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Dokumentenidentifikation DE112006000150T5 29.11.2007
Titel Excimerlaser mit Elektronenemittern
Anmelder Intel Corp., Santa Clara, Calif., US
Erfinder Skinner, Michael, San Jose, Calif., US;
Neustadt, Martha, Hillsboro, Oreg., US
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 112006000150
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KN, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, LY, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 05.01.2006
PCT-Aktenzeichen PCT/US2006/000484
WO-Veröffentlichungsnummer 2006074384
WO-Veröffentlichungsdatum 13.07.2006
Date of publication of WO application in German translation 29.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse H01S 3/038(2006.01)A, F, I, 20070822, B, H, DE

Beschreibung[de]
Gebiet

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich allgemein auf das Gebiet der Ausbildung von Excimerlasern. Insbesondere betreffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung räumlich geformte Elektronenemitter in Excimerlasern.

Hintergrund

Excimerlaser sind heute Laser der Wahl für viele Anwendungen in dem Ultravioletten Spektralbereich. Excimerlaser erzeugen ultraviolettes Licht durch Unterwerfen einer Mischung aus Edelgasen und Halogengasen unter elektrischen Hochspannungsentladungen. Unter solchen Bedingungen reagieren Edelgase und Halogengase unter Bildung von nicht stabilen Edelgas-Halogenitdimeren, die unter Abgabe von ultraviolettem Licht schnell zerfallen.

Obwohl Excimerlaser ganz nützlich sind, gibt es doch einige Betriebnachteile, die bei der Ausbildung nach dem Stand der Technik vorhanden sind. Einige dieser Nachteile ergeben sich aus den häufigen elektrischen Hochspannungsentladungen, die bei Excimerlasern verwendet werden. Diese Ladungen neigen zur Bewirkung einer Zerstäubung der Metallelektroden, die in den Laser verwendet werden, wobei sich die zerstäubten Materialien im Inneren der Kammer unter Beeinträchtigung des Betriebs der Laserkomponenten ablagern. Weiter kann das zerstäubte Material mit den Halogengasen in den Laser unter Bildung von metallischen Halogeniden reagieren, die eine der Komponenten der zu lasernden Reaktion entfernt und die Intensität des erzeugten Lichts mindert. Auch sind komplexe und teure elektrische Komponenten zum Erzeugen und zum Regulieren dieser hochfrequenten elektrischen Hochspannungsentladungen erforderlich. Ein weiterer Nachteil dieser vorbenannten Laser ist es, dass die während des Betriebs negativ geladenen Halogengase mit Siliciumoxid (SiO2) reagieren, die in den optischen Linsen der Laser beinhaltet sein können. Diese Reaktionen vermindern die Transparenz der Linsen, was zu einer teuren Aufarbeitung führt.

Kurze Erläuterung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden beispielhaft und nicht zum Zwecke der Begrenzung in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen wiedergegeben, wobei einander entsprechende Bezugszeichen einander ähnliche Elemente angeben und wobei:

1 ist ein Blockdiagramm eines Excimerlasersystems nach einem Ausführungsbeispiel;

2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Excimerkammer unter Verwendung einer Elektronen emittieren Kathodenebene nach einem Ausführungsbeispiel;

3 zeigt eine Draufsicht auf die Elektronen emittierende Kathodenebene von 2 nach einem Ausführungsbeispiel;

4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Excimerkammer, die ein verkleinertes Gatter nach einem Ausführungsbeispiel verwendet;

5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Excimerkammer, die Fremdgase verwendet in einem Ausführungsbeispiel;

6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Excimerkammer, die Oberflächenleitungsemitter verwendet, nach einem Ausführungsbeispiel;

7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Excimerlaserlinse nach einem Ausführungsbeispiel;

8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Betriebs eines Excimerlasers zeigt, nach einem Ausführungsbeispiel.

Eingehende Beschreibung

Verschiedene Aspekte der beispielhaften Ausführungsbeispiele unter Verwendung von Begriffen beschrieben, die von dem Fachmann allgemein verwendet werden zum Übertragen der Substanz ihrer Arbeit auf andere Fachleute. Weiter ergibt es sich für den Fachmann, dass alternative Ausführungsbeispiele mit nur einigen der beschriebenen Aspekte verwirklicht werden können. Zum Zwecke der Erläuterung sind bestimmte Ziffern, Materialien und Ausbildungen angegeben, um ein vollständiges Verständnis der beispielhaften Ausführungsbeispiele zu ermöglichen. Es ergibt sich jedoch für den Fachmann, dass alternative Ausführungsbeispiele ohne die bestimmten Einzelheiten verwirklicht werden können. Bei anderen Beispielen wird auf allgemein bekannte Merkmale verzichtet oder es wird vereinfacht, um die beispielhaften Ausführungsbeispiele nicht zu verundeutlichen. Die Ausrücken „aufweisen", „haben" und „einschließen" sind Synonyme, wenn sich aus dem Zusammenhang nichts anderes ergibt.

1 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines Excimerlasersystems 11, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie für dieses Ausführungsbeispiel gezeigt, kann dass System 11 einschließen, nicht aber darauf begrenzt, eine Spannungsversorgung 12, eine Controller 14, ein Leistungssteuermodul 16 und eine Laserkammer 18.

Die Spannungsversorgung 12 kann eine von außen kommende Leistung, die dem System 11 zugeführt wird, aufnehmen und regeln. Die Leistungsquelle 12 kann, ohne darauf beschränkt zu sein, Spannungsfilter, einen Überspannungsschutz, Leistungsregulatoren und Monitore, Absicherungsleistungsquellen und andere Komponenten beinhalten, um den Zustand der aufgenommenen, von außen kommenden Leistung zu konditionieren. Zum Liefern der geregelten Leistung kann die Leistungsquelle elektrisch mit dem Leistungsteuermodul 16 über eine elektrische Verbindung 22 gekoppelt sein.

Das Leistungssteuermodul 16 kann eine regulierte Leistung von der Spannungsversorgung 12 aufnehmen und eine Hochspannungserzeugung- und Umschaltung für die Kammer 18 ausführen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Spannungssteuermodul 16 die empfangene Leistung in Hochspannungs- und/oder Niederspannungsladungen zum Entladen mit einer Anzahl von Frequenzen geeignet wandeln. Um eine solche Wandlung zu erreichen, kann das Spannungssteuermodul 16, ohne darauf begrenzt zu sein, Kapazitäten, Spannungsregulatoren und Hochspannungsschalter aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Spannungssteuermodul 16 die empfangene Spannung in Hochspannungsdirektstromladungen, durch Verwendung, beispielsweise, von isolierten bipolaren Gattertransistoren, Spannungsregulatoren und Spannungsfiltern wandeln. Zum Liefern der erzeugten Ladungen kann das Spannungssteuermodul 16 elektrisch mit der Kammer 18 über Konnektoren 32, 34 über eine elektrischer Verbindung 36 verbunden sein. Das Spannungsteuermodul 16 kann dazu in der Lage ein, Spannungen zwischen einer ersten Elektrode 36 und einer zweiten Elektrode 38 aber auch zwischen dem Komponenten der zweiten Elektrode 38 zu liefern.

Sowohl die Spannungsversorgung 12 als auch das Leistungssteuermodul 16 können beobachtet und durch den Controller 14 über Steuerverbindungen 20 und 24 gesteuert werden. Der Controller 14 kann Signale von der Spannungsquelle 12 und dem Spannungssteuermodul 16 über Verbindungen 20 und 24 erhalten oder an diese liefern, um verschiedene Betriebsparameter dieser Komponenten zu beobachten bzw. einzustellen. Der Controller 14 kann ein beliebiger digitaler oder analoger Controller sein, der das logische Programm aufweist, wie, aber nicht darauf begrenzt, einen system logic controller (SLC), ein program logic controller (PLC), ein ditributed control system (DCS), einen eingebetteten Controller, einen PC oder einen Mikrocomputer. Weiter kann der Controller 14 integriert sein mit entweder der Spannungsvesorgung 12 oder dem Leistungssteuermodul 16.

Die Kammer 18 kann zum Aufbringen von elektrischen Ladungen verwendet werden, die durch das Spannungssteuermodul 16 erzeugt worden sind, zur Erzeugung von ultraviolettem Licht (UV). Die Kammer 18 kann ein hermetisch abgedichteter Behälter mit einem Lasergas 40 in diesem sein. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Kammer 18, ohne darauf begrenzt zu sein, die erste Elektrode 36, die zweite Elektrode 38, die eine Mehrzahl von Elektronenemittern beinhaltet, das Lasergas 40, das zwischen der ersten Elektrode 36 und der zweiten Elektrode 38 angeordnet ist, eine reflektierend Fläche 28 und eine Linse 30 aufweisen.

Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Lasergas 40 ein Edelgas oder ein Edelgashalogenit aufweisen. Beispiele des Lasergas 40 könnte, ohne darauf begrenzt zu sein, aufweisen: Xenon (Xe), eine Mischung aus Xe und F, eine Mischung aus Xe und Chlor (Cl), eine Mischung aus Xe und Brom (Br), eine Mischung aus Xe und Jod (I), eine Mischung aus Krypton (Kr) und F, eine Mischung aus Kr und Cl oder eine Mischung aus Argon (Ar) und F in geeigneten Konzentrationen.

Die erste Elektrode 36 kann eine Metallelektrode aufweisen, die von der zweiten Elektrode 38 beabstandet ist. Die zweite Elektrode 38 kann eine Mehrzahl von räumlich gemusterten Elektronenemittern wie Feldeffektelektronenemittern, Thermoeffektelektroemittern oder eine Kombination aus beiden aufweisen. Es wird weiter in Einzelheiten beschrieben, dass die Mehrzahl von Elektronenemittern, die in der zweiten Elektrode 38 gefunden werden, die Ladevorgänge des Systems mit weniger Energie ermöglichen, was wiederum zu einer Verbesserung der Gesamtleistungsfähigkeit des Systems 11 führt.

Weiter kann das System 11 weitere Komponenten (nicht gezeigt) aufweisen einschließlich, nicht aber begrenzt auf, eine Wellenlängenmessungs/Kalibrations-Einheit und line-narrowing-Module zum Beobachten und Regeln des erzeugten UV Lichts. Derartige optische Komponenten können in dem System integriert sein oder von dem System 11 gesondert sein.

Der Betrieb des Systems 11 wird jetzt in Bezugnahme auf eine Kammerausbildung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die in 2 gezeigt ist, erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die erste Elektrode 36 eine Isolationsschicht 54 und eine Anode 52 aufweisen, die auf die Isolationsschicht 54 vorgesehen ist oder auf diese aufgedruckt ist. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Isolationsschicht 54, ohne darauf begrenzt zu sein, kalziniertes Sodaglas, Keramik oder Kunststoff sein. Die Isolationsschicht 54 muss nicht kontinuierlich sein, wie gezeigt, die Anode 52 kann selbststützend sein. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Anode aus jedem leitfähigen Material mit einem relativ hohen Dampfdruck, wie, ohne darauf begrenzt zu sein, Aluminium (Al), Indiumzinnoxid (ITO), Molyden (Mo), Titan (Ti), Wolfram (W), und jeden Kombination oder Legierung daraus konstruiert sein.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Elektrode 38 ein Substrat 58, eine Kathode 56 oder einen Gatterisolator 60 aufweisen, ein Gatter 62 und räumlich gemusterte Elektronenemitter 64, die relativ zueinander, wie gezeigt, angeordnet sind. Das Substrat 58 kann ein Isolator sein, der aus Materialien gebildet ist, ohne darauf begrenzt zu sein, ein Siliciumwafer (SI), kaliziniertem Sodaglas, Keramik oder Kunststoff und jeder Kombination daraus. Die Kathode 56 kann eine Schicht sein, die auf dem Substrat 58 abgelagert oder auf diesem aufgedruckt ist und kann aus jedem leitfähigen Material mit einem relativ hohem Dampfdruck konstruiert sein, wie, ohne darauf begrenzt zu sein, Al, ITO, Ni, Mo, Ti, W, Si und jede Kombination oder Legierung daraus.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein (nicht gezeigter) Widerstand auf die Kathode 56 deponiert oder aufgedruckt sein zum Ermöglichen einer gleichmäßigen Elektronenemission. Der Widerstand kann konstruiert sein aus einem Material mit einer gleichförmigen Widerstandsversteilung, wie, ohne darauf begrenzt zu sein, Chromsilicium (CrSi), Siliciumcarbit (SiC), dotiertem Si, amorphem Si und jede Kombination daraus.

Der Gatterisolator 60 und das Gatter 62 können mit der Kathode 56 gekoppelt sein durch Ablagern der Schicht der ausgewählten Materialien der Kathode 56 und selektives Ätzen oder Mikrobearbeiten der abgelagerten Materialien zum Definieren von Höhlungen. Der Gatterisolator 60 kann aus jedem Material mit einer hohen Dielektrischen Konstante konstruiert sein, beispielsweise Silicium Oxid (SiO) oder Aluminium Oxid (AlO).

Das Gatter 62 kann aus einem leitfähigen Material, wie, ohne darauf begrenzt zu sein, Al, ITO, Ni, Mo, Ti, W, Pt und jede Kombination daraus, konstruiert sein.

Die Elektronenemitter können räumlich gemustert sein und in jeder der Höhlungen montiert sein und in elektrischer Verbindung mit der Kathode 56 stehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Elektronenemitter eine Mehrzahl von Feldeffektmikrospitzenemitter 64 sein, die jeweils in eine pointierte Spitze auslaufen, die von dem Gatter 62 durch einen Abstandhalter 56 getrennt sind. Obwohl nur drei Feldeffektmikrospitzenemitter 64 in 2 gezeigt sind, können andere Ausführungsbeispiele jede beliebige Anzahl von Emittern verwenden. Bei dem Ausführungsbeispiel können die Mikrospitzenemitter 64 in jeder der Höhlungen durch Ablagern von ausgewähltem Material in einer abgrasenden Art und Weise. Andere Ausführungsbeispiele können weiter Vorgänge zum Bilden der Mikrospitzenemitter aufweisen einschließlich, beispielsweise, durch Evaporieren von Emittermaterial über der Höhlung zur Akkumulation in der Höhlung oder durch Ätzen der Emitter 64 aus einer größeren Menge des Materials.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Mikrospitzenemitter metallische Kegel sein, die aus einem Material gewählt sind, wie, ohne darauf begrenzt zu sein, Mo, Si, W, Hafnium (Hf), Silicium und jede Kombination daraus. Diese Mikrospitzenemitter 64 können zum Vergrößern der Elektronenextraktion beschichtet sein. Beispiele von Beschichtungsmaterialien können, ohne drauf begrenzt zu sein, Zirconiumcarbid (ZrC), Hafniumcarbid (HfC), Diamanten, Siliciumdioxid (SiO2), amorpher Kohlenstoff (C), Schwefel (S), dotiertes Bornitride (BN), poröses Silizium und jede Kombination daraus aufweisen.

Bei dem Betrieb kann eine relativ geringe Emitterspannung (beispielsweise etwa 10V) zwischen den Mikrospitzenemittern 64 (über die Kathode 56) und das Gatter 62 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes angelegt sein. Aktiviert durch dieses elektrische Feld können die Mikroemitter 64 Elektronen in die Kammer emittieren. Die Emissionsspannung und die sich ergebende Elektronenemission kann abhängig sein u.a. von den Abständen zwischen den Mikrospitzenemittern 64 und dem Gatter 62, der Schärfe des Gatters 62 und der Position der Mikrospitzenemitter in der Gatterbohrung.

Die Emission der Elektronen in die Kammer kann eine geringere Initiationsspannung erlauben, die verursacht ist, um ein Wandern der Elektronen zwischen den Mikrospitzenemittern und der Anode 52 zu verursachen. Oder, andersherum, die Elektronenemission von den Emittern 64 kann die Energie verringern, die erforderlich ist, damit die Elektronen über den Spalt zwischen den Emittern 64 zu der Anode 52 springen. Das Anlagen der Initiationsspannung und der sich daraus ergebende Fluss von Elektronen von den Spitzen 62 zu der Anode 52 kann Komponenten des Lasergases 40 ionisieren. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel mit einer Mischung aus Ar und F als Lasergas 40 die Ionisation des Fluors repräsentiert werden durch folgende Gleichung: F2 + e– ⇨ F + F

Die Fluorionen können sich mit den Erdgaskomponenten des Lasergases, beispielsweise, Ar unter Bildung einer erregten Dimer Reaktion verbinden wie folgt: F + Ar ⇨ ArF

Der gebildete Dimerkomplex kann eine sehr kurze Lebensdauer haben (beispielsweise weniger als 5 Nanosekunden) und kann sich schnell zersetzen unter Freigabe von UV-Licht (&lgr;) wie folgt: ArF ⇨ Ar + F + &lgr;

Das freigesetzte UV-Licht kann durch die Linse 30 gesammelt und übertragen werden.

Wenn der Elektronenfluss zwischen den Mikrospitzenemittern 64 und der Anode 52 initiiert ist, kann eine Laserspannung, die geringer sein kann als die Initiationsspannung, zwischen den Mikrospitzenemittern 64 und der Anode 52 angelegt werden, um die Laserreaktion des Gases 40 aufrecht zu erhalten. Die Laserspannung kann die Beschleunigung der Elektronen von den Emittern 64 zu der Anode 52 und damit die Intensität des emittierten Lichts bestimmen. Ein kontinuierliches Lasern kann durch Steuern der Emissionsspannung in einer gewünschten Weise erreicht werden. Beispielweise kann eine verringerte Laserspannung und eine zugehörige Intensität kompensiert werden durch Erhöhen der Frequenz der Emissionsspannung. Eine Abnahme in der Intensität des Lichtstrahls kann, u.a., die Hitze, die von den Linsen absorbiert wird, verringern, was wiederum zu einer geringeren Linsenzerstörung führt und eine größere Auflösung erlaubt.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann die relativ geringe Emissionsspannung zwischen dem Gatter 62 und den Mikrospitzenemittern 64 eine Gleichstromanwendung erlauben zum Triggern einer kontinuierlichen Elektronenemission während des Betriebs. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Emissionsspannung pulsiert sein zum Erzeugen von periodischer Elektronenemission während des Betriebs, was einen weiteren Bereich der Betriebsfrequenzen, als heute verfügbar ist, erlauben könnte.

Die Anforderungen an die niedrige Spannung und den niedrigen Strom nach diesem Ausführungsbeispiel können die Verwendung von elektronischen Einheiten (beispielsweise dem Leistungssteuerungsmodul 16) erlauben, das in der Lage ist, höhere Frequenzen zu erreichen als bei Anforderungen einer Hochspannung und eines Hochstroms des gegenwärtigen Excimerlasersystems. Zusätzlich kann die verwendete Steuerelektronik auch schnellere Aufladezeiten des Systems 11 erlauben.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine Reduktion der Spannung zwischen den Elektroden 36 und 38 den Betrag des Metalls, das von den Leitern zerstäubt wird, verringern. Die Menge des zerstäubten Metalls kann bezogen werden auf das Quadrat der Spannung zwischen den Elektroden 36 und 38. Bei einem Reduzieren der Spannung um die Hälfte könnte dies zu einer Verringerung des Betrags an zerstäubtem Material auf ein Viertel führen. Eine Reduktion des zerstäubten Metalls kann die Ablagerung des Metalls im Inneren der Kammern verringern, was unnötigerweise die Eigenschaft des Gesamtsystems 11 beeinträchtigt. Bei gegenwärtigen Excimerlasersystemen hat die Anlagerung von zerstäubtem Metallen auf den Linsen, der mechanischen Fläche und den Isolatoren zu verschlechterten Übertragungseigenschaften, mechanischen Bewegungen und Isolationen geführt. Diese Reduktion des zerstäubten Materials kann weiter dessen Reaktion mit den Halogenen verringern. Dies wiederum könnte die Bildung von metallischen Halogenen verringern, die eine der reaktiven Besonderheiten und Effektintensität des Lasers reduziert.

Das räumliche Muster der Mikrospitzemitter 64 kann adaptiert werden zum Konzentrieren der Elektronenwolke und der Laserreaktion in dem Bereich, in der es den größten Nutzen hat bezüglich der Laserintensität oder Ungleichförmigkeit. Beispielsweise kann ein Ausführungsbeispiel eine höhere Dichte der Emitter 64 in der Mitte der Kammer haben, um für eine größere Sammlung und Übertragung von UV Licht zu sorgen. Weiter kann bei verschiedenen Ausführungsbeispielen des Feldes der Mikrospitzenemitter individuell aktiviert werden, wahlweise aktiviert werden oder alle gleichzeitig aktiviert werden. Die Emissionsaktivationsmuster können eingestellt werden zum Adaptieren der Ziele eines bestimmten Ausführungsbeispiels.

3 zeigt eine Spitze der zweiten Elektrode 38 in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel. Die zweite Elektrode 38 kann, wie gezeigt, ein Feld von Höhlungen aufweisen, das durch das Gatter 62 gebildet wird und einen Abschnitt der Kathode 56. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein 3 × 3 Feld von Höhlungen zur Illustration verwendet, andere Ausführungsbeispiele können jedoch Felder anderer Größen als auch anderer Muster verwenden. Innerhalb der Höhlung kann, wie dargestellt, ein Mikrospitzenemitter 64 montiert sein. Die Höhlungen können gleichförmig beabstandet sein, um eine gleichförmige Elektronenemission von den Mikrospitzenemittern 64 zu erlauben, sie sind aber nicht darauf begrenzt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Abstand justiert werden, gleichzeitig mit der Richtung des Lasers oder in einem Muster zum Erlauben des Laservorgangs.

4 zeigt eine Querschnittansicht einer ersten Elektrode 36 und einer zweiten Elektrode 71 in Überstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die zweite Elektrode 71F, die mit der oben beschriebenen zweiten Elektrode 38 austauschbar sein kann, eine Schicht eines Isolators 60 aufweisen, der abgelagert ist oder aufgedruckt ist auf dem Gatter 62. Beabstandete Kathoden können mit dem Isolator gekoppelt sein durch erstes Ablagern einer Schicht aus ausgewählten Materialien und sodann ausgewähltes Ätzen der abgelagerten Materialien. Elektrodenemitter wie beispielsweise, Kohlenstoff-Nanoröhrchenemitter 72 räumlich gemustert und versetzt auf jeder beabstandeten Kathode sein durch Ablagern ausgewählter Materialien in einer abgrasenden Abfolge. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind vier Kohlenstoff-Nanoröhrchenemitter 72, es kann jedoch jede andere Anzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchenemitter verwendet werden.

Bei dem Betrieb können dann, wenn eine Emissionsspannung zwischen die Kathoden 56 und das Gatter 62 angelegt werden, die Nanoröhrchenemitter Elektronen in die Kammer aussenden. Der verbleibende Laservorgang kann sodann in einer Weise stattfinden, die ähnlich derjenigen ist, die oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben worden ist.

5 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten Elektrode 73 und einer zweiten Elektrode 74 in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die zweite Elektrode 74 beabstandete Kathoden 56 aufweisen, die auf dem Substrat 58 abgelagert sind durch selektives Ätzen oder Mikrobearbeitung einer ersten abgelagerten Kathodenschicht. Die Kathoden 56 können beabstandet sein, um die gewünschte Elektrodenemission zu erleichtern. Elektronenemitter können beabstandet, gemustert und auf der Kathode 56 montiert sein. Geeignete Elektrodenemitter können ohne eine Begrenzung, Kohlenstoffnanoröhrchenemitter 72 einschließen.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann die ersten Elektrode 73 eine Mehrzahl von Gattern 62 aufweisen, die mit der Kathode 52 über eine Mehrzahl von Abstandhaltern 76 gekoppelt sind. Die Abstandhalter 76 können konstruiert sein aus jedem elektrisch nicht leitenden Material, wie, nicht aber begrenzt auf, Glas, Kunststoff, Keramik, Si und jede Kombination daraus. Jedes Gatter 62 kann von jeder beabstandeten Elektrode und Nanoröhrchenemitter 72 beabstandet sein. Bei Anlegen einer Emissionsspannung zwischen die Kathoden 56 und die Gatter 62 können die Nanoröhrchenemitter 72 Elektronen in die Kammer emittieren. Der verbleibende Laservorgang findet sodann in einer Art und Weise statt ähnlich zu demjenigen, der unter Bezugnahme auf 1 beschrieben worden ist.

6 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten Elektrode 36 und einer zweiten Elektrode 75 in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die zweite Elektrode 75, die mit der Elektrode 38 austauschbar sein kann, beabstandete Gatter 62 aufweisen, die auf dem Substrat 58 durch selektives Ätzen oder Mikrobearbeitung einer ersten abgelagerten Kathodenschicht abgelagert ist. Sodann können die Elektronenemitter, wie, aber nicht begrenzt auf, flache ultrafeine Partikelfilmemitter 78 aus Palladiumoxide (PdO) zwischen den Gattern 62 abgelagert sein.

Bei dem Betrieb kann, wenn eine Spannung zwischen die Gatter 62 der Partikelfilmemitter 78 angelegt wird, Elektronen in die Kammer aussenden. Der verbleibende Laservorgang kann sodann in einer Art und Weise stattfinden ähnlich zu derjenigen, die oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben worden ist.

Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele Feldeffektelektronenemitter verwenden, können Thermoeffektelektronenemitter gleich geeignet sein. Beispiele von Thermoeffektelektronenemitter schließen, ohne darauf begrenzt zu sein, Zirkoniumoxid (ZrO)/W Thermofeldemitter ein.

7 zeigt eine Querschnittansicht einer Linse 101 in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Linse 101 kann, wie gezeigt, ein transparentes Element 102, eine optische Beschichtung 108, eine Schutzbeschichtung 106 und eine Stütze 104 aufweisen. Die Linse 101 kann geeignet mit einer Linse 28 ausgetauscht sein, die unter Bezugnahme auf frühere Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist.

Bei der vorliegenden Erfindung kann das transparente Element 102 konstruiert sein aus jedem anderen Material, das UV Licht ausstrahlt wie, ohne darauf begrenzt zu sein, ein Kronglas oder ein Flintglas. Das transparente Element 102 kann durch die Stütze 104 verstärkt sein, die aus einem festen Material konstruiert ist wie, ohne darauf begrenzt zu sein, ein Metall, Kunststoff, Keramik oder jeder Kombination daraus. Die Linse 101 kann weiter die optische Beschichtung 108 für die optische Konditionierung wie, ohne darauf begrenzt zu sein, Schaffen der gewünschten Reflektionsfreiheit, der Polarisation, der Reflektions- und/oder Fokussierungseigenschaften. Die optische Beschichtung 108 kann als Dünnfilm oder als Dickfilm organischer oder anorganischer Materialien geschaffen sein.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann die zu dem Lasergas weisende (oder innere) Fläche des transparenten Element 102 beschichtet sein mit der Schutzbeschichtung 106 mit einer optischen Schicht entsprechend der gewünschten Transmissionsraten der Linse 101. Die Schutzbeschichtung 106 kann angepasst sein zum Verhindern von Reaktionen zwischen dem transparenten Element und Komponenten des Lasergases 40 (beispielsweise Halogen Ionen). Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel F mit einem transparenten Element konstruiert aus Silizium Dioxide (SiO2) reagieren. Dabei und bei ähnlichen Ausführungsbeispielen kann die Schutzschicht 106 ein perfluoriniertes Material aufweisen wie, ohne darauf begrenzt zu sein, Teflon, Kalziumfluoride (CaFl), Magnesium Fluoride (MgFl) und jede Kombination daraus. Die perfluorinierte Schutzschicht 106 kann das F von einem Reagieren mit dem transparenten Element aufgrund der Fluorsättigung der Schutzschicht 106 hindern.

Die perfluorinierte Schutzschicht 106 kann angelagert sein an das transparente Element 102 gemeinsam mit einem Copolymer, beispielsweise Polyehthylen oder jeder ähnlichen langkettigen Kohlenstoffverbindung mit einer Ultraviolet (UV) Absorption. Eine Schutzschicht/Copolymer-Zusammensetzung kann bei ihrer Aufbringung natürlich die Phasen trennen zum Präsentieren der unteren Flächen des unteren Flächenspannermaterials (beispielsweise der Schutzbeschichtung) zu der Aussenfläche, was es dem Copolymer erlaubt an das transparente Element 102 anzulegen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Schutzbeschichtung 106 auf einem Polyalkalin mit einem ähnlichen Ergebnis auf okuliert sein.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Schutzbeschichtung 106 ein Metall beinhalten wie, ohne darauf begrenzt zu sein, Mo, Ni, Al oder jede Kombination daraus. Eine metallische Schutzschicht kann auf dem transparenten Element 102 als ein durchscheinender dünner Film abgelagert sein. Bei dem Betrieb kann vor dem Beginnen der Laserreaktion die metallische Schutzbeschichtung negativ geladen sein derart, dass negativ geladene Ionen des Lasergases 40 von dem transparenten Element 102 zurückgewiesen werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Schutzschicht 106 ein sich verbrauchendes Material sein, das mit den Ionen von dem Lasergas 40 reagiert. Beispiele derartiger sich verbrauchender Materialien schließen, ohne darauf begrenzt zu sein, Polyethylen oder Polypropylen ein. Während der Verwendung können diese Ionen bei einem Ausführungsbeispiel mit negativ geladenen Halogenionen mit der sich aufbrauchenden Schutzschicht reagieren, wodurch die darunter liegende Linse geschützt wird. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das sich aufbrauchende Material einen Oxidierer aufweisen, der eingerichtet ist zum Oxidieren von Fluorionen des Lasergases zum Freigeben von F2.

Die oben diskutierten Ausführungsbeispiele der Linse 101 können auch in Kombination verwendet werden. Beispielsweise kann die Schutzschicht 106 eine Schicht eines perfluorinierten Materials und eine zusätzliche Metallschicht aufweisen oder eine Schicht aus perfluoriniertem Material und eine Schicht aus sich verbrauchendem Material. Optional kann die Schutzschicht 106 auch optisch konditionierende Schichten beinhalten. Derartige optisch konditionierende Schichten können zwischen dem transparenten Element 102 und den Schutzschichten der Schutzbeschichtung 106 angeordnet sein. 8 ist ein Flussdiagramm 110, das ein Verfahren zum Betrieb eines Excimerlasers in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt. Das Verfahren des Betriebs dieses Ausführungsbeispiel kann ausgeführt werden mit Komponenten ähnlich zu ähnlichen Komponenten, auf die in den obigen Ausführungsbeispielen Bezug genommen worden ist. Als ein anfänglicher optionaler Vorgang kann die Linse mit der metallischen Schutzbeschichtung negativ geladen sein zum Schützen des transparenten Elements vor einem Abbau 122. Wenn die Schutzschicht lediglich perfluoriniertes oder sich aufopferndes Material aufweist, kann auf diesen Vorgang verzichtet werden.

Die Elektronenemitter können sodann aktiviert werden zum Emittieren von Elektronen in das Lasergas 124. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Aktivieren der Elektronenemitter das Aufbringen einer vorgegebenen Emissionsspannung zwischen die geeigneten Leiter aufweisen zum Induzieren einer Feldeffekt- oder Thermoeffektelektronenemission. Das Steuern eines individuellen Elektronenemitters oder einer Gruppe von Elektronenemittern durch Auswahl kann die gewünschte Emission erleichtern.

Nach Verstreichen einer ausreichenden Zeit kann eine Initiationsspannung zwischen die Kathode und die Anode angelegt werden, um eine Laserreaktion 126 zu starten. Nach dem der Elektronenfluss von der Kathode zu dem Ion erstellt ist, kann eine Laserspannung zwischen die Kathode und die Anode 126 angelegt werden.

Nachdem die Laserreaktion auftritt, kann eine Auswahl ausgeführt werden. Wenn die Laserreaktion nicht länger erforderlich ist, beispielsweise wenn ein Abschalten des Verwenders festgestellt wird, endet der Prozess. Ansonsten kann der Prozess zu dem Block 124 zurückkehren.

Obwohl bestimmte Ausführungsbeispiele hier erläutert und beschrieben worden sind, ergibt es sich für den Fachmann, dass eine große Variation oder Alternative und/oder äquivalente Implementationen die für bestimmte Ausführungsbeispiele, wie sie gezeigt und beschrieben worden sind, ersetzen kann, ohne sich von dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung zu lösen. Die Anmeldung jede Adaptionen oder Variationen der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele einschließen. Die Erfindung soll daher lediglich durch die Ansprüche und der Äquivalente eingeschränkt sein.

Zusammenfassung

Eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren für einen Excimerlaser mit Lasergas und Elektronenemittern, die eingerichtet sind zum Emittieren von Elektronen bei der Anlegung einer Emissionsspannung werden hier beschrieben.


Anspruch[de]
Eine Vorrichtung mit

einer erste Elektrode;

einer zweite Elektrode, die von der ersten Elektrode beabstandet ist, einschließlich einer Mehrzahl von Elektronenemittern, die eingerichtet sind zum Emittieren von Elektronen bei der Anlegung einer Emissionsspannung; und

einem Lasergas, das zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eingebracht ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Elektrodenemittern wenigstens einen Elektrodenemitter, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Feldeffektelektronenemitter und einem Thermoeffektemitter. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Elektrode weiter aufweist:

eine Kathode;

einen Isolator, der mit der Kathode gekoppelt ist;

ein Gatter, das mit dem Isolator gekoppelt ist, und

die Mehrzahl von Elektrodenemittern elektrisch mit der Kathode gekoppelt sind und dazu eingerichtet sind, Elektronen bei der Anlegung einer Emitterspannung zwischen der Kathode und dem Gatter zu emittieren.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3 weiter mit:

einer Mehrzahl von Höhlungen, die wenigstens teilweise durch Abschnitte der Kathode, des Isolators und des Gatters begrenzt ist;

und die Mehrzahl von Elektronenemittern entsprechend im Inneren der Mehrzahl von Höhlungen angeordnet sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine erste aus der Mehrzahl von Elektronenemittern in einer Spitze auslaufen. Die Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter mit:

einem Widerstand, der den Isolator mit der Kathode koppelt;

einer Mehrzahl von Höhlungen, die wenigstens teilweise durch die Abschnitte des Widerstands, dem Isolator und dem Gatter begrenzt sind; und

die Mehrzahl von Elektronenemittern entsprechend im Inneren der Mehrzahl von Höhlungen angeordnet sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Widerstand mit wenigstens einem Material ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Chromsilikat, Siliziumcarbid und dotiertem Silizium besteht. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine erste Gruppe der Mehrzahl von Elektronenemittern Elektronenemitter aufweisen, die gebildet sind mit wenigstens einem Material ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Molybden, Silizium und Wolfram. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Elektrode weiter aufweist:

ein Gatter;

einen Isolator, der mit dem Gatter gekoppelt ist;

eine Mehrzahl von Kathoden, die mit dem Isolator gekoppelt sind; und

die Mehrzahl von Elektrodenemittern entsprechend mit der Mehrzahl von Kathoden gekoppelt sind und dazu eingerichtet sind, bei dem Anlegen der Emissionsspannung zwischen dem Gatter und der Mehrzahl von Kathoden Elektronen zu emittieren.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine erste aus der Mehrzahl von Elektronenemittern Elektronenemitter aufweist zum Bilden mit Kohlenstoffnanoröhrchen. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode aufweist:

eine Anode;

einen isolierenden Abstandhalter, der mit der Anode gekoppelt ist; und

ein Gatter, das mit dem isolierenden Isolator gekoppelt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die zweite Elektrode weiter aufweist:

eine Mehrzahl von beabstandeten Kathoden; und

die Mehrzahl von Elektronenemittern entsprechend mit der Mehrzahl von beabstandeten Kathoden gekoppelt sind; und

wenigstens eine aus der Mehrzahl von Elektronenemittern dazu eingerichtet sind, Elektronen bei der Anlegung der Emissionsspannung zwischen der entsprechenden Kathode und dem Gatter zu emittieren.
Die Vorrichtung von Anspruch 12, wobei eine erste aus der Mehrzahl von Elektronenemittern Elektronenemitter aufweisen, die mit Kohlenstoffnanoröhren gebildet sind. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Elektrode weiter aufweist:

ein Substrat;

eine Kathode, die mit dem Substrat gekoppelt ist; und eine

erste aus der Mehrzahl von Elektronenemittern, die mit dem Substrat benachbart zu der Kathode gekoppelt sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der erste Elektronenemitter eine Partikelfilm aus Palladiumoxid aufweist. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter mit:

eine Kammer, die hermetisch die erste Elektrode, die zweite Elektrode und das Lasergas einschließt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 16, weiter mit:

eine optische Linse, die an einem Ende der Kammer montiert ist einschließlich einem transparenten Element mit einer Oberfläche und einer ersten Beschichtung, die mit der Oberfläche gekoppelt ist und eingerichtet ist, um das transparente Element vor dem Lasergas zu schützen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die optische Linse weiter aufweist:

eine zweite Beschichtung, die mit dem transparenten Element gekoppelt ist und eingerichtet ist, um die Linse mit einer vorgegebenen optisch konditionierenden Eigenschaft zu versehen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lasergas dazu eingerichtet ist, eine Laserreaktion bei dem Vorhandensein eines Stromflusses zwischen der Mehrzahl von Emittern und der ersten Elektrode zu bewirken. Ein System mit:

einer Kammer, die hermetisch umschließt,

eine erste Elektrode,

eine zweite Elektrode, die von der ersten Elektrode beabstandet ist, mit einer Mehrzahl von Elektronenemittern, die dazu eingerichtet sind, bei dem Anlegen einer Emissionsspannung Elektronen zu emittieren;

und ein Lasergas, das zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist; und

ein Spannungssteuermodul, das elektrisch mit der Kammer gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, die Kammer mit Leistung zu versorgen.
Das System nach Anspruch 20, wobei die Mehrzahl von Elektrodenemittern wenigstens einen Elektrodenemitter, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Feldeffektelektronenemitter und einem Thermoeffektemitter. Das System nach Anspruch 20, wobei die Kammer weiter aufweist:

eine optische Linse, die an einem Ende der Kammer montiert ist mit einem transparenten Element, das eine Fläche benachbart zu dem Lasergas hat und eine erste Beschichtung, die mit der Oberfläche gekoppelt und dazu eingerichtet ist, das transparente Element zu schützen.
Das System nach Anspruch 22, wobei die erste Beschichtung ein Material beinhaltet ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus perfluoriniertem Material und einem Metall. Das System nach Anspruch 22, wobei die optische Linse weiter aufweist:

eine zweite Beschichtung, die mit dem transparenten Element gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, die Linse mit einer vorgegebenen optischen Konditionierungseigenschaft zu versorgen.
Ein Verfahren mit:

Anlegen einer ersten Spannung zwischen einem Gatter und einem ersten Elektronenemitter einer ersten Elektrode;

Emittieren von Elektroden von einem ersten Elektrodenemitter in ein Lasergas, das zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet ist;

Anlegen einer zweiten Spannung, die größer ist als die erste Spannung, zwischen dem ersten Elektronenemitter und der zweiten Elektrode zum Erzeugen einer Laserreaktion mit dem Lasergas.
Das Verfahren nach Anspruch 25 weiter mit:

elektrisches Laden einer leitfähigen Beschichtung auf einer Linse benachbart zu dem Lasergas derart, dass Ionen des Lasergases von der Linse abgewiesen werden.
Das Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Anlegen der zweiten Spannung weiter das Anlegen eines Ausgewählten aus einer Wechselstromspannung und einer Gleichstromspannung aufweist. Das Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Anlegen der zweiten Spannung das Anlegen einer konstanten Spannung zwischen dem ersten Elektronenemitter und der zweiten Elektrode aufweist und das Verfahren weiter aufweist:

Modulieren eines Stromflusses zwischen dem ersten Elektronenemitter und der zweiten Elektrode mit der ersten Spannung.
Das Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Anlegen der ersten Spannung ausgeführt wird unter Verwenden entweder des Gleichstroms oder des Wechselstroms. Eine Vorrichtung mit:

einer Laserkammer, die aufweist:

eine erste Elektrode; und

eine zweite Elektrode, die von der ersten Elektrode beabstandet ist, einschließlich einer Mehrzahl von Elektronenemittern, die eingerichtet sind zum Emittieren von Elektronen bei der Anlegung einer ersten Spannung;

einem elektrischen Verbinder, der mit der Laserkammer gekoppelt ist, eingerichtet zum Ermöglichen des Anlegens der ersten Spannung.
Die Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei die zweite Elektrode weiter aufweist.

eine Kathode;

einen Isolator, der mit der Kathode gekoppelt ist;

ein Gatter, das mit dem Isolator gekoppelt ist; und

die Mehrzahl von Elektronenemittern elektrisch mit der Kathode gekoppelt sind und dazu eingerichtet sind, Elektronen bei dem Anlegen einer Emissionsspannung zwischen der Kathode und dem Gatter zu emittieren.
Die Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die erste Elektrode eine Anode aufweist und der elektrische Verbinder weiter dazu eingerichtet ist, das Anlegen einer zweiten Spannung zwischen wenigstens einer aus der Mehrzahl von Elektronenemittern und der Anode zu ermöglichen. Die Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Mehrzahl von Elektronenemittern wenigstens einen Elektronenemitter aufweist, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus eine Feldeffektelektronenemitter und einem Thermoeffektelektronenemitter.






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