DE4428210C2 - Verfahren zur cryogenischen Reinigung von XeF-Excimerlaser-Gasgemischen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur cryogenischen Reinigung von XeF-Excimerlaser-Gasgemischen sowie Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur cryogenischen Reini
gung von XeF-Excimerlaser-Gasmischungen sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
In Excimerlasern wird bekanntermaßen ein laseraktives Medium
dadurch erzeugt, daß im Plasma einer Gasentladung unter Betei
ligung von Edelgasatomen und Halogenen (sowie weiterer Reak
tionsteilnehmer) hoch angeregte Excimere gebildet werden.
Im Betrieb eines Excimerlasers entstehen Verunreinigungen, die
die Laseraktivität beeinträchtigen. Deshalb müssen diese Verun
reinigungen aus dem Lasergas regelmäßig entfernt werden. Im
allgemeinen ist es üblich (und möglich), die Excimerlaser-Gas
gemische im Online-Betrieb, d. h. in den aktiven Laserphasen,
kontinuierlich oder diskontinuierlich cryogenisch zu reinigen.
Bei der cryogenischen Reinigung werden die Verunreinigungen
ausgefroren.
Es hat sich aber gezeigt, daß bei XeF-Excimerlasern eine Rei
nigung auf cryogenischem Wege im Online-Betrieb, d. h. während
der aktiven Laserphasen, nicht möglich ist. Dies liegt daran,
daß sich bei einer Gasentladung im Laser Xenonfluoride bilden
(XeFn, wobei n = 2, 4, 6). Die Xenonfluoride stören den Laser
prozeß selber nicht.
Reinigt man nun cryogenisch, während die Gasentladung läuft, so
entzieht man dem Reaktionsgleichgewicht
Xe + F2 ⇆ XeF2
das Xenondifluorid aus der Gasphase. Es wird nun aber nicht nur
das Gasgemisch durch Ausfrieren an Xenondifluorid verarmt son
dern aufgrund der Gleichgewichtslage bildet sich weiteres
Xenondifluorid, das dann wiederum ausgefroren wird, so daß
im Endergebnis aus dem Gasgemisch sowohl Xenon als auch Fluor
entnommen werden. Entsprechendes gilt für Xenontetrafluorid und
Xenonhexafluorid.
Wegen dieses gravierenden Nachteils einer cryogenischen Reini
gung hat man im Stand der Technik wohl auch von einer cryoge
nischen Reinigung im Online-Betrieb abgesehen, da man hierbei
ja ständig Xenon und Fluor zur Gewährleistung des Laserbetriebs
in die Gasmischung nachschieben müßte.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur
cryogenischen Reinigung von Gasmischungen aus einem XeF-Exci
merlaser bereitzustellen, bei dem die Verluste an Xenon und
Fluor gering gehalten oder ausgeschlossen werden.
Die Erfinder haben sich zunächst einmal bei der Suche nach
einer geeigneten Problemlösung damit beschäftigt, ob und auf
welchem Wege eine Verringerung des Gehalts an Xenonfluoriden in
der Lasergasmischung erreicht werden kann, bevor eine cryoge
nische Reinigung stattfindet. Zugleich sollte aber eine solche
Maßnahme nicht dazu führen, daß die Gasmischung an Xenon und
Fluor insgesamt verarmt.
Die gefundene Lösung besteht nun darin, daß die Gasmischung,
bevor sie der eigentlichen cryogenischen Reinigung zugeführt
wird, kurzzeitig einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird. Es
wurde nun festgestellt, daß bei Temperaturen um 600°C beispielsweise
Xenondifluorid in Xenon und Fluor zerfällt. Mittels
katalytisch aktiver Oberflächen kann allerdings eine weitere
Absenkung dieser Zersetzungstemperatur erreicht werden. Erfin
dungsgemäß liegt die Temperatur in Abhängigkeit von der Ausge
staltung der Zone, in der die Erwärmung stattfindet, und einem
gegebenenfalls vorhandenen Katalysator zwischen 100 und 600°C.
Bei der anschließenden cryogenischen Reinigung können dann die
Verunreinigungen in der Gasmischung in an sich bekannter Weise
ausgefroren werden. Hierbei haben sich Temperaturen zwischen
125 und 145 K bewährt. Eine erfindungsgemäße Online-Reinigung
kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich durch
geführt werden. In der Regel reicht es aber aus, die cryogeni
sche Reinigung nur in bestimmten Zeitabständen, beispielsweise
alle 2 h, durchzuführen.
Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei an
einer XeF-Excimer-Laserröhre Zu- und Ableitungen vorgesehen
sind, die die Laserröhre mit einer Zone erhöhter Temperatur und
einer an sich bekannten cryogenischen Anordnung zur Reinigung
von Gasen verbinden. Die Zone, die auf eine höhere Temperatur
gebracht wird, besteht aus einem Material, das gegenüber F2
inert sein sollte. Geeignete Materialien sind beispielsweise
Korund, Nickel oder Teflon. Die Zone kann als mäanderförmige
oder schlangenförmige Rohrleitung vorliegen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung lassen sich den Ansprüchen
entnehmen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Fig. 1 näher erläu
tert. Bei Fig. 1 handelt es sich um eine Prinzipskizze, die eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt.
In einem XeF-Excimerlaser 1 befindet sich eine Laserröhre
(nicht abgebildet), aus der über die Ableitung 6 und das Parti
kelfilter 2 (in dem gröbere Verunreinigungen in der Gasmischung
ausgefiltert werden können) die im Online-Betrieb zu reinigende
Gasmischung einer Heizstrecke 3 zugeleitet wird. In dieser
Heizstrecke 3 kommt es zum Zerfall der Xenonfluoride. Das Ma
terial der Heizstrecke (im einfachsten Fall eine gewöhnliche
Rohrleitung) ist gegenüber F2 inert bzw. F2-kompatibel passi
vierbar. Darüber hinaus kann in der Heizstrecke ein Katalysator
vorgesehen sein oder das Material der Heizstrecke insgesamt so
gewählt werden, daß eine katalytische Unterstützung des Zer
fallsprozesses möglich wird. Hierdurch kann die Zerfallstempe
ratur unter üblicherweise 600°C gesenkt werden. Die erwärmte
Gasmischung gelangt dann weiter gegebenenfalls in einen Kühler
4 (quasi ein Vorkühler), bevor die Gasmischung dem Kryostaten 5
zugeleitet wird, in dem die eigentliche cryogenische Reinigung
stattfindet. Dieser Kryostat 5 besteht im einfachsten Falle aus
einer Kühlfalle, in der die Verunreinigungen ausgefroren wer
den. Das gereinigte Gas gelangt dann über die Leitung 7 wieder
zurück in den Laser. Häufig bietet sich an, in diese Leitung
einen Durchflußmesser 8 einzubinden, damit ein ordnungsgemäßer
Ablauf der cryogenischen Reinigung beobachtet werden kann. Nach
Abschluß der cryogenischen Reinigung und Auftauen der Verunrei
nigungen können diese über die Leitung 9 gegebenenfalls mit
Hilfe einer Vakuumpumpe aus dem Kryostaten entfernt werden.
In dem folgenden Beispiel wird die Erfindung näher erläutert.
Es wurde ein kommerziell erhältlicher Excimerlaser (LPX 325i
von LAMBDA PHYSIK) mit einer typischen Anfangsleistung von 45 W
(18 KV/100 Hz) eingesetzt. Die Gasmischung war auf maximale
Leistung und bestes Strahlprofil optimiert (F2/Xe/Ne,
155/15/3600 mbar). Die dynamische Gaslebensdauer (Abfall auf
die Hälfte der maximalen Anfangsleistung) betrug bei diesem
Laser typischerweise 2,7 Mio Pulse ohne jede Reinigungsaktion.
Es wurde zunächst untersucht, ob sich das Lasergasgemisch
überhaupt im Online-Betrieb cryogenisch reinigen läßt. Hierzu
wurde eine Anordnung mit einer Kühlfalle ähnlich Fig. 1 ver
wendet. Die Kühlfalle wurde auf 125 K temperiert. Das Gasge
misch wurde über diese Kühlfalle (Kryostat-Durchsatz 90% = 43
Normliter/min Ne über 5 h) geleitet. Es wurde festgestellt, daß
bei einer cryogenischen Reinigung während des Laufens des
Lasers, also im Online-Betrieb, die dynamische Gaslebensdauer
auf weniger als 0,5 Mio Pulse abnahm. Das zeigt ganz deutlich,
daß eine cryogenische Reinigung von XeF-Lasergasgemischen im
Online-Betrieb nicht ohne weiteres möglich ist.
Es wurde nun erfindungsgemäß die Heizstrecke 3 gemäß der Fig. 1
in Betrieb genommen und auf etwa 600°C erwärmt. Die Kryostat
temperatur wurde nicht verändert. Nach etwa 2,7 Mio Pulsen
wurde der Laserbetrieb weiter fortgesetzt und die cryogenische
Reinigung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingeleitet.
Bereits nach kurzer Zeit (etwa 15 min) regenerierte die Laser
leistung auf 70% der Ausgangsleistung. Nachdem im Online-Be
trieb die cryogenische Reinigung weiter fortgesetzt wurde
(unter gleichzeitigem weiteren Aufheizen bei 600°C in der Heiz
strecke) wurde nach etwa 2 h bereits 98% der ursprünglichen
Ausgangsleistung einer frischen Füllung erreicht.
Claims (5)
1. Verfahren zur cryogenischen Reinigung von XeF-Excimerlaser-
Gasgemischen im Online-Betrieb, wobei die Gasmischung zunächst
durch eine Zone erhöhter Temperatur geleitet und dann bei vermin
derter Temperatur die Verunreinigungen ausgefroren werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Temperatur zwischen 100
und 600°C beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Zone erhöhter Temperatur ein Katalysator vorge
sehen ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ausfrieren der Verunreinigungen
in der Gasmischung bei einer Temperatur zwischen 125 K und 145 K
erfolgt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei an einer XeF-Excimerlaserröhre
Zu- und Ableitungen vorgesehen sind, die die Laserröhre im On
line-Betrieb mit einer Zone, die auf eine erhöhte Temperatur
gebracht werden kann (3), und einer an sich bekannten cryogeni
schen Anordnung (5) zur Reinigung von Gasen verbinden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4428210A DE4428210C2 (de) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | Verfahren zur cryogenischen Reinigung von XeF-Excimerlaser-Gasgemischen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4428210A1 DE4428210A1 (de) | 1996-02-15 |
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DE4428210A Expired - Fee Related DE4428210C2 (de) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | Verfahren zur cryogenischen Reinigung von XeF-Excimerlaser-Gasgemischen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4428210C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6768765B1 (en) | 2001-06-07 | 2004-07-27 | Lambda Physik Ag | High power excimer or molecular fluorine laser system |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3919771A1 (de) * | 1989-06-16 | 1990-12-20 | Lambda Physik Forschung | Vorrichtung zum reinigen von lasergas |
DE4009850C1 (de) * | 1990-03-27 | 1991-11-07 | Lambda Physik Gesellschaft Zur Herstellung Von Lasern Mbh, 3400 Goettingen, De | |
DE4427184A1 (de) * | 1994-08-01 | 1996-02-08 | Lambda Physik Gmbh | Verfahren zur cryogenischen Reinigung von XeF-Excimerlaser-Gasgemischen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
-
1994
- 1994-08-09 DE DE4428210A patent/DE4428210C2/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LAMBDA PHYSIK AG, 37079 GOETTINGEN, DE |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |