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JP3904464B2 - High voltage pulse generator for pulse laser - Google Patents
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JP3904464B2 - High voltage pulse generator for pulse laser - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光用ガスレーザ装置等に使用される高電圧発生装置において、インピーダンス不整合によって生ずる反射エネルギーを、次のパルス発生のためのエネルギーとして利用するための回生回路を有するパルスレーザ用の高電圧パルス発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプから波長248nmのKrFエキシマレーザ装置が用いられている。さらに、次世代の半導体露光用光源として、波長193nmのArFエキシマレーザ装置及び波長157nmのフッ素(F2 )レーザ装置等の紫外線を放出するガスレーザ装置が有力である。
KrFエキシマレーザ装置においては、フッ素(F2 )ガス、クリプトン(Kr)ガス及びバッファーガスとしてのネオン(Ne)等の希ガスからなる混合ガス、ArFエキシマレーザ装置においては、フッ素(F2 )ガス、アルゴン(Ar)ガス及びバッファーガスとしてのネオン(Ne)等の希ガスからなる混合ガス、フッ素(F2 )レーザ装置においては、フッ素(F2 )ガス及びバッファーガスとしてヘリウム(He)等の希ガスからなる混合ガスであるレーザガスが数百kPaで封入されたレーザチェンバの内部で放電を発生させることにより、レーザ媒質であるレーザガスが励起される。
【0003】
レーザチェンバ内部には、レーザガスを励起するための一対の主放電電極が、レーザ発振方向に垂直な方向に所定の距離だけ離間して対向配置されている。
この一対の主放電電極には高電圧パルスが印加され、主放電電極間にかかる電圧がある値(ブレークダウン電圧)に到達すると、主放電電極間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起される。
よって、このような露光用ガスレーザ装置は主放電の繰返しによるパルス発振を行い、放出するレーザ光はパルス光となる。現状、露光に用いられているレーザ装置のレーザパルスの繰返し周波数は2kHz程度であるが、近年、スループットの増大、露光量のバラツキの減少のため、繰返し周波数4kHz以上が要請されている。
【0004】
上記した露光用ガスレーザ装置において、上記したように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高電圧パルス発生装置(以下では放電回路ということもある)の例を図6に示す。
図6の放電回路は、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磁気スイッチであり、通常、磁気アシストとも呼ばれる(以下では磁気アシストという)。
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。
図6に従って回路の構成と動作を以下に説明する。
まず、高電圧電源HVの電圧が所定の値Vinに調整され、主コンデンサC0が充電される。このとき、固体スイッチSWはoffになっている。主コンデンサC0の充電が完了し、固体スイッチSWがonとなったとき、固体スイッチSW両端にかかる電圧は主に磁気アシストSR1の両端にかかる。
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V0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、インダクタンスLL、昇圧トランスTr1の1次側、固体スイッチSWのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスTr1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。
なお、ここでは、回路ループのインダクタンスと主コンデンサC0の寄生インダクタンスを合成したものをインダクタンスLLとして表している。
【0005】
この後、コンデンサC1における電圧V1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。
さらにこの後、コンデンサC2における電圧V2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。
【0006】
予備電離のためのコロナ放電は、第1電極11が挿入されている誘電体チューブ12と第2電極13とが接触している個所を基点として誘電体チューブ12の外周面に発生するが、ピーキングコンデンサCpの充電が進むにつれてその電圧Vpが上昇し、Vpが所定の電圧になるとコロナ予備電離部の誘電体チューブ12表面にコロナ放電が発生する。このコロナ放電によって誘電体チューブ12の表面に紫外線6が発生し、主放電電極E、E間のレーザ媒質であるレーザガス2が予備電離される。
ピーキングコンデンサCpの充電がさらに進むにつれて、ピーキングコンデンサCpの電圧Vpが上昇し、この電圧Vpがある値(ブレークダウン電圧)Vbに達すると、主放電電極E、E間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始し、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。
このような放電動作が固体スイッチSWのスイッチング動作、高電圧電源動作によって繰り返し行なわれることにより、所定の繰り返し周波数でのパルスレーザ発振が行われる。
ここで、磁気スイッチSR2、SR3及びコンデンサC1、C2で構成される各段の容量移行型回路のインダクタンスを後段に行くにつれて小さくなるように設定することにより、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が行われ、主放電電極E、E間に短パルスの強い放電が実現される。
【0007】
上記放電回路は、以下の問題点を有している。
図7に図6に放電回路におけるコンデンサC2にかかる電圧V2、ピーキングコンデンサCpにかかる電圧Vpの電圧波形を示す。
一般に放電励起式のガスレーザ装置の場合、主放電電極E,E間の放電インピーダンスとピーキングコンデンサCpとの間には、放電インピーダンスが小さいため、インピーダンス不整合が発生し、反射エネルギーが磁気パルス圧縮回路を逆方向へ進行し、また順方向へ進行する振動が発生する。
すなわち、図6の放電回路において放電後、インピーダンス不整合により図7に示すように電圧の振動が発生して、ピーキングコンデンサCpの電圧Vpが反転して逆電圧が発生し、Cp→SR3→C2のループに電流が流れ、コンデンサC2に逆電圧が発生する。
そして、同様にC2→SR2→C1のループに電流が流れ、コンデンサC1に逆電圧が発生する。コンデンサC1に発生した逆電圧は昇圧トランスTr1を経由し、主コンデンサC0を逆方向に充電する。逆方向に充電された主コンデンサC0は昇圧トランスTr1を経由してコンデンサC1を逆方向に充電する。その後、コンデンサC1→コンデンサC2、コンデンサC2→ピーキングコンデンサCpという順方向に電流が流れる。以上のように、電流が電源装置内の磁気パルス圧縮回路内にて振動する。
【0008】
また、図7に示すように、ピーキングコンデンサCpの前段のコンデンサ(図6の場合、C2)からピーキングコンデンサCpへの充電途中に主放電電極E,E間の放電が開始することが多いので、ピーキングコンデンサCpの前段のコンデンサ(図6の場合、C2)に残留した電荷が主放電電極E,E間を流れ、ピーキングコンデンサCpの前段のコンデンサ(図6の場合、C2)に逆電圧が発生する。
このとき発生した電荷が反射エネルギーとして、上記したインピーダンス不整合時のときと同様、磁気パルス圧縮回路を逆方向へ進行し、また順方向へ進行する振動が発生する。
上記振動により、主放電発生後、短時間内に主放電電極E,E間に電圧が印加され、主放電に悪影響を及ぼす問題があった。
【0009】
上記したような反射エネルギーの磁気パルス圧縮回路を介した振動の問題を回避するために、様々な回路構成が提案されている。
図8は、逆電圧により発生した電荷を抵抗にて処理する回路を有するガスレーザ装置の放電回路の構成例である。
図8においては、図6の回路構成のコンデンサC1と並列にダイオードD1と抵抗Rとからなる直列回路を接続したものである。図6に示した矢印の向きは、コンデンサC1に逆電圧が発生したときの電流の流れる方向を示す。このように、図8に示す回路においては、逆電圧が発生したとき流れる電流を抵抗Rにて消費してしまうことで、主放電後短時間内に主放電電極E,E間に電圧が印加されることを防止する。
一方、主放電電極間E,Eで放電を発生させるため固体スイッチSWを閉じて主コンデンサC0からコンデンサC1へ電荷を移行する際は、電流は矢印の向きと反対、すなわち、ダイオードD1の逆方向に流れる。よって、電流はダイオードD1と抵抗Rとからなる直列回路へは流れず、抵抗Rにより消費されることはない。
しかしながら、逆電圧により生じた電流を抵抗にて処理するので、抵抗における発熱が発生し、レーザ装置からの発熱量が増大することになる。よって、大掛かりな冷却構造が必要となり、装置が大型化してしまうという問題点があった。また、逆電圧により生じた電流を熱として消費するので、レーザ全体の消費電流が大きくなるという問題があった。
【0010】
上記した問題点を回避するために、図8の回路構成のように逆電圧が発生したとき流れる電流を抵抗にて消費するのではなく、次のパルス発生のためのエネルギーとして回生する回路がいくつか提案されている。
図9、図10にエネルギー回生用の回生回路構成を有するガスレーザ装置の放電回路の構成例を示す。
図9の回路構成においては、昇圧トランスTR1の一次側に中間タップを設け、中間タップにはインダクタンスLL、磁気アシストSR1、主コンデンサC0の直列回路を配置し、一次巻線の一端に固体スイッチSWを、他端にダイオードD2を設ける。
図9の回路構成において、固体スイッチSWは、例えば、主コンデンサC0に充電された電荷がコンデンサC1に移行し終わった時点で開かれる。放電後、パルス幅を伸長しながら移行してくる反射エネルギーはコンデンサC1に逆電圧が発生するようコンデンサC1に充電される。固体スイッチSWがoff状態であるので、コンデンサC1に逆電圧が発生したときの電流は、昇圧トランスTR1を介して図9の矢印方向に流れ、主コンデンサC0を順方向に充電するよう逆移行する。このようにして、反射エネルギーは主コンデンサC0に回生される。
なお、主放電電極間E,Eで放電を発生させるため固体スイッチSWをonして主コンデンサC0からコンデンサC1へ電荷を移行する際は、ダイオードD2の逆方向側へ電圧がかかるので、電流はダイオードD2を流れることなく、昇圧トランスTR1を介して、コンデンサC1へ移行する。
【0011】
また、図10の回路構成においては、主コンデンサC0に並列にインダクタンスL1、ダイオードD3とからなる直列回路が並列に接続されている。
図10の回路構成において、固体スイッチSWは、例えば、反射エネルギーが、主コンデンサC0の逆充電を終了した時点でOFFとなる。
なお、固体スイッチSWのOFFのタイミングは、上記時点から主コンデンサC0が順方向に再充電するまでの期間である。その間は磁気アシストSR1が飽和しないので、固体スイッチSWの方向へは流れない。
放電後パルス幅を伸長しながら移行してくる反射エネルギーはコンデンサC0に逆電圧が発生するようコンデンサC0に充電される。固体スイッチSWがoff状態、もしくは磁気アシストSR1が飽和していないので、コンデンサC0に逆電圧が発生したときの電流は、インダクタンスL1、ダイオードD3とからなる直列回路を図10の矢印方向に流れ、主コンデンサC0を順方向に充電する。このようにして反射エネルギーは主コンデンサC0に回生される。
【0012】
図9、図10に例示した回生回路を含む回路構成においては、図8に示したように電流を消費するものではなく、反射エネルギーを回生しているので、大掛かりな冷却構造も不要で装置が大型化することはない。また、反射エネルギーを熱として消費せず、再度有効利用しているので、レーザ全体の消費電流が小さくなる。
しかしながら、図9、図10に例示した回生回路を含む回路構成においては、以下のような問題がある。
上記したように主コンデンサC0の電荷は昇圧トランスTR1を介してコンデンサC1へ移行するが、そのときの昇圧トランスTR1の巻数比は、主コンデンサC0の電荷が完全にコンデンサC1に移行するように設定されている。
一方、ピーキングコンデンサCpへの充電時間をできるだけ短くして、主放電電極E、Eへの印加電圧の立ち上がりを早くして放電開始電圧を大きくするために、磁気パルス圧縮回路へ入力される初期パルスの幅はできるだけ短いことが好ましい。すなわち、主コンデンサC0からコンデンサC1への電荷の移行速度はできるだけ早いことが好ましい。ここで昇圧トランスTR1の1次側、2次側の各々の巻数が多いほど上記移行速度は遅くなるので、両巻数とも最小となるように設定される。
【0013】
このように設定された巻数比の場合、反射エネルギーとしてコンデンサC1から主コンデンサC0に電荷が移行する際にコンデンサC1の電荷が全て主コンデンサC0に移行せず、一部残留電荷がコンデンサC1に存在する。
すなわち、図10の場合、順方向、逆方向両方の移行が100%行われるように昇圧トランスTR1の巻数比を規定することが困難であり、どうしてもコンデンサC1に残留電荷が存在することになる。
【0014】
図9においては、パルス発生時と回生時では、使用される昇圧トランスTR1の1次側巻線の巻数は異なるが、2次側が共通である。回生時に用いられる1次側巻線と2次側巻線の最適な巻数比において、必要最小限の巻数である2次側に対応した1次側の巻数は自然数とはならない場合が多い。そのため回生時の1次側、2次側巻数を自然数とするには、2次側の巻数が多くなることになる。そうすると、パルス発生時の主コンデンサC0からコンデンサC1への電荷の移行速度が遅くなってしまう。
【0015】
上記問題を解決するため、図11に示すように、回生用トランスを新たに設け、この回生用トランスを介して反転エネルギーの回生を行うことも考えられる。
図11に示す高電圧パルス発生装置は、前記図6に示した回路において、回生トランスTr2、ダイオードD4、可飽和リアクトルSR4から構成される磁気スイッチSR4からなる回生回路を追加したものである。
回生トランスTr2の1次側はコンデンサC1と並列に接続され、回生トランスTR2の2次側には、ダイオードD4と磁気スイッチSR4が直列に接続され、この2次側とダイオードD4と磁気スイッチSR4とからなる直列回路は、主コンデンサC0に直列に接続される。
【0016】
図11に示す回路は次のように動作する。
図12に示すように、固体スイッチSWがonされてから磁気アシストSR1が飽和されるまでの時間(図2における磁気アシスト時間T)が経過した時点で、主コンデンサC0からコンデンサC1に電荷の移行が開始し電流も流れる(同図の一点鎖線の電流波形参照)。
そして、電圧パルスは前記したように、磁気パルス圧縮回路によりパルス圧縮されながら移行して、ピーキングコンデンサCpが充電される。このときのコンデンサC1、C2、ピーキングコンデンサCpの電圧波形を図12のV1,V2,Vpに示す。
ピーキングコンデンサCpの充電途中で放電が開始され(同図の”放電開始”)、以下、先の述べたように反射エネルギーとして、逆方向に電流が移行する。
すなわち、図12に示すように電圧パルスが磁気パルス圧縮回路を逆行することにより、パルス伸長されながら移行する。このときのコンデンサC2、C1、コンデンサC0の電圧波形を図12のV2kb,V1kb,V0kbに示す(図12の破線)。
なお、上記反射エネルギーによりコンデンサC1,C1に充電される電圧を以下では、キックバック電圧と言い、上記反射エネルギーが逆方向に移行する現象をキックバックという。
また、上記図12の動作において、主コンデンサC0からコンデンサC1に電荷の移行させるため、少なくとも期間Aは固体スイッチSWがon状態である必要がある。また、回生動作時には、回生回路を介して主コンデンサC0に電荷する必要があり、その間固体スイッチSWはoffでなければならないので、少なくとも期間Bの間に固体スイッチSWをオフ状態とする必要がある。
【0017】
ここで、上記回生回路が無い場合、図12に破線で示すように、主コンデンサC0は初期充電時(固体スイッチSWがon時)と逆極性となるように充電される〔図2のV0kb(回生回路無し)参照〕。
一方、図11に示すように回生回路を設けた場合には、次のように動作する。
反射エネルギーによりコンデンサC1が逆方向に充電されたとき、固体スイッチSWはoff状態であり、コンデンサC1に充電された電圧(キックバック電圧)は、回生トランスTr2の2次側に発生し、この電圧は回生トランスTr2の2次側に設けられたダイオードD4、磁気スイッチSR4、主コンデンサC0の直列回路に印加される。
このため、図12に示すように、主コンデンサC0は初期充電時(固体スイッチSWがon時)と同極性となるように充電される。すなわち、反射エネルギーが主コンデンサC0に回生される〔図12のV0kb(回生回路有り)参照〕。
図11の回路においては、上述したように、反射エネルギーの回生のための回生トランスTr2を昇圧トランスTr1とは別途設けたので、回生時の回路動作に昇圧トランスTr1は介在しない。したがって、回生トランスの巻数を1次側、2次側とも大きく取ることができ、また、巻数比を自由に設定することができるので、一部残留電荷がコンデンサC1に存在しないように、巻数比を精密に規定することが可能となる。
また、当然ながら昇圧トランスTR1の巻数比および巻数を変更しなくともよいので、主コンデンサC0からコンデンサC1への電荷の移行速度はできるだけ早くなるように、昇圧トランスTR1の巻数比および巻数を設定することが可能となる。このため、コンデンサC1の残留電圧を減少させることができる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の図9、図10、図11に示す回生回路に上記回生動作を行わせるためには、固体スイッチSWのon/offタイミングが適切に設定される必要がある。
例えば、図11の回路においては、図12の時点(C)までには固体スイッチSWはoff状態になっていなければならず、また、主コンデンサC0からコンデンサC1まで電荷が移行する間は固体スイッチSWはon状態でなければならない。すなわち、図12において、固体スイッチSWがonした時点(時点(A))から時点(B)までは固体スイッチSWはon状態でなければならない。
上記をまとめると、図12における期間Aの間は固体スイッチSWはon状態であって、期間Bのいずれかの時点でoff状態とならなければならない。
【0019】
ここで、露光用光源として用いられるガスレーザ装置においては、レーザ出力エネルギーが一定であることが要請され、出力エネルギー一定化制御が行われる。
上記のような制御を行う放電回路1aを含む露光用ガスレーザ装置1は、例えば図13に示すようにコントローラ2、モニタモジュール3、ビームスプリッタ4を有する。
露光用ガスレーザ装置1から放出されたレーザ光の一部はビームスプリッタ4により取り出され、レーザ出力エネルギーを測定するモニタモジュール3に導光される。モニタモジュール3はレーザ出力エネルギーを測定し、測定結果をコントローラ2に送信する。コントローラ2はレーザ出力エネルギーが一定となるように、図13に示す放電回路(高電圧パルス発生装置)の高電圧電源HVの電圧を調整する。すなわち、各レーザパルス毎に高電圧電源HVの電圧、すなわち、主コンデンサC0の電圧V0は変動し、これによりレーザ出力エネルギーが一定となる。
【0020】
前記磁気アシストSR1の磁気アシスト時間は、可飽和リアクトルである磁気スイッチのVT積が一定であるので、上記のようにV0が変動すると、VT積が一定となるように磁気アシスト時間Tも変動する。このため、図12における期間Aの長さも変動することになる。
上記したように固体スイッチSWのon−off制御は、期間A、Bに対応して行う必要があるが、このとき上記した磁気アシスト時間Tの変動に起因する期間Aの変動を考慮する必要がある。また、期間BもAと同じように電圧の関数となっているので考慮する必要がある。
【0021】
次に、上記期間A、期間Bを制御することができる制御装置に構成について説明する。
図14に固体スイッチSWのon−off制御を行うための制御装置の構成例を示す。図14におけるコントローラは図13のコントローラ2と同等のものであり、モニタモジュール3から送信されるレーザ出力エネルギーの測定結果のデータを受信する。
コントローラ2は受信したレーザ出力エネルギーデータに基づき、充電電圧値演算部2aにより次回の放電のための主コンデンサC0への充電電圧を演算して決定する。
そして、主コンデンサC0への充電電圧が、この決定した電圧値となるように高電圧電源HVに充電電圧値調整指令を送信して、高電圧電源HVを制御する。
同時にコントローラ2は充電電圧値演算部2aにおいて決定した主コンデンサC0の充電電圧値データをスイッチon−offタイミング制御部2bに送る。
スイッチon−offタイミング制御部2bは、受信した充電電圧値データ及び予めスイッチon−offタイミング制御部2bに記憶されている磁気アシストSR1のVT積に基づき磁気アシスト時間Tを算出して、期間Aの長さを求める。
すなわち、図11における電流パルス幅Tiは回路定数の値からほぼ一定に定まり、予めスイッチon−offタイミング制御部2bに記憶されている。スイッチon−offタイミング制御部2bは、上記算出した磁気アシスト時間Tと予め記憶されている電流パルス幅Tiの和より期間Aの長さを求める。
また、期間Bは、上記充電電圧値データと磁気パルス圧縮回路の回路定数により定まる。そこで、例えば、予め上記電圧値と期間Bの関係を求めおき、記憶回路等に記憶しておく。そして、該記憶装置から上記充電電圧値データに対応した期間Bを読み出す。
【0022】
on−offタイミング制御部2bは、設定された繰返し周波数に基づいて、固体スイッチSWのon−offの周波数を制御するが、上記のように求めた期間A及びBに基づき、固体スイッチSWにon信号を送信した時点(図12における時点(A))を起点として、期間A経過後、期間B終了以前(図12における時点(B)から時点(C)の間)に固体スイッチSWにoff信号を送信する。
なお、固体スイッチSWにon信号を送信した時点と固体スイッチSWが実際にonする時点のずれやずれの変動(ジッタ)を考慮して、off信号を図12における時点(B)より遅れて送信することが望ましい。また、固体スイッチSWにoff信号を送信した時点と固体スイッチSWが実際にoffする時点のずれやずれの変動(ジッタ)を考慮して、off信号は、時点(C)より先だって送信することが望ましい。
【0023】
図15に固体スイッチSWのon−off制御を行うための制御装置の第2の構成例を示す。
図15に示す制御装置の構成例は図14に示す第1の構成例の変形例であり、相違点は、第1の構成例においてはコントローラ2の充電電圧値演算部1aからの主コンデンサC0の充電電圧値データを用いて磁気アシスト時間Tを計算していたのに対し、第2の構成例においては、直接主コンデンサC0の電圧値を電圧検出器Vsで検出して、この検出データを用いて磁気アシスト時間Tを計算する。
すなわち、電圧検出器Vsは、計測した主コンデンサC0の充電電圧値データをスイッチon−offタイミング制御部2bに送信する。スイッチon−offタイミング制御部2bは、前記したように、受信した充電電圧値データ及び予めスイッチon−offタイミング制御部2bに記憶されている磁気アシストSR1のVT積に基づき期間Aの長さを求めるとともに、前記したように期間Bを求める。
【0024】
on−offタイミング制御部2bは、繰返し周波数に基づいて、固体スイッチSWのon−offの周波数を制御するが、上記のように算出した期間Aと期間Bとに基づき、固体スイッチSWにon信号を送信した時点(図12における時点(A))を起点として、期間A経過後、期間B終了以前(図12における時点(B)から時点(C)の間)に固体スイッチSWにoff信号を送信する。
なお、第1の構成例のときと同様、固体スイッチSWにon信号を送信した時点と固体スイッチSWが実際にonする時点のずれやずれの変動(ジッタ)を考慮して、off信号は図12における時点(B)より遅れて送信することが望ましい。また、固体スイッチSWにoff信号を送信した時点と固体スイッチSWが実際にoffする時点のずれやずれの変動(ジッタ)を考慮して、off信号は、時点(C)より先だって送信することが望ましい。
以上のような構成、制御により回生動作が行われる間、固体スイッチSWを確実にoffとすることができる。
【0025】
上記した図14に示す構成例では、充電電圧値データ及び予めスイッチon−offタイミング制御部2bに記憶されている磁気アシストSR1のVT積に基づき磁気アシスト時間Tを算出して、この磁気アシスト時間Tと記憶しておいた電流パルス幅Tiとを用いて、期間Aを演算により求めて、off信号の送信タイミングを求めている。
このため、スイッチon−offタイミング制御部2bには複雑な演算手段や記憶手段が必要となり、結果としてコントローラは大型化・複雑化していた。
一方、近年、繰り返し周波数の高繰返し化(4kHz以上)に伴い、パルス間隔が非常に短くなってきている。このため、図14に示す構成例では、スイッチon−offタイミング制御部2bは、固体スイッチSWのon−offタイミングを制御するための演算、指令等を非常に短いパルス間隔で行わなければないない。
すなわち、高速演算が求められ、スイッチon−offタイミング制御部2aは複雑、かつ高価なものになった。
【0026】
また、図15に示す構成例においても、スイッチon−offタイミング制御部2bは、図14の場合と同様の理由により複雑、かつ高価となる。
特に、図15に示す構成例におけるタイミング検出は、図14のように充電電圧演算部2aが高電圧電源HVに充電電圧値データに基づく充電指令を送出し、高電圧電源HVにより充電された主コンデンサC0の電圧値を検出したあと、スイッチon−offタイミング制御部2bにより演算等を行う。このため、スイッチon−offタイミング制御部2bにより演算等を行うための所要時間は、図14の場合と比べさらに短くなるので、図15におけるスイッチon−offタイミング制御部2bは、図14の場合のそれと比較すると、より複雑、かつ高価となる。
また、電圧検出器としては、電圧プローブや分圧抵抗器等が使用されるが、これらの測定特性には、個体差が存在する。そのため、このような個体差を調整する初期調整が必要となる。
さらに、図14、図15の構成例においては、前記したように固体スイッチSWスイッチのターンオン時間(図12の時点A’)のドリフト、ジッタを見込む必要があるので、期間Bは短くなり、固体スイッチSWのoff信号の制御が難しくなる。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、コントローラを従来に比して簡単化することができ、また、高速化にも充分対応することができ、さらにコストの低減化を図ることができるパルスレーザ用高電圧パルス発生装置を提供することである。
【0027】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、以下のようにして上記課題を解決する。
(1)充電器により高電圧に充電される主コンデンサと、この主コンデンサと、可飽和リアクトルからなる磁気アシストと、スイッチ手段とが1次側に直列に接続され、2次側に磁気パルス圧縮回路が接続された昇圧トランスを備え、負荷側からの反射エネルギーを上記主コンデンサに回生する回生回路を備えた高電圧パルス発生装置において、上記スイッチ手段を流れる電流の通流開始タイミングを検出する電流通流タイミング検知手段を設け、この電流通流タイミング検知手段の出力に基づき、上記スイッチ手段をオフにするタイミングを定める。
(2)上記(1)において、電流通流タイミング検知手段からの信号により、タイマ手段を駆動し、タイマがカウントアップした際に得たタイミングにより、上記スイッチ手段をオフ状態にする。
本発明においては、上記のように電流通流タイミング検知手段を設け、この出力に基づき、上記スイッチ手段をオフにするタイミングを定めるようにしたので、磁気アシスト時間Tを求める必要がなく、そのための高速演算処理を行う演算装置は不要となる。このため、コントローラを従来に比して簡単化することができ、また、高速化にも充分対応することができ、さらにコストの低減化を図ることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施例の高電圧パルス発生装置の構成を示す図である。本実施例は前記図11に示した回生回路を有する高電圧パルス発生装置に本発明を適用した実施例を示しており、図1におけるコントローラは図13のコントローラ2と同等のものであり、モニタモジュール3から送信されるレーザ出力エネルギーの測定結果のデータを受信する。
本実施例は、前記図14、図15に示した構成例のように、磁気アシスト時間Tの演算等を行って固体スイッチSWのoff信号を送信するタイミングを見いだしてoff信号を送信するのではなく、主コンデンサC0と固体スイッチSW、磁気アシストSR1からなる閉回路中に電流通流タイミング検知手段Isを設け、主コンデンサC0からコンデンサC1への移行電流(固体スイッチSWを流れる電流)の通流開始タイミングを検出し、その検出結果を用いて固体スイッチSWのoff信号を送出するタイミングを見いだして、off信号を送出するようにしたものである。
【0029】
すなわち、固体スイッチSWがonとなった後、磁気アシスト時間Tが経過し、主コンデンサC0からコンデンサC1への電荷の移行が開始し、主コンデンサC0と固体スイッチSW、磁気アシストSR1からなる閉回路中に電流が流れると、電流通流タイミング検知手段Isは、この電流を検知し出力を発生する。電流通流タイミング検知手段Isの出力は、コントローラ2に設けられたスイッチon−offタイミング制御部内のタイマ2cに送信される。
タイマ2cは、この信号を受信後、図示しない所定の周波数のクロック信号のカウントを開始する。そして、このカウント値が所定値に達すると出力を発生する。
タイマ2cに設定される上記所定値は、カウントを開始後、電流パルス幅Tiに相当した時間経過した後に、出力を発生するように設定される。ここで、先に述べた通り、電流パルス幅Tiは、回路定数の値からほぼ一定となるので、上記所定値は、一定の値でよい。
タイマ2cがカウントアップすると(図12における時点(B)以降)、スイッチon−offタイミング制御部2bは、固体スイッチSWにoff信号を送信する。
【0030】
上記のように、本実施例では、電流通流タイミング検知手段Isを設け、電流パルスが立ち上がる時点(A’)を計測しているので、前記図14、図15に示した構成例のように、磁気アシスト時間Tを求める必要がなく、そのための高速演算処理を行う演算装置は不要となる。また、単にタイマを用いるだけで、off信号の送信タイミングを求めることができるので、コントローラも小型かつ安価になるという利点を有する。
なお、第1、2の構成例のときと同様、固体スイッチSWにon信号を送信した時点と固体スイッチSWが実際にonする時点のずれやずれの変動(ジッタ)を考慮して、off信号が図12における時点(B)より遅れて送信されるようにタイマ2cの所定値を設定することが望ましい。
また、固体スイッチSWにoff信号を送信した時点と固体スイッチSWが実際にoffする時点のずれやずれの変動(ジッタ)を考慮して、off信号は、時点(C)より先だって送信されるようにタイマ2cの所定値を設定することが望ましい。
【0031】
図2は本発明の第2の実施例を示す図であり、本実施例は、前記図9の回生回路構成に本発明を適用した場合を示しており、第1の実施例と同様、主コンデンサC0と固体スイッチSW、磁気アシストSR1からなる閉回路中に電流通流タイミング検知手段Isを設け、主コンデンサC0からコンデンサC1への移行電流(固体スイッチSWを流れる電流)の通流開始タイミングを検出するようにしたものである。なお、図2におけるコントローラは図13のコントローラ2と同等のものであり、モニタモジュール3から送信されるレーザ出力エネルギーの測定結果のデータを受信する。
【0032】
図2の回路構成において、固体スイッチSWがonとなり、磁気アシストSR1のVt積に対応した時間経過すると、図3のタイミングチャートに示すように、主コンデンサC0に充電された電荷がコンデンサC1に移行し始める(図3の時点(A’))。固体スイッチSWは、例えば、主コンデンサC0に充電された電荷がコンデンサC1に移行し終わった時点(図3の時点(B))でoffとなる。 そして、電圧パルスは前記したように、磁気パルス圧縮回路によりパルス圧縮されながら移行して、ピーキングコンデンサCpが充電される。このときのコンデンサC1、C2、ピーキングコンデンサCpの電圧波形を図3のV1,V2,Vpに示す。
ピーキングコンデンサCpの充電途中で放電が開始され(同図の”放電開始”)、以下、先の述べたように反射エネルギーとして、逆方向に電流が移行する。すなわち、図3に示すように電圧パルスが磁気パルス圧縮回路を逆行することにより、パルス伸長されながら移行する。このときのコンデンサC2、C1、コンデンサC0の電圧波形を図3のV2kb,V1kb,V0kbに示す。
また、上記図3の動作において、主コンデンサC0からコンデンサC1に電荷の移行させるため、少なくとも期間Aは固体スイッチSWがon状態である必要がある。また、回生動作時には、回生回路を介して主コンデンサC0に電荷する必要があり、その間固体スイッチSWはoffでなければならないので、少なくとも図3の(B)時点と(C)時点の間に固体スイッチSWをオフ状態とする必要がある。
【0033】
図2の電流通流タイミング検知手段Isは、第1の実施例と同様、主コンデンサC0からコンデンサC1への電荷の移行が開始し、主コンデンサC0と固体スイッチSW、磁気アシストSR1からなる閉回路中に電流が流れると、出力を発生する。電流通流タイミング検知手段Isの出力は、コントローラ2に設けられたスイッチon−offタイミング制御部内のタイマ2cに送信される。
タイマ2cは、この信号を受信後、図示しない所定の周波数のクロック信号のカウントを開始し、カウント値が所定値に達すると出力を発生する。
タイマ2cに設定される上記所定値は、カウントを開始後、図3の(B)時点以降に出力を発生するように設定される。
タイマ2cがカウントアップすると、スイッチon−offタイミング制御部2bは、固体スイッチSWにoff信号を送信する。
【0034】
なお、第1の実施例と同様、固体スイッチSWにon信号を送信した時点と固体スイッチSWが実際にonする時点のずれやずれの変動(ジッタ)を考慮して、off信号が図3における時点(B)より遅れて送信されるようにタイマ2cの所定値を設定することが望ましい。
また、固体スイッチSWにoff信号を送信した時点と固体スイッチSWが実際にoffする時点のずれやずれの変動(ジッタ)を考慮して、off信号は、時点(C)より先だって送信されるようにタイマ2cの所定値を設定することが望ましい。
上記のように、本実施例では、電流通流タイミング検知手段Isを設け、電流パルスが立ち上がる時点(A’)を計測しているので、第1の実施例と同様、磁気アシスト時間Tを求める必要がなく、そのための高速演算処理を行う演算装置は不要となる。また、単にタイマを用いるだけで、off信号の送信タイミングを求めることができるので、コントローラも小型かつ安価になるという利点を有する。
【0035】
図4は本発明の第3の実施例を示す図であり、本実施例は、前記図10の回生回路構成に本発明を適用した場合を示しており、第1の実施例と同様、主コンデンサC0と固体スイッチSW、磁気アシストSR1からなる閉回路中に電流通流タイミング検知手段Isを設け、主コンデンサC0からコンデンサC1への移行電流(固体スイッチSWを流れる電流)の通流開始タイミングを検出するようにしたものである。なお、図4におけるコントローラは図13のコントローラ2と同等のものであり、モニタモジュール3から送信されるレーザ出力エネルギーの測定結果のデータを受信する。
図4の回路構成において、固体スイッチSWがonとなり、磁気アシストSR1のVt積に対応した時間経過すると、図5のタイミングチャートに示すように、主コンデンサC0に充電された電荷がコンデンサC1に移行し始める(図5の時点(A’))。
そして、電圧パルスは前記したように、磁気パルス圧縮回路によりパルス圧縮されながら移行して、ピーキングコンデンサCpが充電される。このときのコンデンサC1、C2、ピーキングコンデンサCpの電圧波形を図5のV1,V2,Vpに示す。
【0036】
ピーキングコンデンサCpの充電途中で放電が開始され(同図の”放電開始”)、以下、先の述べたように反射エネルギーとして、逆方向に電流が移行する。
すなわち、図5に示すように電圧パルスが磁気パルス圧縮回路を逆行することにより、パルス伸長されながら移行する。そして、上記反射エネルギーはコンデンサC0に逆電圧が発生するようコンデンサC0を充電する。なお、この間、固体スイッチSWはon状態に保持され、主コンデンサC0を逆充電が終了した時点で固体スイッチSWがoffとなる。
主コンデンサC0の逆充電が終了すると、主コンデンサC0に逆充電された電圧は、主コンデンサC0に並列にインダクタンスL1、ダイオードD3とからなる直列回路を介して図4の矢印方向に流れ、主コンデンサC0を順方向に充電する。このときのコンデンサC2、C1、コンデンサC0の電圧波形を図5のV2kb,V1kb,V0kbに示す。
図4の回路構成においては、反射エネルギーにより主コンデンサC0を逆方向に充電し、その後、インダクタンスL1、ダイオードD3とからなる直列回路を介して主コンデンサC0を順方向に充電しているので、固体スイッチSWは、主コンデンサC0の逆充電が終了するまでonでなければならず、固体スイッチSWのoffのタイミングは、図5のタイミングチャートに示すように、主コンデンサC0の逆方向の充電が終了してから、主コンデンサC0が順方向に再充電するまでの期間(期間D)である。なお、その間は磁気アシストSR1が飽和しないので、固体スイッチSWの方向へは流れない。
【0037】
図4の電流通流タイミング検知手段Isは、第1,2の実施例と同様、主コンデンサC0からコンデンサC1への電荷の移行が開始し、主コンデンサC0と固体スイッチSW、磁気アシストSR1からなる閉回路中に電流が流れると、出力を発生する。電流通流タイミング検知手段Isの出力は、コントローラ2に設けられたスイッチon−offタイミング制御部内のタイマ2cに送信される。
タイマ2cは、この信号を受信後、図示しない所定の周波数のクロック信号のカウントを開始し、カウント値が所定値に達すると出力を発生する。
タイマ2cに設定される上記所定値は、磁気スイッチSR2,SR3の飽和時間が磁気アシストSR1のアシスト時間に比べて十分短いため、カウントを開始後、図5のDの期間に出力を発生するように設定される。
タイマ2cがカウントアップすると、スイッチon−offタイミング制御部2bは、固体スイッチSWにoff信号を送信する。
上記のように、本実施例では、電流通流タイミング検知手段Isを設け、電流パルスが立ち上がる時点(A’)を計測しているので、第1,2の実施例と同様、磁気アシスト時間Tを求める必要がなく、そのための高速演算処理を行う演算装置は不要となる。また、単にタイマを用いるだけで、off信号の送信タイミングを求めることができるので、コントローラも小型かつ安価になるという利点を有する。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、以下の効果を得ることができる。
電流通流タイミング検知手段Isを設け、スイッチ手段を流れる電流の通流開始タイミングを計測しているので、磁気アシスト時間Tを求める必要がなく、そのための高速演算処理を行う演算装置は不要となる。特に、タイマを用いるだけで、off信号の送信タイミングを求めることができる。
したがって、コントローラを簡単化することができ、また、高速化に容易に対応することができる。さらに安価に構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の高電圧パルス発生装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施例の高電圧パルス発生装置の構成を示す図である。
【図3】図2に示す回生回路の動作を説明するタイムチャートである。
【図4】本発明の第3の実施例の高電圧パルス発生装置の構成を示す図である。
【図5】図4に示す回生回路の動作を説明するタイムチャートである。
【図6】高電圧パルス発生装置の構成例を示す図である。
【図7】図6において、コンデンサC2にかかる電圧、ピーキングコンデンサCpにかかる電圧の波形を示す図である。
【図8】逆電圧により発生した電荷を抵抗にて処理する回路を有するガスレーザ装置の放電回路の構成例を示す図である。
【図9】エネルギー回生用の回生回路構成を有するガスレーザ装置の高電圧発生装置のの構成例(1)を示す図である。
【図10】エネルギー回生用の回生回路構成を有するガスレーザ装置の高電圧発生装置のの構成例(2)を示す図である。
【図11】エネルギー回生用の回生回路構成を有するガスレーザ装置の高電圧発生装置のの構成例(3)を示す図である。
【図12】図11に示す回生回路の動作を説明するタイムチャートである。
【図13】露光用ガスレーザ装置の制御系の構成例を示す図である。
【図14】高電圧パルス発生装置の固体スイッチの制御を行うための制御装置の構成例(1)を示す図である。
【図15】高電圧パルス発生装置の固体スイッチの制御を行うための制御装置の構成例(2)を示す図である。
【符号の説明】
SR1 磁気アシスト
SR2、SR3磁気スイッチ
SR4 磁気スイッチ
SW 固体スイッチ
C0 主コンデンサ
Tr1 昇圧トランス
Tr2 回生トランス
C1,C2 コンデンサ
Cp ピーキングコンデンサ
E 主放電電極
D1〜D4 ダイオード
Vs 電圧検出器
Is 電流通流タイミング検知手段
1 露光用ガスレーザ装置
1a 放電回路
2 コントローラ
2a 充電電圧値演算部
2b スイッチon−offタイミング制御部
2c タイマ
3 モニタモジュール
4 ビームスプリッタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a high voltage generator for a pulse laser having a regenerative circuit for using reflected energy generated by impedance mismatch as energy for generating a next pulse in a high voltage generator used in an exposure gas laser apparatus or the like. The present invention relates to a voltage pulse generator.
[0002]
[Prior art]
With the miniaturization and high integration of semiconductor integrated circuits, improvement in resolving power is demanded in the projection exposure apparatus for production. For this reason, the wavelength of the exposure light emitted from the exposure light source is being shortened, and a KrF excimer laser device having a wavelength of 248 nm from a conventional mercury lamp is used as a light source for semiconductor exposure. Furthermore, as a next-generation light source for semiconductor exposure, an ArF excimer laser device having a wavelength of 193 nm and fluorine (F) having a wavelength of 157 nm are used. 2 ) Gas laser devices that emit ultraviolet rays, such as laser devices, are promising.
In the KrF excimer laser device, fluorine (F 2 ) Gas, krypton (Kr) gas, and mixed gas composed of noble gas such as neon (Ne) as buffer gas, and in an ArF excimer laser device, fluorine (F 2 ) Gas, argon (Ar) gas, and mixed gas composed of noble gas such as neon (Ne) as buffer gas, fluorine (F 2 ) In laser equipment, fluorine (F 2 ) A laser gas, which is a mixed gas composed of a rare gas such as helium (He) as a gas and a buffer gas, generates a discharge inside a laser chamber sealed at several hundred kPa, thereby exciting the laser gas as a laser medium. .
[0003]
Inside the laser chamber, a pair of main discharge electrodes for exciting the laser gas are disposed facing each other at a predetermined distance in a direction perpendicular to the laser oscillation direction.
A high voltage pulse is applied to the pair of main discharge electrodes, and when the voltage applied between the main discharge electrodes reaches a certain value (breakdown voltage), the laser gas between the main discharge electrodes breaks down and main discharge starts. The laser medium is excited by this main discharge.
Therefore, such an exposure gas laser apparatus performs pulse oscillation by repeating main discharge, and the emitted laser light becomes pulse light. At present, the repetition frequency of the laser pulse of the laser apparatus used for exposure is about 2 kHz. However, in recent years, a repetition frequency of 4 kHz or more has been demanded in order to increase throughput and decrease variations in exposure amount.
[0004]
FIG. 6 shows an example of a high voltage pulse generator (hereinafter sometimes referred to as a discharge circuit) for generating a discharge in the laser chamber and exciting the laser gas in the gas laser apparatus for exposure as described above.
The discharge circuit of FIG. 6 is composed of a two-stage magnetic pulse compression circuit using three magnetic switches SR1, SR2 and SR3 composed of saturable reactors. The magnetic switch SR1 is a magnetic switch for reducing a switching loss in the solid-state switch SW which is a semiconductor switching element such as an IGBT, and is usually called magnetic assist (hereinafter referred to as magnetic assist).
The first magnetic switch SR2 and the second magnetic switch SR3 constitute a two-stage magnetic pulse compression circuit.
The circuit configuration and operation will be described below with reference to FIG.
First, the voltage of the high voltage power supply HV is adjusted to a predetermined value Vin, and the main capacitor C0 is charged. At this time, the solid switch SW is turned off. When the charging of the main capacitor C0 is completed and the solid switch SW is turned on, the voltage applied to both ends of the solid switch SW is mainly applied to both ends of the magnetic assist SR1.
When the time integral value of the charging voltage V0 of the main capacitor C0 applied to both ends of the magnetic assist SR1 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic assist SR1, the magnetic assist SR1 is saturated and the magnetic switch is turned on, the main capacitor C0, the magnetic assist A current flows through the loop of SR1, the inductance LL, the primary side of the step-up transformer Tr1, and the solid switch SW. At the same time, a current flows through the secondary side of the step-up transformer Tr1 and the loop of the capacitor C1, and the charge stored in the main capacitor C0 is transferred to be charged in the capacitor C1.
Here, a combination of the inductance of the circuit loop and the parasitic inductance of the main capacitor C0 is represented as an inductance LL.
[0005]
Thereafter, when the time integral value of the voltage V1 in the capacitor C1 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR2, the magnetic switch SR2 is saturated and the magnetic switch enters, and the capacitor C1, the capacitor C2, and the magnetic switch SR3 enter the loop. A current flows, and the charge stored in the capacitor C1 is transferred to charge the capacitor C2.
Thereafter, when the time integral value of the voltage V2 in the capacitor C2 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR3, the magnetic switch SR3 is saturated and the magnetic switch is turned on, and the capacitors C2, the peaking capacitor Cp, and the magnetic switch SR3 A current flows through the loop, and the charge stored in the capacitor C2 is transferred to charge the peaking capacitor Cp.
[0006]
Corona discharge for preionization occurs on the outer peripheral surface of the dielectric tube 12 starting from the point where the dielectric tube 12 in which the first electrode 11 is inserted and the second electrode 13 are in contact with each other. As the charging of the capacitor Cp proceeds, the voltage Vp increases. When Vp reaches a predetermined voltage, corona discharge is generated on the surface of the dielectric tube 12 in the corona preionization part. By this corona discharge, ultraviolet rays 6 are generated on the surface of the dielectric tube 12, and the laser gas 2 as the laser medium between the main discharge electrodes E and E is preionized.
As the charging of the peaking capacitor Cp further proceeds, the voltage Vp of the peaking capacitor Cp increases. When this voltage Vp reaches a certain value (breakdown voltage) Vb, the laser gas between the main discharge electrodes E and E is broken down. The main discharge starts, the laser medium is excited by this main discharge, and laser light is generated.
Such a discharge operation is repeatedly performed by the switching operation of the solid switch SW and the high-voltage power supply operation, whereby pulse laser oscillation at a predetermined repetition frequency is performed.
Here, the pulse width of the current pulse flowing through each stage is set by setting the inductance of the capacity transfer type circuit of each stage composed of the magnetic switches SR2 and SR3 and the capacitors C1 and C2 to be smaller as it goes to the subsequent stage. The pulse compression operation is performed so as to be narrowed sequentially, and a strong discharge with a short pulse is realized between the main discharge electrodes E and E.
[0007]
The discharge circuit has the following problems.
FIG. 7 shows voltage waveforms of the voltage V2 applied to the capacitor C2 and the voltage Vp applied to the peaking capacitor Cp in FIG.
In general, in the case of a discharge excitation type gas laser device, since the discharge impedance is small between the discharge impedance between the main discharge electrodes E and E and the peaking capacitor Cp, impedance mismatch occurs, and the reflected energy is reflected by the magnetic pulse compression circuit. Oscillates in the reverse direction and in the forward direction.
That is, after discharging in the discharge circuit of FIG. 6, voltage oscillation occurs as shown in FIG. 7 due to impedance mismatch, the voltage Vp of the peaking capacitor Cp is inverted and a reverse voltage is generated, and Cp → SR3 → C2 A current flows through the loop and a reverse voltage is generated in the capacitor C2.
Similarly, a current flows through a loop of C2 → SR2 → C1, and a reverse voltage is generated in the capacitor C1. The reverse voltage generated in the capacitor C1 passes through the step-up transformer Tr1 and charges the main capacitor C0 in the reverse direction. The main capacitor C0 charged in the reverse direction charges the capacitor C1 in the reverse direction via the step-up transformer Tr1. Thereafter, a current flows in the forward direction of the capacitor C1 → the capacitor C2 and the capacitor C2 → the peaking capacitor Cp. As described above, the current oscillates in the magnetic pulse compression circuit in the power supply device.
[0008]
Further, as shown in FIG. 7, since the discharge between the main discharge electrodes E and E often starts during the charging from the capacitor in the previous stage of the peaking capacitor Cp (C2 in the case of FIG. 6) to the peaking capacitor Cp. The charge remaining in the capacitor in front of the peaking capacitor Cp (C2 in the case of FIG. 6) flows between the main discharge electrodes E and E, and a reverse voltage is generated in the capacitor in front of the peaking capacitor Cp (in the case of FIG. 6, C2). To do.
The charges generated at this time are reflected as reflected energy, and as in the case of the impedance mismatch described above, the magnetic pulse compression circuit travels in the reverse direction and vibrations travel in the forward direction are generated.
Due to the vibration, a voltage is applied between the main discharge electrodes E and E within a short time after the occurrence of the main discharge, which has a problem of adversely affecting the main discharge.
[0009]
In order to avoid the problem of vibration through the magnetic pulse compression circuit having the reflected energy as described above, various circuit configurations have been proposed.
FIG. 8 is a configuration example of a discharge circuit of a gas laser device having a circuit for processing charges generated by a reverse voltage with a resistor.
In FIG. 8, a series circuit composed of a diode D1 and a resistor R is connected in parallel with the capacitor C1 having the circuit configuration of FIG. The direction of the arrow shown in FIG. 6 indicates the direction of current flow when a reverse voltage is generated in the capacitor C1. In this way, in the circuit shown in FIG. 8, the current flowing when the reverse voltage is generated is consumed by the resistor R, so that a voltage is applied between the main discharge electrodes E and E within a short time after the main discharge. To prevent it.
On the other hand, when the solid switch SW is closed to transfer electric charge from the main capacitor C0 to the capacitor C1 in order to generate a discharge between the main discharge electrodes E and E, the current is opposite to the direction of the arrow, that is, the reverse direction of the diode D1. Flowing into. Therefore, the current does not flow to the series circuit composed of the diode D1 and the resistor R, and is not consumed by the resistor R.
However, since the current generated by the reverse voltage is processed by the resistor, heat is generated in the resistor, and the amount of heat generated from the laser device increases. Therefore, there is a problem that a large cooling structure is required and the apparatus becomes large. In addition, since the current generated by the reverse voltage is consumed as heat, there is a problem that the current consumption of the entire laser increases.
[0010]
In order to avoid the above problems, the current that flows when the reverse voltage is generated is not consumed by the resistor as in the circuit configuration of FIG. Or has been proposed.
FIG. 9 and FIG. 10 show configuration examples of the discharge circuit of the gas laser device having a regeneration circuit configuration for energy regeneration.
In the circuit configuration of FIG. 9, an intermediate tap is provided on the primary side of the step-up transformer TR1, a series circuit of an inductance LL, a magnetic assist SR1, and a main capacitor C0 is disposed on the intermediate tap, and a solid switch SW is provided at one end of the primary winding. The diode D2 is provided at the other end.
In the circuit configuration of FIG. 9, the solid state switch SW is opened when, for example, the electric charge charged in the main capacitor C0 has been transferred to the capacitor C1. After discharging, the reflected energy transferred while extending the pulse width is charged in the capacitor C1 so that a reverse voltage is generated in the capacitor C1. Since the solid switch SW is in the off state, the current when the reverse voltage is generated in the capacitor C1 flows in the direction of the arrow in FIG. 9 via the step-up transformer TR1, and reversely shifts so as to charge the main capacitor C0 in the forward direction. . In this way, the reflected energy is regenerated in the main capacitor C0.
When the solid switch SW is turned on to transfer electric charge from the main capacitor C0 to the capacitor C1 in order to generate a discharge between the main discharge electrodes E and E, a voltage is applied to the reverse side of the diode D2, so that the current is The flow proceeds to the capacitor C1 through the step-up transformer TR1 without flowing through the diode D2.
[0011]
In the circuit configuration of FIG. 10, a series circuit including an inductance L1 and a diode D3 is connected in parallel to the main capacitor C0.
In the circuit configuration of FIG. 10, for example, the solid switch SW is turned OFF when the reflected energy ends the reverse charging of the main capacitor C0.
Note that the OFF timing of the solid switch SW is a period from the time point until the main capacitor C0 is recharged in the forward direction. During that time, the magnetic assist SR1 does not saturate and does not flow in the direction of the solid switch SW.
The reflected energy transferred while extending the pulse width after the discharge is charged to the capacitor C0 so that a reverse voltage is generated in the capacitor C0. Since the solid switch SW is in the off state or the magnetic assist SR1 is not saturated, the current when the reverse voltage is generated in the capacitor C0 flows through the series circuit including the inductance L1 and the diode D3 in the direction of the arrow in FIG. The main capacitor C0 is charged in the forward direction. In this way, the reflected energy is regenerated in the main capacitor C0.
[0012]
The circuit configuration including the regenerative circuit illustrated in FIGS. 9 and 10 does not consume current as shown in FIG. 8, but regenerates reflected energy. There is no increase in size. Further, since the reflected energy is not consumed as heat but is effectively used again, the current consumption of the entire laser is reduced.
However, the circuit configuration including the regenerative circuit illustrated in FIGS. 9 and 10 has the following problems.
As described above, the charge of the main capacitor C0 is transferred to the capacitor C1 via the step-up transformer TR1, and the turn ratio of the step-up transformer TR1 is set so that the charge of the main capacitor C0 is completely transferred to the capacitor C1. Has been.
On the other hand, in order to shorten the charging time to the peaking capacitor Cp as much as possible, to accelerate the rise of the applied voltage to the main discharge electrodes E, E and to increase the discharge start voltage, the initial pulse input to the magnetic pulse compression circuit Is preferably as short as possible. That is, the charge transfer rate from the main capacitor C0 to the capacitor C1 is preferably as fast as possible. Here, as the number of turns on the primary side and the secondary side of the step-up transformer TR1 increases, the transition speed becomes slower. Therefore, both the numbers of turns are set to be minimum.
[0013]
In the case of the turn ratio set in this way, when the charge is transferred as reflected energy from the capacitor C1 to the main capacitor C0, all the charge of the capacitor C1 does not transfer to the main capacitor C0, and some residual charge exists in the capacitor C1. To do.
That is, in the case of FIG. 10, it is difficult to define the turn ratio of the step-up transformer TR1 so that both forward and reverse transitions are performed 100%, and there is inevitably residual charge in the capacitor C1.
[0014]
In FIG. 9, the number of turns of the primary side winding of the step-up transformer TR1 used differs between the time of pulse generation and the time of regeneration, but the secondary side is common. In the optimal turns ratio between the primary side winding and the secondary side winding used at the time of regeneration, the number of turns on the primary side corresponding to the secondary side, which is the minimum required number, is often not a natural number. Therefore, in order to make the primary side and the secondary side winding number at the time of regeneration into a natural number, the secondary side winding number increases. If it does so, the transfer speed of the electric charge from the main capacitor | condenser C0 to the capacitor | condenser C1 at the time of a pulse generation will become slow.
[0015]
In order to solve the above problem, as shown in FIG. 11, it is conceivable to newly provide a regenerative transformer and regenerate the inversion energy through the regenerative transformer.
The high voltage pulse generator shown in FIG. 11 is obtained by adding a regenerative circuit including a magnetic switch SR4 including a regenerative transformer Tr2, a diode D4, and a saturable reactor SR4 to the circuit shown in FIG.
The primary side of the regenerative transformer Tr2 is connected in parallel with the capacitor C1, and the secondary side of the regenerative transformer TR2 is connected in series with a diode D4 and a magnetic switch SR4. The secondary side, the diode D4 and the magnetic switch SR4, Is connected in series to the main capacitor C0.
[0016]
The circuit shown in FIG. 11 operates as follows.
As shown in FIG. 12, when the time from when the solid switch SW is turned on until the magnetic assist SR1 is saturated (magnetic assist time T in FIG. 2) elapses, the charge is transferred from the main capacitor C0 to the capacitor C1. Starts and current flows (refer to the current waveform in the dashed line in the figure).
As described above, the voltage pulse shifts while being compressed by the magnetic pulse compression circuit, and the peaking capacitor Cp is charged. The voltage waveforms of the capacitors C1 and C2 and the peaking capacitor Cp at this time are shown as V1, V2, and Vp in FIG.
Discharging is started during the charging of the peaking capacitor Cp (“discharge start” in the figure), and the current then shifts in the opposite direction as reflected energy as described above.
That is, as shown in FIG. 12, the voltage pulse reverses through the magnetic pulse compression circuit and shifts while being expanded. The voltage waveforms of the capacitors C2, C1 and capacitor C0 at this time are indicated by V2kb, V1kb, V0kb in FIG. 12 (broken lines in FIG. 12).
Hereinafter, the voltage charged in the capacitors C1 and C1 by the reflected energy is referred to as a kickback voltage, and the phenomenon in which the reflected energy shifts in the opposite direction is referred to as kickback.
In the operation of FIG. 12, the solid switch SW needs to be in the on state at least during the period A in order to transfer the charge from the main capacitor C0 to the capacitor C1. Further, during the regenerative operation, it is necessary to charge the main capacitor C0 through the regenerative circuit, and during that time, the solid switch SW must be off. Therefore, it is necessary to turn off the solid switch SW at least during the period B. .
[0017]
If there is no regenerative circuit, the main capacitor C0 is charged so as to have a polarity opposite to that at the time of initial charging (when the solid state switch SW is turned on) [V0kb in FIG. Refer to “No regenerative circuit”].
On the other hand, when a regenerative circuit is provided as shown in FIG. 11, it operates as follows.
When the capacitor C1 is charged in the reverse direction due to the reflected energy, the solid switch SW is in the off state, and the voltage charged to the capacitor C1 (kickback voltage) is generated on the secondary side of the regenerative transformer Tr2, and this voltage Is applied to a series circuit of a diode D4, a magnetic switch SR4, and a main capacitor C0 provided on the secondary side of the regenerative transformer Tr2.
For this reason, as shown in FIG. 12, the main capacitor C0 is charged so as to have the same polarity as at the time of initial charging (when the solid switch SW is on). That is, the reflected energy is regenerated in the main capacitor C0 [see V0 kb (with regenerative circuit) in FIG. 12].
In the circuit of FIG. 11, as described above, the regenerative transformer Tr2 for regenerating reflected energy is provided separately from the step-up transformer Tr1, so that the step-up transformer Tr1 does not intervene in the circuit operation during regeneration. Therefore, the number of turns of the regenerative transformer can be made large on both the primary side and the secondary side, and the turn ratio can be set freely. Therefore, the turn ratio can be set so that some residual charges do not exist in the capacitor C1. Can be precisely defined.
Of course, since it is not necessary to change the turns ratio and the number of turns of the step-up transformer TR1, the turn ratio and the number of turns of the step-up transformer TR1 are set so that the charge transfer speed from the main capacitor C0 to the capacitor C1 is as fast as possible. It becomes possible. For this reason, the residual voltage of the capacitor C1 can be reduced.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in order for the regenerative circuit shown in FIGS. 9, 10, and 11 to perform the regenerative operation, it is necessary to appropriately set the on / off timing of the solid switch SW.
For example, in the circuit of FIG. 11, the solid state switch SW must be in the off state by the time (C) of FIG. 12, and the solid state switch while the charge is transferred from the main capacitor C0 to the capacitor C1. SW must be in the on state. That is, in FIG. 12, the solid switch SW must be in the on state from the time (time (A)) to the time (B) when the solid switch SW is turned on.
In summary, during the period A in FIG. 12, the solid state switch SW is in the on state and must be in the off state at any point in the period B.
[0019]
Here, in a gas laser device used as an exposure light source, it is required that the laser output energy be constant, and output energy stabilization control is performed.
The exposure gas laser apparatus 1 including the discharge circuit 1a that performs the control as described above includes a controller 2, a monitor module 3, and a beam splitter 4 as shown in FIG.
Part of the laser light emitted from the exposure gas laser device 1 is extracted by the beam splitter 4 and guided to the monitor module 3 for measuring the laser output energy. The monitor module 3 measures the laser output energy and transmits the measurement result to the controller 2. The controller 2 adjusts the voltage of the high voltage power supply HV of the discharge circuit (high voltage pulse generator) shown in FIG. 13 so that the laser output energy is constant. That is, for each laser pulse, the voltage of the high voltage power supply HV, that is, the voltage V0 of the main capacitor C0 varies, and the laser output energy becomes constant.
[0020]
The magnetic assist time of the magnetic assist SR1 is constant in the VT product of the magnetic switch that is a saturable reactor. Therefore, when V0 varies as described above, the magnetic assist time T also varies so that the VT product becomes constant. . For this reason, the length of the period A in FIG. 12 also varies.
As described above, the on-off control of the solid-state switch SW needs to be performed corresponding to the periods A and B. At this time, it is necessary to consider the fluctuation of the period A caused by the fluctuation of the magnetic assist time T described above. is there. Further, since the period B is a function of voltage as in the case of A, it is necessary to consider it.
[0021]
Next, the configuration of the control device that can control the period A and the period B will be described.
FIG. 14 shows a configuration example of a control device for performing on-off control of the solid switch SW. The controller in FIG. 14 is equivalent to the controller 2 in FIG. 13, and receives data on the measurement result of the laser output energy transmitted from the monitor module 3.
Based on the received laser output energy data, the controller 2 calculates and determines the charging voltage to the main capacitor C0 for the next discharge by the charging voltage value calculation unit 2a.
Then, a charging voltage value adjustment command is transmitted to the high voltage power supply HV so that the charging voltage to the main capacitor C0 becomes the determined voltage value, thereby controlling the high voltage power supply HV.
At the same time, the controller 2 sends the charging voltage value data of the main capacitor C0 determined by the charging voltage value calculation unit 2a to the switch on-off timing control unit 2b.
The switch on-off timing control unit 2b calculates the magnetic assist time T based on the received charging voltage value data and the VT product of the magnetic assist SR1 stored in the switch on-off timing control unit 2b in advance. Find the length of.
That is, the current pulse width Ti in FIG. 11 is determined almost constant from the value of the circuit constant, and is stored in advance in the switch on-off timing control unit 2b. The switch on-off timing control unit 2b obtains the length of the period A from the sum of the calculated magnetic assist time T and the current pulse width Ti stored in advance.
The period B is determined by the charging voltage value data and the circuit constants of the magnetic pulse compression circuit. Therefore, for example, the relationship between the voltage value and the period B is obtained in advance and stored in a storage circuit or the like. Then, the period B corresponding to the charging voltage value data is read from the storage device.
[0022]
The on-off timing control unit 2b controls the on-off frequency of the solid-state switch SW based on the set repetition frequency. The on-off timing control unit 2b turns on the solid-state switch SW based on the periods A and B obtained as described above. Starting from the time when the signal is transmitted (time (A) in FIG. 12), after the lapse of period A and before the end of period B (between time (B) and time (C) in FIG. 12), an off signal is sent to the solid state switch SW. Send.
Note that the off signal is transmitted with a delay from the time (B) in FIG. 12 in consideration of the difference between the time when the on signal is transmitted to the solid switch SW and the time when the solid switch SW is actually turned on and the fluctuation (jitter) of the shift. It is desirable to do. Further, the off signal may be transmitted prior to the time point (C) in consideration of the deviation between the time point when the off signal is transmitted to the solid state switch SW and the time point when the solid state switch SW is actually turned off. desirable.
[0023]
FIG. 15 shows a second configuration example of a control device for performing on-off control of the solid-state switch SW.
The configuration example of the control device shown in FIG. 15 is a modification of the first configuration example shown in FIG. 14, and the difference is that in the first configuration example, the main capacitor C0 from the charging voltage value calculation unit 1a of the controller 2 is different. In the second configuration example, the voltage value of the main capacitor C0 is directly detected by the voltage detector Vs, and this detection data is calculated using the charging voltage value data. To calculate the magnetic assist time T.
That is, the voltage detector Vs transmits the measured charging voltage value data of the main capacitor C0 to the switch on-off timing control unit 2b. As described above, the switch on-off timing control unit 2b determines the length of the period A based on the received charging voltage value data and the VT product of the magnetic assist SR1 stored in the switch on-off timing control unit 2b in advance. In addition, the period B is obtained as described above.
[0024]
The on-off timing control unit 2b controls the on-off frequency of the solid-state switch SW based on the repetition frequency. The on-signal is sent to the solid-state switch SW based on the period A and the period B calculated as described above. Is sent to the solid state switch SW before the end of the period B (between the time point (B) and the time point (C) in FIG. 12), starting from the time point (time point (A) in FIG. 12). Send.
As in the case of the first configuration example, the off signal is calculated in consideration of a shift between the time when the on signal is transmitted to the solid switch SW and the time when the solid switch SW is actually turned on and a variation (jitter) of the shift. It is desirable to transmit after the time (B) in FIG. Further, the off signal may be transmitted prior to the time point (C) in consideration of the deviation between the time point when the off signal is transmitted to the solid state switch SW and the time point when the solid state switch SW is actually turned off. desirable.
While the regenerative operation is performed by the configuration and control as described above, the solid switch SW can be reliably turned off.
[0025]
In the configuration example shown in FIG. 14 described above, the magnetic assist time T is calculated based on the charging voltage value data and the VT product of the magnetic assist SR1 stored in the switch on-off timing control unit 2b in advance. The period A is obtained by calculation using T and the stored current pulse width Ti, and the transmission timing of the off signal is obtained.
For this reason, the switch on-off timing control unit 2b requires complicated calculation means and storage means, and as a result, the controller has become larger and more complicated.
On the other hand, in recent years, the pulse interval has become very short as the repetition frequency is increased (4 kHz or more). For this reason, in the configuration example shown in FIG. 14, the switch on-off timing control unit 2b must perform calculations, commands, and the like for controlling the on-off timing of the solid-state switch SW at very short pulse intervals. .
That is, high-speed calculation is required, and the switch on-off timing control unit 2a is complicated and expensive.
[0026]
Also in the configuration example shown in FIG. 15, the switch on-off timing control unit 2b is complicated and expensive for the same reason as in FIG.
In particular, the timing detection in the configuration example shown in FIG. 15 is performed mainly when the charging voltage calculation unit 2a sends a charging command based on the charging voltage value data to the high voltage power supply HV as shown in FIG. After detecting the voltage value of the capacitor C0, the switch on-off timing control unit 2b performs calculation and the like. For this reason, the time required for the calculation by the switch on-off timing control unit 2b is further shorter than that in the case of FIG. 14, so the switch on-off timing control unit 2b in FIG. Compared to that, it becomes more complex and expensive.
As the voltage detector, a voltage probe, a voltage dividing resistor, or the like is used. However, there are individual differences in these measurement characteristics. Therefore, initial adjustment for adjusting such individual differences is required.
Further, in the configuration examples of FIGS. 14 and 15, since it is necessary to allow for drift and jitter of the turn-on time of the solid switch SW switch (time point A ′ in FIG. 12) as described above, the period B is shortened. It becomes difficult to control the off signal of the switch SW.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the object of the present invention is to simplify the controller as compared with the prior art, and sufficiently cope with the increase in speed. It is another object of the present invention to provide a high voltage pulse generator for a pulse laser that can reduce the cost.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the above-described problems are solved as follows.
(1) a main capacitor charged to a high voltage by a charger; With this main capacitor, Magnetic assist consisting of saturable reactor and switch means Are connected in series to the primary side, Magnetic pulse compression circuit was connected to the secondary side With a step-up transformer, In the high voltage pulse generator having a regenerative circuit for regenerating the reflected energy from the load side to the main capacitor, a current flow timing detection means for detecting a current flow start timing of the current flowing through the switch means is provided. The timing for turning off the switch means is determined based on the output of the flow timing detection means.
(2) In the above (1), the timer means is driven by the signal from the current flow timing detecting means, and the switch means is turned off by the timing obtained when the timer counts up.
In the present invention, the current flow timing detection means is provided as described above, and the timing for turning off the switch means is determined based on this output. Therefore, it is not necessary to obtain the magnetic assist time T, and therefore An arithmetic device that performs high-speed arithmetic processing is not required. For this reason, the controller can be simplified as compared with the conventional one, and the speed can be sufficiently coped with, and the cost can be further reduced.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a high voltage pulse generator according to a first embodiment of the present invention. This embodiment shows an embodiment in which the present invention is applied to the high voltage pulse generator having the regenerative circuit shown in FIG. 11, and the controller in FIG. 1 is equivalent to the controller 2 in FIG. The laser output energy measurement result data transmitted from the module 3 is received.
In the present embodiment, as in the configuration examples shown in FIGS. 14 and 15, the calculation of the magnetic assist time T is performed to find the timing for transmitting the off signal of the solid state switch SW, and the off signal is not transmitted. In addition, the current flow timing detection means Is is provided in a closed circuit composed of the main capacitor C0, the solid switch SW and the magnetic assist SR1, and the transition current (current flowing through the solid switch SW) flows from the main capacitor C0 to the capacitor C1. The start timing is detected, and the detection result is used to find the timing for transmitting the off signal of the solid state switch SW, and the off signal is transmitted.
[0029]
That is, after the solid switch SW is turned on, the magnetic assist time T elapses, the charge transfer from the main capacitor C0 to the capacitor C1 starts, and the closed circuit including the main capacitor C0, the solid switch SW, and the magnetic assist SR1. When a current flows therethrough, the current flow timing detection means Is detects this current and generates an output. The output of the current flow timing detection means Is is transmitted to the timer 2 c in the switch on-off timing control unit provided in the controller 2.
After receiving this signal, the timer 2c starts counting a clock signal having a predetermined frequency (not shown). When this count value reaches a predetermined value, an output is generated.
The predetermined value set in the timer 2c is set so as to generate an output after a time corresponding to the current pulse width Ti has elapsed after the start of counting. Here, as described above, since the current pulse width Ti is substantially constant from the value of the circuit constant, the predetermined value may be a constant value.
When the timer 2c counts up (after time (B) in FIG. 12), the switch on-off timing control unit 2b transmits an off signal to the solid state switch SW.
[0030]
As described above, in this embodiment, the current flow timing detection means Is is provided and the time (A ′) at which the current pulse rises is measured. Therefore, as in the configuration examples shown in FIGS. Therefore, it is not necessary to obtain the magnetic assist time T, and an arithmetic device for performing high-speed arithmetic processing for that purpose is not necessary. In addition, since the transmission timing of the off signal can be obtained simply by using a timer, there is an advantage that the controller is also small and inexpensive.
As in the case of the first and second configuration examples, the off signal is considered in consideration of a shift between the time when the on signal is transmitted to the solid switch SW and the time when the solid switch SW is actually turned on and a variation (jitter) of the shift. It is desirable to set the predetermined value of the timer 2c so that is transmitted later than the time (B) in FIG.
In addition, the off signal is transmitted prior to the time point (C) in consideration of the difference between the time point when the off signal is transmitted to the solid state switch SW and the time point when the solid state switch SW is actually turned off. It is desirable to set a predetermined value for the timer 2c.
[0031]
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. This embodiment shows a case where the present invention is applied to the regenerative circuit configuration shown in FIG. 9, and the main embodiment is the same as the first embodiment. The current flow timing detection means Is is provided in a closed circuit including the capacitor C0, the solid switch SW, and the magnetic assist SR1, and the flow start timing of the transition current (current flowing through the solid switch SW) from the main capacitor C0 to the capacitor C1 is set. It is intended to be detected. The controller in FIG. 2 is equivalent to the controller 2 in FIG. 13, and receives the data of the measurement result of the laser output energy transmitted from the monitor module 3.
[0032]
In the circuit configuration of FIG. 2, when the solid switch SW is turned on and a time corresponding to the Vt product of the magnetic assist SR1 has elapsed, the charge charged in the main capacitor C0 is transferred to the capacitor C1, as shown in the timing chart of FIG. (Time (A ′) in FIG. 3). For example, the solid switch SW is turned off when the electric charge charged in the main capacitor C0 has been transferred to the capacitor C1 (time (B) in FIG. 3). As described above, the voltage pulse shifts while being compressed by the magnetic pulse compression circuit, and the peaking capacitor Cp is charged. The voltage waveforms of the capacitors C1, C2 and peaking capacitor Cp at this time are shown as V1, V2, Vp in FIG.
Discharging is started during the charging of the peaking capacitor Cp (“discharge start” in the figure), and the current then shifts in the opposite direction as reflected energy as described above. That is, as shown in FIG. 3, the voltage pulse reverses the magnetic pulse compression circuit and shifts while being expanded. The voltage waveforms of the capacitors C2 and C1 and the capacitor C0 at this time are shown as V2kb, V1kb, and V0kb in FIG.
In the operation of FIG. 3, the solid switch SW needs to be in the on state at least during the period A in order to transfer the charge from the main capacitor C0 to the capacitor C1. Further, during the regenerative operation, it is necessary to charge the main capacitor C0 via the regenerative circuit, and during that time, the solid switch SW must be off, so that the solid state is at least between time (B) and time (C) in FIG. It is necessary to turn off the switch SW.
[0033]
As in the first embodiment, the current flow timing detection means Is shown in FIG. 2 starts the transfer of charge from the main capacitor C0 to the capacitor C1, and is a closed circuit including the main capacitor C0, the solid switch SW, and the magnetic assist SR1. When an electric current flows through it, an output is generated. The output of the current flow timing detection means Is is transmitted to the timer 2 c in the switch on-off timing control unit provided in the controller 2.
After receiving this signal, the timer 2c starts counting a clock signal having a predetermined frequency (not shown), and generates an output when the count value reaches a predetermined value.
The predetermined value set in the timer 2c is set so that an output is generated after the time point (B) in FIG.
When the timer 2c counts up, the switch on-off timing control unit 2b transmits an off signal to the solid state switch SW.
[0034]
As in the first embodiment, the off signal in FIG. 3 is taken into account in consideration of the deviation between the time point when the on signal is transmitted to the solid state switch SW and the time point when the solid state switch SW is actually on. It is desirable to set the predetermined value of the timer 2c so that it is transmitted later than the time (B).
In addition, the off signal is transmitted prior to the time point (C) in consideration of the difference between the time point when the off signal is transmitted to the solid state switch SW and the time point when the solid state switch SW is actually turned off. It is desirable to set a predetermined value for the timer 2c.
As described above, in this embodiment, the current conduction timing detection means Is is provided and the time point (A ′) at which the current pulse rises is measured, so that the magnetic assist time T is obtained as in the first embodiment. There is no need, and an arithmetic device for performing high-speed arithmetic processing is not necessary. In addition, since the transmission timing of the off signal can be obtained simply by using a timer, there is an advantage that the controller is also small and inexpensive.
[0035]
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. This embodiment shows a case where the present invention is applied to the regenerative circuit configuration of FIG. 10, and the main embodiment is the same as the first embodiment. The current flow timing detection means Is is provided in a closed circuit including the capacitor C0, the solid switch SW, and the magnetic assist SR1, and the flow start timing of the transition current (current flowing through the solid switch SW) from the main capacitor C0 to the capacitor C1 is set. It is intended to be detected. The controller in FIG. 4 is equivalent to the controller 2 in FIG. 13, and receives data on the measurement result of the laser output energy transmitted from the monitor module 3.
In the circuit configuration of FIG. 4, when the solid switch SW is turned on and the time corresponding to the Vt product of the magnetic assist SR1 has elapsed, the charge charged in the main capacitor C0 is transferred to the capacitor C1, as shown in the timing chart of FIG. (Time (A ′) in FIG. 5).
As described above, the voltage pulse shifts while being compressed by the magnetic pulse compression circuit, and the peaking capacitor Cp is charged. The voltage waveforms of the capacitors C1, C2 and peaking capacitor Cp at this time are shown in FIG. V1, V2, Vp Shown in
[0036]
Discharging is started during the charging of the peaking capacitor Cp (“discharge start” in the figure), and the current then shifts in the opposite direction as reflected energy as described above.
That is, as shown in FIG. 5, the voltage pulse reverses the magnetic pulse compression circuit and shifts while being expanded. The reflected energy charges the capacitor C0 so that a reverse voltage is generated in the capacitor C0. During this time, the solid switch SW is held in the on state, and the solid switch SW is turned off when the reverse charging of the main capacitor C0 is completed.
When the reverse charging of the main capacitor C0 is completed, the voltage reversely charged to the main capacitor C0 flows in the direction of the arrow in FIG. 4 through a series circuit including an inductance L1 and a diode D3 in parallel with the main capacitor C0. Charge C0 in the forward direction. The voltage waveforms of the capacitors C2, C1 and capacitor C0 at this time are shown as V2kb, V1kb, V0kb in FIG.
In the circuit configuration of FIG. 4, the main capacitor C0 is charged in the reverse direction by the reflected energy, and then the main capacitor C0 is charged in the forward direction via the series circuit including the inductance L1 and the diode D3. The switch SW must be on until the reverse charging of the main capacitor C0 is finished, and the timing of turning off the solid switch SW is finished as shown in the timing chart of FIG. This is a period (period D) from when the main capacitor C0 is recharged in the forward direction. During this period, the magnetic assist SR1 does not saturate, and therefore does not flow in the direction of the solid switch SW.
[0037]
As in the first and second embodiments, the current flow timing detection means Is shown in FIG. 4 starts the transfer of charge from the main capacitor C0 to the capacitor C1, and includes the main capacitor C0, the solid switch SW, and the magnetic assist SR1. When current flows in the closed circuit, an output is generated. The output of the current flow timing detection means Is is transmitted to the timer 2 c in the switch on-off timing control unit provided in the controller 2.
After receiving this signal, the timer 2c starts counting a clock signal having a predetermined frequency (not shown), and generates an output when the count value reaches a predetermined value.
Since the saturation time of the magnetic switches SR2 and SR3 is sufficiently shorter than the assist time of the magnetic assist SR1, the predetermined value set in the timer 2c is shown in FIG. In period D Set to generate output.
When the timer 2c counts up, the switch on-off timing control unit 2b transmits an off signal to the solid state switch SW.
As described above, in this embodiment, the current conduction timing detection means Is is provided, and the time (A ′) at which the current pulse rises is measured. Therefore, as in the first and second embodiments, the magnetic assist time T There is no need to obtain an arithmetic unit for performing high-speed arithmetic processing. In addition, since the transmission timing of the off signal can be obtained simply by using a timer, there is an advantage that the controller is also small and inexpensive.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the following effects can be obtained.
Since the current flow timing detection means Is is provided and the flow start timing of the current flowing through the switch means is measured, there is no need to obtain the magnetic assist time T, and an arithmetic device for performing high-speed calculation processing is not required. . In particular, the transmission timing of the off signal can be obtained only by using a timer.
Therefore, the controller can be simplified and it is possible to easily cope with the increase in speed. Further, it can be configured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a high voltage pulse generator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a high-voltage pulse generator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time chart for explaining the operation of the regenerative circuit shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a high voltage pulse generator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of the regenerative circuit shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a high voltage pulse generator.
FIG. 7 is a diagram illustrating waveforms of a voltage applied to a capacitor C2 and a voltage applied to a peaking capacitor Cp in FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a discharge circuit of a gas laser device having a circuit for processing charges generated by a reverse voltage with a resistor.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example (1) of a high voltage generator of a gas laser device having a regeneration circuit configuration for energy regeneration.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration example (2) of the high voltage generator of the gas laser device having a regeneration circuit configuration for energy regeneration.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example (3) of the high voltage generator of the gas laser device having a regeneration circuit configuration for energy regeneration;
12 is a time chart for explaining the operation of the regenerative circuit shown in FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a control system of the gas laser apparatus for exposure.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration example (1) of a control device for controlling a solid-state switch of a high-voltage pulse generator.
FIG. 15 is a diagram showing a configuration example (2) of the control device for controlling the solid state switch of the high voltage pulse generating device;
[Explanation of symbols]
SR1 Magnetic assist
SR2, SR3 magnetic switch
SR4 magnetic switch
SW Solid switch
C0 main capacitor
Tr1 step-up transformer
Tr2 regeneration transformer
C1, C2 capacitors
Cp peaking capacitor
E Main discharge electrode
D1-D4 diode
Vs voltage detector
Is current flow timing detection means
1 Gas laser equipment for exposure
1a Discharge circuit
2 Controller
2a Charge voltage value calculator
2b switch on-off timing controller
2c timer
3 Monitor module
4 Beam splitter

Claims (2)

充電器と、この充電器により高電圧に充電される主コンデンサと、
この主コンデンサと、可飽和リアクトルからなる磁気アシストと、スイッチ手段とが1次側に直列に接続され、2次側に磁気パルス圧縮回路が接続された昇圧トランスを備えた高電圧パルス発生装置であって、
この高電圧パルス発生装置は、負荷側からの反射エネルギーを上記主コンデンサに回生する回生回路と、
上記スイッチ手段を制御するコントローラと、
上記スイッチ手段を流れる電流の通流開始タイミングを検出する電流通流タイミング検知手段を備え、
上記コントローラは、上記電流通流タイミング検知手段の出力に基づき、上記スイッチ手段をオフにするタイミングを定める
ことを特徴とする高電圧パルス発生装置。
A charger and a main capacitor charged to a high voltage by the charger;
A high voltage pulse generator comprising a step-up transformer in which a main capacitor, a magnetic assist composed of a saturable reactor, and a switching means are connected in series on the primary side and a magnetic pulse compression circuit is connected on the secondary side. There,
The high-voltage pulse generator includes a regenerative circuit that regenerates reflected energy from the load side to the main capacitor,
A controller for controlling the switch means;
A current flow timing detecting means for detecting a current flow start timing of the current flowing through the switch means,
The high voltage pulse generator according to claim 1, wherein the controller determines a timing for turning off the switch means based on an output of the current flow timing detecting means.
上記コントローラはタイマ手段を有し、
上記電流通流タイミング検知手段からの信号を受信してタイマ手段を駆動し、タイマがカウントアップした際に得たタイミングにより上記スイッチ手段をオフ状態にする
ことを特徴とする請求項1の高電圧パルス発生装置。
The controller has timer means,
2. The high voltage according to claim 1, wherein the timer means is driven by receiving a signal from the current flow timing detecting means, and the switch means is turned off by the timing obtained when the timer counts up. Pulse generator.
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