JPH027484A

JPH027484A - 放電型エキシマレーザ装置

Info

Publication number: JPH027484A
Application number: JP63156784A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kawamura; 信一郎河村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1988-06-27
Publication date: 1990-01-11

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】［産業上の利用分腎］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）を分前したＳ−Ｓ方式の放電型エ
キシマレーザ装置、特にかかる装置の放電維持回路の動
作タイミングの制御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ができる光源として
エキシマレーザ装置が開発されており、その中でも効率
が比較的高いスパイカーサステナ一方式の放電型エキシ
マレーザ装置が注目されている。

第３図を用いて、従来の放電型エキシマレーザ装置を説
明する。まず、コンデンサーｃ１は抵抗Ｒ、コイルＬを
介して電圧■１に、コンデンサーＣ３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、サイリスタなどの高
速応答のスイッチ１にトリガーパルス発生器２からトリ
ガー信号が送られると、スイッチ１は閉じ、コンデンサ
ー０１に充電されていた電荷は、予備電離電極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Ｌのインダクタンスは高く設定しであるの
で、コイルしには電流は流れない。予備電離電極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。

そして、コンデンサー〇２の充電電圧が主放電電極４，
５間のレーザガスブレークダウン電圧ＶＢ　　（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Ｃ２の電荷は、予備電離
電極３を通って、主放電々極４．５の間で放電し、レー
ザガスのインピーダンスを急激に低下させる。但し、コ
ンデンサー０２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が閉じ、コンデンサー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０１
およびＣ３（７）充電電圧はｌ　ｖ＋ｌ＝　ｋ　Ｉ　ｖ
２１ノ関係にあり、ｋは通常２〜ｌＯの値である。また
、コンデンサー容量はＣ２≦Ｃ：、＜＜Ｃ：、の関係に
ある。

そして、コンデンサー０３からの放電電流によって、−
旦、放電を開始したレーザガスの放電が持続し、第３図
紙面に対して垂直な方向に設けられた１対の光共振ミラ
ーによって増幅されてレーザ発振に至る。

［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、トリガーパ
ルス発生器２からの信号によりスイッチ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が、（
ｉ）主放電々極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、（ｉ　ｉ）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
う様に適切でなくなってしまい、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。

上記の（ｉ）の場合、コンデンサー０２とコンデンサー
Ｃ３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０２には通常Ｖ２　　（
コンデンサーＣ３の充電電圧）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Ｃ３
には定格電圧以上の高電圧が印加され、コンデンサー０
３の破損にもつながる。

（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０２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Ｃ３の
電荷は主放電電極４．５間で放電する際、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弓き起
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、主放電電極での放電開始後、常に適切なタイミン
グで放電維持用電流を流し始めることができ、効率良く
、ミスファイヤーのないレーザ発振が可能なエキシマレ
ーザ装置を得ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］この発明では、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、放電開始回路中に放
電開始電流を検知するためのピックアップコイルや低イ
ンピーダンストランス等の電流センサーを備え、この電
流センサーからの信号によって放電維持回路を動作させ
、主放電電極に放電維持電流を流すことにより上記の課
題を達成している。

［作　用］この発明においては、放電開始回路中に電流センサーを
備え、この電流センサーからの信号により放電維持回路
を動作させているので、放電開始回路においてスイッチ
を閉じてから実際に主放電電極間に放電が起こるまでの
時間のバラツキに関係なく、常に放電開始後一定のタイ
ミングで放電維持電流が流れる。このため、コンデンサ
ーの電荷を無駄に消費したり、スイッチやコンデンサー
を損傷したりすることなく、効率良くレーザ発振が行わ
れる。

［実施例］実施例：１第１図に本発明の第１実施例を示す。まず、コンデンサ
ーＣ８は抵抗Ｒ０、コイルＬを介して電圧Ｖ、に、コン
デンサーＣ３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、サイリスタなどの高速応答のスイッチ１にト
リガーパルス発生器２か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Ｃ４に充電されていた
電荷は、予備電離電極３で火花放電を起こしながら、キ
ャパシター０２に移行する。この時、コイルＬのインダ
クタンスは高く設定されているので、コイルしには電流
は流れない。予備電荷電極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。

そして、コンデンサーＣ２の充電電圧が主放電電極棒４
．５の間のレーザガスブレークダウン電圧ＶＬ１　（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Ｃ２の電荷は、予備
電離電極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は数百ＭΩから０．１Ω程
度にまで急激に低下する。但し、コンデンサー０２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。

ここで、コンデンサー〇２％予備電離電極３、主放電電
極４，５から成る閉ループ回路中を流れる電流を検知す
る電流センサー８は、主放電電極４．５間のレーザガス
の放電が始まる時に流れる放電開始電流を検知し、その
信号をトリガーパルス信号としてスイッチ６に送る。こ
れによりスイッチ６が閉じると、コンデンサー０３に蓄
えられていた電荷は、既に起きている主放電電極４゜５
間の放電を維持するために費やされ、レーザ発振に至る
。電流センサー８の設置（Ｑ置は、放電開始電流が流れ
る回路中のどこでも良く、電流センサー８はピックアッ
プコイルや低インピーダンスなど、電流を検知できるも
のならば何でも構わない。なお、充電電圧Ｖ、、Ｖ、お
よびコンデンサー〇　、、Ｃ２，Ｃ３の大きさの関係に
ついては、前述した従来例と同様である。

実施例：２第２図に本発明の第２実施例を示す。コンデンサー０１
は抵抗Ｒ１、コイルＬを通して電圧ｖ１に、コンデンサ
ー０３は抵抗Ｒ２コイルＬを通して電圧ｖ２に充電しで
ある。スイッチｌにトリガーパルス発生器２からトリガ
ー信号が送られると、スイッチ１は閉じコンデサーＣ１
に充電されていた電荷の一部は、コンデンサー０２と並
列に接続されているメツシュ電極９、誘電体１０、補助
電極１１を通り、メツシュ電極９と誘電体１０との間に
コロナ放電による紫外線光を発しながら消費される。こ
こで発生した紫外線はメツシュ電極９の網の目を通過し
、主放電電極５との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。（コロナ予備
型部と呼ばれる）。この実施例では、紫外線発生部が主
放電電極と向きあっているのでレーザガスの予備電離が
より均一に行われる。

また、コンデンサーＣ１に蓄えられていた大部分の電荷
は、コンデンサーＣ２に移行し、コンデンサーＣ２の充
電重圧がレーザガスブレークダウン電圧ｖａに達すると
、コンデンサー０２の電荷は、メツシュ電極９と主放電
電極５との間で放電し、レーザガスのインピーダンスを
急速に低下させる。但し、コンデンサー０２はレーザガ
スの放電を開始させるだけのエネルギーを蓄えられる容
量を運んであるので、この放電ではレーザ発振には至ら
ない。

コンデンサーＣ２、メツシュ電極９、主成ＴＪ、電極５
から成る閉ループ回路中を流れる電流を検知する電流セ
ンサー８は、主放電電極５とメツシュ電極９間のレーザ
ガスの放電が始まる時に流れる放電開始電流を検知し、
その信号をトリガーパルス信号としてスイッチ６に送る
。スイッチ６が閉じると、コンデンサーＣ５に蓄えられ
ていた電荷は、既に起きている主放電電極５、メツシュ
電極９間の放電を維持するために費やされ、レーザ発振
に至る。この実施例では予備電離のための紫外線発生部
がコンデンサーＣ２と並列（実施例１では直列）に接続
されているが、電流センサー８の設置位置や充電電圧Ｖ
、、Ｖ２の大きさやコンデンサーＣ、、Ｃ２，ｃ　３の
容量の関係は実施例１と同様であることは言うまでもな
い。

なお、以上の実施例では放電開始回路に予備電離のため
の紫外線発生部を設けた例を示したが、本発明において
、予備電離の方法については回答制限されるものではな
く、放電開始回路とは別に紫外線発生部を設けても良い
し、Ｘ線によって予備電離を行うようにしても良い。

［発明の効果］以上の様に本発明によれば、主放電開始電流が流れ始め
た直後に常に一定のタイミングで、放電維持電流を流し
始めることができるので、早トリガリングや遅トリガリ
ングが起こることがない。

即ち、トリガー信号が放電開始回路のスイッチに送られ
てから、実際に主放電が開始するまでの時間が大きくば
らついても、放電維持電流を常に理想的なタイミングで
流すことができるので、ミスファイア−がなく、かつ主
放電電極やレーザガスの寿命の長い放電型エキシマレー
ザ装置を得ることができる。

また、常に放電開始から一定のタイミングで放電維持電
流を流すことにより、レーザ発振出力のパルス毎の安定
性が良く、かつ効率のよいレーザ発振を行うことができ
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］１．６・・・スイッチ、２・・・トリガーパルス発生器３・・・予備型部電極４．５・・・主放電電極７・・・遅延回路８・・・電流センサー９・・・メツシュ電極１０・・・誘電体１１・・・補助電極Ｃ＋　、　Ｃ２、Ｃ３・・・コンデンサーＬ・・・コイ
ルＲ，、Ｒ２・・・抵抗代理人　弁理士　佐　藤　正　年

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、前記放電開始回路中に放電開始電流
を検知する電流センサーを備えたことを特徴とする放電
型エキシマレーザ装置。