Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер



Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер
Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер
Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер
Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер
Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер
Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер
Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер
Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер

 


Владельцы патента RU 2592065:

АКАДЕМИ ОФ ОПТО-ЭЛЕКТРОНИКС, ЧАЙНИЗ АКАДЕМИ ОФ САЙЕНСИЗ (CN)

Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к однополостной двухэлектродной разрядной камере для фотолитографии и к эксимерному лазеру, включающему в себя такую разрядную камеру. Разрядная камера может содержать корпус камеры и два набора главных разрядных электродов. Корпус камеры может содержать левый отсек и правый отсек, расположенные так, что образуют симметричную камеру с двумя отсеками. Каждый из отсеков может иметь поперечное сечение, которое является относительно малым на верхней стороне, но относительно большим на нижней стороне, образуя "грушевидную" форму. Левый и правый отсеки могут иметь границу раздела и сообщаться друг с другом в плоскости симметрии всей разрядной камеры. Два набора главных разрядных электродов могут быть расположены соответственно в левом и в правом отсеках на верхней стороне. Однополостная конфигурация может использоваться для обеспечения функций конфигураций с двумя камерами, таких как, например, конфигурации типа MOPA, MOPO и MOPRA. Технический результат - упрощение устройства и синхронизация разряда в разрядной камере. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение, сущность которого здесь раскрыта, относится к области лазерной техники, в частности к однополостной двухэлектродной разрядной камере для фотолитографии и к эксимерному лазеру, включающему в себя такую разрядную камеру. Разрядная камера согласно настоящему изобретению, сущность которого здесь раскрыта, также применима для других устройств, в которых возбуждают газ для генерации излучения энергии.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Эксимерные лазеры являются широко применяемыми газовыми лазерами, ориентированными на применения ультрафиолетового излучения. В настоящее время эксимерные лазеры считают наилучшими претендентами в качестве источников света для фотолитографии, и они являются преобладающими рабочими источниками света в фотолитографической промышленности для производства интегральных схем (ИС).

В традиционных эксимерных лазерах с возбуждением разрядом применяют одноэлектродную конфигурацию с одной камерой. С дальнейшим развитием технологии фотолитографии желательны источники света, удовлетворяющие требованиям в отношении более узкой ширины спектра (ширины линии), более высокой частоты следования импульсов и большей средней мощности. Однако обычная одноэлектродная конфигурация с одной камерой вряд ли может одновременно удовлетворять всем этим трем требованиям. Это является причиной компромисса между улучшением рабочих характеристик и рентабельностью при конструировании лазеров. Трудности усовершенствования конфигурации обычных лазеров с одной камерой, в основном, заключаются в больших потерях энергии в модулях сужения линии излучения и в повреждениях и в сроках службы оптики под воздействием мощного лазерного излучения.

Для эффективного сужения ширины спектра и увеличения выходной мощности лазерного излучения для конструирования лазера была предложена конфигурация с двумя камерами. Фундаментальная концепция этой конфигурации заключается в том, что сужение ширины линии и увеличение выходной мощности лазерного излучения достигаются, соответственно, в различных газоразрядных модулях (в частности, в затравочном резонаторе и в резонаторе усилителя). В частности, затравочный резонатор генерирует затравочный свет с узкой шириной линии с определенной частотой следования импульсов для обеспечения генерации колебаний в лазере и лазерного излучения с низкой мощностью. Резонатор усилителя выполняет усиление энергии импульса падающего затравочного света. Лазеры, основанные на конфигурации с двумя камерами, имеют такие выходные характеристики, как, например, регулирование суженного спектра и вывод относительно высокой энергии одиночного импульса, которые являются необходимыми для источников света, предназначенных для фотолитографии.

Лазеры, основанные на конфигурации с двумя камерами, могут быть во все более возрастающей степени оптимизированы как в модуле задающего генератора, так и в модуле усилителя путем оптимизации компонентов и давления рабочей газовой смеси, напряжений возбуждения и т.п. для улучшения выходных характеристик для того, чтобы добиться выходного излучения лазера с узкой шириной линии при большой мощности. Кроме того, вследствие наличия механизма усиления мощности, основанного на резонаторе усилителя, задающий генератор имеет относительно низкую выходную мощность излучения лазера, что приводит к значительно увеличенным срокам службы оптики в модуле сужения линии. Вследствие вышеупомянутых преимуществ лазеров, основанных на конфигурации с двумя камерами, в современных источниках света для фотолитографической промышленности широко используются конструкции лазеров, основанные на механизме "затравочного усиления".

Схемы с двумя камерами могут быть классифицированы, в основном, на три типа, то есть схема "задающий генератор - усилитель мощности" (MOPA) с двумя камерами, схема "задающий генератор - генератор мощности" (MOPO) с двумя камерами и схема "задающий генератор - регенеративный усилитель мощности" (MOPRA) с двумя камерами, которая является усовершенствованным вариантом схемы типа MOPA. Конструктивные подробности этих схем показаны, соответственно, на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3.

На Фиг. 1 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPA с двумя камерами согласно известному уровню техники. Как показано на Фиг. 1, эксимерный лазер типа MOPA с двумя камерами содержит резонатор 101 задающего генератора (MO), резонатор 102 усилителя мощности (PA), модуль 103 сужения линии (LNM), модуль 104 анализа ширины линии (LAM), модуль 105 преобразования и регулирования оптического пути света в MO (MO WEB), модуль 106 преобразования и регулирования оптического пути света в PA (PA WEB), расширитель 107 оптических импульсов (OPS), модуль 108 анализа ширины спектра (BAM), пентапризму 109 и автоматический затвор 110.

Конфигурация типа MOPA представляет собой схему лазерной системы, которая изначально использовалось в усовершенствованных источниках света для фотолитографии. Эта конфигурация была описана в публикациях заявок на патенты США № US 2002/0044586 A1, № US 2006/0126697 A1 и № US 6690704 B2. Как изложено в документе “Recent Developments in ArF Excimer Laser Technology for Photolithography”, стр. 523-524, в конфигурации типа MOPA способность усиления энергии лазера ограничена вследствие ограниченного количества проходов лазерного излучения через резонатор усилителя. В результате, необходимо, чтобы резонатор MO (задающего генератора) выводил лазерное излучение более высокой мощности для удовлетворения требованиям, предъявляемым к источникам света. В частности, выходное излучение из резонатора MO, после того, как оно подвергнуто процедуре сужения ширины линии, должно подавать в резонатор PA (усилителя мощности) затравочный свет с мощностью приблизительно 1 мДж (миллиджоуль). Относительно большие потери энергии, вызванные механизмом сужения ширины линии, приводят к относительно низкой эффективности преобразования. Возбуждение разряда при большой мощности приводит к значительному сокращению срока службы резонатора MO. Кроме того, на выходное излучение из резонатора PA влияет точность синхронизации разряда между резонатором MO и резонатором PA. Следовательно, необходимо дополнительно улучшить стабильность энергии выходного излучения лазера.

Вышеупомянутые недостатки конфигурации типа MOPA могут быть устранены посредством конфигурации типа MOPO, основанной на технологии внешней синхронизации, и конфигурации типа MOPRA на основе технологии рециркуляции по кольцу.

На Фиг. 2 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPO с двумя камерами согласно известному уровню техники. Как показано на Фиг. 2, эксимерный лазер типа MOPO с двумя камерами содержит резонатор 201 генератора мощности (PO), резонатор 202 PA, LNM 203 и систему оптического пути, включающую в себя вогнутое зеркало 204 и выпуклое зеркало 205.

В публикации заявки на патент США № US 2008/0285602 A1 раскрыта конструкция, основанная на конфигурации типа MOPO с двумя камерами.

На Фиг. 3 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPRA с двумя камерами согласно известному уровню техники. Как показано на Фиг. 3, эксимерный лазер типа MOPRA с двумя камерами представляет собой усовершенствованный вариант конфигурации типа MOPA и сконфигурирован подобно схеме типа MOPA, за исключением того, что положения PA WEB 306 и BAM 308 поменяны местами. Таким образом, затравочный свет может получать многопроходное усиление.

В публикации заявки на патент США № US 2010/098120 A1 раскрыта конструкция, основанная на кольцевой конфигурации резонатора типа MOPRA.

В конфигурации типа MOPA затравочный свет получает только ограниченное количество многопроходных усилений, проходя через резонатор PA, и, следовательно, резонатор MO должен вводить в резонатор PA затравочный свет с энергией, приблизительно, 1 мДж для того, чтобы добиться выходного излучения лазера с энергией приблизительно 10 мДж. В конфигурации типа MOPO, основанной на технологии внешней синхронизации, и в конфигурации типа MOPRA, основанной на технологии рециркуляции по кольцу, в резонаторе усилителя можно добиться многопроходного усиления вместо ограниченного количества многопроходных усилений в конфигурации типа MOPA. Резонатор PO и резонатор PRA (регенеративного усилителя мощности) работают в состоянии генерации и усиления, и затравочный свет получает многопроходное усиление. В результате, затравочный свет с энергией всего лишь 100-200 мкДж (микроджоулей) приводит к выходной энергии лазерного излучения равной 15 мДж. Технология внешней синхронизации и технология рециркуляции по кольцу имеют существенный отличительный признак, заключающийся в том, что затравочный свет, после того, как он введен в резонатор усилителя, проходит вперед и назад и создает резонанс в резонаторе усилителя, и резонатор усилителя работает в состоянии глубокого насыщения. Таким образом, они имеют такие преимущества, как, например, более высокая энергия и более устойчивое выходное излучение, по сравнению с конфигурацией типа MOPA.

Все конфигурации типа MOPA, MOPO и MOPRA основаны на конфигурации с двумя разрядными камерами. Лазеры, основанные на конфигурации с двумя камерами, являются более дорогостоящими, более громоздкими и более сложными в изготовлении и в обращении с ними по сравнению с обычными лазерами, основанными на конфигурации с одной камерой. В частности, лазеры, основанные на конфигурации с двумя камерами, устанавливают строгое требование в отношении синхронизации разряда для достижения хорошей характеристики усиления энергии, что приводит к затруднениям при синхронизации разряда. Кроме того, лазеры, основанные на конфигурации с двумя камерами, являются сложными в конструктивных аспектах, что приводит к повышенным сложностям при обращении с ними, например, при монтаже и юстировке периферийных компонентов.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Решаемые технические задачи

С учетом вышеизложенных недостатков, таких как, например, сложности в конструктивных аспектах, которые имеют конфигурации типа MOPA, MOPRA и MOPO в существующих эксимерных лазерах с двумя камерами, в настоящем изобретении, сущность которого здесь раскрыта, предложены, помимо прочего, новая однополостная двухэлектродная разрядная камера и соответствующий эксимерный лазер, посредством которых могут быть ослаблены или устранены такие проблемы лазеров с двумя камерами, как, например, высокая стоимость, громоздкость и сложности в изготовлении и в обращении с ним, а также можно добиться превосходного выходного лазерного луча с узкой шириной линии при большой мощности.

2. Технические решения

Для того чтобы добиться превосходного выходного лазерного луча с узкой шириной линии при большой мощности наряду с обеспечением синхронизации разряда в разрядной камере, предложена двухэлектродная разрядная камера, посредством которой можно обеспечить функции конфигураций типа MOPA, MOPO и MOPRA с двумя камерами.

Согласно одному из объектов настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, в нем предложена однополостная двухэлектродная разрядная камера, содержащая корпус камеры, включающий в себя левый отсек и правый отсек, которые расположены так, что образуют симметричную камеру с двумя отсеками, причем каждый из отсеков имеет поперечное сечение, являющееся относительно малым на верхней стороне, но относительно большим на нижней стороне, а левый и правый отсеки имеют границу раздела и сообщаются друг с другом в плоскости симметрии всей разрядной камеры; и два набора главных разрядных электродов, каждый из которых расположен, соответственно, в левом и в правом отсеках и имеет область разряда, расположенную, соответственно, в левом и в правом отсеках на верхней стороне.

Каждый набор главных разрядных электродов может содержать анод и катод с областью разряда, сформированной между разрядной поверхностью анода и разрядной поверхностью катода.

Каждый из катодов может быть установлен на изолирующей пластине, подвешенной на верхнем краю каждого из левого и правого отсеков, и каждый из анодов может быть закреплен на держателе анода, закрепленном на корпусе камеры в таком положении, что анод и катод являются параллельными друг другу и обращенными друг к другу.

Однополостная двухэлектродная разрядная камера может дополнительно содержать прижимную планку и обостряющий конденсатор для разряда и хранения энергии. Изолирующая пластина может быть прикреплена к камере прижимной планкой. Прижимная планка может быть расположена вне изолирующей пластины, соединена с концом обостряющего конденсатора посредством медных листов и образовывать заземленное соединение с корпусом камеры.

Другой конец обостряющего конденсатора может быть соединен с высоковольтным импульсным источником питания через проводящую металлическую пластину.

Однополостная двухэлектродная разрядная камера из настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, может дополнительно содержать устройство предварительной ионизации, расположенное на сторонах главных разрядных электродов.

Может быть предусмотрено наличие двух наборов устройств предварительной ионизации для каждого из отсеков, каждый из которых расположен на противоположных сторонах, соответственно, каждого набора главных разрядных электродов.

Может быть предусмотрено наличие одного набора устройства предварительной ионизации для каждого из отсеков, который расположен на сторонах главных разрядных электродов позади по ходу относительно области разряда.

Устройство предварительной ионизации может содержать верхний участок и нижний участок, каждый из которых содержит керамическую трубку и электрод предварительной ионизации, причем этот электрод предварительной ионизации расположен внутри керамической трубки.

Керамическая трубка верхнего участка устройства предварительной ионизации может быть закреплена на катоде через изолятор, и керамическая трубка нижнего участка устройства предварительной ионизации может быть закреплена на аноде через изолятор.

Каждый из анодов может быть соединен с корпусом разрядной камеры посредством набора медных листов.

Однополостная двухэлектродная разрядная камера может дополнительно содержать систему вентиляторов, сконфигурированную для приведения в движение газов внутри разрядной камеры.

Однополостная двухэлектродная разрядная камера может дополнительно содержать систему отвода тепла, сконфигурированную для отвода тепла из разрядной камеры.

Однополостная двухэлектродная разрядная камера может дополнительно содержать систему сбора пыли, сконфигурированную для сбора пыли в разрядной камере.

Однополостная двухэлектродная разрядная камера может дополнительно содержать систему подавления шумов, сконфигурированную для подавления шумов в разрядной системе.

Согласно еще одному объекту настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, в нем предложен двухэлектродный лазер типа MOPA с одной камерой, содержащий вышеописанную однополостную двухэлектродную разрядную камеру.

Согласно еще одному объекту настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, в нем предложен двухэлектродный лазер типа MOPO с одной камерой, содержащий вышеописанную однополостную двухэлектродную разрядную камеру.

Согласно еще одному объекту настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, в нем предложен двухэлектродный лазер типа MOPRA с одной камерой, содержащий вышеописанную однополостную двухэлектродную разрядную камеру.

ПРЕИМУЩЕСТВА

Согласно настоящему изобретению, сущность которого здесь раскрыта, вместо двух одноэлектродных схем с одной камерой, таких как, например, схемы, используемые в конфигурациях типа MOPA, MOPRA или MOPO, использована двухэлектродная схема с одной камерой. В результате, из конфигурации типа MOPA (конфигурации типа MOPA с одной камерой) и конфигурации типа MOPO (конфигурации типа MOPO с одной камерой) может быть получена схема с двумя камерами, основанная на одной схеме с одной камерой, а также может быть уменьшена сложность системы и обеспечена синхронизация разряда в разрядной камере.

Кроме того, схема с одной камерой помогает задействовать и юстировать периферийную оптику разрядной камеры и, следовательно, дополнительно упрощает лазерную систему.

В двухэлектродном лазере с одной камерой можно добиться наличия двух каналов выходного излучения лазера.

Кроме того, в двухэлектродной схеме с одной камерой можно эффективно уменьшить сложность лазерной системы и, следовательно, уменьшить сложности при монтаже и юстировке периферийных компонентов.

Одним словом, в двухэлектродном лазере с одной камерой можно добиться наличия двух каналов выходного излучения лазера самого высокого качества с узкой шириной линии при большой мощности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPA с двумя камерами согласно известному уровню техники.

На Фиг. 2 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPO с двумя камерами согласно известному уровню техники.

На Фиг. 3 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPRA с двумя камерами согласно известному уровню техники.

На Фиг. 4 показан вид конструкции разрядной камеры для двухэлектродного эксимерного лазера с одной камерой согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта.

На Фиг. 5 более подробно показана область разряда в лазере согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта.

На Фиг. 6 показан механизм подавления шумов в области разряда в лазере согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта.

На Фиг. 7 показан механизм предварительной ионизации в разрядной камере для лазера согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта.

На Фиг. 8 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPA с одной камерой согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта.

На Фиг. 9 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPRA с одной камерой согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта.

На Фиг. 10 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPO с одной камерой согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта.

На Фиг. 11 показана система, в которой выводят два канала выходного излучения лазера из двухэлектродного эксимерного лазера с одной камерой согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объекты, признаки и преимущества настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, станут более очевидными из приведенных ниже подробных описаний конкретных вариантов его осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.

1. Базовая конфигурация однополостной двухэлектродной разрядной камеры

На Фиг. 4 показан вид конструкции однополостной двухэлектродной разрядной камеры согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта. Как показано на Фиг. 4, разрядная камера, по существу, содержит корпус 1 камеры, два набора главных разрядных электродов, два набора систем циркуляции газа, систему отвода тепла, устройство сбора пыли и модуль 4 высоковольтной импульсной зарядки.

Корпус 1 камеры представляет собой герметичную емкость с газом и выполнен согласно стандартам, относящимся к сосудам высокого давления. В корпусе 1 камеры может храниться смесь агрессивных газов под давлением приблизительно 3-6 атмосфер, например газы галогенов, включая F2, которые обычно используются для генерации эксимеров.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, разрядная камера содержит два отсека, левый и правый, которые выполнены так, что образуют симметричную камеру с двумя отсеками. Каждый из отсеков может иметь поперечное сечение, которое является относительно малым на верхней стороне, но относительно большим на нижней стороне, образуя, например, "грушевидную" форму, как показано на Фиг. 4. Эти два отсека имеют границу раздела и сообщаются друг с другом в плоскости симметрии всей разрядной камеры.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, разрядная камера содержит два набора главных разрядных электродов, расположенных, соответственно, в левом и в правом отсеках. Главные разрядные электроды могут быть расположены так, что их области 2 разряда расположены, соответственно, в левом и в правом отсеках на верхней стороне. Каждый набор главных разрядных электродов может содержать анод 6 и катод 3. Катод установлен на изолирующей пластине 5 посредством, например, болтов, а изолирующая пластина 5 подвешена на верхнем конце каждого из левого и правого отсеков. Анод 6 закреплен на держателе 14 анода посредством, например, винтов, а держатель 14 анода закреплен на корпусе 1 разрядной камеры в таком положении, что анод 6 и катод 3 являются параллельными друг другу и обращенными друг к другу. Расстояние между двумя наборами главных разрядных электродов спроектировано так, что каждая из областей 2 разряда гарантированно имеет достаточную плотность энергии и может удовлетворять требованиям в отношении размеров для выходного излучения лазера. Например, это расстояние может быть установлено равным приблизительно 10-30 мм.

Разрядная камера из настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, дополнительно содержит модуль 4 высоковольтной импульсной зарядки, представляющий собой высоковольтный источник питания и сконфигурированный для введения достаточной энергии в область 2 разряда разрядной камеры. Модуль 4 высоковольтной импульсной зарядки может быть расположен над главными разрядными электродами и сконфигурирован для подачи энергии на соответствующие катоды двух наборов главных разрядных электродов через соответствующие обостряющие конденсаторы 10 для подачи на них напряжения разряда, достаточного для пробоя газов в областях разряда. Модуль 4 высоковольтной импульсной зарядки может быть выполнен на основе технологии полностью твердотельного импульсного источника питания.

На Фиг. 5 более подробно показана одна из областей разряда в лазере согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта. Как показано на Фиг. 5, область 2 разряда содержит пространство между соответствующими разрядными поверхностями анода и катода и имеет длину, приблизительно соответствующую длине электродов, высоту, соответствующую протяженности рабочих поверхностей анода и катода, и ширину, немного превышающую ширину разрядных поверхностей электродов.

По-прежнему со ссылкой на Фиг. 5, каждый набор главных разрядных электродов содержит катод 3 и анод 6. Катод 3 соединен с модулем 4 высоковольтной импульсной зарядки. Каждый из катодов 3 прикреплен на изолирующей пластине 5 посредством болтов, и, следовательно, изолирующая пластина 5 служит для него опорой. Изолирующая пластина 5 может быть выполнена из материала, стойкого к коррозии из-за воздействия F2 и т.п., например, из высокочистой керамики из Al2O3. Каждый из анодов 6 соединен с корпусом 1 разрядной камеры посредством набора медных листов 13, а корпус камеры является заземленным. Кроме того, медные листы 13 могут функционировать так, что обеспечивают однородность поля потока и уменьшают импеданс между анодом 6 и заземлением.

Разрядная камера может дополнительно содержать прижимные планки 9 и обостряющий конденсатор 10. Каждая из изолирующих пластин 5 прикреплена к разрядной камере двумя прижимными планками 9 и загерметизирована посредством уплотнительного кольца. Прижимная планка 9 расположена снаружи изолирующей пластины, соединена с концом обостряющего конденсатора 10 через медный лист и образует заземленное соединение с корпусом разрядной камеры. Обостряющий конденсатор 10 используется для разряда и хранения энергии и имеет другой конец, соединенный с высоковольтным импульсным источником питания 4 через проводящую металлическую пластину 21.

Как показано на Фиг. 6, разрядная камера может дополнительно содержать устройство предварительной ионизации, предусмотренное на сторонах каждого набора главных разрядных электродов. Устройство предварительной ионизации может содержать два участка, верхний участок и нижний участок, каждый из которых содержит керамическую трубку 7 и электрод 8 предварительной ионизации. Керамическая трубка 7 содержит изоляционный материал, а электрод 8 предварительной ионизации расположен внутри керамической трубки 7. Керамическая трубка 7 из верхнего участка устройства предварительной ионизации закреплена на катоде 3 через изолятор 17 с точностью, адекватной точности положения при установке, а керамическая трубка 7 из нижнего участка устройства предварительной ионизации закреплена на аноде 6 через изолятор 20 с точностью, адекватной точности положения при установке.

Поскольку рабочие газы в камере являются чрезвычайно агрессивными, то все компоненты, такие как, например, корпус камеры, изоляторы и электроды, контактирующие с газами, содержат материалы, стойкие к коррозии. В частности, корпус 1 камеры может содержать материал из сплава Al, а электроды 3, 6, и 8 могут содержать латунь или алюминиевую бронзу. Все эти материалы могут взаимодействовать с чрезвычайно агрессивными газами, создавая компактную окисную пленку на их поверхностях, которая предотвращает дальнейшую химическую реакцию между ними и чрезвычайно агрессивными газами, и таким образом достигают цели обеспечения защиты. На основании таких характеристик материалов для вновь изготовленного лазерного резонатора необходим промежуток времени для пассивирования корпуса 1 разрядной камеры, например, для пассивирования фтора.

2. Размещение устройства предварительной ионизации в однополостной двухэлектродной разрядной камере

Ниже приведено описание размещения устройства предварительной ионизации в разрядной камере лазера согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, со ссылкой на Фиг. 7. До того, как возникает основной разряд, может быть создано определенное количество исходных электронов за счет предварительной ионизации, что облегчает равномерное распределение электронной лавины в пространстве разряда. Предварительная ионизация действует так, что препятствует возникновению стримера и, соответственно, позволяет добиться однородного разряда.

Как показано на Фиг. 7, область, расположенная позади по ходу, и область, расположенная впереди по ходу, заданы относительно потока рабочих газов в области разряда. В примере, показанном на Фиг. 7A, в области 2 разряда предусмотрено наличие набора устройств предварительной ионизации в каждой из областей, расположенных позади по ходу и расположенных впереди по ходу. Здесь так называемые "расположенные позади по ходу" и "расположенные впереди по ходу" области относятся к тем областям из области разряда, через которые рабочие газы протекают, соответственно, раньше и позже. Конфигурация, показанная на Фиг. 7A, имеет преимущество, заключающееся в том, что рабочие газы могут быть ионизированы в степени, достаточной для обеспечения более равномерного разряда. При экспериментах обнаружено, что накопление тепла более вероятно происходит в области разряда в расположенной впереди по ходу области. Ввиду этого, может быть применена конфигурация, показанная на Фиг. 7B, в которой набором устройств предварительной ионизации снабжена только лишь область, расположенная позади по ходу, из области разряда. В результате, можно избежать накопления тепла в области, расположенной впереди по ходу, из области разряда. Как описано выше, устройство предварительной ионизации может иметь конфигурацию, в которой электрод 8 предварительной ионизации расположен внутри изоляционной керамической трубки 7.

3. Система вентиляторов однополостной двухэлектродной разрядной камеры

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, однополостная двухэлектродная разрядная камера может дополнительно содержать систему вентиляторов. Поскольку в лазере применяется импульсный разряд, то газы в области разряда должны сохраняться свежими при разряде. Для этого предусмотрено наличие двух наборов крыльчаток 15 вентиляторов, обеспечиваются внутри корпуса 1 разрядной камеры для нагнетания газов 16, чтобы подавать свежие газы через область 2 разряда при каждом разряде.

Каждая из крыльчаток 15 может приводиться в движение на основании схемы привода с одним двигателем или с двумя двигателями бесконтактным способом с активной или пассивной электромагнитной муфтой для предотвращения утечки агрессивных и вредных газов, находящихся в разрядной камере, наружу.

Крыльчатки 15 вентиляторов могут содержать поперечнопоточные крыльчатки вентиляторов, которые выпускаются серийно, и они могут быть расположены в последовательной или в симметричной конфигурации для улучшения однородности поля потока.

4. Система отвода тепла из однополостной двухэлектродной разрядной камеры

Разрядную камеру необходимо активно охлаждать, поскольку введенная в нее энергия является относительно высокой. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, может использоваться водяное охлаждение. В частности, может быть предусмотрено наличие теплообменника 11. Теплообменник 11 может быть выполнен из меди. В зависимости от требований, предъявляемых к отводу тепла, может быть предусмотрено наличие любого подходящего количества, например, одного или более теплообменников 11. Теплообменник может быть расположен (теплообменники могут быть расположены) на входе крыльчаток 15 и/или впереди по ходу канала поля потока в области разряда для достижения хорошего отвода тепла. В примере, показанном на Фиг. 4, проиллюстрированы 5 теплообменников 11 и схема их расположения, приведенная в качестве примера. Однако настоящее изобретение, сущность которого здесь раскрыта, не ограничено эти вариантом.

5. Система улавливания пыли в однополостной двухэлектродной разрядной камере

Газы, хранящиеся в разрядной камере, вступают в реакцию с корпусом камеры и с электродами во время разряда, приводя к появлению продуктов реакции. Эти загрязнения являются необратимыми и выходят в виде частиц. Для повышения сроков службы разрядных газов может быть предусмотрено наличие электростатического устройства 12 улавливания пыли в разрядной камере, препятствующего загрязнению электродов и оптики, например окна Брюстера, этими продуктами. Как показано на Фиг. 4, устройство 12 улавливания пыли может быть расположено впереди по ходу относительно проточного канала в области разряда.

6. Процедура подавления шумов в однополостной двухэлектродной разрядной камере

При работе на высоких частотах локальные изменения температуры газов в разрядной камере вызывают возникновение звуковых ударных волн, когда рабочие газы подвергают быстрому возбуждению разрядом. Такие звуковые ударные волны распространяются внутри разрядной камеры и отражаются внутренними стенками разрядной камеры. Это вызывает неравномерное распределение плотности рабочих газов внутри камеры, приводя к неравномерному разряду и, следовательно, к ухудшению выходного излучения лазера.

Как показано на Фиг. 6, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, для ослабления воздействий ударных волн, сгенерированных в области 2 разряда, при следующем разряде может выполняться процедура подавления шумов. В частности, для деталей конструкции камеры, расположенных близко к области 2 разряда, их поверхности сформированы шероховатыми во избежание отражения ударных волн, сгенерированных во время разряда, назад к области разряда. Кроме того, на передней и задней сторонах области 2 разряда может быть предусмотрено наличие звукопоглощающих устройств 19, таких как, например, перфорированные звукопоглощающие плитки или звукопоглощающие экраны для поглощения ударных волн, сгенерированных во время разряда.

7. Оптическая система однополостной двухэлектродной разрядной камеры

Все схемы оптических систем, адаптированные для существующих конфигураций с двумя камерами, таких как, например, конфигурации типа MOPA и MOPO, применимы для описанной здесь однополостной двухэлектродной разрядной камеры. Посредством описанной здесь разрядной камеры могут быть достигнуты все функции конфигураций типа MOPA и MOPO, а также может быть упрощена конструкция разрядной камеры и повышена надежность системы.

На Фиг. 8 показан вид конструкции двухэлектродного лазера типа MOPA с одной камерой, на Фиг. 9 показан вид конструкции двухэлектродного лазера типа MOPRA с одной камерой, а на Фиг. 10 показан вид конструкции двухэлектродного лазера типа MOPO с одной камерой. Каждый из этих трех двухэлектродных лазеров с одной камерой включает в себя однополостную двухэлектродную разрядную камеру вместо конфигурации с двумя камерами из известного уровня техники.

На Фиг. 8 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPA с одной камерой, включающего в себя однополостную двухэлектродную разрядную камеру. Его система содержит однополостную двухэлектродную разрядную камеру (DDC) 801, LNM 802, LAM 803, MO WEB 804, PA WEB 805, OPS 806, BAM 807, пентапризму 808 и автоматический затвор 809. Здесь DDC 801, по существу, содержит корпус разрядной камеры, два набора главных разрядных электродов, два набора систем циркуляции газа, систему отвода тепла, устройство улавливания пыли и модуль высоковольтной импульсной зарядки.

На Фиг. 9 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPO с одной камерой, включающего в себя однополостную двухэлектродную разрядную камеру. Его система содержит DDC 901, резонатор PO, резонатор PA, LNM 902, вогнутое зеркало 903 и выпуклое зеркало 904. Здесь DDC 901, по существу, содержит корпус разрядной камеры, два набора главных разрядных электродов, два набора систем циркуляции газа, систему отвода тепла, устройство улавливания пыли и модуль высоковольтной импульсной зарядки.

На Фиг. 10 показан вид конструкции эксимерного лазера типа MOPRA с одной камерой, включающего в себя однополостную двухэлектродную разрядную камеру. Его система сконфигурирована как система типа MOPA, за исключением того, что положения PA WEB 1005 и BAM 1007 поменяны местами. Таким образом, затравочный свет может получать многопроходное усиление.

Каждая из трех описанных выше систем включает в себя однополостную двухэлектродную разрядную камеру для эксимерного лазера, что приводит к упрощению конструктивных аспектов системы.

Кроме того, посредством описанного здесь двухэлектродного лазера с одной камерой можно добиться двух каналов выходного излучения лазера. Как показано на Фиг. 11, система содержит два отражателя 1102 и 1103 с высоким коэффициентом отражения (HR), два выходных зеркала 1104 и 1105 и однополостную двухэлектродную разрядную камеру 1101.

На торцах лазера может иметься две пары окон Брюстера, выходных зеркал и т.п. Эти компоненты могут быть расположены согласно известному уровню техники для обеспечения двух каналов выходного излучения лазера.

8. Система электропитания однополостной двухэлектродной разрядной камеры

Источник питания для однополостного двухэлектродного лазера может быть создан на основании технологии полностью твердотельного импульсного источника питания.

Выше приведено описание задач, технических решений и преимуществ настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта, со ссылкой на конкретные варианты его осуществления. Однако следует понимать, что описание конкретных вариантов осуществления изобретения приведено в иллюстративных целях, а не ограничивает настоящее изобретение, сущность которого здесь раскрыта. Могут быть сделаны различные изменения, замены и модификации, не отклоняясь от раскрытой здесь сущности изобретения, и они не должны выходить за пределы объема настоящего изобретения, сущность которого здесь раскрыта.

1. Однополостная двухэлектродная разрядная камера, содержащая:
корпус (1) камеры, включающий в себя левый отсек и правый отсек, которые расположены так, что образуют симметричную камеру с двумя отсеками, причем каждый из отсеков имеет поперечное сечение грушевидной формы, являющееся относительно малым на верхней стороне, но относительно большим на нижней стороне, а левый и правый отсеки имеют границу раздела и сообщаются друг с другом в плоскости симметрии всей разрядной камеры; и
два набора главных разрядных электродов, каждый из которых расположен соответственно в левом и в правом отсеках и имеет область (2) разряда, расположенную соответственно в левом и в правом отсеках на верхней стороне.

2. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 1, в которой каждый набор главных разрядных электродов содержит анод (6) и катод (3) с областью (2) разряда, сформированной между разрядной поверхностью анода (6) и разрядной поверхностью катода (3).

3. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 2, в которой катод (3) установлен на изолирующей пластине (5), подвешенной на верхнем краю каждого из левого и правого отсеков, и в которой анод (6) закреплен на держателе (14) анода, закрепленном на корпусе (1) камеры в таком положении, что анод (6) и катод (3) являются параллельными друг другу и обращенными друг к другу.

4. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 3, дополнительно содержащая прижимную планку (9) и обостряющий конденсатор (10) для разряда и хранения, в которой изолирующая пластина (5) прикреплена к камере прижимной планкой (9), при этом прижимная планка (9), расположенная вне изолирующей пластины (5), соединена с концом обостряющего конденсатора (10) и образует заземленное соединение с корпусом (1) камеры.

5. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 4, в которой другой конец обостряющего конденсатора (10) соединен с высоковольтным импульсным источником (4) питания через проводящую металлическую пластину (21).

6. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 1, дополнительно содержащая устройство предварительной ионизации, расположенное на сторонах главных разрядных электродов.

7. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 6, в которой имеется два набора устройств предварительной ионизации для каждого из отсеков, каждый из которых расположен на противоположных сторонах соответственно каждого набора главных разрядных электродов.

8. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 6, в которой имеется один набор устройств предварительной ионизации для каждого из отсеков, который расположен на сторонах главных разрядных электродов позади по ходу относительно области (2) разряда.

9. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 6, в которой устройство предварительной ионизации содержит верхний участок и нижний участок, каждый из которых содержит керамическую трубку (7) и электрод (8) предварительной ионизации, причем электрод (8) предварительной ионизации расположен внутри керамической трубки (7).

10. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 6, в которой керамическая трубка (7) верхнего участка устройства предварительной ионизации закреплена на катоде (3) через изолятор (17), и керамическая трубка (7) из нижнего участка устройства предварительной ионизации закреплена на аноде (6) через изолятор (20).

11. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 2, в которой каждый из анодов (6) соединен с корпусом (1) разрядной камеры посредством набора медных листов.

12. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 1, дополнительно содержащая систему вентиляторов, сконфигурированную для приведения в движение газов внутри разрядной камеры.

13. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 1, дополнительно содержащая систему отвода тепла, сконфигурированную для отвода тепла из разрядной камеры.

14. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 1, дополнительно содержащая систему улавливания пыли, сконфигурированную для улавливания пыли в разрядной камере.

15. Однополостная двухэлектродная разрядная камера по п. 1, дополнительно содержащая систему подавления шумов, сконфигурированную для подавления шумов в разрядной системе.

16. Двухэлектродный лазер типа МОРА с одной камерой, содержащий однополостную двухэлектродную разрядную камеру по п. 1.

17. Двухэлектродный лазер типа МОРО с одной камерой, содержащий однополостную двухэлектродную разрядную камеру по п.1.

18. Двухэлектродный лазер типа MOPRA с одной камерой, содержащий однополостную двухэлектродную разрядную камеру по п.1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для возбуждения активных сред газовых лазеров. Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах содержит источник высокого напряжения, соединенный с протяженными коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы, установленными вдоль диэлектрического цилиндра, выполненного с возможностью вращения.

Изобретение относится к квантовой электронике. Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда (ОСР) содержит разрядную камеру, в которой установлены подключенные к источнику накачки три электродные пары, каждая из которых состоит из пластинчатых профилированных электродов.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании лазерных систем локации. .

Изобретение относится к лазерной технике и связано с разработкой образцов HF/DF импульсно-периодических химических лазеров (HF/DF-ИПХЛ). .

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к области лазерной техники, и предназначено для использования при создании высокоэффективных и компактных газовых лазеров высокой мощности для индустриального применения, например для высокоточной сварки и резки металлов.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в медицине при лечении внутриполостных инфекций, в микроэлектронике, лазерной химии и в технологических процессах, требующих мощные УФ-излучения.

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к способу получения лазерного излучения и устройству для его реализации. .

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при производстве волноводных одноканальных СО 2 лазеров с ВЧ-возбуждением. .

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке и производстве волноводных СО2-лазеров, возбуждаемых высокочастотным полем и имеющих складной двухканальный резонатор.
Наверх