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

Abstract

【課題】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。
【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

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。

Images