JPH06152012A - Electrode material for excimer laser - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide a long-life material for electrodes of an excimer laser system, by coating a highly heat-conductive material with a high melting point metal to reduce material consumption in evaporation, and protect the electrode material from roughening on the surface. CONSTITUTION:A oxygen-free copper electrode 300mm in length and 40mm in width is coated with a corrosion-resistant high melting point metal (Ta) in an ion-plating method. Consequently, since the electrode is not coated unevenly with a halogenation passivation film, the evaporation of the material of the electrode does not take place. When laser oscillation is generated using the pair of electrodes having a space of 20mm, the roughness on the surface thereof can be restricted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザ用電極
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excimer laser electrode.

【０００２】[0002]

【従来の技術】一般にエキシマ・レーザは、短波長の紫
外域において高効率大出力のパルス発振が得られること
から、リソグラフィ、ＣＶＤ、エッチングなどの材料プ
ロセスをはじめ、同位元素分離などのエネルギー分野、
レーザー分光、光化学など様々な分野で期待されてい
る。2. Description of the Related Art In general, an excimer laser can obtain high-efficiency and high-power pulse oscillation in the ultraviolet region of a short wavelength.
It is expected in various fields such as laser spectroscopy and photochemistry.

【０００３】しかし、このようなエキシマレーザはパル
スレーザであるため、安定なグロー放電を発生させるこ
とが困難な上、高繰り返し数を要求されるため電極の損
傷が激しい。従って、その実用化のためには、安定なグ
ロー放電を発生させ、かつ電極の長寿命化を図って行く
必要がある。However, since such an excimer laser is a pulse laser, it is difficult to generate a stable glow discharge, and a high repetition rate is required, so that the electrodes are severely damaged. Therefore, in order to put it into practical use, it is necessary to generate stable glow discharge and extend the life of the electrode.

【０００４】従来のエキシマレーザでは、ハロゲン雰囲
気において比較的安定な不動態膜を生成するＮｉを電極
材料としたり、あるいはこれをＡｌ下地材にコーティン
グしたものを電極材料として用いている。In the conventional excimer laser, Ni which forms a passivation film which is relatively stable in a halogen atmosphere is used as an electrode material, or an Al underlayer coated with Ni is used as an electrode material.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなエキシマレーザ用電極材料では、Ｎｉを使用してい
るので融点はそれ程高くない。エキシマレーザは、均一
なグロー放電を極間に印加して気体を励起することによ
りレーザ光を発振しているが、この放電の繰返し数が大
きくなると局部的にアーク放電が形成される。このアー
ク放電により、融点がそれ程高くないＮｉが蒸発消耗し
てしまう。However, in such an excimer laser electrode material, since Ni is used, the melting point is not so high. The excimer laser oscillates a laser beam by applying a uniform glow discharge between the electrodes to excite a gas. When the number of repetitions of this discharge increases, an arc discharge is locally formed. Due to this arc discharge, Ni whose melting point is not so high is consumed by evaporation.

【０００６】また、このような電極材料は熱伝導率がそ
れ程大きくないので、前述したような放電の繰返し数が
大きくなると放電面の温度上昇が大きくなるため、電極
材料にはハロゲン化不動態膜が不均一に生成されてい
く。これらの影響を受け、電極表面を荒らしてしまう。
従って、放電の繰返し数が大きくなること、すなわちア
ーク放電への移行は、レーザ出力の低下をもたらすだけ
でなく、電極を損傷させてしまう。Further, since the thermal conductivity of such an electrode material is not so large, the temperature rise of the discharge surface becomes large when the number of discharge repetitions as described above becomes large. Are generated unevenly. Under these influences, the electrode surface is roughened.
Therefore, the increase in the number of discharge repetitions, that is, the shift to arc discharge not only causes a reduction in the laser output, but also damages the electrodes.

【０００７】一方、Ａｌ下地材にＮｉをコーティングし
た電極材料の場合、前述したＮｉ電極に比べれば下地材
のＡｌの熱伝導率分だけ放電面の温度上昇を小さくでき
るので、電極表面の荒れは防げるといえる。しかし、Ｎ
ｉのコーティング層を薄くすると、下地材のＡｌの融点
まで温度上昇してしまい、結果的に不動態膜が破壊され
る。従って、Ｎｉ電極の場合と同様の状態が考えられ、
十分な解決策とはいえない。本発明の目的は、電極表面
の荒れを防ぎ、長寿命なエキシマレーザ用電極材料を提
供することにある。On the other hand, in the case of an electrode material obtained by coating an Al underlayer with Ni, the temperature rise on the discharge surface can be reduced by the amount of the thermal conductivity of Al of the underlayer, so that the electrode surface will not be roughened. It can be said that it can be prevented. But N
If the coating layer of i is thinned, the temperature rises to the melting point of Al of the base material, resulting in destruction of the passivation film. Therefore, the same state as in the case of the Ni electrode is considered,
Not a sufficient solution. An object of the present invention is to provide an electrode material for an excimer laser, which prevents the electrode surface from being roughened and has a long life.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、熱伝導率が大きい高導電材料
に、高融点金属材料をコーティングしたので、電極材料
の蒸発消耗を低減し、放電面の温度上昇を低く抑えるこ
とができる。In order to achieve the above object, the present invention coats a high-conductivity material having a large thermal conductivity with a high-melting-point metal material to reduce the evaporation and consumption of the electrode material. The temperature rise on the discharge surface can be suppressed to a low level.

【０００９】[0009]

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below.

【００１０】本発明者等は、前述したような課題を解決
するためには、アーク放電へ移行する最低繰返し数を高
めればよく、このため電極材料を均一に消耗させ、電極
表面を平坦化すればよいという知見を見出した。エキシ
マレーザ用電極材料の消耗を検討するにあたっては、次
の点に着目する必要がある。 （１）グロー放電による電極材料のスパッタリング （２）アーク放電に伴う、蒸発消耗 （３）電極／雰囲気間の反応による電極のハロゲン化In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have to increase the minimum number of repetitions of transition to arc discharge, which causes uniform consumption of the electrode material and flattening of the electrode surface. We found the finding that it was good. In considering the consumption of the excimer laser electrode material, it is necessary to pay attention to the following points. (1) Sputtering of electrode material by glow discharge (2) Evaporative consumption due to arc discharge (3) Halogenation of electrode due to reaction between electrode / atmosphere

【００１１】このうち、（１）は他に比べて著しく小さ
いので、実際には（２）および（３）が問題となる。こ
のため、熱伝導率が大きい高導電材料、例えばＡｇ，Ｃ
ｕ，またはこの合金に、高融点材料、特にＴａ，Ｎｂ，
Ｗ，Ｍｏの少なくとも１種から成る材料をコーティング
すればよいことを、本発明者等が研究を進めていくなか
で発見したのである。Of these, (1) is significantly smaller than the others, so that (2) and (3) are actually problems. Therefore, a highly conductive material having a large thermal conductivity, such as Ag or C, is used.
u, or this alloy with a high melting point material, especially Ta, Nb,
The inventors of the present invention have found that it is only necessary to coat a material composed of at least one of W and Mo while conducting research.

【００１２】ここで、電極表面となる部分を高融点材料
でコーティングしているのは、これらの材料の蒸気圧が
低いためである。また、その下地材を高導電性材料とし
ているのは、電気伝導率のよいことが電極として必要で
あることの他、電極表面に加えられる放電による入熱を
高い熱伝導により奪うためである。次に、本実施例を具
体的に示す。Here, the reason that the electrode surface portion is coated with a high melting point material is that the vapor pressure of these materials is low. Further, the reason why the base material is made of a highly conductive material is that it is necessary for the electrode to have a high electric conductivity, and also the heat input due to the discharge applied to the electrode surface is taken away by the high heat conduction. Next, this example will be specifically described.

【００１３】電極の下地材には無酸素銅を用い、特定の
形状に加工しこれを表面仕上げしたものを用いた。各種
高融点金属をコーティングした電極は、イオンプレーテ
ィング法により作成した。コーティングは、電極取付面
以外の全ての部分に施した。電極形状は、長さ３００ｍ
ｍ、幅４０ｍｍである。このような一対の電極を、電極
間隔が２０ｍｍとなるようチャンバー内に対向して配置
した。チャンバー内のガスは、バッファ・ガスにＫｒ，
Ｆ2 を添加したものである。レーザー発振は５００ｐｐ
ｓで行った。Oxygen-free copper was used as the base material of the electrode, and it was processed into a specific shape and surface-finished. The electrodes coated with various refractory metals were prepared by the ion plating method. The coating was applied to all parts except the electrode mounting surface. The electrode shape is 300m long
m, width 40 mm. Such a pair of electrodes was arranged so as to face each other in the chamber so that the electrode interval was 20 mm. The gas in the chamber is Kr, which is the buffer gas.
F2 was added. Laser oscillation is 500pp
s.

【００１４】[0014]

【表１】 [Table 1]

【００１５】表１に、上記の構成により測定した本発明
の高融点材料をコーティングしたＣｕ電極材料の寿命特
性を示す。なお、これらと比較する目的で作成した純Ｎ
i 電極材料の特性を示す。表中の寿命特性値は、Ｎｉ比
較材の寿命を１とした場合の比率で表した。表に示した
如く本発明による衣料の寿命はＮｉ材の１００〜１００
０倍長く、いずれも良好な特性を示した。これは、高融
点のコーティング材が蒸発消耗を防止し電極材料表面の
荒れが軽減されたためである。Table 1 shows the life characteristics of the Cu electrode material coated with the high melting point material of the present invention measured by the above constitution. In addition, pure N created for the purpose of comparison with these
i shows the characteristics of the electrode material. The life characteristic values in the table are expressed as a ratio when the life of the Ni comparative material is 1. As shown in the table, the life of the garment according to the present invention is 100 to 100 of that of the Ni material.
It was 0 times longer, and all showed good characteristics. This is because the coating material having a high melting point prevents evaporation and consumption, and reduces the roughness of the electrode material surface.

【００１６】特に、高融点材料として耐食性の良いＴａ
をコーティングした場合、ハロゲン化不動態膜が不均一
に形成されることがないので、最も良好な特性を示す。
Ｎｂ等をコーティングした場合も、同様に理由で良好な
特性を示す。従って、レーザ出力を十分に得ることがで
き、長寿命化を実現できる。In particular, Ta having high corrosion resistance as a high melting point material
When coated with, the halogenated passivation film does not form unevenly, and thus exhibits the best characteristics.
Also when coated with Nb or the like, good characteristics are exhibited for the same reason. Therefore, a sufficient laser output can be obtained and a long life can be realized.

【００１７】なお、電極の下地材にコーティング材を被
覆する際に、溶射などのミクロンオーダー以上の被覆厚
が得られる他のＰＶＤ手法を用いても、本発明は適用可
能である。The present invention can also be applied by using other PVD methods such as thermal spraying which can obtain a coating thickness of the order of micron or more when coating the base material of the electrode with the coating material.

【００１８】[0018]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、熱伝導率
が大きい高導電性材料に高融点金属材料をコーティング
したので、電極材料の蒸発消耗を低減し、表面の荒れを
防ぎ、長寿命なエキシマレーザ用電極材料を得ることが
できる。As described above, according to the present invention, since the high-conductivity material having a large thermal conductivity is coated with the refractory metal material, the evaporation and consumption of the electrode material is reduced and the surface is prevented from being roughened. It is possible to obtain a long-life excimer laser electrode material.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 熱伝導率が大きい高導電性材料に、高融
点金属材料をコーティングしたことを特徴とするエキシ
マレーザ用電極材料。1. An excimer laser electrode material, characterized in that a high-conductivity material having a high thermal conductivity is coated with a refractory metal material. 【請求項２】 前記高融点金属材料は、Ｔａ，Ｎｂ，
Ｗ，Ｍｏの少なくとも１種から成ることを特徴とする請
求項１記載のエキシマレーザ用電極材料。2. The refractory metal material is Ta, Nb,
The excimer laser electrode material according to claim 1, wherein the electrode material comprises at least one of W and Mo.