DE19950124A1

DE19950124A1 - Molekularfluor (F¶2¶)-Laser mit schmaler spektraler Linienbreite

Info

Publication number: DE19950124A1
Application number: DE19950124A
Authority: DE
Inventors: Dirk Basting; Sergei V Govorkov; Uwe Stamm
Original assignee: Lambda Physik AG
Current assignee: Lambda Physik AG
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2000-08-17
Also published as: KR20000057979A; US6154470A; JP2000236130A

Abstract

Es wird ein Molekularfluor (F¶2¶)-Laser bereitgestellt, wobei die Gasmischung molkulares Fluor umfaßt, um eine spektrale Abstrahlung mit zwei oder drei nahe voneinander beabstandeten Linien um 157 nm zu erzeugen. Ein Etalon (6) sorgt für eine Linienauswahl derart, daß der Ausgangsstrahl nur eine dieser Linien umfaßt. Das Etalon (6) kann auch dazu dienen, den Strahl auszukoppeln und/oder die ausgewählte Linie zu verschmälern. Alternativ sorgt ein Prisma (4) für die Linienauswahl, und das Etalon (6) verschmälert die ausgewählte Linie. Zur Auswahl der einzelnen Linien kann außerdem auch eine Blende in Verbindung mit einem dispersiven Element wie einem Prisma eingesetzt werden.

Description

Hintergrund der Erfindung Bereich der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Molekularfluor-(F₂)-Laser und insbesondere einen F₂-Laser mit erhöhtem Wirkungsgrad, ver besserter Linienauswahl und Linienverschmälerung der ausge wählten Linie.

Diskussion des Standes der Technik

Halbleiterhersteller arbeiten gegenwärtig mit Tief- Ultraviolett (DUV, deep ultra violet)-Lithographiewerkzeugen, die auf KrF-Excimer-Lasersystemen basieren, die bei ungefähr 248 nm emittieren, denen die nächste Generation von ArF- Excimer-Lasersystemen folgt, die bei ungefähr 193 nm ermit tieren. Bei Vakuumultraviolett (VUV) erwartet man, daß der F₂-Laser verwendet wird, der bei ungefähr 157 nm emittiert.

Die Emission des F₂-Lasers umfaßt mindestens zwei charakteri stische Linien um λ₁ = 157,629 nm und λ₂ = 157,523 nm. Jede Linie hat eine natürliche Breite von etwa 15 µm ( = 0,015 nm). Das Intensitätsverhältnis zwischen den beiden Linien beträgt I(λ₁)/I(λ₂) ≈ 7 (siehe V. N. Ishenko, S. A. Kochubel, und A. M. Razher, Sov. Journ. QE-16, 5 (1986)). Fig. 1 stellt die bei den oben beschriebenen nahe aneinanderliegenden Peaks (Spit zen) des Spektrums der spontanen Emission des F₂-Lasers dar.

Die Technologie der integrierten Schaltkreisvorrichtungen ist in den Bereich von Größen unterhalb eines Mikrometers vorge drungen, wodurch sehr feine photolithographische Techniken er forderlich sind. Wegen der Breite ihrer natürlichen Emis sionsspektren (< 100 µm) ist bei Krf- und ArF-Excimerlaser systemen eine Linienverschmälerung und Abstimmung erforder lich. Eine Verschmälerung der Linienbreite wird üblicherweise durch die Verwendung eines Wellenlängenselektors erzielt, der aus einem oder mehreren Prismen und einem Beugungsgitter be steht (Littrow-Anordnung). Für einen F₂-Laser, der bei einer Wellenlänge von näherungsweise 157 nm arbeitet, ist die Ver wendung eines reflektierenden Beugungsgitters nicht befriedi gend, wegen seiner niedrigen Reflektivität und hohen Oszilla tionsschwelle bei dieser Wellenlänge. Die Abstimmbarkeit des F₂-Lasers wurde gezeigt, indem innerhalb des Laserresonators ein Prisma verwendet wurde (siehe M. Kakehata, E. Hashimoto, F. Kannari, M. Obara, U. Keio, Proc. of CLEO-90, 106 (1990)).

F₂-Laser sind außerdem wegen Absorption und Streuung in Gasen und allen optischen Elementen, insbesondere in Sauerstoff und Wasserdampf, die um 157 nm stark absorbieren, durch relativ hohe Intrakavitätsverluste gekennzeichnet. Die kurze Wellen länge (157 nm) ist für die hohen Absorptions- und Streuverlu ste des F₂-Lasers verantwortlich, während bei dem bei 248 nm arbeitenden KrF-Excimerlaser derartige Verluste nicht vorkom men. Daher wird durch die vorliegende Erfindung der Resona torwirkungsgrad optimiert. Außerdem sind die Ausgangsstrahl eigenschaften empfindlicher bezüglich temperaturerzeugten Va riationen, wenn die Herstellung von kleineren Strukturen li thographisch bei 157 nm erfolgt als bei Lithographie mit län geren Wellenlängen wie 248 nm.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen F₂-Laser be reitzustellen, bei dem eine der vielen Emissionslinien um 157 nm wirksam ausgewählt wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, den obigen F₂- Laser mit wirksamen Mitteln zum Verschmälern der ausgewählten Linie zu versehen, d. h. zum Reduzieren der Bandbreite der Linie.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, den F₂-Laser mit einer Lasergasmischung zu versehen, die so ausgewählt ist, daß die Laserausgangseigenschaften optimiert werden.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, den F₂-Laser mit einem temperaturstabilisierten Ausgangs-Emissionsspektrum zu versehen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, den F₂-Laser mit einem wirksamen optischen Resonator bei 157 nm zu versehen, vorzugsweise mit einer minimalen Anzahl von optischen Elemen ten und Grenzflächen.

Daher stellt die vorliegende Erfindung einen F₂-Laser bereit, bei dem eine der mehreren Linien seines Ausgangs-Emissions spektrums um 157 nm zu ihrer Verwendung in Lithographiesyste men ausgewählt wird, z. B. λ₁ (siehe oben). Ebenfalls umfaßt und stellt die vorliegende Erfindung bereit ein Mittel zum Verschmälern der Linienbreite der ausgewählten Linie. Genauer verwendet die vorliegende Erfindung ein erstes Etalon zum Auswählen einer der mehreren Linien des F₂-Lasers um 157 nm, und er arbeitet auch so, daß er die ausgewählte Linie ver schmälert. Alternativ leistet das erste Etalon die Linienaus wahl, und ein anderes optisches Element, wie etwa ein zweites Etalon verschmälert die ausgewählte Linie. Auch kann alterna tiv ein weiteres Element wie ein zweites Etalon, ein Prisma oder eine doppelbrechende Platte die Linie auswählen, und das erste Etalon verschmälert die ausgewählte Linie.

Wenn zwei Etalons verwendet werden, wird das eine Etalon für die Linienauswahl und der andere für das Verschmälern der ausgewählten Linie verwendet. Außerdem wird eines der Etalons für die Ausgangskopplung verwendet und das andere als hochre flektierender Resonatorreflektor.

Der Druck der Gasmischung und ihre Bestandteile und deren Konzentrationen werden für eine verbesserte Arbeitsweise des Lasers ausgewählt, wobei vorzugsweise Neon als Puffergas ver wendet wird, der Gesamtdruck weniger als 5 bar beträgt und die Fluorkonzentration in einem Bereich zwischen 0,05% und 0,20% liegt. Die Zahl der optischen Grenzflächen, d. h. der optischen Elemente in dem Resonator, wird verringert, und die Materialien und andere Eigenschaften, darunter auch die opti schen Elemente und das Lasergas werden so ausgewählt, daß sie für verbesserte Ausgangsstrahleigenschaften sorgen.

Die vorzugsweise nicht mit einem Überzug versehenen Auskoppe lungs-Etalonplatten umfassen ein Material mit einer bedeuten den Transmissivität (Durchlässigkeit) bei 157 nm, wie CaF₂, MgF₂, LiF₂, BaF₂, SrF₂, Quarz und mit Fluor dotiertes Quarz. Die Etalonplatten werden durch einen, zwei oder vorzugsweise drei Abstandshalter getrennt, die ein Material mit einer niedrigen thermischen Expansionskonstante umfassen, wie In var, Zerodur, sich extrem gering ausdehnendes Glas oder Quarz. Ein Gas wie Helium, ein anderes inertes Gas wie Kryp ton, Neon, Argon oder Stickstoff oder im allgemeinen ein Gas, das bei 157 nm Strahlung nicht stark absorbiert, oder ein Festkörper wie einer von den oben für die Platten erwähnten, füllt die Lücke zwischen den Etalonplatten, oder die Lücke wird evakuiert.

Die Gasmischung in der Entladungskammer umfaßt vorzugsweise ferner Neon als Hauptpuffergas.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Emissionsspektrum eines F2-Lasers ohne Linienauswahl oder -verschmälerung.

Fig. 2a zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines F2-Lasers gemäß der vorliegenden Erfin dung.

Fig. 2b zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3a stellt die periodische Wellenlängenabhängig keit der Reflektivitätsfunktion eines Auskopp lungs-Etalons gemäß der vorliegenden Erfindung dar.

Fig. 3b stellt eine zusätzliche Linienverschmälerungs eigenschaft des Auskopplungs-Etalons von Fig. 3a dar.

Fig. 4 zeigt ein Etalon als Auskoppler und Fenster eines F₂-Lasers gemäß der vorliegenden Erfin dung.

Fig. 5a zeigt die Wellenlängenabhängigkeit der Reflek tivität eines Auskopplungs-Etalons gemäß der vorliegenden Erfindung in der Nähe der frei laufenden F₂-Laser-Emissionslinien λ₂ (linker Teil) und λ₁ (rechter Teil) um 157 nm.

Fig. 5b zeigt das Emissionsspektrum des freilaufenden F₂-Lasers ohne Linienauswahl oder Linienver schmälerung (durchgezogene Linie) und mit Li nienauswahl und Linienverschmälerung (gestri chelte Linie), wie sie durch den Auskopplungs- Etalon von Fig. 5a erfolgen.

Fig. 6a zeigt ein freilaufendes Ausgangs-Emissions spektrum eines F₂-Lasers mit Helium als Puf f ergas.

Fig. 6b zeigt ein freilaufendes Ausgangs-Emissions spektrum eines F₂-Lasers mit Neon als Puffer gas.

Fig. 7a zeigt den zeitlichen Pulsverlauf eines F₂- Lasers mit nur Helium als Puffergas.

Fig. 7b zeigt den zeitlichen Pulsverlauf eines F₂- Lasers mit Helium und Neon als Puffergasen.

Fig. 7c zeigt den zeitlichen Pulsverlauf eines F₂- Lasers mit hauptsächlich Neon und nur einer sehr kleinen Heliumkonzentration als Pufferga sen.

Fig. 8a zeigt eine dritte Ausführungsform eines F₂- Lasers gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8b zeigt eine vierte Ausführungsform der vorlie genden Erfindung.

Fig. 9a zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorlie genden Erfindung mit einem hochpräzisen Eta lon.

Fig. 9b zeigt eine sechste Ausführungsform der vorlie genden Erfindung mit einem hochpräzisen Eta lon.

Fig. 10a zeigt das Reflektivitätsspektrum des hochprä zisen Etalons von entweder Fig. 9a oder Fig. 9b gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 10b zeigt das freilaufende Ausgangs- Emissionsspektrum eines F₂-Lasers.

Fig. 10c zeigt das Ausgangs-Emissionsspektrum des F₂- Lasers, dessen freilaufendes Ausgangs- Emissionsspektrum in Fig. 10b gezeigt ist, nachdem eine Linienauswahl durch das hochprä zise Etalon erfolgt, dessen Reflektivitäts spektrum in Fig. 10a gezeigt ist.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Fig. 2a und 2b zeigen eine erste und eine zweite be vorzugte Ausführungsform eines F₂-Lasers gemäß der vorliegen den Erfindung. Der F₂-Laser der ersten Ausführungsform umfaßt eine Entladungskammer 2, die mit einem Lasergas gefüllt ist, das molekulares Fluor umfaßt, und die Hauptelektroden 3a und 3b hat, die mit einem Leistungszufuhrschaltkreis derart ver bunden sind, daß eine Spannung über die Elektroden 3a, 3b an gelegt wird, um eine gepulste Entladung zu erzeugen. Für eine UV-Vorionisierung des elektrischen Entladungslasers wird ebenfalls gesorgt, und sie kann mittels einer Gruppe von Fun kenstrecken oder einer anderen Quelle von UV-Strahlung (Ober flächen-, Barrieren- oder Coronagasentladungen) erfolgen, die in der Nähe von mindestens einer der festen Elektroden der Hauptentladung des Lasers angeordnet sind. Eine bevorzug te Vorionisierungseinheit ist in der US-Patentanmeldung Nr. 09/247,887 beschrieben, auf die hiermit bezug genommen wird.

Ein dispersives Prisma 4 hat einen hochreflektierenden Über- zug an seiner hinteren Oberfläche und dient als hochreflek tierender Resonatorreflektor. Ein Etalon 6 dient als Aus gangskoppler des Strahls. Das Prisma 4 kann dazu dienen, ein Ende der Entladungskammer abzudichten, während das Etalon 6 ebenfalls dazu dient, das andere Ende der Entladungskammer abzudichten. Auch kann entweder das Etalon 6 oder das Prisma 4 dazu dienen, ein Ende der Entladungskammer abzudichten, während das andere Ende durch ein Fenster abgedichtet wird. In der ersten Ausführungsform befindet sich außerdem ein Energieüberwacher 8, der die Energie des Ausgangsstrahls des Lasers mißt. Ebenfalls sind Strahlteiler 10 gezeigt. Eine oder mehrere Blenden (nicht gezeigt) können ebenfalls in den Resonator eingebracht werden, um Seitenbänder des Disper sionsspektrums des Prismas 4 und/oder der Überlagerung des Etalon 6-Reflektivitätsmaximums mit der ausgewählten Linie des F₂-Lasers abzuschirmen. Die Blende(n) kann/können Abmes sungen haben, die dem Durchmesser des Laserstrahls nahekommen (siehe US-Patentanmeldung Nr. 09/130,277, eingereicht am 07. August 1998). Die Blenden verringern die Menge an verstärkter spontaner Abstrahlung, die in der Gasentladungskammer 2 er zeugt wird. Es ist vorteilhaft, diese ansonsten parasitäre Abstrahlung abzuschirmen, weil sie im allgemeinen nicht die Eigenschaften der gewünschten Laseroszillationen besitzt. Da her kann eine derartige parasitäre Abstrahlung, falls sie nicht durch eine Blende ausgeschlossen wird, die Qualität des Ausgangsstrahls, darunter seine spektrale Reinheit und Diver genz, verschlechtern. Im allgemeinen kann jede der hier be schriebenen Ausführungsformen abgewandelt werden, indem eine oder mehrere Blenden zum Ausschließen dieser parasitären Ab strahlung hinzugefügt werden.

Teilweise basierend auf der mittels des Energieüberwachers 8 gemessenen Energie werden die Leistungszufuhrspannung, die zwischen den Hauptelektroden 3a und 3b in der Entladungskam mer 2 angelegt wird, und die Konzentrationen der Bestandteile der Lasergasmischung gesteuert, um Eigenschaften des Aus gangsstrahls anzupassen, darunter seine Energie. In der er sten bevorzugten Ausführungsform wird die Linienauswahl über die Verwendung des dispersiven Prismas 4 erreicht. Das Prisma ist drehbar oder kippbar, um den Wellenlängenbereich, den es innerhalb des Akzeptanzwinkels des Resonators reflektiert, anzupassen. Das Prisma kann so orientiert sein, daß es nur eine der mehreren Emissionslinien des F₂-Lasers umfaßt (siehe beispielsweise Fig. 1 und 6a, 6b).

Wegen der Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindexes des Materials des Prismas 4, wird in das Prisma 4 eintretendes Licht entsprechend der Wellenlänge mit unterschiedlichen Win keln gebrochen. Nur eine Linie mit einer Wellenlänge inner halb eines bestimmten Wellenlängenbereiches, die das Prisma 4 innerhalb des Akzeptanzwinkels des Resonators des Lasers ver läßt, wird später als Ausgangslaserstrahl ausgekoppelt wer den. Mit anderen Worten, nach Rückreflektion von der hochre flektierenden Oberfläche auf der Rückseite des Prismas 4 tre ten Linien unterschiedlicher Wellenlängen in die Entladungs kammern mit unterschiedlichen Winkeln zur optischen Achse des Resonators ein. Linien mit Wellenlängen innerhalb des Wellen längenbereiches, der in dem Akzeptanzwinkel des Resonators reflektiert wird, werden ausgewählt, und alle anderen werden nicht ausgewählt oder unterdrückt. Das Prisma kann so ange paßt werden, daß eine gewünschte mittlere Wellenlänge paral lel zur optischen Achse ausgerichtet wird, so daß sie die we nigsten optischen Verluste erfährt und daher den Ausgang be herrscht. Diese mittlere Wellenlänge liegt im Zentrum oder in der Nähe des Zentrums der F₂-Emissionslinie, die ausgewählt werden soll.

Die Linienverschmälerung erfolgt durch das Etalon 6, das au ßerdem als Auskopplungseinheit dient. Das Etalon 6 hat vor zugsweise eine geringe Genauigkeit. Die reflektierenden inne ren Oberflächen der Platten des Etalons 6 können z. B. eine Reflektivität um 4 bis 6% aufweisen, so daß eine maximale Reflektivität (= Reflexionsvermögen, nicht auf 90° bezogen) des Etalons zwischen 16% und 24% liegt. Die Reflektivität kann jedoch etwas erhöht/erniedrigt werden, um die Gesamtver stärkung des F₂-Lasers zu erhöhen/erniedrigen, wie gewünscht.

Eine alternative Ausführungsform kann ebenfalls realisiert werden, indem eine oder mehrere Blenden mit einem dispersiven Element wie vorzugsweise einem Prisma und alternativ einem Gitter verwendet werden. Eine Blende kann zur Linienauswahl verwendet werden, wenn das Prisma die Abstrahlung des F₂- Lasers dispergiert. Die ausgewählte Linie durchquert die Blende, und die nicht ausgewählte Linie wird durch die Blende abgefangen. Ein Etalon oder ein Prisma kann dann verwendet werden, die ausgewählte Linie zu verschmälern.

Nun zurück zu der ersten Ausführungsform von Fig. 2a, bei der eine einzelne Spektrallinie durch das Prisma 4 ausgewählt wird und die ausgewählte Linie durch das optische Etalon 6 verschmälert wird. Die Fig. 3a und 3b stellen dar, wie diese Linienverschmälerung erreicht wird. Die Reflektivitäts funktion R des Etalons 6 ist gegen die optische Wellenlänge des einfallenden Lichts, hier um 157 nm herum, in Fig. 3a gezeigt. Die Reflektivitätsfunktion kann näherungsweise als sinusoidale Funktion dargestellt werden, wie beispielsweise:

R(v) - 1 + sin(2πν/ν₀),

wobei ν₀ der freie Spektralbereich (free spectral range, FSR) des Etalons 6 ist, ν₀ = 1/2nL [cm^-1], wobei n der Brechungs index des Materials in der Lücke zwischen den Platten des Etalons 6 ist und L der Abstand der Etalonplatten in cm ist. Die spektralen Komponenten mit Frequenzen in der Nähe des Mi nimums der Reflektivität R des Etalons 6 erfahren die größten Verluste in dem Resonator und werden somit unterdrückt. Da her, wenn der FSR des Etalons ungefähr gleich ist wie, aber etwas kleiner ist als die Linienbreite der ausgewählten Linie des freilaufenden Lasers, wird die Ausgangslinienbreite ver schmälert. Der FSR sollte nicht wesentlich kleiner als die freilaufende Linienbreite sein, damit sich keine Seitenbänder in benachbarten Interferenzordnungen entwickeln.

Fig. 3b zeigt eine durchgezogene Linie, die die freilaufende Linienbreite der ausgewählten Linie des F₂-Lasers darstellt. Die Etalon-Reflektivitätsfunktion von Fig. 3a wird der aus gewählten Linie überlagert. Die resultierende verschmälerte Linie ist in Fig. 3b als gestrichelte Linie gezeigt. Wie oben bemerkt, gibt es einen bedeutenden Überlapp zwischen den äußeren Peaks (Spitzen) des Reflektivitätsspektrums von Fig. 3a mit der ausgewählten Linie, wenn der FSR zu klein ist. Wenn "parasitäre" Seitenbänder resonieren können, kann die Strahlqualität verschlechtert werden. Wenn sich ein dispersi ves Element, wie das Prisma 4 oder ein anderes Prisma oder Prismen oder ein Gitter in dem Resonator befindet, kann die ausgewählte Linie weiter verschmälert werden, indem die Brei te der Reflektivitätsmaxima des Etalons 6 verringert wird, so daß das Etalon 6 die Seitenbänder nicht unterdrückt, während in dem Resonator Blenden angeordnet werden, um die Seitenbän der abzuschirmen, was schließlich zu einem sehr schmalen, hochqualitativen Ausgangsstrahl führt.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte und detailliertere Ansicht des Auskopplungs-Etalons 6 von entweder der ersten oder der zwei ten Ausführungsform von Fig. 2a bzw. 2b.

Alternativ kann ein festes Etalon verwendet werden, aber das in Fig. 4 gezeigte Etalon mit zwei, durch eine Luftlücke ge trennten Platten wird bevorzugt, weil das Etalon-Reflektivi tätsspektrum des Etalons von Fig. 4 angepaßt werden kann, indem der Druck des Gases zwischen den Etalonplatten angepaßt wird (siehe unten). Fig. 4 zeigt, daß das Etalon 6 vorzugs weise sowohl dazu dient, die Entladungskammer 2 abzudichten und als Fenster dient, um die zu Verlusten führenden opti schen Grenzflächen eines zusätzlichen, die Kammer 2 abdich tenden optischen Fensters zu vermeiden und die Gesamtgröße des Resonatoraufbaus zu verringern. Das Etalon 6 kann die Kammer 2 über einen Balg 14 und einen O-Ring 16 abdichten, wie in einer beispielhaften Ausführungsform in Fig. 4 ge zeigt.

Das Etalon 6 ist innerhalb eines Gehäuses 18 eingeschlossen gezeigt. Vorzugsweise ist ein Gaseinlaß 20 vorgesehen, um zu ermöglichen, daß eines oder mehrere Gase wie Helium (bevor zugt), Neon, Krypton, Argon, Stickstoff, ein anderes inertes Gas oder ein anderes Gas, das um 157 nm nicht stark absor biert, das Gehäuse 18 bei einem ausgewählten Druck füllen. Das Gehäuse ist mit herkömmlichen Mitteln zum Messen des Drucks des darin befindlichen Gases ausgestattet. Der Gasein laß 20 kann auch verwendet werden, um das Gehäuse, darunter auch die Lücke zwischen den Platten 22 des Etalons 6, unter Verwendung einer mechanischen Pumpe auf einen niedrigen Druck herunterzupumpen. Ein Festkörpermaterial wie CaF₂, MgF₂, LiF₂, BaF₂, SrF₂, Quarz und mit Fluor dotiertes Quarz, oder ein anderes Festkörpermaterial, das um 157 nm nicht stark ab sorbiert, kann ebenfalls die Lücke zwischen den Platten des Etalons 6 füllen. Die reflektierenden inneren Oberflächen der Platten 22 des Etalons 6 können mit einem reflektierenden Film überzogen sein oder nicht überzogen belassen werden. Die Abstandshalter 26 umfassen ein sich thermisch gering ausdeh nendes Material wie Invar™, Zerodur, sich extrem niedrig ausdehnendes Gas (ultra low expansion, ULE™ glass) oder Quarz, oder ein anderes Material mit einer niedrigen thermi schen Ausdehnungskonstante, so daß die Lückenbreite L mög lichst wenig von der Temperatur abhängig ist. Dies ist vor teilhaft, weil die Reflektivitätsfunktion des Etalons 6 von dem Lückenabstand abhängt.

Das folgende ist eine Abschätzung der bevorzugten Etalonlüc kendicke L. Da die Linienbreite des freilaufenden F₂-Lasers ungefähr 1 µm beträgt und die Wellenlänge näherungsweise 157 nm, sollte der FSR näherungsweise 0,4 cm^-1 betragen. Dies bedeutet, daß der Etalonabstand L 8,3 mm sein sollte, wenn die Lücke zwischen den Platten mit einem Festkörpermaterial mit einem Brechungsindex von etwa 1,5 gefüllt ist (wie MgF₂, CaF₂, LiF₂, BaF₂, SrF₂, kristallinem Quarz oder mit Fluor do tiertem Quarz). Alternativ, und wie oben ausführlicher darge stellt, kann das Etalon 6 in seiner Lücke mit einem inerten Gas wie Helium gefüllt sein, wobei seine Dicke in diesem Fal le näherungsweise 12,5 mm betragen sollte. Beide derartigen Abstände L sind leicht erreichbar. Die Verwendung von Fest körpermaterialien wie MgF₂, CaF₂, LiF₂, BaF₂, SrF₂, oder kri stallinem oder mit Fluor dotiertem kristallinem Quarz für die Platten des Etalons, und/oder um die Lücke zu füllen, ist teilweise darauf zurückzuführen, daß diese Materialien bei Wellenlängen um die 157 nm am lichtdurchlässigsten sind.

Wie oben erwähnt, ist eine Erwägung beim Entwurf eines Eta lons der Wunsch nach Stabilität der Etalonfrequenz-Reflek tivitätsmaxima und -minima bezüglich von Änderungen der Umge bungsbedingungen wie die der Temperatur. Beispielsweise hat MgF₂ einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 13,7 × 10^-6K^-1 entlang der c-Achse und einen Temperaturindexkoeffi zienten von 1,47 × 10^-6 K^-1 für einen gewöhnlichen Strahl. Dies bedeutet, daß man zum Aufrechterhalten der Zentrierung der Spektrallinie bezüglich eines Maximums der Reflektivi tätsfunktion R(ν), beispielsweise innerhalb 10% des FSR, die Temperatur innerhalb von 0,06 K stabilisieren sollte. Wenn CaF₂ verwendet wird, sollte die Stabilität innerhalb von 0,05 K liegen.

Die vorliegende Erfindung sorgt für diese Stabilität, indem Materialien mit niedriger thermischer Ausdehnung für die Ab standshalter verwendet werden. Sie tut desgleichen, indem sie das Auskopplungs-Etalon 6 der ersten und zweiten Ausführungs formen von Fig. 2a bzw. 2b mit zwei Platten versieht, die durch eine Lücke getrennt sind, in dem oben beschriebenen Ge häuse, das vorzugsweise mit einem inerten Gas, wie einem der oben erwähnten Gase oder eine Kombination derselben, gefüllt sind, wobei der Druck des Gases gesteuert wird, um den Bre chungsindex des Gases und somit die mittlere Wellenlänge des ausgerichteten Peaks (Spitze) der Reflektivitätsfunktion des Etalons zu steuern. Bei inerten Gasen wie Stickstoff ändert sich der Brechungsindex um näherungsweise 300 ppm pro 1 bar Druck. Daher erfordert bei einem Abstand zwischen den reflek tierenden Oberflächen L = 12,5 mm die Frequenzsteuerung in nerhalb von 10% des FSR eine Drucksteuerung mit einer Auflö sung von 2 mbar. Wie erwähnt, ist der erste Grund, Helium in dem druckabgestimmten Etalon 6, oder alternativ Stickstoff, Argon oder andere inerte Gase oder Vakuum zu verwenden, der, daß Luft bei den interessierenden Wellenlängen von 157 nm nicht strahlungsdurchlässig ist, hauptsächlich wegen des Vor handenseins von Sauerstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid in der Luft, von denen jedes um 157 nm stark absorbiert.

Außerdem können die inneren Oberflächen des Auskopplungs- Etalons 6 entweder mit teilweise reflektierenden Überzügen überzogen sein oder nicht überzogen sein. Im letzteren, be vorzugten Fall, beträgt die Reflektivität jeder Oberfläche näherungsweise 4 bis 6%, was zu einer maximalen Reflektivi tät des Etalons von 16% bis 24% führt. Ähnliche Erwägungen gelten für das feste Etalon.

Die zweite Ausführungsform von Fig. 2b ist der ersten Aus führungsform von Fig. 2a ähnlich und unterscheidet sich da durch, daß das Prisma 4 von Fig. 2a in Fig. 2b durch einen hochreflektierenden Spiegel 12 ersetzt ist. Der hochreflek tierende Spiegel 12 kann ein Ende der Entladungskammer ab dichten und/oder das Etalon 6 kann das andere Ende der Entla dungskammer abdichten. In der zweiten Ausführungsform sorgt das Etalon 6 für die Funktion der Linienauswahl, wodurch das Prisma 4 der ersten Ausführungsform von Fig. 2a überflüssig wird. Ein Vorteil der zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform ist Einfachheit, weniger Bauteile im Resonator und weniger optische Grenzflächen, die der Strahl durchqueren muß, was zu verringerten optischen Verlusten und einer erhöhten Lebensdauer führt. Die Unterdrückung der zwei ten Linie kann jedoch in der zweiten Ausführungsform weniger effizient sein als in der ersten Ausführungsform.

In der zweiten Ausführungsform wird das Etalon 6 sowohl für die Linienauswahl, als auch gleichzeitig für das Verschmälern der ausgewählten einzelnen Linie verwendet, in einer Art und Weise, die der oben unter Bezug auf die erste Ausführungsform beschriebenen ähnlich ist. Die Linienauswahl erfordert da durch, daß der FSR und die Wellenlänge der maximalen Reflek tivität des Etalons derart angepaßt wird, daß die Reflektivi tät bei der erwünschten Wellenlänge maximiert wird und die Reflektivität bei der Wellenlänge anderer nicht ausgewählter Linien in ihrem Minimum ist. Diese Linienauswahl wird unten ausführlicher beschrieben. Das Etalon 6 kuppelt den Strahl außerdem wie in der ersten Ausführungsform aus.

Der FSR des Etalons 6 der ersten und zweiten Ausführungsform, oder allgemeiner jegliches mit Gas gefülltes Etalon, das mit dem F₂-Laser der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wie das Etalon 6 der Fig. 8a, 8b oder 9a oder das Etalon 34 der Fig. 9a und 9b (siehe unten), ist in der folgenden Weise anpaßbar. Der Druck des das Etalongehäuse 18 (siehe Fig. 4) füllenden Gases, und insbesondere des Gases zwischen den Platten 22 des Etalons 6, kann verändert werden, um den Brechungsindex des Gases anzupassen. Alternativ kann der Ab stand L zwischen den Platten 22 verändert werden, z. B., in dem Piezoelemente als Etalon-Abstandshalter 26 verwendet wer den. Bei diesen beiden Verfahren kann der FSR angepaßt wer den, weil der FSR sowohl vom Brechungsindex des Gases als auch dem Abstand L zwischen den Platten 22 abhängt. Indem der FSR des Etalons 6 angepaßt wird, kann die Linienauswahl prä zise erfolgen, indem ein Maximum im Reflektivitätsspektrum des Etalons 6 an der erwünschten, auszuwählenden Linie ausge richtet wird, und indem gleichzeitig ein Minimum des Reflek tivitätsspektrums das Etalons 6 an der nicht ausgewählten Li nie des freilaufenden F₂-Lasers ausgerichtet wird.

Die Fig. 5a und 5b stellen schematisch dar, wie die Lini enverschmälerung durch das Etalon 6 erfolgt. Wie quantitativ unten beschrieben wird, wird der FSR des Etalons 6 angepaßt, indem entweder sein Lückenabstand geändert wird, oder indem der Druck des Gases in der Lücke abgeändert wird, wie oben beschrieben. Die oben abgeleiteten Erfordernisse für die Druckauflösung gelten auch in diesem Fall. Der Vorteil dieser Anordnung ist die Einfachheit, weil kein Prisma für die Lini enauswahl benötigt wird. Das System kann jedoch beim Unter drücken der nicht erwünschten Linien weniger wirksam sein, was zu einer Restabstrahlung bei diesen Wellenlängen führt.

Das Reflektivitätsspektrum des Etalons 6 in der Nähe der freilaufenden F₂-Laser-Emissionslinien λ₂(linker Teil) und λ₁ (rechter Teil) um 157 nm ist in Fig. 5a gezeigt. Vorzugs weise wird der Druck des die Lücke des Etalons 6 füllenden Gases so geändert, daß Reflektivitätsmaxima bzw. -minima an λ₁ bzw. λ₂ ausgerichtet werden. Alternativ kann der Lückenab stand geändert werden, oder sowohl der Druck als auch der Lückenabstand können geändert werden, um dieselbe Wirkung hervorzurufen. Fig. 5b zeigt λ₂ (linker Teil) und λ₁ (rech ter Teil) des freilaufenden F₂-Lasers (durchgezogene Linie) und das Ausgangs-Emissionsspektrum des F₂-Lasers mit Linien auswahl (λ₁) und Verschmälern der ausgewählten Linie (gestri chelte Linie). Das bedeutet, daß die gestrichelte Linie von Fig. 5b das der durchgezogenen Linie von Fig. 5b, die das Ausgangs-Emissionsspektrum des freilaufenden F₂-Lasers ist, überlagerte Reflektivitätsspektrum von Fig. 5a des Etalons 6 darstellt.

Zusätzlich zu molekularem Fluor enthält die Gasmischung in der Entladungskammer des F₂-Lasers der vorliegenden Erfindung ferner ein oder mehrere weitere Gase, darunter mindestens ein Puffergas.

Die Fig. 6a und 6b zeigen Spektren des freilaufenden F₂- Lasers mit Helium bzw. Neon als Puffergas.

Fig. 6a zeigt das Spektrum des freilaufenden F₂-Lasers um 157 nm mit Helium als Puffergas. Es werden zwei Linien beob achtet. Fig. 6b zeigt das Spektrum des freilaufenden F₂- Lasers um 157 nm mit Neon als Puffergas. In diesem Falle be obachtet man drei Linien. Die entsprechenden Linien um 157,62 nm und 157,52 nm des Spektrums von Fig. 6b sind deut lich schmäler als die des Spektrums von Fig. 6a. Dies liegt daran, daß der F₂-Laser, der das Spektrum von Fig. 6b ab strahlte, wegen der Anwesenheit des Puffergases Neon eine längere Pulsdauer aufwies als der F₂-Laser, der das Spektrum von Fig. 6a abstrahlte und Helium als Puffergas hatte.

Bei jeder Ausführungsform des F₂-Lasers der vorliegenden Er findung ist die erreichbare spektrale Linienbreite desto schmäler, je länger die Pulsdauer ist. Bei jedem Durchlaufen des Laserstrahls im Resonator tritt eine spektrale Filterung des Strahls auf. Nach jeder Reflexion vom Etalon- Ausgangskoppler 6 ist das Intensitätsspektrum des reflektier ten Strahls I^(j+1)(ν) das Produkt der Reflektivitätsfunktion des Etalons R(ν) und des einstrahlenden Spektrums I^(j)(ν):

I^(j+1)(ν) = R(ν) I_(j)(ν),

wobei j die Zahl der Durchläufe ist. Wenn die Reflektivitäts funktion beispielsweise durch eine Gaußfunktion angenähert werden kann, nimmt die Breite des Strahlspektrums mit der in versen Quadratwurzel der Zahl der Durchläufe ab:

Δν ~ j^-1/2

Die vorliegende Erfindung stellt Mittel bereit, um die Länge des Pulses des Molekular-Fluor-Lasers zu verlängern, indem Neon als Puffergas verwendet wird. Die Fig. 7a, 7b und 7c zeigen den zeitlichen Pulsverlauf mit den in Tabelle 1 ge zeigten Gasmischungen:

Ein Ansteigen in der Konzentration von Neon in der Gasmi schung des F₂-Lasers führt zu einer erhöhten Pulslänge von näherungsweise 8 nsec (für 0% Neon) bis auf 25 nsec (für 96,8% Neon).

Überlegungen zum Gesamtdruck und zur Fluorkonzentration

Die Gasmischungen werden bezüglich der Pulsenergie (Verstär kung) und Pulsenergiestabilität optimiert. Ein höherer Druck und eine höhere Fluorkonzentration führen jeweils zu einem höheren Energieausgang, erzeugen jedoch eine höhere Pulsener gieschwankung. Die bevorzugte Anordnung gleicht diese Punkte daher aus. Somit wird ein Gesamtdruck von näherungsweise 5 bar und eine Fluorkonzentration im Bereich von 0,05% bis 0,2% bevorzugt.

Bei der bevorzugten, Neon als Puffergas verwendenden Ausfüh rungsform, sind im freilaufenden Spektrum drei Linien vorhan den. Die folgenden Bedingungen sollten erfüllt werden:

m ν₀ = ν₁;
(k + 1/2) ν₀ = ν₂;
(j + 1/2) ν₀ = ν₃,

wobei m, j, und k ganze Zahlen sind, ν₀ der freie Spektralbe reich des Etalons im optischen Frequenzbereich ist, ν₁ die optische Frequenz der auszuwählenden Linie ist und ν₂ und ν₃ die optischen Frequenzen der zu unterdrückenden Linie sind. Im Fall, daß nur zwei Linien vorhanden sind, wie es etwa der Fall ist, wenn Helium als Puffergas verwendet wird, reduziert sich dieser Satz von Gleichungen auf zwei Gleichungen:

m ν₀ = ν₁;
(k + 1/2) ν₀ = ν₂,

wobei ν₁ die optische Frequenz der auszuwählenden Linie ist.

Die Fig. 8a und 8b zeigen dritte bzw. vierte Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung. Um den Effekt der Wellen längentrennung zu erhöhen, kann man mehrere (zwei oder mehr) Prismen 28, 30 verwenden, wie in Fig. 8a gezeigt. Das zweite Prisma 30 hat einen Überzug mit hoher Reflektivität auf sei ner Rückseite. Außerdem ist die Verwendung eines getrennten hochreflektierenden Spiegels 32 anstelle des hochreflektie renden Überzugs auf der hinteren Oberfläche des Prismas 3 in Fig. 8b gezeigt. Ein derartiger getrennter hochreflektieren der Spiegel 32 kann ebenfalls in Verbindung mit mehreren Prismen verwendet werden. Ein Vorteil des getrennten Spiegels 32 ist, daß er leichter als das Prisma 30 hergestellt werden kann. Gleichzeitig erhöht die Verwendung des getrennten Spie gels 32 die Zahl der optischen Oberflächen, die der Strahl durchläuft, wodurch somit sowohl die optischen Verluste als auch die Wellenlängendispersion erhöht werden. Somit ist eine Entscheidung bezüglich der Zahl der Prismen und bezüglich der möglichen Verwendung eines getrennten Spiegels vom Gesamtaus maß der Dispersion abhängig, die notwendig ist, um eine zu verlässige Auswahl der einzelnen Linie zu erreichen. Wie oben erwähnt, können eine oder mehrere Blenden in den Resonator des Systems von Fig. 8a und 8b eingefügt werden, um Seiten bänder des Dispersionsspektrums der Prismen 28, 30 und/oder der Überlagerung des Etalon 6-Reflektivitätsmaximums mit der ausgewählten Linie des F₂-Lasers abzuschirmen.

Die Fig. 9a und 9b zeigen fünfte bzw. sechste Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung. Bei der fünften Ausfüh rungsform von Fig. 9a ersetzt ein hochpräzises Etalon 34 das Prisma 4 der ersten Ausführungsform von Fig. 2a. Bei der sechsten Ausführungsform von Fig. 9b wird ebenfalls das hochpräzise Etalon 34 verwendet, und ein Auskopplungsspiegel 35 ersetzt das Auskopplungs-Etalon 6 der fünften Ausführungs form von Fig. 9a. Im allgemeinen kann jede der hier be schriebenen Ausführungsformen abgewandelt werden, so daß sie das in den Fig. 9a und 9b gezeigte hochpräzise Etalon um faßt.

Sowohl bei der fünften als auch der sechsten Ausführungsform erzielt man die Linienauswahl durch die Verwendung des Eta lons 34, das vorzugsweise von relativ hoher Präzision ist. Das Etalon 34 der Fig. 9a und 9b arbeitet im Reflexions modus und kann auch dazu dienen, die hochreflektierende Ober fläche der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, d. h. die hochreflektierende rückseitige Oberfläche des Prismas 4 in der ersten Ausführungsform oder des Prismas 30 in der dritten Ausführungsform, den hochreflektierenden Spiegel 12 der zwei ten Ausführungsform oder den hochreflektierenden Spiegel 32 der dritten Ausführungsform, zu ersetzen. Ferner kann das Etalon 34 das gesamte Prisma 12, 30 oder das Prisma 28 und den Reflektor 32 ersetzen, wegen seiner Eigenschaft der Aus wahl der Linien, die mit seiner Eigenschaft der hohen Reflek tivität gekoppelt ist.

Die Reflektivität des Etalons 34 ist gegen die optische Fre quenz ν des Laserstrahls in Fig. 10a gezeigt. Sie wird durch die Funktion

R(ν) ~ Fsin²(πν/ν₀)/(1+Fsin²(πν/ν₀))

dargestellt, wobei F = 4R/(1-r)² der Präzisionsfaktor des Etalons 34 ist, ν₀ der freie Spektralbereich (free spectral range, FSR) des Etalons ist, ν₀ = 1/2nL [cm^-1], wobei n der Brechungsindex des Etalonlückenmaterials ist und L der Ab stand des Etalons in Zentimetern ist. Der Präzisionsfaktor steht zur Präzision in einer eindeutigen mathematischen Be ziehung. Spektrale Komponenten mit Frequenzen in der Nähe des Minimums der Reflektivitätsfunktion des Etalons 34 erfahren im Resonator die größten Verluste und werden daher unter drückt. Wenn die Präzision des Etalons 34 ausreichend hoch ist, dann wird jegliches Licht mit einer Frequenz außerhalb des schmalen Spektralbereichs, der der Bedingung ν = k ν₀ ge horcht, wobei k eine ganze Zahl ist, nahezu gänzlich durch das Etalon 34 reflektiert, der, wie in Fig. 10a gezeigt, bei diesen Frequenzen eine Reflektivität von nahezu 1 aufweist. Daher wirkt das Etalon 34, außer für diese schmalen Bereiche minimaler Reflektion bei ν = k ν₀, schlichtweg als hochre flektierende Oberfläche. Vorzugsweise ist das Etalon 34 so ausgerichtet, daß er nicht erwünschte Spektrallinien unter drückt, indem ein Minimum oder Minima der Reflektivität des Etalons 34 in die Mitte(n) einer solchen Linie/solcher Linien gesetzt wird. Ein Etalon 34 gemäß der fünften oder der sech sten Ausführungsform kann entweder ein Festkörperetalon, ein evakuiertes Etalon oder ein wie oben beschrieben mit inertem Gas gefülltes Etalon sein, wobei das inerte Gas eines der folgenden Gase oder eine Kombination derselben ist: Helium, Argon, Neon, Krypton, Stickstoff oder ein anderes Gas, das Licht um 157 nm nicht stark absorbiert. Außerdem kann die Lücke zwischen den Platten des Etalons 34 Festkörpermaterial wie CaF₂, MgF₂, LiF₂, BaF₂, SrF₂, Quarz oder mit Fluor do tiertes Quarz oder ein anderes Festkörpermaterial umfassen, das Licht um 157 nm nicht stark absorbiert.

Die Fig. 10a bis 10c stellen die Linienauswahleigenschaf ten des hochpräzisen Etalons 34 von Fig. 9a und 9b dar. Fig. 10a zeigt die Wellenlängenabhängigkeit der Reflektivität des hochpräzisen Etalons 34. Fig. 10b zeigt das Emissions spektrum des freilaufenden F₂-Lasers. Die resultierende Aus gangsemission des F₂-Lasers mit in seinem Resonatoraufbau be findlichen hochpräzisen Etalon 34 ist in Fig. 10c gezeigt. Wie aus den Fig. 10a bis 10c zu erkennen, wird eine der beiden Linien als Ausgang des F₂-Lasers wie gewünscht ausge wählt.

Die Wellenfrontkrümmung des Strahls kann auch durch die Ver wendung einer zylindrischen Linse in dem Resonator kompen siert werden (siehe US-Patentanmeldung Nr. 09/073,070, einge reicht am 29. April 1989). Die Etalons 6 und 34 der vorlie genden Erfindung sind im allgemeinen gegenüber der Wellen frontkrümmung des Strahls empfindlich. Somit können eine oder mehrere, im Resonator angeordnete zylindrische Linsen für ei nen besser kollimierten Strahl bei den Etalons 6, 34 sorgen. Außerdem kann eine Wellenfrontkrümmungskompensation durch ei nen oder mehrere gekrümmte Resonatorspiegel erzielt werden.

Andere Änderungen sind in Weiterführung der Ziele und Aufga ben der vorliegenden Erfindung möglich. Beispielsweise können das Prisma 4 von Fig. 2a, der hochreflektierende Spiegel 12 von Fig. 2b, das Etalon 6 bei jeder Ausführungsform, das Prisma 28 oder das Prisma 30 von Fig. 8a, das Prisma 28 oder die hochreflektierende Oberfläche 32 von Fig. 8b und das hochpräzise Etalon 34 von Fig. 9a und 9b jeweils die Laserentladungskammer 2 abdichten. Dadurch wird die Zahl der optischen Grenzflächen, die der Strahl zu durchlaufen hat, vorteilhaft reduziert, und somit werden optische Verluste re duziert. Insbesondere wird/werden kein zusätzliches Laserfen ster oder mehrere davon benötigt, nachdem eines oder mehrere der gerade erwähnten optischen Bauteile für dieses ersetzt wurden. Wenn ein Etalon 6, 34 zum Abdichten der Entladungs kammer verwendet wird, kann es vorteilhaft sein, den Gasdruck in dem Etalon 6, 34 auf nahezu den Gasdruck der Gasmischung zu erhöhen, um eine Verbiegung des Etalons 6, 34 wegen des Druckunterschieds zu verhindern, aber nur, wenn das Etalon dann noch die Funktion der Linienauswahl und/oder -verschmälerung ausüben kann.

Claims

1. F₂-Laser, mit:
einer Entladungskammer (2), die mit einer Gasmischung gefüllt ist, die molekulares Fluor umfaßt, um eine spektrale Emission zu erzeugen, die eine Mehrzahl von nahe voneinander beabstandeten Linien in einem Wellenlängenbereich zwischen 157 nm und 158 nm umfaßt;
einem Paar von mit einer Spannungsversorgungsschaltung gekoppelten Elektroden (3a, 3b) zum Erzeugen einer gepulsten Entladung, um das molekulare Fluor anzuregen; und
einem Resonator, der die Entladungskammer (2) enthält und ein erstes Etalon (6) umfaßt, wobei das erste Etalon (6) zum Auswählen einer aus der Mehrzahl von nahe voneinander be abstandeten Linien dient und so eingerichtet ist, daß es bei der ausgewählten Linie eine maximale Reflektivität (Refle xionsvermögen) und bei den nicht ausgewählten Linien eine re lativ niedrige Reflektivität hat, um die nicht ausgewählten Linien zu unterdrücken.

2. F₂-Laser nach Anspruch 1, wobei das erste Etalon (6) zum Verschmälern der ausgewählten Linie dient und ferner so ein gerichtet ist, daß bei einem mittleren Teil der ausgewählten Linie eine maximale Reflektivität auftritt und bei äußeren Teilen der ausgewählten Linien eine relativ niedrige Reflek tivität auftritt, um die äußeren Teile zu unterdrücken.

3. F₂-Laser nach Anspruch 1, ferner einen zweiten Etalon zum Verschmälern der ausgewählten Linie aufweisend, wobei das zweite Etalon so eingerichtet ist, daß bei einem mittleren Teil der ausgewählten Linie maximale Reflektivität und bei äußeren Teilen der ausgewählten Linie eine relativ niedrige Reflektivität auftritt, um die äußeren Teile zu unterdrücken.

4. F₂-Laser nach Anspruch 3, wobei das zweite Etalon Teil des Resonators ist und zum Auskoppeln eines Laserstrahls dient.

5. F₂-Laser nach Anspruch 3, wobei das zweite Etalon zwei Platten umfaßt, von denen eine eine hochreflektierende innere Oberfläche hat, um einen Laserstrahl als hochreflektierender Resonatorreflektor zu reflektieren.

6. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der er ste Etalon (6) zwei Platten (22) umfaßt, von denen eine eine hochreflektierende Oberfläche hat, um den Laserstrahl als hochreflektierender Resonatorreflektor zu reflektieren.

7. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, wobei das erste Etalon (6) Teil des Resonators ist und zum Auskop peln eines Laserstrahls dient.

8. F₂-Laser nach Anspruch 1, ferner ein Prisma (4) zum Ver schmälern der ausgewählten Linie aufweisend, wobei das Prisma so eingerichtet ist, daß es einen ersten Teil der ausgewähl ten Linie in den Akzeptanzwinkel des Resonators bricht und einen zweiten Teil der ausgewählten Linie aus dem Akzep tanzwinkel des Resonators heraus bricht, um den zweiten Teil zu unterdrücken.

9. F₂-Laser, mit:
einer Entladungskammer (2), die mit einer Gasmischung gefüllt ist, die molekulares Fluor enthält, um eine spektrale Emission mit einer Mehrzahl von nahe voneinander beabstande ten Linien in einem Wellenlängenbereich zwischen 157 nm und 158 nm zu erzeugen;
ein Paar von Elektroden (3a, 3b), die mit einer Span nungsversorgungsschaltung zum Erzeugen einer gepulsten Entla dung verbunden sind, um das molekulare Fluor anzuregen; und
einem Resonator, der die Entladungskammer (2) umgibt und ein Prisma (4) und ein erstes Etalon (6) umfaßt, wobei das Prisma (4) zum Auswählen einer aus der Mehrzahl der nahe von einander beabstandeten Linien dient und dazu dient, die aus gewählte Linie in den Akzeptanzwinkel des Resonators zu re flektieren und die nicht ausgewählte(n) Linie(n) aus dem Ak zeptanzwinkel des Resonators heraus zu reflektieren, wobei das erste Etalon (6) zum Verschmälern der ausgewählten Linie dient und so eingerichtet ist, daß bei einem mittleren Teil der ausgewählten Linie maximale Reflektivität (Reflexionsver mögen) auftritt und bei äußeren Teilen der ausgewählten Linie eine relativ niedrige Reflektivität auftritt, um die äußeren Teile zu unterdrücken.

10. F₂-Laser nach Anspruch 9, wobei das Prisma (4) eine hochreflektierende hintere Oberfläche hat, um den Laserstrahl als hochreflektierender Resonatorreflektor zu reflektieren.

11. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei der erste Etalon (6) Teil des Resonators ist und zum Auskoppeln eines Laserstrahls dient.

12. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Prisma (4) zum Abdichten eines Endes der Entladungskammer dient.

13. F₂-Laser nach Anspruch 9, wobei das erste Etalon (6) zwei Platten (22) umfaßt und eine der beiden Platten eine hochreflektierende Oberfläche zum Reflektieren eines Laser strahls als hochreflektierender Resonatorreflektor aufweist.

14. F₂-Laser nach Anspruch 9, ferner ein zweites Prisma um fassend, um die ausgewählte Linie weiter zu verschmälern, wo bei das zweite Prisma so eingerichtet ist, daß es einen er sten Teil der ausgewählten Linie in den Akzeptanzwinkel des Resonators bricht und einen zweiten Teil der ausgewählten Li nie aus dem Akzeptanzwinkel des Resonators heraus bricht, um den zweiten Teil zu unterdrücken.

15. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 9 oder 13, wobei die Gasmischung ferner ein Puffergas umfaßt, das Neon umfaßt.

16. F₂-Laser nach Anspruch 15, wobei die Konzentration des Neons in der Gasmischung oberhalb von 90% liegt.

17. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 9, wobei das erste Etalon (6) ein Ende der Entladungskammer abdichtet.

18. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 9, 13 oder 17, wobei das erste Etalon (6) zwei Platten (22) umfaßt, die durch eine Lücke getrennt sind, und das erste Etalon (6) in einem Gehäuse (18) angeordnet ist, das mit einem inerten Gas gefüllt ist.

19. F₂-Laser nach Ansprüch 18, wobei das Gas in dem Gehäuse (18) einen Druck von annähernd gleich dem Druck der Gasmi schung hat.

20. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 oder 9, wobei das erste Etalon (6) zwei Platten umfaßt, die durch eine mit CaF₂, MgF₂, LiF₂, BaF₂, SrF₂, Quarz oder mit Fluor dotiertem Quarz gefüllten Lücke getrennt sind.

21. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 oder 9, wobei das erste Etalon zwei Platten (22) umfaßt, die durch eine Lücke getrennt sind, und sich in einem evakuierten Gehäuse (18) be findet.

22. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 oder 9, wobei das erste Etalon (6) zwei Platten (22) umfaßt, die durch einen oder mehrere Abstandshalter (26) getrennt sind, die Invar, Zerodur, sich extrem gering ausdehnendes Glas oder Quarz um fassen.

23. F₂-Laser nach Anspruch 22, wobei das sich extrem gering ausdehnende Glas sich niedrig ausdehnendes ULE™-Glas ist.

24. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 oder 9, wobei das erste Etalon (6) zwei Platten (22) umfaßt, die CaF₂, MgF₂, LiF₂, BaF₂, SrF₂, Quarz oder mit Fluor dotiertes Quarz umfas sen.

25. F₂-Laser nach Anspruch 15, wobei eine innere Oberfläche jeder der beiden Platten (22) des ersten Etalons (6) nicht mit einem Überzug versehen ist.

26. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 oder 9, wobei der Druck der Gasmischung weniger als im wesentlichen 5 bar ist.

27. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5, 9 oder 13, ferner umfassend eine Blende im Resonator entlang des opti schen Pfads des Strahls.

28. F₂-Laser nach Anspruch 27, wobei die Blende eine Abmes sung von näherungsweise gleich oder weniger als den Strahlab messungen hat.

29. F₂-Laser nach Anspruch 27, wobei die Blende zum Auswäh len einer aus der Mehrzahl der nahe voneinander beabstandeten Linien dient und so eingerichtet ist, daß sie es ermöglicht, daß eine maximale Intensität der ausgewählten Linie im Akzep tanzwinkel des Resonators läuft, und daß alle nicht ausge wählten Linien abgeschirmt werden.

30. F₂-Laser nach Anspruch 29, ferner einen zweiten Etalon (34) zum Verschmälern der ausgewählten Linie aufweisend, wo bei das zweite Etalon (34) so eingerichtet ist, daß bei einem mittleren Teil der ausgewählten Linie maximale Reflektivität auftritt und bei äußeren Teilen der ausgewählten Linie eine relativ niedrige Reflektivität auftritt, um die äußeren Teile zu unterdrücken.

31. F₂-Laser nach Anspruch 30, wobei das zweite Etalon (34) Teil des Resonators zum Auskoppeln eines Laserstrahls ist.

32. F₂-Laser nach Anspruch 30, wobei das zweite Etalon (34) zwei Platten umfaßt, von der eine eine hochreflektierende in nere Oberfläche zum Reflektieren eines Laserstrahls als hochreflektierender Resonatorreflektor aufweist.

33. F₂-Laser nach Anspruch 32, wobei das zweite Etalon (34) ein hochpräzises Etalon ist.

34. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 9 oder 13, wobei das erste Etalon (6) ein Etalon von geringer Präzision ist.

35. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 9 oder 13, wobei das erste Etalon einen anpaßbaren freien Spektralbere reich hat.

36. F₂-Laser nach Anspruch 37, wobei der freie Spektralbe reich des ersten Etalons (6) durch Druck oder piezoelektrisch abstimmbar ist.

37. F₂-Laser, mit:
einer Entladungskammer (2), die mit einer Gasmischung gefüllt ist, die molekulares Fluor erfaßt, um eine spektrale Emission mit einer Mehrzahl von nahe voneinander beabstande ten Linien in einem Wellenlängenbereich zwischen 157 nm und 158 nm zu erzeugen;
ein Paar von Elektroden (3a, 3b), die mit einer Span nungsversorgungsschaltung zum Erzeugen einer gepulsten Entla dung verbunden sind, um das molekulare Fluor anzuregen; und
einem Resonator, der die Entladungskammer (2) umgibt, wobei der Resonator umfaßt:
Mittel zum Auswählen einer aus der Mehrzahl der nahe voneinander beabstandeten Linien, wobei das Mittel zum Aus wählen so eingerichtet ist, daß es erlaubt, daß eine maximale Intensität der ausgewählten Linie in dem Akzeptanzwinkel des Resonators läuft, und daß alle nicht ausgewählten Linien un terdrückt werden, und
Mittel zum Verschmälern der ausgewählten Linie, wobei die Mittel zum Verschmälern so eingerichtet sind, daß sie es ermöglichen, daß bei einem mittleren Teil der ausgewählten Linie eine maximale Intensität im Akzeptanzwinkel des Resona tors läuft, und daß äußere Teile der ausgewählten Linie un terdrückt werden.

38. F₂-Laser nach Anspruch 37, wobei ein Etalon sowohl als Mittel zum Auswählen als auch als Mittel zum Verschmälern dient.

39. F₂-Laser, mit:
einer Entladungskammer (2), die mit einer Gasmischung gefüllt ist, die molekulares Fluor umfaßt, um eine spektrale Emission mit einer Mehrzahl von nahe voneinander beabstande ten Linien in einem Wellenlängenbereich zwischen 157 nm und 158 nm zu erzeugen;
ein Paar von Elektroden (3a, 3b), die mit einer Span nungsversorgungsschaltung zum Erzeugen einer gepulsten Entla dung verbunden sind, um das molekulare Fluor anzuregen; und
einem Resonator, der die Entladungskammer (2) umgibt, wobei der Resonator umfaßt:
ein dispersives Element zum Dispergieren der spektralen Abstrahlung des molekularen Fluors, und
eine Blende zum Auswählen einer aus der Mehrzahl von na he voneinander beabstandeten Linien, wobei die Blende so ein gerichtet ist, daß sie es erlaubt, daß eine maximale Intensi tät der ausgewählten Linie in dem Akzeptanzwinkel des Resona tors läuft, und daß alle nicht ausgewählten Linien abge schirmt werden.

40. F₂-Laser nach Anspruch 39, ferner umfassend Mittel zum Verschmälern der ausgewählten Linie, wobei die Mittel so ein gerichtet sind, daß sie es ermöglichen, daß eine maximale In tensität eines mittleren Teils der ausgewählten Linie in dem Akzeptanzwinkel des Resonators durchlaufen kann, und daß äu ßere Teile der ausgewählten Linie unterdrückt werden.

41. F₂-Laser nach Anspruch 39, ferner umfassend ein Etalon zum Verschmälern der ausgewählten Linie, wobei das Etalon so eingerichtet ist, daß bei einem mittleren Teil der ausgewähl ten Linie eine maximale Reflektivität auftritt und bei äuße ren Teilen eine relativ niedrigere Reflektivität auftritt, so daß die äußeren Teile unterdrückt werden.

42. F₂-Laser nach einem der Ansprüche 39 bis 41, wobei das dispersive Element ein Prisma ist.

43. Verfahren zum Erzeugen eines Ausgangsstrahls eines F2- Lasers mit einer Entladungskammer (2), die mit einer Gasmi schung gefüllt ist, die molekulares Fluor zum Erzeugen einer spektralen Emission mit einer Mehrzahl von nahe voneinander beabstandeten Linien in einem Wellenlängenbereich zwischen 157 nm und 158 nm umfaßt, mit einem Paar von Elektroden (3a, 3b), die mit einem Leistungszufuhrschaltkreis zum Erzeugen einer gepulsten Entladung verbunden sind, um das molekulare Fluor anzuregen und einem Resonator, der die Entladungskammer (2) umgibt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Auswählen einer aus der Mehrzahl der nahe voneinander beabstandeten Emissionslinien des F₂-Lasers im Wellenlängen bereich zwischen 157 nm und 158 nm, indem der Durchlauf der nicht erwünschten Linien in dem Resonator eingeschränkt wird; und
Verschmälern der ausgewählten Linie durch Maximieren des Durchlaufs des mittleren Teils der ausgewählten Linie und Mi nimieren des Durchlaufs der äußeren Teile der ausgewählten Linie.

44. Verfahren nach Anspruch 41, wobei der Schritt des Ver schmälerns der ausgewählten Linie ausgeführt wird, indem ein Etalon verwendet wird, das eingerichtet ist, die Reflektivi tät für den mittleren Teil der ausgewählten Linie zu maximie ren und die Reflektivität für die äußeren Teile der ausge wählten Linie zu minimieren.