JP5133837B2 - Power supply for pulse laser - Google Patents
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Description
本発明は、発振段レーザと増幅段レーザを有するツインチャンバ(2ステージ方式)発振方式のパルスレーザ用電源装置に関し、特に、高繰り返し動作のために、チャンバ放電部を2分割して交互に放電させることにより発振繰り返し数を増加させる増幅段レーザを有するツインチャンバ(2ステージ方式)発振方式のパルスレーザ用電源装置に関するものである。 The present invention relates to a twin-chamber (two-stage system) pulsed laser power supply apparatus having an oscillation stage laser and an amplification stage laser, and in particular, discharges alternately by dividing the chamber discharge section into two parts for high repetition operation. The present invention relates to a twin-chamber (two-stage type) oscillation type pulse laser power supply device having an amplification stage laser that increases the number of oscillation repetitions.
半導体デバイスの高集積化の要求に対応するため、半導体露光装置用光源には、エキシマレーザ装置が用いられている。
近年、露光装置のスループット向上と回路パターンの超微細化のため、特許文献1や特許文献2で示されている、発振段用レーザ及び増幅段用レーザを備えたツインチャンバシステムで高出力化が計られている。
今後、半導体デバイスの高集積化が進んで32nmノードプロセスになると、露光装置は液浸技術による高NA(1.3〜1.5)化とダブルパターニング等の技術の導入に必要になる。この32nmノード以降対応露光装置の高スループット化のため、ArFエキシマレーザには、高繰返し周波数(6kHzを超える)かつ高出力(90Wを超える)が要求される可能性がある。
In order to meet the demand for higher integration of semiconductor devices, excimer laser devices are used as light sources for semiconductor exposure apparatuses.
In recent years, in order to improve the throughput of the exposure apparatus and make the circuit pattern ultra-fine, the twin chamber system including the oscillation stage laser and the amplification stage laser shown in Patent Document 1 and
In the future, as the integration of semiconductor devices progresses and the node process becomes 32 nm, the exposure apparatus will be required for high NA (1.3 to 1.5) by liquid immersion technology and introduction of technologies such as double patterning. In order to increase the throughput of the exposure apparatus compatible with the 32 nm node and beyond, the ArF excimer laser may be required to have a high repetition frequency (above 6 kHz) and a high output (over 90 W).
ツインチャンバシステムは、高出力化の要求に答えるため、高光品位(スペクトル性能など)、小出力のレーザ光をつくる発振段レーザと、そのレーザ光を増幅する増幅段レーザで構成されている。ツインチャンバシステムの形態としては、増幅段チャンバに共振器ミラーを設けないMOPA(Master Oscillator Power Amplifier)方式と共振器ミラーを設けるMOPO(Master Oscillator Power Oscillator)方式とに大別される。
MOPO方式においては、発振段レーザと増幅段レーザのレーザ発振同期タイミングが重要である。MOPA方式においても同様に、発振段レーザの出力レーザ光が増幅段の内部にあるタイミングで増幅動作させることが重要である。MOPO,MOPAいずれにおいても発振段レーザのレーザチャンバと増幅段のチャンバへのエネルギー注入(高電圧パルス電圧)タイミングがレーザ発振及び光性能に多大な影響を与える為、同期タイミングを数ns以内で制御する必要がある。
In order to respond to the demand for higher output, the twin chamber system is composed of an oscillation stage laser that produces laser light with high light quality (spectral performance, etc.) and small output, and an amplification stage laser that amplifies the laser light. The form of the twin chamber system is broadly divided into a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) system in which no resonator mirror is provided in the amplification stage chamber and a MOPO (Master Oscillator Power Oscillator) system in which a resonator mirror is provided.
In the MOPO system, the laser oscillation synchronization timing of the oscillation stage laser and the amplification stage laser is important. Similarly, in the MOPA system, it is important to perform an amplification operation at a timing when the output laser beam of the oscillation stage laser is inside the amplification stage. In both MOPO and MOPA, since the timing of energy injection (high voltage pulse voltage) into the laser chamber and amplification stage chamber of the oscillation stage laser has a great influence on the laser oscillation and optical performance, the synchronization timing is controlled within a few ns. There is a need to.
また、高繰り返し動作のために、増幅段レーザの放電部を2分割して交互に放電させることにより発振繰り返し数を増加させることも手段の一つである。
例えば、特許文献3、特許文献4には、増幅段レーザの共振器内に二対の電極を配置して、放電を半周期ずらして交互発振する方法が示されている。
図5に、上記放電部を2分割して交互に放電させる交互放電方式のツインチャンバレーザ装置の構成を示す。
同図に示すものは、MOPO方式で、増幅段用チャンバ30に二対の電極が配置されている。
発振段レーザ100で高光品位(スペクトル性能など)、小出力のレーザ光が生成される。そして、増幅段レーザ300でそのレーザ光が増幅される。すなわち、発振段レーザ100から出力されるレーザ光の光品位(スペクトル性能など)によってレーザシステム全体の光品位(スペクトル性能など)が決定され、増幅段レーザ300によってレーザシステム自体のエネルギーが決定される。
Further, for high repetition operation, it is one of the means to increase the number of oscillation repetitions by dividing the discharge part of the amplification stage laser into two parts and alternately discharging them.
For example, Patent Documents 3 and 4 disclose a method in which two pairs of electrodes are arranged in a resonator of an amplification stage laser and the discharge is alternately oscillated with a half-cycle shift.
FIG. 5 shows the configuration of an alternating discharge twin chamber laser device that divides the discharge part into two parts and alternately discharges them.
In the figure, the MOPO method is used, and two pairs of electrodes are arranged in the amplification stage chamber 30.
The
発振段レーザ100は発振段用チャンバ10と、発振段用高電圧パルス発生器12と、スペクトルを狭帯域化する狭帯域化モジュール(以下LNMという)16と、フロントミラー17と、で構成される。
増幅段レーザ300は増幅段用チャンバ30と、増幅段用高電圧パルス発生器33、34と、リアミラー36と、フロントミラー37とで構成される。
発振段用チャンバ10の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって且つ放電面が対向する一対の電極(カソード電極及びアノード電極)10a、10bが設けられる。
発振段用チャンバ10内にはアルゴン(Ar)ガス、フッ素(F2 )ガスとバッファガスのネオン(Ne)が満たされている。なお、バッファガスはヘリウム(He)でも良い。
The
The amplification stage laser 300 includes an amplification stage chamber 30, amplification stage high
Inside the oscillation stage chamber 10, a pair of electrodes (cathode electrode and anode electrode) 10a, 10b that are separated by a predetermined distance, are parallel to each other in the longitudinal direction, and face the discharge surface are provided.
The oscillation stage chamber 10 is filled with argon (Ar) gas, fluorine (F 2 ) gas, and buffer gas neon (Ne). The buffer gas may be helium (He).
電極10a、10bに、高電圧パルス発生器12と図示しない充電器とで構成された電源装置によって高電圧パルスが印加されると、電極10a、10b間で放電が生じ、ArFエキシマが形成される。そして、LNM16とフロントミラー17で構成される共振器で共振し、レーザ光が発生する。LNM16は、拡大プリズムと波長選択素子であるグレーティング(回折格子)で構成され、レーザ光のスペクトル幅を400pmから0.3pm程度まで狭帯域化している。
発振段レーザ100のフロントミラー17と増幅段レーザ300のリアミラー36との間には、高反射ミラー21、22と、モニタモジュール19が設けられる。
フロントミラー17を透過したレーザ光は、高反射ミラー21でビーム方向を変え、モニタモジュール19に案内される。モニタモジュール19はシード光のエネルギーをモニタしている。その後、高反射ミラー22でビーム方向を変え、リアミラー36から増幅段レーザ300に注入される。
When a high voltage pulse is applied to the electrodes 10a and 10b by a power supply device including a high
High reflection mirrors 21 and 22 and a
The laser beam transmitted through the front mirror 17 is guided to the
増幅段チャンバ30内には、二対の電極30aと30b、30cと30dを配置して、交互に放電することにより高繰返し動作を実現している。電極長は発振段レーザの電極の半分程度である。
増幅段用チャンバ30内には発振段用チャンバ10と同様にアルゴン(Ar)ガス、フッ素(F2 )ガスとバッファガスのネオン(Ne)が満たされている。なお、バッファガスはヘリウム(He)でも良い。
電極30a、30bに、高電圧パルス発生器33と図示しない充電器とで構成された電源装置によって高電圧パルスが印加されると、電極30a、30b間で放電が生じ、ArFエキシマが形成される。そして、リアミラー36とフロントミラー37で構成される共振器で共振し、発振段用レーザから注入されるレーザ光が増幅される。
次に電極30c、30dに、高電圧パルス発生器34と図示しない充電器とで構成された電源装置によって高電圧パルスが印加されると、電極30c、30d間で放電が生じ、ArFエキシマが形成される。そして、リアミラー36とフロントミラー37で構成される共振器で共振し、発振段レーザから注入されるレーザ光が増幅される。これらの二対の電極30aと30b、30cと30dでの放電を交互に繰り返す。
図5のツインチャンバシステムにおいては、発振段レーザの高電圧パルス発生器12が、増幅段レーザの高電圧パルス発生器33、高電圧パルス発生器34の発振周波数f2の2倍の発振周波数f1で動作することが要求される。また、発振段レーザと増幅段レーザの放電、発振タイミングを合わせ、同期させるためには、発振段レーザと増幅段レーザの放電タイミングの遅延時間を正確に把握、制御する必要がある。
In the amplification stage chamber 30, two pairs of electrodes 30a and 30b, 30c and 30d are arranged, and a high repetition operation is realized by discharging alternately. The electrode length is about half of the electrode of the oscillation stage laser.
Similarly to the oscillation stage chamber 10, the amplification stage chamber 30 is filled with argon (Ar) gas, fluorine (F 2 ) gas, and buffer gas neon (Ne). The buffer gas may be helium (He).
When a high voltage pulse is applied to the electrodes 30a and 30b by a power supply device including a high
Next, when a high voltage pulse is applied to the electrodes 30c and 30d by a power supply device including a high
In the twin chamber system of FIG. 5, the high
上記レーザ装置において、レーザチェンバ内で放電を発生させレーザガスを励起させるための電源装置(高電圧パルス発生器)の例を図6に示す。
図6の高電圧パルス発生器は、可飽和リアクトルからなる3個の磁気スイッチSR1、SR2、SR3と昇圧トランスTC1を用いた2段の磁気パルス圧縮回路からなる。磁気スイッチSR1はIGBT等の半導体スイッチング素子である固体スイッチSWでのスイッチングロスの低減用のものであり、磁気アシストとも呼ばれる。
第1の磁気スイッチSR2と第2の磁気スイッチSR3により2段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
FIG. 6 shows an example of a power supply device (high voltage pulse generator) for generating discharge in the laser chamber and exciting the laser gas in the laser device.
The high voltage pulse generator shown in FIG. 6 includes a two-stage magnetic pulse compression circuit using three magnetic switches SR1, SR2 and SR3 each composed of a saturable reactor and a step-up transformer TC1. The magnetic switch SR1 is for reducing switching loss in the solid-state switch SW which is a semiconductor switching element such as IGBT, and is also called magnetic assist.
The first magnetic switch SR2 and the second magnetic switch SR3 constitute a two-stage magnetic pulse compression circuit.
図示しない充電器により主コンデンサC0が充電されている状態で、スイッチSWがONとなり、磁気アシストSR1の両端にかかる主コンデンサC0の充電電圧Vc0の時間積分値が磁気アシストSR1の特性で決まる限界値に達すると、磁気アシストSR1が飽和して磁気スイッチが入り、主コンデンサC0、磁気アシストSR1、昇圧トランスTC1の1次側、スイッチSWのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスTC1の2次側、コンデンサC1のループに電流が流れ、主コンデンサC0に蓄えられた電荷が移行してコンデンサC1に充電される。
コンデンサC1が充電されると、コンデンサC1における電圧Vc1の時間積分値が磁気スイッチSR2の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR2が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサC1、コンデンサC2、磁気スイッチSR3のループに電流が流れ、コンデンサC1に蓄えられた電荷が移行してコンデンサC2に充電される。
When the main capacitor C0 is charged by a charger (not shown), the switch SW is turned on, and the time integral value of the charging voltage Vc0 of the main capacitor C0 applied to both ends of the magnetic assist SR1 is determined by the characteristic of the magnetic assist SR1. , The magnetic assist SR1 is saturated and the magnetic switch is turned on, and a current flows through the primary capacitor C0, the magnetic assist SR1, the primary side of the step-up transformer TC1, and the loop of the switch SW. At the same time, a current flows through the secondary side of the step-up transformer TC1 and the loop of the capacitor C1, and the charge stored in the main capacitor C0 is transferred to be charged in the capacitor C1.
When the capacitor C1 is charged, when the time integration value of the voltage Vc1 in the capacitor C1 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR2, the magnetic switch SR2 is saturated and the magnetic switch is turned on, and the capacitor C1, the capacitor C2, the magnetic switch A current flows through the loop of the switch SR3, and the charge stored in the capacitor C1 is transferred to charge the capacitor C2.
さらにこの後、コンデンサC2における電圧Vc2の時間積分値が磁気スイッチSR3の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR3が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサC2、ピーキングコンデンサCp、磁気スイッチSR3のループに電流が流れ、コンデンサC2に蓄えられた電荷が移行してピーキングコンデンサCpが充電される。 ピーキングコンデンサCpが充電され、その電圧Vcpがある値(ブレークダウン電圧)Vbに達すると、図示しないチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
ツインチャンバ方式のMOPO方式、MOPA方式は、放電タイミングを合わせる同期制御が要求される。
ツインチャンバ方式のチャンバ動作にはいくつかの方式が提案されているが、この中で、増幅段レーザの共振器内に二対の電極を配置して、放電を半周期ずらして交互発振する場合のように、発振段レーザと増幅段レーザの動作周波数が異なる場合、高周波発振動作における遅延時間特性の影響を考慮する必要がある。
高電圧パルス発生器のメインスイッチ(図6におけるスイッチSW)であるIGBTの遅延時間に動作周波数に対して、スイッチのオン時間がナノ秒単位で変化することが確認されている。これは動作開始から数十パルスにかけて発振周波数に従いスイッチングオン時間が過渡的に変化する現象である。
The twin chamber type MOPO method and MOPA method require synchronous control to match the discharge timing.
Several systems have been proposed for the chamber operation of the twin chamber system. Among them, two pairs of electrodes are arranged in the resonator of the amplification stage laser, and the discharge is alternately oscillated with a half cycle shift. As described above, when the operating frequencies of the oscillation stage laser and the amplification stage laser are different, it is necessary to consider the influence of the delay time characteristics in the high frequency oscillation operation.
It has been confirmed that the on-time of the switch changes in nanosecond units with respect to the operating frequency during the delay time of the IGBT which is the main switch (switch SW in FIG. 6) of the high voltage pulse generator. This is a phenomenon in which the switching-on time changes transiently according to the oscillation frequency from the start of operation to several tens of pulses.
図7は、IGBTのオン信号を基準に各周波数にて動作させた時のオン信号遅れ時間をプロットしたものであり、横軸はIGBTの動作パルス数、縦軸はオン信号が入力されてから素子がターンオンするまでの遅れ時間(ns)である。
IGBT自体のオン遅れ時間が動作周波数により変化量が変わるため、動作周波数が変わると高電圧パルス発生器の遅延時間量が変化する。
発振段レーザと増幅段レーザの高電圧パルス発生器の動作周波数が同じ場合は、発振段レーザと増幅段レーザの遅延時間の相対時間差は変わらない。このため動作周波数が同じであれば、発振段レーザと増幅段レーザの同期制御は可能である。
しかし、図5に示したシステムでは、発振段レーザと増幅段レーザで動作周波数が異なり、IGBTターンオン時間が変化する。
このためIGBTオン時間が飽和するまでの間、図7の特性に従いPPMの遅延時間が変化する。この結果、発振段レーザと増幅段レーザ間の同期がずれることになる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、増幅段レーザの共振器内に複数対の電極を配置して、放電の周期をずらして交互に発振させるツインチャンバ方式のパルスレーザ用電源装置において、電源装置に設けられたIGBT等のスイッチング素子のターンオン時間の変化により発振段レーザと増幅段レーザ間の同期ずれが生ずることを防止することである。
FIG. 7 is a plot of the ON signal delay time when operating at each frequency based on the IGBT ON signal. The horizontal axis represents the number of IGBT operation pulses, and the vertical axis represents the ON signal input. This is the delay time (ns) until the device is turned on.
Since the amount of change of the on-delay time of the IGBT itself changes depending on the operating frequency, the amount of delay time of the high voltage pulse generator changes when the operating frequency changes.
When the operating voltage of the high voltage pulse generator of the oscillation stage laser and that of the amplification stage laser are the same, the relative time difference between the delay times of the oscillation stage laser and the amplification stage laser does not change. Therefore, if the operating frequency is the same, the synchronous control of the oscillation stage laser and the amplification stage laser is possible.
However, in the system shown in FIG. 5, the operating frequency differs between the oscillation stage laser and the amplification stage laser, and the IGBT turn-on time changes.
Therefore, the delay time of the PPM changes according to the characteristics of FIG. 7 until the IGBT on-time is saturated. As a result, the synchronization between the oscillation stage laser and the amplification stage laser is shifted.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a twin chamber system in which a plurality of pairs of electrodes are arranged in a resonator of an amplification stage laser to alternately oscillate with a discharge period shifted. In the pulse laser power supply apparatus, the synchronization stage between the oscillation stage laser and the amplification stage laser is prevented from occurring due to a change in the turn-on time of a switching element such as an IGBT provided in the power supply apparatus.
以下の説明はMOPO方式を例にして行うため増幅段レーザという文言を用いるが、MOPA方式においても増幅段が共振器ミラーを持たない点のみMOPOと相違するのみで、本発明を適用することが可能である。
本発明においては、増幅段レーザの共振器内に複数対の電極を配置して、放電の周期ずらして交互に発振させるツインチャンバ方式のパルスレーザ用電源装置において、発振段レーザの電源装置と増幅段レーザの電源装置のスイッチのスイッチング周波数を揃える。具体的には、スイッチング動作周波数の一番遅いスイッチ動作に合わせて、高周波動作側のスイッチング周波数をきめる。
すなわち、発振段レーザ用高電圧発生器のスイッチ素子の動作周波数と増幅段レーザ用高電圧パルス発生器のスイッチング素子の動作周波数を一致させる。この場合、発振段レーザ用高電圧発生器の必要スイッチ個数は、増幅段レーザ用高電圧発生器の台数と等しくなる。
例えば、増幅段レーザの共振器内に二対の電極が配置されている場合、発振段レーザ側の電源回路においは、高電圧パルス発生器を2台パラに接続し交互に動作させる。
すなわち、発振段レーザ側も増幅段レーザ側の動作周波数に合わせことにより、図7の特性を相対的にキャンセルさせることができ、発振段レーザと増幅段レーザ間の同期ずれを防ぐことができる。
以上に基づき、本発明においては、次のように前記課題を解決する。
(1)発振段レーザ内に配置された第1放電電極に接続された第1電源回路と、増幅段レーザ内に配置された複数の第2放電電極にそれぞれ接続された第2電源回路とを含むパルスレーザ用電源装置の前記第1電源回路が、前記第1放電電極に接続された第1二次側巻線と、前記第1二次側巻線に対する一次側巻線であって、前記増幅段レーザ内に配置された前記第2放電電極の数と同数の第1一次側巻線と、前記第1一次側巻線それぞれと一対一に直列接続された複数の第1スイッチングトランジスタと、を含み、前記第2電源回路が、前記複数の第2放電電極それぞれと一対一に接続された複数の第2二次側巻線と、前記複数の第2二次側巻線それぞれと一対一に対向する複数の第2一次側巻線と、前記第2一次側巻線それぞれと一対一に直列接続された複数の第2スイッチングトランジスタと、を含むように構成される。
(2)上記(1)において、前記第2放電電極の数は、2つであり、2つの前記第1スイッチングトランジスタは、交互にオンされ、2つの前記第2スイッチングトランジスタは、交互にオンされてもよい。
(3)上記(1)または(2)において、前記複数の第1スイッチングトランジスタと前記複数の第2スイッチングトランジスタとは、それぞれ同じ動作周期でオンしてもよい。
(4)上記(2)において、前記2つの第2放電電極は、交互に放電してもよい。
(5)上記(2)または(4)において、前記第1放電電極の放電周期は、各第2放電電極の放電周期の2倍であってもよい。
(6)上記(1)において、前記第1電源装置の前記複数の第1スイッチングトランジスタは、互いに物理的な配置及び配線の浮遊インダクタンスが等しくなるように構成されていてもよい。
In the following description, the term “amplification stage laser” is used because the MOPO system is taken as an example. However, the MOPA system is different from MOPO only in that the amplification stage does not have a resonator mirror, and the present invention can be applied. Is possible.
According to the present invention, in a twin chamber type pulse laser power supply device in which a plurality of pairs of electrodes are arranged in a resonator of an amplification stage laser to alternately oscillate with a discharge period shifted, the power supply device of the oscillation stage laser and the amplification Align the switching frequency of the switch of the power supply device of the stage laser. Specifically, the switching frequency on the high frequency operation side is determined in accordance with the switch operation with the slowest switching operation frequency.
That is, the operating frequency of the switching element of the high voltage generator for the oscillation stage laser is matched with the operating frequency of the switching element of the high voltage pulse generator for the amplification stage laser. In this case, the number of necessary switches of the oscillation stage laser high voltage generator is equal to the number of amplification stage laser high voltage generators.
For example, when two pairs of electrodes are arranged in the resonator of the amplification stage laser, in the power supply circuit on the oscillation stage laser side, two high voltage pulse generators are connected in parallel and operated alternately.
That is, by adjusting the operating frequency of the oscillation stage laser side to the operating frequency of the amplification stage laser side, the characteristics shown in FIG.
Based on the above, the present invention solves the above problems as follows.
(1) A first power supply circuit connected to a first discharge electrode arranged in the oscillation stage laser and a second power supply circuit connected to each of the plurality of second discharge electrodes arranged in the amplification stage laser. The first power supply circuit of the pulse laser power supply device includes a first secondary winding connected to the first discharge electrode, and a primary winding for the first secondary winding, The same number of first primary windings as the number of the second discharge electrodes arranged in the amplification stage laser, and a plurality of first switching transistors connected in series with each of the first primary windings, The second power supply circuit includes a plurality of second secondary windings connected to each of the plurality of second discharge electrodes on a one-to-one basis, and a plurality of second secondary windings on a one-to-one basis. A plurality of second primary windings facing each other, and each of the second primary windings, one to one A plurality of second switching transistors connected in series, configured to include.
(2) In the above (1), the number of the second discharge electrodes is two, the two first switching transistors are alternately turned on, and the two second switching transistors are alternately turned on. May be.
(3) In the above (1) or (2), the plurality of first switching transistors and the plurality of second switching transistors may be turned on in the same operation cycle.
(4) In the above (2), the two second discharge electrodes may discharge alternately.
(5) In the above (2) or (4), the discharge cycle of the first discharge electrode may be twice the discharge cycle of each second discharge electrode.
(6) In the above (1), the plurality of first switching transistors of the first power supply device may be configured such that physical arrangement and wiring stray inductance are equal to each other.
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
(1)発振段レーザ用電源装置の各スイッチング素子を、増幅段レーザ用電源装置のスイッチング素子のスイッチング周波数と等しくなるように駆動するように構成したので、電源装置に設けられたIGBT等のスイッチング素子のターンオン時間の変化を相対的にキャンセルすることができる。このため、発振段レーザと増幅段レーザの同期ずれを防止することができる。
(2)上記発振段レーザ用電源装置の複数のスイッチング素子を、その物理的な配置及び配線の浮遊インダクタンスが等しくなるように構成することにより、これらの電気的特性の違いによる動作遅れを小さくすることができ、同期ずれを小さくすることができる。
In the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since each switching element of the oscillation stage laser power supply device is driven so as to be equal to the switching frequency of the switching element of the amplification stage laser power supply device, switching of the IGBT or the like provided in the power supply device is performed. The change in the turn-on time of the element can be canceled relatively. For this reason, it is possible to prevent synchronization deviation between the oscillation stage laser and the amplification stage laser.
(2) By configuring the plurality of switching elements of the oscillation stage laser power supply device so that their physical arrangement and wiring stray inductance are equal, the operation delay due to the difference in their electrical characteristics is reduced. And synchronization loss can be reduced.
図1は、前記図5に示した交互放電方式のツインチャンバのレーザ装置に適用される本発明の第1の実施例の電源装置の構成を示す図である。
同図において、12は発振段レーザ用の高電圧パルス発生器、33,34は増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器であり、それぞれの主コンデンサC01とC02、C20及びC30のそれぞれには充電器CH1,CH2,CH3が並列に接続され、パルスレーザ用電源装置を構成している。
高電圧パルス発生器12の出力側には、ピーキングコンデンサCP1と前記一対の電極から構成される発振段レーザの放電部が接続される。
また、増幅段レーザのチャンバには、前記したように二対の放電電極からなる2つの放電部が設けられ、高電圧パルス発生器33は、そのうちの一方の放電部のピーキングコンデンサCP2と一対の電極(図5では例えば電極30aと30b)に接続され、高電圧パルス発生器34は、他方の放電部のピーキングコンデンサCP3と一対の電極(図5では例えば電極30cと30d)に接続される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power supply apparatus according to a first embodiment of the present invention applied to the twin chamber laser apparatus of the alternating discharge system shown in FIG.
In the figure, 12 is a high voltage pulse generator for an oscillation stage laser, 33 and 34 are high voltage pulse generators for an amplification stage laser, and each of the main capacitors C01 and C02, C20 and C30 is charged. Units CH1, CH2, and CH3 are connected in parallel to constitute a power supply device for a pulse laser.
Connected to the output side of the high
In addition, the amplification stage laser chamber is provided with the two discharge parts composed of the two pairs of discharge electrodes as described above, and the high
発振段レーザ用の高電圧パルス発生器12の昇圧トランスTC1は第1、第2の一次側巻線TCL1、TCL1’を備え、第1の一次側巻線TCL1には、主コンデンサC01と磁気アシストSR11とスイッチSW1−1の直列回路が接続され、第2の一次側巻線TCL1’には、主コンデンサC02と磁気アシストSR11’とスイッチSW1−2の直列回路が接続されている。スイッチSW1−1、SW1−2は前述したようにIGBT素子から構成される。
また、上記主コンデンサC01,C01’は充電器CH1に並列に接続され、充電器CH1で充電される。
昇圧トランスTC1の二次側には、図6に示したものと同様コンデンサC11と磁気スイッチSR12及びコンデンサC12と磁気スイッチSR13、ピーキングコンデンサCP1からなる2段の磁気圧縮回路が接続される。
The step-up transformer TC1 of the high-
The main capacitors C01 and C01 ′ are connected in parallel to the charger CH1 and charged by the charger CH1.
The secondary side of the step-up transformer TC1 is connected to a two-stage magnetic compression circuit including a capacitor C11, a magnetic switch SR12, a capacitor C12, a magnetic switch SR13, and a peaking capacitor CP1, as shown in FIG.
増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器33は、前記図6に示したものと同様に、主コンデンサC20、磁気アシストSR21、スイッチSW2−1、昇圧トランスTC2、磁気スイッチSR22、SR23、コンデンサC21,C22、ピーキングコンデンサCP2を用いた2段の磁気パルス圧縮回路からなる。
同様に、増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器34は、主コンデンサC30、磁気アシストSR31、スイッチSW2−2、昇圧トランスTC3、磁気スイッチSR32、SR33、コンデンサC31,C32、ピーキングコンデンサCP3を用いた2段の磁気パルス圧縮回路からなる。上記主コンデンサC20,C30はそれぞれ充電器CH2、CH3に並列に接続され充電される。
また、上記スイッチSW1−1、SW1−2、SW2−1、SW2−2は前述したようにIGBT素子から構成される。
The high
Similarly, the high
The switches SW1-1, SW1-2, SW2-1, SW2-2 are composed of IGBT elements as described above.
図1に示した高電圧パルス発生器12,33,34の動作は、前記図6で説明したのと同様である。
すなわち、高電圧パルス発生器12において、主コンデンサC01が充電されている状態で、スイッチSW1−1がオンになると、昇圧トランスTC1の1次側のループに電流が流れ、昇圧トランスTC1の2次側、コンデンサC1のループに電流が流れ、主コンデンサC0に蓄えられた電荷が移行してコンデンサC1に充電される。コンデンサC1が充電されたのち、磁気スイッチSR2が飽和すると、コンデンサC1に蓄えられた電荷が移行してコンデンサC2に充電される。
さらに、磁気スイッチSR3が飽和すると、コンデンサC2に蓄えられた電荷が移行してピーキングコンデンサCpが充電される。そして、その電圧Vcpがある値に達すると、発振段レーザのチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
同様に、主コンデンサC01が充電されている状態で、スイッチSW1−2がオンになると、上記のように2段の磁気圧縮動作が行われてピーキングコンデンサCP1が充電され、発振段レーザのチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
The operation of the high
That is, in the high
Further, when the magnetic switch SR3 is saturated, the charge stored in the capacitor C2 is transferred and the peaking capacitor Cp is charged. When the voltage Vcp reaches a certain value, main discharge starts between the main discharge electrodes in the chamber of the oscillation stage laser, the laser medium is excited by this main discharge, and laser light is generated.
Similarly, when the switch SW1-2 is turned on while the main capacitor C01 is charged, the two-stage magnetic compression operation is performed as described above to charge the peaking capacitor CP1, and the oscillation stage laser chamber is charged. The main discharge starts between the main discharge electrodes, and the main discharge excites the laser medium to generate laser light.
高電圧パルス発生器33,34の動作も上記と同様であり、高電圧パルス発生器33においては、主コンデンサC20が充電されている状態で、スイッチSW2−1がオンになると、昇圧トランスTC2の1次側のループに電流が流れ、昇圧トランスTC2の2次側、コンデンサC21のループに電流が流れ、主コンデンサC20に蓄えられた電荷が、上記同様にコンデンサC21、コンデンサC22、ピーキングコンデンサCp2に順次移行し、ピーキングコンデンサCpが充電される。そして、増幅段レーザのチャンバ内の二対の主放電電極のうちの一方の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
同様に高電圧パルス発生器34においては、主コンデンサC30が充電されている状態で、スイッチSW2−2がオンになると、上記のように2段の磁気圧縮動作が行われてピーキングコンデンサCp3が充電され、増幅段レーザのチャンバ内の二対の主放電電極のうちの他方の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
The operation of the high
Similarly, in the high
ここで、本実施例が対象とするレーザ装置は交互放電方式のツインチャンバのレーザ装置であり、発振段レーザの放電に対して増幅段レーザの二対の電極が交互に放電する。このため、発振段レーザの高電圧パルス発生器12の動作周波数を、増幅段レーザの高電圧パルス発生器33、34の動作周波数の2倍にする必要がある。
本実施例では、図1に示すように発振段レーザ用の高電圧パルス発生器12に2個のスイッチSW1−1,SW1−2を設けて、これを並列に接続し、スイッチSW1−1とSW2−1を同じタイミングで動作させるとともに、スイッチSW1−2とSW2−2とをそれぞれ同じタイミングで動作させ、スイッチSW1−1、SW2−1のグループとスイッチSW1−2、SW2−2のグループを交互に動作させている。
このため、高電圧パルス発生器12のスイッチSW1−1、SW1−2と高電圧パルス発生器33,34スイッチSW2−1、SW2−2のスイッチング周波数は同じであるが、高電圧パルス発生器12が出力する放電パルスの周波数は、高電圧パルス発生器33,34のそれぞれが出力する放電パルスの2倍となる。
Here, the laser device targeted by this embodiment is a twin chamber laser device of an alternating discharge type, and two pairs of electrodes of the amplification stage laser are alternately discharged with respect to the discharge of the oscillation stage laser. For this reason, the operating frequency of the high
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, two switches SW1-1 and SW1-2 are provided in the high
Therefore, the switches SW1-1 and SW1-2 of the high-
図2に、上記スイッチSW1−1、SW1−2、SW2−1、SW2−2のオン信号を示す。
発振段レーザ(OSC)用の高電圧パルス発生器12は、スイッチ素子を2つ具備しており、発振段レーザ用高電圧パルス発生器12のスイッチSW1−1と増幅段レーザ(AMP)用高電圧パルス発生器33のスイッチSW2−1は同じタイミングでオンし、発振段レーザ用高電圧パルス発生器12のスイッチSW1−2と、増幅段レーザ用高電圧パルス発生器34のスイッチSW2−2は同じタイミングでオンし、その動作周期は図2に示すように同じである。 本実施例においては、上記のように 発振段レーザ用の高電圧パルス発生器12と、増幅段レーザ用高電圧パルス発生器33、34の動作周波数を同じにしたので、前記図7に示した、動作回数に応じてターンオン遅れ時間が変わるという特性を相対的にキャンセルすることができる。このため、発振段レーザと増幅段レーザの同期ずれを防ぐことができる。
FIG. 2 shows ON signals of the switches SW1-1, SW1-2, SW2-1, and SW2-2.
The high
図3は、前記図5に示した交互放電方式のツインチャンバのレーザ装置に適用される本発明の第2の実施例を示す図である。
同図は発振段レーザ用の高電圧パルス発生器12の構成を示しており、増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器33,34の構成は図1に示したものと同じである。
本実施例は発振段用レーザ用の高電圧パルス発生器のスイッチング素子を2並列2セットの組み合わせで構成した場合を示し、スイッチ素子の配置と配線の漂遊インダクタンスが揃うように構成されている。
同図において、12は発振段レーザ用の高電圧パルス発生器であり、主コンデンサC01には充電器CH1が並列に接続され、パルスレーザ用電源装置を構成している。
高電圧パルス発生器12の出力側には、前記したように、ピーキングコンデンサCP1と前記一対の電極から構成される発振段レーザの放電部が接続される。
高電圧パルス発生器12の昇圧トランスTC1は第1、第2の一次側巻線TCL1、TCL1’を備え、第1の一次側巻線TCL1には、主コンデンサC01と磁気アシストSR11とスイッチSW1−1の直列回路が接続され、さらにスイッチSW1−1に並列にスイッチSW1−1’が接続されている。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention applied to the twin chamber laser apparatus of the alternating discharge method shown in FIG.
This figure shows the configuration of the high
This embodiment shows a case where the switching elements of the high voltage pulse generator for the laser for the oscillation stage are configured in a combination of two parallel sets, and the arrangement of the switch elements and the stray inductance of the wiring are configured to be uniform.
In the figure,
As described above, the discharge part of the oscillation stage laser composed of the peaking capacitor CP1 and the pair of electrodes is connected to the output side of the high
The step-up transformer TC1 of the high
また、昇圧トランスTC1の第2の一次側巻線TCL1’には、主コンデンサC01と磁気アシストSR11’とスイッチSW1−2の直列回路が接続され、さらにスイッチ1−2に並列にスイッチSW1−2’が接続される。なお、これらのスイッチ素子としては、前述したようにIGBT素子が用いられる。上記主コンデンサC01は充電器CH1に接続され、充電器CH1で充電される。
昇圧トランスTC1の二次側には、図6に示したものと同様コンデンサC11と磁気スイッチSR12及びコンデンサC2と磁気スイッチSR13、ピーキングコンデンサCP1からなる2段の磁気圧縮回路が接続される。
A series circuit of a main capacitor C01, a magnetic assist SR11 ′, and a switch SW1-2 is connected to the second primary winding TCL1 ′ of the step-up transformer TC1, and the switch SW1-2 is connected in parallel to the switch 1-2. 'Is connected. As these switch elements, IGBT elements are used as described above. The main capacitor C01 is connected to the charger CH1 and is charged by the charger CH1.
The secondary side of the step-up transformer TC1 is connected to a two-stage magnetic compression circuit including a capacitor C11, a magnetic switch SR12, a capacitor C2, a magnetic switch SR13, and a peaking capacitor CP1, as shown in FIG.
図4に、上記スイッチSW1−1、SW1−1’、SW1−2、SW1−2’のオン信号を示す。
同図に示すように、スイッチSW1−1とスイッチ1−2’のオンタイミング、およびと、スイッチSW1−1’とスイッチSW1−2のオンタイミングが揃うように駆動され、例えば、図示しない増幅段レーザ用高電圧パルス発生器33のスイッチSW2−1は上記スイッチSW1−1とスイッチ1−2’のオンタイミングに一致させてオンし、図示しない増幅段レーザ用高電圧パルス発生器34のスイッチSW2−2は上記スイッチSW1−1’とスイッチ1−2のオンタイミングに一致させてオンする。
FIG. 4 shows ON signals of the switches SW1-1, SW1-1 ′, SW1-2, and SW1-2 ′.
As shown in the figure, the switch SW1-1 and the switch 1-2 ′ are turned on, and the switch SW1-1 ′ and the switch SW1-2 are turned on, for example, an amplification stage (not shown). The switch SW2-1 of the laser high
上記高電圧パルス発生器12の動作は、前記図1に示したものと同様であり、主コンデンサC01が充電されている状態で、スイッチSW1−1、SW1−2’あるいはスイッチSW1−1’、スイッチSW1−2がオンになると、昇圧トランスTC1の2次側、コンデンサC1のループに電流が流れ、主コンデンサC0に蓄えられた電荷が移行してコンデンサC1に充電される。コンデンサC1が充電されたのち、磁気スイッチSR2が飽和すると、コンデンサC1に蓄えられた電荷が移行してコンデンサC2に充電される。
さらに、磁気スイッチSR3が飽和すると、コンデンサC2に蓄えられた電荷が移行してピーキングコンデンサCpが充電される。そして、その電圧Vcpがある値に達すると、発振段レーザのチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
本実施例においては、高電圧パルス発生器のスイッチング素子を2並列2セットの組み合わせで構成しているので、スイッチ素子の配置と配線の漂遊インダクタンスを揃えるのが容易であり、電気的特性の違いによる動作遅れを小さくすることができる。
The operation of the high
Further, when the magnetic switch SR3 is saturated, the charge stored in the capacitor C2 is transferred and the peaking capacitor Cp is charged. When the voltage Vcp reaches a certain value, main discharge starts between the main discharge electrodes in the chamber of the oscillation stage laser, the laser medium is excited by this main discharge, and laser light is generated.
In this embodiment, since the switching elements of the high voltage pulse generator are composed of a combination of two parallel sets, it is easy to align the arrangement of the switch elements and the stray inductance of the wiring, and the difference in electrical characteristics The operation delay due to can be reduced.
12 発振段レーザ用の高電圧パルス発生器
33,34 増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器
CH1,CH2,CH3 充電器
C01,C02,C20,C30 主コンデンサ
CP1, CP2,CP3 ピーキングコンデンサ
TC1,TC2,TC3 昇圧トランス
SR11,SR11’SR21 SR31 磁気アシスト
SW1−1,SW1−2,SW1−1’,SW1−2’スイッチ
SW2−1,SW2−2 スイッチ
C11,C12,C21,C22,C31,C32 コンデンサ
SR12,SR13,SR22,SR23,SR32,SR33 磁気スイッチ
12 High voltage pulse generator for
Claims (6)
前記第1電源回路は、The first power supply circuit includes:
前記第1放電電極に接続された第1二次側巻線と、A first secondary winding connected to the first discharge electrode;
前記第1二次側巻線に対する一次側巻線であって、前記増幅段レーザ内に配置された前記第2放電電極の数と同数の第1一次側巻線と、Primary windings for the first secondary winding, the same number of first primary windings as the number of the second discharge electrodes disposed in the amplification stage laser;
前記第1一次側巻線それぞれと一対一に直列接続された複数の第1スイッチングトランジスタと、A plurality of first switching transistors connected in series with each of the first primary windings;
を含み、Including
前記第2電源回路は、The second power supply circuit includes:
前記複数の第2放電電極それぞれと一対一に接続された複数の第2二次側巻線と、A plurality of second secondary windings connected one-to-one with each of the plurality of second discharge electrodes;
前記複数の第2二次側巻線それぞれと一対一に対向する複数の第2一次側巻線と、A plurality of second primary windings facing each of the plurality of second secondary windings on a one-to-one basis;
前記第2一次側巻線それぞれと一対一に直列接続された複数の第2スイッチングトランジスタと、A plurality of second switching transistors connected in series with each of the second primary windings;
を含むincluding
ことを特徴とするパルスレーザ用電源装置。A power supply device for a pulsed laser.
2つの前記第1スイッチングトランジスタは、交互にオンされるThe two first switching transistors are alternately turned on
2つの前記第2スイッチングトランジスタは、交互にオンされるThe two second switching transistors are alternately turned on
ことを特徴とする請求項1に記載のパルスレーザ用電源装置。The power supply device for pulse laser according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載のパルスレーザ用電源装置。 Wherein said plurality of first switching transistor of the first power supply, the pulsed laser power supply device according to claim 1, characterized in that it is constructed as stray inductance physical placement and routing are equal to each other .
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