DE102016212576A1

DE102016212576A1 - Excimer-Gasreinigung

Info

Publication number: DE102016212576A1
Application number: DE102016212576.1A
Authority: DE
Inventors: Adam Donaldson; Edward S. Williams; John H. Hunter; Tekai Akuetteh; Ian J. Miller
Original assignee: LightMachinery Inc
Current assignee: LightMachinery Inc
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2017-01-26
Also published as: CN106374326A; US9478934B1

Abstract

Die Offenbarung bezieht sich auf die Entfernung von Fluorwasserstoff (HF) aus einem Excimer-Laser, entweder im Betrieb oder im Standby, unter Verwendung eines Metallhalogenidsalzreaktors. HF-Entfernung ist wünschenswert, weil die Kontaminante nicht nur Laseremission absorbiert, wodurch die Laserleistung reduziert wird, sondern auch, weil sie chemisch reaktiv ist und die Lebenszeit von internen Laserkomponenten verringert. Der Metallhalogenidsalzreaktor kann entweder in dem Laserbehälter oder in einer externen Leitungsschleife bereitgestellt sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Reinigung von Excimer-Lasergasen und insbesondere auf die Entfernung von Fluorwasserstoff aus dem Excimer-Lasergasen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Excimer-Laser sind gepulste Gasentladungslaser und arbeiten mit einer Gasmischung, welche seltene Gase beinhaltet, zum Beispiel: irgendeine Kombination aus Helium-, Neon-, Argon-, Krypton- und Xenongasen; und einem Halogengas, zum Beispiel Fluor, Chlorwasserstoff, etc. Unter den geeigneten Bedingungen aus elektrischer Stimulation und hohem Druck wird ein Pseudomolekül, bezeichnet als ein Excimer, oder im Falle eines Edelgashalogenids ein Exciplex, erzeugt, welches nur in einem Zustand unter Spannung vorliegen kann und Laserlicht in dem ultravioletten UV-Bereich hervorrufen kann.
Es gibt vier am häufigsten gebrauchte Excimer-Wellenlängen, welche von den aktiven Gasen in dem Laser, d. h. Argonfluorid (193 nm), Kryptonfluorid (248 nm), Xenonchlorid (308 nm) und Xenonfluorid (351 nm) abhängig sind. Die Erfindung könnte auch mit einem Fluorlaser (157 nm) verwendet werden, obwohl dieser eigentlich kein Excimer ist.
In Excimer-Lasern, welche Fluor beinhalten, ist die Generierung von Fluorwasserstoff (HF) ein signifikanter Nachteil für die Laserleistung, weil HF ein starkes Absorptionsmittel für UV-Licht, hergestellt durch den Excimer-Laser, ist und, weil HF deutlich chemisch reaktiver als Fluorgas ist. Die erhöhte Reaktivität von HF beschleunigt den Verschleiß an Komponenten innerhalb des Laserbehälters und kann daher die Lebensdauer davon verkürzen.
HF bildet sich, wenn Fluor mit Wasser und anderen Wasserstoff beinhaltenden Verbindungen reagiert. Typischerweise werden kleine Mengen Wasserdampf in den Excimer-Laser eingebracht, wenn eine frische Gasfüllung zugefügt wird, durch Kontamination der Lasergase mit Wasserdampf oder, wenn der Laserbehälter zur Wartung geöffnet wird. Einfaches Evakuieren des Behälters kann beim Entfernen der meisten Lasergaskontaminanten, z. B. Tetrafluormethan (CF₄), welche keine Speicher innerhalb des Laserbehälters haben, wirksam sein, aber HF ist außerordentlich reaktiv und polar, und tendiert dazu an der inneren Oberfläche des Laserbehälters und jeden Staub innerhalb des Lasers zu haften. Dementsprechend wird HF deutlich weniger verdünnt, während die meisten Kontaminanten durch das Verhältnis von Betriebsdruck zu Evakuierungsdruck, jedes Mal wenn eine frische Gasfüllung zugefügt wird, verdünnt werden.
Bei einem typischen Betriebsdruck von 5 bar und einem Evakuierungsdruck von 0,1 bar werden die Kontaminanten um einen Faktor von 50 verdünnt. Wenn die Kontaminanten, außer HF, eine Konzentration von 250 ppmv haben, wenn die Gasfüllung ersetzt wird, dann wird die frische Füllung mit nur 5 ppmv dieser Kontaminanten anfangen. Diese Verdünnungsmethode funktioniert bei HF nicht so gut, weil das HF im Gleichgewicht mit dem Inneren des Laserbehälters bei einem Druck von wenigen Millibar ist. Zum Beispiel ist ein verbleibender Druck von 1 Millibar äquivalent zu einer Konzentration von 200 ppmv in einer 5 bar Lasergasmischung. Evakuierung des Laserbehälters auf einen Druck unterhalb des Gleichgewichtsdrucks von HF ist in der industriellen Nutzung nicht praktikabel. Wenn eine frische Füllung zu dem Laserbehälter gegeben wird und der Laser sich aufwärmt, desorbiert das absorbierte HF teilweise und kontaminiert die frische Gasfüllung.
Vorhandene Verfahren zur Gasreinigung in einem Excimer-Laser schließen kryogenes Abfangen von Kontaminanten, wie zum Beispiel HF und CF₄, und Reinigung von Gasen, welche in den Laserbehälter eingeführt werden, ein. Außerdem sollte bei Materialauswahlen innerhalb des Laserbehälters darauf geachtet werden, Reaktionen mit den Halogenkomponenten der Gasmischung zu minimieren.
US-Patent Nr. 8,929,419 , welches am 6. Januar 2015 im Namen von Dean et al. erteilt wurde, das eingeschlossen ist durch Bezugnahme, beschreibt Entfernung von Kontaminanten und Fluor, um Recycling der Edelgaskomponente der Excimer-Laser-Gasmischung zu erlauben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Nachteile des Stands der Technik durch Reduzierung der HF-Konzentration innerhalb eines Excimer-Lasers zu überwinden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Excimer-Lasersystem, umfassend:
einen Laserbehälter zur Lichtgenerierung aus Lasergasen, welche ein Edelgas und Fluorgas umfassen, wobei ein Teil des Fluorgases mit Wasserstoff in dem Laserbehälter reagiert, um Fluorwasserstoff (HF) zu bilden, was zu kontaminierten Lasergasen führt;
eine optische Ausgangsöffnung zum Auslassen des Lichts; und
einen Reaktor, welcher eine Metallhalogenidsalzquelle, die fähig ist HF zu absorbieren, zur Absorption von HF aus den kontaminierten Lasergasen umfasst, wobei filtrierte Lasergase gebildet werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Excimer-Lasers, umfassend:

a) Lichterzeugung in einer Laserkammer durch Lasergase, welche ein Edelgas und ein Fluorgas umfassen, wobei ein Teil des Fluorgases Fluorwasserstoff (HF) bildet, welches zu kontaminiertem Lasergas führt; und
b) Leiten des kontaminierten Lasergases über einen Reaktor, welcher eine Zuführung eines Metallhalogenidsalzes, welches fähig ist HF zu absorbieren, zum Absorbieren von HF aus den kontaminierten Lasergasen einschließt, wobei filtrierte Lasergase gebildet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird sehr ausführlich beschrieben werden in Bezug auf die dazugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausführungsformen davon darstellen, wobei:
1 eine schematische Darstellung eines Lasergeräts der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Lasergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Lasergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Lasergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Obwohl die vorliegenden Lehren in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen und Beispielen beschrieben werden, ist es nicht beabsichtigt, dass die vorliegenden Lehren auf solche Ausführungsformen eingeschränkt werden. Die vorliegenden Lehren umfassen vielmehr verschiedene Alternativen und Äquivalente, wie durch einen Fachmann anerkannt werden würde.
In Bezug auf 1 bis 4 schließt ein Excimer-Lasergerät 1, 21, 31 und 41 einen Laserbehälter oder eine Laserkammer 2 mit einer optischen Vorderseitenöffnung 3 zum Ausstoßen des darin generierten Lichts, eine optische Rückseitenausgangsöffnung 4 zur Montage eines Rückseitenspiegels und die benötigten elektrischen anregenden Strukturen wie im Stand der Technik bekannt ist, wie zum Beispiel parallele Elektroden 5a und 5b, welche sich längs einer Länge von gegenüberliegenden Seiten des Laserbehälters 2 erstrecken, ein. Eine erste Gaseingangs-/Gasausgangsöffnung 6, welche ein erstes Eingangs-/Ausgangsventil 7 einschließt, ermöglicht Lasergasen, welche ein Edelgas, zum Beispiel Argon, Krypton, Xenon und Neon, und ein Halogengas, zum Beispiel Chlorwasserstoff oder Fluor, zusammen mit irgendwelchen Puffergasen, zum Beispiel Neon und Helium umfassen, eingelassen zu werden, aus einer Zuführungsöffnung 8, zum Beispiel einem oder mehreren Vorratsbehälter(n), via Zuführungsventil 9 und anderen passenden Rohren, Leitungen und Fittings.
Mit der Zeit werden die Lasergase aufgebraucht und werden kontaminiert, wie hierin zuvor diskutiert. In den Ausführungsformen, welche in 1 und 2 gezeigt sind, wird das kontaminierte Lasergas aus dem Laserbehälter 2, durch die erste Eingangs-/Ausgangsöffnung 6 und das erste Eingangs-/Ausgangsventil 7 mit dem Zuführungsventil 9 geschlossen, durch einen Reaktorbehälter 12, welcher ein geeignetes Metallhalogenidsalz, welches fähig ist Fluorwasserstoff zu absorbieren, bevorzugt ein Metallfluoridsalz, bevorzugt ein Alkalimetallfluorid oder ein Erdalkalifluorid und in einer bevorzugten Ausführungsform Natriumfluorid (NaF), einschließt, gepumpt. Das Metallfluoridsalz kann auf einer Temperatur, in welcher der Gleichgewichtsdampfdruck von HF über dem Salz klein ist, gehalten werden, zumindest, wenn das Metallfluorid eine geringe Beladung mit HF, zum Beispiel beim anfänglichen Hochfahren, hat, da der Gleichgewichtsdampfdruck sich allmählich erhöht, umso mehr HF absorbiert wird; zum Beispiel idealerweise weniger als 5 Pa, sodass die Gleichgewichts-HF-Konzentration in dem Lasergas weniger als 10 ppmv ist.
Eine Pumpe 13 zirkuliert das kontaminierte Lasergas durch eine externe Leitungsschleife 20, welche den Reaktorbehälter 12, gefüllt mit Pellets aus dem Metallfluoridsalz, und Reaktoreingangs- und -ausgangsventile 14 und 15, auf beiden Seiten des Reaktorbehälters 12 einschließt, wobei zuvor das gereinigte Gas zu dem Hauptlaserbehälter 2, durch einen Rücklaufanschluss 10 und einem zweiten Eingangs-/Ausgangsventil 11, zurückgeführt wird. Die externe Leitungsschleife 20 schließt auch geeignete Leitungen, zum Beispiel Rohre oder Schläuche, Verbindungen und Fittings, zur Verbindung der anderen Elemente, zum Beispiel des Laserbehälters 2, der Ventile 7, 11, 14 und 15 und des Reaktorbehälters 12, ein. Die Pumpe 13 kann eine Membranpumpe oder eine andere geeignete Pumpe sein. Die Menge Metallfluoridsalz wird passend zur erwarteten Menge an HF ausgewählt, welche normalerweise in dem Laser 1 innerhalb der Hauptlaserwartungsintervalle produziert wird.
Ein Staubfiltrationssystem 16 kann zu der externen Leitungsschleife 20, zum Beispiel benachbart zu dem Reaktorbehälter 12 zugefügt werden, um Staubpartikel aus dem Lasergasstrom zu entfernen, welches, einen zusätzlichen Nutzen für das Lasersystem 1 liefert. Um den Laserbehälter 2 von allen Lasesrgasen zu evakuieren, wird das Reaktorausgangsventil 15 geschlossen und ein Abluftventil 18 geöffnet, wobei eine Absaugpumpe, eine Abgaswäsche 19 ermöglicht wird, die Lasergase aus dem Laserbehälter 2 durch die zweite Eingangs-/Ausgangsöffnung 10 und das zweite Eingangs-/Ausgansventil 11 zu saugen, unter Abziehen durch eine Abluftöffnung 25.
Metallfluoridsalze können HF absorbieren, aber können nicht mit Fluor reagieren, bei vollständiger Fluorierung. Jedoch ist die meiste Absorption von HF in dem Reaktorbehälter 12 ein Oberflächenphänomen und könnte also auch als Adsorption beschrieben werden. Für das Lasersystem 1 ist es nicht wichtig, ob die Entfernung des HF durch das Metallfluorid durch Adsorption oder Absorption oder einer Kombination von diesen beiden Prozessen geschieht. In der ganzen Beschreibung sollte „Absorption” als irgendeine Kombination aus Adsorption, Chemisorption und Absorption auf das Metallfluorid verstanden werden, welche im Abfangen von HF resultiert.
Durch Schließen der ersten und zweiten Eingangs-/Ausgangsventile 7 und 11 zwischen dem Laserbehälter 2 und der externen Leitungsschleife 20, ist es möglich, entweder das Metallfluoridsalz zu regenerieren oder den Reaktorbehälter 12 durch einen frischen zu ersetzen, wenn das Metallfluoridsalz mit HF gesättigt ist, entweder während des Betriebs des Lasers 1 oder während eines Abschaltzeitraums. Während Regeneration kann der Laser 1 weiterhin in Betrieb sein oder kann abgeschaltet sein und das Metallfluoridsalz kann durch Erhitzen des Metallfluoridsalzes mit einem Erhitzer 17 auf oberhalb einer Regenerationstemperatur, zum Beispiel über 100°C, bevorzugt zwischen 200°C und 300°C und in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen 210°C und 250°C, und Evakuieren des Reaktorbehälters 12 unter Vakuum und/oder durch Leiten eines inerten, trockenen Gases, z. B. Helium, über das Metallfluoridsalzbett, regeneriert werden. Regeneration kann bei anderen Temperaturen unter 100°C oder über 300°C, abhängig von den spezifischen betroffenen Materialien und der Menge an aufgenommenen HF, stattfinden. In der abgebildeten Ausführungsform kann das inerte, trockene Gas, welches aus einer Quelle, welche zum Beispiel verbunden mit dem Zuführungsventil 9, welches mit der externen Leitungsschleife 20 verbunden wird, zugeführt werden. Das inerte, trockene Gas fließt durch den Reaktorbehälter 12 zu dem Abluftventil 18 zum Ablassen aus der externen Leitungsschleife 20 durch die Abluftöffnung 25. Im Fall von Absorptionsmittelersetzung beugt das Schließen der Eingangs- und Ausgangsventile 14 und 15 an dem Reaktorbehälter 12 der Kontamination des Laserbehälters 2 und des Reaktorbehälters 12 mit atmosphärischer Feuchtigkeit, Sauerstoff, etc. vor, während das Metallfluoridsalz und/oder der Reaktorbehälter 12 ersetzt werden.
Regeneration kann erforderlich sein, weil die Absorptionskapazität des Metallfluorids durch eine Kombination der Chemie und des Oberflächenbereichs des Metallfluorids in dem Reaktorbehälter 12 begrenzt ist. Wenn die Menge des absorbierten HFs in dem Reaktorbehälter 12 ansteigt, wird sich die Absorptionsrate von zusätzlichem HF verringern und der Gleichgewichtsdampfdruck von HF wird oberhalb des Reaktorbehälters 12 ansteigen. Eventuell wird die Leistung des Lasers 1, 21, 31, 41 beginnen abzubauen, weil der Reaktorbehälter 12 nicht mehr im Stande ist das HF-Level innerhalb des Lasers 1, 21, 31 und 41 im Wesentlichen zu kontrollieren und an diesem Punkt sollte der Reaktorbehälter 12 regeneriert oder ersetzt werden.
Die Temperatur des Reaktorbehälters 12 kann unter Verwendung des Erhitzers 17 variiert werden, um die Absorptionsrate zu verändern, oder zur Regeneration. Betreiben des Reaktorbehälters 12 nahe Raumtemperatur, zum Beispiel 15° bis 35° oder bevorzugt 20° bis 25°C, wird bevorzugt, weil der Gleichgewichtsdampfdruck von HF über dem Metallfluoridsalzbett, zum Beispiel Metallfluorid, in diesem Temperaturbereich niedrig ist. Betreiben des Reaktorbehälters 12 bei höheren Temperaturen erhöht zunehmend den HF-Gleichgewichtsdruck und erhöht dadurch die HF-Konzentration innerhalb des Lasers 1.
Durch Auswahl einer geeigneten Vakuumpumpe 13, zum Beispiel einer Membranpumpe, ist es möglich eine der Pumpen zu beseitigen, zum Beispiel Pumpe 19. Zirkulation des Lasergases durch den Reaktorbehälter 12 in einem Excimer-Lasergerät 21, abgebildet in 2, erhält einen niedrigen Level HF in dem Laserbehälter 2 aufrecht. Schließen des zweiten Eingangs-/Ausgangsventils 11 und des Zuführungsventils 9 an dem Laserbehälter 2 und Öffnen des Abluftventils 18 an dem Wäscher 22 ermöglicht die Evakuierung des Laserbehälters 2 unter Verwendung der Pumpe 13 durch die erste Eingangs-/Ausgangsöffnung 6, das erste Eingangs-/Ausgangsventil 7 und den Reaktorbehälter 12. Der Laserbehälter 2 kann mit frischem Gas durch die ersten Eingangs-/Ausgangsöffnung 6 und das erste Eingangs-/Ausgangsventil 7 durch Schließen des Reaktoreingangsventils 14 und Öffnen des Zuführungsventils 9 und unter Verbinden der Zuführungsöffnung 8 mit geeigneten Lasergasversorgungsbehältern nachgefüllt werden. Gleiche Bezugszeichen in dieser Ausführungsform bezeichnen ähnliche Elemente mit ähnlichen Funktionen, wie die der vorherigen Ausführungsform.
In einer weiteren Ausführungsform des Systems, abgebildet in 3, wird in einem Excimer-Lasergerät 31 das Metallfluoridsalz passiv dem Lasergas ausgesetzt durch Platzieren eines Reaktorbehälters 32, welcher ein Metallfluoridsalz, wie hierin zuvor beschrieben wurde, innerhalb des Laserbehälters 2, einschließt, ausgesetzt. Diese Anordnung ist einfacher, weil keine separate Pumpe, zusätzliche Ventile oder Ventilsteuerungen oder externe Leitungsschleife 20 benötigt wird. In dieser Ausführungsform wird der Reaktorbehälter 32 in den Laserbehälter 2 zum Zeitpunkt der anfänglichen Montage geladen. Wenn der Reaktorbehälter 32 innerhalb des Laserbehälters 2 platziert wird, kann dieser innerhalb eines Filterkorbs 33, z. B. bestehend aus rostfreiem Stahl oder anderem kompatiblen Material, beinhaltet sein, um Staubkontamination der Laseroptiken mit Partikeln des Metallfluoridsalzes vorzubeugen und, um Gaszirkulation um das absorbierende Metallfluoridsalzmaterial herum zu ermöglichen. Die normale Gaszirkulation innerhalb eines Excimer-Behälters 2, welche für einen stabilen Betrieb der elektrischen Entladung des Lasers 31 benötigt wird, ist ausreichend, um eine adäquate HF-Absorptionsrate in dem Reaktorbehälter 32 zu gewährleisten.
Um die Regeneration des Reaktorbehälters 32 innerhalb des Laserbehälters 2 zu ermöglichen, kann der Laser 31 auch mit einem Erhitzer 17 ausgestattet werden. Während der Regeneration ist der Laser 31 ausgeschaltet und der Erhitzer 17 erhitzt den Reaktorbehälter 32 auf oberhalb einer Regenerationstemperatur, wie hierin zuvor definiert, zum Beispiel oberhalb 200°C, zwischen 200°C und 300°C und in einer bevorzugten Ausführungsform auf etwa 230°C, was ausreichend sein kann, um das Metallfluoridsalz in dem Reaktorbehälter 32 zu regenerieren.
In dieser Ausführungsform des Excimer-Lasers 31 gibt es keine unabhängige Pumpe, welche Lasergas durch den Reaktorbehälter 32 zirkuliert. Die Lasergase können in den Laserbehälter 2, wie hierin zuvor beschrieben, durch irgendeine Kombination der ersten Eingangs-/Ausgangsöffnung 6, des ersten Eingangs-/Ausgangsventils 7, des Zuführungsventils 9, der Zuführungsöffnung 8 und irgendeine geeignete Kombination von Lagerbehältern, zugeführt werden. Des Weiteren können die Lasergase aus dem Laserbehälter 2, wie hierin zuvor beschrieben, durch irgendeine Kombination der zweiten Eingangs-/Ausgangsöffnung 10, des zweiten Eingangs-/Ausgangsventils 11, des Abluftventils 18, des Wäschers 22 und der Abluftöffnung 25 evakuiert werden. Gleiche Bezugszeichen in dieser Ausführungsform bezeichnen ähnliche Elemente mit ähnlicher Funktion wie die der vorherigen Ausführungsformen.
4 bildet eine weitere Ausführungsform eines Excimer-Lasergeräts 41 mit einer internen Metallfluorisalz-Reaktorbehälter-42-Konfiguration, ab, welche ein Metallfluoridsalz, wie hierin zuvor beschrieben, einschließt. In dieser Ausführungsform ist der Reaktorbehälter 42 innerhalb und mindestens teilweise umgeben von einer Abdeckung 45 montiert, welche an einem Ende offen ist und eine Zirkulationsöffnung 46 auf einem anderen Ende davon, zum Beispiel gegenüber, einschließt. Die Zirkulationsöffnung 46 kann mit einem Zirkulationsrohr oder Leitung 47 verbunden sein, welches/welche wiederum mit einer Ausgangsöffnung 48 in dem Laserbehälter 2 verbunden sein kann oder direkt mit der Ausgangsöffnung 48 verbunden sein kann. Ein Zirkulationsventil 49, bereitgestellt an der Ausgangsöffnung 48, ermöglicht der Ausgangsöffnung 48 offen oder geschlossen zu sein.
Eine externe Pumpe 43 zieht das kontaminierte Lasergas durch die Abdeckung 45 und über den Reaktorbehälter 42 ab. Dann wird das filtrierte Lasergas aus der Zirkulationsöffnung 46, dem Zirkulationsrohr 47 (falls notwendig), der Ausgangsöffnung 48 und dem offenen Zirkulationsventil 49 zu der Pumpe 43 gesaugt, welche das filtrierte Gas in den Laserbehälter 2 durch das offene zweite Eingangs-/Ausgangsventil 11, die Eingangs-/Ausgangsöffnung 10 und andere geeignete Rohre und Fittings zurückgeführt. Die erste Eingangs-/Ausgangsöffnung 6 und das erste Eingangs-/Ausgangsventil 7 bleiben während des normalen Betriebs geschlossen, aber können verwendet werden, um Lasergase bereitzustellen, wie hierin zuvor beschrieben.
Die externe Pumpe 43 und die Abdeckung 45 sind besonders während der Regeneration des internen Reaktorbehälters 42 vorteilhaft, weil es verhindert, dass das desorbierte HF von irgendwo innerhalb des Laserbehälters 2 reabsorbiert wird.
Zur Regeneration des Reaktorbehälters 42 wird der Laser 41 abgeschaltet, wird das Metallfluoridsalz auf eine Regenerationstemperatur, zum Beispiel oberhalb 200°C, bevorzugt zwischen 200°C und 300°C und in einer bevorzugten Ausführungsform etwa 230°C oder darüber durch den Erhitzer 17 erhitzt. In dieser Konfiguration kann die tatsächliche Regenerationstemperatur signifikant niedriger als die ideale, aufgrund der Nähe zu anderen Laserkomponenten, welche solche erhöhten Temperaturen nicht tolerieren können, ist. In diesem Falle kann die tatsächliche Regenerationstemperatur auf etwa 150°C oder welche Temperatur auch immer ohne negative Beeinträchtigung anderer Laserkomponenten, verringert sein. Das zweite Eingangs-/Ausgangsventil 11 ist geschlossen und das Abluftventil 18 ist geöffnet, um dem desorbierten HF zu ermöglichen, aus dem Laserbehälter 2, durch irgendeine Kombination aus der Zirkulationsöffnung 46, dem Zirkulationsrohr 47 (falls nötig), der Ausgangsöffnung 48, dem Zirkulationsventil 49, der Pumpe 43, dem Abluftventil 18, dem Wäscher 22, der Abluftöffnung 25 und anderen geeigneten Rohren und Fittings gepumpt zu werden. Das Zuführungsventil 9 und das erste Eingangs-/Ausgangsventil 7 können während der Regeneration offen sein, um einen Fluss von Inertgas, zum Beispiel Helium, in den Laserbehälter 2 und durch den Reaktor 41 und aus dem Abluftventil 18 mit dem desorbierten HF zu ermöglichen. In dieser Variante bedeutet Regeneration des Reaktorbehälter 42 ebenfalls das Ersetzen des Lasergases, weil es nötig ist, das desorbierte HF aus dem Laserbehälter 2 zu pumpen.
Zusätzliche Reiniger in der gleichen externen Leitungsschleife 20 oder in unabhängigen Schleifen, wie zum Beispiel offenbart in US-Patent Nr. 8,929,419 können zu irgendwelchen oben genannten Ausführungsformen zugefügt werden, um Aufreinigung der Lasergase zu verbessern. Gleiche Bezugszeichen in dieser Ausführungsform bezeichnen ähnliche Elemente mit ähnlicher Funktion wie die der vorherigen Ausführungsformen.
Unter den Faktoren, welche die Auswahl der Metallfluoridsalze beeinflussen, sind die Folgenden: Wasserabsorption/-adsorption, HF-Absorptionskapazität, mechanische Stabilität der XF/HF-Verbindung, Kosten.
Natriumfluorid, zum Beispiel, reagiert mit HF: NaF + HF → NaHF₂, um Natriumbifluorid zu bilden. Reaktionen höherer Ordnung sind auch möglich: NaHF₂ + HF → NaHF₂·xHF, wobei x so viel wie 4 sein kann.
Ein Ausgleichsfaktor, welcher beachtet werden muss, wenn die Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 mit der richtigen Menge an Metallfluoridsalz dimensioniert werden, ist, dass bei sehr hohen Absorptionsleveln, wenn x wesentlich höher als 1 ist, sich die mechanische Struktur von NaF abbaut. Als ein Ergebnis können die Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 den Laser 1, 21, 31 oder 41 kontaminieren anstatt das Lasergas zu reinigen, so ist eine Überdimensionierung der Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 wünschenswert, um diesen Zustand zu vermeiden.
Ein Metallfluorid, welches stark hydratisiert ist, ist auch nicht wünschenswert, weil: XF·H₂O + F₂ → XF + 2HF + 1/2O₂
Ein sinnvolles Metallfluorid für die Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 kann erhältlich oder einfach herzustellen in einer im Wesentlichen nicht-hydratisierten Form, sein.
Das Level an HF-Kontamination, welches typischerweise in einem Excimer-Laser 1, 21, 31 oder 41 vorhanden ist, ist weniger als 500 ppmv. Für ein typisches Excimer-Gasvolumen von 100 l bei 5 bar stellt dieses Level der Kontamination 11 mmol HF dar, welches mit der einstufigen Reaktion durch nur 0,47 g NaF vollständig absorbiert werden könnte, wenn es einen geeigneten Oberflächenbereich hatte. Ein Absorptionsreaktor, welcher konzipiert ist das HF aus 100 Laserfüllungen zu eliminieren, würde nur 47 g oder mehr NaF zu beinhalten brauchen.
Eine bevorzugte Ausführungsform schließt etwa mindestens 100 g NaF ein, welches experimentell mindestens 165 mmol HF-Absorptionskapazität bereitstellt. Dieser Wert ist nur etwa 7% der theoretischen Menge und wird angenommen, um den verfügbaren Oberflächenbereich des Metallfluorids zu limitieren. Sehr feine Metallfluoridpartikel sind nicht wünschenswert, weil diese schwer einzudämmen sind, was zur Kontamination des Laserbehälters führt. Die bevorzugte Form des Metallfluorids ist als Pellets (typischerweise 1–10 mm im Durchmesser, bevorzugt etwa 3 mm) mit einer porösen Struktur, um einen größeren Oberflächenbereich zur Absorption von HF bereitzustellen. Übliche NaF-Pellets haben keine geeignete Porosität, um die theoretische Menge HF zu absorbieren. Der übliche Betrieb des Lasers ist fähig zur Generierung von 70 mmol HF über die Lebenszeit des Laserbehälters 2 zu führen. Tatsächliche HF-Generierung kann abhängig von Kontamination mit Wasser oder anderen wasserstoffhaltigen Molekülen, eingeführt in das Lasergas, durch Laserwartung oder aus Materialien innerhalb des Laserbehälters 2, höher sein. Der HF-Druck über einem NaF-Bett wird beobachtet < 5 Pa bei 25°C zu sein. Wenn der Laserbehälter 2 ersetzt oder erneuert wird kann der Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 ersetzt werden oder regeneriert werden durch Erhitzen, zum Beispiel auf über 100°C, bevorzugt zwischen etwa 200°C und 300°C und in einer bevorzugten Ausführungsform auf zwischen 220°C und 250°C, um das absorbierte HF auszutreiben. Erhitzen des Metallfluorids auf geringere Temperaturen, zum Beispiel weniger als 100°C, kann eine kleinere Fraktion absorbierten HF austreiben, was, obwohl keine vollständige Regeneration der HF-Absorptionskapazität des Reaktors bereitgestellt wird, dennoch etwas HF-Absorptionskapazität bereitstellen würde.
Erhitzen des Reaktorbehälters 12, 32 oder 42 auf verminderte Temperaturen ist nicht vollständig in der Entfernung des HF wirksam. Eine andere Arbeit zeigt, dass höhere Temperaturen, zum Beispiel 300°C bis 500°C mehr HF, schneller austreiben werden, aber diese erhöhten Temperaturen erschweren die Konstruktion, zum Beispiel Energiebedarf, des Reaktorbehälters 12, 32 oder 42.
Eine kleinere Menge Metallfluoridsalz, zum Beispiel etwa 10 g NaF, kann auch mit reduzierter Gesamt-HF-Absorptionskapazität verwendet werden und verlangsamt die HF-Entfernungsrate. Für Excimer-Laser mit einem kleinen Laserbehälter, zum Beispiel 10 Liter oder weniger, kann diese reduzierte Menge NaF geeignet sein. Für Laserbehälter 2, z. B. größer als 100 Liter, oder wenn das Eingangslasergas stärker kontaminiert ist, kann auch eine größere Menge Metallfluoridsalz, zum Beispiel NaF, verwendet werden.
Der Lasergasstrom durch den Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 kann 5 bis 10 Normliter pro Minute sein. Niedrigere Flussraten können ein Problem mit dem Beibehalten des praktikablen niedrigen HF-Levels innerhalb der Laserkammer haben und höhere Flussraten können übermäßige Energie verbrauchen, obwohl der Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 immer noch wie beabsichtigt funktionieren kann. Für einen wesentlich größeren Laser oder einen mit einer höheren HF-Generierungsrate ist zu beachten, dass ein höherer Fluss benötigt werden kann, um die geringstmöglichen HF-Level innerhalb des Lasers aufrechtzuerhalten.
Die Auswahl des Reaktorvolumens, d. h. die Menge an Metallfluoridsalz und die Flussrate durch den Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 können so ausgewählt sein, dass die potentielle Rate der HF-Absorption wesentlich höher als die Rate der HF-Produktion innerhalb des Lasers 1, 21, 31 oder 41 ist. Aber für einen Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 einer praktikablen Größe, kann die HF-Konzentration, welche den Reaktorbehälter verlässt, nicht bei dem äußerst niedrigen Level sein, wenn das Eingangsgas stark kontaminiert ist, zum Beispiel wenn eine signifikante Menge Feuchtigkeit, zum Beispiel 100 ppmv, in den Laser versehentlich eingeführt wird, bis das Gesamtvolumen des Lasergases mehrere Male durch den Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 zirkuliert wurde. Es wurde herausgefunden, dass die Absorption von HF durch das Metallfluoridsalz in einem einzelnen Durchgang bei einem Level von etwa 50% geeignet ist, für das wirksame Betreiben des Reaktorbehälters 12, 32 oder 42. Relativ größere Mengen Metallfluoridsalz werden das HF-Level schneller reduzieren, aber das äußerste Level wird unverändert sein, bis der Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 gesättigt ist. Ähnlich wird eine kleinere Menge Metallfluoridsalz immer noch das HF-Level innerhalb des Lasers 1, 21, 32 oder 41 reduzieren, wenn auch in einer langsameren Rate. Eventuell, wenn die Menge Metallfluoridsalz zu klein für den Laser 1, 21, 31 oder 41 ist, werden die HF-Level innerhalb des Lasers nicht auf das äußerste Level, bestimmt durch den Dampfdruck über dem Metallfluoridsalz, fallen.
Vor Betreiben des Reaktorbehälters 12, 32 oder 42 kann es nötig sein, das Metallfluoridsalz auf die Regenerationstemperatur zu erhitzen, um jedes absorbierte Wasser oder HF auszutreiben. Alternativ kann Natriumbifluorid (NaHF₂) als eine NaF-Quelle in dem Reaktorbehälter 12, 32 oder 42 verwendet werden, in welchem Falle die funktionelle Leistung des Metallfluoridsalzes erheblich verbessert wird, wenn das Natriumbifluorid erst erhitzt wird, um das absorbierte HF auszutreiben. Das HF auszutreiben resultiert darüber hinaus in dem Metallfluoridsalz, welches eine porösere Mikrostruktur mit besseren Absorptionseigenschaften hat.
Die vorhergehende Beschreibung von einer oder mehreren Ausführungsform(en) der Erfindung wurde gezeigt mit den Absichten der Veranschaulichung und Beschreibung. Es ist nicht beabsichtigt erschöpfend zu sein oder auf die präzise, offenbarte Form der Erfindung beschränkend zu sein. Viele Modifikationen und Variationen sind im Lichte der oben genannten Lehre möglich. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung nicht durch diese detaillierte Beschreibung begrenzt wird, sondern eher durch die hierzu beigefügten Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8929419 [0008, 0034]

Claims

Excimer-Lasersystem, umfassend: einen Laserbehälter zur Lichtgenerierung aus Lasergasen, welche ein Edelgas und Fluorgas umfassen, wobei ein Teil des Fluorgases mit Wasserstoff in dem Laserbehälter reagiert, um Fluorwasserstoff (HF) zu bilden, was zu kontaminierten Lasergasen führt; eine optische Ausgangsöffnung zum Auslassen des Lichts; und einen Reaktor, welcher eine Metallhalogenidsalzquelle, die fähig ist HF zu absorbieren, zur Absorption von HF aus den kontaminierten Lasergasen umfasst, wobei filtrierte Lasergase gebildet werden.
System gemäß Anspruch 1, wobei der Reaktor in dem Laserbehälter montiert ist; und, welcher ferner einen Filterkorb zum Aufnehmen des Metallfluoridsalzes umfasst, um einer Kontamination der optischen Ausgangsöffnung mit Partikeln des Metallfluoridsalzes vorzubeugen.
System gemäß Anspruch 1, wobei der Reaktor in den Laserbehälter montiert ist; und ferner umfassend: eine Abdeckung, welche zumindest teilweise den Reaktor umschließt, welche ein offenes Ende zum Aufnehmen der kontaminierten Lasergase und eine Abdeckungsausgangsöffnung zum Auslassen der filtrierten Lasergase einschließt; eine Gasausgangsöffnung, gekoppelt an die Abdeckungsausgangsöffnung zum Auslassen der filtrierten Lasergase aus dem Laserbehälter; und eine Gaseingangsöffnung zur Rückführung der filtrierten Lasergase zu dem Laserbehälter.
System gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, welches ferner einen Erhitzer zum Erhitzen des Reaktors auf oberhalb einer Regenerationstemperatur zur Regenerierung des Metallfluoridsalzes und zum Austreiben von absorbierten HF umfasst.
System gemäß Anspruch 4, ferner umfassend: eine Zuführungsöffnung zum Einlassen eines Inertgases in den Laserbehälter; und eine Abluftöffnung zum Auslassen des Inertgases und ausgetriebenen HF aus dem Metallfluoridsalz.
System gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: eine Gasausgangsöffnung zum Auslassen der kontaminierten Lasergase aus dem Laserbehälter; eine Gaseingangsöffnung zum Rückführen der filtrierten Lasergase zu dem Laserbehälter; eine Pumpe zum Abziehen der kontaminierten Lasergase von der Ausgangsöffnung durch eine Leitungsschleife, und zum Pumpen der filtrierten Lasergase zurück durch die Gaseingangsöffnung; wobei der Reaktor in der Leitungsschleife zwischen der Gasausgangsöffnung und der Gaseingangsöffnung angeordnet ist.
System gemäß Anspruch 6, welches ferner einen Filter zum Entfernen von Staubpartikeln aus den Lasergasen in der Leitungsschleife umfasst.
System gemäß Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend: einen Erhitzer zum Erhitzen des Reaktors auf oberhalb einer Regenerationstemperatur zur Regenerierung des Metallfluoridsalzes und zum Freisetzen von absorbierten HF; erste und zweite Eingangs-/Ausgangsventile zum Schließen der jeweiligen Gaseingangsöffnungen und Gasausgangsöffnungen; eine Zuführungsöffnung, welche eine Zuführung eines Inertgases ermöglicht, welches zu dem Reaktor weitergeleitet wird; und eine Abluftöffnung zum Ablassen des aus dem Metallfluoridsalz freigesetzten HFs.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Metallhalogenidsalz ein Metallfluoridsalz umfasst, wie z. B. Natriumfluorid.
Verfahren zum Betreiben eines Excimer-Lasers, umfassend: a) Lichterzeugung in einer Laserkammer durch Lasergase, welche ein Edelgas und ein Fluorgas umfassen, wobei ein Teil des Fluorgases Fluorwasserstoff (HF) bildet, welches zu kontaminierten Lasergas führt; und b) Leiten des kontaminierten Lasergases über einen Reaktor, welcher eine Zuführung eines Metallhalogenidsalzes, welches fähig ist HF zu absorbieren, zum Absorbieren von HF aus den kontaminierten Lasergasen einschließt, wobei filtrierte Lasergase gebildet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei Schritt b) umfasst: Einschließen des Reaktors in eine Abdeckung, welche ein offenes Ende zum Aufnehmen der kontaminierten Lasergase, und eine Abdeckungsausgangsöffnung zum Auslassen der filtrierten Lasergase einschließt; Auslassen der filtrierten Lasergase aus dem Laserbehälter durch die Abdeckungsausgangsöffnung; und Zurückführen der filtrierten Lasergase zu dem Laserbehälter.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, welches ferner Erhitzen des Reaktors auf oberhalb einer Regenerationstemperatur zum Regenerieren des Metallhalogenidsalzes und Freisetzen von absorbierten HF aus dem Metallhalogenidsalz, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, ferner umfassend: Einlassen eines Inertgases in den Laserbehälter; und Auslassen des Inertgases und von ausgetriebenem HF aus dem Metallhalogenidsalz durch die Abdeckungsausgangsöffnung zu einer Abluftöffnung.
Verfahren gemäß Anspruch 10, ferner umfassend: Auslassen der kontaminierten Lasergase aus dem Laserbehälter durch eine Ausgangsöffnung; Abziehen der kontaminierten Lasergase aus der Ausgangsöffnung durch eine Leitungsschleife, welche den Reaktor einschließt; und Zurückführen der filtrierten Lasergase zu dem Laserbehälter durch eine Eingangsöffnung.
Verfahren gemäß Anspruch 14, ferner umfassend: Isolieren der Leitungsschleife von dem Reaktor; Erhitzen des Reaktors auf oberhalb einer Regenerationstemperatur, um HF aus dem Metallfluoridsalz freizusetzen; Leiten eines Inertgases über das Metallhalogenidsalz, um das HF aus dem Reaktor zu entfernen; und Auslassen des Inertgases und HF, freigesetzt aus dem Metallhalogenidsalz, durch eine Abluftöffnung.