パルスレーザ用電源装置
【課題】共振器内に複数対の電極を配置して、放電の周期をずらして交互に発振させるツインチャンバ方式の電源装置において、スイッチング素子のターンオン時間の変化により発振段レーザと増幅段レーザ間の同期ずれが生ずるのを防止すること。
【解決手段】発振段レーザ用の高電圧パルス発生器１２に２個のスイッチＳＷ１−１，ＳＷ１−２を設けて並列に接続し、スイッチＳＷ１−１と増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器３３のスイッチＳＷ２−１、および、スイッチＳＷ１−２と増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器３４のスイッチＳＷ２−２とをそれぞれ同じタイミングで動作させ、これらを交互に動作させる。これにより、高電圧パルス発生器１２と高電圧パルス発生器３３，３４のスイッチング周波数を同じとし、スイッチング素子のターンオン時間の遅れの変化をキャンセルすることができる。
【解決手段】発振段レーザ用の高電圧パルス発生器１２に２個のスイッチＳＷ１−１，ＳＷ１−２を設けて並列に接続し、スイッチＳＷ１−１と増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器３３のスイッチＳＷ２−１、および、スイッチＳＷ１−２と増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器３４のスイッチＳＷ２−２とをそれぞれ同じタイミングで動作させ、これらを交互に動作させる。これにより、高電圧パルス発生器１２と高電圧パルス発生器３３，３４のスイッチング周波数を同じとし、スイッチング素子のターンオン時間の遅れの変化をキャンセルすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振段レーザと増幅段レーザを有するツインチャンバ（２ステージ方式）発振方式のパルスレーザ用電源装置に関し、特に、高繰り返し動作のために、チャンバ放電部を２分割して交互に放電させることにより発振繰り返し数を増加させる増幅段レーザを有するツインチャンバ（２ステージ方式）発振方式のパルスレーザ用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化の要求に対応するため、半導体露光装置用光源には、エキシマレーザ装置が用いられている。
近年、露光装置のスループット向上と回路パターンの超微細化のため、特許文献１や特許文献２で示されている、発振段用レーザ及び増幅段用レーザを備えたツインチャンバシステムで高出力化が計られている。
今後、半導体デバイスの高集積化が進んで３２ｎｍノードプロセスになると、露光装置は液浸技術による高ＮＡ（１．３〜１．５）化とダブルパターニング等の技術の導入に必要になる。この３２ｎｍノード以降対応露光装置の高スループット化のため、ＡｒＦエキシマレーザには、高繰返し周波数（６ｋＨｚを超える）かつ高出力（９０Ｗを超える）が要求される可能性がある。
【０００３】
ツインチャンバシステムは、高出力化の要求に答えるため、高光品位（スペクトル性能など）、小出力のレーザ光をつくる発振段レーザと、そのレーザ光を増幅する増幅段レーザで構成されている。ツインチャンバシステムの形態としては、増幅段チャンバに共振器ミラーを設けないＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）方式と共振器ミラーを設けるＭＯＰＯ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）方式とに大別される。
ＭＯＰＯ方式においては、発振段レーザと増幅段レーザのレーザ発振同期タイミングが重要である。ＭＯＰＡ方式においても同様に、発振段レーザの出力レーザ光が増幅段の内部にあるタイミングで増幅動作させることが重要である。ＭＯＰＯ，ＭＯＰＡいずれにおいても発振段レーザのレーザチャンバと増幅段のチャンバへのエネルギー注入（高電圧パルス電圧）タイミングがレーザ発振及び光性能に多大な影響を与える為、同期タイミングを数ｎｓ以内で制御する必要がある。
【０００４】
また、高繰り返し動作のために、増幅段レーザの放電部を２分割して交互に放電させることにより発振繰り返し数を増加させることも手段の一つである。
例えば、特許文献３、特許文献４には、増幅段レーザの共振器内に二対の電極を配置して、放電を半周期ずらして交互発振する方法が示されている。
図５に、上記放電部を２分割して交互に放電させる交互放電方式のツインチャンバレーザ装置の構成を示す。
同図に示すものは、ＭＯＰＯ方式で、増幅段用チャンバ３０に二対の電極が配置されている。
発振段レーザ１００で高光品位（スペクトル性能など）、小出力のレーザ光が生成される。そして、増幅段レーザ３００でそのレーザ光が増幅される。すなわち、発振段レーザ１００から出力されるレーザ光の光品位（スペクトル性能など）によってレーザシステム全体の光品位（スペクトル性能など）が決定され、増幅段レーザ３００によってレーザシステム自体のエネルギーが決定される。
【０００５】
発振段レーザ１００は発振段用チャンバ１０と、発振段用高電圧パルス発生器１２と、スペクトルを狭帯域化する狭帯域化モジュール（以下ＬＮＭという）１６と、フロントミラー１７と、で構成される。
増幅段レーザ３００は増幅段用チャンバ３０と、増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４と、リアミラー３６と、フロントミラー３７とで構成される。
発振段用チャンバ１０の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって且つ放電面が対向する一対の電極（カソード電極及びアノード電極）１０ａ、１０ｂが設けられる。
発振段用チャンバ１０内にはアルゴン（Ａｒ）ガス、フッ素（Ｆ2 ）ガスとバッファガスのネオン（Ｎｅ）が満たされている。なお、バッファガスはヘリウム（Ｈｅ）でも良い。
【０００６】
電極１０ａ、１０ｂに、高電圧パルス発生器１２と図示しない充電器とで構成された電源装置によって高電圧パルスが印加されると、電極１０ａ、１０ｂ間で放電が生じ、ＡｒＦエキシマが形成される。そして、ＬＮＭ１６とフロントミラー１７で構成される共振器で共振し、レーザ光が発生する。ＬＮＭ１６は、拡大プリズムと波長選択素子であるグレーティング（回折格子）で構成され、レーザ光のスペクトル幅を４００ｐｍから０．３ｐｍ程度まで狭帯域化している。
発振段レーザ１００のフロントミラー１７と増幅段レーザ３００のリアミラー３６との間には、高反射ミラー２１、２２と、モニタモジュール１９が設けられる。
フロントミラー１７を透過したレーザ光は、高反射ミラー２１でビーム方向を変え、モニタモジュール１９に案内される。モニタモジュール１９はシード光のエネルギーをモニタしている。その後、高反射ミラー２２でビーム方向を変え、リアミラー３６から増幅段レーザ３００に注入される。
【０００７】
増幅段チャンバ３０内には、二対の電極３０ａと３０ｂ、３０ｃと３０ｄを配置して、交互に放電することにより高繰返し動作を実現している。電極長は発振段レーザの電極の半分程度である。
増幅段用チャンバ３０内には発振段用チャンバ１０と同様にアルゴン（Ａｒ）ガス、フッ素（Ｆ2 ）ガスとバッファガスのネオン（Ｎｅ）が満たされている。なお、バッファガスはヘリウム（Ｈｅ）でも良い。
電極３０ａ、３０ｂに、高電圧パルス発生器３３と図示しない充電器とで構成された電源装置によって高電圧パルスが印加されると、電極３０ａ、３０ｂ間で放電が生じ、ＡｒＦエキシマが形成される。そして、リアミラー３６とフロントミラー３７で構成される共振器で共振し、発振段用レーザから注入されるレーザ光が増幅される。
次に電極３０ｃ、３０ｄに、高電圧パルス発生器３４と図示しない充電器とで構成された電源装置によって高電圧パルスが印加されると、電極３０ｃ、３０ｄ間で放電が生じ、ＡｒＦエキシマが形成される。そして、リアミラー３６とフロントミラー３７で構成される共振器で共振し、発振段レーザから注入されるレーザ光が増幅される。これらの二対の電極３０ａと３０ｂ、３０ｃと３０ｄでの放電を交互に繰り返す。
図５のツインチャンバシステムにおいては、発振段レーザの高電圧パルス発生器１２が、増幅段レーザの高電圧パルス発生器３３、高電圧パルス発生器３４の発振周波数ｆ２の２倍の発振周波数ｆ１で動作することが要求される。また、発振段レーザと増幅段レーザの放電、発振タイミングを合わせ、同期させるためには、発振段レーザと増幅段レーザの放電タイミングの遅延時間を正確に把握、制御する必要がある。
【０００８】
上記レーザ装置において、レーザチェンバ内で放電を発生させレーザガスを励起させるための電源装置（高電圧パルス発生器）の例を図６に示す。
図６の高電圧パルス発生器は、可飽和リアクトルからなる３個の磁気スイッチＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３と昇圧トランスＴＣ１を用いた２段の磁気パルス圧縮回路からなる。磁気スイッチＳＲ１はＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子である固体スイッチＳＷでのスイッチングロスの低減用のものであり、磁気アシストとも呼ばれる。
第１の磁気スイッチＳＲ２と第２の磁気スイッチＳＲ３により２段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
【０００９】
図示しない充電器により主コンデンサＣ０が充電されている状態で、スイッチＳＷがＯＮとなり、磁気アシストＳＲ１の両端にかかる主コンデンサＣ０の充電電圧Ｖｃ０の時間積分値が磁気アシストＳＲ１の特性で決まる限界値に達すると、磁気アシストＳＲ１が飽和して磁気スイッチが入り、主コンデンサＣ０、磁気アシストＳＲ１、昇圧トランスＴＣ１の１次側、スイッチＳＷのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスＴＣ１の２次側、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ１に充電される。
コンデンサＣ１が充電されると、コンデンサＣ１における電圧Ｖｃ１の時間積分値が磁気スイッチＳＲ２の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ２が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、磁気スイッチＳＲ３のループに電流が流れ、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ２に充電される。
【００１０】
さらにこの後、コンデンサＣ２における電圧Ｖｃ２の時間積分値が磁気スイッチＳＲ３の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ３が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサＣ２、ピーキングコンデンサＣｐ、磁気スイッチＳＲ３のループに電流が流れ、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が移行してピーキングコンデンサＣｐが充電される。 ピーキングコンデンサＣｐが充電され、その電圧Ｖｃｐがある値（ブレークダウン電圧）Ｖｂに達すると、図示しないチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
【特許文献１】特開２００１−２４２６５号号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２９６４号公報
【特許文献３】特開２００８−７８３７２号公報
【特許文献４】米国特許第７００６５４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ツインチャンバ方式のＭＯＰＯ方式、ＭＯＰＡ方式は、放電タイミングを合わせる同期制御が要求される。
ツインチャンバ方式のチャンバ動作にはいくつかの方式が提案されているが、この中で、増幅段レーザの共振器内に二対の電極を配置して、放電を半周期ずらして交互発振する場合のように、発振段レーザと増幅段レーザの動作周波数が異なる場合、高周波発振動作における遅延時間特性の影響を考慮する必要がある。
高電圧パルス発生器のメインスイッチ（図６におけるスイッチＳＷ）であるＩＧＢＴの遅延時間に動作周波数に対して、スイッチのオン時間がナノ秒単位で変化することが確認されている。これは動作開始から数十パルスにかけて発振周波数に従いスイッチングオン時間が過渡的に変化する現象である。
【００１２】
図７は、ＩＧＢＴのオン信号を基準に各周波数にて動作させた時のオン信号遅れ時間をプロットしたものであり、横軸はＩＧＢＴの動作パルス数、縦軸はオン信号が入力されてから素子がターンオンするまでの遅れ時間（ｎｓ）である。
ＩＧＢＴ自体のオン遅れ時間が動作周波数により変化量が変わるため、動作周波数が変わると高電圧パルス発生器の遅延時間量が変化する。
発振段レーザと増幅段レーザの高電圧パルス発生器の動作周波数が同じ場合は、発振段レーザと増幅段レーザの遅延時間の相対時間差は変わらない。このため動作周波数が同じであれば、発振段レーザと増幅段レーザの同期制御は可能である。
しかし、図５に示したシステムでは、発振段レーザと増幅段レーザで動作周波数が異なり、ＩＧＢＴターンオン時間が変化する。
このためＩＧＢＴオン時間が飽和するまでの間、図７の特性に従いＰＰＭの遅延時間が変化する。この結果、発振段レーザと増幅段レーザ間の同期がずれることになる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、増幅段レーザの共振器内に複数対の電極を配置して、放電の周期をずらして交互に発振させるツインチャンバ方式のパルスレーザ用電源装置において、電源装置に設けられたＩＧＢＴ等のスイッチング素子のターンオン時間の変化により発振段レーザと増幅段レーザ間の同期ずれが生ずることを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下の説明はＭＯＰＯ方式を例にして行うため増幅段レーザという文言を用いるが、ＭＯＰＡ方式においても増幅段が共振器ミラーを持たない点のみＭＯＰＯと相違するのみで、本発明を適用することが可能である。
本発明においては、増幅段レーザの共振器内に複数対の電極を配置して、放電の周期ずらして交互に発振させるツインチャンバ方式のパルスレーザ用電源装置において、発振段レーザの電源装置と増幅段レーザの電源装置のスイッチのスイッチング周波数を揃える。具体的には、スイッチング動作周波数の一番遅いスイッチ動作に合わせて、高周波動作側のスイッチング周波数をきめる。
すなわち、発振段レーザ用高電圧発生器のスイッチ素子の動作周波数と増幅段レーザ用高電圧パルス発生器のスイッチング素子の動作周波数を一致させる。この場合、発振段レーザ用高電圧発生器の必要スイッチ個数は、増幅段レーザ用高電圧発生器の台数と等しくなる。
例えば、増幅段レーザの共振器内に二対の電極が配置されている場合、発振段レーザ側の電源回路においは、高電圧パルス発生器を２台パラに接続し交互に動作させる。
すなわち、発振段レーザ側も増幅段レーザ側の動作周波数に合わせことにより、図７の特性を相対的にキャンセルさせることができ、発振段レーザと増幅段レーザ間の同期ずれを防ぐことができる。
以上に基づき、本発明においては、次のように前記課題を解決する。
（１）発振段レーザ用電源装置のスイッチング素子を、増幅段レーザに設けられた複数組の電極の組数に応じた数のスイッチング素子を並列接続したもので構成し、発振段レーザ用電源装置の各スイッチング素子を、そのスイッチング周波数が上記増幅段レーザ用電源装置のスイッチング素子のスイッチング周波数と等しくなるように駆動する。
（２）上記（１）において、上記発振段レーザ用電源装置の複数のスイッチング素子を、その物理的な配置及び配線の浮遊インダクタンスが等しくなるように構成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）発振段レーザ用電源装置の各スイッチング素子を、増幅段レーザ用電源装置のスイッチング素子のスイッチング周波数と等しくなるように駆動するように構成したので、電源装置に設けられたＩＧＢＴ等のスイッチング素子のターンオン時間の変化を相対的にキャンセルすることができる。このため、発振段レーザと増幅段レーザの同期ずれを防止することができる。
（２）上記発振段レーザ用電源装置の複数のスイッチング素子を、その物理的な配置及び配線の浮遊インダクタンスが等しくなるように構成することにより、これらの電気的特性の違いによる動作遅れを小さくすることができ、同期ずれを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、前記図５に示した交互放電方式のツインチャンバのレーザ装置に適用される本発明の第１の実施例の電源装置の構成を示す図である。
同図において、１２は発振段レーザ用の高電圧パルス発生器、３３，３４は増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器であり、それぞれの主コンデンサＣ０１とＣ０２、Ｃ２０及びＣ３０のそれぞれには充電器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３が並列に接続され、パルスレーザ用電源装置を構成している。
高電圧パルス発生器１２の出力側には、ピーキングコンデンサＣＰ１と前記一対の電極から構成される発振段レーザの放電部が接続される。
また、増幅段レーザのチャンバには、前記したように二対の放電電極からなる２つの放電部が設けられ、高電圧パルス発生器３３は、そのうちの一方の放電部のピーキングコンデンサＣＰ２と一対の電極（図５では例えば電極３０ａと３０ｂ）に接続され、高電圧パルス発生器３４は、他方の放電部のピーキングコンデンサＣＰ３と一対の電極（図５では例えば電極３０ｃと３０ｄ）に接続される。
【００１６】
発振段レーザ用の高電圧パルス発生器１２の昇圧トランスＴＣ１は第１、第２の一次側巻線ＴＣＬ１、ＴＣＬ１’を備え、第１の一次側巻線ＴＣＬ１には、主コンデンサＣ０１と磁気アシストＳＲ１１とスイッチＳＷ１−１の直列回路が接続され、第２の一次側巻線ＴＣＬ１’には、主コンデンサＣ０２と磁気アシストＳＲ１１’とスイッチＳＷ１−２の直列回路が接続されている。スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２は前述したようにＩＧＢＴ素子から構成される。
また、上記主コンデンサＣ０１，Ｃ０１’は充電器ＣＨ１に並列に接続され、充電器ＣＨ１で充電される。
昇圧トランスＴＣ１の二次側には、図６に示したものと同様コンデンサＣ１１と磁気スイッチＳＲ１２及びコンデンサＣ１２と磁気スイッチＳＲ１３、ピーキングコンデンサＣＰ１からなる２段の磁気圧縮回路が接続される。
【００１７】
増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器３３は、前記図６に示したものと同様に、主コンデンサＣ２０、磁気アシストＳＲ２１、スイッチＳＷ２−１、昇圧トランスＴＣ２、磁気スイッチＳＲ２２、ＳＲ２３、コンデンサＣ２１，Ｃ２２、ピーキングコンデンサＣＰ２を用いた２段の磁気パルス圧縮回路からなる。
同様に、増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器３４は、主コンデンサＣ３０、磁気アシストＳＲ３１、スイッチＳＷ２−２、昇圧トランスＴＣ３、磁気スイッチＳＲ３２、ＳＲ３３、コンデンサＣ３１，Ｃ３２、ピーキングコンデンサＣＰ３を用いた２段の磁気パルス圧縮回路からなる。上記主コンデンサＣ２０，Ｃ３０はそれぞれ充電器ＣＨ２、ＣＨ３に並列に接続され充電される。
また、上記スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、ＳＷ２−１、ＳＷ２−２は前述したようにＩＧＢＴ素子から構成される。
【００１８】
図１に示した高電圧パルス発生器１２，３３，３４の動作は、前記図６で説明したのと同様である。
すなわち、高電圧パルス発生器１２において、主コンデンサＣ０１が充電されている状態で、スイッチＳＷ１−１がオンになると、昇圧トランスＴＣ１の１次側のループに電流が流れ、昇圧トランスＴＣ１の２次側、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ１に充電される。コンデンサＣ１が充電されたのち、磁気スイッチＳＲ２が飽和すると、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ２に充電される。
さらに、磁気スイッチＳＲ３が飽和すると、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が移行してピーキングコンデンサＣｐが充電される。そして、その電圧Ｖｃｐがある値に達すると、発振段レーザのチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
同様に、主コンデンサＣ０１が充電されている状態で、スイッチＳＷ１−２がオンになると、上記のように２段の磁気圧縮動作が行われてピーキングコンデンサＣＰ１が充電され、発振段レーザのチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
【００１９】
高電圧パルス発生器３３，３４の動作も上記と同様であり、高電圧パルス発生器３３においては、主コンデンサＣ２０が充電されている状態で、スイッチＳＷ２−１がオンになると、昇圧トランスＴＣ２の１次側のループに電流が流れ、昇圧トランスＴＣ２の２次側、コンデンサＣ２１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ２０に蓄えられた電荷が、上記同様にコンデンサＣ２１、コンデンサＣ２２、ピーキングコンデンサＣｐ２に順次移行し、ピーキングコンデンサＣｐが充電される。そして、増幅段レーザのチャンバ内の二対の主放電電極のうちの一方の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
同様に高電圧パルス発生器３４においては、主コンデンサＣ３０が充電されている状態で、スイッチＳＷ２−２がオンになると、上記のように２段の磁気圧縮動作が行われてピーキングコンデンサＣｐ３が充電され、増幅段レーザのチャンバ内の二対の主放電電極のうちの他方の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
【００２０】
ここで、本実施例が対象とするレーザ装置は交互放電方式のツインチャンバのレーザ装置であり、発振段レーザの放電に対して増幅段レーザの二対の電極が交互に放電する。このため、発振段レーザの高電圧パルス発生器１２の動作周波数を、増幅段レーザの高電圧パルス発生器３３、３４の動作周波数の２倍にする必要がある。
本実施例では、図１に示すように発振段レーザ用の高電圧パルス発生器１２に２個のスイッチＳＷ１−１，ＳＷ１−２を設けて、これを並列に接続し、スイッチＳＷ１−１とＳＷ２−１を同じタイミングで動作させるとともに、スイッチＳＷ１−２とＳＷ２−２とをそれぞれ同じタイミングで動作させ、スイッチＳＷ１−１、ＳＷ２−１のグループとスイッチＳＷ１−２、ＳＷ２−２のグループを交互に動作させている。
このため、高電圧パルス発生器１２のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２と高電圧パルス発生器３３，３４スイッチＳＷ２−１、ＳＷ２−２のスイッチング周波数は同じであるが、高電圧パルス発生器１２が出力する放電パルスの周波数は、高電圧パルス発生器３３，３４のそれぞれが出力する放電パルスの２倍となる。
【００２１】
図２に、上記スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、ＳＷ２−１、ＳＷ２−２のオン信号を示す。
発振段レーザ（ＯＳＣ）用の高電圧パルス発生器１２は、スイッチ素子を２つ具備しており、発振段レーザ用高電圧パルス発生器１２のスイッチＳＷ１−１と増幅段レーザ（ＡＭＰ）用高電圧パルス発生器３３のスイッチＳＷ２−１は同じタイミングでオンし、発振段レーザ用高電圧パルス発生器１２のスイッチＳＷ１−２と、増幅段レーザ用高電圧パルス発生器３４のスイッチＳＷ２−２は同じタイミングでオンし、その動作周期は図２に示すように同じである。 本実施例においては、上記のように 発振段レーザ用の高電圧パルス発生器１２と、増幅段レーザ用高電圧パルス発生器３３、３４の動作周波数を同じにしたので、前記図７に示した、動作回数に応じてターンオン遅れ時間が変わるという特性を相対的にキャンセルすることができる。このため、発振段レーザと増幅段レーザの同期ずれを防ぐことができる。
【００２２】
図３は、前記図５に示した交互放電方式のツインチャンバのレーザ装置に適用される本発明の第２の実施例を示す図である。
同図は発振段レーザ用の高電圧パルス発生器１２の構成を示しており、増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器３３，３４の構成は図１に示したものと同じである。
本実施例は発振段用レーザ用の高電圧パルス発生器のスイッチング素子を２並列２セットの組み合わせで構成した場合を示し、スイッチ素子の配置と配線の漂遊インダクタンスが揃うように構成されている。
同図において、１２は発振段レーザ用の高電圧パルス発生器であり、主コンデンサＣ０１には充電器ＣＨ１が並列に接続され、パルスレーザ用電源装置を構成している。
高電圧パルス発生器１２の出力側には、前記したように、ピーキングコンデンサＣＰ１と前記一対の電極から構成される発振段レーザの放電部が接続される。
高電圧パルス発生器１２の昇圧トランスＴＣ１は第１、第２の一次側巻線ＴＣＬ１、ＴＣＬ１’を備え、第１の一次側巻線ＴＣＬ１には、主コンデンサＣ０１と磁気アシストＳＲ１１とスイッチＳＷ１−１の直列回路が接続され、さらにスイッチＳＷ１−１に並列にスイッチＳＷ１−１’が接続されている。
【００２３】
また、昇圧トランスＴＣ１の第２の一次側巻線ＴＣＬ１’には、主コンデンサＣ０１と磁気アシストＳＲ１１’とスイッチＳＷ１−２の直列回路が接続され、さらにスイッチ１−２に並列にスイッチＳＷ１−２’が接続される。なお、これらのスイッチ素子としては、前述したようにＩＧＢＴ素子が用いられる。上記主コンデンサＣ０１は充電器ＣＨ１に接続され、充電器ＣＨ１で充電される。
昇圧トランスＴＣ１の二次側には、図６に示したものと同様コンデンサＣ１１と磁気スイッチＳＲ１２及びコンデンサＣ２と磁気スイッチＳＲ１３、ピーキングコンデンサＣＰ１からなる２段の磁気圧縮回路が接続される。
【００２４】
図４に、上記スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−１’、ＳＷ１−２、ＳＷ１−２’のオン信号を示す。
同図に示すように、スイッチＳＷ１−１とスイッチ１−２’のオンタイミング、およびと、スイッチＳＷ１−１’とスイッチＳＷ１−２のオンタイミングが揃うように駆動され、例えば、図示しない増幅段レーザ用高電圧パルス発生器３３のスイッチＳＷ２−１は上記スイッチＳＷ１−１とスイッチ１−２’のオンタイミングに一致させてオンし、図示しない増幅段レーザ用高電圧パルス発生器３４のスイッチＳＷ２−２は上記スイッチＳＷ１−１’とスイッチ１−２のオンタイミングに一致させてオンする。
【００２５】
上記高電圧パルス発生器１２の動作は、前記図１に示したものと同様であり、主コンデンサＣ０１が充電されている状態で、スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２’あるいはスイッチＳＷ１−１’、スイッチＳＷ１−２がオンになると、昇圧トランスＴＣ１の２次側、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ１に充電される。コンデンサＣ１が充電されたのち、磁気スイッチＳＲ２が飽和すると、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ２に充電される。
さらに、磁気スイッチＳＲ３が飽和すると、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が移行してピーキングコンデンサＣｐが充電される。そして、その電圧Ｖｃｐがある値に達すると、発振段レーザのチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
本実施例においては、高電圧パルス発生器のスイッチング素子を２並列２セットの組み合わせで構成しているので、スイッチ素子の配置と配線の漂遊インダクタンスを揃えるのが容易であり、電気的特性の違いによる動作遅れを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例の電源装置の構成を示す図である。
【図２】図１のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、ＳＷ２−１、ＳＷ２−２のオン信号を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の電源装置の構成を示す図である。
【図４】図３のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−１’、ＳＷ１−２、ＳＷ１−２’のオン信号を示す図である。
【図５】交互に放電させる交互放電方式のツインチャンバレーザ装置の構成を示す図である。
【図６】パルスレーザ用電源装置の高電圧パルス発生器の構成例を示す図である。
【図７】ＩＧＢＴのオン信号を基準に各周波数にて動作させた時のオン信号遅れ時間をプロットした図である。
【符号の説明】
【００２７】
１２ 発振段レーザ用の高電圧パルス発生器
３３，３４ 増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器
ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３ 充電器
Ｃ０１，Ｃ０２，Ｃ２０，Ｃ３０ 主コンデンサ
ＣＰ１, ＣＰ２，ＣＰ３ ピーキングコンデンサ
ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＣ３ 昇圧トランス
ＳＲ１１，ＳＲ１１’ＳＲ２１ ＳＲ３１ 磁気アシスト
ＳＷ１−１，ＳＷ１−２，ＳＷ１−１’，ＳＷ１−２’スイッチ
ＳＷ２−１，ＳＷ２−２ スイッチ
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２ コンデンサ
ＳＲ１２，ＳＲ１３，ＳＲ２２，ＳＲ２３，ＳＲ３２，ＳＲ３３ 磁気スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振段レーザと増幅段レーザを有するツインチャンバ（２ステージ方式）発振方式のパルスレーザ用電源装置に関し、特に、高繰り返し動作のために、チャンバ放電部を２分割して交互に放電させることにより発振繰り返し数を増加させる増幅段レーザを有するツインチャンバ（２ステージ方式）発振方式のパルスレーザ用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化の要求に対応するため、半導体露光装置用光源には、エキシマレーザ装置が用いられている。
近年、露光装置のスループット向上と回路パターンの超微細化のため、特許文献１や特許文献２で示されている、発振段用レーザ及び増幅段用レーザを備えたツインチャンバシステムで高出力化が計られている。
今後、半導体デバイスの高集積化が進んで３２ｎｍノードプロセスになると、露光装置は液浸技術による高ＮＡ（１．３〜１．５）化とダブルパターニング等の技術の導入に必要になる。この３２ｎｍノード以降対応露光装置の高スループット化のため、ＡｒＦエキシマレーザには、高繰返し周波数（６ｋＨｚを超える）かつ高出力（９０Ｗを超える）が要求される可能性がある。
【０００３】
ツインチャンバシステムは、高出力化の要求に答えるため、高光品位（スペクトル性能など）、小出力のレーザ光をつくる発振段レーザと、そのレーザ光を増幅する増幅段レーザで構成されている。ツインチャンバシステムの形態としては、増幅段チャンバに共振器ミラーを設けないＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）方式と共振器ミラーを設けるＭＯＰＯ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）方式とに大別される。
ＭＯＰＯ方式においては、発振段レーザと増幅段レーザのレーザ発振同期タイミングが重要である。ＭＯＰＡ方式においても同様に、発振段レーザの出力レーザ光が増幅段の内部にあるタイミングで増幅動作させることが重要である。ＭＯＰＯ，ＭＯＰＡいずれにおいても発振段レーザのレーザチャンバと増幅段のチャンバへのエネルギー注入（高電圧パルス電圧）タイミングがレーザ発振及び光性能に多大な影響を与える為、同期タイミングを数ｎｓ以内で制御する必要がある。
【０００４】
また、高繰り返し動作のために、増幅段レーザの放電部を２分割して交互に放電させることにより発振繰り返し数を増加させることも手段の一つである。
例えば、特許文献３、特許文献４には、増幅段レーザの共振器内に二対の電極を配置して、放電を半周期ずらして交互発振する方法が示されている。
図５に、上記放電部を２分割して交互に放電させる交互放電方式のツインチャンバレーザ装置の構成を示す。
同図に示すものは、ＭＯＰＯ方式で、増幅段用チャンバ３０に二対の電極が配置されている。
発振段レーザ１００で高光品位（スペクトル性能など）、小出力のレーザ光が生成される。そして、増幅段レーザ３００でそのレーザ光が増幅される。すなわち、発振段レーザ１００から出力されるレーザ光の光品位（スペクトル性能など）によってレーザシステム全体の光品位（スペクトル性能など）が決定され、増幅段レーザ３００によってレーザシステム自体のエネルギーが決定される。
【０００５】
発振段レーザ１００は発振段用チャンバ１０と、発振段用高電圧パルス発生器１２と、スペクトルを狭帯域化する狭帯域化モジュール（以下ＬＮＭという）１６と、フロントミラー１７と、で構成される。
増幅段レーザ３００は増幅段用チャンバ３０と、増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４と、リアミラー３６と、フロントミラー３７とで構成される。
発振段用チャンバ１０の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって且つ放電面が対向する一対の電極（カソード電極及びアノード電極）１０ａ、１０ｂが設けられる。
発振段用チャンバ１０内にはアルゴン（Ａｒ）ガス、フッ素（Ｆ2 ）ガスとバッファガスのネオン（Ｎｅ）が満たされている。なお、バッファガスはヘリウム（Ｈｅ）でも良い。
【０００６】
電極１０ａ、１０ｂに、高電圧パルス発生器１２と図示しない充電器とで構成された電源装置によって高電圧パルスが印加されると、電極１０ａ、１０ｂ間で放電が生じ、ＡｒＦエキシマが形成される。そして、ＬＮＭ１６とフロントミラー１７で構成される共振器で共振し、レーザ光が発生する。ＬＮＭ１６は、拡大プリズムと波長選択素子であるグレーティング（回折格子）で構成され、レーザ光のスペクトル幅を４００ｐｍから０．３ｐｍ程度まで狭帯域化している。
発振段レーザ１００のフロントミラー１７と増幅段レーザ３００のリアミラー３６との間には、高反射ミラー２１、２２と、モニタモジュール１９が設けられる。
フロントミラー１７を透過したレーザ光は、高反射ミラー２１でビーム方向を変え、モニタモジュール１９に案内される。モニタモジュール１９はシード光のエネルギーをモニタしている。その後、高反射ミラー２２でビーム方向を変え、リアミラー３６から増幅段レーザ３００に注入される。
【０００７】
増幅段チャンバ３０内には、二対の電極３０ａと３０ｂ、３０ｃと３０ｄを配置して、交互に放電することにより高繰返し動作を実現している。電極長は発振段レーザの電極の半分程度である。
増幅段用チャンバ３０内には発振段用チャンバ１０と同様にアルゴン（Ａｒ）ガス、フッ素（Ｆ2 ）ガスとバッファガスのネオン（Ｎｅ）が満たされている。なお、バッファガスはヘリウム（Ｈｅ）でも良い。
電極３０ａ、３０ｂに、高電圧パルス発生器３３と図示しない充電器とで構成された電源装置によって高電圧パルスが印加されると、電極３０ａ、３０ｂ間で放電が生じ、ＡｒＦエキシマが形成される。そして、リアミラー３６とフロントミラー３７で構成される共振器で共振し、発振段用レーザから注入されるレーザ光が増幅される。
次に電極３０ｃ、３０ｄに、高電圧パルス発生器３４と図示しない充電器とで構成された電源装置によって高電圧パルスが印加されると、電極３０ｃ、３０ｄ間で放電が生じ、ＡｒＦエキシマが形成される。そして、リアミラー３６とフロントミラー３７で構成される共振器で共振し、発振段レーザから注入されるレーザ光が増幅される。これらの二対の電極３０ａと３０ｂ、３０ｃと３０ｄでの放電を交互に繰り返す。
図５のツインチャンバシステムにおいては、発振段レーザの高電圧パルス発生器１２が、増幅段レーザの高電圧パルス発生器３３、高電圧パルス発生器３４の発振周波数ｆ２の２倍の発振周波数ｆ１で動作することが要求される。また、発振段レーザと増幅段レーザの放電、発振タイミングを合わせ、同期させるためには、発振段レーザと増幅段レーザの放電タイミングの遅延時間を正確に把握、制御する必要がある。
【０００８】
上記レーザ装置において、レーザチェンバ内で放電を発生させレーザガスを励起させるための電源装置（高電圧パルス発生器）の例を図６に示す。
図６の高電圧パルス発生器は、可飽和リアクトルからなる３個の磁気スイッチＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３と昇圧トランスＴＣ１を用いた２段の磁気パルス圧縮回路からなる。磁気スイッチＳＲ１はＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子である固体スイッチＳＷでのスイッチングロスの低減用のものであり、磁気アシストとも呼ばれる。
第１の磁気スイッチＳＲ２と第２の磁気スイッチＳＲ３により２段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
【０００９】
図示しない充電器により主コンデンサＣ０が充電されている状態で、スイッチＳＷがＯＮとなり、磁気アシストＳＲ１の両端にかかる主コンデンサＣ０の充電電圧Ｖｃ０の時間積分値が磁気アシストＳＲ１の特性で決まる限界値に達すると、磁気アシストＳＲ１が飽和して磁気スイッチが入り、主コンデンサＣ０、磁気アシストＳＲ１、昇圧トランスＴＣ１の１次側、スイッチＳＷのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスＴＣ１の２次側、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ１に充電される。
コンデンサＣ１が充電されると、コンデンサＣ１における電圧Ｖｃ１の時間積分値が磁気スイッチＳＲ２の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ２が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、磁気スイッチＳＲ３のループに電流が流れ、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ２に充電される。
【００１０】
さらにこの後、コンデンサＣ２における電圧Ｖｃ２の時間積分値が磁気スイッチＳＲ３の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ３が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサＣ２、ピーキングコンデンサＣｐ、磁気スイッチＳＲ３のループに電流が流れ、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が移行してピーキングコンデンサＣｐが充電される。 ピーキングコンデンサＣｐが充電され、その電圧Ｖｃｐがある値（ブレークダウン電圧）Ｖｂに達すると、図示しないチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
【特許文献１】特開２００１−２４２６５号号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２９６４号公報
【特許文献３】特開２００８−７８３７２号公報
【特許文献４】米国特許第７００６５４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ツインチャンバ方式のＭＯＰＯ方式、ＭＯＰＡ方式は、放電タイミングを合わせる同期制御が要求される。
ツインチャンバ方式のチャンバ動作にはいくつかの方式が提案されているが、この中で、増幅段レーザの共振器内に二対の電極を配置して、放電を半周期ずらして交互発振する場合のように、発振段レーザと増幅段レーザの動作周波数が異なる場合、高周波発振動作における遅延時間特性の影響を考慮する必要がある。
高電圧パルス発生器のメインスイッチ（図６におけるスイッチＳＷ）であるＩＧＢＴの遅延時間に動作周波数に対して、スイッチのオン時間がナノ秒単位で変化することが確認されている。これは動作開始から数十パルスにかけて発振周波数に従いスイッチングオン時間が過渡的に変化する現象である。
【００１２】
図７は、ＩＧＢＴのオン信号を基準に各周波数にて動作させた時のオン信号遅れ時間をプロットしたものであり、横軸はＩＧＢＴの動作パルス数、縦軸はオン信号が入力されてから素子がターンオンするまでの遅れ時間（ｎｓ）である。
ＩＧＢＴ自体のオン遅れ時間が動作周波数により変化量が変わるため、動作周波数が変わると高電圧パルス発生器の遅延時間量が変化する。
発振段レーザと増幅段レーザの高電圧パルス発生器の動作周波数が同じ場合は、発振段レーザと増幅段レーザの遅延時間の相対時間差は変わらない。このため動作周波数が同じであれば、発振段レーザと増幅段レーザの同期制御は可能である。
しかし、図５に示したシステムでは、発振段レーザと増幅段レーザで動作周波数が異なり、ＩＧＢＴターンオン時間が変化する。
このためＩＧＢＴオン時間が飽和するまでの間、図７の特性に従いＰＰＭの遅延時間が変化する。この結果、発振段レーザと増幅段レーザ間の同期がずれることになる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、増幅段レーザの共振器内に複数対の電極を配置して、放電の周期をずらして交互に発振させるツインチャンバ方式のパルスレーザ用電源装置において、電源装置に設けられたＩＧＢＴ等のスイッチング素子のターンオン時間の変化により発振段レーザと増幅段レーザ間の同期ずれが生ずることを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下の説明はＭＯＰＯ方式を例にして行うため増幅段レーザという文言を用いるが、ＭＯＰＡ方式においても増幅段が共振器ミラーを持たない点のみＭＯＰＯと相違するのみで、本発明を適用することが可能である。
本発明においては、増幅段レーザの共振器内に複数対の電極を配置して、放電の周期ずらして交互に発振させるツインチャンバ方式のパルスレーザ用電源装置において、発振段レーザの電源装置と増幅段レーザの電源装置のスイッチのスイッチング周波数を揃える。具体的には、スイッチング動作周波数の一番遅いスイッチ動作に合わせて、高周波動作側のスイッチング周波数をきめる。
すなわち、発振段レーザ用高電圧発生器のスイッチ素子の動作周波数と増幅段レーザ用高電圧パルス発生器のスイッチング素子の動作周波数を一致させる。この場合、発振段レーザ用高電圧発生器の必要スイッチ個数は、増幅段レーザ用高電圧発生器の台数と等しくなる。
例えば、増幅段レーザの共振器内に二対の電極が配置されている場合、発振段レーザ側の電源回路においは、高電圧パルス発生器を２台パラに接続し交互に動作させる。
すなわち、発振段レーザ側も増幅段レーザ側の動作周波数に合わせことにより、図７の特性を相対的にキャンセルさせることができ、発振段レーザと増幅段レーザ間の同期ずれを防ぐことができる。
以上に基づき、本発明においては、次のように前記課題を解決する。
（１）発振段レーザ用電源装置のスイッチング素子を、増幅段レーザに設けられた複数組の電極の組数に応じた数のスイッチング素子を並列接続したもので構成し、発振段レーザ用電源装置の各スイッチング素子を、そのスイッチング周波数が上記増幅段レーザ用電源装置のスイッチング素子のスイッチング周波数と等しくなるように駆動する。
（２）上記（１）において、上記発振段レーザ用電源装置の複数のスイッチング素子を、その物理的な配置及び配線の浮遊インダクタンスが等しくなるように構成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）発振段レーザ用電源装置の各スイッチング素子を、増幅段レーザ用電源装置のスイッチング素子のスイッチング周波数と等しくなるように駆動するように構成したので、電源装置に設けられたＩＧＢＴ等のスイッチング素子のターンオン時間の変化を相対的にキャンセルすることができる。このため、発振段レーザと増幅段レーザの同期ずれを防止することができる。
（２）上記発振段レーザ用電源装置の複数のスイッチング素子を、その物理的な配置及び配線の浮遊インダクタンスが等しくなるように構成することにより、これらの電気的特性の違いによる動作遅れを小さくすることができ、同期ずれを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、前記図５に示した交互放電方式のツインチャンバのレーザ装置に適用される本発明の第１の実施例の電源装置の構成を示す図である。
同図において、１２は発振段レーザ用の高電圧パルス発生器、３３，３４は増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器であり、それぞれの主コンデンサＣ０１とＣ０２、Ｃ２０及びＣ３０のそれぞれには充電器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３が並列に接続され、パルスレーザ用電源装置を構成している。
高電圧パルス発生器１２の出力側には、ピーキングコンデンサＣＰ１と前記一対の電極から構成される発振段レーザの放電部が接続される。
また、増幅段レーザのチャンバには、前記したように二対の放電電極からなる２つの放電部が設けられ、高電圧パルス発生器３３は、そのうちの一方の放電部のピーキングコンデンサＣＰ２と一対の電極（図５では例えば電極３０ａと３０ｂ）に接続され、高電圧パルス発生器３４は、他方の放電部のピーキングコンデンサＣＰ３と一対の電極（図５では例えば電極３０ｃと３０ｄ）に接続される。
【００１６】
発振段レーザ用の高電圧パルス発生器１２の昇圧トランスＴＣ１は第１、第２の一次側巻線ＴＣＬ１、ＴＣＬ１’を備え、第１の一次側巻線ＴＣＬ１には、主コンデンサＣ０１と磁気アシストＳＲ１１とスイッチＳＷ１−１の直列回路が接続され、第２の一次側巻線ＴＣＬ１’には、主コンデンサＣ０２と磁気アシストＳＲ１１’とスイッチＳＷ１−２の直列回路が接続されている。スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２は前述したようにＩＧＢＴ素子から構成される。
また、上記主コンデンサＣ０１，Ｃ０１’は充電器ＣＨ１に並列に接続され、充電器ＣＨ１で充電される。
昇圧トランスＴＣ１の二次側には、図６に示したものと同様コンデンサＣ１１と磁気スイッチＳＲ１２及びコンデンサＣ１２と磁気スイッチＳＲ１３、ピーキングコンデンサＣＰ１からなる２段の磁気圧縮回路が接続される。
【００１７】
増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器３３は、前記図６に示したものと同様に、主コンデンサＣ２０、磁気アシストＳＲ２１、スイッチＳＷ２−１、昇圧トランスＴＣ２、磁気スイッチＳＲ２２、ＳＲ２３、コンデンサＣ２１，Ｃ２２、ピーキングコンデンサＣＰ２を用いた２段の磁気パルス圧縮回路からなる。
同様に、増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器３４は、主コンデンサＣ３０、磁気アシストＳＲ３１、スイッチＳＷ２−２、昇圧トランスＴＣ３、磁気スイッチＳＲ３２、ＳＲ３３、コンデンサＣ３１，Ｃ３２、ピーキングコンデンサＣＰ３を用いた２段の磁気パルス圧縮回路からなる。上記主コンデンサＣ２０，Ｃ３０はそれぞれ充電器ＣＨ２、ＣＨ３に並列に接続され充電される。
また、上記スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、ＳＷ２−１、ＳＷ２−２は前述したようにＩＧＢＴ素子から構成される。
【００１８】
図１に示した高電圧パルス発生器１２，３３，３４の動作は、前記図６で説明したのと同様である。
すなわち、高電圧パルス発生器１２において、主コンデンサＣ０１が充電されている状態で、スイッチＳＷ１−１がオンになると、昇圧トランスＴＣ１の１次側のループに電流が流れ、昇圧トランスＴＣ１の２次側、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ１に充電される。コンデンサＣ１が充電されたのち、磁気スイッチＳＲ２が飽和すると、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ２に充電される。
さらに、磁気スイッチＳＲ３が飽和すると、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が移行してピーキングコンデンサＣｐが充電される。そして、その電圧Ｖｃｐがある値に達すると、発振段レーザのチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
同様に、主コンデンサＣ０１が充電されている状態で、スイッチＳＷ１−２がオンになると、上記のように２段の磁気圧縮動作が行われてピーキングコンデンサＣＰ１が充電され、発振段レーザのチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
【００１９】
高電圧パルス発生器３３，３４の動作も上記と同様であり、高電圧パルス発生器３３においては、主コンデンサＣ２０が充電されている状態で、スイッチＳＷ２−１がオンになると、昇圧トランスＴＣ２の１次側のループに電流が流れ、昇圧トランスＴＣ２の２次側、コンデンサＣ２１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ２０に蓄えられた電荷が、上記同様にコンデンサＣ２１、コンデンサＣ２２、ピーキングコンデンサＣｐ２に順次移行し、ピーキングコンデンサＣｐが充電される。そして、増幅段レーザのチャンバ内の二対の主放電電極のうちの一方の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
同様に高電圧パルス発生器３４においては、主コンデンサＣ３０が充電されている状態で、スイッチＳＷ２−２がオンになると、上記のように２段の磁気圧縮動作が行われてピーキングコンデンサＣｐ３が充電され、増幅段レーザのチャンバ内の二対の主放電電極のうちの他方の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
【００２０】
ここで、本実施例が対象とするレーザ装置は交互放電方式のツインチャンバのレーザ装置であり、発振段レーザの放電に対して増幅段レーザの二対の電極が交互に放電する。このため、発振段レーザの高電圧パルス発生器１２の動作周波数を、増幅段レーザの高電圧パルス発生器３３、３４の動作周波数の２倍にする必要がある。
本実施例では、図１に示すように発振段レーザ用の高電圧パルス発生器１２に２個のスイッチＳＷ１−１，ＳＷ１−２を設けて、これを並列に接続し、スイッチＳＷ１−１とＳＷ２−１を同じタイミングで動作させるとともに、スイッチＳＷ１−２とＳＷ２−２とをそれぞれ同じタイミングで動作させ、スイッチＳＷ１−１、ＳＷ２−１のグループとスイッチＳＷ１−２、ＳＷ２−２のグループを交互に動作させている。
このため、高電圧パルス発生器１２のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２と高電圧パルス発生器３３，３４スイッチＳＷ２−１、ＳＷ２−２のスイッチング周波数は同じであるが、高電圧パルス発生器１２が出力する放電パルスの周波数は、高電圧パルス発生器３３，３４のそれぞれが出力する放電パルスの２倍となる。
【００２１】
図２に、上記スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、ＳＷ２−１、ＳＷ２−２のオン信号を示す。
発振段レーザ（ＯＳＣ）用の高電圧パルス発生器１２は、スイッチ素子を２つ具備しており、発振段レーザ用高電圧パルス発生器１２のスイッチＳＷ１−１と増幅段レーザ（ＡＭＰ）用高電圧パルス発生器３３のスイッチＳＷ２−１は同じタイミングでオンし、発振段レーザ用高電圧パルス発生器１２のスイッチＳＷ１−２と、増幅段レーザ用高電圧パルス発生器３４のスイッチＳＷ２−２は同じタイミングでオンし、その動作周期は図２に示すように同じである。 本実施例においては、上記のように 発振段レーザ用の高電圧パルス発生器１２と、増幅段レーザ用高電圧パルス発生器３３、３４の動作周波数を同じにしたので、前記図７に示した、動作回数に応じてターンオン遅れ時間が変わるという特性を相対的にキャンセルすることができる。このため、発振段レーザと増幅段レーザの同期ずれを防ぐことができる。
【００２２】
図３は、前記図５に示した交互放電方式のツインチャンバのレーザ装置に適用される本発明の第２の実施例を示す図である。
同図は発振段レーザ用の高電圧パルス発生器１２の構成を示しており、増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器３３，３４の構成は図１に示したものと同じである。
本実施例は発振段用レーザ用の高電圧パルス発生器のスイッチング素子を２並列２セットの組み合わせで構成した場合を示し、スイッチ素子の配置と配線の漂遊インダクタンスが揃うように構成されている。
同図において、１２は発振段レーザ用の高電圧パルス発生器であり、主コンデンサＣ０１には充電器ＣＨ１が並列に接続され、パルスレーザ用電源装置を構成している。
高電圧パルス発生器１２の出力側には、前記したように、ピーキングコンデンサＣＰ１と前記一対の電極から構成される発振段レーザの放電部が接続される。
高電圧パルス発生器１２の昇圧トランスＴＣ１は第１、第２の一次側巻線ＴＣＬ１、ＴＣＬ１’を備え、第１の一次側巻線ＴＣＬ１には、主コンデンサＣ０１と磁気アシストＳＲ１１とスイッチＳＷ１−１の直列回路が接続され、さらにスイッチＳＷ１−１に並列にスイッチＳＷ１−１’が接続されている。
【００２３】
また、昇圧トランスＴＣ１の第２の一次側巻線ＴＣＬ１’には、主コンデンサＣ０１と磁気アシストＳＲ１１’とスイッチＳＷ１−２の直列回路が接続され、さらにスイッチ１−２に並列にスイッチＳＷ１−２’が接続される。なお、これらのスイッチ素子としては、前述したようにＩＧＢＴ素子が用いられる。上記主コンデンサＣ０１は充電器ＣＨ１に接続され、充電器ＣＨ１で充電される。
昇圧トランスＴＣ１の二次側には、図６に示したものと同様コンデンサＣ１１と磁気スイッチＳＲ１２及びコンデンサＣ２と磁気スイッチＳＲ１３、ピーキングコンデンサＣＰ１からなる２段の磁気圧縮回路が接続される。
【００２４】
図４に、上記スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−１’、ＳＷ１−２、ＳＷ１−２’のオン信号を示す。
同図に示すように、スイッチＳＷ１−１とスイッチ１−２’のオンタイミング、およびと、スイッチＳＷ１−１’とスイッチＳＷ１−２のオンタイミングが揃うように駆動され、例えば、図示しない増幅段レーザ用高電圧パルス発生器３３のスイッチＳＷ２−１は上記スイッチＳＷ１−１とスイッチ１−２’のオンタイミングに一致させてオンし、図示しない増幅段レーザ用高電圧パルス発生器３４のスイッチＳＷ２−２は上記スイッチＳＷ１−１’とスイッチ１−２のオンタイミングに一致させてオンする。
【００２５】
上記高電圧パルス発生器１２の動作は、前記図１に示したものと同様であり、主コンデンサＣ０１が充電されている状態で、スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２’あるいはスイッチＳＷ１−１’、スイッチＳＷ１−２がオンになると、昇圧トランスＴＣ１の２次側、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ１に充電される。コンデンサＣ１が充電されたのち、磁気スイッチＳＲ２が飽和すると、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ２に充電される。
さらに、磁気スイッチＳＲ３が飽和すると、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が移行してピーキングコンデンサＣｐが充電される。そして、その電圧Ｖｃｐがある値に達すると、発振段レーザのチャンバ内の主放電電極間で主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
本実施例においては、高電圧パルス発生器のスイッチング素子を２並列２セットの組み合わせで構成しているので、スイッチ素子の配置と配線の漂遊インダクタンスを揃えるのが容易であり、電気的特性の違いによる動作遅れを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例の電源装置の構成を示す図である。
【図２】図１のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、ＳＷ２−１、ＳＷ２−２のオン信号を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の電源装置の構成を示す図である。
【図４】図３のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−１’、ＳＷ１−２、ＳＷ１−２’のオン信号を示す図である。
【図５】交互に放電させる交互放電方式のツインチャンバレーザ装置の構成を示す図である。
【図６】パルスレーザ用電源装置の高電圧パルス発生器の構成例を示す図である。
【図７】ＩＧＢＴのオン信号を基準に各周波数にて動作させた時のオン信号遅れ時間をプロットした図である。
【符号の説明】
【００２７】
１２ 発振段レーザ用の高電圧パルス発生器
３３，３４ 増幅段レーザ用の高電圧パルス発生器
ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３ 充電器
Ｃ０１，Ｃ０２，Ｃ２０，Ｃ３０ 主コンデンサ
ＣＰ１, ＣＰ２，ＣＰ３ ピーキングコンデンサ
ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＣ３ 昇圧トランス
ＳＲ１１，ＳＲ１１’ＳＲ２１ ＳＲ３１ 磁気アシスト
ＳＷ１−１，ＳＷ１−２，ＳＷ１−１’，ＳＷ１−２’スイッチ
ＳＷ２−１，ＳＷ２−２ スイッチ
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２ コンデンサ
ＳＲ１２，ＳＲ１３，ＳＲ２２，ＳＲ２３，ＳＲ３２，ＳＲ３３ 磁気スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振段レーザと、該発振段レーザの出力光が注入される増幅段とからなり、該増幅段のレーザチャンバ内には複数組の一対の放電電極が配置され、
上記発振段レーザの一対の電極へパルス状の電圧を印加して、電極間に放電を発生させるとともに、上記増幅段の複数組の一対の電極へパルス状の電圧を順次印加し、上記発振段レーザの放電に同期させて、複数の一対の電極間に所定の時間隔で順次放電を発生させるパルスレーザ装置に適用される電源装置であって、
上記電源装置は、上記発振段レーザの電極間に高電圧パルスを印加する発振段レーザ用電源装置および上記増幅段の複数組の一対の電極のそれぞれへ高電圧パルスを印加する複数の増幅段用電源装置から構成され、
上記各電源装置は、少なくとも主コンデンサとスイッチング素子からなる直列回路と、磁気パルス圧縮回路を有し、
上記発振段レーザ用電源装置のスイッチング素子は、上記増幅段に設けられた複数組の電極の組数に応じた数のスイッチング素子が並列接続されたものであり、
上記発振段レーザ用電源装置の各スイッチング素子は、そのスイッチング周波数が、上記増幅段用電源装置のスイッチング素子のスイッチング周波数と等しくなるように駆動される
ことを特徴とするパルスレーザ用電源装置。
【請求項２】
上記発振段レーザ用電源装置の複数のスイッチング素子は、その物理的な配置及び配線の浮遊インダクタンスが等しくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ用電源装置。
【請求項１】
発振段レーザと、該発振段レーザの出力光が注入される増幅段とからなり、該増幅段のレーザチャンバ内には複数組の一対の放電電極が配置され、
上記発振段レーザの一対の電極へパルス状の電圧を印加して、電極間に放電を発生させるとともに、上記増幅段の複数組の一対の電極へパルス状の電圧を順次印加し、上記発振段レーザの放電に同期させて、複数の一対の電極間に所定の時間隔で順次放電を発生させるパルスレーザ装置に適用される電源装置であって、
上記電源装置は、上記発振段レーザの電極間に高電圧パルスを印加する発振段レーザ用電源装置および上記増幅段の複数組の一対の電極のそれぞれへ高電圧パルスを印加する複数の増幅段用電源装置から構成され、
上記各電源装置は、少なくとも主コンデンサとスイッチング素子からなる直列回路と、磁気パルス圧縮回路を有し、
上記発振段レーザ用電源装置のスイッチング素子は、上記増幅段に設けられた複数組の電極の組数に応じた数のスイッチング素子が並列接続されたものであり、
上記発振段レーザ用電源装置の各スイッチング素子は、そのスイッチング周波数が、上記増幅段用電源装置のスイッチング素子のスイッチング周波数と等しくなるように駆動される
ことを特徴とするパルスレーザ用電源装置。
【請求項２】
上記発振段レーザ用電源装置の複数のスイッチング素子は、その物理的な配置及び配線の浮遊インダクタンスが等しくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ用電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−９２８９２（Ｐ２０１０−９２８９２Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５８１８２（Ｐ２００８−２５８１８２）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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