(57)【要約】    【課題】  簡単な回路手段を用い、安定した高電圧生成及び信頼性のある電圧リセットが可能である、ガス放電ポンピング式の放射線源のためのパルス形状で高エネルギーの電流を生成するための新たな可能性を見出す。    【解決手段】  充電回路がＬＣ反転充電回路（２）であり、この回路がガス放電のために必要な高電圧（ＨＶ）の半分だけを提供する直流電圧源（１）と接続状態にあること、ＬＣ反転充電回路がコンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）を有し、その第１キャパシタ（Ｃ１）が直接的に直流電圧源と並列に配設されていて、その第２キャパシタ（Ｃ２）が、同時の充電後、第１キャパシタを反転再充電するための可飽和・電荷反転インダクタ（Ｌｖｉ）を介し、トリガリングされるスイッチ（Ｓ１）を用いた第１キャパシタの反転再充電に寄与し、放電のために必要な完全な高電圧がコンデンサバンク内に得られる。    【選択図】  図１
2005185092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電ポンピング式の放射線源のためにパルス形状の電流を生成するための装置であって、並列に設けられた電圧源と、電圧パルスを生成するためのコンデンサバンク用の充電回路と、電圧パルスのパルス継続時間を短縮するための磁気的な圧縮回路と、ガス放電用の２つの電極を有する放電室と、電圧パルス列を制御するためのトリガユニットとを有する前記装置において、
−  充電回路がＬＣ反転充電回路（２）であり、この回路が、ガス放電のために必要な高電圧（ＨＶ）の半分だけを提供する直流電圧源（１）と接続状態にあること、
−  ＬＣ反転充電回路（２）が、コンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）を形成する２つのキャパシタ（Ｃ１；Ｃ２）を有し、更にはコンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）の第１キャパシタ（Ｃ１）が直接的に直流電圧源と並列に配設されていて、コンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）の第２キャパシタ（Ｃ２）が非可飽和・充電インダクタ（Ｌ３）を介して同時に充電可能であること、
−  第１キャパシタ（Ｃ１）が、トリガユニットと接続状態にあるスイッチ（Ｓ１）を用い、可飽和・電荷反転インダクタを介して反転再充電可能であり、更にはスイッチ（Ｓ１）を閉じて充電した後にスイッチ（Ｓ１）を開くことにより第１キャパシタ（Ｃ１）の電荷反転過程が行われ、その結果としてコンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）には電流パルスを作動するために必要である完全な高電圧（ＨＶ）が存在し、その電流パルスが、磁気的な圧縮回路（３）を介して放電室（４）内のガス放電用の電極へと伝達するために設けられていることを特徴とする装置。
【請求項２】
スイッチ（Ｓ１）が半導体スイッチであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
スイッチ（Ｓ１）がＩＧＢＴスイッチであることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
スイッチ（Ｓ１）がサイリスタであることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
スイッチ（Ｓ１）がガス放電スイッチであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
スイッチ（Ｓ１）がサイラトロンであることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
スイッチ（Ｓ１）がトリガリングされるスパークディスチャージャであることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
磁気的な圧縮回路（３）が、可飽和インダクタ（ＬＳ１、ＬＳ２、…、ＬＳｎ）と、電圧パルスの中間蓄積のために中間接続されている各々のコンデンサバンク（Ｃ３、…、Ｃｎ）とを有する複数のステージから構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
コンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２；Ｃ３）がモジュール式で構成されていて、好ましくはセラミックコンデンサから構成されていることを特徴とする、請求項１又は８に記載の装置。
【請求項１０】
コンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２；Ｃ３）がモジュール式で構成されていて、好ましくはフィルムコンデンサから構成されていることを特徴とする、請求項１又は８に記載の装置。
【請求項１１】
半分の放電高電圧を提供するための直流電圧源（１）とＬＣ反転充電回路（２）のコンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）との間に、反射された放電電圧のエネルギー回復のための少なくとも１つの補助回路（８）が設けられていて、その反射された放電電圧が各ガス放電後に圧縮回路（３）の中間蓄積器・コンデンサバンク（Ｃ３）内に反射されるものであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
追加的なコンデンサ（Ｃ０）が直流電圧源（１）と並列に接続されていて、直流電圧源（１）及び追加的なコンデンサ（Ｃ０）の両方の極に対して遮断するように接続されているダイオード（Ｄ１、Ｄ２）を有する第１ＲＬ構成要素（Ｒ１−Ｌ１）が、第１及び第２キャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）の共通の接続部に接続されていて、第２キャパシタ（Ｃ２）の高電圧側に対して遮断するように接続されているダイオード（Ｄ４）を有する第２ＲＬ構成要素（Ｒ４−Ｌ４）が第２キャパシタ（Ｃ２）と並列に配設されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
追加的なコンデンサ（Ｃ０）が直流電圧源（１）と並列に接続されていて、直流電圧源（１）及び追加的なコンデンサ（Ｃ０）の両方の極に対して遮断するように接続されているダイオード（Ｄ１、Ｄ２）を有する第１ＲＬ構成要素（Ｒ１−Ｌ１）が、第１及び第２キャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）の共通の接続部に接続されていて、第２キャパシタ（Ｃ２）の高電圧側に対して遮断するように接続されているダイオード（Ｄ４）を有する第２ＲＬ構成要素（Ｒ４−Ｌ４）が全コンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）と並列に配設されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
可飽和インダクタ（Ｌｖｉ、Ｌｓ１、Ｌｓ２）が、磁極反転回路（７）内の直流電流源（Ｖ１）を用い、充電過程時にはそれらの極性に対して正反対に直列に接続されていて、更には、直流電流源（Ｖ１）と可飽和インダクタ（Ｌｖｉ、Ｌｓ１、Ｌｓ２）との間には各々非可飽和インダクタ（Ｌ６、Ｌ７）が設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
可飽和インダクタ（Ｌｖｉ、Ｌｓ１、Ｌｓ２）が、磁極反転回路（７）内のパルス電流源（Ｖ２）を用い、充電過程時にはそれらの極性に対して正反対に直列に接続されていて、更には、パルス電流源（Ｖ２）と可飽和インダクタ（Ｌｖｉ、Ｌｓ１、Ｌｓ２）との間には各々非可飽和インダクタ（Ｌ６、Ｌ７）が設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１６】
内蔵式の磁極反転回路（７．１）内で可飽和インダクタ（Ｌｖｉ）が非可飽和・充電インダクタ（Ｌ３）とＬＣ反転充電回路（２）のアース電位との間で直列に配設されていて、更には、コンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２、Ｃ３）の充電過程が全ての可飽和インダクタの磁極反転による磁気スイッチリセットのために使用されていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１７】
可飽和インダクタ（Ｌｓ１；Ｌｓ２；Ｌｖｉ）が、適切な磁化曲線を有するコア材料を有することを特徴とする、請求項１又は８に記載の装置。
【請求項１８】
可飽和インダクタ（Ｌｓ１；Ｌｓ２；Ｌｖｉ）がコア材料としてフェライトを有することを特徴とする、請求項１又は８に記載の装置。
【請求項１９】
可飽和インダクタ（Ｌｓ１；Ｌｓ２；Ｌｖｉ）がコア材料としてアモルファス金属、好ましくはファインメットを有することを特徴とする、請求項１又は８に記載の装置。
【請求項２０】
放電室（４）内の予備電離により作動されるガス放電の場合、予備電離電圧を生成するためのトランス（Ｔｒ１）が設けられていて、更にはそのトランス（Ｔｒ１）の１次コイルが同時に可飽和・電荷反転インダクタ（Ｌｖｉ）として設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
直流電圧源（１）とＬＣ反転充電回路（２）との間に、放電回路から反射されたエネルギーに対して直流電圧源（１）を保護するための保護回路（９）が配設されていて、その放電回路は、コンデンサバンク（Ｃ３）と、圧縮回路（３）の最後の可飽和インダクタ（ＬＳｎ）と、放電室（４）の放電区間とから構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
追加的なコンデンサ（Ｃ０）が直流電圧源（１）と並列に接続されていて、このコンデンサの容量がＬＣ反転充電回路（２）のコンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）の容量よりも極めて小さく、更に直流電圧源（１）の高電圧側が、通過方向で接続されているダイオード（Ｄ２）と、インダクタ（Ｌ５）及び抵抗（Ｒ５）から成る並列回路とを介し、ＬＣ反転充電回路（２）のコンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）の中央接触部に案内されていて、それによりローパスフィルタが設けられていることになり、このローパスフィルタが追加的に比較的スローなダイオード（Ｄ２）により放電回路からの負の反射電圧に対して遮断作用を行うことを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
追加的なコンデンサ（Ｃ０）が直流電圧源（１）と並列に接続されていて、このコンデンサの容量がＬＣ反転充電回路（２）のコンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）の容量よりも遥かに大きく、更に直流電圧源（１）の高電圧側が、通過方向で接続されているダイオード（Ｄ２）と、追加的なスイッチ（Ｓ０）と、インダクタ（Ｌ５）及び抵抗（Ｒ５）から成る並列回路とを介し、ＬＣ反転充電回路（２）のコンデンサバンク（Ｃ１−Ｃ２）の中央接触部に案内されていて、それにより、直流電圧源（１）の保護に追加し、ＬＣ反転充電回路（２）のパルス列周波数が、追加的なコンデンサ（Ｃ０）の大きな容量と追加的なスイッチ（Ｓ０）の任意のトリガリングとの結果、もはや直流電圧源（１）のデッドタイムに依存しないことを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高い電流強さ（例えば数ｋＶの電圧で１０〜５０ｋＡ）を有する、ガス放電ポンピング式の放射線源のためのパルス形状の電流を生成するための装置に関し、この際、プラズマの光がＥＵＶ領域内で放出される熱いプラズマを生成するために高い繰返し率（好ましくは５〜２０Ｊのエネルギーで１Ｈｚから５ｋＨｚを越えるに至るまで）を有する電気的なパルスが用いられる。本発明は、好ましくは、Ｚピンチ放電、中空陰極放電、毛管放電、及びプラズマフォーカス放電のようなプラズマ生成のための全ての電気的な放電原理において使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業では、マイクロチップを製造するために、現在、フォトリソグラフィ法（光蝕刻法）が使用され、これらのフォトリソグラフィ法では所謂スキャナが（結像すべき構造を有する）マスクを含んでいて、このマスクは縮小（典型的には１：５）されてウェーハ上に結像される。露光のためには特殊なランプの他に中でも２４８ｎｍ及び１９３ｎｍの波長の狭帯域エキシマレーザが放射線源として使用される。またＦ２レーザ（１５７ｎｍ）を基礎にしたスキャナが開発中である。
【０００３】
次世代のリソグラフィ機械のためには、ウェーハ上により小さな構造体を生成し得るために、１３.５ｎｍ付近の波長によるＥＵＶ源を用いた露光が最も有望なバリエーションであると考えられている。そのためにＥＵＶ放射線の源としてプラズマの使用が知られている。このプラズマは、集束されたレーザ放射線により又は電気的な放電により生成される。
【０００４】
ガス放電ポンピング式のＺピンチプラズマは円筒形状のガス放電に係るものであり、このガス放電では、高電流によりプラズマが生成され、磁気的な圧縮によりほぼ１ｍｍの薄さのファイバ状へとくくられる。この際、３０ｅＶよりも大きなプラズマの平均エネルギーが達成される。
【０００５】
ＥＵＶリソグラフィにおけるチップ生産で高いサンプル処理量を達成するためには数百ワットの出力が必要となる。このことは、５ｋＨｚよりも大きな繰返し率で、検知される立体角ごとにほぼ１０ｍＪのＥＵＶ放射線パルスを要求することになる。
【０００６】
フォトリソグラフィ法の画質は、光学システムの特性（開口数、焦点深度、レンズ或いはミラーの結像誤差）及びレジスト材料の構造の他に、本質的に、放射された放射線量がいかに正確に維持され得るかによって決定される。この線量安定性（doce accuracy：線量精度）は
ａ）パルス量子化
ｂ）パルス対パルス・安定性、及び、
ｃ）放出体積の空間的な安定性
により影響される。
【０００７】
この際、パルス量子化（項目ａ）はスキャナ特有のものであり、その理由は、露光過程（スキャン）中に露光スリット（moving slit：ムービング・スリット）に入り込む光パルスの数が変更可能であるためである。しかしこの項目ａは、多くの場合、無視することができる。項目ｂとｃは放射線源自体に特有のものであり、この際、項目ｃはもっぱらＥＵＶ源にとって重要である。
【０００８】
ウェーハのサイトにおける線量安定性に関するチップ製造者の要求は、非常に高い要求をパルス対パルス・安定性に据えることになる。このパルス対パルス・安定性は、光パルスエネルギーの平均値或いはパルスエネルギー・目標値（セット・エネルギー値）からの現在の光パルスエネルギーの標準偏差σとして表現される。ＤＵＶリソグラフィ及びＶＵＶリソグラフィにおいて狭帯域エキシマレーザのためには１.５％よりも小さいσ値が許容され、それに対してＥＵＶリソグラフィでは０.４％よりも小さいσ値が要求される。これらの境界は特殊なエネルギー制御を用いてのみ維持され得て、この際、制御されていない場合、σ値は既に３％よりも小さくなければならない。
【０００９】
全ての要求、即ち高いＥＵＶ出力と小さいσ値は、そのようなＥＵＶ放射線源用の電気的な供給に対する高い要求を意味する。
【００１０】
高性能のパルス電力供給は特許文献１から知られている。ここではＥＵＶ放射線源及びレントゲン放射線源によるパルス生成のための回路が開示され、この回路は、少なくとも２ｋＨｚの繰返し率で少なくとも１２Ｊを有する電気的なパルスが生成する。その回路装置は、コンデンサバンクと、このコンデンサバンクを充電する高速の共振充電回路と、充電電圧の厳守を管理する制御回路と、トリガ回路であって、少なくとも１０ｎｓよりも小さい時定数を有するＥＵＶ領域又はレントゲン領域内の光パルスを生成するためにそのトリガ回路を用いてコンデンサバンクが磁気的な圧縮回路内に放電されるというトリガ回路とを含んでいる。
【００１１】
この解決策における短所は、高性能のトランス（多くの場合、油冷式）が放電・高電圧を生成するために必要であり且つ磁気的な圧縮回路のリセットが要求の高い外部のバイアス回路を用いて行われなくてはならないことである。更に比較的低い高電圧（ほぼ１.３ｋＶに至るまで）は、蓄えられているエネルギー（ほぼ２０Ｊ）が予め定められていることで蓄積器バンクの全容量が２４μＦよりも大きくなければならなく且つ高電圧が複数のスイッチ及び大きなインダクタを介してのみ電荷移動され得るという結果を伴う。それに従って充電電圧安定性は共振充電回路に依存し、達成可能な反復周波数は共振電荷移動プロセスの時定数により上限が定められている。
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願第2002/0163313号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の基礎を成す課題は、簡単な回路手段を用い、安定した高電圧生成及び信頼性のある電圧リセットが可能である、ガス放電ポンピング式の放射線源のためのパルス形状で高エネルギーの電流を生成するための新たな可能性、即ち、充分なエネルギーと繰返し率の電気的なパルスを生成するための新たな可能性を見出すことである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の課題は、本発明に従い、ガス放電ポンピング式の放射線源のためにパルス形状の電流を生成するための装置であって、並列に設けられた電圧源と、電圧パルスを生成するためのコンデンサバンク用の充電回路と、電圧パルスのパルス継続時間を短縮するための磁気的な圧縮回路と、ガス放電用の２つの電極を有する放電室と、電圧パルス列を制御するためのトリガユニットとを有する前記装置において、以下のことにより解決される。即ち、充電回路がＬＣ反転充電回路であり、この回路が、ガス放電のために必要な高電圧の半分だけを提供する直流電圧源と接続状態にあること、ＬＣ反転充電回路が、コンデンサバンクを形成する２つのキャパシタを有し、更にはコンデンサバンクの第１キャパシタが直接的に直流電圧源と並列に配設されていて、コンデンサバンクの第２キャパシタが非可飽和・充電インダクタを介して同時に充電可能であること、第１キャパシタが、トリガユニットと接続状態にあるスイッチを用い、可飽和・電荷反転インダクタを介して反転再充電可能であり、更にはスイッチを閉じて充電した後にスイッチを開くことにより第１キャパシタの電荷反転過程が行われ、その結果としてコンデンサバンクには電流パルスを作動するために必要である完全な高電圧が存在し、その電流パルスが、磁気的な圧縮回路を介して放電室内のガス放電用の電極へと伝達するために設けられていることである。
【００１５】
第１キャパシタを反転再充電するためのスイッチは、好ましくは半導体スイッチである。この半導体スイッチは、有利には１つ又は複数のＩＧＢＴスイッチ（Insulated Gate Bipolar Transistor）から構成されるが、サイリスタも含み得て、又はガス放電スイッチでもあり得る。また合目的にはスイッチとしてサイラトロンやトリガリングされるスパークディスチャージャ(Funkenstrecke)も使用され得る。
【００１６】
磁気的な圧縮回路は、好ましくは、可飽和インダクタと、電圧パルスの中間蓄積のために中間接続されている各々のコンデンサバンクとを有する複数の圧縮ステージから構成されている。
【００１７】
コンデンサバンクがモジュール式で好ましくはセラミックコンデンサから構成されていると有利であると示されている。しかしながらコンデンサバンクは合目的にフィルムコンデンサからも構成され得る。
【００１８】
放電回路から利用されず反射されたエネルギーを低ノイズで回復するために、好ましくは、半分の放電高電圧を提供するための直流電圧源と反転充電回路のコンデンサバンクとの間に、反射された放電電圧のエネルギー回復のための補助回路が設けられていて、その反射された放電電圧は各ガス放電後に圧縮回路の中間蓄積器・コンデンサバンク内に反射されるものである。また補助回路は、第１キャパシタのためのダイオードを有するＲＬ構成要素、及び／又は、第２キャパシタのためのダイオードを有するＲＬ構成要素を含んでいる。
【００１９】
使用されている直流電圧源が、内蔵式の保護回路と、出力高電圧を測定（及び／又は安定化）するための内部緩衝能とを備えている電源装置でない場合、補助回路内には合目的に追加的なキャパシタが直流電圧源と並列に接続され、直流電圧源及び追加的なキャパシタの両方の極に対して遮断するように接続されているダイオードを有する第１ＲＬ構成要素は、反転充電回路の第１及び第２キャパシタの共通の接続部に接続され、第２キャパシタの高電圧側に対して遮断するように接続されているダイオードを有する第２ＲＬ構成要素は第２キャパシタと並列に配設されている。
【００２０】
磁気スイッチ（マグネットスイッチ）の遅延時間を一定に維持し且つパルス列周波数を安定化するために、磁気スイッチ（可飽和インダクタ）が反転回路及び圧縮回路内で各電荷反転過程の開始時に常に同じ磁化状態にあるには、全ての可飽和インダクタを、磁極反転回路内の直流電流源を用い、充電過程時にはそれらの極性に対して正反対に直列に接続することは有利であり、この際、直流電流源と可飽和インダクタとの間には各々非可飽和インダクタが設けられている。ここで直流電流源は合目的な他の構成においてパルス電流源でもあり得る。
【００２１】
特に有利な第３構成形態では、反転充電回路の可飽和・電荷反転インダクタが磁極反転回路内で非可飽和・充電インダクタと反転充電回路のアース電位との間で直列に配設されていて、それによりコンデンサバンクの充電過程が全ての可飽和インダクタの磁極反転のために利用される。
【００２２】
可飽和インダクタは、有利には適切な磁化曲線を有するコア材料を有し、この際、好ましくはフェライト又はアモルファス金属（例えばファインメット）が使用される。
【００２３】
プラズマ生成のためのガス放電が放電室内で予備電離（プリイオニゼーション）により作動される場合、予備電離電圧を生成するための別個のトランスが設けられていて、そのトランスの１次コイルが同時に可飽和・電荷反転インダクタとして設けられていると有利である。
【００２４】
好ましくは、直流電圧源とＬＣ反転充電回路との間に、放電回路から反射されたエネルギーに対して直流電圧源を保護するための保護回路が配設されている。ここで放電回路は、最後のコンデンサバンクと、圧縮回路の最後の可飽和インダクタと、放電室内の放電区間とから構成されている。
【００２５】
保護回路内には合目的に追加的なコンデンサが直流電圧源と並列に接続されていて、このコンデンサの容量は反転充電回路のコンデンサバンクの容量よりも極めて小さい。この際、直流電圧源の高電圧側は、通過方向で接続されているダイオードと、インダクタ及び抵抗から成る並列回路とを介し、反転充電回路のコンデンサバンクの中央接触部に案内されていて、それによりローパスフィルタが設けられていることになり、このローパスフィルタは追加的に比較的スローな（traege 緩慢な）ダイオードにより放電回路からの負の反射電圧に対して遮断作用を行う。
【００２６】
保護回路の他の有利な構成では、追加的なコンデンサが直流電圧源と並列に接続されていて、このコンデンサの容量が反転充電回路のコンデンサバンクの容量よりも遥かに大きく、この際、直流電圧源の高電圧側は、通過方向で接続されているダイオードと、追加的なスイッチと、インダクタ及び抵抗から成る並列回路とを介し、ＬＣ反転充電回路のコンデンサバンクの中央接触部に案内されていて、それにより、直流電圧源の保護に追加し、ＬＣ反転充電回路のパルス列周波数が、追加的なコンデンサの大きな容量と追加的なスイッチの任意のトリガリングとの結果、もはや直流電圧源のデッドタイムに依存しない。
【００２７】
本発明に従う回路装置により、ガス放電ポンピング式の放射線源のためのパルス形状の高エネルギー電流、即ち、充分なエネルギー（好ましくは数ジュールから数十ジュールまでの領域内）と充分な繰返し率（典型的には数キロヘルツ）の電気的なパルスを生成すること、及び、簡単な回路手段を用いて安定した高電圧生成及び信頼性のある電圧リセットを達成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２９】
本発明に従う回路装置は、その基本構造において、図１に図示されているように、直流電圧源１と、反転充電回路（インバージョン・チャージング・サーキット）２と、磁気的な圧縮回路（コンプレッション・サーキット）３と、放電室４と、予備電離ユニット（プリイオニゼーション・ユニット）５と、反転充電回路２をトリガリングのためのトリガユニット６とから構成されている。反転充電回路２は２個構成のコンデンサバンクＣ１−Ｃ２を有し、このコンデンサバンクは直流電圧源により生成された電荷を蓄えるために用いられ、このコンデンサバンク内では第１キャパシタ内に蓄えられている電荷のＬＣ反転（ＬＣ極性反転）により電圧の増加が行われる。
【００３０】
ガス放電のために必要な、放電室４の電極における放電電圧ＨＶを生成するためには、先ず、コンデンサバンクＣ１−Ｃ２の第１及び第２キャパシタＣ１及びＣ２が充電インダクタＬ３を介してほぼ１／２ＨＶという正の高電圧に充電される。好ましくはＩＧＢＴスイッチ（例えば、タイプ EUPEC FZ1200R33KF2 の１つ又は複数のスイッチから成る）として形成されているスイッチＳ１により、第１キャパシタＣ１が、飽和したインダクタＬｖｉ及びＣ１容量値に依存して適切な時定数で反転再充電される。この際、スイッチＳ１と直列接続されているダイオードＤ３（このダイオードＤ３は、並列接続されている複数のダイオード、例えば EUPEC DD80033K2 からも構成され得る）は、反転充電回路２内の第１電荷反転プロセスの完了後に電流が反対方向に流れることを防止する。回路のこの部分はＬＣ反転回路２を表している。
【００３１】
電荷反転インダクタＬｖｉとしてはコイルが使用され、このコイルは、同時に可飽和・予備電離トランスＴｒ１（図２ａ−ｃ並びに４ａ、４ｂ、５、６を参照）の一次コイルであり、その２次コイルは予備電離のための高電圧を提供する。
【００３２】
電荷反転過程後、コンデンサバンクＣ１−Ｃ２には所望の完全な放電電圧ＨＶが印加されている。
【００３３】
コンデンサバンクＣ１−Ｃ２内に蓄えられている電荷は可飽和インダクタＬＳ１を介してコンデンサバンクＣ３上に電荷移動される。このコンデンサバンクＣ３は、可飽和インダクタＬＳ２を介し、好ましくは各々コンデンサバンクと可飽和インダクタとから成る他の圧縮ステージを介し、最後のコンデンサバンクＣｎ内に放電し、このコンデンサバンクＣｎの放電により最後の可飽和インダクタＬＳｎを介して放電室４内の実際のガス放電がもたらされる。可飽和インダクタＬｓ１、Ｌｓ２、…、ＬＳｎは、電流パルスをステージ毎に短縮（典型的にはほぼ１０〜２０倍）するために用いられる。
【００３４】
コンデンサバンクＣ１−Ｃ２並びにＣ３からＣｎはモジュール式で構成されていて、それによりそれらのコンデンサバンクはその容量に関して容易に変更可能である。更にコンデンサバンクＣ１−Ｃ２並びにＣ３からＣｎのデザインは極めて小さな全インダクタンスにより特徴付けられている。好ましくは高周波に対して強いセラミックコンデンサ（例えば、ＴｉＯを基礎にした、タイプ muRata DHS60-109N4700532K15KM6525）が使用される。Ｃ１及びＣ２のためにはポリプロピレンフィルムコンデンサ（例えば、WIMA社(独国)のシリーズ FKP1 又は NOWACAP社(米国)のコンデンサ）も使用され得る。
【００３５】
ガス放電は極めて短い継続時間（ほぼ１００−５００ｎｓ）の高電流パルスを必要とする。従来ではほぼ５μｓの長さの電流パルスは、圧縮回路３内の可飽和インダクタＬＳ１からＬＳｎを用い、ほぼファクタ１０だけ、即ち１０分の１に短縮される。可飽和インダクタＬＳ１からＬＳｎの特性は、コア材料（例えば、ファインメット(Finemet)やフェライトのようなアモルファス金属）の磁気特性（Ｂ(Ｈ)特性曲線）により決定される。
【００３６】
可飽和インダクタＬＳ１からＬＳｎは所謂保持時間（hold off capability）により特徴付けられている。これは時間間隔であってこの時間間隔内ではインダクタが飽和されていないという時間間隔のことである。その保持時間は最適稼動のために安定して（再生可能に）調節可能でなくてはならない。そのために全ての可飽和インダクタＬＳ１からＬＳｎ及びＬｖｉのコアは、追加的な直流電流又はパルス形状の電流を用い、磁極反転される。
【００３７】
以降の図面の簡素化するため、一般性の制限を伴うことなく、圧縮回路３は、コンデンサバンクＣ３と２つの可飽和インダクタＬＳ１及びＬＳ２だけで描かれている。
【００３８】
磁極反転（磁気スイッチリセット）のために設けられている磁極反転回路７は様々な方式で構成され得る。
【００３９】
図２ａに従う１つのバリエーションでは、直流電流が追加的な直流電流源Ｖ１から磁極反転回路７に加えられ得て、この直流電流は、各々、直列配設されている全ての可飽和インダクタＬＳ１、ＬＳ２及びＬｖｉの追加的な補助巻線（又は主巻線）を通じて流れる。磁極反転回路７は非可飽和インダクタＬ６及びＬ７により完全なものとされる。
【００４０】
図２ｂに示されているように他のバリエーションでは、パルス電流源Ｖ２のパルス形状の電流が磁極反転回路７を通じて流れ、この磁極反転回路７はその他に関しては図２ａのものと一致している。この際、磁極反転は目的を定めて適切に所定の時間間隔中に行われる。
【００４１】
図２ｃの回路に応じた有利なバリエーションでは、コンデンサバンクＣ１−Ｃ２のための充電電流が可飽和インダクタＬＳ１、ＬＳ２及びＬｖｉのコアの磁極反転のために利用されることにより、磁極反転が特に有利に達成される。この場合、磁極反転は充電過程中に直接的に充電電流により行われる。この際、充電インダクタＬ３が直接的にではなく電荷反転インダクタＬｖｉを介してコンデンサバンクＣ１−Ｃ２のアース電位に導かれることにより、内蔵式の磁極反転回路７.１が形成される。
【００４２】
全ての３種類の磁極反転回路７（内蔵式の磁極反転回路７.１も含め）における磁極反転のプロセスは、電荷反転インダクタＬｖｉに関して主に意図された再生可能な電圧増加に追加し、圧縮回路３の可飽和インダクタＬＳ１からＬＳｎの同じ初期インダクタンスが常に調節され且つそれにより放電室４の放電区間内のパルス電流のパルス対パルス・変動の更なる減少が達成されるという結果をもたらす。
【００４３】
図２ａ−図２ｃに従う磁極反転（磁気スイッチリセット）を伴う回路装置では、図５及び図６に従う複雑な構成に先回りし、エネルギー回復のための追加的な補助回路８が示されている。ここで（非可飽和）インダクタＬ１はダイオードＤ１と共に、放電室４内の放電により反射された電荷のための電荷移動回路を形成し、この際、Ｒ１は減衰構成要素として作用する。従ってダイオードＤ１は回復回路の一部であり、それに対してダイオードＤ２は、直流電圧源１（高電圧電源装置）を逆流する電流から保護するという機能を有する。インダクタＬ１は、電荷移動プロセスにおける前記の機能の他にパルス電流時の電流リミッタとして用いられ、それによりダイオードＤ２並びに場合により電源装置（直流電圧源１）内に設けられているダイオードを保護する。
【００４４】
選択されている図２ａ−図２ｃの実施形態においてガス放電は予備電離パルスにより作動される。そのために設けられている予備電離トランスＴｒ１は、従来、ガス放電の予備電離のために必要な高電圧（典型的には１０ｍＪよりも大きい電気的なパルスエネルギーで２０ｋＶ）を使用可能とするものであり、可飽和であり、更には、１次コイル内に流れる電荷反転電流を利用することで追加的にスイッチＳ１の転流損を回避するために利用される。従って予備電離トランスＴｒ１の１次コイルは、同時に、電荷反転回路内のインダクタＬｖｉとして用いられる。トランスコアの材料としてはフェライト材料やアモルファス金属（例えばファインメット(Finemet)）が利用される。
【００４５】
本発明は、特に、放電室４の電極における電圧符号を任意に選択すること（極性反転）に適している。極性は、特にプラズマ（即ち所謂ピンチ）の位置、従ってＥＵＶ放出エリアの箇所に影響を及ぼす。そのために選択的に図１及び図３の回路装置が利用される。
【００４６】
図３は、図１に対し、ＬｖｉとＳ１とＤ３から形成されている回路構成要素がアース電位の代わりにコンデンサバンクＣ１−Ｃ２の第２キャパシタＣ２と接続されることにより区別される。このことは、スイッチＳ１の開放時に、それまでは負に充電されていたキャパシタＣ２の反転再充電が行われることを結果として伴い、それにより電荷反転プロセスの経過後にはほぼ２倍の正の充電電圧がＬＳ１に印加している。
【００４７】
図１に描かれている回路と比べると圧縮回路と放電回路では本質的な変更はない。圧縮回路３はここでも（図２ａ−図２ｃにおけて指摘したように）短縮して描かれている。
【００４８】
図３において実際に極性反転は、単に、ダイオードＤ３が第１キャパシタＣ１のアースコンタクトからコンデンサバンクＣ１−Ｃ２の他方側における第２キャパシタＣ２へと再接続されるということにある。
【００４９】
以降、図４、図５、図６（各々図１の基本回路に応じて構成されている）に示されている、エネルギー回復用の拡張された補助回路８において、第２キャパシタＣ２のための回復を正の放電極性に適合させるためには、追加的にダイオードＤ４が極性反転されるだけでよい。
【００５０】
図２ｃに従う充電電流を用いた磁極反転（磁気スイッチリセット）の場合には、内蔵式の磁極反転回路７.１の極性を変更する必要性はない。それから磁気スイッチリセットの各バリエーションの重要な利点が得られる。
【００５１】
放電回路とガス放電区間との間の周知の不整合のため、この際、放電回路はコンデンサバンクＣ３と可飽和インダクタＬＳ２と放電室４の電極とから構成されるものであるが、エネルギーの一部は放電回路内に逆反射される。ガス放電内への更なる反射（リフレクション）は電極システムのための追加的な負荷を生成し、この負荷は電極の寿命を短くする。
【００５２】
放電回路の全効率及び電極システムの寿命を増加させるために、図４ａに従い補助回路８が利用され、それにより電極負荷が回避され、同時に、反射されたエネルギーが回復される。この際、以下の過程が経過する。
【００５３】
飽和したインダクタＬｓ２及び放電室４を介したコンデンサバンクＣ３の各放電後にはＣ３上に正の電圧が印加している。この電圧Ｕreflは、ガス放電からの反射されたエネルギーに対応する。コンデンサバンクＣ３は飽和したインダクタＬｓ１を介してコンデンサバンクＣ１−Ｃ２上に放電する。その後、Ｃ２とＬｓ１との間には電圧値Ｕreflが印加し、コンデンサＣ１とＣ２との間には電圧値Ｕreflの半分が印加する。この時点でスイッチＳ１は未だ閉じていて、Ｃ１は、Ｃ２とＬｓ１との間の電圧がほぼゼロになるまで、飽和したインダクタＬｖｉ及びＳ１を介して反転再充電される。それによりＬｓ１、Ｃ３及びＬｓ２を介した放電室４の電極システムに対するコンデンサバンクＣ１−Ｃ２からのエネルギーの反射は強く減少される又はむしろ排除される。
【００５４】
この時点でスイッチＳ１が開かれる。コンデンサバンクＣ１−Ｃ２上に残っているエネルギーは、以下に説明するように、回復される。
【００５５】
エネルギー回復の過程が開始する前にＣ１とＣ２との間にはほぼ負の電圧−１／２Ｕreflが印加している。キャパシタＣ１及びＣ２は、同時に、ダイオードＤ１及びＤ４、インダクタＬ１及びＬ４、抵抗Ｒ１及びＲ４を介して反転再充電される。Ｃ１とＣ２との間の電圧は正となりほぼ＋１／２Ｕreflであり、回復エネルギーとしてコンデンサバンクＣ１−Ｃ２内で次の放電のために使用可能とされる。
【００５６】
ダイオードＤ４、抵抗Ｒ４、インダクタＬ４は、第２キャパシタＣ２と共同で電荷反転回路を表し、この電荷反転回路は、キャパシタＣ２内に逆反射された電荷の回復を可能にする。この際、正の電荷から電荷反転後には負の電荷がキャパシタＣ２内で生成され、この負の電荷は後続の充電のために使用可能とされる。ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、インダクタＬ１は、既に図２ａ−ｃで使用されたように、第１キャパシタＣ１に関する対応的な電荷反転回路を形成する。
【００５７】
図４ｂには図４ａと等価の回路バリエーションが描かれていて、このバリエーションでは反転充電回路２内の電荷反転スイッチＳ１の位置が変更されている。しかしながら電荷反転過程と反射されたエネルギーの回復は、前述のように同じ方式で経過する。更に可飽和インダクタＬｖｉ、Ｌｓ１及びＬｓ２のリセットは図２ｃに示された方式と同様に作用して充電電流により達成される。
【００５８】
図５は、図２ａ−ｃの回路装置に基づき、図４ａ及び４ｂで既に基本バリエーションとして含まれているように、コンデンサバンクＣ３と可飽和インダクタＬｓ２と放電室４とから構成される放電回路内の反射された高電圧パルスに対する直流電圧源１用の保護回路９を有する回路装置を示している。
【００５９】
この場合、反射された高電圧パルスに対する直流電圧源１用の保護回路９は、インダクタＬ５と、抵抗Ｒ５と、追加的なコンデンサＣ０とを含んでいて、それらは
Ｃ０＜＜Ｃ１、Ｃ２
という条件でＬＣ・ローパスフィルタを形成する。更に比較的スローなダイオードＤ２はエネルギー回復の過程中に直流電圧源１を負の高電圧−１／２Ｕreflの電流から保護する。
【００６０】
図５（図６も同様）では図面の見易さのために磁極反転回路７或いは７.１が省略されている。原則的に、図２ａ、図２ｂ、図２ｃによる磁極反転回路７或いは７.１のどれが使用されるかは自由に選択可能である。
【００６１】
図６に示されていて図５におけるものを更に構成した回路バリエーションでは、追加的に、従来では直流電圧源１のデッドタイムにより予め定められていたパルス繰返し周波数のためのリミットが上方に移動される。この際、パルス繰返し周波数を増加するためには他のスイッチＳ０と追加的なコンデンサＣ０とが
Ｃ０＞＞Ｃ１、Ｃ２
という条件で用いられる。その追加的なコンデンサＣ０は直流電圧源１からのエネルギーを連続的に保管し、従って直流電圧源１のデッドタイム中にも他のスイッチＳ０を介してパルシングされてコンデンサバンクＣ１−Ｃ２を充電する。この場合、繰返し周波数はもはや直流電圧源１のデッドタイムに依存しないので、反転充電回路２のパルス繰返し周波数は明らかに増加され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に従う回路装置の基本的な構造を示す図である。
【図２ａ】可飽和インダクタのリセットのための第１回路バリエーションを示す図であり、このバリエーションでは、磁極反転が可飽和インダクタの補助巻線（又は主巻線）を通じる追加的な直流電流を用いて実現される。
【図２ｂ】可飽和インダクタのリセットのための第２回路バリエーションを示す図であり、このバリエーションでは、パルス形状の電流が可飽和インダクタを通じて流れ、磁極反転が目標を定めて適切に所定の時間間隔中に行われる。
【図２ｃ】可飽和インダクタのリセットのための回路バリエーションを示す図であり、このバリエーションでは、コアの磁極反転が充電過程中の充電電流により行われる。
【図３】放電電極において極性反転された電圧を有する回路装置の実施形態を示す図である。
【図４ａ】エネルギー回復のための第１構成バリエーションを示す図である。
【図４ｂ】電荷反転スイッチの位置が変更された、エネルギー回復のための他の有利な構成バリエーションを示す図である。
【図５】反射された高電圧パルスに対する、電源装置用の保護回路を示す図である。
【図６】直流電圧源のデッドタイムに対する繰返し率の依存性を克服するためのものであり、反射された高電圧パルスに対する、電源装置用のトリガリングされた保護回路を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１                      直流電圧源（高電圧電源装置）
２                      反転充電回路
３                      圧縮回路
４                      放電室
５                      予備電離ユニット
６                      トリガユニット
７                      磁極反転回路
７．１                  内蔵式の磁極反転回路
８                      エネルギー回復のための補助回路
９                      保護回路
Ｃ１、Ｃ２                第１、第２キャパシタ
Ｃ１−Ｃ２、Ｃ３          コンデンサバンク
Ｃ４、Ｃ５                コンデンサ
Ｄ１、…、Ｄ４            ダイオード
ＨＶ                      ガス放電のための高電圧
Ｌ１、…、Ｌ７            非可飽和インダクタ
Ｌｓ１、Ｌｓ２、Ｌｖｉ    可飽和インダクタ
Ｒ１、…、Ｒ５            抵抗
Ｓ０、Ｓ１                スイッチ
Ｔｒ１                    予備電離トランス
Ｖ１                      直流電流源
Ｖ２                      パルス電流源
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
2005185092.tif 000007
【図４ａ】
2005185092.tif 000008
【図４ｂ】
2005185092.tif 000009
【図５】
2005185092.tif 000010
【図６】
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