DE4002185C2

DE4002185C2 - Vorrichtung zum Reinigen von Lasergas

Info

Publication number: DE4002185C2
Application number: DE4002185A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Rebhan; Gerd Dr Steinfuehrer; Frank Dr Vos; Peter Dr Oesterlin
Original assignee: LAMBDA PHYSIK FORSCHUNG
Current assignee: Lambda Physik AG
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2010-01-26
Also published as: JP2901771B2; US5111473A; JPH04212483A; DE4002185A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Lasergas.

Bei Gaslasern, wie insbesondere Excimerlasern oder CO₂-Lasern, kommt es beim Laserbetrieb zu einer Verschmutzung des Laser gases. Das Lasergas wird durch eine Gasentladung angeregt, wobei Schmutzgase und -stoffe durch chemische Reaktionen, Abtrag von den Laserelektroden, Reaktionen an den Wänden etc. gebildet werden können.

Die Schmutzgase und -stoffe beeinträchtigen die Laserleistung. Insbesondere für einen Langzeitbetrieb des Lasers ist es erforderlich, die Verschmutzungen aus dem Lasergas zu ent fernen.

Im Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Reinigen von Lasergas bekannt. Hierzu wird Lasergas aus dem Resonator herausgeführt, in eine Reinigungseinrichtung überführt und in einem Kreislauf in gereinigtem Zustand in den Resonator zurück geführt (DE 36 32 995 A1).

Insbesondere bei sensiblen Lasergasen, wie F₂, ArF und bei hohen Drucken von mehr als 3,5 bar weisen aber herkömmliche Vorrichtungen zum Reinigen von Lasergas nur eine ungenügende Wirksamkeit auf.

Bekannte Reinigungsvorrichtungen für Lasergas frieren Gas- Verunreinigungen mittels einer Kühlfalle aus. Diese Technik wird insbesondere bei Excimer-Lasergasen angewandt. Wird der Laser ausgeschaltet, entweder kurzfristig (z. B. beim Wechsel eines Fensters) oder langfristig (z. B. über Nacht), so muß der Kühlkreislauf geschlossen werden. Eine im Kühlkreislauf übli cherweise vorgesehene Gaszirkulationspumpe wird abgeschaltet, damit sie nicht gegen die geschlossenen Ventile pumpt. Bei geschlossenem Kühlkreislauf ist ein Wärmetauscher nicht mehr aktiv und erwärmt sich. Wird sodann der Laser wieder einge schaltet und der Kühlkreislauf geöffnet, d. h. mit dem Laser leitend verbunden, so wird warmes Lasergas in die Kühlfalle gepumpt und kann dort zuvor an den Wänden der Kühlfalle ein gefrorene Verunreinigungen wieder freisetzen und somit den Laser verschmutzen. Wird hingegen beim kurz- oder langfristigen Stillsetzen des Lasers die Kältequelle des Kühlkreislaufes abgeschaltet und werden die an den Wänden der Kühlfalle ein gefrorenen Verunreinigungen abgetaut und mittels einer Va kuumpumpe aus dem Kühlkreislauf entfernt, so müssen beim Wiedereinschalten des Lasers längere Anlaufzeiten in Kauf genommen werden, in denen die Kühlfalle und der Wärmetauscher wieder auf ihre Arbeitstemperaturen gebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Reinigen von Lasergas zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und ein einfaches Stillsetzen des Lasers ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der für die Reinigung des Lasergases vorgesehene Kühlkreislauf vom Laser abtrennbar und mittels einer Nebenleitung getrennt vom Laser betreibbar ist.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, beim Stillsetzen des Lasers den Kühlkreislauf, in welchem zu reinigendes Lasergas zirkuliert, vom Laser abzutrennen und mittels einer zusätzlich vorgesehenen Nebenleitung "kurzzuschließen", damit der Kühl kreislauf getrennt vom Laser in Gang gehalten werden kann und die Kältequelle und ggf. der Wärmetauscher auf ihren Betriebs temperaturen gehalten werden können.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch einen Kühlkreislauf zum Reinigen von Lasergas.

Der Entladungsraum (nicht gezeigt) eines Lasers 10 (z. B. ein Excimerlaser) ist mit dem in der Figur gezeigten Kühlkreislauf verbunden. Zunächst tritt in Richtung des Pfeiles 12 im norma len Betriebszustand des Lasers Lasergas in das Leitungssystem ein. Ein Ventil 14 ist geöffnet und eine Pumpe 16 treibt das Gas über ein Kältereservoir 18 zu einem als solches bekannten Wärmetauscher 20. Im Wärmetauscher 20 wird vom Laser 10 kom mendes, warmes und "verschmutztes" Lasergas mit bereits zuvor in einer Kühlfalle 22 abgekühltem Lasergas vorgekühlt, damit es sodann mit tieferer Temperatur in die Kühlfalle 22 eintritt. Die Kühlfalle 22 wird von einer Kältequelle 24, z. B. einem Reservoir mit flüssigem Stickstoff oder einem Kryostaten, auf solche Temperaturen gebracht, das an den Wänden der Kühlfalle 22 Verunreinigungen des Lasergases ausfrieren.

Das so gereinigte Lasergas wird dann in Richtung des Pfeiles 26 über ein geöffnetes Ventil 28 in Richtung des Pfeiles 30 zurück zum Laser 10 geführt.

Wird der Laser 10 stillgesetzt, so werden die Ventile 14 und 28 geschlossen und ein Ventil 36 in einer Nebenleitung (Bypass) 38 geöffnet, so daß ein geschlossener Kreislauf aus der Leitung 38 und dem Ventil 36 sowie den oben erläuterten Bauteilen 16, 18, 20, 22 und 26 gebildet ist, in dem die Pumpe 16 arbeiten kann.

Soll der Betrieb des Lasers nur kurzzeitig unterbrochen wer den, so kann die Pumpe 16 im vorstehend beschriebenen "Neben kreislauf" weiterpumpen, so daß die Kühlfalle 22 und der Wär metauscher 20 ihre Arbeitstemperatur behalten (sogenannter "Stand-by-Betrieb").

Wird dann der Laser wieder in Betrieb genommen, so werden die Ventile 14 und 28 geöffnet und das Ventil 36 geschlossen. Warmes Lasergas wird dann sofort mit dem kalten gereinigten Gas des "Nebenkreislaufes" gemischt und vorgekühlt, so daß an den Flächen der Kühlfalle 22 kondensierte Verunreinigungen nicht freigesetzt werden können.

Reicht die im Wärmetauscher gespeicherte Kälte nicht aus, um beim Inbetriebnehmen des Lasers ein unerwünschtes Erwärmen der Kühlfalle 22 zu vermeiden, so wird ein zusätzliches Kältere servoir 18 vorgeschaltet, z. B. ein Kupferklotz mit großer Wärmekapazität und großer Oberfläche.

Ist hingegen der Laser über eine längere Zeitspanne (z. B. über Nacht) stillgesetzt worden und soll danach wieder in Betrieb genommen werden, so wird vor der Inbetriebnahme die Gasreini gungsvorrichtung zunächst durch Schließen der Ventile 14 und 28 sowie Öffnen des Ventils 36 im oben erläuterten "Stand-by- Betrieb" zunächst vorgekühlt, so daß beim Einschalten des La sers (Öffnen der Ventile 14 und 28 sowie Schließen des Ventils 36) die Reinigungsvorrichtung sofort funktionsbereit ist.

Die Figur zeigt weiterhin noch ein Ventil 32, das den Reini gungskreislauf mit einer Vakuumpumpe 34 verbindet. Mit der Vakuumpumpe 34 wird das System nach einem Öffnen (z. B. bei einer Reparaturarbeit) evakuiert, damit das Lasergas die erforderliche Reinheit behält. Weiterhin kann mit der Va kuumpumpe 34 in regelmäßigen Abständen Kondensat aus der Kühlfalle 22 entfernt werden.

10 Laser
12 Pfeil
14 Ventil
16 Pumpe
18 Kältereservoir
20 Wärmetauscher
22 Kühlfalle
24 Kältequelle (z. B. fl. N₂, Kryostat)
26 Pfeil
28 Ventil
30 Pfeil
32 Ventil
34 Vakuumpumpe
36 Ventil
38 Nebenleitung (Bypass)

Claims

Vorrichtung zum Reinigen von Lasergas in einem Kühl- und Reinigungskreislauf (12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30), dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl- und Reinigungskreislauf mittels einer Neben- oder Bypassleitung (38) getrennt vom Laser betreibbar ist.