搬し、クリプトンがカラム１０２から排出された時にクリプトン及びヘリウム搬送ガスを含む排出ガスを第２の貯蔵容器２６２まで運ぶことができる。各貯蔵容器１２８、２６２の排出口１３４は、貯蔵容器１２８、２６２から排出されたヘリウムリッチなガス流を緩衝タンク１１６まで運ぶことができ、かつ次に貯蔵容器１２８、２６２から排出された希ガスリッチなガス流をヘリウムから希ガスリッチなガス流を浄化するためのそれぞれのガス分離器１０４まで各々運ぶことができるように、それぞれの三方弁１３２に接続される。図示のように、ガス分離器１０４から排出された２つの浄化された希ガスリッチなガス流は、貯蔵及び送出モジュール２００まで運ばれる前に組み合わせることができる。ガス分離器１０４から排出された希ガス希薄ガス流は、緩衝タンク１１６まで運ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ガス回収システムを組み込むシステムの１つの実施例を概略的に示す図である。
【図２】図１に示すシステムの処理チャンバから排出されたガスのための除去システムの１つの実施例を概略的に示す図である。
【図３】ガス回収システムの第１の実施例を概略的に示す図である。
【図４】ガス回収システムの第２の実施例を概略的に示す図である。
【図５】ガス回収システムの第３の実施例を概略的に示す図である。
【図６】図３から５のいずれかのガス回収システムのガス分離システムの第１の実施例を概略的に示す図である。
【図７】図３から５のいずれかのガス回収システムのガス分離システムの第２の実施例を概略的に示す図である。
【図８】図３から５のいずれかのガス回収システムのガス分離システムの第３の実施例を概略的に示す図である。
【図９】パージガスをガス回収システムの様々な構成要素に供給するための単一パージガス供給装置を用いるガス回収システムの実施例を概略的に示す図である。
【図１０】ガス回収システムで用いるための清浄器の実施例を概略的に示す図である。
【図１１】ガス回収システムに組み込むシステムの別の実施例を概略的に示す図である。
【図１２】ガス回収システムの第４の実施例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１００  ガス分離システム
１０２  加熱ガスクロマトグラフィーカラム
１０６  吸気口
１１２  第２のヘリウム供給導管
１１８  弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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