JP2004179599A - 放電励起ガスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主放電領域が広がることの少ない放電励起ガスレーザ装置を提供する。
【解決手段】レーザガスを封止するレーザチャンバ（１２）と、レーザチャンバ（１２）内部に対向して設置されたアノード（１４）及びカソード（１５）からなる主放電電極（１４，１５）とを備え、主放電電極（１４，１５）の対向する放電面（４４，４５）間で主放電を起こしてレーザガスを励起し、レーザ光（２１）を発振させる放電励起ガスレーザ装置において、対向する放電面（４４，４５）間の距離（ｇ）と、放電面（４４，４５）のうちの狭いほうの幅（Ｗ）との比（ｇ／Ｗ）が３以上であり、主放電電極（１４，１５）のうち少なくとも一方が、金属製の本体部材（５８，５９）を備え、本体部材（５８，５９）の少なくとも一側の側面に、本体部材（５８，５９）の材質よりも電気抵抗率の高い側面皮膜（４１，４２）を、その一端部を放電面（４４，４５）の端部と略同一高さとし、かつ放電面（４４，４５）を覆わないようにして接触させたことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電励起ガスレーザ装置及びその主放電電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、主放電電極間で主放電を行ない、ハロゲンガスを含むレーザガスを励起してレーザ光を発振させる、放電励起ガスレーザ装置が知られている。
図１は、グレーティング３３によって波長を狭帯域化した、放電励起ガスレーザ装置の平面図を示している。図１においてエキシマレーザ装置１１は、フッ素を含むレーザガスを封入したレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の前後部には、レーザ光２１を透過するウィンドウ１７，１９がそれぞれ付設されている。
【０００３】
レーザチャンバ１２の前後方には、レーザ光２１のビーム幅を制限するフロント及びリアのスリット２６，２７が、それぞれ設置されている。また、スリット２６，２７の前後方には、レーザ光２１を部分反射するフロントミラー１６と、レーザ光２１の波長を狭帯域化する狭帯域化光学素子を収納した狭帯域化ボックス３１とが、それぞれ配置されている。
尚、以下の説明において、ビーム幅とは、エキシマレーザ装置１１を平面視した場合（図１における上下方向）のレーザ光２１の幅を指すものとする。
【０００４】
レーザチャンバ１２の内部には、アノード１４及びカソード１５からなる一対の主放電電極１４，１５が、レーザチャンバ１２と長手方向を略同一にして、図１中紙面と垂直方向に対向して設置されている。この主放電電極１４，１５間に、高圧電源２３からレーザコントローラ２９の指示に基づいて高電圧パルスを印加し、パルス状の主放電を起こすことにより、レーザガスを励起してレーザ光２１を発生させる。
【０００５】
発生したレーザ光２１は、レーザチャンバ１２後方（図１中左方）に配置された狭帯域化ボックス３１に入射する。
狭帯域化ボックス３１の内部には、レーザ光２１のビーム幅を拡大させる複数のプリズム３２，３２と、精密な溝が設けられたグレーティング３３とを含む狭帯域化光学素子が収納されている。ここでグレーティング３３は、反射型グレーティングである。
【０００６】
レーザ光２１は、プリズム３２，３２によってビーム幅を拡大され、拡大レーザ光２１Ａとなってグレーティング３３に入射する。拡大レーザ光２１Ａは、グレーティング３３の表面でその波長に応じて回折され、回折光は角度分散する。このとき、所望の波長範囲の回折光がレーザ共振器内で増幅されるように、レーザコントローラ２９は、レーザ光２１の波長を測定する波長モニタ（図示せず）の出力に基づいてステージ５６を回転させ、グレーティング３３の角度を調整する。
このようにして、レーザ光２１の波長のスペクトル線幅を、所定の中心波長の近辺のみに制限してレーザ発振させることを、狭帯域化と言う。
【０００７】
狭帯域化された拡大レーザ光２１Ａは、光路を逆向きに通ってビーム幅を元に戻され、フロントミラー１６に達する。フロントミラー１６は、レーザ光２１の一部を反射し、一部を透過する。
従って、レーザ光２１の一部はフロントミラー１６とグレーティング３３との間で反射を繰り返し、その間に主放電電極１４，１５間の主放電領域（図示せず）で増幅される。一方、フロントミラー１６を透過した成分は、エキシマレーザ装置１１から図１中右方へ出射し、ステッパ等の露光機２５に入射して露光用光となる。
【０００８】
この露光用光は、スペクトル線幅が狭いほど、解像度の高い露光が可能となる。そのため、狭帯域化の際に、できるだけ狭いスペクトル線幅が得られるようにすることが、求められている。
そのためには、スリット２６，２７によってレーザ光２１のビーム幅を狭くしたものを、プリズム３２，３２で大きく拡大して、グレーティング３３で回折させることにより、グレーティング３３の解像度を上げる必要がある。
【０００９】
図１５に、特許文献１に従来技術として開示されている、主放電電極１４，１５の側面断面図を示す。図１５において、主放電電極１４，１５は、互いに対向するカソード１５及びアノード１４からなり、その間の主放電領域３６に主放電を起こすことによって、レーザガスを励起する。従って、主放電領域３６の幅が、レーザ光２１のビーム幅となる。
【００１０】
ところが、上述したように狭帯域化レーザ装置においては、ビーム幅をなるべく狭くすることが、求められている。そのために図１では、レーザチャンバ１２の前後方にスリット２６，２７を設け、ビーム幅をスリット２６，２７の開口部５７，５７の幅に制限している。
【００１１】
その結果、開口部５７，５７よりも外側の領域の主放電は、レーザ光２１の発振に寄与せず、エネルギーの無駄が生じてしまう。しかも、図１５に示したような主放電電極１４，１５を用いて長期間にわたって主放電を行なうと、主放電電極１４，１５が次第に摩耗するために、主放電の幅がさらに広がってしまう。
【００１２】
このような無駄を小さくするために、特許文献１においては、図１６に示すように主放電電極１４，１５を、金属の本体部材５８，５９と、その周辺部に被覆されたフッ化クロム等の絶縁被覆６０，６０とで構成し、主放電電極１４，１５の略中央部のみで主放電が行なわれるようにしている。
これにより、スリット２６，２７の開口部５７，５７の幅（即ちビーム幅）と主放電領域３６の幅とが略一致するので、注入したエネルギーの大部分がレーザ発振に使用され、エネルギー効率が向上する。
【００１３】
【特許文献１】
特開平４−７７５号公報
【特許文献２】
特開平４−１０１４７５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
即ち、図１６においては、絶縁被覆６０，６０と主放電電極１４，１５との間の境界６１，６１近傍に放電が集中する。その際に、絶縁被覆６０，６０が主放電によって摩耗しない場合には、図１６に破線６２で示したように、本体部材５８，５９がえぐれていく。これにより、レーザガスがえぐれた場所に滞留し、主放電が不安定になってしまう。
一方、絶縁被覆６０，６０が主放電によって摩耗するような場合には、次第に主放電領域の幅Ｗが広がってしまい、エネルギー効率が低下する。
【００１５】
これに鑑み、図１７に示したように、主放電電極１４，１５の幅Ｗをスリット２６，２７の開口部５７（即ち、レーザ光２１のビーム幅）の幅と略一致させ、主放電電極１４，１５の幅内でのみ、主放電を起こすような技術が知られている（特許文献２参照）。
特許文献２によれば、主放電電極１４，１５の間隔ｇと幅Ｗとの比（ｇ／Ｗ）が３（ｇ＝２５ｍｍ、Ｗ＝８ｍｍ）の場合が開示されており、比（ｇ／Ｗ）が、例えば３よりも大きい場合に、主放電の幅が広がらないとされている。
【００１６】
ところが、比（ｇ／Ｗ）が３よりも大きい場合においても、主放電電極１４，１５間に印加する電圧を上げるに従い、主放電電極１４，１５の先端部近傍の側面において主放電が発生することが、実験により判明した（図１７中、破線６３参照）。これは、主放電電極１４，１５側面の電界が強くなったためと、考えられる。
その結果、図１７に示すようにそれまでの主放電領域３６よりも外側に主放電が広がってしまうという問題が生じてきた。
【００１７】
また、主放電を安定に行なうための、主放電領域３６内におけるレーザガスの流速Ｖと、発振周波数と、主放電領域３６の幅Ｄとの間には、次の数式１に示すような関係がある。
ＣＲ＝Ｖ／（ｆ・Ｗ） …………（１）
ＣＲは、定数であり、一般的に３〜６の値を取る。
【００１８】
即ち、主放電領域３６の幅Ｄが大きくなると、発振周波数ｆを上げるためには、流速Ｖを上げる必要がある。発振周波数ｆを２倍にするためには、２倍の流速が必要となるが、そのためには、貫流ファン２４を駆動する図示しないモータの消費電力として、約８倍が必要となってしまう。
【００１９】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、主放電領域が広がることの少ない放電励起ガスレーザ装置を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
レーザガスを封止するレーザチャンバと、
レーザチャンバ内部に対向して設置されたアノード及びカソードからなる主放電電極とを備え、
主放電電極の対向する放電面間で主放電を起こしてレーザガスを励起し、レーザ光を発振させる放電励起ガスレーザ装置において、
対向する放電面間の距離と放電面のうちの狭いほうの幅（Ｗ）との比が３以上であり、
主放電電極のうち少なくとも一方が、
先端部に放電面を設けた金属製の本体部材を備え、
本体部材の少なくとも一側の側面に、本体部材の材質よりも電気抵抗率の高い側面皮膜を、その一端部を放電面の端部と略同一高さとし、かつ放電面を覆わないようにして接触させている。
これにより、主放電電極の側面から放電が起きることが少なく、放電面と略同一幅の主放電を得ることができるので、注入したエネルギーの大部分がレーザ発振に寄与し、エネルギー効率が向上する。また、長期にわたって主放電を続けても、この主放電が広がりにくくなる。
【００２１】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
前記側面皮膜が、本体部材の、レーザガス流に対して下流側の側面に設けられている
主放電はレーザガスの上流側よりも下流側に広がることが多いので、下流側に側面皮膜を設けることにより、効果的に広がりを抑制できる。
【００２２】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
側面皮膜が、本体部材の両側の側面に設けられている。
これにより、主放電が左右両側のどちらにも広がりにくくなる。
【００２３】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
本体部材の側面が所定高さにわたって、放電面の幅と略同一の横幅を有している。
これにより、本体部材が摩耗しても、主放電の幅が放電面の幅に保たれる。
【００２４】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
前記側面皮膜を、本体部材と略同速度で摩耗するように形成している。
これにより、本体部材や側面皮膜の一部が局所的に摩耗するということが少なく、好適な一定幅の主放電を保つことができる。
【００２５】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
前記側面皮膜の材質が、アルミナセラミックスである。
アルミナセラミックスは、摩耗してレーザガス中に飛散しても、レーザ発振に悪影響を与えることが少ない。
【００２６】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
前記側面皮膜が、溶射によって形成されている。
溶射は、加工が簡単であり、本体部材に強固に固着して剥がれることが少ない。また、形成された皮膜の密度が低いので、本体部材と略同一の速度で摩耗する側面皮膜を作ることが容易である。
【００２７】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
少なくとも一方の本体部材の先端部に、本体部材よりもハロゲンガスとの反応性が低い放電面皮膜を形成している。
これにより、主放電が安定に行なわれるとともに、放電面がハロゲンガスや主放電から保護されて、本体部材の摩耗が少なくなるので、主放電電極の寿命が長期化する。
【００２８】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
前記放電面皮膜が、金属と絶縁物との混合物からなっている。
これにより、ハロゲンガスに対する耐腐食性が高く、かつ、主放電を妨げない放電面皮膜を作ることができる。また、金属と絶縁物との混合比を変えることにより、好適な電気抵抗率の放電面皮膜を、簡単に形成することができる。
【００２９】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
前記放電面皮膜が、ハロゲン化金属からなっている。
これにより、放電面皮膜が安定化し、本体部材の摩耗が少なくなる。
【００３０】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
前記放電面皮膜が、先端部に凹凸を設けられた本体部材を、レーザチャンバの中でハロゲンを含むガス雰囲気下で、主放電を行なうことで形成されている。
これにより、簡単に放電面皮膜を形成することができる。また、レーザチャンバーの中でフッ化金属の放電面皮膜が形成されるので、放電面皮膜が空気に触れることがなく、水分を含んで不純物を発生することが少ない。
【００３１】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
レーザ光の波長を狭帯域化する狭帯域化光学素子を備えている。
波長が狭帯域化されたレーザ装置においては、ビーム幅が変わると、波長が変動することが多い。従って、レーザ光のビーム幅を変えることのない本発明は、特に狭帯域化レーザ装置において、有効である。
【００３２】
また本発明に関わる放電励起ガスレーザ装置は、
前記狭帯域化光学素子が、主放電によって発生したレーザ光のビーム幅を広げる光学素子と、
ビーム幅を広げられたレーザ光の波長を角度分散によって狭帯域化する光学素子とを備えている。
グレーティング等の、角度分散によって狭帯域化する光学素子においては、レーザ光のビーム幅が狭いほど、スペクトル線幅が狭くなる。従って、本発明により、主放電の幅を狭くしてその中に効率的にエネルギーを注入することにより、効率良く、かつスペクトル線幅の狭いレーザ光を得ることが容易となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に関わる実施形態を詳細に説明する。
まず、第１実施形態を説明する。図２は、図１に示したエキシマレーザ装置の、Ａ−Ａ視断面図を示している。また、図３に、主放電電極１４，１５近傍の詳細な側面断面図を示す。
尚、以下の説明において、図２における紙面の上下方向を上下方向、図２における紙面の左右方向を水平方向と呼び、主放電電極１４，１５における幅及び横幅とは、この水平方向における寸法を示す。
【００３４】
図２、図３において、エキシマレーザ装置１１は、フッ素等のハロゲンガス、クリプトン又はアルゴン等の希ガス、及びヘリウム等の不活性ガスからなるレーザガスを封入したレーザチャンバ１２を備えている。以下においては、ハロゲンガスをフッ素、希ガスをアルゴン、不活性ガスをネオンとした、ＡｒＦエキシマレーザ装置を例に取って、説明する。
【００３５】
レーザチャンバ１２は、例えばアルミニウムにニッケルメッキを施して構成され、高圧電源２３の接地ＧＮＤ側に、電気的に接続されている。
レーザチャンバ１２の上部には開口部３５が設けられ、絶縁性のカソードベース４９がその開口部３５を封止している。カソードベース４９には、アルミニウム等の金属製のカソードホルダ５１が固定されている。カソードホルダ５１の両側方には、カソード１５とレーザチャンバ１２の内壁面との間の絶縁距離を大きくして沿面放電を防ぐための絶縁ヒダ４０，４０が、カソード１５の長手方向に沿って形成されている。
【００３６】
また、レーザチャンバ１２の内部には、カソードホルダ５１と対向して、金属製のアノードホルダ５０が設置されている。アノードホルダ５０を固定するアノードベース４８は、図示しない金属プレートにより、レーザチャンバ１２から吊るされた状態で固定されている。
【００３７】
図３において、アノード１４及びカソード１５は、凸形形状を有する金属製の本体部材５８，５９を備えている。本体部材５８，５９の底部は、金属製のアノードホルダ５０及びカソードホルダ５１にそれぞれ埋め込まれている。本体部材５８，５９の材質は、無酸素銅が好適である。
【００３８】
アノード１４の本体部材５８は、アノードホルダ５０及びアノードベース４８を介して、高圧電源２３の接地ＧＮＤ側に、電気的に接続されている。
また、カソード１５の本体部材５９は、カソードホルダ５１を介して図示しない電流導入手段によって、高圧電源２３の高圧ＨＶ側に、電気的に接続されている。
【００３９】
本体部材５８，５９の、互いに向き合う面を放電面４４，４５と呼ぶ。第１実施形態においては、放電面４４，４５は互いに平行で、水平面と略一致するように平らに形成されている。
【００４０】
本体部材５８，５９の側面は、その幅が放電面４４，４５の幅Ｗと略一致するように互いに平行に形成され、側面には、例えばアルミナセラミックス等の絶縁体からなる側面皮膜４１，４２が密着している。
側面皮膜４１，４２の一端部は、本体部材５８，５９の放電面４４，４５を覆わないように、放電面４４，４５と略同一高さとなっており、他端部は、本体部材５８，５９と、ホルダ５０，５１との接点に接触している。
【００４１】
寸法の一例として、アノード１４及びカソード１５の寸法は略同一となっており、放電面４４，４５間の間隔ｇ＝１６ｍｍ、放電面４４，４５の幅Ｗ＝３ｍｍ、側面皮膜４１の厚さＭ＝０．５ｍｍとなっている。また、側面皮膜４１，４２の長さｍは、１．５〜３ｍｍ程度が好適である。
尚、アノード１４の放電面４４の幅とカソード１５の放電面４５の幅とが異なる場合にも、本発明は有効であり、そのような場合には、広いほうの放電面４４，４５の幅を幅Ｗとする。
【００４２】
アノード１４の両側方には、予備電離電極３７，３７が配置されている。予備電離電極３７は、金属製の棒状の内部導電体３８と、その外周部を包囲する外部誘電体３９とで構成され、内部導電体３８は、その端部において図示しない接続手段により、高圧電源２３の高圧側ＨＶに接続されている。
【００４３】
レーザチャンバ１２の内部には、図示しないモータによって駆動される貫流ファン２４と、熱交換器１３とが設置されている。貫流ファン２４によって主放電電極１４，１５間のレーザガスは連続的に新鮮なものと入れ替えられる。主放電によって熱せられたレーザガスは、熱交換器１３で冷却される。
図２、図３において、矢印４７がレーザガスの流れを示している。
【００４４】
このような主放電電極１４，１５を用いて、主放電を行なった場合の作用について、説明する。
まず、予備電離電極３７の内部導電体３８に、高圧電源２３からパルス状の高電圧を印加することにより、アノード１４との間でコロナ放電を起こし、主放電領域３６を電離させる。
【００４５】
その状態で、主電極１４，１５間に、高圧電源２３からパルス状の高電圧を印加することによって主放電を起こし、レーザガスを励起してレーザ光を発生させる。
このとき、本体部材５８，５９の両側面に施された側面皮膜４１，４２により、放電面４４，４５の幅Ｗよりも外側に主放電が広がるのが抑制される。その結果、主放電は、図３に破線で描かれた略長方形の主放電領域３６の内部でのみ起こることになる。尚、主放電領域３６は、従来技術で説明したスリット２６，２７の開口部５７，５７に略一致し、開口部５７，５７は図示を省略する。
【００４６】
従って、主放電領域３６の幅Ｄが、放電面４４，４５の幅Ｗよりも広がることが殆んどなく、狭い幅Ｄの主放電領域３６内でのみ、主放電が行なわれる。
即ち、主放電領域３６の幅Ｄが広がらないので、前述した数式１より、レーザガスの流速を上げることなく発振周波数を上げることが可能であり、貫流ファン２４を駆動するモータを大型化する必要がない。
【００４７】
次に、このような主放電電極１４，１５を用いて、長期間にわたって主放電を行なった場合について、説明する。
図４に、長期間にわたって主放電を行なった場合の、主放電電極１４，１５及び主放電領域３６の変化を示す。上述したように、長期間にわたって主放電を行なうと、アノード１４の本体部材５８は、主放電の際の熱や衝撃、及びハロゲン侵蝕による腐食により、カソード１５の数倍の速度で摩耗することが、知られている。
【００４８】
図４に示すように、アノード１４の初期の放電面４４は、摩耗によって次第に下降し、カソード１５から離れていく。図４において、ハッチングを施した領域５８Ａが摩耗した本体部材であり、４４Ａが摩耗後の放電面である。
これとともに、アノード１４の側面に設けられた側面皮膜４１，４１も、本体部材５８とほぼ同じ速度で摩耗する。図４において、ハッチングを施した領域４１Ａ，４１Ａが、摩耗した側面皮膜である。
尚、カソード１５側も同様に摩耗する。図４において、ハッチングを施した領域５９Ａが摩耗した本体部材であり、４５Ａが摩耗後の放電面である。また、ハッチングを施した領域４２Ａ，４２Ａが、摩耗した側面皮膜である。尚、カソード１５側の摩耗量は、アノード１４側の数分の１程度であるが、図４においては説明のために、摩耗量を拡大して示している。
【００４９】
このように、本体部材５８と側面皮膜４１，４１とが、略同一速度で摩耗することにより、主放電領域３６には、常にアノード１４の放電面４４と側面皮膜４１，４１の先端部とが露出する。
従って、摩耗前の状態と同様に、側面皮膜４１，４１が主放電領域３６の広がりを抑止することができ、主放電は、常に幅の狭い主放電領域３６の中で起きる。
【００５０】
両者の摩耗速度を略同一とするためには、例えば側面皮膜４１，４１を、溶射等の、比較的密度の低い皮膜ができるような手段で形成するのがよい。
側面皮膜４１，４１の密度が高いと、側面皮膜４１，４１の摩耗速度が放電面４４の摩耗速度よりも遅くなり、放電面４４が凹んでレーザガスがそこに滞留し、主放電が不安定になるようなことが起きる。逆に、側面皮膜４１，４１の摩耗速度が、放電面４４の摩耗速度よりも速いと、主放電が放電面４４の脇から起きて、放電面４４の幅Ｗよりも広がってしまう。
【００５１】
また、蒸着などの密度の高い皮膜を形成する手段によって、側面皮膜４１，４１を形成する場合には、側面皮膜４１，４１の厚みを、溶射によって形成する場合（上記の例ではＭ＝０．５ｍｍ）よりも薄くすればよい。これにより、放電面４４の摩耗速度と側面皮膜４１，４１の摩耗速度とを、略同一にすることができる。
【００５２】
このとき、本体部材５８及び側面皮膜４１，４１の摩耗に伴い、主放電領域３６は、下方に広がっていく（図４中、３６Ｂ参照）。本体部材５８及び側面皮膜４１，４１の摩耗量が所定の値以上になると、放電面４４，４５間の間隔ｇが大きくなり過ぎて主放電が好適に起きず、アノード１４を交換する必要が生じる。従って、側面皮膜４１，４１の長さｍを、本体部材５８の許容摩耗量よりも大きくすることにより、側面皮膜４１，４１による主放電の広がり抑制効果を、アノード１４の交換時期まで保つことが可能となる。
【００５３】
また、カソード１５の側面皮膜４２も、アノード１４と同様に、本体部材５９と略同一速度で摩耗するように形成するのがよい。
但し、カソード１５の本体部材５９の摩耗は、アノード１４に比べて程度が少ないとされている。
【００５４】
図５に、従来技術と第１実施形態に関わる主放電電極１４，１５を用いた場合の、発振周波数とレーザガスの流速との関係を、グラフで示す。図５において、横軸が発振周波数ｆ、縦軸がそのときのレーザガスの流速Ｖであり、従来技術を破線で、第１実施形態を実線で示している。
図５に示すように、第１実施形態に関わる主放電電極１４，１５を用いることにより、低いガス流速においても、高い発振周波数でレーザ発振を行なわせることが可能であるので、貫流ファン２４を駆動するモータを大型化する必要がない。
【００５５】
以上説明したように第１実施形態によれば、主放電電極１４，１５を金属製の本体部材５８，５９と、その側方に接触させた絶縁物からなる側面皮膜４１，４２とで構成している。これにより、主放電の広がりが抑えられ、主放電領域３６の幅Ｄが、放電面４４，４５の幅Ｗと略一致する。その結果、低いガス流速においても、高い発振周波数でレーザ発振を行なわせることが可能である。
【００５６】
尚、側面皮膜４１，４２の材質としては、主放電によってアノード１４及びカソード１５と、同じような速度で摩耗する材質が好適であり、しかも摩耗した際に、レーザガスに悪影響を与えない物質であるのがよい。絶縁物であるアルミナセラミックスが最適であるが、例えばフッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、或いは窒化アルミニウムなどでもよい。
【００５７】
また、必ずしも絶縁物である必要はなく、主放電電極１４，１５よりも電気抵抗率が高い（電気を通しにくい）物質であれば、主放電領域３６の広がりを抑止する効果はある。例えば、銅とアルミナセラミックスとを混合して、溶射によって吹きつけるようにしてもよい。
【００５８】
図６に、第１実施形態に関わる主放電電極１４，１５の、他の構成例を示す。図３においては、側面皮膜４１，４２が放電面４４，４５からホルダ５０，５１まで届くようにしているが、図６に示すように、側面皮膜４１の長さｍが所定の範囲にあれば、ホルダ５０，５１まで届かなくてもよい。このとき、側面皮膜４１の長さｍは、アノード１４の摩耗量の許容範囲に略一致し、上述したように、１．５〜３ｍｍ程度あればよい。
また、カソード１５の本体部材５９は、アノード１４の本体部材５８に比べて摩耗量が少ないので、側面皮膜４２の長さは、より短くともよい。
【００５９】
図７に、第１実施形態に関わる主放電電極１４，１５の、他の構成例を示す。図３においては、主放電電極１４，１５は、それぞれホルダ５０，５１に埋め込まれていたが、図７に示すように、ホルダ５０，５１を用いずにベース４８，４９に直接固定するようにしてもよい。この場合、カソード１５は、高圧電源２３の高圧ＨＶ側に、図示しない電流導入手段によって、電気的に接続されている。
【００６０】
図８に、第１実施形態に関わる主放電電極１４，１５の、他の構成例を示す。図３においては、主放電電極１４，１５の放電面４４，４５は、互いに平行でそれぞれフラットな形状となっていたが、図８に示すように、断面を楕円形状としてもよい。この場合、例えば短軸を上下方向とし、短軸対長軸の比を、１対４程度とするとよい。
【００６１】
このようにすると、アノード１４は次第に放電面４４が摩耗し、４４Ｃに示すようなフラットな形状に近づいていく。これに対し、カソード１５の放電面４５はさほど摩耗しないので、楕円形状を保つ。
主放電の初期においては、本体部材５８，５９の放電面４４，４５を楕円形状とすることにより、主放電がより広がりにくくなる。また、長期にわたって主放電を行なっても、カソード１５の放電面４５が楕円形状であるため、やはり主放電は広がりにくい。
【００６２】
図９は、第１実施形態に関わる主放電電極の、他の構成例を示している。即ち、カソード１５の本体部材５９の側面のみに、側面皮膜４２，４２を設けるようにしてもよい。これにより、カソード１５の側面からの主放電が起きにくくなるので、側面皮膜４２，４２を設けない場合に比べ、主放電の幅が抑制される。
【００６３】
また、図１０に示すように、本体部材５８，５９の、レーザガス下流側にのみ、側面皮膜４２を設けるようにしてもよい。レーザガス上流側は、レーザガスの流れ４７によって下流側よりも主放電が広がりにくい。従って、主放電が広がりやすい下流側にのみ、側面皮膜４２を設けることにより、効率的に主放電の広がりを抑制できる。この場合、側面皮膜４２は、アノード１４又はカソード１５のどちらかに設けるだけでもよい。
【００６４】
次に、第２実施形態について、説明する。
図１１に、第２実施形態に関わる主放電電極１４，１５の側面断面を示す。図１１において、アノード１４及びカソード１５の本体部材５８，５９の先端部は、図８に示したものと同様の、楕円形状を有している。
【００６５】
アノード１４の本体部材５８の先端部には、アルミナセラミックスと銅とを体積比１対１で混合したものを、溶射により約０．３ｍｍの厚さにコーティングし、放電面皮膜４３を形成している。これにより、放電面４４は、放電面皮膜４３の表面となる。
そして、アノード１４の本体部材５８の側面には、放電面皮膜４３を覆わないように側面皮膜４１，４１が施され、放電面皮膜４３の端部に接触して、略同一高さとなっている。
【００６６】
このように、アノード１４の本体部材５８の先端部に放電面皮膜４３を形成することにより、主放電の衝撃やハロゲン侵蝕による腐食から本体部材５８が保護される。その結果、本体部材５８の摩耗が緩和されるとともに、放電面４４，４５間で安定した主放電が行なわれる。
【００６７】
従って、長期にわたって主放電を行なっても、第１実施形態のようにアノード１４の本体部材５８が摩耗して、主放電電極間の間隔ｇが増加するということが少ない。即ち、第１実施形態の効果に加え、長期間にわたってアノード１４を交換することなく、好適な主放電を継続させることが可能である。
【００６８】
尚、本体部材５８，５９の先端部は、必ずしも楕円にする必要はないが、アノード１４の放電面４４が楕円形状を保つようにすることにより、主放電がより広がりにくく、安定に行なわれる。
また、上記においては、アノード１４側の本体部材５８のみに放電面皮膜４３を形成するように説明したが、カソード１５側の本体部材５９にも形成してもよい。これにより、カソード１５の本体部材５９も、より摩耗しにくくなる。
【００６９】
尚、放電面皮膜４３として、銅とアルミナセラミックスとを混合したものを例示したが、これに限られるものではない。例えば、銅と、ハロゲン耐腐食性のあるフッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、或いは窒化アルミニウム等との混合でもよい。
【００７０】
図１２に、第２実施形態に関わる主放電電極１４，１５の他の構成例を、側面断面図で示す。図１２に示すように、本体部材５８，５９はすべて主放電領域３６と略同一幅である必要はなく、先端部と基部とは異なる太さであってもよい。即ち、本体部材５８，５９の先端部に、放電面４４，４５が主放電領域３６と略同一幅となるように形成されていればよい。
図１２には、基部にいくに従って、徐々に太くなるようなものを示しているが、細くなってもよく、段階的に太さが変化してもよい。
【００７１】
これは、図１１に示したように、アノード１４の本体部材５８の先端部に放電面皮膜４３を施すことにより、アノード１４の摩耗量が減少するので、放電面４４を常に主放電領域３６と略同一幅にすることが可能となるためである。
尚、カソード１５に関しては、元来摩耗量が小さく、第１実施形態等においても、このように本体部材の太さが変化してもよい。
【００７２】
次に、第３実施形態について、説明する。
図１３に、レーザチャンバ１２内部に装着する前の、アノード１４の断面図を示す。図１３において、アノード１４及びカソード１５の本体部材５８，５９の先端部は、図８に示したものと同様の、楕円形状を有している。
【００７３】
アノード１４の本体部材５８の側面には、上記各実施形態と同様に、側面皮膜４１，４１が形成されている。そして本体部材５８の先端部は楕円形状をしており、微小な凹凸５２が形成されている。これは、例えば、高純度のアルミナセラミックス粒を高速で吹きつけるブラスト加工により、形成される。
【００７４】
アルミナセラミックス粒は、例えば５μｍ〜２００μｍ程度の大きさが、好適である。アルミナセラミックス粒を吹きつける際には、先端部以外の場所をマスキングして、側面等に凹凸５２が生じないようにする。そして、吹きつけた後には、窒素等の水分を含まない清浄なガスをブローすることによって、アルミナセラミックス粒を吹き飛ばすようにする。
【００７５】
図１４に、第３実施形態に関わる主放電電極１４，１５の側面断面を示す。
このように、微小な凹凸５２を形成したアノード１４をレーザチャンバ内部に装着し、レーザガスに含まれるハロゲンガスと同じハロゲンガス（ＡｒＦエキシマレーザ装置においてはフッ素）を含むガス中で、カソード１５との間で主放電を起こす。これにより、アノード１４の本体部材５８の先端部には、凹凸５２をすべて覆い隠すように、フッ化銅の膜５３が略均一な厚さで一様に形成される。放電面４４は、このフッ化銅の膜５３の表面となる。
【００７６】
フッ化銅の膜５３形成の仕組みは、次のようなものと推測される。即ち、アノード１４の本体部材５８の先端部には、上述したような小さな凹凸５２が生じており、凸部５４には、主放電が集中しやすくなっている。その結果、本体部材５８の先端部には、ほぼ全域にわたって、集中的な主放電がシャワー状に行なわれることになる。これにより、凸部５４がより加熱され、その他の部位に比べて、フッ素と銅との反応が速く進行し、フッ化銅が生成される。
【００７７】
一方、凹部５５においては、主放電が殆んど起きないために表面温度の上昇は少なく、レーザガスが淀んでいるので、生成したフッ化銅がそこに堆積する。
その結果、アノード１４の凸部５４で生成したフッ化銅が、凹部５５に溜まっていき、最終的にはフッ化銅の膜５３が本体部材５８，５９先端部の全域にわたって、均一に、しかも比較的厚く形成されたと考えられる。
【００７８】
このように、フッ化金属等の誘電体膜５３をアノード１４の本体部材５８の先端部に均一に生じさせることにより、アノード１４の本体部材５８が保護された状態となるとともに、主放電が安定化する。
【００７９】
その結果、誘電体膜５３が、アノード１４の本体部材５８とフッ素等のハロゲンガスとの反応を抑制し、アノード１４の摩耗を防止する。従って、第２実施形態と同様に、長期間にわたってアノード１４を交換することなく、好適な主放電を継続させることが可能である。しかも、側面には側面皮膜４１，４２を被覆しているため、第１実施形態と同様に、主放電の広がりを抑制できる。
【００８０】
尚、上記においては、アノード１４のみにブラスト加工を行なうように説明したが、カソード１５にも行なうようにしてもよい。これにより、カソード１５もより摩耗しにくくなる。
【００８１】
また、このような誘電体膜５３を形成することにより、第２実施形態と同様に、アノード１４の摩耗量が減少するため、図１２において説明したように、本体部材の太さは放電領域３６の幅と異なってもよい。
【００８２】
また、第２実施形態や第３実施形態のように、放電面皮膜４３や誘電体膜５３を形成することにより、アノード１４の摩耗量がカソード１５よりも小さくなるような場合がある。このような場合には、図９に示したように、カソード１５の側面のみに、側面皮膜４２をつけるようにしてもよい。
【００８３】
尚、上記の説明は、ＡｒＦエキシマレーザ装置を例にとって行なったが、これに限られるものではない。ＫｒＦエキシマレーザ装置等の他のエキシマレーザ装置やフッ素分子レーザ装置等の、ハロゲンガスをレーザガスに含み、放電励起を行なうような放電励起ガスレーザ装置において、同様に応用が可能である。
【００８４】
また、波長を狭帯域化する手段として、グレーティング３３によって行なう場合について説明したが、これに限られるものではなく、レーザ光２１のビーム幅を狭めることが狭帯域化に有用であるような場合について、すべて有効である。例えば、エタロンによって波長を狭帯域化する場合にも、応用が可能である。
【００８５】
また、リアスリット２７をレーザチャンバ１２と狭帯域化ボックス３１との間に配置するようにしたが、例えば狭帯域化ボックス３１の内部でもよい。また、スリットに限られるものではなく、レーザ光２１のビーム幅を制限するような光学素子であればよい。
【００８６】
さらには、波長を狭帯域化されたレーザ装置について説明を行なったが、これに限られるものではなく、レーザ光２１のビーム幅を制限されるレーザ装置であれば、本発明を適用することができる。即ち、本発明によれば、主放電の幅が広がらないので、主放電に投入したエネルギーの大部分がレーザ発振に用いられ、エネルギー効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に関わるエキシマレーザ装置の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ視断面図。
【図３】主放電電極近傍の詳細図。
【図４】主放電電極の形状変化を示す説明図。
【図５】第１実施形態の効果を示すグラフ。
【図６】第１実施形態に関わる主放電電極の他の構成例を示す説明図。
【図７】第１実施形態に関わる主放電電極の他の構成例を示す説明図。
【図８】第１実施形態に関わる主放電電極の他の構成例を示す説明図。
【図９】第１実施形態に関わる主放電電極の他の構成例を示す説明図。
【図１０】第１実施形態に関わる主放電電極の他の構成例を示す説明図。
【図１１】第２実施形態に関わる主放電電極の側面断面図。
【図１２】第２実施形態に関わる主放電電極の他の構成例を示す側面断面図。
【図１３】第３実施形態に関わるアノードの断面図。
【図１４】第３実施形態に関わる主放電電極の側面断面図。
【図１５】従来技術に関わる主放電電極の側面断面図。
【図１６】従来技術に関わる主放電電極の側面断面図。
【図１７】従来技術に関わる主放電電極の側面断面図。
【符号の説明】
１１：エキシマレーザ装置、１２：レーザチャンバ、１３：熱交換器、１４：主放電電極（アノード）、１５：主放電電極（カソード）、１６：フロントミラー、１７：フロントウィンドウ、１９：リアウィンドウ、２１：レーザ光、２２：ビームスプリッタ、２３：高圧電源、２４：貫流ファン、２５：露光機、２６：フロントスリット、２７：リアスリット、３１：狭帯域化ボックス、３２：プリズム、３３：グレーティング、３５：レーザチャンバ開口部、３６：主放電領域、３７：予備電離電極、３８：内部導電体、３９：外部誘電体、４０：絶縁ヒダ、４１：側面皮膜、４２：側面皮膜、４３：放電面皮膜、４４：放電面（アノード）、４５：放電面（カソード）、４７：ガス流、４８：アノードベース、４９：カソードベース、５０：アノードホルダ、５１：カソードホルダ、５２：凹凸、５３：膜、５４：凸部、５５：凹部、５６：ステージ、５７：スリット開口部、５８：本体部材（アノード）、５９：本体部材（カソード）。

Claims (13)

1. レーザガスを封止するレーザチャンバ（１２）と、
   レーザチャンバ（１２）内部に対向して設置されたアノード（１４）及びカソード（１５）からなる主放電電極（１４，１５）とを備え、
   主放電電極（１４，１５）の対向する放電面（４４，４５）間で主放電を起こしてレーザガスを励起し、レーザ光（２１）を発振させる放電励起ガスレーザ装置において、
   対向する放電面（４４，４５）間の距離（ｇ）と、放電面（４４，４５）のうちの狭いほうの幅（Ｗ）との比（ｇ／Ｗ）が３以上であり、
   主放電電極（１４，１５）のうち少なくとも一方が、
   金属製の本体部材（５８，５９）を備え、
   本体部材（５８，５９）の少なくとも一側の側面に、本体部材（５８，５９）の材質よりも電気抵抗率の高い側面皮膜（４１，４２）を、その一端部を放電面（４４，４５）の端部と略同一高さとし、かつ放電面（４４，４５）を覆わないようにして接触させた
   ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
2. 請求項１に記載の放電励起ガスレーザ装置において、
   前記側面皮膜（４１，４２）が、本体部材（５８，５９）の、レーザガス流（４７）に対して下流側の側面に設けられている
   ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
3. 請求項１に記載の放電励起ガスレーザ装置において、
   前記側面皮膜（４１，４２）が、本体部材（５８，５９）の両側の側面に設けられている
   ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の放電励起ガスレーザ装置において、
   本体部材（５８，５９）の側面が所定高さにわたって、放電面（４４，４５）の幅（Ｗ）と略同一の横幅を有している
   ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の放電励起ガスレーザ装置において、
   前記側面皮膜（４１）を、本体部材（５８，５９）と略同速度で摩耗するように形成している
   ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の放電励起ガスレーザ装置において、
   前記側面皮膜（４１）の材質が、アルミナセラミックスである
   ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の放電励起ガスレーザ装置において、
   前記側面皮膜（４１）が、溶射によって形成されている
   ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の放電励起ガスレーザ装置において、
   少なくとも一方の本体部材（５８，５９）の先端部に、本体部材（５８，５９）よりもハロゲンガスとの反応性が低い放電面皮膜（４３）を形成している
   ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
9. 請求項８に記載の放電励起ガスレーザ装置において、
   前記放電面皮膜（４３）が、金属と絶縁物との混合物からなっている
   ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
10. 請求項８に記載の放電励起ガスレーザ装置において、
    前記放電面皮膜（４３）が、ハロゲン化金属からなっている
    ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
11. 請求項１０に記載の放電励起ガスレーザ装置において、
    前記放電面皮膜（４３）が、先端部に凹凸（５２）を設けられた本体部材（５８，５９）を、レーザチャンバ（１２）の中でハロゲンを含むガス雰囲気下で主放電を行なうことで形成されている
    ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の放電励起ガスレーザ装置において、
    レーザ光（２１）の波長を狭帯域化する狭帯域化光学素子を備えている
    ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
13. 請求項１２に記載の放電励起ガスレーザ装置において、
    前記狭帯域化光学素子が、主放電によって発生したレーザ光（２１）のビーム幅を広げる光学素子（３２，３２）と、
    ビーム幅を広げられたレーザ光（２１）の波長を角度分散によって狭帯域化する光学素子（３３）とを備えている
    ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。

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