JP2010525571A - ガス放電レーザ用伸張可能電極 - Google Patents

Abstract

ガス放電レーザシステム、特に、横放電ガスレーザのための伸張可能電極システムを提供する。一方又は両方の放電電極が侵蝕による寸法変化に受ける横放電ガスレーザチャンバにおける放電電極の一方又は両方を伸張させるためのシステム及び方法を本明細書で開示する。電極伸張を行って、チャンバ耐用期間を延長させ、チャンバ耐用期間にわたってレーザ性能を増大させ、又はその両方が可能である。運用上は、電極間間隔は、電極間の特定のターゲット間隙距離を維持するか、又は帯域幅、パルス間エネルギ安定性、ビームサイズなどのようなレーザ出力ビームの特定のパラメータを最適化するように調節することができる。
【選択図】図４Ｅ

Description

本出願は、米国特許第６、４１４、９７９号（代理人整理番号第２００１−０００１−０１号）として２００２年７月２日に付与された米国特許出願出願番号第０９／７６８７５３号の一部継続出願である、２００４年１０月５日に付与された現在は米国特許第６、８０１、５６０号である２００２年１月２３日出願の米国特許出願出願番号第１０／０５６６１９号（代理人整理番号第１９９９−００１３−０１号）の継続出願である、２００４年５月２５日出願の現在特許出願中の本出願人所有の米国特許出願出願番号第１０／８５４、６１４号（代理人整理番号第１９９９−００１３−１５号）の一部継続出願である、２００６年８月１６日出願の「ガス放電レーザのための伸張可能電極」という名称の米国特許出願出願番号第１１／７８７、４６３号に対する優先権を請求するものであり、これらの特許の各々の内容全体は、本明細書において引用により組み込まれている。

本出願は、米国特許第６、４６６、６０２号（代理人整理番号第１９９８−００６０−０１号）として２００２年１０月１５日に付与された米国特許出願出願番号第０９／５９０９６１号に関連し、この特許の内容全体は、本明細書において引用により組み込まれている。
本出願は、一般的に、ガス放電レーザシステムに関する。本出願は、特に、ただし排他的にではなく、横放電ガスレーザのための伸張可能電極システムとして有用である。

高圧横放電レーザの電極侵蝕は、通常、それらの使用寿命を制限する機構である。電極の一方又は両方の浸食は、典型的には、電流放電からの高速イオン及び電子の組み合わされた攻撃により引き起こされる。電極が磨耗すると、電極間間隔は、レーザの作動特性がレーザ作動を停止すべきであるほど大きく影響を受ける点まで増大する。この利得発生器は、次に、正しい電極間隔を改めて確立するために新しい電極で一新する必要がある。

レーザ使用寿命を延長させる目的で、１９９１年６月１０日出願の「放電ポンプ式レーザ」という名称の日本特許出願番号ＪＰ０６−０２９５９２は、「電極放電部分の消費に従って電極間の間隔を調節し、他方の電極に向う放電電極対の少なくとも一方のための移動手段を設けることによって放電幅を常に一定に保つための」方式を開示している。しかし、本出願人が知る限りでは、このような比較的簡単なシステムは、商業化には成功していない。

日本特許出願番号ＪＰ０６−０２９５９２が出願された１９９１年以降、ガス放電レーザは、大幅に進化した。最新の横放電レーザは、現在、いくつかを挙げても、帯域幅及びパルス間エネルギ安定性のようなビーム特性に関する比較的厳しい仕様で、比較的高電力出力（比較的高パルスエネルギ及び高パルス繰返し数の両方を有する）を生成するように設計される。この性能をもたらすために、最新の横放電レーザは、典型的には、複雑で高度に工夫された放電チャンバを含む。例えば、電気駆動回路によって生成された極めて高いピーク電流を電極に誘導するために、インピーダンスが比較的低くてインダクタンスが低い電流経路幾何学形状が、典型的にチャンバに設けられる。また、チャンバは、例えば、構成要素過熱及び特に電極過熱を防止するために適切な熱伝達経路を設ける必要がある場合がある。熱伝達経路に加えて、チャンバは、ガス流乱流を低減して次の放電開始前に新しい量のレーザガスが電極間に位置決めされることを保証するために適切なガス流経路を設ける必要がある場合がある。上述のエンジニアリング制約と同時に、チャンバは、放電区域に到達して帯域幅、拡散などのような出力レーザビームの特性に悪影響を与える可能性がある反射音波の衝撃を防止又は最小にする適切な構成要素幾何学形状を設ける必要がある場合がある。

米国特許第６、４１４、９７９号 米国特許出願出願番号第０９／７６８７５３号 米国特許第６、８０１、５６０号 米国特許出願出願番号第１０／０５６６１９号 米国特許出願出願番号第１０／８５４、６１４号 米国特許出願出願番号第１１／７８７、４６３号 米国特許第６、４６６、６０２号 米国特許出願出願番号第０９／５９０９６１号 日本特許出願番号ＪＰ０６−０２９５９２

上述の考慮事項を念頭において、本出願人は、ガス放電レーザのための伸張可能電極システムを開示する。

放電電極が侵蝕による寸法変化に受ける横放電レーザチャンバにおける放電電極の一方又は両方を伸張させるためのシステム及び方法を本明細書で開示する。電極伸張を行って、チャンバ耐用期間を延長させ、チャンバ耐用期間にわたってレーザ性能を増大させ、又はその両方が可能である。運用上は、電極間間隔は、電極間の特定のターゲット間隙距離を維持するか、又は帯域幅、パルス間エネルギ安定性、ビームサイズなどのようなレーザ出力ビームの特定のパラメータを最適化するように調節することができる。

本明細書で開示するように、電極間間隔の制御は、いくつかの異なる方法で達成することができる。一実施例では、電極間間隔は、視覚的に観測することができ、観測結果を用いて電極の一方又は両方を移動させることができる。例えば、技師は、キーパッド又はグラフィックユーザインタフェースを通して、アクチュエータに信号を送るようにレーザシステムコントローラに手動で命令することができ、これは、次に、望ましい電極間間隔調節をもたらす。

別の実施例では、電極間間隔は、フィードバックループを使用して調節することができる。例えば、装置パラメータをモニタしてパラメータを示す制御信号を発生するコントローラを設けることができる。コントローラとの併用に向けて、アクチュエータを電極の一方又は両方と作動可能に結合することができ、アクチュエータは、制御信号に応答して電極の一方又は両方を移動させ、電極間間隔を調節する。この実施例に対しては、パラメータは、以下で説明するように、搭載測定計器又は他のレーザ構成要素によりコントローラに供給することができる。パラメータは、以下に必ずしも限定されるものではないが、波長、帯域幅、パルス間エネルギ安定性、ビームサイズ、累積パルスカウント、平均履歴負荷サイクル、放電電圧とパルスエネルギの測定された関係、又はその組合せを含むことができる。

特定的な実施例では、コントローラは、所定の間隔範囲にわたって電極間間隔を走査するようにプログラムすることができる。走査中に、測定計器又は他のレーザ構成要素は、コントローラに１つ又はそれよりも多くのパラメータ入力を供給することができ、コントローラにパラメータと電極間間隔の関係を判断させる。この関係から、コントローラは、最適の電極間間隔を誘導し、その後に相応に電極間間隔を調節することができる。

アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすために電極に結合することができるいくつかの機構を本明細書で開示する。１つの機構においては、鋸歯斜路構造を有する第１の細長剛性部材と、相補的鋸歯斜路構造を有する第２の細長剛性部材とを提供する。斜路構造は、縦方向に整列して互いに接触するように置かれる。第１の剛性部材は、電極に取り付けられ、第２の剛性部材は、アクチュエータの移動が第２の剛性部材を部材細長方向に平行移動させるようにアクチュエータに装着することができる。この構造的配置を用いて、第２の剛性部材の縦方向の移動により、部材細長方向に垂直な方向の第１の剛性部材（及び装着電極）の移動が引き起こされる。カム作動式機構及びネジ作動式機構を含む他の電極移動機構を以下でより詳細に開示する。

上述の電極移動機構の１つ又はそれよりも多くとの使用に向けて、電極放電中に発生した電磁場から機構の可動部品及び／又は接触面を電気的に保護するために導電可撓性部材を設けることができる。例えば、可撓性部材は、共に移動するように電極の一方に取り付けられた第１の可撓性部材縁部から、ハウジングに対して固定して保持された第２の可撓性部材縁部まで延びることができる。一部の場合には、可撓性部材は、部材に可撓性を与えるための電極細長方向と平行に整列した１つ又はそれよりも多くの回旋部を用いて形成することができる。一実施形態では、可撓性部材の第２の縁部は、可動電極からパルス電源までの低インピーダンス経路をもたらす複数のいわゆる「電流くし歯」に電気的に接続することができる。

横放電ガスレーザの略示斜視部分分解組立図である。 多段レーザシステムの略示概略図である。 侵蝕前の初期位置にある線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極を示す概略図である。 侵蝕後の３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極を示す概略図である。 侵蝕後かつ電極の一方が電極間間隔を調節するように移動した後の線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極を示す概略図である。 一方の電極が他方の電極の侵蝕に適応するように初期電極間隙内に移動される場合を示す線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極を示す概略図である。 アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすように電極に結合することができる機構の構成要素を示すと共に、電極支持棒に対して引っ込んだ状態の電極を示す図１の線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極の概略図である。 アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすように電極に結合することができる機構の構成要素を示すと共に、電極支持棒に対して伸張した状態の電極を示す図１の線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極の概略図である。 アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすように電極に結合することができる機構の構成要素を示すと共に剛性鋸歯構造の略示斜視図である。 アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすように電極に結合することができる機構の構成要素を示すと共に相補的剛性鋸歯構造の略示斜視図である。 アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすように電極に結合することができる機構の構成要素を示すと共に、電極支持棒に対して引っ込んだ状態の電極を示す図１の線４Ｅ−４Ｅに沿って見た時の可動電極の図である。 アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすように電極に結合することができる機構の構成要素を示すと共に、電極支持棒に対して伸張した状態の電極を示す図１の線４Ｅ−４Ｅに沿って見た時の可動電極の図である。 アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすように電極に結合することができる機構の構成要素を示すと共に、アクチュエータと剛性鋸歯構造の間の機械的経路を確立するためのプッシュロッド及びピボット式レバーを含むリンケージを示す図である。 複数の電流戻りくし歯に可動電極を電気的に接続する可撓性導電部材を示す可動電極アセンブリの斜視図である。 アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすように電極に結合することができるカムシャフトを有する別の機構の構成要素を示すと共に、電極支持棒に対して引っ込んだ状態の電極を示す図１の線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極の概略図である。 アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすように電極に結合することができるカムシャフトを有する別の機構の構成要素を示すと共に、電極支持棒に対して伸張した状態の電極を示す図１の線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極の概略図である。 電極に結合してアクチュエータ駆動式電極移動をもたらすことができる打込みネジ機構の構成要素を示すと共に、電極支持棒に対して引っ込んだ状態の電極を示す図１の線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極の概略図である。 電極に結合してアクチュエータ駆動式電極移動をもたらすことができる打込みネジ機構の構成要素を示すと共に、電極支持棒に対して伸張した状態の電極を示す図１の線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極の概略図である。 電極に結合してアクチュエータ駆動式電極移動をもたらすことができる打込みネジ機構の構成要素を示すと共に、単一の打込みネジを有する機構を示す図１の線４Ｅ−４Ｅに沿って見た時の可動電極の図である。 電極に結合してアクチュエータ駆動式電極移動をもたらすことができる打込みネジ機構の構成要素を示すと共に、２つの打込みネジを有する機構を示す図１の線４Ｅ−４Ｅに沿って見た時の可動電極の図である。 電極に結合してアクチュエータ駆動式電極移動をもたらすことができる打込みネジ機構の構成要素を示すと共に、３つの打込みネジを有する機構を示す図１の線４Ｅ−４Ｅに沿って見た時の可動電極の図である。 非平行側壁を有する電極の伸張部に適応する可動流れガイドを有する装置の構成要素を示すと共に、電極支持棒に対して引っ込んだ状態の電極を示す図１の線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極の概略図である。 非平行側壁を有する電極の伸張部に適応する可動流れガイドを有する装置の構成要素を示すと共に、電極支持棒に対して伸張した状態の電極を示す図１の線３Ａ−３Ａに沿って見た時の１対の電極の概略図である。 電極伸張部に適応する電極端輪郭を有する図１の線４Ｅ−４Ｅに沿って見た時の可動電極の図である。

図１を最初に参照すると、横放電ガスレーザ装置各部の略示部分分解組立図が示されており、かつ全体的に２０で指定されている。例えば、装置２０は、ＫｒＦエキシマレーザ、ＸｅＦエキシマレーザ、ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、分子フッ素レーザ、又は当業技術で公知のあらゆる他の形式の横放電ガスレーザとすることができる。図示のように、装置２０は、導電耐食材料、例えば、ニッケルメッキアルミニウムで製造することができるチャンバ壁で形成された２分割チャンバハウジング２２ａ、２２ｂを含むことができる。図１に更に示すように、窓アセンブリ２４ａ、２４ｂは、光が共通ビーム経路に沿ってチャンバハウジング２２ａ、２２ｂを出入りし、かつ通過することを可能にするためにチャンバハウジング２２ａ、２２ｂの各端部に設けることができる。この構造により、中空チャンバハウジング２２ａ、２２ｂ及び窓アセンブリ２４ａ、２４ｂは、媒体内に放電を作り出すのに適切な他の構成要素と共にレージング可能なガス媒体を加圧状態に保持する容積を取り囲むことができる。これらの他の構成要素は、例えば、１対の放電電極（図１には図示せず）、ガスを循環させるファン（図１には図示せず）、ガスを冷却する熱交換器（図１には図示せず）を含むことができる。チャンバハウジング２２ａ、２２ｂは、ガスを導入／抽出することを可能にし、導体２６が励起電圧を電極に供給するためなどに、いくつかの密封入口／出口（図１には図示せず）を用いて形成することができることは認められるものとする。

チャンバに加えて、図１は、装置２０が、光学空洞を形成するために協働で配置されるビーム反転器２８及び出力カプラ３０を含むことができることを示している。装置２０に対しては、ビーム反転器２８は、平坦な全反射ミラーという簡単なものか、又は回折格子ベースの線狭化ユニットという複雑なものとすることができる。可動電極の使用は、先に触れた安定した定常波空洞に限定されるものではないことは認められるものとする。代替的に、１つ又はそれよりも多くの可動電極を有する横放電ガスレーザチャンバは、一回通過増幅器、多重通過増幅器、リング増幅器のような進行波増幅器、不安定な空洞のような他の光学的構成内で使用することができる。

引き続き図１に対しては、装置２０は、導体２６を通じてチャンバハウジング２２ａ、２２ｂ内に位置する電極に電気パルスを供給するパルス電力システム３２を含むことができる。以下の説明は、パルスレーザ装置を参照して行うが、本明細書で開示する概念の一部又は全ては、侵蝕又は何らかの他の現象による寸法変化が発生する電極を有する連続放電ガスレーザ装置に等しく適用可能であることは認められるものとする。図１は、装置２０作動中に、出力カプラ３０を通じて光学空洞を出るレーザビーム３４が作り出されることを更に示している。

図２は、電極間間隔が、多段装置のレーザ装置チャンバの１つ、両方、又は全てにおいて独立して（又は一部の場合は依存して）調節することができることを示すために、全体的に２０と指定した多段ガス放電レーザ装置を示している。例えば、第１段は、電力発振器ＰＯ又は主発振器ＭＯとすることができる。一般的に、発振器は、初期振動空洞で生成されるのがレーザ全出力の約１／３を超える場合はＭＯと呼び、初期振動空洞で生成されるのが全出力の約１／３よりも小さい場合はＰＯと呼ばれる。その後の段は、例えば、一回通過電力増幅器、多重通過電力増幅器、電力発振器、又はリング増幅器のような進行波増幅器とすることができる。多段装置は、構成に基づいて、図２に示す構成要素の一部又は全部を含むことができることは認められるものとする。図２に示す構成要素は、ビーム反転器２８’、第１段チャンバ５０、第１段出力カプラ３０’、回転光学器械５２ａ、５２ｂ、入力カプラ５４、第２段チャンバ５６、及び第２段出力カプラ５８を含む。

電極間間隔調節
図３Ａから図３Ｄは、侵蝕に関連の電極寸法変化がどのように電極間間隔に影響を与えることがあるか、かつ他方の電極に対する一方の電極の移動がどのようにより望ましい電極間間隔を再確立することができるかを示している。更に詳しく、図３Ａは、初期電極間間隔６４を確立するために電極６０が電極６２から離間した初期電極位置（侵蝕前）を示している。図３Ｂは、結果的に電極間間隔６６をもたらす有意な電極侵蝕が発生した後の電極６０、６２を示す（尚、初期電極間間隔６４を参考に示す）。図３Ｃは、結果的に初期電極間間隔６４に近い電極間間隔をもたらす有意な電極侵蝕が発生した後（図３Ｂ）、かつ電極６２が矢印６８の方向に移動した後の電極６０、６２を示している。図３Ｄは、電極６０の侵蝕に適応させるために、電極６２をその放電面が初期電極間隙（点線によって示す）内に達する位置に移動させることができることを示している。

図３Ａから図３Ｄは、非対称形の電極侵蝕の場合を示している。特に、電極６２は、侵蝕量が電極６０の約１０倍であることが図３Ｂから明らかである。この場合に対しては、電極６２の移動自体は、望ましい電極間間隔補正を行うのに十分とすることができる（電極６０の移動は不要である場合がある）。この形式の非対称形の電極磨耗は、アノード（ハウジングに電気接続した電極）が一般的にカソードを遥かに超える速度で浸食する一部の高電力高繰返し数エキシマレーザのようなある一定のタイプの横放電ガスレーザにおいては一般的なものである。図３Ａから図３Ｄは、非対称の電極侵蝕を示すが、対称形の電極消耗が発生する装置に対しては電極の一方又は両方を移動させて電極間間隔補正を行うことができることは認められるものとする。両方の電極が可動であるシステムに対しては、電極は、望ましい電極間間隔を設定するように移動させることができ、及び／又はシステム内の他の光学器械及び開口に対して放電領域を移動させるために使用することができる。従って、電極移動システムは、１つ又はそれよりも多くのシステム開口／光学器械に対してビーム足跡を調節するアラインメントツールとして使用することができる。

電極間間隔制御
図１に示す装置２０に対しては、電極間間隔の制御をいくつかの異なる方法で達成することができる。恐らく最も簡単な実施例では、電極間間隔は、例えば窓２４ａ、２４ｂの１つを覗くことによって視覚的に観測することができ、かつ観測結果を用いて電極の一方又は両方を移動させることができる。例えば、技師は、キーパッド又はグラフィックユーザインタフェース（又は当業技術で公知のあらゆる他のコントローラ入力装置）を通じて、アクチュエータ７２に信号を送るようにレーザシステムコントローラ７０に指示することができ、これは、次に、望ましい電極間間隔調節を行う機構（以下の説明を参照されたい）を駆動することができる。この目的のために、リンケージ７４は、チャンバハウジング２２ａ、２２ｂの壁を通過することができ、かつ可撓性蛇腹７６（又は当業技術で公知の他の適切な構成）を設置して、レーザガスがチャンバハウジング２２ａ、２２ｂを出るのを防止することができる。コントローラ７０の各部（メモリ、プロセッサなど）又は全ては、放電電圧、タイミング、シャッター作動のような機能の他のレーザ機能を制御する主レーザシステムコントローラと一体化（例えば共有）又は分離させることができることは認められるものとする。

別の実施例では、電極間間隔は、モニタした装置パラメータに基づいて調節することができる。例えば、装置２０は、累積パルスカウント、平均履歴負荷サイクル、波長、ガス圧、稼働電圧、帯域幅、パルス間エネルギ安定性（シグマと呼ぶこともある）、ビームサイズ、又は放電電圧とパルスエネルギとの測定した関係のような１つ又はそれよりも多くの装置パラメータをモニタすることができる。装置パラメータは、電極侵蝕（パルスカウント、平均履歴負荷サイクルなど）の範囲を予測するように選択することができ、及び／又は、望ましい特性（帯域幅、パルス間エネルギ安定性など）を有する出力ビームを生成するようにレーザ装置を調節するように選択することができる。

図１に示すように、これらの装置パラメータの１つ又はそれよりも多くは、測定計器７８を使用して電力レーザビーム３４の特性を測定することによってモニタすることができる。装置パラメータを示す制御信号は、その後、計器７８から出力することができ、かつコントローラ７０に伝達され、コントローラ７０は、アクチュエータ７２に信号を供給する。累積パルスカウント、平均履歴負荷サイクルのような何らかの装置パラメータは、コントローラ７０に供給するか、又は測定計器を使用せずコントローラ７０内で生成することができる。従って、本明細書で想定する少なくとも一部の実施例では、測定計器７８は、不要とすることができる。それに反して、適切な電極間間隔調節を判断するアルゴリズムでの処理に向けて、１つよりも多いパラメータ（すなわち、複数の装置パラメータ）をコントローラ７０に伝達するか、又はコントローラ７０内で作成することができる。

特定的な実施例では、コントローラは、所定の間隔範囲にわたって電極間間隔を走査するようにプログラムすることができる。従って、電極間間隔は、レーザが作動しながらレーザパルスを出力している間、連続的に又は区分的に調節することができる。走査中に、測定計器又は他のレーザ構成要素は、コントローラに１つ又はそれよりも多くのパラメータ入力を供給することができ、コントローラは、パラメータと電極間間隔の関係を判断することができる。この関係から、コントローラは、最適の電極間間隔を誘導し、その後、相応に電極間間隔を調節することができる。

電極間間隔機構
図４Ａから図４Ｅは、アクチュエータ駆動式電極移動をもたらすように電極に結合することができる第１の機構の構成要素を示している。この機構に対しては、鋸歯斜路構造を有する第１の細長剛性部材と、相補的鋸歯斜路構造を有する第２の細長剛性部材は、図４Ａ（完全に引っ込んだ位置の電極８０を示す）及び図４Ｂ（完全に伸張した位置の電極８０を示す）に示すように電極支持棒８６に形成されたチャンネル内に配置される。この装置に対しては、電極支持棒８６は、一般的に電極と同様に細長く、端部でハウジング２２ａ、２２ｂ壁に固定される（図１を参照されたい）。

細長剛性部材８２及び８４の斜視図をそれぞれ図４Ｃ及び図４Ｄに示している。図で分るように、細長剛性部材８２には、複数の傾斜平行面（表面８８ａから８８ｃと表記）、及び対向する平坦面９０が形成されている。いくらか類似して、細長剛性部材８２には、複数の相補的傾斜平行面（表面９２ａから９２ｃと表記）、及び電極８０を上に固定することができる高くなった平坦部分９６を含む対向する平坦面９４が形成されている（図４Ａ及び図４Ｅを参照されたい）。図４Ｃは、３０ｃｍ電極のための約２０面の傾斜面を有する剛性部材８２を示すが、使用する傾斜面数は、２０面を上回ったり、僅か１面とすることができることは認められるものとする。

この機構に対しては、図４Ｅ及び図４Ｆで最も良く分るように、剛性部材８２、８４は、縦方向に整列し（すなわち、各々は、矢印９８によって示す電極細長方向と平行に整列する）、かつ互いと接触するように設けられる。具体的には、剛性部材８２の各傾斜面８８ａから８８ｃは、摺って剛性部材８４の対応する傾斜面９２ａから９２ｃと接触するように設けられる。図４Ｅに更に示すように、バネアセンブリ１００ａ、１００ｂを使用して、剛性部材８２の傾斜面８８ａから８８ｃと剛性部材８４の傾斜面９２ａから９２ｃの間の予め選択した接触圧を維持することができる。

図４Ｅ及び４Ｆは、電極支持棒８６に対する細長部材８２の移動に応答する電極８０の移動を示しており、図４Ｅは、完全に引っ込んだ位置の電極８０を示し、図４Ｆは、伸張した位置の電極８０を示している。図４Ｅを図４Ｆと比較すると、矢印１０２の方向の電極支持棒８６に対する細長剛性部材８２の移動により、矢印１０４の方向の電極８０及び細長剛性部材８４の移動をもたらすということを見ることができる。同様に、矢印１０２と反対の方向の電極支持棒８６に対する細長剛性部材８２の移動により、矢印１０４と反対の方向の電極８０及び細長剛性部材８４の移動をもたらし、バネアセンブリは、傾斜面８８ａから８８ｃ、９２ａから９２ｃの接触を維持する。

図４Ｇは、アクチュエータ７２と剛性鋸歯構造８２の間で機械的経路を確立する略直線プッシュロッド１０６及びＬ字形ピボット式レバー１０８を含む機構のリンケージを示している。この配置で、矢印１１０の方向のプッシュロッド１０６の移動により、剛性鋸歯構造８２は、矢印１０２（図４Ｆにも示す矢印１０２）の方向に移動する。それによって図４Ｆに示すように、矢印１０４の方向の電極８０の移動が引き起こされる。注：剛性部材８２は、支持棒８６に形成された同様のサイズのチャンネル内に配置され、従って、チャンネル内で横方向に抑制される（図４Ａを参照されたい）。

図４Ｇは、更に、アクチュエータ７２が、チャンバハウジング２２ａ壁に固定され、プッシュロッド１０６の第１の端部１１２と作動可能に装着することができることを示している。プッシュロッド１０６は、次に、チャンバハウジング２２ａ壁の開口部を通って、チャンバ内側に配置した第２のプッシュロッド端部１１４まで延びる。可撓性蛇腹７６を設置して、プッシュロッド１０６の平行移動を可能にすると同時に、チャンバ内のガス圧を維持することができる。また、図示のように、第２のプッシュロッド端部１１４は、例えばピン／コッタピン構成（又は当業技術で公知のあらゆる同様に機能する構成）を使用して、Ｌ字形レバー１０８にピボット式に装着することができ、ピボット点１１６で電極支持棒８６に中央部分の近くでピボット式にＬ字形レバー１０８を装着する。レバー１０８の端部１１８は、図示のように、剛性部材８２にピボット式に装着することができる。より簡単な設計を使用することもでき、プッシュロッドを剛性部材と平行に整列させて直接に剛性部材に装着するが、Ｌ字形レバー１０８の使用により、レバーアームの相対長さに基づいて運動増幅／増幅解除が可能になる。必要に応じて、アクチュエータは、打込みネジ（図示せず）又は電極間間隔の手動調節を可能にする同様の構成要素と置換することができる。プッシュロッド／レバーシステムの別の代案は、滑車／ケーブルシステムを使用してチャンネル内の剛性部材８２を移動させることである。この代替に対しては、部材８２は、支持棒に装着したバネを使用して付勢し、滑車から離すことができる。

可撓性導電部材
図４Ａ及び図５を相互参照して最も良く分るように、電極間間隔機構構成要素の一部又は全てを電気的に保護し、及び／又は電極８０を電流戻りくし歯１２２ａから１２２ｃに電気的に接続し、及び／又は縦方向の動き（すなわち、図４Ｅの矢印９８の方向の移動）から電極８０及び剛性部材８４を抑制し、及び／又は熱が電極から支持棒に流れることを可能にする熱伝導経路をもたらす導電可撓性部材１２０を設けることができる。一部の用途においては、電極間間隔機構の接触面は孤を描き、かつ放電によって生成される電界がある時に保護されていない場合は、極端な場合は互いに溶接することができる。

図４Ａ及び図５に示すように、可撓性部材１２０は、電極８０及び／又は電極との移動のための剛性部材８４に取り付けられた第１の可撓性部材縁部１２４を有することができる（注：図示の実施形態に対しては、縁部１２４は、電極８０と剛性部材８４の間に固定されている）。一般的に、可撓性部材１２０は、可撓性部材１２０が電極８０から支持棒８６／電流戻りくし歯１２２ａから１２２ｃに熱及び／又は電気を伝えることを可能にする銅又は真鍮のような導電金属から作られる。

図４Ａ及び図５は、可撓性部材１２０が、支持棒８６に取り付けられた第２の縁部１２６を有することができ、従って、ハウジング２２ａに対して固定した状態で保持することができることも示している（図１を参照されたい）。図４Ａは、可撓性部材１２０縁部１２６を電流戻りくし歯１２２に電気的に接続することができ、電極８０からくし歯１２２までの電気経路が確立されることを更に示している。電流くし歯は、可撓性部材１２０からパルス電力システム３２（図１に図示）までのインピーダンスが比較的低い経路を提供する。図示の装置に対しては、可撓性部材１２０は、部材に可撓性を与えるために電極細長方向（すなわち、図４Ｅの矢印９８の方向）に平行に整列する１つ又はそれよりも多く回旋部１２８ａから１２８ｃを用いて形成することができる。この配置では、可撓性部材１２０は、平面波面形状を有するとして説明することができる。

上述のように、導電可撓性部材１２０は、電極間間隔機構構成要素の一部又は全てを電気的に保護し、及び／又は電極８０を電流戻りくし歯１２２ａから１２２ｃに電気的に接続し、及び／又は縦方向の動きから電極８０及び剛性部材８４を抑制するように機能することができる。可撓性部材１２０がこれらの機能の全てをもたらすように設計することができるが、一部の用途には３つの機能の全てが必要であるというわけではないことは認められるものとする。例えば、一部の放電電力レベルに対しては、保護は不要とすることができる。更に、３つの機能の１つ又はそれよりも多くは、別の構成要素により実行することができる。例えば、電極８０の縦方向の抑制は、必要な強度を欠く可撓性部材１２０に電極８０を抑制させる異なる方法で実行することができる。可撓性がその厚みから導出される部材、複数の離間した可撓性部材、及び１つ又はそれよりも多くの回旋部を有するくし歯を含む、上述の機能の１つ又はそれよりも多くを実行する他の構成を設けることができる。

図４Ａから図４Ｇ及び図５に示す構造的配置の１つの特徴は、電極間間隔を他のレーザ構成要素（例えば、ファン、ハウジングなど）に対して電極支持棒８６を移動させることなく調節することができるという点である。それによって支持棒８６と他の構造との間の精密公差を維持することができる。例えば、一部の用途においては、支持棒８６とファン（図示せず）間の精密公差を維持することができ、ファンがより効率的に稼動することができる。

図４Ａから図４Ｇ及び図５に示す構造的配置の別の特徴は、実質的な熱伝達経路が電極８０と支持棒８６の間で達成されるという点である。特に、剛性部材８２と剛性部材８４間の比較的大きな接触面積、及び剛性部材８２、８４と支持棒間の比較的大きな接触面積は、実質的な熱伝達経路をもたらすように協働する。一部の用途に対しては、この経路は、電極８０の過熱を防止する際に有用であろう。
図４Ａから図４Ｇ及び図５に示す構造的配置の別の特徴は、電極移動範囲にわたって電極間で比較的良好な平行度を維持するという点である。

図６Ａ及び図６Ｂは、カムシャフト１５０を回転軸１５２（電極細長方向とほぼ平行とすることができる）回りに回転させて電極伸張を行うことができる代替機構を示しており、図６Ａは、完全に引っ込んだ位置の電極８０を示し、図６Ｂは、伸張した位置の電極８０を示している。この機構に対しては、カムシャフト１５０は、電極１５４と直接に接触しているとすることができ（電極１５４から支持棒１５８までの熱経路を確立する熱伝導性剛性部材の有無を問わず）、又は図示のように、熱伝導性剛性部材１５６は、電極１５４とカムシャフト１５０の間に挿入して電極１５４から支持棒１５８に熱を伝えるために使用することができる。図６に示す機構に対しては、上述のように、可撓性部材１６０を使用して電極間間隔機構構成要素の一部又は全てを電気的に保護し、及び／又は電極１５４を電流戻りくし歯１６２に電気的に接続し、及び／又は電極１５４から支持棒１５８までの熱伝導経路をもたらすことができる。この装置に対しては、カムシャフト１５０は、手動で又は通電したアクチュエータにより回転させることができ、上述の技術／構造的配置のいずれかにより制御することができる。

図７Ａから図７Ｅは、電極伸張を行うために１つ又はそれよりも多くの打込みネジ１７０を含む代替機構を示しており、図７Ａは、完全に引っ込んだ位置の電極１７２を示し、図７Ｂは、伸張した位置の電極１７２を示している。この機構に対しては、打込みネジ１７０は、電極１５４と直接に接触しているとすることができ（電極１７２から支持棒１７４までの熱経路を確立する熱伝導性剛性部材の有無を問わず）、又は図示のように、熱伝導性剛性部材１７６は、電極１７２と打込みネジ１７０の間に挿入して、電極１７２から支持棒１７４まで熱を伝えるために使用することができる。

図７Ａから図７Ｅに示す機構に対しては、上述のように、可撓性部材１７８を用いて電極間間隔機構構成要素の一部又は全てを電気的に保護し、及び／又は電極１７２を電流戻りくし歯１８０に電気的に接続し、及び／又は電極１７２から支持棒１７４までの熱伝導経路をもたらすことができる。図７Ａ及び図７Ｃを相互参照すると、打込みネジ１７０は、壁１８２を通過して支持棒１７４の下穴（すなわち、穿孔、リーマ仕上げ、及びネジ立てされた）を貫通させることができることを見ることができる。代替的に、下穴は、壁１８２に設けることができ、又は何らかの他の構造又はナット（図示せず）を壁１８２又は支持棒１７４に固定することができる。上述のような可撓性蛇腹（図示せず）を壁１８２に使用して、チャンバからのガス洩れを防止することができる。これらの機構に対しては、各打込みネジ１７０は、手動で（チャンバの外側から）又は通電したアクチュエータ１８４（任意的な構成要素を示すために破線で図示）により回すことができ、上述の技術／構造的配置の１つ又はそれよりも多くを使用して制御することができる。バネ１８６ａ、１８６ｂを設置して、図７Ｃに示すように支持棒１７４に対して電極１７２を付勢することができる。

図７Ｄは、電極１７２’の縦方向に沿って離間している２つの打込みネジ１７０ａ、１７０ｂを有する機構を示しており、各打込みネジ１７０ａ、１７０ｂは、手動で（チャンバの外側から）又はそれぞれ通電したアクチュエータ１８４’ａ、１８４ｂ’（任意的な構成要素を示すために破線で図示）により独立して回転可能である。
図７Ｅは、電極１７２’’の縦方向に沿って離間している２つの打込みネジ１７０ｃ、１７０ｄ、１７０ｅを有する機構を示しており、各打込みネジ１７０ｃ、１７０ｄ、１７０ｅは、手動で（チャンバの外側から）又はそれぞれ通電したアクチュエータ１８４’ｃ、１８４’ｄ、１８４’ｅ（任意的な構成要素を示すために破線で図示）により独立して回転可能である。

２つ又はそれよりも多い打込みネジ１７０を有する機構（図７Ｄ及び図７Ｅ）に対しては、打込みネジの各々を独立して調節して、電極間平行度及び／又は電極間間隔を調節することができる。具体的には、電極１７２’’が放電対の他方の電極と平行になるまで、打込みネジを独立して調節することができる（図７Ｄの点線は、非整列電極を示し、実線は、別の電極と平行になるアラインメント後の電極を示す）。

３つ又はそれよりも多くの打込みネジ１７０を有する機構（図７Ｅ）に対しては、打込みネジの各々を独立して調節して、電極間平行度（上述のように）及び／又は電極曲率及び／又は電極間間隔を調節することができる。具体的には、打込みネジは、電極１７２’’が直線のような望ましい曲率を有するか又は他方の電極に適合する曲率を有するまで独立して調節することができる（図７Ｄの中の点線は、所望以外の曲率を示し、実線は、曲率調節の後の電極を示す）。

可動流れガイド
図４Ａに示す電極８０は、略直線の平行な側壁を有するが、他の電極形状を本明細書で説明する装置において使用することができることは認められるものとする。例えば、図８Ａ及び図８Ｂは、電極幅「ｗ」が電極基部２０２から初期放電面２０４まで徐々に減少するテーパ付き構造（電極細長方向に垂直な平面において）を有する電極２００を示している。他の電極設計は、電極幅が基部から最低限まで減少した後に初期放電面まで増加する砂時計形状（図示せず）を含むことができる。

図８Ａ及び図８Ｂは、絶縁セラミック材料製とすることができる流れガイド２０６ａ、２０６ｂを各側の電極２００を取り囲むように配置し、電極２００の先端上部でガス流を制御して放電が電極２００に隣接する金属構造に衝突するのを防止することができることも示している。平行な側壁（図４Ａ）を有する電極の場合に対しては、これらのガイドを支持棒に固定することができ、かつそれに対して固定のままとすることができる。図４Ａを図４Ｂと比較すると、平行した側壁を有する電極８０が伸張しても電極側壁と固定流れガイド２０６ａ’及び２０６ｂ’の間の間隔に影響を与えないということを見ることができる。それに反して、図８Ａの電極２００のような非平行側壁を有する電極に対しては、電極が伸張すると、電極側壁と固定流れガイド２０６ａ、２０６ｂの間の間隔に影響を与える場合がある。

図８Ａ及び図８Ｂは、流れガイド２０６ａ、２０６ｂが、支持棒２０８に取り付けられた状態で可動であり、流れガイド２０６ａ、２０６ｂが、電極２００が伸張する時に（矢印２１２の方向に）互いから離れて移動することができる構成（矢印２１０ａ、２１０ｂの方向に）を示している。この流れガイドの移動をもたらすために、各流れガイド２０６ａ、２０６ｂには、電極２００と接触する面２１４を形成し、電極移動方向（矢印２１２）に対して角度を成して各流れガイド２０６ａ、２０６ｂを傾斜させる。図示の構成に対しては、１つ又はそれよりも多くのバネ（図示せず）を設置して、各流れガイド２０６ａ、２０６ｂを電極２００に向けて付勢させることができる。

電極端部の輪郭
図９は、１対の電極２１８、２２０を示すと共に可動電極２２０に対する端部輪郭を描いている。図示のように、電極２１８は、放電が所望されて点２２４で放電領域から離れて曲がり始める比較的平坦な部分２２２を用いて形成される。電極２２０が示されており、実線は、初期の電極形状を示し、破線は、耐用期間末期の形状を示している。図示のように、電極２２０は、最初に、放電が所望される比較的平坦な部分２２６、湾曲移行区画２２８、及び第２の平坦区画２３０を用いて形成される。図示のように、平坦区画２３０は、電極基部２３２から距離「ｄ₁」だけ離間させることができ、耐用期間初期の平坦区画２２６は、電極基部２３２から距離「ｄ₂」だけ離間させることができ、耐用期間末期の平坦区画２３４は、電極基部２３２から距離「ｄ₃」だけ離間させることができ、ｄ₂＞ｄ₁＞ｄ₃である。特定的な実施形態では、電極２２０は、ｄ₁＝ｄ₃＋ｎ（ｄ₂−ｄ₃）で形成され、ここで、ｎは、典型的には約０．２５から０．７５の範囲であり、平坦区画２３０は、電極の耐用期間にわたって電極２２０の平均高さの間に置かれる。例えば、ｄ₂−ｄ₃は、約３ｍｍとすることができる。図示の構成の１つの特徴は、それが電極２２０の耐用期間にわたって放電を選択放電領域（点２２４の近くで終了）に限定するという点である。

「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２」を満足するために必要とされる詳細において本特許出願において説明しかつ例示した特定の実施形態は、上述の実施形態の１つ又はそれよりも多くの上述の目的を、及び上述の実施形態により又はその目的のあらゆる他の理由で又はその目的のために解決すべき問題を完全に達成することができるが、上述の実施形態は、本出願によって広く考察された内容を単に例示しかつ代表することは、当業者によって理解されるものとする。単数形での以下の請求項における要素への言及は、解釈において、明示的に説明していない限り、このような要素が「１つ及び１つのみ」であることを意味するように意図しておらず、かつ意味しないものとし、「１つ又はそれよりも多い」を意味する意図とし、かつ意味するものとする。当業者に公知か又は後で公知になる上述の実施形態の要素のいずれかに対する全ての構造的及び機能的均等物は、引用により本明細書に明示的に組み込まれると共に、特許請求の範囲によって包含されるように意図されている。本明細書及び／又は本出願の請求項に使用され、かつ本明細書及び／又は本出願の請求項に明示的に意味を与えられたあらゆる用語は、このような用語に関するあらゆる辞書上の意味又は他の一般的に使用される意味によらず、その意味を有するものとする。実施形態として本明細書で説明した装置又は方法は、それが特許請求の範囲によって包含されるように本出願において説明した各及び全て問題に対処又は解決することを意図しておらず、また必要でもない。本発明の開示内容におけるいかなる要素、構成要素、又は方法段階も、その要素、構成要素、又は方法段階が特許請求の範囲において明示的に詳細に説明されているか否かに関係なく、一般大衆に捧げられることを意図したものではない。特許請求の範囲におけるいかなる請求項の要素も、その要素が「〜のための手段」という語句を使用して明示的に列挙されるか又は方法の請求項の場合にはその要素が「行為」ではなく「段階」として列挙されていない限り、「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２」第６項の規定に基づいて解釈されないものとする。

８２、８４ 剛性部材
８８ａ 剛性部材８２の傾斜面
９２ａ 剛性部材８４の対応する傾斜面
１００ａ、１００ｂ バネアセンブリ

Claims (21)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに配置された第１の電極と、
   前記ハウジングに配置され、かつ前記第１の電極から離間してそれとの間に放電間隙を確立する第２の電極と、
   前記第１の電極に対して前記第２の電極を移動して前記間隙を変化させる機構と、
   前記第２の電極にそれと共に移動するために取り付けられた第１の縁部と、前記ハウジングに対して固定して保持された第２の縁部とを有する導電可撓性部材と、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記可撓性部材は、前記放電間隙に発生した電磁場から前記機構を保護する遮蔽体を形成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記可撓性部材は、前記第１の縁部と前記第２の縁部の間に複数の回旋部を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記機構は、鋸歯構造で調節された表面を有して前記第２の電極に取り付けられた第１の剛性部材と、鋸歯構造で調節された表面を有する第２の剛性部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記ハウジングは、ハウジング壁を含み、前記機構は、該壁を通過するリンケージと、電気制御信号に応答して該リンケージを移動するアクチュエータとを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記アクチュエータは、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、ステッパモータ、サーボ電動機、音声コイルアクチュエータ、リニアモータ、及びその組合せから成るアクチュエータの群から選択されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記ハウジングに取り付けられた電極支持棒を更に含み、
   前記第２の電極は、前記支持棒に対して可動であり、前記機構は、該第２の電極から該支持棒までの熱伝導経路を提供する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 装置パラメータをモニタし、かつそれを示す制御信号を発生するコントローラを更に含み、
   前記機構は、前記制御信号に応答して前記第２の電極を前記第１の電極に対して移動させるアクチュエータを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. パルスレーザであり、
   前記装置パラメータは、累計パルスカウントを含む、
   ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記ハウジングは、開口部が形成されたハウジング壁を含み、前記機構は、該開口部を通って延びるリンケージを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 流れガイド及び弾性要素を更に含み、
    前記流れガイドは、前記第２の電極に隣接して配置され、かつそれに対して可動であり、前記弾性要素は、該流れガイドを該第２の電極に向けて付勢するように作動可能である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 開口部が形成されたハウジング壁を含むハウジングと、
    前記ハウジングに配置された第１の電極と、
    前記ハウジングに配置され、かつ前記第１の電極から離間してその間に放電間隙を確立する第２の電極と、
    装置パラメータをモニタしてそれを示す制御信号を発生するコントローラと、
    前記ハウジング壁の前記開口部を通って延びるリンケージと、
    前記リンケージと作動可能に結合され、かつ前記制御信号に応答して前記第２の電極を前記第１の電極に対して移動させるアクチュエータと、
    を含むことを特徴とする装置。
13. パルスレーザであり、
    前記装置パラメータは、累計パルスカウントを含む、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 出力ビームを発生するパルスレーザであり、
    前記装置パラメータは、出力ビーム帯域幅測定値を含む、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
15. 出力ビームを発生するパルスレーザであり、
    前記装置パラメータは、出力ビームパルスエネルギ測定値を含む、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
16. 出力ビームを発生するパルスレーザであり、
    前記装置パラメータは、出力ビームパルス間エネルギ安定性測定値を含む、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
17. 出力ビームを発生するパルスレーザであり、
    前記装置パラメータは、放電電圧とパルスエネルギの間の測定された関係を含む、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
18. 出力ビームを発生するパルスレーザであり、
    前記装置パラメータは、ビームサイズ測定値を含む、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
19. 第１の電極と、
    前記第１の電極から離間した第２の電極と、
    利得媒体と、
    前記第１及び第２の電極間に放電を発生させる電源と、
    レーザを調整するためにリアルタイムで電極高さを調節して侵蝕に適応する電動式電極高さ調節機構と、
    を含むことを特徴とするレーザ装置。
20. 前記機構は、圧電ドライバを含むことを特徴とする請求項１９に記載のレーザ装置。
21. カム、ラックアンドピニオン、傾斜平面、及びレバーアームから成る機構の群から選択された機構を含むことを特徴とする請求項１９に記載のレーザ装置。

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