(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電レーザのためのチャンバであって、
前記チャンバの内側容積（１４）内に配置された、互いに離間された２つの細長い電極（１６，１８）と、
前記内側容積（１４）を囲み、レーザ発振可能なガス媒質を保持する前記チャンバのハウジングであって、外面（１２Ａ）に貫通穴（２４Ａ）を有するハウジング（１２）と、  与圧コンパートメント（４２）であって、
シール可能な貫通穴（４８）を含み、誘電体材料からなるカバー（４４）、及び
前記ハウジングの外面（１２Ａ）の一部に対して締結されるフレーム取り付け部（
４６）であって、前記ハウジングの前記外面（１２Ａ）は前記チャンバの内側容積（
１４）の反対側に設けられ、前記カバー（４４）の底部表面に対しても締結され、か
つ、アルミニウム又は真鍮とアルミニウムとの組み合わせからなるフレーム取り付け
部（４６）、
を含み、前記フレーム取り付け部（４６）、前記ハウジング（１２）の外面（１２Ａ）、及び、前記カバー（４４）の内面によって画定される与圧コンパートメント（４２）と、  前記貫通穴（２４Ａ）を貫通して設けられ、前記２つの細長い電極（１６，１８）のうちの一方と接続された第１の端部と、前記与圧コンパートメント（４２）内に配置されたプレート（３６）に接続された第２の端部とを有する導電性の貫通要素（３４）と、
前記ハウジング（１２）と、絶縁体（２４）との間に設けられたシール（３８）と、
前記シール可能な貫通穴（４８）の内部でシールされた導電体であって、前記プレート（３６）と、前記与圧コンパートメント（４２）の外部に配置された高電圧電源との間の電流の通路を与える導電体と、
前記与圧コンパートメント（４２）に接続されたガス供給源（５０）と、
を含むことを特徴とするガス放電レーザのためのチャンバ。
【請求項２】
前記カバー（４４）は、前記与圧コンパートメント（４２）内にビルドアップされたオゾンを除去するために、前記カバー（４４）を通過してガスが流れるようにするための出口オリフィスを伴って形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス放電レーザのためのチャンバ。
【請求項３】
前記出口オリフィスは、逆止弁、絞りオリフィス、制御弁のうちの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項２に記載のガス放電レーザのためのチャンバ。
【請求項４】
ガス放電レーザのためのチャンバであって、
前記チャンバの内側容積（１４）内に配置された、互いに離間された２つの細長い電極（１６，１８）と、
前記内側容積（１４）を囲み、レーザ発振可能なガス媒質を保持する前記チャンバのハウジングであって、外面（１２Ａ）に貫通穴（２４Ａ）を有するハウジング（１２）と、  与圧コンパートメント（４２）であって、
内側区画４４ａ及び外側区画４４ｂを含み、前記内側区画４４ａはシール可能な貫
通穴（４８）を含み、かつ、前記内側区画４４ａは誘電体材料からなるカバー、及び
前記ハウジングの外面（１２Ａ）の一部に対して締結されるフレーム取り付け部（
４６）であって、前記ハウジングの前記外面（１２Ａ）は前記チャンバの内側容積（
１４）の反対側に設けられ、前記カバー（４４）の底部表面に対しても締結され、か
つ、アルミニウム又は真鍮とアルミニウムとの組み合わせからなるフレーム取り付け
部（４６）、
を含み、前記フレーム取り付け部（４６）、前記ハウジング（１２）の外面（１２Ａ）、及び、前記カバー（４４）の内面によって画定される与圧コンパートメント（４２）と、  前記貫通穴（２４Ａ）を貫通して設けられ、前記２つの細長い電極（１６，１８）のうちの一方と接続された第１の端部と、前記与圧コンパートメント（４２）内に配置されたプレート（３６）に接続された第２の端部とを有する導電性の貫通要素（３４）と、
前記ハウジング（１２）と、絶縁体（２４）との間に設けられたシール（３８）と、
前記シール可能な貫通穴（４８）の内部でシールされた導電体であって、前記プレート（３６）と、前記与圧コンパートメント（４２）の外部に配置された高電圧電源との間の電流の通路を与える導電体と、
前記与圧コンパートメント（４２）に接続されたガス供給源（５０）と、
を含むことを特徴とするガス放電レーザのためのチャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス式のガス放電レーザに関する。本発明は、それに限ったものではないが、特に、高パルスエネルギー・エキシマガス放電レーザのためのチャンバとして有用である。本発明は、２００６年６月５日付で出願された米国特許出願第１１／４４７，５０２号に基づく優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガス放電レーザは、ガス状材料の中でのレージングを開始するために、一対の離間された細長い放電電極を用いることができる。１つの構成において、ガス状利得媒質及び放電領域を覆う、アルミニウムの二部品型チャンバ・ハウジングが用いられる。利得媒質を収容することに加え、ハウジングは、通例、電極のための機械的な支持体の役目を果たし、ある場合には、ハウジング（通例、接地される）から、電極のうちの少なくとも１つを電気的に分離する絶縁体の役目を果たす。よって、ハウジングは比較的硬く、剛直であることが必要とされる。絶縁体は典型的には比較的脆弱なセラミックから作られるが、これがハウジングに機械的に連結された場合、ハウジングの変形は、絶縁体を撓ませたり、深刻な場合にはひび割れさせたりするかもしれない応力を絶縁体にかけることがある。ハウジング由来の応力に加えて、絶縁体は、高出力エキシマ放電レーザにおいて生じることが知られている現象である電気的トラッキングにより生成される、熱負荷及び熱勾配由来の応力を及ぼされることもある。
【０００３】
例えばパルス・エキシマレーザなどのある種のレーザについては、パルスエネルギーは、ガス状利得媒質の圧力を高めることによって増大させることができる。この圧力が今度は、チャンバ・ハウジングに、ハウジングを変形させるように作用する付加的な応力をかけることになる。しかも、ハウジングの壁は、電極の１つに向けて導電体を通すために、典型的には１つ又はそれ以上の貫通穴を持つように形成される。これらの穴は、ハウジングの絶縁体近辺に、特に変形しやすい弱められた領域を生み出しかねない。より剛性の高いハウジングを提供する１つの方法は、例えば鋼鉄などのより強靭な材料からハウジングを作ることであろうが、これは重量及びコストの望ましくない増加をもたらすことがある。
【０００４】
以上の考察を念頭において、本出願人は、高エネルギー・エキシマレーザ源のためのチャンバを開示する。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の実施形態の第１の態様において、ガス放電レーザのためのチャンバは、壁を有するチャンバ・ハウジングを備えることができ、この壁はチャンバ容積を囲む内壁と、外壁とを有する。壁はまた、オリフィスを伴って形成されてもよい。この態様に関して、チャンバはまた、オリフィスを貫通して延びる、チャンバ容積の中に電流を流すための少なくとも１つの導電体と、導電体と壁との間に配置される、オリフィスを通るガス流を防いで容積中のチャンバ圧力が保持できるようにするための部材とを備えることもできる。チャンバは、オリフィスに隣接して配置される、壁の外面の少なくとも一部における圧力を保持してチャンバ圧力に起因するオリフィス近辺における壁の反りを減少させるための与圧コンパートメントをさらに備えることができる。
【０００６】
１つの実施形態において、流れ防止部材はセラミック絶縁体を含むことができ、特定の実施形態においては、セラミック絶縁体とハウジング壁との間に圧縮可能なシールを配置することができる。特定の実施においては、与圧コンパートメントは窒素ガスを収容することができる。この態様の１つの用途においては、ガス放電レーザはエキシマレーザであり、導電体は放電電極と電気的に連通しており、チャンバ容積内部のガス圧は５００ｋＰａを超え、コンパートメント内部の圧力は５００ｋＰａを超える。
【０００７】
本発明の実施形態の別の態様において、ガス放電レーザのためのチャンバは、与圧可能なチャンバ容積を囲む壁を有するチャンバ・ハウジングと、チャンバ容積の中に配置された一対の離間された放電電極とを備えることができる。この態様に関して、チャンバは、容積の中に配置され、ハウジング壁の一部に連結されたセラミック絶縁体を、絶縁体の変形を減少させるために壁の一部の両側の圧力差を減少させる手段と共に、さらに備えることができる。
【０００８】
１つの実施形態において、壁の一部はオリフィスを伴って形成することができ、特定の実施形態においては、壁の一部は複数のオリフィスを伴って形成することができ、チャンバは複数の導電体をさらに備え、壁を通して放電電極のうちの１つに電流を流すために、各々の導電体はそれぞれのオリフィスを貫通して延びる。絶縁体は、電極のうちの１つと壁の一部との間に位置決めすることができる。この態様に関して、減少させる手段は、壁の一部に取り付けてコンパートメントを構築するためのカバーと、コンパートメントに与圧するためのガス供給源とを含むことができる。特定の実施においては、カバーは、コンパートメント内のオゾンのビルドアップを除去するためにカバーを通過してガスが流れるようにするための出口オリフィスを伴って形成することができる。
【０００９】
実施形態のさらなる態様において、レーザ・ビームを生成するための方法は、チャンバ容積を囲む壁を有するチャンバ・ハウジングを提供するステップと、チャンバ容積の中に一対の離間された放電電極を配置するステップと、容積の中にセラミック絶縁体を配置し、この絶縁体をハウジング壁の一部に連結するステップと、チャンバをガス状利得媒質で与圧するステップと、利得媒質中に放電を生じさせるために、電極間に電圧差を構築するステップと、絶縁体の変形を減少させるために、壁の一部の両側の圧力差を減少させるステップと、を含むことができる。
【００１０】
本方法の１つの実施において、電圧差は壁の一部を貫通する導電体を介して構築することができる。圧力差を減少させるステップは、壁の一部にカバーを取り付けてコンパートメントを構築するサブステップと、コンパートメントに与圧するサブステップと、を含むことができる。特定の実施において、壁の一部は複数のオリフィスを伴って形成することができ、複数の導電体を設けることができ、壁を通して放電電極のうちの１つに電流を流すために、導電体の各々はそれぞれのオリフィスを貫通して延びる。ガス状利得媒質はエキシマガスとすることができ、圧力差は５０ｋＰａを下回るように減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
最初に図１を参照すると、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、又は分子状フッ素レーザのようなパルスレーザのためのガス放電チャンバの一部が示され、全体が１０で表される。チャンバ１０は典型的には、例えばニッケルめっきアルミニウムなどの導電性の耐食材料で形成することができる、閉鎖型の概ね長方形の構造を持つ、２部品型チャンバ・ハウジング１２を含む。この構造をもって、ハウジング１２は、レーザ発振可能な（ｌａｓｅｒａｂｌｅ)ガス媒質を保持する容積１４を囲むことができる（図２も参照のこと）。
【００１２】
チャンバ１０は、離間された２つの細長い電極１６、１８を有する電気放電システムを含んでもよく、電極のうちの１つは陰極と呼ばれ、もう一方は陽極と呼ばれる。この配置をもって、ガス放電領域２０が電極１６と電極１８との間の空間に構築され、この領域は、図１に示されるチャンバ１０に関する紙面に対して実質的に垂直に延びるレーザのビーム軸線２２を含む。電極１６、１８は、例えば、約４０−８０ｃｍの長さまで延長することができ、軸線２２に対して概ね平行な方向に位置合わせすることができる。よって、図示されたチャンバ１０についてのガス放電領域２０は、おおよそ電極１６、１８の長さに近い長さ（即ち４０−８０ｃｍ）と、いくぶん長方形のような断面とを有する細長い容積であり、この断面は、例えばＸｅＦエキシマレーザについては、幅３ｍｍ、電極の離間方向に約２０ｍｍとすることができる。チャンバ１０に対して、ＫｒＦ、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＡｒＦ、Ｆ2などを含むことができるガス状レーザ媒質が領域２０内に配置され、適切な圧力に保たれる。上記のように、このようなシステムに関して、出力パルスエネルギーは、ガス状利得媒質の圧力と共に増大する。
【００１３】
図１においてさらに示されるように、電極１６とハウジング１２との間の電気的接触は、例えば高純度アルミナなどのセラミック材料のような誘電体から形成することができる絶縁体２４によって妨げられる。１つの実施形態において、電極１８は一定の参照電位、例えば接地電位に保たれ、ガス放電領域２０において電気放電を開始するために、電極１６に参照電位に対してのバイアスをかけることができる。他のバイアス方式も可能であることを理解されたい。図１はまた、チャンバ１０が、中空の誘電体管２６と前期イオン化電極２８と導電性シム３０とを有する前期イオン化システムを含むことができることも示す。
【００１４】
図１及び図２を相互参照すると、ハウジング１２を通り電極１６に向かう電流の通路を示すための例示的な配置が示される。図２で最も良くわかるように、ハウジング１２は、ここでは１５個である複数のオリフィス（即ち貫通穴）２４Ａを伴って形成される。１５個の貫通穴２４Ａを有するハウジング１２が図示されているが、１５個より多くの貫通穴２４Ａ、及びわずか１つの貫通穴２４Ａを用いることもできることを理解されたい。絶縁体２４は、等しい数、ここでは１５個の円筒形突出部を伴って形成され、各突出部は、ハウジング１２に形成されたそれぞれの貫通穴２４Ａを貫通して延びる。図２は、例えば高純度アルミナなどのセラミック材料のような誘電体から形成される円筒形カバー３２がハウジング１２の外側１２Ａにある各突出部を覆って配置され、導電性の貫通要素３４が各突出部内の開口部を貫通することを図示する。よって、各貫通要素３４は、ハウジングの壁を貫通して電極１６に接触する。
この配置をもって、図３に示されるプレート３６のような単一の導電体を貫通要素３４の各々と電気的に接触させて、比較的均一に分散された電流を電極１６に流すことができる。プレート３６は、次に、高電圧電源（図示せず）に電気的に接続される。
【００１５】
図１で最もよくわかるように、絶縁体２４とハウジング１２との間にシール３８が設けられ、電極１６と絶縁体２４との間にシール４０が配置される。シール３８、４０はＣ字形断面を有する圧縮可能なシールとすることができ、シールをフッ素ガスに曝露させても劣化が殆ど起きないか又は全く起きないようにするためにスズでコーティングされた材料で形成することができる。上述されたシール構成をもって、ガス状レーザ媒質が放電領域２０からハウジング１２に形成されたオリフィスを通って漏出することが防止される。よって、チャンバ圧力は放電領域２０において保持される。
【００１６】
図３は、チャンバ圧力に起因するハウジング壁の反り（場合によっては絶縁体２４の変形）を減少させるために、ハウジング１２の壁の外面１２Ａの一部の上に与圧コンパートメント４２を構築することができることを示す。図３に示された実施形態に関しては、一体型カバー４４と取り付けフレーム４６とを含む組立体を用いて、ハウジング１２の壁の外面１２Ａと共にコンパートメント４２を構築することができる。図示されているように、カバー４４は、導電体がカバー４４を貫通して高電圧電源（図示せず）からの電流をプレート３６に流せるように、シール可能な貫通穴４８を伴って形成することができる。コンパートメント４２を構築するために、一体型カバー４４を、例えば接着、機械的締結などでフレーム取り付け部４６に締結することができ、フレーム取り付け部４６を、例えば接着、機械的締結などでハウジング１２の外面１２Ａの一部に締結することができる。典型的には、一体型カバー４４は、厚さ約１インチの高純度アルミナ、又は厚さ約１−１．５インチの３０％ガラス充填されたＵｌｔｅｍなどの誘電体材料で形成することができる。取り付けフレーム４６は、例えば６０６１  Ｔ６などのアルミニウム、又は真鍮とアルミニウムとの組み合わせで形成することができる。
【００１７】
図３を続けると、コンパートメント４２に与圧するためのガス供給源５０を設けることができる。例えば、コンパートメントは、窒素ガス、ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガス、又はその組み合わせで与圧することができる。限定ではなく一例として、ガス放電レーザは、４００−６００ｋＰａの範囲の圧力でＸｅＦを含むガス状レーザ媒質、及び３０−５０ｋＶの電極電圧を有し、２００ｍＪのパルスエネルギー及び６ｋＨｚのパルス繰り返し率でパルスを生成するエキシマレーザとすることができ、コンパートメント４２は５００ｋＰａを上回る圧力で窒素ガスを収容することができる。場合によっては、約５０ｋＰａより低い圧力差が実施されることがある。さらに、コンパートメント内部の圧力はチャンバ圧力を超えてもよく、及び／又はハウジング１２の壁の撓みを、選択された値、例えば０．００１インチ、を下回るまで減少させるように設定されてもよい。
【００１８】
図３に示されるように、カバー４４は、コンパートメントに連続的に新鮮なガスを供給できるように、ガスがカバーを通過して流れるようにするための出口オリフィス５２を伴って形成することができる。あるいは、出口オリフィスは、ハウジング１２に通路（図示せず）を形成することで設けることができる。例えば、出口オリフィスは、逆止弁、絞りオリフィス、制御弁などを含むことができる。場合によっては、コンパートメント４２内でのオゾンのビルドアップを除去するために「産出圧（ｆｌｏｗｉｎｇ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ)」を用いることができる。
【００１９】
図４は、チャンバ圧力に起因するハウジング壁の反り（場合によっては絶縁体２４の変形）を減少させるために、ハウジング１２の壁の外面１２Ａの一部の上に構築することができる与圧コンパートメント４２’の別の実施形態を示す。図４に示された実施形態に関しては、内側区画４４ａと外側区画４４ｂとを有する２部品型カバーと、取り付けフレーム４６’とを含む組立体を用いて、ハウジング１２の壁と共にコンパートメント４２’を構築することができる。図示されているように、カバーの内側区画４４ａは、導電体がカバーを貫通して高電圧電源（図示せず）からの電流をプレート３６、貫通要素３４、及び電極１６に流せるように、シール可能な貫通穴４８’を伴って形成することができる。コンパートメント４２’を構築するために、内側区画４４ａを、例えば接着、機械的締結などで外側区画４４ｂに締結することができ、外側区画４４ｂを、例えば接着、機械的締結などでフレーム取り付け部４６に締結することができ、フレーム取り付け部４６を、例えば接着、機械的締結などでハウジング１２に締結することができる。典型的には、カバーの内側区画４４ａは、厚さ約１インチの高純度アルミナ、又は厚さ約１インチの３０％ガラス充填されたＵｌｔｅｍなどの誘電体材料で形成することができる。内側区画４４ａは、図示されているような均一な厚さをもつ平坦なプレートであってもよく、又は縁部でより薄く、中央部でより厚くなるようにフランジ加工されてもよい（図示せず）。例として、外側区画４４ｂ及び取り付けフレーム４６は、例えば６０６１  Ｔ６などのアルミニウム、又は真鍮とアルミニウムとの組み合わせで形成することができる。
【００２０】
本特許出願において、米国特許法第１１２条（３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  §１１２）を満たすのに必要な詳細をもって記載され、図示された実施形態の特定の態様は、上述された実施形態の態様に関するいかなる目的、これにより解決されるべきいかなる問題、又はこれに関する他のいかなる理由又は目的のいずれをも十分に達成できるが、当業者であれば、本発明の記載された実施形態の現在記載された態様は、本発明により広く意図されている主題を単に例示し、説明し、代表するものに過ぎないと理解すべきである。現在記載され、特許請求された実施形態の態様の範囲は、当業者にとって本明細書の教示に基づき現時点で明白であり、又は明白となり得る他の実施形態を完全に包含する。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって唯一且つ完全に限定され、添付の特許請求の範囲の記載以外の何物によっても限定されない。このような特許請求の範囲における１つの要素への単数形での言及は、このような特許請求の範囲の要素を解釈するに当たり、明示的に記載されない限り、「１つ、且つ唯一」を意味するように意図されておらず、また意味するべきではなく、寧ろ「１つ又はそれ以上」を意味するように意図される。当業者には公知であるか又は今後において公知となる、上述された実施形態の態様の要素のいずれかに対する構造的及び機能的な均等物は、引用によりここに明確に組み入れられ、且つ本特許請求の範囲に含まれることが意図される。本出願における明細書及び／又は特許請求の範囲において用いられ、且つ明細書及び／又は特許請求の範囲において明確に意味を与えられたいかなる用語も、こうした用語に対するいかなる辞書的意味又は他の一般に用いられる意味とは関わりなく、その意味を持つものとされる。本出願において開示される実施形態の態様により解決されることが求められる各々の且つ全ての問題に対処するための実施形態のいずれかの態様として本明細書において論じられる装置又は方法に関しては、それが本特許請求の範囲に含まれることは意図されておらず、また必要でもない。本開示におけるいかなる要素、成分、又は方法ステップも、本特許請求の範囲にその要素、成分、又は方法ステップが明示的に記載されているか否かを問わず、公共に提供されるべきものであることは意図されていない。添付の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「するための手段」という語句を用いて明示的に記載されない限り、又は方法の請求項の場合においてその要素が「行為」ではなく「ステップ」として記載されない限り、米国特許法第１１２条第６段落の定めるところに従うと解釈されるべきではない。
【００２１】
当業者であれば、上記で開示された本発明の実施形態の態様は、単に好ましい実施形態であることが意図されており、本発明の開示をいかなる形においても限定せず、特に、特定の好ましい実施形態のみに限定しないように意図されていることを理解するであろう。開示された発明の実施形態の開示された態様には、当業者であれば理解し認識するであろう、多数の変更及び修正を為すことが可能である。添付の特許請求の範囲は、範囲及び意味において、本発明の実施形態の開示された態様のみならず、当業者には明らかとなるような均等物並びに他の修正及び変更をも包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】レーザ軸線を横切る方向から見たガス放電レーザ・チャンバの簡略化された断面図である。
【図２】チャンバ・ハウジング壁に形成されたオリフィスを貫通する電気的貫通要素及び絶縁体を図示するための、チャンバ・ハウジングの半分の選択された部分を示す分解斜視図である。
【図３】一体型カバーを有する与圧コンパートメントの１つの実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】二部品型カバーを有する与圧コンパートメントの１つの実施形態を示す分解斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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