一种用于准分子激光器的气体循环系统技术方案

本发明专利技术公开了一种气体循环系统，用于循环准分子激光器的工作气体，准分子激光器的腔体具有进入管道和出气管道，气体循环系统包括冷凝器(1)、氧气提供装置(2)、压缩机(3)和储气室(4)，储气室(4)分别与出气管道、冷凝器(1)、氧气提供装置(2)通过阀门连接。氧气提供装置(2)用于向储气室(4)提供氧气；储气室(4)用于使氧气和来自腔体的工作气体充分反应生成反应气体；冷凝器(1)对反应气体进行制冷，由此除杂而输出未被冷凝的气体，压缩机(3)抽取所述冷凝器(4)中未被冷凝的气体并输送到腔体中。本发明专利技术可以有效的提高工作气体的寿命，同时在除杂过程中不会由于添加其它气体而使输出能量下降。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于准分子激光器的气体循环系统，该系统通过补充卤素气体及去除杂质而提高准分子激光器气体工作寿命，尤其适用于ArF、KrF准分子激光器。
技术介绍
准分子激光器可以输出紫外波段的激光，并且具有非常窄的线宽和较大的能量，因此被广泛用作光刻行业的光源。目前在光刻行业中应用最广泛的准分子激光器为ArF和KrF准分子激光器。准分子激光器的工作气体为稀有气体卤化物如ArF和KrF，是通过卤素气体F2和稀有气体氩气和氪气反应生成。准分子激光器与其它气体激光器不同，准分子激光器需要比较频繁的更换工作气体，这是因为准分子激光器面临着一个共同的问题就是准分子激光器工作气体的寿命随着工作时间的增长而衰减，这会导致激光器输出能量的衰减以及放电不稳定，所以当工作气体被消耗时，只能通过换气来恢复激光器的输出能量。准分子激光器的工作气体被消耗主要是因为卤素气体会跟激光器内部的腔体材料反应，这些反应消耗了卤素气体的同时还生成了一些不期望得到的杂质，其后果是一方面准分子激光器由于卤素气体的减小造成输出能量下降，另一方面杂质的产生会导致准分子激光器电极间产生细丝状的放电从而破坏放电的均匀性，更严重的后果是激光器无法正常工作。早期工作人员是通过不断的换气来保持激光器的正常工作，但是这会造成大量昂贵的工作气体的消耗，导致激光器的工作成本非常高。后来工作人员采用少量补充卤素气体的方式来增加工作气体的寿命，但是这种方法无法去除激光器工作过程中产生的杂质，不能从根本上解决细丝放电的问题。再后来工作人员通过冷阱的方式去除工作气体中的杂质，然而为了有效的去除杂质，冷阱温度要设置为零下180°C，如此低的温度对于KrF准分子激光器是不可行的，因为这样低的温度会降低Kr的活性甚至导致其液化。再后来工作人员在准分子激光器的工作气体中添加了氧气，氧气跟杂质反应生成液化温度高的气体再通过冷阱去除这些生成的杂质。这种方案确实可以提高准分子激光器工作气体的寿命，然而由于氧气的加入会导致激光器的输出能量下降20%到30%。现有的方案还有采用直接液化杂质CF4的方式，但是该杂质的液化温度很低(零下128.06°C )，采用液化的方式有效除去该杂质需要零下180°C的低温环境，这样的低温会导致工作气体中稀有气体Kr的活性下降甚至液化，所以不适用于KrF准分子激光器。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术所要解决的是现有的提高准分子激光器工作气体寿命的方法不能降低成本，也不能去除工作气体中的杂质，或者适用范围有限，或者导致激光器输出能量的下降的缺陷。( 二 )技术方案为解决上述问题，本专利技术提出一种用于准分子激光器的气体循环系统，准分子激光器包括腔体，该腔体具有进入管道和出气管道，气体循环系统包括冷凝器、氧气提供装置、压缩机和储气室，所述储气室分别与所述出气管道、冷凝器、氧气提供装置通过阀门连接；所述氧气提供装置用于向所述储气室提供氧气；所述储气室具有一定的容积，用于容纳由所述氧气提供装置提供的氧气和来自所述腔体的工作气体，并使该氧气和该工作气体充分反应，生成反应气体；所述冷凝器用于对所述反应气体进行制冷，输出未被冷凝的气体；所述压缩机用于抽取所述冷凝器中未被冷凝的气体并输送到所述腔体中。根据本专利技术的【具体实施方式】，所述工作气体包括稀有气体、卤素气体及缓冲气体。根据本专利技术的【具体实施方式】，所述稀有气体为Kr气或Ar气，所述卤素气体为氟气。根据本专利技术的【具体实施方式】，所述冷凝器内的温度为-80°c?-120°c。根据本专利技术的【具体实施方式】，所述冷凝器包括器壁和包裹器壁外围的绝缘层，所述绝缘层的结构为空腔结构，其内可以充入低温介质，用于保持所述器壁的低温。根据本专利技术的【具体实施方式】，所述器壁的内部填充有铜绒丝。根据本专利技术的【具体实施方式】，还包括预混气提供装置，其通过阀门连接于所述腔体的进气管道，用于为所述腔体提供初始的工作气体。根据本专利技术的【具体实施方式】，还包括卤素气体提供装置，其通过阀门连接于所述腔体的进气管道，用于为所述腔体补充卤素气体。(三)有益效果本专利技术可以有效的降低换气次数提高了工作气体的寿命降低了激光器的运行成本，同时并不会导致激光器在除杂过程中由于添加其它气体而使输出能量大幅下降。【附图说明】图1为本专利技术的用于准分子激光器的气体循环系统的原理结构示意图；图2为本专利技术的用于准分子激光器的气体循环系统的一个实施例的结构示意图。【具体实施方式】本专利技术得出一种气体循环系统，通过补充卤素气体及去除杂质而提高准分子激光器气体工作寿命。本专利技术的系统首先通过间断补充卤素气体延长激光器工作时间，当间断补充卤素气体无法有效恢复激光器输出能量时，采用部分抽出已经长时间工作过的气体，在腔外通过与氧气反应然后用冷阱去除杂质，最后将提纯后的气体充回腔内再次利用。这样既恢复输出能量提高工作气体寿命又节约了成本。通过质谱仪分析氧气的充入量，保证杂质被充分反应的同时，氧气没有剩余，这样既有效的去除了杂质，又不会因为准分子激光器腔内含有过量氧气而导致的输出能量大幅下降。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。 准分子激光器在工作过程中，其工作气体本身含有的杂质以及工作气体中的卤素气体跟腔内材料反应产生的杂质会吸收预电离产生的电子以及产生激光的光子，其结果是造成激光器输出能量的衰减，以及电极间的不均匀放电。早期为了解决上述问题必须更换工作气体，造成激光器运行成本非常高。在准分子激光器的发展过程中，工作人员借助质谱仪等手段确定了准分子激光器工作气体中的杂质主要是CF4，该杂质是通过工作气体中的F2与腔内材料反应生成的。因此，为了提高准分子激光器的工作寿命就需要有效的去除该杂质。图1是本专利技术提出的气体循环系统的示意图。如图1所示，本专利技术的气体循环系统包括冷凝器1、氧气提供装置2、压缩机3和储气室4。储气室4分别与准分子激光器腔体的出气管道、冷凝器1、氧气提供装置2通过阀门连接。在此，将准分子激光器与储气室4之间的阀门称为第一阀门5，将氧气提供装置2与储气室4之间的阀门称为第二阀门6，将冷凝器I与储气室4之间的阀门称为第三阀门7。再参见图1，冷凝器I还通过管道与压缩机3连通，压缩机3则经由第四阀门8与准分子激光器的腔体连通。准分子激光器的腔体具有进气管道、出气管道，内部充有工作气体，工作气体由稀有气体、卤素气体及缓冲气体组成。氧气提供装置2用于向储气室4提供氧气；储气室4具有一定的容积，用于容纳由氧气提供装置2提供的氧气和由来自所述腔体的工作气体，并使该氧气和该工作气体充分反应，生成反应气体。冷凝器I用于对反应气体进行制冷，输出未被冷凝的气体；压缩机3用于抽取冷凝器4中未被冷凝的气体并输送到准分子激光器的腔体中；本专利技术的系统能抽出部分工作气体，并去除杂质后重复利用。下面参照图1说明其工作原理。因为激光器在长时间的工作过程中会产生杂质(例如CF4)，过多的杂质会大量吸收激光器预电离产生的电子以及产生激光的光子，一方面造成输出能量的大幅下降，另一方面会导致电极间产生细丝状的放电，破坏放电均匀性，甚至导致激光器无法正常工作。此时，为了恢复激光器正常的输出水平，需要对准分子激光器部分抽气。此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体循环系统，用于循环准分子激光器的工作气体，所述准分子激光器包括腔体，该腔体具有进入管道和出气管道，其特征在于：所述气体循环系统包括冷凝器(1)、氧气提供装置(2)、压缩机(3)和储气室(4)，所述储气室(4)分别与所述出气管道、冷凝器(1)、氧气提供装置(2)通过阀门连接；所述氧气提供装置(2)用于向所述储气室(4)提供氧气；所述储气室(4)具有一定的容积，用于容纳由所述氧气提供装置(2)提供的氧气和来自所述腔体的工作气体，并使该氧气和该工作气体充分反应，生成反应气体；所述冷凝器(1)用于对所述反应气体进行制冷，输出未被冷凝的气体；所述压缩机(3)用于抽取所述冷凝器(4)中未被冷凝的气体并输送到所述腔体中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沙鹏飞，单耀莹，彭卓君，宋兴亮，蔡茜玮，范元媛，李慧，赵江山，周翊，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11