(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エキシマレーザー発生装置から抜出した希ガス及びハロゲンガスを含むエキシマレーザーガスを回収して精製する装置であって、前記エキシマレーザーガス中のハロゲンを除去するハロゲン除去手段と、エキシマレーザー発生装置から前記ハロゲン除去手段を介してエキシマレーザーガスを吸引するドライ真空ポンプ及び該ドライ真空ポンプにシール用窒素ガスを供給する窒素供給手段と、ドライ真空ポンプから吐出される回収ガス中の窒素ガスを分離する窒素ガス分離手段と、窒素ガスを分離した精製ガスにエキシマレーザーガスの成分ガスを補充する成分ガス補充部とを備えていることを特徴とするエキシマレーザーガスの回収装置。
【請求項２】
前記窒素ガス分離手段は、低温吸着法あるいは低温液化精留法により窒素ガスを分離することを特徴とする請求項１記載のエキシマレーザーガスの回収装置。
【請求項３】
前記ドライ真空ポンプの吐出側にガス放出用切換弁を設けるとともに、ドライ真空ポンプの運転時間が所定時間に達したときに、前記ガス放出用切換弁のガスの流れ方向を、前記窒素ガス分離手段側から放出側に切換えるタイマーを設けたことを特徴とする請求項１記載のエキシマレーザーガスの回収装置。
【請求項４】
前記成分ガス補充部は、前記精製ガスにエキシマレーザーガス中の希ガスを補充する希ガス供給経路と、該希ガス供給経路の下流に設けられた補助タンクと、該補助タンク内のガス組成を測定する分析器と、該分析器の測定結果に応じて希ガスの補充量を調節する流量調節手段と、補助タンクの下流に弁を介して設けられたバッファータンクと、該バッファータンク内にエキシマレーザーガス中の希ガス以外の成分を補充する成分ガス供給経路と、バッファータンク内のガス組成に応じて前記成分ガス供給経路からのガス補充量を制御するガス補充量制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載のエキシマレーザーガスの回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エキシマレーザーガスの回収装置に関し、詳しくは、エキシマレーザー発生装置で使用されるエキシマレーザーガス中の希ガスを再利用するために回収して精製する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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工程等で広く用いられている。このエキシマレーザーでは、エキシマレーザーガスとして高価な希ガスを使用するため、例えば、特公平７−６０９１４号公報に記載されているように、レーザー発生装置からエキシマレーザーガスを抜出して希ガスを精製した後、再利用することが提案されている。
【０００３】
上記公報記載に記載された方法では、レーザー発生装置から抜出したエキシマレーザーガスを、フッ素系ガス（Ｆ２，ＮＦ３，ＣｌＦ３，ＣｌＦ等）との反応性に富む金属に接触させることによって反応活性の高いフッ素等のハロゲンガスを除去した後、アルカリ金属やアルカリ土類金属化合物、ゼオライト、金属アルカリ類に順次接触させることによってエキシマレーザーガス中の希ガス（Ｋｒ，Ｘｅ，Ｈｅ，Ｎｅ等）を精製し、精製後の希ガスをレーザー発生装置に循環させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、レーザー発生装置で使用したエキシマレーザーガスの全量を回収する場合は、真空ポンプを用いてレーザー発生装置内のガスを吸引する必要があるが、通常の真空ポンプでは、オイルコンタミ等が発生し、また、外気を吸込んで回収ガス中に酸素や水分、その他の微量成分が不純物として混入し、回収ガスの精製処理に悪影響を与えることがある。
【０００５】
このため、真空ポンプとして、オイルコンタミ等の心配がないドライ真空ポンプを使用するとともに、窒素ガスをシールガスとして使用し、外気を吸込まないようにしている。しかしながら、このドライ真空ポンプから吐出される回収ガス中には、シールガスとして使用した窒素ガスが混入するため、希ガスを精製して再利用するためには、回収ガス中から窒素ガスを分離除去する必要が生じる。
【０００６】
そこで本発明は、劣化したエキシマレーザーガスの全量を回収することができ、ガス回収用のドライ真空ポンプにシールガスとして使用する窒素ガスの除去も効率よく行うことができ、高価な希ガスを無駄に排出することなく、有効に再利用することができるエキシマレーザーガスの回収装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のエキシマレーザーガスの回収装置は、エキシマレーザー発生装置から抜出した希ガス及びハロゲンガスを含むエキシマレーザーガスを回収して精製する装置であって、前記エキシマレーザーガス中のハロゲンを除去するハロゲン除去手段と、エキシマレーザー発生装置から前記ハロゲン除去手段を介してエキシマレーザーガスを吸引するドライ真空ポンプ及び該ドライ真空ポンプにシール用窒素ガスを供給する窒素供給手段と、ドライ真空ポンプから吐出される回収ガス中の窒素ガスを分離する窒素ガス分離手段と、窒素ガスを分離した精製ガスにエキシマレーザーガスの成分ガスを補充する成分ガス補充部とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明のエキシマレーザーガスの回収装置は、前記窒素ガス分離手段が、低温吸着法あるいは低温液化精留法により窒素ガスを分離するものであること、前記ドライ真空ポンプの吐出側にガス放出用切換弁を設けるとともに、ドライ真空ポンプの運転時間が所定時間に達したときに、前記ガス放出用切換弁のガスの流れ方向を、前記窒素ガス分離手段側から放出側に切換えるタイマーを設けたこと、さらに、前記成分ガス補充部は、前記精製ガスにエキシマレーザーガス中の希ガスを補充する希ガス供給経路と、該希ガス供給経路の下流に設けられた補助タンクと、該補助タンク内のガス組成を測定する分析器と、該分析器の測定結果に応じて希ガスの補充量を調節する流量調節手段と、補助タンクの下流に弁を介して設けられたバッファータンクと、該バッファータンク内にエキシマレーザーガス中の希ガス以外の成分を補充する成分ガス供給経路と、バッファータンク内のガス組成に応じて前記成分ガス供給経路からのガス補充量を制御するガス補充量制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のエキシマレーザーガスの回収装置の一形態例を示す系統図である。以下、レーザー発振媒質であるＫｒＦを、ベースガスであるネオン（Ｎｅ）で希釈したエキシマレーザーガスを回収してネオンの精製を行い、再びレーザー発生装置１に導入するまで手順に従って装置構成を説明する。
【００１０】
レーザー発生装置１内のエキシマレーザーガスは、回収弁１ａ，ハロゲン除去筒２，フィルター３を介してドライ真空ポンプ４に吸引される。レーザー発生装置１では、前述のように、ベースガスであるネオンに媒質ガスであるＫｒＦを添加したエキシマレーザーガスがチャンバー内に充填されており、その充填圧力は、一般に０．４ＭＰａ程度である。すなわち、チャンバー容積が２５リットルの場合、エキシマレーザーガスの使用量は、約１００リットルとなる。
【００１１】
ハロゲン除去筒２は、エキシマレーザーガス中のハロゲンガスを除去するためのものであって、ハロゲンガス専用の吸着剤、例えば銅や亜鉛を主成分とする金属を活性炭に担持させた吸着剤を、ステンレス鋼製のカラム内に充填したものを使用することができる。このハロゲン除去筒２を通過することにより、エキシマレーザーガス中のフッ素が除去され、ガス中のフッ素濃度は、１ｐｐｍ以下となる。また、フッ素のようなハロゲンガスは、人体に有害であるだけでなく、反応性に富み、強い腐食性を有しているため、フィルター３やドライ真空ポンプ４がハロゲンガスに侵されることがないように、ハロゲン除去筒２は、回収経路の最初に設けることが望ましい。
【００１２】
フィルター３は、レーザー発生装置１内でのフッ素（ハロゲンガス）との反応により生成した粉塵等を除去するためのものであって、任意の構造のものを使用することができる。
【００１３】
ドライ真空ポンプ４には、シールガス及びパージガスとして用いられる窒素ガスを供給するための窒素供給手段５が付設されている。このドライ真空ポンプ４は、ガス通路となるポンプ室内に潤滑オイルを全く使用しないため、オイルコンタミを発生させずにレーザー発生装置１内のエキシマレーザーガスを全量吸引排気することができる。また、シールガスとして窒素ガスを供給することにより、レーザー発生装置１内を高真空にまで吸引排気しても、酸素や水分等の不純物を含む外気を吸込むことがない。
【００１４】
さらに、ドライ真空ポンプ４には、該ドライ真空ポンプ４の運転時間を計測するタイマー６が設けられるとともに、ドライ真空ポンプ４の下流側には、ガス放出用切換弁７を介して放出経路８と回収ガス貯留タンク９とが設けられている。
【００１５】
タイマー６は、ドライ真空ポンプ４の運転時間が所定時間に達したときに、前記ガス放出用切換弁７のガスの流れ方向を、回収ガス貯留タンク９側から放出経路８側に切換える機能を有している。例えば、ドライ真空ポンプ４は、レーザー発生装置１内を十分に排気できるように、排気能力が毎分１５００リットル以上のものを使用するので、チャンバー容積が２５リットル（使用ガス量１００リットル）のレーザー発生装置１の場合は、排気開始から１０秒後には、エキシマレーザーガスは全量排気され、これ以後の排気運転は、レーザー発生装置１内の真空引きに費やされることになる。
【００１６】
したがって、ある程度の時間が経過した後は、ドライ真空ポンプ４から吐出されるガスは、そのほとんどがシールガスとして用いた窒素ガスとなってしまう。そこで、前記タイマー６によるガス放出用切換弁７の切換時間を、例えば、排気開始から１０秒に設定し、排気開始から１０秒間は、ドライ真空ポンプ４から吐出される回収ガスが前記回収ガス貯留タンク９に流れ、１０秒経過以後は、放出経路８にガスが流れるようにする。これにより、不要な窒素ガスが回収ガス貯留タンク９に流入することを防止できる。また、ドライ真空ポンプ４を所定時間運転してレーザー発生装置１内が十分な真空度に達した時点で、タイマー６からの信号により回収弁１ａを閉じるとともにドライ真空ポンプ４を停止させることができる。
【００１７】
回収ガス貯留タンク９は、回収ガス量により必要に応じて設けられるもので、前述のように、１回当たりの回収ガス量が１００リットル程度の場合は、後段の精製設備の精製方式によっては精製効率が低下するため、精製方式に見合った量の回収ガスが貯留された時点で後段の精製設備に回収ガスを導入するようにする。この回収ガス貯留タンク９に貯留されるガスの組成は、媒質ガスの組成や使用量、ドライ真空ポンプ４の能力等によって異なるが、窒素が８％程度混入した状態となっている。
【００１８】
回収ガス貯留タンク９の下流側には、昇圧機１０と、二酸化炭素・水分除去筒１１とを介して精製設備１２が設けられている。昇圧機１０は、精製後のガスをレーザー発生装置１に再導入するために必要な圧力まで回収ガスを昇圧するためのものであって、精製設備１２の精製方式によっては、必要な操作圧力にまで回収ガスを昇圧する。この昇圧機１０においても、潤滑油等がガス中に混入しない形式のもの、例えば、ダイヤフラム式やベローズ式等の圧縮機を用いることが好ましい。
【００１９】
二酸化炭素・水分除去筒１１は、精製設備１２における希ガスの精製を低温で行うため、管路内で凍結する二酸化炭素や水分を回収ガス中からあらかじめ除去しておくために設けられるもので、モレキュラシーブス等の吸着剤が充填されている。
【００２０】
窒素ガス分離手段である精製設備１２は、低温での窒素ガスと希ガスとの吸着力の差を利用した低温吸着法や、沸点の差を利用した低温液化精留法等を、回収ガスの組成，回収量、精製後の希ガスの純度，ユーザーの要望に応じて適宜に選択使用することができる。
【００２１】
本形態例は、低温吸着法によって窒素を分離する例を示している。この低温吸着法による精製設備１２は、活性炭等の窒素吸着剤を充填した吸着筒１３を収納した断熱槽１４と、吸着筒１３を冷却するための寒冷源、例えば液化窒素を断熱槽１４内に導入するための液化窒素供給手段１５と、吸着筒１３から流出したガス成分を分析するための分析計１６と、分析計１６の分析結果によってガス流路を切換える切換弁１７とを備えており、精製設備１２の前後には、回収ガス導入弁１８及び精製ガス導出弁１９がそれぞれ設けられている。
【００２２】
精製設備１２による窒素ガスの分離は、次のようにして行うことができる。まず、液化窒素供給手段１５から断熱槽１４内に液化窒素を注入し、吸着筒１３を所定温度に冷却する。次に、昇圧機１０の運転を開始するとともに回収ガス導入弁１８及び精製ガス導出弁１９を開き、回収ガス貯留タンク９内の回収ガスを、二酸化炭素・水分除去筒１１を介して吸着筒１３に導入する。
【００２３】
分析計１６は、熱伝導度等によって吸着筒１３から導出されるガスの成分を分析し、該ガスがネオンの場合は、切換弁１７のガス流路を精製ガス導出弁１９側に切換える。また、吸着筒１３から導出されるガスの状態が変化したら、すなわち、ネオンの純度が所定純度以下になったら、切換弁１７のガス流路を窒素放出経路２０側に切換えてガスを排出する。同時に、回収ガス導入弁１８及び精製ガス導出弁１９を閉じ、昇圧機１０を停止させて精製操作を終了する。
【００２４】
精製操作終了後は、断熱槽１４内の液化窒素を経路２１から抜取り、所定温度に加熱した窒素ガスを断熱槽１４内に導入して吸着筒１３を加熱し、あるいは、ヒーター等により加熱し、さらに、必要に応じて窒素放出経路２０に設けた真空ポンプで吸着筒１３内を真空排気することにより、吸着剤に吸着している窒素やクリプトン（Ｋｒ）等を脱着させて吸着剤を活性化させる。
【００２５】
精製設備１２から切換弁１７及び精製ガス導出弁１９を経て導出した精製ガスは、レーザー発生装置１や回収精製経路での消費分，損失分，除去分に応じて各成分ガスを補充する成分ガス補充部２２を通ってバッファータンク２３に導入される。成分ガス補充部２２は、エキシマレーザーガス中の希ガス成分であるネオン及びクリプトンを補充するためのネオン供給経路２４及びクリプトン供給経路２５と、希ガス以外の成分であるフッ素を補充するためのフッ素供給経路２６とを有するもので、ネオン供給経路２４及びクリプトン供給経路２５の下流側には、質量分析計２７を備えた補助タンク２８が設けられ、前記バッファータンク２３には、圧力計２９と制御器３０とが設けられている。
【００２６】
前記質量分析計２７は、補助タンク２８内のガス組成を分析し、分析結果に応じてネオン供給経路２４及びクリプトン供給経路２５にそれぞれ設けられた流量調節器２４ａ，２５ａを制御するもので、ベースガスであるネオンと媒質ガスであるクリプトンとは、所定の組成で補助タンク２８内に貯留され、弁３１を開くことによりバッファータンク２３に導入される。このとき、ネオン供給経路２４からのネオンの補充量は、精製設備１２から導出される精製されたネオンの流量や圧力に応じて設定し、クリプトン供給経路２５から補充するクリプトンの量のみを、前記質量分析計２７の測定値によって制御するようにしてもよい。
【００２７】
また、前記圧力計２９は、補助タンク２８から弁３１を介してバッファータンク２３に導入されるガス量を圧力に置換えて測定するものであって、圧力計２９で測定したバッファータンク２３内の圧力上昇に基づいて制御器３０がフッ素の補充量を算出し、これによって流量調節器２６ａを制御してフッ素供給経路２６から所定量のフッ素を補充することにより、バッファータンク２３内に所定のガス組成のエキシマレーザーガスが貯留される。なお、各供給経路は、配管に接続せず、各タンクに接続することもできる。
【００２８】
このようにしてバッファータンク２３に貯留されたエキシマレーザーガスは、充填弁１ｂを介してレーザー発生装置１内に所定圧力で充填される。
【００２９】
このように、窒素ガスでシールしたドライ真空ポンプ４を用いてレーザー発生装置１内から劣化したエキシマレーザーガスを回収し、混入した窒素を低温吸着等の方法で除去することにより、エキシマレーザーガス中のネオン（希ガス）を効率よく回収して再利用することができる。
【００３０】
なお、本発明は、上記形態例に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。例えば、精製設備１２として、前述のように低温液化精留法を採用することもできる。この低温液化精留法は、精留筒内に所定圧力に昇圧した回収ガスを導入し、液化窒素等を寒冷源として還流液を発生させ、この還流液と回収ガスからなる上昇ガスとを気液接触させて精留操作を行うもので、精留筒頂部から沸点が低いネオンが得られ、塔底部から沸点の高い窒素やクリプトンが得られる。また、精留筒を複数設けて圧力等の条件を適当に設定することにより、クリプトンを精留分離することも可能であり、圧力等の精留条件は、回収ガスの組成や処理量、採取する希ガスに望まれる純度等に応じて設定することができる。
【００３１】
また、バッファータンク２３を、精製設備１２と成分ガス補充部２２との間に設けることもできる。この場合、バッファータンク２３内に貯留されるガスは、精製処理されたネオンであるから、レーザー発生装置１内にエキシマレーザーガスを充填する際には、バッファータンク２３からの導出量に対応させて各供給経路からの各ガスの補充量を設定すればよい。各供給経路から補充するガスは、エキシマレーザーガスの組成、例えばＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＦ，ＮｅＦ，ＸｅＣｌ等の媒質ガスの種類により異なることは当然であり、経路数もガス種に応じて増減できる。
【００３２】
さらに、レーザー発生装置１のエキシマレーザーガスの回収及び充填や、回収ガスの精製処理を、それぞれバッチ方式で行うようにしているため、例えば、回収弁１ａと充填弁１ｂとを複数分岐させて設けておくことにより、複数台のレーザー発生装置に対応することができ、回収ガス貯留タンク９部分で回収ガスを合流させることもでき、精製ガス導出弁１９部分で精製ガスを分岐させることもできる。
【００３３】
また、各部で使用する窒素ガスや液化窒素は、ガス容器に充填されたものを使用することもできるが、半導体製造工場等に設置されている空気分離装置から供給することができ、精製設備１２の放出経路２０や経路２１から導出される窒素ガスや液化窒素を空気分離装置に戻すようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のエキシマレーザーガスの回収装置によれば、劣化したエキシマレーザーガスをドライ真空ポンプで吸引するので、その全量を回収することができ、高価な希ガスの廃棄量を大幅に低減することができ、レーザー発生装置の運転コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のエキシマレーザーガスの回収装置の一形態例を示す系統図である。
【符号の説明】
１…レーザー発生装置、１ａ…回収弁、１ｂ…充填弁、２…ハロゲン除去筒、３…フィルター、４…ドライ真空ポンプ、５…窒素供給手段、６…タイマー、７…ガス放出用切換弁、８…放出経路、９…回収ガス貯留タンク、１０…昇圧機、１１…二酸化炭素・水分除去筒、１２…精製設備、１３…吸着筒、１４…断熱槽、１５…液化窒素供給手段、１６…分析計、１７…切換弁、１８…回収ガス導入弁、１９…精製ガス導出弁、２０…窒素放出経路、２２…成分ガス補充部、２３…バッファータンク、２４…ネオン供給経路、２５…クリプトン供給経路、２６…フッ素供給経路、２４ａ，２５ａ，２６ａ…流量調節器、２７…質量分析計、２８…補助タンク、２９…圧力計、３０…制御器
【図１】
0003805073.tif 000002