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JP2004179272A - Main discharge electrode for laser device and its manufacturing method - Google Patents

Main discharge electrode for laser device and its manufacturing method Download PDF

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JP2004179272A
JP2004179272A JP2002341607A JP2002341607A JP2004179272A JP 2004179272 A JP2004179272 A JP 2004179272A JP 2002341607 A JP2002341607 A JP 2002341607A JP 2002341607 A JP2002341607 A JP 2002341607A JP 2004179272 A JP2004179272 A JP 2004179272A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a main discharge electrode for a laser device which is capable of stable main discharging, and also to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: In the method of manufacturing main discharge electrodes 14 and 15 for a laser device which are formed with a film 71 in at least part of a front surface, the films 71 are formed by flame coating or irradiation of electron beams under a preferrable condition that xenon and/or oxygen is added with no addition of hydrogen. By manufacturing the films 71 by this method for manufacturing the main discharge electrodes 14 and 15, the films 71 are added with xenon and/or oxygen, but not with hydrogen. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a main discharge electrode for a gas laser device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
First, the configuration of a general excimer laser device will be described. FIG. 1 is a front sectional view showing a configuration of an excimer laser device 11 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.
1 and 2, an excimer laser device 11 includes a metal laser chamber 12 that seals a laser gas containing a halogen gas. Windows 17 and 19 that transmit the laser beam 21 are respectively attached to the front and rear portions of the laser chamber 12.
[0003]
Inside the laser chamber 12, main discharge electrodes 14 and 15 including an anode 14 and a cathode 15 are installed with a predetermined gap. As the material of the main discharge electrodes 14 and 15, a metal such as copper or nickel is used.
An opening 35 is provided in the upper part of the laser chamber 12, and an insulating cathode holder 51 seals the opening 35. The cathode 15 of the main discharge electrodes is fixed to the cathode holder 51 and is electrically connected to the high-voltage HV side of the high-voltage power source 23 by current introduction means (not shown). The laser chamber 12 is electrically connected to the ground GND side of the high-voltage power supply 23.
[0004]
A metal anode holder 50 is installed inside the laser chamber 12 so as to face the cathode holder 51. The anode holder 50 is fixed in a state of being suspended from the laser chamber 12 by a metal plate (not shown). The anode 14 is fixed to the anode holder 50, so that the anode 14 is electrically connected to the ground GND side of the high-voltage power supply 23.
Inside the laser chamber 12, a cross-flow fan 24 that sends laser gas into the discharge space 37 between the main discharge electrodes 14 and 15 and a heat exchanger 13 that cools the laser gas heated by the main discharge are placed at predetermined positions, respectively. is set up.
[0005]
Of the main discharge electrodes 14 and 15, both sides of the anode 14 are constituted by metal rod-like internal conductors 38A and 38A connected to the high voltage side HV and dielectrics 38B and 38B surrounding the outer periphery thereof. The preliminary ionization electrodes 38 and 38 thus fixed are fixed on the anode holder 50.
When a high voltage is applied between the internal conductors 38A, 38A and the anode 14 from the high-voltage power source 23, a corona-shaped preionization discharge occurs between them. As a result, ultraviolet preionization light is generated, and the laser gas in the discharge space 37 is ionized. This is called preionization.
[0006]
Immediately after the preliminary ionization, a high pulsed voltage is applied between the main discharge electrodes 14 and 15 from the high voltage power source 23. Thereby, main discharge occurs, the laser gas is excited, and laser light 21 is generated.
The generated laser beam 21 is amplified by the main discharge while being repeatedly reflected between the front mirror 16 and the rear mirror 18 respectively disposed at the front and rear portions of the laser chamber 12, and a part of the laser beam 21 partially transmits the front mirror 16. Then, the light is emitted forward (to the right in FIG. 1).
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-332786 (FIGS. 1 and 2)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
That is, during the main discharge, the surface of the main discharge electrodes 14 and 15 facing the discharge space 37 gradually melts or wears due to corrosion caused by heat, impact, and halogen erosion caused by the main discharge. In the following description, the surfaces of the main discharge electrodes 14 and 15 facing the discharge space 37 are called main discharge electrode surfaces.
If hydrogen is mixed in the material of the main discharge electrodes 14 and 15, this hydrogen is liberated during the main discharge and reacts with the laser gas to generate HF and the like to absorb the laser beam 21. The discharge may become unstable.
Therefore, in order to make the output of the laser beam 21 stable and high, it is necessary to stably perform the main discharge by making the materials of the main discharge electrodes 14 and 15 not mixed with hydrogen.
[0009]
However, since the main discharge electrodes 14 and 15 have a length of about several tens of centimeters in the longitudinal direction, the use of a high-purity material that does not contain hydrogen makes the main discharge electrodes 14 and 15 expensive. become. Moreover, it is technically difficult to process such elongated main discharge electrodes 14 and 15 with a high-purity material.
Further, since the main discharge electrodes 14 and 15 are gradually worn out by the main discharge, the life of the main discharge electrodes 14 and 15 is short, and if the expensive main discharge electrodes 14 and 15 are used, the cost of the excimer laser device 11 is further increased. There is a problem.
Moreover, the influence of the purity of the material of the main discharge electrodes 14 and 15 on the main discharge is to a slight depth of the main discharge surface, so even if an expensive material is used for the main discharge electrodes 14 and 15 as a whole, Parts other than the surface of the main discharge electrode do not contribute to stabilization of the main discharge.
[0010]
In order to solve such a problem, a technique is known in which a dielectric film is formed on the surfaces of the main discharge electrodes 14 and 15 to stabilize the discharge (for example, Patent Document 1). However, hydrogen is also generated from the formed dielectric film to generate HF and the like, which may absorb the laser beam 21 and make the main discharge unstable.
[0011]
The present invention has been made paying attention to the above problems, and an object thereof is to provide a main discharge electrode for a laser device capable of stable main discharge and a method for manufacturing the same.
[0012]
[Means, actions and effects for solving the problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention,
In the main discharge electrode for a laser device in which a film is formed on at least a part of the surface or a method for manufacturing the same,
The film is formed without adding hydrogen.
Thereby, hydrogen is not liberated from the film, and the output of the laser beam due to this does not decrease.
[0013]
Further, according to the main discharge electrode for a laser device of the present invention or a manufacturing method thereof,
The film is formed by thermal spraying or electron beam irradiation.
Thereby, the film can be firmly fixed to the main discharge electrode.
[0014]
Further, according to the main discharge electrode for a laser device of the present invention or a manufacturing method thereof,
The film is formed by adding at least one of xenon and oxygen.
According to xenon, the output of laser light in the ArF excimer laser device is increased. Also, oxygen increases the output of laser light from the ArF excimer laser device.
[0015]
Also according to the invention,
In a main discharge electrode for a laser device that generates a laser beam by causing a main discharge in a discharge space to excite a laser gas,
The body part,
A metal surface layer made of the same kind of metal having a higher purity than that of the body portion is formed on the surface facing the discharge space.
Thereby, since the surface of the main discharge electrode facing the discharge space has a high purity, the main discharge is stabilized and the generation of impurities is reduced. Moreover, compared with manufacturing all the main discharge electrodes with a metal with high purity, it can manufacture at a low material cost. Moreover, even if the metal surface layer is worn by the main discharge, it can be reused by forming a new metal surface layer. Further, by increasing the purity, the content of internal hydrogen can be reduced, so that generation of HF can be prevented.
[0016]
The main discharge electrode for a laser device of the present invention is
In a main discharge electrode for a laser device that generates a laser beam by causing a main discharge in a discharge space to excite a laser gas,
The body part,
It is formed on the surface facing the discharge space, satisfies at least one of the following conditions: a hardness higher than that of the body part, a high melting point, and a high corrosion resistance against the halogen gas; The metal surface layer which consists of a dissimilar metal with a low density | concentration is provided.
As a result, the surface of the main discharge electrode facing the discharge space becomes more suitable as a material of the main discharge electrode than the body portion, and hydrogen is not liberated from the surface, so that HF or the like is not generated and impurities are generated. The main discharge is stabilized by decreasing. Further, it can be manufactured at a lower cost compared to manufacturing all the main discharge electrodes with the same metal as the metal surface layer. Moreover, even if the metal surface layer is worn by the main discharge, it can be reused by forming a new metal surface layer.
[0017]
The main discharge electrode for a laser device of the present invention is
In a main discharge electrode for a laser device that generates a laser beam by causing a main discharge in a discharge space to excite a laser gas,
The body part,
It is formed on the surface facing the discharge space, satisfies at least one of the following conditions: a hardness higher than that of the body part, a high melting point, and a high corrosion resistance against the halogen gas; An insulating surface layer made of an insulator having a low concentration is provided.
As a result, the surface of the main discharge electrode facing the discharge space becomes more suitable as a material of the main discharge electrode than the body portion, and hydrogen is not liberated from the surface, so that HF or the like is not generated and impurities are generated. The main discharge is stabilized by decreasing. Moreover, even if the insulating surface layer is worn by the main discharge, it can be reused by forming a new insulating surface layer.
[0018]
The main discharge electrode for a laser device of the present invention is
Increase the temperature by using an inert gas that does not contain hydrogen as the working gas,
The surface layer is formed by blowing the working gas together with the material of the surface layer onto the body portion.
Thereby, since the surface layer does not contain hydrogen, hydrogen in the surface layer is rarely released to the discharge space by the main discharge. Therefore, HF is rarely generated, and the output of laser light is unlikely to decrease.
[0019]
The main discharge electrode for a laser device of the present invention is
Heating an inert gas containing at least one of xenon and oxygen as a working gas,
The surface layer is formed by blowing the working gas together with the material of the surface layer onto the body portion.
Thereby, since the surface layer contains xenon and oxygen, the xenon and oxygen in the surface layer are released into the discharge space by the main discharge.
Therefore, according to xenon, the output of the laser beam in the ArF excimer laser device is increased. Also, oxygen increases the output of laser light from the ArF excimer laser device.
[0020]
Further, according to the method for manufacturing a main discharge electrode for a laser device of the present invention,
In the method of manufacturing a main discharge electrode for a laser device that generates a laser beam by causing a main discharge in a discharge space to excite a laser gas,
Increase the temperature by using an inert gas that does not contain hydrogen as the working gas,
A surface layer facing the discharge space is formed by blowing the working gas together with the material of the surface layer onto the body portion.
As a result, the surface layer is firmly fixed to the body portion, and is hardly peeled off even by main discharge. In addition, since the surface layer does not contain hydrogen, hydrogen in the surface layer is liberated by the main discharge and HF is hardly generated, and the output of laser light is unlikely to decrease.
[0021]
Further, according to the method for manufacturing a main discharge electrode for a laser device of the present invention,
In the method of manufacturing a main discharge electrode for a laser device that generates a laser beam by causing a main discharge in a discharge space to excite a laser gas,
Heating an inert gas containing at least one of xenon, oxygen, and hydrogen at a concentration that stabilizes the main discharge as a working gas,
A surface layer facing the discharge space is formed by blowing the working gas together with the material of the surface layer onto the body portion.
As a result, the surface layer is firmly fixed to the body portion, and is hardly peeled off even by main discharge. Moreover, since the surface layer contains at least one of xenon and oxygen, these gases are released into the discharge space by the main discharge. As a result, according to xenon, the output of the laser light of the ArF excimer laser device increases. Also, oxygen increases the output of laser light from the ArF excimer laser device.
[0022]
Further, according to the method for manufacturing a main discharge electrode for a laser device of the present invention,
Under atmosphere of atmosphere gas not containing hydrogen,
The surface layer facing the discharge space is formed by irradiating the surface layer material and body part with an electron beam.
As a result, the thermal stress applied to the body part is small and distortion or the like hardly occurs. In addition, since the surface layer does not contain hydrogen, hydrogen in the surface layer is liberated by the main discharge and HF is hardly generated, and the output of laser light is unlikely to decrease.
[0023]
Further, according to the method for manufacturing a main discharge electrode for a laser device of the present invention,
Under an atmosphere of an atmosphere gas containing at least one of xenon and oxygen,
The surface layer facing the discharge space is formed by irradiating the surface layer material and body part with an electron beam.
As a result, the thermal stress applied to the body part is small and distortion or the like hardly occurs. Moreover, since the surface layer contains at least one of xenon and oxygen, these gases are released into the discharge space by the main discharge. As a result, according to xenon, the output of the laser light of the ArF excimer laser device increases. Also, oxygen increases the output of laser light from the ArF excimer laser device.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the first embodiment will be described. The schematic configuration of the excimer laser device 11 is the same as that shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main discharge electrodes 14 and 15 and the discharge space 37 therebetween, as viewed from the longitudinal direction, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the anode 14 taken along the line BB. Hereinafter, the anode 14 is represented as the main discharge electrode, but the cathode 15 is the same.
[0025]
As shown in FIGS. 3 and 4, the main discharge electrodes 14 and 15 include a body portion 70 made of metal and a thin insulating surface layer 71 made of an insulator formed on the surface facing the discharge space 37. I have. The thickness of the insulating surface layer 71 is, for example, about 0.1 to 1 mm.
As a material of the body part 70, metals such as aluminum, nickel, brass, copper, iron, stainless steel, and cobalt are used.
[0026]
Examples of the material of the insulator forming the insulating surface layer 71 include oxides such as alumina (aluminum oxide) and zirconia (zirconium oxide), nitrides such as aluminum nitride, sodium chloride, aluminum chloride, and potassium chloride. And the like are preferred.
Furthermore, fluorides such as copper fluoride, calcium fluoride, magnesium fluoride, aluminum fluoride, sodium fluoride, or potassium fluoride may be used.
[0027]
At this time, the insulator needs to have corrosion resistance to the halogen gas in the laser gas. For example, when the laser gas contains fluorine, an oxide, nitride, or fluoride is used as the insulator. In addition, when chlorine is contained in the laser gas, oxide, nitride, or chloride is used.
[0028]
In addition, the insulator satisfies at least one of the following conditions: higher hardness, higher melting point, and higher corrosion resistance to halogen gas than the metal material used for the body part 70. Is desirable. This is to prevent the main discharge electrodes 14 and 15 from being damaged by the main discharge impact or heat.
Furthermore, it is desirable for the insulator to have a lower hydrogen concentration inside than the metal material used for the body portion 70, thereby preventing the generation of HF based on the liberation of hydrogen.
[0029]
For example, when the body portion 70 is formed of copper, alumina or the like is suitable as the insulator. That is, the hardness of alumina is higher than that of copper, and its melting point (about 2000 degrees) is higher than that of copper (about 1080 degrees). Alternatively, when the body portion 70 is copper, the insulator may be aluminum nitride.
[0030]
Next, a method for forming such an insulating surface layer 71 will be described in detail. In the present invention, the insulating surface layer 71 is formed by thermal spraying.
In FIG. 5, the block diagram of the thermal spraying apparatus 40 based on 1st Embodiment is shown. In FIG. 5, the thermal spraying device 40 includes a thermal spraying chamber 41 in which the anode 14 is installed.
[0031]
The thermal spraying chamber 41 includes a thermal spraying torch 42 that blows an insulator onto the main discharge electrodes 14 and 15. FIG. 6 is an explanatory view of the plasma jet type thermal spraying torch 42. The thermal spray torch 42 applies a high voltage between the cathode 43 and the thermal spray nozzle 44 that is an anode to generate arc discharge. When the working gas 45 is blown spirally from the rear, the working gas 45 is ionized to be in a plasma state.
[0032]
When this ionized plasma returns to its original state, it releases a large amount of heat and expands to become a jet jet 52 of thermal plasma of several tens of thousands of degrees. By introducing an insulator 49, which is the material of the insulating surface layer 71, into this thermal plasma, the molten insulator is sprayed onto the main discharge electrodes 14 and 15, so that the surface of the body portion 70 is melted and integrated to provide insulation. A surface layer 71 is formed.
[0033]
After the insulating surface layer 71 is formed by thermal spraying, precision processing such as polishing is performed to adjust the shape of the insulating surface layer 71. Thereby, the main discharge electrodes 14 and 15 in which the insulating surface layer 71 is formed in the portion facing the discharge space 37 are formed.
[0034]
In the present invention, such plasma spraying is performed under a low pressure so that impurities are not mixed in the insulating surface layer 71. Such a thermal spraying method is called, for example, a VPS (Vacuum Plasma Spraying) thermal spraying method.
[0035]
A vacuum pump 48 is connected to the thermal spraying chamber 41, and the inside can be evacuated to, for example, about several mm Torr.
That is, the inside of the thermal spraying chamber 41 is evacuated to several mm Torr by the vacuum pump 48 and sprayed while flowing a working gas 45 containing an inert gas (hereinafter represented by argon) such as helium, neon, argon, or krypton. To start. In FIG. 5, 46 is an argon gas cylinder.
At this time, evacuation is continued by the vacuum pump 48, and the pressure in the thermal spraying chamber 41 is, for example, several tens of Torr.
[0036]
In a general VPS thermal spraying method, hydrogen is added to argon by several% to several tens% as working gas 45 in order to generate plasma stably. However, in this embodiment, by not adding hydrogen, the insulating surface layer 71 of the main discharge electrodes 14 and 15 is prevented from containing hydrogen.
As a result, hydrogen is less likely to be generated from the main discharge electrodes 14 and 15 during the main discharge, so that the output of the laser beam 21 is less likely to decrease due to the generation of HF.
[0037]
As described above, according to the first embodiment, the insulating surface layer 71 of an insulator is formed on the surface of the metal body portion 70 of the main discharge electrodes 14 and 15 facing the discharge space 37. As a result, impurities are less likely to be generated from the main discharge electrodes 14 and 15 during the main discharge, so that impurities are not mixed into the discharge space 37 and the output of the laser beam 21 is not lowered.
[0038]
Further, by forming the insulating surface layer 71 of an insulator, the body portion 70 is less likely to be damaged by the heat or impact of the main discharge. Further, since the main discharge is performed through the insulating surface layer 71, a stable main discharge with a small impact can be performed, and damage to the insulating surface layer 71 is small.
[0039]
When the main discharge is performed between the metal main discharge electrodes 14 and 15, the shape of the main discharge electrode surface greatly affects the stability of the main discharge. On the other hand, by performing the main discharge through the insulator, the main discharge is less likely to become unstable even if the insulating surface layer 71 is somewhat damaged.
[0040]
For example, even when the insulating surface layer 71 is damaged or worn, the body portion 70 remains in an almost intact shape. Therefore, the main discharge electrodes 14 and 15 are formed by forming the insulating surface layer 71 again. Can be used over a long period of time.
[0041]
Furthermore, the insulating surface layer 71 is formed by plasma spraying. In plasma spraying, since the thermal spray material is firmly fixed to the body portion 70, the insulating surface layer 71 is hardly peeled off from the body portion 70 by the main discharge, and the main discharge is less likely to become unstable.
[0042]
Further, plasma spraying is performed in a low pressure atmosphere of a predetermined working gas 45 by using the VPS spraying method. Thereby, impurities such as organic substances are rarely mixed into the insulating surface layer 71 at the time of thermal spraying, and impurities are hardly scattered into the discharge space 37 by the main discharge.
[0043]
Furthermore, since an inert gas such as argon is used as the working gas 45, a chemical reaction hardly occurs between the working gas 45 and the body portion 70 or the insulator. In addition, since hydrogen is removed from the working gas 45, the generation of HF is unlikely to occur during the main discharge, and the output of the laser beam 21 due to HF is unlikely to decrease.
[0044]
FIG. 7 is a graph showing a comparison of the output characteristics of the laser beam 21 by the main discharge electrodes 14 and 15 on which the insulating surface layer 71 is formed by plasma spraying according to the present embodiment. In FIG. 7, the horizontal axis is the input energy of the main discharge, and the vertical axis is the output energy of the laser beam 21.
[0045]
Further, in FIG. 7, when the anode 14 and the cathode 15 in which H is plasma sprayed with the working gas 45 containing hydrogen are used, the anode 14 and the cathode in which AC is plasma sprayed with the working gas 45 not containing hydrogen. 15 is used. C is an output characteristic when only the anode 14 does not contain hydrogen and the cathode 15 contains hydrogen.
[0046]
As shown in FIG. 7, when the plasma spraying of the anode 14 and the cathode 15 is performed with the working gas 45 not containing hydrogen (AC), the output is the highest. When the plasma spraying of the anode 14 and the cathode 15 is performed with the working gas 45 containing hydrogen (H), the output is the lowest.
Thus, by performing thermal spraying so that the working gas 45 does not contain hydrogen, the output of the laser beam 21 can be increased.
[0047]
Next, a second embodiment will be described.
In FIG. 8, the block diagram of the thermal spraying apparatus 40 based on 2nd Embodiment is shown. In addition to an argon cylinder 46, an additive gas cylinder 47 is connected to the thermal spray chamber 41.
That is, in the second embodiment, an additive gas is added to the inert gas as the working gas 45.
[0048]
First, the case where oxygen is added as an additive gas will be described.
FIG. 9 shows the output characteristics of the laser beam 21 when oxygen is added to the laser gas. In FIG. 9, the horizontal axis represents the oxygen addition concentration (ppm), and the vertical axis represents the output energy of the laser beam 21. As shown in FIG. 9, when oxygen is mixed in the laser gas by about 5 to 50 ppm, the output energy of the laser beam 21 is increased. More desirably, about 5 to 30 ppm is mixed.
[0049]
By adding oxygen to the working gas 45 in addition to an inert gas such as argon during plasma spraying, the insulating surface layer 71 contains a small amount of oxygen. During the main discharge, this oxygen is liberated from the insulating surface layer 71 to the discharge space 37. As a result, the same effect as when oxygen is added to the laser gas is obtained, and the output of the laser beam 21 is increased.
The amount of oxygen added to the working gas 45 may be added so that the oxygen concentration in the discharge space 37 is substantially the same as when about 5 to 30 ppm of oxygen is mixed in the laser gas.
[0050]
Next, a case where xenon is added as an additive gas to the working gas 45 will be described.
FIG. 10 shows the output characteristics of the laser light 21 when xenon is added to the laser gas in the ArF excimer laser apparatus. In FIG. 10, the horizontal axis represents the xenon addition concentration (ppm), and the vertical axis represents the output energy of the laser beam 21. As shown in FIG. 10, when xenon is mixed in the laser gas by about 5 to 20 ppm, the output energy of the laser beam 21 is increased.
[0051]
That is, when manufacturing the main discharge electrodes 14 and 15 for the ArF excimer laser device, xenon is mixed into the working gas 45 in addition to an inert gas such as argon. The amount of xenon added to the working gas 45 may be added so that the xenon concentration in the discharge space 37 is substantially the same as when about 5 to 20 ppm of xenon is mixed in the laser gas.
[0052]
As a result, a small amount of xenon is contained in the insulating surface layer 71, and this xenon is released from the insulating surface layer 71 into the discharge space 37 during main discharge. As a result, an effect similar to that obtained by adding xenon to the laser gas is obtained, and the output of the laser light 21 of the ArF excimer laser device is increased.
However, the output of the laser light 21 is increased by xenon in this way only in the case of an ArF excimer laser device using argon, fluorine, and an inert gas such as neon or helium as the laser gas.
[0053]
In the above description, only the case where the surface layer is formed of an insulator has been described. However, the present invention is not limited to this, and the surface layer may be a metal surface layer formed of metal. This will be described in detail below.
That is, when the main discharge electrodes 14 and 15 are formed entirely of metal, the material of the main discharge electrodes 14 and 15 is preferably as high as possible. This is because the generation of impurities from the main discharge electrodes 14 and 15 is suppressed and the discharge becomes stable. However, if the main discharge electrodes 14 and 15 including the body portion 70 are entirely made of a metal having high purity, it becomes expensive and the manufacturing difficulty is high.
[0054]
Therefore, the main discharge electrodes 14 and 15 can be easily manufactured by forming only the surface of the main discharge electrode with a metal having the same kind as the body portion 70 and high purity. As a result, the main discharge is stabilized and impurities are not easily generated, so that a decrease in the output of the laser light 21 is reduced.
If the surface layer is made of the same kind of metal having a low internal hydrogen concentration, generation of HF can be prevented.
[0055]
In addition, the metal used for the body portion 70 has a higher hardness, a higher melting point, and a higher resistance to halogen gas, satisfying at least one of the conditions, and the internal hydrogen concentration is high. You may comprise a surface layer with a low dissimilar metal. Thereby, the tolerance with respect to the main discharge of the main discharge electrodes 14 and 15 can be improved and the life can be extended. Further, since the hydrogen content is small, hydrogen is not liberated and HF is hardly generated.
[0056]
That is, as described in the first and second embodiments, an inert gas such as argon is used as the working gas 45, and metal is supplied in the same manner as the insulator 49 shown in FIG. Thermal spray. At this time, by removing hydrogen from the working gas 45, adding oxygen as an additive gas to the working gas 45, or adding xenon in the case of the main discharge electrodes 14 and 15 for the ArF excimer laser device, A decrease in the output of the laser beam 21 can be prevented.
[0057]
Next, a third embodiment will be described.
In FIG. 11, the block diagram of the electron beam irradiation apparatus 60 which concerns on 3rd Embodiment is shown. In FIG. 11, the electron beam irradiation device 60 includes an electron beam chamber 61 in which main discharge electrodes 14 and 15 are installed, and an electron beam nozzle 62 that irradiates an electron beam 63.
[0058]
At the time of manufacture, the inside of the electron beam chamber 61 is evacuated to a high vacuum by the vacuum pump 48, and a very small amount of atmospheric gas 65 is sent into the interior using the mass flow controller 64. The atmospheric gas 65 is mainly made of an inert gas such as argon, and prevents the generation of HF by preventing hydrogen from being contained in the same manner as described in the first embodiment.
[0059]
Further, only in the case of an ArF excimer laser device, the atmosphere gas 65 may contain either oxygen or xenon as an additive gas. In FIG. 11, it is drawn so as to include the additive gas.
Note that the pressure of the atmospheric gas 65 needs to be set to a level that does not hinder the progress of the electron beam 63.
[0060]
Main discharge electrodes 14 and 15 are installed inside the electron beam chamber 61. A plurality of small holes 74 having a depth of about 0.005 mm to 1.5 mm are provided on the surface of the body portion 70 of the main discharge electrodes 14, 15. A high metal 73 is embedded. Alternatively, the metal 73 is different from the body portion 70, satisfies at least one of the conditions that the hardness is high, the melting point is high, and the corrosion resistance against the halogen gas is high, and the internal hydrogen concentration The surface layer may be composed of a dissimilar metal having a low value.
When the surface of the main discharge electrode is irradiated with the electron beam 63, the surface is heated locally, and the embedded metal 73 and the surface of the body part 70 are melted and mixed.
[0061]
When the main discharge electrodes 14 and 15 are cooled, a metal surface layer 72 is formed on the surface layer of the body portion 70 as shown in FIG. At this time, since the inside of the electron beam chamber 61 is filled with a small amount of the atmospheric gas 65 as described above, the atmospheric gas 65 is taken into the metal surface layer 72 during melting.
And when atmospheric gas 65 does not contain hydrogen, the production | generation of HF is prevented. When the atmosphere gas 65 contains an additive gas, the additive gas is released to the discharge space 37 during the main discharge, increasing the output of the laser beam 21 or stabilizing the main discharge.
[0062]
Alternatively, a metal 73 may be placed on the surface of the body part 70 and the electron beam 63 may be irradiated. As a result, the surface of the body portion 70 and the metal 73 are melted and mixed, and the metal surface layer 72 is formed.
[0063]
As described above, according to the third embodiment, the main discharge electrodes 14 and 15 are heated by the electron beam 63 to form the metal surface layer 72. Thereby, only the surface of the body part 70 is locally heated, so that it is difficult for thermal stress to remain in the body part 70.
[0064]
Further, when an electron gas 63 is irradiated, an inert gas such as argon is used as the atmosphere gas 65, and hydrogen is not included therein, thereby preventing generation of hydrogen from the main discharge electrodes 14 and 15, The output reduction of the laser beam 21 is prevented.
Further, by adding oxygen to the atmosphere gas 65, the output of the laser light 21 is increased. Further, in the main discharge electrodes 14 and 15 for the ArF excimer laser device, the output of the laser light 21 is increased by including xenon in the atmospheric gas 65.
[0065]
The description of each of the above embodiments can be applied only to the ArF excimer laser device with respect to the addition of xenon. Further, with respect to the addition of other gases and the manufacturing method using an inert gas not containing hydrogen, any excimer laser device, fluorine molecular laser device, or the like can be similarly applied.
Further, the example in which the front mirror 16 and the rear mirror 18 are provided as the resonator of the excimer laser device has been shown. However, for example, instead of the rear mirror 18, a narrow-band optical such as a grating that narrows the wavelength of the laser light 21. An element may be used.
In the above description, the main discharge electrodes 14 and 15 have been described in exactly the same manner, but a surface layer may be formed on only one side, or different types of surface layers may be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing a configuration of a general excimer laser device.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main discharge electrode according to the first embodiment as viewed from the longitudinal direction.
4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3;
FIG. 5 is a configuration diagram of a thermal spraying apparatus according to the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a thermal spray torch according to the first embodiment.
FIG. 7 is a graph showing comparison of output characteristics of laser light.
FIG. 8 is a configuration diagram of a thermal spraying apparatus according to a second embodiment.
FIG. 9 is a graph showing output characteristics of laser light when oxygen is added to the laser gas.
FIG. 10 is a graph showing output characteristics of laser light when xenon is added to the laser gas.
FIG. 11 is a configuration diagram of an electron beam irradiation apparatus according to a third embodiment.
FIG. 12 is an enlarged view of a main discharge electrode.
[Explanation of symbols]
11: excimer laser device, 12: laser chamber, 13: heat exchanger, 14: main discharge electrode (anode), 15: main discharge electrode (cathode), 16: front mirror, 17: front window, 18: rear mirror, 19 : Rear window, 21: laser light, 23: high-voltage power supply, 24: cross-flow fan, 35: opening, 37: discharge space, 38: preionization, 40: spraying device, 41: spraying chamber, 42: spraying torch, 43 : Cathode, 44: spray nozzle, 45: working gas, 46: argon cylinder, 47: additive gas cylinder, 48: vacuum pump, 49: insulator, 50: anode holder, 51: cathode holder, 52: jet jet, 60: Electron beam irradiation device, 61: electron beam chamber, 62: electron beam nozzle, 63: electron beam, 64: mass flow controller La, 65: atmospheric gas, 70: body portion, 71: insulating surface layer, 72: metal surface layer, 73: metal, 74: Small holes.

Claims (6)

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。
In the method of manufacturing a main discharge electrode for a laser device in which a film (71, 72) is formed on at least a part of the surface,
The method of manufacturing a main discharge electrode for a laser device, wherein the films (71, 72) are formed without adding hydrogen.
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。
In the main discharge electrode for a laser device in which a film (71, 72) is formed on at least a part of the surface,
A main discharge electrode for a laser device, wherein hydrogen is not added to the films (71, 72).
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。
2. The method of manufacturing a main discharge electrode for a laser device according to claim 1, wherein the film (71, 72) is formed by thermal spraying or electron beam irradiation.
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。
The main discharge electrode for a laser device according to claim 2, wherein the film (71, 72) is formed by thermal spraying or electron beam irradiation.
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。The method of manufacturing a main discharge electrode for a laser device according to claim 1, wherein the film (71, 72) is formed by adding at least one of xenon and oxygen. Method. 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。
The main discharge electrode for a laser device according to claim 2, wherein the film (71, 72) is formed by adding at least one of xenon and oxygen.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022137374A1 (en) * 2020-12-23 2022-06-30 ギガフォトン株式会社 Electric discharge electrode, anode production method, and electronic device production method
JP2022533528A (en) * 2019-05-10 2022-07-25 サイマー リミテッド ライアビリティ カンパニー Long life laser chamber electrode
WO2023218548A1 (en) * 2022-05-11 2023-11-16 ギガフォトン株式会社 Discharge electrode, method for producing anode, and method for producing electronic device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022533528A (en) * 2019-05-10 2022-07-25 サイマー リミテッド ライアビリティ カンパニー Long life laser chamber electrode
JP7369205B2 (en) 2019-05-10 2023-10-25 サイマー リミテッド ライアビリティ カンパニー Long life laser chamber electrode
WO2022137374A1 (en) * 2020-12-23 2022-06-30 ギガフォトン株式会社 Electric discharge electrode, anode production method, and electronic device production method
JP7547508B2 (en) 2020-12-23 2024-09-09 ギガフォトン株式会社 Discharge electrode, anode manufacturing method, and electronic device manufacturing method
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