JP2004503946A - ガス放電レーザの長寿命電極 - Google Patents

Abstract

２つの細長い浸食性電極部品（８３及び８４）を有するレーザチャンバを備えるガス放電レーザであって、各々の電極部品は放電領域のレーザガスの乱流を最小にするように構成されている浸食部位及び電極支持部を有し、電極部品は、該電極部品の間の電気放電部の形態が実質的に変化することなく、８０億を超えるパルスにわたって徐々に浸食するように構成されている。パルス出力システムは、少なくとも２ｋＨｚの周波数で少なくとも２Ｊの電気パルスをもたらす。送風器（４Ａ）は、電極間でレーザガスを少なくとも２ｍ／ｓで循環させ、熱交換器（６Ａ）は、送風器及び放電部から発生した熱を取り去る。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は放電レーザに関し、より詳細には、長寿命電極を備えたチャンバを有するレーザに関する。
【０００２】
（背景技術）
図１は、従来のＫｒＦエキシマレーザ・チャンバの主要な構成部品を示す。このチャンバは、集積回路のリソグラフィ用の光源として使用されるレーザシステムの一部である。これらの構成部品は、チャンバ・ハウジング２を含む。ハウジングは、それぞれ約５０ｃｍの長さで約２０ｍｍだけ間隔をあけて配置された２つの電極８４及び８３と、１０００Ｈｚ程度又はそれ以上のパルス繰り返し周波数での、後続のパルスに先立つ１つのパルスから残がいを（２つの電極間の放電領域から）除去するのに十分な速度でレーザガスを電極間で循環させるための送風器４と、ファン及び電極間の放電によってレーザガスに加えられた熱を取り除くための水冷フィン付き熱交換器６とを含む。また、チャンバは、チャンバの空気力学形状を改善するためのバッフル及びベーンを含む。レーザガスは、約０．１パーセントのフッ素と、約１パーセントのクリプトンと、残りの部分を占めるネオンから成る。各々のパルスは、高さ約２０ｍｍ、幅約３ｍｍ、長さ約７００ｍｍのゲイン領域を生成するために、電極間に約３０ナノ秒間持続する放電を引き起こすパルス電圧供給装置８を使用して、電極間に非常に高い電源電位を印加することによって発生する。放電によってゲイン領域中に約２．５Ｊのエネルギーが蓄積される。図２に示すように、レーザ発振は、出力カプラ２Ａと、３枚のプリズムビーム拡大器、調整用鏡、及びリトロー型に配置された回折格子を有する回折格子方式のライン狭小ユニット（ライン狭小パッケージ又はＬＮＰと呼ばれ、縮尺は正確ではない）２Ｂとによって形成された共振キャビティ内で生じる。出力パルス中のエネルギーは、この従来技術のＫｒＦリソグラフィレーザでは一般に約１０ｍＪである。
【０００３】
放電レーザの産業上の利用分野は広い。１つの重要な用途は、集積回路リソグラフィ機器用の光源としての用途である。そのようなレーザ光源は、前述した約２４８ｎｍの狭い帯域のパルス紫外線光ビームを発生するライン狭小ＫｒＦレーザである。一般的に、それらのレーザは、約１０００から４０００Ｈｚまでのバーストパルスにおいて作動する。各々のバーストは、例えば、約８０パルスの多数のパルスから構成され、リソグラフィ機器が照明を各ダイ区域の間で移動させる間に、１つのバーストは、短時間のダウンタイムによって分離されるバーストでもってウエーハ上の単一のダイ区域を照明する。新しいウエーハを装着する場合には数秒間の別のダウンタイムが必要である。従って、生産時には、例えば、２０００ＨｚのＫｒＦエキシマレーザは、約３０パーセントの負荷時間率で作動する。作動は１日２４時間、１週間７日、１年に５２週間である。２０００Ｈｚで「休みなく」３０パーセントの負荷サイクルで作動するレーザは、１ヶ月あたり約１５億のパルスを累積することになる。如何なる生産崩壊も非常に高くつくことになる。これらの理由から、リソグラフィ産業用に設計された従来のエキシマレーザはモジュール式であり、保守のためのダウンタイムは最小になる。
【０００４】
これらのレーザ光源を利用するリソグラフィシステムは、現在では０．２５ミクロン未満の特徴部をもつ集積回路を生産することが要求され、特徴部の寸法は毎年小さくなっており、これらのレーザによって生成されるレーザビームを高品質に維持することは非常に重要である。レーザビームの仕様は、個々のパルスエネルギーの変化、一連のパルスの集積エネルギーの変化、レーザの波長の変化、及びレーザ光の帯域の振幅を制限する。
【０００５】
一般に、図１に示すような放電レーザの作動によって電極の浸食が発生する。これら電極の浸食は放電部形状に影響を与え、それにより出力ビームの品質並びにレーザ効率は影響される。放電部と同じ幅の突出部分を電極に設けることによって腐食の影響を最小にすることを意図した電極デザインが提案されている。幾つかの例が日本国特許第２６３１６０７号に説明されている。しかしながら、これらのデザインは、ガス流に対して悪影響を及ぼす。これらのガス放電レーザにおいて、実際に各々のパルスによる全ての残留物を次のパルスの前に放電領域から吹き飛ばすことが非常に重要である。
【０００６】
ガス流に対して悪影響を及ぼすことなく、レーザビームの品質に悪影響を及ぼさずに数１０億のパルスに耐えることができる浸食性電極を有するガス放電レーザが必要とされている。
【０００７】
（発明の開示）
本発明は、電極部品が２つの細長い浸食性電極部品を備えるレーザチャンバを有するガス放電レーザであって、浸食性電極部品の各々は、放電領域のレーザガスの乱流を最小にするように構成されている浸食性部位及び電極支持部を有し、電極部品は、各電極部品の間での放電部形状に実質的に変化を与えることなく、少なくとも８０億パルスに亘って徐々に浸食するように構成されている、ガス放電レーザを提供する。パルス出力システムは、少なくとも１ｋＨｚの周波数で少なくとも２Ｊの電気パルスをもたらす。送風器は、少なくとも１０ｍ／ｓの速度で各電極の間にレーザガスを循環させ、熱交換器は、送風器及び放電部から発生した熱を移動させるために設けられている。
【０００８】
（発明を実施するための最良の形態）
パルス電源システム
図３は、ガス放電レーザ中で放電を引き起こすためのパルス出力をもたらす電気回路８の基本的な構成部品を示す。パルス出力システムは、標準的な２０８Ｖ、３相電源によって作動する。整流器２２、インバータ２４、変圧器２６、及び整流器３０を使用する電源は、（図示されていない）レーザ制御プロセッサの指示によって、８．１μＦの充電キャパシタＣ_０４２を約５００から１２００ボルトの間の電圧レベルへ充電する。レーザ制御プロセッサは、Ｃ_０上のエネルギーをパルス出力システムの後続部に放電させるパルスが必要な場合に、ＩＧＢＴスイッチ４６を閉じるよう指示する。Ｃ_０への電荷は、誘導器４８を介してキャパシタバンクＣ_１５２へ、次に可飽和誘導器５４を及び変圧器５６を介してキャパシタバンクＣ_ｐ−１６２へ、次に可飽和誘導器６４を介してピーク・キャパシタバンクＣ_ｐ８２へ順次運ばれる。図３に示すように、ピーク・キャパシタバンクＣ_ｐは、電極８４及び８３に対して並列に電気接続される。
【０００９】
図４Ａは、スイッチ４２が閉じた時から始まり、その後の９マイクロ秒の間の時間を関数とするキャパシタバンクＣ_０、Ｃ_１、Ｃ_ｐ−１上の電圧を示す。図４Ｂは、放電前後の８００ナノ秒のタイムスライスを示す。ピーク・キャパシタバンクＣ_ｐは、放電の直前に約−１５，０００ボルトまで充電されることに留意されたい。放電は約３０ナノ秒間だけ持続する。放電の間に、電子は、最初に上側電極の陰極８４から、接地された下側電極の陽極８３まで流れる。図４Ｂに全て示すように、電流の「オーバーシュート」は、Ｃ_ｐを約＋６，０００Ｖの正値まで充電し、その時点で電子の下向きの流れが逆になり、その後、放電の最後の約１５ナノ秒の間に下側接地電極から上側電極へ電子が流れる。
【００１０】
浸食
本出願人は、電極の浸食は両方の電極で発生するが、接地電極（陽極８３）の浸食率が高電圧側電極（陰極８４）の浸食率の約４倍であることを見出している。また、通常、作動によって金属フッ化物の絶縁層が陽極部上に非常に緩やかに形成される。場合によっては、電極の寿命末期には、絶縁層で覆われた放電表面の部分は、５０％と８０％との間又はそれ以上になる。フッ化物層で覆われた領域では、放電電流は、一般に直径が約５０から１００ミクロンの略円形断面をもつ小穴を通って流れる。フッ化物層で覆われた表面は、かなりの更なる浸食を受けることはないが、非被覆表面の面積が減少するので、非被覆放電表面上の浸食率は増加する（小穴の位置の被覆表面上の浸食のように見える）。一般に、従来のレーザ装置に形成される電極浸食及びフッ化物は、約５０から１００億パルスにおいて非常に深刻になるので、レーザビームはもはや品質仕様を満たさない。一般に、この時点でレーザチャンバは新しい電極を備えるチャンバと交換される。チャンバ交換の費用には数千ドルかかり、交換するには集積回路の生産を一時的に停止する必要がある。
【００１１】
集積回路のリソグラフィ用の多くの放電レーザは、電極材料として真鍮を使用する。優れた電極材料を見つけるために数多くの他の材料が試験されてきたが、レーザ製造費用及び運転費用を含むすべての費用を考慮して、本出願人は真鍮に勝る材料はないと認識している。しかし、本出願人の最近の試験の結果、ＧＲＩＤＣＯＰ（登録商標）として販売されているニュージャージー州のリサーチトライアングル・パークに事務所を有するＯＭＧ　Ａｍｅｒｉｃａｓ　から入手可能なＡｌ_２Ｏ_３の極微小塊を含有する高強度銅材が明らかになった。多くの優れた電極材料は、反応性が非常に高いチャンバ内のフッ素ガスと相性が悪い。
【００１２】
スパッタ金属イオン−放電の重要部分
優れたレーザ活性媒体を作るためには、各電極の間に均一な放電プラズマを形成する必要がある。最初に、各電極間の隙間のガスは、図１の予電離器１２を使用して予め電離される。電極上で電圧が上昇すると、プラズマの実質的部分は、陰極に隣接する領域において電極材料のイオンスパッタリングによって作り出される。電極からスパッタされた金属原子は大部分が蒸気の状態であり、金属原子の実質的部分はイオン化され、陰極表面に隣接する陽イオン陰極「落下」領域を形成するのを助け、陰極からの電子の流れを助長し、また電子が陰極から離れるのを促進する非常に大きな電場を生成する。このプロセスは、まず各々のパルスの第１の部分の間に陰極８４に適用される。しかしながら、図４Ｂに示すように、電極の極性はパルスによって途中に切り替わるので、この影響はその時点で陰極（即ち負電極）として機能する陽極にも現れる。このパルスの間に及びその後に、金属イオンは急変する電場の状態により電極の方に引き戻されるが、フッ素（及び／又は）と結合する多くのものは循環レーザガスによって吹き飛ばされる。本出願人は、陽極においてに約３グラム／１０億パルス、即ち、３×１０^ー９グラム／パルス又は約２．８×１０^１３原子／パルスに相当する浸食損失を推定している。陽極上には約１５００ｍｍ^２の放電表面があるので、損失は約１．２×１０^１０原子／ｍｍ^２／パルスである。真鍮電極の各原子の層は約３×１０^１３／ｍｍ^２の原子を含むので、原子層は陽極から約２，５００パルスを失う（２，０００Ｈｚのパルス周波数の約半分）。１００億パルスの後に、電極の放電表面が垂直位置に約０．５ｍｍ減少するのに対応して、約４４０万の原子層が失われる。従来の図１に示す形式の電極では、この減少には、電極、特に陽極の表面上への放電領域の拡大、及び放電部の広がり、ずれ、又は分裂、及び陽極の放電表面部上へのフッ化物層の形成が伴う。通常、このことはレーザによって生成されるレーザビームの品質に対しては実質的に悪影響を及ぼす。
【００１３】
問題点
フッ素を含有するレーザガスを使用する放電リソグラフィレーザ用の優れた電極の開発をするためには以下の５つの重要な問題点がある。
（１）電極の浸食がビームの品質に大きな影響を及ぼすこと。
（２）現在では電極の浸食がレーザチャンバの寿命を制限すること。
（３）陽極の浸食が陰極の浸食の約４倍であること。
（４）陽極上へのフッ化物層の形成は問題であること。
（５）放電ギャップ中のガス流の条件を良好に保つことが非常に重要であること。
本明細書に説明される種々の実施形態は、これらの問題点に対処するものである。本発明の電極は以下の基準を満たす。
（１）本発明の電極は、数１０億のレーザパルスに亘ってビームの品質に影響を与えることなく徐々に浸食する浸食表面を有すること。
（２）本発明の浸食表面は、放電領域のフッ化物絶縁層の形成を抑制すること。
（３）本発明の電極は、ガス流を改善するように設計でき、放電領域の実質的な乱流を伴うことなく繰り返し周波数を１，０００Ｈｚから６，０００Ｈｚ又はそれ以上にすることができること。
【００１４】
第１の好適な実施形態
図５は、本発明の第１の好適な実施形態を示し、４，０００Ｈｚまでの又はそれ以上のパルス周波数で作動するように設計されているＫｒＦエキシマレーザ・チャンバの断面図である。この繰り返し周波数は、放電ギャップ中のガス量がパルス間の放電ギャップから吹き飛ばされるように少なくとも数ｍ／ｓの電極間のガス循環を必要とする。典型的な電極間のガス速度は、２，０００Ｈｚの作動に対して２５ｍ／ｓであろう。１，０００Ｈｚでは最小速度は約５ｍ／秒以上であろう。図５に示すように、実質的にパルス形状を変えることなく、チャンバの寿命の間に徐々に浸食される浸食表面を備える大きな陽極−陽極支持構造が設けられている。この陽極−陽極支持構造は、特殊な構造の上部チャンバ表面と一体となってレーザガスが放電領域を通過するための空気力学的流路をもたらす。
【００１５】
陽極−陽極支持構造は拡大されて、陽極、整流部、及びカレントリターン部の機能を果たす。本実施形態では、放電表面上に突出部位が設けられている。突出部位は、頂部近辺の幅が３．０ｍｍであり、頂部から１ｍｍ下方部分での突出幅が４ｍｍになるように下方になるに従って徐々に幅が広くなっている。陰極においても突出部位は同様であり、底部の幅が約３．０ｍｍ、底部から約０．２５ｍｍ上方の幅は約３．２５ｍｍである。
【００１６】
放電領域の下流において、陽極−陽極支持構造は、チャンバ上側の内側表面と共に、徐々に膨張する拡散領域を形成し、ガス圧を回復させて実質的なガス乱流を回避するようになっている。約７°から１５°のテーパ角を有することが好ましい。また、更に下流には３枚の方向転換ベーンがあり、下流への流れを４つの水冷フィン付き熱交換要素６Ａの方向へ案内するようになっている。ガスは、４．５馬力モータ（図示せず）によって駆動される８インチ横流ファンブレード４Ａを使用して循環させる。本実施形態において陽極８３Ａからのカレントリターンは、１４ゲージのアルミニウムワイヤ８で作られ、陽極の長さに沿って各中心が２インチ間隔をあけて配置されている、鯨のひげ形状のカレントリターンアレイによって形成される。主絶縁体１０は、陰極８４をチャンバ壁から絶縁する。下流の単一の予電離器を１２で示す。本実施形態は、図１に示された熱交換器６と同様の４つのフィン付き熱交換要素６Ａを備える。
【００１７】
図６は図５に示す実施形態の変形例であり、下流のガス流を改善するために、主絶縁体１０が絶縁体１０Ａに変更され、絶縁部位１３が陰極８４に追加され、絶縁部位１４が陽極８３に取り付けられている。可撓性金属プレート１６は、該金属プレート１６と、予電離器チューブ１２の中心線に沿って配置されている接地ロッド１２Ａとの間の高電圧電位による予電離放電をロッド表面に沿って生成するために、予電離器ロッド１２上のラインに沿った接触をもたらす。
【００１８】
他の好適な実施形態
（絶縁スペーサ）
図７Ａは別の実施形態を示し、浸食性電極３０は電極支持棒３２に取り付けられている。本実施形態において、スペーサ３４及び３６は、支持棒３２に取り付けられており、電極間のガス流の乱流を低減するようになっている。図７Ｂ及び７Ｃは、プラズマ溶射等の方法を使用して（約０．５ｍｍの）薄い絶縁スペーサが陰極及び陽極へ堆積されている電極を示す。この場合、絶縁層の厚さは電極の浸食性突出部位の高さの約１／２である。このデザインによって、放電表面は、確実に電極表面の絶縁層で被覆された領域の間に制限される。図７Ｄにおいて、絶縁層は、放電部フットプリントを制限することを可能にするが、突出領域はない。
【００１９】
（流通形電極）
図８は、図示の略矩形断面の、寸法が約３．５ｍｍ、１ｍｍ、及び７００ｍｍで端部が丸められた浸食性部品４０で構成される３部品構造を作るために陽極構造として真鍮を機械加工した実施形態を示す。部品４０は、電極基部４２の約３ｍｍ上方に、電極の長さ方向に沿って約２ｃｍ間隔で配置された直径約１ｍｍの略円筒形の小さなパイル４４上に支持されている。これによって、ガス流の一部が浸食性部品４０の下を流れ、流れが改善されて電極の放電領域の冷却性が向上する。本実施形態において、陰極の浸食部品はつり下げられないが、陽極と同様に構成できる。
【００２０】
（溝付き電極）
図９Ａ及び９Ｂは２つの電極を示し、図９Ｂは放電表面４６の縁部に溝４４を有する電極である。図９Ｃにおいて、溝にはアルミナ等の絶縁材料４８が充填されている。溝は放電領域の拡大を制限する境界をもたらす。
【００２１】
（異なる電気コンダクタンス）
図１０は、電極が（放電表面が存在する場合）真鍮等の良導体材料４９と、電極の残りの表面を構成するステンレス鋼等の導電性が低い導体で作られている実施形態を示す。このデザインによって、０．５ｍｍより大きく１．０ｍｍまでの浸食の後でも放電領域は良導体に制限される。
【００２２】
（シート絶縁体）
図１１は、放電表面以外の電極表面がアルミナ等の１／１６インチ厚さの絶縁セラミック５０のシートで被覆されている実施形態を示す。放電部は電極表面の被覆されていない部位に制限され、ビームが広がるのを防ぐようになっている。
【００２３】
（電場形成カレントリターン）
図１２は、電場形成を助けるカレントリターン構造５２を使用した実施形態を示す。陽極構造体の浸食部位の両側のカレントリターン部位５４は、固体アルミニウム薄板であるが、ガス流経路内の部分５６は、約２インチ間隔で配置されている薄いアルミニウム部分である。部分５６は、約１ｍｍ厚さ、及びガス流方向に幅寸法が広くなる約３ｍｍ厚さのプレートで形成されことが好ましい。絶縁スペーサ５８及び６０は、流れを陽極構造体の浸食部位上に導くために設けられている。
【００２４】
（ブレード電極）
ブレード電極は、電極の放電表面を形成するために設けられる。これらのブレードは、ブレードのチップ上に放電を集中させることができるブレードチップの近傍に非常に高い電場を生成する。ブレードは、図１６に示すように電極の長手方向軸に対して平行であってもよく、又は図１７に示すように流れ方向に対して平行であってもよい。ブレードは、図１６及び図１７に示すように電極基部の上側表面の上方に延びていてもよく、又は図１６Ａ及び図１７Ａに示すように電極基部の上側表面よりも下位に切り込まれていてもよい。また、ブレードは、表面の上方及び下方の両方に延びることができる。図１６及び図１６Ａの場合、ブレードの幅は約０．０１から０．０２０インチ、各々の間隔は約０．００５から０．０１０インチであることが好ましい。ブレードアレイは、約２から５ｍｍの幅であることが好ましい。図１７及び図１７Ａの形式のブレードでは、長手方向のブレードについての厚さ、ブレード間の間隔、及びブレードアレイの厚さは、前述の範囲であることが好ましい。
【００２５】
図１６の場合、図７Ａに示すような絶縁スペーサを設けてブレード上の流れを改善することができる。図１６Ａ及び図１７Ａの実施形態の場合、電極基部の隣接表面は、図７Ｂ、図７Ｃ、及び図７Ｄに示すような絶縁材料によって被覆して、放電表面の著しい拡大を阻止することができる。
【００２６】
（金属フッ化物問題への対応）
前述したように、本出願人は、金属フッ化物層が電極の寿命の間に陽極上に非常に緩やかに形成されることを認識している。フッ化物層は、陰極上には形成されない。この材料（フッ化銅及びフッ化亜鉛）は絶縁体であり放電を妨害する。しかしながら、層の中に０．１から１．０ｍｍの間隔をあけて小さな穴が現れて電流がこれらの穴に流入するか又は流出するので、妨害は完全なものではない。更に、フッ化物層は、その被覆表面上の更なる浸食を実質的に低減する。しかしながら、フッ化物で被覆された穴を通って流れる電流は、放電表面の被覆されていない部位を流れる電流ほど有効でないことは明らかである。この発見に基づいて本出願人は陽極上のフッ化物問題に対するいくつかの解決法を生み出した。
【００２７】
（陽極絶縁）
１つの解決法は、絶縁被覆した陽極を作ることであるが、絶縁層によって多数の放電キャビティを形成する。好ましくは、穴は非常に小さく２００ミクロン未満であり、約０．５ｍｍの間隔をあけて配置する必要がある。
【００２８】
（交互に並ぶ電極極性）
陽極上のフッ化物問題の他の解決法は、２つの電極の極性を周期的に変えることである。このことは、図３に示すパルス変圧器５６からの導線を切り替え、バイアス回路１２０及び１２６を確実に適切に配置することによって、非常に簡単に実現できる。好ましくは、極性の変化の間に如何なる陽極形成も最小になるように、約１億パルス未満の間隔で極性を切り替える必要がある。この方法を使用すると、最初陽極として機能しているときに電極上に堆積する少量のフッ化物は、電極が陰極として機能しているときに燃え尽きる。
【００２９】
（陽極への負バイアスの印加）
フッ化物の堆積に対するもう１つの解決法は、少なくともパルスの直後にマイナス電気を帯びるように、陽極に対して負のバイアスを印加することである。このことはパルスの後に（一般にマイナスイオンである）フッ素イオン上に反発力を付与することができ、陽極上へのフッ化物の堆積を実質的に低減できる。また、この負のバイアスは、パルスの直後に拡散したプラスの金属イオンを陽極上に取り戻すのを助けるので、陽極の浸食率の実質的な低下に寄与する。図１３は、図３に示す回路に対する簡単な変形例を示す。６０に示すように、１から１０ｋＶの間の正のバイアス電圧が付与される。Ｃ_ｐ−１よりも非常に大きなキャパシタンスをもつブロックキャパシタは、バイアス電圧が放電パルスと干渉するのを防ぎ、バイアス回路内の大きな抵抗は、放電時のバイアス電流を制限する。図１４は放電パルスに関するビーム回路の効果を示す。破線は修正されたパルスを示す。
【００３０】
（フッ素がない状態での周期的作動）
フッ化物層の形成を低減する可能性のある他の方法は、短時間フッ素がない状態でレーザを作動させることである。本出願人による実験では、フッ素がない状態で（即ち、僅かな割合のＫｒ又はＡｒと一緒にネオンのみを使用して）レーザを作動させると、良好に調節された電極放電表面が得られ、結果的に浸食率が小さくなる。作動時、レーザガスは周期的に（約３から４日に１回）交換する。Ｆ_２がない状態での２、３分間の作動は、工場の操業に実質的な影響を及ぼすことなく普通に行うことができる。フッ素がない状態では、放電リングが何サイクルもの間に各電極間で前後し、図１８のＣ_ｐのオシロスコープのトレースに示すように、両方の電極が交互に陰極として機能する。これはＦ_２が存在する図４Ｂに示すＣ_ｐトレースと比較できる。この作動は、先のガス交換以来の陽極上に形成されたフッ化物層を焼き尽くすはずである。
【００３１】
（第２の電場）
フッ化物形成の問題を解決して浸食を低減する他の方法は、少なくともパルス直後の短時間の間に、電極から離れるマイナスイオン流を引き起こすと共に電極に向かうプラスイオン流を引き起こす、第２の電場を形成することである。このことは、１つ又はそれ以上の電極を陽極放電表面の近傍であるが放電領域の外側に配置し、陽極からのマイナスイオンをはね返してプラスの金属イオンを引き付けることができる電場を形成するために、前記１つ又はそれ以上の電極を陽極に対して正の値に帯電させることによって達成できる。そのための回路は図１５に示されている。例えば、＋５，０００Ｖの正の高電圧は、接地電圧である陽極の両側の部分的に絶縁されている電極に印加される。電界の向きの線の概略は図１５の６２に示す。この回路は、連続的に「オン」に保持されるか、又は通常のパルスに素早くオーバーラップ又は追従するように短い間隔でオンにされる。
【００３２】
（短時間で交換可能な電極部品）
浸食電極に対する他の解決法は、図１９の７０に示すような短時間で交換可能な電極部品である。本実施形態において、偏心軸をもつカム７２は、交換可能な電極部品７０を電極支持７４の所定位置に保持する。交換可能な電極は、レーザチャンバからウインドウを取り外すことによって定期的に交換できる。この実施形態では、材料の選択に注意して作動中に材料が一緒に溶接されるのを避ける必要がある。
【００３３】
（位置調整可能な電極部品）
図２０は、浸食性部品７６の高さを浸食に応じて定期的に高くする方法を示す。浸食性部品７６を持ち上げるために、楕円形カム７８はカム端部のソケット（図示せず）を用いて回転させて、部品７６の頂部を絶縁体８０の頂部面よりも僅かに上方に保つ。このことは、チャンバの外からの遠隔調整によって、又はチャンバウインドウを取り外すことによって定期的に行うことができる。
【００３４】
本発明は好適な実施形態に関して説明されているが、本発明の精神から逸脱することなく多くの変更例及び代替例が可能であることを理解されたい。本発明の原理は、ＫｒＦレーザ以外に、ＡｒＦレーザやＦ_２レーザ等の他の多くのガス放電レーザに適用できる。バイアス回路はＤＣ回路である必要はない。従って、本発明の範囲は請求項及びその均等物によって決定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来のガス放電レーザのチャンバの断面図である。
【図２】
従来のレーザの他の特徴部を示す。
【図３】
従来のガス放電レーザのパルス出力システムの基本的な特徴部を示す。
【図４Ａ】
図３のパルス出力システムの電気パルス形状を示す。
【図４Ｂ】
図３のパルス出力システムの電気パルス形状を示す。
【図５】
本発明の好適な実施形態の特徴部を示す。
【図５Ａ】
本発明の好適な実施形態の特徴部を示す。
【図５Ｂ】
本発明の好適な実施形態の特徴部を示す。
【図６】
図５の実施形態の変形例を示す。
【図７Ａ】
放電表面を形成するために電気絶縁を使用した本発明の実施形態を示す。
【図７Ｂ】
放電表面を形成するために電気絶縁を使用した本発明の実施形態を示す。
【図７Ｃ】
放電表面を形成するために電気絶縁を使用した本発明の実施形態を示す。
【図７Ｄ】
放電表面を形成するために電気絶縁を使用した本発明の実施形態を示す。
【図８】
流入陽極を示す。
【図９Ａ】
トレンチ型電極のデザインを示す。
【図９Ｂ】
トレンチ型電極のデザインを示す。
【図９Ｃ】
トレンチ型電極のデザインを示す。
【図１０】
２つの異なる導電材料で構成されている電極を示す。
【図１１】
部分的にシート絶縁で覆われている電極を示す。
【図１２】
電場を形成するために電流リターン構造を使用する実施形態である。
【図１３】
陽極に対して負のバイアスを印加するための回路である。
【図１４】
バイアスにより引き起こされる電気パルス形状の変形例を示す。
【図１５】
Ｆ_２をはね返して金属イオンを引き付けるために電極へ外部電場を印加するための概略図である。
【図１６】
ブレード電極を使用する実施形態である。
【図１６Ａ】
ブレード電極を使用する実施形態である。
【図１７】
ブレード電極を使用する実施形態である。
【図１７Ｂ】
ブレード電極を使用する実施形態である。
【図１８】
フッ素がない状態でのレーザチャンバ・ガスを使用したＣ_ｐのオシロスコープのトレースである。
【図１９】
交換可能な浸食性部位を示す。
【図２０】
調整可能な浸食性部位を示す。

Claims (28)

1. Ａ）レーザガスを含むレーザチャンバと、
   Ｂ）各々が浸食性部位及び電極支持部を有し、前記レーザチャンバ内に配置されている２つの細長い浸食性電極部品と、
   Ｃ）前記電極に対して１，０００Ｈｚを超える周波数で少なくとも２ジュールの電気パルスを印加して、各々が領域及び放電部形状を有する電気放電部を生じるように構成されているパルス出力システムと、
   を備え、前記電極部品は、各々のパルスで予め定められた方法でもって、放電部の形状を実質的に変化させることなく、少なくとも８０億パルスにわたって寿命末期の形状まで徐々に浸食するように構成されているガス放電レーザであって、
   Ｄ）前記レーザガスを前記２つの電極間で秒速５ｍを超える速度で循環させるための送風器システムと、
   Ｅ）前記レーザガスから前記送風器システム及び前記放電部から発生した熱を取り去るのに十分な能力をもつ熱交換器と、
   Ｆ）前記浸食性電極を通過するガスを、前記電極が新しい場合又は前記電極が寿命末期の形状まで浸食された場合のいずれの場合でも、前記ガス内に著しい乱流を生じることなく案内するためのガス流案内手段と、
   を備えることを特徴とするガス放電レーザ。
2. 前記電極部品の１つは、少なくとも部分的に陽極及び整流器として機能し、徐々に拡張する拡散器領域を有し、ガス圧を回復させて前記放電領域下流での実質的な乱流を防止するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
3. 前記徐々に拡張する拡散器領域は、約７°から１５°のテーパ角を有することを特徴とする請求項２に記載のレーザ。
4. 前記電極部品の少なくとも１つは絶縁部位を備え、前記放電領域下流でガス流を更に改善するようになっていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ。
5. 前記電極部品の前記浸食性部位に隣接して取り付けられ、前記放電領域のガス乱流を低減するように構成されている少なくとも１つの絶縁スペーサを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
6. 前記電極部品は、放電表面と、前記放電表面の両側の絶縁表面とを有し、更に、前記絶縁表面上に配置されている絶縁層を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
7. 前記絶縁層は、アルミナから成ることを特徴とする請求項６に記載のレーザ。
8. 前記絶縁層は、金属フッ化物から成ることを特徴とする請求項６に記載のレーザ。
9. 前記浸食性部品の少なくとも１つは、小さなパイル（ｐｉｌｉｎｇ）によって前記電極支持部に結合され、レーザガスを前記浸食性部位と前記電極支持部との間に流し得ること特徴とする請求項１に記載のレーザ。
10. 前記電極部品の少なくとも１つは放電表面を有し、前記放電表面の両側に沿って長手方向に延びる溝を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
11. 前記溝は、少なくとも部分的に絶縁材料が充填されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
12. 前記絶縁材料は、アルミナと金属フッ化物から成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
13. 前記絶縁部品は、高いコンダクタンスを有する高電気コンダクタンスの第１の非絶縁材料と、前記高電気コンダクタンスの７０パーセント未満のコンダクタンスの材料とから成り、前記高電気コンダクタンスの材料は、放電表面を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
14. 低電気コンダクタンスの前記材料は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ。
15. 前記電極部品の少なくとも１つは放電表面を有し、前記放電表面上の両側に配置されている絶縁シートを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
16. 前記絶縁シートは、約１／１６インチ厚さのアルミナであることを特徴とする請求項１５に記載のレーザ。
17. 放電部を所望の形状に形成するように構成されているカレントリターン構造を更に備え、前記放電領域を通って及び超えてガス流を案内するための絶縁体スペーサを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
18. 前記２つの電極の一方は最初に陰極として機能して陰極を規定し、前記他方の電極は最初に陽極として機能して陽極を規定し、更に、少なくとも各々の電気パルスに続く期間に、前記陽極へ前記陰極に対するマイナス電位を印加するためのバイアス回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
19. 前記２つの電極の一方は最初に陰極として機能して陰極を規定し、前記他方の電極が最初に陽極として機能して陽極を規定し、更に、少なくとも各々の電気パルスに続く期間に、前記陽極へ前記第２の導体に対するマイナス電位を印加するための、前記陽極に隣接して配置されている少なくとも１つの導体を含むバイアス回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
20. 前記２つの電極の一方は最初に陰極として機能して陰極を規定し、前記他方の電極は最初に陽極として機能して陽極を規定し、更に、前記陽極及び前記陰極へ前記導体構造に対するマイナスの電圧を印加するための、前記陽極及び前記陰極に隣接して配置されている少なくとも１つの導体構造を含むバイアス回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
21. 前記導体構造は、前記陽極及び前記陰極からほぼ等しい距離に配置されている１つ又は２つの細長い導体を備えることを特徴とする請求項２０に記載のレーザ。
22. 前記導体構造は、前記陽極に隣接して配置されている１つ又は２つの細長い導体と、前記陰極に隣接して配置されている１つ又は２つの細長い導体とを備えることを特徴とする請求項２０に記載のレーザ。
23. 前記浸食性部位は、ブレードアレイから成ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
24. 前記電極の間を循環する前記レーザガスは、ガス流方向を定め、前記ブレードアレイは、前記ガス流方向と平行に配置されることを特徴とする請求項２３に記載のレーザ。
25. 前記電極の間を循環する前記レーザガスは、ガス流方向を定め、前記ブレードアレイは、前記ガス流方向と垂直に配置されることを特徴とする請求項２３に記載のレーザ。
26. 前記浸食性電極部品の前記浸食性部位の少なくとも１つは、前記レーザチャンバのウインドウによって短時間に交換可能であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
27. 前記浸食性電極部品の前記浸食性部位の少なくとも１つは、前記電極支持部に対して位置調整可能であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
28. 細長い浸食性電極と、標準の電極極性を規定するパルス出力システムとを有するガス放電レーザであって、前記標準の電極極性を周期的に反転させて電極のフッ化物形成を低減するようになっているガス放電レーザの作動方法。

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