(57)【要約】【課題】  高圧電圧下で使用しても絶縁破壊の起きにくい、レーザ電源用の固体スイッチモジュールを提供する。【解決手段】  固体スイッチ(SW)と、ゲート制御回路(23)と、ツェナーダイオード(39)と、Ｌ字型形状を有するプリント基板(32)とを備え、前記プリント基板(32)は、その一端部を固体スイッチ(SW)の一角部に設けられてゲート(G)に接続するゲートターミナル(31G)に固定され、他端部を固体スイッチ(SW)に対してゲートターミナル(31G)と略対角部に設けられてコレクタ(C)に接続するコレクタターミナル(31C)とに固定され、前記プリント基板(32)とターミナル(31G,31C)とを固定する機械的な固定手段が、プリント基板(32)の出力ターミナル(30)とターミナル(31G,31C)とを電気的に接続している。【選択図】        図３
2005101061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可飽和リアクトルからなる磁気アシスト(SR1)とスイッチング手段とが昇圧トランス(Tr)の１次側に直列に接続され、上記昇圧トランスの２次側にコンデンサと磁気スイッチからなる磁気パルス圧縮回路(MPC)のパルス圧縮段が少なくとも１つ接続されていて、この磁気パルス圧縮回路(MPC)の最終段より高電圧パルスを出力し、主放電を起こしてレーザ媒質を励起してレーザ光(13)を発振させる放電励起ガスレーザ用高電圧パルス発生装置において、
スイッチング手段としての電圧駆動素子からなる固体スイッチ(SW)と、
固体スイッチ(SW)を駆動するゲート制御回路(23)と、
固体スイッチ(SW)を保護するツェナーダイオード(39)と、
ゲート制御回路(23)及びツェナーダイオード(39)を搭載してＬ字型形状を有するプリント基板(32)とを備え、
前記プリント基板(32)は、その一端部を固体スイッチ(SW)の一角部に設けられてゲート(G)に接続するゲートターミナル(31G)に固定され、他端部を固体スイッチ(SW)に対してゲートターミナル(31G)と略対角部に設けられてコレクタ(C)に接続するコレクタターミナル(31C)に固定され、
前記プリント基板(32)とターミナル(31G,31C)とを固定する機械的な固定手段が、プリント基板(32)の出力ターミナル(30)とターミナル(31G,31C)とを電気的に接続している
ことを特徴とする放電励起ガスレーザ用高電圧パルス発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放電励起ガスレーザ用高電圧パルス発生装置を用いて、繰返し発振周波数が４kHz以上のＫｒＦエキシマレーザ光又はＡｒＦエキシマレーザ光を発振させることを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の放電励起ガスレーザ用高電圧パルス発生装置を用いて、繰返し発振周波数が２kHz以上のフッ素分子レーザ光を発振させることを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧パルス発生装置およびそれを用いた放電励起ガスレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ける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、従来の水銀ランプに代って波長２４８ｎｍの紫外線パルスレーザ光を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。また、さらに高解像度の露光用光源として、波長１９３ｎｍの紫外線パルスレーザ光を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置、及び波長１５７ｎｍの紫外線パルスレーザ光を放出するフッ素分子レーザ装置等の、パルス発振ガスレーザ装置が有力である。
【０００３】
これらのガスレーザ装置においては、レーザ媒質であるレーザガスが数百ｋＰａで封入されたレーザチャンバの内部に、所定距離離間して対向した一対の主電極が設置される。そして、高電圧パルス発生装置を用いて主電極に高電圧パルスを印加してパルス放電を発生させることにより、レーザガスを励起し、レーザ光を発振させる。ガスレーザ装置では、上記した放電動作が繰り返し行なわれ、所定の繰り返し周波数でパルスレーザ発振が行われる。
【０００４】
露光用のガスレーザ装置においては、スループットの増大や、露光量の安定化のため、高繰返し発振（例えば、ＫｒＦエキシマレーザ装置やＡｒＦエキシマレーザ装置においては繰返し周波数４kHz以上、フッ素分子レーザ装置においては繰返し周波数２kHz以上）が期待される。高繰返し発振を実現するには、主電極に印加する高電圧パルスは立上りが速く、また短パルスであることが望ましい。
【０００５】
図１は、露光用ガスレーザ装置において、レーザガスが封入されたレーザチャンバ１２内で主放電を発生させてレーザ媒質であるレーザガスを励起するための、高電圧パルス発生装置の回路図の一例を示している。 
図１において、高電圧パルス発生装置は、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、主コンデンサＣ０，第１コンデンサＣ１，第２コンデンサＣ２，ピーキングコンデンサＣＰと、昇圧トランスＴｒと、固体スイッチＳＷとを備えている。図１において、ＨＶが高圧側である。
【０００６】
磁気スイッチＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３、コンデンサＣ１，Ｃ２、及び昇圧トランスＴｒは、絶縁ならびに冷却のために、絶縁性冷媒である絶縁オイルを充填したオイルタンク１１の内部に設置されている。 
また露光用ガスレーザ装置は、レーザガスを封入したレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の内部には、主電極１４，１５、予備電離電極２１、及び予備電離コンデンサＣｃが設置されている。
【０００７】
固体スイッチＳＷは、電圧駆動素子であるＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子からなり、後述するゲート制御回路（ここでは図示せず）からの信号に基づき、急激に短絡する。  また磁気スイッチＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３は、例えば可飽和リアクトルからなる。そして、それらの両端に印加された電圧と電圧の印加時間との積（即ち、電圧の時間積分値）が、各磁気スイッチＳＲ１〜ＳＲ３の特性で決まる所定の値になると飽和して、急激に低インピーダンスとなるようになっている。尚、磁気スイッチＳＲ１は、固体スイッチＳＷにおけるスイッチングロスを低減させるために用いられるものであり、磁気アシストＳＲ１とも呼ばれる。
【０００８】
以下、高電圧パルス発生装置の作動について、説明する。 
まず高圧電源ＣＨＧから、所定の高電圧が主コンデンサＣ０に印加され、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（絶縁）状態になっている。
【０００９】
主コンデンサＣ０の充電が完了し、固体スイッチＳＷを図示しないコントローラから前記ゲート制御回路を介してＯＮ（短絡）状態にすると、固体スイッチＳＷ両端にかかっていた電圧ＶC0が、磁気アシストＳＲ１の両端にかかる。上述したように、磁気アシストＳＲ１の両端にかかる電圧ＶC0の時間積分値が、磁気アシストＳＲ１の特性で定められた所定値に達すると、磁気アシストＳＲ１は飽和して急激に低インピーダンスとなる。
【００１０】
これにより、主コンデンサＣ０、磁気アシストＳＲ１、昇圧トランスＴｒの１次側、及び固体スイッチＳＷからなるループに、パルス幅の狭い電流ｉ１が流れる。そして、昇圧トランスＴｒに発生した磁束によって、その２次側に電流が誘導され、昇圧トランスＴｒの２次側及び第１コンデンサＣ１からなる第１のループに、電流ｉ２が流れて、第１コンデンサＣ１が充電される。
【００１１】
このとき、昇圧トランスＴｒの１次側対２次側の巻数（ターン数）比に応じて、電圧が昇圧される。一例として、１次側対２次側の巻数比は１対８になっており、高圧電源ＣＨＧから３．８ｋＶの電圧が主コンデンサＣ０に印加されると、第１コンデンサＣ１には、そのほぼ８倍の約３０ｋＶの高電圧が充電されることになる。 
尚、主コンデンサＣ０、磁気アシストＳＲ１、昇圧トランスＴｒ１の１次側、及び固体スイッチＳＷがなすループを、パルス発生回路ＰＰＭと呼ぶことにする。
【００１２】
そして、第１コンデンサＣ１に充電された高電圧の時間積分値が、磁気スイッチＳＲ２の特性で決まる所定の値に達すると、磁気スイッチＳＲ２が飽和して低インピーダンスとなる。その結果、第１コンデンサＣ１、磁気スイッチＳＲ２、及び第２コンデンサＣ２からなる第２のループに図示しない電流が流れ、第１コンデンサＣ１に蓄えられていた電荷が、第２コンデンサＣ２に移行する。 
このとき、第２のループは、第１のループよりもインダクタンスが小さくなるように構成されている。これによってパルスの圧縮が行なわれ、第２のループを流れる電流は、第１のループを流れる電流ｉ２よりもパルス幅が小さく、尖頭値が大きなパルス電流となっている。
【００１３】
第２コンデンサＣ２に電荷が蓄えられ、磁気スイッチＳＲ３の両端部に印加された電圧の時間積分値が、磁気スイッチＳＲ３の特性で決まる所定値になると、磁気スイッチＳＲ３が飽和して低インピーダンスとなる。 
これにより、第２コンデンサＣ２、磁気スイッチＳＲ３、及びピーキングコンデンサＣｐからなる第３のループに図示しない電流が流れ、第２コンデンサＣ２に蓄えられていた電荷が、ピーキングコンデンサＣｐに移行する。 
このように、昇圧トランスの２次側からピーキングコンデンサＣｐの両端部に至る回路は、磁気スイッチを用いて電流のパルス幅を圧縮しているので、磁気パルス圧縮回路ＭＰＣと呼ぶ。
【００１４】
予備電離電極２１は、棒状の金属からなる第１予備電離電極１７と、その周囲を取り囲む誘電体チューブ１６と、誘電体チューブ１６に接触した金属製の第２予備電離電極１８とを備えている。第１予備電離電極１７は高圧ＨＶ側に、第２予備電離電極１８は接地側に、それぞれ接続されている。 
ピーキングコンデンサＣｐの充電が進むにつれて、第１予備電離電極１７と第２予備電離電極１８との間の電位差が増大し、所定の電位差になると、誘電体チューブ１６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１６の表面に紫外線が発生し、主電極１４，１５間のレーザガスが電離されて予備電離が起きる。
【００１５】
ピーキングコンデンサＣｐの充電がさらに進んで、ピーキングコンデンサＣｐの電圧がブレークダウン電圧に達すると、主電極１４，１５間のレーザガスに絶縁破壊が生じて、主放電が開始される。これにより、レーザガスが励起され、レーザ光が発生する。 
主放電によって、ピーキングコンデンサＣｐの電圧は急激に低下する。 
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によって繰り返されることにより、所定の繰り返し周波数で、パルスレーザ発振が行なわれる。
【００１６】
図９に、ＩＧＢＴを例とした固体スイッチＳＷ、及び固体スイッチＳＷを駆動するゲート制御回路２３の、従来技術に関わる回路図を示す。  
図９において、ゲート制御回路２３は、一例として電圧＋Ｅ２及び−Ｅ１の直流電圧Ｖを出力する、直流電源２０，３６を備えている。そして、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２を動作させることにより、固体スイッチＳＷのゲートＧ−エミッタＥ間に−Ｅ１又はＥ２のゲート電圧ＶGEを印加して、固体スイッチＳＷをスイッチング動作させる。 
例えば、ゲートＧ−エミッタＥ間に印加されるゲート電圧ＶGEが−Ｅ１のとき、固体スイッチＳＷはＯＦＦ（絶縁）状態にあり、ゲート電圧ＶGEがＥ２のとき、固体スイッチＳＷがＯＮとなる（短絡する）。
【００１７】
このとき、ゲート制御回路２３の出力ターミナル３０Ｅ，３０Ｇには、例えばファストンタブ等のコネクタ２４，２４がそれぞれ付設されている。また、固体スイッチＳＷの入力ターミナル３１Ｅ，３１Ｇにも、ファストンタブ等のコネクタ２５，２５がそれぞれ付設されている。 
出力ターミナル３０Ｅ，３０Ｇと入力ターミナル３１Ｅ，３１Ｇとの間は、ノイズを低減するための、両端部にコネクタを接続したツイストペアケーブル２２によって接続されている。これらのツイストペアケーブル２２を介して、ゲート制御回路２３からゲートＧ−エミッタＥ間に、ゲート電圧ＶGEが印加される。 
尚、２６，２６は、固体スイッチＳＷの出力ターミナルであり、オイルタンクの内部に電流を供給する電流導入端子である。
【非特許文献１】CT-Concept Technology Ltd.社電子カタログ［平成１５年１月６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.igbt-driver.com/english/default.shtml＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。 
即ち、従来においては、ツイストペアケーブル２２が比較的大きなインダクタンスを有しているため、固体スイッチＳＷのスイッチングに時間遅れが生じる。 
図１０に、ゲート制御回路２３から信号を送って、固体スイッチＳＷを導通させる場合のタイミングチャートを示す。まず、ゲート制御回路２３は、時刻ｔ１に、ゲートＧ−エミッタＥ間に印加する出力電圧ＶOUTを、−Ｅ１からＥ２に変化させる。
【００１９】
これにより、固体スイッチＳＷにおけるゲートＧ−エミッタＥ間のゲート電圧ＶGEが、Ｅ３まで上昇する（時刻ｔ２）。このとき、ゲートＧ−エミッタＥ間には、容量ＣGEが存在しており（図９参照）、ゲート制御回路２３から流れる電荷は、まずこの容量ＣGEを満たすのに用いられる。そのため、ゲート電圧ＶGEがＥ１まで上昇するには、時間Δｔ１を要する。
【００２０】
時刻ｔ２にゲートＧ電圧ＶGEがＥ３まで上昇すると、固体スイッチＳＷが短絡し、コレクタ電圧ＶＣがＶＣ１から下降を始め、時間Δｔ２を要して時刻ｔ３に０まで下降する。これに伴い、コレクタ電流ｉＣが時刻ｔ２から流れ始め、時刻ｔ３にｉＣ１となる。ここでｉＣ１は、アシストコイルＳＲ１の励磁電流である。 
これは、ゲートＧとコレクタＣとの間に容量ＣCGが存在し（図９参照）、この容量ＣCGに電荷を充電するのに、時間Δｔ２が必要なためである。
【００２１】
このように、時刻ｔ２から時刻ｔ３に至る時間Δｔ２の間、固体スイッチＳＷにはコレクタ電流ｉＣとコレクタ電圧ＶＣとが同時に流れることになる。その結果、電力ｉＣ・ＶＣが発生し、この電力ｉＣ・ＶＣがエネルギーの損失となるという問題がある。
【００２２】
特にレーザ発振においては、コレクタ電流ｉＣ及びコレクタ電圧ＶＣがどちらも大きいため、損失電力ｉＣ・ＶＣは、非常に大きいものとなる。 
さらに、パルス放電のたびに電力損失が生じるため、繰り返し周波数を上げるほど、損失が大きくなる。そのために、電力損失によって発生する熱の冷却が困難となって、繰り返し周波数を上げるのが難しくなってしまう。
【００２３】
電力損失を小さくするためには、時間Δｔ２を小さくする必要がある。そのためには、ゲート電圧ＶGEを大きくするか、ゲート電流ｉgの増加の傾き（dig/dt）を大きくするかして、容量ＣCGを迅速に充電してやればよい。 
ＩＧＢＴにおいては、素子がＭＯＳであるために、±２０Ｖ以上のゲート電圧ＶGEを印加することが困難であり、時間Δｔ２を小さくするためには、ゲート電流ｉgの増加の傾きを大きくする必要がある。ところが、ゲート制御回路２３と固体スイッチＳＷとを接続するツイストペアケーブル２２の有するインダクタンスにより、ゲート電流ｉgの増加の傾きを大きくすることが困難であり、電力損失が低減されないという問題がある。
【００２４】
このような問題を解決するために、例えば上記非特許文献１においては、固体スイッチＳＷとゲート制御回路２３を搭載したプリント基板３２とを直結したモジュール（以下、固体スイッチモジュールと言う）が、紹介されている。 
図１１に、固体スイッチモジュールの平面図を示す。図１１において、固体スイッチＳＷ上には、プリント基板３２が搭載されている。固体スイッチＳＷとプリント基板３２とは、コレクタＣ、ゲートＧ、及びエミッタＥにおいて、それぞれネジ止めによって電気的かつ機械的に接続されている。このようにすることにより、ゲート制御回路２３と固体スイッチＳＷとの間のインダクタンスが飛躍的に減少するので、コレクタ電流ｉＣの立ち上がりが速くなり、電力損失が減少する。
【００２５】
ところが、非特許文献１に示したような固体スイッチモジュールを、放電励起ガスレーザ装置用の高電圧パルス発生装置に用いることは、次のような理由から、困難となっている。 
即ち、上述したように、高繰返し発振を実現するには、主コンデンサＣ０、磁気アシストＳＲ１、昇圧トランスＴｒ１の１次側、及び固体スイッチＳＷからなるパルス発生回路ＰＰＭに流れる電流ｉ１を、できるだけ立ち上がりの速い短パルスとする必要がある。
【００２６】
そのためには、ＩＧＢＴに印加される電圧は、高いほど良い。即ち、主コンデンサＣ０に蓄えられるエネルギーＨは、主コンデンサＣ０に印加される電圧ＶC0及び主コンデンサＣ０の容量Ｃ０から、次の数式１で表される。 
Ｈ＝（１／２）・Ｃ０・（ＶC0）2  …………（１）
このとき、パルス発生回路ＰＰＭで発生する電流・電圧パルスのパルス幅は、π（ＬＣ）1/2に比例する。
【００２７】
一方、露光光を短波長化するためには、レーザガスに主放電によって投入されるエネルギーを増加させる必要があり、そのためには、上記エネルギーＨを大きくする必要がある。このとき、主コンデンサＣ０の容量を大きくすると、パルス発生回路ＰＰＭにおける電流ｉ１のパルス波形がなまるため、エネルギーＨを大きくするためには、電圧ＶC0を高くすることが望ましい。
【００２８】
即ち、放電励起ガスレーザ装置用の高電圧パルス発生装置においては、他の使用条件におけるよりも、主コンデンサＣ０に印加される電圧ＶC0が、非常に高くなる。ところが、非特許文献１に示されたような固体スイッチモジュールでは、電圧ＶC0を高くすると、固体スイッチが破損してしまうことがあり、これを放電励起ガスレーザ装置用の高電圧パルス発生装置に使用することは難しい。
【００２９】
以下に、その理由を説明する。 
一般的なＩＧＢＴにおいては、ＯＦＦになる瞬間にコレクタＣ−ゲートＧ間にサージ電圧が発生し、ＩＧＢＴが破損する可能性がある。ＩＧＢＴには、これを防ぐために、保護回路が設けられている。
【００３０】
図１２に、固体スイッチＳＷとゲート制御回路との間に入れられた、保護回路の回路図を示す。図１２に示すように、ＦＥＴ２−ゲートＧ間に抵抗Ｒｇを挿入し、ＩＧＢＴのコレクタＣ−ゲートＧ間に、ツェナーダイオード３９を挿入する。このとき、ツェナーダイオード３９の導通電圧を、ＩＧＢＴの耐圧をわずかに下回るように設定する。例えば、ＩＧＢＴの耐圧が４０００Ｖであれば、ツェナーダイオード３９の導通電圧を３９９０Ｖとする。 
このとき、一般的にツェナーダイオード３９の定格は、最大４００Ｖ程度であるので、複数のツェナーダイオード３９を直列に接続することにより、所定の導通電圧を実現する。
【００３１】
尚、放電励起ガスレーザ装置用の高電圧パルス発生装置においては、主コンデンサＣ０から磁気パルス圧縮回路ＭＰＣに電荷が移行した後にＩＧＢＴがＯＦＦとなるため、上記のようなサージ電圧は発生しない。しかしながら、主放電が起きた直後に、そのキックバック電圧がコレクタＣ−ゲートＧ間にかかるため、これによる破損を防止するための上記のような保護回路は必須となる。
【００３２】
以下、放電励起ガスレーザ装置用の高電圧パルス発生装置の場合を例に取って説明する。上述したように、ＩＧＢＴがＯＦＦとなった後で、キックバック電圧がコレクタＣ−ゲートＧ間にかかる。このとき、コレクタＣ−ゲートＧ間のコレクタ電圧がツェナーダイオード３９の導通電圧を越えると、越えた分だけの電圧がゲートＧに印加され、ＩＧＢＴはＯＮとなって導通状態となる。従って、コレクタ電圧がＩＧＢＴの耐圧を越えても、ＩＧＢＴは破損することがない。
【００３３】
ところが図１１においては、ＩＧＢＴのコレクタＣ上方にプリント基板３２を設置し、ＩＧＢＴツェナーダイオード３９を、プリント基板３２上のコレクタＣとゲートＧとの間に並べている。 
このように、狭い範囲でツェナーダイオード３９を並べるため、高電圧のかかるツェナーダイオード３９間で絶縁破壊が起きて、ツェナーダイオード３９が破損したり、或いはＩＧＢＴが破損したりすることがある。
【００３４】
また、例えば図１３に示したように、プリント基板３２をＩＧの側方に広げて、その上にツェナーダイオード３９を並べ、コレクタ及びゲートＧからパターン４０，４０を介して接続するという手段も考えられる。しかしながらこのようにすると、プリント基板３２上のＦＥＴ１，ＦＥＴ２に、直流電源２０，３６から電圧−Ｅ１及び＋Ｅ２を供給するための電力線４１，４１が、ツェナーダイオード３９の上をまたぐことになる。その結果、電力線とツェナーダイオード３９との間の絶縁が破壊されることがあり、やはりツェナーダイオード３９やＩＧＢＴの破損に繋がってしまう。
【００３５】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、高圧電圧下で使用しても絶縁破壊の起きにくい、レーザ電源用の固体スイッチモジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記の目的を達成するために、第１発明は、
可飽和リアクトルからなる磁気アシストとスイッチング手段とが昇圧トランスの１次側に直列に接続され、上記昇圧トランスの２次側にコンデンサと磁気スイッチからなる磁気パルス圧縮回路のパルス圧縮段が少なくとも１つ接続されていて、この磁気パルス圧縮回路の最終段より高電圧パルスを出力し、主放電を起こしてレーザ媒質を励起してレーザ光を発振させる放電励起ガスレーザ用高電圧パルス発生装置において、
スイッチング手段としての電圧駆動素子からなる固体スイッチと、
固体スイッチを駆動するゲート制御回路と、
固体スイッチを保護するツェナーダイオードと、
ゲート制御回路及びツェナーダイオードを搭載してＬ字型形状を有するプリント基板とを備え、
前記プリント基板はその一端部を、固体スイッチの一角部に設けられてゲートに接続するゲートターミナルに固定され、他端部を、固体スイッチに対してゲートターミナルと略対角部に設けられてコレクタに接続するコレクタターミナルとに固定され、
前記プリント基板とターミナルとを固定する機械的な固定手段が、プリント基板の出力ターミナルとターミナルとを電気的に接続している。
【００３７】
また第２発明は、
前記放電励起ガスレーザ装置がＫｒＦエキシマレーザ装置もしくはＡｒＦエキシマレーザ装置であって、
繰返し発振周波数が４kHz以上である。
【００３８】
また第３発明は、
前記放電励起ガスレーザ装置がフッ素分子レーザ装置であって、
繰返し発振周波数が２kHz以上である。
【発明の効果】
【００３９】
第１発明により、固体スイッチとゲート制御回路との間のインダクタンスが小さくなるので、固体スイッチが迅速にＯＮ／ＯＦＦされる。その結果、固体スイッチにおける電力損失が減少する。また、これによって磁気スイッチにおける熱の発生が小さくなり、繰り返し周波数の増加が可能である。 
しかも、プリント基板をＬ字型とし、その上に固体スイッチの保護のためのツェナーダイオードを搭載しているので、ツェナーダイオード同士の間隔が広がり、絶縁破壊が起きにくい。 
また、プリント基板上に並べられるツェナーダイオードの数が多くなるため、ツェナーダイオードの１個あたりにかかる電圧が低くなり、絶縁破壊がより起こりにくい。 
特に、固体スイッチとしてＩＧＢＴを用いると、ゲート−コレクタ間及びゲート−エミッタ間にインダクタンスを有しているので、ゲート制御回路から信号が入力されてからコレクタ電流が流れるまでに、時間遅れを生じ、電力損失が生じやすい。従って、本発明の効果が大きい。
【００４０】
また第２発明により、エキシマレーザ装置において、４kHz以上の安定した高繰り返し発振を実現することができるので、これを露光用に用いることで高スループットの半導体製造が可能となる。
【００４１】
また第３発明により、フッ素分子レーザ装置において、２kHz以上の安定した高繰り返し発振を実現することができるので、これを露光用に用いることで高スループットの半導体製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図を参照しながら、本発明に関わる実施形態を詳細に説明する。 
図１は、露光用ガスレーザ装置において、レーザガスが封入されたレーザチャンバ１２内で主放電を発生させてレーザ媒質であるレーザガスを励起するための、高電圧パルス発生装置の回路図の一例を示しており、従来技術と同様であるので、説明を省略する。
【００４３】
図２に、実施形態に関わる固体スイッチＳＷの斜視図を示す。図２において、固体スイッチＳＷは、図示しない冷却プレートに固定されている。３３は、固体スイッチＳＷをモールドする絶縁性のパッケージである。 
固体スイッチＳＷの上部には、エミッタＥ、ゲートＧ、及びコレクタＣにそれぞれ接続された、エミッタターミナル３１Ｅ、ゲートターミナル３１Ｇ、及びコレクタターミナル３１Ｃが、それぞれ露出している。ターミナル３１Ｅ，３１Ｇ，３１Ｃには、それぞれネジ穴３４が設けられている。
【００４４】
図３に、固体スイッチＳＷと、ゲート制御回路２３を搭載したプリント基板３２とを組み合わせた、固体スイッチモジュールの平面図を示す。図３に示すように、Ｌ字形状をしたプリント基板３２上部には、パターニングによって、図示しない孔を有する出力ターミナル３０Ｃ，３０Ｅ，３０Ｇが設けられている。
【００４５】
プリント基板３２は、エミッタターミナル３１Ｅ及びゲートターミナル３１Ｇにネジ２７，２７によって固定されている。また、プリント基板３２の図３中右下隅部の出力ターミナル３０Ｃは、コレクタターミナル３１Ｃとの間を金属板４２によって電気的及び機械的に接続されている。 
プリント基板３２の下部には、ツェナーダイオード３９が複数個並べられており、プリント基板３２上のパターン４０，４０を介して出力ターミナル３０Ｃ，３０Ｇに接続されている。
【００４６】
図４に、固体スイッチモジュールの側面図を示す。ここでは、コレクタターミナル３１Ｃと出力ターミナル３０Ｃとの接続は図示を省略している。  
図４に示すように、固体スイッチＳＷの入力ターミナル３１Ｅ，３１Ｇに設けられたネジ穴３４，３４には、金属製のポスト３５，３５の一端部に設けられたおすネジ部３５Ａ，３５Ａがねじ込まれている。ポスト３５，３５の他端部に設けられためすネジ部３５Ｂ，３５Ｂには、ネジ２７，２７により、プリント基板３２の出力ターミナル３０Ｅ，３０Ｇが固定されている。
【００４７】
即ち、ゲート制御回路２３と固体スイッチＳＷとの間を、従来技術のようなツイストペアケーブル２２を用いず、長さが短く、かつ太い金属製のポスト３５，３５によって、電気的に接続している。しかも、ゲート制御回路２３と固体スイッチＳＷとの間は、このポスト３５，３５により、機械的にも固定されている。  
このようにすることにより、ゲート制御回路２３と固体スイッチＳＷとの間のインダクタンスが飛躍的に減少するので、コレクタ電流ｉＣの立ち上がりが速くなり、電力損失が減少する。  
尚、ポスト３５，３５を用いずに、ネジで入力ターミナル３１Ｅ，３１Ｇと出力ターミナル３０Ｅ，３０Ｇとを直結することが可能であれば、そちらのほうがインダクタンスが少なくなるので、より好適である。
【００４８】
図５に、固体スイッチモジュールの実施例を示す。図５に示すように、プリント基板３２の出力ターミナル３０Ｅ，３０Ｇには、ファストンタブ等のコネクタ３７，３７が付設されている。また、固体スイッチＳＷの入力ターミナル３１Ｅ，３１Ｇにも、コネクタ３７，３７が付設されている。コネクタ３７，３７同士を直接接続することにより、ゲート制御回路２３と固体スイッチＳＷとの間のインダクタンスが減少し、コレクタ電流ｉＣの立ち上がりが速くなって電力損失が減少する。
【００４９】
図６に、固体スイッチＳＷ及びゲート制御回路２３の回路図の一例を示す。プリント基板３２の出力ターミナル３０Ｅ，３０Ｇの図示しないネジ穴には、ボルト２７，２７により、金属プレート２９，２９の一端部がそれぞれ固定されている。  
また、固体スイッチＳＷの入力ターミナル３１Ｅ，３１Ｇのネジ穴３４，３４にも、金属プレート２９，２９の他端部が、ボルト２８，２８によってネジ止めされている。即ち、金属プレート２９，２９等の、短くて太い金属によって両者を接続することにより、インダクタンスを減少させることができる。
【００５０】
図７に、ゲート制御回路２３から信号を送って、固体スイッチＳＷを導通させる場合のタイミングチャートを示す。図７においては、図１０に示したものと同じ従来技術に関わるタイミングチャートを破線で、実施形態に関わるタイミングチャートを実線で示している。図７に示すように、ゲート出力基板と固体スイッチＳＷとを、ポスト３５，３５等によって結んでインダクタンスを減少させることにより、矢印に示すようにコレクタ電流ｉＣの立ち上がりが速くなって、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間Δｔ２が短くなっている。
【００５１】
このように、時間Δｔ２を短くすることによる、電力損失の低減効果について、例を挙げて説明する。  
図８において、高圧電源ＣＨＧは、交流電源からの入力を約８０％の効率で出力し、パルス発生回路ＰＰＭに高電圧を印加する。パルス発生回路ＰＰＭは、固体スイッチＳＷ（ＩＧＢＴ）の導通により、時間Δｔ２による電力損失を負いながら、尖頭値の高いパルス電流ｉ１（図１参照）を発生させる。  
磁気パルス圧縮回路ＭＰＣは、約８０％の効率でこのパルス電流ｉ１を圧縮し、主放電を起こしてレーザ光１３を発振させる。レーザチャンバ１２内部に注入された電力に対し、レーザ光１３の出力の効率は、約０．２５％（１／４００）である。
【００５２】
このようなガスレーザ装置において、例えば１０ｍＪのパルスエネルギー及び２kHzの繰り返し周波数という発振条件で、レーザ光１３を発振させるものとする。逆算すると、レーザチャンバ１２に注入される電力は、レーザ光１３の１パルスあたり、およそ４Ｊ（＝１０ｍＪ×４００）となる。  
このとき、磁気パルス圧縮回路ＭＰＣは約８０％の効率を有しているので、磁気パルス圧縮回路ＭＰＣへの入力エネルギーは、約５Ｊが必要である。
【００５３】
コンピュータシミュレーションによれば、Δｔ２を短縮することにより、電力損失ｉＣ・ＶＣを、例えば従来技術の１Ｊに対して約０．５Ｊに減少させることが可能である。即ち、従来技術によれば、１００ｍＪのパルスエネルギーのレーザ光１３を得るために、高圧電源ＣＨＧの出力が、約６Ｊ必要であったのに対し、本発明によれば約５．５Ｊしか必要でないことになる。
【００５４】
高圧電源ＣＨＧの効率を８０％とし、レーザ光１３の繰り返し周波数を上述したように２kHzとすると、従来技術による交流電源から消費される電力は、１５ｋＷ（＝６Ｊ×２kHz／０．８）となる。これに対し、本発明によれば、交流電源から消費される電力は、１３．７５ｋＷ（＝５．５Ｊ×２kHz／０．８）となり、約１．２５ｋＷの電力が省力化されることになる。この省電力化は、繰り返し周波数が上がるほど、顕著になる。
【００５５】
また、磁気アシストＳＲ１は、出力電圧ＶOUTがゲート制御回路２３から固体スイッチＳＷに送られてから、固体スイッチＳＷが完全に短絡するまでの間、その両端にかかる電圧を保持している。そして、電圧の時間積分値が所定の値になったとき、飽和して急激に低インピーダンスとなることにより、パルス幅の狭い電流ｉ１を作り出している。
【００５６】
上述したように本実施形態においては、ゲート制御回路２３と固体スイッチＳＷとの間を金属プレート２９によって電気的に接続することにより、固体スイッチＳＷが短絡するまでの時間が短縮される。その結果、磁気アシストＳＲ１が両端にかかる電圧を保持する時間が、短くてすむことになる。従って、磁気アシストＳＲ１のコアを小さくすることができるので、磁気アシストＳＲ１における電力の損失が低減される。
【００５７】
また、コアが小さくなることにより、磁気アシストＳＲ１を流れる電流ｉ１のパルス幅が、より狭くなる。従って、磁気パルス圧縮回路ＭＰＣは予めパルス幅の狭くなった電流を圧縮することになり、その圧縮率を小さくすることができる。即ち、磁気パルス圧縮回路ＭＰＣの磁気スイッチＳＲ２，ＳＲ３のコアを小さくすることができるので、磁気スイッチＳＲ２，ＳＲ３における電力の損失も小さくなる。  
また、これらの磁気スイッチＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３における電力の損失が小さくなることにより、発生する熱も小さくなる。その結果、繰り返し周波数を上げても、発生した熱を冷却するための冷却機構をさほど大型化せずともよく、繰り返し周波数を上げることが容易となる。
【００５８】
しかも、プリント基板３２をＬ字型とし、その上に固体スイッチの保護のためのツェナーダイオードを搭載しているので、ツェナーダイオード同士の間隔が広がり、絶縁破壊が起きにくい。  
また、プリント基板３２上に並べられるツェナーダイオードの数が多くなるため、ツェナーダイオードの１個あたりにかかる電圧が低くなり、絶縁破壊がより起こりにくい。
【００５９】
尚、上記実施形態においては、固体スイッチＳＷが絶縁状態から短絡する場合について説明したが、逆の、短絡状態から絶縁になる場合についても、全く同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】高電圧パルス発生装置の回路図。
【図２】実施形態に関わる固体スイッチの斜視図。
【図３】実施形態に関わる固体スイッチモジュールの斜視図。
【図４】実施形態に関わる固体スイッチ及びプリント基板の側面図。
【図５】実施形態に関わる固体スイッチ及びプリント基板の側面図。
【図６】実施形態に関わる固体スイッチ及びゲート制御回路の回路図。
【図７】実施形態に関わるゲート制御回路と固体スイッチとの動作を示すタイミングチャート。
【図８】実施形態における損失を示す説明図。
【図９】従来技術に関わる固体スイッチ及びゲート制御回路の回路図。
【図１０】従来技術に関わるゲート制御回路と固体スイッチとの動作を示すタイミングチャート。
【図１１】従来技術に関わる固体スイッチモジュールの平面図。
【図１２】従来技術に関わる固体スイッチ及びゲート制御回路の回路図。
【図１３】従来技術に関わる固体スイッチモジュールの平面図。
【符号の説明】
【００６１】
１１：オイルタンク、１２：レーザチャンバ、１３：レーザ光、１４：主電極、１５：主電極、１６：誘電体チューブ、１７：第１予備電離電極、１８：第２予備電離電極、２０：直流電源、２１：予備電離電極、２２：ツイストペアケーブル、２３：ゲート制御回路、２４：コネクタ、２５：コネクタ、２６：電流導入端子、２７：ボルト、２８：ボルト、２９：金属プレート、３０：出力ターミナル、３１：入力ターミナル、３２：プリント基板、３３：パッケージ、３４：ネジ穴、３５：ポスト、３６：直流電源、３７：コネクタ、３９：ツェナーダイオード、４０：パターン、４１：電力線、４２：金属板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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