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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Gaslaser und bezieht sich insbesondere
auf Verfahren und Einrichtungen zum Auffüllen von Gasmischungen in einem
Excimer-Gaslaser.
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2. Beschreibung verwandter
Technik
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Viele
Gaslaser, insbesondere Excimer-Laser, halten eine Mischung aus zwei
oder mehr Gasen in einer Laserkammer zur Verwendung bei der Erzeugung
eines Laserstrahls bereit. Zum Beispiel kann ein typischer Excimer-Laser
eine aus Fluor, Krypton und Neon zusammengesetzte Gasmischung enthalten.
Die Effizienz des Lasers hängt
zum Teil von der speziellen Zusammensetzung der Gasmischung ab. Eine
Abweichung von der optimalen Zusammensetzung kann die Effizienz
des Lasers reduzieren und dabei zu einem Ausgangsstrahl mit weniger
Energie führen.
Darüber
hinaus kann eine nichtoptimale Gaszusammensetzung die Fähigkeit
des Lasers zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Ausgangsfrequenz oder
zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Pulsrate
beeinflussen. Eine wesentliche Abweichung der Gasmischung von der
optimalen Mischung kann außerdem
die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des
Lasers beeinflussen, einschließlich
einer Zunahme der Korrosion oder des Verschleißes im Laser selbst.
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Die
Zusammensetzung der Gasmischung kann sich zeitabhängig in
Abhängigkeit
von verschiedenen Faktoren ändern.
Insbesondere in Hinblick auf Fluor/Krypton-Excimer-Laser neigt die
Menge des Fluors dazu, während
des Betriebs des Lasers abgebaut zu werden. Fluor, das ein hoch
reaktives Halogen ist, neigt in einem Umfang zu Reaktionen mit Materialien
im Excimer-Laser, der ausreichend ist, die Menge von Fluor im Verhältnis zu
Krypton herabzusetzen.
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Zum
Beispiel kann ein typischer Fluor/Krypton-Excimer-Laser eine aus 0.1
Prozent Fluor, 1.0 Prozent Krypton und 98.9 Prozent Neon zusammengesetzte
Gasmischung enthalten. Während
des Betriebs des Excimer-Lasers wird Fluor abgebaut, wodurch sich
die vorstehend beschriebenen relativen Zusammensetzungen ändern. Die
Krypton- und Neonkomponenten, die im Wesentlichen nicht-reaktive Edelgase
sind, werden nicht so signifikant abgebaut wie Fluor. Jedoch werden
die Krypton- und Neonkomponenten während des Betriebes geringfügig abgebaut,
möglicherweise
als ein Ergebnis der Diffusion des Kryptons und des Neons aus der
Gaskammer.
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Inwieweit
sich die verschiedenen Komponenten der Gasmischung abbauen, hängt von
einer Vielzahl von Faktoren ab. Die tatsächliche Zusammensetzung der
Gasmischung kann nicht sicher nach einer Zeitspanne bestimmt werden.
Wenn jedoch die Gasmischung von einer optimalen Zusammensetzung
wesentlich abgewichen ist, kann die Effizienz des Lasers hinreichend
herabgesetzt sein, dass ein Wiederauffüllen der Gasmischung erforderlich
ist. Üblicherweise
wird die gesamte Gasmischung aus dem Laser gespült und gegen eine neue Gasmischung
ausgetauscht. Die Gasmischung wird unter Verwendung einer Vormischung
ausgetauscht, die alle Komponenten der Gasmischung in ihren gewünschten
oder ihren optimalen, relativen Mengen enthält. Für den vorstehend besprochenen
Fluor/Krypton-Laser enthält
die Vormischung 0.1 Prozent Fluor, 1.0 Prozent Krypton und 98.9
Prozent Neon.
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Obwohl
ein vollständiger
Austausch der Gasmischung den Ausgleich einer Abweichung in der
relativen Zusammensetzung der Gase bewirkt, ist dies kein besonders
kostengünstiges
oder effizientes Verfahren zum Ausgleich des Gasabbaus. In der Tat
sind Vormischungen für
Excimer-Laser sehr teuer geworden und insbesondere für große Excimer-Laser,
die ein beachtliches Gaskammervolumen aufweisen, können die
Kosten einer vollständigen Spülung der
Gaskammer und ihr Austausch mit einer Vormischung erheblich sein.
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Dementsprechend
wurden Verfahren zum Ausgleich des Gaskomponentenabbaus vorgeschlagen,
die keinen vollständigen
Austausch der Gasmischung erfordern. Zu diesem Zweck sind einige
Fluor/Krypton-Excimer-Laser mit einem Mittel für das Zugeben von Fluor zu
einer existierenden Gasmischung bereitgestellt worden, wobei kein
vollständiger
Austausch der Gasmischung erforderlich ist. Eine Fluorquelle, die
eine Mischung aus Fluor und Neon aufweist, kann zum Auffüllen des
abgebauten Fluors bereitgestellt werden. Durch das Einspeisen der
Fluor/Neon-Mischung
in die Gaskammer wird versucht, das abgebaute Fluor auszugleichen.
Mit einer derartigen Technik kann die Zeitspanne zwischen dem vollständigen Austausch
der Gasmischung etwas verlängert
werden, und die Gesamtkosteneffizienz des Excimer-Lasersystems wird
verbessert. Jedoch kann durch die Bereitstellung einer Auffüllquelle,
die nur eine Mischung aus Fluor und Neon enthält, der Abbau von Krypton nicht
wirksam ausgeglichen werden. In der Tat wird mit jeder Zugabe von
Fluor/Neon-Gas der relative Anteil von Krypton in der Gaskammermischung
verringert. Die allgemeine Abnahme des Anteils von Krypton wird
verschärft,
wenn irgendein Ablassen erforderlich wird. Ein Ablassen kann erforderlich
sein, wenn die Zugabe der Fluor/Neon-Gasmischung den Gesamtdruck
in der Kammer über
den erwünschten
Betrag erhöht,
so dass ein Teil der Gasmischung freigesetzt werden muss, um den
Druck zu senken. Wenn der Gasdruck während des Ablassens gesenkt
wird, gehen zusätzliche
Mengen von Krypton verloren.
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Darüber hinaus
weisen Verfahren zum Ausgleich des Fluorabbaus durch die Zugabe
einer Fluormischung andere Nachteile auf. Insbesondere wurde bisher
kein wirksames Verfahren für
die Bestimmung, wann Fluor zugegeben werden sollte und wie viel
Fluor zugegeben werden sollte, entwickelt. In diesem Zusammenhang
wurden keine wirksamen Verfahren zur kostengünstigen Bestimmung der relativen
Zusammensetzung der Gasmischung in der Laserkammer als Funktion
der Zeit entwickelt. Dementsprechend sind die Verfahren zum Auffüllen des
Fluors unter Verwendung der Fluor/Neon-Mischung etwas grobe, auf
einer Schätzung
basierende Verfahren.
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Die
japanische Veröffentlichung
Hei 4-334079 von Minagawa et al. offenbart ein Verfahren zum Variieren
einer Gasmischung in einer Gaskammer eines Gaslasers. Dabei beinhaltet
die Gasmischung ein Halogen, ein erstes Edelgas und ein zweites
Edel gas in einer gewünschten
Zusammensetzung. Das Verfahren umfasst die Schritte der Bestimmung
einer Differenz zwischen der gewünschten Zusammensetzung
und einer tatsächlichen
Zusammensetzung der Gasmischung der Gaskammer; ein selektives Einbringen
einer ein Halogen, ein erstes Edelgas und ein zweites Edelgas enthaltenden
Gasmischung in die Gaskammer; ein selektives Einbringen einer ein
erstes Edelgas und ein zweites Edelgas enthaltenden Gasmischung;
ein selektives Freisetzen eines Teils der Gasmischung aus der Gaskammer.
Jeder der vorgenannten Schritte wird mit Mengen ausgeführt, die
ausreichend sind, eine tatsächliche
Zusammensetzung der Gasmischung in der Gaskammer in Richtung der
gewünschten
Zusammensetzung einzustellen.
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Das
US-Patent 4 977 573 für
Bittenson et al. offenbart eine Einrichtung zum Variieren einer
Gasmischung in einer Gaskammer eines Gaslasers, wobei die Gasmischung
ein Halogen, ein erstes Edelgas und ein Puffergas enthält. Dabei
weist die Gasmischung eine gewünschte
Zusammensetzung auf. Die Einrichtung umfasst ein Einlassventil zum
Einbringen einer Mischung B aus einem Halogen, einem Edelgas und
einem Puffergas in die Gaskammer, ein Einlassventil zum Einbringen
einer Mischung A aus dem Edelgas und dem Puffergas in die Gaskammer,
ein Auslassventil zum Freisetzen eines Teils der Gasmischung aus
der Gaskammer und Steuermittel für
eine getrennte Steuerung des Betriebes der Einlassventile und des
Auslassventils zum Variieren einer tatsächlichen Gaszusammensetzung
in der Gaskammer in Richtung der gewünschten Zusammensetzung.
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Diese
Techniken der Verwendung von zwei Gasmischungen gestatten das Auffüllen sowohl
der Fluor- als auch der Kryptonkomponente.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aus
dem Vorgenannten kann eingeschätzt werden,
dass es einen Bedarf für
das Bereitstellen eines verbesserten Verfahrens und einer verbesserten Einrichtung
zum Auffüllen
einer Gasmischung in einem Gaslaser gibt. Eine der allgemeinen Aufgaben der
Erfindung ist die Bereitstellung eines derartigen verbes serten Verfahrens
und Einrichtung. Eine besondere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines
verbesserten Verfahrens und Einrichtung zum Auffüllen einer Gasmischung in einem
Fluor/Krypton-Excimer-Laser, der eine aus Fluor, Krypton und Neon
zusammengesetzte Gasmischung aufweist. Es ist außerdem eine besondere Aufgabe
der Erfindung, bei gleichzeitigem Ausgleich eines Abbaus des Kryptons
in der Kammer, einen Abbau des Fluors in einem derartigen Excimer-Laser
auszugleichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung
eines verfeinerten Verfahrens zum Auffüllen der Gasmischung in einem
Excimer-Laser, ohne dass eine tatsächliche Messung des relativen
Anteile der Gase im Laser erforderlich ist.
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Diese
Aufgaben und andere allgemeine Aufgaben der Erfindung werden durch
die Bereitstellung eines Verfahrens und Einrichtung zum Auffüllen der Gasmischung
in einem Gaslaser erreicht, wobei ein Paar Gasauffüllquellen
mit einer eine erste Gasmischung bereitstellenden ersten Gasquelle
und einer eine zweite Gasmischung bereitstellenden zweiten Gasquelle
bereitgestellt werden.
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren zum Variieren einer Kammergasmischung
in einem Gas eines Gaslasers bereit, wobei die Kammergasmischung ein
Halogen, ein erstes Edelgas und ein zweites Edelgas enthält, wobei
die Kammergasmischung eine gewünschte
Zusammensetzung aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Bestimmung
einer Differenz zwischen der gewünschten
Zusammensetzung und einer tatsächlichen
Zusammensetzung der Kammergasmischung;
Bestimmung einer ersten
Menge einer ersten, aus dem Halogen und dem zweiten Edelgas bestehenden
Gasmischung, die zur Gaskammer zugegeben werden soll, und einer
zweiten Menge einer zweiten, aus dem ersten Edelgas und dem zweiten
Edelgas bestehenden Gasmischung, die zur Gaskammer zugegeben werden
soll, um die tatsächliche
Zusammensetzung der Kammergasmischung in Richtung der gewünschten
Zusammensetzung einzustellen; und
selektives Zugeben der ersten
Menge der ersten Gasmischung und der zweiten Menge der zweiten Gasmischung
in die Gaskammer und selektives Freisetzen eines Teils der Kammergasmischung
aus der Gaskammer;
wobei jeder der vorgenannten Schritte mit
Mengen ausgeführt
wird, die ausreichend sind, eine tatsächliche Zusammensetzung der
Kammergasmischung in der Kammer in Richtung der gewünschten
Zusammensetzung einzustellen; und
ein erstes Signal aus einem
Wellenmesser und ein zweites Signal aus einem Line-Narrowing-Mechanismus
empfangen wird; und
die Differenz zwischen der gewünschten
Zusammensetzung und der tatsächlichen
Zusammensetzung der Kammergasmischung in Abhängigkeit von dem ersten und
zweiten Signal bestimmt wird, wobei das erste und zweite Signal
für die
Ausgangsparameter des Laserbetriebs des Gaslasers repräsentativ
sind, wobei das zweite Signal aus dem Wellenmesser vom ersten Signal
verschieden ist.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die gewünschte
Zusammensetzung der Gasmischung etwa 0.1 Prozent Fluor, 1.0 Prozent
Krypton und 98.9 Prozent Neon. Die Fluor/Neon-Gasmischung weist eine
Zusammensetzung von etwa 1.0 Prozent Fluor und 99 Prozent Neon auf.
Die Krypton/Neon-Gasmischung weist eine Zusammensetzung von etwa
1.0 Prozent Krypton und 99 Prozent Neon auf. Der Schritt der Bestimmung
der Differenz zwischen einer gewünschten
Zusammensetzung und einer tatsächlichen
Zusammensetzung umfasst den Schritt der Erfassung der Differenz
zwischen einer Betriebseffizienz des Excimer-Lasers und einem gewünschten
Effizienzniveau in Abhängigkeit
von Signalen aus einem Wellenmesser.
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Ebenfalls
gemäß der Erfindung
wird eine Einrichtung zum Variieren einer Kammergasmischung in einer
Gaskammer eines Gaslasers bereitgestellt, wobei die Kammergasmischung
ein Halogen, ein erstes Edelgas und ein zweites Edelgas enthält, wobei
das Edelgas eine gewünschte
Zusammensetzung aufweist, wobei die Einrichtung umfasst:
eine
erste Gasquelle zum selektiven Einspeisen einer ersten, aus dem
Halogen und dem zweiten Edelgas bestehenden Gasmischung in die Gaskammer;
eine
zweite Gasquelle zum selektiven Einspeisen einer zweiten, aus dem
ersten Edelgas und dem zweiten Edelgas bestehenden Gasmischung in
die Gaskammer;
ein Ablassmittel zum selektiven Freisetzen eines Teils
der Kammergasmischung; und
einen Wellenmesser zum Erzeugen
eines ersten Signals;
einen Line-Narrowing-Mechanismus zum
Erzeugen eines zweiten Signals; und
ein Steuermittel zur getrennten
Steuerung des Betriebs der ersten Gasquelle, der zweiten Gasquelle und
des Ablassmittels, um eine tatsächliche
Gaszusammensetzung der Kammergasmischung in Richtung der gewünschten
Zusammensetzung in Abhängigkeit
vom ersten Signal und vom zweiten Signal zu variieren, wobei das
erste und zweite Signal für
die Ausgangsparameter des Laserbetriebs des Gaslasers repräsentativ
sind, wobei das zweite Signal vom Line-Narrowing-Mechanismus in
Abhängigkeit
von einem Signal aus dem Wellenmesser, welches von dem ersten Signal
verschieden ist, erzeugt wird.
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Die
Bereitstellung getrennter Quellen für Fluor/Neon und Krypton/Neon
ermöglicht
ohne Erfordernis eines vollständigen
Austauschs des Gases im Excimer-Laser den Ausgleich des Abbaus von
Krypton. Ferner kann durch das Bereitstellen eines Paares von Gasquellen
in Verbindung mit einer Fähigkeit zum
Ablassen die tatsächliche
Zusammensetzung der Gasmischung im Excimer-Laser in einer verfeinerten und genauen
Art und Weise variiert werden, um eine optimale Zusammensetzung
der Gasmischung für
erweiterte Zeitspannen aufrechtzuerhalten. Somit wird die Zeitspanne
zwischen einem vollständigen
Spülen
und einem Austausch der Gasmischung erweitert und die Gesamtkosten
der zur Verwendung in der Kammer erforderlichen Gase werden minimiert.
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Folglich
werden die vorstehend dargelegten, allgemeinen Aufgaben der Erfindung
erreicht. Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachstehend dargelegten detaillierten Beschreibung der Erfindung
ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgend gegebenen detaillierten
Beschreibung und aus den beigefügten
Zeichnungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung vollständiger verstanden
werden, in denen:
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1 in
etwas schematischer Form eine Blockdarstellung eines Excimer-Lasers
zeigt, der mit einer Gasauffülleinrichtung
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung bereitgestellt ist.
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2 eine
Blockdarstellung zeigt, die ein Gasauffüllverfahren darstellt, das
insbesondere mit der in 1 dargestellten Excimer-Lasereinrichtung verwendet
wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 werden
nun bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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1 stellt
einen Abschnitt eines Excimer-Lasers 10 dar, der eine mit
einer Mischung aus Fluor, Krypton und Neon gefüllte Gaslaserkammer 12 aufweist.
Zum Emittieren eines in der Kammer 12 erzeugten, kohärenten Laserstrahls
ist ein Fensterpaar 14 und 16 an den gegenüberliegenden
Enden der Kammer 12 bereitgestellt. Zum Empfangen des durch
das Fenster 14 übertragenen
Laserstrahls ist ein Wellenmesser 18 an Fenster 14 angrenzend
positioniert. Der Wellenmesser 18 umfasst Mechanismen zur
Bestimmung der genauen Wellenlänge
und Bandbreite des aus der Kammer 12 emittierten Laserstrahls.
Der Wellenmesser 18 umfasst außerdem Mechanismen zur Bestimmung
der Energie oder Verstärkung
des Laserstrahls. Der Wellenmesser 18 gibt für die Verstärkung und
die Wellenlänge
repräsentative
Signale entlang der Ausgangsleitungen 20 beziehungsweise 22 aus.
Das entlang der Leitung 20 ausgegebene Verstärkungssignal
wird von einem Lasersteuerungsmechanismus 23 empfangen.
Der Lasersteuerungsmechanismus 23 steuert den Betrieb des Excimer-Lasers 10,
um die Verstärkung
des in der Laserkammer 12 erzeugten Laserstrahls einzustellen.
Der Lasersteuerungsmechanismus 23 bewirkt vorzugsweise
auch ein pulsen des Laserstrahl bei einer gewünschten Pulsrate.
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Der
Signalausgang der Wellenlänge
von Wellenmesser 18 entlang der Leitung 22 wird
von einem Line-Narrowing-Mechanismus 24 empfangen, der
die Wellenlänge
des in Kammer 12 erzeugten Laserstrahls einstellt. Somit
kann mit der Bereitstellung des Wellenmessers 18 und des
Line-Narrowing-Mechanismus 24 die Verstärkung und die Wellenlänge des
durch den Excimer-Laser 10 erzeugten Laserstrahls gesteuert
werden, um eine gewünschte
Verstärkung
und Frequenz zu erreichen. Vorzugsweise pulst der Steuerungsmechanismus 23 den
in der Kammer 12 erzeugten Laserstrahls, um eher einen gepulsten,
als einen kontinuierlichen Laserstrahl zu erreichen. Die Komponenten
des bisher beschriebenen Excimer-Lasers 10 können von
herkömmlichem Design
und Herstellung sein und werden hier nicht weiter ausführlich beschrieben.
Jedoch ist eine bevorzugte Excimer-Laseranordnung in U.S.-Patent
Nr. 4,959,840 mit dem Titel „Compact
Excimer Laser Including an Electrode Mounted in Insulating Relationship
to Wall of the Laser" dargelegt,
das dem Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Ein bevorzugter
Wellenmesser zur Verwendung im Excimer-Laser ist im U.S.-Patent
Nr. 5,025,445 mit dem Titel „System
for, and Method of, Regulating the Wavelength of a Light Beam" dargelegt, das ebenfalls
dem Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen ist.
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Zusätzlich zu
den bisher beschriebenen Komponenten umfasst der Excimer-Laser 10 eine
allgemein mit 30 bezeichnete Gasauffülleinrichtung. Die Gasauffülleinrichtung 30 umfasst
eine Fluor/Neon-Gasquelle 32, eine Krypton/Neon-Gasquelle 34 und
einen Ablassmechanismus 36. Die Fluor/Neon-Gasquelle 32 ist über einen
Eingangskanal 38 mit der Kammer 12 verbunden.
Die Fluor/Neon-Gasquelle 32 umfasst geeignete Mechanismen
zur Einspeisung ausgewählter
Mengen einer Fluor/Neon-Gasmischung in die Kammer 12. Die
Krypton/Neon-Gasquelle 34 ist über einen Einlasskanal 40 mit
der Kammer 12 verbunden und umfasst geeignete Mechanismen
zur Einspeisung einer gewünschten
Menge einer Krypton/Neon-Gasmischung in die Kammer 12. Der
Ablassmechanismus 36 ist mit einem Ausgangskanal 42 der
Kammer 12 verbunden und umfasst Mechanismen zum selektiven
Freisetzen einer gewünschten
Menge einer Gasmischung aus der Kammer 12. Zur Steu erung
des Betriebes ist ein Steuerungsmechanismus 44 mit jeder
der Gasquellen 32 und 34 und dem Ablassmechanismus 36 verbunden. Der
Steuerungsmechanismus 44 kann als eine Komponente ein nachstehend
beschriebenes Expertensystem 46 umfassen.
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Vorzugsweise
ist die Kammer 12 am Anfang mit einer Vormischung aus Fluor,
Krypton und Neon gefüllt,
wobei die Vormischung die Zusammensetzung von 0.1 Prozent Fluor,
1.0 Prozent Krypton und 98.9 Prozent Neon aufweist. Für das anfängliche
Füllen
der Kammer 12 mit der Vormischung ist eine Vormischungsquelle 48 über einen
Einlasskanal 50 mit der Kammer 12 verbunden. Mit
der oben beschriebenen relativen Gaskammermischung erzeugt der Excimer-Laser 10 vorzugsweise
einen Laserstrahl, der eine Wellenlänge von 248 Nanometer aufweist.
Der Wellenmesser 18 und der Line-Narrowing-Mechanismus 24 sind
gemeinsam wirksam, um die Wellenlänge des Laserstrahls bei der
gewünschten
Wellenlänge
von 248 Nanometer mit einer Bandbreite von nicht mehr als 1 Picometer
(Halbwertsbreite) aufrecht zu erhalten.
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Obwohl
am Anfang eine Vormischung bereitgestellt wurde, die die vorstehend
erwähnte
genaue Zusammensetzung aufweist, variiert die Mischung in der Kammer 12 zeitabhängig, während der
Excimer-Laser 10 betrieben wird. Insbesondere wird ein Teil
des Fluors während
des Betriebes abgebaut, möglicherweise
durch eine Reaktion mit anderen Materialen oder Zusammensetzungen
in der Laserkammer 12. Das Krypton und das Neon werden
während des
Betriebs des Lasers ebenfalls, jedoch in einem geringeren Ausmaß, abgebaut,
möglicherweise durch
ein Ausströmen
aus der Kammer 12. Als ein Ergebnis variiert die relative
Zusammensetzung der Mischung in der Kammer 12 zeitabhängig und
kann zum Teil wesentlich von der ursprünglichen Zusammensetzung der
Vormischung abweichen. Eine wesentliche Veränderung der Zusammensetzung
der Gasmischung kann die Effizienz des Lasers beeinträchtigen,
einschließlich
einer allgemeinen Verringerung der Laserverstärkung und einer Abweichung
in der genauen Wellenlänge
und erreichbaren Bandbreite. Eine Veränderung in der Zusammensetzung kann
auch die Fähigkeit
beeinträchtigen,
die gewünschte
Rate des Laserstrahls zu pulsen. Die Auf fülleinrichtung 30 bewirkt
die Aufrechterhaltung der Zusammensetzung in der Kammer 12 bei
der ursprünglichen
Zusammensetzung der Vormischung. Mit anderen Worten bewirkt die
Auffülleinrichtung 30 das
Auffüllen
des Fluors, Kryptons und Neons entsprechend ihres Abbaus aus der
Kammer.
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Die
getrennten Fluor/Neon- und Krypton/Neon-Gasquellen werden bereitgestellt,
um ein unabhängiges
Auffüllen
von sowohl Fluor als auch Krypton in der Kammer 12 zu ermöglichen.
Die Fluor/Neon-Gasquelle 32 stellt eine Mischung aus 1
Prozent Fluor und 99 Prozent Neon bereit. Die Krypton/Neon-Gasquelle 34 stellt
eine Mischung aus 1 Prozent Krypton und 99 Prozent Neon bereit.
Der Ablassmechanismus 36 ermöglicht das Entfernen eines
Teils der Mischung aus der Kammer 12.
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Sollte
beispielsweise Fluor ohne einen wesentlichen Abbau von Krypton abgebaut
sein, wird die Fluor/Neon-Gasquelle 32 angesteuert, der
Kammer 12 eine gewünschte
Menge von Fluor/Neon zuzugeben, um den Prozentsatz Fluor darin zu
erhöhen.
Wenn als Ergebnis der Gesamtdruck in der Kammer 12 einen
erwünschten
Betrag übersteigt, kann
das überschüssige Gas
unter Verwendung des Ablassmechanismus 36 aus der Kammer 12 entfernt werden.
Wenn insbesondere als Ergebnis der Anwendung von Ablassverfahren
in 36 das Kryptonniveau in der Kammer 12 signifikant
abgebaut ist, wird die Krypton/Neon-Quelle 34 zum Zufügen einer
Menge von Krypton/Neon zur Kammer 12 zum Ausgleichen des
abgebauten Kryptons angesteuert. Im Allgemeinen wird der Betrieb
der Fluor/Neon-Quelle 32, der Krypton/Neon-Quelle 34 und
des Ablassmechanismus 36 gesteuert, um die Mischung so
dicht wie möglich
an der ursprünglichen
Zusammensetzung der Vormischung zu halten. Die verschiedenen Gasquellen-
und Ablassmechanismen können
gleichzeitig betrieben werden, um die Gasmischung zu modifizieren.
Zusätzlich
zum Umschaltbetrieb der Gasquellen- und Ablassmechanismen kann der
Steuerungsmechanismus 44 auch die Rate steuern, bei der Gase
mit der Kammer 12 ausgetauscht werden. In diesem Zusammenhang
können
in 1 nicht gezeigte Gasmengenregler zur Steuerung
der Durchflussmenge der Gase in und aus der Kammer 12 eingesetzt
werden.
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Zur
automatischen Steuerung des Betriebes der Gasquellen 32 und 34 und
des Ablassmechanismus 36 empfängt der Steuerungsmechanismus 44 Signale
vom Line-Narrowing-Mechanismus 24 und vom Wellenmesser 18 entlang
der Signalleitungen 52 beziehungsweise 54. von
den entlang dieser Leitungen empfangenen Signalen bestimmt der Steuerungsmechanismus 44 das
Ausmaß,
in dem die verschiedenen Komponenten der Gasmischung abgebaut wurden,
und steuert entsprechend die Gasquellen 32 und 34 und
den Ablassmechanismus 36, um den Abbau auszugleichen. Obwohl
die Laserverstärkung,
die Wellenlänge
und die Bandbreite beispielhafte Parameter sind, von denen der Steuermechanismus 44 die
Abweichungen in der Gasmischung bestimmt, können auch andere Parameter,
einschließlich
der Pulsrate des Lasers, der Temperatur, des Drucks der Laserkammer
und anderer allgemeiner Betriebsparameter, eingesetzt werden. Die
verschiedenen Laserbetriebsparameter, wie zum Beispiel die Verstärkung, die
Wellenlänge,
die Bandbreite und dergleichen definieren gemeinsam eine Gesamtlaser-"Effizienz". Die Beziehung der
Gaskammerzusammensetzung zu den verschieden Betriebsparametern wird
im Voraus durch empirische Verfahren bestimmt. Mit anderen Worten,
die Gasmischung wird gemäß den Änderungen
in den Betriebsparametern selektiv variiert, um wirksame Strategien
zum Ausgleich von Änderungen
in den Parametern zu bestimmen. Strategien, die erfolglos sind, werden
verworfen. Strategien, die sich als erfolgreich erweisen, werden
in die Logik in der Steuereinheit 44 einbezogen. Wenn zum
Beispiel bestimmt wurde, dass ein wesentlicher Abfall in der Verstärkung des Lasers üblicherweise
ein Ergebnis eines Fluorabbaus ist, dann wird eine derartige Beziehung
in die Logik der Steuereinheit 44 programmiert, die bewirkt, dass
Fluor in Abhängigkeit
von einem Abfall in der Laserverstärkung zugegeben wird.
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Der
Steuerungsmechanismus 44 ist vorzugsweise ein programmierbarer
Computer, der mit Software und Datenbanken bereitgestellt ist, die
die erforderliche Logik zur Steuerung des Betriebs der Gasquellen
und der Ablassmechanismen in Abhängigkeit
von Änderungen
in den Betriebsparametern bereitstellen. Vorzugsweise umfassen die
Programme und Datenbanken ein Exper tensystem 46, das eine
Historie des Excimer-Lasers 10 bereithält und auf der Vorerfahrung
basierend den Betrieb der Gasquellen- und Ablassmechanismen in einer
optimalen Art und Weise steuert. Das Expertensystem 46 hält vorzugsweise
eine Datenbank bereit, die sowohl eine zeitabhängige Entwicklung der Betriebsparameter des
Systems, als auch eine Entwicklung der Steuerung der Gasquellen-
und der Ablassmechanismen enthält.
In dieser Art und Weise und mit einer entsprechenden Programmierung
bestimmt das Expertensystem 46, wie der Betrieb der Gasquellen
und Ablassmechanismen am Besten zu steuern ist, um unerwünschte Änderungen
in den Betriebsparametern des Lasers auszugleichen.
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Obwohl
ein programmierter Steuerungsmechanismus, der ein Expertensystem
aufweist, ein bevorzugter Mechanismus zur Steuerung des Betriebes der
Gasquellen und des Ablassmechanismus ist, ist er nicht erforderlich.
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Obwohl
ferner erwartet wird, dass die Vormischungsquelle 48 eine
optimale Zusammensetzung der Gase bereitstellt, muss dies nicht
der Fall sein. Wenn bestimmt wurde, dass die Vormischungszusammensetzung
nicht optimal ist, kann der Steuerungsmechanismus 44 die
Gasquellen und den Ablassmechanismus in einer Art und Weise steuern,
um eine sich von der Vormischung unterscheidende optimale Zusammensetzung
zu erreichen. Wenn zum Beispiel bestimmt wurde, dass die Vormischung
mit einem zu geringen Prozentsatz an Fluor bereitgestellt wurde,
kann der Gasauffüllmechanismus 30 wirksam
werden, um die Menge des Fluors nach der Füllung der Kammer 12 mit
der Vormischung unverzüglich
zu erhöhen.
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Wie
man einschätzen
kann, kann eine große Anzahl
spezieller Ausführungsbeispiele
eingesetzt und verschiedene Strategien und Techniken verwendet werden,
die alle in Übereinstimmung
mit den allgemeinen Prinzipien der Erfindung sind.
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Trotz
des Betriebs des Auffüllens 30 wird
erwartet, dass die Mischung in der Kammer 12 periodisch
gespült
und ausgetauscht wird. Folglich ist der Betrieb der Auffülleinrichtung
nicht notwendigerweise dazu gedacht, den Bedarf zum Spülen der
Kammer und zum Austauschen der Gase vollständig zu vermeiden. Stattdessen
ist der Betrieb des Auffüllmechanismus
im Wesentlichen zum Erweitern der Zeitspanne zwischen den erforderlichen
Systemspülungen
und zum Aufrechterhalten einer optimalen Mischung während dieser
Zeitspanne bereitgestellt.
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Ein
Verfahren, durch das die Gasmischung in einem Excimer-Laser aufgefüllt und
aufrechterhalten wird, ist in 2 allgemein
dargestellt. Am Anfang wird in Schritt 100 eine Gaskammer
des Excimer-Lasers mit einer Vormischung gefüllt, die vorzugsweise eine
optimale Zusammensetzung aus Fluor, Krypton und Neon aufweist. In 102 wird
der Excimer-Laser aktiviert. Die Betriebsparameter des Lasers werden in
Schritt 104 erfasst. Die Betriebsparameter können sowohl
die Verstärkung,
die Frequenz und die Bandbreite des Lasers, als auch die Pulswiederholrate
des Lasers umfassen.
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In 106 bestimmt
das System eine Änderung in
der Gasmischung, die die Änderung
in den Betriebsparameter bewirkt. Als Nächstes werden in 108 die getrennten
Fluor/Neon- und Krypton/Neon-Quellen und der Ablassmechanismus gesteuert,
um Änderungen
in der Gasmischung auszugleichen und um zu versuchen, eine optimale
Mischung aufrechtzuerhalten. Die Steuerung des Excimer-Lasers 10 läuft in einer
Rückkopplungsschleife
ab, die durch die Linie 110 in 2 gekennzeichnet
ist. Als solches überwacht
das System kontinuierlich die Betriebsparameter des Lasers und steuert
entsprechend die getrennten Gasquellen und den Abbaumechanismus,
um eine optimale Gesamtlasereffizienz aufrechtzuerhalten.
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Auf
diese Weise repräsentiert 2 eine
allgemeine Übersicht
der Verfahrensschritte der Erfindung. Der tatsächliche Betrieb des Systems
kann von zahlreichen, vorstehend beschriebenen Faktoren abhängen, und
verschiedene Gasauffüllstrategien
können
eingesetzt werden.
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Was
beschrieben wurde ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Auffüllen einer
Gasmischung in einem Excimer-Gaslaser.
Die allgemeinen Prinzipien der Erfindung können, obwohl sie vorstehend
mit Bezug auf einen Fluor/Krypton-Excimer-Laser beschrieben wurden, auch auf andere
Excimer-Laser und auf andere Gaslaser angewendet werden. Im Allgemeinen
können die
Prinzipien der Erfindung in jedem Gaslasersystem vorteilhaft genutzt
werden, das zwei oder mehr getrennte Gaskomponenten einsetzt, die
Gegenstand eines unabhängigen
Abbaus sind. Folglich sind die hier beschriebenen beispielhaften
Ausführungsbeispiele
lediglich Veranschaulichungen der Erfindung und sind nicht dazu
gedacht, den Umfang der Erfindung zu begrenzen.