DE3720185A1

DE3720185A1 - Fensterhalterung fuer einen gaslaser

Info

Publication number: DE3720185A1
Application number: DE19873720185
Authority: DE
Inventors: Juergen Baeumler; Gerd Steinfuehrer
Original assignee: Lambda Physik Forschungs und Entwicklungs GmbH
Current assignee: Lambda Physik Forschungs und Entwicklungs GmbH
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1989-01-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Fensterhalterung für einen Gaslaser mit einem Fensterrahmen, in dem das Fenster befestigbar ist, und einer in bezug auf den Laserkammer-Rahmen des Gaslasers ortsfesten Stützplatte.

Als Gaslaser sind insbesondere Excimer-Laser, N₂-Laser oder CO₂-Laser bekannt. Der Aufbau und die Funktion solcher Laser kann als bekannt vorausgesetzt werden.

Um derartige Laser, insbesonder Excimer-Laser, für bestimmte industrielle Einsätze brauchbar zu machen, ist es erforderlich, bei geringem Wartungsaufwand die Lebensdauer des Lasers zu ver längern. Die Lebensdauer von Excimer-Laser-Gasen ist hauptsäch lich durch zwei Prozesse begrenzt. Zum einen finden auch in gut passivierten Systemen chemische Dunkelreaktion zwischen dem Ha logen des Lasergases und den Behälterwandungen statt, die zum Verbrauch des Halogens sowie zu Verunreinigungen führen. Zum anderen führt ein leichter Elektrodenabbrand während der Hoch spannungsentladung ebenfalls zu chemischen Reaktionen. Die vom Elektrodenabbrand herrührenden Produkte können sowohl in Form von Partikeln wie auch als flüchtige Metallfluoridverbindungen auftreten. Im ersten Fall führt dies zu Staubablagerungen an den Innenwänden der Laserkammer, was besonders im Bereich der Spiegel und Fenster unerwünscht ist; im zweiten Fall kann sich aufgrund der Laserstrahlung selbst auf photochemischen Wege auf der Innenseite der Fenster ein Metallfilm ablagern, der eben falls die Lebensdauer und Leistung des Laser nachteilig beein flußt. Entsprechende Überlegungen gelten auch für andere ge pulste Gaslaser, N₂-Laser oder Co₂-Laser.

Um die genannten Verschmutzungen im Bereich der Fenster und Spiegel des Lasers zu beseitigen, werden die Fenster und Spie gel abnehmbar am Laserkammer-Rahmen befestigt, so daß sie gereinigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fensterhalterung für einen Gaslaser zu schaffen, die kostengünstig herstellbar, kompakt, einfach zu warten und funktionssicher ist.

Eine diese Aufgabe erfindungsgemäß lösende Fensterhalterung ist mit ihren Ausgestalten in den Ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Fensterhalterung ermöglicht bei sehr ein fachem und kostengünstigem Aufbau nach einer Montage dadurch eine neue Justierung des Fensters bzw. Spiegels, daß

- zwischen dem Fensterrahmen oder einem fest mit diesem verbundenen Bauteil und der Stützplatte ein Ring aus elastischem Material angeordnet ist, der die Laserkammer abdichtet und zugleich eine federnde Lagerung des Fen sterrahmens in bezug auf die Stützplatte bildet, und daß
- der Fensterrahmen oder das fest mit diesem verbundene Bau teil mittels eines Festlagers und zumindest zweier Ju stierschrauben in bezug auf die Stützplatte einstellbar ist.

Als Festlager ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfin dung einfach eine Schraube vorgesehen, welche die Stützplatte mit dem Fensterrahmen (oder einem fest mit diesem verbundenen Bauteil) verbindet. Die Elastizität der Schraube ermöglicht im Zusammenwirken mit einem zwischen den durch die Schraube ver bundenen Bauteilen angeordneteten Distanzring hinreichendes Spiel, um das Fenster bzw. den Spiegel justieren zu können.

Eine Verunreinigung des durch die erfindungsgemäße Fensterhal terung montierten Fensters oder Spiegels wird in einer bevor zugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch reduziert, daß der Fensterrahmen oder ein fest mit ihm verbundenes Bauteil mit Zu führkanälen für ein Spülgas versehen ist, die so in bezug auf die Laser-Achse ausgerichtet sind, daß das Spülgas zumindest teilweise mit einer Tangentialkomponente nahe der Innenfläche des Fensters in die Laserkammer eintritt. Neben der Tangential komponente kann das Spülgas auch eine Radialkomponente aufwei sen. Hierdurch wird eine Strömung gebildet, die verhindert, daß Schmutzpartikel oder andere schädliche Substanzen in die Nähe der Fenster- und Spiegeloberflächen gelangen. Als Spülgas wird bei Excimer-Lasern üblicherweise eine gereinigte Excimer-Gasmi schung verwendet, welche in einem geschlossenen Kreislauf mit dem Gas in der Laserkammer ausgetauscht wird. Das Spülgas bewirkt somit neben dem Schutz der Fenster und Spiegel gleich zeitig eine Erfrischung des Lasergases.

Mit der erfindungsgemäßen Fensterhalterung können sowohl das vordere Fenster (strahlaustrittseitig) als auch der rückwärtige Spiegel des Lasers montiert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fen sterhalterung sind die Zuführkanäle für das Spülgas bei der vorderen Fensterhalterung für das Fenster und der hinteren Fen sterhalterung für den Spiegel so ausgerichtet, daß in der La serkammer zwei gegensinnige, im wesentlichen wendelförmige Spülgasströmungen gebildet werden. Es ist auch möglich, gleich sinnige, etwa wendelförmige Spülgasströmungen vorzusehen. Es versteht sich, daß die Spülgasströmungen immer vom Fenster bzw. Spiegel weggerichtet sind, also ein Druckgefälle vom Fenster zum Inneren der Laserkammer vorliegt.

Die Fensterhalterung soll eine einfache Montage ermöglichen. Dies wird in einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungs gemäßen Fensterhalterung dadurch erreicht, daß der Fensterrah men von einem Andrückring in axialer Richtung beaufschlagbar ist, wobei der Andrückring bei Drehung um seine Mittelachse (welche mit der Laserachse zusammenfällt) auf einer Schrägflä che abläuft.

Wird eine Fensterhalterung zum Reinigen oder Austauschen eines Fensters bzw. Spiegels abgenommen, so kann das Laser-Gas aus der Laserkammer in die umgebende Atmosphäre austreten und geht verloren. In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsge mäßen Fensterhalterung ist deshalb vorgesehen, daß innenseitig nahe dem Fenster eine Dichtplatte positionierbar ist, welche in einer nach außen abgedichteten Kammer angeordnet und axial beidseits in Anlage an jeweils einen Dichtring bringbar ist. Eine solche Dichtplatte wird je nach dem auf sie wirkenden Druck-Gradienten auf einen der beiden Dichtringe gedrückt und dichtet somit die Laserkammer gegen die umgebende Atomosphäre ab, so daß bei einer Demontage des Fenster bzw. Spiegels kein Gas in nennenswerten Mengen aus der Laserkammer austreten oder in sie eintreten kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher be schrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Fensterhalterung;

Fig. 2 eine axiale Draufsicht auf die Fensterhalterung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt C-D gemäß Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt E-F gemäß Fig. 2;

Fig. 5 einen Schnitt G-H gemäß Fig. 2;

Fig. 6 einen Axialschnitt durch eine besondere Ausgestaltung des Fensterrahmens; und

Fig. 7 einen Axialschnitt durch eine Dichtungsplattenanordnung.

Fig. 1 zeigt das fensterseitige Ende eines Laserkammer-Rahmens 10, der mit einer Stützplatte 12 fest verbunden ist. Ein Fen ster 14 soll die Laserkammer abschließen. Fig. 1 zeigt ein Fenster 14, das am Strahl-Austrittsende der Laserkammer K ange ordnet ist. Am in Fig. 1 nicht gezeigten anderen Ende der La serkammer ist statt des Fensters 14 ein Spiegel (nicht gezeigt) mit einer der Fig. 1 entsprechenden Fensterhalterung montier bar.

Das Fenster 14 (bzw. ein Spiegel) ist in einem Fensterrahmen 16 aufgenommen. Mittels eines Flansches 18 und eines Elastomer- Ringes 20 wird das Fenster 14 gegen einen Dichtring 22 gedrückt, so daß die Laserkammer K gasdicht nach außen abge schlossen ist. Der Flansch 18 wird mittels Schrauben 24 befe stigt.

Der Fensterrahmen 16 greift mit einem Vorsprung 16′ paßgenau in eine Ausnehmung 25 eines Bauteiles 26. Der Fensterrahmen 16 und das Bauteil 26 sind fest miteinander verbunden und bilden ins gesamt eine Einheit. Die aus dem Fensterrahmen 16 und dem Bau teil 26 gebildetet Einheit ist mittels eines elastischen Dich tungsringes 28 federnd auf der Stützplatte 12 gelagert. Zum Ju stieren des Fensters 14 (bzw. Spiegels) wird die aus dem Fen sterrahmen 16 und dem Bauteil 26 gebildete Einheit in bezug auf die Stützplatte 12 mittels zwischen dem Bauteil 26 und der Stützplatte 12 wirkenden Justierschrauben und einem Festlager verstellt, welche weiter unten beschrieben werden. Ein Dicht ring 30 dichtet die Verbindung zwischen der Stützplatte 12 und dem Laserkammer-Rahmen 10 ab.

In Fig. 1 sind auch die Laserachse 32 und die Strahl-Austritts richtung 34 angegeben.

Im Fensterrahmen 16 sind Zuführkanäle 36 für ein Spülgas der art ausgeformt, daß das Spülgas nahe der Innenfläche 14′ des Fensters 14 in die Laserkammer K eintritt. Die Strömungsrich tung des Spülgases ist durch die Pfeile 38, 40 angedeutet. Das Spülgas strömt nahe der Innenfläche 14′ des Fensters ein und erzeugt somit ein Druckgefälle in Richtung auf das Innere der Laserkammer K. Damit keine unerwünschten Stoffe aus dem Inneren der Laserkammer K auf die Innenfläche 14′ des Fensters bzw. Spiegels gelangen, sind die düsenförmig gestalteten Einlaßöff nungen der Zuführkanäle 36 so ausgerichtet, daß eine den ge samten Querschnitt der Laserkammer K ausfüllenden Spülgasströ mung entsteht. Mittels der Düsen können sowohl in bezug auf die Laserachse 32 symmetrische als auch asymmetrischen Strömungen erzeugt werden. Es ist möglich, sowohl das in Fig. 1 gezeigte vordere Austrittsfenster 14 der Laserkammer K als auch den rückwärtigen Spiegel (nicht gezeigt) in der beschriebenen Weise durch eine Spülgasströmung zu schützen. Dabei können gleich oder gegensinnig wendelförmige Spülgasströmungen unter Berück sichtigung der Haupt-Strömungsrichtung in der Laserkammer K vorgesehen werden. Fig. 1 zeigt auch die Zuführung des Spül gases von einem (nicht gezeigtem) Reservoir zu den Zuführkanä len 36 über einen Spülgaskanal 42 und einen ringförmigen Spül gas-Umlaufkanal 44.

Fig. 2 zeigt eine axial Draufsicht auf die Fensterhalterung der Fig. 1 gegen die Richtung des Pfeiles 34.

Die Öffnung des Fensters 14 ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 46 versehen. Schrauben 48 verbinden den Fensterrahmen 16, den Elastomerring 20 und den Flansch 18.

Ein Festlager 50 verbindet punktuell die Stützplatte 12 mit dem Bauteil 26. Das Festlager 50 ist in Fig. 4 näher im Schnitt ge zeichnet und besteht aus einer Schraube 56, die über einen Distanzring 60 die Stützplatte 12 mit dem Bauteil 26 verbindet. Die Schraube 56 ist hinreichend elastisch, um eine Justierung des Bauteiles 26 (sowie aller hiermit fest verbundenen, in Fig. 1 links davon gezeichneten Bauteile einschließlich des Fen sters) relativ zur ortsfesten Stützplatte 12 zu ermöglichen.

Zum Justieren dienen die Justierschrauben 52, 54 (Fig. 2).

Fig. 5 zeigt einen Schnitt G-H (Fig. 2) durch eine der Justier schrauben 52. Ein Stift 62 durchsetzt die Stützplatte 12 und das Bauteil 26. Bei Drehen der Justierschraube 52 wird je nach Drehrichtung der Abstand zwischen der Stützplatte 12 und dem Bauteil 26 gemäß dem Doppelpfeil P verändert, wobei zwischen dem Bauteil 26 und der Stützplatte 12 die rücktreibende Kraft des zusammengedrückten Dichtungsringes 28 (Fig. 1) wirkt. Die Schraube 52 ist mit einer mit Innengewinde versehenen Hülse 66 versehen, welche mit einem Außengewinde des Stiftes 62 zusam menwirkt. Zwischen der Hülse 66 und dem Bauteil 26 ist eine Zwischenlegscheibe 64 angeordnet. Die beiden Justierschrauben 52 und 54 sind unabhängig voneinander einstellbar und bewirken im Zusammenwirken mit dem punktuellen Festlager 50, daß das Fenster 14 bzw. ein entsprechend montierter Spiegel um zwei zu einander senkrecht stehende Achsen zwecks Justierung des Laser strahles drehbar ist. Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie C-D der Fig. 1 und einen durch die Schraube 58 gebildeten Anschlag, durch den die maximale Auslenkung des Bauteils 26 in bezug auf die Stützplatte 12 begrenzt wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß beim Justieren der Dichtring 28 hinreichend zusammengedrückt bleibt, um eine Abdichtung der Laserkammer K zu gewährleisten.

Fig. 6 zeigt einen Axialschnitt durch eine besondere Ausgestal tung der Fensterhalterung, bei der das Fenster 14 (bzw. ein Spiegel) in einfacher Weise montierbar ist. Die in Fig. 6 ge zeigte Befestigungseinrichtung für das Fenster 14 läßt sich ohne weiteres mit dem Fensterrahmen 16 gemäß Fig. 1 verwirkli chen. Der Andrückring 70 wird mittels einer Hülse 72 und einer Schraube 74 auf Abstand zum Bauteil 26 gehalten. Der Andrück ring 70 ist mittels des Stiftes 76 um die Laserachse 32 dreh bar. Der Fensterrahmen 16 wird mittels eines Gewindestiftes 78 gegen ein Verdrehen gesichert. Das Fenster 14 wird mittels ei nes Gewinderinges 80 gegen den Dichtring 82 gedrückt, so daß die Laserkammer K abgedichtet ist. Ein Verdrehen des Andrück ringes 70 mittels des Stiftes 76 bewirkt aufgrund einer zwi schen dem Andrückring 70 und dem Fensterrahmen 16 wirkenden schrägen Fläche 75 ein Andrücken des Fensterrahmens in axialer Richtung gegen einen Dichtring 84. Ist der Dichtring 84 hin reichend gequetscht, so rastet ein Ansatz (nicht gezeigt) des Andrückringes 70 in eine Ausnehmung (nicht gezeigt), so daß das Fenster 14 in der Art einer Bajonettverschlusses montiert ist.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Detail der Fensterhalterung, mit dem beim Auswechseln eines Fensters (bzw. Spiegels) ein Austreten des Gases aus der Laserkammer verhindert wird. Die in Fig. 7 gezeigte Baugruppe wird also bei einer Fensterhalterung gemäß Fig. 1 innenseitig des Fensters 14 in dessen Nähe montiert und verhindert, daß beim Entfernen des Fensters 14 (mittels der in Fig. 6 gezeigten Einrichtung) Gas in wesentlicher Menge aus der Laserkammer K nach außen austritt. Hierzu bilden zwei Platten 86, 88 über den Dichtring 90 eine nach außen dicht abgeschlossene Kammer 89. In der Kammer 89 ist eine Dichtplatte 92 mittels einer Drehwelle 94 um eine Achse 93 schwenkbar. Die Dichtplatte 92 ist etwa "tennischlägerförmig" ausgestaltet, weist also einen Steg 92′ auf, der in ein etwa kreisförmiges Plattenteil übergeht. Bei Betrieb des Lasers wird die Dichtplatte aus der Laserachse 32 herausgeschwenkt. Beim Ausbau eines Fensters oder Spiegels wird die Dichtplatte 92 zwischen die beiden Dichtringe 96, 98 geschwenkt. Sobald der Druck p ₁ auf der einen Seite der Dichtplatte 92 verschieden ist vom Druck p ₂ auf der anderen Seite wird die Dichtplatte 92 gegen einen der beiden Dichtringe 96 bzw. 98 gedrückt und dichtet somit die Laserkammer K bei be liebigen Druckverhältnissen (also sowohl bei Über- als auch bei Unterdruck in der Laserkammer) ab. Die Drehwelle 94 wird mit tels einer Dichtung 100 und einer Hülse 102 nach außen abge dichtet. Die in Fig. 7 gezeigte Abdichtung benötigt im Ver gleich mit einem Kugelventil einen geringen Bauraum und ver hindert bei beliebigen Druckverhältnissen automatisch den Ver lust von Nutzgasen.

Claims

1. Fensterhalterung für einen Gaslaser mit einem Fensterrah men (16), in dem das Fenster (14) befestigbar ist, und einer in bezug auf den Laserkammer-Rahmen (10) des Gaslasers ortsfesten Stützplatte (12), dadurch gekennzeichnet, daß

- zwischen dem Fensterrahmen (16) oder einem fest mit diesem verbundenen Bauteil (26) und der Stützplatte (12) ein Ring (28) aus elastischem Material angeordnet ist, der die La serkammer (K) abdichtet und zugleich eine federnde Lage rung des Fensterrahmens (16) in bezug auf die Stützplatte (12) bildet, und daß
- der Fensterrahmen (16) oder das fest mit diesem verbunde ne Bauteil (26) mittels eines Festlagers (50) und zumin dest zweier Justierschrauben (52, 54) in bezug auf die Stützplatte (12) positionierbar ist.

2. Fensterhalterung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Festlager (50) eine die Stützplatte (12) mit dem Fen sterrahmen (16) oder dem mit diesem fest verbundenen Bauteil (26) verbindende Schraube (58) vorgesehen ist.

3. Fensterhalterung für einen Gaslaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterrahmen (16) oder ein mit ihm verbundenes Bauteil (26) mit Zuführkanälen (36) für Spülgas versehen ist, die so in bezug auf die Laserachse (32) ausgerichtet sind, daß das Spül gas zumindest teilweise mit einer Tangentialkomponente nahe der Innenfläche (14′) des Fensters (14) in die Laserkammer (K) ein geleitet wird.

4. Fensterhalterung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle (36) so ausgerichtet sind, daß das Spülgas zumindest teilweise auch eine Radialkomponente aufweist.

5. Fensterhalterung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle (36) so ausgerichtet sind, daß das Spülgas in bezug auf die Laserachse (32) eine symmetrische Strömung bildet.

6. Fensterhalterung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle (36) so ausgerichtet sind, daß das Spülgas in bezug auf die Laserachse (32) eine asymmetrische Strömung bildet.

7. Fensterhalterung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle (36) in einer vorderen und einer hinteren Fensterhalterung für einen Gaslaser so ausgerichtet sind, daß in der Laserkammer (K) zwei gegensinnige, im wesentlichen wen delförmige Spülgasströmungen gebildet werden.

8. Fensterhalterung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle (36) in einer vorderen und einer hinteren Fensterhalterung für einen Gaslaser so ausgerichtet sind, daß in der Laserkammer (K) zwei gleichsinnige, im wesentlichen wendelförmige Spülgasströmungen gebildet werden.

9. Fensterhalterung für einen Gaslaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß innenseitig des Fensters (14) eine Dichtplatte (92) in der Laserkammer (K) vorgesehen ist, welche in einer abgedichteten Kammer (91) angeordnet und in beiden Axialrichtungen in Anlage an jeweils einen Dichtring (96 bzw. 98) bringbar ist.

10. Fensterhalterung für einen Gaslaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterrahmen (16) von einem Andrückring (70) in axialer Richtung beaufschlagbar ist, wobei der Andrückring (70) bei Drehung um die Laserachse (32) auf einer Schrägfläche (75) aufläuft.