JP4314309B2 - ガス放電による高電流切り換え装置 - Google Patents

Description

本発明は、共に回転対称状に中空であるような形状であるとともに、それによりアノードの内部に放電空間が形成されたアノードとカソードとを備え、カソードが作動ガスの予備電離用の中空カソード空間を有し、中空カソード空間が、予備電離作動ガスを放電空間に流入させるための複数の開口を有する金属壁によって放電空間に対して画定され、これらの開口が等間隔に配置された、高電圧でガス放電による高電流切り換えをする、またはＥＵＶ放射線を放出するガス放電プラズマを生成する装置に関する。本発明は、特に、半導体リソグラフィおよび擬火花スイッチ用の放射線源でＥＵＶ放射線を放出するプラズマを生成するガス放電装置に適用される。

短波長放射線を生成する特別なガス放電装置は電気パルス化高出力源により動作される。最も単純な場合、それらはコンデンサであり、線間電圧装置により充電された後ガス放電装置による適当なスイッチにより電気コンタクトが閉じられたときに放電される。１ｋＡ／ｎｓを超える電流上昇率で５ｋＶを超える電圧において５０ｋＡまでのピーク電流に対処しなければならない。例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、および特許文献４に記載された擬火花スイッチはこの目的に適している。

擬火花スイッチは、適当な幾何学状に配置された１つ以上の放電開口を備える電極を有するガス充填放電装置である。これらの開口は指向安定放電を生じる。複数の放電チャネルを用いる目的は、局所的電流密度を低減することである。ガス圧および電極間隔は、動作点がパッシェン曲線の左側にあるように選択される。カソードは中空カソードとして好適に成形され、カソードの中間壁内の１つ以上のトリガ開口は、中空カソードプラズマの点火を可能にする。

物理的機能原理から要約すると、擬火花スイッチとガス放電放射線源との間の基本的相違は単にガス放電放射線源が放射線放出用の追加アノード開口を有することにあることが分かる。そのため、中空カソードの設計を改良することにより、機能性（耐用年数）を両方の用途の場合で延ばすことができる。

ガス放電放射線源と擬火花スイッチの従来の装置は、電流負荷電極の寿命を大幅に制限する２つの大きな欠点を有する。
ａ）中空カソードガス放電に基づく既知の擬火花スイッチおよび放射線源の形状は、カソードの高出力冷却を可能にしない。そのようなスイッチの高出力動作（４ｋＨｚを超える繰り返し周波数）は、数十ｋＷの平均熱出力の散逸を必要とする。
ｂ）放電空間と中空カソード空間とを隔てる金属壁の厚さは、通常約１〜３ｍｍである。これはカソードの寿命を大幅に制限し、これは熱の散逸不足により悪化する。

カソードの短い寿命の原因は、中空カソード空間と主放電空間との間の機能的に重要な金属壁であることは容易に理解され、その理由は、金属壁は、一方でイオン浸食により機能を損なうように磨耗することが最も早く、他方では浸食を低減するための高出力冷却には単に薄すぎるためである。しかし、浸食に対して壁の耐用年数を明らかに大幅に伸ばす壁厚の増加は、カソード壁内の放電孔の大幅な延長による放電挙動に変化を生じ得る。

例えば特許文献５に記載されるような、カソード壁がざる状の複数の均一配置開口を有する従来の中空カソード構造とは対照的に、比較的長い貫通開口のため、壁厚が増すと達成可能電流強度は減少し、中空カソードプラズマは放電空間で所望の安定ガス放電を生じなくなる。

米国特許第６，４１７，６０４Ｂ１号明細書 米国特許第５，５０２，３５６Ａ号明細書 米国特許第５，１２６，６３８Ａ号明細書 米国特許第５，３９９，９４１Ａ号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１３８９６０Ａ１号明細書

本発明の目的は、高出力動作、すなわちパルス化ガス放電の高平均出力で、擬火花スイッチおよび短波長放出ガス放電放射線源のカソードのより長い寿命を可能にする中空カソードプラズマを生成する新規な可能性を見つけることである。

共に回転対称状に中空であるような形状であるとともに、それによりアノードの内部に放電空間が形成されたアノードとカソードとを備え、カソードが作動ガスの予備電離用の中空カソード空間を有し、中空カソード空間が、予備電離作動ガスを放電空間に流入させるための複数の開口を有する金属壁によって放電空間に対して画定され、複数の開口が等間隔に配置されて、放電空間を流れる高電流のための開口を通るガス放電経路の空間的に分布された基点を提供する、ＥＵＶ放射線を放出するガス放電プラズマを生成するためのガス放電による高電流切り換え装置において、上述の目的は、中空カソード空間と放電空間との間の金属壁が１センチメートル程度の厚さを有し、金属壁の開口が比較的長いチャネルに変わり、チャネルの端部が放電空間内の共通交点（Ｓ）上で放電空間に指向され、ほぼ半径方向に延びる冷却チャネルが金属壁内に設けられて効率的冷却によりカソードのイオン浸食を低減する点で、本発明により達成される。

放電空間へのチャネルの開口が、湾曲金属壁に沿った少なくとも１つの同心円線上に均一分布状に配置されることが有利である。さらに金属壁内のチャネルが一定の直径を有し、直径が少なくとも放電空間の共通交点で収束する部分内でチャネルの長さに対して大幅に小さく、共通交点が放電空間内で生成されるプラズマチャネルを配向する放電チャネルを示す。

製造の観点から特に有利である構成において、チャネルが、共線であるチャネル部分と、放電空間内で収束するチャネル部分とで形成され、共線チャネル部分が中空カソード空間から始まって収束放電チャネル内に入る。

中空カソード空間内で始まる共線チャネル部分が収束放電チャネルより大きい直径を有することが有利であり、収束放電チャネルのみが直径（Ｄ）と長さ（Ｌ）との規定比で形成される。放電チャネルの直径と長さとの比が０．１〜０．１５であることが好適である。

さらに、共に回転対称状に中空であるような形状であるとともに、それによりアノードの内部に放電空間が形成されたアノードとカソードとを備え、カソードが作動ガスの予備電離用の中空カソード空間を有し、中空カソード空間が、予備電離作動ガスを放電空間に流入させるための複数の開口を有する金属壁によって放電空間に対して画定され、複数の開口が等間隔に配置されて、放電空間を流れる高電流のための開口を通るガス放電経路の空間的に分布された基点を提供する、擬火花スイッチ内のガス放電による高電流切り換え装置において、上述の目的は、中空カソード空間と放電空間との間の金属壁が１センチメートル程度の厚さを有し、金属壁の開口が比較的長いチャネルに変わり、チャネルの端部が、放電空間内のチャネルを通るガス放電経路が厳密に指向されたプラズマチャネルとして空間的に分布されるために共線−分岐状に放電空間に向かって配向され、ほぼ半径方向に延びる冷却チャネルが金属壁内に設けられて効率的冷却により中空カソードの金属壁のイオン浸食を低減する点で達成される。

放電空間へのチャネルの開口が、湾曲金属壁に沿った少なくとも１つの同心円線上に均一分布状に配置されているとよい。

少なくとも放電空間内に開口する放電チャネルを示す規定部分内で、金属壁内のチャネルが、チャネルの長さより大幅に小さい均一な直径を有することが有利である。

金属壁が特に厚い場合、または放電空間内への流入方向が分岐する場合、流入チャネルが共線チャネル部分と、放電空間に向かって分岐するチャネル部分とで形成され、共線チャネル部分が中空カソード空間から始まり、放電空間に向かって分岐する放電チャネルに入るとよい。中空カソード空間内で始まる共線チャネル部分が、放電空間への分岐放電チャネルより大きい直径を有し、分岐放電チャネルのみが直径と長さとの規定比で形成される。放電チャネルの直径と長さとの比が、均一流入チャネル内および結合流入チャネル内で０．１〜０．１５であることが有利である。

ガス放電により高電流を切り換える装置の両方において、中空カソード空間と放電空間との間の金属壁のイオン浸食を低減する目的のため、冷却チャネルが放電チャネル間の中心に配置されかつ相互に交差することが有利である。冷媒供給源と冷媒出口とが半円状で互いに対向して配置されるように形成される。

この目的のため、冷媒供給源と冷媒出口とが、円筒状表面領域に沿ってカソードの裏端面内に凹んだ対向配置溝として形成されることが好適である。

作動ガスを流入させる各チャネルが、対をなして対称に配置された冷却チャネルにより囲まれることが有利であり、そのような冷媒チャネル対の中心軸のすべてが、中空カソードの対称軸で交差する。冷却チャネル対の冷却チャネルは互いに平行に金属壁内に設けられることが好適である。

カソードが高融点金属、好適にはタングステンまたはモリブデンで作製されるとよい。

しかし、カソードがカソード基体と電極カラーとで構成されることも有利であり、電極カラーのみが高融点金属を備えるとともに、カソード基体が高熱伝導率を有する金属、好適には銅または銅合金で作製される。高熱伝導率を有する金属と高融点金属との間の境界が、カソードの金属壁内に延びているとよい。冷却チャネルをカソードカラー内およびカソード基体内に配置することができる。

本発明は、高出力動作、すなわちパルス状に生成されるガス放電の高平均出力でも、短波長放出ガス放電放射線源および擬火花スイッチのカソードの比較的長い寿命を可能にする中空カソードプラズマを生成する装置の実現を可能にする。

以下に実施形態の例を参照して本発明をより十分に説明する。

図１に示すように、高出力電流切り換えまたはＥＵＶ放射線を生成するのに適した高電流切り換え装置は、回転対称にアノード内部１１を取り囲むとともにアノード冷却システム１２により従来のように温度調整されるアノード１と、中空カソード２の形状のカソードとを有する。中空カソード空間２１は金属壁２２によってアノード内部１１内に形成された放電空間３から隔てられている。金属壁２２は、センチメートル範囲（好適には≧１ｃｍの範囲）の厚さを有し、高い熱負荷（少なくとも放電空間３に面する表面において）を考慮して、例えばタングステンまたはモリブデンなどの高融点材料で作製されている。

ガス放電装置は、中空カソード２の中空カソード空間２１内に配置された予備電離ユニット４と、予備電離生成器５と、主放電パルス生成器６とに周辺接続されている。ガス供給ユニット７が好適に予備電離ユニット４を介して中空カソード空間２１への作動ガスの供給を提供し、真空システム８が少なくとも放電空間３に対するかまたは全体電極装置の環境に対する十分な真空を提供する。

中空カソード空間２１から放電空間３への流入チャネル２３は、中空カソード空間２１内で電離された作動ガスを流入させるために金属壁２２内に設けられ、放電空間３内での主放電中に電流が中空カソード２から出て放電空間３内に入る基点Ｆの可能な最も対称な分布を提供するために、好適には対称軸１３を中心に対称に均一に分布されるように金属壁２２内に配置されている。

プラズマチャネル３１が指向的に流入する電離作動ガスから形成される放電空間３内の最適放電の場合、約０．１〜０．１５という明らかに小さい直径Ｄと長さＬの比は、金属壁２２内に設けられた流入チャネル２３の少なくともある部分で調整される。流入チャネル２３の寸法決定はチャネルのその部分のみに対して維持される必要があり、チャネルのその部分は放電チャネル２３１として、放電空間２内の電離作動ガスのそれぞれの流出方向を決定するとともに、その部分により内部で初期化された（初期）ガス放電が放電空間内の指向「プラズマチャネル」３１の形成をあらかじめ決定する。すなわち、寸法ＤとＬとの比は、放電空間３内に配向された放電チャネル２３１の（部分）のみと関係している。中空カソード空間内で始まる流入チャネル２３の「より太い」共線入力部２３２（好適には共線ボアホールとして構成される）は、機能の点で中空カソード空間２１に帰属する。これらの入力部２３２は中空カソード空間２１を放電チャネル２３１に接続するための適当な箇所に設計され、放電チャネル２３１の固定位置および長さＬを前提とすると、金属壁２２を、冷却ライン２４を導入するために任意の厚さ（例えば＞１ｃｍ）で構成することができるようになっている。

センチメートル範囲の厚さｄで、中空カソード空間２１と放電空間３との間にこのように構成された金属壁２２は、主放電中に発生するイオンにより生じる浸食に対して使用可能時間を大幅に増加させるとともに、連続動作中の浸食を良好に低減する３ｃｍの金属壁の厚さを可能にする適当な冷却チャネル形状を金属壁２２に設けることができる利点を有する。本発明によれば、従来技術で通例である壁開口は、金属壁２２の厚さに応じて可変長のチャネル２３に変わる。

放電空間３と中空カソード空間２１との間の金属壁２２をより厚く設計する主たる目的は、既知の浸食率（≒１ｇカソード材料／１０^８放電）に対して十分な材料を利用可能にすることである。しかし、同時にこのステップは直接冷却の場合、金属壁２２内の冷却チャネル２４により、以前は利用できなかった材料厚さを提供することができる。しかし、厚い金属壁２２を有するこの中空カソード形状による最初の実験は、放電空間３内の顕著な電流の低下を示した。

意外にも、この原因は、中空カソード２の金属壁２２内の放電チャネル２３が、中間壁がなく且つ前部に配置された表面アノードを有する、個々の管状中空カソードのように挙動することであることが分かった。後者の構成の場合、ニクーリン（ＮＩＫＵＬＩＮ）（例えばＴｅｃｈ．Ｐｈｙｓ．４４６（１９９９）６４１）は、広範囲に及ぶ基本的実験の発見を発表し、そこで管状カソード形状の直径と長さとの決定比が最適放電挙動に対する条件として示された。

本発明によるカソード形状に関しては、金属壁２２がセンチメートル範囲の厚さｄで構成される場合、中間金属壁２２を有する中空カソード２に対して異なるタイプの放電が放電空間３内で生じることが証明された。この放電タイプは空間的に分布された（金属壁２２内の開口における規定基点Ｆによる）放電形状から、別々に考慮すべき長い管状中空カソード（中間壁のない）の規定量の安定した厳密に配向されたチャネル放電（プラズマチャネル３１）に変化する。「自由中空カソード」に対してニクーリン（ＮＩＫＵＬＩＮ）により示された管寸法決定に基づいて、放電条件を長い流入チャネル２３を介して生成される中空カソードプラズマに適合させる方法が見つかり、規定寸法を有する放電チャネル２３１の厳密な空間配向により、規定量の非常に安定的に形成するプラズマチャネル３１による高（パルス化）電流が放電空間３内で達成される。

特に擬火花スイッチ（図３参照）内の分岐構成のため一般性を失うことなく、流入チャネル２３の確定的に寸法決定された部分、すなわち放電チャネル２３１は、電流誘起磁界形成の結果としての放電中に収縮するプラズマが集束されて最初から軟ｘ線放射線（ＥＵＶ）のスペクトル領域における高い放射線収率が得られるように、図１のＥＵＶ放射線を生成する装置内の共通交点Ｓに向いている（擬火花スイッチの場合、この点における主要目的は、加熱を最小限に抑えるための図３による放電空間３内の幅広い空間分布である）。

図１による電極装置において、放電空間３の交点Ｓにおけるプラズマ生成用放電チャネル２３１の直径Ｄと長さＬとの比を、中空カソード空間２１内に予備電離ユニット４を有しても有さなくても共に最適化することができる。

図１に示すように密なホット（放射線）プラズマを生成するために、流入チャネル２３は放電空間３の対称軸１３内の共通交点Ｓに向くように屈曲されている。その結果、流入チャネル２３は異なる部分で形成され、共線部２３２は対称軸１３に平行に中空カソード空間２１から金属壁２２内に形成（好適には穴あけ）され、放電チャネル２３１として機能する収束部は放電空間３内の放電チャネル２３１のすべての共通交点Ｓに向かって配向されている。

平面Ａ−Ａに沿って中空カソード２を通る断面図から図２の下部に特に明瞭に見られるように、金属壁２２のイオン浸食を低減するための冷却チャネル２４が流入チャネル２３間の中心に配置され、対称軸１３を中心に均一に分布される（好適には輪状線上に）ように配置されている。

下部断面図（上部軸断面Ｂ−Ｂの平面Ａ−Ａに沿った）の図２に示されている特に有利な構成において、冷却チャネル２４は対をなして互いに平行であり、中心線に沿ってそれぞれ流入チャネル２３を包囲している。このように配置された冷却チャネル２４の平行対は何回も、最初に流入チャネル２３間でその後流入チャネル２３により形成された円内で交差するため、冷却チャネル２４の交差部分の迷路が流入チャネル２３の円の内側に形成されている。

冷却チャネル２４が一平面内または異なる平面（図示せず）で平行対として互いに横断または交差しているか、もしくは流入チャネル２３間で例えば対称軸１３内で横断する個々の冷却チャネル２４（図３）として延びている否かに関係なく、冷却チャネル２４はほぼ半径方向に配向され、中空カソード２の周辺で、互いに対称的に対向して位置する半円冷媒供給源２５および半円冷媒出口２６に接続されている。

図２による特別な構成において、冷媒供給源２５は円筒形状接続溝２７により冷却チャネル２４の一端に接続され、冷媒出口２６は対称軸１３に関して対称に対向して配置された円筒状接続溝２７により他端に接続されている。接続溝２７は好適には背面側から中空カソード２に切削される。

擬火花スイッチの構成に対する図３の下部に示されるような交差する個々のチャネルとして冷却チャネル２４を設けるための代替変形例を、図２の上面に示した中空カソード２の場合と同様に用いることができる。

冷却力を改善するために、中空カソード２を図２の上部の軸断面に示すように２つの異なる材料、カソード基体２８とカソードカラー２９とで構成することができる。放電空間３への中空カソード２の電流出口表面である電極カラー２９は、高融点材料（例えばタングステン、モリブデン等）から製造されるとともに、バックキャスティング製造技術によりカソードカラー２９に好適に固着されたカソード本体２８は、非常に高い熱伝導材料（例えば銅、銀等またはそれらの合金）から作製されている。

冷却チャネル２４はカソード基体２８内に延びることがよいが、カソードカラー２９内に（好適には追加的に）設けることもできる。

図３は擬火花スイッチとしての本発明の構成を示す。基本的原理ならびに図１および２による構成はすべて、開放アノード形状および放電空間３内で交差するプラズマチャネル３１を除いて、この場合に適用される。この場合、アノード１は閉鎖されるように設計され、ポット形状のように構成することができる。

この場合、放電空間３への中空カソード空間２１の流入チャネル２３は、共線部および収束部に分割する必要がなく、全体として考慮された放電チャネル２３１になるが、それは集中ホット（放射線）プラズマ列を生成する必要がないからである。放電チャネルは好適には分岐するようにまたは図３に示すように共線様に構成される。しかし、分岐配向の場合、金属壁２２内に「より太い」共線入力部２３２を設けて、外側に湾曲するようにこの金属壁２２より前の放電チャネル２３１の直径Ｄと長さＬとの必要な比を調整することが必要であることがある。また、この場合、金属壁２２の対応する湾曲を設けなければならない。

冷却システムを受容するために中空カソード空間と主放電空間との間の壁がかなり厚い、本発明による装置の概略図を示す。 中空カソードの中間壁を通る断面（Ａ−Ａ）および中空カソードを通る軸断面（Ｂ−Ｂ）の、交差平行二重チャネルを有する中空カソードの冷却システムの空間構成を示す。 図２と同様な簡略化冷却チャネルシステムを有する擬火花スイッチとしての本発明の構成を示す。

符号の説明

１ アノード
１１ アノード内部
１２ アノード冷却システム
１３ 対称軸
２ 中空カソード
２１ 中空カソード空間
２２ 金属壁
２３ 放電チャネル
２４ 冷却チャネル
２５ 冷媒供給源
２６ 冷媒出口
２７ 接続溝
２８ カソード基体
２９ カソードカラー
３ 放電空間
３１ プラズマチャネル
４ 予備電離ユニット
５ 予備電離パルス生成器
６ 主放電パルス生成器
７ ガス供給ユニット
８ 真空システム
Ｆ 基点
ｄ （金属壁の）厚さ
Ｄ （放電チャネルの）直径
Ｌ （放電チャネルの）長さ
Ｓ （共通）交点

Claims (22)

1. 共に対称軸（１３）周りに回転対称状に中空であるように形作られているアノード（１）とカソード（２）とを備え、これらによりアノード（１）の内部に放電空間が形成されており、前記カソード（２）が作動ガスの予備電離用の中空カソード空間（２１）を有し、当該中空カソード空間（２１）が、予備電離作動ガスを放電空間（３）に流入させるため等間隔に配置された複数の開口を有する金属壁（２２）によって前記放電空間（３）に対し境界を定められることで、前記放電空間（３）を流れる高電流のため前記開口を通ってガス放電経路の空間的に分布された基点（Ｆ）を創出する、ＥＵＶ放射線を放出するガス放電プラズマを生成するためのガス放電による高電流切り換え装置において、
   前記中空カソード空間（２１）と前記放電空間（３）との間の前記金属壁（２２）が１センチメートル以上の厚さを有することで、前記金属壁（２２）の開口が流入チャネル（２３）に変わり、当該チャネルの端部が前記放電空間（３）内の共通交点（Ｓ）上で前記放電空間（３）に指向されること、および
   ほぼ半径方向に延びる冷却チャネル（２４）が前記金属壁（２２）に設けられて効率的冷却により前記カソード（２）のイオン浸食を低減することを特徴とする装置。
2. 前記放電空間（３）への前記流入チャネル（２３）の開口が、湾曲した金属壁（２２）で、中空カソード（２）とアノード（１）の対称軸（１３）に沿って同心配置された少なくとも１つの円線上に均一分布して配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記放電空間（３）内に開口する放電チャネル（２３１）を示し共通交点（Ｓ）で収束する部分内で少なくとも、前記金属壁（２２）での前記流入チャネル（２３）が、前記流入チャネル（２３）の長さ（Ｌ）より大幅に小さい均一な直径（Ｄ）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記流入チャネル（２３）がそれぞれ、共線の入力部（２３２）と、前記放電空間（３）内で収束する放電チャネル（２３１）とで形成されており、前記共線入力部（２３２）が前記中空カソード空間（２１）から始まって、収束放電チャネル（２３１）内に入ることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記中空カソード空間（２１）内で始まる前記共線入力部（２３２）が、前記放電空間（３）への前記収束放電チャネル（２３１）より大きい直径を有し、前記収束放電チャネル（２３１）のみが直径（Ｄ）と長さ（Ｌ）の所定比で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記放電チャネル（２３１）の直径（Ｄ）と長さ（Ｌ）の比が０．１〜０．１５であることを特徴とする請求項３または５に記載の装置。
7. 共に対称軸（１３）周りに回転対称状に中空であるように形作られているアノード（１）とカソード（２）とを備え、これらによりアノード（１）の内部に放電空間が形成されており、前記カソード（２）が作動ガスの予備電離用の中空カソード空間（２１）を有し、当該中空カソード空間（２１）が、予備電離作動ガスを放電空間（３）に流入させるため等間隔に配置された複数の開口を有する金属壁（２２）によって前記放電空間（３）に対し境界を定められることで、前記放電空間（３）を流れる高電流のため前記開口を通ってガス放電経路の空間的に分布された基点（Ｆ）を創出する、擬火花スイッチ内のガス放電による高電流切り換え装置において、
   前記中空カソード空間（２１）と前記放電空間（３）との間の前記金属壁（２２）が１センチメートル以上の厚さを有することで、前記金属壁（２２）の開口が流入チャネル（２３）に変わり、当該チャネルの端部（２３１）が、前記放電空間（３）内の流入チャネル（２３）を通って生成されたガス放電経路が厳密に指向されたプラズマチャネル（３１）として空間的に分布されるために分岐するまで共線状に前記放電空間（３）に向かって配向されること、および
   ほぼ半径方向に延びる冷却チャネル（２４）が前記金属壁（２２）に設けられて効率的冷却により前記中空カソード（２）の金属壁（２２）のイオン浸食を低減することを特徴とする装置。
8. 前記放電空間（３）への前記流入チャネル（２３）の開口が、湾曲した金属壁（２２）で、中空カソード（２）とアノード（１）の対称軸（１３）に対して同心配置された少なくとも１つの円線上に均一分布して配置されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 少なくとも前記放電空間（３）内に開口する放電チャネル（２３１）を示す所定部分内で、前記金属壁（２２）内の流入チャネル（２３）が、長さ（Ｌ）より大幅に小さい均一な直径（Ｄ）を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 前記流入チャネル（２３）がそれぞれ、共線の入力部（２３２）と、分岐するチャネル部分とで形成されており、前記共線入力部（２３２）が前記中空カソード空間（２１）から始まって、前記放電空間（３）に向かって分岐する放電チャネル（２３１）に入ることを特徴とする請求項７に記載の装置。
11. 前記中空カソード空間（２１）内で始まる前記共線入力部（２３２）が、前記放電空間（３）への前記分岐放電チャネル（２３１）より大きい直径を有し、前記分岐放電チャネル（２３１）のみが直径（Ｄ）と長さ（Ｌ）の所定比で形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記放電チャネル（２３１）の直径（Ｄ）と長さ（Ｌ）の比が０．１〜０．１５であることを特徴とする請求項９または１１に記載の装置。
13. 前記冷却チャネル（２４）がそれぞれ、前記流入チャネル（２３）間の中心に配置されかつ前記中空カソード（２）の対称軸（１３）にて相互に交差し、冷媒供給源（２５）と冷媒出口（２６）とがそれぞれ、半円状で互いに対向して配置されるように形成されることを特徴とする請求項１または７に記載の装置。
14. 前記冷媒供給源（２５）と前記冷媒出口（２６）とが、円筒状表面領域に沿って前記カソードの裏端面から除去された対向配置溝（２７）として形成されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記電離作動ガスを流入させる各流入チャネル（２３）が、対をなして対称配置された冷却チャネル（２４）により囲まれ、そのような冷媒チャネル対（２４２）すべての中心軸（２４１）が、前記中空カソード（２）の対称軸（１３）で交差することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
16. 前記中空カソード（２）が高融点金属で作製されることを特徴とする請求項１または７に記載の装置。
17. 前記中空カソード（２）がカソード基体（２８）と電極カラー（２９）とを備え、前記電極カラー（２９）が高融点金属で作製され、前記カソード基体（２８）が高熱伝導率を有する金属で作製されることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記高融点金属がタングステンまたはモリブデンで作製されることを特徴とする請求項１６または１７に記載の装置。
19. 前記カソード基体（２８）が銅または銅合金で作製されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
20. 前記高熱伝導カソード基体（２８）と前記高融点電極カラー（２９）の間の境界が、前記中空カソード（２）の金属壁（２２）内に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
21. 前記冷却チャネル（２４）が前記カソードカラー（２９）内に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
22. 前記冷却チャネル（２４）が前記カソード基体（２８）内に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。

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