(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間で行われる放電によりハロゲンガスが含まれるレーザガスを励起するレーザ装置に使用され、金属の材料を含む主放電電極において、
放電が行われる部分の表面に、前記金属よりも硬度が高くかつ前記金属よりもハロゲンガスと反応しにくい物質が１種類以上含まれた絶縁体膜が形成されたこと
を特徴とする主放電電極。
【請求項２】
電極間で行われる放電によりハロゲンガスが含まれるレーザガスを励起するレーザ装置に使用され、金属の材料を含む主放電電極において、
放電が行われる部分の表面に、前記金属よりも融点が高くかつ前記金属よりもハロゲンガスと反応しにくい物質が１種類以上含まれた絶縁体膜が形成されたこと
を特徴とする主放電電極。
【請求項３】
電極間で行われる放電によりハロゲンガスが含まれるレーザガスを励起するレーザ装置に使用され、金属の材料を含む主放電電極において、
放電が行われる部分の表面に、前記金属よりも硬度が高くかつ前記金属よりもハロゲンガスと反応しにくい物質が１種類以上含まれた膜が形成され、当該膜は導体の層と絶縁体の層とを交互に積層した積層膜であること
を特徴とする主放電電極。
【請求項４】
電極間で行われる放電によりハロゲンガスが含まれるレーザガスを励起するレーザ装置に使用され、金属の材料を含む主放電電極において、
放電が行われる部分の表面に、前記金属よりも融点が高くかつ前記金属よりもハロゲンガスと反応しにくい物質が１種類以上含まれた膜が形成され、当該膜は導体の層と絶縁体の層とを交互に積層した積層膜であること
を特徴とする主放電電極。
【請求項５】
電極間で行われる放電によりハロゲンガスが含まれるレーザガスを励起するレーザ装置に使用され、金属の材料を含む主放電電極において、
放電が行われる部分の表面に、前記金属よりも硬度が高くかつ前記金属よりもハロゲンガスと反応しにくい物質が１種類以上含まれた膜が形成され、当該膜は前記金属の表面に近いほど導体の割合が絶縁体の割合よりも大きい絶縁体と導体の混合物からなること
を特徴とする主放電電極。
【請求項６】
電極間で行われる放電によりハロゲンガスが含まれるレーザガスを励起するレーザ装置に使用され、金属の材料を含む主放電電極において、
放電が行われる部分の表面に、前記金属よりも融点が高くかつ前記金属よりもハロゲンガスと反応しにくい物質が１種類以上含まれた膜が形成され、当該膜は前記金属の表面に近いほど導体の割合が絶縁体の割合よりも大きい絶縁体と導体の混合物からなること
を特徴とする主放電電極。
【請求項７】
前記絶縁体はセラミックスであること
を特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の主放電電極。
【請求項８】
前記セラミックスはアルミナセラミックスであること
を特徴とする請求項７記載の主放電電極。
【請求項９】
前記導体は電極材料の金属とは異種の金属であること
を特徴とする請求項３〜６の何れか一つに記載の主放電電極。
【請求項１０】
前記電極材料の金属は銅であり、前記膜の金属は真鍮であること
を特徴とする請求項９記載の主放電電極。
【請求項１１】
レーザ装置に使用される主放電電極を製造する主放電電極の製造方法において、
母材の銅の表面のうち放電が行われる部分に、亜鉛を添加する工程と、
母材の銅の表面のうち放電が行われる部分及び前記亜鉛に電子ビームを照射する工程とを具え、
母材の銅の表面のうち放電が行われる部分を硬質化すること
を特徴とする主放電電極の製造方法。
【請求項１２】
レーザ装置に使用される主放電電極を製造する主放電電極の製造方法において、
母材の表面のうち放電が行われる部分に、母材とは異種の物質を添加する工程と、
前記母材で構成された主放電電極による放電を行う工程とを具え、
母材の表面のうち放電が行われる部分を硬質化すること
を特徴とする主放電電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極間で行われる放電によりハロゲンガスが含まれるレーザガスを励起するレーザ装置に使用される放電電極及び放電電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１（ａ）、（ｂ）はエキシマレーザ装置又はフッ素分子レーザ装置の断面図である。
【０００３】
エキシマレーザ装置やフッ素分子レーザ装置のようなガスレーザ装置には、レーザチャンバ１０内にレーザガスが封入される。レーザガスとしては希ガス（ＫｒＦエキシマレーザではクリプトンＫｒ、ＡｒＦエキシマレーザではアルゴンＡｒなど）とハロゲンガス（フッ素Ｆ2など）、バッファガス（ネオンＮｅ）の混合ガスが用いられる。このレーザガスを励起させてレーザ発振させるために、レーザチャンバ１０内にはレーザ光の光軸Ｌを挟んで対向して配置される主放電電極（カソード、アノード）２、３と、主放電電極２、３間で放電を発生し易くさせるために、主放電電極２、３間のレーザガスを予備電離する予備電離電極４１、４２とが設けらている。
【０００４】
このようなガスレーザ装置では、予備電離電極４１、４２によって主放電電極２、３間のレーザガスが予備電離されることにより、この主放電電極２、３間で放電が発生し、レーザガスが励起されてレーザ発振される。なお、周知のように、主放電電極２、３間において安定した放電が行われることにより、レーザ発振も安定し、結果的に安定したレーザ出力が得られる。
【０００５】
ところで、このようなガスレーザ装置に用いられる主放電電極としては、実開昭61-174764号公報（以下、文献１という）、特開昭62-199078号公報（以下、文献２という）及び特開昭63-227069号公報（以下、文献３という）に記載されたものが知られている。
【０００６】
上記文献１に記載のものは、大きなレーザ出力を得るために、主放電電極とアーク放電電極（予備電離電極に相当）との間隔を短くした場合でも、主放電電極とアーク放電電極間で放電が発生しないように、主放電電極の表面の放電が行われる部分（以下放電部という）を除いた側面部分に絶縁体を密着被覆している。
【０００７】
また、上記文献２に記載のものは、主放電電極近傍における強い紫外線、イオン、電子などが多量に発生することによるレーザ管内壁や放電用部材の腐食、封入ガスの劣化等の不具合を抑制するために、レーザ管もしくは放電用部材の少なくとも一部にハロゲン耐食性樹脂層をコーティングしている。
【０００８】
さらに、上記文献３に記載のものは、主放電電極における主放電電極中央の平面部で安定したグロー放電が得られ、また主放電電極端部での絶縁破壊やアークを抑制するために、主放電電極の端部たとえば端部局面部に絶縁体を装着している。
【０００９】
また、これらの文献に記載されたもの以外の主放電電極としては、アノードとカソードから構成される主放電電極におけるカソード表面に誘電体薄膜を塗布した主放電電極が知られている。これは、カソード表面に誘電体薄膜を塗布することにより、放電開始電圧が低下する現象を利用して、放電の衝撃によるアノードの劣化（電極の変形）を低減させるものである。
【００１０】
しかしながら、上述した文献１〜３の主放電電極がクリプトンフッ素（ＫｒＦ）エキシマレーザや、アルゴンフッ素（ＡｒＦ）エキシマレーザ等のエキシマレーザ装置又はフッ素分子（Ｆ2）レーザ装置のレーザチャンバ内に実際に設けられた場合は、レーザ発振動作が繰り返されることにより、レーザガスに含まれるハロゲンガス（フッ素など）と、アノードの放電部とが反応して、アノードがハロゲン化（フッ素の場合はフッ化）される。さらに放電の衝撃や熱により、アノードの放電部が平坦な状態から凹凸状に変形してくる。またカソードの放電部もアノードと比較すれば軽微ではあるがハロゲン化され、加えてスパッタリングによって劣化する。
【００１１】
これによって主放電電極間での放電が不安定となり、レーザの出力エネルギーが低下して、所望のレーザ出力特性を得ることができないという問題点がある。
【００１２】
この問題点に対処するために、レーザチャンバ内のガス圧を上げたり、主放電電極間に印加する電圧を上げるなどの処置を講ずる必要があり、場合によっては劣化した主放電電極を交換しなければならない。また劣化した電極を新規な電極と交換した場合でも、上記同様の問題点が発生することには変わりはなく、結果的に、電極交換のサイクルも頻繁に発生することになる。電極交換の際にはレーザチャンバ全体を組み換える必要があり作業性が非常に悪いため、メンテナンスコストの上昇という問題を招いていた。
【００１３】
ところで、カソード表面に誘電体薄膜が塗布された主放電電極においても、アノードにおけるカソードとの間で放電が行われる放電部には薄膜が塗布されていない。このため、上記同様に、電極材料のハロゲン化（例えばフッ化）による電極（アノード）の変質、及び放電の衝撃によるアノードの劣化（電極の変形）により安定したレーザ出力特性を得ることができないという問題点がある。
【００１４】
このように、上述した各従来技術によるとレーザショット数に比例して主放電電極上にフッ化金属膜が形成され、主放電の安定性に影響が現れる。主放電の安定性がレーザ性能上許容できない範囲になると、電極を交換する必要がある。
【００１５】
このような問題に対して、例えば、W/O 01/97344、米国特許出願公開番号2001/50939号（以下、文献４という）は次のように示している。
【００１６】
電極放電部に形成されるフッ化金属膜（電極が銅の場合はフッ化銅）は、レーザショット数に比例して増加し、電極放電部領域の50〜80％程度まで達した段階で、電極の寿命とされる。フッ化金属膜で覆われた領域で主放電する場合、電流は直径50〜100μｍの小さな穴を通して流れる。フッ化金属膜が形成された領域では、さらなるフッ素による侵食の進行はない。しかし、放電部のうちフッ化金属膜で覆われた領域が少なくなるにつれて、フッ化金属膜で覆われていない領域における侵食速度は速くなる。主放電の際に、フッ化金属膜が形成された箇所とされない箇所とでは電流の流れ方が異なる。したがって、フッ化金属膜の形成が進行することによって主放電の均一性が失われていく。この結果、ビーム品質が損なわれ、電極の寿命に至る。
【００１７】
この問題の対策として、文献４の技術によると、放電部に放電幅に合わせた溝を形成し、エロージョンパッドと呼ばれ電極母材と異なる金属を埋めこみ、且つエロージョンパッドの結晶粒界を密にすべく、埋めこみ前にアニーリング処理を施すようにしている。これにより、電極へのフッ素の化学的な侵食を防止できるとしている。つまり、文献４では、電極放電部に形成されるフッ化金属膜は放電の安定性を損なう有害な物質であると位置付けられており、極力電極放電部にフッ化金属膜が形成されないようにすることが必要であるとされている。
【００１８】
文献４の技術は、電極長手方向に不均一に形成されるフッ化金属膜が、レーザ性能の低下の原因となるため、フッ化金属膜が形成されないような工夫が施されている。
【００１９】
ここで金属がフッ化する原理について説明する。
【００２０】
フッ素は極めて反応性の高い物質であり、様々な物質と反応する。金属がフッ素雰囲気中に曝されると、金属表面がフッ素に侵食されフッ化金属となる。しかしながら、金属のフッ化では次に示すような現象が進行し、金属に対するフッ素の侵食が一定時間を経過すると停止又は低い侵食速度となり飽和する。
【００２１】
金属がフッ素ガスに曝されると、フッ素は金属表面からある程度の深さまで侵入する。これは、金属が緻密に見えても、その原子間には隙間があり、その隙間からフッ素が侵入するためである。したがって、フッ素は表面の金属と反応するのみならず、ある程度の深さの金属とも反応することで金属を侵食する。フッ素の侵入深さは、金属温度又はフッ素ガス温度に依存する指数関数（１）で表すことができる。
δ = Ａexp（−α／ｔ）  ・・・  （１）  （δ：フッ素侵入深さ    ｔ：ガス又は金属の温度    Ａ、α：ガス、金属の種類、結晶構造、原子分子の大きさ等で決定される定数）
ある程度の反応が進むと、金属のフッ化が進行し、フッ化金属の膜厚がフッ素侵入深さを超える。するとフッ化金属膜表面から侵入したフッ素は金属と接触することができなくなる。この結果、金属に対するフッ素侵食が止まるか又は低い侵食速度で飽和する、と考えられている。
【００２２】
金属に対するフッ素侵食の作用を応用した技術としてフッ化不動態処理がある。この処理はフッ素雰囲気中で使用される金属機器の表面を改質し、耐フッ素性を備えさせる処理である。フッ化不動態処理では高温にしたフッ素ガスに機器が曝されることで、機器表面には厚いフッ化金属膜が形成される。フッ化不動態処理時の温度以下のフッ素ガス雰囲気中では、フッ素はフッ化不動態処理時の侵入深さ以上の侵入深さを持たない。このため、フッ化不動態処理で形成されたフッ化金属膜によって機器はフッ素の侵食から保護される。
【００２３】
ここで、金属がガスレーザ励起用に使われる電極であるとして、レーザ動作中に電極にフッ化金属膜ができる場合について説明する。
【００２４】
ガスレーザ励起用に使用される電極はレーザチャンバ内で長時間レーザガスに含まれるフッ素に曝される。このため、上述した金属に対する一般的なフッ素浸食現象と同様に、電極放電部はフッ素に侵食されてフッ化金属が形成される。文献４に言及されている様に、一般的には電極放電部でフッ化が進むと、次に示すＡ〜Ｄのような現象が生じるため、レーザ電極の寿命であると考えられている。
Ａ．電極の電気伝導度が低下し、主放電以外でのエネルギー消費による発振効率が低下する
Ｂ．電極の消耗によって対向する電極間の距離が増大し、放電−電源が不整合になりエネルギー伝達効率が低下する
Ｃ．電極の消耗によって放電部形状が荒れ、主放電が不均一となりレーザ励起効率が悪化する
Ｄ．電極が長手方向に不均一に消耗し、主放電が不均一となりレーザゲインが不均一分布となる
上記Ａ〜Ｄによって、レーザ性能は徐々に低下する。この性能低下が許容範囲を越えた時点で電極の寿命であると判断され、電極交換等の保守作業が必要となる。
【００２５】
ところで、実際にレーザ動作に使用された電極を分析すると、次に示す１〜８のような特質が見られる。
【００２６】
１．レーザショット数に応じて、フッ化金属膜が電極放電部に形成されている
２．フッ化金属膜は電極長手方向に均一に形成される場合もあれば、縞状、島状のように不均一に形成される場合もある
３．厚いフッ化金属膜が形成されている部分では、電極の消耗が抑制されている
４．フッ化金属膜の膜厚は、約0.05〜0.1mm／1×10^9ショットの速度で形成される。ただし、ショット数が進むにつれて、形成される速度はゼロに近づくように蝕和していく
５．形成されたフッ化金属膜は緻密ではなく、内部に空孔が存在する。また、内部にはフッ化されていない金属が分散している。
６．電極の放電部形状は、フッ素と主放電による損傷で、原形をとどめない状態になっている
７．直流弱電圧に対して、フッ化金属膜は完全絶縁性を示す
８．フッ化金属膜は絶縁物であるが、上述した様な性質を持ったフッ化金属膜が電極放電部に2mm程度存在しても、レーザを励起させる放電は可能である
このように、ガスレーザに使用されることでフッ素に侵食された電極には、上述したフッ化不動態処理によって金属表面に形成されるフッ化金属膜とは異なったフッ化金属膜が形成される。その理由は、ガスレーザ励起用に使用される電極は次に示す（１）、（２）のような環境の中におかれ、この環境がフッ化不動態処理が行われる環境と著しく異なるためであると考えられる。
【００２７】
（１）異なる熱印加現象
ガスレーザに用いられる電極において放電部の温度は100℃以上の極めて高温となる。よって、特に電極の放電部はフッ素が電極内部まで侵入しやすい状態となっている。しかも、一般的にガスレーザは間欠的に電界が印加されるパルスパワー放電形式で運転されており、数百ナノ秒という瞬間的な時間に熱が加えられ、数百マイクロ秒から数ミリ秒の間に熱が拡散される、というサイクルが繰り返される。
【００２８】
（２）電極長手方向の不均一性
ガスレーザには長いレーザ励起領域が必要であるため、レールギャップ形式の長い放電電極が用いられることが多い。このような電極で主放電が行われた場合、見た目は長手方向に均一なグロー放電が発生したとしても、放電密度、すなわち電流密度の不均一性が生じている。電流密度の不均一性が生じると、放電部の温度の不均一性が生じる。放電部の温度の不均一性は、放電部に形成されるフッ化金属膜の性質に大きく影響する。温度が高い部分では厚いフッ化金属膜が形成され、電極母材が大きく侵食される。逆に温度が低い部分では薄いフッ化金属膜が形成され、電極母材はそれほど侵食されない。
【００２９】
電極において放電部の温度が高く、フッ素侵食されている部分では、厚いフッ化金属膜又はフッ化層が形成される。フッ化金属膜は絶縁体であり高い電気抵抗を持つ。したがって、フッ化金属膜に電流が流れる場合は、フッ化金属膜が発熱する。このようにフッ化金属膜が形成された放電部では温度が上昇し益々電極母材のフッ化が進行する。また、一般的にフッ化金属膜は密度が低い。このため、放電部においてフッ化した部分は膨張し、フッ化していない部分と比較して隆起する。この隆起した部分は避雷針のように機能し、主放電による電流が集中する。よって、フッ化した放電部温度は局所的に益々上昇する。
【００３０】
放電部温度が局所的に上昇すると、フッ素は電極母材に侵入し易くなる。この結果、フッ化は電極の放電部から進行するのみではなく、電極の内部からも進行する。フッ化が電極の内部から進行すると、電極母材と放電部に形成されたフッ化金属膜とは、傾斜金属合金（表面に近いほど導体よりも絶縁体の割合が多く、内部に進むほど絶縁体よりも導体の割合が多い合金）の様な段階的な結合となり、非常に強固な構造が作り上げられる。この様な状態では、形成されたフッ化金属膜は、放電部から剥離することなく放電部に存在し続ける。且つ、厚いフッ化金属膜やフッ化金属層が形成された部分では、フッ素又はフッ素ラジカルが表面から侵入し難くなり、電極母材へのフッ素の侵食速度が緩やかになる。この結果、電極消耗速度が低下する。
【００３１】
逆に、電極において放電部の温度が低く、フッ素侵食がそれほど大きくない部分では、表層に薄いフッ化金属膜が形成される。このように温度が低い部分では、フッ素は電極の内部に深く侵入することができない。その結果、電極のフッ化は表面近傍で起こることとなる。このようにして形成されたフッ化金属膜は、電極バルク材料との結合力が弱く脆い。このため、主放電によって生じる音響波、モータからの振動、ガスの流れ、主放電電流による衝撃、電子やイオンや中性粒子や励起種粒子の衝突などによって容易に剥離する。このような反応は際限無く繰り返され、その結果、電極母材は大きく侵食される。
【００３２】
このように、レーザ動作中に電極に形成されるフッ化金属膜は、フッ化不動態処理によって形成されるフッ化金属膜と比較して、▲１▼不均一に形成される、▲２▼フッ素侵食に対し脆い部分と強固な部分が存在する、といった点で異なる。
【００３３】
ところで、上述した現象Ａ．と特質８．は相反する。これは、上述した特質５．で説明することができる。
【００３４】
一般的に、パルスパワー放電は、電圧が短時間で印加されるため、高周波の性質を持つ。高周波電流は表皮効果によって物質の表層（数百μm）を流れるという性質をもつ。つまり、高周波電流は物質の電気伝導度の影響を大きく受けない。このため、高周波電流は直流電流と異なり、絶縁体の表面でも流れることができる。高周波電流と同様に、パルスパワー放電電流の流れ易さは、物質自体の電気伝導度に依存せず、物質同士の境界面のような表面積の多さに依存する。
【００３５】
このことをフッ化金属膜にあてはめてみる。レーザ動作によって電極の放電部に形成されるフッ化金属膜には、空孔とフッ化されていない金属とが分散した状態で存在する。フッ化金属表面から電極母材までの電流の経路は、空孔の表面やフッ化金属とフッ化されていない金属との境界面によって確保される。こうして、パルスパワー電流に対する電気伝導性が確保される。このため、実際のレーザ動作によって形成されるフッ化金属膜はパルスパワー放電に対して高い絶縁性を示さない。したがって、フッ化金属膜の存在によるレーザ性能の低下はそれほど大きくない。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様に、一般的にレーザ性能を低下させると考えられてきたフッ化金属膜は、ある条件下では、レーザ性能を大きく低下させることなく、電極消耗低減に対して有効であることが確認された。ガス圧力やフッ素濃度や投入エネルギーや印加電圧や電極温度等がレーザ性能を維持するために最適化された状態でレーザ運転された場合に、このようなフッ化金属膜が電極放電部に形成される。
【００３７】
しかしながら、レーザ運転はフッ化金属膜を電極放電部に形成することを目的としていないため、形成されるフッ化金属膜の性質を調整することができない。このため、フッ化金属膜が電極放電部に均一に形成され難い。不均一なフッ化金属膜は不均一な電極消耗の原因となり、レーザ出力が不安定になる。また、電極寿命の予測が困難になる。さらに、電極放電部形状が崩れ、レーザ発振効率が低下する。
【００３８】
そこで、本発明は、電極の劣化を抑制して、安定したレーザ出力を得ること及び電極の交換期間を延ばすことのできる放電電極及び放電電極の製造方法を提供することを解決課題とする。
【００３９】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
そこで本発明は、
電極間で行われる放電によりハロゲンガスが含まれるレーザガスを励起するレーザ装置に使用され、金属の材料を含む主放電電極において、
放電が行われる部分の表面に、前記金属よりも硬度が高くかつ前記金属よりもハロゲンガスと反応しにくい物質が１種類以上含まれた膜を形成したこと
を特徴とする。
【００４０】
また本発明は、
電極間で行われる放電によりハロゲンガスが含まれるレーザガスを励起するレーザ装置に使用され、金属の材料を含む主放電電極において
、放電が行われる部分の表面に、前記金属よりも融点が高くかつ前記金属よりもハロゲンガスと反応しにくい物質が１種類以上含まれた膜を形成したこと
を特徴とする。
【００４１】
図１で示すように、主放電電極２、３の放電部２ａ、３ａには膜５が形成される。ハロゲンガスによる放電部２ａ、３ａの侵食を防止するために、膜５には、レーザガスに含まれるハロゲンガスと反応し難い物質、すなわち耐ハロゲン性の物質が１種類以上含まれている。また主放電の衝撃又は熱による放電部２ａ、３ａの変形を防止するために、膜５には、主放電電極２、３の金属よりも硬度が高い物質又は主放電電極２、３の金属よりも融点が高い物質が１種類以上含まれている。
【００４２】
本発明によれば、放電部２ａ、３ａに膜５が形成された主放電電極２、３間で主放電が行われる。この際、主放電に伴うハロゲンガスによる侵食及び衝撃や熱は膜５で吸収されるため、放電部２ａ、３ａには影響が及ばない。したがって主放電電極２、３の劣化が抑えられ、安定したレーザ出力を得ることができる。また主放電電極２、３の寿命が延びるため、主放電電極２、３の交換期間を延ばすことができる。したがってメンテナンスコストを低減することができる。
【００４３】
第１、第２発明において、膜は絶縁体からなる。
【００４４】
図２で示すように、主放電電極２、３の放電部２ａ、３ａに形成する膜５には絶縁体５１が用いられる。
【００４５】
第１、第２発明によれば、絶縁体５１を介して主放電が行われるため、主放電の衝撃自体を小さくすることができ、絶縁体５１自体の消耗を抑えることができる。したがって主放電電極２、３が長寿命となる。
【００５０】
第３、第４発明において、膜は導体の層と絶縁体の層とを交互に積層した積層膜である。
【００５１】
図４で示すように、主放電電極２、３の放電部２ａ、３ａに形成する膜５には混合物５３が用いられる。混合物５３において絶縁体の層と導体の層は交互に積層されている。
【００５２】
第３、第４発明によれば、主放電電極２、３間で主放電が繰り返されると、混合物５３自体が消耗する。混合物５３の消耗とは、混合物５３表面に露出されている層がその下の層から剥離することにより生じる。よって混合物５３の消耗により、導体の層と絶縁体の層が交互に混合物５３の表面に露出される。導体の層が混合物５３表面に露出している場合と、絶縁体の層が混合物５３表面に露出している場合と、では得られるレーザ出力が異なる。したがって予め積層数を把握していればレーザ出力の変化を検出することにより、混合物５３自体の寿命を把握することができる。
【００５３】
第５、第６発明において、膜は前記金属の表面に近いほど導体の割合が絶縁体の割合よりも大きい絶縁体と導体の混合物からなる。
【００５４】
図５で示すように、主放電電極２、３の放電部２ａ、３ａに形成する膜５には混合物５４が用いられる。混合物５４において絶縁体と導体の混合比は放電部２ａ、３ａに近いほど導体の混合比が大きくなる。
【００５５】
第５、第６発明によれば、混合物５４は放電部３ａに近いほど導体の割合が大きくなる。このため混合物５４と放電部３ａとが境界で電気的に馴染む。したがって混合物５４が放電部３ａから一気に剥離する可能性を低くすることができる。
【００５６】
第７発明は、第１〜第６発明において前記絶縁体はセラミックスであることを特徴とする。
【００５７】
第８発明は、第７発明において、前記セラミックスはアルミナセラミックスであることを特徴とする。
【００５８】
第７、第８発明は第１〜第６発明の具体的な物質を示すものである。
【００５９】
第９発明は、第３〜第６発明において、前記導体は電極材料の金属とは異種の金属であることを特徴とする。
【００６０】
主放電電極２、３の放電部２ａ、３ａに形成する膜５には導体が用いられる。
【００６１】
第９発明によれば、膜５が導体であるため主放電電極２、３間の抵抗がさらに低くなる。したがってさらにレーザ出力が向上する。
【００６２】
第１０発明は、第９発明において、前記電極材料の金属は銅であり、前記膜の金属は真鍮であることを特徴とする。
【００６３】
第１０発明は第９発明の具体的な物質を示すものである。
【００６４】
第１１発明は、
レーザ装置に使用される主放電電極を製造する主放電電極の製造方法において、
母材の銅の表面のうち放電が行われる部分に、亜鉛を添加する工程と、
母材の銅の表面のうち放電が行われる部分及び前記亜鉛に電子ビームを照射する工程とを具え、
母材の銅の表面のうち放電が行われる部分を硬質化すること
を特徴とする。
【００６５】
第１１発明は主放電電極２、３の放電部２ａ、３ａに膜を形成する方法の一例であり、主放電電極２、３の金属と異種の金属とで放電部２ａ、３ａ自体を合金にする方法である。
【００６６】
第１１発明によれば、第９発明と同様の効果が得られる。
【００６９】
以上説明した第１発明〜第１１発明によって、主放電を繰り返した場合のレーザ性能を安定化させることができる。主放電の繰り返し数が少ない段階では電極放電部に形成された膜はほぼそのまま残っている。
【００７０】
ここで、実証試験を経て判明した事実に基づき、▲１▼最も理想的な電極、▲２▼次に理想的な電極、について説明する。
【００７１】
▲１▼  最も理想的な電極
上述の通り、電極が損傷を受けることでレーザ性能は低下する。したがって、レーザ性能を維持するためには、電極が損傷を受けないようにすることが最も理想的である。電極が損傷を受ける最大の原因は、フッ素雰囲気中で行われる主放電、すなわちフッ素放電によるものである。したがって、電極母材に耐フッ素放電性の高い物質を使うことが、電極損傷を抑制する上で有効であるということは周知である。
【００７２】
しかしながら、電極の電気特性からみると、耐フッ素放電性を有する材料は電極母材として適さない。一般的に耐フッ素放電性が高いものは絶縁体であり、電極に要求される電気伝導性を実現できない。
【００７３】
ところが、上述したように構造が最適化された電極は、パルスパワー電流に対する電気伝導度が確保され、且つ耐フッ素放電性を有する。このような電極は、大部分が電極に適した物質(導体（金属）)で形成され、フッ素放電に曝される電極放電部のみが耐フッ素放電性を有する物質（絶縁体）で被膜されている。
【００７４】
このような構造を実現することで、電極放電部はフッ素に侵食されず且つ電極としての性能が確保されるため、レーザ励起に必要な主放電を形成することができる。電極はフッ素に侵食されないため、レーザ性能は初期から変動することがなくなり、電極の設計寿命まで保守が不要になる。
【００７５】
▲２▼  次に理想的な電極
▲１▼のように電極放電部に耐フッ素放電性を有する物質が形成された電極は、損傷が抑制される。しかしながら、耐フッ素放電性を有する物質が電極放電部に形成された場合、次に示すような問題が懸念される。
【００７６】
非常に優れた耐フッ素放電性を有する物質であっても、局所的にはフッ素放電による損傷を受ける場合がある。局所的に損傷が生じると、放電はその損傷部分に集中するため、放電の均一性が損なわれる。さらに、電極侵食の不均一性を引き起こすこととなる。そこで、予めパルスパワー放電の通り道を確保しておくことが次に理想的である。
【００７７】
このような電極は、大部分が電極に適した物質(導体（金属）)で形成され、フッ素放電に曝される電極放電部が耐フッ素放電性を有する物質（絶縁体）と電極に適した物質(導体（金属）)とが均一に分散した混合体膜で被膜されている。上述したように、パルスパワー放電は物質の表層を流れるという性質を持っている。そのためパルスパワー電流は、絶縁体と導体（金属）の境界面を通って電極に到達する。
【００７８】
このような構造では、混合体中の金属及び電極母材自体がフッ化される。そのフッ化物の形成状況は以下の通りである。
【００７９】
まず、電極放電部に被膜された混合体膜のうちの導体である金属部分がフッ化しフッ化金属となる。このフッ化金属の周りには耐フッ素放電性を有する絶縁体が存在する。絶縁体の存在によりフッ化金属は電極放電部から剥離することなく存在し続ける。また、耐フッ素放電性を有する絶縁体は電極放電部から若干剥離するものの、フッ化金属及び金属と共に混合体膜を形成する。一般的にフッ化金属は良好な耐フッ素性を有するため、この混合体膜は高い耐フッ素放電性を有する。さらに、このような組成の膜は異なる物質同士の境界面を持っているため、表皮効果によってパルスパワー電流に対して十分な電気伝導度を示す。これらの性質によって、電極放電部の物質の組成に変動が起こるものの、電極の最表面形状や電極の電気伝導度は、放電前に比べて大きく変動することがない。
【００８０】
レーザ運転が続き、フッ素の侵入が混合体膜を越えて、電極母材(金属)に達すると、フッ素は電極母材を侵食し始める。しかしながら、このときに形成されるフッ化物の組成は、金属とフッ化金属が均一に分散しているような構造である。さらに、このフッ化物中には多くの空孔が存在している。すなわち、上述のような、パルスパワー放電電流を阻害しない層が形成される。なおかつ電極の放電部には、混合体膜が存在しているため、電極がフッ化されてもそのフッ化金属が剥離することはない。
【００８１】
以上のような現象が進行した結果、電極放電部に被膜形成された物質と電極母材自体とが徐々にフッ化される。しかしながら、公知のものとは異なり、
１．電極最表面形状がほとんど変動しない
２．電極の消耗がほとんどなく、電極間距離がほとんど変動しない
３．電極放電部が電極長手方向に均一に変質する
という電極を実現できる。
【００８２】
第１２発明は、
レーザ装置に使用される主放電電極を製造する主放電電極の製造方法において、
母材の表面のうち放電が行われる部分に、母材とは異種の物質を添加する工程と、
前記母材で構成された主放電電極による放電を行う工程とを具え、
母材の表面のうち放電が行われる部分を硬質化すること
を特徴とする。
【００８３】
第１２発明は主放電電極の放電部に硬質の化合物（例えばフッ素化合物）を形成する方法である。母材と異なる物質が放電部に形成された主放電電極で放電が行われると、放電部に形成された物質が硬質の化合物に変質する。又は、形成された物質自体は消失するものの、放電部に硬質の化合物が形成される。
【００８６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
【００８７】
なお以下では、エキシマレーザ装置及びフッ素分子レーザ装置をガスレーザ装置と呼ぶことにする。最初にガスレーザ装置の構成について説明する。
【００８８】
図１（ａ）は長手方向に対する垂直方向から見たガスレーザ装置の内部を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）における主放電電極周辺のＹ−Ｙ線断面を示す図である。
【００８９】
レーザチャンバ１０は、内壁面を例えばアルミニウムにニッケルメッキを施すことによって構成した容器である。このレーザチャンバ１０には、光軸Ｌに対向する両端面にそれぞれウインドウ１１、１２が設けられている。ウインドウ１１、１２は、レーザチャンバ１０の内部と外部との間におけるレーザ光の通過窓である。
【００９０】
レーザチャンバ１０の内部には、光軸Ｌを挟んで上下となる位置に一対の電極ホルダ２０、３０が設けられている。電極ホルダ２０にはカソードの主放電電極２が保持されており、また電極ホルダ３０にはアノードの主放電電極３が保持されている。主放電電極２、３は光軸Ｌを挟んで放電が行われる放電部２ａ、３ａが対向している。放電部２ａ、３ａには主放電に起因する劣化を防止するために膜５が形成される。膜５については後述する。
【００９１】
主放電電極３の近傍には、長手方向に沿って予備電離電極４１、４２が設けられている。また主放電電極２側のレーザチャンバ１０の上部には、接続部１３を介して電源と接続されるピーキングコンデンサ１４が設けられている。
【００９２】
レーザチャンバ１０内には、希ガスとハロゲンガスとからなるレーザガスが封入される。例えば、
・希ガスであるクリプトン（Ｋｒ）とハロゲンガスであるフッ素（Ｆ2）とからなるクリプトンフッ素（ＫｒＦ）ガス、
・希ガスであるアルゴン（Ａｒ）とハロゲンガスであるフッ素（Ｆ2）とからなるアルゴンフッ素（ＡｒＦ）ガス、
・希ガスであるキセノン（Ｘｅ）とハロゲンガスである塩化水素（ＨＣｌ）とからなるキセノン塩素（ＸｅＣｌ）ガス、
等の何れかとネオン（Ｎｅ）等のバッファガスとの混合ガスが用いられる。
【００９３】
図１（ａ）に示すガスレーザ装置によるレーザ発振について説明する。
【００９４】
予備電離電極４１、４２に電圧が印加されると、予備電離電極４１、４２の表面にコロナ放電が発生する。主放電電極２、３間のレーザガスはこのコロナ放電により予備電離される。
【００９５】
一方ピーキングコンデンサ１４の電圧Ｖは充電の進展とともに上昇する。この電圧Ｖが所定の主放電開始電圧に達すると、主放電電極２、３間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が発生する。この主放電によってレーザガスが励起されてレーザ光が発生する。レーザ光はウインドウ１１、１２を通過しレーザチャンバ１０の外部に照射される。
【００９６】
以上がガスレーザ装置の基本的な構造である。
【００９７】
本発明はガスレーザ装置における主放電電極の放電部に人工的に所定の膜を形成するものである。この膜を形成するに至った経緯が本発明を説明する上で重要であるため、各実施形態を説明する前にその経緯について説明する。
【００９８】
図９（ａ）〜（ｃ）はガスレーザ装置における主放電電極２、３を長手方向から見た断面図であり、放電に伴い主放電電極２、３間で発生する現象を説明するための図である。なお以下でいう幅方向とはこの主放電電極２、３の幅方向のことをいうものとする。
【００９９】
主放電電極２、３間のレーザガスが絶縁破壊に至った場合は、アノード側の主放電電極３とカソード側の主放電電極２で火花が飛ぶ。火花は細いアークの柱（非常に電流密度の高い電子の流れ）となり、アノード側の主放電電極３を叩く。主放電電極２、３の幅方向に対してアークの柱を均一に発生させるために、主放電電極２、３の放電部２ａ、３ａは適当な曲率をもって成形されている。したがって主放電電極３の放電部３ａはほぼ均一に叩かれることになる。この電子の流れは熱となるため、主放電電極３の放電部３ａは非常に高温となり、表面の金属が蒸発又は溶融する。また蒸気となった金属粒子と電子流とが衝突してイオンが発生し、このイオンによっても主放電電極３が加熱される。
【０１００】
レーザチャンバ内には図示しないクロスフローファンが設けられている。図９（ａ）〜（ｃ）の矢印で示すように、クロスフローファンによって主放電電極２、３間の長手方向と垂直方向にレーザガスが循環される。蒸気となった金属粒子や溶融片として吹き飛ばされた金属粒子は、このレーザガス流によって流される。金属粒子の一部はレーザチャンバ内を漂い、一部はレーザチャンバの内壁に付着し、一部は図示しないフィルターユニットに捕捉される。
【０１０１】
電子流で主放電電極３が叩かれる現象をミクロで見た場合、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、主放電電極３の放電部３ａには溶融池が形成され、そこから金属粒子が蒸発したり溶融片として吹き飛ばされる。溶融池は蒸発したり溶融片として吹き飛ばされ部位と熱によって盛り上った部位とによる加工痕になり、表面全体が荒れた状態となる。一方電子流で主放電電極３が叩かれる現象をマクロで見た場合、電子流が均一であるとすると、図９（ｃ）に示すように、主放電電極３の放電部３ａが均一に縮退する。
【０１０２】
上記説明は単パルス放電における現象についてであるが、実際のガスレーザ装置では繰り返しパルス放電が行われる。この繰り返しパルス放電において、蒸気となった金属粒子や溶融片として吹き飛ばされた金属粒子がガス流で流されずに主放電電極２、３間に残留すると、次回のパルス放電時に必要な絶縁が得られない。このため主放電電極２、３間のコンデンサに充電されるエネルギーが小さくり、次回パルス放電における出力エネルギーが小さくなる。このように繰り返しパルス放電では主放電電極２、３間に金属粒子が残留することによってパルス毎の出力エネルギーのばらつきが発生する。
【０１０３】
通常のガスレーザ装置では出力エネルギーのばらつきの程度が厳密に管理されており、その程度はガスレーザ装置の用途に応じて規定されている。しかし本現象が発生するような繰り返し周波数で出力エネルギーのばらつきが発生した場合にはガスレーザ装置が正常に動作していないものとみなされる。よって繰り返し周波数に対応したガス流速が得られるようにレーザチャンバを設計し、主放電電極２、３間に金属粒子が残留することを防止する必要がある。
【０１０４】
また繰り返しパルス放電では各パルス毎に放電部３ａが縮退する。したがって放電部３ａの縮退はパルス数と比例関係にあるといえる。
【０１０５】
放電部２ａ、３ａの初期形状は、主放電電極２、３間で生じるアークの柱中の電子密度が均一になるように電界計算で求められる。この電子密度が均一な場合に、単パルス放電によって放電部３ａは初期形状を伴ったまま縮退する。主放電電極２、３間で放電が行われた場合、放電部３ａの熱分布は幅方向の中央部が端部よりも高くなる。繰り返しパルス放電で周波数が大きくなると、前回パルス放電で発生した熱分布が電極全体で維持される。この熱分布は上記イオン（又はプラズマ）によってさらに促進される。このため放電部３ａの中央部で金属の蒸発や溶融が加速される。したがってパルス数の進行に伴い放電部３ａの中央部の縮退が最も大きい。
【０１０６】
図１１（ａ）は、繰り返しパルス放電後のアノード側の主放電電極３を示す図であり、図１１（ｂ）は、繰り返しパルス放電後のカソード側の主放電電極２を示す図である。繰り返しパルス放電の結果、放電部３ａは縮退が進行し、略平面になる。一方放電部２ａは縮退が進行していないため初期形状の曲率が保たれている。
【０１０７】
主放電電極３の放電部３ａが縮退し初期形状から変化すると、放電によるアークの柱中の電子密度分布が変化する。すると出力されるレーザ光のビームプロファイルの均一性が失われると共に、レーザ出力が低下する。
【０１０８】
レーザ出力の低下の原因は次のように説明できる。例えば図１１（ａ）、（ｂ）に示すような主放電電極２、３で考える。放電部３ａの縮退が進行する前は、放電部３ａの幅方向に均一なアークの柱が形成され、ビームプロファイルはほぼ同柱形状となる。放電部３ａの縮退が進行した後は、放電部３ａの中央部に集中するアークの柱が形成され、ビームプロファイルは細くなる。これは、放電部３ａの初期形状に曲率を持たせることによって放電部３ａの中央部に電界が集中することを抑制していたが、放電部３ａが略平面になることによって放電部３ａの中央部に電界が集中した結果であると考えられる。さらに出力エネルギーは放電体積と比例関係にあり、主放電電極３の幅方向において放電面積が大きいと出力エネルギーも大きくなる。したがって電界が放電部３ａの中央部に集中すると放電面積が小さくなり、レーザ出力が低下するものと考えられる。さらに放電部３ａの縮退によって主放電電極２、３の間隔が拡大されるため、放電条件のバランスが崩れ、レーザ出力が低下するとも考えられる。
【０１０９】
出力エネルギーが規定値以下となると、主放電電極３は寿命であると考えられ、主放電電極３の交換が必要である。電極交換の際にはレーザチャンバ全体を組み換える必要があり、場合によってはレーザチャンバ自体の交換が必要となる。このように主放電電極３の交換期間はガスレーザ装置のメンテナンス期間でもある。つまり放電部３ａの縮退を抑制することによってガスレーザ装置のメンテナンス期間を延ばすことが可能となり、メンテナンスコストが低減される。
【０１１０】
そこで様々な実験を行った結果、放電部３ａの縮退を抑制するために有効な現象が発見された。主放電電極２、３の材料には導電性や熱伝導度や耐ハロゲン性や耐スパッタリング性などを考慮して銅が採用されている。
【０１１１】
図１２（ａ）に長手方向から見た銅からなる主放電電極３の断面図を示す。レーザガス中にフッ素が含まれる場合に、ある条件下でレーザ発振が継続されると、主放電電極３の放電部３ａとフッ素とが反応する。すると図１２（ｂ）に示すように放電部３ａ及びその周辺部が厚い絶縁体の膜１２１に変化する。この絶縁体を解析したところ、フッ化銅であることが判明した。またこの絶縁体の膜１２１は放電部３ａの保護膜として機能し、放電部３ａの縮退が抑制されることが確認された。以下本明細書において、この絶縁体の膜をフッ素化合物と呼ぶことにする。
【０１１２】
フッ素化合物が電極の縮退に有効である理由は完全に把握されていないものの、次のように考えられている。
【０１１３】
ハロゲンガス雰囲気中で使用される材料の腐食防止を目的として、材料表面にフッ化膜を形成するフッ化不動態処理は周知の技術である。フッ化不動態処理は、加熱された対象材料を高濃度のフッ素に露出することによって行われる。例えばハロゲンガスを扱う配管部品やレーザチャンバ容器にフッ化膜を形成する場合は、配管や容器にヒータを巻き、フッ素ガス雰囲気中に曝す方法によって処理される。こうして材料表面に形成されたフッ化膜は、ハロゲン分子（フッ素や塩素）による侵食を防ぐ化学的な防護膜の役割を果たす。耐侵食性を増すためには厚いフッ化膜が望ましいとされており、対象材料の加熱温度及びフッ素濃度を高くすることによって厚いフッ化膜を形成することが可能である。
【０１１４】
しかしながら上記方法では配管部品やレーザチャンバ容器の加熱温度を高くすることが困難である。したがって実際に耐侵食性を増すためには、組み立て前の各部品を炉の中で加熱する方法によって処理される。この方法によれば、フッ素濃度と加熱温度を任意に調整することができ、材料毎に最適な条件で処理することが可能になる。ヒータを使用する方法では極薄膜（数十〜数千Å）のフッ化膜が形成されるのに対し、炉を使用する方法では数μオーダーのフッ化膜が形成される。数μオーダーのフッ化膜は耐侵食性として十分に機能する。
【０１１５】
フッ化不動態処理を主放電電極３に適用する場合について考えてみると、形成されるフッ化膜にはハロゲンガスに対する耐侵食性に加えて、アークの柱が形成される際の電極表面の温度上昇や、材料除去発生の際の圧力による衝撃に耐えうる機能が必要である。炉を使用する方法で形成されたフッ化膜は、一般の金属と比較して、硬度が約２〜３倍であり、融点が約１．５倍である。このように炉を使用する方法で形成されたフッ化膜は、金属の電極よりも高い硬度と高い融点を有しており、電極保護用として適しているといえる。
【０１１６】
ところが厚さが数μオーダーのフッ化膜は放電が生じた瞬間に吹き飛ばされる可能性がある。このため電極の保護を目的とするフッ化膜には十分な厚さが必要である。
【０１１７】
一方厚いフッ化膜にも問題はある。フッ化膜は絶縁体であるため、主放電電極２、３間で放電が発生する際の電気抵抗が大きくなる。発生する放電がパルス状であることから、この電気抵抗は電気的には交流波形とみなせる。このため通電状態でフッ化膜はコンデンサとして機能すると考えることができ、フッ化膜が厚いほど、またパルス幅が長いほど、電気抵抗は大きくなる。この電気抵抗が大きくなると、主放電電極２、３間で発生する放電ロスとなり、最終的にはチャンバ内の熱となる。この状態でガスレーザ装置が運転されると、レーザの入力エネルギーに対する出力効率が低下することになる。
【０１１８】
これらを考慮し、フッ化膜の厚さの下限はフッ化膜が放電により吹き飛ばされない程度とし、上限は主放電電極２、３間で放電が発生する際の電気抵抗によって出力効率が低下しない程度とする。具体的には、実験の結果から数百μｍから数ｍｍが適当であると考えられている。
【０１１９】
またフッ素化合物が形成される原理も完全に把握されていない。しかしレーザチャンバ内のレーザガス中のフッ素濃度とフッ素化合物とには相関があり、フッ素濃度が高い場合にはフッ素化合物が形成されやすく、フッ素濃度が低い場合にはフッ素化合物がほとんど形成されないことが判明している。フッ化膜はレーザガス中のフッ素と放電部３ａとの反応が徐々に進行し形成される。フッ素濃度が低い場合は、その進行速度が遅く、放電部３ａの表面で生じる溶解や蒸発によってフッ化膜が吹き飛ばされる。フッ素濃度が高い場合は、その進行速度が早く、フッ化膜が吹き飛ばされる前に次々と膜厚が増加する。この際フッ化は放電部３ａとフッ化膜の接触面で進行する。
【０１２０】
この場合、フッ化膜は絶縁層としてコンデンサの役割を果たしているので、電子の流れは放電部３ａとフッ化膜の接触面の間にも存在する。炉を使用してフッ化膜を形成する方法では、加熱温度とフッ素濃度をパラメータとして適宜調整することによってフッ化膜の厚さ等は変化する。これに対し、フッ素化合物の形成工程では、加熱温度とフッ素濃度以外に放電部３ａとフッ化膜の接触面の状態がフッ化を促進しているものと考えられる。したがってこれらの条件を調整することで厚いフッ化膜を形成できるものと考えられる。
【０１２１】
しかし厚いフッ素化合物を任意に形成することは、下記（１）〜（３）のような問題がある。
【０１２２】
（１）厚いフッ素化合物が形成されるまでには多数パルスのレーザ照射が必要である。このためパッシベーションと呼ばれる前処理工程が通常の数倍必要とされる。またフッ素化合物が形成されるまでに放電部３ａの縮退も同時に生じるため、初期のレーザ特性を管理できない。
（２）フッ素化合物の厚みは放電の状態により決定される。このため放電の均一性を保ち、電極材料の不純物分布など様々なパラメータの影響を考慮して放電を行わなければならないが、実際にこれらのパラメータを管理することは不可能である。したがって厚さの均一なフッ素化合物を形成することはできない。
（３）ガスレーザ装置を運転しながら厚いフッ素化合物を形成するためには、レーザガス中のフッ素濃度を高くする必要がある。一方レーザガス中のフッ素濃度とレーザ光の線幅とには相関があり、フッ素濃度が高くなるとレーザ光の線幅は太くなる。ガスレーザ装置を半導体基板の露光用光源として使用する場合にはレーザ光の線幅を極力細くすることが要求されるため、フッ素濃度を高めに調整することは非常に困難である。
【０１２３】
フッ素化合物は、放電部３ａの縮退を抑制するために画期的な発見であるにも関わらず、上記（１）〜（３）の問題により技術的に採用されてはいなかった。
【０１２４】
そこでフッ素化合物ではなく、人工的にフッ素化合物と同等の機能を有する保護膜を形成する技術が注目された。放電部３ａの縮退を抑制する保護膜には十分な硬度と高い融点が必要条件とされ、加えて十分な厚み、すなわち強度が必要条件とされる。さらに所望の電極交換時期が到来するまでの間に放電部３ａの保護膜としてその機能を保持することが必要条件とされる。但し多数のパルス放電や熱の影響によって保護膜が変質したとしても、上記必要条件が満たされていれば問題はない。
【０１２５】
このような考えに基づき、絶縁体や絶縁体及び導電体を含む混合材などを放電部３ａに膜状形成し実験を行った結果、材料や各材料の混合比率や膜の構造を工夫することで、上記必要条件が満たされる保護膜を発見するに至った。
【０１２６】
そこで主放電電極２、３の放電部２ａ、３ａに形成される膜５について説明する。なお以下ではアノード側の主放電電極３に形成される膜について説明するが、カソード側の主放電電極２に形成される膜についても同様である。
【０１２７】
第１の実施形態として絶縁体５１で膜５を形成する場合について説明する。
【０１２８】
図２（ａ）は長手方向から見た主放電電極３の断面を示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した主放電電極３のＸ−Ｘ断面を示す図である。
【０１２９】
主放電電極３には融点、硬度、電気伝導度及び熱伝導度が高い物質として金属が用いれられる。具体的な金属としては、アルミニウム、ニッケル、真鍮、銅、鉄、ステンレス、コバルト、タングステン、銀、モリブデン、タンタル、白金等が候補としてあげられるが、これらに限られるものではない。
【０１３０】
主放電電極３の放電部３ａには膜状の絶縁体５１が形成されている。絶縁体５１は、レーザガスに含まれるハロゲンガスによる放電部３ａの侵食及び主放電の衝撃や熱による放電部３ａの変形を防止でき、かつ導電性を確保することができる厚み（つまり主放電電極２、３間で主放電を発生させる程度の厚み）をもって形成されている。この厚さは、例えば0.005mm〜1.5mm、さらに望ましくは0.1mm〜1mmの範囲中の所望の値が適用される。なお絶縁体５１の厚さは、絶縁体の材質に応じて許容範囲中の所望の値が適用される。
【０１３１】
ハロゲンガスによる放電部３ａの侵食を防止するために、絶縁体５１はハロゲンガスと反応し難い物質、すなわち耐ハロゲン性の物質である必要がある。
【０１３２】
耐ハロゲン性の物質としては、アルミナ（酸化アルミ）等の酸化物や、窒化アルミ等の窒化物や、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、フッ化カリウム等のフッ化物や、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あげられる。ハロゲンガスにフッ素系のガスが使用されている場合は酸化物又は窒化物又はフッ化物の絶縁体が使用され、ハロゲンガスに塩素系のガスが使用されている場合は酸化物又は窒化物又は塩化物の絶縁体が使用される。
【０１３３】
また主放電の衝撃又は熱による放電部３ａの変形を防止するために、絶縁体５１は主放電電極３の金属よりも硬度が高い物質又は主放電電極３の金属よりも融点が高い物質である必要がある。よって主放電電極３の金属の硬度、融点に応じて膜５を形成する絶縁体５１の種類が選択される。
【０１３４】
例えば金属電極３を銅とした場合は絶縁体５１をアルミナにするとよい。アルミナの硬度は銅の硬度よりも高い。また銅の融点が約1080℃であるのに対し、アルミナの融点は約2000℃である。また金属電極３を銅とした場合は絶縁体５１を窒化アルミにしてもよい。
【０１３５】
絶縁体５１を主放電電極３の放電部３ａに形成する方法としては、塗装等で一般的に行われる方法、例えば絶縁体を溶解させながら高温ガスと一緒に放電部３ａに吹き付けて膜５を形成する溶射法、プラズマのもつ超高温を利用して絶縁体の粉末を瞬時に溶解し放電部３ａに吹き付けて膜５を形成するプラズマ溶射法、アセチレンガス中でアセチレンガスを爆発させて絶縁体を溶解するとともに爆発力で放電部３ａに張り付けて膜５を形成する爆発溶射法等が簡便である。またスパッタリング法や金属蒸着法等の薄膜堆積で絶縁体５１を形成することも可能である。
【０１３６】
これらの方法によって絶縁体５１を形成する際に、絶縁体５１に酸素や炭素等の不純物が混入する虞がある。絶縁体５１に含まれる不純物の許容量は1％以下、さらに望ましくは0.01％以下である。不純物の量は少ないほどよく、存在しないことが理想である。そこで希ガス中や窒素ガス中又は減圧した雰囲気中で絶縁体５１の形成を行うとよい。希ガス中や窒素ガス中又は減圧した雰囲気中では清浄性が保てるため絶縁体５１への不純物の混入を防止できる。
【０１３７】
第１の実施形態によれば、放電部２ａ、３ａに絶縁体５１が形成された主放電電極２、３間で主放電が行われる。この際、主放電に伴うハロゲンガスによる侵食及び衝撃や熱は絶縁体５１で吸収されるため、放電部２ａ、３ａには影響が及ばない。したがって主放電電極２、３の劣化が抑えられ、安定したレーザ出力を得ることができる。
【０１３８】
また絶縁体５１を介して主放電が行われるため、主放電の衝撃自体を小さくすることができ、絶縁体５１自体の消耗を抑えることができる。したがって主放電電極２、３が長寿命となる。
【０１３９】
つぎに第２の実施形態として絶縁体と導体の混合比が均一である混合物５２で膜５を形成する場合について説明する。
【０１４０】
図３（ａ）は長手方向から見た主放電電極３の断面を示す図であり、図３（ｂ）、（ｃ）は混合物５２の断面を拡大した図である。図３（ｂ）、（ｃ）において、黒い部分は絶縁体を示し、白い部分は導体を示す。また図３（ｃ）は、３（ｂ）に示す混合物よりも導体の割合が多い混合物を示す。
【０１４１】
図３（ａ）に示す主放電電極３の材料及び混合物５２の厚さは、図２に示した絶縁体５１を主放電電極３の放電部３ａに形成する場合と同じであるため、個々の説明を省略する。
【０１４２】
主放電電極３の放電部３ａには膜状の混合物５２が形成されている。混合物５２は絶縁体と導体とからなる。絶縁体は上述した絶縁体５１と同じ物質が例としてあげられる。導体は母材と同種の物質にすることが望ましいが、異種の物質にしてもよい。主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ硬度が高い絶縁体又は導体が使用されれば、その混合物５２は主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ硬度が高くなる。主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ融点が高い絶縁体又は導体が使用されれば、その混合物５２は主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ融点が高くなる。
【０１４３】
なお絶縁体と導体とを混合して混合物を形成するのではなく、それ自体が絶縁体と導体との混合物である物質、例えばアルミナ分散強化銅等、を用いてもよい。
【０１４４】
混合物５２は、溶射法やプラズマ溶射法や爆発溶射法やスパッタリング法や金属蒸着法等により放電部３ａに形成される。但し、本実施形態では図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、絶縁体と導体の混合比が膜全体でおおよそ均一になるようにされる。絶縁体と導体の混合比は重量比にして１：１程度とすることが望ましい。しかし質量は物質毎に異なる。このため重量比を１：１とすると、絶縁体と導体の体積差が大きくなる場合があり望ましくない。したがって混合比は、絶縁体及び導体の質量に応じて重量比にして３：７〜７：３程度の範囲内で適宜設定される。例えば、アルミナと銅の混合物の場合は重量比でアルミナ４、銅６程度とされる。
【０１４５】
第２の実施形態によれば、放電部２ａ、３ａに混合物５２が形成された主放電電極２、３間で主放電が行われる。この際、主放電に伴うハロゲンガスによる侵食及び衝撃や熱は混合物５２で吸収されるため、放電部２ａ、３ａには影響が及ばない。したがって主放電電極２、３の劣化が抑えられ、安定したレーザ出力を得ることができる。
【０１４６】
また混合物５２に導体が混入しているため、第１の実施形態と比較して主放電電極２、３間の抵抗が低くなる。したがってレーザ出力が向上する。
【０１４７】
つぎに第３の実施形態として絶縁体の層と導体の層とが交互に積層された混合物５３で膜５を形成する場合について説明する。
【０１４８】
図４（ａ）は長手方向から見た主放電電極３の断面を示す図であり、図４（ｂ）は混合物５３の断面を拡大した図である。図４（ｂ）において、黒い部分は絶縁体を示し、白い部分は導体を示す。
【０１４９】
図４（ａ）に示す主放電電極３の材料及び混合物５３の厚さは、図２に示した絶縁体５１を主放電電極３の放電部３ａに形成する場合と同じであるため、個々の説明を省略する。
【０１５０】
主放電電極３の放電部３ａには膜状の混合物５３が形成されている。混合物５３は絶縁体の層と導体の層とが交互に積層されたものである。絶縁体は上述した絶縁体５１と同じ物質が例としてあげられる。導体は母材と同種の物質にすることが望ましいが、異種の物質にしてもよい。主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ硬度が高い絶縁体又は導体が使用されれば、その絶縁体の層又は導体の層は主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ硬度が高くなる。主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ融点が高い絶縁体又は導体が使用されれば、その絶縁体の層又は導体の層は主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ融点が高くなる。
【０１５１】
混合物５３は、溶射法やプラズマ溶射法や爆発溶射法やスパッタリング法や金属蒸着法等により放電部３ａに形成される。但し絶縁体の層と導体の層とが交互に積層されるように、絶縁体の層の形成と導体の層の形成とが交互に行われる。個々の層の厚さ及び積層数は任意である。
【０１５２】
第３の実施形態によれば、放電部２ａ、３ａに混合物５３が形成された主放電電極２、３間で主放電が行われる。この際、主放電に伴うハロゲンガスによる侵食及び衝撃や熱は混合物５３で吸収されるため、放電部２ａ、３ａには影響が及ばない。したがって主放電電極２、３の劣化が抑えられ、安定したレーザ出力を得ることができる。
【０１５３】
また主放電電極２、３間で主放電が繰り返されると、混合物５３自体が消耗する。混合物５３の消耗とは、混合物５３表面に露出されている層がその下の層から剥離することにより生じる。よって混合物５３の消耗により、導体の層と絶縁体の層が交互に混合物５３の表面に露出される。導体の層が混合物５３表面に露出している場合と、絶縁体の層が混合物５３表面に露出している場合と、では得られるレーザ出力が異なる。したがって予め積層数を把握していればレーザ出力の変化を検出することにより、混合物５３自体の寿命を把握することができる。
【０１５４】
つぎに第４の実施形態として絶縁体と導体の混合比が異なる混合物５４で膜５を形成する場合について説明する。
【０１５５】
図５（ａ）は長手方向から見た主放電電極３の断面を示す図であり、図５（ｂ）、（ｃ）は混合物５４の断面を拡大した図である。図５（ｂ）、（ｃ）において、黒い部分は絶縁体を示し、白い部分は導体を示す。
【０１５６】
図５（ａ）に示す主放電電極３の材料及び混合物５４の厚さは、図２に示した絶縁体５１を主放電電極３の放電部３ａに形成する場合と同じであるため、個々の説明を省略する。
【０１５７】
主放電電極３の放電部３ａには膜状の混合物５４が形成されている。混合物５４は絶縁体と導体とからなる。絶縁体は上述した絶縁体５１と同じ物質が例としてあげられる。導体は母材と同種の物質にすることが望ましいが、異種の物質にしてもよい。主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ硬度が高い絶縁体又は導体が使用されれば、その混合物５４は主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ硬度が高くなる。主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ融点が高い絶縁体又は導体が使用されれば、その混合物５４は主放電電極３の金属よりも耐ハロゲン性かつ融点が高くなる。
【０１５８】
混合物５４は、溶射法やプラズマ溶射法や爆発溶射法やスパッタリング法や金属蒸着法等により放電部３ａに形成される。但し放電部３ａ側ほど導体の割合が大きく、混合物５４の表面側ほど絶縁体の割合が大きくなるように、形成の過程で絶縁体と導体の混合比が調整される。この際、図６の実線で示すように、混合物５４の表面からの深さに比例して絶縁体の割合が減少するようにしてもよいし、破線で示すように、高次関数的又は指数関数的に減少するようにしてもよい。
【０１５９】
なお第４の実施形態では、放電部３ａ自体に絶縁体を混入し、放電部３ａ自体を変質させることによって混合物の膜５を形成するようにしてもよい。
【０１６０】
図７は長手方向から見た主放電電極３の断面を示す図である。混合物５４′は主放電電極３の放電部３ａに絶縁体を混合して形成された膜である。
【０１６１】
混合物５４′の膜５を形成する方法として、イオンプレーティングによるイオン打ちこみ法がある。イオンプレーティングによるイオン打ちこみ法によれば、プラスにイオン化されたガス状の絶縁体とマイナスにされた主放電電極３との間で高電圧が印加され、放電部３ａにイオン化された絶縁体が混入される。この際、イオン量を調整することによって放電部３ａの導体と絶縁体の混合比を調整することができる。
【０１６２】
また放電部３ａを不動態処理することによって混合物５４′を形成するようにしてもよい。例えばフッ素系のレーザガスが使用されるガスレーザ装置における主放電電極３の場合は、放電部３ａをフッ化不動態処理する。主放電電極３の放電部３ａをフッ素雰囲気中で熱処理するとフッ素が放電部３ａに入り込む。すると放電部３ａが不動態となる。より具体的な例をあげると、銅電極がフッ素雰囲気中で不動態処理された場合、銅電極の表面にはフッ化銅が形成される。
【０１６３】
なお一般的に行われている合金を作る手法や母材に絶縁体を含浸させる手法やドーピング等によっても混合物５４′を形成することができる。
【０１６４】
第４の実施形態によれば、放電部２ａ、３ａに混合物５４又は５４′が形成された主放電電極２、３間で主放電が行われる。この際、主放電に伴うハロゲンガスによる侵食及び衝撃や熱は混合物５４又は５４′で吸収されるため、放電部２ａ、３ａには影響が及ばない。したがって主放電電極２、３の劣化が抑えられ、安定したレーザ出力を得ることができる。
【０１６５】
また混合物５４は放電部３ａに近いほど導体の割合が大きくなる。このため混合物５４と放電部３ａとが境界で電気的に馴染む。したがって混合物５４が放電部３ａから一気に剥離する可能性を低くすることができる。
【０１６６】
つぎに第５の実施形態として導体で膜５を形成する場合について説明する。
【０１６７】
主放電電極３の材料及び導体の厚さは、図２に示した絶縁体５１を主放電電極３の放電部３ａに形成する場合と同じであるため、個々の説明を省略する。
【０１６８】
導体は耐ハロゲン性の物質であり、かつ主放電電極３の金属よりも硬度が高い物質又は主放電電極３の金属よりも融点が高い物質である必要がある。よって主放電電極３の金属の硬度、融点に応じて膜を形成する導体が選択される。
【０１６９】
導体は、溶射法やプラズマ溶射法や爆発溶射法やスパッタリング法や金属蒸着法等により放電部３ａに形成される。
【０１７０】
なお第５の実施形態では、主放電電極３の金属以外の金属を放電部３ａ自体に混入し、放電部３ａを合金にしてもよい。
【０１７１】
図８（ａ）〜（ｃ）は放電部３ａを合金にする工程を説明するための図である。
【０１７２】
図８（ａ）に示すように、主放電電極３の放電部３ａには深さ0.005mm〜1.5mm以内の孔３ｂが設けられる。各孔３ｂには主放電電極３とは異種の金属６０がすり込まれている。
【０１７３】
つぎに放電部３ａ及び金属６０が加熱される。この際、主放電電極３全体が加熱されると、金属６０が深層部まで溶け込むため膜が厚くなる。これは望ましくない。所望の厚さの膜を形成するために本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、電子ビームが使用される。電子ビームは局所的に加熱可能なため、膜の厚さを調整できる。放電部３ａ及び金属６０に電子ビームが照射されると、放電部３ａの金属と金属６０とが溶けて混ざり合う。そして放電部３ａが冷却されると、図８（ｃ）に示すように、放電部３ａが合金５５となる。合金５５は導体である。例えば主放電電極３が銅であり金属６０が亜鉛の場合、合金５５は真鍮である。
【０１７４】
なお放電部３ａに孔を設けて金属６０をすり込むのではなく、放電部３ａに金属６０を載せて、電子ビームを照射するようにしてもよい。
【０１７５】
第５の実施形態によれば、放電部２ａ、３ａに導体が形成された主放電電極２、３間で主放電が行われる。この際、主放電に伴うハロゲンガスによる侵食及び衝撃や熱は導体で吸収されるため、放電部２ａ、３ａには影響が及ばない。したがって主放電電極２、３の劣化が抑えられ、安定したレーザ出力を得ることができる。
【０１７６】
また膜５が導体であるため、第２、第３、第４の実施形態と比較して主放電電極２、３間の抵抗がさらに低くなる。したがってさらにレーザ出力が向上する。
【０１７７】
なお第１の実施形態から第５の実施形態では主放電電極２、３、すなわちアノード、カソードの放電部２ａ、３ａに膜５を形成する場合について説明した。しかし主放電電極２、３間の主放電では、主放電電極３、すなわちアノードにおける消耗が激しい。したがって主放電電極３、すなわちアノードにのみ膜５を形成するようにしてもよい。
【０１７８】
さて第１〜第５の実施形態で説明したような電極を使用し繰り返しパルス放電が行われると、膜自体がフッ素と反応し当初の物質から他の物質に変質する場合がある。しかし変質後の膜自体が電極の縮退を抑制するのであれば、何ら問題はない。そこで第６の実施形態では繰り返しパルス放電後に変質した保護膜について考える。
【０１７９】
第６の実施形態を説明する前に、フッ素化合物と第１〜第５の実施形態の膜との関係を考察する。
【０１８０】
金属がフッ素雰囲気に曝され、金属表面にフッ化金属（具体的にはフッ化銅など）が形成される場合、金属表面からのフッ素侵入深さが大きいことが必要である。フッ素侵入を進める要素の一つは、母材である金属の表面温度である。これは電極に限らず金属一般に云えることである。
【０１８１】
レーザ用電極では、放電部が放電により高温化し、厚いフッ化膜が形成される条件となる。結果として、図１２に示すように、放電部にはフッ素化合物が形成される。
【０１８２】
フッ素化合物が形成された放電部では、電極の縮退現象が抑制されることが確認されている。その作用は次の通りであると考えられる。
【０１８３】
上述したように、電極の縮退はスパッタリングによって放電部の表面が徐々に除去加工されることであると考えられる。銅電極の放電部に形成されるフッ素化合物はフッ化銅である。フッ化銅は電極母材である銅よりも融点が高く且つ硬度も高いため、スパッタリングによって消失し難い。また、フッ化銅は絶縁体である。よって、電子の出入りによって温度が上昇してスパッタリングが発生する部位は、フッ化銅と電極母材との界面である。さらに、この界面では、フッ化銅を通過したフッ素によって電極母材が侵食される。電極母材のうちフッ化された部分は、母材から剥離することなく、母材と強力に密着したフッ化金属膜となる。このフッ化金属膜は放電から母材を保護する。
【０１８４】
フッ化金属膜の成長によって電極の母材に対するフッ素の侵食速度は遅くなる。そして、ある一定時間後には、侵食速度はほぼゼロとなるか、低い速度で飽和する。これにより、電極母材のスパッタリング抑止及びフッ素による電極母材の激しい侵食が緩和される。
【０１８５】
一般的に金属とフッ化物とでは金属の方が比重が大きい。したがって、電極において若干の母材の消失がある場合でも、母材の消失分はフッ化物の膨張分で補われるため、電極全体の体積変化は少ないと云える。このため、主放電電極間距離の変化が少なく、放電の安定性が保たれる、という効果が得られる。
【０１８６】
しかし、電極放電部に形成されるこのフッ素化合物には、次に示す問題１〜３がある。
【０１８７】
問題１
フッ素化合物は絶縁体であるため、主放電電極間で放電が発生する際の電気抵抗となる。電気抵抗はフッ化銅の膜が厚いほど増大する。膜厚が厚すぎると、放電ロスが大きくなり、入力電気エネルギーに対する出力効率が低下する。しかし、適当な膜厚であれば、放電ロスとなりえず、出力効率の低下はみられない。
【０１８８】
レーザ運転時には、所望の出力を得るために、且つレーザショット数に比例して増大するフッ化銅による出力効率の低下を補償するために、入力電気エネルギー（電圧）やレーザガス圧力が徐々に大きくなるように調整される。しかし、入力電気エネルギーやレーザガス圧力が調整されても所望のレーザ出力が得られなくなった時点で、電極の寿命であると判断され、レーザ装置の保守が必要になる。
【０１８９】
一般的に、フッ素化合物（ここではフッ化銅）は絶縁体であるため電気伝導性を持たない。一方で、電極にとって最も重要な要素の一つは良好な電気伝導度である。特に、放電部に絶縁体が存在すると、電流は抵抗を受ける。このような場合、電流は絶縁体を流れることができないため、図２５（ａ）の矢印Ａのように流れようとする。すなわち、対向電極側からの電流が電極最表面に到達すると、まず電極最表面に存在する絶縁体２５１の表面に沿って進み、導体２５０と絶縁体２５１の境目に向かって流れ込む。この結果、放電のインピーダンス増大、放電の不均一性といった現象が引き起こされる。
【０１９０】
ところが、電極最表面にフッ素化合物などの絶縁体等が存在してもこのような現象が生じない場合がある。それは、図２５（ｂ）に示すように、絶縁体２５１の膜中に金属等の導体２５２が存在するか、又は空孔２５３が存在する場合である。この絶縁体２５０の膜の電気抵抗はパルスパワー放電電流に対してそれほど増大しない。その理由は、次に述べるパルスパワー電流の表皮効果によって説明できる。
【０１９１】
パススパワー電流、特にエキシマレーザに用いられるパルスパワー電流は、非常に短い時間（数百ナノ秒）に印加される。したがって、エキシマレーザに用いられる電流は直流でありながら、交流の性質を併せ持つ。このようなパルスパワー電流は表皮効果によって導体内に深く入り込むことができない。例えば、エキシマレーザで使用されるパルスパワー電流は、その電流振幅が約百ナノ秒であり、交流の周波数に換算すると約10MHzの高周波に対応する電流となる。この電流が導体表面を流れる時に、導体に侵入できる深さは数十〜数百μmとなる。このことから、パルスパワー電流に対する抵抗は、完全な直流放電と比較して材料の電気伝導度で決定されるのではなく、物質の表面の多さで決定される、ということが云える。
【０１９２】
図２５（ｂ）に示すように、膜内に空孔２５３や絶縁体２５１や導体２５２が存在すると、空孔２５３の表面や絶縁体２５１と導体２５２との境界面がパルスパワー放電の通り道となる。したがって、図２５（ａ）の矢印Ａのように、パルスパワー放電電流は絶縁体２５１の表面を回り込むことなく、見かけ上は絶縁体２５１をつきぬけるようにして導体２５０に到達することができ、図２５（ａ）に見られるような放電のインピーダンス増大、放電の不均一性といった現象が引き起こされることはない。
【０１９３】
問題２
放電時に、電極の放電部は電子の出入りによって発熱し、特にアノード側が高温になる。したがって、放電状態の違いにより電子の流れが変化すれば、電極の放電部の温度にも差が生じる。例えば、放電にはアーク放電とグロー放電がある。アーク放電では電子が塊となって電極間を移動するのに対し、グロー放電は電子が分散状態で電極間を移動する。電子が塊となって移動し、アノード側の電極に到達すると、電極放電部の電圧の上昇が顕著になり、結果として電極放電部での発熱量（損失）が増大する。これは、Ｖ＝ＩＲ（Ｉは電子密度に比例し、Ｒは一定）の関係で説明される。
また、入力電気エネルギーを供給するレーザパルス電源と電極とは電気的に接続されている。チャンバ内での電極の機械的な保持の仕方により、電極には長手方向の電気抵抗分布が現れる。
【０１９４】
さらに、主放電電極間を電極長手方向に対して垂直に横切るようにレーザガスが強制対流している。レーザガスの対流による電極表面の冷却効率は電極長手方向の中央の方が両端よりも高い。
【０１９５】
以上から、ボルトの位置等の電極保持構造の変化に応じた電気抵抗変化によって引き起こされる電流分布や、レーザガスの対流による冷却効率のばらつきにより、電極長手方向の温度分布が誘発され、電極長手方向に不均一なフッ素化合物が形成されると考えられる。
【０１９６】
さらに、不均一なフッ素化合物による放電状態の変化がさらなる不均一さを誘発する。例えば、実験によれば、フッ素化合物は電極長手方向の両端に形成され易く、中央に形成され難い、という結果が確認されている。また、これとは全く関係なく、フッ素化合物が形成され易い部位がまだらに存在することも確認されている。但し、上述したように、これらの主な原因は電極長手方向の温度分布だと考えられているが、何故、温度分布が発生するのかについては、あくまで推測である。
【０１９７】
なお、電極長手方向に不均一なフッ素化合物が形成された電極では、放電状態がレーザ共振器内で不安定となり、個別のレーザパルスの安定性が犠牲になる。この安定性は任意の閾値が決められており、フッ素化合物の不均一性が進行し、安定性がある閾値まで悪化した時点で、問題１の場合と同様に電極寿命であると判断される。
【０１９８】
ここで、従来のエキシマレーザ動作中のフッ素化合物形成行程について図２６を参照して説明する。
【０１９９】
まず、初期行程では、ハロゲンガス雰囲気中での放電によって電極放電部が侵食されていく。電極放電部ではハロゲン侵食やスパッタリング等による消耗過程と、電極のハロゲン化、すなわち絶縁体化による膨張又は母材保護過程の２つの現象が引き起こされている。
【０２００】
初期行程から中期行程にかけて、電極の状態は２つに分かれる。もし、ハロゲン侵食やスパッタリング等による消耗過程の度合が、ハロゲン化、すなわち絶縁体化による膨張又は母材保護過程の度合よりも大きければ、電極は消耗していく。このような場合は、電極の消耗が設計より早く進み、状態▲１▼に示す結果となる。状態▲１▼ではアノード側の電極に約数十μm程度のフッ素化合物が形成されるものの、電極の消耗速度が速い。電極の消耗は電極長手方向で均一に進み、主放電電極間の距離の増大及び電極放電部形状の崩壊が進み、所望のレーザ性能が維持されなくなる。したがって、状態▲１▼の場合は電極寿命が設計寿命に達しない。
【０２０１】
一方、初期から中期の行程にかけて、ハロゲン化、すなわち絶縁体化による膨張又は母材保護過程の度合が、ハロゲン侵食やスパッタリング等による消耗過程の度合よりも大きければ、状態▲２▼に示すように電極は中期行程まで耐えることができる。状態▲２▼ではアノード側の電極に約数十μm程度のフッ素化合物が形成されている。その膜厚には若干の差があり、部分的には50μm程度の厚いフッ素化合物が形成されている。
【０２０２】
中期行程から末期行程にかけて、一般的に電極長手方向の両端付近では、フッ素化合物が形成され易い傾向があり、電極長手方向の中央付近では、フッ素化合物が形成され難い傾向がある。このため、電極長手方向の中央と両端とでは膜厚の異なるフッ素化合物が形成される。このフッ素化合物の膜厚の差が極端に大きくなると、電極長手方向の中央付近と両端付近とでは主放電電極間の距離が不均一になる。このような電極状態では、放電が電極端部に集中する。この結果を状態▲３▼で示す。状態▲３▼ではアノード側の電極の両端付近に約100μm程度の厚いフッ素化合物が形成されており、中央付近には数十μm程度のフッ素化合物が形成されている。この結果、レーザ発振効率が低下し、出力エネルギーがばらつくなど、所望のレーザ性能が維持されなくなる。したがって、状態▲３▼の場合は電極寿命が設計寿命に達しない。
【０２０３】
状態▲３▼のようにならない電極は、電極長手方向にある程度均一にフッ素化合物が形成される。この結果を状態▲４▼で示す。状態▲４▼ではアノード側の電極に約100μm程度の厚いフッ素化合物が電極長手方向に均一に形成されている。均一性の度合は、所望のレーザ性能を満たすか否かで決まる。したがって、ある程度不均一であっても、例えば、見た目で不均一であっても、所望のレーザ性能を満たしていればよい。この場合、レーザ装置を電極の設計寿命まで稼動させることができる。
【０２０４】
問題３
レーザガス中のフッ素濃度を高くすればフッ素化合物は形成され易いが、フッ素濃度を高めに調整することは非常に困難であることは既に説明した。このことは次のような考え方に基づく。
【０２０５】
レーザチャンバ内のレーザガス中のフッ素濃度とフッ素化合物とは強い相関があり、フッ素濃度が高い場合には、フッ素化合物が形成され易く、フッ素濃度が低い場合には、フッ素化合物がほとんど形成されない。このことから、電極母材とフッ素との反応速度は、電極母材の温度だけでなくレーザガス中のフッ素濃度に依存すると考えられる。
【０２０６】
フッ素化合物は、レーザガス中のフッ素と電極母材との反応が徐々に進行することで形成され、常に電極表面に存在する。しかし、フッ素濃度が低い場合は、電極母材とフッ素との反応速度が遅く、同反応部位で同時に生じる電極母材の溶融や蒸発によって、フッ素化合物が吹き飛ばされる。このように、フッ素化合物の形成と消失とが繰り返され、この間に電極母材が縮退する。一方、フッ素濃度が高い場合は、電極母材とフッ素との反応速度が大きく、フッ素化合物が吹き飛ばされるよりもフッ素化合物が形成される方が支配的となり、フッ素化合物の膜厚が徐々に増加する。この際、フッ化は電極母材とフッ素化合物の界面で進行する。
【０２０７】
フッ素化合物は、電極放電部の縮退現象を抑制するために画期的な発見であるにも関わらず、上述した問題１〜３を抱えていた。このフッ素化合物の発見を機に、電極放電部の縮退現象を抑制し、電極寿命を大幅に延伸させるための理想的な電極構造が考察された。この考察によれば、同電極構造の十分条件は次の（ａ）〜（ｅ）であるとしている。
【０２０８】
（ａ）レーザ装置の入力電気エネルギーを効率良く放電空間へ伝達し、レーザ出力効率を従来構造の電極が使用された場合と同等以上にする。このために、例えば、電極放電部に形成される保護膜は、主放電の電極間電気抵抗を低下させない。
（ｂ）放電時に生じる電極母材表面のスパッタリングによる材料消失を抑制する。このために、電極放電部に形成される保護膜は、電極母材よりも十分に高い硬度と高い融点とを備え、加えて十分な厚み及び母材との密着強度、すなわち放電時のスパッタリング衝撃に対抗するだけの膜強度を有する。
（ｃ）レーザ共振器内の放電安定性確保のために、電極放電部に形成される保護膜の膜質、膜厚は、電極長手方向に均一である。例えば、膜質や膜厚にばらつきがあると、放電状態が電極長手方向によって異なり、場所によっては異常に大きいアーク放電が生じるためである。
（ｄ）放電時の電子流が電極幅方向に所望の分散状態で存在するような電極形状である。例えば、電流が電極幅方向の中央部に集中することにより、電極の中央部のみスパッタリング効果が高まり、電極形状が変化する。結果として、レーザプロファイルが変化することとなる。
（ｅ）所望の電極交換時期が到来するまでの間、上記項目を保持する。
【０２０９】
以上、（ａ）〜（ｅ）の考案から、効果的な電極構造の具体例は次の（１）〜（３）に分類される。
【０２１０】
（１）従来のフッ素化合物が形成される上での問題点を解消した上で、レーザ運転に応じてフッ素化合物が形成された電極構造である。すなわち、所定のレーザショット数後に電極長手方向に均一であり且つ所望の膜厚のフッ素化合物が形成された電極構造である。
【０２１１】
このような電極構造を実現するには、例えば、電極長手方向の熱分布を均一にするために、電極形状、保護膜の形状、材料分布、電極保持方法、チャンバ内のガス流等が適切にされたレーザチャンバが必要となる。しかし、この場合、レーザ装置の機種によっては必要パラメータであるＦ2濃度に設定できない場合が考えられる。このため、製品装置搭載前にレーザチャンバ内に高いＦ2濃度のガスを充満し、所定のレーザショット数の放電を行うことによって、所望のフッ素化合物が電極放電部に形成されるようにすることが考えられる。
【０２１２】
（２）従来のフッ素化合物が形成される上での問題点を解消するために、レーザ運転初期にフッ素化合物と同等の機能を有する保護膜を電極放電部に形成し、レーザショットを経る毎に次第に従来のフッ素化合物に変質するような電極構造である。
【０２１３】
この保護膜の目的は、強力なフッ化金属膜を母材表面に再現性良く形成することである。保護膜の材質は、電極の寿命まで電極放電部に存在することが望ましい。しかし、実際は一定レーザショット後に保護膜の材質が電極放電部から消失し、電極放電部がほぼフッ素化合物へと変質する。
【０２１４】
（３）レーザ運転初期からフッ素化合物に代わる保護膜を有し、電極の寿命まで変質することのない電極構造である。
【０２１５】
ここでは（１）〜（３）の電極構造のうち（２）の電極構造を第６の実施形態として説明する。
【０２１６】
図１３（ａ）、（ｂ）は長手方向から見た繰り返しパルス放電前後の主放電電極３の断面図である。
【０２１７】
図１３（ａ）に示すように、初期状態として主放電電極３の放電部３ａにアルミナと銅を交互に積層し、全体の厚さを0.3mmにした膜１３１を形成する。アルミナと銅の重量比はアルミナ：銅＝４：６である。所望の繰り返しパルス放電が行われた結果、放電部３ａの縮退は抑制され、また保護膜の変質によって放電部３ａにはフッ素化合物のような膜１３２が形成された。このフッ素化合物のような膜１３２を図１３（ｂ）に示す。この膜１３２はほぼフッ化銅に近い物質であり、一部他元素が含まれている。これらの他元素はアルミナ自体に含まれていたものであると考えられる。しかしながらレーザ性能は、フッ素化合物が形成された状態と等しいため、放電部３ａの縮退によるレーザ性能の劣化は無いものと考えられる。
【０２１８】
フッ素化合物である膜１２１とフッ素化合物のような膜１３２とを比較すると、全体の様子が非常によく似ているものの、下記（Ａ）〜（Ｃ）の点で両者は異なる。
【０２１９】
（Ａ）図１３（ｂ）の主放電電極３は、放電部３ａの縮退による高さ白身の変化が無い。
【０２２０】
（Ｂ）膜１３２は当初形成した膜１３１の曲率をほぼ保持している。このため出力エネルギーの低下量やレーザ性能の劣化も膜１２１が形成された場合と同等以上とできる。
【０２２１】
（Ｃ）膜１３２は全体が均質である。極端な凹凸に加え、材質が均質であると、放電部の中央部への放電集中を避けることができ、均一な放電を安定して生じさせることができる。
【０２２２】
フッ素化合物である膜１２１と同様に、図１３に示すフッ素化合物のような膜１３２が形成される原理は明確でないが、次のように考えられる。当初、放電部３ａにはアルミナと銅が電極上に交互に積層されていた。繰り返しパルス放電が行われると、各層のうちレーザガス雰囲気に最も近い層の銅がレーザガス中のフッ素に侵食され、銅がフッ化銅へと変質すると共にアルミナも変質するため、結果として、膜全体がフッ化されフッ素化合物のような膜１３２に変質したのではないかと考えられる。また図１３に示すように、母材の銅自体もフッ化によって変質しており、母材の銅と当初の膜１３１との接触面の初期曲率が維持されていない。しかし当初の膜１３１表面の初期形状はほぼ維持されている。放電時のアークの柱が形成される電気力線の出口は膜表面にあることから、膜表面の形状が維持されることはアークの柱の均一性という観点で有効である。
【０２２３】
ここで各層の初期の厚さについて考える。電極交換期間を長くするためには膜自体は厚い方が望ましい。しかし膜をコンデンサに置き換えて考えてみると、膜を厚くすることによって主放電電極間の（交流）電気抵抗は大きくなるといえる。このため膜の厚さには上限値が設定される。なかでも絶縁体と導体を交互に積層した膜は、例えるならば、小さな容量のコンデンサを直列に結合した状態と考えることができる。絶縁体と導体を交互に積層した膜は絶縁体及び導体を均一に混合した膜と比較して、同じ抵抗値とした場合には、厚みを大きくできる。また各層は順次侵食されて均質な層が形成される。これらの観点から、各層の厚さは極力小さい方がよいと思われる。逆にこれらの観点から、膜全体の厚さは各層の厚さをどの程度まで小さくできるかに依存するといえる。
【０２２４】
図１４は長手方向から見た繰り返しパルス放電後の主放電電極３の断面図である。
【０２２５】
膜１４１の初期状態及びレーザ運転条件は図１３に示した膜１３１の実験時と同じとした。但し重量比はアルミナ：銅＝１：１である。繰り返しパルス放電の結果、図１４に示すように、膜１４１はほぼ初期状態が保たれている。出願人の経験によれば、実験より、初期膜の状態が保たれる場合と、初期膜が変質する場合の絶縁体と導体の比率（質量比）は、１：１辺りが境目になると考えられる。例えば、初期膜が変質する場合には、絶縁体の比率は40％程度が好ましい。
【０２２６】
以上のように、放電部に形成した膜がフッ素化合物のような膜に変質しても、放電部の縮退を抑制する機能が保持されていることが重要である。最終的にフッ素化合物のような膜を形成することを主眼においた場合は、ある程度の反応速度で変質していくように構造や材料を工夫して初期の膜を形成すればよい。
【０２２７】
例えば、フッ素化合物はフッ素と銅が反応し形成されるものであるため、この反応を促進する不純物を主放電電極に均一に注入または埋め込むようにしてもよい。また層状としなくとも、母材の表面に絶縁体を形成し、その上に導体を形成してもよい。また母材の幅は必ずしも放電部の幅と等しくする必要は無い。より大きな曲率を持ち、その中央部でのみ放電するチャン型の電極などでもよい。また膜の材料が複数種類でもよい。
【０２２８】
上記各実施形態で説明した膜の構造や材料には種々の形態が考えられる。以下でその説明をする。
【０２２９】
（１）膜の構造
膜の構造について、▲１▼膜内の層の形態、▲２▼導体と絶縁体との分布の形態、▲３▼膜の厚さの形態、▲４▼部分的に形成する膜の形態、とに分け、それぞれを図１５〜図１８を用いて説明する。なお以下の説明では、主放電電極の長手方向のことを単に長手方向といい、主放電電極の幅方向のことを単に幅方向という。
【０２３０】
▲１▼膜内の層の形態について
図１５に、膜内の層の形態１〜６を示す。層の形態１〜６は長手方向から見た断面図、又は幅方向から見た断面図である。層の形態１は単層を示す。層の形態２は放電部表面に対する垂直方向に積層される複数層を示す。層の形態３は放電部表面に対する平行方向に積層される複数層を示す。層の形態４は放電部表面に対する垂直方向及び平行方向以外の方向に積層される複数層を示す。なお層の形態２〜４において層の数及び各層の厚さは任意である。層の形態５は網目状又は格子状の層を示す。層の形態６は部分的に他の層を含む層を示す。他の層の数及びその配置は任意である。
【０２３１】
▲２▼導体と絶縁体との分布の形態について
図１６に、導体と絶縁体とを混合した層における導体と絶縁体との分布の形態１〜４を示す。分布の形態１〜４は長手方向から見た断面図、又は幅方向から見た断面図である。分布の形態１は導体と絶縁体の混合比率が各位置で均一である分布を示す。分布の形態２は一端で導体の混合比率が大きく他端方向に進むにつれて絶縁体の混合比率が大きくなる分布を示す。分布の形態３は中央部で導体の混合比率が大きく両端方向に進むにつれ絶縁体の混合比率が大きくなる分布を示す。逆に中央部で絶縁体の混合比率が大きく両端方向に進むにつれて導体体の混合比率が大きくなる分布でもよい。分布の形態４は中心部で導体の混合比率が大きく放射状に外部方向に進むにつれて絶縁体の混合比率が大きくなる分布を示す。逆に略中心部で絶縁体の混合比率が大きく放射状に外部方向に進むにつれて導体の混合比率が大きくなる分布でもよい。
【０２３２】
▲３▼膜の厚さの形態について
図１７に、膜の厚さの形態１〜８を示す。厚さの形態１〜４は長手方向から見た断面図である。厚さの形態５〜８は断面図である。厚さの形態１は幅方向から見た断面の厚さが均一の膜を示す。厚さの形態２、３は断面の中央部が厚く両端方向に進むにつれて薄くなる膜を示す。厚さの形態２は両端方向に進むにつれて厚さの減少度が大きくなる。厚さの形態３は各位置で厚さの減少度が一定である。厚さの形態４は断面の中央部が薄く両端方向に進むにつれて厚くなる膜を示す。厚さの形態５は断面の厚さが均一の膜を示す。厚さの形態６、７は断面の中央部が厚く両端方向に進むにつれて薄くなる膜を示す。厚さの形態６は両端方向に進むにつれて厚さの減少度が大きくなる。厚さの形態７は各位置で厚さの減少度が一定である。厚さの形態８は断面の中央部が薄く両端方向に進むにつれて厚くなる膜を示す。
【０２３３】
▲４▼部分的に形成する膜の形態について
図１８に、部分的に形成する膜の形態１〜５を示す。膜の形態１〜５は主放電電極を（Ａ）対向する主放電電極側、（Ｂ）幅方向、（Ｃ）長手方向、からそれぞれ見た場合の三面図である。膜の形態１は複数の点として配列された膜を示し、各膜は長手方向に対して平行となるように配列されている。各膜の形状としては、例えば半球状や柱状等が考えられる。また列が複数あってもよい。膜の形態２は複数の孔が配列された膜を示し、各孔は長手方向に対して平行となるように配列されている。各孔の形状としては、例えば半球状や柱状等が考えられる。また列が複数あってもよい。膜の形態３、４は線状の膜を示し、膜は長手方向に対して平行となるように形成されている。その位置は形態３で示すよう中央部であってもよいし、形態４で示すよう両端部であってもよい。長手方向から見た膜の断面形状としては、例えば半円状、多角状等が考えられる。なお膜の数は任意である。形態５は線状の膜を示し、膜は長手方向に対して垂直となるように形成されている。幅方向から見た膜の断面形状としては、例えば半円状、多角状等が考えられる。なお膜の数は任意である。
【０２３４】
本発明では、上記▲１▼〜▲４▼で示した各形態を適宜組み合わせて膜を形成する。その具体例の一部を図１９〜図２４で示す。なお以下の説明では、（ａ）混合される導体又は／及び絶縁体が異なる混合物を異なる混合物と想定し、（ｂ）混合される導体及び絶縁体が同じ物質であるものの混合比率が異なる混合物も異なる混合物と想定する。なお（ｂ）については、導体又は絶縁体の混合比率がゼロのものも含まれ、さらに母材と同一のものも含まれる。
【０２３５】
図１９（ａ）は複数の主放電電極を長手方向から見た場合の断面図であり、図１９（ｂ）は複数の主放電電極を幅方向から見た場合の断面図である。
【０２３６】
膜１９１ａ、１９２ａは、断面中央部で導体の混合比率が高く且つ膜が厚く、両端方向に進むにつれて絶縁体の混合比率が高く且つ膜が薄くなるように形成されている。膜１９１ｂ、１９２ｂは、断面中央部で絶縁体の混合比率が高く且つ膜が厚く、両端方向に進むにつれて導体の混合比率が高く且つ膜が薄くなるように形成されている。膜１９３ａは、断面中央部で導体の混合比率が高く且つ膜が薄く、両端方向に進むにつれて絶縁体の混合比率が高く且つ膜が厚くなるように形成されている。膜１９３ｂは、断面中央部で絶縁体の混合比率が高く且つ膜が薄く、両端方向に進むにつれて導体の混合比率が高く且つ膜が厚くなるように形成されている。
【０２３７】
膜１９４ａ、１９５ａは、断面中央部で導体の混合比率が高く且つ膜が厚く、両端方向に進むにつれて絶縁体の混合比率が高く且つ膜が薄くなるように形成されている。膜１９４ｂ、１９５ｂは、断面中央部で絶縁体の混合比率が高く且つ膜が厚く、両端方向に進むにつれて導体の混合比率が高く且つ膜が薄くなるように形成されている。膜１９６ａは、断面中央部で導体の混合比率が高く且つ膜が薄く、両端方向に進むにつれて絶縁体の混合比率が高く且つ膜が厚くなるように形成されている。膜１９６ｂは、断面中央部で絶縁体の混合比率が高く且つ膜が薄く、両端方向に進むにつれて導体の混合比率が高く且つ膜が厚くなるように形成されている。
【０２３８】
図２０は複数の主放電電極を長手方向から見た場合の断面図である。
【０２３９】
膜２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂは、複数の混合物が放電部表面に対する垂直方向に積層されている。膜２０１ａは、放電部に近い層ほど絶縁体の混合比率が高くなるように各混合物が積層されており、膜２０１ｂは、放電部に近い層ほど導体の混合比率が高くなるように各混合物が積層されている。膜２０２ａ、２０２ｂは各混合物が交互に積層されている。なお各混合物が特定の順序に従って積層されるようにしてもよいし、ランダムに積層されるようにしてもよい。積層数は任意である。
【０２４０】
膜２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂは、複数の混合物が放電部表面に沿って幅方向に積層されている。膜２０３ａ、２０４ａは、断面中央部に近い層ほど絶縁体の混合比率が高くなるように各混合物が積層されており、膜２０３ｂ、２０４ｂは、断面中央部に近い層ほど導体の混合比率が高くなるように各混合物が積層されている。膜２０５ａは、断面中央部及び両端部に近い層ほど絶縁体の混合比率が高くなるように各混合物が積層されており、膜２０５ｂは、断面中央部及び両端部に近い層ほど導体の混合比率が高くなるように各混合物が積層されている。なお各混合物が特定の順序に従って積層されるようにしてもよいし、ランダムに積層されるようにしてもよい。積層数は任意である。
【０２４１】
膜２０６ａ、２０６ｂ、２０７ａ、２０７ｂは、部分的に異なる混合物からなる層を含む層が積層されている。膜２０６ａ、２０６ｂは、部分的な層が内部に設けられており、膜２０７ａ、２０７ｂは、部分的な層が外部に設けられている。このように部分的な層の配置は任意である。
【０２４２】
図２１は複数の主放電電極を長手方向から見た場合の断面図である。主放電電極の放電部には凸部２１０が設けられている。
【０２４３】
膜２１１ａ、２１１ｂ、２１２ａ、２１２ｂは、中央部に設けられた凸部２１０両端の放電部に積層されている。膜２１１ａ、２１１ｂは単層であり、膜２１２ａ、２１２ｂは放電部表面に沿って積層される複数層である。膜２１２ａは、凸部２１０に近い層ほど導体の混合比率が高くなるように各混合物が積層されており、膜２１２ｂは、凸部２１０に近い層ほど絶縁体の混合比率が高くなるように各混合物が積層されている。なお複数層が放電部表面に対する垂直方向に積層されるようにしてもよい。なお膜２１３ａ、２１３ｂのように凸部２１０上にさらに混合物が積層されるようにしてもよい。膜２１４ａ、２１４ｂのように２以上の凸部２１０が設けられた放電部に積層されるようにしてもよい。
【０２４４】
なお図２０、図２１においては放電部のみに形成される膜を示したが、図２２で示す膜２２１ａ、ｂ〜２２８ａ、ｂのように、放電部のみならず放電部の周辺部にも同様の膜を形成するようにしてもよい。
【０２４５】
図２３、図２４は主放電電極を（Ａ）対向する主放電電極側、（Ｂ）幅方向、（Ｃ）長手方向、からそれぞれ見た場合の三面図である。
【０２４６】
膜２３１〜２３３は、複数の混合物が放電部表面に沿って長手方向に積層されている。膜２３１、２３２は、各混合物が交互に積層されている。膜２３３は、特定の順序に従って各混合物が積層されているが、ランダムに積層されるようにしてもよい。膜２３４は、複数の混合物が放電部表面に沿って長手方向及び幅方向に積層されており、幅方向の中央部と両端部との層の形態が異なっている。幅方向の中央部では長手方向に各混合物が積層されており、幅方向の両端部は直線状の単層である。このように部分的に層の形態を変えてもよい。
【０２４７】
膜２４１ａ、２４１ｂは、放電部表面に形成された面状の層の表面上に線状の膜が積層されている。線状の層は幅方向に沿って形成されている。膜２４１ａは、放電部に近い層ほど絶縁体の混合比率が高くなるように各混合物が積層されており、膜２４１ｂは、放電部に近い層ほど導体の混合比率が高くなるように各混合物が積層されている。膜２４２ａ、２４２ｂは、放電部表面に形成された層の表面部分に線状の層が含まれる。線状の層は幅方向に沿って形成されている。膜２４３は、放電部表面に形成された層の内部に線状の層が含まれる。線状の層は幅方向に沿って形成されている。また放電部表面の幅方向に沿って凹凸が設けられている場合、膜２４４のように、線状の層を凹部に形成してもよい。
【０２４８】
以上、図１９〜図２４で膜の一例を示したが、これに限ることなく、これらの膜をさらに組み合わせてもよい。
【０２４９】
（２）膜の材料
代表的な膜の材料を表１に示す。
【０２５０】
【表１】
0004104935.tif 000002
表１に示すように、膜の材料となる物質は、単一金属、単一セラミック、合金、導電性セラミックスに分類される。単一セラミックはさらに酸化物系、フッ化物系、塩化物系、窒化物系の系列に分けられ、導電性セラミックスはさらにチタン系、シリコン系の系列に分けられる。
【０２５１】
単一金属自体及び合金自体は、耐放電性能の向上及び放電の安定化に寄与するという長所を有する。膜に単一金属又は合金が含まれる場合、又は不純物として単一金属が母材に混入される場合は、主放電電極の放電部表面が改質され、特に硬度を高くすることができるという効果が得られる。
【０２５２】
単一セラミック自体は、ハロゲン腐食を抑制するという長所を有する。またさらに、酸化物系は溶射等による加工が容易であるという長所を有し、フッ化物系はレーザガスに含まれるフッ素による影響が少ないという長所を有し、塩化物系はレーザガスに含まれる塩素による影響が少ないという長所を有する。膜に単一セラミックが含まれる場合は、ハロゲンガスによる母材の腐食を抑制できるという効果が得られる。
【０２５３】
導電性セラミックス自体は、電気伝導度が優れているという長所を有する。膜に導電性セラミックスが含まれる場合は、ハロゲンガスによる母材の腐食を抑制できるという効果が得られる。
【０２５４】
表１に示した物質を単独で使用しても主放電電極の寿命を延ばすという点ではある程度の効果は期待できる。しかし実際は、ハロゲンガスの種類やガスレーザ装置の用途を考慮し、電気伝導度の確保や耐久性能等の所望のバランスがとれるように、単一金属、単一セラミック、合金、導電性セラミックスを適当な比率で混合し使用する。
【０２５５】
その具体的な例を説明する。放電によって主放電電極間にはイオンが発生する。発生したイオンのうち正イオンは主放電電極間で加速されてカソード側の主放電電極に衝突する。するとイオンであった物質が放電部に付着すると共に、放電部から金属原子が放出される、いわゆるスパッタリングが発生する。繰り返して放電が行われた後のアノード側の主放電電極とカソード側の主放電電極とを比較すると、アノード側の主放電電極がフッ素の侵食が大きいのに対して、カソード側の主放電電極はフッ素の侵食に加えスパッタリングによっても変質する。
【０２５６】
主放電電極の耐久性を重視する場合、アノード側の主放電電極にフッ素の侵食に強い膜を形成し、カソード側の主放電電極にフッ素の侵食に強く且つスパッタリングに強い膜を形成する。すると主放電電極の交換期間を延ばすことができ、ガスレーザ装置のメンテナンス期間を延ばすことができる。
【０２５７】
表１に示した物質のうち、ジルコニアはフッ素の侵食に強く且つスパッタリングに強い物質であることが判明している。主放電電極の母材が銅である場合は、カソード側の主放電電極にジルコニアと銅の混合物を溶射し、アノード側の主放電電極にアルミナと銅の混合物を溶射する。またアノード側及びカソード側の主放電電極にジルコニアと銅の混合物を溶射するようにしてもよい。この場合、ジルコニアの混合比率はアノード側よりもカソード側が高くなるようにする。
【０２５８】
一方効率を重視した場合、アノード側の主放電電極にフッ素の侵食に強い膜を形成し、カソード側の主放電電極に膜を形成しない。放電部に形成される膜は、いうなれば遮蔽物である。このため効率の向上という点で考えた場合、放電部に膜を形成することは望ましくない。しかしアノード側の主放電電極はフッ素の侵食による影響が大きいため、アノード側の主放電電極のみには膜を形成するようにする。
【０２５９】
このように、アノード側の主放電電極とカソード側の主放電電極にそれぞれ異なる膜を形成するようにしてもよいし、前述したように、アノード側の主放電電極とカソード側の主放電電極に同一の膜を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は長手方向に対する垂直方向から見たガスレーザ装置の内部を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）における主放電電極周辺のＹ−Ｙ線断面を示す図である。
【図２】図２（ａ）は長手方向から見た主放電電極３の断面を示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した主放電電極３のＸ−Ｘ断面を示す図である。
【図３】図３（ａ）は長手方向から見た主放電電極３の断面を示す図であり、図３（ｂ）、（ｃ）は混合物５２の断面を拡大した図である。
【図４】図４（ａ）は長手方向から見た主放電電極３の断面を示す図であり、図４（ｂ）は混合物５３の断面を拡大した図である。
【図５】図５（ａ）は長手方向から見た主放電電極３の断面を示す図であり、図５（ｂ）、（ｃ）は混合物５４の断面を拡大した図である。
【図６】図６は混合物５４の表面からの深さと混合物５４に含まれる絶縁体の割合との関係を示す図である。
【図７】図７は長手方向から見た主放電電極３の断面を示す図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は放電部３ａを合金にする工程を説明するための図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）はガスレーザ装置における主放電電極２、３を長手方向から見た断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は放電部３ａの表面で発生する現象を説明するための図である。
【図１１】図１１（ａ）は、繰り返しパルス放電後のアノード側の主放電電極３を示す図であり、図１１（ｂ）は、繰り返しパルス放電後のカソード側の主放電電極２を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は長手方向から見た繰り返しパルス放電前後の主放電電極３の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は長手方向から見た繰り返しパルス放電前後の主放電電極３の断面図である。
【図１４】図１４は長手方向から見た繰り返しパルス放電後の主放電電極３の断面図である。
【図１５】図１５は膜内の層の形態１〜６を示す図である。
【図１６】図１６は導体と絶縁体との分布の形態１〜４を示す図である。
【図１７】図１７は膜の厚さの形態１〜８を示す図である。
【図１８】図１８は部分的に形成する膜の形態１〜５を示す図である。
【図１９】図１９（ａ）は複数の主放電電極を長手方向から見た場合の断面図であり、図１９（ｂ）は複数の主放電電極を幅方向から見た場合の断面図である。
【図２０】図２０は複数の主放電電極を長手方向から見た場合の断面図である。
【図２１】図２１は複数の主放電電極を長手方向から見た場合の断面図である。
【図２２】図２２は複数の主放電電極を長手方向から見た場合の断面図である。
【図２３】図２３は主放電電極を（Ａ）対向する主放電電極側、（Ｂ）幅方向、（Ｃ）長手方向、からそれぞれ見た場合の三面図である。
【図２４】図２４は主放電電極を（Ａ）対向する主放電電極側、（Ｂ）幅方向、（Ｃ）長手方向、からそれぞれ見た場合の三面図である。
【図２５】図２５（ａ）、（ｂ）は表皮効果を示す図である。
【図２６】図２６はレーザ運転に応じて電極が変化する様子を示す図である。
【符号の説明】
２、３  主放電電極    ５  膜    ５１  絶縁体
５２、５３、５４  混合物    ５５  合金
【図１】
0004104935.tif 000003
【図２】
0004104935.tif 000004
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0004104935.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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