(57)【要約】      （修正有）【課題】安定な主放電が可能なレーザ装置用主放電電極及びその製造方法を提供する。【解決手段】表面の少なくとも一部に膜７１が形成されたレーザ装置用主放電電極１４、１５の製造方法において、前記膜７１が、水素を添加しない状態で、望ましくはキセノン及び酸素の少なくとも一方を添加して、溶射又は電子ビームの照射によって形成されたことを特徴とするレーザ装置用主放電電極１４、１５の製造方法、及び、前記製造方法によって製造されることにより、前記膜７１に水素が添加されておらず、キセノン及び酸素の少なくとも一方を添加して形成されたレーザ装置用主放電電極１４、１５。【選択図】図３
2004179272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部に膜（７１，７２）が形成されたレーザ装置用主放電電極の製造方法において、
前記膜（７１，７２）が、水素を添加しない状態で形成された
ことを特徴とするレーザ装置用主放電電極の製造方法。
【請求項２】
表面の少なくとも一部に膜（７１，７２）が形成されたレーザ装置用主放電電極において、
前記膜（７１，７２）に、水素が添加されていない
ことを特徴とするレーザ装置用主放電電極。
【請求項３】
請求項１記載のレーザ装置用主放電電極の製造方法において前記膜（７１，７２）は、溶射又は電子ビームの照射によって形成された
ことを特徴とするレーザ装置用主放電電極の製造方法。
【請求項４】
請求項２記載のレーザ装置用主放電電極において
前記膜（７１，７２）は、溶射又は電子ビームの照射によって形成された
ことを特徴とするレーザ装置用主放電電極。
【請求項５】
請求項１記載のレーザ装置用主放電電極の製造方法において前記膜（７１，７２）は、キセノン及び酸素の少なくとも一方を添加して形成されたことを特徴とするレーザ装置用主放電電極の製造方法。
【請求項６】
請求項２記載のレーザ装置用主放電電極において
前記膜（７１，７２）は、キセノン及び酸素の少なくとも一方を添加して形成されたことを特徴とするレーザ装置用主放電電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスレーザ装置用主放電電極及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、一般的なエキシマレーザ装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るエキシマレーザ装置１１の構成を示す正面断面図、図２はそのＡ−Ａ視断面図である。
図１、図２において、エキシマレーザ装置１１は、ハロゲンガスを含むレーザガスを封止する金属製のレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の前後部には、レーザ光２１を透過するウィンドウ１７，１９がそれぞれ付設されている。
【０００３】
レーザチャンバ１２の内部には、所定の間隙を有して、アノード１４及びカソード１５からなる主放電電極１４，１５が設置されている。主放電電極１４，１５の材質としては、銅やニッケル等の金属が用いられる。
レーザチャンバ１２の上部には開口部３５が設けられ、絶縁性のカソードホルダ５１がその開口部３５を封止している。カソードホルダ５１には、主放電電極のうちのカソード１５が固定されており、高圧電源２３の高圧ＨＶ側に、図示しない電流導入手段によって電気的に接続されている。また、レーザチャンバ１２は高圧電源２３の接地ＧＮＤ側に、電気的に接続されている。
【０００４】
レーザチャンバ１２の内部には、カソードホルダ５１と対向して、金属製のアノードホルダ５０が設置されている。アノードホルダ５０は、図示しない金属プレートにより、レーザチャンバ１２から吊るされた状態で固定されている。アノードホルダ５０にはアノード１４が固定されており、これによりアノード１４は、高圧電源２３の接地ＧＮＤ側に、電気的に接続されることになる。
またレーザチャンバ１２の内部には、レーザガスを主放電電極１４，１５間の放電空間３７に送り込む貫流ファン２４と、主放電によって加熱されたレーザガスを冷却する熱交換器１３とが、それぞれ所定位置に設置されている。
【０００５】
主放電電極１４，１５のうち、アノード１４の両側には、高圧側ＨＶに接続された金属製の棒状の内部導電体３８Ａ，３８Ａと、その外周部を包囲する誘電体３８Ｂ，３８Ｂとで構成された予備電離電極３８，３８が、アノードホルダ５０上に固定されている。
高圧電源２３から、内部導電体３８Ａ，３８Ａとアノード１４との間に高電圧が印加されると、両者の間に、コロナ状の予備電離放電が起きる。これにより、紫外線の予備電離光が発生し、放電空間３７のレーザガスを電離する。これを、予備電離と呼ぶ。
【０００６】
予備電離の直後に、主放電電極１４，１５間には、高圧電源２３からパルス状の高電圧が印加される。これにより、主放電が起きてレーザガスが励起され、レーザ光２１が発生する。
発生したレーザ光２１は、レーザチャンバ１２の前後部にそれぞれ配置されたフロントミラー１６とリアミラー１８との間で反射を繰り返すうち、主放電によって増幅され、その一部がフロントミラー１６を部分透過して前方（図１中右方）へ出射する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２００１−３３２７８６号公報（第１図、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
即ち、主放電の際に、これに起因する熱や衝撃、及びハロゲン侵蝕による腐食によって、主放電電極１４，１５の放電空間３７に面する表面が、次第に溶融したり摩耗したりする。尚、以下の説明においては、放電空間３７に面する主放電電極１４，１５の表面を、主放電電極表面と呼ぶ。
主放電電極１４，１５の材質中に、水素が混入していると、主放電の際にこの水素が遊離してレーザガスと反応し、ＨＦ等を生成して、レーザ光２１を吸収したり主放電を不安定にしたりすることがある。
従って、レーザ光２１の出力を安定に、かつ高出力にするためには、主放電電極１４，１５の材質を水素の混じらないものにして、主放電を安定に行なう必要がある。
【０００９】
ところが、主放電電極１４，１５は長手方向に数十ｃｍ程度の長さを有しているため、水素を含まないような純度の高い材質を用いると、主放電電極１４，１５が高価なものになる。しかも、高純度の材質でそのような細長い主放電電極１４，１５を加工するには、技術的困難が伴う。
また、主放電電極１４，１５は、主放電によって次第にその主放電電極表面が摩耗するため、寿命も短く、高価な主放電電極１４，１５を用いると、エキシマレーザ装置１１のコストがいっそう高くなるという問題がある。
しかも、主放電電極１４，１５の材質の純度が主放電に与える影響は、その主放電表面のわずかな深さまでであるため、主放電電極１４，１５全体に高価な材質を使用しても、主放電電極表面以外の部位は主放電の安定化に寄与しない。
【００１０】
このような問題を解決するために、主放電電極１４，１５の表面に誘電体の膜を形成し、放電の安定化を図る技術も知られている（例えば特許文献１）。しかしながら、形成された誘電体の膜の内部からも水素が発生してＨＦ等が発生し、レーザ光２１を吸収したり主放電を不安定にしたりすることがある。
【００１１】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、安定な主放電が可能なレーザ装置用主放電電極及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、
表面の少なくとも一部に膜が形成されたレーザ装置用主放電電極又はその製造方法において、
前記膜が、水素を添加しない状態で形成されている。
これにより、膜から水素が遊離することがなく、これに起因するレーザ光の出力低下が起きない。
【００１３】
また本発明のレーザ装置用主放電電極又はその製造方法によれば、
前記膜は、溶射又は電子ビームの照射によって形成されている。
これにより、膜を強固に主放電電極に固着することができる。
【００１４】
また本発明のレーザ装置用主放電電極又はその製造方法によれば、
前記膜は、キセノン及び酸素の少なくとも一方を添加して形成されている。
キセノンによれば、ＡｒＦエキシマレーザ装置における、レーザ光の出力が増加する。また、酸素によれば、ＡｒＦエキシマレーザ装置のレーザ光の出力が増加する。
【００１５】
また本発明によれば、
放電空間で主放電を起こしてレーザガスを励起し、レーザ光を発生させるレーザ装置用主放電電極において、
ボディ部と、
放電空間に面した表面に形成され、ボディ部よりも純度の高い同種の金属からなる金属表面層を備えている。
これにより、主放電電極の放電空間に面した表面が純度の高いものとなるので、主放電が安定化するとともに、不純物の発生が少なくなる。また、主放電電極すべてを純度の高い金属で製造するのに比べて、材料費が安価で製造が可能である。しかも、主放電によって金属表面層が摩耗しても、新たに金属表面層を形成することにより、再利用が可能である。さらに、純度を高くすることにより、内部の水素の含有量を減らすことができるので、ＨＦの発生を防止できる。
【００１６】
また本発明のレーザ装置用主放電電極は、
放電空間で主放電を起こしてレーザガスを励起し、レーザ光を発生させるレーザ装置用主放電電極において、
ボディ部と、
放電空間に面した表面に形成され、ボディ部よりも硬度が高いこと、融点が高いこと、及びハロゲンガスに対する耐腐食性が大きいことのうち、少なくともいずれか一つの条件を満たし、かつ内部の水素濃度が低い異種の金属からなる金属表面層を備えている。
これにより、主放電電極の放電空間に面した表面が、ボディ部よりも主放電電極の材料として適したものとなるとともに、表面から水素が遊離しないのでＨＦ等が発生せず、不純物の発生が少なくなって主放電が安定化する。また、主放電電極すべてを金属表面層と同じ金属で製造するのに比べて、安価で製造が可能である。しかも、主放電によって金属表面層が摩耗しても、新たに金属表面層を形成することにより、再利用が可能である。
【００１７】
また本発明のレーザ装置用主放電電極は、
放電空間で主放電を起こしてレーザガスを励起し、レーザ光を発生させるレーザ装置用主放電電極において、
ボディ部と、
放電空間に面した表面に形成され、ボディ部よりも硬度が高いこと、融点が高いこと、及びハロゲンガスに対する耐腐食性が大きいことのうち、少なくともいずれか一つの条件を満たし、かつ内部の水素濃度が低い絶縁物からなる絶縁表面層を備えている。
これにより、主放電電極の放電空間に面した表面が、ボディ部よりも主放電電極の材料として適したものとなるとともに、表面から水素が遊離しないのでＨＦ等が発生せず、不純物の発生が少なくなって主放電が安定化する。しかも、主放電によって絶縁表面層が摩耗しても、新たに絶縁表面層を形成することにより、再利用が可能である。
【００１８】
また本発明のレーザ装置用主放電電極は、
水素を含まない不活性ガスを作動ガスとして高温化し、
作動ガスを表面層の材料とともにボディ部に吹きつけることによって表面層を形成している。
これにより、表面層が水素を含まないため、主放電によって表面層の水素が放電空間に遊離することが少ない。従って、ＨＦが生成されることが少なく、レーザ光の出力低下が起きにくい。
【００１９】
また本発明のレーザ装置用主放電電極は、
キセノン及び酸素の少なくともいずれか１つを含んだ不活性ガスを作動ガスとして高温化し、
作動ガスを表面層の材料とともにボディ部に吹きつけることによって表面層を形成している。
これにより、表面層がキセノンや酸素を含むため、主放電によって表面層のキセノンや酸素が放電空間に遊離する。
従って、キセノンによれば、ＡｒＦエキシマレーザ装置における、レーザ光の出力が増加する。また、酸素によれば、ＡｒＦエキシマレーザ装置のレーザ光の出力が増加する。
【００２０】
また本発明のレーザ装置用主放電電極の製造方法によれば、
放電空間で主放電を起こしてレーザガスを励起し、レーザ光を発生させるレーザ装置用主放電電極の製造方法において、
水素を含まない不活性ガスを作動ガスとして高温化し、
作動ガスを表面層の材料とともにボディ部に吹きつけることによって放電空間に面した表面層を形成している。
これにより、表面層がボディ部に強固に固着され、主放電によっても剥離することが少ない。しかも、表面層が水素を含まないため、主放電によって表面層の水素が遊離してＨＦが生成されることが少なく、レーザ光の出力低下が起きにくい。
【００２１】
また本発明のレーザ装置用主放電電極の製造方法によれば、
放電空間で主放電を起こしてレーザガスを励起し、レーザ光を発生させるレーザ装置用主放電電極の製造方法において、
キセノン、酸素、及び主放電が安定するような濃度の水素の少なくともいずれか１つを含んだ不活性ガスを作動ガスとして高温化し、
作動ガスを表面層の材料とともにボディ部に吹きつけることによって放電空間に面した表面層を形成している。
これにより、表面層がボディ部に強固に固着され、主放電によっても剥離することが少ない。しかも、表面層がキセノン及び酸素の少なくともいずれか１つを含むため、主放電によってこれらの気体が放電空間に遊離する。その結果、キセノンによれば、ＡｒＦエキシマレーザ装置のレーザ光の出力が増加する。また、酸素によれば、ＡｒＦエキシマレーザ装置のレーザ光の出力が増加する。
【００２２】
また本発明のレーザ装置用主放電電極の製造方法によれば、
水素を含まない雰囲気ガスの雰囲気下で、
電子ビームを表面層の材料及びボディ部に照射することによって、放電空間に面した表面層を形成している。
これにより、ボディ部に加えられる熱ストレスが小さく、歪みなどが起きにくい。しかも、表面層が水素を含まないため、主放電によって表面層の水素が遊離してＨＦが生成されることが少なく、レーザ光の出力低下が起きにくい。
【００２３】
また本発明のレーザ装置用主放電電極の製造方法によれば、
キセノン及び酸素の少なくともいずれか１つを含んだ雰囲気ガスの雰囲気下で、
電子ビームを表面層の材料及びボディ部に照射することによって、放電空間に面した表面層を形成している。
これにより、ボディ部に加えられる熱ストレスが小さく、歪みなどが起きにくい。しかも、表面層がキセノン及び酸素の少なくともいずれか１つを含むため、主放電によってこれらの気体が放電空間に遊離する。その結果、キセノンによれば、ＡｒＦエキシマレーザ装置のレーザ光の出力が増加する。また、酸素によれば、ＡｒＦエキシマレーザ装置のレーザ光の出力が増加する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
まず、第１実施形態を説明する。エキシマレーザ装置１１の概略構成は、図１に示したものと同様であり、説明を省略する。
図３に、第１実施形態に係る主放電電極１４，１５及びその間の放電空間３７を、長手方向から見た断面図、図４にアノード１４のＢ−Ｂ視断面図を示す。以下、主放電電極としてアノード１４を代表させるが、カソード１５も同様である。
【００２５】
図３、図４に示すように、主放電電極１４，１５は、金属からなるボディ部７０と、その放電空間３７に面する表面に形成された、絶縁物からなる薄い絶縁表面層７１とを備えている。絶縁表面層７１の厚さは、例えば０．１〜１ｍｍ程度である。
ボディ部７０の材質としては、アルミニウム、ニッケル、真鍮、銅、鉄、ステンレス、コバルト等の金属が用いられる。
【００２６】
また、絶縁表面層７１を形成する絶縁物の材質としては、例えば、アルミナ（酸化アルミ）やジルコニア（酸化ジルコニウム）等の酸化物、窒化アルミ等の窒化物、或いは塩化ナトリウム、塩化アルミニウム、塩化カリウム等の塩化物が好適である。
さらには、フッ化銅、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、フッ化ナトリウム、又はフッ化カリウム等のフッ化物でもよい。
【００２７】
このとき、絶縁物は、レーザガス中のハロゲンガスに対し、耐腐食性を有している必要がある。例えばレーザガス中にフッ素が含まれる場合には、絶縁物として酸化物、窒化物、又はフッ化物が用いられる。また、レーザガス中に塩素が含まれる場合には、酸化物、窒化物、又は塩化物が用いられる。
【００２８】
また絶縁物は、ボディ部７０に用いられる金属材質よりも、硬度が高いこと、融点が高いこと、及びハロゲンガスに対する耐腐食性が大きいことのうち、少なくともいずれか一つの条件を満たしていることが望ましい。これは、主放電の衝撃や熱による、主放電電極１４，１５の損傷を防止するためである。
さらに絶縁物は、ボディ部７０に用いられる金属材質よりも、内部の水素濃度が低いようにすることが望ましく、これによって水素の遊離に基づくＨＦの生成を防止できる。
【００２９】
例えば、ボディ部７０を銅によって形成した場合には、絶縁物としてはアルミナ等が好適である。即ち、アルミナの硬度は銅よりも高く、その融点（約２０００度）は、銅の融点（約１０８０度）よりも高い。或いは、ボディ部７０が銅の際に、絶縁物を窒化アルミニウムとしてもよい。
【００３０】
次に、このような絶縁表面層７１を形成する方法について、詳細に説明する。本発明においては、絶縁表面層７１の形成は溶射によって行なわれる。
図５に、第１実施形態に係る、溶射装置４０の構成図を示す。図５において、溶射装置４０はアノード１４を内部に設置する溶射チャンバ４１を備えている。
【００３１】
溶射チャンバ４１は、絶縁物を主放電電極１４，１５に吹きつける溶射トーチ４２を備えている。図６に、プラズマジェット式の溶射トーチ４２の説明図を示す。溶射トーチ４２は、陰極４３と、陽極である溶射ノズル４４との間に高電圧を印加してアーク放電を生じさせる。ここに、後方から作動ガス４５を螺旋状に吹き込むことにより、作動ガス４５がイオン化してプラズマ状態となる。
【００３２】
このイオン化したプラズマが、元の状態に戻るときに大量の熱を放出して膨張し、数万度の熱プラズマのジェット噴流５２となって、噴出する。この熱プラズマに、絶縁表面層７１の材質となる絶縁物４９を投入することにより、溶融した絶縁物が主放電電極１４，１５に吹きつけられ、ボディ部７０の表面を溶かして一体化し、絶縁表面層７１を形成する。
【００３３】
溶射によって絶縁表面層７１を形成した後は、研磨などの精密加工を施し、絶縁表面層７１の形状を整える。これにより、放電空間３７に面した部分に絶縁表面層７１が形成された、主放電電極１４，１５が形成される。
【００３４】
本発明においては、このようなプラズマ溶射を、低圧中で行なうことにより、絶縁表面層７１に不純物が混じらないようにしている。このような溶射法は、例えばＶＰＳ（Ｖａｃｕｕｍ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｐｒａｙｉｎｇ）溶射法と呼ばれている。
【００３５】
溶射チャンバ４１には、真空ポンプ４８が接続されており、内部を例えば数ｍｍＴｏｒｒ程度まで真空引きすることができる。
即ち、真空ポンプ４８によって、溶射チャンバ４１内部を数ｍｍＴｏｒｒまで真空引きを行ない、ヘリウム、ネオン、アルゴン、又はクリプトン等の不活性ガス（以下、アルゴンで代表させる）を含む作動ガス４５を流しながら溶射を開始する。図５中、４６はアルゴンのガスボンベである。
このとき、真空ポンプ４８によって真空引きを続けており、溶射チャンバ４１内部の圧力は、例えば数十Ｔｏｒｒとなっている。
【００３６】
一般的なＶＰＳ溶射法においては、安定にプラズマを発生させるために、作動ガス４５として、アルゴンに数％〜数十％の水素を添加することが行なわれている。しかしながら、本実施形態では水素を添加しないことにより、主放電電極１４，１５の絶縁表面層７１に、水素が含まれることを防止する。
これにより、主放電時に主放電電極１４，１５から水素が発生することが少なくなるので、ＨＦの生成によるレーザ光２１の出力低下が起きにくくなる。
【００３７】
以上説明したように第１実施形態によれば、主放電電極１４，１５の金属製のボディ部７０の、放電空間３７に面する表面に、絶縁物の絶縁表面層７１を形成している。これにより、主放電時に主放電電極１４，１５から不純物が発生することが少なくなるので、放電空間３７に不純物が混入してレーザ光２１の出力が低下することが少ない。
【００３８】
また、絶縁物の絶縁表面層７１を形成することにより、主放電の熱や衝撃によって、ボディ部７０が損傷することが少なくなる。また、絶縁表面層７１を介して主放電が行なわれるので、衝撃が小さく安定した主放電を行なうことができ、絶縁表面層７１の損傷も小さい。
【００３９】
また、金属の主放電電極１４，１５同士で主放電を行なう場合、主放電電極表面の形状が主放電の安定性に大きく影響する。これに対し、絶縁物を介して主放電を行なうことで、絶縁表面層７１が多少損傷しても、主放電が不安定になりにくい。
【００４０】
また、例えば絶縁表面層７１が損傷したり摩耗したりした場合にも、ボディ部７０は無傷に近い形で残っているので、再度絶縁表面層７１を形成することにより、主放電電極１４，１５を長期間にわたって使用することが可能である。
【００４１】
さらに、絶縁表面層７１をプラズマ溶射によって形成している。プラズマ溶射は、溶射材料がボディ部７０に強固に固着するので、主放電によって絶縁表面層７１がボディ部７０から剥がれるというようなことが少なく、主放電が不安定になりにくい。
【００４２】
また、プラズマ溶射を、ＶＰＳ溶射法を用いて、所定の作動ガス４５の低圧雰囲気中で行なっている。これにより、溶射時に有機物等の不純物が絶縁表面層７１に混入するようなことが少なく、主放電によって不純物が放電空間３７に飛び散るようなことが少ない。
【００４３】
さらには、作動ガス４５としてアルゴン等の不活性ガスを用いているので、作動ガス４５とボディ部７０や絶縁体との間で、化学反応が起きることが少ない。しかも、この作動ガス４５中から水素を除去しているので、主放電時にＨＦの生成が起きにくく、ＨＦによるレーザ光２１の出力低下が起きにくい。
【００４４】
図７に、本実施形態に係るプラズマ溶射により、絶縁表面層７１を形成した主放電電極１４，１５によるレーザ光２１の出力特性の比較をグラフで示す。図７において、横軸が主放電の入力エネルギーであり、縦軸がレーザ光２１の出力エネルギーである。
【００４５】
また図７において、Ｈが水素を含んだ作動ガス４５でプラズマ溶射を行なったアノード１４及びカソード１５を用いた場合、ＡＣが、水素を含まない作動ガス４５でプラズマ溶射を行なったアノード１４及びカソード１５を用いた場合である。また、Ｃは、アノード１４のみが水素を含まず、カソード１５は水素を含んでいる場合の出力特性である。
【００４６】
図７に示すように、水素を含まない作動ガス４５で、アノード１４及びカソード１５のプラズマ溶射を行なった場合（ＡＣ）が、最も出力が高くなっている。そして、水素を含んだ作動ガス４５で、アノード１４及びカソード１５のプラズマ溶射を行なった場合（Ｈ）が、最も出力が低くなっている。
このように、作動ガス４５に水素を含まないようにして、溶射を行なうことにより、レーザ光２１の出力を増大させることができる。
【００４７】
次に、第２実施形態を説明する。
図８に、第２実施形態に係る、溶射装置４０の構成図を示す。溶射チャンバ４１には、アルゴンのボンベ４６に加えて、添加ガスのボンベ４７が接続されている。
即ち、第２実施形態においては、作動ガス４５として不活性ガスに添加ガスを加えている。
【００４８】
まず、添加ガスとして酸素を加えた場合について、説明する。
図９に、レーザガスに酸素を添加した場合の、レーザ光２１の出力特性を示す。図９において、横軸が酸素の添加濃度（ｐｐｍ）、縦軸がレーザ光２１の出力エネルギーである。図９に示すように、酸素をレーザガス中に５〜５０ｐｐｍ程度混入させたとき、レーザ光２１の出力エネルギーが大きくなっている。さらに望ましくは、５〜３０ｐｐｍ程度混入させるのがよい。
【００４９】
プラズマ溶射時に、アルゴン等の不活性ガスに加え、作動ガス４５中に酸素を加えることにより、絶縁表面層７１に酸素が微量含まれることになる。主放電時に、この酸素が、絶縁表面層７１から放電空間３７へと遊離する。これにより、レーザガスに酸素を加えた場合と同様の効果が得られ、レーザ光２１の出力が増大する。
尚、作動ガス４５への酸素の添加量は、レーザガス中に５〜３０ｐｐｍ程度の酸素を混入させたときと、放電空間３７の酸素濃度が略同一になるように添加すればよい。
【００５０】
次に、作動ガス４５に添加ガスとして、キセノンを加えた場合について、説明する。
図１０に、ＡｒＦエキシマレーザ装置において、レーザガスにキセノンを添加した場合の、レーザ光２１の出力特性を示す。図１０において、横軸がキセノンの添加濃度（ｐｐｍ）、縦軸がレーザ光２１の出力エネルギーである。図１０に示すように、キセノンをレーザガス中に５〜２０ｐｐｍ程度混入させたとき、レーザ光２１の出力エネルギーが大きくなっている。
【００５１】
即ち、ＡｒＦエキシマレーザ装置用の主放電電極１４，１５を製造する際に、作動ガス４５にアルゴン等の不活性ガスに加えてキセノンを混入させる。作動ガス４５へのキセノンの添加量は、レーザガス中に５〜２０ｐｐｍ程度のキセノンを混入させたときと、放電空間３７のキセノン濃度が略同一になるように添加すればよい。
【００５２】
これにより、絶縁表面層７１にキセノンが微量含まれることになり、主放電時に、このキセノンが絶縁表面層７１から放電空間３７へと遊離する。これにより、レーザガスにキセノンを加えたのと同様の効果が得られ、ＡｒＦエキシマレーザ装置のレーザ光２１の出力が増大する。
但し、このようにキセノンによってレーザ光２１の出力が増大するのは、レーザガスとして、アルゴン、フッ素、及びネオンやヘリウム等の不活性ガスを用いる、ＡｒＦエキシマレーザ装置の場合に限られる。
【００５３】
尚、上記説明においては、表面層を絶縁物で形成する場合についてのみ、説明したが、これに限られるものではなく、表面層を金属で形成した金属表面層としてもよい。以下に、詳細に説明する。
即ち、主放電電極１４，１５全体を金属で形成する場合、主放電電極１４，１５の材質は、純度が高いほど好適である。これは、主放電電極１４，１５からの不純物の発生が抑えられるとともに、放電が安定となるためである。ところが、ボディ部７０を含む主放電電極１４，１５全体を、純度が高い金属で形成すると高価となり、また、製作の難度が高い。
【００５４】
そのため、主放電電極表面のみを、ボディ部７０と同種の、しかも純度の高い金属によって構成することにより、主放電電極１４，１５の製作を容易にすることができる。これにより、主放電が安定し、しかも不純物が生成されにくいので、レーザ光２１の出力低下も少なくなる。
そして、内部の水素濃度が低い、同種の金属で表面層を構成するようにすれば、ＨＦの生成を防止することもできる。
【００５５】
また、ボディ部７０に用いられる金属よりも、硬度が高いこと、融点が高いこと、及びハロゲンガスに対する耐腐食性が大きいことのうち、少なくともいずれか一つの条件を満たし、かつ内部の水素濃度が低い異種の金属で表面層を構成してもよい。これにより、主放電電極１４，１５の主放電に対する耐性を向上させ、長寿命化させることが可能である。さらに、水素の含有率が小さいので、水素が遊離してＨＦが発生することも少ない。
【００５６】
即ち、上記第１、第２実施形態において説明したように、作動ガス４５としてアルゴン等の不活性ガスを用い、図８に示した絶縁物４９と同様に金属を供給し、ボディ部７０にプラズマ溶射する。このとき、水素を作動ガス４５から除去したり、作動ガス４５に添加ガスとして酸素を添加したり、ＡｒＦエキシマレーザ装置用の主放電電極１４，１５の場合にキセノンを添加したりすることにより、レーザ光２１の出力の低下を防止することができる。
【００５７】
次に、第３実施形態について説明する。
図１１に、第３実施形態に係る電子ビーム照射装置６０の構成図を示す。図１１において、電子ビーム照射装置６０は、主放電電極１４，１５を内部に設置する電子ビームチャンバ６１と、電子ビーム６３を照射する電子ビームノズル６２とを備えている。
【００５８】
製造時には、電子ビームチャンバ６１の内部を、真空ポンプ４８によって高真空まで排気するとともに、マスフローコントローラ６４を用いて、ごく微量の雰囲気ガス６５をその内部に送り込む。雰囲気ガス６５は、主にアルゴン等の不活性ガスからなっており、第１実施形態において説明したものと同様に、水素を含まないようにすることにより、ＨＦの発生を防止する。
【００５９】
またＡｒＦエキシマレーザ装置の場合のみ、雰囲気ガス６５に、酸素及びキセノンのいずれかを、添加ガスとして含んでもよい。図１１においては、添加ガスを含むように描画されている。
尚、雰囲気ガス６５の圧力は、電子ビーム６３の進行を妨げない程度にすることが、必要となっている。
【００６０】
電子ビームチャンバ６１の内部には、主放電電極１４，１５が設置されている。主放電電極１４，１５のボディ部７０の表面には、深さ０．００５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の、複数の小孔７４が設けられ、その内部には、ボディ部７０と同種で、純度の高い金属７３が埋め込まれている。或いは金属７３としては、ボディ部７０と異種で、硬度が高いこと、融点が高いこと、及びハロゲンガスに対する耐腐食性が大きいことのうち少なくともいずれか一つの条件を満たし、かつ、内部の水素濃度が低い異種の金属で表面層を構成してもよい。
電子ビーム６３を主放電電極表面に照射すると、そこが局所的に加熱され、埋め込まれた金属７３とボディ部７０の表面とが、溶融して混ざり合う。
【００６１】
主放電電極１４，１５が冷却すると、図１２に示すように、ボディ部７０の表層に金属表面層７２が形成される。このとき、上述したように電子ビームチャンバ６１の内部は、微量の雰囲気ガス６５によって満たされているので、溶融時に雰囲気ガス６５が金属表面層７２の内部に取り込まれる。
そして、雰囲気ガス６５が水素を含まない場合には、ＨＦの生成が妨げられる。また、雰囲気ガス６５が添加ガスを含む場合には、添加ガスが主放電時に放電空間３７に遊離し、レーザ光２１の出力を増加、又は主放電を安定化させる。
【００６２】
或いは、ボディ部７０の表面に金属７３を載置して、電子ビーム６３を照射してもよい。これにより、ボディ部７０の表面及び金属７３が溶融して混ざり合い、金属表面層７２が形成される。
【００６３】
以上説明したように第３実施形態によれば、電子ビーム６３によって主放電電極１４，１５を熱し、金属表面層７２を形成している。これにより、ボディ部７０の表面のみが局所的に熱せられるので、ボディ部７０に熱ストレスが残りにくい。
【００６４】
また、電子ビーム６３照射時に、雰囲気ガス６５としてアルゴン等の不活性ガスを使用し、これに水素を含まないようにすることで、主放電電極１４，１５からの水素の発生を防止して、レーザ光２１の出力低下を防いでいる。
また、雰囲気ガス６５に酸素を含ませることにより、レーザ光２１の出力増大を図っている。また、ＡｒＦエキシマレーザ装置用主放電電極１４，１５においては、雰囲気ガス６５にキセノンを含ませることにより、レーザ光２１の出力増大を図っている。
【００６５】
尚、上記各実施形態の説明は、キセノンの添加に関しては、ＡｒＦエキシマレーザ装置のみに応用が可能である。また、他のガスの添加や、水素を含まない不活性ガスを用いた製造法に関しては、あらゆるエキシマレーザ装置やフッ素分子レーザ装置等でも、同様に応用が可能である。
また、エキシマレーザ装置の共振器として、フロントミラー１６とリアミラー１８とを備えた例を示したが、例えばリアミラー１８に替えて、レーザ光２１の波長を狭帯域化するグレーティング等の狭帯域化光学素子を用いてもよい。
また、上記の説明においては、主放電電極１４，１５の両方について、全く同様に説明したが、片方だけに表面層を形成してもよく、異なる種類の表面層を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なエキシマレーザ装置の構成を示す正面断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ視断面図。
【図３】第１実施形態に係る主放電電極を長手方向から見た断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ視断面図。
【図５】第１実施形態に係る、溶射装置の構成図。
【図６】第１実施形態に係る、溶射トーチの説明図。
【図７】レーザ光の出力特性の比較を示すグラフ。
【図８】第２実施形態に係る、溶射装置の構成図。
【図９】レーザガスに酸素を添加した場合の、レーザ光の出力特性を示すグラフ。
【図１０】レーザガスにキセノンを添加した場合の、レーザ光の出力特性を示すグラフ。
【図１１】第３実施形態に係る電子ビーム照射装置の構成図。
【図１２】主放電電極の拡大図。
【符号の説明】
１１：エキシマレーザ装置、１２：レーザチャンバ、１３：熱交換器、１４：主放電電極（アノード）、１５：主放電電極（カソード）、１６：フロントミラー、１７：フロントウィンドウ、１８：リアミラー、１９：リアウィンドウ、２１：レーザ光、２３：高圧電源、２４：貫流ファン、３５：開口部、３７：放電空間、３８：予備電離、４０：溶射装置、４１：溶射チャンバ、４２：溶射トーチ、４３：陰極、４４：溶射ノズル、４５：作動ガス、４６：アルゴンボンベ、４７：添加ガスボンベ、４８：真空ポンプ、４９：絶縁物、５０：アノードホルダ、５１：カソードホルダ、５２：ジェット噴流、６０：電子ビーム照射装置、６１：電子ビームチャンバ、６２：電子ビームノズル、６３：電子ビーム、６４：マスフローコントローラ、６５：雰囲気ガス、７０：ボディ部、７１：絶縁表面層、７２：金属表面層、７３：金属、７４：小孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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