(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ）レーザガスを収容するレーザチャンバと、
Ｂ）放電領域を各々有し、陰極と前記放電領域が多孔性絶縁層で覆われる陽極とを形成する、前記レーザチャンバ内に配置された２つの細長い電極部材であって、前記多孔性絶縁層は、前記陽極とレーザーガスとの相互作用を制限しつつ、前記陽極の金属表面への電子の流れおよび前記陽極の金属表面からの電子の流れを許容する、前記多孔性絶縁層の上面から前記陽極の金属表面まで延びる穴を有する、電極部材と、
Ｃ）前記陽極上及び前記陰極上の領域で放電する放電を生み出すために、毎秒１０００パルスを超える繰返率で電気パルスをもたらすように形成されたパルス電力装置と、
Ｄ）毎秒１０００パルスを超えるパルス繰返数で作動する時、放電により生成された実質的に全てのデブリを次に続く放電の前に除去するのに十分な速度で、前記レーザガスを前記２つの電極の間で循環させる送風機装置と、
Ｅ）前記送風機装置と前記放電とにより生成された熱を前記レーザガスから除去する十分な容量を有する熱交換器と、
を含むことを特徴とするガス放電レーザ。
【請求項２】
前記多孔性絶縁層は、金属フッ化物から成ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項３】
前記絶縁層は、ガスがＦ2を含むガス環境において前記陽極を放電に曝すことにより作り出されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項４】
前記多孔性絶縁層は、多孔性アルミナ層を含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項５】
前記多孔性アルミナ層は、陽極酸化アルミナ層であることを特徴とする請求項４に記載のレーザ。
【請求項６】
前記多孔性絶縁層は、電気絶縁体材料から成る粒子から構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項７】
前記絶縁体材料は、セラミックであることを特徴とする請求項６に記載のレーザ。
【請求項８】
前記絶縁体材料は、フッ化物であることを特徴とする請求項６に記載のレーザ。
【請求項９】
前記絶縁体材料は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2、及び、ＣａＦ2から成るグループから選択されたセラミックから構成されることを特徴とする請求項６に記載のレーザ。
【請求項１０】
前記多孔性絶縁層は、多数の穴から成ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項１１】
前記多数の穴は、５０，０００を超える数であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ。
【請求項１２】
前記多数の穴の大部分は、幅が２０ミクロンと１５０ミクロンとの間であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ。
【請求項１３】
前記電極部材の少なくとも１つは、放電面を形成し、前記放電面の２つの側部に沿って長手方向に走るトレンチを含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項１４】
前記トレンチは、少なくとも部分的に絶縁体材料で充填されることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ。
【請求項１５】
前記絶縁体材料は、アルミナ及び金属フッ化物から成るグループから選択されることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ。
【請求項１６】
前記多孔性絶縁層は、金属に埋め込まれた絶縁粒子から成ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項１７】
前記金属は、黄銅であることを特徴とする請求項１６に記載のレーザ。
【請求項１８】
Ａ）１つ又はそれ以上の導電材料から成り、少なくとも５０センチメートルの長手寸法と少なくとも２センチメートルの幅とを有する細長い電極構造を製作する段階と、
Ｂ）前記細長い電極の、少なくとも３ミリメートルの幅を有する放電領域を形成する部分に、多孔性絶縁層であって、前記陽極とレーザーガスとの相互作用を制限しつつ、前記陽極の金属表面への電子の流れおよび前記陽極の金属表面からの電子の流れを許容する、前記多孔性絶縁層の上面から前記陽極の金属表面まで延びる穴を有する前記多孔性絶縁層を作り出す段階と、
を含むことを特徴とする、レーザに使用する細長い電極を製造する方法。
【請求項１９】
前記１つ又はそれ以上の導電材料は、１パーセントを超える鉛含有量を有する、鉛が豊富な黄銅を含み、前記多孔性電気絶縁層を作り出す前記段階は、多孔性絶縁層が前記鉛が豊富な黄銅上に蓄積できるようにフッ素含有レーザガスの中で前記電極を作動させる段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記多孔性絶縁層を作り出す前記段階は、絶縁粒子を前記細長い電極構造の前記放電領域にまき散らす段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記多孔性絶縁層を作り出す前記段階は、
Ａ）前記細長い電極の、充填金属と絶縁粒子とを含む放電区域を作り出すために絶縁粒子を溶融金属に混合する段階と、
Ｂ）前記充填金属の一部分がスパッタリングして無くなり前記放電領域を覆う多孔性絶縁層を残すことができるように、前記細長い電極をフッ素含有レーザガス環境で作動させる段階と、
を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記絶縁粒子は、約５０から１５０ミクロンの範囲の寸法を有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記粒子は、約５０から１５０ミクロンの範囲の寸法を有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電レーザに関しており、特に、長寿命電極を備えたチャンバを有する放電レーザに関する。本発明は、２０００年６月９日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／５９０、９５８号、２０００年６月９日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／５９０、９６１号、２０００年１１月１日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／７０３、６９７号、２０００年１２月２０日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／７４２、４８５号、２００１年１月２３日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／７６８、７５３号、及び、２００１年２月１日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／７７６、０４４号の一部継続出願である。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術のＫｒＦエキシマレーザ・チャンバの主要な構成要素が図１に示されている。このチャンバは、集積回路リソグラフィ用の光源として使用されるレーザ装置の一部である。これらの構成要素は、チャンバ・ハウジング２を含む。このハウジングは、各々が長さ約５０センチメートルで、約２０ミリメートルだけ離して設置される２つの電極８４及び８３、１０００ヘルツ又はそれ以上の範囲のパルス繰返し率で次に続くパルスに先だって、１つのパルスからのデブリを（２つの電極間の放電領域から）取り除くのに十分な速度で電極間にレーザガスを循環させる送風機４、及び、ファンにより及び電極間の放電によりレーザガスに加えられた熱を除去する水冷フィン付き熱交換器６を含む。用語「デブリ」は、本明細書では、レーザパルス後のガスの如何なる物理的状態をも定義するために使用され、この物理的状態は、前記パルス以前のガスの状態とは異なっている。チャンバはまた、チャンバの空気力学的形状を改善するバッフル及びベーンを含んでもよい。レーザガスは、フッ素約０．１パーセント、クリプトン約１．０パーセント、及び、残りがネオンである混合ガスから成る。各パルスは、パルス電源８を使用して、各電極に亘って極めて高電圧の電位を加えることにより生み出され、それは、電極間の約３０ナノ秒続く放電に高さ約２０ミリメートル、幅約３ミリメートル、長さ約５００ミリメートルの利得領域を生み出させる。その放電は、この利得領域中へ約２．５ジュールのエネルギを落とす。レーザ発振は、図２に示すように、出力カプラ２Ａ、及び、リトロー構成で配置される３−プリズムビーム拡大器、同調ミラー、及び、回折格子を備える回折格子ベースのラインナローイング装置（ラインナローイングパッケージ、すなわち、ＬＮＰと呼ばれ、不釣合いに大きく図示されている）２Ｂにより形成される共振空洞内で生み出される。この従来技術のＫｒＦリソグラフィレーザにおける出力パルス３のエネルギは、一般に、約１０ミリジュールである。
【０００３】
放電レーザの産業上の用途は多い。１つの重要な用途は、集積回路リソグラフィ機械の光源用としてのそれである。そのようなレーザ光源の１つは、約２４８ナノメートルで狭帯域パルス化された紫外光ビームを生み出す上記の線狭化ＫｒＦレーザである。これらのレーザは、一般的に、パルス繰返数約１０００から４０００ヘルツのパルス・バーストで作動する。各バーストは、例えば約８０パルスなどの多くのパルスから成り、１つのバーストは、リソグラフィ機械が各ダイ区間の間で照射をずらす１秒の何分の１かの休止時間によって分離された各バーストを使用してウェーハ上の１つのダイ区間を照射する。それとは別に、新しいウェーハが装填される時の数秒の休止時間がある。従って、生産稼働中、例えば、２０００ヘルツのＫｒＦエキシマレーザは、約３０パーセントの使用率で作動し得る。作動は、１日２４時間、１週７日、１年５２週である。２０００ヘルツで「四六時中」３０パーセントの使用率で作動するレーザは、毎月１５億を超えるパルスを蓄積する。また、如何なる製造の中断も極めて高くつく可能性がある。これらの理由から、リソグラフィ産業用に設計された従来技術のエキシマレーザは、保守点検での停止時間を最小限にするようにモジュール方式になっている。
【０００４】
これらのレーザから生み出されるレーザビームを高品質に維持することは、これらのレーザ光源が使用されるリソグラフィ装置が０．２５ミクロン未満の形態を有する集積回路を作り出すことが現在必要とされ、また形態寸法が年毎に一層小さくなってきていることから、非常に重要である。その結果、レーザビームに設定された仕様は、個々のパルスエネルギの変動、一連のパルスの集積エネルギの変動、レーザ波長の変動、及び、レーザビームの帯域幅の大きさを制限する。
【０００５】
図１に示すような放電レーザの通常の作動は、電極侵食を引き起こす。これら電極の侵食は、放電形状に影響を与え、それは続いてレーザ効率のほか、出力ビームの品質に影響を与える。そこで、放電と同じ幅を有する突出部分を電極上に設けることによって侵食の影響を最小限にすることを意図する電極設計が提案されている。いくつかの例は、日本国特許第２６３１６０７号に記述されている。これらの設計は、しかしながら、ガス流に対して悪影響を生み出す。これらのガス放電レーザでは、各パルスの全ての影響を次のパルスに先だって放電領域から吹き飛ばすことが非常に重要である。
【０００６】
ＫｒＦレーザに非常に類似する別の放電レーザは、アルゴンフッ素（ＡｒＦ）レーザである。このレーザでは、ガスは、主としてアルゴンフッ素とネオンとの混合であり、出力ビームの波長は、約１９３ナノメートルの範囲にある。これらＡｒＦレーザは、正に現時点において集積回路製造用にかなりの程度まで使用されているが、これらレーザの使用は、急速に成長するものと期待される。集積回路製造用に将来広範囲に使用が期待される更に別の放電レーザは、ガスがＦ2であり、また、バッファガスがネオン又はヘリウム、又は、ネオンとヘリウムとの組合せであり得るＦ2レーザである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
必要とされるのは、ガス流に悪影響を与えず、レーザビーム品質に対して悪影響を及ぼすほど多く侵食されないで何十億ものパルスに耐えることができる電極を有するガス放電レーザである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、細長い陰極と細長い陽極とを有し、陽極放電面を覆う多孔性絶縁層を備えるガス放電レーザを提供する。パルス電力装置は、少なくとも１キロヘルツの繰返率で電気パルスをもたらす。送風機は、少なくとも５メートル／秒の速度でレーザガスを電極の間で循環させ、送風機と放電とによって生み出された熱を除去するために熱交換器が設けられる。好ましい実施形態では、陽極の少なくとも一部分は鉛から成っており、陽極面のフッ素イオン・スパッタリングによって、大部分が鉛フッ化物から成る絶縁層（陽極の放電面を覆う）が作り出される。特定の好ましい実施形態では、陽極は２つの部品で製造され、第１の部品は、従来技術の陽極の一般的形状を有するが頂部にトレンチ形状をした空洞を備える。この部品は、１％未満の鉛から成る黄銅で構成されている。３％を超える鉛含有量を有する黄銅から成る第２の部品は、トレンチ内にハンダ付けされ、約０．２ミリメートルだけ表面から上方に突出する。陽極がレーザに設置され、フッ素含有レーザガスの環境でパルス放電に曝される時、多孔性鉛フッ化物を含む絶縁層が第２部品の表面に形成され、顕著な侵食から第２部品を保護する。本出願人のコンピュータ電界モデルは、絶縁層が陰極と陽極との間の電界に顕著な影響を与えないことを既に示している。第１の部品が鉛を含有しないので、第１部品には顕著な絶縁層は何も形成されないが、電界分布は、放電のかなりの部分の如何なるものに対してもそれが第２部品の表面に引き付けられるのを防止する。放電が第１部品で実際に起こるのと同じ程度に侵食が放電個所で起こることになり、放電領域内の陽極の高さを減少させ、それは、第１部品からの放電を減少させる効果を有する。約５０、０００の小さな穴が第２部品の絶縁層において発達し、それらは、電子を陽極の金属表面に、及び、金属表面から自由に流れさせる。しかし、陽極の金属表面上のフッ素イオン・スパッタリングは、絶縁層が発達した後は十分に制限される。本出願人は、フッ素イオン・スパッタリングの減少は、金属表面に到達するフッ素イオン数が減少すること、及び、金属表面に実際に到達するイオンエネルギが減少することからもたらされると考えている。
【０００９】
本出願人の試験において、陽極の放電面の実質的に全てを覆う多孔性絶縁層は、電極間の電界に顕著に干渉しないし、放電形状に顕著に影響を与えることもないことが既に分かっている。（しかし、放電領域のかなりの部分が被覆されるか、又は、かなりの部分が被覆されない場合には、悪影響がもたらされる可能性がある。この場合、放電が被覆されない場所に蓄積する傾向があり、かなりの侵食をそれらの場所に引き起こし、放電の均一性をひどく歪める。）すなわち、最良の性能は、放電面が多孔性絶縁層によって完全に覆われるか、又は、多孔性絶縁層によって全く覆われない場合にもたらされる。しかし、全く覆われない状況では長期的な侵食があるのに対して、完全に覆われた状況では、非常に良好な性能と共に数十億のパルスに亘って最小限の侵食が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態は、図面を参照することによって説明することができる。
パルス電源装置
ガス放電レーザにおいて放電を生み出すパルス電力を供給する電気回路８の主要構成要素が図３に示されている。このパルス電力装置は、標準２０８ボルトの３相電源で作動する。整流器２２、インバータ２４、変圧器２６、及び、整流器３０を使用する電源は、充電コンデンサＣ0４２をレーザ制御処理装置（図示しない）からの指令通りに約５００から１２００ボルトの間の電圧レベルに充電する。レーザ制御処理装置は、パルスが必要とされる場合、ＩＧＢＴスイッチ４６の閉を指令し、それは、Ｃ0のエネルギをパルス電力装置の継続部分の中へ放電させる。Ｃ0の電荷は、インダクタ４８を通って引き続きコンデンサバンクＣ1５２に、次に、可飽和インダクタ５４を通り、電圧変圧器５６を通ってコンデンサバンクＣP-1６２に、次に、可飽和インダクタ６４を通ってピーキング・コンデンサ・バンクＣP８２へと伝達される。図３に示すように、ピーキング・コンデンサ・バンクＣPは、電極８４及び８３に対して電気的に並列に接続される。
【００１１】
図４Ａは、コンデンサバンクＣ0、Ｃ1、ＣP-1、及び、ＣPの電位をスイッチ４６の閉からその後の９マイクロ秒の間の時間の関数として示す。図４Ｂは、放電直前及び直後８００ナノ秒の時間スライスを示す。ピーキング・コンデンサ・バンクＣPが放電直前に約−１５、０００ボルトに充電されることに注意されたいい。放電は、約３０ナノ秒継続する。放電の間の電子の流れは、最初、上部電極の陰極８４から下部接地電極の陽極８３に向かう。電流の「オーバーシュート」がＣPを正の値の約＋６、０００ボルトに充電し、その時点で電子の下向きの流れが逆転し、その後は、最後の約１５ナノ秒の放電の間、電子の流れは下部接地電極から上部電極となり、全ては図４Ｂに示す通りである。
【００１２】
新しい電極
図１に示すタイプの新しく製造された従来技術の黄銅電極の表面は、非常に滑らかである。しかし、高倍率顕微鏡の下で見た場合、その表面は、交互する隆起と谷で約１から２ミクロンだけ間隔を空けて電極の長さに亘って走る縦方向の列から実際は成っており、その谷底は隆起の頂上から約１から２ミクロンほど低くなっている。顕微鏡下の表面は、機械加工作業による結果、長く細く耕された田畑のように見える。
【００１３】
バーンインされた電極
新規レーザ装置の組み立て、又は、レーザチャンバ再構築の場合、一般的な従来技術の方法は、チャンバが約５億のパルスに対して作動される「バーンイン」段階にチャンバを曝すことである。これは、２０００ヘルツでは、約７０時間必要である。この段階の間、各電極の放電面に十分なスパッタリングが発生する。放電面は、各電極上で幅約３．５ミリメートル及び長さ約５４５ミリメートルである。各電極の放電面上で発生するスパッタリング及び電極間の放電は、表面の放電部分において電極表面を十分に変える。「耕された列」は、「バーンイン」された後ではもはや見られないものの、ほとんどは、比較的不規則に間隔が空いた、一般に深さ約５ミクロン及び幅約３から１０ミクロンの、しみ状の浅いくぼみによって置き換えられる。これらのしみ状のくぼみ、つまりクレーターは、互いに近い間隔で（または、少し重なり合って）陰極上に位置する。それらは、一般に陽極上では幾分更に離れており、従って、陽極と比較した場合、クレーターは、陰極上では単位面積当たり約４倍ほど多くある。
【００１４】
侵食
本出願人は、電極の侵食は両方の電極上に発生するが、接地された電極（陽極８３）の侵食速度が高電圧負電極（陰極８４）のそれの約４倍であることを発見した。電極侵食が問題となる、例えばフラッシュランプである殆ど全ての他のガス放電装置では、大部分の侵食が発生するのは陰極である。陽極侵食は、ほとんど見られない。黄銅電極を使用してレーザを作動させると、金属フッ化物が非常にゆっくりと陽極の各部分に蓄積される絶縁層をもたらすことができる。本出願人は、蓄積されるフッ化物の程度が黄銅電極の鉛含有量に関係することを見出した。例えば、１％未満の鉛含有量を有するＣ２６、０００黄銅から成る陽極は、顕著なフッ化物層を作り出さない。しかし、３から４％の鉛含有量を有するＣ３６、０００黄銅から成る陽極は、放電面全体を約１００から２００ミクロンの厚さで覆う比較的均一なフッ化物層を生成する。フッ化物層によって覆われた領域において、放電電流は、一般に、約２０から１５０ミクロンの直径を有するほぼ円形の断面を持つ傾向がある小さな穴を通って流れる。フッ化物層によって覆われたこの表面は、それ以上の顕著な侵食を被ることはないが、もしフッ化物層が均一でなければ、侵食速度は、覆われていない表面積が減少する場合は特に、覆われていない放電面で増大する。覆われた表面上の小さな穴がある場所では、いくらかの侵食があるように見えるが、この侵食は、卑金属のそれよりも大きさが少なくとも１桁小さく、２桁小さい可能性もある。
【００１５】
スパッタリングされた金属イオン
良好なレーザ活性媒体を作り出すには、均一な放電プラズマが電極間に作り出される必要がある。最初に電極間の空隙におけるガスは、図１に示す予備電離器１２によって予備電離される。電極上の電圧が上昇するにつれ、イオンスパッタリングは、電極表面に近い領域でプラズマを生み出す。電極からスパッタリングされた金属原子は、ほとんどが蒸気の状態であって金属原子のかなりの部分はイオン化されており、陰極の表面にすぐ隣接して正イオン陰極「降下」領域を形成するのを助け、陰極からの電子の流れに寄与するほか陰極を離れる電子を加速する極めて大きな電界を作り出す。この処理は、各パルスの最初の部分の間、陰極８４に対して最初に施される。しかし、図４Ｂに示すように、パルスを通してほぼ中央で電極の極性が逆転するので、この影響は、その時点で陰極（すなわち、負の電極）として機能している陽極８３でも発生する。急速に変化する電界の条件に応じて、パルスの間及び後の両方において、金属イオンは電極に引き付けられて戻り得るが、追い出された電極材料のいくらかがガス流境界層を超えて運ばれるために、その多くは、循環するレーザガスによって吹き飛ばされる。本出願人は、陽極からの顕著な銅スパッタリングは、陽極が強く正に帯電している時に各放電の最初の部分の間で負のフッ素イオンによって生み出されることを見出した。
【００１６】
黄銅電極のフッ化物層
本出願人は、電極寿命時間を１００から１３０億パルスを超えるように改善する試みとして、様々な電極材料について広範囲に亘る試験を行った。黄銅電極を使用する場合、陽極の放電面の侵食は、一般に電極寿命の主要な限定要素である。侵食は、電極形状をその最適形状から変化させ、結果として、レーザビーム品質は悪影響を受ける。これらの黄銅電極を使用した本出願人の試験では、最も長い寿命時間が得られるのは、陽極の放電面に均一で安定なフッ化物層を作り出す材料が使用される時であることが示された。特に、一例を挙げれば、Ｃ３６、０００黄銅（６１．５％の銅、３５．５％の亜鉛、及び、３％の鉛）から成る陽極は、レーザ性能に何の劣化も示すことなく１３０億パルスを生み出した。（これら電極に対する通常の有効作動寿命時間は、約５０から６０億パルスである。）１３０億パルスの後でその陽極を調査したところでは、長さ約２センチメートルの領域を除いて全放電面を被覆する約１００ミクロン厚のフッ化物層が明らかになった。この覆われていない領域は、陰極のひどく侵食された部分に面していた。本出願人は、このひどく侵食された領域における陰極の侵食が非常な高電界を作り出し、それが陽極の２センチメートルの欠けた部分を焼き払った極めて高温の放電を生み出して、そのことが１３０億パルスでの陰極の寿命を導いたと推測する。フッ化物層は、大部分が鉛フッ化物で構成されるが、銅及び亜鉛を含む陽極からの他の材料を含有しているように見える。その層の電気抵抗についての本出願人の測定では、それが非常に絶縁性であることが確認され、手持ち式オーム計を使用した抵抗測定は無限大を示す。
【００１７】
絶縁層は、幅が約２０から１５０ミクロンで陽極金属表面の底に達する数千の小さな穴を包含する。穴は、陽極の放電面に平方ミリメートル当たり約２０から３０個の間隔で配置される。３．５ミリメートル×５４５ミリメートルにある放電面の穴の総数は、本出願人によって約５０、０００であると推定され、これらの穴は、放電表面積の約５％を表す。放電面積の他の９５％は、負に帯電したフッ素イオンを負電子の表面帯電の急速な蓄積のために反撥することができる絶縁誘電材料で構成される。
【００１８】
本出願人は、例えばＣ２６、０００黄銅（６９．７％の銅、２９．６％の亜鉛、及び、０．７％未満の鉛）などの幾つかの別の種類の黄銅を使用して試験を実施し、低鉛黄銅は、一般に陽極の放電領域に顕著なフッ化物層を生成しないと判断した。本出願人の結論では、陽極に安定なフッ化物層を作り出すためには１％を超す鉛濃度が必要である。銅及び亜鉛は、鉛フッ化物に類似するフッ化物を形成し、これらの銅フッ化物及び亜鉛フッ化物は、鉛フッ化物に非常に類似する化学的特性を有するが、これらのフッ化物は、鉛フッ化物が作るような保護的絶縁層は形成しない。本出願人は、鉛フッ化物が銅及び亜鉛フッ化物よりもかなり重いことがその理由であり得ると推察し、またこの理由から、鉛フッ化物は、銅又は亜鉛フッ化物よりもフッ化物スパッタリングにより良く抵抗し得るものと推測する。
【００１９】
第１の好ましい実施形態
本発明の第１の好ましい実施形態は、ＫｒＦ、ＡｒＦ、又は、Ｆ2などのガス放電レーザであり、図６に示される断面を有する細長い陽極を有する。この陽極は、２種類の黄銅で構成され、陽極８３の本体４０は、Ｃ２６０００黄銅であり、長さ６００ミリメートルである。この陽極は、これらのガス放電レーザで広く使用されてきた従来技術陽極の改良版である。従来の陽極８３は、図５に示されるような断面を有する。底部の幅は、１．２インチである。中央先端までの高さは、０．３８０インチである。この先端は、０．５インチの半径を有する。底部表面からの肩高さは、０．１３インチである。傾斜した側面は、底部表面に対して２７．６７度の角度の平坦面である。本出願人は、レーザ年数での多年に亘る作動によって、この一般的な形状が非常に良好なレーザガス流れとの適合性と併せて、優れた電界特性及び優れた放電性能をもたらすことを立証した。トレンチ形状をした空洞は、陽極８３の頂部表面に切り込まれている。この空洞は、長さ５４５ミリメートル、頂部で３ミリメートルの幅があり、深さ２．５ミリメートル、そして底部で１．７ミリメートルの幅がある。空洞は、空洞に正確に嵌合するように切断されて表面上方に約０．２ミリメートルだけ延びる第２の黄銅部品４２で充填される。この第２の黄銅部品は、Ｐｂ／Ｓｎハンダを使用して空洞に結合してもよい。
【００２０】
陽極は、例えば１％クリプトン、０．１％Ｆ2、及び、残りがネオンから構成されるレーザガスを使用する図１に示すものなどのレーザに設置される。レーザを約５億パルスに亘って作動させることにより、第２の黄銅部品の頂部表面に多孔性鉛フッ化物層が作り出される。毎秒２０００パルスの下では、これは約３日を必要とする。この発達する多孔性絶縁層は、放電面の侵食を遅らせて、陽極がこの極めて良好な形状を何十億という放電の間維持できるようにする。電子は、鉛フッ化物層に生じる約５０、０００個の小さな穴を通って容易に流れる。一方、電子よりもはるかに大きくて重い個々のフッ素イオンがスパッタリングを引き起こすのに十分なエネルギを持って下にある黄銅へと穴を通過する確率は低い。本出願人は、本発明が陽極寿命を少なくとも２倍又は３倍にすることを可能にし、その結果、陽極の侵食がもはやレーザチャンバの寿命を制限しないことになると推察する。陽極の部品４０部分には、絶縁層は何も蓄積されない。従って、仮に放電が部品４０にまで広がることになっていたとしても、放電は、部品４０の縁でトレンチを侵食したであろうし、それがその領域からの放電を停止させたであろう。従って、放電は、陽極の部品４２の部分に制限される。
【００２１】
第２の好ましい実施形態（陽極表面を絶縁する）
第２の好ましい実施形態の陽極の断面が図７に示されている。絶縁材料の多孔性層４６は、従来技術の陽極の放電面を覆って置かれる。陽極部分を形成する黄銅は、１％未満の鉛を含有するＣ２６０００黄銅である。従って、限界多孔性層６０を超えて広がる如何なる放電によっても、何も絶縁層が作り出されないことになる。
図８は、多孔性酸化アルミニウム断面の顕微鏡写真の複写を示す。この多孔性酸化物は、陽極酸化と呼ばれる処理でアルミニウム上に成長する。高純度のアルミニウム箔が黄銅電極上に接着される。この黄銅電極は、電気化学的電池において陽極としての役割を果たす。一般に陽極酸化の目的は、均一で保護されたアルミナフィルムを陽極上に生成することである。適切な電解液及び作業電圧を使用すると、エッチングは、図８に示すような自己組織化した多孔性構造の生成をもたらす。１０から数百ミクロンの直径を有する穴は、陽極酸化処理のパラメータを変化させることによって生成することが可能である。層の厚みは、最大数百ミクロンまで可能であるが、本発明にとっては約１００から１０００ミクロンの厚みが好ましい。この層は、図７に示す層４６として用いることができる。
【００２２】
第３の好ましい実施形態
図９に示すような第３の好ましい実施形態において、図６に示す部品４２の頂部表面は、部品４２が部品４０の空洞内にハンダ付けされる前に多孔性アルミナで被覆される。この実施形態では、多孔性アルミナが侵食されて無くなる場合、Ｃ３６０００黄銅が鉛フッ化物保護層を断面状に形成することになる。
【００２３】
第４の好ましい実施形態（微小絶縁粒子）
第４の好ましい実施形態では、約１００から３００ミクロンの寸法を有するほぼ砂粒の形をした微小絶縁粒子６６は、図１０Ａ及び１０Ｂに示す断面形状を有する従来技術の黄銅電極の放電面にロウ付けされる。この実施形態では、放電幅は３．５ミリメートルである。粒子は、陽極の区域の上面図を示す図１０Ｂに示すように、放電面の表面積の約９５％を覆うことが好ましい。
類似の実施形態において、微小な絶縁粒子は溶融黄銅と混合され、その混合物は、図６に示す部品４２の形状に成型される。得られた部品は、その後、図６に示す部品４０などの部品内へ正確に嵌合するように機械加工される。好ましくは、粒子の大きさは２０から１５０ミクロンであり、その粒子は、混合物体積の約８０〜９０％を構成する必要がある。数日の作動の後、表面の黄銅は、スパッタリングして無くなり、表面上に絶縁層を残すことになるが、材料は、表面下で導電性であり続けることになる。図８Ａ及び８Ｂは、表面の黄銅がスパッタリングして無くなった後の電極表面を示す図である。粒子は、黄銅の溶融点において安定でフッ素化学反応に対して抵抗する材料のものでなければならない。良好な選択は、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＦ2、及び、ＭｇＦ2である。
【００２４】
他の実施形態
（完全表面被覆）
別の実施形態では、多孔性アルミナは、従来技術黄銅電極の頂部表面全体を覆って施される。更に別の実施形態では、多孔性アルミナは、従来技術黄銅電極の放電領域を覆って施され、固体アルミナ層が従来技術黄銅電極の頂部表面の残りの部分を覆うか、又は、代替的に、放電領域の縁に沿って施される。
【００２５】
（ブレード誘電）
本発明の原理を利用する代替実施形態のセットは、図１２に示されている。この場合、陽極断面は、図１２の７０で示すように非常に鈍い斧のブレードの形状を有する。それは、陽極の長さ（約５００ミリメートル）に亘って走る２つの絶縁誘電流空間の間に挟まれている。上記の説明によると、ブレード電極は、陽極放電面の上を覆う多孔性鉛フッ化物をＦ2レーザガス環境で作動する間に発達させることになるＣ３６０００黄銅から成ることができる。代わりに、上記の通り、多孔性アルミナなどの多孔性絶縁被覆は、陽極がレーザチャンバに挿入される前に、ブレード形状の陽極の放電面に施すことができるであろう。あるいは、第４の好ましい実施形態におけるように、絶縁粒子は、ブレード形状陽極の頂面に接着することができるであろう。
【００２６】
電流帰還装置
別の好ましい実施形態では、レーザの電流帰還装置が図１１に示す形状に作られる。この場合、電流帰還装置の中心部分７６は、構造の中心に沿って非常に高い電界を生み出すように従来技術陽極の断面に類似する断面を有する。この非常に高い電界は、幅約３．５ミリメートルの放電領域を形成する約３．５ミリメートルの幅を有し、この電界は、放電領域の両側において非常に鋭く減少する。放電領域を覆う多孔性絶縁層７８が作り出される。この層は、上記で説明した如何なる手法を使用しても作り出すことができる。この電流帰還装置は、黄銅から機械加工されてもよく、放電面はＣ３６０００であってもよい。この好ましい実施形態の電流帰還装置は、約４０個の鯨骨形状構造８０を両側に有する。電流帰還装置の頂部は、チャンバの頂部に対してボルトで固定されており、電極部分は、堅い電極支持体に対してボルト締めされてもよい。
【００２７】
陰極の多孔性被覆
現在までのところ、これらのガス放電レーザにおける陰極侵食は、陽極が陰極の約４倍の速度で侵食されていたことから問題と考えられていなかった。陽極侵食の問題が解消されたことに伴い、陰極侵食が寿命を制限する問題になり得る。従って、別の好ましい実施形態では、陽極に加えて、陰極放電領域が同様に多孔性絶縁材料で覆われる。鉛フッ化物層は、それが放電パルス時間の主要部分に亘って負に帯電したフッ素イオンを反撥することから、陰極で自然に発達することにはならない点を理解されたい。しかし、陽極として作動する陰極を用いて、Ｆ2環境において被覆陰極を作り出すことができるであろう。また、放電領域を覆う多孔性絶縁層を有する陰極を作り出すために、陽極用に多孔性絶縁層を準備する上記の他の手法が使用できるであろう。これらの層は、上記の陽極保護層が陽極を負のフッ素イオン衝撃から遮断するのと同じ方式で、陰極を正のイオン衝撃から保護するであろう。
【００２８】
本発明は、好ましい実施形態の観点から特殊性を持って上記のように説明されてきたが、多くの変形及び変更が本発明の精神から逸脱することなく成され得ることを理解して認識されたい。次に来るパルスに先だって放電デブリがある空隙を清浄にするため、電極間の空隙に良好な流れの状態を維持することは重要である。多孔性絶縁層の幅は、好ましくは、レーザビームの目標とする幅にほぼ等しいか又はそのビーム幅よりも僅かに大きいことが好ましい放電面の幅に一致すべきである。絶縁層の厚みは、好ましくは、約２０ミクロンと３００ミクロンとの間であるべきであり、最も好ましい範囲は、約５０から１５０ミクロンである。しかし、本出願人の試験用陽極の幾つかの厚みは、深刻な問題を引き起こすことなく、最大約１ミリメートルまで及んでいた。絶縁層の縁における侵食を最小限にするために、多孔性絶縁被覆の両方の縁に沿って２つのトレンチを設けることができるであろう。トレンチが設けられない場合、レーザの作動中に侵食のためにトレンチが自然に発達し得る点を理解されたい。トレンチは、絶縁材料を用いて部分的又は完全に充填し得る。従って、本発明の範囲は、添付請求項及びその法的同等形態によって判断されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のガス放電レーザチャンバの断面図である。
【図２】従来技術レーザの他の形態を示す図である。
【図３】従来技術のガス放電レーザのパルス電力装置の主要形態を示す図である。
【図４Ａ】図３のパルス電力装置に関する電気パルス形状を示す図である。
【図４Ｂ】図３のパルス電力装置に関する電気パルス形状を示す図である。
【図５】従来技術の陽極の断面図である。
【図６】好ましい陽極断面を示す図である。
【図７】好ましい陽極断面を示す図である。
【図８Ａ】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図９】好ましい陽極断面を示す図である。
【図１０Ａ】好ましい陽極断面を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの陽極の上面図である。
【図１１】電流帰還−陽極装置を示す図である。
【図１２】好ましい陽極断面を示す図である。
【符号の説明】
４０  陽極の本体
４２  第２の黄銅部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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