DE19618119A1 - Verfahren zum Regeln der Energie von Strahlungspulsen eines Excimerlasers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Energie von Strahlungspulsen, die von einem Excimerlaser abgegeben werden, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus der JP-4-87388 (A) (Patents Abstracts of Japan) bekannt. Dort wird die Energie der Strahlungspulse eines Excimerlasers dadurch konstant gehalten, daß die Hochspan­ nung an den Gasentladungselektroden des Lasers bei Abfall der Pulsenergie erhöht wird. Übersteigt die Hochspannung einen Grenz­ wert, so wird frisches Halogen in die Gasentladungskammer des Lasers eingeführt.

Excimerlaser sind Gasentladungslaser und geben Strahlungspulse im ultravioletten Bereich elektromagnetischer Strahlung ab. Das Gas, in dem die Gasentladung gezündet wird, enthält ein Halogen (z. B. F₂), allgemeiner einen sogenannten Halogen-Donator (z. B. HCl). Im folgenden wird unter "Halogen" umfassend sowohl das Halogen als solches (z. B. F₂) als auch ein Halogen-Donator ver­ standen, also ein Molekül, das in der Gasentladung ein Halogen- Atom für die Bildung des angeregten Edelgashalogenids ("Exciplex") bereitstellt.

Das Gasgemisch des Excimerlasers enthält in der Regel nur einen sehr geringen Halogenanteil, typischerweise weit weniger als 1%. Den Hauptanteil des Gasgemisches stellt das inerte Edelgas, typischerweise etwa 3 bar Helium oder Neon. Eine weitere Komponente des Gasgemisches ist das sogenannte aktive Edelgas, typischerweise z. B. 200 mbar Argon, Krypton oder Xenon. Daneben ist der Halogen­ anteil typischerweise noch geringer, nämlich im Bereich von 3 bis 5 mbar Partialdruck bei ca. 3 bar Gesamtdruck (z. B. Ne).

Ein wesentliches Problem der Excimerlaser des Standes der Technik ist die Stabilität der Energie der Laserpulse, d. h. die Konstanz der Energie der Strahlung von Puls zu Puls. Bei einer Vielzahl von Anwendungen von Excimerlasern für wissenschaftliche, medizini­ sche oder industrielle Zwecke ist eine hohe Konstanz der Energie der Strahlungspulse gefordert, und zwar eine Konstanz sowohl über kurze Zeitspannen als auch über lange Zeitspannen. Kurze Zeitspannen in diesem Sinne wären etwa Zeitdauern von Bruchteilen von Sekunden bis in den Minutenbereich, während eine Langzeitsta­ bilität der Pulsenergien im Stundenbereich oder auch noch länger gegeben sein muß.

Es ist bekannt, daß die Energie der vom Excimerlaser abgegebenen Strahlungspulse unter anderem abhängt von der Gaszusammensetzung und auch elektrischen Parametern des Lasers, wie insbesondere der Hochspannung zwischen den Elektroden der Gasentladung. Auch über die sogenannte Vorionisierung kann die Energie der Strahlungs­ pulse beeinflußt werden, z. B. über die bei der Vorionisierung angelegte Spannung und die Zeitsteuerung der Vorionisierung.

Sehr empfindlich ist die Energie der vom Excimerlaser abgegebenen Strahlungspulse abhängig von der Halogen-Konzentration (Partial­ druck) im Gasgemisch. Probleme hinsichtlich der Konstanthaltung der Konzentration des Halogens ergeben sich besonders daraus, daß Halogen beim Laserbetrieb "verbraucht" wird. Es ist deshalb im Stand der Technik bekannt, dem Lasergas während des Laserbe­ triebs immer wieder frisches Halogen zuzuführen, um die Konzentra­ tion möglichst konstant zu halten, vgl. DE-A-42 06 803.7.

Denkbar wäre eine Messung des Halogen-Partialdruckes des Excimer­ laser-Gasgemisches, jedoch haben sich derzeit bekannte Sensoren, insbesondere für F₂, als für diesen Zweck nicht geeignet erwiesen. Ein Problem stellen insbesondere auch die starken Verunreinigungen dar, die während des Laserbetriebes im Gas gebildet werden.

In der WO 91/18433 wird vorgeschlagen, den Halogen-Partialdruck direkt dadurch einzustellen, daß die Temperatur einer thermi­ schen Halogenquelle auf einen bestimmten Wert eingestellt wird. Solche thermischen Halogenquellen sind für Fluor zum Beispiel Fluor-Nickel-Verbindungen und für Chlorwasserstoff (HCl) bei­ spielsweise entsprechend mit Halogen beladene Zeolite. Bekannt sind derartige thermische Halogenquellen als sogenannte Asprey- Quellen (vgl. US-PS 3,989,808).

Ein Nachteil der Steuerung des Halogen-Partialdruckes in der Laserkammer allein über eine Steuerung der Temperatur der Halo­ genquelle (gemäß WO 91/18433) liegt darin, daß eine derartige Regelung eine extrem große Trägheit aufweist. Auch kann es beim Anheizen solcher Halogenquellen zur Erzeugung großer Gasmengen kommen (sogenannter "F₂-Overshot"). Die Entfernung von "zuviel" Halogen aus dem Lasergas mittels einer Absenkung der Temperatur der Halogenquelle erfolgt viel zu langsam, um auf schnelle Schwankungen der Laserausgangsenergie zu reagieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst wenig aufwendigen Mitteln die Energie von Strahlungsimpulsen, die von einem Excimerlaser abgegeben werden, sowohl über kurze als auch über lange Zeitspannen stabil zu halten.

Die Erfindung sieht zur Lösung dieses Problems bei einem Exci­ merlaser, an dessen Gasentladungskammer eine Halogenquelle ange­ schlossen ist, zumindest die folgenden Schritte vor:

• - Messen der Ist-Werte der Energien der Strahlungspulse und Vergleich der Ist-Werte mit einem Soll-Wert,
• - Ändern des elektrischen und/oder optischen Parameters dann, wenn die Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert größer ist als ein erster minimaler Schwellenwert, wobei für die Änderung des elektrischen oder optischen Parame­ ters gegenüber einem Vergleichswert eine obere Grenze vor­ gegeben wird, und wobei
• - dann, wenn die Änderung des elektrischen Parameters pro Zeiteinheit einen vorgegebenen Schwellenwert überschrei­ tet, die Halogenabgabe der Halogenquelle erhöht wird und dann, wenn die Änderung des elektrischen oder optischen Parameters pro Zeiteinheit einen vorgegebenen anderen Schwellenwert unterschreitet, die Halogenabgabe verringert oder die Halogenquelle auf Halogenaufnahme eingestellt wird.

Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, daß die Energie der Strahlungspulse mit geringen Schwankungen auf einen stabilen Wert geregelt werden kann, wenn die Änderung des elektrischen oder optischen Regelparameters pro Zeiteinheit als entscheidende Größe herangezogen wird. Bevorzugt ist der elek­ trische Parameter die an den Elektroden des Lasers angelegte Hochspannung für die Gasentladung. Die Änderung dieser Hochspan­ nung pro Zeiteinheit ist also der Gradient (die Steigung) einer Kurve, gemäß der die Hochspannung als Funktion der Zeit verläuft.

Mathematisch ausgedrückt, wird gemäß der Erfindung die erste Ableitung des elektrischen oder optischen Parameters über der Zeit als Kriterium dafür verwendet, ob und wie mittels der Halo­ genquelle eine Änderung der Halogenkonzentration in der Gasent­ ladungskammer durchgeführt wird. Hierdurch wird erreicht, daß die Regelung der Energie der Strahlungspulse mit nur sehr gerin­ gen Abweichungen vom Soll-Wert durchgeführt werden kann, also der sogenannte Regelhub relativ klein ist. Der Gradient (die Steigung) der Hochspannung hat sich als geeigneter als der Abso­ lutwert der Hochspannung erwiesen. Der Gradient zeigt sehr früh­ zeitig an, in welchen Zustand sich der Laser bewegt und er er­ möglicht deshalb ein frühzeitiges Eingreifen durch Änderung der Halogenzufuhr bei Regelungsbedarf.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß der elektrische Parameter die Hochspannung zwi­ schen den Gasentladungselektroden des Excimerlasers ist. Alter­ nativ könnte auch die Energie der Vorionisierung der Gasentla­ dung als elektrischer Parameter zur Regelung der Pulsenergie herangezogen werden. Anstelle des elektrischen Parameters kann auch ein optischer Parameter zur Änderung der Energie der Strah­ lungspulse geändert werden, zum Beispiel kann eine optische Filtereinheit so in den Strahlengang im Resonator geschoben werden, daß je nach der Stellung die Energie der Strahlungspul­ se geändert wird. Auch können Spiegelstellungen oder derglei­ chen in diesem Sinne als "optischer Parameter" verstanden wer­ den.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Halogenabgabe bzw. Halogenaufnahme der Halogenquelle durch deren Temperatur einstellbar ist.

Alternativ zu dieser bevorzugten Variante wäre es auch möglich, als Halogenquelle eine nicht thermisch, sondern anders gesteuer­ te Halogenzufuhr vorzusehen, z. B. eine ventilgesteuerte Zufuhr aus einem Halogenreservoir.

Die bevorzugt vorgesehene Halogenquelle weist eine Substanz auf, die in Abhängigkeit von ihrer Temperatur gemäß einem phy­ sikalischen oder chemischen Gleichgewicht einen Halogen-Par­ tialdruck erzeugt. Solche Substanzen sind beispielsweise aus der obengenannten US-PS 3,989,808 bekannt. Mit solchen Halogen­ quellen kann reines, unverdünntes Fluor (F₂) mit Reinheiten von 99,98% und besser erzeugt werden.

Einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei solchen thermisch ge­ steuerten Halogenquellen, bei denen eine Substanz (z. B. ein Festkörper) in Abhängigkeit von seiner Temperatur das Halogen (z. B. F₂) abgibt, Probleme überwunden werden müssen.

Zum Beispiel hängt die Halogenabgabe einer solchen Quelle stark vom Halogeninhalt der Quelle ab. Der tatsächlich gegebene Par­ tialdruck des Halogens ist somit nicht eine eindeutige Funktion der momentanen Temperatur der Halogen liefernden Substanz, son­ dern auch eine Funktion des momentanen Halogeninhaltes der Sub­ stanz (Ladung mit Halogen). Entsprechendes gilt auch für die Halogenaufnahme, d. h. die Absorption von Halogen durch die Halogenquelle. Wird die Temperatur der Halogenquelle (der oben­ genannten Substanz) gesenkt, dann ändert sich der im Gleichge­ wichtszustand gegebene Partialdruck des Halogens im Gasraum, jedoch ist auch die Halogenaufnahme nicht allein temperaturab­ hängig, sondern wird auch vom Halogeninhalt der Halogenquelle beeinflußt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, daß für die Substanz der Halogenquelle vorab ihre Halogenabgabe bzw. ihr Halogen-Partialdruck in Abhängigkeit von ihrem Halogeninhalt und ihrer Temperatur ermittelt wird und daß die Temperatur der Substanz beim Regeln der Energie der Strah­ lungspulse entsprechend dem aktuellen Halogeninhalt eingestellt wird. Der aktuelle Halogeninhalt wird im Rechner aufgrund der Benutzung ("Geschichte") der Halogenquelle auf Basis empi­ rischer Daten festgestellt.

Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung werden also die Heiz­ temperaturen für die Halogenquelle so auf die noch vorhandene Halogen-Kapazität der Substanz (ihren Halogeninhalt) abge­ stimmt, daß zum einen das Halogen (F₂) in möglichst kurzer Zeit in die Laserkammer eingeführt wird und zum anderen aber auch keine übergroße Menge an Halogen aufgrund der Wärmekapazität der Substanz und seiner Ummantelung entsteht (sogenannter F₂- Overshot).

Des weiteren liegt der Erfindung auch die Erkenntnis zugrunde, daß die Energie der Strahlungspulse besonders dann auf einem stabilen Wert gehalten werden kann, wenn für die Änderung der Hochspannung (HV) (zwischen den Gasentladungselektroden) rela­ tiv enge Grenzen gesetzt werden, also die Hochspannung bei Ab­ fall der Energie nicht auf maximal mögliche Werte erhöht wird. Liegt beispielsweise die Hochspannung der Gasentladung bei etwa 20 kV, dann wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung für die Änderung der Hochspannung ein relativ enger Rahmen gesetzt von ± 1,0 kV, bevorzugt ± 0,6 kV, besonders be­ vorzugt ± 0,3 kV. Diese Begrenzung der Variation der Hochspan­ nung bei der Regelung der Energie der Strahlungspulse fördert eine hohe Pulsstabilität und auch ein konstantes Strahlprofil. Neben der Pulsenergie sind nämlich auch die Pulsstabilität (der zeitliche Verlauf des Pulses) und das Strahlprofil (die räum­ liche Verteilung der Intensität des Pulses) wichtige Qualitäts­ merkmale für den Excimerlaser.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Halogenquelle kontinuierlich derart an die Gasentladungskammer des Lasers angeschlossen ist, daß in einem Kreislauf während des Laserbetriebs Gas zwischen der Gasentla­ dungskammer und der Halogenquelle strömt, ohne daß Ventile oder dergleichen an- und ausgeschaltet werden. Es herrscht dann in der Halogenquelle der gleiche Gasdruck und im wesentlichen die gleiche Gaszusammensetzung (abgesehen von eventuell einem Halo­ gengradienten) wie in der Gasentladungskammer des Lasers. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß Änderungen der Gaszusam­ mensetzung durch Ventilbewegungen während der Regelung der Strahlungsenergie zu unerwünschten Störungen bei der Einstel­ lung der Hochspannung führen können. Es wird also ein ununter­ brochener Gasstrom zwischen Halogenquelle und Gasentladungs­ kammer aufrechterhalten, und zwar auch dann, wenn kein frisches Halogen erforderlich ist. Es herrscht ein stationärer Gasstrom in einem Kreislauf, der die Halogenquelle und die Gasentladungs­ kammer enthält. Sobald frisches Halogen in die Gasentladungs­ kammer aus der Halogenquelle überführt werden soll, wird nur die Temperatur der Halogenquelle erhöht. Es brauchen keine Ven­ tile geschaltet zu werden.

Die kontinuierliche Gasströmung zwischen Gasentladungskammer und dem Innenraum der Halogenquelle kann durch eine eigene Pum­ pe bewirkt werden. Es ist auch möglich, ein in der Gasentla­ dungskammer üblicherweise sowieso vorhandenes Gebläse zu ver­ wenden, um den genannten Gas-Kreislauf mit hinreichender Strö­ mungsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Das Gebläse erzeugt in der Gasentladungskammer üblicherweise einen geringen Druckgra­ dienten. Dann genügt es, eine Verbindungsleitung von der Gas­ entladungskammer zur Halogenquelle an einer Stelle in die Gas­ entladungskammer münden zu lassen, in der ein höherer Druck herrscht als an derjenigen Stelle, an der eine weitere Verbin­ dung des Kreislaufes in die Gasentladungskammer mündet.

Die Erfindung ermöglicht, daß die Energie der Strahlungspulse eines Excimerlasers unter Auffrischung des Halogenantells in der Gasentladungskammer konstant gehalten werden kann, ohne daß Schwankungen des Gesamtdruckes in der Gasentladungskammer auf­ treten. Wird gemäß dem Stand der Technik Halogen (F₂) in Helium oder Neon verdünnt (ca. 1% bis 10% F₂-Anteil) verwendet, dann erhöht sich bei einer Halogeninjektion in die Gasentladungskam­ mer auch der Partialdruck von Helium oder Neon. Unverdünntes Fluor in Druckgasflaschen kann aus Sicherheitsgründen im allge­ meinen nicht verwendet werden. Die Verwendung von in Edelgas verdünntem Halogen hat Einfluß auf das Strahlprofil und auch auf die Hochspannung an den Gasentladungselektroden, da der höhere Druck auch die Effizienz des Laserprozesses beeinflußt. Die Erfindung vermeidet diese Probleme durch Konstanthaltung des Gesamtdruckes in der Gasentladungskammer und der Partial­ drucke. Die erfindungsgemäß vorgesehenen relativ engen Grenzen für die Variation der Hochspannung (z. B. ± 0 3 kV) hat den Vor­ teil, daß bei der Energieregelung das Strahlprofil ebenfalls weitgehend konstant bleibt. Würde nämlich die Hochspannung über größere Bereiche variiert, so träten unerwünscht große Ände­ rungen des Strahlprofils auf. Es hat sich gezeigt, daß bei Er­ höhung der Hochspannung zwischen den Elektroden von beispiels­ weise 16 kV auf 20 kV eine Verbreiterung des Strahlprofils um etwa 20% auftreten kann. Die Erfindung verhindert dies.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Excimerlasers mit einer Gasversorgung, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Excimerlasers mit weiteren Einzelheiten;

Fig. 3 und 4 typische gemessene Ergebnisse bei einer erfindungsgemäßen Regelung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch die Laserröhre 10 eines Excimer­ lasers, bei dem die Energie der abgegebenen Strahlungspulse 12 auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt werden soll. Die La­ serröhre 10 enthält ein als solches bekanntes Gasgemisch, beim beschriebenen Ausführungsbeispiel z. B. 0,1% F₂ in Ne bei 3 bar Absolutdruck und ein aktives Edelgas, z. B. Argon. Verbrauchtes F₂ wird in noch zu beschreibender Weise ersetzt.

Die vom Laser abgegebenen Strahlungspulse 12 passieren einen teildurchlässigen Spiegel 14, der einen sehr geringen Anteil 16 der Strahlung reflektiert und den Rest durchläßt. Der für Meß­ zwecke entnommene Strahlungsanteil 16 wird auf einen Energiesen­ sor 18 gerichtet, um die Energie einzelner Strahlungspulse zu messen. Energiesensoren 18 sind als solche dem Fachmann bekannt.

Über eine Leitung wird das Meßergebnis zu einer elektronischen Regeleinheit 20 übertragen.

Die elektronische Regeleinheit 20 (z. B. ein PC mit geeigneter Software) wertet die über die Leitung empfangenen Meßsignale aus und steuert die Halogenzufuhr bzw. Halogenentnahme in bzw. aus der Laserröhre 10 und/oder die Hochspannung HV zwischen den Entladungselektroden der Laserröhre 10.

Die Fluorquelle 22 ist über Leitungen 24, 26 in einem Kreislauf mit der Laserröhre 10 verbunden. Ein Teil des Gasstromes, der mittels eines Umwälzlüfters in der Laserröhre 10 intern umge­ wälzt wird, wird über die Leitung 26 zur F₂-Quelle geführt und durchströmt diese oder auch einen mit der F₂-Quelle verbundenen sogenannten Vorlagebehälter (nicht gezeigt). In als solches bekannter Weise (s. o.) wird mittels der Regeleinheit 20 die Temperatur der F₂-Quelle eingestellt und entsprechend F₂ über die Leitung 24 in die Laserröhre 10 geführt. Bei Temperaturer­ höhung wird das Gleichgewicht der Fluorabgabe und Fluorabsorp­ tion so verschoben, daß über die Leitung 24 mehr F₂ in die La­ serröhre 10 strömt als über die Leitung 26 aus der Laserröhre 10 entnommen wird, während bei einer Temperatursenkung umge­ kehrt über die Leitung 24 Gas in die Laserröhre 10 gelangt, dessen F₂-Anteil geringer ist als im Gas, das über die Leitung 26 von der Laserröhre 10 zur F₂-Quelle 22 strömt.

Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann auch die Halogenquelle direkt (ohne den zuvor beschriebe­ nen Kreislauf) an die Laserröhre 10 angeschlossen werden. Aller­ dings hat sich gezeigt, daß der in der Figur dargestellte Kreis­ lauf einen störungsfreien Gasaustausch mit der Laserröhre ge­ währleistet.

Fig. 2 zeigt ein Excimerlasersystem mit weiteren Einzelheiten, insbesondere Ventilen für die Halogenquelle. In den Figuren sind einander entsprechende oder funktionsähnliche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Gemäß Fig. 2 enthält die Halogenquelle 22 einen Behälter 30, in dem eine Substanz angeordnet ist, die je nach ihrer Temperatur einen bestimmten Partialdruck F₂ erzeugt (US-PS 3,989,808). Eine Leitung führt vom Behälter 30 zu einem Ventil 32, von wo eine weitere Leitung 34 zu einem sogenannten Akkumulator 36 führt, in dem F₂ enthaltendes Gas speicherbar ist. Die Strö­ mungsrichtung des Gases ist durch Pfeile angezeigt. Die Leitung führt zu einem Partikelfilter 40 und einer Pumpe (beispiels­ weise eine Membranpumpe) 42 und von dort zu einem Strömungs­ messer 44. Über ein weiteres Ventil 46 strömt das gegebenen­ falls F₂ enthaltende Gas zur Laserkammer 10. Die Rückströmung aus der Laserkammer 10 erfolgt über ein Ventil 48 in den Akku­ mulator 36 der Halogenquelle 22. Im Fehlerfall schließt das Ventil 32. Dadurch wird der Laser vor einem zu hohen Halogen­ partialdruck geschützt. Die in Fig. 2 gezeigten Ventile sind bei Normalbetrieb des Lasers so geöffnet, daß eine kontinuier­ liche Gasströmung (gefördert durch die Pumpe 42) stattfindet.

Die Ventile sind nur vorgesehen, um bei Austausch- oder War­ tungsarbeiten die einzelnen Komponenten abklemmen zu können. Aufgrund der offenen Strömungsverbindung herrscht im Behälter 30 der Halogenquelle 22 im wesentlichen der gleiche Gasdruck wie in der Gasentladungskammer 10 des Lasers, also zum Beispiel etwa 3 Bar Absolutdruck.

Die F₂-Erzeugungsrate der im Behälter 30 vorgesehenen Substanz- Fluorquelle unter den gegebenen Druckbedingungen ist als Funk­ tion der Temperatur der Substanz und in Abhängigkeit von dem noch in der Substanz vorhandenen gebundenen Fluor bekannt. Diese Abhängigkeit wird für ein gegebenes System experimentell ermittelt. Die nachfolgende Tabelle zeigt für eine typische F₂-Quelle der obengenannten Art den Zusammenhang zwischen dem Halogeninhalt des Festkörpers (also seinem F₂-Gehalt) und der erforderlichen Temperatur, um einen bestimmten Partialdruck zu erzeugen. Ganz allgemein gilt, daß bei hohem Halogeninhalt des Festkörpers eine geringere Temperatur erforderlich ist, um ei­ nen bestimmten Partialdruck und eine bestimmte F₂-Erzeugungs­ rate zu erreichen.

Halogeninhalt (%)
Temperatur (°C)
100 - 81
295
80 - 61	305
60 - 41	324
40 - 31	351
30 - 21	390
20 - 1	460

Diese Tabelle zeigt also an, welche Temperatur in der Halogen­ quelle (Behälter 30 gemäß Fig. 2) erzeugt werden muß, um eine bestimmte gewünschte F₂-Erzeugung in der Halogenquelle zu erhal­ ten, und zwar in Abhängigkeit von dem jeweiligen Halogeninhalt der Quelle, also dem noch darin gebundenen Restfluor. Die Ta­ belle zeigt, daß zum Beispiel bei einem Halogeninhalt von 70% der Festkörper auf eine Temperatur von 305°C gebracht werden muß, um eine gewünschte optimale F₂-Erzeugung zu erhalten, beim er­ läuterten Ausführungsbeispiel erzeugt die Halogenquelle bei dieser Temperatur zum Beispiel ca. 10 mbar · l/h an F₂. Dieses frisch freigesetzte Fluor wird mit dem kontinuierlich strömen­ den Gasstrom (Fig. 1: Leitung 24; Fig. 2: Leitung 34) zur Gas­ entladungskammer 10 des Lasers gefördert, ohne daß erhebliche Schwankungen des Gesamtdruckes in der Gasentladungskammer auf­ treten. Es wird nur der (relativ kleine) Partialdruck des Halo­ gens erhöht. Das Anheizen der Halogenquelle 22 erfolgt dann, wenn beim Regeln der Energie der einzelnen Strahlungspulse 12 mittels der Hochspannung (HV) ein bestimmter Grenzwert erreicht ist, z. B. bei einer Ausgangsspannung HV von 20 kV wird ein Schwellenwert von 0,3 kV für die Erhöhung der Hochspannung vor­ gegeben, d. h. die Hochspannung soll nicht über 20,3 kV anstei­ gen. Ist dieses Hochspannungsniveau (20,3 kV beim Beispiel) erreicht, so wird die Halogenquelle (Behälter 30) auf z. B. 324°C aufgeheizt. Der Rechner 20 des Systems weiß aufgrund der "Vorgeschichte" der Halogenquelle, daß ihr Halogeninhalt im Be­ reich von z. B. 49% bis 72% liegt. Deshalb die genannten 324°C gemäß der obenstehenden Tabelle. F₂ entsteht und wird über den beschriebenen Gaskreislauf mit dem Gasstrom in die Gasentla­ dungskammer gefördert. Dadurch steigt die Energie der Strah­ lungspulse wieder an und der Rechner 20 senkt die Hochspannung HV. Daraufhin wird das Heizen der Halogenquelle gestoppt, bis die Hochspannung wieder steigt, wie beschrieben.

Die Steigung der Hochspannung HV in z. B. kV pro Minute (Zeit­ einheit) bestimmt das Anheizen der Halogenquelle 22. Der Rech­ ner 20 ermittelt also die Steigung (Gradient; erste Ableitung über der Zeit) der gemittelten Regelspannung HV und stellt fest, ob diese Steigung über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Beispielsweise kann der Schwellenwert auf 10 Volt/Minute eingestellt werden. Steigt dann bei der Regelung der Strahlungs­ energie die Hochspannung um mehr als 10 Volt/Minute, so wird die Halogenquelle auf die genannte Solltemperatur (z. B. 305°C bei 90% Halogeninhalt des Festkörpers) geheizt. Das entstehende Fluor gelangt in den Gasraum der Quelle, der in der beschriebe­ nen Weise direkt im Gas-Kreislauf mit der Gasentladungskammer 10 des Lasers verbunden ist. Hierdurch wird die Energie der Strahlungspulse erhöht und entsprechend fällt der Hochspan­ nungsanstieg ab oder kommt zum Stillstand. Auch hierfür wird ein Schwellenwert vorgegeben. Bei einem Gradienten der Hoch­ spannung geringer als zum Beispiel 2 Volt/Minute wird die Hei­ zung der Halogenquelle wieder abgeschaltet. Der Gasstrom selbst bleibt jedoch, wie beschrieben, stets aufrecht.

Die beiden vorstehend genannten Grenzwerte von 10 Volt/Minute und 2 Volt/Minute für die Hochspannungsänderung sind beispiel­ haft und hängen vom Lasertyp und den Bedingungen ab. Es kommen allgemein z. B. obere Grenzwerte von 1 bis 100 Volt/Minute und untere Grenzwerte von 0,1 bis 10 Volt/Minute in Betracht.

In Abwandlung der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungs­ beispiele von Lasersystemen, mit denen die Erfindung bevorzugt verwirklicht wird, ist es auch möglich, die Halogenquelle sehr nahe (nur einige zehn Zentimeter oder weniger) an der Gasentla­ dungskammer 10 anzuordnen und durch Leitungen mit ihr zu ver­ binden. In diesem Falle reicht die Konvektion und Diffusion im Gas aus, um das Halogen (F₂) in hinreichend kurzer Zeit in die Gasentladungskammer 10 zu fördern (die Halogenquelle hat ca. 300°C Temperatur und das Lasergas ca. 40°C).

Fig. 3 zeigt zeitlich hochaufgelöst Ergebnisse, die mit der vorstehend anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Energierege­ lung bei einem KrF-Excimerlaser erzielt wurden, dessen Energie auf 35 W stabilisiert wurde. Der maximale Spannungshub beträgt bei diesem Beispiel 0,7 kV in zehn Minuten (also ± 350 V in zehn Minuten). Es wird also für den maximal zulässigen Span­ nungshub, bei dem noch kein frisches F₂ erzeugt wird, auch eine maximale Zeitspanne vorgegeben, hier zehn Minuten. In Fig. 3 ist auf der Abszisse die Zeit in Minuten aufgetragen, wobei in einer Minute 6000 Strahlungspulse vom Laser emittiert werden.

Auf der linken Ordinate ist die geregelte Hochspannung HV an den Gasentladungselektroden aufgetragen und auf der rechten Ordinate die abgegebene Leistung. Die Leistungskurve "L" zeigt, daß nach einer Einlaufphase von ca. 60 Minuten die Energie auf ca. 35 W stabilisiert ist. Die Hochspannung HV pendelt nach einer anfänglichen Einsteuerphase zwischen einem Maximalwert von ca. 20,7 kV und einem Minimalwert von ca. 20,0 kV.

Fig. 4 zeigt die entsprechenden Ergebnisse des oben erwähnten KrF-Lasers, der bei einer Wiederholrate von 100 Hz auf eine Energie von 35 W über längere Zeit stabilisiert wurde. Auf der Abszisse sind die Laserpulse in Einheiten von 10⁶ (Millionen) aufgetragen, auf der linken Ordinate die Hochspannung und auf der rechten Ordinate der Halogeninhalt der F₂-Quelle. Die Hochspannung kann zwischen einstellbaren Grenzwerten pendeln, beispielsweise zwischen 19 kV und 23 kV. Anfänglich steuert der Rechner die HV auf etwa 19 kV. Die F₂-Quelle ist inaktiv. Nach 16 Millionen Pulsen wurde der Laserbetrieb unterbrochen (Simu­ lation eines Produktionsstops) und nach etwa 12 Stunden wieder aufgenommen. Es wurde geprüft, ob das oben beschriebene Regel­ system gemäß den Fig. 1 und 2 aus Excimerlaser und F₂-Quelle von selbst wieder seinen gewünschten Zustand findet, in dem die Energie der Strahlungspulse automatisch geregelt wird. Nach ca. einer Stunde hat der Laser sein stabiles Hochspannungsniveau mit 19,8 kV gefunden, wobei die Fluktuationen der Hochspannung HV über Zeitintervalle von ca. 10 Minuten maximal bei + 0,25 kV liegen. Dieser Betriebszustand erhielt sich von selbst über mehr als 26 Millionen Pulse (dies entspricht mehr als drei Ta­ gen), ohne daß äußere Eingriffe hinsichtlich der Gasmischung oder des Gas-Gesamtdruckes erforderlich wurden. Erst nach dieser langen Zeitspanne machten sich angesammelte Verunrei­ nigungen im Lasergas bemerkbar, die das Niveau der Hochspannung ansteigen ließen. Nach weiteren 24 Stunden erreichte die Hoch­ spannung ihren Maximalwert, so daß die beschriebene Regelung nicht mehr ausreichte.

Claims (8)

1. Verfahren zum Regeln der Energie von Strahlungspulsen (12), die von einem Excimerlaser abgegeben werden, der an eine Halogen­ quelle (22) angeschlossen ist, deren Halogenabgabe bzw. Halogen­ aufnahme einstellbar ist, und bei dem ein elektrischer oder op­ tischer Parameter des Lasers zur Änderung der Energie der Strah­ lungspulse (12) einstellbar ist, mit folgenden Schritten

• - Messen der Ist-Werte der Energien der Strahlungspulse und Vergleich der Ist-Werte mit einem Soll-Wert,
• - Ändern des elektrischen und/oder optischen Parameters dann, wenn die Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert größer ist als ein erster minimaler Schwellenwert, wobei für die Ände­ rung des elektrischen oder optischen Parameters gegenüber einem Vergleichswert eine obere Grenze vorgegeben wird,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - dann, wenn die Änderung des elektrischen oder optischen Parameters pro Zeiteinheit einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, die Halogenabgabe der Halogenquelle (22) erhöht wird und dann, wenn die Änderung des elektrischen oder optischen Parameters pro Zeiteinheit einen vorgegebe­ nen anderen Schwellenwert unterschreitet, die Halogenabgabe verringert oder die Halogenquelle (22) auf Halogenaufnahme eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Parameter die Hochspannung an den Gasentladungs­ elektroden des Excimerlasers ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenabgabe und -aufnahme der Halogenquelle (22) durch deren Temperatur einstellbar ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenquelle (22) eine Substanz aufweist, die in Abhängig­ keit von ihrer Temperatur gemäß einem physikalischen oder chemi­ schen Gleichgewicht einen Halogen-Partialdruck erzeugt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Substanz vorab ihre Halogenabgabe bzw. ihr Halogen-Par­ tialdruck in Abhängigkeit von ihrem Halogen-Ladezustand und ih­ rer Temperatur ermittelt wird und daß die Temperatur der Sub­ stanz beim Regeln der Energie der Strahlungspulse entsprechend dem aktuellen Halogen-Ladezustand eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenquelle (22) kontinuierlich an die Gasentladungskammer (10) des Lasers angeschlossen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich eine Gasströmung in einem Kreislauf (24, 26) zwi­ schen der Gasentladungskammer (10) und der Halogenquelle (22) aufrechterhalten wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halogenquelle (22, 30) im wesentlichen der gleiche Gas­ druck und die gleiche Gaszusammensetzung vorliegt wie in der Gasentladungskammer (10) des Lasers.