DE69213825T2

DE69213825T2 - Gas-Laser vom Gaszirkulationstyp und Verfahren zu seinem Betrieb

Info

Publication number: DE69213825T2
Application number: DE69213825T
Authority: DE
Inventors: Jin Mitsui
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2012-02-04
Also published as: US5199267A; EP0516919A1; DE69213825D1; JPH06104510A; EP0516919B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gaslaser und insbesondere auf einen Gaslaser, der ein Lasergasmedium verwendet, während das Lasergasmedium zirkuliert und gereinigt wird.
In dieser Beschreibung bedeutet das Konzept der "Verfestigung" bzw. "Solidifizierung" einen Zustand, in dem Gasmoleküle kinetische Energie auf einer Oberfläche verlieren, um auf der Oberfläche fest zu werden bzw. sich zu verfestigen. Das Konzept der "Adsorption" bedeutet einen Zustand, in dem an einer Oberfläche befestigte bzw. anhaftende Gasmoleküle eine kinetische Energie besitzen, die der Temperatur der Oberfläche entspricht, so daß die Gasmoleküle befestigt bzw. angebracht sind in einer Balance zwischen desorbierender bzw. abstoßender Kraft und befestigender Kraft. Demgemäß werden verfestigte Gasmoleküle nicht durch andere ersetzt, wogegen adsorbierte Gasmoleküle durch Gasmoleküle mit stärkerer adsorbierender Kraft ersetzt werden.

Beschreibung der verwandten Technik

Obwohl die Beschreibung anhand eines Beispiels den Fall beschreibt, in dem die vorliegende Erfindung auf einen KrF-Excimer-Laser angewandt ist, ist die Erfindung nicht auf einen derartigen KrF-Excimer-Laser beschränkt. Beispielsweise kann die Erfindung auf einen ArF-Excimer- Laser und ähnliches angewandt werden.
Ein KrF-Excimer-Laser wird derart betrieben, daß eine Gasmischung aus ungefähr 95-99 % Ne, ungefähr 1-5 % Kr und ungefähr 0,1-0,5 F&sub2; in einem Gaslasermedium in einem Laserrohr enthalten ist, welches aus Metall, Glas, Kunststoff, Keramik oder ähnlichem besteht, und wobei Spiegel an gegenüberliegenden Enden des Laserrohrs angeordnet sind und eine Lichtemission in dem Lasergasmedium durch elektrische Entladung hervorgerufen wird, um dadurch eine Resonanz hervorzurufen.
Im allgemeinen ist Fluorgas reaktionsfreudig und insbesondere ist durch elektrische Entladung oder andere Erregungsmittel erregtes Fluorgas so reaktionsfreudig, daß eine Reaktion zwischen dem Fluorgas und den Baumaterialien des Lasergefäßes durch die elektrische Entladung hervorgerufen wird. Dies kann ein Niveau von Verunreinigungen in dem Lasergas erzeugen, welches bewirkt, daß die Laserausgangsgröße von dem KrF-Excimer- Laser abnimmt, wenn die Anzahl von Entladungspulsen ansteigt, und zwar auf Grund des Vorhandenseins dieser Verunreinigungen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Gaslaservorrichtung und auf eine Gaslaservorrichtung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 4 beschrieben sind.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren für eine Gaslaservorrichtung vorzusehen, bei dem es leicht ist, die Laserausgangsleistung für eine lange Zeit konstant zu halten.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Gaslaservorrichtung vorzusehen, bei der es leicht ist, die Laserausgangsleistung für eine lange Zeit konstant zu halten.
Bei einem Verfahren zur Ausführung von Laseroszillation, während ein Lasergasmedium zirkuliert, das ein Edelgas enthält, ist ein Verfahren zum Betrieb einer Gaslaservorrichtung vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist: vorläufiges Befestigen bzw. Anbringen eines verfestigbaren Gases, das bei der Fallentemperatur in einer Tieftemperaturfalle verfestigt wird, welche ein Füllelement bzw. Füllmaterial enthält, um das verfestigbare Gas zu verfestigen; und dann Bringen des verfestigten verfestigbaren Gases in Kontakt mit dem Lasergasmedium.
Es ist auch eine Gaslaservorrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist: ein Laserrohr, das ein Lasergasmedium enthält und zum Emittieren von Laserlicht vorgesehen ist; eine Tieftemperaturfalle, die ein Füllelement bzw. Füllmaterial enthält, wobei die Tieftemperaturfalle mit dem Laserrohr verbunden ist, um einen Zirkulationspfad zu bilden; ein Kühlgefäß zum Kühlen der Tieftemperaturfalle auf eine vorbestimmte Temperatur; und Mittel zum Liefern eines verfestigbaren Gases an die Tieftemperaturfalle, wobei das verfestigbare Gas sich bei der vorbestimmten Temperatur verfestigt.
Man kann bewirken, daß die Oberfläche der gekühlten Wand als eine Adsorptionoberfläche dient durch vorläufiges Verfestigen eines Gases, das bei einer Kühltemperatur in einer Niedrigtemperaturfalle verfestigt wird, welche mit einem Füllelement bzw. Füllmaterial gefüllt ist. Auf diese Weise können nicht nur Verunreinigungsgasbestandteile, die niedrige Dampfdrücke bei der vorbestimmten niedrigeren Temperatur besitzen bzw. zeigen, aus dem Lasergasmedium entfernt werden, sondern auch Verunreinigungsgasbestandteile, die hohe Dampfdrücke besitzen bzw. zeigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A und 1B zeigen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Fig. 1A und 1B schematische Schnittansichten eines Lasergasmediumreinigungssystems sind zum Erklären eines Lasergasmediumreinigungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt die Kennlinien zum Erklären einer herkömmlichen Technik;
Fig. 3 ist ein Graph bzw. Diagramm, der bzw. das Dampfdruckkurven von Lasergasen und Verunreinigungen zeigt;
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine KrF-Excimer-Laservorrichtung mit einer herkömmlichen, mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle zeigt;
Fig. 5A und 5B sind Diagramme, die Ergebnisse von Experimenten zeigen, die die Grundlage der vorliegenden Erfindung bilden, wobei Fig. 5A ein Diagramm ist, das ein Ergebnis zeigt, bei dem in He gemischtes Xe auf der Flüssigstickstoff-Falle gefangen ist, und Fig. 5B ist ein Diagramm, das ein Ergebnis zeigt, bei dem in He gemischte Luftbestandteile auf dem mit flüssigem Stickstoff gekühltem Adsorptionsturm adsorbiert werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Vor der Beschreibung der Ausführungsbeispiele dieser Erfindung wird ein typischer herkömmlicher Gaslaser und dessen Analyse beschrieben.
Die Eigenschaften bzw. Charakteristika eines typischen herkömmlichen KrF-Excimer-Lasers sind in Fig. 2 gezeigt. Wie im Teil (A) von Fig. 2 gezeigt ist, besitzt ein Laserrohr 51 an seinem einen bzw. anderen Ende einen Spiegel 52 und einen halbdurchlässigen bzw. Halbspiegel 53 mit einem gewünschten Reflexionsvermögen und einer erwünschten Durchlässigkeit. Rohmaterialgase werden aus einer Gasquelle 54 geliefert. Im weiteren werden die Änderungen der Eigenschaften bzw. Charakteristika des Lasers im Verlauf der Zeit beschrieben, und zwar in dem Fall, in dem eine Laseroszillation unter der Bedingung fortgesetzt wird, daß die Innenseite des Laserrohrs 51 zuerst durch ein Ablaßventil 55 abgelassen wird und dann frische Rohmaterialgase von der Gasquelle 54 bis zu einem vorbestimmten Druck geliefert werden, während das Ventil 55 geschlossen ist. Teil (A) von Fig. 2 zeigt die Laserausgangsleistung und die Teile (B) und (C) von Fig. 2 zeigen Gasbestandteilkonzentrationen in dem Laserrohr 51. In jedem Diagramm repräsentiert die Abszisse die Zeit.
Wie in Teil (A) von Fig. 2 gezeigt ist, ist die Laserausgangsleistung ungefähr Null, bevor eine Oszillation hervorgerufen bzw. verursacht wird. Wenn die Oszillation beginnt, erreicht die Laserausgangsleistung schnell einen großen Wert. Jedoch vermindert sich die Laserausgangsleistung allmählich im Verlauf der Oszillationszeit auf Grund einer Entleerung bzw. Verarmung von Fluor und einem Anstieg von Verunreinigungskonzentrationen.
Wie in den Teilen (B) und (C) von Fig. 2 gezeigt ist, werden die Gasbestandteile in dem Laserrohr 51, bevor die Laseroszillation begonnen wird, fast konstant gehalten und Verunreinigungen, wie beispielsweise N&sub2;, O&sub2;, HF und SiF&sub4; existieren in geringen Mengen. Obwohl es nicht gezeigt ist, werden die Konzentrationen von Ne und Kr, welches die Hauptbestandteile des Lasergasmediums sind, fast konstant gehalten. Wenn die Laseroszillation begonnen wird, steigen die Konzentrationen der Verunreinigungen, wie beispielsweise CF&sub4;, HF, SiF&sub4; etc. allmählich an, wie in Teil (C) von Fig. 2 gezeigt ist. Andererseits vermindert sich die Konzentration von F&sub2; als Bestandteil des Gaslasermediums allmählich. Es wird in Betracht gezogen, daß das Absinken der Laserausgangsleistung sowohl durch den Anstieg dieser Verunreinigungen als auch die Abnahme von F&sub2; verursacht wird, welches ein notwendiger Bestandteil des Lasergasmediums ist.
Um eine konstante Laserausgangsleistung zu erhalten, wird es bei der in Teil (A) in Fig. 2 gezeigten Struktur notwendig sein, den Innendruck des Laserrohrs 51 konstant zu halten, durch kontinuierliches Liefern von frischen Gasen von der Gasquelle 54, während alte Gase durch das Ablaßventil 55 abgelassen werden. Gemäß diesem Verfahren wird jedoch nicht nur das teure Edelgas Kr verschwenderisch verbraucht, sondern die Steuerung bzw. Kontrolle der Rohmaterialgasversorgung und des Ablassens des Gasmediums wird kompliziert.
Daher wurde in "Nikkei Mikrodevices" (1987), S. 77-89, ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Gase in dem Laserrohr durch eine Flüssigstickstoff-Falle zirkuliert werden, um dadurch die erzeugten Halogenide und andere Veruneinigungen zu entfernen.
Dampfdruckkurven der Bestandteile des Lasergasmediums und der Verunreinigungen sind in Fig. 3 gezeigt. Das Lasergasmedium in dem KrF-Excimer-Laser enthält Ne, Kr und F&sub2; als notwendige Bestandteile und enthält CF&sub4;, SiF&sub4;, HF, etc. als Hauptverunreinigunggase.
Beispielsweise besitzen die Dampfdrücke von HF und SiF&sub4; als Verunreinigungsgase sehr niedrige Werte bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff. Entsprechend können diese Verunreinigungsgase durch die Verwendung einer Flüssigstickstoff-Falle eingefangen werden. Fig. 4 zeigt schematisch eine KrF-Excimer-Laservorrichtung mit einer mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle.
In Fig. 4 wird ein Lasergasmedium von der Gasquelle 54 an das Laserrohr 51 mit einem Reflexionsspiegel 52 und einem halbdurchlässigen bzw. Halbspiegel 53 geliefert. Das Laserrohr 51 ist ferner mit einem Gasauslaßpfad 61 und einem Gasrückführungspfad 66 versehen. Ein Staubfilter 62, eine mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle 64 und eine Pumpe 65 sind zwischen dem Gasauslaßpfad 61 und dem Gasrückführungspfad 66 verbunden. Die mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle 64 ist in einen Flüssigstickstofftank 63 eingetaucht und auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff gekühlt.
Das Lasergasmedium innerhalb des Laserrohrs 51 wird von dem Gasauslaßpfad 61 durch den Staubfilter 62 in die mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle 64 geleitet und wird dann von der Pumpe 65 durch den Gasrückführungspfad 66 in das Laserrohr 51 zurückgeführt, nachdem diejenigen Bestandteile, die bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff niedrige Dampfdrücke zeigen, auf der Wandoberfläche der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle 64 eingefangen wurden. Die Verunreinigungsgase CF&sub4; bzw. SiF&sub4; bzw. HF besitzen jeweils sehr niedrige Dampfdrücke bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff, so daß die Verunreinigungsgasmoleküle, die mit der Wandoberfläche der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle 64 zusammentreffen bzw. kollidieren, darauf eingefangen werden.
In der in Fig. 4 gezeigten Struktur ist eine Vergrößerung des Rohrdurchmessers der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle erforderlich, um eine adequate Strömungsrate zu erreichen. Wenn die Rohrgröße vergrößert wird, wird es jedoch möglich, daß Gasbestandteile durch die Falle hindurchgehen, ohne die Rohrwand zu berühren.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, besitzt Kr als Bestandteil des Lasergasmediums einen niedrigen Dampfdruck bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff, so daß die Wahrscheinlichkeit hoch ist, daß Kr in der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle eingefangen wird. Der Kr-Gehalt in dem Lasergasmedium nimmt ab, wenn Kr in der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle eingefangen wird. Somit wird es notwendig, Kr hinzuzufügen, um die Laserausgangsleistung für eine lange Zeit konstant zu halten. In dem Betriebszustand des KrF-Excimer-Lasers ist die Gasströmungsrate im allgemeinen ungefähr 5 Nl/min und der Gasüberdruck ist im allgemeinen im Bereich von 2 bis 5 kg/cm² (Gesamtdruck: 3-6 kg/cm²).
Ferner wurde von Johnson P. M. et al. in Appl. Phys. Lett., 32, (5) 291 (1978) ein Verfahren vorgeschlagen zum Durchführen von sowohl der Abscheidung bzw. Trennung von Halogenen als auch dem Einfangen der Gesamtmenge der Halogene durch Verwendung einer Getter-Falle unter Verwendung von Calcium, Titan, etc. Da die Gesamtmenge von F&sub2; in diesem Fall eingefangen wird, ist es notwendig, F&sub2; nachzuliefern und demgemäß ist es notwendig, die Menge des hinzugefügten F&sub2; genau zu kontrollieren bzw. zu steuern.
Wie oben beschrieben wurde, ist es in dem herkömmlichen KrF-Excimer-Laser schwierig, die Laserausgangsleistung für eine lange Zeit konstant zu halten.
Experimentelle Ergebnisse, die die Grundlage der vorliegenden Erfindung bilden, sind in den Fig. 5A und 5B gezeigt. Fig. 5A zeigt ein Ergebnis eines Experiments, in dem in He gemischtes Xe eingefangen wird. Nachdem der Auslaß und Einlaß der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle mit Glaswolle gefüllt waren, wurde die mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle durch flüssigen Stickstoff gekühlt. Die Konzentration von Xe wurde gemessen, nachdem gestattet wurde, daß mit einer vorbestimmten Konzentration von Xe gemischtes He durch die Flüssigstickstoff-Falle hindurchgeht. Die Abszisse repräsentiert die Konzentration von Xe am Einlaß der Falle in ppm. Die Ordinate repräsentiert die Konzentration von Xe am Auslaß der Falle in ppm.
Die Konzentration von Xe am Auslaß der Falle ist aufgezeichnet bzw. geplottet, wenn die Konzentration von Xe im He-Gas, das an die mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle geliefert wird, auf verschiedene Weise verändert wird. Während die Konzentration von Xe am Einlaß der Falle niedrig ist, zeigt die Konzentration von Xe am Auslaß der Falle einen Wert fast gleich der Konzentration von Xe am Einlaß der Falle. Dies zeigt die Tatsache, daß Xe von der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle kaum eingefangen wird. Wenn die Konzentration von Xe am Einlaß der Falle sich 1 ppm annähert, wird andererseits die Konzentration von Xe am Auslaß der Falle niedriger als die Konzentration von Xe am Einlaß der Falle. Wenn die Konzentration von Xe am Einlaß der Falle 1 ppm übersteigt, ist die Konzentration von Xe am Auslaß der Falle auf einem fast konstanten Wert, der nicht höher ist als ungefähr 0,9 ppm. Dies zeigt die Tatsache, daß Xe in der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle eingefangen wird, die mit Glaswolle gefüllt ist.
Im allgemeinen besitzen Verunreinigungsgase, die in einem KrF-Excimer-Laser zu einem Problem werden, Konzentrationen von nicht weniger als in der Größenordnung von ppm, wie in den Teilen (A) bis (C) von Fig. 2 gezeigt ist. Es ist offensichtlich, daß Verunreinigungsgase, wie beispielsweise SiF&sub4;, HF etc., die bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff einen niedrigeren Dampfdruck besitzen als Xe, von der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle besser eingefangen werden als Xe.
Fig. 5B zeigt ein Ergebnis eines Adsorptionsexperiments, bei dem in He gemischte Luft adsorbiert wird durch Verwendung von Aktivkohle, die auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff gekühlt wurde. Nachdem der Adsorptionsturm mit Aktivkohle gefüllt wurde, wude die Aktivkohle auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff gekühlt. Die jeweiligen Konzentrationen von N&sub2; und O&sub2; am Auslaß des Adsorptionsturms wurden gemessen, nachdem Luft mit He gemischt wurde und durch den Adsorptionsturm hindurchgeleitet wurde. Die Menge von zusätzlichem N&sub2; war ungefähr 4000 ppm und die Menge von hinzugefügtem O&sub2; war ungefähr 1000 ppm. Für eine gewisse Zeitperiode nach dem Beginn der Adsorption waren die Konzentrationen von N&sub2; und O&sub2; am Auslaß des Adsorptionsturms beide Null. Nach 524 Minuten wurde gestattet, daß ein Teil des N&sub2; durch den Adsorptionsturm hindurchgeht. Die Konzentrationen von N&sub2; am Auslaß des Adsorptionsturms erhöhte sich auf ungefähr 5000 ppm. Nach einer Adsorptionszeitdauer von ungefähr 1000 Minuten wurde gestattet, daß ein Teil des O&sub2; durch den Adsorptionsturm hindurchgeht. Die Konzentration von O&sub2; am Auslauß des Adsorptionsturms stieg allmählich an und näherte sich ungefähr 1000 ppm. Während die Konzentration von O&sub2; am Auslaß des Adsorptionsturms anstieg, sank die Konzentration von N&sub2; am Auslaß des Adsorptionsturms allmählich und näherte sich ungefähr 4000 ppm an.
Das heißt, daß die obige Tatsache zeigt, daß sowohl N&sub2; als auch O&sub2; von der Aktivkohle adsorbiert werden, die als ein Adsorptionsmittel dient, das auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff gekühlt wurde, aber die Adsorptionskraft von N&sub2; ist schwächer als die von O&sub2;, so daß N&sub2;, das schon adsorbiert worden ist, desorbiert bzw. abgestoßen wird, während O&sub2; adsorbiert wird.
Das Lawrence Livermore National Laboratory in den Vereinigten Staaten hat berichtet, daß He-Verunreinigungen, die durch eine Kernfusionsreaktion erzeugt werden, adsorbiert werden, wenn Argongas (Ar) im voraus verfestigt ist, nachdem eine Metallplatte, die auf die Temperatur von flüssigem Helium (ungefähr 5º Kelvin) gekühlt wurde, in einer Hochvakuumpumpe angeordnet wird. Das heißt, daß man annimmt, daß verfestigtes Argongas als ein Adsorptionsmittel dient. Wenn die Niedrigtemperaturfalle mit einem Füllelement bzw. Füllmaterial gefüllt ist und wenn dann ein Gas, das bei einer Temperatur der gekühlten Wand der Falle verfestigt ist, im voraus befestigt und verfestigt ist, dann dient das verfestigte Gas als ein Adsorptionsmittel. Wenn Verunreinigungsgasbestandteile, die bei der Temperatur der Niedrigtemperaturfalle verfestigbar sind, an der gekühlten Wand eingefangen werden und dort verfestigt werden, dann dienen die verfestigten Verunreinigungsgasbestandteile als Adsorptionsmittel in der gleichen oder auf ähnliche Weise.
Beispielsweise im Fall des KrF-Excimer-Lasers sind die zu entfernenden Verunreinigungshauptbestandteile CF&sub4;, SiF&sub4; und HF. Wenn eine mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle verwendet wird, um Xe auf der Oberfläche der Falle im voraus zu verfestigen, werden SiF&sub4; und HF, die bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff einen niedrigeren Dampfdruck besitzen als Xe auf der Oberfläche der Falle verfestigt, und dann wird CF&sub4; das bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff einen höheren Dampfdruck besitzt als Xe auf der Oberfläche des verfestigten Xe adsorbiert, das als eine Adsorptionsoberfläche dient. Entsprechend kann das KrF-Excimer-Lasergasmedium auf effiziente Weise gereinigt werden unter Verwendung der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle, die das Adsorptionsmittel enthält, das vorbehandelt wurde durch Verfestigen von Xe bei der Fallentemperatur. Kr, das eine Dampfdruckkurve nahe der von CF&sub4; besitzt, wird auch auf der Oberfläche der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle, die das verfestigte Xe enthält, adsorbiert, aber die Adsorptionkraft von Kr ist schwächer als die von CF&sub4;, weil der Dampfdruck von Kr höher ist als der von CF&sub4;. Entsprechend wird, obwohl Kr anfangs adsorbiert wird, CF&sub4;, welches eine stärkere Adsorptionskraft als Kr besitzt, für das Kr an der Position substituiert, wo Kr adsorbiert wurde, und zwar durch die Wechselwirkung zwischen Kr und CF&sub4;, um dadurch das Kr von dem Adsorptionsmittel abzustoßen bzw. zu entfernen, wenn CF&sub4; adsorbiert wird. Entsprechend wird der Verbrauch von Kr in der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle zu keinem Problem. Die Konzentration von Verunreinigungen in dem Lasergasmedium des KrF-Excimer-Lasers ist nur begrenzt durch die Startzeit der CF&sub4;-Konzentration am Auslaß der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle.
Ferner sind die in der mit flüssigem Stickstoff gekühlten und Xeon als verfestigtes Gas verwendenden Falle adsorbierten Gase Kr und CF&sub4;, so daß die anderen Verunreinigungen auf der Oberfläche der Flüssigstickstoff-Falle verfestigt werden, ohne den Einfluß auf andere Bestandteile des Lasergasmediums. Die verfestigten Verunreinigungsgase dienen als Adsorptionsmittel ähnlich wie Xe. Wenn die Oberfläche der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle, die Kr und SF&sub4; adsorbiert, auf eine obere Grenztemperatur erwärmt wird, bei der Xe nicht verdampft wird, werden das adsorbierte Kr und CF&sub4; desorbiert, so daß eine Recyclingbehandlung der Adsorptionsoberfläche durchgeführt werden kann. Verfestigte Verunreinigungen außer Xe und CF&sub4; verbleiben auf der gekühlten Wand und dienen kontinuierlich als Adsorptionsmittel.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 1A und 1B gezeigt. Im weiteren werden ein Verfahren zum Reinigen eines Lasergasmediums eines KrF-Excimer-Lasers, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, und ein dafür verwendetes System beschrieben.
In Fig. 1A ist eine mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle 1 mit einem Füllelement bzw. Füllmaterial 2 gefüllt, wie beispielsweise Glaswolle, einer Metallpackung, einem Dixon-Ring aus Metall, etc. Das Füllelement bzw. Füllmaterial kann aus Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Kupfer, Aluminium etc. sein, und zwar mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit bei einer vorbestimmten Kühltemperatur. Das Füllelement bzw. Füllmaterial ist vorgesehen, damit die Falle durch die Verfestigung von Gasen nicht blockiert wird und damit die Fläche in Berührung mit den vorbeiströmenden Gasen groß wird.
Eine Gaseinlaßleitung 3 ist mit dem oberen Teil der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle 1 verbunden. Ein Gasauslaßrohr 4 ist mit dem unteren Teil der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle 1 verbunden. Die mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle 1, die derart mit dem Füllmaterial bzw. Füllelement 2 gefüllt ist, wird in einen Flüssigstickstofftank 5 eingetaucht, so daß das Ganze auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Das Gaseinlaßrohr 3 ist mit einer Xenon-Versorgungsleitung 6 und mit einer Gasmediumversorgungsleitung 7 verbunden, so daß Gase wahlweise durch den Betrieb von Ventilen geliefert werden können. Die Xenon-Versorgungsleitung 6 ist mit einer Xenonquelle über ein Ventil verbunden. Die Gasmediumversorgungsleitung 7 und das Gasauslaßrohr 4 sind mit einem Laserrohr verbunden. Bevor der KrF-Laser betrieben wird, wird flüssiger Stickstoff an den Flüssigstickstofftank 5 geliefert, so daß die mit flüssigem Stickstoff gefüllte Falle 1 auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff gekühlt wird, und dann wird Xe von der Xenon-Quelle 8 über die Xenon-Versorgungsleitung 6 und die Gaseinlaßleitung 3 in die mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle 1 geleitet. Das Xenon-Gas wird auf der Oberfläche des Füllelements bzw. Füllmaterials 2 verfestigt, welches auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff gekühlt ist.
Das auf der Oberfläche des Füllelements bzw. Füllmaterials im voraus, wie oben beschrieben, verfestigte Gas muß ein Gas ohne Einfluß auf die Gasreinheit des Lasergasmediums sein. Diesbezüglich ist ein inertes Gas wirksam, weil es keinen Einfluß auf das konstruierte System besitzt. Beispielsweise ist Xenon-Gas wirksam für den KrF-Laser, und Krypton-Gas ist wirksam für ArF-Laser. Das heißt, daß jegliches geeignete Gas verwendet werden kann, wenn das Gas einen niedrigeren Dampfdruck besitzt als die jeweiligen Bestandteile des Lasergasmediums und keinen Einfluß auf die Laseroszillationsleistung besitzt.
Wie in Fig. 1B gezeigt ist, wird danach die Xenon-Quelle 8 von der Gaseinlaßleitung 3 durch das Ventil getrennt, die mit dem Laserrohr verbundene Gasmediumversorgungsleitung 7 wird mit der Gaseinlaßleitung 3 verbunden, so daß das Lasergasmedium von dem Laserrohr in die mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle 1 eingespritzt bzw. injiziert wird. Eine elektrische Entladung wird in dem Laserrohr begonnen und das Lasergasmedium wird durch die mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle 1 zirkuliert, während die Laseroszillation fortgesetzt wird. Das Füllelement bzw. Füllmaterial 2 in der mit flüssigem Stickstoff bekühlten Falle 1 bildet eine Fallenoberfläche, die auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff gekühlt ist, und verfestigt Xe, so daß es auch als eine Adsorptionsoberfläche dient. Entsprechend werden SiF&sub4; und HF, die niedrige Dampfdrücke bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff aufweisen, auf der Fallenoberfläche verfestigt, und gleichzeitig wird CF&sub4; adsobiert, das bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff einen höheren Dampfdruck besitzt als Xe.
Hier werden Verunreinigungen, wie beispielsweise SiF&sub4;, HF, etc., die einen niedrigeren Dampfdruck als Xe besitzen, auf der Oberfläche des verfestigten Gases gründlich verfestigt, so daß die verfestigten Verunreinigungen als neue Adsorptionsmittel dienen, um Verunreinigungen, wie beispielsweise CF&sub4;, die einen höheren Dampfdruck besitzen als das verfestigte Gas, zu adsorbieren. Diese Eigenschaft kann allgemein auf Gase angewandt werden, die einen niedrigeren Dampfdruck besitzen als das verfestigte Gas.
Wie oben beschrieben wurde, werden die Verunreinigungen in dem Lasergasmedium entfernt, um das Lasergasmedium zu reinigen. Obwohl Kr auch auf der Oberfläche des Füllelements bzw. Füllmaterials 2 adsorbiert wird, wird Kr von der Adsorptionsoberfläche abgestoßen, um zu dem Lasergasmedium zurückzukehren, wenn CF&sub4; adsorbiert wird. Da das Lasergasmedium, das durch die mit flüssigem Stickstoff gekühlte Falle 1 hindurchgeht, somit gereinigt und zu dem Laserrohr zurückgeführt wird, wird ein langfristiger Betrieb des KrF-Excimer-Lasers mit konstanter Leistung ermöglicht. In dem Fall, wo die Kapazität der Adsorption für CF&sub4; gesenkt wird, können Kr und CF&sub4;, die einen höheren Dampfdruck als Xe besitzen, von der Adsorptionsoberfläche desorbiert bzw. abgestoßen werden durch Trennen der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Falle 1 von dem Laserrohr und Anheben der Temperatur der Flüssigstickstoff-Falle 1 auf eine obere Grenztemperatur, bei der das verfestigte Xe nicht verdampft wird. Nachdem die von dem Füllelement bzw. Füllmaterial 2 gebildete Adsorptionsoberfläche derart reaktiviert wurde, wird die Flüssigstickstoff-Falle 1 wieder auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff gekühlt, so daß sie zum Reinigen des Lasergasmediums verwendet werden kann.
Wenn zwei Flüssigstickstoff-Fallen mit ähnlichen Eigenschaften, wie sie in den Fig. 1A und 1B gezeigt sind, mit einem Laserrohr verbunden werden, so daß eine Falle mit dem Laserrohr verbunden ist, während die andere Falle reaktiviert wird, kann die Dauerbetriebszeit verlängert werden.
Obwohl die obige Beschreibung für den Fall gegeben wurde, in dem ein Lasergasmedium für einen KrF-Excimer-Laser oder einen ArF-Excimer-Laser gereinigt wird, ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß das oben genannte Verfahren auf die Reinigung von anderen, ein inertes Gas aufweisenden Gasmedien angewandt werden kann. Obwohl die obige Beschreibung für den Fall gegeben wurde, in dem Xe als ein Gas verwendet wurde, das auf der gekühlten Wand der Niedrigtemperaturfalle verfestigt wurde, kann die Erfindung auf den Fall angewandt werden, in dem andere verfestigbare Gase verwendet werden können. Verunreinigungsgase, die eine starke Adsorptionskraft besitzen, und Verunreinigungsgase, die einen niedrigen Dampfdruck besitzen, können entfernt werden durch Füllen einer Niedrigtemperaturfalle mit einem Füllelement bzw. Füllmaterial und Verfestigen eines verfestigbaren Gases auf der Oberfläche des Füllelements bzw. Füllmaterials, um eine Adsorptionsoberfläche zu bilden.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Gaslaservorrichtung zum Durchführen einer Laseroszillation bzw. -schwingung, während ein Edelgas enthaltendes Lasergasmedium (54) zirkuliert wird, wobei das Verfahren den Schritt des Bringens einer Tieftemperaturfalle (1) in Kontakt mit dem Lasergasmedium (54) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß vorher ein verfestigbares Gas (8, Xe) mit einem niedrigeren Dampfdruck als die jeweiligen Komponenten bzw. Bestandteile des Lasergasmediums (54) an die Falle geliefert wird, wobei sich das verfestigbare Gas (8, Xe) bei der Fallentemperatur der Tieftemperaturfalle (1), welche ein Füllelement bzw. Füllmaterial (2) enthält, derart verfestigt, daß die Falle nicht durch die Verfestigung von Gasen blockiert wird und daß die Fläche in Kontakt mit den hindurchgehenden Gasen größer ist als die Fläche der Falle ohne das Füllelement bzw. Füllmaterial, wobei die Temperatur der Tieftemperaturfalle derart ist, daß Unreinheiten bzw. Verunreinigungen mit einem niedrigeren Dampfdruck als das verfestigte Gas auf der Oberfläche der Falle verfestigt werden, während Unreinheiten bzw. Verunreinigungen mit einem höheren Dampfdruck auf der Oberfläche des verfestigten Gases adsorbiert bzw. angelagert werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Lasergasmedium Kr enthält und wobei das verfestigbare Gas (8, Xe) Xe ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Tieftemperaturfalle (1) durch flüssigen Stickstoff gekühlt wird.

4. Gaslaservorrichtung, die folgendes aufweist:

ein Laserrohr (51) zum Enthalten eines Lasergasmediums (54) und zum Emittieren bzw. Aussenden von Laserlicht;

eine Tieftemperaturfalle (1) in Verbindung mit dem Laserrohr, um einen Zirkulations- bzw. Umlaufpfad zu bilden; und

ein Kühlgefäß (5) zum Kühlen der Tieftemperaturfalle (1) auf eine vorbestimmte Temperatur;

dadurch gekennzeichnet, daß die Gaslaservorrichtung ferner folgendes aufweist:

Mittel (8, 6, 3) zum vorherigen Liefern eines verfestigbaren Gases (8, Xe) mit einem niedrigeren Dampfdruck als die jeweiligen Komponenten bzw. Bestandteile des Lasergasmediums (54) an die Tieftemperaturfalle (1), welche ein Füllelement bzw. Füllmaterial (2) enthält, wobei sich das verfestigbare Gas (8, Xe) bei der vorbestimmten Temperatur derart verfestigt, daß die Falle nicht durch die Verfestigung von Gasen blockiert wird und daß die Fläche in Kontakt mit den hindurchgehenden Gasen größer ist als die Fläche der Falle ohne das Füllelement bzw. Füllmaterial, und wobei die Temperatur der Tieftemperaturfalle derart ist, daß Unreinheiten bzw. Verunreinigungen mit einem niedrigeren Dampfdruck als das verfestigte Gas auf der Oberfläche der Falle verfestigt werden, während Unreinheiten bzw. Verunreinigungen mit einem höheren Dampfdruck auf der Oberfläche des verfestigten Gases adsorbiert bzw. angelagert werden.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Lasergasmedium Kr enthält und wobei das verfestigbare Gas (8, Xe) Xe ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Tieftemperaturfalle (1) durch flüssigen Stickstoff gekühlt wird.

7. Gaslaservorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Füllelement bzw. Füllmaterial (2) mindestens eines aus der Gruppe ist, die aus Glaswolle, Metallpackung und Metallring besteht.