JPH1174591A - Pulse gas laser oscillator and laser annealing device using it - Google Patents

Pulse gas laser oscillator and laser annealing device using it

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JPH1174591A
JPH1174591A JP18490198A JP18490198A JPH1174591A JP H1174591 A JPH1174591 A JP H1174591A JP 18490198 A JP18490198 A JP 18490198A JP 18490198 A JP18490198 A JP 18490198A JP H1174591 A JPH1174591 A JP H1174591A
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JP
Japan
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electrode
main
circuit
gas laser
pulse
Prior art date
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JP18490198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Kakizaki
弘司 柿崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH1174591A publication Critical patent/JPH1174591A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To raise stability of laser energy especially for each pulse at a pulse gas laser oscillation device. SOLUTION: The pulse gas laser oscillation device comprises a vessel in which an excitation gas is sealed up, main discharge electrodes 11 provided facing each other in the vessel, a pre-ionization electrode 9 for discharge with the main discharge electrode 11 for pre-ionization, a charge/discharge circuit provided with a main capacitor 3 for charging/discharging an electric power to be supplied between each electrode 11, a power source for supplying the electric power to the charge/discharge circuit, peaking capacitors 7a and 7b in which, connected in parallel to a pair of main discharge electrodes 11, the electric power from the main capacitor 3 is accumulated, and an optical resonator for amplifying the light generated at the main discharge electrode 11. Here, a circuit which connects the main capacitor 3 to the peaking capacitors 7a and 7b is branched into the one resorting to the pre-ionization electrode 9 and the one not resorting to it, while at least one circuit is connected to oversaturation reactors 12a and 12b for raising stability in laser energy.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はパルスガスレーザ発
振装置に関し、特にパルスごとのレーザエネルギーの安
定性を高めるとともに、装置の寿命を延ばすための技術
及びそれを用いたレーザアニール装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulsed gas laser oscillator, and more particularly to a technique for improving the stability of laser energy for each pulse and extending the life of the apparatus, and a laser annealing apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】エキシマレーザ等のパルスガスレーザ発
振装置は、従来では図21に等価回路を示すような、紫
外線自動予備電離方式を用いる場合が多い。これらの回
路は一般に、直流電源1に直列に充電用抵抗2と主コン
デンサ3、更に浮遊インダクタンス4が接続されてい
る。また、直流電源1には並列に高電圧スイッチング素
子(サイラトロン)5と、充電用リアクトル6と、ピー
キングコンデンサ7とが接続された、予備電離電極9及
び主放電電極11が接続されている。この主放電電極1
1は、主放電電極間ギヤップ10を有して対向してい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, pulse gas laser oscillation devices such as excimer lasers often use an automatic ultraviolet pre-ionization method as shown in FIG. In these circuits, a charging resistor 2, a main capacitor 3, and a floating inductance 4 are generally connected in series with a DC power supply 1. The DC power supply 1 is connected in parallel with a preionization electrode 9 and a main discharge electrode 11 to which a high-voltage switching element (thyratron) 5, a charging reactor 6, and a peaking capacitor 7 are connected. This main discharge electrode 1
1 has a gap 10 between the main discharge electrodes and faces each other.

【0003】この状態で、紫外線を用いた予備電離電極
9の間で点弧してから主放電電極間ギャップ10で点弧
するまでの時間(以後、遅延時間Td という)は、放電
回路定数(ピーキングコンデンサ7→予備電離電極9→
主放電電極間ギャップ10→ピーキングコンデンサ7の
回路で考える)で決まる。遅延時間とレーザ出力エネル
ギーとの関係は図4に実線で示すように、ある範囲内
(図4では200〜400ns)で最大となる。これ
は、紫外線による光電離で初期電子が形成され、拡散に
よって均一分布になる時間とハロゲンガス(ガスレーザ
媒質)の電子付着による初期電子の減少時間とのバラン
スが要因と考えられている。
[0003] In this state, the time from the ignition between the preliminary ionization electrodes 9 using ultraviolet rays to the ignition in the gap 10 between the main discharge electrodes (hereinafter referred to as delay time Td ) is the discharge circuit constant. (Peaking capacitor 7 → pre-ionization electrode 9 →
It is determined by the circuit between the main discharge electrode gap 10 and the peaking capacitor 7). The relationship between the delay time and the laser output energy is maximum within a certain range (200 to 400 ns in FIG. 4) as shown by the solid line in FIG. This is considered to be due to the balance between the time during which the initial electrons are formed by photoionization due to ultraviolet light and the electrons are uniformly distributed by diffusion, and the time during which the initial electrons are reduced due to the electron attachment of the halogen gas (gas laser medium).

【0004】このような従来のパルスガスレーザ発振装
置では、図16(a)に示すようにレーザ発振dの後も
主放電電極11の間に残留電流(アフターカレント)が
流れてしまうが、この電流のエネルギーは小さいもので
グロー放電を形成することができないので、主放電電極
11の間におけるハロゲンガスが励起されることはな
い。代わりに局所的なアーク放電が生じ、その結果、電
流密度が高くなったり、温度上昇による蒸発やイオン衝
突によるスパッタにより主放電電極11が損傷してしま
う。
In such a conventional pulse gas laser oscillation device, a residual current (after-current) flows between the main discharge electrodes 11 after the laser oscillation d as shown in FIG. Energy is so small that a glow discharge cannot be formed, so that the halogen gas between the main discharge electrodes 11 is not excited. Instead, a local arc discharge occurs, and as a result, the current density increases, and the main discharge electrode 11 is damaged by evaporation due to a rise in temperature or sputtering due to ion collision.

【0005】そして、紫外線予備電離方式では長時間
(109 〜1010パルス)の動作で予備電離電極9が消
耗し、各予備電離電極9,9の間のギャップ間隔が大き
くなったり不揃いになることで、予備電離の均一性や強
度が低下してしまう。その結果、パルスガスレーザ発振
装置自体の平均出力が低下するとともに、パルス間の出
力変動が大きくなるなどによって、パルスガスレーザ発
振装置自体の出力特性も悪化する。
In the ultraviolet pre-ionization method, the pre-ionization electrode 9 is worn out by the operation for a long time (10 9 to 10 10 pulses), and the gap interval between the pre-ionization electrodes 9 becomes large or irregular. As a result, the uniformity and strength of the preionization are reduced. As a result, the average output of the pulse gas laser oscillation device itself decreases, and the output characteristics between the pulses also increase due to an increase in output fluctuation between pulses.

【0006】更には、予備電離電極9の消耗は、主放電
電極11の間で起こるハロゲンガスの励起を不安定にし
て、主放電電極11を消耗させる原因にもなる。加え
て、消耗した予備電離電極9からのダストによって、レ
ーザチャンバの内部を汚染するだけでなく、励起に用い
るハロゲンガスも劣化してしまう。これらを防ぐため
に、定期的に主放電電極11や予備電離電極9を交換し
ているが、交換にかかる費用や時間が多くなり装置の稼
働率が低下する。
Further, the consumption of the preionization electrode 9 makes the excitation of the halogen gas occurring between the main discharge electrodes 11 unstable, thereby causing the main discharge electrode 11 to be consumed. In addition, the exhausted dust from the preliminary ionization electrode 9 not only pollutes the inside of the laser chamber but also deteriorates the halogen gas used for excitation. In order to prevent these, the main discharge electrode 11 and the preliminary ionization electrode 9 are periodically replaced. However, the cost and time required for the replacement are increased, and the operation rate of the apparatus is reduced.

【0007】また、予備電離にX線やコロナ放電を用い
る場合には、予備電離専用のスイッチング回路を持つ場
合がある。その場合には、遅延時間は遅延回路の挿入で
制御可能となるが、パルスガスレーザ発振装置としては
回路が複雑になる為に、現在は殆ど実用化されていな
い。
When X-rays or corona discharge is used for preliminary ionization, a switching circuit dedicated to preliminary ionization may be provided. In this case, the delay time can be controlled by inserting a delay circuit. However, the pulse gas laser oscillator is not practically used at present because the circuit becomes complicated.

【0008】紫外線予備電離方式では、予備電離回路を
設けて回路時定数で遅延時間を調整可能とした公知例と
して、特公平7―8386号公報が存在し、また、コロ
ナ予備電離方式では、予備電離回路を遅延回路による遅
延時間を調整可能にした公知例として、特公平7―78
57号公報が存在する。
In the ultraviolet pre-ionization system, Japanese Patent Publication No. 7-8386 discloses a known example in which a pre-ionization circuit is provided so that the delay time can be adjusted by a circuit time constant. As a known example in which the delay time of an ionization circuit is adjustable by a delay circuit, Japanese Patent Publication No. 7-78
No. 57 exists.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
技術では、予備電離電極9や主放電電極11が消耗して
しまい、パルスガスレーザ発振装置を構成する各部品の
寿命が短く、またその結果、ハロゲンガスの劣化も早か
った。
As described above, in the prior art, the preionization electrode 9 and the main discharge electrode 11 are worn out, and the life of each component constituting the pulsed gas laser oscillation device is shortened. Also, the halogen gas deteriorated quickly.

【0010】そして、以上の様に遅延回路を設けて紫外
線による予備電離電極9の点弧から主放電電極11が点
弧するまでの遅延時間を固定する方法も行われてはいた
が、レーザ出力が最大になる範囲は、動作条件(ガス混
合比,全ガス圧力,充電電圧,ガスの使用時間,予備電
離電極間のギャップ間隔等)で変化するため、それに伴
うレーザ出力の変動、特にパルスごとの変動は避けるこ
とは出来なかった。
As described above, a method of providing a delay circuit to fix the delay time from the ignition of the preliminary ionization electrode 9 by ultraviolet rays to the ignition of the main discharge electrode 11 has been performed. The maximum range varies depending on the operating conditions (gas mixture ratio, total gas pressure, charging voltage, gas usage time, gap interval between pre-ionization electrodes, etc.). Fluctuations could not be avoided.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1によれば、励起
ガスを封入する容器と、この容器内に対向して設けられ
た主放電電極と、この主放電電極間の上記励起ガスを予
備電離させる予備電離電極と、上記主放電電極及び上記
予備電離電極間に供給する電力を充放電する主コンデン
サを備えた充放電回路と、この充放電回路に電力を供給
する電源と、上記主コンデンサからの電力を蓄電する上
記一対の主放電電極に電気的に並列に接続されたピーキ
ングコンデンサと、上記主放電電極間で発生した光を増
幅する光共振器とを具備するパルスガスレーザ発振装置
において、上記主コンデンサと上記ピーキングコンデン
サを接続する回路が、上記予備電離電極を介するものと
介さないものとに分岐しており、少なくとも一方の分岐
した回路に過飽和リアクトルが接続されていることを特
徴とするパルスガスレーザ発振装置である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a container for enclosing an excitation gas, a main discharge electrode provided in the container so as to be opposed to the container, and a backup of the excitation gas between the main discharge electrodes. A pre-ionization electrode to be ionized, a charge / discharge circuit including a main capacitor for charging / discharging power supplied between the main discharge electrode and the pre-ionization electrode, a power supply for supplying power to the charge / discharge circuit, and a main capacitor A peaking capacitor electrically connected in parallel to the pair of main discharge electrodes for storing electric power from, and a pulse gas laser oscillation device including an optical resonator for amplifying light generated between the main discharge electrodes, A circuit connecting the main capacitor and the peaking capacitor is branched into a circuit through the preliminary ionization electrode and a circuit not through the preliminary ionization electrode, and at least one of the branched circuits is supersaturated. Akutoru a pulsed gas laser oscillator, wherein a is connected.

【0012】請求項2によれば、上記過飽和リアクトル
の飽和時間を変化させて、上記予備電離電極を流れるパ
ルス電流とそれ以外のパルス電流のタイミングを上記過
飽和リアクトルを接続していない場合のパルス電流の流
れるタイミングを基準にしてプラス,マイナス300n
s以内で調整することを特徴とする請求項1に記載のパ
ルスガスレーザ発振装置である。
According to the second aspect of the present invention, the saturation current of the supersaturated reactor is changed so that the timing of the pulse current flowing through the preliminary ionization electrode and the timing of the other pulse currents are adjusted to the pulse current when the supersaturated reactor is not connected. Plus or minus 300n based on the timing of
The pulse gas laser oscillation device according to claim 1, wherein adjustment is performed within s.

【0013】請求項3によれば、上記予備電離電極を流
れる電流は総電流の30%以下であることを特徴とする
請求項1に記載のパルスガスレーザ発振装置である。請
求項4によれば、上記予備電離電極を介する回路と介さ
ない回路との双方に取り付けられた上記過飽和リアクト
ルの飽和時間は、異なることを特徴とする請求項1に記
載のパルスガスレーザ発振装置である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the pulse gas laser oscillation device according to the first aspect, wherein the current flowing through the preliminary ionization electrode is 30% or less of the total current. According to claim 4, the saturation time of the supersaturated reactor attached to both the circuit via the preliminary ionization electrode and the circuit without the preliminary ionization electrode is different from each other, wherein the pulse gas laser oscillation device according to claim 1, is there.

【0014】請求項5によれば、上記予備電離電極と上
記主放電電極との電離方式は、自動予備電離方式である
ことを特徴とする請求項1に記載のパルスガスレーザ発
振装置である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the pulse gas laser oscillation device according to the first aspect, wherein an ionization system between the preliminary ionization electrode and the main discharge electrode is an automatic preliminary ionization system.

【0015】請求項6によれば、励起ガスを封入する容
器と、この容器内に対向して設けられた主放電電極と、
この主放電電極間の上記励起ガスを予備電離させる予備
電離電極と、上記主放電電極及び上記予備電離電極間に
供給する電力を充放電する主コンデンサを備えた充放電
回路と、この充放電回路に電力を供給する電源と、上記
主コンデンサからの電力を蓄電する上記一対の主放電電
極に電気的に並列に接続されたピーキングコンデンサ
と、上記主放電電極間で発生した光を増幅する光共振器
とを具備するパルスガスレーザ発振装置において、上記
主コンデンサと上記ピーキングコンデンサを接続する回
路が、上記予備電離電極を介するものと介さないものと
に分岐しており、上記予備電離電極を介しない回路の方
が上記予備電離電極を介する回路の方よりも低いインピ
ーダンスを有することを特徴とするパルスガスレーザ発
振装置である。
According to the sixth aspect, a container for enclosing the excitation gas, a main discharge electrode provided to face the container,
A pre-ionization electrode for pre-ionizing the excitation gas between the main discharge electrodes, a charge / discharge circuit including a main capacitor for charging / discharging electric power supplied between the main discharge electrode and the pre-ionization electrode; And a peaking capacitor electrically connected in parallel to the pair of main discharge electrodes for storing power from the main capacitor, and an optical resonance for amplifying light generated between the main discharge electrodes. And a circuit connecting the main capacitor and the peaking capacitor is divided into a circuit via the preliminary ionization electrode and a circuit without the preliminary ionization electrode, and a circuit not via the preliminary ionization electrode. Is a pulse gas laser oscillator characterized by having a lower impedance than the circuit through the preliminary ionization electrode.

【0016】請求項7によれば、レーザ光を出射するパ
ルスガスレーザ発振装置と、このパルスガスレーサ発振
装置から出射したレーザ光を整形する光学系と、この光
学系により整形されたレーザビームが照射される被処理
物を設置するチャンバとを備えたレーザアニール装置に
おいて、上記パルスガスレーザ発振装置は、請求項1乃
至請求項6のうちのいずれか1項に記載のパルスガスレ
ーザ発振装置であることを特徴とするレーザアニール装
置である。
According to the seventh aspect, a pulse gas laser oscillation device for emitting a laser beam, an optical system for shaping the laser beam emitted from the pulse gas laser oscillation device, and a laser beam shaped by the optical system are irradiated. A pulse gas laser oscillation device according to claim 1, wherein the pulse gas laser oscillation device is a pulse gas laser oscillation device according to claim 1. It is a laser annealing apparatus characterized by the following.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
について図面を参照して説明する。図1は、等価回路を
示すもので、符号に関して従来例を示す図21と同一符
号のものは、従来例と同一又は従来例に相当する部分を
示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an equivalent circuit, in which the same reference numerals as in FIG. 21 denote parts equivalent to or corresponding to the conventional example.

【0018】直流電源1には、直列に充電用抵抗2と主
コンデンサ3更に浮遊インダクタンス4が接続されてい
る。直流電源1によって、直流電源1→充電用抵抗2→
主コンデンサ3→充電リアクトル6→直流電源1の回路
で主コンデンサ3は充電される。サイラトロン5(高電
圧スイッチング素子)にトリガーパルスを入力すること
により作動させると、充電された電荷は主コンデンサ3
→浮遊インダクタンス4→ピーキングコンデンサ7a→
サイラトロン5で構成された回路と、主コンデンサ3→
浮遊インダクタンス4→予備電離電極9→ピーキングコ
ンデンサ7a→サイラトロン5とで構成された回路との
両方でピーキングコンデンサ7a,7bに移行する自動
予備電離方式を形成している。
A charging resistor 2, a main capacitor 3, and a floating inductance 4 are connected in series to a DC power supply 1. DC power supply 1, DC power supply 1 → Charging resistor 2 →
The main capacitor 3 is charged in a circuit of the main capacitor 3 → the charging reactor 6 → the DC power supply 1. When operated by inputting a trigger pulse to the thyratron 5 (high-voltage switching element), the charged charge is transferred to the main capacitor 3
→ stray inductance 4 → peaking capacitor 7a →
Circuit composed of Thyratron 5 and main capacitor 3 →
An automatic preionization system is formed in which the circuit is shifted to the peaking capacitors 7a and 7b in the circuit composed of the floating inductance 4, the preliminary ionization electrode 9, the peaking capacitor 7a, and the thyratron 5.

【0019】このとき、予備電離電極(ピン電極)9の
間に予備電離放電が点弧する。主放電電極11及び予備
電離電極9はガスレーザ媒質が封入されたレーザチャン
バ(気密容器)内に設置されている。図3(a)に主放
電電極11,11間の電圧波形を、図3(b)に予備電
離電極9,9と主放電電極11,11を流れる電流波形
を示す。図3(a)及び(b)で、過飽和リアクトル
(過飽和インダクタンス)12aを回路中に挿入しない
ときは、実線で示した波形となり、予備電離電流が流れ
始める時間(予備電離放電の点弧)に対する主放電電流
が流れ始める時間(主放電の点弧)の遅延時間が400
nsであった。
At this time, a preionization discharge is ignited between the preionization electrodes (pin electrodes) 9. The main discharge electrode 11 and the preliminary ionization electrode 9 are installed in a laser chamber (airtight container) in which a gas laser medium is sealed. FIG. 3A shows a voltage waveform between the main discharge electrodes 11, 11, and FIG. 3B shows a current waveform flowing through the pre-ionization electrodes 9, 9 and the main discharge electrodes 11, 11. In FIGS. 3A and 3B, when the supersaturated reactor (supersaturated inductance) 12a is not inserted into the circuit, the waveform shown by the solid line is obtained, and the time for the preionization current to start flowing (ignition of the preionization discharge) is shown. The delay time of the time when the main discharge current starts to flow (main discharge firing) is 400
ns.

【0020】このときには、図5に示すようにレーザ出
力のパルス毎のエネルギー変動率(σ)が2.8%であ
った。過飽和リアクトル12aを挿入することで、予備
電離電極9に流れる電流が過飽和リアクトル12aの飽
和時間分だけ遅れて(約100ns)点線で示すような
波形となった。この結果、遅延時間は400nsから3
00nsとなり、エネルギー変動率(σ)は2.0%に
低減された。
At this time, as shown in FIG. 5, the energy fluctuation rate (σ) of each pulse of the laser output was 2.8%. By inserting the saturable reactor 12a, the current flowing through the preliminary ionization electrode 9 was delayed by the saturation time of the saturable reactor 12a (approximately 100 ns) to have a waveform shown by a dotted line. As a result, the delay time is reduced from 400 ns to 3
00 ns, and the energy fluctuation rate (σ) was reduced to 2.0%.

【0021】このときの出力エネルギーは、図4に実線
で示すように変化していないが、ガス混合比等の動作条
件を変化させることによって遅延時間に対する出力特性
は点線のようになり、出力増加とエネルギー変動率低減
との両方に効果がある場合もある。
Although the output energy at this time does not change as shown by the solid line in FIG. 4, the output characteristic with respect to the delay time becomes as shown by the dotted line by changing the operating conditions such as the gas mixture ratio, and the output increases. In some cases, it is effective to both reduce the energy fluctuation rate.

【0022】なお、この第1の実施の形態で用いたサイ
ラトロン5の代わりに、作用が同じで高周波を得られる
半導体スイッチとパルス圧縮回路を用いた場合にも、同
様な効果があることは言うまでもない。
It is needless to say that a similar effect can be obtained by using a semiconductor switch and a pulse compression circuit which have the same function and obtain a high frequency instead of the thyratron 5 used in the first embodiment. No.

【0023】例えば、図6に示すようにパルス圧縮の効
果で主放電電極11対間の電圧波形のパルス幅が短い場
合がある。この場合には、過飽和リアクトル12bを回
路中に挿入しないときは実線で示した波形となる。この
場合、予備電離電流が流れ始める時間(予備電離放電の
点弧)に対する主放電電流が流れはじめる時間(主放電
の点弧)の遅延時間が200nsであった。
For example, as shown in FIG. 6, the pulse width of the voltage waveform between the main discharge electrodes 11 may be short due to the effect of pulse compression. In this case, when the supersaturated reactor 12b is not inserted into the circuit, the waveform becomes a solid line. In this case, the delay time of the time at which the main discharge current starts to flow (ignition of the main discharge) with respect to the time at which the preliminary ionization current starts to flow (ignition of the pre-ionization discharge) was 200 ns.

【0024】また、このときは図5に示すように、レー
ザ出力のパルスごとのエネルギー変動率(σ)が3.0
%であった。過飽和リアクトル12bを挿入すること
で、ピーキングコンデンサ7bに流れる電流が過飽和リ
アクトル12bの飽和時間分だけ遅れて(約100n
s)、図6に点線で示すような電圧波形となった。この
結果、遅延時間は200nsから300nsとなり、エ
ネルギー変動率(σ)は2.0%に低減された。このと
きの出力エネルギーは、図4において実線で示すように
変化していない。
At this time, as shown in FIG. 5, the energy fluctuation rate (σ) of each pulse of the laser output is 3.0.
%Met. By inserting the saturable reactor 12b, the current flowing through the peaking capacitor 7b is delayed by the saturation time of the saturable reactor 12b (about 100 n).
s), the voltage waveform was as shown by the dotted line in FIG. As a result, the delay time was changed from 200 ns to 300 ns, and the energy fluctuation rate (σ) was reduced to 2.0%. The output energy at this time does not change as shown by the solid line in FIG.

【0025】つまり、ピーキングコンデンサ7a,7b
と主放電電極11を接続する導体に過飽和リアクトル1
2a,12bのコアを付けることで遅延時間を調整する
ことができる。過飽和リアクトル12a,12bのコア
は一般に半割れタイプであるため簡単に着脱が可能であ
る。過飽和リアクトル12a,12bのコアの取付位置
や段数を調整することでで遅延時間が、プラス方向及び
マイナス方向の両方向に調整可能である。もちろん、ピ
ーキングコンデンサ7a,7bの両方に過飽和リアクト
ル12a,12bのコアを付けその飽和時間の差によっ
て調整してもよい。
That is, the peaking capacitors 7a, 7b
The supersaturated reactor 1 is connected to the conductor connecting the main discharge electrode 11 and
By attaching the cores 2a and 12b, the delay time can be adjusted. Since the cores of the supersaturated reactors 12a and 12b are generally half-split types, they can be easily attached and detached. By adjusting the mounting position and the number of stages of the cores of the supersaturated reactors 12a and 12b, the delay time can be adjusted in both the plus direction and the minus direction. Of course, the cores of the supersaturated reactors 12a and 12b may be attached to both the peaking capacitors 7a and 7b, and the cores may be adjusted by the difference in the saturation time.

【0026】ピーキングコンデンサ7a,7b間の容量
比を変化させて、予備電離電極9に流れる電流を調整す
ることが可能であり、ピーキングコンデンサ7aの容量
を小さくすることで主コンデンサ3→浮遊インダクタン
ス4→過飽和リアクトル7b→ピーキングコンデンサ7
b→サイラトロン5とで構成された回路に大部分の電流
が流れる。即ち、予備電離電極9に対するバイパス回路
となっている。
The current flowing through the preionization electrode 9 can be adjusted by changing the capacitance ratio between the peaking capacitors 7a and 7b. By reducing the capacitance of the peaking capacitor 7a, the main capacitor 3 → the floating inductance 4 → Supersaturated reactor 7b → Peaking capacitor 7
Most of the current flows through the circuit composed of b → thyratron 5. That is, a bypass circuit for the preliminary ionization electrode 9 is provided.

【0027】これにより、予備電離電極9の消耗を防
ぎ、予備電離電極9の部品やガス媒質を長寿命化するこ
とが可能になった。本実施例においては、予備電離電極
9に流れる電流は、ピーキングコンデンサ7aを総容量
の30%以下にした際に良好な結果が得られた。
As a result, the consumption of the preionization electrode 9 can be prevented, and the life of the components and the gas medium of the preionization electrode 9 can be extended. In this embodiment, good results were obtained when the current flowing through the preliminary ionization electrode 9 was 30% or less of the total capacity of the peaking capacitor 7a.

【0028】図7は、本発明の第1の実施の形態に関す
る変形例の等価回路を示したものである。作用は同じで
あるが予備電離電極9の位置が異なる(第1の実施の形
態が主放電電極11に並列に接続されているのに対し
て、この変形例では主放電電極11に直列に接続されて
いる)回路を示したもので、符号の同じ構成がもつ作用
は、図1と同様である。これらの回路構成については、
これ以外にも本発明の趣旨に沿って種々可能であること
は言うまでもない。
FIG. 7 shows an equivalent circuit of a modified example according to the first embodiment of the present invention. The operation is the same, but the position of the preionization electrode 9 is different (the first embodiment is connected in parallel to the main discharge electrode 11, whereas in this modification, it is connected in series to the main discharge electrode 11). 1), and the operations of the components having the same reference numerals are the same as those in FIG. For these circuit configurations,
It goes without saying that various modifications are possible in accordance with the gist of the present invention.

【0029】次に、本発明の第2の実施の形態について
の概略構成図を図8に示す。レーザチャンバ13の中に
ガスレーザ媒質が封入されており、直流電源1によって
主放電電極11の間、つまり主放電電極間ギャップ10
で主放電が発生する。主放電で発振した光は、図示しな
いレーザ共振器によって増幅されて、レーザ光として出
力される。
Next, FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of a second embodiment of the present invention. A gas laser medium is sealed in the laser chamber 13, and the DC power supply 1 supplies a gap 10 between the main discharge electrodes 11, that is, a gap 10 between the main discharge electrodes.
, A main discharge occurs. Light oscillated by the main discharge is amplified by a laser resonator (not shown) and output as laser light.

【0030】この第2の実施の形態では、主放電電極間
ギャップ10に主放電を点弧させるに先立って、主放電
電極11の間の放電空間部(主放電電極間ギャップ10
と重なる)を予備電離するためにバラストコイル14と
予備電離電極(ピン電極)9とから構成される複数の予
備電離手段を有する。このバラストコイル14は、複数
の予備電離電極9の間に均一に電流(主コンデンサ3か
らピーキングコンデンサ7へと流れる電流)が流れるよ
うにするために設けられている。上記の予備電離手段と
は、並列に過飽和リアクトル12が接続されており、こ
の予備電離手段に対するバイパス回路を構成している。
In the second embodiment, before the main discharge is ignited in the gap 10 between the main discharge electrodes, the discharge space between the main discharge electrodes 11 (the gap 10 between the main discharge electrodes) is set.
And a plurality of preionization means including a ballast coil 14 and a preionization electrode (pin electrode) 9 for preionization. The ballast coil 14 is provided to allow a current (current flowing from the main capacitor 3 to the peaking capacitor 7) to flow uniformly between the plurality of preliminary ionization electrodes 9. A supersaturated reactor 12 is connected in parallel with the above-mentioned preionization means, and constitutes a bypass circuit for the preionization means.

【0031】図9に、第2の実施の形態についての等価
回路を示す。直流電源1には、直列に充電用抵抗2と主
コンデンサ3、更には浮遊インダクタンス4が接続され
ている。主コンデンサ3は、直流電源1によって、直流
電源1→主コンデンサ3→過飽和リアクトル12→充電
用リアクトル6→直流電源1の回路で充電される。ここ
で、充電用リアクトル6は、過飽和リアクトル12の飽
和を解除する作用をももつ。この時には、予備電離電極
9の間の電圧は上昇しないので、予備電離放電は点弧し
ない。
FIG. 9 shows an equivalent circuit according to the second embodiment. To the DC power supply 1, a charging resistor 2, a main capacitor 3, and a stray inductance 4 are connected in series. The main capacitor 3 is charged by the DC power supply 1 in a circuit of DC power supply 1 → main capacitor 3 → saturated reactor 12 → reactor 6 for charging → DC power supply 1. Here, the charging reactor 6 also has the function of releasing the saturation of the supersaturated reactor 12. At this time, since the voltage between the preionization electrodes 9 does not increase, the preionization discharge does not fire.

【0032】そして、サイラトロン5にトリガーパルス
を入力することによって作動させると、主コンデンサ3
に充電された電荷は、主コンデンサ3→サイラトロン5
→ピーキングコンデンサ7→予備電離電極9→バラスト
コイル14→主コンデンサ3で構成された回路によっ
て、ピーキングコンデンサ7へ移行する。このときに予
備電離電極9の間に予備電離放電が点弧する。過飽和リ
アクトル12は、印加電圧と電圧時間との積、つまり流
れる電流が所定値(予備電離放電の点弧直後)になる
と、飽和してインダクタンスが低下し、導通状態になる
ように設計されている。
When the thyratron 5 is operated by inputting a trigger pulse, the main capacitor 3
Is charged from the main capacitor 3 to the thyratron 5
The peaking capacitor 7 is transferred to the peaking capacitor 7 by the circuit composed of the peaking capacitor 7, the preliminary ionization electrode 9, the ballast coil 14, and the main capacitor 3. At this time, a preionization discharge is ignited between the preionization electrodes 9. The supersaturated reactor 12 is designed such that when the product of the applied voltage and the voltage time, that is, the flowing current reaches a predetermined value (immediately after the ignition of the preionization discharge), the saturation occurs, the inductance decreases, and the superconducting reactor 12 is brought into a conductive state. .

【0033】よって、導通状態のときではバラストコイ
ル14及び予備電離電極9から構成される回路よりもイ
ンピーダンスが小さいために、予備電離放電の直後から
は、主コンデンサ3に充電された電荷は、主コンデンサ
3→サイラトロン5→ピーキングコンデンサ7→過飽和
リアクトル12→主コンデンサ3で構成された回路でピ
ーキングコンデンサ7へ移行するので、上述したように
予備電離手段に対するバイパス回路となっている。な
お、図10に予備電離電極9を流れる電流及び過飽和リ
アクトル12(バイパス回路)を流れる電流を示す。
Therefore, since the impedance in the conducting state is smaller than that of the circuit composed of the ballast coil 14 and the preionization electrode 9, the electric charge charged in the main capacitor 3 immediately after the preionization discharge is Since the circuit shifts to the peaking capacitor 7 in a circuit composed of the capacitor 3, the thyratron 5, the peaking capacitor 7, the supersaturation reactor 12, and the main capacitor 3, it is a bypass circuit for the preliminary ionization means as described above. FIG. 10 shows a current flowing through the preionization electrode 9 and a current flowing through the saturable reactor 12 (bypass circuit).

【0034】ここまでは、過飽和リアクトル12を用い
た回路を示したが、サイラトロンやギャップスイッチを
用いても同様の効果が得られる。図11にサイラトロン
15を用いた上記バイパス回路から構成される、本発明
の第3の実施の形態についての等価回路を示す。図9に
示す第2の実施の形態とは、サイラトロン15を用いて
上記バイパス回路を構成したことが異なるだけで、他の
構成は同様である。
Although the circuit using the supersaturated reactor 12 has been described so far, the same effect can be obtained by using a thyratron or a gap switch. FIG. 11 shows an equivalent circuit according to the third embodiment of the present invention, which is constituted by the bypass circuit using the thyratron 15. The other configuration is the same as that of the second embodiment shown in FIG. 9 except that the thyratron 15 is used to constitute the bypass circuit.

【0035】図10には、予備電離電極9に流れる電流
と上記バイパス回路に流れる電流を示しているが、図1
1と併せて説明する。この図10における時間t1 でト
リガパルスを入力し、図11のサイラトロン5が作動し
始め、予備電離に必要な時間をディレイ回路16で遅ら
せた後に、この図における時間t2 でサイラトロン15
が作動し始める。このような構成によって、第2の実施
の形態と同様の効果を得ている。
FIG. 10 shows the current flowing through the preliminary ionization electrode 9 and the current flowing through the bypass circuit.
This will be described in conjunction with 1. A trigger pulse is input at time t 1 in FIG. 10, and the thyratron 5 in FIG. 11 starts operating. After the time required for preliminary ionization is delayed by the delay circuit 16, the thyratron 15 at time t 2 in FIG.
Starts working. With such a configuration, an effect similar to that of the second embodiment is obtained.

【0036】図12には、本発明の第2の実施の形態に
おける過飽和リアクトル12の代わりに、インダクタン
ス値が1μH以下のバイパス用リアクトル17(ここで
は1μH)を接続したもの第4の実施の形態についての
等価回路を示す。ここでは、主コンデンサ3の充電後に
サイラトロン5が作動し始めても、バイパス用リアクト
ル17の値を予備電離放電が点弧するのに可能な限り小
さくすることによって、上記バイパス回路に電流が流れ
るようにしたものである。なお、ここでは充電用リアク
トル6のインダクタンス値を50μH、バラストコイル
14のインダクタンス値を10μH、主コンデンサ3の
容量を20nF、ピーキングコンデンサの容量を20n
Fと設定している。
FIG. 12 shows a fourth embodiment in which a bypass reactor 17 (in this case, 1 μH) having an inductance value of 1 μH or less is connected instead of the supersaturated reactor 12 in the second embodiment of the present invention. An equivalent circuit for is shown. Here, even if the thyratron 5 starts to operate after the main capacitor 3 is charged, the value of the bypass reactor 17 is reduced as much as possible for the preliminary ionization discharge to be fired, so that the current flows through the bypass circuit. It was done. Here, the inductance value of the charging reactor 6 is 50 μH, the inductance value of the ballast coil 14 is 10 μH, the capacitance of the main capacitor 3 is 20 nF, and the capacitance of the peaking capacitor is 20 nH.
F is set.

【0037】また、バイパス用リアクトル17の逆起電
力によって、予備電離電極9の間に予備電離放電が点弧
されるようになっている。この実施の形態は、上記の実
施の形態に比べて上記バイパス回路を流れる電流は小さ
くなるが、簡単に回路を構成できるという利点がある。
The pre-ionization discharge is ignited between the pre-ionization electrodes 9 by the back electromotive force of the bypass reactor 17. This embodiment has an advantage that the current flowing through the bypass circuit is smaller than that of the above embodiment, but the circuit can be easily configured.

【0038】図13に本発明の第5の実施の形態につい
ての等価回路を示す。この第5の実施の形態は、主コン
デンサ3を予備電離放電に寄与する主コンデンサ3a
(バラストコイル14に直列接続)と、上記バイパス回
路に寄与する主コンデンサ3b(バイパス用リアクトル
17に直列接続)とに分割したものである。この第4の
実施の形態によると、第4の実施の形態よりも回路が複
雑になるものの、上記バイパス回路のインダクタンス値
を小さくすることができ(数十μH以下)、このバイパ
ス回路に流れる電流を増加させることができる。
FIG. 13 shows an equivalent circuit according to the fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, the main capacitor 3a is connected to a main capacitor 3a which contributes to preliminary ionization discharge.
(A series connection to the ballast coil 14) and a main capacitor 3b (a series connection to the bypass reactor 17) contributing to the bypass circuit. According to the fourth embodiment, although the circuit is more complicated than the fourth embodiment, the inductance value of the bypass circuit can be reduced (several tens μH or less), and the current flowing through the bypass circuit can be reduced. Can be increased.

【0039】また、図14に本発明の第6の実施の形態
についての等価回路を示す。主コンデンサ3は、直流電
源1によって直流電源1→充電用抵抗2→主コンデンサ
3→過飽和リアクトル12c→減衰用抵抗18→可変リ
アクトル19→直流電源1の回路で充電される。主コン
デンサ3を充電する回路に流れる電流によって、過飽和
リアクトル12cは導通状態を解除される。
FIG. 14 shows an equivalent circuit according to the sixth embodiment of the present invention. The main capacitor 3 is charged by the DC power supply 1 in a circuit of DC power supply 1 → charging resistor 2 → main capacitor 3 → saturated reactor 12c → attenuation resistor 18 → variable reactor 19 → DC power supply 1. The conduction state of the supersaturated reactor 12c is released by the current flowing in the circuit for charging the main capacitor 3.

【0040】次に、サイラトロン5にトリガーパルスを
入力して作動させると、主コンデンサ3に充電された電
荷は、主コンデンサ3→サイラトロン5→ピーキングコ
ンデンサ7→予備電離電極9→主コンデンサ3の回路で
ピーキングコンデンサ7に移行し、予備電離電極9の間
に予備電離放電が点弧する。
Next, when the trigger pulse is input to the thyratron 5 and the thyratron 5 is operated, the electric charge charged in the main capacitor 3 is changed from the main capacitor 3 → the thyratron 5 → the peaking capacitor 7 → the preliminary ionizing electrode 9 → the circuit of the main capacitor 3. Then, the process shifts to the peaking capacitor 7 and the preionization discharge is ignited between the preionization electrodes 9.

【0041】過飽和リアクトル12cは、印加電圧と電
圧印加時間との積、つまり流れる電流が所定値(予備電
離放電の点弧直後)になると、飽和してインダクタンス
値が低下し、導通状態になるようになっている。過飽和
リアクトル12cが予備電離放電の点弧直後に飽和する
ように、減衰用抵抗18及び可変リアクトル19は設計
されている。
When the product of the applied voltage and the voltage application time, that is, the flowing current reaches a predetermined value (immediately after the ignition of the preionization discharge), the supersaturated reactor 12c is saturated, the inductance value decreases, and the superconducting reactor 12c becomes conductive. It has become. The attenuation resistor 18 and the variable reactor 19 are designed so that the supersaturated reactor 12c is saturated immediately after the ignition of the preionization discharge.

【0042】この導通状態のときでは、バラストコイル
14及び予備電離電極9から構成されるよりもインピー
ダンスが小さいために、予備電離放電の直後からは、主
コンデンサ3に充電された電荷は、主コンデンサ3→過
飽和リアクトル12c→減衰用抵抗18→可変リアクト
ル19→主コンデンサ3で構成された回路で減衰用抵抗
18へ移行する。そして、この減衰用抵抗18で電気エ
ネルギーの大部分が消費されるので、上述したように予
備電離手段に対するバイパス回路となっている。
In this conducting state, the impedance charged is smaller than that of the ballast coil 14 and the preionization electrode 9. 3 → supersaturated reactor 12 c → attenuation resistor 18 → variable reactor 19 → transition to attenuation resistor 18 in a circuit composed of main capacitor 3. Since a large part of the electric energy is consumed by the attenuating resistor 18, it forms a bypass circuit for the preliminary ionization means as described above.

【0043】図15において、(a)には[従来の技
術]の項に記載した回路の主放電電極11の間に流れる
電流Iを示し、(b)には主放電電極9を流れる電流I
1 を示し、(c)には上記バイパス回路を流れる電流I
2 を示し、(d)にはレーザパルス波形Wを示す。過飽
和リアクトル12cについて、導通(飽和)のタイミン
グを「過飽和インダクタンスの導通」(過飽和リアクト
ルのON状態)で示したように、レーザの発振直後であ
ればレーザ出力が低下することはない。
In FIG. 15, (a) shows a current I flowing between the main discharge electrodes 11 of the circuit described in the section of [Prior Art], and (b) shows a current I flowing through the main discharge electrode 9.
1 and (c) shows the current I flowing through the bypass circuit.
2 is shown, and (d) shows the laser pulse waveform W. As for the supersaturated reactor 12c, the conduction (saturation) timing is indicated by "continuity of supersaturated inductance" (ON state of the supersaturated reactor), and the laser output does not decrease immediately after laser oscillation.

【0044】しかし、導通のタイミングは図16(a)
で示した主放電電極間ギャップ10の電圧波形Vの斜線
部の面積(印加電圧と電圧印加時間との積)で決まるの
で、Vの値が変化するに従って、同図(b)のように導
通のタイミングも変化する。そこで、この実施の形態に
おいてはVの値の変化に対して、過飽和リアクトル12
cの導通のタイミングを補償するため、可変リアクトル
19が過飽和リアクトル12cに対して直列に挿入され
ている。例えば、Vは出力一定の制御を充電電圧で行な
う場合や、ガス劣化又はガス混合条件の変化などで変わ
ってしまう。
However, the conduction timing is shown in FIG.
Is determined by the area (the product of the applied voltage and the voltage application time) of the hatched portion of the voltage waveform V of the gap 10 between the main discharge electrodes indicated by the symbol (b). As the value of V changes, the conduction becomes as shown in FIG. Also changes. Therefore, in this embodiment, the supersaturated reactor 12
A variable reactor 19 is inserted in series with the saturable reactor 12c in order to compensate for the conduction timing of c. For example, V changes when constant output control is performed with the charging voltage, or when gas is deteriorated or gas mixing conditions change.

【0045】そこで、充電電圧が低い場合には、図17
(a)に示すように導通のタイミングが早まり、同図
(b)に示すようにレーザ発振に必要な電流を上記バイ
パス回路に流すことになる。その結果、電流I1 が減少
するのに対して電流I2 が増加し、レーザ出力が低下し
てしまう。
In the case where the charging voltage is low, FIG.
As shown in (a), the conduction timing is advanced, and a current required for laser oscillation flows through the bypass circuit as shown in FIG. As a result, current I 2 is increased relative to the current I 1 is decreased, the laser output is reduced.

【0046】その一方、同図(c)に示すように導通の
タイミングが遅くなればなるほど電流I2 が減少して、
[従来の技術]の項で問題にした主放電電極間ギャップ
10での残留電流(アフターカレント)を低減させる効
果が減少する。
On the other hand, as shown in FIG. 4C, the later the conduction timing is, the smaller the current I 2 is,
The effect of reducing the residual current (after-current) in the gap 10 between the main discharge electrodes, which has been a problem in the section of [Prior Art], is reduced.

【0047】そこで、可変リアクトル19の値を調整す
ることにより、過飽和リアクトル12cに印加される電
圧波形を変化させて、過飽和リアクトル12cの導通タ
イミングを常にレーザ発振直後(最適値)に保つように
した。例えば、レーザ発振器の出力を一定に制御してい
る際に、ガスレーザ媒質が劣化し緩やかに充電電圧が上
昇した場合には、図14において可変リアクトル19の
値をコントローラ20で徐々に減少させることによって
対応できる。一方、ガスレーザ媒質の注入時に充電電圧
の急激な減少が起こった場合には、可変リアクトル19
の値をコントローラ20で急激に増加させることによっ
て対応できる。
Therefore, by adjusting the value of the variable reactor 19, the voltage waveform applied to the saturable reactor 12c is changed so that the conduction timing of the saturable reactor 12c is always maintained immediately after laser oscillation (optimum value). . For example, when the output of the laser oscillator is controlled to be constant and the gas laser medium is deteriorated and the charging voltage is gradually increased, the value of the variable reactor 19 is gradually reduced by the controller 20 in FIG. Can respond. On the other hand, if the charging voltage sharply decreases during the injection of the gas laser medium, the variable reactor 19
Can be dealt with by rapidly increasing the value of

【0048】図18には、この第6の実施の形態に関す
る変形例の等価回路を示す。この変形例は、サイラトロ
ン5の保護を考慮したものである。サイラトロン5の消
費電力を減少させるために、主コンデンサ3に直列接続
され磁気アシスト法を用いた過飽和リアクトル12dを
有している。そして、サイラトロン5に逆向きの電流が
流れるのを防ぐために、ダイオード21も有している。
さらに、充電用抵抗2で大部分を消費させて、上述した
予備電離手段に対するバイパス回路としている。
FIG. 18 shows an equivalent circuit of a modification of the sixth embodiment. This modification takes the protection of the thyratron 5 into consideration. In order to reduce the power consumption of the thyratron 5, a supersaturated reactor 12d connected to the main capacitor 3 in series and using the magnetic assist method is provided. In addition, the thyratron 5 has a diode 21 in order to prevent a current from flowing in the opposite direction.
Furthermore, the charging resistor 2 consumes most of the power, and forms a bypass circuit for the above-mentioned preliminary ionization means.

【0049】なお、以上の各実施の形態において図19
に示すように予備電離電極9に誘電体22を取り付け、
この誘電体22の沿面放電を利用することで、放電開始
電圧を低下させることも有効である。予備電離電極9の
間のギャップ間隔を1〜2mm程度に狭く保つことでも
放電開始電圧を低下させることができるが、この間隔が
狭すぎると、予備電離の能力が低下することから、上述
のような誘電体22の使用が望ましい。
In each of the above embodiments, FIG.
A dielectric 22 is attached to the preionization electrode 9 as shown in FIG.
It is also effective to reduce the discharge starting voltage by utilizing the creeping discharge of the dielectric 22. The discharge starting voltage can be reduced by keeping the gap interval between the preliminary ionization electrodes 9 as small as about 1 to 2 mm. However, if the interval is too small, the capability of the preliminary ionization is reduced. It is desirable to use a simple dielectric 22.

【0050】次に、本発明の第7の実施の形態について
説明する。図20は、本発明の第1〜第6の実施の形態
に係るパルスガスレーザ発振装置を用いたレーザアニー
ル装置である。近年の、半導体装置や液晶表示装置の分
野では、シランガス(SiH4 )を用いたプラズマCV
D(Chemical Vapor Deposition )法(約300℃のプ
ロセス)等により基板上に成膜された非晶質シリコン
(アモルファスシリコン:a−Si)膜にレーザ光等を
照射し、多結晶シリコン(ポリシリコン:p−Si)膜
にすることで、電子移動度(electron mobility )の高
い多結晶半導体膜を形成するためや、半導体膜にトラン
ジスタとしての動作をさせる不純物(ドナー/アクセプ
タ)の活性化をさせるためのエキシマレーザアニール
(ELA:Excimer Laser Anneal)技術が開発されてい
る。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 20 shows a laser annealing apparatus using the pulsed gas laser oscillator according to the first to sixth embodiments of the present invention. In recent years, in the field of semiconductor devices and liquid crystal display devices, plasma CVs using silane gas (SiH 4 )
Amorphous silicon (amorphous silicon: a-Si) film formed on a substrate by a D (Chemical Vapor Deposition) method (a process of about 300 ° C.) is irradiated with laser light or the like, and is made of polycrystalline silicon (polysilicon). : P-Si) film to form a polycrystalline semiconductor film with high electron mobility and to activate impurities (donor / acceptor) that cause the semiconductor film to operate as a transistor. Excimer Laser Anneal (ELA) technology has been developed for this purpose.

【0051】上述の多結晶化されたシリコン膜を用いた
液晶表示装置を製造する際に用いる、図20に示された
レーザアニール装置に関して詳解する。このレーザアニ
ール装置は、XeClレーザ光をa−Si:H膜(水素を含
有しているa−Si膜)の成膜された基板101(被処
理物)に照射するものである。
The laser annealing apparatus shown in FIG. 20, which is used when manufacturing a liquid crystal display device using the above-mentioned polycrystalline silicon film, will be described in detail. This laser annealing apparatus irradiates a substrate 101 (workpiece) on which an a-Si: H film (a-Si film containing hydrogen) is formed with a XeCl laser beam.

【0052】本発明の第1〜第6の実施の形態で示され
たパルスガスレーザ発振装置102から出射されたレー
ザ光は、コリメータ103を介してシリンドリカルレン
ズ等の集光レンズ104によって集光され、ホモジナイ
ザを含む光学系としてのカライドスコープ105の入射
端面から内部へ入射される。このカライドスコープ10
5は、高反射性を有する研磨されたアルミニウム板を四
枚組み合わせた筒状の構成を採っている。そして、直方
体の形状であり内部に四角形の中空部を持っている。こ
のカライドスコープ105の出射端面では、カライドス
コープ105の中空部での光の多重反射によってレーザ
光の照射面でのエネルギー強度分布が平坦化された光が
ライン状に出射される。
The laser light emitted from the pulsed gas laser oscillation device 102 shown in the first to sixth embodiments of the present invention is condensed by a condensing lens 104 such as a cylindrical lens via a collimator 103. The light enters the inside from the entrance end face of the kaleidoscope 105 as an optical system including a homogenizer. This Callide Scope 10
Reference numeral 5 has a cylindrical configuration in which four polished aluminum plates having high reflectivity are combined. It has a rectangular parallelepiped shape and has a rectangular hollow inside. At the emission end face of the kaleidoscope 105, light whose energy intensity distribution is flattened on the irradiation surface of the laser light due to multiple reflection of light at the hollow part of the kaleidoscope 105 is emitted in a line shape.

【0053】さて、カライドスコープ105の出射端面
から出射されたレーザ光は、ミラー106にて下方へ反
射され、結像レンズ107により窓108を通して処理
チャンバ109内のa−Si:H膜の成膜された基板1
01上に結像される。即ちこのときレーザ光の結像面は
基板101上にある。基板101はXYテーブル110
上に載置されており、これによりレーザ光と基板101
とは相対的に走査される。なお、この処理チャンバ10
9はゲートバルブGによって外界とは処断されており、
その内部は真空ポンプによってバルブを介して真空とさ
れているか、又はN2 ボンベからバルブを介して供給さ
れた、N2 に代表される不活性な気体で満たされてお
り、これらの設定条件によって最適なアニール処理が行
うことのできる状態とされている。
The laser light emitted from the exit end face of the kaleidoscope 105 is reflected downward by the mirror 106 and is formed by the imaging lens 107 through the window 108 to form an a-Si: H film in the processing chamber 109. Filmed substrate 1
01. That is, at this time, the image plane of the laser beam is on the substrate 101. The substrate 101 is an XY table 110
On which the laser light and the substrate 101 are placed.
Are scanned relative to. The processing chamber 10
9 is cut off from the outside world by the gate valve G,
The inside thereof is evacuated by a vacuum pump via a valve, or is filled with an inert gas represented by N 2 supplied from a N 2 cylinder via a valve, depending on these setting conditions. It is in a state where an optimal annealing process can be performed.

【0054】ここで、本発明の第1〜第6の実施の形態
に係るパルスガスレーザ発振装置を用いることによっ
て、パルス毎のレーザエネルギーの変動が小さい、高安
定なパルスガスレーザ発振装置を得ることが可能にな
り、良好なアニール処理ができるようになった。また、
定期的な主放電電極や予備電離電極の交換サイクルが伸
びて、交換にかかる費用や時間が少なくなり、稼働率が
向上するとともに、レーザアニール装置の長寿命化が実
現できるようになった。
Here, by using the pulse gas laser oscillators according to the first to sixth embodiments of the present invention, it is possible to obtain a highly stable pulse gas laser oscillator having a small variation in laser energy for each pulse. It has become possible to perform good annealing treatment. Also,
The periodic replacement cycle of the main discharge electrode and the preionization electrode is extended, the cost and time required for replacement are reduced, the operation rate is improved, and the life of the laser annealing apparatus can be extended.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のパルス
ガスレーザ発振装置は、請求項1から請求項7の発明に
よると、従来では、予備電離放電に対する主放電の遅延
時間の調整が困難であった紫外線励起自動予備電離方式
において、主コンデンサとピーキングコンデンサを接続
する回路を、予備電離電極を介するものと介さないもの
とに分岐して、少なくとも一方の回路に過飽和リアクト
ルを接続させて遅延時間の調整を可能にしたため、パル
ス毎のレーザエネルギーの変動が小さい高安定なレーザ
発振装置が可能になり、予備電離電極への入力を低下さ
せることができた。
As described above, according to the pulse gas laser oscillation apparatus of the present invention, according to the first to seventh aspects of the present invention, it is difficult to adjust the delay time of the main discharge with respect to the preionization discharge. In the UV-excited automatic preionization method, the circuit connecting the main capacitor and the peaking capacitor was branched into one through the preionization electrode and one without, and a saturable reactor was connected to at least one of the circuits. Thus, a highly stable laser oscillation device with small fluctuations in laser energy for each pulse was made possible, and the input to the preliminary ionization electrode could be reduced.

【0056】また、回路を予備電離電極を介するものと
介さないものとに分岐する際に、予備電離電極を介さな
いもののインピーダンスを介するもののインピーダンス
よりも低くしたので装置の長寿命化が実現できるように
なった。更に、このパルスガスレーザ発振装置を用いる
ことで、レーザアニール装置の稼働率が向上するととも
に、レーザアニール装置の長寿命化が実現できるように
なった。
Further, when the circuit is branched into a circuit through the preliminary ionization electrode and a circuit without the preliminary ionization electrode, the impedance is lower than that through the impedance without the preliminary ionization electrode, so that the life of the device can be extended. Became. Further, by using this pulse gas laser oscillation device, the operating rate of the laser annealing device is improved, and the life of the laser annealing device can be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係るパルスガスレ
ーザ発振装置の等価回路図。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a pulse gas laser oscillation device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のパルスガスレーザ発振装置に係る要部の
接続構造を示す断面模式図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a connection structure of a main part of the pulse gas laser oscillation device of FIG.

【図3】図1のパルスガスレーザ発振装置に係る主放電
電極間の電圧波形と電流波形を示すグラフ。
3 is a graph showing a voltage waveform and a current waveform between main discharge electrodes according to the pulsed gas laser oscillation device of FIG.

【図4】図1のパルスガスレーザ発振装置に係るレーザ
出力エネルギーと遅延時間とのグラフ。
FIG. 4 is a graph of laser output energy and delay time according to the pulsed gas laser oscillation device of FIG. 1;

【図5】図1のパルスガスレーザ発振装置に係るレーザ
出力エネルギー変動率と遅延時間とのグラフ。
FIG. 5 is a graph of a laser output energy variation rate and a delay time according to the pulse gas laser oscillation device of FIG. 1;

【図6】図1のパルスガスレーザ発振装置に係る主放電
電極間の電圧波形を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing a voltage waveform between main discharge electrodes according to the pulse gas laser oscillation device of FIG. 1;

【図7】本発明第1の実施の形態に関する他の実施例に
係るパルスガスレーザ発振装置の等価回路図。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a pulse gas laser oscillation device according to another example of the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施の形態のパルスガスレーザ
発振装置に係る断面構成図。
FIG. 8 is a cross-sectional configuration diagram of a pulse gas laser oscillation device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施の形態に係るパルスガスレ
ーザ発振装置の等価回路図。
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a pulse gas laser oscillation device according to a second embodiment of the present invention.

【図10】図9のパルスガスレーザ発振装置に係る予備
電離電極間及びバイパス回路での電流波形を示すグラ
フ。
10 is a graph showing current waveforms between pre-ionization electrodes and in a bypass circuit according to the pulsed gas laser oscillation device of FIG. 9;

【図11】本発明の第3の実施の形態に係るパルスガス
レーザ発振装置の等価回路図。
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a pulse gas laser oscillation device according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第4の実施の形態に係るパルスガス
レーザ発振装置の等価回路図。
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a pulse gas laser oscillation device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第5の実施の形態に係るパルスガス
レーザ発振装置の等価回路図。
FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of a pulse gas laser oscillation device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第6の実施の形態に係るパルスガス
レーザ発振装置の等価回路図。
FIG. 14 is an equivalent circuit diagram of a pulse gas laser oscillation device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図15】従来のパルスガスレーザ発振装置及び図14
のパルスガスレーザ発振装置に係る主放電電極間及びバ
イパス回路での電流波形並びにレーザパルス波形を示す
グラフ。
FIG. 15 shows a conventional pulse gas laser oscillation device and FIG.
4 is a graph showing a current waveform and a laser pulse waveform between main discharge electrodes and in a bypass circuit according to the pulse gas laser oscillation device of FIG.

【図16】図15のパルスガスレーザ発振装置に係る主
放電電極間の電圧波形及び電流波形並びにバイパス回路
の電流波形を示すグラフ。
16 is a graph showing a voltage waveform and a current waveform between main discharge electrodes and a current waveform of a bypass circuit in the pulse gas laser oscillation device of FIG.

【図17】図16のグラフにおいて過飽和リアクトルの
導通タイミングを変化させた場合を示すグラフ。
FIG. 17 is a graph showing a case where the conduction timing of the supersaturated reactor in the graph of FIG. 16 is changed.

【図18】本発明の第6の実施の形態に関する他の実施
例に係るパルスガスレーザ発振装置の等価回路図。
FIG. 18 is an equivalent circuit diagram of a pulse gas laser oscillation device according to another example of the sixth embodiment of the present invention.

【図19】本発明に係るパルスガスレーザ発振装置の予
備電離電極の拡大構成図。
FIG. 19 is an enlarged configuration diagram of a preliminary ionization electrode of the pulse gas laser oscillation device according to the present invention.

【図20】本発明の第7の実施の形態に係るレーザアニ
ール装置の概略構成図。
FIG. 20 is a schematic configuration diagram of a laser annealing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図21】本発明の従来例に係るパルスガスレーザ発振
装置の等価回路図。
FIG. 21 is an equivalent circuit diagram of a pulse gas laser oscillation device according to a conventional example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…直流電源,2…充電用抵抗,3・3a・3b…主コ
ンデンサ 4…浮遊インダクタンス,5・15…サイラトロン,6
…充電リアクトル 7・7a・7b…ピーキングコンデンサ,9…予備電離
電極 10…主放電電極間ギヤップ,11…主放電電極 12a・12b・12c・12d…過飽和リアクトル,
13…レーザチャンバ 14…バラストコイル,16…ディレイ回路,17…バ
イパス用リアクトル 18…減衰用抵抗,19…可変リアクトル,20…コン
トローラ 21…ダイオード,22…誘電体,101…基板 102…パルスガスレーザ発振装置,103…コリメー
タ,104…集光レンズ 105…カライドスコープ,106…ミラー,107…
結像レンズ 108…窓,109…処理チャンバ,110…XYテー
ブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC power supply, 2 ... Charge resistance, 3.3a / 3b ... Main capacitor 4 ... Floating inductance, 5-15 ... Thyratron, 6
... Charging reactors 7,7a, 7b ... Peaking capacitors, 9 ... Pre-ionization electrodes 10 ... Gap between main discharge electrodes, 11 ... Main discharge electrodes 12a, 12b, 12c, 12d ... Supersaturated reactors,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Laser chamber 14 ... Ballast coil, 16 ... Delay circuit, 17 ... Bypass reactor 18 ... Attenuation resistor, 19 ... Variable reactor, 20 ... Controller 21 ... Diode, 22 ... Dielectric, 101 ... Substrate 102 ... Pulse gas laser oscillation Apparatus, 103 Collimator, 104 Condensing lens 105 Callide scope, 106 Mirror, 107
Imaging lens 108 Window, 109 Processing chamber 110 XY table

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励起ガスを封入する容器と、この容器内
に対向して設けられた主放電電極と、この主放電電極間
の上記励起ガスを予備電離させる予備電離電極と、上記
主放電電極及び上記予備電離電極間に供給する電力を充
放電する主コンデンサを備えた充放電回路と、この充放
電回路に電力を供給する電源と、上記主コンデンサから
の電力を蓄電する上記一対の主放電電極に電気的に並列
に接続されたピーキングコンデンサと、上記主放電電極
間で発生した光を増幅する光共振器とを具備するパルス
ガスレーザ発振装置において、 上記主コンデンサと上記ピーキングコンデンサを接続す
る回路が、上記予備電離電極を介するものと介さないも
のとに分岐しており、少なくとも一方の分岐した回路に
過飽和リアクトルが接続されていることを特徴とするパ
ルスガスレーザ発振装置。
1. A container for enclosing an excitation gas, a main discharge electrode provided in the container so as to face the same, a preionization electrode for preionizing the excitation gas between the main discharge electrodes, and a main discharge electrode. A charge / discharge circuit including a main capacitor for charging / discharging power supplied between the preliminary ionization electrodes; a power supply for supplying power to the charge / discharge circuit; and the pair of main discharges for storing power from the main capacitor. A pulse gas laser oscillation device comprising: a peaking capacitor electrically connected in parallel to electrodes; and an optical resonator that amplifies light generated between the main discharge electrodes. A circuit connecting the main capacitor and the peaking capacitor. Are divided into those via the preliminary ionization electrode and those not through the preliminary ionization electrode, and the supersaturated reactor is connected to at least one of the branched circuits. Pulsed gas laser oscillator according to symptoms.
【請求項2】 上記過飽和リアクトルの飽和時間を変化
させて、上記予備電離電極を流れるパルス電流とそれ以
外のパルス電流のタイミングとを、上記過飽和リアクト
ルを接続していない場合のパルス電流の流れるタイミン
グを基準にしてプラス,マイナス300ns以内で調整
することを特徴とする請求項1に記載のパルスガスレー
ザ発振装置。
2. The timing of the pulse current flowing through the preliminary ionization electrode and the timing of the other pulse current by changing the saturation time of the supersaturated reactor, and the timing of the pulse current flowing when the supersaturated reactor is not connected. 2. The pulse gas laser oscillation device according to claim 1, wherein the pulse gas laser oscillation device is adjusted within ± 300 ns within ± 300 ns.
【請求項3】 上記予備電離電極を流れる電流は総電流
の30%以下であることを特徴とする請求項1に記載の
パルスガスレーザ発振装置。
3. The pulse gas laser oscillation device according to claim 1, wherein a current flowing through the preliminary ionization electrode is 30% or less of a total current.
【請求項4】 上記予備電離電極を介する回路と介さな
い回路との双方に取り付けられた上記過飽和リアクトル
の飽和時間は、異なることを特徴とする請求項1に記載
のパルスガスレーザ発振装置。
4. The pulse gas laser oscillation device according to claim 1, wherein the saturation times of the supersaturated reactors attached to both the circuit via the preliminary ionization electrode and the circuit without the preliminary ionization electrode are different.
【請求項5】 上記予備電離電極と上記主放電電極との
電離方式は、自動予備電離方式であることを特徴とする
請求項1に記載のパルスガスレーザ発振装置。
5. The pulse gas laser oscillation device according to claim 1, wherein an ionization method between the preliminary ionization electrode and the main discharge electrode is an automatic preionization method.
【請求項6】 励起ガスを封入する容器と、この容器内
に対向して設けられた主放電電極と、この主放電電極間
の上記励起ガスを予備電離させる予備電離電極と、上記
主放電電極及び上記予備電離電極間に供給する電力を充
放電する主コンデンサを備えた充放電回路と、この充放
電回路に電力を供給する電源と、上記主コンデンサから
の電力を蓄電する上記一対の主放電電極に電気的に並列
に接続されたピーキングコンデンサと、上記主放電電極
間で発生した光を増幅する光共振器とを具備するパルス
ガスレーザ発振装置において、 上記主コンデンサと上記ピーキングコンデンサを接続す
る回路が、上記予備電離電極を介するものと介さないも
のとに分岐しており、上記予備電離電極を介しない回路
の方が上記予備電離電極を介する回路の方よりも低いイ
ンピーダンスを有することを特徴とするパルスガスレー
ザ発振装置。
6. A container for enclosing an excitation gas, a main discharge electrode provided in the container so as to face the same, a preionization electrode for preionizing the excitation gas between the main discharge electrodes, and a main discharge electrode. A charge / discharge circuit including a main capacitor for charging / discharging power supplied between the preliminary ionization electrodes; a power supply for supplying power to the charge / discharge circuit; and the pair of main discharges for storing power from the main capacitor. A pulse gas laser oscillation device comprising: a peaking capacitor electrically connected in parallel to electrodes; and an optical resonator that amplifies light generated between the main discharge electrodes. A circuit connecting the main capacitor and the peaking capacitor. Are divided into those through the preliminary ionization electrode and those not through the preliminary ionization electrode, and the circuit that does not pass through the preliminary ionization electrode is the circuit that passes through the preliminary ionization electrode. Remote pulsed gas laser oscillator, characterized by having a low impedance.
【請求項7】 レーザ光を出射するパルスガスレーザ発
振装置と、このパルスガスレーサ発振装置から出射した
レーザ光を整形する光学系と、この光学系により整形さ
れたレーザビームが照射される被処理物を設置するチャ
ンバとを備えたレーザアニール装置において、 上記パルスガスレーザ発振装置は、請求項1乃至請求項
6のうちのいずれか1項に記載のパルスガスレーザ発振
装置であることを特徴とするレーザアニール装置。
7. A pulse gas laser oscillation device for emitting a laser beam, an optical system for shaping a laser beam emitted from the pulse gas laser oscillation device, and an object to be irradiated with the laser beam shaped by the optical system. 7. A laser annealing apparatus comprising: a chamber in which a pulse gas laser oscillating device is provided. 7. The laser annealing device according to claim 1, wherein the pulse gas laser oscillating device is the pulse gas laser oscillating device according to any one of claims 1 to 6. apparatus.
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