JP2004120977A - 高電圧パルス発生装置及びこれを用いた放電励起ガスレーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁気アシスト(SR1)、スイッチ手段(SW)、昇圧トランス(Tr)、及びこれらを接続する1次側巻線(19)を有するパルス発生回路(24)と、コンデンサ及び磁気スイッチを有する磁気パルス圧縮回路(25)とを備えた高電圧パルス発生装置において1次側巻線(19)の磁気アシスト(SR1)及び昇圧トランス(Tr)のコア外を通る部位と、コア内を通る部位とを近づけることにより、1次側巻線(19)の経路を制限して1次側巻線(19)のなす回路ループの面積を小さくする経路設定部材を備えたことを、特徴とする高電圧パルス発生装置及びこれを用いた放電励起ガスレーザ装置。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電励起パルス発振ガスレーザ装置用の電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプに代って波長248nmのKrFエキシマレーザ装置が用いられている。また、現在は波長193nmのArFエキシマレーザ装置が使用され始めており、さらに、次世代の半導体露光用光源として、波長157nmのフッ素分子レーザ装置等の紫外線を放出するガスレーザ装置が有力である。
【0003】
これらの露光用ガスレーザ装置においては、レーザ媒質であるレーザガスが数百kPaで封入されたレーザチャンバの内部に所定距離離間して対向した一対の主放電電極が設置される。そして高電圧パルス発生装置を用いて主放電電極に高電圧パルスを印加してパルス放電を発生させることによってレーザガスを励起し、レーザ光を発振させる。ガスレーザ装置では上記した放電動作が繰り返し行なわれ、所定の発振周波数でのパルスレーザ発振が行われる。
【0004】
露光用ガスレーザ装置においては、スループットの増大や、露光量の安定化のため、高繰り返し発振(例えば、KrFエキシマレーザ装置やArFエキシマレーザ装置においては発振周波数4kHz以上、フッ素分子レーザ装置においては発振周波数2kHz以上)が要求される。
高繰り返し発振を実現するには、主放電電極に印加する高電圧パルスは立上りが速く、また短パルスであることが望ましい。
【0005】
図1は、特許文献1に示すような露光用ガスレーザ装置において、レーザ媒質であるレーザガスを励起するためにレーザガスが封入されたレーザチャンバ内で主放電を発生させるための、高電圧パルス発生装置の一例を示している。図1において、高電圧パルス発生装置は、高電圧パルスを発生させるパルス発生回路24と、発生したパルスを圧縮するパルス圧縮回路25とを備えている。
【0006】
パルス発生回路24及びパルス圧縮回路25は、可飽和リアクトルからなる3個の磁気スイッチSR1,SR2,SR3と、主コンデンサC0,第1コンデンサC1,第2コンデンサC2,ピーキングコンデンサCPと、昇圧トランスTrと、固体スイッチSWとを備えている。図1において、GNDが接地側、HVが高圧側である。
【0007】
磁気スイッチSR1,SR2,SR3、コンデンサC1,C2、及び昇圧トランスTrは、絶縁ならびに冷却のために、絶縁性冷媒である絶縁オイルを充填したオイルタンク11の内部に設置されている。
また露光用ガスレーザ装置は、レーザガスを封入したレーザチャンバ12を備えている。レーザチャンバ12の内部には、主放電電極14,15、予備電離電極21、及び予備電離コンデンサCcが設置されている。
【0008】
固体スイッチSWは、例えばIGBT等の半導体スイッチング素子からなり、図示しないゲート回路からの信号に基づき、急激に短絡する。
また磁気スイッチSR1,SR2,SR3は、例えば可飽和リアクトルからなり、それらの両端に印加された電圧と電圧の印加時間との積(電圧の時間積分値)が、各磁気スイッチの特性で決まる所定の値になると飽和して、急激に低インピーダンスとなる。尚、磁気スイッチSR1は固体スイッチSWにおけるスイッチングロスを低減させるために用いられるものであり、磁気アシストとも呼ばれる。
【0009】
まず、パルス発生回路24について説明する。
パルス発生回路24は、主コンデンサC0、磁気アシストSR1、昇圧トランスTr1の1次側、及び固体スイッチSWを備えている。
高圧電源CHGから、所定の高電圧が主コンデンサC0に印加され、主コンデンサC0が充電される。このとき、固体スイッチSWは、オフ(絶縁)状態になっている。
【0010】
主コンデンサC0の充電が完了し、固体スイッチSWを図示しないコントローラからオン(短絡)状態にすると、固体スイッチSW両端にかかっていた電圧VC0が、磁気アシストSR1の両端にかかる。上述したように、磁気アシストSR1の両端にかかる電圧VC0の時間積分値が、磁気アシストSR1の特性で定められた所定値に達すると、磁気アシストSR1は飽和して低インピーダンスとなる。
【0011】
これにより、主コンデンサC0、磁気アシストSR1、昇圧トランスTrの1次側、及び固体スイッチSWからなるループに、1次側巻線19を通って、電流i1が流れる。そして、昇圧トランスTrに発生した磁束によって、その2次側に電流が誘導され、昇圧トランスTrの2次側及び第1コンデンサC1からなる第1のループに電流i2が流れて、第1コンデンサC1が電圧VC1で充電される。
【0012】
このとき、昇圧トランスTrの1次側巻線対2次側巻線の巻数(ターン数)比に応じて、電圧が昇圧される。一例として、1次側対2次側の巻数比は1対8になっており、高圧電源CHGから3.8kVの電圧VC0が主コンデンサC0に印加されると、第1コンデンサC1には、そのほぼ8倍の約30kVの高電圧VC1が充電されることになる。
【0013】
次に、パルス圧縮回路25について説明する。
第1コンデンサC1に充電された高電圧VC1の時間積分値が、磁気スイッチSR2の特性で決まる所定の値に達すると、磁気スイッチSR2が飽和して低インピーダンスとなる。その結果、第1コンデンサC1、磁気スイッチSR2、及び第2コンデンサC2からなる第2のループに図示しない電流が流れ、第1コンデンサC1に蓄えられていた電荷が、第2コンデンサC2に移行する。
【0014】
このとき、第2のループは、第1のループよりもインダクタンスが小さくなるように構成されている。これによってパルスの圧縮が行なわれ、第2のループを流れる電流は、第1のループを流れる電流i2よりもパルス幅が小さく、尖頭値が大きなパルス電流となっている。
【0015】
第2コンデンサC2に電荷が蓄えられ、磁気スイッチSR3の両端部に印加された電圧VC2の時間積分値が磁気スイッチSR3の特性で決まる所定値になると、磁気スイッチSR3が飽和して低インピーダンスとなる。
これにより、第2コンデンサC2、磁気スイッチSR3、及びピーキングコンデンサCpからなる第3のループに図示しない電流が流れ、第2コンデンサC2に蓄えられていた電荷が、ピーキングコンデンサCpに移行する。
【0016】
予備電離電極21は、棒状の金属からなる第1予備電離電極17と、その周囲を取り囲む誘電体チューブ16と、誘電体チューブ16に接触した金属製の第2予備電離電極18とを備えている。第1予備電離電極17は高圧HV2側に、第2予備電離電極18は接地GND2側に、それぞれ接続されている。
【0017】
ピーキングコンデンサCpの充電が進むにつれて、第1予備電離電極17と第2予備電離電極18との間の電位差が増大し、所定の電位差になると、誘電体チューブ16表面に、コロナ放電が発生する。このコロナ放電によって誘電体チューブ16の表面に紫外線が発生し、これにより、主放電電極14,15間のレーザガスが電離され、予備電離が起きる。
【0018】
ピーキングコンデンサCpの充電がさらに進んで、ピーキングコンデンサCpの電圧VCpがブレークダウン電圧に達すると、主放電電極14,15間のレーザガスに絶縁破壊が生じて、放電空間で主放電が開始される。これにより、レーザガスが励起され、レーザ光が発生する。
主放電によって、ピーキングコンデンサCpの電圧は急激に低下する。
【0019】
このような放電動作が、固体スイッチSWのスイッチング動作によって繰り返されることにより、所定の発振周波数で、パルスレーザ発振が行なわれる。
尚、上記のパルス圧縮回路25は、磁気スイッチを用いていることから、磁気パルス圧縮回路25とも呼ばれる。
【0020】
【特許文献1】
特開2001−217492号公報(第3図)
【0021】
【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。
図15に、上記のような高電圧パルス発生装置における、磁気アシストSR1、昇圧トランスTr1、及び1次側巻線19の配置図を示す。上述したパルス発生回路24の磁気アシストSR1及び昇圧トランスTr1、並びに、パルス圧縮回路25の磁気スイッチSR2,SR3、第1コンデンサC1、及び第2コンデンサC2は、動作時の発熱量が大きいために冷却する必要がある。通常これらは、冷却のために、絶縁オイル等の絶縁性冷媒が満たされた、オイルタンク11の内部に設置される。
即ち、図15に示すように、磁気アシストSR1及び昇圧トランスTrは、オイルタンク11の内部に設置されている。37及び38は、電流をオイルタンク11の内部に導入する、第1及び第2の電流導入端子である。
【0022】
1次側巻線19は、オイルタンク11の内部で、磁気アシストSR1をターンする磁気アシスト側巻線27と、昇圧トランスTrをターンするトランス側巻線26とに分かれている。磁気アシスト側巻線27の一端部27A及びトランス側巻線26の一端部26Aは、それぞれ第1及び第2の電流導入端子に接続されている。また、磁気アシスト側巻線27の他端部27Bとトランス側巻線26の他端部26Bとは、接続板23にネジ止めすることによって互いに接続されている。このように、1次側巻線19を分割することより、組み立て効率の向上が図られている。
【0023】
ところが、1次側巻線19を分割することより、1次側巻線19が囲む領域28の面積(図15におけるハッチング領域)が大きくなってしまう。その結果、上述したパルス発生回路24のインダクタンスが大きくなり、パルス発生回路24で発生する電圧パルスのパルス幅を狭くすることが困難になるという問題がある。
【0024】
上述したように露光用ガスレーザ装置(KrFレーザ装置、ArFレーザ装置、フッ素分子レーザ装置)は、高繰り返し発振が求められている。また、KrFレーザ装置、ArFレーザ装置、フッ素分子レーザ装置と放出するレーザ光の波長が短くなるにつれ、放電空間に投入するエネルギーも大きくなる。
【0025】
一方、高繰り返し化の要請に応えるためには、ピーキングコンデンサCpへのエネルギー移行時間(図1における磁気パルス圧縮回路25の最終段のコンデンサC2からピーキングコンデンサCpへの電荷の移行時間)を短くする必要がある。
ピーキングコンデンサCpへの充電時間が短くない場合、すなわち、主放電電極14,15へ印加される電圧パルスの立上りが早くない場合、放電開始電圧Vbが小さいうちに主放電電極14,15間で放電が発生するのでレーザ出力が小さくなる。特に波長の短いレーザ光を放出するガスレーザ装置ほど、放電空間に大きなエネルギーを投入しなければならないので、影響は大きい。
【0026】
また、ピーキングコンデンサCpに移行しきれない余剰電流が、磁気パルス圧縮回路25の最終段のコンデンサ(図1ではコンデンサC2)から放電空間へ流れ込むが、この余剰電流はレーザ発振に寄与しない。よって、放電パルスの後半部で、電界集中等により放電が不均一となって、次回のパルス放電に悪影響を及ぼすことがある。
特に、発振周波数が高くなると、パルス間隔が短くなるので、前回のパルス放電の影響を受ける可能性が高くなる。よって、上記履歴の影響を受けないようにするには、ピーキングコンデンサCpへの充電時間をできるだけ短くする必要がある。
【0027】
上記の例のように、パルス発生回路24で発生させるパルスのパルス幅を短くできない場合、磁気パルス圧縮回路25の圧縮比を大きくしなければならない。圧縮比を増大させるには、2つの方法がある。一つは、磁気パルス圧縮回路25の段数は増大させず(例えば、2段)、各段での圧縮比を増大させる方法である。すなわち、各磁気スイッチを構成する可飽和リアクトルのコアへの巻き数を減らして、コアの断面積を大きくする。もう一つは、磁気パルス圧縮回路25の各段の圧縮比はそのままかあまり増大させず、段数を増やす方法である。
【0028】
前者の方法では、可飽和リアクトルのコアの断面積が増大するので、磁気パルス圧縮回路25が大型化する。一方、後者の方法では、各段の圧縮比は増大しないので各段個別には大型化しないが、段数が増える分、磁気スイッチとコンデンサのセットの数が増大するので、結局、磁気パルス圧縮回路25が大型化する。いずれにしても磁気パルス圧縮回路25が大型化することにより、メンテナンスも大掛かりなものとなり、また、磁気パルス圧縮回路25そのものの材料コストが増加する。
【0029】
従って、パルス発生回路24のインダクタンスを少しでも小さくすることが、求められている。
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、高効率に高電圧短パルスを負荷に印加可能な高電圧パルス発生装置、及びそれを用いた放電励起ガスレーザ装置を提供することを目的としている。
【0030】
【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、本発明は、
磁気アシスト、スイッチ手段、昇圧トランス、及びこれらを接続する1次側巻線を有するパルス発生回路と、
コンデンサ及び磁気スイッチを有する磁気パルス圧縮回路とを備えた高電圧パルス発生装置において、
前記1次側巻線の経路を制限することによって1次側巻線のなす回路ループの面積を小さくする経路設定部材を備えている。
これにより、1次側巻線のなす回路ループのインダクタンスが小さくなるので、パルス発生回路で発生する電圧パルスのパルス幅を狭くすることが可能となり、磁気パルス圧縮回路の圧縮比を小さくできる。よって、磁気パルス圧縮回路を小型化することが可能となり、圧縮効率も上昇する。また、磁気パルス圧縮回路そのものの材料コストも低減できる。
【0031】
また本発明によれば、
前記経路設定部材が、1次側巻線の磁気アシスト及び昇圧トランスのコア外を通る部位と、コア内を通る部位とを近づける部材である。
これにより、1次側巻線同士が近接するので、1次側巻線の作るループが小さくなる。
【0032】
また本発明によれば、
前記磁気アシストのコアと昇圧トランスのコアとがその中心軸を略平行に配置され、
前記経路設定部材が、磁気アシストのコアと昇圧トランスのコアとの間に配置された絶縁部材である。
絶縁部材によって1次側巻線同士を近接させるので、この絶縁部材がパルス発生回路に影響を及ぼすことが少ない。
【0033】
また本発明によれば、
前記絶縁部材が略中心に孔を有する筒形状であり、
磁気アシスト及び昇圧トランスのコア外を通る1次側巻線とコア内を通る1次側巻線とが、ともに筒の孔内を通過するようにしている。
これにより、1次側巻線を容易にまとめることができ、1次側巻線の作るループが小さくなる。
【0034】
また本発明によれば、
前記絶縁部材が柱形状であり、
磁気アシスト及び昇圧トランスのコア外を通る1次側巻線とコア内を通る1次側巻線とが、ともに絶縁部材の表面を這うようにしている。
これにより、1次側巻線を絶縁部材から取り外すことが容易であり、メンテナンスが簡単になる。
【0035】
また本発明によれば、
前記1次側巻線が、磁気アシストのコア内を通る磁気アシスト側巻線と、昇圧トランスのコア内を通るトランス側巻線とからなり、
経路設定部材が、磁気アシスト側巻線とトランス側巻線とを、磁気アシストと昇圧トランスとの間で接続する巻線接続部材である。
これにより、磁気アシスト側巻線とトランス側巻線とを簡単に組み付けでき、組み立て効率が向上する。
【0036】
また本発明によれば、
前記磁気アシストのコアと昇圧トランスのコアとがその中心軸を略平行に配置され、
前記巻線接続部材は、磁気アシスト側巻線とトランス側巻線とを各コアの中心軸方向と略直角となるように折り曲げ、各巻線の端部に設けられた接続部が近接して対向するように保持する巻線接続部材である。
これにより、1次側巻線の作るループが、非常に小さくなる。
【0037】
また本発明によれば、
前記巻線接続部材は、内部に空間及びこの空間と連通する貫通孔を有する箱形構造であり、
各巻線が上記貫通孔を経由して、前記巻線接続部材の空間に接する面に接続されている。
これにより、1次側巻線の作るループが、非常に小さくなる。
【0038】
また本発明によれば、
前記巻線接続部材が2分割可能な構造であり、
分割された各部材がそれぞれ磁気アシストのコアと昇圧トランスのコアとに固定されている。
これにより、巻線接続部材が、所定箇所に固定され、位置決めが容易になる。
【0039】
また本発明によれば、
放電励起ガスレーザ装置において、
レーザガスが密封されたレーザチャンバと、
レーザチャンバ内部に対向して配置された主放電電極とを備え、
上記の高電圧パルス発生装置から発生した高電圧パルスによって主放電電極間に主放電を発生させ、レーザガスを励起してレーザ光を発生させている。
これにより、立上りの速い、狭いパルス幅の電流で主放電を起こすことができるので、大量のエネルギーを主放電電極間に注入することができ、レーザ光の発振効率が向上する。また、安定な高繰り返し発振動作が可能となる。
【0040】
また本発明によれば、
前記放電励起ガスレーザ装置がエキシマレーザ装置又はフッ素分子レーザ装置のいずれかである。
本発明を、エキシマレーザ装置又はフッ素分子レーザ装置に応用することにより、発振周波数が増大するので、これらのレーザ装置を半導体露光用の光源として用いることにより、半導体製造の効率が向上する。
【0041】
また本発明によれば、
前記放電励起ガスレーザ装置がフッ素分子レーザ装置であり、
発振周波数が2kHz以上である。
フッ素分子レーザ装置においては、半導体露光用の光源として2kHz以上の発振周波数を得ることが求められており、そのためには本発明を応用して、立上りの速い、狭いパルス幅の電流で主放電を起こす必要がある。
【0042】
また本発明によれば、
前記放電励起ガスレーザ装置がエキシマレーザ装置であり、
発振周波数が4kHz以上である。
エキシマレーザ装置においては、半導体露光用の光源として4kHz以上の発振周波数を得ることが求められており、そのためには本発明を応用して、立上りの速い、狭いパルス幅の電流で主放電を起こす必要がある。
【0043】
【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。
高電圧パルス発生装置の回路図は、図1に示したものと同様である。
図2は、第1実施形態に係る高電圧パルス発生装置の斜視図、図3は高電圧パルス発生装置を図2の矢印C方向から見た正面図、図4は高電圧パルス発生装置を図2の矢印D方向から見た側面図を、それぞれ示している。
【0044】
図3、図4に示すように、高電圧パルス発生装置は、レーザガスを封入したレーザチャンバ12の内部に、上下方向に対向して配置された主放電電極14,15を備えている。
主放電電極14,15のうち、上側のカソード15の側面には、長手方向に沿って、複数のピーキングコンデンサCpが配置されている。
【0045】
図5にピーキングコンデンサCpの斜視図を示す。ピーキングコンデンサCpはセラミックコンデンサであり、円筒形状の両端部に、それぞれ金属製のコンデンサ電極30,30を備えている。コンデンサ電極30には、ネジ山が切られた取付穴31が設けられ、ボルトをねじ込んで巻線を固定することができる。尚、コンデンサC1,C2の形状も、ほぼ同様である。
ピーキングコンデンサCpは、両側コンデンサ電極30,30を結んだ方向が、主放電電極14,15を含む平面と略垂直になるように固定されている。そして、一側コンデンサ電極30は、主放電電極14,15に接続され、他側コンデンサ電極30は、レーザチャンバ12に接地されている。
【0046】
レーザチャンバ12の上部には開口部32が設けられ、絶縁板33で封止されている。カソード15の上部には、金属製の電流導入部材34が突出し、絶縁板33を貫通して、レーザチャンバ12の上部に設置されたオイルタンク11の内部に突出している。電流導入部材34と絶縁板33及びオイルタンク11との間は、それぞれ図示しないOリングによって封止されている。
【0047】
オイルタンク11内部の最下段には、細長いループ状のコアを備えた、最終段磁気スイッチSR3が設置されている。図2においては、ループの形状として、平行な直線の両端部同士を曲線で接続した、例えば陸上競技のトラックのような長穴形状を例示したが、これらに限られるものではない。例えば、楕円(長円)形状や、或いは長方形の四隅に曲率を設けた(R面取りを施した)形状など、細長いループ状であればよい。
尚、以下の説明においては、コアの端面47に平行な平面をコアのループ面、コアの側面48に平行な方向を、コアの軸方向と呼ぶ。
【0048】
最終段磁気スイッチSR3は、コアのループ面が主放電電極14,15の対向方向と垂直な水平面内にあるように、かつ、ループ面の長軸が主放電電極14,15の長手方向と一致するように設置されている。
最終段磁気スイッチSR3の上方には、それぞれ略円形のコアを有する磁気アシストSR1と、昇圧トランスTrと、磁気スイッチSR2とが、コアの軸方向を主放電電極14,15の長手方向と略一致させ、かつそれぞれのコアの中心軸を略一致させて配置されている。
【0049】
尚、本実施形態においては、冷却のために、昇圧トランスTrはコアを軸方向に3分割し、磁気スイッチSR1は2分割して構成されている。これは、コアの放熱が両側端面47,47のみから行なわれることから、端面47の数を増やして、コア内部に熱がこもらないようにしているものである。但し、分割数は、これに限られるものではなく、また、分割しない場合もある。
【0050】
最終段磁気スイッチSR3の両側方には、複数の第2コンデンサC21〜C2mが、主放電電極14,15の長手方向に沿って、両側コンデンサ電極30,30を結ぶ方向が略鉛直となるように配設されている。このとき、第2コンデンサC2の数と、ピーキングコンデンサCpの数とを一致させることは、必須ではないが好適である。これにより、「第2コンデンサC2−最終段磁気スイッチSR3−ピーキングコンデンサCp」の距離を最小にし、浮遊インダクタンスを低減させられる。さらには、第2コンデンサC2の位置を、対応するピーキングコンデンサCpの位置になるべく近づけるようにすると、なおよい。
第2コンデンサC2の上方には、第2コンデンサC2と略同数の第1コンデンサC1が、主放電電極14,15の長手方向に沿って両側コンデンサ電極30,30を結ぶ方向が略鉛直となるように配設されている。
【0051】
オイルタンク11の内部には、絶縁性のオイルが充満している。オイルタンク11内部のコアの上方には、絶縁オイルを冷却する熱交換器39が設置されており、熱交換器39の内部には、外部から冷却水が導入されている。
図4に示すように、オイルタンク11内部の下部の、最終段磁気スイッチSR3の手前側側方には、オイルタンク11と長手方向を一致させて、クロスフローファン41が設置されている(図2、図3には図示せず)。クロスフローファン41は、例えば図示しない磁気カップリング等を介して、オイルタンク11の外部に設置された図示しないモータによって駆動され、絶縁オイルをオイルタンク11の内部で循環させる(矢印40)。クロスフローファン41の長手方向の寸法は、オイルタンク11の長手方向の寸法に、なるべく近くなるようになっている。
【0052】
これにより、絶縁オイルはコアで発生した熱を奪い、熱交換器39で冷却されてクロスフローファン41に戻る。このとき絶縁オイルの流れは、コアの端面47,47間を、コアの端面47に平行に通過する。コアは、上述したように、その両側端面47,47から大半の熱を放熱するので、絶縁オイルにコアの端面47,47間を通過させることにより、効率的に熱を奪うことができ、好適な冷却が可能となっている。
【0053】
以下、電気的な接続について説明する。レーザチャンバ12及びオイルタンク11は接地されており、カソード15に対向するアノード14も、レーザチャンバ12を介して接地されている。
第2コンデンサC2の下側のコンデンサ電極30は、例えば銅製の第2接地プレート36によって、それぞれオイルタンク11に接地されている。また、第2コンデンサC2の上側のコンデンサ電極30に接続された第2巻線43は、最終段磁気スイッチSR3を所定巻数だけターンして、電流導入部材34に接続されている。
【0054】
第1コンデンサC1の下側コンデンサ電極30は、例えば銅製の第1接地プレート35によって、それぞれオイルタンク11に接地されている。尚、図3においては、説明のために銅プレートが図中左右に折り曲げられているように描画されているが、実際には、図4に示すように、第2コンデンサC2の外側に折り曲げられている。
【0055】
また、第1コンデンサC1の上側コンデンサ電極30は、水平方向に渡された銅製のプレート状電極29によって、互いに短絡されている。プレート状電極29には、例えば図示しない孔が設けられ、ボルトとナットを用いて、第1巻線42が接続自在となっている。第1巻線42は、磁気スイッチSR2を所定巻数だけターンして、第2コンデンサC2の上側コンデンサ電極30に接続される。
また、前記プレート状電極29には、2次側巻線20も接続され、昇圧トランスTrを所定巻数だけターンして、GNDに接地されている。
【0056】
第1電流導入端子37は、オイルタンク11を貫通して、外部に突出している。第1電流導入端子37のオイルタンク11の外側部側には、主コンデンサC0(図3〜図4では図示せず)と、高圧電源CHGの高圧側HVとが接続されている。
また、第2電流導入端子38は、オイルタンク11の外壁を貫通して外部に突出し、第2電流導入端子38のオイルタンク11の外側部側が固体スイッチSWの一側に接続されている。
【0057】
図6に、オイルタンク11内部のパルス発生回路24の説明図を示す。図6に示すように、オイルタンク11の外壁には、第2電流導入端子38がオイルを封止した状態で貫通し、その上下に第1電流導入端子37,37がそれぞれ貫通している。
そして、第1電流導入端子37,37のオイルタンク11の内側部には、トランス側巻線26,26の一端部26A,26Aが、接続されている。トランス側巻線26,26は、磁気アシストSR1及び昇圧トランスTrの外側を通って、昇圧トランスTrを所定回数だけターンする。そして、その他端部26Bが、巻線接続部材22の一側に接続されている。
また、第2電流導入端子38のオイルタンク11内側部には、磁気アシスト側巻線27,27の一端部27A,27Aが接続されている。磁気アシスト側巻線27,27は、磁気アシストSR1を所定回数だけターンして、前記巻線接続部材22の他側に接続されている。
【0058】
図7に、巻線接続部材22の詳細図を示す。図7に示すように、巻線接続部材22は、コの字型をした、一対の平板部材44,44と、平板部材44,44の例えば上下を互いに接続するブリッジ49とを備えている。平板部材44の略中央には貫通孔45が設けられ、貫通孔45の周囲には、ネジ孔46が設けられている。
磁気アシスト側巻線27,27の他端部27Bは、図7中左側から貫通孔45を通って平板部材44,44間に入り、他端部27Bに固定された圧着端子が、図示しないネジによってネジ孔46に固定される。また、トランス側巻線26,26の他端部26Bは、図6中右側から、貫通孔45を通って平板部材44,44間に入り、圧着端子をネジ孔46に固定される。
【0059】
その結果、トランス側巻線26、磁気アシスト側巻線27、及び巻線接続部材22の囲む領域(以下、この領域を1次側巻線の回路ループと呼ぶ)は、図6におけるハッチングを施した領域28となる。これを、図15のハッチングを施した領域28と比較すると、磁気アシストSR1と昇圧トランスTrとの距離Lが短くなっている。また、磁気アシストSR1と昇圧トランスTrとの間において、トランス側巻線26と磁気アシスト側巻線27との距離が近づいている。その結果、1次側巻線の回路ループの面積が、図15のようにトランス側巻線26と磁気アシスト側巻線27とをストレートに接続した場合に比べ、明らかに小さくなっている。
【0060】
これにより、1次側巻線19の回路ループのインダクタンスが小さくなるので、パルス発生回路24で発生する電圧パルスのパルス幅を狭くすることが可能となり、磁気パルス圧縮回路25の圧縮比を小さくできる。
よって、磁気パルス圧縮回路25を小型化することが可能となり、圧縮効率も上昇する。また、磁気パルス圧縮回路25そのものの材料コストも低減できる。さらに、立上りの速い、狭いパルス幅の電流で主放電を起こすことができるので、大量のエネルギーを主放電電極14,15間に注入することができ、レーザ光の発振効率が向上する。また、安定な高繰り返し発振動作が可能となる。
【0061】
次に、図7に示した巻線接続部材22の、組み立てについて説明する。
図8、図9に、図7に示した巻線接続部材22のうち、平板部材44を、磁気アシストSR1及び昇圧トランスTrのコアと一体化したものを示す。図8は、一体化したコアと平板部材44との正面断面図であり、図9のB−B視断面図に相当する。また図9は、図8を、平板部材44側(矢印A参照)から見た側面図である。コアとしては、昇圧トランスTrを例に取って説明するが、磁気アシストSR1に関しても、ほぼ同様である。
【0062】
図8において、昇圧トランスTrのコアの四隅には、コロナリング50,50が接触している。コロナリング50とは、断面形状が円形の、Oリングと類似形状の金属部材であり、コアの四隅の電界集中を防ぐためのものである。コロナリング50には、複数の切り欠き部51が設けられ、切り欠き部51を、コアの側面48に設けられたボス52を貫通する固定ロッド53に当接させて、コロナリング50の位置がずれないようにしている。
コロナリング50は、プレスボード54によってコアの両端面から挟まれて、保持されている。プレスボード54は、プレスボード押さえ板55を介して、3本のロッド56及びナット58によって、締めつけ固定されている。プレスボード54の一部には、放熱のための開口部57が設けられている。
尚、磁気アシストSR1の場合、昇圧トランスTrと比べて印加される電圧が小さいため、コロナリング50が省略される場合もある。
【0063】
ロッド56には、ナット58によって取付板59がコアと略平行に固定されている。取付板59には、前記平板部材44がネジ止めされている。このような、コアと平板部材44とを一体化したものに、磁気アシスト側巻線27を所定の巻数だけ巻いて、その他端部27Bを平板部材44にネジ止めする。そして、両者を対向させて、ブリッジ49によって平板部材44,44間を固定することにより、簡単な手順で組み立てが可能となる。
【0064】
図10に、第1実施形態に係る巻線接続部材22の、他の構成例を示す。図10において巻線接続部材22は、T字型の平板部材44,44を組み合わせてボルトで固定したH型形状をしている。
1次側巻線19は、それぞれ巻線接続部材22の外側を這って、対向する部材間でネジ止めされる。これにより、1次側巻線19のなす回路ループは、図10におけるハッチングを施した領域28となる。図7に示した形態よりも、わずかに広くはなるが、従来技術に比較すると狭くなるので、インダクタンスが減少する。
【0065】
図11に、第1実施形態に係る巻線接続部材22の、他の構成例を示す。図11において巻線接続部材22は、円柱状の形状をしている。1次側巻線19は、それぞれ巻線接続部材22の両端面に固定される。
これにより、図11のハッチング領域28に示すように、1次側巻線19の回路ループの面積が小さくなり、インダクタンスが減少する。
或いは、1次側巻線19を巻線接続部材22の側面に固定するようにしてもよい。
【0066】
次に、第2実施形態について、説明する。
図12に第2実施形態に係るオイルタンク11内部のパルス発生回路24の説明図を示す。
図12において、磁気アシストSR1と昇圧トランスTrとの間には、コアに類似した円筒形状の絶縁部材60が配置されている。トランス側巻線26は、この絶縁部材60の孔61の中を通っている。また、1次側巻線19の他端部26B,27B同士は、絶縁部材60の孔61の中で、接続板23にネジ止めによって固定され、互いに電気的に接続されている。
【0067】
図12のハッチング領域28に示すように、トランス側巻線26及び磁気アシスト側巻線27を、絶縁部材60の孔61の中に通すことで、1次側巻線19の回路ループの面積が小さくなり、インダクタンスが減少する。従って、パルス発生回路24で発生する電圧パルスのパルス幅を狭くすることが可能となり、磁気パルス圧縮回路25の圧縮比を小さくできる。
【0068】
尚、絶縁部材60は、図12のように磁気アシストSR1や昇圧トランスTrと同じ大きさでなければならないというものではなく、トランス側巻線26を通すための孔があればよい。例えば、孔を有する薄い筒状でもよく、断面が円形に限られるわけでもない。
或いは、絶縁部材60は必ずしも必要というわけではなく、トランス側巻線26を1次側巻線19の接続部に近づければよいのであり、例えばトランス側巻線26を、絶縁性の結束材によって、巻線接続部材22近傍を通るように固定してもよい。
【0069】
図13に、第2実施形態に係るパルス発生回路24の他の構成例を示す。図13に示すように、磁気アシストSR1と昇圧トランスTrとの間には、例えば円筒形の絶縁部材60が配設されている。絶縁部材60の側面には、金属製の巻線接続部材22が設けられ、1次側巻線19の他端部26B,27B同士が接続されている。
このように、1次側巻線19の接続部を、トランス側巻線26に近づけることにより、やはり1次側巻線19の回路ループの面積を小さくしている。
【0070】
尚、上記の説明においては、1次側巻線19をトランス側巻線26と磁気アシスト側巻線27とに分け、巻線接続部材22で接続する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、1次側巻線19が連続した線である場合についても、本発明を適宜応用することにより、その回路ループの面積を小さくし、インダクタンスを小さくすることができる。
【0071】
また、高電圧パルス発生装置の回路として、まずパルス発生回路によって発生したパルスを昇圧トランスTrによって増幅し、磁気パルス圧縮回路25によって圧縮する場合について説明したが、これに限られるものではない。
例えば、図14に示すように、パルス圧縮回路25が前段にあって、パルスを圧縮してから、これを昇圧トランスTrによって増幅してもよい。このような場合においても、磁気スイッチSRの巻線と昇圧トランスTrの1次側巻線とが作る回路ループの面積を小さくすることにより、インダクタンスを小さくすることができるので、パルス圧縮回路25のコアが小さく、段数も少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る高電圧パルス発生装置の一例を示す回路図。
【図2】第1実施形態に係る高電圧パルス発生装置の斜視図。
【図3】第1実施形態に係る高電圧パルス発生装置の正面図。
【図4】第1実施形態に係る高電圧パルス発生装置の側面図。
【図5】ピーキングコンデンサの斜視図。
【図6】第1実施形態に係るパルス発生回路の説明図。
【図7】第1実施形態に係る巻線接続部材の詳細説明図。
【図8】一体化したコアと平板部材との正面断面図。
【図9】図8の平板部材側から見た側面図。
【図10】第1実施形態に係る巻線接続部材の他の構成例を示す説明図。
【図11】第1実施形態に係る巻線接続部材の他の構成例を示す説明図。
【図12】第2実施形態に係るパルス発生回路の説明図。
【図13】第2実施形態に係るパルス発生回路の他の構成例を示す説明図。
【図14】高電圧パルス発生装置の回路図の例を示す説明図。
【図15】従来技術に係る高電圧パルス発生装置の斜視図。
【符号の説明】
11:オイルタンク、12:レーザチャンバ、14:主放電電極(アノード)、15:主放電電極(カソード)、16:誘電体チューブ、17:第1予備電離電極、18:第2予備電離電極、19:1次側巻線、20:2次側巻線、21:予備電離電極、22:巻線接続部材、23:接続板、24:パルス発生回路、25:パルス圧縮回路、26:トランス側巻線、27:磁気アシスト側巻線、28:領域、29:プレート状電極、30:コンデンサ電極、31:取付穴、32:開口部、33:絶縁板、34:電流導入部材、35:第1接地プレート、36:第2接地プレート、37:第1電流導入端子、38:第2電流導入端子、39:熱交換器、40:オイル流、41:クロスフローファン、42:第1巻線、43:第2巻線、44:平板部材、45:貫通孔、46:ネジ孔、47:コア端面、48:コア側面、49:ブリッジ、50:コロナリング、51:切り欠き部、52:ボス、53:固定ロッド、54:プレスボード、55:プレスボード押さえ板、56:ロッド、57:開口部、58:ナット、59:取付板、60:絶縁部材、61:孔。
Claims (13)
- 磁気アシスト(SR1)、スイッチ手段(SW)、昇圧トランス(Tr)、及びこれらを接続する1次側巻線(19)を有するパルス発生回路(24)と、
コンデンサ及び磁気スイッチを有する磁気パルス圧縮回路(25)とを備えた高電圧パルス発生装置において、
前記1次側巻線(19)の経路を制限することによって1次側巻線(19)のなす回路ループの面積を小さくする経路設定部材を備えたことを、
特徴とする高電圧パルス発生装置。 - 請求項1に記載の高電圧パルス発生装置において、
前記経路設定部材が、1次側巻線(19)の磁気アシスト(SR1)及び昇圧トランス(Tr)のコア外を通る部位と、コア内を通る部位とを近づける部材であることを、
特徴とする高電圧パルス発生装置。 - 請求項2記載の高電圧パルス発生装置において、
前記磁気アシスト(SR1)のコアと昇圧トランス(Tr)のコアとがその中心軸を略平行に配置され、
前記経路設定部材が、磁気アシスト(SR1)のコアと昇圧トランス(Tr)のコアとの間に配置された絶縁部材(61)であることを、
特徴とする高電圧パルス発生装置。 - 請求項3記載の高電圧パルス発生装置において、
前記絶縁部材(61)が略中心に孔を有する筒形状であり、
磁気アシスト(SR1)及び昇圧トランス(Tr)のコア外を通る1次側巻線(19)とコア内を通る1次側巻線(19)とが、ともに筒の孔内を通過するようにしたことを、
特徴とする高電圧パルス発生装置。 - 請求項3記載の高電圧パルス発生装置において、
前記絶縁部材(61)が柱形状であり、
磁気アシスト(SR1)及び昇圧トランス(Tr)のコア外を通る1次側巻線(19)とコア内を通る1次側巻線(19)とが、ともに絶縁部材(61)の表面を這うようにしたことを、
特徴とする高電圧パルス発生装置。 - 請求項1又は2に記載の高電圧パルス発生装置において、
前記1次側巻線(19)が、磁気アシスト(SR1)のコア内を通る磁気アシスト側巻線(27)と、昇圧トランス(Tr)のコア内を通るトランス側巻線(26)とからなり、
経路設定部材が、磁気アシスト側巻線(27)とトランス側巻線(26)とを、磁気アシスト(SR1)と昇圧トランス(Tr)との間で接続する巻線接続部材(22)であることを、
特徴とする高電圧パルス発生装置。 - 請求項6に記載の高電圧パルス発生装置において、
前記磁気アシスト(SR1)のコアと昇圧トランス(Tr)のコアとがその中心軸を略平行に配置され、
前記巻線接続部材(22)は、磁気アシスト側巻線(27)とトランス側巻線(26)とを各コアの中心軸方向と略直角となるように折り曲げ、各巻線の端部に設けられた接続部が近接して対向するように保持する巻線接続部材(22)であることを、
特徴とする高電圧パルス発生装置。 - 請求項7に記載の高電圧パルス発生装置において、
前記巻線接続部材(22)は、内部に空間及びこの空間と連通する貫通孔(45)を有する箱形構造であり、
各巻線が上記貫通孔(45)を経由して、前記巻線接続部材(22)の空間に接する面に接続されたことを、
特徴とする高電圧パルス発生装置。 - 請求項8に記載の高電圧パルス発生装置において、
前記巻線接続部材(22)が2分割可能な構造であり、
分割された各部材がそれぞれ磁気アシスト(SR1)のコアと昇圧トランス(Tr)のコアとに固定されていることを、
特徴とする高電圧パルス発生装置。 - 放電励起ガスレーザ装置において、
レーザガスが密封されたレーザチャンバ(12)と、
レーザチャンバ(12)内部に対向して配置された主放電電極(14,15)とを備え、請求項1〜9のいずれかに記載の高電圧パルス発生装置から発生した高電圧パルスによって主放電電極(14,15)間に主放電を発生させ、レーザガスを励起してレーザ光を発生させることを、
特徴とする放電励起ガスレーザ装置。 - 請求項10記載の放電励起ガスレーザ装置において、
前記放電励起ガスレーザ装置がエキシマレーザ装置又はフッ素分子レーザ装置のいずれかであることを、
特徴とする放電励起ガスレーザ装置。 - 請求項11記載の放電励起ガスレーザ装置において、
前記放電励起ガスレーザ装置がフッ素分子レーザ装置であり、
発振周波数が2kHz以上であることを、
特徴とする放電励起ガスレーザ装置。 - 請求項11記載の放電励起ガスレーザ装置において、
前記放電励起ガスレーザ装置がエキシマレーザ装置であり、
発振周波数が4kHz以上であることを、
特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
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