JPH027483A - 放電型エキシマレーザ装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は放電開始回路と放電維持回路を有するエキシマ
レーザ装置、特に単一のスイッチで前記２つの回路を連
動させるようにした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］ 第３図を用いて、従来の技術を説明する。まず、キャパ
シターＣＩは抵抗Ｒ５コイルＬを介して電圧Ｖ、に、コ
ンデンサー０３は抵抗Ｒ２，コイルＬを介して電圧Ｖ２
に充電される。サイラトロン、スパークギャップ、レー
ルギャップ、サイリスタ等の比較的大きな電力を制御で
き、応答速度の速いスイッチ１にトリガーパルス発生器
２ｈ）らトリガー信号が送られると、スイッチ１は閉じ
、コンデンサーＣ３に充電されていた電荷は、予備電離
電極２．３で火花放電を起こしながら、コンデンサー０
２に移行する。この時、コイルしは高いインダクタンス
を有しているため、コイルＬには′１π流は流れない。

予備電離電極２．３で生じた火花放電は紫外線ＵＶを発
生し、これは主放電電極４．５間にあるレーザガスを予
備的に電離し、主放電が均一に起き易い状態にする働き
をする。これは予備電離と呼ばれる。

次に、キャパシター０２の充電々圧が主放電電極４．５
間のレーザガスブレークダウン電圧Ｖａ　　（これは電
極形状、間隔、ガス圧力、ガス組成などによって決まる
）に達すると、コンデンサー０２の電荷は、予備電離電
極２．３を通って、主放電電極４．５の間で放電し、レ
ーザガスのインピーダンスを低下させる。但し、コンデ
ンサーＣ２は、レーザガスの放電を開始させるだけのエ
ネルギーしか蓄えられない容量を選んであるので、この
放電ではレーザ発振には至らない。

一方、スイッチ６にはトリガーパルス発生器２より、遅
延回路７を通してトリガー信号が送られる。遅延のタイ
ミングは、レーザガスの放電が開始した直後にスイッチ
６が閉し、キャパシター０３に蓄えられていた電荷が主
放電電極４．５で放電する様に選ぶ。コンデンサーＣ８
およびＣ３の充電電圧の大きさはｌ　ｖ＋１＝ｋＩ　Ｖ
２１であり、ｋは通常２〜１ｏの値である。また、コン
デンサー容量はＣ２≦Ｃ，＜＜Ｃ３の関係にある。コン
デンサーＣ３の放電は、−旦、放電を開始したレーザガ
スの放電を持続させ、レーザ発振に至らせることができ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記の如き従来の技術においては、大きな電力
を制御するスイッチを２つ用いているので、装置全体の
小型化の妨げとなる他、制御が複雑となり、以下のよう
な問題点を有している。

即ち、トリガーパルス発生器２からの信号によってスイ
ッチ１が閉じ、主放電電極４．５で放電が開始するまで
の時間ｔ１のばらつきが大きいため、スイッチ６の閉じ
るタイミングによって、（ｉ）主放電電極４．５では、
未だ放電が開始していない場合（早トリガリングと呼ぶ
）や、（ｉｉ）主放電電極４．５で起きた放電が消滅し
かかっている場合やすでに消滅してしまった場合（遅ト
リガリングと呼ぶ）という様に、レーザ発振のための放
電維持ができない状況が起こる。いずれもレーザ発振し
ないのでミスファイア−と呼ばれている。

上記（ｉ）の場合、コンデンサー０２とコンデンサー０
３との間で電荷の移行が起こり、スイッチ６の破損原因
となる。また、コンデンサーｃ２には通常コンデンサー
０３の充電電圧Ｖ２より高い電圧が充電されるので、ス
イッチ６が閉じた時には、コンデンサー０３には定格電
圧以上の高電圧が印加され、コンデンサー０３の破損に
もつながる。

また、（ｉｉ）の場合、主放電電極４．５で開始した放
電が完全に消滅してから、スイッチ６が閉じれば、コン
デンサーＣ３の電荷はコンデンサーＣ２に移行するだけ
で、レーザ発振に至らない。

また、主放電電極４．５で開始した放電が弱くなってい
る場合には、コンデンサー０３の電荷は主放電電極４．
５間で放電する際、グロー放電から局部的な電界の集中
を伴うアーク放電に移行し易く、これは主放電電極４．
５の消耗、レーザガスの劣化という問題を引き起こす。

本発明は、この様な従来の問題点に鑑みなされたもので
あり、単一のスイッチで放電開始回路と放電維持回路を
連続的に動作させることができ、装置の小型化が可能で
、かつミスファイア−のない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。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、第１のコンデンサーに蓄えられた電荷が第
２のコンデンサーに移行する回路中に直列または並列に
接続された予備電離電極を有し、第２のコンデンサーの
充電電圧を主放電電極間に印加する放電開始回路と、第
３のコンデンサーに蓄えられた電荷を主放電電極間で放
電する放電維持回路を備えた放電型エキシマレーザ装置
において、第１のコンデンサーの充電回路中に第３のコ
ンデンサーの放電電流が流れないように極性を設定した
ダイオードを備えるとともに、放電維持回路中に、第２
および第３のコンデンサー間の電荷の移行を防ぐコイル
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、第１のコンデンサーの充電図路中
にダイオードを備えており、その極性は第１のコンデン
サーの充電電流が順方向電流となり、第３のコンデンサ
ーの放電電流が逆方向電流となるように設定されている
。このため、このダイオードが第３のコンデンサーの放
電電流に対して、スイッチｒ開」状態の役割りを果たし
、第３のコンデンサーの電荷が第１のコンデンサーの充
電回路を通って放電することがない、（即ち、放電維持
回路にスイッチがなくとも第３のコンデンサーに充電が
できる。） また、コイルもしくは所定のヒステリシス特性を有する
可飽和コイルが放電維持回路中に備えられており、放電
開始電流と放電維持電流の電流立上りの速さや電流の向
きの違いを利用して、放電開始回路の第２のコンデンサ
ーと放電維持回路の第３．のコンデンサー間で電荷の移
行が起こるのを防いでいる。

このようにして、本発明ではそれぞれのコンデンサーに
蓄えられた電荷を無駄に放電することなく、単一のスイ
ッチの開閉によって、放電開始回路と放電維持回路を連
続して動作させることができ、簡単な制御でエキシマレ
ーザを発振することができる。

［実施例］ 本発明の第１実施例を第１図で説明する。コンデンサー
〇、は抵抗ＲＩ、コイルＬ８、ダイオードＤを介して＋
Ｖ１に充電される。この時コンデンサーＣＩの充電極性
は、ダイオードＤに順方向電流が流れることによって充
電される極性となっている。次にサイラトロン、スパー
クギャップ、レールギャップ、サイリスタ等の高速応答
のスイッチｌを閉じると、コンデンサーｃ１に蓄えられ
ていた電荷は予備室１ｉｌＩｔ電極２，３で火花放電を
起こしながら、コンデンサー０２に移行する。この時、
コイルＬ１、ダイオードＤには殆ど電流が流れない様に
コイルＬ、のインダクタンスの大きさを選んでおく。こ
こで、コンデンサー０１から流れ込もうとする電流の向
きはダイオードの逆方向であるので、コイルＬ、のイン
ダクタンス条件はやや緩和される。

スイッチ１を閉じた直後は、主放電電極４゜５の間にあ
るレーザガスインピーダンスが大きく放電が起きない状
態である。予備電離電極２３で起きた火花放電が紫外線
ＵＶを発生し、この紫外線ＵＶに照射されることよって
主放電電極４．５間にあるレーザガスが予備的に電離さ
れ、主放電電極４．５間で放電が起き易い状態がつくら
れる。これと同時に、コンデンサー０２に電荷が移行し
てくると、コンデンサーＣ２の充電電圧つまり主放電電
極４．５への印加電圧が高くなり主放電電極４．５の形
状、間隔、レーザガス圧力、組成などで決定されるガス
ブレークダウン電圧ＶＢに達する。そうすると、コンデ
ンサーＣ２の電荷は、予備電離電極２．３を経由して、
主放電電極４．５間で放電する。なお、本実施例におい
ては、予備電離電極２．３は第２のコンデンサーと直列
に配置されているが、これに限定されるものではなく、
第２のコンデンサーと並列に配置されていても回答差支
えない。

ここで、本発明では放電開始回路と放電維持回路が分離
されているので、コンデンサー０２に蓄えられる電気エ
ネルギーはレーザガスの放電を開始させるだけの大きさ
でよく、従ってコンデンサー〇、も小容量でよい。即ち
、スイッチ１を流れる電気エネルギーも比較的小さなも
のであるので、スイッチ１の劣化が促進されることはな
い。

また、−旦、レーザガスが放電を開始した後は、主放電
電極４．５間には高電圧が印加されないので、レーザ発
振にとって有害なアーク放電が起きにくい。

一方、コンデンサーＣ３は、Ｃ１の充電と同時期に、抵
抗Ｒ２を介して、−ｖ２に充電されている。ダイオード
Ｄの極性は、コンデンサー〇〇の放電方向とは逆なので
、ダイオードＤおよびコンデンサーＣ１の充電コイルＬ
１を介して、コンデンサー０３の電荷が放電することは
ない。

そして、−旦、主放電電極４，５で放電が起きると、レ
ーザガスインピーダンスは非常に低くなるので、コンデ
ンサーＣ３の電荷は、放電維持電流として主放電電極４
．５間を流れ、レーザ発振を起こす。ここで、コンデン
サーＣ１の充電電圧とコンデンサー〇、の充電電圧の関
係は１Ｖｌｌ＝ｋｌＶ２１で、ｋは通常２〜１０の値を
とる。また、各コンデンサーの容量はＣ２≦Ｃ＋　＜＜
Ｃ３（Ｄ関係にあり、放電を維持するための電荷を蓄え
るコンデンサーＣ３の容量が大きくな）ている。

コイルもしくは可飽和コイルＬ２　　（図では可飽和コ
イルとして表示）は、予備重度１電極２．３が火花放電
て短絡した時にコンデンサーＣ３の電荷をコンデンサー
０２に流出させない目的と、コンデンサーＣ２の電圧が
ガスブレーク電圧■、に達して、レーザガス放電が開始
した時にコンデンサー０２の電荷をコンデンサー０３に
流入させないで、主放電電極４．５間のみて消費させる
目的で挿入されている。

即ち、放電開始後におけるコンデンサー０３からの放電
電流は比較的緩やかな電流立ち上がりであるので、コイ
ルＬ２は小さなインダクタンスを示し、放電維持電流と
して流れるが、コンデンサーＣ２から０３への流入（放
電開始回路からの茹れ電流）と、放電開始前におけるコ
ンデンサーＣ３からコンデンサーＣ７への電荷の移行は
電流立ち上がりが速いため、コイルＬ２は大きなインダ
クタンスを示し、コンデンサーＣ２と０３の間で電荷の
移行が起こらない。このため、充電された電荷が無駄に
消費されたり、コンデンサーに定格以上の電圧が印加さ
れて破損したりすることがない。

また、Ｌ２に可飽和コイルを用いる場合は、コイルのヒ
ステリシス特性を選択して、放電開始回路からの漏れ電
流の向きに対してはインダクタンスが大きく（ヒステリ
シス曲線のカーブが急）、向きが逆である放電維持電流
に対してはインダクタンスが小さく（ヒステリシス曲線
のカーブがなだらか）なるようにすれば、放電維持電流
だけを流すことができる。この場合、放電維持電流が流
れる際には可飽和コイルが飽和しているので、放電維持
電流の立上りがより速やかである。

次に、本発明の第２の実施例を第２図に示す。

主放電電極４．５間のレーザガスが放電を開始するまで
の回路動作は、第１図の第１実施例と同じである。第１
図におけるコンデンサー０３の代わりに、分布定数回路
であるＰＦＮ　（パルスフォーミングネットワーク）又
はＰＦＬ　（パルスフォーミングライン）６を用いたも
のである。ＰＦＮ。

ＰＦＬを使うことにより、比較的長い時間放電維持電流
を流すことができ、レーザ光の長パルス化が可能である
。

［発明の効果］ 本発明においては、レーザガスの放電を開始するための
電荷が最初に蓄えられるコンデンサーの充電回路中に、
所定の方向に極性を設定したタイオードを備えたことに
より、放電維持回路中に開閉スイッチを配置しなくとも
、放電を維持するための電荷を蓄えるコンデンサーに充
電することを可能にしている。

また、放電維持回路中にコイルを（ｆｆｉえることによ
り、放電開始回路のコンデンサーと放電維持回路コンデ
ンサー間の電荷の移行を防いでいるので、蓄えられた電
荷が無駄に放電されることなく、レーザガスの放電開始
後に、速やかに放電維持電流が流れ、レーザが発振され
る。

このように、本発明では単一のスイッチによって、放電
開始回路と放電維持回路を連動させることができ、装置
の小型が図れるとともに制御が容易となり、ミスファイ
ヤーによってレーザ発振が起こらなかったり、コンデン
サー等の部品を破損したりすることがない。かかる放電
型エキシマレーザ装置は、集積回路製造用の縮小投影露
光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図は本発明の第１実施例を示す回路図、第２図は本
発明の第２実施例を示す回路図、第３図は従来例を示す
回路図である。 ［主要部分の符号の説明］ １・・・スイッチ、 ２．３・・・予備電離電極 ４．５・・・主放電電極 Ｒ，、Ｒ２・・・抵抗 Ｃ、、Ｃ２，Ｃ３・・・コンデンサー Ｄ・・・ダイオード Ｌｌ・・・コイル Ｌ２・・・コイル（可飽和コイル） ＵＶ・・・紫外線 ６・・・分布定数回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１のコンデンサーに蓄えられた電荷が第２のコンデン
   サーに移行する回路中に直列または並列に接続された予
   備電離電極を有し、前記第２のコンデンサーの充電電圧
   を主放電電極間に印加する放電開始回路と、第３のコン
   デンサーに蓄えられた電荷を主放電電極間で放電する放
   電維持回路を備えた放電型エキシマレーザ装置において
   、前記第１のコンデンサーの充電回路中に前記第３のコ
   ンデンサーの放電電流が流れないように極性を設定した
   ダイオードを備えるとともに、前記放電維持回路中に、
   前記第２および第３のコンデンサー間の電荷の移行を防
   ぐコイルを備えたことを特徴とする放電型エキシマレー
   ザ装置。