[发明专利]用于高重复率准分子激光的无二次放电高效激励电路

说明书

本发明公开了一种用于高重复率准分子激光的无二次放电高效激励电路，包括具有两组原边绕组和一组副边绕组的脉冲变压器，脉冲变压器两个原边绕组分别通过正向充电电路和反向充电电路与储能电容连接，脉冲变压器的副边绕组两端的导线之间连接有多组高压陶瓷电容，相邻高压陶瓷电容相同方向一端之间连接有磁脉冲压缩开关，仅最后一组高压陶瓷电容上并联有残余能量吸收电路。本发明设计了一种可用于高重复率准分子激光的无二次放电高效激励电路，可广泛应用于高压放电激励的激光器。

技术领域

本发明涉及准分子激光器激励电路领域，具体是一种用于高重复率准分子激光的无二次放电高效激励电路。

背景技术

准分子激光器广泛应用于工业、医疗、科研等领域，尤其高重复率准分子激光器在半导体光刻中有难以替代的作用。在光刻等需要高重复率准分子激光器的应用行业，通常准分子激光器的数百Hz重复率不能满足需求。例如，目前半导体光刻中使用的KrF、ArF准分子激光器重复率达到6000Hz。为满足光刻等需要高重复频率运行的要求，全固态脉冲激励技术（Solid State Pulse Power Module，简称SSPPM）被引入到准分子激光激励电路中，以解决一般准分子激光器中闸流管的寿命瓶颈问题，从而实现准分子激光器高重复率、长寿命的运转。全固态脉冲激励技术是利用可控谐振充电技术和磁脉冲压缩技术产生高压窄脉冲放电泵浦准分子激光工作物质。准分子激光器属气体放电激光器，激光气体击穿放电时呈负阻抗特性，因此激励电路很难与气体负载做到很好的阻抗匹配，激励电路注入激光气体的能量因为阻抗不匹配会有部分能量返回激励电路。返回的能量在激励电路中极易形成二次振荡，在激光气体中形成二次放电，损伤激光放电电极，还容易导致高重复频率准分子激光器运行不稳定。目前的高重频准分子激光激励回路中，为了衰减返回激励回路的能量，只能在回路中添加阻性吸收电路，使能量转换为热消耗掉，因此电源整体效率不高。且因为阻性吸收电路吸收能量不充分，仍可能形成二次振荡，导致二次放电损伤激光放电电极。

如图1所示是现有的典型高重频率准分子激光器激励电路，储能电容C0通过前端充电电容充电到几百V到几千V，通过固体开关S1，一般是IGBT，连接脉冲变压器进行放电，D1是止回二极管。C0充电波形如图2，脉冲变压器一般变比为1:10~30，对电压进行提升。C1、C2、C3、Cd均为高压陶瓷电容，MS1、MS2、MS3为磁脉冲压缩开关。C0能量转移到C1时间为4-8μs，在C0能量转移到C1过程中，磁脉冲压缩开关MS1处于关断状态，直到能量转移完成，C1电压达到最大值时，MS1正好饱和，由关断状态切换到导通状态，C1能量向C2转移，转移时间约为700ns-1.2μs。与前一过程类似，在C1 能量转移到C2过程中，磁脉冲压缩开关MS2处于关断状态，直到能量转移完成，C2电压达到最大值时，MS2正好饱和，由关断状态切换到导通状态，C2能量向C3转移，转移时间约为120ns-200ns。在C2 能量转移到C3过程中，磁脉冲压缩开关MS3处于关断状态，直到能量转移完成，C3电压达到最大值时，MS3正好饱和，由关断状态切换到导通状态，C3能量向Cd转移，转移时间约为70ns-150ns。Cd通过电极E对工作气体放电，通过放电激励从而形成激光。

由于放电回路很难与激光工作气体阻抗做到完全匹配，放电后会在电路中形成残余振荡。电感L1和功率电阻R1组成一组残余能量吸收电路，同样，电感L2和功率电阻R2组成一组残余能量吸收电路，电感L3和功率电阻R3组成一组残余能量吸收电路, 电感L4和功率电阻R4组成一组残余能量吸收电路，通过多组吸收电路对残余振荡进行衰减。