【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、本专利技术涉及一种co2射束源，包括：至少一个放电管，在该至少一个放电管中，激光气体用作激光介质；鼓风机，该鼓风机用于在闭合的激光气体回路中藉由至少一个输入元件将激光气体输入该至少一个放电管中以及藉由至少一个输出元件将激光气体从该至少一个放电管中输出；以及至少一个催化器，该至少一个催化器用于催化在激发激光气体时产生的解离产物的氧化，其中，该至少一个催化器包括被施加至基板的贵金属纳米颗粒。
2、在本申请的意义上，co2射束源被理解为co2激光器或co2激光放大器。在后一种情况下，co2激光放大器典型地用于放大由种子激光器发射的种子激光束。co2射束源的激光气体典型地是he、n2和co2的混合物。co2在此用作实际激光介质，he分子和n2分子起支持作用。co2射束源是电激发的。在放电管中(典型为石英玻璃管)，通过在高直流电压或高频交流电压下的气体放电来激发激光气体。由于激发而发生居量反转。在呈co2激光器形式的co2射束源的情况下，激光介质处于充当激光谐振器的镜组件的射束路径中。
3、由于激光气体在co2射束源运行时强烈升温，而激光过程在温度300℃以上时将停止，因此必须冷却激光气体。在闭合的激光气体回路中将激光气体从放电管中输出并且将激光气体重新输入放电管，允许藉由合适的附加装置(例如热交换器)进行这种冷却。
4、呈co2激光放大器形式的co2射束源尤其用于产生euv辐射。术语euv辐射是指波长在10nm与120nm之间的电磁辐射。与目前广泛使用的约200nm的波长相比，在半导体
5、在激发激光气体时由于气体放电而形成解离产物对于co2射束源的构造是特别的挑战。这些解离产物、尤其其中的一氧化碳(co)导致激光器或激光放大器的性能和效率下降。作为应对措施，在文献中描述了使用针对解离产物的氧化、尤其将co氧化成co2的催化器。
6、从us 4,756,000中已知一种co2激光器，其具有闭合的激光气体回路、co2激光气体混合物和放大体。通过气体放电在放大体中产生co、氧气、以及激发态氧物种。金涂层用作co与激发态氧气反应生成co2的催化器。在此，金涂层布置在放大体的壁上或足够靠近放大体的下游端，以确保与大量激发态氧气进行接触。这种布置的缺点是，由于气体放电导致在激发激光气体时产生的降解产物在放大体中、以及紧邻放大体下游的沉积效应，由此导致催化器劣化，并且因此导致co2激光器的性能下降。
7、在de 3523926 c2中描述了一种电激发的co2激光器，该co2激光器具有闭合的激光气体回路和用于制造和保持激光气体的化学成分的催化器，其中附加的辐射源用于使在激光气体中通过离解形成的分子在催化器上的附着明显增加，和/或其中调节催化器表面的气体环流，使得在激光气体中通过离解形成的分子在催化器上的附着明显增加。
8、在jp s6214486a中描述了一种具有催化器单元的co2激光器，该催化器单元保持激光气体的成分恒定并且因此保持激光器的输出功率稳定。为此目的，催化器单元同时被设计为自调节加热单元，由此自动将催化器单元的温度保持在使co氧化速率恒定的范围内。
9、在us2015/0222083 a1中描述了一种euv系统，该euv系统包括具有催化器的光学放大器系统。在一个实施方式中，催化器包括具有开口的基板以及由贵金属(例如金)制成的纳米颗粒，这些纳米颗粒作为涂层被施加至开口的内表面。阐述了当催化器布置在光学放大系统的放大器中或co2激光器中时，催化器中的气体混合物的温度可以上升至高达60℃。
10、g.c.bond和d.t.thompson在“一氧化碳的金催化氧化”["gold-catalysedoxidation of carbon monoxide",gold bull.33,41(2000)]一文中详细讨论了借助于基于小金颗粒的催化剂对co的氧化。
11、专利技术目的
12、与此相应地，本专利技术的目的在于提供一种co2射束源，该co2射束源具有长期稳定的高性能和效率。
13、专利技术主题
14、根据第一方面，该目的通过开篇所述类型的co2射束源来实现，其中该至少一个催化器在闭合的激光气体回路内沿激光气体的流动方向与该至少一个放电管间隔开布置，以与布置在该至少一个放电管内相比减少在激发激光气体时在该至少一个放电管中形成的降解产物的沉积，并且其中该至少一个催化器在co2射束源运行时的温度为至少60℃、优选至少100℃、特别优选至少150℃。
15、由于用于激发激光气体的气体放电，该至少一个放电管的壁降解。在此形成的降解产物沉积在该至少一个放电管中，并且沉积在邻接该至少一个放电管下游的激光气体回路中。由于放电管一般来说是石英玻璃管，因此降解产物典型地包括尤其呈粉尘形式的石英颗粒。如果降解产物沉积在至少一个催化器上，则其效率降低，并且解离产物在闭合的激光气体回路中的浓度增加。因此，co2射束源的输出功率和效率下降。因此有利的是，在闭合的激光气体回路内，将催化器沿激光气体的流动方向与该至少一个放电管间隔开布置。对应的布置实现co2射束源的长期高性能并且由此允许较长的维护间隔。
16、在选择催化器时应注意的是，激发态氧、自由基氧和/或原子氧仅在放电管中或紧邻放电管下游以明显高浓度存在。因此，对于降解产物的沉积而言以足够间隔布置的可能性只能通过使用如下催化器来实现，这些催化器不仅催化解离产物(尤其co)以瞬态氧物种(例如原子氧、自由基氧和/或激发态氧)进行的氧化，而且还催化以分子氧进行的氧化。在此，基于贵金属纳米颗粒的催化器是合适的，原则上在室温下也是如此。
17、催化器的效力通常随着温度升高而增大。然而，在co2射束源的闭合回路中，高温主要出现在放电管中以及紧邻放电管的下游。作为与放电管的间距的函数，温度沿激光气体的流动方向由于冷却而典型地连续下降。因此，在选择催化器的布置时，必须在减少沉积效应与尽可能高的温度之间进行权衡。上述温度范围可以实现借助于贵金属纳米颗粒催化器高效催化co以分子氧氧化成co2，并且在co2射束源中以足够大的功率实现，即使在与放电管有足够间距的情况下也是如此。
18、原则上还可以实现，一部分激光气体流从原本的激光气体回路中耦出并且被引导通过具有基于均匀的铂层或钯层的常规催化器的单独催化器单元。这种常规催化器同样可以实现co与分子氧反应生成co2，然而为此需要大约250℃以上的温度。在co2射束源中，这样高的温度对于实际的激光过程是不利的，并且因此通常是不可取的。因此，这种催化器单元就必须被加热，这种催化器单元除了催化器之外还必须具有加热装置、冷却装置以及必要时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种CO2射束源(1)，包括：
2.根据权利要求1所述的CO2射束源，其特征在于，所述激光气体(4)在所述至少一个放电管(3)的下游端部(3')与所述至少一个催化器(18)之间的流动路径(L)为至少5cm、优选10cm、特别优选至少15cm。
3.根据权利要求1或2所述的CO2射束源，其特征在于，所述至少一个催化器(18)布置在所述输入元件(8，9，9')中的至少一个输入元件中。
4.根据前述权利要求之一所述的CO2射束源，其特征在于，所述鼓风机(7)布置在中央，并且所述CO2射束源(1)在第一平面(12)中径向且交替地具有用作第一输入元件的输入臂(8)和用作第二输出元件的输出臂(11)，并且在第二平面(13)中所述放电管(3)交替地藉由第二输入元件(9，9')和第一输出元件(10)相互连接，其中，为了冷却所述激光气体(4)，至少一个输入臂(8)和/或至少一个输出臂(11)的至少一个子区域(17)被设计为热交换器。
5.根据权利要求4所述的CO2射束源，其特征在于，至少一个输入臂(8)的与所述激光气体(4)接触的至少一个内侧面用
6.根据权利要求4或5所述的CO2射束源，其特征在于，所述至少一个催化器(18)在被设计为热交换器的所述至少一个子区域(17)上游布置在所述输入臂(8)中的至少一个输入臂和/或所述输出臂(11)中的至少一个输出臂中。
7.根据前述权利要求之一所述的CO2射束源，其特征在于，所述CO2射束源(1)具有用于更换所述至少一个催化器(18)的至少一个装置(21)。
8.根据权利要求7所述的CO2射束源，其特征在于，至少一个输入臂(8)和/或至少一个输出臂(11)具有至少一个可封闭的开口(21)作为用于更换所述至少一个催化器(18)的装置(21)。
9.根据前述权利要求之一所述的CO2射束源，其特征在于，所述贵金属纳米颗粒(22)是铂纳米颗粒、钯纳米颗粒、金纳米颗粒，由这些材料的合金制成的纳米颗粒或这些纳米颗粒的混合物。
10.根据前述权利要求之一所述的CO2射束源，其特征在于，所述至少一个催化器(18)的基板(23)是金属基板或陶瓷基板。
11.根据前述权利要求之一所述的CO2射束源，其特征在于，在所述至少一个催化器(18)的基板(23)上存在涂层(24)，在所述涂层上施加有所述贵金属纳米颗粒(22)，其中，所述涂层优选地至少部分由金属氧化物制成，特别优选地至少部分由氧化铈、氧化铝、氧化钛、氧化铜或这些材料的混合物制成。
12.根据前述权利要求之一所述的CO2射束源，其特征在于，所述催化器(18)的基板上的所述涂层(24)被微观结构化，以用于增大表面。
13.根据前述权利要求之一所述的CO2射束源，其特征在于，所述催化器的基板(23)被结构化，以用于增大表面。
14.根据权利要求12所述的CO2射束源，其特征在于，所述催化器(18)的基板(23)被结构化为蜂窝状，以用于增大表面。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种co2射束源(1)，包括：
2.根据权利要求1所述的co2射束源，其特征在于，所述激光气体(4)在所述至少一个放电管(3)的下游端部(3')与所述至少一个催化器(18)之间的流动路径(l)为至少5cm、优选10cm、特别优选至少15cm。
3.根据权利要求1或2所述的co2射束源，其特征在于，所述至少一个催化器(18)布置在所述输入元件(8，9，9')中的至少一个输入元件中。
4.根据前述权利要求之一所述的co2射束源，其特征在于，所述鼓风机(7)布置在中央，并且所述co2射束源(1)在第一平面(12)中径向且交替地具有用作第一输入元件的输入臂(8)和用作第二输出元件的输出臂(11)，并且在第二平面(13)中所述放电管(3)交替地藉由第二输入元件(9，9')和第一输出元件(10)相互连接，其中，为了冷却所述激光气体(4)，至少一个输入臂(8)和/或至少一个输出臂(11)的至少一个子区域(17)被设计为热交换器。
5.根据权利要求4所述的co2射束源，其特征在于，至少一个输入臂(8)的与所述激光气体(4)接触的至少一个内侧面用作所述至少一个催化器(18)的基板。
6.根据权利要求4或5所述的co2射束源，其特征在于，所述至少一个催化器(18)在被设计为热交换器的所述至少一个子区域(17)上游布置在所述输入臂(8)中的至少一个输入臂和/或所述输出臂(11)中的至少一个输出臂中。
7.根据前述权利要求之一所述的co2射束源，...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·米勒，F·琼塔，M·达林格尔，M·卡尔，
申请(专利权)人：通快激光系统半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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