JPH10150237A - エキシマレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 予備電離電極に印加される電圧の立上りを速
く、かつ予備電離放電のタイミングを容易に変更でき、
もって安定したレーザ出力エネルギーの得られるエキシ
マレーザ装置を提供すること。 【解決手段】 １次コンデンサ２の電荷をスイッチ素子
４を介して２次コンデンサ５に移行し、主放電電極６
ａ、６ｂに主放電を発生させてレーザガスを励起する
際、予備電離用コンデンサ３の電圧を予備電離電極７
ａ、７ｂに印加して放電を行い前記レーザガスを予備電
離するエキシマレーザ装置であって、前記予備電離用コ
ンデンサ３と前記予備電離電極７ａ、７ｂとの間に磁気
スイッチ１０を挿入接続し、前記磁気スイッチ１０によ
る保持時間の間に前記スイッチ素子４を完全に導通さ
せ、その後に磁気スイッチ１０をオンして予備電離用コ
ンデンサ３の電圧を予備電離電極７ａ、７ｂに印加す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電励起形エキシ
マレーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エキシマレーザ装置は、希ガス（Ａｒ，
Ｋｒ，Ｘｅなど）とハロゲンガス（Ｆ，Ｃｌなど）の混
合ガス（レーザガス）中で放電を行ってレーザガスを励
起することにより紫外域のパルスレーザ（エキシマレー
ザ）を発振するようにされている。そのためレーザ管内
には、レーザガスを励起するための主放電を発生させる
一対の主放電電極と、励起に有効な均一な主放電を得る
ために主放電の前に予備電離と呼ばれる主放電の種とな
る電子をばらまく放電、つまり主放電の前に予備電離放
電を発生させ予備電離放電より発生する紫外光により主
放電電極間のレーザガスを弱電離させるための予備電離
電極が配置されている。

【０００３】図３は、このようなエキシマレーザ装置に
おける一例のレーザガス励起回路を示すもので、この図
において、１は高圧電源入力端子、２は１次コンデン
サ、３は予備電離用コンデンサ、４はサイラトロン等の
スイッチング素子、５は２次コンデンサ、６ａ，６ｂは
一対の主放電電極、７ａ，７ｂは予備電離電極、８ａ，
８ｂは誘電体、Ｌ１，Ｌ２は充電用インダクタンス、Ｌ
３，Ｌ４は回路インダクタンスである。この例の予備電
離電極７ａ，７ｂはそれぞれ誘電体８ａ，８ｂの内部に
配置され、予備電離電極７ａ，７ｂに高電圧の印加によ
って外部の誘電体８ａ，８ｂの表面に高電界が生じコロ
ナ放電を発生するようにされている。

【０００４】この以上の構成されたレーザガス励起回路
は、スイッチング素子４がオフしている時に高圧電源入
力端子１に接続された図示しない高圧電源から１次コン
デンサ２および予備電離用コンデンサ３のそれぞれに充
電用インダクタンスＬ１，Ｌ２を介して充電される。そ
してスイッチング素子４がオン駆動されると１次コンデ
ンサ２に充電された電荷は２次コンデンサ５へと移行す
る。

【０００５】この移行により２次コンデンサ５の電圧が
所定の高電圧に達すると、主放電電極６ａ，６ｂ間にグ
ロー放電が発生し、この放電によりレーザガスが励起さ
れてレーザ光を出力する。一方スイッチング素子４がオ
ン駆動されると予備電離用コンデンサ３の電圧が予備電
離電極７ａ，７ｂに印加され、この電圧によって誘電体
８ａ，８ｂの表面にコロナ放電が発生し、このコロナ放
電により発生した紫外光が主放電電極６ａ，６ｂ間のレ
ーザガスに照射されて主放電前のレーザガスの予備的な
電離が行われる。

【０００６】このようなコロナ放電を用いた予備電離方
式は、複数のピンアレー間をアーク放電させて予備電離
を行うアーク予備電離方式に比べて電力放電のスパッタ
リングによるピンアレーの消耗やレーザガスの汚染がな
く、レーザ装置及びレーザガスの長寿命化が図れるが、
一方アーク予備電離方式に比べて放射紫外光の発生量が
少なく、予備電離効果が劣るという特徴がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来のレーザガス励起回路では、スイッチング素子４
がオン駆動されると予備電離用コンデンサ３の電圧が予
備電離電極７ａ，７ｂに印加されるが、この場合、スイ
ッチング素子４がオン駆動されると瞬時に予備電離用コ
ンデンサ３の電圧が予備電離電極７ａ，７ｂに印加され
るのではなく、スイッチング素子４には、オンに必要な
時間（スイッチング素子４にトリガが入ってからスイッ
チング素子４のインピーダンスが充分に低下するまでの
時間）が存在するため、予備電離電極７ａ，７ｂに印加
される電圧の立上りが遅く、その分予備電離を行う放射
紫外光の発生量が少ない（予備電離電極に印加される電
圧の立上り、すなわち電圧の変化率が大きいほど放射紫
外光の発生量が多い）という問題がある。また、予備電
離放電のタイミングの制御が不可能であり最適化ができ
ないという問題もある。

【０００８】本発明は、上記の問題に鑑みなされたもの
で、予備電離電極に印加される電圧の立上りを速く、か
つ予備電離放電のタイミングを容易に変更でき、もって
安定したレーザ出力エネルギーの得られるエキシマレー
ザ装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、高
圧電源により充電される１次コンデンサと、所定のタイ
ミングでオン駆動されるスイッチング素子と、前記スイ
ッチング素子のオン駆動時前記１次コンデンサにより充
電される２次コンデンサと、前記２次コンデンサの充電
により放電しレーザガスの励起を行う主放電電極と、高
圧電源により充電される予備電離用コンデンサと、前記
スイッチング素子のオン駆動時前記予備電離用コンデン
サの電圧が印加され前記レーザガスを予備電離する予備
電離電極と、前記予備電離用コンデンサと前記予備電離
電極との間に挿入接続された磁気スイッチとを備えてな
ることを特徴とするエキシマレーザ装置とすることによ
り達成される。

【００１０】本発明の上記特徴によれば、予備電離用コ
ンデンサの電圧は、スイッチング素子のオン駆動時、ス
イッチング素子のオン駆動に必要な時間分磁気スイッチ
により保持された後、磁気スイッチのオンによりほぼ瞬
時に予備電離電極に印加されるので、予備電離電極に印
加される電圧の立上りが速く、これにより予備電離を行
う放射紫外光の発生量が増加する。また、磁気スイッチ
の保持時間を変えることにより、主放電に対する予備電
離放電のタイミングの制御を行うことができ、予備電離
放電の最適化を図ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図１は本発明に係るエキシマ
レーザ装置の一例のレーザガス励起回路図、図２は本発
明に係るエキシマレーザ装置の他の例のレーザガス励起
回路図である。なお、各図において図３に示した部分と
同一の部分には同一の符号を付し、重複する部分の説明
は省略する。

【００１２】本発明にしたがい、レーザガス励起回路の
予備電離用コンデンサ３と予備電離電極７ａ，７ｂとの
間に磁気スイッチ１０が挿入接続されている。図１に示
すレーザガス励起回路は、従来と同様に、スイッチング
素子４がオフしている時に高圧電源入力端子１に接続さ
れた図示しない高圧電源から１次コンデンサ２および予
備電離用コンデンサ３のそれぞれに充電用インダクタン
スＬ１，Ｌ２を介して充電される。そしてスイッチング
素子４がオン駆動されると１次コンデンサ２に充電され
た電荷は２次コンデンサ５へと移行し、この移行により
２次コンデンサ５の電圧が所定の高電圧に達すると、主
放電電極６ａ，６ｂ間にグロー放電が発生しレーザ発振
が行われる。

【００１３】一方スイッチング素子４がオン駆動される
と、予備電離用コンデンサ３の電圧は、磁気スイッチ１
０による一定の保持時間経過した後、遅くともレーザ発
振直前までに磁気スイッチ１０がオンとなり予備電離電
極７ａ，７ｂに印加される。この電圧によって誘電体８
ａ，８ｂの表面にコロナ放電が発生し、このコロナ放電
により発生した紫外光が主放電電極６ａ，６ｂ間のレー
ザガスに照射されてレーザガスの予備的な電離が行われ
る。

【００１４】磁気スイッチ１０がオンとなる時刻におい
て、スイッチング素子４のインピーダンスは主放電回路
の容量移行より充分に低下しているので、スイッチング
素子４の立上りによる予備電離電極７ａ，７ｂへの印加
電圧の立上りのなまりは回避される。この場合、磁気ス
イッチ１０もオンに要する立上り時間を有するが、スイ
ッチング素子４の立上り時間よりも充分に小さく（通
常、使用されるスイッチング素子４のサイラトロンの立
上り時間が４０〜５０ｎＳであるのに対して、磁気スイ
ッチ１０は２０ｎＳ以下である。）、予備電離電極７
ａ，７ｂへの電圧の立上りが速められる。また、磁気ス
イッチ１０の保持時間を選択することにより、容易に主
放電に対する予備電離放電のタイミングの制御を行うこ
とができる。

【００１５】このよな磁気スイッチ１０に使用する磁性
材料は、Ｆｅ系アモルファス合金、Ｃｏ系アモルファス
合金、フェライト等であるが、立上りの速いシャープな
スイッチングが可能なアモルファス合金が好適である。

【００１６】ところで、レーザガス励起回路では、図２
に示すように、スイッチング素子４と直列にスイッチン
グ素子４の保護やパワー損失の低減の目的で磁気アシス
トと呼ばれる磁気スイッチ１１を接続し、スイッチング
素子４のオン直後の高インピーダンス状態のときに多量
の電流が流入しないように一定の保持時間（短時間）磁
気スイッチ１１にて、スイッチング素子４への電流流入
を阻止するようにされる場合がある。

【００１７】このようなレーザガス励起回路において
も、予備電離用コンデンサ３と予備電離電極７ａ，７ｂ
との間に磁気スイッチ１０が挿入接続することによって
図１のレーザガス励起回路と同様の作用効果を享受でき
る。ただ、この場合、磁気スイッチ１０の保持時間を磁
気スイッチ１１の保持時間より大きくする必要がある。

【００１８】なお、上記実施の形態では、沿面コロナ放
電を利用した予備電離方式であるが、他の放電形態、例
えば空間コロナ放電、パルスストリーマ放電、無声放
電、アーク放電を用いた放電による予備電離方式であっ
ても良い。

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
容量移行を行うスイッチング素子のオン駆動後、磁気ス
イッチによる保持時間の間に容量移行にてスイッチング
素子を完全に導通させ、その後に磁気スイッチをオンし
て予備電離用コンデンサの電圧を予備電離電極に印加し
ているので、予備電離電極に印加される電圧の立上りが
速く、予備電離を行う放射紫外光の発生量が増加し、ま
た、主放電に対する予備電離放電のタイミングを最適に
設定することができるので、励起放電が均一となり、レ
ーザ出力エネルギー、パルスエネルギーの安定性が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエキシマレーザ装置の一例のレー
ザガス励起回路図である。

【図２】本発明に係るエキシマレーザ装置の他の例のレ
ーザガス励起回路図である。

【図３】従来のエキシマレーザ装置の一例のレーザガス
励起回路図である。

【符号の説明】 ２ １次コンデンサ ３ 予備電離用コンデンサ ４ スイッチング素子 ５ ２次コンデンサ ６ａ、６ｂ 一対の主放電電極 ７ａ、７ｂ 予備電離電極 ８ａ、８ｂ 誘電体 １０、１１ 磁気スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧電源により充電される１次コンデン
   サと、所定のタイミングでオン駆動されるスイッチング
   素子と、前記スイッチング素子のオン駆動時前記１次コ
   ンデンサにより充電される２次コンデンサと、前記２次
   コンデンサの充電により放電しレーザガスの励起を行う
   主放電電極と、高圧電源により充電される予備電離用コ
   ンデンサと、前記スイッチング素子のオン駆動時前記予
   備電離用コンデンサの電圧が印加され前記レーザガスを
   予備電離する予備電離電極と、前記予備電離用コンデン
   サと前記予備電離電極との間に挿入接続された磁気スイ
   ッチとを備えてなることを特徴とするエキシマレーザ装
   置。