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Dokumentenidentifikation DE69835093T2 03.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001008210
Titel AERODYNAMISCHER KAMMERENTWURF FUR EXCIMERLASER HOHER PULSWIEDERHOLRATE
Anmelder Cymer, Inc., San Diego, Calif., US
Erfinder MORTON, G., Richard, San Diego, CA 92127, US;
FOMENKOV, Igor V., San Diego, CA 92129, US;
PARTLO,William Norman, Poway, California, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69835093
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.02.1998
EP-Aktenzeichen 989073606
WO-Anmeldetag 04.02.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/US98/02041
WO-Veröffentlichungsnummer 1998037601
WO-Veröffentlichungsdatum 27.08.1998
EP-Offenlegungsdatum 14.06.2000
EP date of grant 28.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse H01S 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01S 3/036(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01S 3/225(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Laser und insbesondere Excimerlaser, die in der Lage sind, Pulswiederholraten von 1 Kilohertz (kHz) zu erreichen.

Hintergrund der Erfindung

Da die gewünschten Merkmalgrößen auf integrierten Schaltkreisen kleiner werden, werden die Anforderungen an optische Lithographietechniken größer. Diese Anforderungen führten zur Entwicklung von optischen Projektionssystemen nahe an der Beugungsgrenze als auch zur Untersuchung von verschiedensten Beleuchtungsquellen. Von den gegebenen äquivalenten optischen Systemen sind Beleuchtungssysteme wünschenswerter, die bei kürzeren Wellenlängen arbeiten, als solche, die bei längeren Wellenlängen arbeiten, auf Grund ihrer Fähigkeit, kleinere Strukturmerkmale zu bilden. Gasentladungslaser, insbesondere Excimerlaser, sind einzigartig geeignet für solche Anwendungen auf Grund der Kombination von kurzen Entladungswellenlängen bei großer Leistung. Zum Beispiel beträgt die Wellenlänge eines Kryptonfluorid-(KrF)Excimerlasers näherungsweise 248,4 nm.

Excimerlaser arbeiten im Allgemeinen auf pulsierende Weise. Das Pulsieren ist erforderlich, um dem Gas innerhalb des Entladungsbereiches genügend Zeit zu geben, zu seinem thermischen Anfangszustand zurückzukehren. In einem statischen Gassystem benötigt das Gas Zeiten in der Größenordnung von 1 Sekunde, um diesen Zustand zu erreichen, wodurch die Wiederholrate äußerst eingeschränkt wird. Moderne Lasersysteme erreichen höhere Wiederholraten, indem das Gas innerhalb des Gasentladungsbereiches aktiv umgewälzt wird, typischerweise unter Verwendung eines Tangentialgebläses, um das Gas umzuwälzen.

Das US-Patent Nr. 4,611,327, mit dem Titel „Gas Transport Laser System," beschreibt einen pulsierenden Gaslaser mit hoher mittlerer Leistung und hoher Wiederholrate. Das offenbarte System verwendet zwei Tangentialgebläse, um das Gas mit hoher Geschwindigkeit an der exzentrisch montierten Elektrodenanordnung vorbeizutransportieren. Das System erreicht hier eine Pulsrate von 500 Hz und eine mittlere Ausgangsleistung von 100 Watt (W).

US-Patent-Nr. 5,033,056, mit dem Titel "Gas Laser' beschreibt einen Gaslaser mit einem geschlossenen Gasflusskanal. Das Gas fließt durch die Entladungskammer und an der Elektrodenanordnung mit hoher Geschwindigkeit vorbei. Der Laser verwendet ein Kreuzstromgebläse und einen genau definierten Kanal, um die gewünschten Flussraten zu erreichen. Turbulenzen werden reduziert und eine geeignete Druckdifferenz erhält man unter Verwendung von einem Paar von Leitblechkörpern.

US-Patent-Nr. 4,637,031 mit dem Titel "Apparatus for the Generation auf Laser Radiation" beschreibt einen Laser für Hochfrequenzpulse, der bei Atmosphärendruck transversal angeregt wird. Es wird eine Laserkammer mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt verwendet. Das Lasergas, das mit einem oder mehreren Ventilatoren ungewälzt wird, fließt durch einen Kühler, bevor es in die Entladungskammer eintritt.

US-Patent-Nr. 4,771,436, mit dem Titel "Gas Laser Oszillator Having a Gas Flow Smoothing Device to Smooth Gas Flow in the Electrical Discharge Region" beschreibt einen Gaslaseroszillator mit axialem Fluss bei hoher Geschwindigkeit. Um sehr hohe Flussraten zu erreichen, während eine stabile elektrische Entladung beibehalten wird, ist an dem Gaseinlass an dem elektrischen Gasentladebereich eine Gasflussglättungsvorrichtung installiert. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet ein zylindrisches Gitter, um die Glättungfunktion zu erreichen.

EP 543795 offenbart einen Excimerlaser mit einer Fluidführung, die an dem Lasergehäuse angebracht ist.

Aus dem Vorangegangenen wird offensichtlich, dass eine Excimerlaserkammer mit höheren Gasflüssen erwünscht ist, um hohe Pulswiederholraten zu erreichen, ohne die Hochspannungseigenschaften zu verschlechtern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt einen Excimerlaser mit den Merkmalen bereit, die in Anspruch 1 ausgeführt sind. Diese Vorrichtung umfasst eine Kammer, die in der Lage ist, lichtbogenfrei bei Pulswiederholraten von einem kHz oder mehr zu arbeiten. Die Kammer gleicht die Elektrodendesignkriterien, die erforderlich sind, um einen gut definierten Entladungskanal zu erzeugen, mit den Flussdesignkriterien, die erforderlich sind, hohe Ausräumraten zu erreichen, miteinander aus. Die Ausräumrate ist die Rate, bei der das Gas innerhalb des Entladungsbereiches durch frisches Gas ersetzt werden kann, d. h. bei der ein Lasermedium bereitgestellt wird, das frei ist von optischen und elektrischen Inhomogenitäten.

Die Erfindung verwendet einen keramischen Isolator, der auf jeder Seite der Kathoden/Vorionisatoren-Anordnung angeordnet ist. Der keramische Isolator verbessert den Fluss des Gases durch den Entladungsbereich indem Turbulenzen in dem Elektrodenbereich reduziert werden. Ein Keramikmaterial wird verwendet, um eine Lichtbogenentladung von der Hochspannungselektrode zum geerdenten Kammergehäuse zu vermeiden.

Eine Reihe von besonders ausgelegten Flussschaufeln sind vorzugsweise in der Laserkammer der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Das Gas, das aus dem Gebläseventilator austritt, wird mit einer Schaufel in den Entladungsbereich geleitet. Der Anodenträgerstab ist nach unten erweitert, so dass die Effizienz des Tangentialgebläses verbessert wird und auch die Gasmenge, die an dem Entladungsbereich vorbeifließt, minimiert wird. Ein Schaufelpaar wird verwendet, um das Gas sanft aus dem Entladungsbereich und in Richtung des Wärmetauschers zu leiten. Die keramischen Isolatoren in Verbindung mit einem Schaufelpaar reduziert den Zusammenbruch der Flussgeschwindigkeit, wenn es den Elektrodenbereich verlässt, wodurch Turbulenz minimiert wird.

Ein weiteres Verständnis der Natur und der Vorteile der vorliegenden Erfindung kann durch Bezugnahme auf die verbleibenden Bereiche der Beschreibung und der Zeichnungen realisiert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Seitendarstellung eines Excimerlasers einschließlich eines Vorionisators gemäß dem Stand der Technik;

2 ist eine perspektivische Ansicht einer Kathode und Vorionisatoranordnung des Excimerlasers, der in 1 dargestellt ist;

3 ist eine schematische Seitendarstellung eines Excimerlasers gemäß der Erfindung;

4 ist eine perspektivische Darstellung der Kathoden/Vorionisatoranordnung gemäß der Erfindung;

5 ist ein Graph mit Flussturbulenzen, die unmittelbar nach dem Entladungsbereich gemessen wurden;

6 ist ein Graph, der die Ausgangsleistung gegenüber der Wiederholrate für einen Excimerlaser zeigt, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;

7 zeigt Pulsenergiestabilitätsdaten für einen modifizierten Excimerlaser; und

8 ist eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Eine der grundsätzlichen Einschränkungen, hohe Pulswiederholungsraten zu erreichen, ist die Geschwindigkeit, mit der Gas in dem Entladungsbereich ersetzt werden kann. Zwischen jedem individuellen Puls muss das Gas in dem Entladungsbereich vollständig ersetzt werden, so dass das Lasermedium frei von optischen und elektrischen Inhomogenitäten ist. Dies ist erforderlich, um Pulse zu erzeugen, die einen hohen Grad an Wiederholbarkeit sowohl des Energieinhaltes als auch des räumlichen Intensitätsprofils aufweisen.

Ersetzen des Gases in dem Entladungsbereich während der Zwischenpulszeit stellt höhere Anforderungen an die Gebläseventilatoranordnung, wenn die Pulsrate größer wird. Erhöhte Ventilatorgeschwindigkeiten resultieren in höherer mechanischer Beanspruchung des Ventilators, des Motors, der Lager und anderer Antriebshardware.

Neben der Vorgabe von Anforderungen zum hohen Gasdurchsatz an den Gebläseventilator, muss die gesamte Kammer darauf ausgelegt werden, die erforderlichen Flussraten zu erreichen, während Turbulenzen und Staubereiche in der Nähe des Entladungsbereichs minimiert werden. Zusätzlich unterliegen die Kathode und die Anode typischerweise Elektrodendesignzwängen, um das elektrische Feld geeignet entlang der Achse des optischen Laserhohlraumes zu konzentrieren.

Eine andere Einschränkung, die dem Entwurf eines Excimerlasers mit hoher Pulswiederholrate auferlegt wird, ist die Notwendigkeit, grobe Lichtbogenüberschläge von der Hochspannungselektrode auf das Metallkammergehäuse, das auf Erdpotential liegt, zu vermeiden. Typischerweise liegen die Spannungen, die in einem Excimerlaser verwendet werden, im Bereich von 10 bis 20 Kilovolt (kV). Bei diesen Spannungspegeln sind auch Oberflächenkriechströme entlang des isolierenden Materials ein potentielles Problem. Lichtbogenüberschläge, die außerhalb des vorgesehenen Entladungsbereiches auftreten, reduzieren die verfügbare Energie zum Pumpen des Lasermediums, wodurch die UV-Pulsenergie reduziert wird. Lichtbogenüberschläge verursachen auch neben den Elektroden Erosion von anderen Kammerkomponenten, wodurch die Systemlebenszeit eingeschränkt wird. Weiterhin fügen Lichtbogenüberschläge zu einer instabilen Pulsenergie, die eine Dosiskontrolle schwierig macht, wenn nicht sogar unmöglich.

Bei sehr hohen Pulsraten, wie z.B. im 1 kHz Bereich, wird es wichtig, das Gas in dem gesamten Elektrodenbereich zu ersetzen, nicht nur in dem Bereich, der das Laser-Moden-Volumen umfasst. Dies kommt daher, weil die Lebenszeit der Ionen, die während der Entladung erzeugt werden, genügend lang ist, um eine Entladung flussabwärts während der nächsten Entladung zu verursachen, wenn das Gas nicht vollständig aus den Bereichen herausgeschwemmt wird, die ein hohes elektrisches Feld enthalten. Einfach gesagt reicht es nicht aus, frisches Gas in dem Laserbereich für aufeinanderfolgende Pulse zu haben, um konsistente Pulsenergie und Strahleigenschaften zu garantieren.

1 ist eine Querschnittsansicht eines Lasers 100 gemäß dem Stand der Technik. Die allgemeine Konstruktion dieses Lasers kann der entsprechen, die in US-Patent-Nr. 4,959,840 (mit dem Titel „Compact Excimer Laser Including an Electrode Mounted in Insulating Relationship to Wall of the Laser"), 5,033,055 (mit dem Titel "Compact Excimerlaser"), 5,377,215 (mit dem Titel "Excimerlaser"), und 5,337,330 (mit dem Titel „Pre-Ionizer for a Laser") offenbart sind, wobei alle davon allgemein von dem Rechteinhaber dieser Anmeldung besessen werden.

Die Laserkammer 100 schließt ein Gehäuse ein, das aus einem Paar von Halbteilen 102 und 104 gebildet wird. Die Halbteile 102 und 104 werden gekoppelt und abgedichtet, z.B. durch einen O-Ring 106, der sich um den Umfang des Gehäuses erstreckt.

Eine Kathode 108 und eine geerdete Anode 110 werden in einer beabstandeten Beziehung innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die Kathode 108 und die Anode 110 können aus geeigneten Metallen mit hoher Reinheit gebildet werden, um die Erosion der Metalle zu minimieren und um Verunreinigung des Lasergases mit Erosionsprodukten, die entstehen können, zu vermeiden. Ein elektrischer Entladungsbereich 112 ist zwischen der Kathode 108 und der Anode 110 angeordnet. Die elektrische Entladung in dem Bereich 112 wird durch einen Hochspannungsimpuls, wie z.B. in der Größenordnung von 20 kV, erzeugt, der an die Kathode 108 angelegt wird.

Ein Basiselement 114, das aus geeignetem leitfähigem Material hergestellt ist, trägt die Anode 110. Die Anode 110 und das Element 114 sind elektrisch mit dem Gehäuse 102 durch einen Erdungsrückführkäfig (nicht gezeigt) verbunden. Der Erdungsrückführkäfig weist eine Anzahl von Ausschnitten auf, wodurch er minimalen Einfluss auf die Zirkulation des Gases durch den Laser 100 hat.

Ein leitfähiges Element 116 kontaktiert die Kathode 108 und ist benachbart zu einer Hauptisolatorplatte 118 angeordnet. Die Hauptisolatorplatte 118 trennt und isoliert Gewindemetallstäbe 120 voneinander. Die Gewindemetallstäbe 120 greifen in das leitfähige Element 116 ein, um die Hochspannung zur Kathode 108 zuzuführen. Die Gewindestäbe 120 erstrecken sich durch isolierende Durchführungen 122, die aus einem geeigneten Material, wie z.B. Keramik hergestellt sind.

Das obere Gehäuseelement 102 schließt sich nach unten erstreckende Wandbereiche 124 ein, so dass die Hauptisolatorplatte 118 von der oberen Wand des Gehäuseelements 102 beabstandet ist. O-Ringe 126 sind in Ausnehmungen in dem leitfähigen Element 160 auf einer Seite der Hauptisolatorplatte 118 angeordnet und O-Ringe 128 sind in Ausnehmungen auf der anderen Seite der Hauptisolatorplatte 118 angeordnet, so dass der Zentralbereich der Platte 118 zwischen den O-Ringen zusammengepresst gehalten wird. Die Hauptisolatorplatte 118 isoliert elektrisch die Kathode 108 von den Wänden der Gehäusestruktur und stellt dabei sicher, dass eine geeignete elektrische Entladung zwischen der Kathode 108 und der Anode 110 auftritt.

Wenn ein Spannungsimpuls an die Kathode 108 durch die Verbindungsstäbe 120 und das leitfähige Element 116 angelegt wird, wird eine elektrische Entladung im Bereich 112 erzeugt. Diese elektrische Entladung ionisiert Gase in der Umgebung des Bereiches 112 und verursacht eine chemische Reaktion, die zwischen den Gasen erzeugt werden sollen. Z.B. reagiert Kr und F2 chemisch um KrF zu erzeugen. Wenn diese thermische Reaktion auftritt, wird Energie, wie z.B. in Form von Licht bei einer bestimmten Wellenlänge erzeugt. Die kohärente Energie wird mit hoher Intensität in einem engen Strahl erzeugt. Sie wird von dem Hohlraum durch ein Fenster (nicht gezeigt) gerichtet.

Vorionisatoren, die im Allgemeinen mit 130 bezeichnet sind, können innerhalb des Hohlraums angeordnet werden, um die Ionisation der Gase zu erleichtern, indem ultraviolettes Licht zugeführt wird. Das ultraviolette Licht wird durch eine Coronaentladung in den Gasen erzeugt unmittelbar bevor das Gas in dem Hauptentladungsbereich zwischen der Anode 110 und der Kathode 108 elektrisch leitfähig wird. Vorionisatoren 130 können zwischen den Elektroden 108 und 110 angeordnet werden und können voneinander in einer zweiten Richtung quer, vorzugsweise senkrecht, zur ersten Richtung voneinander getrennt sein. Die Vorionisatoren 130 erstrecken sich in dem Hohlraum in einer dritten Richtung quer, vorzugsweise senkrecht, zur ersten und zweiten Richtung. Die Elektroden 108 und 110 erstrecken sich auch in dem Hohlraum in der dritten Richtung. Diese dritte Richtung kann als die Richtung in die Papierebene in 1 angesehen werden.

Jeder Vorionisator 130 schließt eine hohle Röhre 132 ein, die aus einem geeigneten Material hergestellt ist, das eine hohe Dielektrizitätskonstante und eine hohe dielektrische Stärke bereitstellt. Vorzugsweise sind die Röhren 132 aus einem Keramikmaterial, wie z.B. polykristallinem durchscheinenden Aluminiumoxid hergestellt. Das Material hält vorzugsweise jede Coronaentladung auf der äußeren Oberfläche der Röhren 132 davon ab, in die Röhren einzudringen.

Ein elektrischer Leiter 134 ist innerhalb jeder Röhre 132 angeordnet. Vorzugsweise ist der Leiter 134 elektrisch mit dem Lasergehäuse verbunden, das auf Erdpotential gehalten wird. Ein elektrischer Leiter 136 ist auf der Oberfläche der Röhre 132 angeordnet und läuft annähernd entlang der vollen Länge der Elektrode 108. Die Leiter 136 können in Form von elastischen Federn ausgeführt sein, die gegen die Oberflächen der zugeordneten Röhren 132 mit mäßiger Kraft verspannt sind. Die Leiter 136 werden auf dem Potential der Kathode 108 gehalten.

Die Umwälzung des Gases innerhalb des Lasers wird durch einen Ventilator 138 mit einer Vielzahl von Schaufeln 140 bereitgestellt. Der Ventilator 138 treibt die Gase entlang eines Pfades 142 durch den Entladungsbereich 112. Um den Gasfluss zu erleichtern, schließt das System Leitplatten 144, 146, 148 und 150 ein. Eine Gasumlenkung 152 von näherungsweise kreisförmigem Querschnitt schöpft einen Teil des Gases aus dem Gehäuse zum Filtern ab, wodurch Fremdkörper und verschiedene Verunreinigungen aus dem Gas entfernt werden.

Die meiste elektrische Energie, die in das Gas durch die elektrische Entladung zwischen der Kathode 108 und der Anode 110 übertragen wird, wird in Wärme umgewandelt. Die Wärme wird entfernt durch erzwungenen konvektiven Austausch mit einem radial gerippten Wasser gekühlten Wärmetauscher 154. Mechanische Arbeit, die in dem Gas durch den Ventilator 138 geleistet wird, wird letztendlich auch in Wärme umgewandelt, die durch den Wärmetauscher 154 entfernt wird.

2 ist eine perspektivische Ansicht der Kathode und der Vorionisatoranordnung des Excimerlasers, der in 1 dargestellt ist. In dieser Ansicht sind die Kathode 108 und die Vorionisatorröhren 132 klar sichtbar. Wie gezeigt ist, umfasst die Hauptisolatorplatte 118 vier getrennte Platten. Die Platte 118 kann auch aus einem einzelnen Stück isolierenden Materials hergestellt sein, z.B. aus einem einzelnen Blatt Aluminiumoxid.

An jedem Ende der Röhren 132 sind Hülsen 201 angeordnet. Die Hülsen 201 halten die elektrische Entladung oder den Lichtbogen entlang der Röhren 132 von den Leitern 136 auf das Lasergehäuse ab. Vorzugsweise ist das Material der Hülsen 201 homogen zu dem Material der Röhren 132. Das Material der Hülsen 201 ist bevorzugter identisch zu dem Material der Röhren 132. Die Röhren 132 und die Hülsen 201 können aus einem einzelnen Stück Material hergestellt sein, wodurch die selben hohen dielektrischen Eigenschaften erreicht werden und die Notwendigkeit für irgendein Haftmittel zwischen den Röhren 132 und den Hülsen 201 wird eliminiert.

Die Röhren 132 werden gegen die Leiter 136 durch verschiedene Positionierungselemente 203 an Ort und Stelle gehalten. Vorzugsweise werden die Positionierungselemente 203 aus einem isolierenden Material hergestellt. Die Elemente 203 können auch aus einem leitfähigen Material bestehen, jedoch kann diese Konfiguration zu einem Stromabwärtslichtbogen führen. Die leitfähigen Positionierelemente können auch die Bildung einer Coronaentladung in dem Bereich stören, der unmittelbar die Elemente umgibt.

Die elektrischen Leiter 134 und 136 definieren erste und zweite Platten eines Kondensators. Die Röhren 132 dienen als das dielektrische Material zwischen den Platten des Kondensators. Vorzugsweise wird Hochspannung an die elektrischen Leiter 136 angelegt, wie z.B. das Kathodenpotential und die elektrischen Leiter 134 werden geerdet. Das dielektrische Material der Röhren 132 hat die Eigenschaften, eine kapazitive Coronaentladung ohne dielektrischen Zusammenbruch zu unterstützen.

Wenn ein Spannungsimpuls zwischen die dielektrischen Leiter 134 und 136 angelegt wird, verursachen die elektrischen Ladungen Coronaentladungen, die an den Oberflächen der Röhren 132 erzeugt werden sollen. Diese Coronaentladungen emittieren Strahlung, die sich zum Bereich 112 bewegt. Die Strahlung ionisiert die Gase in dem Bereich 112 vor, so dass die Ionisation der Gase erleichtert wird, wenn ein Spannungsimpuls zwischen der Kathode 108 und der Anode 110 erzeugt wird.

3 ist eine schematische Seitendarstellung eines Excimerlasers gemäß der Erfindung. Dieser Laser ist im Wesentlichen äquivalent zu dem Laser, der in 1 dargestellt ist, außer der Hinzufügung und/oder Modifikation von verschiedenen Gasflussschaufeln und verwandte Strukturen. Auf Grund dieser Änderungen ist es möglich, die notwendige Flussgeschwindigkeit zu erreichen, um den Elektrodenbereich 112 zwischen den Laserpulsen vollständig auszuräumen, selbst bei einer Rate von 1 kHz oder größer. Dieses System minimiert auch die elektrische Leistungsanforderung des Gebläses 138. Alle Materialien, die in der Konstruktion dieser Modifikationen verwendet werden, sind fluorkompatibel und deformieren nicht das elektrische Feld in dem Entladungsbereich 112.

Die Schaufel 301 ist so ausgelegt, dass sie das Gas von dem Gebläseventilator 138 sanft direkt in den Entladungsbereich 112 leitet. Das Ende der Schaufel 301 erstreckt sich auch weiter in Richtung Entladungsbereich 112 als die Schaufel des Standes der Technik, so dass ein Stillstand des Gases bevor es den Entladungsbereich 112 erreicht, vermieden wird. In dieser Ausführungsform schöpft, wie in dem Stand der Technik eine Gasumlenkung 103 einen Teil des Gases zum Filtern ab. Jedoch schließt die Umlenkung 303 eine Erweiterung 305 ein, die es ermöglicht, dass das Gas unter einem Abstand von dem Bereich 112abgeschöpft wird. Dies erlaubt es der Schaufel 301, den Fluss wieder herzustellen, bevor er in den Elektrodenentladungsbereich eintritt.

Auf jeder Seite der Anode 108 und des Vorionisators 130 befindet sich ein keramischer Isolator 307. Die Isolatoren 307 reduzieren die Turbulenz innerhalb des Entladungsbereichs 112. Die Isolatoren 307 werden vorzugsweise aus einer Keramik, wie z.B. Aluminiumoxid hergestellt, wodurch eine Flussleitung bereitgestellt wird, ohne Lichtbogenentladung von der Hochspannungselektrode auf das geerdete Gehäuse zu fördern.

Im Stand der Technik war eine Absperrschaufel 146 eingeschlossen, um das Gas davon abzuhalten, an dem Entladungsbereich 112 vorbeizuströmen. Vorzugsweise wird diese Schaufel entfernt und der Träger 309 für die Anode 110 wird nach unten ausgedehnt, so dass die Effizienz des Tangentialgebläses verbessert wird und auch die Gasmenge, die an dem Entladungsbereich vorbeiströmt, minimiert.

Im Stand der Technik wird eine Ausgangsschaufel 150 verwendet, um sicherzustellen, dass das aufgeheizte Gas, das den Entladungsbereich verlässt, an dem Wärmetauscher 154 vorbeiströmt. Jedoch, weil die Schaufel 150 nahe an dem unteren Träger 114 montiert war, ging das Gas, das den Entladungsbereich verlässt, von einem Bereich mit kleinem Querschnitt zu einem Bereich mit sehr großem Querschnitt. Aus dieser Konfiguration ergibt sich, dass der Gasfluss zusammenbricht, sobald er aus dem Entladungsbereich austritt, was zu einem sehr turbulenten Bereich führt, wodurch das glatte Durchströmen des Gases durch den Entladungsbereich 112 verhindert wird. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schaufel 150 durch eine Ausgangsschaufel 311 ersetzt, die zwischen der Anode 110 und dem Träger 309 montiert ist. Die Schaufel 311 in Verbindung mit dem Isolator 307 stellt eine schrittweise Änderung des Flussquerschnittes bereit. Diese schrittweise Änderung reduziert den Zusammenbruch der Flussgeschwindigkeit, wodurch Turbulenz in dem Bereich außerhalb des Entladungsbereiches 112 minimiert wird. Weiterhin trägt der glatte Bogen der Schaufel 311 dazu bei, das aufgeheizte Gas zu dem Wärmetauscher 154 zu lenken.

Die Schaufel 148 wird vorzugsweise durch eine Ausgangsschaufel 313 ersetzt. Die Schaufel 313 erstreckt sich von dem Gehäuse 102 weiter weg als die Schaufel 148 des Standes der Technik, was hilft, den Zusammenbruch der Flussgeschwindigkeit zu verhindern, wenn das Gas den Entladungsbereich 112 verlässt. Die Schaufel 313 schließt auch eine gekrümmte Oberfläche 315 ein, die in Verbindung mit der Schaufel 311 den Fluss des erhitzten Gases, das den Entladungsbereich verlässt, sanft in Richtung Wärmetauscher 154 umleitet.

4 ist eine perspektivische Darstellung der Kathoden/Vorionisatoranordnung. Wie vorher beschrieben wurde, befindet sich auf jeder Seite der Kathode 108 ein Vorionisator 130. Ein keramischer Isolator 307, der jeden Vorionisator 130 umgibt, ist so ausgelegt, dass der Gasfluss durch den Entladungsbereich 112 unterstützt wird.

5 ist ein Graph für Flussturbulenzen, die unmittelbar flussabwärts des Entladungsbereichs 112 gemessen wurden. Ein Heißdrahtanemometer, das in der Lage ist, Geschwindigkeitsänderungen auf einer Zeitskala der Größenordnung von 200 Mikrosekunden aufzulösen, wurde verwendet für diese Messungen. Die Kurve 501 veranschaulicht die gemessenen Turbulenzen für das Stand der Techniksystem, das in 1 gezeigt ist. Die Kurve 503 veranschaulicht die gemessenen Turbulenzen für die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die in 3 gezeigt ist. Basierend auf Spitze zu Spitze Geschwindigkeitsauslenkungen, reduzierten die Modifikationen an der Kammer die Turbulenzwerte um einen Faktor von ungefähr 3. Weiterhin erhöht sich mit der modifizierten Kammer für die selbe Gebläsegeschwindigkeit die mittlere Flussgeschwindigkeit um näherungsweise 17%.

6 ist ein Graph, der die Ausgangsleistung gegenüber der Wiederholrate für den Excimerlaser, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, zeigt. Wie dargestellt wird, skaliert die Ausgangsleistung linear mit der Wiederholrate und erreicht ungefähr 11 Watt bei 1 kHz.

7 stellt Pulsenergiestabilitätsdaten für den modifizierten Excimerlaser bereit. Die Pulsenergiestabilität ist von besonderer Wichtigkeit für Mikrolithographieanwendungen. Der Graph 701 zeigt, dass die 3-Sigmawerte der Pulsenergiefluktuation geringer oder gleich 5% für ein Fenster mit 50 Pulsen ist.

8 ist eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform wurde die Ausgangsschaufel 311 durch eine Ausgangsschaufel 801 ersetzt. Obwohl der Zweck der Schaufel 801 der selbe ist, erstreckt sie sich weiter in Richtung Kammergehäuse, bevor sie sich nach unten in Richtung Wärmetauscher 154 erstreckt. Eine Schaufel 803 wird an dem vorderen Ende der Anodenanordnung hinzugefügt, wodurch Turbulenzen an diesem Ort weiter reduziert werden und der Fluss durch den Entladungsbereich 112 gefördert wird.

Wie der Fachmann versteht, kann die vorliegende Erfindung in anderen speziellen Formen ausgeführt werden, ohne in den besonderen Charakteristiken davon abzuweichen. Entsprechend sollen hier die Offenbarungen und Beschreibungen den Rahmen der Erfindung, der in den folgenden Ansprüchen ausgeführt wird, veranschaulichen aber nicht einschränken.


Anspruch[de]
Excimer-Laser der folgendes umfasst:

eine Gehäusestruktur (102, 104), die einen Laserhohlraum definiert, um ein Gas aufzunehmen, das Laserlichtverstärkung ermöglicht;

eine erste Elektrode (108) und eine zweite Elektrode (110), die beabstandet zueinander innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und einen Entladungsbereich definieren;

ein Ventilator (138), der das Gas durch den Laserhohlraum umwälzt;

ein Wärmetauscher (154), der in dem Gehäuse angeordnet ist, um das Gas zu kühlen;

ein erstes Isolierelement (306), das in der Umgebung der ersten Elektrode angeordnet ist, wobei das Gas an dem ersten Isolierelement vorbeikommt, bevor es in den Entladungsbereich (112) eintritt, wobei das erste Isolierelement Gasturbulenzen in dem Entladungsbereich verringert;

ein zweites Isolierelement (307), das in der Umgebung der ersten Elektrode angeordnet ist, wobei das Gas an dem zweiten Isolierelement vorbeikommt, nachdem es durch den Entladungsbereich (112) hindurchgegangen ist, wobei das zweite Isolierelement Gasturbulenzen in dem Entladungsbereich verringert; und

eine Vorionisationsvorrichtung (130), die benachbart zu ersten Elektrode (108) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Isolierelement (306) teilweise die Vorionisationsvorrichtung (130) umgibt.
Excimer-Laser nach Anspruch 1, der weiterhin umfasst:

eine zweite Vorionisationsvorrichtung (131), die benachbart zur ersten Elektrode (108) angeordnet ist, wobei das zweite Isolierelement (307) teilweise die zweite Vorionisationsvorrichtung umgibt.
Excimer-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 2, der weiterhin eine erste Lichtbogenschaufel (301) umfasst, die teilweise den Ventilator (138) umgibt, wobei die Schaufel das Gas von dem Ventilator zu dem Entladungsbereich (112) leitet. Excimer-Laser nach Anspruch 3, der weiterhin ein Gassiphon (303) umfasst, wobei das Gassiphon (303) einen Einlass aufweist, der durch einen Bereich der ersten Schaufel (301) hindurchgeht, wobei ein Teil des Gases von dem Ventilator durch den Einlass hindurchgeht. Excimer-Laser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, der weiterhin ein Trägerelement (309) umfasst, der an die zweite Elektrode (110) gekoppelt ist, wobei sich das Trägerelement im Wesentlichen zwischen der zweiten Elektrode und dem Ventilator erstreckt, wobei das Trägerelement im Wesentlichen das Gas, das von dem Ventilator umgewälzt wird, davon abhält, den Entladungsbereich zu umgehen. Excimer-Laser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, der weiterhin eine zweite Lichtbogenschaufel (311) umfasst, die an die zweiten Elektrode gekoppelt ist, wobei die zweite Lichtbogenschaufel das Gas, das den Entladungsbereich verlässt, zu dem Wärmetauscher leitet. Excimer-Laser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, der weiterhin eine dritte Lichtbogenschaufel (315) umfasst, die an das Gehäuse gekoppelt ist, wobei die dritte Lichtbogenschaufel das Gas, das aus dem Entladungsbereich herauskommt, zu dem Wärmetauscher leitet. Excimer-Laser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, der weiterhin eine vierte Schaufel (803) umfasst, die an das Trägerelement (309) gekoppelt ist, wobei die vierte Schaufel Turbulenzen in dem Gas verringert, bevor das Gas in den Entladungsbereich (112) eintritt. Excimer-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die ersten und zweiten Isolierelemente aus Aluminiumoxid hergestellt sind.






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