JPH04218985A - エキシマレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エキシマレーザ装置
に関し、特に、その電極に着目したエキシマレーザ装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２９は、従来のエキシマレーザ装置の
放電部領域の断面の概略図である。図において１はレー
ザ筐体、２は第１の主電極、３は第２の主電極、４は主
放電である。

【０００３】次に動作について説明する。エキシマレー
ザは、レーザ媒質として、クリプトン（Ｋｒ）、キセノ
ン（Ｘｅ）、またはアルゴン（Ａｒ）等の希ガス、なら
びにフッ素（Ｆ）　、塩素（Ｃｌ）等のハロゲンガスを
用いるレーザである。例えば、（Ｆ）　と（Ｋｒ）をレ
ーザ媒質として、これをヘリウム（Ｈｅ）またはネオン
（Ｎｅ）からなるバッフアガスで希釈してレーザ筐体１
に充填し、第１の主電極２と第２の主電極３との間に高
電圧を印加する。これにより、両電極２、３間の主放電
４が形成され、基底状態では相互作用のなかった（Ｋｒ
）と（Ｆ）が反応し、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）　な
るエキシマ分子が生成する。このエキシマ分子は寿命が
短く、すぐに基底状態にもどり、元の（Ｆ）と（Ｋｒ）
とに分かれるが、この過程で紫外光を放出する。この光
を、誘導放出の原理に基づいてレーザ光として取出す。

【０００４】エキシマレーザは、その構成および動作に
関し次のような問題点を有する。（ｉ）　　反応性の高
いハロゲンガスを用いるため、ガス自身の劣化を生じる
。（ｉｉ）　数十〜数百ナノ秒のパルス放電を用い、ピ
ーク電流は数十キロアンペアにも達するため、電極消耗
が激しく、長時間運転下においてレーザ出力の低下やビ
ームパターンの変化が生じる。

【０００５】この（ｉ）　の問題点に対しては、ハロゲ
ンとの反応性の低いニッケル（Ｎｉ）もしくはニッケル
合金が母材あるいはコーティング材として用いるのが有
効と考えられるが、レーザガス劣化を防ぐ観点から、主
電極など金属部の構成材料として、白金（Ｐｔ）もしく
は金（Ａｕ）、あるいはこれらをコーティングした材料
がさらに有効であることが示唆される［アール・テナン
ト氏による“レーザ　フォーカズ”（Ｒ．Ｔｅｎｎａｎ
ｔ，“Ｌａｓｅｒ　Ｆｏｃｕｓ”）　Ｖｏｌ．１７，Ｎ
ｏ．１０，ｐ６５，（１９８１）］。また、ＣＯ２　レ
ーザにおけるガス劣化を抑制する点で白金が優れた電極
材料であることが報告されている［イー・エヌ・ロコバ
氏らによる“アイ・イー・イー・イー・ジャーナル　　
オブ　　クァンタム　　エレクトロニクズ”（Ｅ．Ｎ．
Ｌｏｔｋｏ　ｂｏ，Ｖ．Ｎ．Ｏｃｈｋｉｎ　ａｎｄ　Ｎ
．Ｎ．Ｓｏｂｏｌｅｖ，“ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　
ｏｆ　Ｑｕａ−ｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”）
　Ｖｏｌ．ＱＥ−７，Ｎｏ．８，ｐ３９６，（１９７１
）］。さらに、フッ素ガス中の放電電極としてＰｔが適
していることが、他の文献にも示されている［前田定男
氏らによる“電気学会雑誌”Ｖｏｌ．９１，Ｎｏ．８，
ｐ１４４７，（１９７１）］。

【０００６】上記（ｉｉ）の電極の消耗に関しては、イ
オンや電子による物理的なスパッタリングが主な原因と
して考えられ、タングステン（Ｍ）　やモリブデン（Ｍ
ｏ）等の高融点材料や硬度の高い材料が適していると言
われてきた。 しかし、本発明者等が実際にＭｏ電極を寿命試験したと
ころ、１×１０８　シヨットで１８０μｍ　も電極が掘
られており、むしろ後述する従来のＮｉ電極（３×１０
８　シヨットで１８０μｍ）　よりも悪い結果しか得ら
れなかった。また、ハロゲンガスとの反応が激しくレー
ザガス中のハロゲン濃度がすぐに低下し、レーザ出力が
著しく低下してしまい、実質的にエキシマレーザの電極
としては使用できないことがわかった。

【０００７】ガス劣化に対して有効な金属または合金と
して、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕハステロイ、インコネル等
に関する報告があるが（特開昭６３−２０４７６号公報
）、前記Ｍｏの例にもあるように電極消耗については何
ら示されていない。

【０００８】本発明者等は、ガスの劣化と電極の消耗に
ついての研究により、電極以外の接ガス部（例えば表面
積の大きな熱交換器部やレーザ筐体など）が主にガス寿
命をきめていることを明らかにした。図３０はその例で
、電極材料としてＮｉを用いた場合（イ）とその表面全
域にＰｔ層を設けたＮｉを用いた場合（ロ）（その他の
部位の材料はすべて共通とした）とで、ガス寿命を比較
したものであるが、両者に大きな差異はみられなかった
。 したがって、ガス寿命の観点から、電極表面全面をＰｔ
もしくはＡｕで覆う必要はない。

【０００９】図３１は長寿命試験におけるスパッタリン
グ等による電極形状変化を測定した結果である。この際
の投入電力は５０ジュール毎リットル（Ｊ／リットル）
である。図中（イ）はＮｉ製電極、（ロ）は電極の相対
向する表面のみに約８０μｍのＰｔ層を有する電極を用
いた場合の結果である。図より明らかなように、Ｎｉ電
極の場合は、３×１０８　シヨットで約１８０μｍほど
深さ方向に掘り込まれている。一方、Ｐｔ層を付けた場
合は、３×１０８　シヨット後でも約４０μｍしか掘ら
れていない。

【００１０】図３２は電極形状変化に伴うビームパター
ン変化とレーザ出力変化の結果を示したものである。Ｎ
ｉ電極の場合は、上記の電極形状変化により、ビームパ
ターンが変化し（イ）、レーザ出力も減少している（ハ
）。 一方Ｐｔ層を設けた場合は、ビームパターン（ロ）およ
びレーザ出力（ニ）ともに変化しておらず（図中では位
置を少しずらして表示した）、その有効性は明らかであ
る。これらの結果から、電極の消耗は、イオンや電子に
よるスパッタリングのみならず、ハロゲンとの反応が大
きく関与することがわかる。また、陰極と陽極の掘られ
る度合を比較すると、陽極側がより消耗が激しいことか
ら、フッ素の負イオンなどの活性種が電極消耗に大きく
関わっていると考えられる。この事実から陽極側の相対
向する面のみをＰｔもしくはＡｕの層で覆うだけでも大
きな電極長寿命化の効果が得られる。

【００１１】ここで、主放電４を詳細に観察すると、図
３３に示すように、主放電４は、その大部分をグロー放
電４ｃからなっており、この場合は陰極側の第１の主電
極２の表面に現れる陰極輝点４ａと、この陰極輝点から
のびるストリーマ４ｂからなっている。エキシマレーザ
において、放電電流の少ないときはグロー放電４ｃのみ
が観察されるが、放電電流を増してレーザ発振効率を高
めようとすると、陰極輝点４ａおよびストリーマ４ｂが
あらわれる。これは、陰極である第１の主電極２の電流
供給能力が充分でないため、局部的に非常に温度の高い
部分が発生し（陰極輝点）、電流供給能力の大きな熱電
子放出により電流が放電空間に供給されるためである。 この発明者らのテスト結果によれば、この陰極輝点４ａ
の発生している部分では電極の消耗がはげしいことが判
っている。

【００１２】エキシマレーザにおいては、放電電流が図
３４に示すように陽極がすこし反転するものの、陰極輝
点は主に陰極となる第１の主電極２の表面で発生する。 また、アーク放電用電極の長寿命を図るために、タング
ステン電極に酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ジル
コニウム（ＺｒＯ２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸
化トリウム（ＴｈＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）
等の酸化物を添加し、電極消耗が低下したという報告が
ある（電気学会放電研究会資料ＥＰ−８７−４４、Ｐ２
５−Ｐ３３、′８７）。しかし、先に説明したように、
エキシマレーザ用としてタングステン電極を用いること
はガス寿命、電極寿命の点で問題がある。

【００１３】以上の他、ハロゲンに対する反応性が十分
小さい場合には、イオンや電子によるスパッタリング、
あるいはそれらのエネルギー注入による蒸発散逸等に対
する抵抗、すなわち、融点、沸点、蒸気圧等の熱的特性
、さらに局部的な温度上昇に起因する熱疲労に対する機
械的な抵抗（硬度に関連）が消耗の程度を左右する要因
と考えられる。この点、ＰｔはＡｕに対して、熱的特性
の面で格段にすぐれているといえる。

【００１４】このように、Ｐｔは化学的に安定であって
、ガスによって劣化されることがなく、また、ガス劣化
を起こさせることがなく、さらに熱的に安定であって、
注入されるエネルギーによって散逸することが少ないが
、さらに電極の消耗・熱的・機械的特性の面で改良の余
地が大きい。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来のエキシマレーザ
装置は以上のように構成されており、Ｎｉ電極のままで
は、電極消耗に基づく電極形状変化により放電の不安定
化やレーザ出力の低下を招いてしまう。また、Ｐｔで電
極の主要部を形成することは有効であるが、それでも電
極の消耗は避けられず、またコストが高いという課題が
あった。

【００１６】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、電極の特性改良を、過大な経済
的犠牲を払うことなく達成し、高信頼なエキシマレーザ
装置を得ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項第
２項のエキシマレーザ装置は、主電極表面のうち相対向
する面の表面部分を白金を主成分とし、これとロジウム
（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、
もしくはオスミウム（Ｏｓ）、またはこれらの２以上の
元素との合金からなる耐エッチング材料の層で覆ったも
のである。

【００１８】また、この発明に係る請求項第３項のエキ
シマレーザ装置は、主電極表面のうち相対向する面の表
面部分をＮｉを主成分とし、Ａｕ、Ｐｔ、ロジウム（Ｒ
ｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、もし
くはオスミウム（Ｏｓ）、またはこれらの２以上の元素
を添加した合金からなる耐エッチング材料の層で覆った
ものである。

【００１９】また、この発明に係る請求項第４項のエキ
シマレーザ装置は、主電極表面のうち相対向する面の表
面部分が、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イ
リジウム（Ｉｒ）、もしくはオスミウム（Ｏｓ）、また
はこのいずれかを主成分とし、他の１または２以上の元
素を加えた合金からなる耐エッチング材料の層で覆った
ものである。

【００２０】この発明に係る請求項第５項のエキシマレ
ーザ装置は、ガス寿命の点で優れている白金もしくは金
と、電極消耗を低減するためのジルコニウム、ロジウム
、トリウムなどの金属との合金を耐エッチング材料とし
たものである。

【００２１】この発明に係る請求項第６項のエキシマレ
ーザ装置は、主電極のすくなくとも一方の電極に白金を
基調とした白金ー金合金あるいは金を基調とした金ー白
金合金を用いるか、もしくは電極表面あるいはその一部
をこれらの合金で覆った耐エッチング材料を用いたもの
である。

【００２２】この発明に係る請求項第７項のエキシマレ
ーザ装置は、陰極もしくは両極に高融点金属を基調とし
た高融点金属ー耐ハロゲン性金属合金からなる耐エッチ
ング材料を使用したものである。

【００２３】この発明に係る請求項第１０項のエキシマ
レーザ装置は、主電極のうち、少なくとも両極の相対向
する面の表面部分が、ハロゲンガスと反応性の低い金属
材料を主成分とし、仕事関数が４ｅＶ以下の酸化物もし
くは化合物、またはこれらの２以上の酸化物、化合物を
添加した材料からなっている。

【００２４】この発明に係る請求項第１１項のエキシマ
レーザ装置は、陰極と陽極とからなる主電極を有するエ
キシマレーザ装置において、少なくとも陰極と相対向す
る陽極面をハロゲンガスと反応性の低い金属で形成し、
少なくとも陽極と相対向する陰極面を高融点の金属もし
くは電子放出の容易な材料で形成したものである。

【００２５】この発明に係る請求項第１８項のエキシマ
レーザ装置は、主電極の少なくとも陽極を厚さ２０μｍ
以上の白金層で覆ったものである。

【００２６】この発明に係る請求項第１９項のエキシマ
レーザ装置は、主電極対の他方の電極と相対向する面の
みに、または上記主電極対の少なくとも陰極と相対向す
る陽極面のみに、白金層または金属層を形成したもので
ある。

【００２７】この発明に係る請求項第２０項のエキシマ
レーザ装置は、主電極の少なくとも一方に、白金もしく
は金あるいはこれらを基調とする合金を材料とした中空
管もしくはその一部を用いたものである。

【００２８】この発明に係る請求項第２１項のエキシマ
レーザ装置は、主電極の表面層を形成するニッケルの内
側にニッケルよりも熱伝導の大きい金属材料を設けたも
のである。

【００２９】この発明に係る請求項第２２項のエキシマ
レーザ装置は、主電極の表面のうち相対向する面の表面
に溝を形成して表面を粗し、その上に白金材の平板を密
着したものである。

【００３０】この発明に係る請求項第２３項のエキシマ
レーザ装置は、主電極基板と白金もしくは金の層との間
に少なくとも一層の他の物質を介在させた複数層コート
の電極構造を有する。

【００３１】この発明に係る請求項第２４項のエキシマ
レーザ装置の白金コーティング電極は、白金コーティン
グ層の下地金属として、白金との基準電極電位差が１Ｖ
以下の金属を用いたものである。

【００３２】

【作　　用】この発明における請求項第２項のエキシマ
レーザ装置は、Ｐｔに、Ｒｈ、Ｒｕ、ＩｒもしくはＯｓ
、またはこれらの２以上の元素との合金を形成すること
によって化学的特性を害することなく熱的特性を改良し
、電極消耗を減少させる。例えば、ＰｔにＲｈを添加す
ると融点が上昇し、かつ、強度が増大する。この場合、
５０％ＲｈまではＲｈ添加による融点上昇が著しいが、
それ以上は融点上昇が緩慢になる。経済的側面から、Ｐ
ｔよりもさらに高価なＲｈによってＰｔの性能を改良す
るために５０％以上のＲｈを添加することは疑問視され
る。なお、数％以上のＲｈの添加により、有意に熱的お
よび機械的特性の向上が図れる。Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓはそ
れぞれＰｔあるいはＲｈより融点、沸点が高く、単独あ
るいはこれらの複合添加により熱的特性を損なうことな
く、機械的特性を高め、電極損傷を減少させる。

【００３３】この発明における請求項第３項のエキシマ
レーザ装置においては、Ｎｉと、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒ
ｕ、ＩｒもしくはＯｓ、またはこれらの２以上の元素と
の合金を形成することによって化学的特性を著しく向上
させ、かつ機械的性質、さらに熱的特性（Ａｕの場合を
除く）を改良し、電極消耗を減少させものである。例え
ば、ＮｉにＰｔを添加すると５０％Ｐｔ程度まではほと
んど融点が変化しないが（それ以上のＰｔ添加により固
相線温度は上昇する）、高沸点のＰｔの効果として全体
の蒸気圧が低下し、蒸発損耗が減少する。またＰｔ添加
により、強度が増大する。Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、およびＯ
ｓの場合も、ほぼＰｔの場合と同様の効果が期待できる
。

【００３４】Ａｕの場合は、化学的特性及び機械的特性
の向上が著しいが、溶融、蒸発等の熱的特性が低下する
（約２０％Ａｕまでの固相線温度および液相線温度が下
降する）。この場合でも、対ハロゲンの化学的効果によ
り電極消耗は純Ｎｉの場合より有意に減少する。Ｐｔ、
Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓの２以上の複合添加は、化学的
性質および熱的特性を損なうことなく、機械的特性を高
め、電極損傷を減少させる。

【００３５】この発明における請求項第４項のエキシマ
レーザ装置においては、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、もしくはＯ
ｓは、ハロゲンとの反応性においてＰｔと同等であり、
熱的特性において、Ｐｔより高い融点（Ｒｈ以外はさら
にＰｔより高い沸点）を有し、かつ、単体でＰｔより大
きな強度を有する。これらの単独、あるいは互いの合金
はＰｔと同等の化学的特性、Ｐｔより勝れた熱的・機械
的特性により、Ｐｔより消耗が少ないすぐれた電極特性
を可能にする。

【００３６】この発明における請求項第５項のエキシマ
レーザ装置においては、ガスの長寿命化を著しく損なう
ことなく、電極消耗の少ない長寿命電極が達成できる。

【００３７】この発明における請求項第６項のエキシマ
レーザ装置においては、ガス劣化が少なく、かつ電極消
耗の少ない長寿命電極が達成できる。

【００３８】この発明における請求項第７項のエキシマ
レーザ装置においては、両主電極の消耗が極めて少ない
。

【００３９】この発明における請求項第１０項のエキシ
マレーザ装置においては、仕事関数が４ｅＶ以下の酸化
物もしくは化合物、またはこれらの２以上の酸化物、化
合物を電極材料に添加したので、電極からの電子放出が
容易となり、陰極基点が発生しにくくなるので、電極の
局部的な過熱がなくなる。また、電極の主成分としては
、ハロゲンガスと反応しにくい材料を用いているので、
ガスの劣化が起こりにくい。

【００４０】この発明における請求項第１１項のエキシ
マレーザ装置においては、少なくとも陰極と相対向する
陽極面をハロゲンガスと反応性の低い金属で形成したの
で、ハロゲンの負イオンが陽極と化学的に反応しにくく
なり、放電による陽極の消耗が少なくなる。また、少な
くとも陽極と相対向する陰極面を高融点の金属で形成し
た場合には、たとえば陰極表面に陰極輝点が発生して陰
極輝点の温度ず上昇しても、融点が高い材料を用いてい
るので蒸発しにくい。従って、放電による陰極の消耗が
抑えられる。また、少なくとも陽極と相対向する陰極面
を電子放出の容易な材料で形成する場合は、陰極輝点が
発生しなくとも多くの放電電流を陰極面が供給できるの
で、陰極輝点の発生が抑えられ、その結果放電による陰
極の消耗が抑えられる。

【００４１】この発明における請求項第１８項のエキシ
マレーザ装置の少なくとも陽極が、厚さ２０μｍ以上の
白金層で覆われているので、電極コストを著しく低くす
ることなく、電極消耗の少ない長寿命電極が達成でき、
高信頼エキシマレーザ装置が実現される。

【００４２】この発明における請求項第１９項のエキシ
マレーザ装置の主電極対の他方の電極と相対向する面の
みに、または上記主電極対の少なくとも陰極と相対向す
る陽極面のみに白金層または金層を形成することにより
、高価で資源希少な白金または金を無駄に費やすことな
く、即ち電極コストを著しく高めることなく、電極消耗
の少ない長寿命電極が達成でき、信頼性の高いエキシマ
レーザ装置が実現される。

【００４３】この発明における請求項第２０項のエキシ
マレーザ装置においては、主電極のコストを著しく高め
ることなく、長寿命電極が実現される。

【００４４】この発明における請求項第２１項のエキシ
マレーザ装置においては、主電極の温度を上昇させない
ように主電極の母材を熱伝導率の大きい材料とし、その
上に、表面層としてニッケルを設けたので、主電極の消
耗量は少なくなる。

【００４５】この発明における請求項第２２項のエキシ
マレーザ装置においては、主電極表面を粗にしてＰｔ平
板を密着したので、主電極表面にマイクロクラックなど
の欠陥を有さず、均一な断面を持ったＰｔ層が形成され
、放電電流を円滑に通電しうる。

【００４６】この発明における請求項第２３項のエキシ
マレーザ装置においては、主電極基板への白金もしくは
金の層の密着性が著しく高くなる。

【００４７】この発明における請求項第２３項のエキシ
マレーザ装置の白金コーティング電極では、白金コーテ
ィングをメッキでは実現する場合、白金メッキの下地金
属として白金との標準電極電位差が１Ｖ以下の金属を用
いると、下地金属がメッキ液中に融け出すことがない。

【００４８】

【実施例】図１は請求項第２項のエキシマレーザ装置の
一実施例を示すものであり、Ｐｔ−５％Ｒｈ、Ｐｔ−３
０％Ｒｈ、Ｐｔ−１０％Ｉｒの例であり、純Ｐｔの場合
より有意に電極消耗量が少ない。なお、これらはそれぞ
れＮｉ電極の相対する部分に、２００μｍの箔として貼
付けた後、電子ビームで走査して密着度を高めたもので
ある。

【００４９】図２は請求項第３項のエキシマレーザ装置
のＮｉ−３０％Ａｕ、Ｎｉ−５％Ｐｔ、Ｎｉ−５％Ｒｈ
の各実施例であり、純Ｎｉの場合より有意に電極消耗量
が少ない。これらはそれぞれＮｉ電極の相対する部分に
、２００μｍの箔として貼付けた後、電子ビームで走査
して密着度を高めたものである。なお、Ｎｉ合金層の形
成はメッキ層を形成した後、加熱により拡散処理として
もよい。

【００５０】図３は請求項第４項のエキシマレーザ装置
の場合のＲｈ、Ｒｕ、Ｉｒの各実施例であり、純Ｐｔの
場合より有意に電極消耗量が少ない。なお、これらはそ
れぞれＮｉ電極の相対する部分に、２００μｍの箔とし
て貼付けた後、電子ビームで走査して密着度を高めたも
のである。なお、Ｏｓについては実施していないが、Ｐ
ｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒより格段にすぐれた熱的・機械的
特性を有し、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒの結果から判断してさら
にすぐれた電極特性を有するものと考えられる。

【００５１】図４はこの発明の請求項第５項のエキシマ
レーザ装置の場合での、長寿命試験におけるスパッタリ
ング等による電極形状変化を測定した結果である。この
際の投入電力は５０ジュール／リットルである。図中、
曲線（イ）は白金製電極、（ロ）は金ーロジウム合金電
極、（ハ）は白金ーロジウムー酸化トリウム合金電極、
（ニ）および（ホ）は白金ー酸化ジルコニウム合金電極
、（ヘ）は白金ーロジウムー酸化ジルコニウム合金電極
を用いた場合の結果である。図より明らかなように、白
金電極の場合は、１×１０９　ショットで約５０μｍほ
ど深さ方向に掘り込まれている。これに比較して、（ロ
）ないし（ヘ）の合金電極を用いた場合は、消耗量が著
しく低減されていることがわかる。

【００５２】なお、上記実施例では、主に白金との間で
合金を作った例を示したが、白金と金とを入れ換えても
ほとんど同様の効果を奏する。また、電極母材として上
記の材料を用いた結果を示したが、他の材料の表面に上
記材料の層を設けることで主電極を構成してもよい。さ
らに、上記材料を用いるか、もしくは上記材料の層を設
ける部分は必ずしも主電極の全域である必要はなく、最
低限放電で叩かれる部分に適用すればよい。

【００５３】図５はこの発明の請求項第６項のエキシマ
レーザ装置の場合における、長寿命試験におけるスパッ
タリング等による電極消耗量と、ガス劣化によるレーザ
出力低下率とを測定した結果である。この際の投入電力
は５０ジュール／リットルである。図中、曲線（ａ）は
電極消耗量、曲線（ｂ）はレーザ出力低下率を示す。ま
た、横軸の０％は白金電極（金含有率ゼロ）、１００％
は金電極（金含有率１００％）を示す。上述のように、
白金電極は電極消耗の点で有利であるが、ガス劣化の点
で金電極に劣り、一方、金電極はガス寿命に優れるが、
電極消耗に関して劣る。金の含有率が増すにしたがって
、電極消耗も増えて行くが、これは金の含有率が増すに
つれて、合金の融点が低下して蒸発し易くなるためと考
えられる。

【００５４】図より明らかなように、電極消耗、レーザ
出力低下ともに、金の含有率に対して非線形な依存性を
示しており、白金ー金の比率を選択することにより（１
）ガス寿命に重点を置く場合には、金の含有率の多い組
成としてガス長寿命化を著しく損なうことなく電極寿命
を改善することが可能であり、（２）電極消耗の低下に
重点を置く場合には、金の含有率の少ない組成として、
電極の長寿命性を著しく損なうことなくガス寿命を改善
することが可能である。また、上記の説明では、白金ー
金の合金もしくは金ー白金の合金を電極として用いたと
きの結果を示したが、他の材料の表面にこれらの合金の
層を設ける構成でもよい。

【００５５】図６はこの発明の請求項第７項のエキシマ
レーザ装置の一実施例を示すもので、図６は（ａ）はこ
の発明の一実施例のエキシマレーザ装置を示す断面図で
あり、図において１はレーザ筺体、２は高融点金属を基
調とした高融点金属ー耐ハロゲン性金属合金６で形成さ
れた第１の主電極、３は第２の主電極、４は主放電であ
る。高融点金属としては、表１の（ａ）に示すロジウム
（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）も
しくはオスミウム（Ｏｓ）であり、耐ハロゲン性金属と
しては表１（ｂ）に示す白金（Ｐｔ）もしくは金（Ａｕ
）である。一例としてＲｈ−Ｐｔ合金の含百分率に対す
る融点の変化を図７に示す。この場合、Ｒｈの含有百分
率を５０％もしくはそれ以上の範囲とすることが有効で
あることがわかる。

【００５６】

【表１】

【００５７】以上の作用をさらに詳述すると、陰極側で
は、希ガスやバッファガスのプラスイオン衝撃や陰極点
に発生に基づく例えば電極温度の部分的上昇、およびそ
れに基づく電極消耗が起こりうるので、本来、耐ハロゲ
ン性のある貴金属で融点の高いロジウム、ルテニウム、
イリジウムもしくはオスミウムの含有百分率を５０％も
しくはそれ以上にし、それに白金もしくは金を加えた合
金を使用する、いわゆる高融点化をベースに耐ハロゲン
化を図っている。

【００５８】陽極側では、希ガスやバッファガスのマイ
ナスイオン衝撃以外にハロゲンイオンとの科学反応に基
づく電極消耗が起こりうるので、白金もしくは金が使用
されるが、他の実施例として図６（ｂ）に示すように、
陰極側と同じ材質でもよい。なお、この場合、陰極側と
陽極側との含有率百分率を互いに違えてもよい。以上の
ようにして、両主電極の消耗が極めて少なく、かつ、電
極形状の変化による放電の不安定性やレーザ出力の低下
を極力おさえることができ、さらに、レーザガスの長寿
命化および高信頼性を達成することができる。

【００５９】次に、さらに他の実施例について説明する
。図６（ｃ）〜（ｆ）に示す各実施例は、高融点金属を
基調とした高融点金属ー耐ハロゲン性金属合金６を、電
極表面もしくはその一部を覆っているものであり、より
経済的に長寿命電極を構成することができる。

【００６０】図８はこの発明における請求項第１０項の
エキシマレーザの一実施例を示す断面図であり、図にお
いて、２ａ，３ａは、第１の主電極２と第２の主電極３
の両電極の相対向する面の表面部分で、Ｎｉに酸化イッ
トリウム（Ｙ２Ｏ３）を２％添加した材料からなる。両
電極の相対向する面の表面部分２ａ，３ａは第１の主電
極２と第２の主電極３の母材にコーティングされている
。

【００６１】以上の構成により、酸化イットリウムの仕
事関数が２．０ｅＶであり、Ｎｉ中に酸化イットリウム
を添加することにより、電極の電流放出能力が増加する
ため、陰極輝点が発生しにくくなり、その結果電極寿命
は３×１０８　から１×１０９　に延びた。また、ガス
寿命は酸化イットリウムを添加することで全く低下しな
かった。エキシマレーザにおいては、放電電流が、図３
４に示すように、少し反転するので、陰極輝点し、主に
陰極となる第１の主電極２の表面で発生するが、第２の
主電極３の表面で少し発生する。従って、酸化イットリ
ウムを添加した結果は、第１の主電極２において顕著に
表れたが、第２の主電極３においても電極の消耗量は３
０％低下した。

【００６２】なお、上記実施例では、両極の相対向する
面の表面部分２ａ，３ａの主成分としてはＮｉを用いた
が、Ｎｉ以外のハロゲンガスと反応性の低い金属材料で
あるＡｕ、Ｐｔ、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ
）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、もしく
はオスミウム（Ｏｓ）、またはＮｉを含むこれら２以上
の元素からなる合金を用いると、さらに電極の消耗は少
なくなる。これらの材料は高価であるので、第１図に示
すように、両電極の相対向する面の表面部分２ａ，３ａ
だけに用いる方が経済的である。

【００６３】また、上記実施例では、両極の相対向する
面の表面部分２ａ，３ａに添加する材料として、酸化イ
ットリウムを用いる場合を示したが、これ以外に酸化ジ
ルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２，Ｃ
ｅ２Ｏ３）、酸化トリウム（ＴｈＯ２）、酸化ランタン
（Ｌａ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロ
ンチウム（ＳｒＯ）、酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）、酸化
カルシウム（ＣａＯ）、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）
等の仕事関数の値が４．０ｅＶ以下の酸化物もしくは化
合物、またはこれらの２以上の酸化物もしくは化合物を
用いても同等の効果を奏する。これらの中で、ハロゲン
ガスと反応しにくいという点では、酸化イットリウム、
酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化トリウム、酸化
ランタン、酸化バリウム、などがある。

【００６４】図９はこの発明における請求項第１１項の
エキシマレーザ装置の一実施例を示す断面図であり、図
において、２ａは陽極である第２の主電極３と相対向す
る陰極面である表面部分、３ａは陰極である第１の主電
極２と相対向する陽極面である表面部分である。その他
、図６の同一符号は同一部分である。この実施例におい
ては、第１の主電極２の母材はニッケルで形成され、放
電にさらされる表面部分２ａには、ニッケルに酸化イッ
トリウム（Ｙ２Ｏ３）を２％添加した厚さ２００μｍの
材料を貼付けた後、電子ビームで走査した密着度を高め
たものを用いている。また、第２の主電極３の母材はニ
ッケルで形成され、放電にさらされる表面部分３ａには
、厚さ２００μｍの白金ーイリジウム合金（イリジウム
５０％）の箔を貼付けた後、電子ビームで走査して密着
度を高めたものを用いている。

【００６５】以上の構成により、陰極面の表面部分２ａ
には仕事関数が２．０ｅＶと低い酸化物を添加したので
、その表面部分２ａの電流供給能力が高くなり、陰極輝
点が発生しにくくなった。その結果、白金のように高価
な材料を用いずとも、第１の主電極２の放電による消耗
量を、純ニッケルを用いる場合に比べて１０％に下げる
ことができた。

【００６６】また、陽極面の表面部分３ａにはハロゲン
の負イオンと反応しにくい白金ーイリジウム合金を用い
たので、陽極の放電による消耗量を、純ニッケルを用い
る場合に比べて１２％に下げることができた。比較的安
価なイリジウムを５０％混ぜているので、純白金を用い
る場合に比べて、経済的であり、しかも消耗量も少なく
なっている。

【００６７】なお、上記実施例では、陽極面の表面部分
３ａに白金ーイリジウムを用いた場合を示したが、ハロ
ゲンガスと反応性の低い金属として、金、白金、ロジウ
ム、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、もしくはオ
スミウム、またはこれらの２以上の元素を添加した合金
を用いても同様の効果が得られる。

【００６８】さらに、ハロゲンガスと反応性の低い金属
として、ニッケルを主成分とし、金、白金、ロジウム、
ルテニウム、イリジウム、パラジウム、もしくはオスミ
ウム、またはこれらの２以上の元素を添加した合金を用
いると、ニッケルを用いない白金ーイリジウム合金に比
べると、電極消耗量はわずかに増えるものの、材料費を
下げることができるので、コストパーフォーマンスは改
善され、しかも、純ニッケルにくらべると電極寿命は長
くなる。

【００６９】次に、ハロゲンガスと反応性の低い金属と
して、白金ーロジウムー二酸化ジルコニウム合金、もし
くは白金ーロジウムー二酸化トリウム合金を用いると、
機械的強度が高くなるため、例えば図３３に示すような
ストリーマ４ｂが発生してパッタリング等による電極消
耗が顕著な場合は、白金ーロジウム合金よりも消耗が少
なくなる。

【００７０】なお、上記実施例では、陰極面の表面部分
２ａに酸化イットリウムを添加している場合を示してい
る場合を示したが、これ以外に酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３）、酸化
トリウム（ＴｈＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、
酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ
）、酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）、酸化カルシウム（Ｃａ
Ｏ）、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）等の仕事関数の値
が４．０ｅＶ以下の酸化物もしくは化合物、またはこれ
らの２以上の酸化物もしくは化合物を用いても同等の効
果を奏する。これらの中で、ハロゲンガスと反応しにく
いという点では、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム
、酸化セリウム、酸化トリウム、酸化ランタン、酸化バ
リウム、などがある。

【００７１】また、上記実施例では、陰極面の表面部分
２ａの主成分としてニッケルを用いる場合を示したが、
ニッケルの代わりに上述のようなハロゲンガスと反応性
の低い金属を用いると、さらに電極寿命は延びる。

【００７２】さらに、上記実施例では、陰極面の表面部
分２ａに電子放出の容易な材料を用いる場合を示したが
、この代わりに、高融点の金属を用いても同様の効果を
奏する。例えば、白金とロジウム、ルテニウム、イリジ
ウム、もしくはオスミウム、またはこれらの２以上の元
素との合金を用いると、純白金を用いるよりも融点が高
くなる。従って、陰極輝点４ａが発生している場合でも
電極材料が蒸発することがなく、電極消耗を低減するこ
とができる。更に、ロジウム、ルテニウム、イリジウム
、もしくはオスミウム、またはこのいずれかを主成分と
し、他の１または２以上の元素を加えた合金を陰極面２
ａに用いると、白金を含む場合に比べて融点が高くなる
ので、さらに電極消耗量が少なくなる。

【００７３】なお、上記実施例では、第１の主電極２と
相対向する陽極面の表面部分３ａの部分のみをハロゲン
ガスと反応性の低い金属で構成する場合を示したが、コ
ストが低下などのメリットがあるのであれば、第２の主
電極３の全面をハロゲンガスと反応性の低い金属で覆っ
てもよい。もしくは、第２の主電極３全てをハロゲンガ
スと反応性の低い金属で構成してもよい。陰極面の表面
部分２ａについても同様である。

【００７４】図１０はこの発明の請求項第１８項のエキ
シマレーザ装置における長寿命試験でのスパッタリング
等による電極形状変化を測定した結果である。この際の
投入電力は５０ジュール／リットル　である。図中、曲
線（イ）は従来のニッケル製電極、曲線（ロ）は表面に
約２００μｍの白金層を有するこの発明の一実施例によ
る電極を用いた場合の結果である。

【００７５】図より明らかなように、従来のニッケル電
極の場合は、３×１０８ショットで約１８０μｍほど深
さ方向に掘り込まれている。一方、白金層を付けたこの
発明の一実施例による場合は、３×１０８ショット後で
も約４０μｍしか掘られていない。

【００７６】図１１は電極形状変化に伴うビームパター
ン変化とレーザ出力変化の結果を示したものである。曲
線（イ）のニッケル電極の場合は、上記の電極形状変化
によりビームパターンが変化し、レーザ出力も減少して
いる。一方、曲線（ロ）の白金層を設けた場合は、ビー
ムパターンおよびレーザ出力ともに変化しておらず（図
中では位置を少しずらして表示した。）、その有効性は
あきらかである。

【００７７】しかし、掘り込み深さが２０μｍまでは、
それ以後に比べて掘られる速度が速くこの段階では、白
金層を設けた場合も、ニッケル電極に比較してさほど寿
命が延びているとはいえない。むしろ、２０μｍ以後の
掘られ方に大きく差異が出ているのがわかる。電極形状
や投入電力を変化させて同様の実験を行ったが、上記速
度の変曲点は約２０μｍであり大きい場合で約４０μｍ
の値が得られた。

【００７８】この現象は、電極設計が、完全な均一電界
の仮定のもとに行われているのに対し、実際の放電が必
ずしも完全に均一でないため、放電開始初期の内は、電
界速度の強い部分に若干放電は集中し、それに対応した
電極部位が優先的に削られて行くためと考えられる。こ
の状態がしばらく続く間に（電極が２０μｍ程掘られる
時間に）実際の電界強度に対応した形状に電極自身が削
られてしまい、それ以後は電極形状変化がゆるやかにな
ることに起因するものと考えられる。

【００７９】これらの結果から、白金層の厚みが、２０
μｍ以下の場合は、初期の内に、白金層が削られてなく
なってしまうため、その有効性が発揮できないことが明
らかである。特に電極の消耗を防ぐ観点からは、２０μ
ｍ以上白金層を設ける必要がある。

【００８０】また、図１１のグラフから明らかなように
、発振回数が２×１０８ショット（すなわち図１０で電
極の掘られる深さが１２０μｍ）以上になった以降から
急速にレーザ出力の低下がはじまっている。この傾向は
電極の劣化後の形状にそれに基づく放電の不安定性に依
存するものであり、本質的に白金電極においても同様で
ある。したがって、白金層の厚みは、望ましくは１２０
μｍ以上としたほうがよい。

【００８１】一方、白金層の厚みが１ｍｍにまで大きく
なれば白金そのものを電極としても十分に機械的強度を
有するので、これ以上厚い白金層を他の材料の上に設け
る利点はない。

【００８２】また、上記実施例では、第１の主電極であ
る陰極、第２の主電極である陽極の両方に白金層を設け
る例を示したが、白金の有効性は、特に陽極側で著しく
、陽極のみに白金層を設けた場合にも上記実施例と同様
の効果が得られる。

【００８３】図１２はこの発明の請求項第１９項のエキ
シマレーザ装置の主電極部分（放電部領域）を示す断面
図であり、２ａは第１の主電極２の第２の主電極３との
対向面のうち放電場に臨む部分のみに形成した白金層で
ある表面部分、３ａは第２の主電極３に同様に形成した
白金層である表面部分、５は誘電体、７は補助電極であ
る。

【００８４】図１３はこの実施例の長寿命試験における
スパッタリング等による電極形状変化を従来例とともに
測定した結果を示す特性図である。この測定はレーザ媒
質として希ガスのクリプトンとハロゲンガスの弗素をネ
オンで希釈しレーザ筺体１に充填して行った。また投入
電力は５０ジュール／リットルである。図中縦軸は電極
が掘られた最大深さ（μｍ）、横軸は発振回数（１０８
ショット）で、特性曲線（イ）は従来例のニッケル製電
極、（ロ）はこの実施例の電極の相対向する表面のみに
約８０μｍの白金層を有する電極を用いた場合の結果で
ある。

【００８５】図より明らかなように、ニッケル電極の場
合は、３×１０８ショットで約１８０μｍ　ほど深さ方
向に掘り込まれている。一方、白金層を付けた場合は、
３×１０８ショット後でも約４０μｍしか掘られていな
い。

【００８６】図１４は同、電極形状変化に伴うビームパ
ターン変化とレーザ出力変化の結果を示した特性図であ
る。縦軸にビームパターン半値全幅（ｍｍ）とレーザ平
均出力（Ｗ）、横軸に発振回数（１０８　ショット）を
とり、特性曲線（イ）は従来例のニッケル電極のビーム
パターン変化、（ロ）はこの実施例の白金コートニッケ
ル電極電極のビームパターン変化、（ハ）は従来例のニ
ッケル電極のレーザ出力変化、（ニ）はこの実施例の白
金コートニッケル電極電極のレーザ出力変化を表わす。 ニッケル電極の場合は、上記の電極形状変化により、ビ
ームパターンが変化しレーザ出力も減少している。一方
白金層を設けた場合は、ビームパターンおよびレーザ出
力ともに変化しておらず（図中では位置を少しずらして
表示した）、その有効性はあきらかである。

【００８７】これらの結果から、電極の消耗は、これま
で言われてきたようなイオンや電子によるスパッタリン
グではなく、ハロゲンとの反応によるものであることが
わかる。

【００８８】また、この発明は電極の接ガス部全面では
なく、放電場に臨む部分のみに白金層を形成し、高価で
資源希少な白金または金の無駄に費やすことなく、即ち
電極コストを著しく高めることなく、電極消耗の少ない
長寿命電極を達成して優れた効果をあげておりコストパ
フォーマンスの高いものである。

【００８９】さらに陰極と陽極の掘られる度合を比較す
ると、陽極側がより消耗が激しいことから、弗素の負イ
オンが電極消耗に大きくかかわっていると考えられる。 この事実から陽極側の相対向する面のみを白金もしくは
金の層で覆うだけでも大きな電極長寿命化の効果が得ら
れる。

【００９０】図１５ないし図１９はこの発明の請求項第
２０項のエキシマレーザ装置の各々の実施例を示す図で
、図１５は両方の主電極１０ａ，１０ｂに断面円形の中
空管を用いた場合、図１６は一方の主電極１０に円管を
用い、他方の主電極として平板に開孔１１ａのある開孔
電極１１と組合わせて用いた場合、図１７は円形の中空
管の一方の開孔１２ａを設けて開孔電極１２とした場合
、図１８は断面楕円形の中空管１３と開孔電極１１を用
いた場合、図１９は中空管を長手方向に切断し、中空管
の一部を主電極１４ａ，１４ｂとして用いた場合である
。４は主放電である。中空管１０，１０ａ，１０ｂ，１
２，１３および一部中空管１４ａ，１４ｂは、白金また
は金、あるいは白金または金を基調とする合金からなっ
ている。

【００９１】上述したガス劣化の観点からは、白金もし
くは金あるいはこれらを基調とする合金の厚みはきわめ
て薄いものでよいが、放電によるスパッタリングを考慮
すると、１００μｍ以上の厚みが望ましい。一方、厚み
を厚くしすぎると電極自身が高価なものになってしまう
ので、数ミリ、望ましくは１ｍｍ以下がよい。

【００９２】しかし、一般に白金や金もしくはこれらを
基調とした合金は軟らかく、１ｍｍ以下の厚みを場合に
はその形状を保持することが困難である。特に、エキシ
マレーザにおいては、均一な放電を実現するために、少
なくとも一方の電極がチヤン型やロゴスキー型など、い
わゆる中心から外に向って徐々に電界を緩和していくよ
うな構造となっており、平板に比較してさらに所定の構
造を保持することが難しい。

【００９３】これに対し、この発明にように、中空管ま
たは一部中空管を用いると、機械構造的に強く、１ｍｍ
以下の厚みの場合にも電極構造をしっかりと保つことが
可能である。また、図においては、円形断面、楕円形断
面のものを示したが、中空管でありさえすれば、これら
の形状に限るものではない。

【００９４】図２０はこの発明の請求項第２１項のエキ
シマレーザ装置の一例を示す図であり、図において、１
５はニッケルからなる表面層、１６はニッケルよりも熱
伝導率の大きい金属からなる母材である。１７はレーザ
筺体１と主電極を気密に保つためのＯリングである。１
８は筺体の構成物の一部で酸化アルミニウムのようなセ
ラミック、あるいはテフロンのような有機樹脂からなる
絶縁物で構成される。１９は主電極に電力を供給するた
めのプレートである。エキシマレーザ装置を主電極の交
換をすることなく約２年間連続使用することを考慮する
と、表面層１５は２００μｍ以上の厚さが必要である。 ニッケルよりも熱伝導の大きい金属材料の物性値を表２
に示す。

【００９５】

【表２】

【００９６】次に、この発明の主電極の製造手順を実施
例を挙げて説明する。 実施例１ プレス型で厚さ２００μｍ以上のニッケル表面層１５を
製作し、これを凹部を上に向けて、かつ水平に保持し、
その内側に母材１６として熱伝導率の大きい金属を溶融
して流し込む。母材となる金属はニッケルよりも融点が
十分低いため、強度的に問題となる心配はない。

【００９７】実施例２ 母材１６となる熱伝導率の大きい金属を切削加工によっ
て仕上げ、主電極の対向面側に表面層１５としてニッケ
ルを２００μｍ以上の厚さにコーテイングすることによ
って、所望の大きさの主電極を形成する。コーテイング
は常圧ＣＶＤまたは液相メッキ法を用いて行う。

【００９８】以上のようにして、製作した主電極の消耗
の程度を従来の主電極と比較したところ、表３に示すよ
うに、主電極表面の温度上昇が少なくなったため、主電
極の消耗量が約半分となった。

【００９９】

【表３】

【０１００】図２１，図２２はこの発明の請求項第２２
項のエキシマレーザ装置の実施例を示すもので、図２１
において、第１，第２の主電極２，３は対向しており、
各々、ニッケル母材２０，２１と圧着されたＰｔ板２２
，２３が対向する面に設けられている。ニッケル母材２
０，２１には溝２４が設けられているため、Ｐｔ板は、
掘られた溝２４の範囲以上の面積を有し、かつこの溝２
４の中に入り込んで固定されている。また、圧着した上
で、熱を加え溶着すれば接着強度は一層高くなる。

【０１０１】図２２（ａ）　は、主電極２，３の母材２
０，２１の互いに対向している面を見た図であり、溝２
４の構成例を示す。この場合溝２４は矩形状の網形に掘
られている。この網目は矩形に限定されることなく三角
状でも他の形状でも良い。

【０１０２】図２２（ｂ）〜（ｅ）は、溝２４の断面形
状の例を示している。同図（ｂ）　はくさび形で開口部
と底部の長さが異なる。同図（ｃ）　は矩形断面溝であ
る。同図（ｃ）　は半円断面溝、同図（ｅ）　は三角断
面溝である。これら以外の形状でも可能である。

【０１０３】以上の構成により、Ｐｔ板２２，２３が強
固に母材２０，２１に固着されているので、主電極表面
にマイクロクラックの生じるのを防止することができる
。

【０１０４】請求項第２３項のエキシマレーザ装置の発
明は、白金とニッケルとの間の基準電位差が約１Ｖを越
える条件で電気メッキを行うと、このようなメッキ層の
密着性の不良が発生するという知見に基づいたものであ
る。すなわち、基準電位差が約１Ｖより低い条件の下で
メッキを行ない、密着性の良い、厚膜のコーテイングを
得るために、ニッケルと白金層との間に、白金より基準
電位の低いパラジウムのような、他の金属あるいは合金
を介在させることが有効である。図２３はニッケル基板
２５にニッケルとパラジウムの合金層２６を介して厚さ
約５０μｍの白金メッキ２７を施した場合の金属顕微鏡
の断面写真の模写図であり、亀裂がなく、密着性の良好
なコーテイング膜を得ることができる。

【０１０５】この中間層の金属あるいは合金２６は、１
層のみならず複数層でもよい。たとえば、標準電位がパ
ラジウムよりさらに低い銅を介してもよいし、上記した
ニッケル・パラジウム合金であっても有効である。なお
、ニッケル・パラジウム合金の場合、ニッケルは水素の
吸蔵量を減少させるために、１０％程度が含有されてい
る。具体的な構成として、１層のニッケル・パラジウム
合金の他に、銅とニッケル・パラジウム合金からなる２
層でも有効であり、５０μｍを越える厚さで、亀裂がな
く、強固なコーテイング膜を付与することができる。 さらに、銅を基板として、ニッケル・パラジウム合金を
間に挟んでもよい。また、アルミニウムを基板として、
銅とニッケル・パラジウム合金の２層構造とすれば、主
電極の重量を軽減できる利点が生じる。この他、基板材
料としては安価な鉄やステンレスなども可能である。

【０１０６】図２４はこの発明の請求項第２４項のエキ
シマレーザ装置の一実施例を示す図であり、図において
、２８ａ，２９ａは白金コーテイング層、２８ｂ，２９
ｂは白金コーテイングの下地金属であり、この場合銅を
用いている。白金の標準電極電位は＋１．２Ｖ　、銅の
標準電極電位は＋０．３４Ｖであり、電位差は０．８６
Ｖである。この場合、白金コーテイング層の厚みを３０
μｍまで厚くしたが、白金コーテイング層の剥離が発生
するというような問題は発生しなかった。

【０１０７】白金メッキを１０μｍ以上付ける場合には
、白金と下地金属材料との間の標準電極電位差を１．０
Ｖ以内にすると、下地金属がメッキ液中に融け出すこと
がなく、良好なメッキが形成できる。このような下地金
属としては、金、銀、銅、白金属金属等がある。下地金
属と白金との間の標準電極電位差をＯＶに近づける方が
、白金メッキの厚みを厚くすることができた。下地金属
がニッケルの場合、電位差は１．４Ｖで白金の最大メッ
キ厚みは１０μｍであった。下地金属が銅の場合、電位
差＝０．８６Ｖ、最大メッキ厚み３０μｍであった。 また、下地金属がＰｄ−Ｎｉ合金（Ｎｉ約１０％）の場
合、電位差＝約０．３Ｖであり、応力の残らない良好な
Ｐｄ−Ｎｉ合金のメッキ層が形成でき、白金メッキ層の
厚みを２００μｍ程度に分厚くしても白金メッキ層に剥
離は発生しなかった。

【０１０８】メッキ層にはピンホールが通常は存在して
いるので、白金メッキをエキシマレーザ装置のようにハ
ロゲンガスを含む雰囲気中の電極として用いる場合には
、下地金属としてはハロゲンガスと反応しにくい金、銅
、白金属金属、もしくは合金を用いるのがよい。また、
高繰り返しレーザ電極の場合のように、電極表面の発熱
を除去する必要があるような用途には、メッキの下地金
属材料としては金と銅が優れている。

【０１０９】また、メッキ以外の方法で白金コーテイン
グを行う電極の場合でも、下地金属として金、銀、銅、
白金属金属、もしくはこれらの合金を用いれば、白金と
下地金属の間で電触を発生することがないので、長期間
用いることができる。

【０１１０】また、上述の下地金属材料を用いる場合、
ハロゲンガスと下地金属材料がわずかに反応するので、
図２７に示すように下地金属材料がガスと触れないよう
に下地金属材料の表面に薄く白金メッキを施して覆い、
放電をさらされる部分のみ白金メッキを厚くすることに
よって、レーザガス寿命、電極寿命も長く、かつ、コス
トパフォーマンスのよいエキシマレーザ装置を作ること
が可能となる。

【０１１１】図２４に示す実施例では、白金コーテイン
グ層２８ａ，２９ａは、第１の主電極２と第２の主電極
３との相対向する部分に限定して付着させてある。これ
は、使用する白金の量を減らし、コスト低減を図るため
である。

【０１１２】図２５はエキシマレーザ装置の長寿命試験
におけるスパッタリング等による電極形状変化を測定し
た結果である。この際の投入電力は５０ジュール／リッ
トルである。図中（イ）はニッケル製電極、（ロ）はＰ
ｄ−Ｎｉ合金の表面に約２００μｍの白金コーテイング
層を有する電極、（ハ）は表面に３０μｍの白金コーテ
イング層を有する電極を用いた場合の結果である。 （ロ）の場合、ニッケル電極の上に厚さ３０μｍの銅メ
ッキを施し、その上に厚さ１０μｍのパナジウムーニッ
ケル合金メッキ（Ｎｉ約１０％）を施し、さらにその上
に厚さ約２００μｍの白金メッキを施してある。（ハ）
の場合、銅電極の上に厚さ３０μｍの白金メッキを施し
てある。

【０１１３】図２５より明らかなように、ニッケル電極
の場合は、３×１０８ショットで約　１８０μｍほど深
さ方向に掘り込まれている。一方、白金層を２０μｍを
付けた場合は、３×１０８ショット後でも約４０μｍし
か掘られていない。図２６は電極形状変化に伴うビーム
パターン変化とレーザ出力変化の結果を示したものであ
る。ニッケル電極の場合は、上記の電極形状変化により
、ビームパターンが変化しレーザ出力も減少している（
図中の矢印方向は座標軸を示している。）。一方白金層
を設けた場合は、ビームパターンおよびレーザ出力とも
に変化しておらず（図中では位置を少しずらして表示し
た。）、その有効性はあきらかである。しかし、掘り込
み深さが２０μｍまでは、それ以後に比べて掘られる速
度が速くこの段階では、白金層を設けた場合も、ニッケ
ル電極に比較してさほど寿命が延びているとはいえない
。むしろ、２０μｍ以後の掘られ方に大きく差異が出て
いるのがわかる。電極形状や投入電力を変化させて同様
の実験を行ったが、上記速度の変曲点は約２０μｍであ
り大きい場合で約４０μｍの値が得られた。

【０１１４】この現象は、電極設計が、完全な均一電界
の仮定のもとに行われているのに対し、実際の放電が必
ずしも完全に均一でないため、放電開始初期の内は、電
界強度の強い部分に若干放電が集中し、それに対応した
電極部位が優先的に削られて行くためと考えられる。こ
の状態がしばらく続く間に（電極が２０μｍの程掘られ
る時間に）実際の電極強度に対応した形状に電極自身が
削られてしまい、それ以後は電極形状変化がゆるやかに
なることに起因するものと考えられる。

【０１１５】これらの結果から、白金層の厚みが、２０
μｍ以下の場合は、初期の内に、白金層が削られてなく
なってしまうため、その有効性が発揮できないことが明
らかである。特に電極の消耗を防ぐ観点からは、２０μ
ｍ以上白金層を設ける必要がある。白金を２０μｍ以上
メッキするためには、下地金属と白金との標準電極電位
差を１Ｖ以上にする必要がある。図２５の下地金属とし
て銅を用いた場合で、白金との標準電極電位差は０．８
６Ｖであり、厚さ約３０μｍまで剥離を発生することな
く白金をメッキすることができる。図２５から明らかな
ように、白金を３０μｍの厚さメッキすることにより、
ニッケル電極の場合よりも電極の掘られるスピードが遅
い。１．５×１０８ショットを越えたあたりから、電極
の掘られるスピードが早くなっているが、これは１．５
×１０８ショット後には厚さ約３０μｍの白金メッキが
放電によりスパッタされてしまい、地肌の銅電極が表面
に出てくるためである。

【０１１６】図２５の結果は、主放電４中にストリーマ
の混在するような条件で得られたものであるが、ストリ
ーマの発生しないような均一な主放電４の得られる条件
下においては、電極の消耗率が少ないので、１０μｍ以
上の白金コーテイング層を設けるだけでも３×１０８シ
ョットの運転に耐える電極を提供することができる。こ
れはストリーマによる局所的な熱の集中がなくなるから
である。

【０１１７】また、図２５および図２６のグラフから明
らかなように、電極の掘られる深さが　１２０μｍ以上
になった以降から急速にレーザ出力の低下がはじまって
いる。この傾向は電極の劣化後の形状とそれに基づく放
電の不安定性に依存するものであり、本質的に白金電極
においても同様である。したがって、白金層の厚みは、
望ましくは１２０μｍ以上としたほうがよい。

【０１１８】一方、白金層の厚みが１ｍｍにまで大きく
なれば白金そのものを電極としても十分に機械的強度を
有するので、これ以上厚い白金層を他の材料の上に設け
る利点はない。

【０１１９】また、上記図２４、図２７の実施例では、
陰極、陽極の両方に白金層を設ける例を示したが、白金
の有効性は、特に陽極側で著しく、陽極のみに、白金層
をもうけてもよい。

【０１２０】さらに、上記実施例では、下地金属は分厚
い断面を持っている場合を示したが、下地金属がメっキ
のように薄い場合でも同様の効果を奏する。

【０１２１】また、上記各実施例では、白金コーテイン
グを施した電極の応用例としてエキシマレーザ装置を示
したが、ハロゲンを含むガス、もしくは液体中で使用す
る電極の表面に白金コーテイングを施す場合でも同様の
効果を奏する。

【０１２２】なお、上記各発明のエキシマレーザ装置は
、チャン型、変形チャン型、ロゴスキー型、もしくはそ
れに類似した電極にも用いることができるし、また図２
８に示すように多数の開孔３０を有する開孔電極３１で
もよい。また、上記の各説明ではハロゲンとしてフッ素
を例にして示したが、塩素もしくは塩化水素でも同様で
ある。また、電極消耗の原因としてフッ素のイオンを例
に上げたが、フッ素のラジカルも原因の一つと考えられ
る。これらハロゲンのイオンやラジカルなどの活性種に
よる電極消耗を化学的エッチングと称する。

【０１２３】

【発明の効果】以上説明したように、各発明のエキシマ
レーザ装置によれば、電極の特性改良を過大な経済的犠
牲を払うことなく達成することができ、また信頼性が向
上することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項第２項のエキシマレーザ装置の一実施例
における電極損耗特性線図である。

【図２】請求項第３項のエキシマレーザ装置の一実施例
の電極損耗特性線図である。

【図３】請求項第４項のエキシマレーザ装置の一実施例
の電極損耗特性線図である。

【図４】請求項第５項のエキシマレーザ装置の一実施例
の電極損耗特性線図である。

【図５】請求項第６項のエキシマレーザ装置の一実施例
の長寿命試験におけるスパッタリング等による電極消耗
量およびガス劣化によるレーザ出力低下率を測定した結
果の特性線図である。

【図６】請求項第７項のエキシマレーザ装置の各実施例
を示す断面図である。

【図７】Ｒｈ−Ｐｔ合金における含有百分率に対する融
点の変化を示す特性線図である。

【図８】請求項第１０項のエキシマレーザ装置の一実施
例を示す概略断面図である。

【図９】請求項第１１項のエキシマレーザ装置の一実施
例を示す概略断面図である。

【図１０】請求項第１８項のエキシマレーザ装置の長寿
命試験におけるスパッタリングによる電極形状変化を測
定した結果を示す特性図である。

【図１１】請求項第１８項のエキシマレーザ装置におけ
る電極形状変化に伴うビームパターン変化とレーザ出力
変化の関係を示す特性図である。

【図１２】請求項第１９項のエキシマレーザ装置におけ
る主電極部分を示す断面図である。

【図１３】請求項第１９項のエキシマレーザ装置におけ
る電極形状変化を測定した結果を従来例とともに示す特
性図である。

【図１４】請求項第１９項のエキシマレーザ装置におけ
る電極形状変化に伴うビームパターン変化とレーザ出力
変化の結果を従来例とともに示す特性図である。

【図１５】請求項第２０項のエキシマレーザ装置の第１
の実施例を示す要部断面図である。

【図１６】請求項第２０項のエキシマレーザ装置の第２
の実施例を示す要部断面図である。

【図１７】請求項第２０項のエキシマレーザ装置の第３
の実施例を示す要部断面図である。

【図１８】請求項第２０項のエキシマレーザ装置の第４
の実施例を示す要部断面図である。

【図１９】請求項第２０項のエキシマレーザ装置の第５
の実施例を示す要部断面図である。

【図２０】請求項第２１項のエキシマレーザ装置の一実
施例を示す要部断面図である。

【図２１】請求項第２２項のエキシマレーザ装置の要部
正断面図および側断面図である。

【図２２】請求項第２２項のエキシマレーザ装置の平面
図および溝の種々の変形断面図である。

【図２３】請求項第２３項のエキシマレーザ装置の要部
金属顕微鏡写真の模写図である。

【図２４】請求項第２４項のエキシマレーザ装置の一実
施例を示す電極断面図である。

【図２５】請求項第２４項のエキシマレーザ装置におけ
る長寿命試験でのスパッタリングによる電極形状変化を
示す図である。

【図２６】請求項第２４項のエキシマレーザ装置におけ
る電極形状変化に伴うビームパターン変化とレーザ出力
変化の結果を示す図である。

【図２７】請求項第２４項のエキシマレーザ装置の他の
実施例を示す電極断面図である。

【図２８】開極電極を示す斜視図である。

【図２９】従来のエキシマレーザ装置の一例を示す要部
断面図である。

【図３０】図２９に示すエキシマレーザ装置の電極材料
ーガス寿命の特性線図である。

【図３１】エキシマレーザ装置の長寿命試験による電極
形状変化特性線図である。

【図３２】エキシマレーザ装置の電極形状変化に伴うビ
ームパターン変化とレーザ出力変化の特性線図である。

【図３３】放電の詳細を説明するための模式図である。

【図３４】放電電流の波形線図である。

【符号の説明】

１　　　　レーザ筺体 ２　　　　第１の主電極 ３　　　　第２の主電極 ４　　　　主放電 ６　　　　高融点金属ー耐ハロゲン性金属合金１０ａ　
　　　主電極 １０ｂ　　　　主電極 １１　　　　主電極 １３　　　　中空管 １４ａ　　　　主電極 １４ｂ　　　　主電極 １５　　　　表面層 １６　　　　母材 ２０　　　　ニッケル母材 ２１　　　　ニッケル母材 ２４　　　　溝 ２５　　　　ニッケル基板 ２６　　　　合金層 ２７　　　　白金メッキ ２８ａ　　　　白金コーティング層 ２８ｂ　　　　下地金属 ２９ａ　　　　白金コーティング層 ２９ｂ　　　　下地金属

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　励起用主放電を形成するための少なく
   とも一対の主電極を有するエキシマレーザ装置において
   、前記主電極のうち、少なくとも一方の電極の少なくと
   も両極の相対向する面に対し、少なくともその表面部の
   材料にニッケルよりも耐化学的エッチング性の高い耐エ
   ッチング材料を用いたことを特徴とするエキシマレーザ
   装置。
2. 【請求項２】　　励起用主放電を形成するための少なく
   とも一対の主電極を有するエキシマレーザ装置において
   、前記主電極のうち、少なくとも両極の相対向する面の
   表面部分が、白金を主成分とし、ロジウム、ルテニウム
   、イリジウム、オスミウム、およびこれらの２以上の元
   素のいずれかとの合金からなる耐エッチング材料で構成
   されたことを特徴とするエキシマレーザ装置。
3. 【請求項３】　　励起用主放電を形成するための少なく
   とも一対の主電極を有するエキシマレーザ装置において
   、前記主電極のうち、少なくとも両極の相対向する面の
   表面部分が、ニッケルを主成分とし、金、白金、ロジウ
   ム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、およびこれ
   らの２以上の元素のいずれかを添加した合金からなる耐
   エッチング材料で構成されたことを特徴とするエキシマ
   レーザ装置。
4. 【請求項４】　　励起用主放電を形成するための少なく
   とも一対の主電極を有するエキシマレーザ装置において
   、前記主電極のうち、少なくとも両極の相対向する面の
   表面部分が、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オス
   ミウムのいずれかでなる元素、および前記元素のいずれ
   かを主成分とし他の少なくとも１つの前記元素を加えた
   合金のいずれかでなる耐エッチング材料で構成されたこ
   とを特徴とするエキシマレーザ装置。
5. 【請求項５】　　励起用主放電を形成するための少なく
   とも一対の主電極を備えたエキシマレーザ装置において
   、前記主電極および前記主電極の表面の少なくとも一部
   のいずれかが、白金ー酸化ジルコニウム合金、白金ーロ
   ジウムー酸化ジルコニウム合金、白金ーロジウムー酸化
   トリウム合金、金ーロジウム合金、金ー酸化ジルコニウ
   ム合金、金ーロジウムー酸化ジルコニウム合金および金
   ーロジウムー酸化トリウム合金のいずれかでなる耐エッ
   チング材料で構成されたことを特徴とするエキシマレー
   ザ装置。
6. 【請求項６】　　励起用主放電を形成するための少なく
   とも一対の主電極を有するエキシマレーザ装置において
   、前記主電極の少なくとも一方および前記主電極の表面
   の少なくとも一部のいずれかが、白金を基調とした白金
   ー金合金および金を基調とした金ー白金合金のいずれか
   でなる耐エッチング材料で構成されたことを特徴とする
   エキシマレーザ装置。
7. 【請求項７】　　励起用主放電を形成するための少なく
   とも一対の主電極を備えたエキシマレーザ装置において
   、前記主電極の少なくとも一方に高融点金属を基調とし
   た高融点金属ー耐ハロゲン性金属合金からなる耐エッチ
   ング材料を用いたことを特徴とするエキシマレーザ装置
   。
8. 【請求項８】　　高融点金属を基調とした高融点金属ー
   耐ハロゲン性金属合金は、電極表面の少なくとも一部を
   覆っていることを特徴とする請求項第７項記載のエキシ
   マレーザ装置。
9. 【請求項９】　　ロジウム、ルテニウム、イリジウムお
   よびオスミウムから選んだ高融点金属と、白金および金
   いずれかでなる耐ハロゲン性金属を用いたことを特徴と
   する請求項第７項記載のエキシマレーザ装置。
10. 【請求項１０】　　励起用主放電を形成するための少な
    くとも一対の主電極を備えたエキシマレーザ装置におい
    て、前記主電極のうち少なくとも両極の相対向する面の
    表面部分が、ハロゲンガスと反応性の低い金属材料を主
    成分とし、仕事関数が４ｅＶ以下の酸化物、化合物、お
    よび２以上の前記酸化物、前記化合物を添加した材料の
    いずれかでなる耐エッチング材料で構成されたことを特
    徴とするエキシマレーザ装置。
11. 【請求項１１】　　励起用主放電を形成するための、陰
    極と陽極とからなる主電極を備えたエキシマレーザ装置
    において、少なくとも前記陰極と相対向する陽極面をハ
    ロゲンガスと反応性の低い金属で形成し、少なくとも前
    記陽極と相対向する陰極面を高融点の金属および電子放
    出の容易な材料のいずれかで形成したことを特徴とする
    エキシマレーザ装置。
12. 【請求項１２】　　ハロゲンガスと反応性の低い金属と
    して、金、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、
    パラジウム、オスミウムのうちの１つ、およびこれらの
    ２以上の元素を添加した合金のいずれかを用いたことを
    特徴とする請求項第１１項記載のエキシマレーザ装置。
13. 【請求項１３】　　ハロゲンガスと反応性の低い金属と
    して、ニッケルを主成分とし、金、白金、ロジウム、ル
    テニウム、イリジウム、パラジウム、オスミウムのうち
    の１つ、およびこれらの２以上の元素を添加した合金の
    いずれかを用いたことを特徴とする請求項第１１項記載
    のエキシマレーザ装置。
14. 【請求項１４】　　ハロゲンガスと反応性の低い金属と
    して、白金ーロジウムー二酸化ジルコニウム合金、およ
    び白金ーロジウムー二酸化トリウム合金のいずれかを用
    いたことを特徴とする請求項第１１項記載のエキシマレ
    ーザ装置。
15. 【請求項１５】　　高融点の金属として、白金とロジウ
    ム、ルテニウム、イリジウム、オスミウムのうちの一種
    、およびこれらの２以上の元素との合金のいずれかを用
    いたことを特徴とする請求項第１１項記載のエキシマレ
    ーザ装置。
16. 【請求項１６】　　高融点の金属として、ロジウム、ル
    テニウム、イリジウム、オスミウムのいずれかを主成分
    とし、他の１または２以上の元素を加えた合金を用いた
    ことを特徴とする請求項第１１項記載のエキシマレーザ
    装置。
17. 【請求項１７】　　電子放出の容易な材料として、ハロ
    ゲンガスと反応性の低い金属およびニッケルのいずれか
    を主成分とし、仕事関数が４ｅＶ以下の酸化物および、
    化合物のいずれか、およびこれらの２以上の酸化物、化
    合物を添加した材料をもって形成したことを特徴とする
    請求項第１１項記載のエキシマレーザ装置。
18. 【請求項１８】　　励起用主放電を形成するための少な
    くとも一対の主電極を有するエキシマレーザ装置におい
    て、少なくとも上記陽極を厚さ２０μｍ以上の白金層で
    覆ったことを特徴とするエキシマレーザ装置。
19. 【請求項１９】　　励起用主放電を形成するための少な
    くとも一対の主電極を有するエキシマレーザ装置におい
    て、前記主電極対の他方の電極と相対向する面に、また
    は前記主電極対の少なくとも陰極と相対向する陽極面に
    、白金層または金属層を形成したことを特徴とするエキ
    シマレーザ装置。
20. 【請求項２０】　　励起用主放電を形成するための少な
    くとも一対の主電極を有するエキシマレーザ装置におい
    て、少なくとも一方の前記主電極が、白金、金のいずれ
    か、および白金、金のいずれかを基調とする合金のいず
    れかを材料とする中空管の少なくとも一部でなることを
    特徴とするエキシマレーザ装置。
21. 【請求項２１】　　励起用主放電を形成する少なくとも
    一対の主電極を備えたエキシマレーザ装置において、耐
    エッチング材料でなる表面層と、この耐エッチング材料
    よりも熱伝導率の大きい材料でなる母材とからなる前記
    主電極を備えてなることを特徴とするエキシマレーザ装
    置。
22. 【請求項２２】　　励起用主放電を形成するための少な
    くとも一対の主電極を有するエキシマレーザ装置におい
    て、前記主電極の少なくとも相対向する面に凹凸を形成
    して粗面とし、この粗面に白金、ロジウム、ルテニウム
    、イリジウム、オスミウム、およびこれらの２以上の元
    素の合金のいずれかでなる板材を密着させたことを特徴
    とするエキシマレーザ装置。
23. 【請求項２３】　　励起用主放電を形成するための少な
    くとも一対の主電極を備え、この主電極の表面に白金お
    よび金いずれかのコーティングを施したエキシマレーザ
    装置において、前記主電極と前記コーティングの層との
    間に少なくとも１層の他の物質の層を介在させたことを
    特徴とするエキシマレーザ装置。
24. 【請求項２４】　　励起用主放電を形成するための少な
    くとも一対の主電極を備え、この主電極の表面に白金コ
    ーティング層を施したエキシマレーザ装置において、前
    記白金コーティング層の下地金属として、白金との標準
    電極電位差が１Ｖ以下の金属を用いて電気メッキしたこ
    とを特徴とするエキシマレーザ装置。