DE19618119C2

DE19618119C2 - Verfahren zum Regeln der Energie von Strahlungspulsen eines Excimerlasers

Info

Publication number: DE19618119C2
Application number: DE19618119A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Rebhan; Frank Vos
Original assignee: Lambda Physik AG
Current assignee: Lambda Physik AG
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1996-05-06
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2016-05-07
Also published as: DE19618119A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Energie von Strahlungspulsen, die von einem Excimerlaser abgegeben werden. Ein solches Verfahren ist aus der JP-4-87388 (A) (Patents Abstracts of Japan) bekannt. Dort wird die Energie der Strahlungspulse eines Excimerlasers dadurch konstant gehalten, dass die Hoch spannung an den Gasentladungselektroden des Lasers bei Abfall der Pulsenergie erhöht wird. Übersteigt die Hochspannung einen Grenzwert, so wird frisches Halo gen in die Gasentladungskammer des Lasers eingeführt.

Excimerlaser sind Gasentladungslaser und geben Strahlungspulse im ultravioletten Bereich elektromagnetischer Strahlung ab. Das Gas, in dem die Gasentladung ge zündet wird, enthält ein Halogen (z. B. F₂), allgemeiner einen sogenannten Halo gen-Donator (z. B. HCl). Im folgenden wird unter "Halogen" umfassend sowohl das Halogen als solches (z. B. F₂) als auch ein Halogen-Donator verstanden, also ein Molekül, das in der Gasentladung ein Halogen-Atom für die Bildung des angereg ten Edelgashalogenids ("Exciplex") bereitstellt.

Das Gasgemisch des Excimerlasers enthält in der Regel nur einen sehr geringen Halogenanteil, typischerweise weit weniger als 1%. Den Hauptanteil des Gasge misches stellt das inerte Edelgas, typischerweise etwa 3 bar Helium oder Neon. Eine weitere Komponente des Gasgemisches ist das sogenannte aktive Edelgas, typischerweise z. B. 200 mbar Argon, Krypton oder Xenon. Daneben ist der Halo genanteil typischerweise noch geringer, nämlich im Bereich von 3 bis 5 mbar Par tialdruck bei ca. 3 bar Gesamtdruck (z. B. Ne).

Ein wesentliches Problem der Excimerlaser des Standes der Technik ist die Stabili tät der Energie der Laserpulse, d. h. die Konstanz der Energie der Strahlung von Puls zu Puls. Bei einer Vielzahl von Anwendungen von Excimerlasern für wissen schaftliche, medizinische oder industrielle Zwecke ist eine hohe Konstanz der Energie der Strahlungspulse gefordert, und zwar eine Konstanz sowohl über kurze Zeitspannen als auch über lange Zeitspannen. Kurze Zeitspannen in diesem Sinne wären etwa Zeitdauern von Bruchteilen von Sekunden bis in den Minutenbereich, während eine Langzeitstabilität der Pulsenergien im Stundenbereich oder auch noch länger gegeben sein muss.

Es ist bekannt, dass die Energie der vom Excimerlaser abgegebenen Strahlungs pulse unter anderem abhängt von der Gaszusammensetzung und auch elektri schen Parametern des Lasers, wie insbesondere der Hochspannung zwischen den Elektroden der Gasentladung. Auch über die sogenannte Vorionisierung kann die Energie der Strahlungspulse beeinflusst werden, z. B. über die bei der Vorionisie rung angelegte Spannung und die Zeitsteuerung der Vorionisierung.

Sehr empfindlich ist die Energie der vom Excimerlaser abgegebenen Strahlungs pulse abhängig von der Halogen-Konzentration (Partialdruck) im Gasgemisch. Probleme hinsichtlich der Konstanthaltung der Konzentration des Halogens erge ben sich besonders daraus, dass Halogen beim Laserbetrieb "verbraucht" wird. Es ist deshalb im Stand der Technik bekannt, dem Lasergas während des Laserbe triebs immer wieder frisches Halogen zuzuführen, um die Konzentration möglichst konstant zu halten, vgl. DE 42 06 803 A1.

Denkbar wäre eine Messung des Halogen-Partialdruckes des Excimerlaser- Gasgemisches, jedoch haben sich derzeit bekannte Sensoren, insbesondere für F₂, als für diesen Zweck nicht geeignet erwiesen. Ein Problem stellen insbesondere auch die starken Verunreinigungen dar, die während des Laserbetriebes im Gas gebildet werden.

In der WO 91/18433 A1 wird vorgeschlagen, den Halogen-Partialdruck direkt da durch einzustellen, dass die Temperatur einer thermischen Halogenquelle auf ei nen bestimmten Wert eingestellt wird. Solche thermischen Halogenquellen sind für Fluor zum Beispiel Fluor-Nickel-Verbindungen und für Chlorwasserstoff (HCl) bei spielsweise entsprechend mit Halogen beladene Zeolite. Bekannt sind derartige thermische Halogenquellen als sogenannte Asprey-Quellen (vgl. US-PS 3,989,808).

Ein Nachteil der Steuerung des Halogen-Partialdruckes in der Laserkammer allein über eine Steuerung der Temperatur der Halogenquelle (gemäß WO 91/18433 A1) liegt darin, dass eine derartige Regelung eine extrem große Trägheit aufweist. Auch kann es beim Anheizen solcher Halogenquellen zur Erzeugung großer Gas mengen kommen (sogenannter "F₂-Overshot"). Die Entfernung von "zuviel" Halo gen aus dem Lasergas mittels einer Absenkung der Temperatur der Halogenquelle erfolgt viel zu langsam, um auf schnelle Schwankungen der Laserausgangsenergie zu reagieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst wenig aufwendigen Mit teln die Energie von Strahlungsimpulsen, die von einem Excimerlaser abgegeben werden, sowohl über kurze als auch über lange Zeitspannen stabil zu halten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist im Patentan spruch 1 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter ansprüchen zu entnehmen.

Die Energie der Strahlungspulse kann mit geringen Schwankungen auf einen stabilen Wert geregelt werden, wenn die Änderung des elektrischen oder optischen Regelparameters pro Zeiteinheit als entscheidende Größe herangezogen wird. Bevorzugt ist der elektrische Parameter die an den Elektroden des Lasers angelegte Hochspannung für die Gasentladung. Die Änderung dieser Hochspan nung pro Zeiteinheit ist also der Gradient (die Steigung) einer Kurve, gemäß der die Hochspannung als Funktion der Zeit verläuft. Mathematisch ausgedrückt, wird gemäß der Erfindung die erste Ableitung des elektrischen oder optischen Parameters über der Zeit als Kriterium dafür verwendet, ob und wie mittels der Halogenquelle eine Änderung der Halogenkonzentration in der Gasentladungskammer durchgeführt wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Regelung der Energie der Strahlungspulse mit nur sehr geringen Abweichungen vom Soll-Wert durchgeführt werden kann, also der sogenannte Regelhub relativ klein ist. Der Gradient (die Steigung) der Hochspannung hat sich als geeigneter als der Absolutwert der Hochspannung erwiesen. Der Gradient zeigt sehr frühzeitig an, in welchen Zustand sich der Laser bewegt und er ermöglicht deshalb ein frühzeitiges Eingreifen durch Änderung der Halogenzufuhr bei Regelungsbedarf.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der elektri sche Parameter die Hochspannung zwischen den Gasentladungselektroden des Excimerlasers ist. Alternativ könnte auch die Energie der Vorionisierung der Gas entladung als elektrischer Parameter zur Regelung der Pulsenergie herangezogen werden. Anstelle des elektrischen Parameters kann auch ein optischer Parameter zur Änderung der Energie der Strahlungspulse geändert werden, zum Beispiel kann eine optische Filtereinheit so in den Strahlengang im Resonator geschoben werden, dass je nach der Stellung die Energie der Strahlungspulse geändert wird.

Auch können Spiegelstellungen oder dergleichen in diesem Sinne als "optischer Parameter" verstanden werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Halogenabgabe bzw. Halogenaufnahme der Halogenquelle durch deren Temperatur einstellbar ist.

Alternativ zu dieser bevorzugten Variante wäre es auch möglich, als Halogenquelle eine nicht thermisch, sondern anders gesteuerte Halogenzufuhr vorzusehen, z. B. eine ventilgesteuerte Zufuhr aus einem Halogenreservoir.

Die bevorzugt vorgesehene Halogenquelle weist eine Substanz auf, die in Abhän gigkeit von ihrer Temperatur gemäß einem physikalischen oder chemischen Gleichgewicht einen Halogen-Partialdruck erzeugt. Solche Substanzen sind bei spielsweise aus der obengenannten US-PS 3,989,808 bekannt. Mit solchen Halo genquellen kann reines, unverdünntes Fluor (F₂) mit Reinheiten von 99,98% und besser erzeugt werden.

Die Halogenabgabe einer Quelle hängt stark vom Halogeninhalt der Quelle ab. Der tatsächlich gegebene Partialdruck des Halogens ist somit nicht eine eindeutige Funktion der momentanen Temperatur der Halogen liefernden Substanz, sondern auch eine Funktion des momentanen Halogeninhaltes der Substanz (Ladung mit Halogen). Entsprechendes gilt auch für die Halogenaufnahme, d. h. die Absorption von Halogen durch die Halogenquelle. Wird die Temperatur der Halogenquelle (der obengenannten Substanz) gesenkt, dann ändert sich der im Gleichge wichtszustand gegebene Partialdruck des Halogens im Gasraum, jedoch ist auch die Halogenaufnahme nicht allein temperaturabhängig, sondern wird auch vom Halogeninhalt der Halogenquelle beeinflusst.

Es ist deshalb bevorzugt vorgesehen, dass für die Substanz der Halogenquelle vorab ihre Halogenabgabe bzw. ihr Halogen-Partialdruck in Abhängigkeit von ih rem Halogeninhalt und ihrer Temperatur ermittelt wird und dass die Temperatur der Substanz beim Regeln der Energie der Strahlungspulse entsprechend dem ak tuellen Halogeninhalt eingestellt wird. Der aktuelle Halogeninhalt wird im Rechner aufgrund der Benutzung ("Geschichte") der Halogenquelle auf Basis empirischer Daten festgestellt.

Gemäß dieser Ausgestaltung werden also die Heiztemperaturen für die Halogen quelle so auf die noch vorhandene Halogen-Kapazität der Substanz (ihren Halo geninhalt) abgestimmt, dass zum einen das Halogen (F₂) in möglichst kurzer Zeit in die Laserkammer eingeführt wird und zum anderen aber auch keine übergroße Menge an Halogen aufgrund der Wärmekapazität der Substanz und seiner Um mantelung entsteht (sogenannter F₂-Overshot).

Die Energie der Strahlungspulse kann besonders dann auf einem stabilen Wert gehalten werden, wenn für die Änderung der Hochspannung (HV) (zwischen den Gasentladungselektroden) relativ enge Grenzen gesetzt werden, also die Hochspannung bei Abfall der Energie nicht auf maximal mögliche Werte erhöht wird. Liegt beispielsweise die Hochspannung der Gasentladung bei etwa 20 kV, dann wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung für die Änderung der Hochspannung ein relativ enger Rahmen gesetzt von ±1,0 kV, bevorzugt ±0,6 kV, besonders bevorzugt ±0,3 kV. Diese Begrenzung der Variation der Hochspannung bei der Regelung der Energie der Strahlungspulse fördert eine ho he Pulsstabilität und auch ein konstantes Strahlprofil. Neben der Pulsenergie sind nämlich auch die Pulsstabilität (der zeitliche Verlauf des Pulses) und das Strahl profil (die räumliche Verteilung der Intensität des Pulses) wichtige Qualitäts merkmale für den Excimerlaser.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Halogenquelle kontinuierlich derart an die Gasentladungskammer des Lasers ange schlossen ist, dass in einem Kreislauf während des Laserbetriebs Gas zwischen der Gasentladungskammer und der Halogenquelle strömt, ohne dass Ventile oder der gleichen an- und ausgeschaltet werden. Es herrscht dann in der Halogenquelle der gleiche Gasdruck und im wesentlichen die gleiche Gaszusammensetzung (abgese hen von eventuell einem Halogengradienten) wie in der Gasentladungskammer des Lasers. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass Änderungen der Gaszusam mensetzung durch Ventilbewegungen während der Regelung der Strahlungsener gie zu unerwünschten Störungen bei der Einstellung der Hochspannung führen können. Es wird also ein ununterbrochener Gasstrom zwischen Halogenquelle und Gasentladungskammer aufrechterhalten, und zwar auch dann, wenn kein frisches Halogen erforderlich ist. Es herrscht ein stationärer Gasstrom in einem Kreislauf, der die Halogenquelle und die Gasentladungskammer enthält. Sobald frisches Ha logen in die Gasentladungskammer aus der Halogenquelle überführt werden soll, wird nur die Temperatur der Halogenquelle erhöht. Es brauchen keine Ventile ge schaltet zu werden.

Die kontinuierliche Gasströmung zwischen Gasentladungskammer und dem Innen raum der Halogenquelle kann durch eine eigene Pumpe bewirkt werden. Es ist auch möglich, ein in der Gasentladungskammer üblicherweise sowieso vorhande nes Gebläse zu verwenden, um den genannten Gas-Kreislauf mit hinreichender Strömungsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Das Gebläse erzeugt in der Gasentladungskammer üblicherweise einen geringen Druckgradienten. Dann genügt es, eine Verbindungsleitung von der Gasentladungskammer zur Halogenquelle an einer Stelle in die Gasentladungskammer münden zu lassen, in der ein höherer Druck herrscht als an derjenigen Stelle, an der eine weitere Verbindung des Kreislaufes in die Gasentladungskammer mündet.

Die Erfindung ermöglicht, dass die Energie der Strahlungspulse eines Excimerla sers unter Auffrischung des Halogenanteils in der Gasentladungskammer konstant gehalten werden kann, ohne dass Schwankungen des Gesamtdruckes in der Gas entladungskammer auftreten. Wird gemäß dem Stand der Technik Halogen (F₂) in Helium oder Neon verdünnt (ca. 1% bis 10% F₂-Anteil) verwendet, dann erhöht sich bei einer Halogeninjektion in die Gasentladungskammer auch der Partialdruck von Helium oder Neon. Unverdünntes Fluor in Druckgasflaschen kann aus Sicher heitsgründen im allgemeinen nicht verwendet werden. Die Verwendung von in Edelgas verdünntem Halogen hat Einfluss auf das Strahlprofil und auch auf die Hochspannung an den Gasentladungselektroden, da der höhere Druck auch die Effizienz des Laserprozesses beeinflusst. Die Erfindung vermeidet diese Probleme durch Konstanthaltung des Gesamtdruckes in der Gasentladungskammer und der Partialdrucke. Die erfindungsgemäß vorgesehenen relativ engen Grenzen für die Variation der Hochspannung (z. B. ±0,3 kV) hat den Vorteil, dass bei der Energie regelung das Strahlprofil ebenfalls weitgehend konstant bleibt. Würde nämlich die Hochspannung über größere Bereiche variiert, so träten unerwünscht große Ände rungen des Strahlprofils auf. Es hat sich gezeigt, dass bei Erhöhung der Hochspan nung zwischen den Elektroden von beispielsweise 16 kV auf 20 kV eine Verbreite rung des Strahlprofils um etwa 20% auftreten kann. Die Erfindung verhindert dies.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Excimerlasers mit einer Gasversorgung, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Excimerlasers mit weiteren Einzelheiten;

Fig. 3 und 4 typische gemessene Ergebnisse bei einer erfindungsgemäßen Regelung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch die Laserröhre 10 eines Excimerlasers, bei dem die Energie der abgegebenen Strahlungspulse 12 auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt werden soll. Die Laserröhre 10 enthält ein als solches bekanntes Gasge misch, beim beschriebenen Ausführungsbeispiel z. B. 0,1% F₂ in Ne bei 3 bar Absolutdruck und ein aktives Edelgas, z. B. Argon. Verbrauchtes F₂ wird in noch zu beschreibender Weise ersetzt.

Die vom Laser abgegebenen Strahlungspulse 12 passieren einen teildurchlässigen Spiegel 14, der einen sehr geringen Anteil 16 der Strahlung reflektiert und den Rest durchlässt. Der für Messzwecke entnommene Strahlungsanteil 16 wird auf einen Energiesensor 18 gerichtet, um die Energie einzelner Strahlungspulse zu messen. Energiesensoren 18 sind als solche dem Fachmann bekannt.

Über eine Leitung wird das Messergebnis zu einer elektronischen Regeleinheit 20 übertragen.

Die elektronische Regeleinheit 20 (z. B. ein PC mit geeigneter Software) wertet die über die Leitung empfangenen Messsignale aus und steuert die Halogenzufuhr bzw. Halogenentnahme in bzw. aus der Laserröhre 10 und/oder die Hochspan nung HV zwischen den Entladungselektroden der Laserröhre 10.

Die Fluorquelle 22 ist über Leitungen 24, 26 in einem Kreislauf mit der Laserröhre 10 verbunden. Ein Teil des Gasstromes, der mittels eines Umwälzlüfters in der La serröhre 10 intern umgewälzt wird, wird über die Leitung 26 zur F₂-Quelle geführt und durchströmt diese oder auch einen mit der F₂-Quelle verbundenen soge nannten Vorlagebehälter (nicht gezeigt). In als solches bekannter Weise (s. o.) wird mittels der Regeleinheit 20 die Temperatur der F₂-Quelle eingestellt und ent sprechend F₂ über die Leitung 24 in die Laserröhre 10 geführt. Bei Temperaturer höhung wird das Gleichgewicht der Fluorabgabe und Fluorabsorption so verscho ben, dass über die Leitung 24 mehr F₂ in die Laserröhre 10 strömt als über die Leitung 26 aus der Laserröhre 10 entnommen wird, während bei einer Tempera tursenkung umgekehrt über die Leitung 24 Gas in die Laserröhre 10 gelangt, des sen F₂-Anteil geringer ist als im Gas, das über die Leitung 26 von der Laserröhre 10 zur F₂-Quelle 22 strömt.

Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann auch die Halogenquelle direkt (ohne den zuvor beschriebenen Kreislauf) an die Laserröhre 10 angeschlossen werden. Allerdings hat sich gezeigt, dass der in der Figur darge stellte Kreislauf einen störungsfreien Gasaustausch mit der Laserröhre gewährlei stet.

Fig. 2 zeigt ein Excimerlasersystem mit weiteren Einzelheiten, insbesondere Venti len für die Halogenquelle. In den Figuren sind einander entsprechende oder funk tionsähnliche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Gemäß Fig. 2 enthält die Halogenquelle 22 einen Behälter 30, in dem eine Sub stanz angeordnet ist, die je nach ihrer Temperatur einen bestimmten Partialdruck F₂ erzeugt (US-PS 3,989,808). Eine Leitung führt vom Behälter 30 zu einem Ventil 32, von wo eine weitere Leitung 34 zu einem sogenannten Akkumulator 36 führt, in dem F₂ enthaltendes Gas speicherbar ist. Die Strömungsrichtung des Gases ist durch Pfeile angezeigt. Die Leitung führt zu einem Partikelfilter 40 und einer Pum pe (beispielsweise eine Membranpumpe) 42 und von dort zu einem Strömungs messer 44. Über ein weiteres Ventil 46 strömt das gegebenenfalls F₂ enthaltende Gas zur Laserkammer 10. Die Rückströmung aus der Laserkammer 10 erfolgt über ein Ventil 48 in den Akkumulator 36 der Halogenquelle 22. Im Fehlerfall schließt das Ventil 32. Dadurch wird der Laser vor einem zu hohen Halogenpartialdruck geschützt. Die in Fig. 2 gezeigten Ventile sind bei Normalbetrieb des Lasers so geöffnet, dass eine kontinuierliche Gasströmung (gefördert durch die Pumpe 42) stattfindet. Die Ventile sind nur vorgesehen, um bei Austausch- oder Wartungsar beiten die einzelnen Komponenten abklemmen zu können. Aufgrund der offenen Strömungsverbindung herrscht im Behälter 30 der Halogenquelle 22 im Wesentli chen der gleiche Gasdruck wie in der Gasentladungskammer 10 des Lasers, also zum Beispiel etwa 3 Bar Absolutdruck.

Die F₂-Erzeugungsrate der im Behälter 30 vorgesehenen Substanz-Fluorquelle un ter den gegebenen Druckbedingungen ist als Funktion der Temperatur der Sub stanz und in Abhängigkeit von dem noch in der Substanz vorhandenen gebunde nen Fluor bekannt. Diese Abhängigkeit wird für ein gegebenes System experimentell ermittelt. Die nachfolgende Tabelle zeigt für eine typische F₂-Quelle der oben genannten Art den Zusammenhang zwischen dem Halogeninhalt des Festkörpers (also seinem F₂-Gehalt) und der erforderlichen Temperatur, um einen bestimmten Partialdruck zu erzeugen. Ganz allgemein gilt, dass bei hohem Halogeninhalt des Festkörpers eine geringere Temperatur erforderlich ist, um einen bestimmten Par tialdruck und eine bestimmte F₂-Erzeugungsrate zu erreichen.

Tabelle

Halogeninhalt (%)
Temperatur (°C)
100-81	295
80-61	305
60-41	324
40-31	351
30-21	390
20-1	460

Diese Tabelle zeigt also an, welche Temperatur in der Halogenquelle (Behälter 30 gemäß Fig. 2) erzeugt werden muss, um eine bestimmte gewünschte F₂-Erzeu gung in der Halogenquelle zu erhalten, und zwar in Abhängigkeit von dem jeweili gen Halogeninhalt der Quelle, also dem noch darin gebundenen Restfluor. Die Ta belle zeigt, dass zum Beispiel bei einem Halogeninhalt von 70% der Festkörper auf eine Temperatur von 305°C gebracht werden muss, um eine gewünschte optima le F₂-Erzeugung zu erhalten, beim erläuterten Ausführungsbeispiel erzeugt die Ha logenquelle bei dieser Temperatur zum Beispiel ca. 10 mbar.l/h an F₂. Dieses frisch freigesetzte Fluor wird mit dem kontinuierlich strömenden Gasstrom (Fig. 1: Leitung 24; Fig. 2: Leitung 34) zur Gasentladungskammer 10 des Lasers gefördert, ohne dass erhebliche Schwankungen des Gesamtdruckes in der Gasentladungs kammer auftreten. Es wird nur der (relativ kleine) Partialdruck des Halogens er höht. Das Anheizen der Halogenquelle 22 erfolgt dann, wenn beim Regeln der Energie der einzelnen Strahlungspulse 12 mittels der Hochspannung (HV) ein be stimmter Grenzwert erreicht ist, z. B. bei einer Ausgangsspannung HV von 20 kV wird ein Schwellenwert von 0,3 kV für die Erhöhung der Hochspannung vor gegeben, d. h. die Hochspannung soll nicht über 20,3 kV ansteigen. Ist dieses Hochspannungsniveau (20,3 kV beim Beispiel) erreicht, so wird die Halogenquelle (Behälter 30) auf z. B. 324°C aufgeheizt. Der Rechner 20 des Systems weiß auf grund der "Vorgeschichte" der Halogenquelle, dass ihr Halogeninhalt im Bereich von z. B. 49% bis 72% liegt. Deshalb die genannten 324°C gemäß der obenste henden Tabelle. F₂ entsteht und wird über den beschriebenen Gaskreislauf mit dem Gasstrom in die Gasentladungskammer gefördert. Dadurch steigt die Energie der Strahlungspulse wieder an und der Rechner 20 senkt die Hochspannung HV. Daraufhin wird das Heizen der Halogenquelle gestoppt, bis die Hochspannung wieder steigt, wie beschrieben.

Die Steigung der Hochspannung HV in z. B. kV pro Minute (Zeiteinheit) bestimmt das Anheizen der Halogenquelle 22. Der Rechner 20 ermittelt also die Steigung (Gradient; erste Ableitung über der Zeit) der gemittelten Regelspannung HV und stellt fest, ob diese Steigung über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Bei spielsweise kann der Schwellenwert auf 10 Volt/Minute eingestellt werden. Steigt dann bei der Regelung der Strahlungsenergie die Hochspannung um mehr als 10 Volt/Minute, so wird die Halogenquelle auf die genannte Solltemperatur (z. B. 305°C bei 90% Halogeninhalt des Festkörpers) geheizt. Das entstehende Fluor gelangt in den Gasraum der Quelle, der in der beschriebenen Weise direkt im Gas- Kreislauf mit der Gasentladungskammer 10 des Lasers verbunden ist. Hierdurch wird die Energie der Strahlungspulse erhöht und entsprechend fällt der Hochspan nungsanstieg ab oder kommt zum Stillstand. Auch hierfür wird ein Schwellenwert vorgegeben. Bei einem Gradienten der Hochspannung geringer als zum Beispiel 2 Volt/Minute wird die Heizung der Halogenquelle wieder abgeschaltet. Der Gas strom selbst bleibt jedoch, wie beschrieben, stets aufrecht.

Die beiden vorstehend genannten Grenzwerte von 10 Volt/Minute und 2 Volt/ Mi nute für die Hochspannungsänderung sind beispielhaft und hängen vom Lasertyp und den Bedingungen ab. Es kommen allgemein z. B. obere Grenzwerte von 1 bis 100 Volt/Minute und untere Grenzwerte von 0,1 bis 10 Volt/Minute in Betracht.

In Abwandlung der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele von Lasersystemen, mit denen die Erfindung bevorzugt verwirklicht wird, ist es auch möglich, die Halogenquelle sehr nahe (nur einige zehn Zentimeter oder weniger) an der Gasentladungskammer 10 anzuordnen und durch Leitungen mit ihr zu ver binden. In diesem Falle reicht die Konvektion und Diffusion im Gas aus, um das Halogen (F₂) in hinreichend kurzer Zeit in die Gasentladungskammer 10 zu fördern (die Halogenquelle hat ca. 300°C Temperatur und das Lasergas ca. 40°C).

Fig. 3 zeigt zeitlich hochaufgelöst Ergebnisse, die mit der vorstehend anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Energieregelung bei einem KrF-Excimerlaser erzielt wurden, dessen Energie auf 35 W stabilisiert wurde. Der maximale Spannungshub beträgt bei diesem Beispiel 0,7 kV in zehn Minuten (also ±350 V in zehn Minu ten). Es wird also für den maximal zulässigen Spannungshub, bei dem noch kein frisches F₂ erzeugt wird, auch eine maximale Zeitspanne vorgegeben, hier zehn Minuten. In Fig. 3 ist auf der Abszisse die Zeit in Minuten aufgetragen, wobei in einer Minute 6000 Strahlungspulse vom Laser emittiert werden. Auf der linken Ordinate ist die geregelte Hochspannung HV an den Gasentladungselektroden aufgetragen und auf der rechten Ordinate die abgegebene Leistung. Die Leis tungskurve "L" zeigt, dass nach einer Einlaufphase von ca. 60 Minuten die Energie auf ca. 35 W stabilisiert ist. Die Hochspannung HV pendelt nach einer anfänglichen Einsteuerphase zwischen einem Maximalwert von ca. 20,7 kV und einem Minimal wert von ca. 20,0 kV.

Fig. 4 zeigt die entsprechenden Ergebnisse des oben erwähnten KrF-Lasers, der bei einer Wiederholrate von 100 Hz auf eine Energie von 35 W über längere Zeit stabilisiert wurde. Auf der Abszisse sind die Laserpulse in Einheiten von 10⁶ (Milli onen) aufgetragen, auf der linken Ordinate die Hochspannung und auf der rechten Ordinate der Halogeninhalt der F₂-Quelle. Die Hochspannung kann zwischen ein stellbaren Grenzwerten pendeln, beispielsweise zwischen 19 kV und 23 kV. An fänglich steuert der Rechner die HV auf etwa 19 kV. Die F₂-Quelle ist inaktiv. Nach 16 Millionen Pulsen wurde der Laserbetrieb unterbrochen (Simulation eines Pro duktionsstops) und nach etwa 12 Stunden wieder aufgenommen. Es wurde ge prüft, ob das oben beschriebene Regelsystem gemäß den Fig. 1 und 2 aus Excimerlaser und F₂-Quelle von selbst wieder seinen gewünschten Zustand findet, in dem die Energie der Strahlungspulse automatisch geregelt wird. Nach ca. einer Stunde hat der Laser sein stabiles Hochspannungsniveau mit 19,8 kV gefunden, wobei die Fluktuationen der Hochspannung HV über Zeitintervalle von ca. 10 Mi nuten maximal bei ±0,25 kV liegen. Dieser Betriebszustand erhielt sich von selbst über mehr als 26 Millionen Pulse (dies entspricht mehr als drei Tagen), ohne dass äußere Eingriffe hinsichtlich der Gasmischung oder des Gas-Gesamtdruckes erfor derlich wurden. Erst nach dieser langen Zeitspanne machten sich angesammelte Verunreinigungen im Lasergas bemerkbar, die das Niveau der Hochspannung an steigen ließen. Nach weiteren 24 Stunden erreichte die Hochspannung ihren Ma ximalwert, so dass die beschriebene Regelung nicht mehr ausreichte.

Claims

1. Verfahren zum Regeln der Energie von Strahlungspulsen (12), die von ei nem Excimerlaser abgegeben werden, der an eine Halogenquelle (22) angeschlos sen ist, deren Halogenabgabe oder Halogenaufnahme einstellbar ist, und bei dem ein elektrischer oder optischer Parameter des Lasers zur Änderung der Energie der Strahlungspulse (12) einstellbar ist, mit folgenden Schritten
Messen der Ist-Werte der Energien der Strahlungspulse und Vergleich der Ist-Werte mit einem Soll-Wert,
Ändern des elektrischen oder optischen Parameters dann, wenn die Abwei chung des Ist-Wertes vom Soll-Wert größer ist als ein erster Schwellenwert, wobei für die Änderung des elektrischen oder optischen Parameters eine obere Grenze vorgegeben wird, und wobei
dann, wenn die Änderung des elektrischen oder optischen Parameters pro Zeiteinheit einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, die Halogen abgabe der Halogenquelle (22) erhöht wird und dann, wenn die Änderung des elektrischen oder optischen Parameters pro Zeiteinheit einen vorgege benen anderen Schwellenwert unterschreitet, die Halogenabgabe verringert oder die Halogenquelle (22) auf Halogenaufnahme eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Parameter die Hochspannung an den Gasentladungselektroden des Excimerlasers ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halogenabgabe und -aufnahme der Halogenquelle (22) durch deren Tempera tur eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halogenquelle (22) eine Substanz enthält, die in Abhängigkeit von ihrer Tem peratur gemäß einem physikalischen oder chemischen Gleichgewicht einen Halo gen-Partialdruck erzeugt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Substanz vorab ihre Halogenabgabe oder ihr Halogen-Partialdruck in Ab hängigkeit von ihrem Halogen-Ladezustand und ihrer Temperatur ermittelt wird und daß die Temperatur der Substanz beim Regeln der Energie der Strahlungspul se entsprechend dem aktuellen Halogen-Ladezustand eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halogenquelle (22) kontinuierlich an die Gasentladungskammer (10) des La sers angeschlossen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich eine Gasströmung in einem Kreislauf (24, 26) zwischen der Gasent ladungskammer (10) und der Halogenquelle (22) aufrechterhalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Halogenquelle (22, 30) im wesentlichen der gleiche Gasdruck und die glei che Gaszusammensetzung vorliegt wie in der Gasentladungskammer (10) des La sers.