JPH0220082A

JPH0220082A - 放電型エキシマレーザ装置

Info

Publication number: JPH0220082A
Application number: JP63169080A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kawamura; 信一郎河村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-07-08
Filing date: 1988-07-08
Publication date: 1990-01-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［ａ業上の利用分野］本発明は、放電開始回路（スパイカー回路）と放電維持
回路（サステナー回路）を有するスパイカー・サステナ
ー式放電型エキシマレーザ装置に関するものである。

［従来の技術］近年、高出力の紫外線を発することのできる光源として
エキシマレーザ装置が開発されており、その中でもいわ
ゆるスパイカー・サステナー式放電型エキシマレーザは
効率か高く、電気回路素子の負荷が軽く装置の寿命が長
いという特徴をもっている。

従来、この種の装置は、第２図に示す様な構造であった
。（Δｐｐ１．Ｆ’＋＋ｙｓ、Ｌｅｊｔ、４７（２）、
＋５　Ｊｕｌｙ　１９８５／Ａｐｐ１．ＰＩ＋ｙｓ、Ｌ
ｅｔｊ、４６（４）、１５　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　１９８
５参照）第２図において、レーザガスチャンバー１の中
には、主放電電極２．予備型部エネルギー発生源３、ガ
ス循環ファン４．ガス冷却器５が配置されており、主放
電電極２の間で生じた放電光を増幅して、レーザ発振さ
せるための光共振器６か主放電電極間に介装されている
。

このような装置において、トリガー信号入力端子７にト
リガー信号が入ると、放電開始用パルス発生器８からト
ランス９の一次側コイル１０に放電開始用パルス（以下
スパイカーパルスと呼ぶ）が出力され、トランス９の二
次側コイル１１に誘導電圧が生じ、即ち、スパイカーパ
ルスが誘起される。このスパイカーパルスは、コンデン
サー２０を介して、主放電電極２に印加され、レーザガ
スの放電を引き起こす。以上が、スパイカー回路の動作
である。

一方、コンデンサー２０には、予め放電を維持するだめ
の電荷か蓄えられており、（但し、充電電圧は、レーザ
カス放電開始電圧未満である）、主放電電極２間でレー
ザガスか放電を起こし、レーザガスのインピーダンスか
急速に低下した後に、主放電電極２、コンデンサー２０
、二次側コイル１１からなる閉回路に自動的に放電維持
電流が流れ、主放電電極２間の放電か持続し、レーザ発
振に至る。この時トランス９のコアを流れる磁束が飽和
する様にしておけは、コンデンサー２０から流れる放電
維持電流の立ち上がりが速くなり、レーザ発振のための
良好な放電ができる。

以上がサステナー回路の動作である。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記のような従来の装置においては、スパイカ
ーパルスを得るためにトランスを用いていたために、構
造が複雑で装置の小型化が難しいだけでなく、スパイカ
ーパルスの発生効率、すなわち、トランスでのエネルギ
ー伝達効率が低いため、レーザ装置全体の発振効率も低
いという欠点があった。また、レーザガスの放電破壊電
圧（電極の形状、間隔、ガス圧力、ガス組成等によって
決る）以上の電圧を印加するためにはトランスの時制コ
イルに非常に高い電圧を印加する必要かあるので、特に
高い絶縁特性の配線構造をとらなければならなかった。

更に、前述の従来例では、放電開始回路とレーザーガス
の予備電離を行う回路か別になっているので、予備電離
のタイミング調整か困難であり、主放電電極間てレーザ
発振に有効なグロー放電をさせることか難しかった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、常
に最適なタイミングでレーザガスの予備電離ができると
ともに、トランスを用いずにスパイカーパルスを主放電
電極間に印加でき、高い効率で、良好な主放電が行われ
る放電型エキシマレーザ装置を提供することを目的とす
るものである。

［課題を解決するだめの手段］この発明ては、可飽和コイルを介して直列閉回路を構成
するとともに、予め互いに逆向ぎに充電された第１およ
び第２のコンデンサーの一方のコンデンサーの電圧を反
転させることにより、前記第１および第２のコンデンサ
ーの充電電圧の和電圧を予備電離電極を介して第３のコ
ンデンサーに充電する電荷！３行回路と、前記第３のコ
ンデンサーと予め充電された第４のコンデンサーの充電
電圧の和電圧を予備電離電極を介して主放電電極間に印
加する放電開始回路と、前記第４のコンデンサーに蓄え
られた電荷を前記可飽和コイルを介して主放電電極間で
放電させる放電維持回路とを備えたことによって、上記
の課題を達成している。

［作用］この発明においては、放電開始回路に電荷移行回路を併
設し、予め充電しておいた第１および第２のコンデンサ
ーの電荷を予備電離電極を介して放電開始用の第３のコ
ンデンサーに移行させ、この第３のコンデンサーの充電
電圧と別に充電されている放電維持用の第４のコンデン
サーの和電圧が主成７ｖＬ電極に印加されるようにして
いる。このようにして、本発明ではトランスを用いない
て放電開始のためのスパイカーパルスを主放電電極に印
加しているので、装置の小型化か可能であるとともに、
トランスてのエネルギー損失がないのでレーザ発振のエ
ネルギー効率が高まる。

また、電荷の移行と同時に予備電離電極に火花放電が起
こり、発生する紫外線によってレーザカスが予備的に電
離されるので、放電破壊電圧が主放電電極間に印加され
る直前に自動的に予備電離が行われることになり、予備
電離のタイミングがズレることがない。

さらに、放電開始前のレーザガスのインピーダンスは数
ＭΩと高いので、放電破壊電圧以上の電圧を主放電電極
間に印加するためには、電源電圧を非常に高いものにし
なくてはならないが、この発明では、初めに、並列に接
続された２つのコンデンサー（第１および第２のコンデ
ンサー）を充電し、次に一方のコンデンサーの電位を反
転させることにより、２つのコンデンサーの和′賀圧を
放電開始用の第３のコンデンサーに印加するようにして
いるので、充電電圧を半減することかできる。電源の電
圧を低くできることは、安全性の向上に継がり、絶縁構
造も比較的簡明なものとすることかできる。

また、放電が開始し、レーザガスのインピーダンスが急
速に低下すると、第４のコンデンサーに蓄えられた電荷
は、飽和状態となった可飽和コイルを通って流れるので
、第３および第４のコンデンサーの容量比にかかわらず
、放電維持電流の立上りが速やかである。

［実施例］第１図は本発明の実施例を示す回路図である。

レーザガスチャンバー１の中には予備電離電極３０、ガ
ス循環ファン４、ガス冷却器５が配置され、主放電電極
２の間には生した放電光を増幅するための光共振器６を
備えられている。

まず、サイラトロン、スパークギャップ、レールギャッ
プ、サイリスタなどの高圧、高速スイッチ（以下単にス
イッチと呼ぶ）のトリガーｆ３号入力端子７にトリガー
信号がか入ると、スイッチ６は導通状態になる。ここで
、第１および第２のコンデンサー（ストレージコンデン
サー）１７．１３ＬＬ、スイッチ１６か導通状態となる
以前に、並列に接続された状態で予め電源４ｏによりそ
れぞれ十ＶＳ［Ｖ］に充電されている。そして、スイッ
チ１６が瞬時に導通状態となることにより、第１のコン
デンサー１７の電荷はスイッチ１６を通って過渡的に流
れ、第１のコンデンサー１７の電位が反転し、電源４０
に接続されている側の電位は−ｖｓ［ｖｌとなる。これ
により、第１のコンデンサー１７と第２のコンデンサー
１３の和電圧である２■ｓ［ｖｌが、予備電離電極３０
を介して放電開始用の第３のコンデンサー（ピーキング
コンデンサー）１４に印加され、第１および第２のコン
デンサー１７．１３に蓄えられていた電荷は、予備電離
電極３０でスパーク放電を起しなから、短時間に第３の
コンデンサー１４に移行する。この際、予備電離電極３
０のスパーク放電は、紫外線を発生し、主放電電極２の
間にあるレーザガスを予備的に電排し、スパイカー放電
か均一に起ぎ易い状態を作る。なお、可飽和コイル１５
は以上の動作においては未飽和状態にあり、インダクタ
ンスが犬ぎいため、可飽和コイル１５中には電流は殆ど
流れない。

次に、放電維持用の電荷を蓄えるための第４のコンデン
サー（メインコンデンサー）１２は、Ｐめ電源４１によ
り、可飽和コイル１５を介して−ＶＭ［Ｖ］に充電され
ている。従って、第１および第２のコンデンサー１７．
１３から第３のコンデンサー１４へ電荷の移行か起こっ
た後、第３のコンデンサー１４の両端に発生する電圧Ｖ
　ｐｅａｋと第４のコンデンサー１２の充電電圧■２と
の和電圧、即ち、Ｖｐｅａｋ　十Ｖ　Ｍ［Ｖ］の電圧が
主成６　電４Ｊ２の間に印加されることになる。このＶ
　ｐｅａｋ＋ＶＭ［Ｖ］がレーザカスの放電破壊電圧に
達すれば主放電電極２間では、放電か開始される。なお
、ここで電圧Ｖ　ｐｅａｋの大きさはｖＭより犬ぎく、
コンデンサーの容■は放電開始用の第３のコンデンサー
１４より放電維持用の第４のコンデンサー１２の方かか
なり大きくなっている。以上がスパイカー回路の動作で
ある。

そして、放電か開始されると、直後においては第４のコ
ンデンサー１２からの放電電流は、第３のコンデンサー
１４と可飽和コイル１５の両方に流れるが、すぐに可飽
和コイル１５の磁束か飽和し、急速にインダクタンスが
低下するので、−ＶＭ［Ｖ］に充電された第４のコンデ
ンサー１２の電荷は飽和状態となった可飽和コイル１５
を介して速やかに主放電電極２間で放電することになる
。即ち、放電維持電流は第４のコンデンサー１２、可飽
和コイル１５、主放電電極２からなる閉回路を流れ、レ
ーザ発振のための放電が維持される。以上が、サステナ
ー回路の動作である。

［発明の効果］以上の様に、本発明によれば、トランスを用いずに放電
開始のためのスパイカーパルスを主放電電極に印加し、
放電後は自動的に放電維持回路を動作させているので、
制御が容易であるとともに、装置の小型化が可能であり
、かつトランスでのエネルギー損失がなくなるので、レ
ーザの発振効率を向上させることができる。また、レー
ザカスの放電破壊電圧以上の電圧が印加される前に、一
定のタイミングで自動的に予備４雛が行なわれるので、
外部からタイミング調整をしなくとも、安定した放電が
行われる。

また、電荷移行回路において、コンデンサーの電位を反
転させることにより２つのコンデンサーの和電圧を放電
開始用のコンデンサーに印加し、さらに放電開始用コン
デンサーと放電維持用コンデンサーの和電圧を主放電電
極に印加するようにしているので、電源電圧を低くする
ことができ、絶縁構造を簡単なものとすることができる
とともに、安全性も向上する。さらに、放電維持電流は
可飽和コイルを介して主放電電極間に流れるので、放電
維持電流の立上りが速やかである。

かかる放電型エキシマレーザ装置は、集積回路製造用の
投影縮小露光装置やレーザによる精密加工装置等の光源
として極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は従来例
を示す回路図ある。［主要部分の符号の説明コト・・レーザカスヂへ・ンハ２・・・主放電電極３・・・予備重列エネルギー発生源６・・・光共振器７・・・トリガー信号入力端子８・・・放電開始用パルス発生器９・・・トランス１０・・・トランス−次側コイル１１・・・トランス二次側コイル１２・・・第４のコンデンサー１３・・・第２のコンデンサー１４・・・第３のコンデンサー１５・・・可飽和コイル１６・・・スイッチ１７・・・第１のコンデンサー３０・・・予備電雛電極４０．４１・・・電源代理人　弁理士　佐　藤　正　年第１　図

Claims

【特許請求の範囲】　放電開始回路と放電維持回路を有する放電型エキシマ
レーザ装置において、可飽和コイルを介して直列閉回路を構成するとともに、
予め互いに逆向きに充電された第１および第２のコンデ
ンサーの一方のコンデンサーの電圧を反転させることに
より、前記第１および第２のコンデンサーの充電電圧の
和電圧を、予備電離電極を介して第３のコンデンサーに
充電する電荷移行回路と、前記第３のコンデンサーと予め充電された第４のコンデンサーの充電電圧の和電圧を予備電離電極
を介して主放電電極間に印加する放電開始回路と、前記第４のコンデンサーに蓄えられた電荷を前記可飽和
コイルを介して主放電電極間で放電させる放電維持回路
とを備えたことを特徴とする放電型エキシマレーザ装置
。