TWI345348B - Chamber for a high energy excimer laser source - Google Patents

Description

1345348 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域3 發明領域 本發明請求在2006年六月5日提出申請之美國專利申 5 請案第11/447,502號的優先權。本發明係與脈衝、氣體放電 雷射有關。本發明係明確地與，但不僅與一種用於高脈衝 能量準分子氣體放電雷射的腔室有關。 ί：先前技術3 發明背景 10 典型的氣體放電雷射可以使用一對分離的長形放電電 極，以在一氣體材料中起始雷射作用。在一種結構中、鋁 製的兩件式腔室殼體係被用來包覆該氣體增益媒質與放電 區域。除了含有該增益媒質之外，該殼體典型地係被用來 作為該等電極的機械性支架，且在某些情況中係被用來作 15 為一將該等電極之至少一者與該殼體（其係典型地被接地) 電氣地分離之絕緣體。因此，該殼體係相對地需要較為強 韌與堅硬。在典型地以相對易碎的陶瓷所製成之絕緣體被 機械地連結至該被殼體的情況下，該殼體的形變會在該絕 緣體上施加應力而導致該絕緣體彎曲，並且在嚴重情況下 20 會致使其碎裂。除了來自於該殼體的應力之外，該絕緣體 也可能會受到來自熱負荷之應力以及由電氣追跡（一種已 知會在高功率準分子放電雷射中發生的現象）所產生之熱 梯度的影響。 對於某些例如脈衝準分子雷射類型之雷射，脈衝能量 5 1345348 可以藉由增加氣體增益媒質的壓力而增強。此一壓力接著 會對該腔室殼體體施加額外的應力。此外，該殼體的鑄壁 係典型地形成有一或更多的通孔，以允許電氣導體可以通 過而到達該等電極中之一者。這些通孔會在該殼體靠近該 5 絕緣體附近處形成一弱化區域，其在形變時係特別地易受 損害。可以提供一較堅韌之殼體的一種方式，係以例如鋼 材之較強韌材料來進行其之製造，然而這可能會造成非所 欲在重量和成本上的增加。 基於上述的考量，本案申請人揭示一種用於高能量準 10 分子雷射來源之腔室。 【發明内容】 發明概要 在本發明的一具體例之第一態樣中，一用於氣體放電 雷射的腔室可以包含有一具有一鑄壁之腔室殼體，該鑄壁 15 具有一圍繞一腔室容積的内部表面以及一外部表面。該鑄 壁也可以形成有一孔口。在這個態樣中，該腔室也可以包 含有至少一延伸通過該孔口之電氣導體以使得電流進入該 腔室容積内，以及一設置於該導體和該鑄壁之間的構件， 以避免氣體流過該孔口而允許在該容積中可以維持一腔室 20 壓力。該腔室可以進一步包含有一被設置於該孔口附近的 一增壓區塊，以在該鑄壁之外表面的至少一部分上維持一 定壓力，而減少該鑄壁在接近該孔口附近由於腔室壓力所 導致的弧狀彎曲。 在一具體例中，該流動避免構件可以包含有一陶瓷絕 6 1345348 緣體，而且在一特殊具體例中，一可壓縮密封中可以被設 置於該陶瓷絕緣體與殼體鑄壁之間。在一特定的實施例 中，該增壓區塊可以包含氮氣氣體。在此一態樣的應用中， 該氣體放電雷射係為一準分子雷射，該導體係與一放電電 5 極成電氣連接，在該腔室容積内部之該氣體壓力係超過500 kPa而在該隔艙内部之該壓力則超過500 kPa。 在一具體例的另一態樣中，一用於氣體放電雷射之腔 室，可以包含有一具有一鑄壁之腔室殼體，該鑄壁會包圍 一增壓腔室容積以及一對被設置於該腔室容積中之分離的 10 放電電極。在這個態樣中，該腔室可以進一步包含一陶瓷 絕緣體，其係被設置在該容積中並且係以一用於減少橫越 該鑄壁部分之壓力差的構件，而連接至該殼體鑄壁的一部 分以減少該絕緣體的變形。 在一具體例中該鑄壁部分可以形成有一孔口，而在一 15 特定的具體例中該鑄壁部分可以形成有數個孔口，該腔室 進一步包含有數個電氣導體，而每個導體係延伸通過各別 的孔口以使得電流通過該鑄壁至該等放電電極中之一者。 該絕緣體可以被設置於該等電極中之一者和該鑄壁部分之 間。在這個態樣中，該減少構件可以包含一被設置於該鑄 20 壁部分上之罩蓋，以建立一區塊與一用於將該區塊增壓的 氣體供給源。在一特別的實施例中，該罩蓋可以形成有一 排出孔口以允許氣體流過該罩蓋而移除在該區塊中所產生 的臭氧。 在一具體例的其他態樣中，一種用於產生一雷射光束 1345348 的方法可以包含有以下步驟：提供一具有圍繞一腔室容積 之鑄壁的腔室殼體；一對分離放電電極設置於該腔室容積 中；將一陶瓷絕緣體設置於該容積中並將該絕緣體連結至 該殼體鑄壁的一部分；以一氣體增益媒質將該腔室進行增 5 壓；在該等電極間建立一電壓差以在該增益媒質中產生一 放電作用，並減少橫越過該鑄壁部份間之壓力差以減少該 絕緣體的變形。 在該方法的一實施例中，該電壓差可能藉由一通過該 鑄壁部分之導體來建立。該壓力差減少步驟可以包含以下 10 子步驟：將一罩蓋安置在該鑄壁部分上建立一區塊並對該 區塊進行增壓。在一特殊實施例中，該鑄壁部分可以形成 有數個孔口與數個電氣導體，而每個導體可以延伸通過各 別的孔口，以將電流通過該鑄壁部分至該等放電電極之一 者。該氣體增益媒質可以是一激發氣體，而該壓力差可以 15 被減少至低於50kPa。 圖式簡單說明 第1圖顯示一沿著雷射軸線而橫斷之氣體放電雷射腔 室的簡化剖面圖； 第2圖係為一顯示該腔室殼體之一半中所選定部分的 20 分解透視圖，以例示該電氣饋入元件以及通過形成於該腔 室鑄壁中之孔口的絕緣體； 第3圖例示說明一具有一單件式罩蓋的增壓區塊之具 體例的分解透視圖；並且 第4圖例示說明一具有一雙件式罩蓋的增壓區塊之具 8 體例的分解透視圖。

【實施方式;J 較佳實施例之詳細說明 首先參照第1圖，其顯示並大概地以元件標號10來表示 一用於例如KrF準分子雷射、XeF準分子雷射、XeC1準分子 雷射、ArF準分子雷射或分子氟雷射之脈衝雷射的氣體放電 腔室之一部分。該腔室10典型地包含有一由例如鍍鎳鋁之 導電性、抗腐蝕材料所製成的兩件式腔室殼體12，並且係 通常被架構成具有矩形密封末端。藉著這種結構，該殼體 12可以圍繞維持一可形成雷射的氣體介質的容積14(也可 參照第2圖）。 §亥腔室10也可以包含有一具有兩個延長分離之電極 16，18的電氣放電系統’其中之-者可以被指定為陰極而另 -個則為陽極。藉著這種結構，可以在介於電㈣，Μ之間 的空間建立一氣體放電區域20並包含有一雷射光束軸22, 其係實質上垂直於第1圖中所顯示腔室1〇之該頁面而延 伸。電極16，18可以延伸至例如大約4〇_8〇 cm的長度，並對 齊一通常與轴22平行之方向。因此， 腔室10所顯示的該氣 體放電區域20,係為具有接近於該等電極1618的長度(也就 是40-80 cm)之長度以及-略微成矩形之橫剖面的—延長^

積’舉例來說，其可以是寬為例如3毫米而在加準分子雷 射之電極空間的方向上大約為20毫米。對於室1〇，一可Z 包含有KrF、XeF、XeCl、ArF、F2之氣體 安置於區域20中並被維持於一適當的壓力 雷射媒質，係被 下。如上所示， 在這些系統中，輪出脈衝能量會隨著該氣體增益媒質的壓 力而一起增大。 如在第1圖中所進一步顯示的，在電極16和殼體丨2之間 的電氣接觸係藉著可以由一例如高純度氧化鋁之陶瓷材料 的介電質所製成之絕緣體24來避免。在一實施例中，電極 18係被維持在一例如接地電位之固定的參考電位，而電極 16則可以相對於該參考電位來偏壓以在該氣體放電區域2〇 中啟始一放電作用。可以了解的是其他的偏壓方式也是可 行的。第1圖也顯示該腔室10可以包含有一具有一中空介電質 官件26、預電離電極28以及一導電性墊片3〇的預電離系統。 相互對照弟1和2圖，其顯示一典型結構以例示說明電 流通過殼體12至電極16之通路。如在第2圖中所示，該殼體 12形成有數個孔口（也就是通孔），在此一情況中為十五個。 雖然殼體12被顯示成具有十五個通孔，但是，可以理解的 是其也可以運用超過十五以及而且少到如一個通孔一般。 该絕緣體24係形成有相等數目（在此一情況中為十五個）之 圓筒形突起，每個突起均延伸通過形成於殼體12中之各別 的孔口。第2圖例示說明一由一例如高純度氧化鋁之陶瓷材 料的介電質所製造之圓筒形罩蓋32，其係被設置在形成於 該殼體12的外侧之每個絕緣體突起上，並且一導電性穿透 構件34係通過每個突起之開口。因此，每個穿透元件34都 通過該殼體之鑄壁並與電極16接觸。藉著這種結構，在第3 圖中所顯示之例如板件36之導體，將會與每個穿透元件34形 成電氣接觸，以將一相對一致分布之電流通連呈電極16。接 1345348 著’該板件36係被電氣地連接至一高電壓電源(未顯示）。 如在第1圖中所充份顯示的，在絕緣體24與殼體12之間 具一密封38 ’並且一密封40係被設置在電極16和絕緣體24 之間。密封38,40可以是可被壓縮的密封，其具有一c型剖 5面，並且可以由以錫包覆之材料所製成，以允許該密封可 以被曝露於氟氣下而僅有或不會產生劣化。藉由上述的結 構’可以避免氣體雷射媒質經由形成於殼體12中之孔口自 放電區域20漏洩。因此，在放電區域2〇中將可以維持一定 的腔室壓力。 10 第3圖例示說明一增壓區塊42可以被建立在該殼體π 的鑄壁之外表面的一部分上，以減少該殼體鑄壁由於腔室 壓力所導致的弧形彎曲（以及在一些情況中為該絕緣體24 的變形）。對於在第3圖中所顯示的具體例中，一包括有— 單件式罩蓋44以及安裝框架46的總成，可以被用於以殼體 15 12的鑄壁來建立區塊42。如其所示，該罩蓋44可以形成有 可密封的通孔48，以允許導體通過該罩蓋44，並自一高壓 電源(未顯示）將電流帶至板件36。為了架構該區塊42，該單 件式罩蓋44可以被固定（舉例來說，藉由黏結，機械地固 定，等等）至框架基座46,而該框架基座則可以被固定(舉例 20來說，藉由黏結，機械地固定，等等）至殼體12。典型地， 該單件式罩蓋44可以由一厚度為大約丨〃的例如高純度氧化 铭之介電質材料，或是厚度為大約^丨5〃之玻璃填充Ultem 樹脂所製成。該安裝框架46可以由鋁(舉例來說6061 T6)、 或是以黃銅和鋁組合之材料所製成。 11 1345348 繼續參照第3圖，其可能提供—氣體供給源5〇以對區塊 42進行增^舉例來說’該區塊可以用氮氣、聽（氣、氯、 等等）或是其等之組合來加以增壓。藉著_制而非限制 的方式’該氣體放電雷射可以是―具有包含麼力範圍在 5 400-600 kPa之XeF氣體’以及電極間電壓為3〇_5〇kv之準 分子雷射，以產生脈衝能量為2〇〇 mJ與脈衝重複率為6仟赫 之脈衝，而該區塊42可以包含有壓力大於5〇〇kPa的氮氣。 在一些情況中，其可以採用少於大約5〇 kPa之壓力差。此 外，在區塊中的壓力可以超過該腔室壓力及/或可以設定為 10使得該殼體12的鑄壁的歪斜減少至低於一定的歪斜程度 (舉例來說Ο.ΟΟΓ)。 如第3圖所示，該罩蓋44可以形成有一排出孔口52以允 §午氣體流過該罩蓋而持續地對該區塊提供新鮮氣體。此 外，該排出孔口可以藉著在該殼體12中形成通道（未顯示） 15而提供。舉例來說，該排出孔口可以包含一止回閥、限制 孔口、控制閥’等等。在一些情況中，一”流體壓力”可以 用來移除在區塊42中所產生的臭氧。 第4圖例不§兒明一增壓區塊42’的另一具體例，其可以被 建立在殼體12的鑄壁之外表面的一部分上，以減少由於腔 2〇 ^ 至壓力所導致之該殼體鑄壁（和在絕緣體24的一些情況中 變形中）的弧形彎曲現象。在第4圖中所顯示的具體例，其 包括有一具有一内部區塊44a與外部區塊44b之兩件式罩 蓋’而安裝框架46’可以被用來與該殼體12的該鑄壁一起建 立區塊42’。如其所示’該罩蓋之該内部區塊44a可以形成有 12 1345348 10 可密封之通孔48'，以允許導體通過該罩蓋並自一高壓電源 (未顯示）將電流帶至該板件36、穿透元件34與電極16。為了 架構該區塊42'，該内部區塊44a可以被固定(舉例來說，藉 由黏結’機械地固定，等等）至該外部區塊44b，該外部區 塊44b可以被固定(舉例來說，藉由黏結，機械地固定，等 等）至該框架基座46,其可以被固定(舉例來說，藉由黏結， 機械地固定，等等）至該殼體12。典型地，該罩蓋之該内部 區塊44a可以由一厚度為大約丨〃的例如高純度氧化鋁之介 電質材料，或是厚度為大約1〃之玻璃填充ultenM^脂所製 成。該内部區塊44a可以是如所示之厚度一致的平板，或者 其可以是具有在該邊緣較薄而在中心較厚之凸緣（未顯 示）藉著例示說明的方式，該外部區塊4仆與安裝框架％ 可以由鋁(舉例來說6061 T6)或是黃銅和鋁之組合所製成。 15 20 雖然在本專利申請案中所詳細地描述與例示以符合 35u.s.c. § 112的規定之該具體例之特定態樣可以達^ 述之具體例的料態㈣任何目的、欲解決的問題或任何 其他理由或是標的，習於聽者將可以了解的是目前所描 边之本發明描述的具體例態樣，僅係為該標的之典型的、 舉例說明的代表範例，而應被廣義地解釋本發明。在此描 述與請求之具體例態樣係完全地包含有其他的具體例，: =習於此藝者而言，目前可能是或者可能會變得是祕 發明說明書係為顯而易知的。本發明的範圍僅係且完全 =附加的申請專利範圍所界定’而除了隨附的申請專 】範圍的記述内容之外沒有其他限制。除了有明確地說明 13 1345348 • 之外’在此等請求項中以單一形式來指稱之元件，並非代 表也*事意味著此—所請求的元件應被解釋為"―個且僅 有一個"，反而應該解釋為”-或更多個"。上述具體例態樣 之習於此藝者已知的或不久後將成為已知的任何元件之結 5構性與功能性等效物，係在此被明白地併入以供參考並且 。健被包含於本案之申請專利範圍内。在本中請案之發明 說明書及/或中請專利範财所使用並在發明說明書及/或 • _請專利範财有明確地賦予涵義之彳壬何術語都應解釋為 該涵義’不論此-術語有任何字典上的或其地常用的涵 義在本發月„兒明書中之裝置或方法並非或不需為具體例 的任何態樣，而克服欲以在本申請案中所揭示具體例來解 決之每個問題’其係被包含在本申請專利範圍中。在本案 揭不内今t之7C件、組件或方法步驟都並非要貢獻給公 眾不，該等几件、組成物或方法步驟是否有被明媒地描 _ 15豸於該等請求項中。在隨附的帽專利範圍中所請求元件 • 都不應以35 U.S.C. § 112第六段較義來解釋，除非該元件 係明確地以”用於……之構件”的片語，或是在方法請求項 中以該元件係被描述為一”步驟，，而非"動作,，。 習於此藝者將會了解’上面所揭示之本發明的具體例 之該等態樣僅為較佳的具體例，而並未以任何方式來偈限 本發明的揭示内容，而尤其不是僅侷限至-特定的較佳具 體例。習於此藝者將可以瞭解與明白，在此所揭露之本發 月的，、體例之態樣可以進行許多變化和修改。隨附的申請 專利範圍在範圍與涵意上不僅要來涵罩蓋本發明的具體例 14 1345348 之態勢樣，也要包含對習於此藝者而言係顯而易知之此等 的等效物與變化和修改。 【圖式簡單說明3 第1圖顯示一沿著雷射軸線而橫斷之氣體放電雷射腔 5 室的簡化剖面圖； 第2圖係為一顯示該腔室殼體之一半中所選定部分的 分解透視圖，以例示該電氣饋入元件以及通過形成於該腔 室鑄壁中之孔口的絕緣體； 第3圖例示說明一具有一單件式罩蓋的增壓區塊之具 10 體例的分解透視圖；並且 第4圖例示說明一具有一雙件式罩蓋的增壓區塊之具 體例的分解透視圖。 【主要元件符號說明】 10…氣體放電腔室 34…穿透構件 12…殼體 36…板件 14…容積 38,40…密封 16,18…電極 42,42'…區塊 20…氣體放電£域 44…罩蓋 22…雷射光束軸 44a…内部區塊 24…絕緣體 44b…外部區塊 26…管件 46,46'…安裝框架 28…預電離電極 48,48’···通孔 30…導電性墊片 50…氣體供給源 32…圓筒形罩蓋 52…排出孔口 15

Claims (1)

1345348 第96117041號申請案申請專利範圍修正本i ” ^ ^^2^0.02.08. 十、申請專利範圍： 1. 一種用於氣體放電雷射的腔室，該腔室包含： 一腔室殼體，其具有一鑄壁，該鑄壁係圍繞一可增 壓之腔室容積； 一對設置於該腔室容積中之分離的放電電極； 一設置於該容積中且連結至該殼體鑄壁之一部分 之陶瓷絕緣體； 用以減少橫越過該鑄壁部分之一壓力差以減少該 絕緣體之變形的構件，其中該減少構件包含一安裝於該 鑄壁部分以建立一區塊之罩蓋及一用以增壓該區塊之 氣體供給源。 2. 如申請專利範圍第1項之腔室，其中該增壓區塊含有氮 氣。 3. 如申請專利範圍第1項之腔室，其中該腔室容積内之該 氣體壓力係超過500 kPa。 4. 如申請專利範圍第1項的腔室，其中該區塊内之該壓力係 超過584 kPa。 5. 如申請專利範圍第1項的腔室，其中該氣體放電雷射係 為一激生分子雷射。 6. 如申請專利範圍第1項的腔室，其中該鑄壁部份形成有 一孔口 〇 7. 如申請專利範圍第1項的腔室，其中該鑄壁部份形成有 數個孔口且該腔室更包含數個電氣導體，每一導體延伸 通過一各別孔口以使電流通過該鑄壁至該等放電電極 16 1345348 第96117041號中請案中請專利範圍修正本 100.02.08. 中之一者。 8. 如申請專利範圍第1項的腔室，其中該絕緣體係設於該 等電極中之一者與該鑄壁部分之間。 9. 如申請專利範圍第1項的腔室，其中該罩蓋係形成有一 排出孔口以容許氣體流過該罩蓋以移除在該區塊產生 之臭氧 10. —種用於產生雷射光束的方法，該方法包含以下步驟： ® 提供一腔室殼體，其具有一圍繞一腔室容積的鑄壁； 將一對分離的放電電極設置於該腔室容積中； 將一陶瓷絕緣體設置於該容積中並將該絕緣體連 結至該殼體鑄壁之一部分； 以一氣體增益媒質對該腔室進行增壓； 建立一橫越過該等電極之電壓差，以在該增益媒質 中形成一放電作用；以及 減少橫越過該鑄壁部分之一壓力差，以減少該絕緣 0 體之變形，包含將一罩蓋安裝於該鑄壁部分以建立一區 塊之次步驟；以及 增壓該區塊。 11. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該電壓差係藉由一 通過該鑄壁部分之導體而建立。 12. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該鑄壁部分形成有 數個孔口以及數個電氣導體，每個導體均係延伸通過一 各別的孔口以使電流通過該鑄壁部分而到達該等放電 電極中之一者。 17 1345348

第96117041號中請案中請專利範圍修正本 100.02.08. 13. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該氣體增益媒質係 為一激生分子氣體。 14. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該區塊壓力係比該 腔室壓力更大。 18