DE69200250T2

DE69200250T2 - Verfahren zur verlängerung der gaslebensdauer von excimer-lasern.

Info

Publication number: DE69200250T2
Application number: DE69200250T
Authority: DE
Inventors: Gregory Jursich; Drasek William Von
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1991-03-06
Filing date: 1992-02-25
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: ES2059216T3; JP3242918B2; EP0527986B1; JPH06500433A; CA2082405A1; EP0527986A1; WO1992016036A1; CA2082405C; DE69200250D1; US5897847A

Description

Bereich der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlängerung der Gaslebensdauer von Excimer-Lasern.

Beschreibung des technischen Hintergrundes

Excimer-Laser stellen eine Erweiterung der Lasertechnologie in den ultravioletten Teil des Spektrums dar. Excimer-Laser ermöglichen gepulste Systeme bei kurzen ultravioletten Wellenlängen mit sehr hoher Spitzenleistung. Ein Excimer ist eine Verbindung, die keinen stabilen Grundzustand besitzt und als gebundenes Molekül nur in elektronisch angeregten Zuständen existiert. Viele Excimer-Laser verwenden Edelgase, die im allgemeinen keine stabilen chemischen Verbindungen bilden. Der Kryptonfluorid-Laser beispielsweise ist ein erstes Beispiel eines Excimer-Lasers. In einem derartigen Laser wird ein Krypton und Fluor enthaltendes Gasgemisch mit hochenergetischen Elektronen bestrahlt, um den metastabilen angeregten Zustand von KrF*-Excimer herzustellen, der zeitweise gebunden ist. Das Molekül zerfällt gemäß der folgenden Gleichung:
KrF T Kr + F + hν.
Da es keinen stabilen Grundzustand gibt, wird leicht eine Besetzungsinversion erreicht. Aufgrund der Natur der Reaktion sind Exciiner-Laser immer gepulste Vorrichtungen mit Impulsdauern in der Größenordnung von Nanosekunden.
Excimer-Laser sind im Handel erhältlich. Handelsübliche Excimer-Laser erfordern Gasgemische, die aus Edelgasen, wie beispielsweise He, Ne, Ar, Kr oder Xe, und Halogendonatoren, wie beispielsweise F&sub2;, NF&sub3; oder HCl bestehen. Die speziellen Bestandteile des eingesetzten Gasgemisches hängen von dem speziellen in Frage stehenden Laserübergang ab. XeCl, KrF, ArF und XeF sind Beispiele von gegenwärtig verwendeten Laserübergängen. XeCl, KrF und ArF, die bei Wellenlängen von 308, 248 und 193 nm arbeiten, werden jedoch am häufigsten eingesetzt.
Beim Betrieb mit KrF sind die in der Laserkammer eingesetzten Edelgase mit He oder Ne verdünntes Kr zusammen mit einem Halogendonator, der entweder F&sub2; oder NF&sub3; sein kann. NF&sub3; nimmt besser Energie auf, F&sub2; wird jedoch gegenwärtig in allen handelsüblichen Excimer-Lasern verwendet, da die Rekombinationskinetik nach der Entladung hinsichtlich der Minimierung der Gasverschlechterung bei F&sub2; günstiger ist. Das gleiche gilt für Arc mit der Maßgabe, daß Ar Kr ersetzt, und der Betrieb mit ArF ist anfälliger für die Gasverschlechterung.
Excimer-Laser unterscheiden sich von allen anderen Lasern dadurch, daß sie mit einem festen Gasvolumen arbeiten, das häufig ersetzt werden muß, so daß der Benutzer entweder die Laserkaminer erneut befüllen oder den Halogendonator reinigen und nachfüllen muß. Das Erfordernis, Gasgemische bei Excimer-Lasern nachzufüllen, ist ein Ergebnis von unerwünschten chemischen Reaktionen, die in der Laserkammer auftreten. Als Folge dieser Reaktion verändert sich das Gasgemisch während des Betriebs des Lasers, und die Laserausgangsleistung sinkt. Das charakteristische Merkmal einer derartigen Gasverschlechterung ist der Verlust von Halogendonatoren und die Bildung von gasförmigen Verunreinigungen. Trotz Verbesserungen im Laseraufbau, um die Gasverschlechterung zu minimieren, besteht weiterhin ein großes Interesse daran, die Gaslebensdauer von Excimer-Lasern zu verlängern. Dafür gibt es zwei wichtige Gründe. Der erste und wichtigste Grund ist die Notwendigkeit, die Ausfallzeit des Laserbetriebs zu minimieren. Der zweite Grund ist die Notwendigkeit, den Gasverbrauch der teuren Edelgase wie Ne, Kr und Xe zu vermindern.
Im Lauf der Jahre gab es eine Reihe von Versuchen, die ununterbrochene Betriebsdauer von Excimer-Lasern zu verlängern. Bei einem Verfahren wird ein Teil des Gases während des Laserbetriebs ersetzt. In diesem Fall wird das Gasgemisch in dem Laser langsam in diskreten, jedoch kleinen Schritten einfach ersetzt, während der Betrieb aufrechterhalten wird. Dieses Verfahren beseitigt zwar die Ausfallzeit des Lasers, reduziert jedoch nicht den Gasverbrauch, und es birgt Gefahren beim Umgang mit dem Gas, da Flaschen des giftigen Halogendonators geöffnet bleiben müssen.
Bei einem zweiten Verfahren werden kleine Mengen von Halogendonatorgas während des Laserbetriebs zugegeben. Während diese Lösung effektiv die Halogendonatoren ersetzen kann, entfernt es jedoch nicht Verunreinigungen in dem Gas, die die nutzbare Gaslebensdauer begrenzen.
Es sind mehrere Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen in Excimer-Lasern bekannt. Viele dieser Verfahren verwenden metallische Getter-Systeme und Molekularsiebe, die so arbeiten, daß sie alle gasförmigen Teile außer Edelgas entfernen. Um einen Vorteil aus dem gereinigten Gas durch Einsatz eines derartigen Verfahrens zu ziehen, wird der Halogendonator einfach ersetzt, bevor dieses Gas zurück in die Laserkammer geleitet wird, so daß der Gasverbrauch auf den Halogendonator beschränkt ist. Vorrichtungen, die dieses Prinzip verwenden, sind im Handel erhältlich, sind jedoch extrem teuer und erfordern einen komplizierten Umgang mit Gas. Eine kostengünstigere und damit am weitesten in der Technik verbreitete Lösung umfaßt die Tieftemperaturreinigung des Lasergases. Diese Verfahrensweise zieht Vorteile aus der Tatsache, daß viele der aus der Gasverschlechterung herrührenden Verunreinigungen in einem Tieftemperaturabscheider entfernt werden können. Es ist festzuhalten, daß die Gaslebensdauer von Excimer-Lasern durch On-line-Einsatz dieser Technik während des Betriebs mit KrF und ArF beträchtlich verlängert wurden.
Unglücklicherweise ist der Einsatz der Tieftemperaturreinigung beim Betrieb beispielsweise mit KrF dadurch beschränkt, daß die niedrigste zulässige Temperatur für den On-line- Betrieb bei ca. -180ºC liegt, denn darunter wird der Kr- Anteil in dem Gasgemisch vermindert, was die Laserausgangsleistung herabsetzt. Dies führt dazu, daß eine wichtige Verunreinigung, CF&sub4; nicht aus der Laserkammer entfernt werden kann, was die Gaslebensdauer bei Betrieb mit KrF begrenzt, wenn eine Tieftemperaturreinigung eingesetzt wird. Bei ArF kann ein Tieftemperaturabscheider bei niedrigeren Temperaturen von ca. -196ºC verwendet werden, was ausreicht, mehr CF&sub4; auszukondensieren. Bei derartig niedrigen Temperaturen wird jedoch eine höhere Kühlleistung für den Tieftemperaturabscheider benötigt.
Somit besteht ein Bedürfnis für ein effizientes, jedoch kostengünstiges Verfahren zur Verlängerung der Gaslebensdauer von Excimer-Lasern.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verlängerung der Gaslebensdauer von Excimer-Lasern zu schaffen.
Es ist des weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Entfernen von CF&sub4;-Verunreinigungen aus in Excimer- Lasern verwendeten Gasgemischen zu schaffen.
Es ist des weiteren eine besondere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verlängerung der Gaslebensdauer von XeF-, ArF- und KrF-Excimer-Lasern zu schaffen.
5Die Erfindung schafft einerseits ein Verfahren zur Verlängerung der Gaslebensdauer von Excimer-Lasern durch Entfernen von CF&sub4;-Verunreinigungen, das folgende Schritte aufweist:
a) CF&sub4;, das eine unerwünschte Verunreinigung ist und in den ein oder mehrere Edelgase enthaltenden laseraktiven Gasen enthalten ist, wird mit einer Menge an oxidierendem Gaszusatz zur Reaktion gebracht, der eine oder mehrere Verbindungen bilden kann, die mit einer Kühleinrichtung kondensierbar sind, ohne die Laserausgangsleistung unter einen festgelegten akzeptablen Wert zu erniedrigen; und
b) die in Schritt a) hergestellten eine oder mehreren Verbindungen werden in einem Tieftemperaturabscheider mit einer Kühleinrichtung kondensiert, im wesentlichen ohne daß dabei eines oder mehrere der Edelgase kondensiert werden, wodurch die CF&sub4;-Verunreinigung aus dem Excimer-Laser entfernt wird und dessen Gaslebensdauer verlängert wird.
Die Erfindung schafft andererseits des weiteren ein Verfahren zur Verlängerung der Gaslebensdauer von Excimer-Lasern durch Entfernen von O&sub2;-Verunreinigungen, das folgende Schritte aufweist:
a) O&sub2;, das eine unerwünschte Verunreinigung ist und in den ein oder mehrere Edelgase enthaltenden laseraktiven Gasen enthalten ist, wird mit einer Menge an CF&sub4; zur Reaktion gebracht, das eine oder mehrere Verbindungen bilden kann, die mit einer Kühleinrichtung kondensierbar sind, ohne die Laserausgangsleistung unter einen festgelegten akzeptablen Wert zu erniedrigen; und
b) die in Schritt a) hergestellten eine oder mehreren Verbindungen werden mit einer Kühleinrichtung kondensiert, im wesentlichen ohne daß dabei eines oder mehrere der Edelgase kondensiert werden, wodurch die Q- Verunreinigung aus dem Excimer-Laser entfernt wird und dessen Gaslebensdauer verlängert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt die Wirkung des vorliegenden Gaszusatzes auf die Leistungsfähigkeit eines KrF-Excimer-Lasers.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Es wurde festgestellt, daß durch die erfindungsgemäße Zugabe einer zusätzlichen oxidierenden Gaskomponente, wie O&sub2;, Luft oder sogar OF&sub2; zu einem typischen Excimer-Laser-Gasgemisch die Gaslebensdauer des Excimer-Lasers verlängert werden kann, wenn eine Tieftemperaturreinigung durchgeführt wird. Es wurde festgestellt, daß ein derartiger oxidierender Gaszusatz in Anwesenheit eines Gasplasmas oder einer Gasentladung mit CF&sub4;-Verunreinigungen reagiert und andere Kohlenstoffverbindungen mit niedrigem Dampfdruck bildet, die mit einem Tieftemperaturabscheider effizient entfernt werden können.
Abhängig von den zum Bau des Lasers eingesetzten Materialien kann desweiteren O&sub2; eine Verunreinigung darstellen, die die Gaslebensdauer des Excimer-Lasers bei Tieftemperaturreinigung begrenzen kann. In diesem Fall können kleine Mengen CF&sub4; zugesetzt werden, die über ähnliche Reaktionen gasförmige Verunreinigungen bilden, die durch einen Tieftemperaturabscheider leicht entfernt werden können.
Die Schwierigkeit, CF&sub4;-Verunreinigungen aus Excimer-Gasgemischen, wie XeF-, KrF- oder ArF-Gasgemischen zu entfernen, kommt von dem im Vergleich zu den Edelgasen Kr und Xe und sogar Ar relativ hohen Dampfdruck von CF&sub4; und von der chemischen Trägheit des CF&sub4;. Gemäß der Erfindung wird eine starke Energiequelle, wie eine Plasma- oder eine elektrische Entladung, verwendet, um genügend Energie auf das Gasgemisch zu übertragen, damit eine Reaktion zwischen CF&sub4; und dem oxidierenden Gaszusatz stattfinden kann. Die entstehenden Produkte, typischerweise CO&sub2; oder COF&sub2; können dann leicht tieftemperaturtechnisch entfernt werden, ohne das Edelgas zu entfernen. Die Plasmaquelle kann die elektrische Ladung in dem Laser selbst sein, oder sie kann ein Plasma- oder ein Entladungssystem sein, das außerhalb der Laserkammer angeordnet ist. Im letzteren Fall strömt das Laser-Gasgemisch durch das Plasmasystem und den Tieftemperaturabscheider, bevor es zu der Laserkammer zurückkehrt. Wie vorstehend angegeben ist, kann die Quelle des oxidierenden Gases Luft in gasförmigem Zustand, O&sub2;, NO oder sogar OF&sub2; sein, wobei jedoch O&sub2; oder Luft bevorzugt sind. Des weiteren kann der oxiderende Zusatz dem Laser-Gasgemisch auch mittels einer chemischen oder Plasmazerlegung von Sauerstoff oder Sauerstof fatome enthaltenden Feststoffen, durch Permeation oder Oberflächendesorption von Sauerstoff oder Sauerstoffatome enthaltenden Stoffen zugegeben werden.
Es kann beispielsweise eine Permeationsquelle des Oxidationsmittels verwendet werden, wobei ein handelsüblich erhältliches Permeationsrohr in die Gaszufuhrleitung des Lasers eingesetzt ist. Derartige Vorrichtungen umfassen hinter einer permeablen Membran einen Behälter für Gas oder Flüssigkeit wie O&sub2; oder ein anderes Oxidationsmittel. Wenn außerhalb des Behälters ein anderes Gas über die Membran strömt, durchdringt der Stoff in dem Behälter die Membran und tritt in den Gasstrom ein. In diesem Fall würde das gasförmige Oxidationsmittel dem Gasstrom zugesetzt werden, der zum Befüllen des Laserbehälters mit seinen nominalen Gasbestandteilen verwendet wird.
Alternativ können Metalloxidverbindungen wie Al&sub2;O&sub3; als Beispiel einer reaktiven Quelle für Oxidationsmittel genannt werden, das sich durch eine chemische oder Plasmazerlegung zersetzt. Genauer gesagt, wird eine kleine Menge der Metalloxidverbindung in der Gaszufuhrleitung des Lasers angeordnet. Wenn der Laser mit dem Fluorgemisch gefüllt wird, reagiert ein Teil des F&sub2; mit dem Metalloxid und bildet Sauerstoff in dem Gasstrom und ein nicht flüchtiges Metallfluorid. Die notwendige Steuerung der Menge zugesetzten Oxidationsmittels erfolgt durch Einstellung der Durchflußmenge des Gasstroms und durch die Größe der exponierten Fläche. Jedes Metalloxid kann jedoch nur so lange verwendet werden, wie es mit Fluor reagieren kann, um Sauerstoffgas zu erzeugen. Derartige Verbindungen sind dem Fachmann bekannt.
Die Erfindung ist insofern sehr vorteilhaft, als die Gaslebensdauer von Excimer-Lasern verlängert werden kann, ohne daß teure Metallgetter-Reinigungsverfahren eingesetzt werden müssen oder ein komplizierter Umgang mit Gas erforderlich ist. Da sich das Konzept der Verwendung eines oxidierenden Gaszusatzes zur Verlängerung des Excimer-Gaslaser-Betriebs als vorteilhaft erwiesen hat, kann eine derartige Verfahrensweise auch bei anderen Verfahren eingesetzt werden, bei denen CF&sub4; aus Edelgasen, wie Xe, Kr oder Ar, entfernt werden muß oder CF&sub4; zum Entfernen von O&sub2; aus Edelgasen oder in noch vorteilhafterer Weise aus F&sub2; selbst zugegeben wird.
Die Erfindung kann eingesetzt werden, um die Gaslebensdauer von Excimer-Lasern im allgemeinen zu verbessern. Die Erfindung ist jedoch besonders vorteilhaft zur Verlängerung der Gaslebensdauer von XeF-, KrF- und ArF-Excimer-Lasern. Aufgrund der größeren Schwierigkeit der Entfernung von CF&sub4; mit dem Tieftemperaturabscheider ohne Entfernung von KBr ist die Erfindung vorteilhafter für die Verlängerung der Gaslebensdauer von KrF-Excimer-Lasern. Es wurde beispielsweise festgestellt, daß aufgrund der niedrigen Tieftemperaturabscheidertemperaturen bei ArF-Systemen mit einem Tieftemperaturabscheider mehr CF&sub4; entfernt werden kann. Wenn XeF-Excimer- Laser eingesetzt werden, ist es hingegen notwendig, Abscheidertemperaturen von nicht unter -150ºC zu verwenden, um die Entfernung von Xe zu vermeiden. Dies führt zu einer relativ großen Menge an nicht entferntem CF&sub4;, das in den laseraktiven Gasen verbleibt.
Die Erfindung kann auch in Fällen eingesetzt werden, in denen die die Gaslebensdauer beschränkende Verunreinigung O&sub2; und nicht CF&sub4; ist. In diesem Fall kann CF&sub4; dazu verwendet werden, das O&sub2; zu verbrauchen, um andere Verunreinigungen zu bilden, die tieftemperaturtechnisch abgeschieden werden können. Es hängt von den für den Aufbau des Lasers verwendeten Stoffen ab, ob O&sub2; oder CF&sub4; die beschränkende Verunreinigung ist. Bei den am häufigsten in jenen Lasern eingesetzten Stoffen ist CF&sub4; und nicht O&sub2; die Verunreinigung, die meistens die Gaslebensdauer des Lasers begrenzt.
Die Erfindung ist auch insofern vorteilhaft als die Reaktion zwischen dem oxidierenden Gaszusatz und CF&sub4; zur Bildung von zusätzlichem F&sub2; führt, das der aktive Halogendonator in Lasern wie XeF-, KrF- oder ArF-Lasern ist. Durch Verwendung dieses inerten, nicht toxischen Zusatzes ist es somit möglich, bei derartigen Excimer-Lasern den Bedarf an zugeführten F&sub2;-Gasgemisch zu senken. Es ist nämlich bekannt, daß die Verwendung von CF&sub4; und O&sub2; nach ausreichender Bestrahlung durch eine Entladung oder ein Plasma beträchtliche Mengen an F&sub2; erzeugen kann. Dies wird gewöhnlich in Halbleiter-Ätzverfahren durchgeführt, bei denen ein CF&sub4;- und O&sub2;-Plasma verwendet wird, wodurch F&sub2; und F-Atome erzeugt werden, um Silicium zu ätzen.
Gemäß der Erfindung muß der oxidierende Gaszusatz, der verwendet wird, um die CF&sub4;-Anreicherung in dem mit Tieftemperaturreinigung betriebenen Excimer-Laser zu reduzieren, in kleinen Mengen vorhanden sein, da zu viel davon die Laserleistung auf ein Niveau senkt, das für den Betreiber inakzeptabel ist. Um jedoch noch für den Verbrauch von CF&sub4; wirksam zu sein, muß eine entsprechende Menge oxidierenden Gaszusatzes vorhanden sein. Im wesentlichen werden zwei Moleküle O&sub2; mit drei Molekülen CF&sub4; reagieren. Die genaue Stöchiometrie hängt jedoch von den tatsächlichen Betriebsbedingungen ab.
Gemäß der Erfindung ist es notwendig, daß eine ausreichende Menge entweder an oxidierendem Gaszusatz oder an CF&sub4; verwendet wird, um jeweils entweder CF&sub4; oder O&sub2; zu entfernen. Die verwendete Menge darf jedoch nicht so groß sein, daß dies zu einem nicht akzeptablen Abfall an Laserausgangsleistung führt. Im allgemeinen ist der akzeptable Leistungsabfall durch die spezielle Anwendung und die Leistung des eingesetzten Lasers bestimmt. Bei einem in einem KrF-Laser gemessenen, gegebenen Abfall der Ausgangsleistung durch O&sub2; und CF&sub4; darf O&sub2; für einen maximalen Leistungsverlust von ca. 20% ca. 400 ppm nicht übersteigen, und CF&sub4; muß unter ca. 1000 ppm bleiben. Es wurde festgestellt, daß der bevorzugte Konzentrationsbereich von O&sub2; gemäß der Erfindung bei ca. 50 bis 350 ppm, vorzugsweise bei ca. 100 bis 300 ppm liegt, vorausgesetzt, daß um einer konstanteren Ausgangsleistung willen ein Leistungsverlust von 30% akzeptabel ist.
Um für den Verbrauch von O&sub2; wirksam zu sein, muß in ähnlicher Weise eine entsprechende Menge an CF&sub4; vorhanden sein. Die bevorzugte Konzentration liegt bei ca. 50 bis 700 ppm CF&sub4;, mit einer bevorzugten Menge von ca. 100 bis 600 ppm für die gleiche Grenze von 30% Leistungsverlust.
Unabhängig davon, ob CF&sub4; zum Verbrauch von überschüssigem O&sub2; oder das oxidierende Gas zum Verbrauch von überschüssigem CF&sub4; eingesetzt wird, hängt die für den Zusatz benötigte exakte optimale Konzentration sowohl von den für den Aufbau des Lasers verwendeten Stoffen, insbesondere deren spezifische Reaktionswilligkeit mit dem oxidierenden Gas und dem CF&sub4;, als auch der Effizienz des verwendeten Tieftemperaturabscheiders und der Geschwindigkeit der Gaszirkulation durch den Abscheider ab.
Im allgemeinen bestimmt der Fachmann den akzeptablen Leistungsverlust. Dieser wird dann wiederum dazu verwendet, die Menge an oxidierendem Gaszusatz oder CF&sub4; festzulegen, die verwendet werden sollte, um CF&sub4; bzw. O&sub2; effizient zu entfernen.
Die obigen Beispiele von bevorzugten Bereichen von O&sub2; als oxidierendem Gas und der CF&sub4;-Konzentration sind in Verbindung mit einem 30%-igen Leistungsverlust angegeben. Dies dient jedoch nur Erläuterungszwecken und soll in keiner Weise einschränkend sein. Der Fachmann kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem geplanten Einsatz festlegen, daß nur ein Leistungsverlust von 10% oder 20% für den KrF-Laser akzeptabel ist. In ähnlicher Weise kann ein Leistungsverlust von 40% akzeptabel sein. In jedem Fall liegt die Bestimmung des akzeptablen Leistungsverlusts im Rahmen des fachmännischen Könnens. Je größer im allgemeinen der akzeptable Leistungsverlust ist, desto größer kann beispielsweise die O&sub2;-Konzentration sein, die eingesetzt wird. Wenn beispielsweise ein Leistungsverlust von 30% akzeptabel ist, können bis zu ca. 400 ppm O&sub2; toleriert werden. Wenn jedoch ein Leistungsverlust von 40% akzeptabel ist, kann sogar eine noch höhere O&sub2;-Konzentration, das heißt beispielsweise 600 ppm, toleriert werden.
Unabhängig davon, ob die Quelle des Gaszusatzes das oxidierende Gas oder CF&sub4; ist, ist die einfachste Quelle eine außerhalb der Laserkammer liegende Gasquelle. Ein Gasquelle kann jedoch auch aus chemischen oder Entladungsreaktionen innerhalb des Lasers oder durch Verwendung von permeablen Stoffen gegeben sein, die beispielsweise O&sub2; oder CF&sub4; freisetzen. Jede dieser Gasquellen kann verwendet werden, solange die Konzentrationsabweichung die vorstehend angegebenen Richtwerte nicht überschreitet.
Der Excimer-Laser wird typischerweise bei einem Druck des laseraktiven Gases zwischen ca. 1 atm. bis ca. 9 atm. Druck betrieben. Vorzugsweise wird jedoch ein Überdruck von 1 atm. bis zu ca. 4 atm. verwendet, insbesondere für KrF- und ArF- Excimer-Laser. Der oxidierende Gaszusatz kann dem Excimer- Laser oder seinem Zirkulationssystem von einer externen Quelle direkt zugegeben werden.
Als Kühleinrichtung kann ein handelsüblich erhältlicher Tieftemperaturabscheider verwendet werden. Es können jedoch auch andere Kühleinrichtungen verwendet werden. Es ist beispielsweise bekannt, daß kryogene Temperaturen mit handelsüblichen Kühlsystemen erreicht werden können, die mit der Entspannung und Kompression von Helium arbeiten. Ein derartiges Kühlsystem kann statt eines Tieftemperaturabscheiders verwendet werden.
Wie vorstehend angegeben ist, wird eine starke Energiequelle, wie beispielsweise eine Plasma- oder elektrische Entladung, verwendet, um genügend Energie auf das Gasgemisch zu übertragen, um die Reaktion zwischen CF&sub4; und dem oxidierenden Gasgemisch zu fördern. Die entstehenden Produkte, wie CO&sub2; und COF&sub2;, werden tieftemperaturtechnisch entfernt, ohne Edelgas zu entfernen. Die Plasmaquelle kann die elektrische Entladung in dem Laser selbst sein, oder sie kann ein Plasmaoder ein Entladungssystem sein, das außerhalb der Laserkammer angeordnet ist.
Obwohl der oxidierende Gaszusatz dem Lasergasgemisch aus einer externen Quelle direkt zugegeben werden kann, wenn ein handelsüblicher Laser verwendet wird, ist es auch möglich, dies mittels einer chemischen oder Plasmazerlegung von Sauerstoff oder Sauerstoffatome enthaltenden Feststoffen durchzuführen. Der oxidierende Gaszusatz kann auch mittels Permeation oder Oberflächendesorption von Sauerstoff oder Sauerstoffatome enthaltenden Stoffen zugegeben werden.
Wenn die zwei letztgenannten Wege verwendet werden, um den oxidierenden Gaszusatz (durch chemische oder Plasmazerlegung oder durch Permeation oder Oberflächendesorption von Sauerstoff oder Sauerstoffatome enthaltenden Stoffen) einzuführen, kann ein handelsüblicher Excimer-Laser modifiziert werden, um dieses Ergebnis zu erhalten. Geeignete Stoffe, von denen bekannt ist, daß sie der chemischen oder der Plasmazerlegung, der Permeation oder der Oberflächendesorption unterliegen, können in die Laserkammer, in das Zirkulationssystem oder sogar in das Gaszuleitungssystem eingebracht werden.
Für den Fall, daß CF&sub4; zugesetzt wird, um O&sub2;-Verunreinigungen aus dem Gasgemisch zu entfernen, kann das CF&sub4; aus einer externen Quelle zugesetzt werden.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert, das jedoch nur aus Gründen der Erläuterung angegeben ist und nicht beschränkend wirken soll.

Beispiel

Ein handelsüblicher, durch Entladung gepumpter KrF-Excimer- Laser wurde unter drei Betriebsbedingungen betrieben:
1) ein typisches KrF-Gasgemisch (F&sub2;, Kr und Ne) ohne jeglichen Gaszusatz,
2) das gleiche Gasgemisch wie in 1), aber mit Tieftemperaturreinigung des Gasgemisches, die durch Umwälzen des Gasgemisches durch einen kalten, bei -178ºC gehaltenen Abscheider durchgeführt wurde, und
3) das gleiche Gasgemisch wie in 2) aber mit dem Gasgemisch bei Betriebsbeginn zugesetztem 150 ppm O&sub2;.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Leistung des Lasers am langsamsten abnimmt, wenn der Gaszusatz vorhanden ist. Die Geschwindigkeit des Leistungsabfalls ist im Vergleich zu einer Reinigung ohne O&sub2; (2) um den Faktor 2 kleiner, wenn O&sub2; vorhanden ist und eine Tieftemperaturreinigung durchgeführt wird (3).
Der O&sub2;-Zusatz in dem obigen Beispiel wurde der Laserkammer vor dem Betrieb zugeführt. Er kann jedoch auch in kleinen Mengen entweder kontinuierlich oder in diskreten Schritten während des Betriebs des Lasers zugeführt werden. Solange das O&sub2; in einer derartigen Weise zugeführt wird, daß die O&sub2;- Konzentration in dem Laser nicht über den Punkt ansteigt, bei dem das O&sub2; selbst die Laserausgangsleistung unter den für den Benutzer akzeptablen Wert senkt, kann der Zusatz in beliebiger Weise zugeführt werden. Wenn beispielsweise der akzeptable Leistungsverlust 40% betragen würde, würde die maximal zulässige O&sub2;-Konzentration einige 100 ppm betragen. Der tatsächliche Grenzwert würde von den Einzelheiten des Laseraufbaus und den Anforderungen der Laseranwendung abhängen.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Laserleistung im Standardlaserbetrieb (1) nach nur ca. 3 Stunden Betrieb um ca. 33% abfällt. Bei einem Laserbetrieb mit Gasbehandlung durch flüssiges N&sub2; (Tieftemperaturreinigung) (2) fällt die Laserleistung nach nur ca. 4 Stunden Betrieb bei 200 Hz immer noch um ca. 25% ab.
Im Gegensatz dazu fällt die Laserleistung selbst nach fast 5 Stunden Betrieb bei 200 Hz bei einem Laserbetrieb mit zugeführtem Gaszusatz (O&sub2;) und mit Gasbehandlung durch flüssiges N&sub2; (Tieftemperaturreinigung) (3) nur um ca. 5% ab.
Somit kann mit Hilfe der Erfindung die Gaslebensdauer von Excimer-Lasern um eine überraschend große Spanne verlängert werden, ohne daß teure Metallgetter-Systeme und Molekularsiebe verwendet werden müssen.
Es ist außerdem festzuhalten, daß, wenn andere oxidierende Gaszusätze als O&sub2; verwendet werden, beispielsweise Luft oder OF&sub2; oder ein Gemisch daraus, eine derartige Menge an Gaszusatz verwendet wird, daß in etwa die gleiche Menge an Sauerstoff vorhanden ist, wie es hier offenbart ist. Somit sollte beispielsweise zweimal soviel OF&sub2; oder ca. fünfmal soviel Luft verwendet werden, als dies bei O&sub2; der Fall wäre. Es liegt jedoch im Bereich des fachmännischen Könnens, die genaue benötigte Menge zu bestimmen.
Schließlich ist festzustellen, daß die gemäß der Erfindung verwendeten oxidierenden Gaszusätze oder CF&sub4; einfach aus einer Reihe von handelsüblichen Quellen geliefert werden können.

Claims

1. Verfahren zur Verlängerung der Gaslebensdauer von Excimer-Lasern durch Entfernen von CF&sub4;-Verunreinigungen, das folgende Schritte aufweist:

a) CF&sub4;, das eine unerwünschte Verunreinigung ist und in den ein oder mehrere Edelgase enthaltenden laseraktiven Gasen enthalten ist, wird mit einer Menge an oxidierendem Gaszusatz zur Reaktion gebracht, der eine oder mehrere Verbindungen bilden kann, die mit einer Kühleinrichtung kondensierbar sind, ohne die Laserausgangsleistung unter einen festgelegten akzeptablen Wert zu erniedrigen; und

b) die in Schritt a) hergestellten eine oder mehreren Verbindungen werden in einem Tieftemperaturabscheider mit einer Kühleinrichtung kondensiert, im wesentlichen ohne daß dabei eines oder mehrere der Edelgase kondensiert werden, wodurch die CF&sub4;-Verunreinigung aus dem Excimer-Laser entfernt wird und dessen Gaslebensdauer verlängert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Excimer-Laser ein XeF-, KrF- oder ArF-Excimer-Laser ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der oxidierende Gaszusatz aus der aus O&sub2;, Luft und OF&sub2; bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bis zu einigen hundert ppm O&sub2; eingesetzt werden, um mit dem CF&sub4; zu reagieren.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem ca. 50 bis 350 ppm O&sub2; Verwendet werden, um mit dem CF&sub4; zu reagieren.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine oder mehrere der durch die Reaktion von CF&sub4; mit O&sub2; hergestellten Verbindungen aus der aus CO&sub2; und COF&sub2; bestehenden Gruppe ausgewählt sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kühleinrichtung ein Tieftemperaturabscheider ist, der flüssigen Stickstoff als Kühlmittel verwendet.

8. Verfahren zur Verlängerung der Gaslebensdauer von Excimer-Lasern durch Entfernen von O&sub2;-Verunreinigungen, das folgende Schritte aufweist: a) O&sub2;, das eine unerwünschte Verunreinigung ist und in den ein oder mehrere Edelgase enthaltenden laseraktiven Gasen enthalten ist, wird mit einer Menge an CF&sub4; zur Reaktion gebracht, das eine oder mehrere Verbindungen bilden kann, die mit einer Kühleinrichtung kondensierbar sind, ohne die Laserausgangsleistung unter einen festgelegten akzeptablen Wert zu erniedrigen; und

b) die in Schritt a) hergestellten eine oder mehreren Verbindungen werden mit einer Kühleinrichtung kondensiert, im wesentlichen ohne daß dabei eines oder mehrere der Edelgase kondensiert werden, wodurch die O&sub2;-Verunreinigung aus dem Excimer-Laser entfernt wird und dessen Gaslebensdauer verlängert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Excimer-Laser ein KrF- oder ArF-Excimer-Laser ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem bis zu etwa 1000 ppm CF&sub4; eingesetzt werden, um mit dem O&sub2; zu reagieren.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ca. 100 bis 600 ppm CF&sub4; eingesetzt werden, um mit dem O&sub2; zu reagieren.

12. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem eine oder mehrere der durch die Reaktion von O&sub2; und CF&sub4; hergestellten Verbindungen aus der aus CO&sub2; und COF&sub2; bestehenden Gruppe ausgewählt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Kühleinrichtung ein Tieftemperaturabscheider ist, der flüssigen Stickstoff als Kühlmittel verwendet.