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Die
vorliegende Erfindung betrifft Gasentladungslaser und insbesondere
Excimerlaser und insbesondere eine Elektrodenanordnung für solche Gasentladungslaser.
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Excimerlaser
sehen eine Laserstrahlung mit hoher Intensität im Ultraviolettspektralbereich
vor. Dies macht sie zu wichtigen Werkzeugen insbesondere für medizinische
und chirurgische Anwendungen sowie für andere industrielle Anwendungen.
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Excimerlaser
sind Gasentladungslaser, die ein seltenes Gas wie z.B. Argon und
ein Halogenidgas wie z.B. Fluor (beispielsweise ArF-Excimerlaser) oder
ein Gas, das ein Halogenid (beispielsweise F2) enthält, als
Lasergas verwenden.
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Im
allgemeinen wird in einem Excimerlaser ein Gasgemisch, das die aktive
Komponente und andere Gase enthält,
stetig zu einem Entladungsspalt zwischen einem Paar von langgestreckten
Elektroden innerhalb der Laserröhre
mittels eines Gebläses oder
dergleichen geliefert. Eine zwischen den zwei Elektroden angelegte
Hochspannung verursacht eine Gasentladung in dem Entladungsspalt,
durch die von der aktiven Komponente des Gases kurzlebige Moleküle mit angeregtem
Zustand erzeugt werden, deren Dissoziation Ultraviolettstrahlung
erzeugt, die die Laserstrahlung bildet. Um die Homogenität der Gasentladung
zu erhöhen,
wird in derzeitigen Excimerlasern eine Vorionisation des Lasergases
durch Vorionisationseinrichtungen verwendet. Da das verwendete Lasergas
sich regenerieren muß,
bevor es wiederverwendet werden kann, werden Excimerlaser im allgemeinen
in einer gepulsten Betriebart betrieben, in der das Lasergas im
Entladungsspalt stetig gegen frisches oder regeneriertes Lasergas,
das vom Gebläse
geliefert wird, ausgetauscht wird.
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Die
Entladungselektroden eines Excimerlasers befinden sich gewöhnlich innerhalb
der Laseröhre.
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Das
Gehäuse
eines Excimerlasers besteht im allgemeinen aus einer Metallröhre mit Öffnungen in
einer zylindrischen Wand auf deren Oberseite. Die offene Oberseite
ist mit einer Isolationsplatte bedeckt. Die Metallröhre und
eine der Entladungselektroden sind geerdet. Eine Hochspannung wird
an die zweite Entladungselektrode über einen HV-Kanal angelegt,
der sich durch die Isolationsplatte erstreckt.
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Aus
US 5 048 041 ist es bekannt,
eine Elektrodenanordnung für
einen Gaslaser zu haben, die über
einen Hauptisolator verfügt,
der sich seitlich zwischen dem Gehäuse des Lasers und der Elektrode
in der Nähe
des Gehäuses
erstreckt, um sicherzustellen, daß die Entladung zwischen den
zwei Elektroden in dem Bereich des Entladungsspalts stattfindet
und keine unerwünschten
Entladungen zum Gehäuse des
Lasers gerichtet werden. Dieser Hauptisolator besteht aus einem
Keramikmaterial wie z.B. Aluminiumoxid.
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Ferner
ist aus
US 5 875 207 bekannt,
eine Vorionisation in der Nähe
des Entladungsspalts zu haben, um eine bessere Entladung zwischen
den Elektroden zu erzielen. Das Dokument
US 5 875 207 schlägt auch eine elektronische
Isolation zwischen der Elektrode und dem Gehäuse vor, wobei die elektronische
Isolation vorzugsweise aus einem Keramikmaterial besteht.
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Ein
Hauptproblem von Excimerlasern, das noch nicht zufriedenstellend
gelöst
ist, ist die Verunreinigung des Lasergases aufgrund der Korrosionswirkung
der aktiven Komponenten des Lasergases auf viele Isolationsmaterialien,
die umfangreich als Isolatoren verwendet werden, insbesondere auf
Materialien, die Kohlenstoffmolekülstrukturen enthalten, wie
z.B. viele Kunststoffmaterialien, beispielsweise TEFLON®. Aufgrund
dieser Verunreinigung wird die Lebensdauer des Lasergases verringert,
was einen häufigen
Austausch des Lasergases notwendig macht. Um dieses Problem zu beseitigen,
verwendet das US-Patent Nr. 4 891 818 Aluminiumoxid (Al2O3) mit hoher Reinheit als Isolator, auf das
die Korrosionswirkung der aktiven Komponenten des Lasergases im
Vergleich zu Kunststoffmaterialien bei weitem verringert ist.
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Ein
weiteres noch korrosionsbeständigeres Material,
das als Isolatoren verwendet werden kann, sind Fluoride.
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Selbst
wenn korrosionsbeständige
Materialien verwendet werden, kann jedoch die Korrosion nicht vermieden
werden, insbesondere in jenen Bereichen, die dem sehr aggressiven
Laserlicht ausgesetzt sind. Die Erzeugung von Laserlicht kann jedoch nicht
vermieden werden, da dies natürlich
der Zweck des Lasers ist. Bis heute wurde kein Versuch oder Vorschlag
hinsichtlich dessen gemacht, wie die Isolatoren vor der verstärkten Korrosion
zu schützen
sind, die sich aus der Laserlichtaussetzung ergibt.
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Daher
existiert ein Bedarf für
einen Mechanismus zum Schützen
von Isolatoren vor der aggressiven Korrosion, die sich aus dem Laserlichtaussetzen
ergibt. Außerdem
existiert ein Bedarf für
einen Mechanismus zum Schützen
der Isolatoren vor dem durch die Gasentladung erzeugten Licht und
vor den Vorionisationseinrichtungen, da solches Licht auch zu einer
verstärkten
Korrosion der Isolatoren führt. Ein
solcher Mechanismus würde
nicht nur die Lebensdauer der Isolatoren verlängern, sondern auch vielleicht
bedeutender den Staub im Gasgemisch innerhalb der Laserröhre signifikant
verringern.
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Mit
dem obigen Problem ist das Problem, daß der Austausch des Gases und
Wartungsarbeiten teuer und zeitaufwendig sind, direkt verbunden. Überdies
sind sie gefährliche
Aktivitäten,
da die Lasergase für
Excimerlaser neben ihrer korrosiven Art stark toxisch sind.
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Die
vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit den Erfindungen verwendet
werden, die in den Patentanmeldungen US 09/510 538, US 09/510 539,
US 09/510 666, US 09/510 667, US 09/511 648 und
US 511 649 beschrieben sind.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Elektrodenanordnung für
einen Gaslaser und insbesondere für einen Excimerlaser, die die
Verunreinigung des Lasergases minimiert und somit die Lebensdauer
des Lasergases verlängert.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Elektrodenanordnung für
einen Gaslaser und insbesondere für einen Excimerlaser, die leicht
zu handhaben und dennoch leistungsstark ist.
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Die
obigen und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch eine Elektrodenanordnung,
wie in Anspruch 1 definiert, für
einen Gaslaser erfüllt,
welche eine langgestreckte Hochspannungselektrode, eine langgestreckte
Erdelektrode, die benachbart zur Hochspannungselektrode angeordnet
ist, einen Gasentladungsspalt zwischen den zwei Elektroden, in dem
die Gasentladung für
den Laser erzeugt wird, ein Isolatorelement, einen Hochspannungsleiter,
der sich durch das Isolatorelement erstreckt und ein erstes Ende,
das mit der Hochspannungselektrode verbunden ist, aufweist, und
eine Schattenplatte, die zwischen den Gasentladungsspalt und das
Isolatorelement eingefügt
ist, zum Abschirmen des Isolatorelements vor der Laserstrahlung,
die aus dem Gasentladungsspalt ausgestrahlt wird, sowie vor der
Gasentladungsstrahlung und Vorionisationsstrahlung umfaßt.
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Die
Schattenplatte besteht vorzugsweise aus einem Metall mit hoher Reinheit
wie z.B. Aluminium. Alternativ kann sie aus einem Isolatormaterial wie
z.B. wärmebeständigem Kunststoffmaterial
wie z.B. TEFLON® oder
einem Keramikmaterial bestehen, das dann mit einem Metall, vorzugsweise
mit hoher Reinheit, bedeckt wird. Gemäß noch einer weiteren Alternative
kann die Schattenplatte aus einem beliebigen anderen Material bestehen,
das gegen das Lasergas und die Laserstrahlung, Gasentladungsstrahlung
und Vorionisationseinrichtungsstrahlung beständig ist.
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Die
Schattenplatte kann an einem beliebigen Ort zwischen dem Gasentladungsspalt
und dem Isolatorelement angeordnet sein. Sie kann beispielsweise
direkt über
dem Entladungsspalt an der Hochspannungselektrode angeordnet sein
oder sie kann am Hochspannungsleiter angeordnet sein. Vorzugsweise
wird die Schattenplatte zwischen die Hochspannungselektrode und
den Hochspannungsleiter eingefügt.
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Der
Isolator kann eine langgestreckte Form umfassen und sich kontinuierlich
im wesentlichen über
die gesamte Länge
der Laserröhre
erstrecken und somit eine Elektrodenplatte des Standes der Technik
bilden, die als obere Abdeckung für die Laserröhre dient
und durch die sich die Hochspannungselektrode erstreckt.
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Vorzugsweise
umfaßt
jedoch das Isolatorelement eine kompaktere Form. Somit umfaßt eine
Elektrodenanordnung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine langgestreckte Elektrodenplatte, die aus einem elektrisch
leitenden Material besteht und eine Vielzahl von beabstandeten Löchern darin
aufweist, und eine Vielzahl von wellenleiterartigen koaxialen Hochspannungskanälen, wobei
sich jeder Kanal durch eines der Löcher in der Elektrodenplatte
erstreckt. Jeder Hochspannungskanal umfaßt einen zentralen leitenden
Kern mit einem ersten Ende und ein Isolatorelement, das vorzugsweise
aus einem Keramikmaterial besteht. Das Isolatorelement ist um den
Kern, vorzugsweise in einer konzentrischen Weise, angeordnet, um
den Kern und die Elektrodenplatte elektrisch voneinander zu isolieren.
Die Elektrodenanordnung gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel umfaßt ferner
eine langgestreckte Hochspannungselektrode, die mit dem ersten Ende
der Kerne der Kanäle
elektrisch verbunden ist, eine langgestreckte Erdelektrode, die
so angeordnet ist, daß sie
der Hochspannungselektrode gegenüberliegt
und einen Gasentladungsspalt zwischen diesen bildet, wobei die Erdelektrode
mit der Elektrodenplatte elektrisch verbunden ist, und eine Schattenplatte,
die zwischen den Gasentladungsspalt und das Isolatorelement von
jedem der Kanäle
eingefügt
ist.
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Da
die Elektrodenplatte geerdet ist, ist ein Isolator zwischen den
leitenden Kernen der HV-Kanäle
und der Elektrodenplatte erforderlich. Die Anzahl von Hochspannungskanälen (und
Löchern) hängt von
der Größe des Lasers,
insbesondere von der Länge
der Elektroden, ab. Für
einen typischen Excimerlaser sollten beispielsweise drei Hochspannungskanäle verwendet
werden. Für
einen größeren Laser
mit längeren
Elektroden sollten mehr als drei Kanäle bereitgestellt werden. Für kleinere
Laser mit kürzeren
Elektroden können
nur einer oder zwei Kanäle
bereitgestellt werden.
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Aus
praktischen Gründen
umfassen die koaxialen Kanäle
einen runden Querschnitt, so daß kommerziell
erhältliche
Teile verwendet werden können. Die
Kanäle
können
jedoch im Prinzip eine beliebige Querschnittsform umfassen, wie
z.B. quadratisch oder rechteckig oder länglich oder irgendetwas anderes.
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Die
Schattenplatten können
flach sein. Vorzugsweise sind jedoch die Kanten der Schattenplatte in
Richtung der Isolatorelemente gebogen. Die Kanten der Schattenplatte
sind vorzugsweise in Richtung des Isolatorelements gebogen, um eine
effizientere Abschattung des Isolators sicherzustellen. Ferner umfaßt die Schattenplatte
wünschenswerterweise eine
Strömungsführungsform,
um zu helfen, das Lasergasgemisch, das typischerweise das Lasergas und
ein Puffergas umfaßt,
in den Gasentladungsspalt zu führen.
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Die
bevorzugte Entladungseinheit umfaßt ferner ein Paar von Standard-Koronavorionisationseinrichtungen,
das heißt
ein Paar von langgestreckten zylindrischen Vorionisationseinrichtungen mit
einem leitenden Kern und einem umgebenden röhrenförmigen Isolator. Die Vorionisationseinrichtungen
erstrecken sich im wesentlichen parallel entlang entgegengesetzter
Seiten der Elektrode. Der Isolator der Vorionisationseinrichtungen
kann TEFLON® oder
ein beliebiger geeigneter Isolator sein, er ist jedoch vorzugsweise
ein Keramikmaterial wie z.B. Aluminiumoxid. Der Isolator kann auch
ein Fluoridmaterial sein. Alternativ kann eine beliebige andere Art
von bekannter Vorionisationseinrichtung verwendet werden. Die Vorionisationseinrichtungen
sind nicht notwendig, damit die Entladungseinheit funktioniert.
Tatsächlich
waren Excimerlaser vor der Erfindung von Vorionisationseinrichtungen
bekannt. Die Vorionisation macht jedoch die Gasentladung zwischen
der Hochspannungselektrode und der Erdelektrode homogener und somit
zuverlässiger.
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Die
Gesamtkonstruktion des Lasers kann derart sein, daß zuerst
eine Laserröhre
vorgesehen wird und dann die Hochspannungselektrode, die Erdelektrode,
das Isolatorelement oder die Isolatorelemente, der Hochspannungsleiter
oder die Hochspannungsleiter, die Vorionisationseinrichtungen und
die Schattenplatte einzeln an der Röhre montiert werden. Es ist
jedoch bevorzugt, daß die
Elektrodenanordnung eine vormontierte Entladungseinheit vom Modultyp
ist, in der die Elektroden, die Schattenplatte, die Vorionisationseinrichtungen
und die Hochspannungskanäle
unabhängig
von den anderen Laserelementen vormontiert werden. In dieser Weise kann
die Entladungseinheit als ganzes an der Laserröhre montiert werden. Die stellt
mehrere Vorteile bereit. Ein Vorteil besteht darin, daß der Gasentladungsspalt
zwischen der Hochspannungselektrode und der Erdelektrode eingestellt
werden kann, bevor die Entladungseinheit in der Laserröhre montiert wird.
Dies erleichtert eine genaue Einstellung des Gasentladungsspalts.
Ferner kann die Montage des Lasers in einer effizienteren Weise
durchgeführt
werden.
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Das
Lasergas kann im Fall eines Excimerlasers ein beliebiges Excimerlasergas,
wie z.B. KrF, ArF, XeF, XeBr, HgBr, HgCl, XeCl, HCl, F2,
Ar2 und dergleichen, oder im Fall irgendeines
anderen Gasentladungslasers ein beliebiges Lasergas sein.
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Neben
dem Lasergas wird ein Puffergas, das ein Gemisch aus Helium, Neon
und/oder Argon umfaßt,
vorzugsweise in der Röhre
vorgesehen.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für Fachleute
aus der folgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
zusammen mit den Zeichnungen ersichtlich.
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1 ist
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Excimerlasers
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 ist
eine Querschnittsansicht des Excimerlasers in 1 entlang
der Linie 2-2;
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3a zeigt
eine Seitenansicht einer Entladungseinheit gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3b zeigt
eine Vorderansicht der Entladungseinheit von 3a;
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3c zeigt
eine Draufsicht auf die Entladungseinheit von 3a;
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4 zeigt
einen detaillierten Querschnitt der Entladungseinheit gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargelegt.
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Die 1 und 2 zeigen
einen Excimerlaser 100 mit einer Röhre 101, einer Entladungseinheit 102,
einer Zirkulationseinrichtung 201 und einem laseroptischen
System 103.
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Die
Zirkulationseinrichtung 201 ist wahlfrei und kann beispielsweise
ein Gebläse
oder irgendeine andere bekannte Einrichtung zum Zirkulieren von Lasergasen
in Gaslasern umfassen.
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Die
Entladungseinheit 102 ist in der Röhre 101 montiert und
umfaßt
eine Hochspannungselektrode 104 und die Erdelektrode 105.
Die Hochspannungselektrode 104 und die Erdelektrode 105 sind voneinander
beabstandet, wodurch ein Gasentladungsspalt 106 festgelegt
wird. Eine Hochspannung wird an die Hochspannungselektrode 104 über eine Vielzahl
von Hochspannungskanälen 107 angelegt, die
die Hochspannungselektrode 104 tragen. Jeder Hochspannungskanal 107 umfaßt einen
leitenden Kern 108 und ein Isolatorelement 110 ist
um den leitenden Kern 108 angeordnet. Jeder Hochspannungskanal 107 ist
an der Hochspannungselektrode 104 befestigt. Die Hochspannungskanäle können an der
Hochspannungselektrode unter Verwendung einer beliebigen geeigneten
Befestigungseinrichtung befestigt sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
ein Stift 112 mit Doppelgewinde verwendet, um die Elektrode 104 an
jedem leitenden Kern 108 jedes Kanals 107 zu befestigen.
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Ferner
ist die Entladungseinheit 102 mit einer langgestreckten
Elektrodenplatte 111 versehen. Die Elektrodenplatte 111 umfaßt Löcher, durch
die sich die Hochspannungskanäle 107 so
erstrecken, daß sie
mit der Hochspannungselektrode 104 verbunden sind. Jeder
Hochspannungskanal 107 ist an der Elektrodenplatte 111 durch
eine Befestigungseinrichtung wie z.B. Schrauben 113 befestigt.
Fachleute werden jedoch erkennen, daß eine beliebige geeignete
Befestigungseinrichtung verwendet werden kann, um die Kanäle 107 an
der Elektrodenplatte 111 zu befestigen.
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Die
Isolatorelemente 110 bestehen vorzugsweise aus einem Keramikmaterial.
Wahlweise können
sie jedoch aus anderen Isolationsmaterialien bestehen, einschließlich beispielsweise
eines Fluoridmaterials. Sie weisen eine Form auf, die sich in Richtung
der Hochspannungselektrode 104 konisch aufweitet, und umfassen
eine gerippte Oberfläche,
um einen Kriechweg, der sich entlang der Oberfläche erstreckt, zu vergrößern. Dies
hilft, einen Oberflächenüberschlag
zwischen der Hochspannungselektrode 104 und der geerdeten
Elektrodenplatte 111 zu verhindern.
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Wie
vorstehend angemerkt, können
die Isolatorelemente 110 aus einem Fluoridisolatormaterial bestehen.
Diese Materialien weisen den Nachteil auf, daß sie relativ teuer sind. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist jedoch nur eine kleine Menge an Isolatormaterial
erforderlich. Folglich ist die Verwendung von Fluoridisolatormaterialien
in der vorliegenden Erfindung erschwinglich.
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Wie
in 2 dargestellt, umfaßt die Entladungseinheit 102 vorzugsweise
auch eine Schattenplatte 210, die zwischen dem Gasentladungsspalt 106 und
dem Isolatorelement 110 zum Schutz des Isolatorelements 110 vor
den Korrosionswirkungen des Lasergases und des Lasers, der Gasentladung und
der Vorionisationseinrichtungsstrahlung angeordnet ist. Die Schattenplatte 210 besteht
vorzugsweise aus Metall wie z.B. Aluminium. Ein Metall mit hoher
Reinheit ist zur Verwendung bei der Konstruktion der Schattenplatte 210 besonders
bevorzugt.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Schattenplatte 210 zwischen die Hochspannungselektrode 104 und
das Isolatorelement 110 der Kanäle 107 eingefügt. Vorzugsweise
erstreckt sich die Schattenplatte 210 entlang des gesamten
Gasentladungsspalts 106 und ist in einer solchen Weise
montiert, daß sie
das Isolatorelement zumindest teilweise vor der vom Gasentladungsspalt 106 ausgestrahlten Laserstrahlung
abschirmt.
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Mit
Bezug auf die 2 und 3a weist
die Schattenplatte 210 vorzugsweise eine langgestreckte
plattenartige Form auf und umfaßt
einen mittleren Teil 209, einen ersten Kantenteil 211 und
einen zweiten Kantenteil 212. Der mittlere Teil 209 erstreckt
sich der Länge
nach in einer Richtung parallel zum Gasentladungsspalt 106 und
senkrecht zu den Kernen 108 der Hochspannungskanäle 107.
Die Kantenteile 211 und 212 sind an den Längskanten
der Schattenplatte 210 angeordnet und sind bezüglich des
mittleren Teils 209 um einen kleinen Winkel von etwa 20 Grad
vorzugsweise in Richtung der Isolatorelemente 110 gebogen.
Obwohl die Schattenplatte 210 vorzugsweise langgestreckt
ist, wie vorstehend beschrieben, kann sie ebenso eine Vielfalt anderer
Formen aufweisen. Eine Vielzahl von Schattenplatten 210 könnten beispielsweise
anstelle einer langgestreckten Schattenplatte verwendet werden,
die sich entlang des Entladungsspalts erstreckt. In einem solchen
Fall wären
die Schattenplatten vorzugsweise kreisförmig und hätten ein Querschnittsaussehen, das
mit dem in 2 gezeigten konsistent ist.
Folglich könnte
eine kreisförmige
Schattenplatte 210 zwischen die Elektrode 104 und
jedes Isolatorelement 110 der Hochspannungskanäle 107 eingefügt werden.
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Wie
am besten in 2 zu sehen ist, kann die Schattenplatte 209 zwischen
die Hochspannungselektrode 104 und die inneren Enden 404 der Kerne 108 der
Hochspannungskanäle 107 eingefügt werden,
so daß die
Längsachse
des mittleren Teils 209 (oder der Mitte im Fall einer kreisförmigen Schattenplatte)
mit der Mittelachse der Hochspannungselektrode 104 zusammenfällt.
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Obwohl
die Schattenplatte 210 vorzugsweise zwischen die Hochspannungselektrode 104 und die
inneren Enden 404 der Kerne 108 eingefügt ist, wie
in 2 dargestellt, dient die Schattenplatte 210, wie
Fachleute erkennen werden, ihrer gewünschten Funktion, solange sie
zwischen den Entladungsspalt 106 und die Isolatorelemente 110 eingefügt ist.
Somit ist die Positionierung der Schattenplatte 210 nicht
auf die in 2 dargestellte Position begrenzt.
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Die
Schattenplatte 210 kann zwischen die Elektrode 104 und
die Kerne 108 eingefügt
werden, indem der mittlere Teil 209 mit einer Vielzahl
von Löchern 213,
vorzugsweise entlang der Längsachse des
mittleren Teils 209, versehen wird und dann die Hochspannungselektrode 104 an
den Kernen 108 durch die Löcher 213 hindurch
unter Verwendung einer geeigneten Befestigungseinrichtung befestigt wird.
Somit entsprechen der Abstand und die Anzahl der Löcher 213 dem
Abstand und der Anzahl von Hochspannungskanälen 107. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
werden Stiftbolzen 112 mit Gewinden an beiden Enden verwendet,
um die Elektrode 104 an den Kernen 108 zu befestigen.
Ein Ende des Stiftbolzens 112 wird in ein Gewindeloch 124 eingesetzt,
das im jeweiligen Kern 108 vorgesehen ist. Das zweite Ende
des Stiftbolzens 112 wird in ein weiteres Gewindeloch 126 eingesetzt,
das in der Gegenfläche 128 der
Hochspannungselektrode 104 vorgesehen ist, die dem inneren
Ende 404 des Kerns 108 und der Schattenplatte 210 zugewandt
ist. Wenn eine kreisförmige
Schattenplatte verwendet wird, wird jede Schattenplatte mit einem
einzelnen Loch 213 in der Mitte der Schattenplatte versehen
und eine Schattenplatte wird für
jeden im Laser verwendeten Hochspannungskanal verwendet.
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Die
Schattenplatte 210 weist vorzugsweise eine Strömungsführungsform
auf, um zu helfen, das Lasergasgemisch in den Gasentladungsspalt 106 zu führen.
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Eine
bevorzugte Art und Weise zum Zusammenfügen der Elektrodenanordnung
der vorliegenden Erfindung mit der Schattenplatte wird nun beschrieben.
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Zuerst
wird ein Ende eines Stiftbolzens 112 in jedes der Gewindelöcher geschraubt,
die an der Gegenfläche 128 der
Hochspannungselektrode 104 vorgesehen sind, so daß das andere
Ende jedes Stiftbolzens 112 aus der Gegenfläche 128 heraussteht.
Dann wird die Schattenplatte 210 an der Gegenfläche 128 der
Hochspannungselektrode 104 so angeordnet, daß die Stiftbolzen 112 in
die Löcher 213 in
der Schattenplatte 210 eingesetzt werden. Wenn eine kreisförmige Schattenplatte
verwendet wird, dann wird alternativ eine Schattenplatte 210 über jeden
der Stiftbolzen 112 aufgesetzt. Nachdem sich die Schattenplatte 210 an
der Stelle befindet, wird ein Kern 108 der Hochspannungskanäle 107 auf
die Schattenplatte 210 abgesenkt, so daß das Ende von einem der Stiftbolzen,
das von der Elektrode hervorragt, teilweise in das Gewindeloch 124 eintritt,
das im inneren Ende 404 des Kerns 108 des Hochspannungskanals 107 vorgesehen
ist. Anschließend
wird der Kern 108 um seine Längsachse, d.h. um die Längsachse
des Stiftbolzens 112, gedreht, um den Kern 108 auf
den Stiftbolzen 112 zu schrauben. Folglich wird der Kern 108 auf
die Schattenplatte 210 abgesenkt und die Schattenplatte 210 wird
schließlich zwischen
der Oberseite 128 der Hochspannungselektrode 104 und
dem inneren Ende 404 des Kerns 108 gehalten. Zusätzliche
Hochspannungskanäle 107 mit
Kernen 108 werden an den restlichen Stiftbolzen 112 in
derselben Weise wie vorstehend beschrieben befestigt.
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Im
Fall einer langgestreckten Schattenplatte werden, bevor die Kerne 108 fest
auf die Stiftbolzen 112 geschraubt werden, mindestens zwei
der Kerne 108 locker auf ihre entsprechenden Stiftbolzen 112 geschraubt.
Nachdem die Schattenplatte 210 korrekt angeordnet ist,
werden dann alle Kerne 108 fest hinabgeschraubt, um die
Schattenplatte 210 an der Stelle zu verriegeln.
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Der
Excimerlaser 100 ist vorzugsweise ein gepulster Argonfluorid-
(ArF) Excimerlaser mit einer Wellenlänge von etwa 193 Nanometern.
Dies bedeutet, daß Argonfluoridgas
zum Erzeugen eines Laserstrahls verwendet wird. Wie jedoch Fachleute
erkennen werden, kann ein beliebiges der bekannten Excimerlasergase
in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Durch
Anlegen eines Hochspannungsimpulses in der Größenordnung von 20 kV an die
Hochspannungselektrode 104 erzeugen das Lasergas (z.B.
Argonfluoridgas) und zusätzlich
Helium- und/oder Argongas als Puffergas im Entladungsspalt 106 einen
Laserstrahl, der durch das laseroptische System mit einem vorderen
optischen System 103 und einem hinteren optischen System 120 emittiert wird.
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Der
Laser 100 umfaßt
typischerweise ferner ein vorderes optisches Element 116,
durch das der Laserstrahl emittiert. Das optische Element 116 kann beispielsweise
in einem optischen System 103 vorgesehen sein, das eine
einstellbare Halterungseinrichtung 117 zum Einstellen der
Position des optischen Elements 116 in Bezug auf die Röhre 101 umfaßt. Das
hintere laseroptische System 120 umfaßt ebenso ein optisches Element 116 (nicht
dargestellt) und eine Einstelleinrichtung 117. Das optische
Element 116 des hinteren laseroptischen Systems 120 umfaßt jedoch
vielmehr einen vollständig
reflektierenden Spiegel als einen teilweise reflektierenden Spiegel.
Wie Fachleute erkennen werden, können das
vordere und das hintere optische Element 116 auch direkt
in den Stirnwänden
der Laserröhre 101 montiert
werden. Alternativ können
sie an einstellbaren Halterungsstützen montiert werden, die von
der Laserröhre 101 separat
sind, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.
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2 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 des in 1 gezeigten
Excimerlasers 100. Wie in 2 zu sehen
ist, umfaßt
der Excimerlaser 100 vorzugsweise ferner eine Zirkulationseinrichtung 112 wie
z.B. ein Gebläse
zum Zirkulieren des Excimerlasergases durch den Entladungsspalt 106 und
eine wahlweise Entstaubungseinheit 202 zum Entstauben der
Gasströmung
durch die Röhre 101.
Die Entstaubungseinheit umfaßt
Hochspannungsdrähte 203,
die durch U-förmige
Kanäle 204, die
sich entlang der Röhre 101 erstrecken,
voneinander getrennt sind. Ferner sind vorzugsweise zwei Führungsplatten 205,
die in der Längsrichtung
der Röhre 101 langgestreckt
sind, zum Führen
der Gasströmung
durch den Entladungsspalt 106 und eines Teils eines solchen
Gases in die Entstaubungseinheit 202 vorgesehen. Nach dem
Verlassen der Entstaubungseinheit 202 kehrt das Gas zum
Gebläse 201 zurück, damit
es erneut durch den Laser 101 zirkuliert wird.
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Die
Erdelektrode 105 wird vorzugsweise durch die Elektrodenplatte 111 über eine
Vielzahl von Strömungsführungen 209,
auf die später
erneut Bezug genommen wird, getragen oder ist an dieser montiert.
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Benachbart
zur Hochspannungselektrode 104 sind zwei Vorionisationseinrichtungen 206 vorgesehen,
die zum Vorionisieren des Lasergases dienen, um eine größere Homogenität der Gasentladung
im Entladungsspalt 106 sicherzustellen.
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Die
Vorionisationseinrichtungen 206 sind vorzugsweise Vorionisationseinrichtungen
vom Koronatyp und erstrecken sich im wesentlichen parallel zur Hochspannungselektrode.
Die Vorionisationseinrichtungen 206 weisen eine koaxiale
Form zu einem leitenden Kern 207 auf, der von einem röhrenförmigen Isolator 208 umgeben
ist.
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Die
Vorionisationseinrichtungen vom Koronatyp können unmittelbar benachbart
zur Hochspannungselektrode montiert werden. Insbesondere, wie in 2 gezeigt,
sollten die Vorionisationseinrichtungen vom Koronatyp an den entgegengesetzten
Kanten der Hochspannungselektrode montiert werden, so daß sie benachbart
zur Elektrodenfläche
der Hochspannungselektrode, die der Erdelektrode zugewandt ist,
angeordnet sind.
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Obwohl
Vorionisationseinrichtungen vom Koronatyp zur Verwendung als Vorionisationseinrichtungen 206 in
Verbindung mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, werden
Fachleute erkennen, daß beliebige
der auf dem Fachgebiet bekannten Vorionisationseinrichtungen verwendet
werden können. Ferner
kann der Isolator der Vorionisationseinrichtungen TEFLON® oder
irgendein geeigneter Isolator sein, aber er ist vorzugsweise ein
Keramikmaterial. Er kann auch ein Fluoridmaterial sein. Alternativ
kann eine beliebige andere Art von bekannter Vorionisationseinrichtung
verwendet werden. Die Vorionisationseinrichtungen sind nicht notwendig,
damit die Entladungseinheit funktioniert. Tatsächlich waren Excimerlaser vor
der Erfindung von Vorionisationseinrichtungen bekannt. Die Vorionisation
macht jedoch die Gasentladung zwischen der Hochspannungselektrode
und der Erdelektrode homogener und somit zuverlässiger.
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Mit
Bezug auf die 3a und 3c umfaßt die Entladungseinheit 102 drei
koaxiale wellenleiterartige Hochspannungskanäle 107, die sich durch
Löcher
in der Elektrodenplatte 111 erstrecken. Die Kanäle 107 sind
voneinander beabstandet angeordnet. Die Löcher und die Kanäle 107 weisen
einen kreisförmigen
Querschnitt auf, wie aus 3c zu
sehen ist. Jeder der drei Kanäle 107 ist
in das jeweilige Loch in der Elektrodenplatte 111 mit einer
festgelegten Toleranz zwischen dem Isolatorelement und dem Loch eingesetzt.
Wie Fachleute erkennen werden, hängt die
Anzahl der in einem speziellen Gaslaser 100 verwendeten
Kanäle
von der Gesamtlänge
des Lasers ab.
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Die
Erdelektrode 105 wird vorzugsweise durch die Elektrodenplatte 111 getragen
oder ist an dieser montiert. Wie in 2 und 3a am
besten zu sehen ist, werden vorzugsweise eine Vielzahl von Strömungsführungen 209 für diesen
Zweck verwendet.
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Die
Strömungsführungen 209 bestehen
vorzugsweise aus Metallblechen, die sich zwischen der Elektrodenplatte
und der Erdelektrode in einer zur Längsachse der Elektroden 104, 105 senkrechten Ebene
erstrecken. Die Strömungsführungsplatten 209 umfassen
jeweils einen oberen Flansch 301, einen unteren Flansch 303 und
einen zentralen Strömungsführungsteil 302,
der den oberen Flansch 301 mit dem unteren Flansch 303 einteilig
verbindet. Der obere und der untere Flansch 301, 303 erstrecken sich
senkrecht zueinander und zum zentralen Strömungsführungsteil 302. Der
obere Flansch 301 ist an einer Seitenfläche 304 der Elektrodenplatte 111 befestigt
und der untere Flansch 303 ist an einer unteren Fläche 305 der
Erdelektrode 105 befestigt. Der zentrale Strömungsführungsteil 302 ist
vorzugsweise aerodynamisch profiliert, um den Strömungswiderstand
und Turbulenzen zu minimieren, um eine im wesentlichen laminare
Gasströmung
zwischen den Strömungsführungen
aufrechtzuerhalten.
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Der
untere Flansch 303 umfaßt vorzugsweise ein längliches
Loch 306 (nur am Teil der Strömungsführungsplatten 209 gezeigt).
Das Loch 306 ist in einer zur Längsachse der langgestreckten
Erdelektrode 105 senkrechten Richtung länglich. Eine Schraube oder
eine andere Befestigungseinrichtung 307 ist durch das Loch 306 in
ein entsprechendes Gewindeloch 308 eingesetzt, das in der
Erdelektrode 105 vorgesehen ist. Das längliche Loch 306 ermöglicht Einstellungen
der Erdelektrode 105 bezüglich der Hochspannungselektrode 104 im
wesentlichen in der durch den Doppelkopfpfeil 320 in 3c angegebenen
Richtung.
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Der
obere Flansch 301 umfaßt
vorzugsweise ein längliches
Loch 309. Das Loch 309 ist in einer zur Längsachse
der Elektrodenplatte 111 senkrechten Richtung länglich.
Eine Schraube oder eine andere Befestigungseinrichtung 310 ist
durch das Loch 309 in ein entsprechendes Gewindeloch 311 eingesetzt, das
in der Hochspannungselektrode 104 vorgesehen ist. Das längliche
Loch 309 ermöglicht
eine Einstellung der Erdelektrode 105 bezüglich der
Hochspannungselektrode 104 im wesentlichen in der durch den Doppelkopfpfeil 322 in 3a angegebenen
Richtung.
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4 zeigt
einen Querschnitt der Entladungseinheit 102 gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Insbesondere zeigt 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht
der in 2 gezeigten Entladungseinheit. Der Blickwinkel ist
derselbe wie in 3b.
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Jeder
Hochspannungskanal 107 der Laserentladungseinheit 102 umfaßt vorzugsweise
ferner eine Hülse 401,
die den Kern 108 und den Isolator 110 umschließt. Die
Hülse 401 weist
ein inneres Ende 402, das durch die Elektrodenplatte 111 abgestützt ist,
und ein äußeres freies
Ende 403 auf. Der Kern 108 weist ein inneres Ende 404,
das mit der Hochspannungselektrode 104 verbunden ist, und
ein äußeres freies
Gewindeende 405, das sich über das freie Ende 403 der
Hülse 401 hinauserstreckt,
auf. Eine Mutter 406 kann auf das Gewindeende 405 geschraubt
werden, wie in 3c und 4 gezeigt, wodurch
die Hülse 401 gegen
die Elektrodenplatte 111 gedrückt wird und der Kern 108 durch
Ziehen desselben festgespannt wird. Vorzugsweise wird eine Zwischenlagscheibe 450 zwischen
die Mutter 406 und den Isolator 110 eingefügt, um die
durch die Mutter 406 auf den Isolator 110 aufgebrachten
Spannungen gleichmäßig zu verteilen.
Ein Gewindestiftbolzen 112 wird verwendet, um das innere
Ende 404 des Kerns 108 mit der Hochspannungselektrode 104 zu
verbinden.
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Das
innere Ende 404, des Kerns 108 ist mit einem Kernringabsatz 408 versehen,
der gegen das Keramikisolatorelement 110 gedrückt wird,
wenn der Kern 108 unter Spannung gesetzt wird. Eine Dichtung 409 ist
vorzugsweise zwischen dem Ringabsatz 408 und dem Keramikisolatorelement 110 vorgesehen.
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Es
wird auch veranlaßt,
daß das
Keramikisolatorelement 110 durch den gespannten Kern 108 über den
Kernringabsatz 408 am inneren Ende 404 des Kerns 108 gegen
die Elektrodenplatte 111 gedrückt wird. Vorzugsweise ist
ein Ringabsatz 410 am Isolatorelement 110 vorgesehen
und eine weitere Dichtung 411 ist zwischen dem keramischen
Isolatorringabsatz 410 und der Elektrodenplatte 111 vorgesehen.
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Um
eine zusätzliche
Abdichtung vorzusehen, umgibt ein Dichtungsring 412 (siehe
auch 2 und 3c) vorzugsweise jede Hülse 401.
Der Dichtungsring 412 kann so konstruiert sein, daß er einen Flansch 413 an
seinem äußeren Umfang
aufweist. Der Flansch 413 ist so bemessen, daß er durch
einen äußeren Rand 414 der
Löcher 150 in
der Röhre 101, durch
die die jeweiligen Kanäle 107 eingesetzt
sind, abgestützt
wird. Die Elektrodenplatte 111 ist dann vorzugsweise mit
einem Ringabsatz 417 versehen, der einem inneren Rand 415 der
Röhre 101 zugewandt
ist. Eine Metalldichtung 416 ist vorzugsweise zwischen
den Absatz 417 und den Rand 415 eingefügt. Wenn
der Ring 412 und die Elektrodenplatte 111 durch
Schrauben 113 verbunden sind, ist folglich eine gasdichte
Abdichtung zwischen dem Absatz 417 und dem inneren Rand 415 der
Röhre 101 vorgesehen.
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Alle
Dichtungen 409, 411 und 416 sind im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ringförmige
Metalldichtungen. Fachleute werden jedoch erkennen, daß die Erfindung
nicht auf die Verwendung von ringförmigen Dichtungen begrenzt
ist.