一种准分子激光器放电腔气体的检测方法及模块技术

本发明专利技术涉及一种准分子激光器放电腔气体的检测方法及模块，该检测模块包括进气管，进气电磁阀，气体室，压力检测器，质谱分析仪，计算机，真空泵，真空管道电磁阀，卤素气体处理器，惰性气体管道和惰性气体电磁阀。并通过该检测模块实现了准分子激光器放电腔钝化过程气体或者激光器在钝化/运行过程的放电腔的气体检测。通过该检测方法和模块减少了钝化/运行过程中不必要的时间及能源浪费，提高钝化效率和运行效果。

Method and module for detecting gas in discharge chamber of excimer laser

The invention relates to a gas detection method and a module for an excimer laser discharge cavity. The detection module comprises an intake pipe, an intake solenoid valve, a gas chamber, a pressure detector, a mass spectrometer, a computer, a vacuum pump, a vacuum pipe solenoid valve, a halogen gas processor, an inert gas pipe and an inert gas solenoid valve. The detection module is used to detect the gas in the passivation process of excimer laser discharge cavity or the gas in the passivation/operation process of laser discharge cavity. The detection method and module can reduce unnecessary time and energy waste in passivation/operation process and improve passivation efficiency and operation effect.

【技术实现步骤摘要】
一种准分子激光器放电腔气体的检测方法及模块
本专利技术涉及一种准分子激光器，具体涉及准分子激光器放电腔气体的检测方法及模块。
技术介绍
准分子激光器是紫外波段重要的激光器件，依靠受激混合气体形成的分子向基态跃迁产生激光，混合气体一般由惰性气体和卤素气体组成，如氩气(Ar)和氟气(F2)、氪气(Kr)和氟气、氙气(Xe)和氯气(Cl2)等。氟、氯等卤素介质对大多数材料都具有极强的腐蚀性，会引起放电腔内零部件在使用过程中发生腐蚀，并与Si、C、H、O等元素反应生成有害气态产物。研究表明，10ppm量级的HF、O2、CF4等有害气体即显著影响激光的输出功率。因此，尽量低的有害气体含量是保证激光器正常、高效运行的重要前提。钝化处理是准分子激光器运行前的重要工艺步骤，它的目的就是为了减少零部件装配后放电腔内的有害成分。通过在放电腔内通入稀有气体和卤素气体，并辅助一定频率的放电，使各零部件的表面物质与卤素介质充分反应，消除零部件表面的污染物，并生成稳定的卤化物保护层。但是，由于钝化工艺过程受众多因素影响，目前尚未实现对钝化工艺的预测分析，激光器放电腔钝化是否完成仍需要依靠经验判断。由此造成的问题是，放电腔可能钝化过度或是不足。钝化过度会造成时间及能源的浪费，而钝化不足时，放电腔运行过程会生成大量的有害气体，影响激光器的输出性能，严重时需要重新钝化。同时，激光器运行或放置过程中，各零部件材料内的杂质元素也会与卤素介质反应，生成有害气体，导致激光器运行过程的能量不断下降。因此激光器使用一段时间后或长期放置后也需要更换工作气体。但是目前针对这一问题也没有实现激光器运行前的预测分析。一般需要当激光器的放电过程稳定后检测其输出能量，如能量不能满足要求则更换工作气体。这也在很大程度上造成了时间和能源的浪费。目前，研究者已经在实验装置上对激光器放电腔内的气体成分及其生成规律进行了研究，已明确了主要有害元素及产生危害的数量级，提出了放电腔零部件材料成分的要求。但是目前这些结果尚未作为检测模块应用到激光器的运行过程中。同时，由于卤素介质具有极强的腐蚀性，且激光器运行压力远高于大气压，并不能直接将上述研究中所使用的多种设备连接到放电腔，否则会造成设备的损坏，卤素介质也会与气体通道内的物质反应生成不必要的杂质，影响检测结果。因此，如何能够明确激光器放电腔的钝化进程是否结束、激光器运行时是否需要更换工作气体，避免因为有害气体成分的存在影响激光器的输出能量及其稳定性，造成时间与能源的浪费，是现有技术中亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中的问题，提出一种准分子激光器放电腔气体成分的检测方法及模块。作为本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种准分子激光器放电腔气体的检测模块，该检测模块包括：一种准分子激光器放电腔气体的检测模块，其特征在于：包括进气管，进气电磁阀，气体室，压力检测器，质谱分析仪，计算机，真空泵，真空管道电磁阀，卤素气体处理器，惰性气体管道和惰性气体电磁阀；进气管上设置有进气电磁阀，并与气体室连通；压力检测器以及质谱分析仪分别通过管路与气体室连通；真空泵通过管路依次与卤素气体处理器、气体室连通，并在气体室与卤素气体处理器之间的管路上设置真空管道电磁阀；惰性气体管道上设置有惰性气体电磁阀，并与气体室连通；进气电磁阀、压力检测器、质谱分析仪、真空泵、真空管道电磁阀、卤素气体处理器和惰性气体电磁阀均与计算机通讯连接。作为本专利技术进一步的改进，与检测气体直接接触的所述管路、进气管、进气电磁阀、气体室、真空管道电磁阀、惰性气体管道、惰性气体电磁阀均使用强耐腐蚀性的材料并在使用前进行充分的钝化处理。使用强耐腐蚀性的材料以及在使用前进行充分的钝化处理，能够减少卤素介质与检测模块的反应，避免生成有害杂质影响检测结果。所述强耐腐蚀性的材料为耐卤素介质腐蚀的材料，例如表面采取镀镍处理的金属或全氟橡胶材料。并且由于采用防卤素腐蚀材料及小气室，需要的检测气体总量少，产生的杂质气体少，对激光器的影响小。作为本专利技术的另外一个方面，本专利技术提出了一种使用上述检测模块对准分子激光器放电腔钝化过程气体进行检测的方法，该方法包括：初始化，对检测模块进行参数初始化，使得检测次数i＝0，数值组数值＝0；初始检测，对激光器放电腔内的气体成分进行检测并记录检测次数i＝i+1，将检测结果记录到数值组i；钝化，令激光器继续钝化设定数量的脉冲；检测，再次对激光器放电腔内的气体成分进行检测并记录检测次数i＝i+1，将检测结果记录到数值组i；比较，计算数值组i与数值组i-1的气体成分的差值，并将各气体成分的差值与阈值进行比较；如果均小于或等于阈值，钝化结束，否则，重复钝化、检测和比较步骤；其中，阈值是在钝化过程中取得的经过一定数量脉冲的气体成分差异的经验值。作为本专利技术进一步的改进，本专利技术提出了一种使用上述检测模块对准分子激光器放电腔钝化过程气体进行检测的方法，该方法包括：1)打开计算机，开启检测模块，自动进行参数初始化，检测次数i＝0，数值组数值＝0；2)开启进气电磁阀，令激光器放电腔内的气体通过进气管充入气体室，当压力检测器上显示待检测气体压强达到一个大气压时关闭进气电磁阀；3)开启质谱分析仪对气体室内的气体成分进行检测，并记录检测次数i＝i+1；4)开启真空泵和真空管道电磁阀对气体室抽真空至1Pa，再开启惰性气体电磁阀充入惰性气体10Pa至0.1MPa；重复该步骤多次，例如3次；5)计算机分析质谱检测结果，并记录各气体的含量到数值组i；6)令激光器继续钝化设定数量脉冲，例如104，再次开启进气电磁阀，充入一个大气压待检测气体；7)开启质谱分析仪对气体室内的气体成分进行检测，并记录检测次数i＝i+1；8)开启真空泵和真空管道电磁阀对气体室抽真空至1Pa，再开启惰性气体电磁阀充入惰性气体10Pa至0.1MPa；重复该步骤多次，例如3次；9)计算机分析质谱检测结果，并记录各气体的含量到数值组i；10)计算数值组i与数值组i-1的各气体含量的差值，将各气体含量的差值与对应的阈值进行比较；当存在至少一种气体的含量的差值大于对应的阈值，计算机显示需要继续钝化，重复步骤6)至步骤10)进行第i+1组的测试；当各气体的含量的差值均小于或等于对应的阈值，计算机显示钝化已完成；其中，所述阈值是在钝化过程中取得的经过一定数量脉冲的气体成分差异的经验值。作为本专利技术的另外一个方面，本专利技术提出了一种使用前述的检测模块对准分子激光器运行前/运行过程中放电腔气体的进行检测的方法，该方法包括：初始化，对检测模块进行参数初始化，使得检测次数i＝0，数值组数值＝0；检测，对激光器放电腔内的气体成分进行检测并记录检测次数i＝i+1，将检测结果记录到数值组i；比较，比较数值组i中各气体成分的含量与对应的不产生严重危害的含量阈值；当数值组i中各气体的含量均小于对应的含量阈值，输出气体成分结果，检测结束，否则输出气体成分结果并提醒更换气体；其中，各气体不产生严重危害的含量阈值是在激光器运行过程中取得的经验值。作为本专利技术进一步的改进，本专利技术提出了一种使用前述检测模块对准分子激光器运行前/运行过程中放电腔气体进行检测的方法，该方法包括：1)打开计算机，开启检测模块，自动进行参数初始化，检测次数i＝0，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种准分子激光器放电腔气体的检测模块，其特征在于：该检测模块包括进气管(1)，进气电磁阀(2)，气体室(3)，压力检测器(4)，质谱分析仪(5)，计算机(6)，真空泵(7)，真空管道电磁阀(8)，卤素气体处理器(9)，惰性气体管道(10)和惰性气体电磁阀(11)；所述进气管(1)上设置有进气电磁阀(2)，并与气体室(3)连通；所述压力检测器(4)以及质谱分析仪(5)分别通过管路与气体室(3)连通；所述真空泵(7)通过管路依次与卤素气体处理器(9)、气体室(3)连通，在气体室(3)与卤素气体处理器(9)之间的管路上设置真空管道电磁阀(8)；所述惰性气体管道(10)上设置有惰性气体电磁阀(11)，并与气体室(3)连通；所述进气电磁阀(2)、压力检测器(4)、质谱分析仪(5)、真空泵(7)、真空管道电磁阀(8)、卤素气体处理器(9)和惰性气体电磁阀(11)均与计算机(6)通讯连接。

【技术特征摘要】
1.一种准分子激光器放电腔气体的检测模块，其特征在于：该检测模块包括进气管(1)，进气电磁阀(2)，气体室(3)，压力检测器(4)，质谱分析仪(5)，计算机(6)，真空泵(7)，真空管道电磁阀(8)，卤素气体处理器(9)，惰性气体管道(10)和惰性气体电磁阀(11)；所述进气管(1)上设置有进气电磁阀(2)，并与气体室(3)连通；所述压力检测器(4)以及质谱分析仪(5)分别通过管路与气体室(3)连通；所述真空泵(7)通过管路依次与卤素气体处理器(9)、气体室(3)连通，在气体室(3)与卤素气体处理器(9)之间的管路上设置真空管道电磁阀(8)；所述惰性气体管道(10)上设置有惰性气体电磁阀(11)，并与气体室(3)连通；所述进气电磁阀(2)、压力检测器(4)、质谱分析仪(5)、真空泵(7)、真空管道电磁阀(8)、卤素气体处理器(9)和惰性气体电磁阀(11)均与计算机(6)通讯连接。2.根据权利要求1所述的准分子激光器放电腔气体的检测模块，其特征在于：所述管路、进气管、进气电磁阀、气体室、真空管道电磁阀、惰性气体管道、惰性气体电磁阀的材料为耐卤素介质腐蚀的材料并进行钝化处理，例如表面采取镀镍处理的金属或全氟橡胶材料。3.一种使用权利要求1或2所述的检测模块对准分子激光器放电腔钝化过程气体进行检测的方法，其特征在于：该检测的方法包括，初始化，对检测模块进行参数初始化，使得检测次数i＝0，数值组数值＝0；初始检测，对激光器放电腔内的气体成分进行检测并记录检测次数i＝i+1，将检测结果记录到数值组i；钝化，令激光器继续钝化设定数量的脉冲；检测，再次对激光器放电腔内的气体成分进行检测并记录检测次数i＝i+1，将检测结果记录到数值组i；比较，计算数值组i与数值组i-1的气体成分的差值，并将各气体成分的差值与阈值进行比较；如果均小于或等于阈值，钝化结束，否则，重复钝化、检测和比较步骤；其中，阈值是在钝化过程中取得的经过一定数量脉冲的气体成分差异的经验值。4.根据权利要求3所述的检测的方法，其特征在于：该检测的方法包括，1)打开计算机，开启检测模块，自动进行参数初始化，检测次数i＝0，数值组数值＝0；2)开启进气电磁阀，令激光器放电腔内的气体通过进气管充入气体室，当压力检测器上显示待检测气体压强达到一个大气压时关闭进气电磁阀；3)开启质谱分析仪对气体室内的气体成分进行检测，并记录检测次数i＝i+1；4)开启真空泵和真空管道电磁阀对气体室抽真空至1Pa，再开启惰性气体电磁阀充入惰性气体10Pa至0.1M...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭馨，丁金滨，周翊，王宇，张立佳，刘斌，崔惠绒，
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