DE10306066B4

DE10306066B4 - Elektrode für einen Gaslaser

Info

Publication number: DE10306066B4
Application number: DE10306066A
Authority: DE
Inventors: Aleksandar Djordjevic; Thomas Dickenhorst; Ansgar Matern; Claus Strowitzki
Original assignee: TuiLaser AG
Current assignee: TuiLaser AG
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: DE10306066A1

Abstract

Elektrode (10) für einen Gaslaser mit einer in Richtung einer Entladezone (12) strukturiert ausgebildeten Elektrodenoberfläche (14), die in Richtung der Entladung zumindest teilweise aus den Enden (24) mehrerer aneinander zu mindestens einem Paket (16) angeordneter Drähte und/oder Stäbe (18, 22) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte und/oder Stäbe (18, 22) einen regelmäßigen vieleckigen und/oder unregelmäßigen vieleckigen Querschnitt aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode für einen Gaslaser mit einer in Richtung einer Entladezone strukturiert ausgebildeten Elektrodenoberfläche, die in Richtung der Entladung zumindest teilweise aus den Enden mehrerer aneinander zu mindestens einem Paket angeordneter Drähte und/oder Stäbe besteht.

Derartige Elektroden für Gaslaser sind zum Beispiel aus der WO 0197346 A1 bekannt. So wird bei bestimmten Typen von Gaslasern die Entladung länger und homogener, wenn man die Elektrodenoberfläche aufrauht. Dies geschieht bisher in bekannter Art und Weise durch Sandstrahlen oder Schmirgeln. Nachteiligerweise kann aber die so geschaffene Oberfläche nicht sehr lange der elektrischen Entladung standhalten, da die Spitzen an der strukturierten Elektrodenoberfläche abgetragen werden, so dass darunter eine glatte Oberfläche entsteht. Dadurch entstehen nachteiligerweise Entladungsinstabilitäten, die eine Vielzahl von Problemen mit sich bringen. Zudem ist die Struktur einer sandgestrahlten Elektrodenoberfläche nur sehr schwer definierbar, reproduzierbar und kontrollierbar. Schließlich sind bei sandgestrahlten Elektrodenoberflächen auf der Oberfläche Reste von Sand zu finden, die sogenannten "Einschüsse". Dadurch entstehen wiederum Entladungsinstabilitäten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Elektrode für einen Gaslaser bereitzustellen, die eine Minimierung der Entladungsinstabilitäten gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Elektrode für Gaslaser mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei einer erfindungsgemäßen Elektrode für einen Gaslaser weist die Elektrode eine in Richtung einer Entladezone strukturiert ausgebildete Elektrodenoberfläche auf, wobei die Struktur der Elektrodenoberfläche in Richtung der Entladung zumindest teilweise aus den Enden mehrerer aneinander zu mindestens einem Paket angeordneter Drähte und/oder Stäbe mit regelmäßigem vieleckigen und/oder unregelmäßigem vieleckigen Querschnitt besteht. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine derartige Ausgestaltung die auftretenden Entladungsinstabilitäten auch im Vergleich zu Elektroden die Drahtpakete aus runden Drähten aufweisen, wie sie in der WO 0197346 A1 beschrieben sind, deutlich minimiert. Zudem hat sich herausgestellt, dass auch bei einer längeren Nutzung der Elektrode die Struktur der Elektrodenoberfläche erhalten bleibt. Zu keinem Zeitpunkt der Nutzungsdauer der Elektrode entsteht eine völlig glatte Elektrodenoberfläche, so dass Entladungsinstabilitäten vermieden bzw. minimiert werden. Durch die Homogenität der resultierenden Gasentladung ergibt sich vorteilhafterweise ein Laserstrahlprofil ausreichender Langzeitstabilität. Die Drähte oder Stäbe weisen insbesondere einen dreieckigen und/oder viereckigen und/oder fünfeckigen und/oder sechseckigen und/der achteckigen Querschnitt auf und sind in die Elektrode eingepresst, eingeklemmt, eingeklebt oder eingelötet. Zudem ist es möglich, dass mindestens ein Draht zur Stromrückführung ausgebildet ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode bestehen die Drähte und/oder Stäbe aus unterschiedlichen Materialien. Somit kann durch die Materialauswahl das Abbrandverhalten der Elektrode vorbestimmt und gesteuert werden. Dabei kann zumindest ein Teil der Drähte und/oder Stäbe aus einem Kern aus einem ersten Material und einer Umhüllung aus einem zweiten, vom ersten Material unterschiedlichen Material bestehen. Es ist auch möglich, dass zumindest ein Teil der Drähte und/oder Stäbe in ihrer Längsausdehnung eine Abfolge von mindestens zwei unterschiedlichen Materialen aufweisen. Die Materialien sind dabei insbesondere Kupfer und/oder unterschiedliche Messinglegierungen. Es sind aber auch andere Metalle und Metall-Legierungen denkbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode liegen die Drähte und/oder Stäbe lückenlos aneinander. Damit ist eine größtmögliche Elektrodenoberfläche gewährleistet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode sind zwischen den Drähten und/oder Stäben Lücken oder Vertiefungen ausgebildet. Dabei können die Lücken oder Vertiefungen durch ein Weglassen einzelner Drähte oder Stäbe oder durch Drähte und/oder Stäbe mit unterschiedlich geformten und/oder dimensionierten Querschnitten ausgebildet werden. Es ist aber auch möglich, dass die Vertiefung durch die vertikale Versetzung einzelner Drähte und/oder Stäbe ausgebildet wird. Die Verwendung von Drähten zur Ausbildung der Struktur der Elektrodenoberfläche stellt vorteilhafterweise eine genau definierbare und reproduzierbare sowie kontrollierbare Elektrodenoberfläche bereit. Durch die über einen großen Teilbereich oder die gesamte Drahtlänge ausgebildeten Vertiefungen ist gewährleistet, dass die Elektroden ihre Anfangsstrukturierung über die gesamte Elektrodenlebensdauer behalten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Struktur der Elektrodenoberfläche zumindest teilweise durch einen mechanischen oder chemischen Abtrag von einzelnen Bereichen der Elektrodenoberfläche ausgebildet. Der Abtrag kann dabei mittels Fräsen, Lasergravieren, Rändeln oder Drahterodieren erfolgen. Dabei erfolgt der Abtrag vorteilhafterweise derart, dass zwischen den Lücken oder Vertiefungen ein seitlicher Abstand zwischen 0,05 mm und 0,5 mm besteht, wobei die Wände der Vertiefungen steil ausgebildet sind. Auch hierdurch ist gewährleistet, dass die Elektrodenoberfläche ihre Anfangsstrukturierung über die gesamte Elektrodenlebensdauer beibehält, so dass Entladungsinstabilitäten nicht auftreten bzw. minimiert werden.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Elektrode des Gaslasers eignet sich für alle Gasentladungslaser. Dabei kann es sich insbesondere um Excimer-Laser handeln, bei denen das aktive Lasergas z.B. XeCl, KrF, ArF oder F₂ ist.

Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den folgenden, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode gemäß einer ersten Ausführungsform;

2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode gemäß einer zweiten Ausführungsform;

3a – 3e eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektrode gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform mit unterschiedlich geformten und angeordneten Drähten oder Stäben; und

4a – 4b eine schematische Darstellung jeweils eines Drahtes einer erfindungsgemäßen Elektrode gemäß einer dritten und vierten Ausführungsform.

Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Elektrode 10 für einen Gaslaser mit einer in Richtung einer Entladezone 12 ausgebildeten Struktur, wobei die Struktur einer Elektrodenoberfläche 14 in Richtung der Entladung zumindest teilweise aus den Enden 24 mehrerer aneinander zu einem Paket 16 angeordneter Drähte und/oder Stäbe 18 mit regelmäßigem vieleckigen Querschnitt besteht. Man erkennt, dass die Struktur der Elektrodenoberfläche 14 zudem eine Vielzahl von Vertiefungen 20 aufweist, die über die gesamte Länge der Vielzahl von aneinander angeordneten im Querschnitt achteckigen Drähten 18 (vergleiche auch 3a) verlaufen. Die Mindesttiefe der einzelnen Vertiefungen 20 beträgt dabei 0,05 mm. Dadurch ist gewährleistet, dass die Vertiefung 20 über einen üblichen Abbrand der Elektrode 10, das heißt deren gesamten Lebensdauer hinaus, erhalten bleibt.
Des weiteren erkennt man, dass die Drähte 18 innerhalb eines Drahtpaketes 16 angeordnet sind. Die Drähte 18 weisen dabei einen Abstand zwischen 0,05 mm und 0,5 mm auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Drähte achteckig ausgebildet. Grundsätzlich können Drähte oder Stäbe mit regelmäßigem vieleckigen und/oder unregelmäßigem vieleckigen Querschnitt eingesetzt werden. Das Drahtpaket 16 ist üblicherweise in die Elektrode 10 eingepresst, eingeklemmt, eingeklebt oder eingelötet.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Elektrode 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Man erkennt, dass das Drahtpaket 16 über die gesamte Länge der Elektrode 10 verläuft. Dadurch ist es möglich, dass mindestens ein Draht 18 innerhalb des Drahtpakets 16 zur Stromrückführung dienen kann.
Die 3a bis 3e zeigen schematische Darstellungen der Elektrode 10 gemäß der in den 1 und 2 dargestellten ersten und zweiten Ausführungsform mit unterschiedlich geformten und angeordneten Drähten oder Stäben 18, 22. Man erkennt, dass die Drähte 18, 22 in Reihe, versetzt oder zufällig zueinander angeordnet sein können. Des weiteren ist es möglich, das die Drähte und/oder Stäbe 18, 22 lückenlos aneinanderliegen (vergleiche 3b und 3c). Bei mit Lücken oder Vertiefungen 20 versehenen Paketen 16 ergeben sich entsprechend der Form und/oder Anordnung bzw. Packung der Einzeldrähte 18,22 unterschiedliche Querschnitte der jeweils zwischenliegenden Lücken oder Vertiefungen 20 (vergleiche 3a, 3d und 3e). Die Lücken oder Vertiefungen 20 können auch durch Drähte und/oder Stäbe 18, 22 mit unterschiedlich dimensionierten Querschnitten ausgebildet werden. Zudem ist es möglich, dass die Struktur der Elektrodenoberfläche 14 mindestens eine Lücke oder Vertiefung 20 aufweist, die durch die vertikale Versetzung einzelner Drähte und/oder Stäbe 18, 22 ausgebildet wird (nicht dargestellt).
Weiterhin erkennt man, dass die Elektrode 10 aus Drähten und/oder Stäben 18, 22 aus unterschiedlichen Materialien 26, 28 bestehen kann (vergleiche 3c und 3e). Die Materialien sind dabei insbesondere Kupfer und/oder unterschiedliche Messinglegierungen wie zum Beispiel Ms-40 oder Ms-60. Es sind aber auch andere Metalle und Metall-Legierungen denkbar.
Die 4a und 4b zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Drahtes 18 der Elektrode 10 gemäß einer dritten und vierten Ausführungsform. Man erkennt, dass der Draht 18 aus einem Kern 30 aus dem ersten Material 26 und einer Umhüllung 32 aus dem zweiten, vom ersten Material 26 unterschiedlichen Material 28 besteht. 4b zeigt einen Draht 18, bei dem in seiner Längsausdehnung eine Abfolge von mindestens zwei unterschiedlichen Materialen 26, 28 ausgebildet ist.
In weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen weist die Elektrode 10 eine Elektrodenoberfläche 14 auf, deren Struktur zumindest teilweise durch einen mechanischen oder chemischen Abtrag von einzelnen Bereichen der Elektrodenoberfläche 14 ausgebildet wird. Der Abtrag der Elektrodenoberfläche 14 kann dabei mittels Fräsen, Lasergravieren, Rändeln oder Drahterodieren erfolgen. Der Abtrag erfolgt dabei derart, dass zwischen den Lücken oder Vertiefungen 20 ein seitlicher Abstand zwischen 0,05 mm und 0,5 mm besteht, wobei die Wände der Lücken oder Vertiefungen 20 steil ausgebildet sind.

Claims

Elektrode (10) für einen Gaslaser mit einer in Richtung einer Entladezone (12) strukturiert ausgebildeten Elektrodenoberfläche (14), die in Richtung der Entladung zumindest teilweise aus den Enden (24) mehrerer aneinander zu mindestens einem Paket (16) angeordneter Drähte und/oder Stäbe (18, 22) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte und/oder Stäbe (18, 22) einen regelmäßigen vieleckigen und/oder unregelmäßigen vieleckigen Querschnitt aufweisen.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte oder Stäbe (18, 22) einen dreieckigen und/oder viereckigen und/oder fünfeckigen und/oder sechseckigen und/oder achteckigen Querschnitt aufweisen.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte und/oder Stäbe (18, 22) in die Elektrode (10) eingepresst, eingeklemmt, eingeklebt oder eingelötet sind.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Draht oder Stab (18, 22) zur Stromrückführung ausgebildet ist.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte und/oder Stäbe (18, 22) aus unterschiedlichen Materialien (26, 28) bestehen.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Drähte und/oder Stäbe (18, 22) aus einem Kern (30) aus einem ersten Material (26) und einer Umhüllung (32) aus einem zweiten, vom ersten Material (26) unterschiedlichen Material (28) bestehen.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Drähte und/oder Stäbe (18, 22) in ihrer Längsausdehnung eine Abfolge von mindestens zwei unterschiedlichen Materialen (26, 28) aufweisen.
Elektrode nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien Kupfer und/oder unterschiedliche Messinglegierungen sind.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte und/oder Stäbe (18, 22) lückenlos aneinanderliegen.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Drähten und/oder Stäben (18, 22) Lücken oder Vertiefungen (20) ausgebildet sind.
Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken oder Vertiefungen (20) durch Drähte und/oder Stäbe (18, 22) mit unterschiedlich geformten und/oder dimensionierten Querschnitten ausgebildet sind.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur der Elektrodenoberfläche (14) mindestens eine Vertiefung (20) aufweist, die durch die vertikale Versetzung einzelner Drähte und/oder Stäbe (18, 22) ausgebildet wird.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur der Elektrodenoberfläche (14) zumindest teilweise durch einen mechanischen oder chemischen Abtrag von einzelnen Bereichen der Elektrodenoberfläche (14) ausgebildet wird.
Elektrode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtrag der Elektrodenoberfläche (14) mittels Fräsen, Lasergravieren, Rändeln oder Drahterodieren erfolgt.
Elektrode nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtrag derart erfolgt, daß zwischen den Lücken oder Vertiefungen (20) ein seitlicher Abstand zwischen 0,05 mm und 0,5 mm besteht, wobei die Wände der Lücken oder Vertiefungen (20) steil ausgebildet sind.
Verwendung ein Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaslaser ein Excimer-Laser ist.