DE10164185A1

DE10164185A1 - Gepulste Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung

Info

Publication number: DE10164185A1
Application number: DE10164185A
Authority: DE
Inventors: Hakaru Mizoguchi; Koji Kakizaki; Takashi Saito; Naoki Kataoka
Original assignee: Gigaphoton Inc
Current assignee: Gigaphoton Inc
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-02-20
Also published as: US6639929B2; JP2003060270A; US20030031225A1

Abstract

Es wird eine Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung, welche den Einfluss einer Stoßwelle, welche durch die Primärentladung verursacht wird, reduzieren kann und welcher eine stabile Laser-Oszillation ausführen kann, geschaffen. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung eine Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung zum Anregen eines Lasergases mittels Auslösen einer pulsförmigen Primärentladung zwischen einem sich gegenüberliegenden Paar von Entladungselektroden (14, 15) und zum Anregen von Laserlicht, in welchem Gaslaser ein gestufter Bereich (42) mit isolierenden Eigenschaften zum Verhindern von Kriechentladung an einer Kathodenbasis (36) mit isolierenden Eigenschaften vorgesehen ist, an welcher Kathodenbasis (36) die hochspannungsseitige Entladungselektrode (15) befestigt ist und ein Dämpfungsmaterial (45) zum Abschwächen einer Stoßwelle (41), welche durch die Primärentladung verursacht wird, in das Innere eines Nutenbereiches (52) zwischen einem erhöhten Bereich (43) des gestuften Bereiches (42) und der hochspannungsseitigen Entladungselektrode (15) eingebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung wie zum Beispiel eine Excimerlaser-Vorrichtung.

Es ist allgemein bekannt, dass in einer Oszillations-Gaslaser- Vorrichtung wie zum Beispiel einer Excimerlaser-Vorrichtung. Stoßwellen und Schallwellen (im Folgendem als Stoßwellen bezeichnet) beim Entladen von Pulsen auftreten. Wegen dieser Stoßwellen treten Fluktuationen in der Dichte des Lasergases auf und das Strahlprofil, die Leistung und die Wellenlänge des Laserlichts werden instabil. Die Art und Weise, dieses zu verhindern, ist zum Beispiel in der offengelegten, japanischen Patentanmeldung Nr. 4-328889 offenbart. Fig. 17 zeigt eine Detailansicht eines Bereiches nahe den Entladungselektroden einer Excimerlaser-Vorrichtung 11, welche in der offengelegten, japanischen Patentanmeldung Nr. 4-328889 offenbart ist und Stand der Technik darstellt, wird im Folgenden basierend auf Fig. 17 erläutert werden.

In Fig. 17 sind Metall-Entladungselektroden 14 und 15 sich gegenüberliegend innerhalb einer Laserkammer 12 angeordnet, in welche Laserkammer ein Lasergas eingeschlossen ist. Eine obere Kathode 15 ist an einer Kathodenbasis 36, welche elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist, befestigt und die Kathodenbasis 36 ist an der Laserkammer 12 befestigt. Eine untere Anode 14 ist an einer Anodenbasis 40 befestigt, welche Anodenbasis 40 elektrisch mit der Laserkammer 12 gekoppelt ist. Die Kathode 15 ist elektrisch an die Hochspannungsseite HV einer Hochspannungsversorgung 23 angeschlossen und die Anode 14 und die Laserkammer 12 sind elektrisch mit der Erdungsseite GND der Hochspannungsversorgung 23 gekoppelt. Eine Hochspannung wird von der Hochspannungsversorgung 23 zwischen die Entladungselektroden 14 und 15 angelegt, so dass eine pulsförmige Primärentladung in einem Entladungsraum 37 verursacht wird, wodurch ein pulsförmiges Laserlicht ausgelöst wird.

Dabei entsteht als Folge der Primärentladung im Entladungsbereich 37 eine Stoßwelle 41. Die Stoßwelle 41 wird an Komponenten in der Nähe der Entladungselektroden 14 und 15 reflektiert und wird zu dem Entladungsbereich 37 zurückgeworfen, wodurch die Dichte des Lasergases im Entladungsbereich 37 fluktuiert. Als ein Ergebnis wird die Primärentladung instabil und das Strahlprofil, die Leistungsstabilität und die Wellenlängenstabilität des Laserlichts werden gestört. Um dies zu verhindern werden in der obig zitierten, offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-328889 poröse Keramiken 46 und 46 an der Kathodenbasis 36 bzw. an der Anodenbasis 40 befestigt. Die porösen Keramiken 46 und 46 absorbieren wie obig erläutert die Stoßwelle 41 und verhindern, dass die Stoßwelle 41 zu dem Entladungsbereich 37 zurückkehrt.

Der obige Stand der Technik weist jedoch die nachfolgend beschriebenen Nachteile auf.

Insbesondere sind, in Fig. 17, die Kathode 15 und die Laserkammer 12 elektrisch voneinander isoliert und es kommt beim Auftreten der Primärentladung zu einer großen Potentialdifferenz zwischen diesen beiden. Daher kommt es manchmal über die Oberfläche der porösen Keramik 46 zu Kriechentladung zwischen der Kathode 15 und der Laserkammer 12. Als eine Folge wird die Primärentladung ungünstig durchgeführt, wodurch die Nachteile verursacht werden, dass die Ausgabe an Laserlicht reduziert ist und im Extremfall kein Laserlicht erzeugt wird. Um Kriechentladung zu vermeiden, ist es ratsam einen Abstand zwischen Kathode 15 und der Laserkammer 12 zu vergrößern, wodurch jedoch die Excimerlaser- Vorrichtung 11 größer wird.

Um Kriechentladung zu verhindern, ist die Technik bekannt bei der Vorsprünge und Vertiefungen an der Kathodenbasis 36 vorgesehen werden, um einen gestuften Bereich auszubilden. Hierdurch wird der Isolations-Abstand zwischen Kathode 15 und Laserkammer 12 vergrößert und Kriechentladung tritt kaum auf.

Ferner entsteht, in Hinsicht auf die Forderung in den jüngsten Jahren, die Wiederholfrequenz von Laser-Oszillationen zu erhöhen, die Notwendigkeit, die Induktivität der Primärentladung zu senken. Hierzu ist es notwendig die Fläche einer Stromschleife, welche von einer Reflektionsplatte (nicht gezeigt) zum elektrischen Verbinden der Kathode 15 mit der Anode 14 und der Anode 14 mit der Laserkammer 12 gebildet wird, zu reduzieren. Als Folge hiervon wird der Abstand zwischen der Kathode 15 und der Laserkammer 12 verkleinert und es kann leicht zu einer Kriechentladung zwischen Kathode 15 und Laserkammer 12 kommen. Die obig beschriebenen gestuften Bereiche sind auch nötig, um dies zu verhindern.

Jedoch tritt manchmal das Phänomen auf, dass Stoßwellen 41, welche in dem Entladungsbereich 37 erzeugt werden, die Aussparungsbereiche des gestuften Bereichs erreichen und mit hohem Reflektionsvermögen in den Entladungsbereich 37 zurückgeworfen werden. Dadurch entsteht der Nachteil, dass die Stoßwellen 41 das Strahlprofil, die Intensität und die Wellenlänge wie obig beschrieben instabil machen.

Die Erfindung wurde im Hinblick auf die obig beschriebenen Nachteile gemacht und hat als Ziel, eine Oszillations- Gaslaser-Vorrichtung zu schaffen, welche die Effekte von Stoßwellen, welche durch Primärentladung verursacht werden, zu reduzieren und stabile Laser Oszillationen durchzuführen. Um das obige Ziel zu erreichen, ist eine erfindungsgemäße Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung eine Oszillations-Gaslaser- Vorrichtung zum Anregen von Lasergas mittels Auslösens einer Primärentladung in einer Pulsform zwischen einem Paar von sich gegenüberliegenden Entladungselektroden, welche Gaslaser- Vorrichtung Laserlicht oszillierend anregt und welche eine Anordnung aufweist, in welcher:

- ein gestufter Bereich mit isolierenden Eigenschaften zum Verhindern von Kriechentladung an einer Kathodenbasis mit isolierenden Eigenschaften vorgesehen ist, an welche eine Entladungselektrode an der Hochspannungsseite eines Paares von Entladungselektroden befestigt ist, und
- ein Dämpfungsmaterial zum Abschwächen von Stoßwellen, welche von der Primärentladung verursacht werden, im Inneren eines Nutenbereiches zwischen einem erhöhten Bereich des gestuften Bereichs und der hochspannungsseitigen Entladungselektrode eingebracht ist.

Gemäß der obigen Anordnung werden die Stoßwellen in günstiger Weise abgeschwächt und der gestufte Bereich mit isolierenden Eigenschaften ermöglicht es, Kriechentladung zu verhindern.

Ferner kann in der Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung das Dämpfungsmaterial in die Aussparungs-Bereiche des gestuften Bereiches eingebracht werden.

Gemäß der obigen Anordnung werden die Stoßwellen, welche von den Entladungselektroden aus zu einem entfernten Punkt ausgesendet werden, ebenfalls abgeschwächt und dadurch wird der Effekt der Stoßwelle reduziert.

Ferner kann in der Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung das Dämpfungsmaterial im direkten Kontakt mit einer Seitenfläche des erhöhten Bereichs und einer Seitenfläche der hochspannungsseitigen Entladungselektrode sein und es kann U- förmig ausgebildet sein.

Gemäß der obigen Anordnung können die Stoßwellen, welche an der Oberfläche des Dämpfungsmaterials reflektiert werden, ebenfalls vom Zurückkehren in den Entladungsbereich abgehalten werden und die Stoßwellen können mit hoher Effektivität abgeschwächt werden.

Weiterhin kann in der Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung das Dämpfungsmaterial in direktem Kontakt mit der Entladungselektrode auf der Erdungsseite des Paares von Entladungselektroden sein.

Gemäß der obigen Anordnung werden die in beide Richtungen, zur Hochspannungsseite und zur Erdungsseite, ausgesendeten Stoßwellen abgeschwächt, und dadurch kann die Auswirkung der Stoßwellen reduziert werden.

Ferner ist in der Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung das Dämpfungsmaterial ein poröses Material mit einer Porosität von nicht weniger als 90%.

Gemäß der obigen Anordnung wird ein poröses Material mit hoher Porosität verwendet, wodurch es möglich ist, die Stoßwellen effizienter abzuschwächen.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Excimerlaser-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht der Umgebung eines Entladungsbereiches der Excimerlaser-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines gestuften Bereichs der Excimerlaser-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 4 eine Schnittansicht des gestuften Bereichs, anhand dessen das Einbringen von Dämpfungsmaterial in Fig. 3 erläutert wird;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines Bereiches in der Nähe des Entladungsbereiches, welche ein anderes erstes Anordnungsbeispiel der Excimerlaser-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Bereiches in der Nähe des Entladungsbereiches, welche ein anderes zweites Anordnungsbeispiel der Excimerlaser-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 7 eine Schnittansicht eines Bereiches in der Nähe des Entladungsbereiches, welche ein anderes drittes Anordnungsbeispiel der Excimerlaser-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 8 eine Unteransicht einer Kathode und eines gestuften Bereichs von der Seite des Entladungsbereichs einer Excimerlaser-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung aus gesehen;
Fig. 9 einen Schnitt, welcher entlang der Linie 9-9 in Fig. 8 genommen wurde, dies ist eine entlang der Punkte A1 und A2 genommene Schnittansicht;
Fig. 10 einen Schnitt, welcher entlang der Linie 10-10 in Fig. 8 genommen wurde, dies ist eine entlang der Punkte B1 und B2 genommene Schnittansicht;
Fig. 11 einen Schnitt, welcher entlang der Linie 11-11 in Fig. 8 genommen wurde, dies ist eine entlang der Punkte C1 und C2 genommene Schnittansicht;
Fig. 12 eine erläuternde Ansicht, welche ein anderes erstes Beispiel der Excimerlaser-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 13 eine erläuternde Ansicht, welche ein anderes zweites Beispiel der Excimerlaser-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 14 eine erläuternde Ansicht, welche ein anderes drittes Beispiel der Excimerlaser-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 15 eine erläuternde Ansicht, welche ein anderes viertes Beispiel der Excimerlaser-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 16 eine detaillierte Schnittansicht eines Bereiches in der Nähe des Entladungsbereiches der Excimerlaser- Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 17 eine Schnittansicht eines Bereiches in der Nähe eines Entladungsbereiches einer Excimerlaser- Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Zunächst wird eine erste Ausführungsform erläutert. Fig. 1 zeigt eine zu einer Längsrichtung von Entladungselektroden 14 und 15 senkrechte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Excimerlaser-Vorrichtung 11. In Fig. 1 weist die Excimerlaser-Vorrichtung 11 eine Laserkammer 12 auf, in welche ein Lasergas eingeschlossen ist, welches zum Beispiel Fluor (F₂), Krypton (Kr) und Neon (Ne) in einem vorgegebenen Druckverhältnis enthält. Innerhalb der Laserkammer 12 sind die Entladungselektroden 14 und 15, welche die Anode 14 und die Kathode 15 aufweisen, vertikal einander gegenüberliegend mit einem dazwischen liegenden Entladungsbereich 37 angeordnet. Eine Hochspannung einer Hochspannungsversorgungsquelle, welche nicht in Fig. 1 gezeigt ist, ist an die Entladungselektroden 14 und 15 angelegt, wodurch eine gepulste Primärentladung im Entladungsbereich 37 auftritt. Dadurch wird das Lasergas angeregt und es entsteht Laserlicht in einer zum Papier der Fig. 1 senkrechten Richtung.
Wie in Fig. 1 gezeigt sind an entsprechenden Positionen innerhalb der Laserkammer 12 ein Lüftungsventilator 16 zum Umwälzen des Lasergases innerhalb der Laserkammer 12 und zum Nachliefern von Lasergas zu dem Entladungsbereich 37 bzw. ein Wärmetauscher 3 zum Kühlen des mittels der Entladungen aufgeheizten Lasergases angebracht. Mittels der Pfeile 47 wird eine Strömung des Lasergases während dieser Situation angezeigt und dieses durchquert den Entladungsbereich 37 in der Fig. 1 von links nach rechts. Im Folgenden wird die linke Seite in Bezug auf den Entladungsbereich 37 stromaufwärts genannt und die rechte Seite stromabwärts genannt. In Fig. 1 wird eine zur Ebene des Papiers parallele Ebene als Strahl- Schnittebene bezeichnet und eine Ebene senkrecht zum Papier als eine Längsrichtung zu den Entladungselektroden 14 und 15 oder vereinfacht als eine Längsrichtung bezeichnet.
Fig. 2 zeigt eine detaillierte Ansicht der Umgebung des Entladungsbereich 37. Wie in Fig. 2 gezeigt ist eine Kammeröffnung 35 im oberen Bereich der Laserkammer 12 vorgesehen und diese Kammeröffnung 35 ist mittels einer Kathodenbasis 36, welche aus einem Isolator wie zum Beispiel Keramik besteht, verschlossen. Ein O-Ring, welcher nicht gezeigt ist, wird zwischen die Laserkammer 12 und die Kathodenbasis 36 eingelegt, um das Lasergas abgedichtet einzuschließen. Die Kathode 15 ist an der Kathodenbasis 36 befestigt und die Kathode 15 und die Laserkammer 12 sind mittels der Kathodenbasis 36 elektrisch voneinander isoliert.
Eine Mehrzahl von Hochspannungsversorgungs-Stiften 48, welche durch die Kathodenbasis 36 hindurchtreten, um die Kathode 15 zu kontaktieren sind in einer Längsrichtung mit vorgegebenen Abständen an dem oberen Bereich der Kathodenbasis 36 angeordnet. Die Hochspannungsversorgungs-Stifte 48 sind mit der Hochspannungsseite HV einer Hochspannungsquelle 23 mittels eines Entladungsstromkreises (nicht gezeigt) verbunden, wodurch ein Hochspannungsstrom an die Kathode 15 angelegt wird. Eine Lücke zwischen den Hochspannungsversorgungs-Stiften 48 und der Kathodenbasis 36 wird mittels eines O-Ringes (nicht gezeigt) abgedichtet.
Vor-Ionisations-Elektroden 38, von denen jede einen stangenförmigen Innenleiter 38A aus Kupfer oder dergleichen und einem Dielektrikum 38B zum Umgeben eines äußeren Umfanges des Innenleiters 38A aufweist, sind an beiden Seiten der Anode 14 angeordnet. Obere Bereiche einer Mehrzahl von plattenförmigen Reflektionsplatten 39 sind in vorgegebenen Abständen am unteren Bereich einer Innenwand der Laserkammer 12 in Längsrichtung mittels Bolzen (nicht gezeigt) in der Nähe der Kammeröffnung 35 befestigt. Eine Anodenbasis 40, welche ein elektrischer Leiter ist, ist an unteren Bereichen der Reflektionsplatten 39 befestigt und die Anode 14 ist an dem oberen Bereich der Anodenbasis 40 angebracht. Die Laserkammer 12 ist an die Erdungsseite GND der Hochspannungsversorgungsquelle 23 mittels eines Entladungsstromkreises (nicht gezeigt) angeschlossen und die Anode 14 liegt mittels der Reflektionsplatten 39 auf demselben elektrischen Potential wie die Laserkammer 12.
Wie in Fig. 2 gezeigt sind gestufte Bereiche 42, von denen jeder einen erhöhten Bereich 43 und einen vertieften Bereich 44 in einer Nutenform aufweist, integral so ausgeformt, dass sie die Kathode 15 an dem unteren Bereich der Kathodenbasis 36 umgeben. Dies dient dazu eine Kriechentladung zwischen der Kathode 15 und der Laserkammer 12 zu verhindern, um dadurch zu verhindern, dass die Primärentladung instabil wird. Ferner wird ein Freiraum zwischen der Kathode 15 und dem innersten erhöhten Abschnitt 43 des gestuften Bereichs 42 erzeugt, wodurch ein Nutenbereich 52 geschaffen wird, welcher den gesamten Umfang der Kathode 15 umgibt.
Fig. 3 zeigt eine detaillierte Schnittansicht des gestuften Bereichs 42. Wie in Fig. 3 gezeigt wird ein Dämpfungsmaterial 45, welches ein poröses metallisches Material oder ein poröses keramische Material aufweist, eingefügt, indem es so U-förmig ausgeformt wird, dass es mit der Form des vertieften Bereichs. 44 des gestuften Bereichs 42 übereinstimmt. Das gleiche Dämpfungsmaterial 45 wird auch in den Nutenbereich 52 zwischen der Kathode 15 und den gestuften Bereich 42 eingefügt indem es so U-förmig ausgeformt wird, dass es mit der Form der Kathode 15 und dem Nutenbereich 52 übereinstimmt. Die Höhe jedes Dämpfungsmaterials 45 soll vorzugsweise niedriger (z. B. etwa halb so hoch) als die Höhe des erhöhten Bereichs 43 sein, so dass der Isolationseffekt des gestuften Bereichs nicht reduziert wird.
Zum Beispiel wird für das obige poröse metallische Material zum Beispiel "CELMET", ein Markenname, hergestellt von der Sumitomo Electric Industries, Ltd., "METAL FOAM" hergestellt von Mitsubishi Materials Corporation oder ähnliches vorzugsweise verwendet. Indessen ist als ein Beispiel für das poröse keramische Material "CERAMIC FOAM", ein Markenname, hergestellt von der Kurosakiharima Co. Ltd., oder ähnliches bevorzugt. Als Qualität eines Materials sind diejenigen Materialien mit Al₂O₃ (Korund (Al₂O₃)), welches gegenüber einem Halogengas wie Fluor oder ähnlichen korrosionsbeständig ist, für die Hauptkomponente geeignet.
Diese Dämpfungsmaterialien 45 weisen eine Anzahl von Poren 49 in ihren Oberflächen auf und auch in ihrem Inneren sind Poren vorhanden. Es ist wünschenswert, dass die Poren 49 miteinander verbunden sind. Dadurch dringt, wenn die Stoßwelle 41, welche in dem Entladungsbereich 37 auftritt, auf das Dämpfungsmittel 45 trifft, der Großteil der Stoßwelle 41 durch die Poren 49, welche in der Oberfläche des Dämpfungsmittel 45 vorgesehen sind, in das Innere ein, Da die Poren 49 miteinander verbunden sind, wird die Stoßwelle 41 von einer Pore 49 zur nächsten Pore 49 innerhalb des Dämpfungsmaterials 45 übertragen und während dieses Prozesses schrittweise abgeschwächt. Als Folge ist die Stärke der Stoßwelle 41, welche zu dem Entladungsbereich 37 zurückkehrt, verringert und dadurch geht die Einheitlichkeit der Gasdichte innerhalb des Entladungsbereichs 37 nicht durch die Stoßwelle 41 verloren, wodurch das Strahlprofil, die Leistungsstabilität und die Wellenlängenstabilität des Laserlichts 21 nicht gestört wird.
Als das Experiment bezüglich der Abschwächung durchgeführt wurde, wurde die Störung des Strahlprofils, der Leistungsstabilität und der Wellenlängenstabilität im Falle einer Porosität von 90% oder mehr verhindert. Insbesondere ist es wünschenswert, dass die Porosität des Dämpfungsmaterials 45 nicht geringer als 90% ist, um die Stoßwelle 41 günstig abzuschwächen und um den Einfluss der Stoßwelle 41, welche zum Entladungsbereich 37 zurückkehrt, zu verringern. Es soll bemerkt werden, dass in dieser Beschreibung das Verhältnis vom Volumen in dem Dämpfungsmaterial 45 enthaltener Luft zum Volumen des Dämpfungsmaterials 45 Porosität genannt wird.
Wenn die Form des Dämpfungsmaterials 45 mittels Ausbildens einer U-förmigen Form mit der inneren Oberfläche des vertieften Bereichs 44 und des Nutenbereichs 52 übereinstimmt, kann die Abschwächung der Stoßwelle 41 vergrößert werden. Insbesondere wenn, wie in Fig. 4 gezeigt, das Dämpfungsmaterial 45 so verwendet wird, dass der gesamte vertiefte Bereich 44 und der Nutenbereich 52 gefüllt sind, kommt es regelmäßig vor, dass die Stoßwelle 41 an deren Oberflächen reflektiert wird und direkt zu dem Entladungsbereich 37 zurückkehrt. Andererseits tritt, wie in Fig. 3 gezeigt, die Stoßwelle, wenn das Dämpfungsmaterial 45 U-förmig ausgebildet wird, einmal in den vertieften Bereich 44 und den Nutenbereich 52 ein. Als Ergebnis tritt die Stoßwelle 41 nicht sofort wieder aus den vertieften Bereich 44 und dem Nutenbereich 52 heraus, auch wenn sie an der Oberfläche des Dämpfungsmaterials 45 reflektiert wird, sondern trifft wiederum auf das Dämpfungsmaterial 45. Dabei kommt es zu einer effizienten Abschwächung und es kommt kaum vor, dass die reflektierte Stoßwelle 41 zu dem Entladungsbereich 37 zurückkehrt.
In dieser Situation ist als Dämpfungsmaterial 45 ein keramisches Dämpfungsmaterial bevorzugter als ein metallisches Dämpfungsmaterial. Dies kommt daher, dass das metallische Dämpfungsmaterial auf einem Potential nahe des Potentials der Kathode 15 liegt und das der Abstand zu der Laserkammer 12 gering wird, wodurch leicht eine Kriechentladung verursacht wird.
In den Fig. 2 und 3 ist das Dämpfungsmaterial 45 in alle vertieften Bereiche 44 und in die Nutenbereiche 52 eingebracht, aber am meisten wird die einfallende Welle von dem Nutenbereich 52, welcher sich in größter Nähe zu der Anode 14 befindet, reflektiert. Entsprechend ist es wünschenswert, dass das Dämpfungsmaterial 45 fehlerfrei zumindest in den Nutenbereich 52 eingebracht wird.
Andere Konstruktionsbeispiele der Excimerlaser-Vorrichtung 11 gemäß der ersten Ausführungsform werden im Folgenden erläutert.
Als ein erstes Konstruktionsbeispiel werden gemäß Fig. 5 die gestuften Bereiche 42 an der Kathodenbasis 36 um die Peripherie der Kathode 15 herum ausgebildet. Das Dämpfungsmaterial 45 ist in dem Nutenbereich 52 und dem vertieften Bereich 44 vorgesehen, so dass das Dämpfungsmaterial 45 eine schräg angeordnete Oberfläche aufweist, welche an der Seite der Kathode 15 höher angeordnet ist. Dadurch tritt die Stoßwelle 41, welche auf das Dämpfungsmaterial 45 trifft, in das Innere desselben ein und wird abgeschwächt oder wird an seiner Oberfläche in eine Richtung weg vom Entladungsbereich 37 reflektiert. Entsprechend kommt es kaum vor, dass die Stoßwelle 41 einen Einfluss auf die Dichte des Lasergases im Entladungsbereich 37 hat.
Wie in Fig. 5 gezeigt kann das Dämpfungsmaterial 45 so vorgesehen werden, dass Freiräume zwischen dem Dämpfungsmaterial 45 und den unteren Bereichen des Nutenbereichs 52 und des vertieften Bereichs 44 vorgesehen sind oder es kann so vorgesehen sein, dass die Freiräume der unteren Bereiche des Nutenbereichs 52 und der vertieften Bereiche 44 ausgefüllt sind. In diesem Fall ist es ebenfalls wünschenswert, dass die Höhe des Dämpfungsmaterials 45 niedriger ist als die Höhe des erhöhten Bereichs 43 wie er in Fig. 3 gezeigt ist.
Für ein anderes Konstruktionsbeispiel, gemäß Fig. 6, ist das Dämpfungsmaterial 45 in den Nutenbereich 52 und in die vertieften Bereiche 44 an der äußeren Peripherie der Kathode 15 eingebracht. Ein Dämpfungsmaterial 53 ist an der äußeren Peripherie der Anode 14 so vorgesehen, dass es eine Schräge aufweist, welche zu der Anode 14 hin höher ist. Ein Freiraum ist zwischen der Anode 14 und dem Dämpfungsmaterial 53 vorgesehen, welcher den Nutenbereich 52 bildet. Das U-förmige Dämpfungsmaterial 45 wird genauso wie in Fig. 2 in den Nutenbereich 52 eingebracht.
Dementsprechend, trifft die Stoßwelle 41 in der äußeren Peripherie der Anode 14 auf das Dämpfungsmaterial 53, welches die Schräge aufweist, wird an dessen Oberfläche reflektiert und entfernt sich von dem Entladungsbereich 37. Die Stoßwelle 41, welche in das Innere des Dämpfungsmaterials 53 eintritt, wird abgeschwächt. Dadurch hat die Stoßwelle 41 kaum einen Einfluss auf die Dichte des Lasergases im Entladungsbereich 37. Ferner wird die Stoßwelle 41, welche auf den Nutenbereich 52 zwischen der Anode 14 und dem Dämpfungsmaterial 53 trifft, wie in Fig. 2 mittels des U-förmigen Dämpfungsmaterials 45 abgeschwächt.
Das Dämpfungsmaterial 45 und das Dämpfungsmaterial 53 können integral ausgebildet werden. Ferner kann, wenn der gestufte Bereich, welcher die vertieften und erhöhten Bereiche aufweist, an der Oberfläche des Dämpfungsmaterials 53 vorgesehen ist, die Stoßwelle effektiver abgeschwächt werden, Andererseits können die Anode 14 und das Dämpfungsmaterial 53 im direkten Kontakt miteinander sein ohne den Nutenbereich 52 zu schaffen.
Als anderes Konstruktionsbeispiel werden, gemäß Fig. 7, Mittelbasen 50 und 50 aus Metall zwischen die Anode 14 und die Anodenbasis 40 beziehungsweise zwischen die Kathode 15 und die Kathodenbasis 36 eingefügt. Die Mittelbasen 50 und 50 sind breiter als die Anode 14 und die Kathode 15. Mittels Einfügens des Dämpfungsmaterials 45, um die Zwischenbasen 50 zu bedecken, kann das Dämpfungsmaterial 45 näher an dem Entladungsbereich 37 platziert werden, und die Stoßwelle 41 kann sicher abgeschwächt werden.
Im Folgenden wird eine andere Ausführungsform erläutert.
Fig. 8 zeigt eine Unteransicht der Kathode 15 und des gestuften Bereichs 42, gesehen von dem Entladungsbereich 37 in einer nach oben gerichteten Richtung. In Fig. 8 ist ein Rechteck, welches von dem Nutenbereich 52 und dem vertieften Bereich 44 gebildet wird, schräg im Bezug auf die Kathode 15 angeordnet und der Nutenbereich 52 und der vertiefte Bereich 44 sind nicht parallel zur Kathode 15.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen eine Schnittansicht entlang der Punkte A1-A2, B1-B2 bzw. C1-C2 in Fig. 3. Wie in den Fig. 9 bis 11 gezeigt, variiert der Abstand gemäß dieser Ausführungsform zwischen dem Nutenbereich 52 bzw. den vertieften Bereich 44 und der Kathode 15 entlang der Längsrichtung. Zum Beispiel sind am Punkt A1 der Nutenbereich 52 bzw. der vertiefte Bereich 44 nah an der Kathode 15, während sie am Punkt C1 weit entfernt sind.
Als Ergebnis unterscheidet sich die Zeitdauer zwischen der Zeit, an welcher die Stoßwelle 41, welche durch einen Entladungspuls erzeugt wird, an den Nutenbereich 52 und den vertieften Bereich 44 reflektiert wird, und der Zeit, an welcher sie zum Entladungsbereich 37 zurückkehrt, entsprechend der Positionen. Insbesondere zu Anlass des nächsten Entladungspulses, wenn die z. B. an Punkt B1 in Fig. 8 reflektierte Stoßwelle 41 zum Entladungsbereich 37 zurückkehrt, passiert die Stoßwelle 41 im Punkt A1, welcher näher zum Entladungsbereich 37 ist, den Entladungsbereich 37 und die Stoßwelle 41 im Punkt C1 erreicht nicht den Entladungsbereich 37.
Ein Strahlprofil eines Laserlichts 21 wird erhalten, indem in Längsrichtung die Verstärkungsverteilung für jede Position auf einer Strahl-Schnittebene akkumuliert werden. Insbesondere übt die Stoßwelle 41 in einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik ihren Einfluss an der gleichen Position der Strahl- Schnittebene aus und dadurch akkumuliert sich die Störung des Strahlprofils, der Leistungsstabilität und der Wellenlängenstabilität. Dagegen tritt gemäß der zweiten Ausführungsform der Einfluss der Stoßwelle 41 an verschiedenen Punkten in der Strahl-Schnittebene auf und dadurch löschen sich die Einflüsse durch Akkumulation entlang der Längsrichtung gegenseitig aus. Dadurch wird der Einfluss der Stoßwelle 41 reduziert und das Strahlprofil, die Leistungsstabilität und die Wellenlängenstabilität werden kaum gestört.
Die Fig. 12 bis 15 zeigen vier weitere Beispiele des gestuften Bereichs 42 und der Kathode 15 gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie jede der Figuren zeigt wird die Breite des Nutenbereichs 52 in Bezug auf die Längsrichtung variabel gestaltet, wobei der Abstand zwischen dem gestuften Bereich 42 und der Kathode 15 im Bezug auf die Längsrichtung variabel gestaltet wird und der Einfluss der Stoßwelle 41 reduziert werden kann. Hierbei kann die Breite des vertieften Bereichs 44 in gleicher Weise variieren. Ferner wird in der zweiten Ausführungsform, wenn das Dämpfungsmaterial 45, wie in der ersten Ausführungsform, in den Nutenbereich 52 und in den vertieften Bereich 44 eingebracht wird, die Stoßwelle 41 mittels des Dämpfungsmaterial 45 abgeschwächt und der auf den Entladungsbereich 37 ausgeübte Einfluss wird weiter reduziert.
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform erläutert.
Fig. 16 zeigt eine detaillierte Schnittansicht eines Bereiches in der Nähe des Entladungsbereichs 37 der Excimerlaser-Vorrichtung 11 gemäß der dritten Ausführungsform. In Fig. 16 weist der gestufte Bereich 42 in dem Außenbereich der Kathode 15 auf der stromaufwärts gelegenen Seite bzw. der stromabwärts gelegenen Seite eine verschiedene Anzahl von vertieften Bereichen 44 auf. Insbesondere auf der stromaufwärts gelegenen Seite gibt es zwischen der Kathode 15 und der Laserkammer 12 einen Nutenbereich 52 und einen vertieften Bereich 44 und auf der stromabwärts gelegenen Seite gibt es den Nutenbereich 52 und zwei vertiefte Bereiche 44. Ferner sind dieser Nutenbereich 52 und die vertieften Bereiche 44 so ausgebildet, dass ihr Abstand von der Kathode 15 auf der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite unterschiedlich sind.
Die Stoßwellen 41, welche in dem Entladungsbereich 37 auftreten, treten zu der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite der Kathode 15 aus, werden an dem Nutenbereich 52 und den vertieften Bereich 44 auf jeder Seite reflektiert und werden zu den Entladungsbereich 37 zurückgeworfen. Dabei unterscheiden sich, da die Abstände zu dem Nutenbereich 52 und dem vertieften Bereich 44 auf der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite unterschiedlich sind, die Zeitdauern voneinander, in welcher die Stoßwelle 41 von dem Nutenbereich 52 und dem vertieften Bereich 44 auf der stromaufwärts gelegenen Seite zum Entladungsbereich 37 zurückkehrt und in welcher die Stoßwelle 41 von dem Nutenbereich 52 und dem vertieften Bereich 44 auf der stromabwärts gelegenen Seite zum Entladungsbereich 37 zurückkehrt.
Insbesondere kommt es anlässlich der nächsten Pulsentladung niemals vor, dass die Stoßwelle 41, welche von der stromaufwärts gelegenen Seite zurückkehrt, und die Stoßwelle 41, welche von der stromabwärts gelegenen Seite zurückkehrt, miteinander zusammentreffen und sich gegenseitig verstärken und dadurch wird der Einfluss, welchen die Stoßwelle 41 auf das Strahlprofil, die Leistungsstabilität und die Wellenlängenstabilität ausübt, verringert. Mittels der Anpassung des Dämpfungsmaterials 45 an den Nutenbereich 52 und den vertieften Bereich 44, wie es anhand der ersten Ausführungsform erläutert wurde, kann der Einfluss der Stoßwelle 41 weiter reduziert werden.
Ferner sind, wie in Fig. 16 gezeigt, die asymmetrischen Dämpfungsmaterialien 45 in der äußeren Peripherie der Anode so vorgesehen, dass sie Schrägen aufweisen, welche auf der Seite der Anode 14 höher sind. Dies führt dazu, dass das Lasergas gleichmäßig durch den Entladungsbereich 37 fließt. Die Stoßwellen 41 werden auf der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite unter verschiedenen Winkeln an der Oberfläche des Dämpfungsmaterials 45 reflektiert und dadurch kommt es nie vor, dass sie den Entladungsbereich 37 zur gleichen Zeit erreichen und sich dabei gegenseitig verstärken. Demgemäß wird der Einfluss der Stoßwellen 41 auf das Strahlprofil, die Leistungsstabilität und die Wellenlängenstabilität reduziert.
Ferner ist es, wie in Fig. 16 gezeigt, vorteilhafter, dass die Abstände zwischen den beiden Vorionisations-Elektroden 38 und 38 und der Anode 14 auf der stromaufwärts gelegenen Seite bzw. der stromabwärts gelegenen Seite variiert werden. Dadurch verstärken sich die Stoßwellen 41, welche auf die Vorionisations-Elektroden 38 treffen und dort reflektiert werden, nicht gegenseitig auf der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite, dadurch wird der Einfluss der Stoßwellen 41 reduziert.
Was die Erfindung betrifft wurde die Erläuterung für eine Excimerlaser-Vorrichtung 11 als Beispiel gegeben, aber die gleichen Erläuterungen gelten für eine Fluor-Moleküllaser- Vorrichtung. Ferner wurde die Erläuterung für den Fall gegeben, dass die Kathode 15 oberhalb des Entladungsbereichs 37 und die Anode 14 unterhalb des Entladungsbereiches 37 angeordnet ist, aber dies ist nicht einschränkend. Insbesondere kann die Anode 14 oberhalb des Entladungsbereiches, sodass sie auf dem gleichen elektrischen Potential wie die Laserkammer 12 liegt, und die Kathode 15 kann unterhalb des Entladungsbereichs 37 angeordnet werden. In diesem Fall wird ein gestufter Bereich zum Verhindern von Kriechströmen in der äußeren Peripherie der Kathode 15 an der Kathodenbasis 36, welche Kathodenbasis isolierende Eigenschaften aufweist und an welcher die Kathode befestigt ist, benötigt. Demgemäß werden mittels des Einbringens von Dämpfungsmaterial in zumindest den Nutenbereich, welcher in der äußeren Peripherie der Kathode 15 ausgebildet ist, die Stoßwellen 41 abgeschwächt. Das Gleiche kann auf den vertieften Bereich des gestuften Bereiches und der äußeren Peripherie der Anode 14 angewandt werden.

Claims

1. Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung zum Anregen eines Lasergases mittels Auslösens einer pulsförmigen Primärentladung zwischen einem sich gegenüberliegenden Paar von Entladungselektroden (14, 15) und zum Anregen von oszillierendem Laserlicht,
wobei ein gestufter Bereich (42) mit isolierenden Eigenschaften zum Verhindern von Kriechentladung an der Kathodenbasis (36) mit isolierenden Eigenschaften vorgesehen ist, an welcher Kathodenbasis (36) die hochspannungsseitige Entladungselektrode (15) des Paares von Entladungselektroden (14, 15) befestigt ist, und
wobei ein Dämpfungsmaterial (45) zum Abschwächen einer Stoßwelle (41), welche durch die Primärentladung verursacht wird, in das Innere eines Nutenbereichs (52) zwischen einem erhöhten Bereich (43) des gestuften Bereichs (42) und der hochspannungsseitigen Entladungselektrode (15) eingebracht ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Dämpfungsmaterial (45) in einen vertieften Bereich (44) des gestuften Bereichs (42) eingebracht ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Dämpfungsmaterial (45) in direktem Kontakt mit einer Seitenfläche des erhöhten Bereichs (43) und einer Seitenfläche der hochspannungsseitigen Entladungselektrode (15) ist und U-förmig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Dämpfungsmaterial (45) im direkten Kontakt mit der erdungsseitigen Entladungselektrode (14) eines Paares von Entladungselektroden (14, 15) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Dämpfungsmaterial (45) ein poröses Material mit einer Porosität von nicht weniger als 90% ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Dämpfungsmaterial (45) ein poröses Material mit einer Porosität von nicht weniger als 90% ist.

7. Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung zum Anregen eines Lasergases mittels Auslösens einer pulsförmigen Primärentladung zwischen einem sich gegenüberliegenden Paar von Entladungselektroden (14, 15) und zum Anregen von oszillierendem Laserlicht,
wobei ein gestufter Bereich (42) mit isolierenden Eigenschaften zum Verhindern von Kriechentladung an der Kathodenbasis (36) mit isolierenden Eigenschaften vorgesehen ist, an welcher Kathodenbasis (36) die hochspannungsseitige Entladungselektrode (15) des Paares von Entladungselektroden (14, 15) befestigt ist, und
wobei ein Dämpfungsmaterial (45) zum Abschwächen einer Stoßwelle (41), welche durch die Primärentladung verursacht wird, in das Innere eines Nutenbereichs (52) zwischen einem erhöhten Bereich (43) des gestuften Bereichs (42) und der hochspannungsseitigen Entladungselektrode (15) eingebracht wird,
wobei ein Dämpfungsmaterial (45) zum Abschwächen einer Stoßwelle (41), welche durch die Primärentladung verursacht wird, in das Innere eines Nutenbereichs (52) zwischen einem erhöhten Bereich (43) des gestuften Bereichs (42) und der hochspannungsseitigen Entladungselektrode (15) eingebracht wird, und
wobei ein Dämpfungsmaterial (53), welches eine Schräge aufweist, welche zu der erdungsseitigen Entladungselektrode (14) erhöht ist, in einer äußeren Peripherie der erdungsseitigen Entladungselektrode (14) des Paares von Entladungselektroden (14, 15) vorgesehen ist.

8. Oszillations-Gaslaser-Vorrichtung zum Anregen eines Lasergases mittels Auslösens einer pulsförmigen Primärentladung zwischen einem sich gegenüberliegenden Paar von Entladungselektroden (14, 15) und zum Anregen von oszillierendem Laserlicht,
wobei ein gestufter Bereich (42) mit isolierenden Eigenschaften zum Verhindern von Kriechentladung an der Kathodenbasis (36) mit isolierenden Eigenschaften vorgesehen ist, an welcher Kathodenbasis (36) die hochspannungsseitige Entladungselektrode (15) des Paares von Entladungselektroden (14, 15) befestigt ist, und
wobei der gestufter Bereich (42) asymmetrisch in Bezug auf die Längsrichtung der hochspannungsseitigen Entladungselektrode (15) entlang der hochspannungsseitige Entladungselektrode ausgebildet ist.