JP2001083557A - Laser device - Google Patents
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Lasers (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、紫外光を発生する
レーザ装置に関し、特に半導体素子、撮像素子(CCD
など)、液晶表示素子、プラズマディスプレイ素子、及
び薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスを製造するた
めのフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置の露
光光源や計測用光源に使用して好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device for generating ultraviolet light, and more particularly to a semiconductor device and an image pickup device (CCD).
Etc.), a liquid crystal display element, a plasma display element, and a light source for measurement or a light source of an exposure apparatus used in a photolithography process for manufacturing a micro device such as a thin film magnetic head.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば半導体集積回路を製造するための
フォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マス
クとしてのレチクル(フォトマスク)上に精密に描かれ
た回路パターンを、基板としてのフォトレジストを塗布
したウエハ上に光学的に縮小して投影露光する。この露
光時におけるウエハ上での最小パターン寸法(解像度)
を小さくするのに最も単純かつ有効な方法の一つは、露
光光の波長(露光波長)を小さくすることである。ここ
で露光光の短波長化の実現と合わせて、露光光源を構成
する上で備えるべきいくつかの条件につき説明する。2. Description of the Related Art For example, an exposure apparatus used in a photolithography process for manufacturing a semiconductor integrated circuit uses a circuit pattern precisely drawn on a reticle (photomask) as a mask and a photoresist as a substrate. The coated wafer is optically reduced and projected and exposed. Minimum pattern size (resolution) on the wafer during this exposure
Is one of the simplest and most effective methods for reducing the wavelength of the exposure light (exposure wavelength). Here, a description will be given of some conditions to be provided for configuring an exposure light source, together with the realization of a shorter wavelength of exposure light.
【0003】第1に、例えば数ワットの光出力が求めら
れる。これは集積回路パターンの露光、転写に要する時
間を短くして、スループットを高めるために必要であ
る。第2に、露光光が波長300nm以下の紫外光の場
合には、投影光学系の屈折部材(レンズ)として使用で
きる光学材料が限られ、色収差の補正が難しくなってく
る。このため露光光の単色性が必要であり、露光光のス
ペクトル線幅は1pm程度以下にすることが求められ
る。First, a light output of, for example, several watts is required. This is necessary to shorten the time required for exposing and transferring the integrated circuit pattern and to increase the throughput. Second, when the exposure light is ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less, optical materials that can be used as a refraction member (lens) of the projection optical system are limited, and it becomes difficult to correct chromatic aberration. Therefore, monochromaticity of the exposure light is required, and the spectral line width of the exposure light is required to be about 1 pm or less.
【0004】第3に、このスペクトル線幅の狭帯化に伴
い時間的コヒーレンス(可干渉性)が高くなるため、狭
い線幅の光をそのまま照射すると、スペックルと呼ばれ
る不要な干渉パターンが生ずる。従ってこのスペックル
の発生を抑制するために、露光光源では空間的コヒーレ
ンスを低下させる必要がある。これらの条件を満たす従
来の短波長の光源の一つは、レーザの発振波長自身が短
波長であるエキシマレーザを用いた光源であり、もう一
つは赤外又は可視域のレーザの高調波発生を利用した光
源である。Third, since the temporal coherence (coherence) increases with the narrowing of the spectral line width, an unnecessary interference pattern called speckle occurs when light having a narrow line width is irradiated as it is. . Therefore, in order to suppress the occurrence of speckle, it is necessary to reduce the spatial coherence of the exposure light source. One of the conventional short-wavelength light sources that satisfies these conditions is a light source that uses an excimer laser whose oscillation wavelength itself is a short wavelength, and the other is the generation of harmonics of an infrared or visible laser. It is a light source utilizing the above.
【0005】このうち、前者の短波長光源としては、K
rFエキシマレーザ(波長248nm)が使用されてお
り、現在では更に短波長のArFエキシマレーザ(波長
193nm)を使用する露光装置の開発が進められてい
る。更に、エキシマレーザの仲間であるF2 レーザ(波
長157nm)の使用も提案されている。しかし、これ
らのエキシマレーザは大型であること、発振周波数が現
状では数kHz程度であるため、単位時間当たりの照射
エネルギーを高めるためには1パルス当たりのエネルギ
ーを大きくする必要があり、このためにいわゆるコンパ
クション等によって光学部品の透過率変動等が生じやす
いこと、メインテナンスが煩雑でかつ費用が高額となる
ことなどの種々の問題があった。Among them, the former short wavelength light source is K
An rF excimer laser (wavelength: 248 nm) is used, and an exposure apparatus using an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) having a shorter wavelength is currently being developed. Furthermore, it has been proposed the use of F 2 laser is a fellow excimer laser (wavelength 157 nm). However, these excimer lasers are large in size and the oscillation frequency is about several kHz at present, so that it is necessary to increase the energy per pulse in order to increase the irradiation energy per unit time. There have been various problems such as the fact that the transmittance of the optical component tends to fluctuate due to so-called compaction, etc., and that the maintenance is complicated and the cost is high.
【0006】また後者の方法としては、非線形光学結晶
の2次の非線形光学効果を利用して、長波長の光(赤外
光、可視光)をより短波長の紫外光に変換する方法があ
る。例えば文献「¨Longitudinally diode pumped cont
inuous wave 3.5W green laser¨,L. Y. Liu, M. Oka,
W. Wiechmann and S. Kubota; Optics Letters, vol.1
9,p189(1994)」では、半導体レーザ光で励起された固体
レーザからの光を波長変換するレーザ光源が開示されて
いる。この従来例では、Nd:YAGレーザの発する1
064nmのレーザ光を、非線形光学結晶を用いて波長
変換し、4倍高調波の266nmの光を発生させる方法
が記載されている。なお、固体レーザとは、レーザ媒質
が固体であるレーザの総称である。As the latter method, there is a method of converting long-wavelength light (infrared light or visible light) into shorter-wavelength ultraviolet light by utilizing the second-order nonlinear optical effect of a nonlinear optical crystal. . For example, in the literature `` ¨Longitudinally diode pumped cont
inuous wave 3.5W green laser¨, LY Liu, M. Oka,
W. Wiechmann and S. Kubota; Optics Letters, vol.1
9, p189 (1994) "discloses a laser light source that converts the wavelength of light from a solid-state laser excited by semiconductor laser light. In this conventional example, 1 is emitted from the Nd: YAG laser.
A method is described in which a 064 nm laser beam is wavelength-converted by using a nonlinear optical crystal to generate a 266 nm beam of a fourth harmonic. Note that a solid-state laser is a general term for a laser whose laser medium is solid.
【0007】また、例えば特開平8−334803号公
報では、半導体レーザを備えたレーザ光発生部と、この
レーザ光発生部からの光を非線形光学結晶により紫外光
に波長変換する波長変換部とから構成されるレーザ要素
を複数個、マトリックス状(例えば10×10)に束ね
たアレイレーザが提案されている。[0007] For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-334803, a laser light generator provided with a semiconductor laser and a wavelength converter for converting light from the laser light generator into ultraviolet light by a nonlinear optical crystal are used. There has been proposed an array laser in which a plurality of laser elements are bundled in a matrix (for example, 10 × 10).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】このような構成の従来
のアレイレーザでは、個々のレーザ要素の光出力を低く
抑えつつ、装置全体の光出力を高出力とすることがで
き、各非線形光学結晶への負担を軽減することができ
る。しかし、一方では、個々のレーザ要素が独立してい
ることから、露光装置への適用を考慮した場合には、レ
ーザ要素全体でその発振スペクトルを全幅で1pm程度
以下まで一致させる必要がある。In the conventional array laser having such a configuration, the optical output of the entire apparatus can be increased while the optical output of each laser element is suppressed low. The burden on the user can be reduced. However, on the other hand, since the individual laser elements are independent, it is necessary to match the oscillation spectrum of the entire laser element to about 1 pm or less in the entire width in consideration of application to an exposure apparatus.
【0009】このため、例えば、各レーザ要素に自律的
に同一波長の単一縦モード発振をさせるためには、各々
のレーザ要素の共振器長を調整し、あるいは共振器中に
波長選択素子を挿入したりする必要があった。しかし、
これらの方法は、その調整が微妙であること、構成する
レーザ要素が多くなればなるほど全体を同一波長で発振
させるのに複雑な構成が必要になること等の問題があっ
た。For this reason, for example, in order for each laser element to autonomously oscillate in a single longitudinal mode having the same wavelength, the resonator length of each laser element is adjusted, or a wavelength selection element is provided in the resonator. Or had to be inserted. But,
These methods have problems such as that the adjustment is delicate, and that the more laser elements that compose, the more complicated the configuration is required to oscillate the whole at the same wavelength.
【0010】一方、これら複数のレーザを能動的に単一
波長化する方法としてインジェクションシード法がよく
知られている(例えば、「Walter Koechner; Solid-sta
te Laser Engineering, 3rd Edition, Springer Series
in Optical Science, Vol.1, Springer-Verlag, ISBN
0-387-53756-2, p246-249」参照)。これは、発振スペ
クトル線幅の狭い単一のレーザ光源からの光を複数のレ
ーザ要素に分岐し、このレーザ光を誘導波として用いる
ことにより、各レーザ要素の発振波長を同調させ、かつ
スペクトル線幅を狭帯域化するという方法である。しか
し、この方法では、シード光を各レーザ要素に分岐する
光学系や、発振波長の同調制御部を必要とするため構造
が複雑になるという問題があった。On the other hand, an injection seed method is well known as a method for actively converting a plurality of lasers to a single wavelength (for example, “Walter Koechner; Solid-stadium”).
te Laser Engineering, 3rd Edition, Springer Series
in Optical Science, Vol.1, Springer-Verlag, ISBN
0-387-53756-2, p246-249 "). This is because the light from a single laser light source with a narrow oscillation spectrum line width is split into a plurality of laser elements, and this laser light is used as a guided wave to tune the oscillation wavelength of each laser element, and This is a method of narrowing the width. However, this method has a problem that the structure is complicated because an optical system for branching the seed light to each laser element and a tuning control unit for the oscillation wavelength are required.
【0011】更に、このようなアレイレーザは、従来の
エキシマレーザに比べて装置全体を格段に小さくするこ
とが可能だが、それでもアレイ全体の出力ビーム径を数
cm以下におさえるパッケージングは困難であった。ま
た、このように構成されたアレイレーザでは、各アレイ
ごとに波長変換部が必要となるため高価となること、ア
レイを構成するレーザ要素の一部にアライメントずれが
生じた場合や構成する光学素子に損傷が発生した場合
に、このレーザ要素の調整をするためには、一度アレイ
全体を分解してこのレーザ要素を取り出し、調整した上
で再度アレイを組み立て直す必要があること、などの課
題があった。Further, such an array laser can significantly reduce the size of the entire device as compared with a conventional excimer laser, but it is still difficult to reduce the output beam diameter of the entire array to several cm or less. Was. In addition, the array laser configured as described above is expensive because a wavelength conversion unit is required for each array, and it is expensive when a part of the laser elements forming the array is misaligned or when the optical element is configured. In the event that damage occurs to the laser element, it is necessary to disassemble the entire array once, take out the laser element, adjust it, and reassemble the array in order to adjust this laser element. there were.
【0012】また、そのような光源を光ファイバーを用
いて構成することも考えられるが、単に光ファイバーを
用いて強度の強い光を伝播させると、光ファイバーの非
線形効果に起因したSelf Phase Modulation (以下、
「SPM」と言う)、Stimulated Raman Scattering
(以下、「SRS」と言う)、Stimulated Brillouin S
cattering (以下、「SBS」と言う)等の影響で伝播
光の波長幅が広がるという不都合がある。このような波
長幅の広がりによって、露光光のスペクトル線幅を1p
m程度以下にするための余裕度(マージン)が低下する
ことになる。It is also conceivable to construct such a light source using an optical fiber. However, if strong light is simply propagated using an optical fiber, Self Phase Modulation (hereinafter, referred to as “Self Phase Modulation”) caused by the nonlinear effect of the optical fiber is considered.
"SPM"), Stimulated Raman Scattering
(Hereinafter referred to as "SRS"), Stimulated Brillouin S
There is a disadvantage that the wavelength width of the propagating light is widened due to the influence of cattering (hereinafter referred to as “SBS”). Due to such spread of the wavelength width, the spectral line width of the exposure light is reduced by 1 p.
The margin (margin) for reducing the value to about m or less is reduced.
【0013】本発明は斯かる点に鑑み、露光装置の光源
に使用できると共に、装置を小型化でき、かつメンテナ
ンスの容易なレーザ装置を提供することを第1の目的と
する。更に本発明は、使用する光学素子の非線形効果に
起因した波長幅の広がりを抑制できるレーザ装置を提供
することを第2の目的とする。In view of the above, it is a first object of the present invention to provide a laser apparatus which can be used as a light source of an exposure apparatus, can be downsized, and can be easily maintained. It is a second object of the present invention to provide a laser device capable of suppressing the spread of the wavelength width due to the nonlinear effect of the optical element used.
【0014】更に本発明は、発振周波数を高くして、か
つ空間的コヒーレンスを低減できると共に、全体として
の発振スペクトル線幅を簡単な構成で狭くできるレーザ
装置を提供することを第3の目的とする。It is a third object of the present invention to provide a laser device capable of increasing the oscillation frequency, reducing the spatial coherence, and narrowing the overall oscillation spectrum line width with a simple configuration. I do.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明による第1のレー
ザ装置は、単一波長の紫外光を発生するレーザ装置であ
って、赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長の
レーザ光を発生するレーザ光発生部(11)と、このレ
ーザ光発生部から発生されたレーザ光を順次増幅する複
数段の光ファイバー増幅器(22,25)と、この複数
段の光ファイバー増幅器の間に配置された狭帯域フィル
タ(24A)及びアイソレータ(IS3)とを有する光
増幅部(18)と、この光増幅部によって増幅されたレ
ーザ光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換する
波長変換部(20)とを備えたものである。SUMMARY OF THE INVENTION A first laser device according to the present invention is a laser device for generating single-wavelength ultraviolet light, and has a single-wavelength laser within a wavelength range from infrared to visible. A laser light generator (11) for generating light, a plurality of optical fiber amplifiers (22, 25) for sequentially amplifying the laser light generated from the laser light generator, and a plurality of optical fiber amplifiers arranged between the plurality of optical fiber amplifiers; (18) having a narrow band filter (24A) and an isolator (IS3), and a wavelength converter for converting the laser light amplified by the optical amplifier into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal. (20).
【0016】この場合、複数段の光ファイバー増幅器間
にはASE(Amplified Spontanious Emission)を時間
的に取り除くために、パルス光が通過するときだけオン
にするゲートの働きを行う素子、例えば音響光学素子
(AOM)や電気光学素子(EOM)を挿入してもよ
い。また、本発明による第2のレーザ装置は、単一波長
の紫外光を発生するレーザ装置であって、赤外域から可
視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ光を発生する
レーザ光発生部(11)と、このレーザ光発生部から発
生されたレーザ光を増幅する複数の増幅用光ファイバー
(22,25)と、複数の増幅用の励起光を発生する励
起光発生光源(23A)と、その複数の増幅用光ファイ
バーの間に配置された狭帯域フィルタ(24A)又はア
イソレータ(IS3)と、この狭帯域フィルタ又はアイ
ソレータと並列にその励起光を通過させるためのバイパ
ス部材(21B,21C,30)とを有する光増幅部
(18A;18B)と、この光増幅部によって増幅され
たレーザ光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換
する波長変換部(20)とを備えたものであるまた、本
発明による第3のレーザ装置は、単一波長の紫外光を発
生するレーザ装置であって、赤外域から可視域までの波
長範囲内で単一波長のレーザ光を発生するレーザ光発生
部(11)と、このレーザ光発生部から発生されたレー
ザ光を順次増幅する複数段の光ファイバー増幅器(2
2,25)と、この複数段の増幅用光ファイバーのそれ
ぞれのために励起光を発生する複数の励起光発生光源
(23A,23D)と、その複数段の増幅用光ファイバ
ーの間に配置された狭帯域フィルタ(24A)とを備
え、狭帯域フィルタの両側に結合された光ファイバー端
に励起光を反射するための反射膜が形成された光増幅部
(18C)と、この光増幅部によって増幅されたレーザ
光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換する波長
変換部(20)とを備えたものである。In this case, in order to temporally remove ASE (Amplified Spontanious Emission) between the plurality of stages of optical fiber amplifiers, an element which acts as a gate for turning on only when pulsed light passes, for example, an acousto-optical element ( AOM) or an electro-optical element (EOM) may be inserted. Further, a second laser device according to the present invention is a laser device that generates a single wavelength ultraviolet light, and generates a single wavelength laser light within a wavelength range from an infrared region to a visible region. Section (11), a plurality of amplifying optical fibers (22, 25) for amplifying the laser light generated from the laser light generating section, and an excitation light generating light source (23A) for generating a plurality of amplifying excitation lights. , A narrow band filter (24A) or isolator (IS3) disposed between the plurality of amplifying optical fibers, and a bypass member (21B, 21C, 21B, 21C, 21B) for passing the excitation light in parallel with the narrow band filter or isolator. 30), and a wavelength conversion unit (20) for converting the wavelength of the laser light amplified by the optical amplification unit into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal. The third laser device according to the present invention is a laser device that generates a single-wavelength ultraviolet light, and has a single-wavelength laser light within a wavelength range from an infrared region to a visible region. And a plurality of stages of optical fiber amplifiers (2) for sequentially amplifying the laser light generated from the laser light generating unit.
2, 25), a plurality of pumping light generating light sources (23A, 23D) for generating pumping light for each of the plurality of stages of amplification optical fibers, and a narrow space disposed between the plurality of stages of amplification optical fibers. A band-pass filter (24A), an optical amplifier (18C) in which a reflection film for reflecting excitation light is formed at an end of an optical fiber coupled to both sides of the narrow band filter, and amplified by the optical amplifier. A wavelength converter (20) for converting the wavelength of the laser light into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal.
【0017】また、本発明による第4のレーザ装置は、
単一波長の紫外光を発生するレーザ装置であって、赤外
域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ光を
発生するレーザ光発生部(11)と、このレーザ光発生
部から発生されたレーザ光を所定周波数で所定幅のパル
ス光に変換する光変調部(12)と、この光変調部を通
過したレーザ光を増幅する光ファイバー増幅器(22,
25)を有する光増幅部(18−1)と、この光増幅部
によって増幅されたレーザ光を非線形光学結晶を用いて
紫外光に波長変換する波長変換部(20)とを備え、そ
の光変調部で変換されるパルス光の幅は、最終的に発生
する紫外光で所定の波長幅を得るためのパルス幅よりも
広く設定されるものである。Further, a fourth laser device according to the present invention comprises:
A laser device for generating a single-wavelength ultraviolet light, comprising: a laser light generator (11) for generating a single-wavelength laser light within a wavelength range from an infrared region to a visible region; An optical modulator (12) for converting the generated laser light into a pulse light having a predetermined frequency and a predetermined width; and an optical fiber amplifier (22, 22) for amplifying the laser light having passed through the light modulator.
25), and a wavelength converter (20) for converting the wavelength of the laser light amplified by the optical amplifier into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal. The width of the pulse light converted by the unit is set to be wider than the pulse width for obtaining a predetermined wavelength width with the finally generated ultraviolet light.
【0018】また、本発明の第5のレーザ装置は、単一
波長の紫外光を発生するレーザ装置であって、赤外域か
ら可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ光を発生
するレーザ光発生部(11)と、このレーザ光発生部か
ら発生されたレーザ光を増幅する光ファイバー増幅器
(25)と、この光ファイバー増幅器で増幅されたレー
ザ光を伝播する伝送用光ファイバー(26)と、その光
ファイバー増幅器とその伝送用光ファイバーとの間に配
置された狭帯域フィルタ(24A)とを有する光増幅部
(18D)と、この光増幅部によって増幅されたレーザ
光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換する波長
変換部(20)とを備えたものである。A fifth laser device of the present invention is a laser device for generating a single-wavelength ultraviolet light, and generates a single-wavelength laser light within a wavelength range from an infrared region to a visible region. A laser light generator (11), an optical fiber amplifier (25) for amplifying the laser light generated from the laser light generator, and a transmission optical fiber (26) for propagating the laser light amplified by the optical fiber amplifier. An optical amplifier (18D) having a narrow-band filter (24A) disposed between the optical fiber amplifier and the transmission optical fiber; A wavelength converter (20) for converting the wavelength into light.
【0019】斯かる本発明の各レーザ装置によれば、そ
のレーザ光発生部としては、例えば発振波長が制御され
たDFB(Distributed feedback)半導体レーザ、又は
ファイバーレーザ等の小型で発振スペクトルの狭い光源
を使用することができる。そして、そのレーザ光発生部
からの単一波長のレーザ光を複数段の光ファイバー増幅
器で増幅した後、非線形光学結晶で紫外光に変換するこ
とによって、高出力で単一波長の狭いスペクトル幅の紫
外光を得ることができる。従って、小型でかつメンテナ
ンスの容易なレーザ装置を提供できる。According to each of the laser devices of the present invention, the laser light generating unit is a small-sized light source having a narrow oscillation spectrum, such as a DFB (Distributed Feedback) semiconductor laser having a controlled oscillation wavelength or a fiber laser. Can be used. A single-wavelength laser beam from the laser light generating section is amplified by a multi-stage optical fiber amplifier, and then converted to ultraviolet light by a nonlinear optical crystal, thereby providing a high-output, single-wavelength, narrow-spectrum ultraviolet light. You can get light. Therefore, it is possible to provide a laser device that is small and easy to maintain.
【0020】この場合、光ファイバー増幅器としては、
例えばエルビウム(Er)・ドープ・光ファイバー増幅
器(Erbium-Doped Fiber Amplifier: EDFA)、イッ
テルビウム(Yb)・ドープ・光ファイバー増幅器(Y
DFA)、プラセオジム(Pr)・ドープ・光ファイバ
ー増幅器(PDFA)、又はツリウム(Tm)・ドープ
・光ファイバー増幅器(TDFA)等を使用することが
できるが、これらの光ファイバー増幅器に強い光を伝播
させると、非線形効果に起因して波長幅が広がる恐れが
ある。In this case, as the optical fiber amplifier,
For example, erbium (Er) -doped optical fiber amplifier (EDFA), ytterbium (Yb) -doped optical fiber amplifier (Y
DFA), praseodymium (Pr) -doped optical fiber amplifier (PDFA), or thulium (Tm) -doped optical fiber amplifier (TDFA) can be used. The wavelength width may be widened due to the non-linear effect.
【0021】その非線形効果中でSPM(Self Phase M
odulation)、及びSRS(Stimulated Raman Scatteri
ng)による波長幅広がりはファイバー長が長いほど大き
くなる。例えば、簡単なモデルでは、SPMによる波長
幅広がりはファイバー長に比例する。従ってファイバー
長を短くすることでSPMによる波長幅広がりを小さく
抑えることができる。また、SRSが起こり始める光強
度をSRS閾値とすると、SRS閾値はファイバー長に
反比例する。従ってファイバー長を短くすることでSR
S閾値を増加させ、SRSが起こりにくくすることで、
光ファイバー増幅器出力の波長幅広がりを抑える効果が
得られる。SPM,SRS何れの場合にもファイバー長
を短くすることで、波長幅広がりを低減できる。In the nonlinear effect, the SPM (Self Phase M
odulation) and SRS (Stimulated Raman Scatteri)
ng) increases as the fiber length increases. For example, in a simple model, the wavelength width spread due to SPM is proportional to the fiber length. Therefore, by shortening the fiber length, the spread of the wavelength width due to SPM can be reduced. When the light intensity at which SRS starts to occur is defined as the SRS threshold, the SRS threshold is inversely proportional to the fiber length. Therefore, by reducing the fiber length, the SR
By increasing the S threshold and making SRS less likely to occur,
The effect of suppressing the spread of the wavelength width of the output of the optical fiber amplifier can be obtained. In both cases of SPM and SRS, shortening the fiber length can reduce the wavelength width spread.
【0022】次に、SRS及びSBS(Stimulated Bri
llouin Scattering )は、ファイバーを伝播する光がフ
ォノンによる散乱を受け、フォノン・サイドバンドに散
乱される現象である。フォノン・サイドバンドに散乱さ
れた光の波長は、フォノンの波長分だけ元の波長とは異
なり、元の波長幅に対して波長幅が広がることになる。
更に、SRS及びSBSではフォノン・サイドバンドに
散乱された光がコヒーレントに増幅され、強度が大きく
なる。特に、フォノン・サイドバンドに相当する波長の
ノイズが存在する場合には、それが種(シード光)とな
って増幅を受けるため散乱光の強度が大きくなり、SR
S,SBSによる波長幅広がりの影響が顕著になる。従
って、SRS,SBSの影響を低減するためには種とな
るノイズを低減することが必要である。Next, SRS and SBS (Stimulated Bri
Llouin Scattering is a phenomenon in which light propagating through a fiber is scattered by phonons and is scattered by phonon sidebands. The wavelength of the light scattered by the phonon sideband differs from the original wavelength by the wavelength of the phonon, and the wavelength width is wider than the original wavelength width.
Further, in SRS and SBS, the light scattered in the phonon sideband is coherently amplified, and the intensity increases. In particular, when noise having a wavelength corresponding to the phonon sideband exists, it becomes a seed (seed light) and is amplified, so that the intensity of the scattered light increases, and the SR
The influence of the wavelength width spread by S and SBS becomes remarkable. Therefore, it is necessary to reduce seed noise in order to reduce the influence of SRS and SBS.
【0023】そこで、上記の本発明においては、先ず複
数段の光ファイバー増幅器の接続部に狭帯域フィルタ及
びアイソレータを挿入することによって、Amplified Sp
ontanious Emission(以下、「ASE」と言う)ノイズ
を軽減する。これによって、SRS及びSBSを低減で
きる。また、別の方法として複数段の光ファイバー増幅
器の間にアイソレータを挿入することによってもASE
を小さくできるため、SRS及びSBSの影響を低減で
きる。更に、複数段の光ファイバー増幅器の間に狭帯域
フィルタを挿入することによってASEを小さくできる
と共に、狭帯域フィルタはラマン(Raman)散乱によって
散乱された光をブロックできるために、散乱光がコヒー
レントに増幅されることがなくなって、SRSの影響も
低減される。Therefore, in the above-mentioned present invention, first, a narrow band filter and an isolator are inserted into a connection portion of a plurality of stages of optical fiber amplifiers, so that an amplified
Reduces ontanious emission (hereinafter referred to as “ASE”) noise. Thereby, SRS and SBS can be reduced. Another method is to insert an isolator between a plurality of stages of optical fiber amplifiers.
Can be reduced, so that the effects of SRS and SBS can be reduced. Furthermore, the ASE can be reduced by inserting a narrow band filter between the optical fiber amplifiers in a plurality of stages, and the narrow band filter can block the light scattered by Raman scattering, so that the scattered light can be amplified coherently. And the effect of SRS is reduced.
【0024】これらの場合に、アイソレータ又は狭帯域
フィルタにより励起光の伝播が阻止される。そこで、励
起光をアイソレータ又は狭帯域フィルタの前後の光ファ
イバー増幅器に伝播できるようにバイパス部材を設けて
いる。このバイパス部材では、カップリング用の波長分
割多重(Wavelength Division Multiplexing:WDM)
素子を用いることによって、励起光を効率的に使用する
ことができる。In these cases, the propagation of the excitation light is blocked by the isolator or the narrow band filter. Therefore, a bypass member is provided so that the excitation light can be transmitted to the optical fiber amplifier before and after the isolator or the narrow band filter. In this bypass member, wavelength division multiplexing (WDM) for coupling is used.
By using the element, the excitation light can be used efficiently.
【0025】次に、双方向励起構造の光ファイバー増幅
器においても、その接続部に狭帯域フィルタを配置する
ことで非線形効果による波長幅の広がりが低減される。
更に、その狭帯域フィルタの両端に結合された光ファイ
バーの端面に励起光を反射する膜を形成しておくと、前
方と後方との両側から注入された励起光はそれぞれ反射
されて逆向きに伝播して、元の光ファイバー増幅器に戻
る。これによって、上記の励起光のバイパスのためのW
DM用の合波器等が不要になり、構成が簡略化されると
共に、WDMの挿入損失も無くなる。Next, also in the optical fiber amplifier having the bidirectional pumping structure, the spread of the wavelength width due to the non-linear effect is reduced by arranging the narrow band filter at the connection portion.
Furthermore, if a film that reflects the excitation light is formed on the end face of the optical fiber coupled to both ends of the narrow band filter, the excitation light injected from both the front and rear sides is reflected and propagates in opposite directions. Then, return to the original optical fiber amplifier. As a result, W for bypassing the above-described excitation light is obtained.
This eliminates the need for a multiplexer for DM, simplifies the configuration, and eliminates the insertion loss of WDM.
【0026】次に、更に別の方法として、光変調部で変
換されるパルス光の波形を、最終的に発生する紫外光で
所定の波長幅を得るためのパルス幅、即ち必要な周波数
幅のトランスファー・リミットで決まるパルス幅より数
倍長い幅(例えば、2nsから5ns程度)を持つと共
に、パルス過渡時間がほぼ最大になる波形を使用する方
法もある。この場合には、最終段の光ファイバー増幅器
での利得のブリーチングを利用することによって、出力
光のパルス幅は短くなる。Next, as still another method, the waveform of the pulse light converted by the light modulator is converted into a pulse width for obtaining a predetermined wavelength width with finally generated ultraviolet light, that is, a required frequency width. There is also a method of using a waveform having a width several times longer than the pulse width determined by the transfer limit (for example, about 2 ns to 5 ns) and having a pulse transition time almost maximum. In this case, the pulse width of the output light is shortened by utilizing the bleaching of the gain in the final stage optical fiber amplifier.
【0027】即ち、SPMによる周波数広がりは光強度
の時間変化に比例するので、光強度の時間変化が緩やか
なパルス過渡時間が長いパルスほど周波数広がりが小さ
くなる。従って、パルス幅が長く、過渡時間が長いパル
スを使用することでSPMの影響を低減できる。一方、
パルス幅が広いほどSBSの影響が大きくなるというト
レードオフがある。簡単なモデルでは、SBSが起こり
始める光強度である閾値は、パルス幅に反比例する。し
かし、SBSが最も問題となる最終段の光ファイバー増
幅器では利得のブリーチングがおこるため、出力光のパ
ルス幅は短くなり、パルス幅が広いための悪影響は軽減
される。That is, since the frequency spread due to the SPM is proportional to the time change of the light intensity, the longer the pulse transition time in which the time change of the light intensity is gradual, the smaller the frequency spread. Therefore, the influence of SPM can be reduced by using a pulse having a long pulse width and a long transition time. on the other hand,
There is a trade-off that the influence of SBS increases as the pulse width increases. In a simple model, the threshold, the light intensity at which SBS begins to occur, is inversely proportional to the pulse width. However, in the last stage optical fiber amplifier in which SBS is most problematic, the bleaching of the gain occurs, so that the pulse width of the output light is short, and the adverse effect of the wide pulse width is reduced.
【0028】更に、別の方法として最終段の高出力の光
ファイバー増幅器から伝送用の光ファイバーへのSRS
の伝播を抑えるために、その接続部に狭帯域フィルタを
挿入する方法がある。その狭帯域フィルタによってAS
Eを低減できると共にSRSの伝播が抑えられて、伝播
光の波長幅の広がりが小さくなる。また、光ファイバー
増幅器として、例えばエルビウム・ドープ・光ファイバ
ー増幅器(EDFA)を使用する場合、励起光としては
(980±10)nm及び(1480nm±30)nm
の光を使用できる。ところが、励起波長として、980
nm帯を用いる場合、1480nm帯を用いる場合に比
較して、単位長さ当たりの利得が大きくなる。従って、
所望の利得を得るために必要なファイバー長を短くする
ことができ、ノイズの主要因であるASEを小さくでき
る。このため、980nm帯の励起では1480nm帯
の励起に比較して、光ファイバー増幅器のノイズを低減
できる。Further, as another method, SRS from a high-power optical fiber amplifier at the final stage to an optical fiber for transmission is used.
There is a method of inserting a narrow band filter at the connection part in order to suppress the propagation of the noise. AS by the narrow band filter
E can be reduced and propagation of the SRS is suppressed, and the spread of the wavelength width of the propagated light is reduced. When an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA) is used as the optical fiber amplifier, for example, (980 ± 10) nm and (1480 nm ± 30) nm are used as the excitation light.
Of light can be used. However, the excitation wavelength is 980.
When the nm band is used, the gain per unit length is larger than when the 1480 nm band is used. Therefore,
The fiber length required to obtain a desired gain can be reduced, and ASE, which is a main cause of noise, can be reduced. Therefore, the noise of the optical fiber amplifier can be reduced in the 980 nm band excitation as compared with the 1480 nm band excitation.
【0029】なお、イッテルビウム(Yb)・ドープ・
光ファイバー、及びエルビウムとイッテルビウムとをコ
・ドープした光ファイバーの励起光としては(970±
10)nmの光が使用できる。これらの各レーザ装置に
おいては、そのレーザ光発生部から発生するレーザ光を
複数に分岐する光分岐手段(14,16−1〜16−
m)を更に備え、その光増幅部(18−1〜18−n)
はその複数に分岐されたレーザ光のそれぞれに独立に設
けられると共に、その波長変換部は、その複数の光増幅
部から出力されたレーザ光の束をまとめて波長変換する
ことが望ましい。このように光分岐手段で分岐したレー
ザ光に順次所定の光路長差を付与することで、最終的に
束ねられるレーザ光の空間的コヒーレンスが低減でき
る。また、各レーザ光は共通のレーザ光発生部から発生
しているため、最終的に得られる紫外光のスペクトル線
幅は狭くなっている。It should be noted that ytterbium (Yb) -doped
The excitation light of the optical fiber and the optical fiber doped with erbium and ytterbium is (970 ±
10) nm light can be used. In each of these laser devices, the light splitting means (14, 16-1 to 16-
m), and the optical amplifiers (18-1 to 18-n)
It is preferable that the wavelength converter is independently provided for each of the plurality of laser beams, and the wavelength converter collectively converts the wavelengths of the laser beams output from the plurality of optical amplifiers. By sequentially giving a predetermined optical path length difference to the laser light branched by the light branching means, the spatial coherence of the finally bundled laser light can be reduced. Further, since each laser beam is generated from a common laser beam generator, the spectral line width of the finally obtained ultraviolet light is narrow.
【0030】更に、そのレーザ光は光変調器等によって
例えば100kHz程度の高い周波数で容易に変調する
ことができる。また、各パルス光は所定の時間間隔の例
えば100個程度のパルス光の集合体である。従って、
エキシマレーザ光(周波数は数kHz程度)を使用する
場合に比べて、同じ照度を得るためにはパルスエネルギ
ーを1/1000〜1/10000程度にできるため、
露光光源として用いた場合に、コンパクション等による
光学部材の透過率変動が殆ど無くなり、安定にかつ高精
度に露光を行うことができる。Further, the laser light can be easily modulated at a high frequency of, for example, about 100 kHz by an optical modulator or the like. Each pulse light is an aggregate of, for example, about 100 pulse lights at predetermined time intervals. Therefore,
Compared to using excimer laser light (frequency is about several kHz), the pulse energy can be reduced to about 1/1000 to 1/10000 to obtain the same illuminance.
When used as an exposure light source, there is almost no change in transmittance of the optical member due to compaction or the like, and exposure can be performed stably and with high accuracy.
【0031】次に、本発明の波長変換部の構成について
は、複数の非線形光学結晶の2次高調波発生(SHG)
及び和周波発生(SFG)の組み合わせによって、基本
波に対して任意の整数倍の周波数(波長は整数分の1)
の高調波よりなる紫外光を容易に出力することができ
る。そして、例えばレーザ光発生部で波長が1.5μ
m、特に1.544〜1.552μmに限定されたレー
ザ光を放射し、波長変換部でその基本波の8倍高調波の
発生を行う構成によって、ArFエキシマレーザと実質
的に同一波長の193〜194nmの紫外光が得られ
る。また、レーザ光発生部として波長が1.5μm付
近、特に1.57〜1.58μmに限定されたレーザ光
を放射し、波長変換部でその基本波の10倍高調波の発
生を行う構成によって、F2 レーザと実質的に同一波長
の157〜158nmの紫外光が得られる。同様に、例
えばレーザ光発生部として波長が1.1μm付近、特に
1.099〜1.106μmに限定されたレーザ光を放
射し、波長変換部でその基本波の7倍高調波の発生を行
う構成によって、F2 レーザと実質的に同一波長の紫外
光が得られる。Next, regarding the configuration of the wavelength converter of the present invention, the second harmonic generation (SHG) of a plurality of nonlinear optical crystals will be described.
And the sum frequency generation (SFG), the frequency of which is an integral multiple of the fundamental wave (the wavelength is 1 / integer)
Can be easily output. Then, for example, the wavelength is 1.5 μm in the laser light generating section.
m, in particular, a laser beam limited to 1.544 to 1.552 μm, and the wavelength converter generates an eighth harmonic of the fundamental wave, so that a wavelength of 193 is substantially the same as that of the ArF excimer laser. UV light of 19194 nm is obtained. In addition, the laser light generating section emits laser light having a wavelength of about 1.5 μm, particularly 1.57 to 1.58 μm, and the wavelength conversion section generates a tenth harmonic of the fundamental wave. , ultraviolet light 157~158nm of F 2 laser and substantially the same wavelength can be obtained. Similarly, for example, a laser beam generator emits a laser beam having a wavelength around 1.1 μm, particularly 1.099 to 1.106 μm, and a wavelength converter generates a seventh harmonic of the fundamental wave. Depending on the configuration, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the F 2 laser can be obtained.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、ステッパーや
ステップ・アンド・スキャン方式等の投影露光装置の紫
外域の露光光源、又はアライメントや各種検査用の光源
として使用できる紫外光発生装置に本発明のレーザ装置
を適用したものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this example, the laser device of the present invention is applied to an ultraviolet light source for an exposure light source in an ultraviolet region of a projection exposure apparatus such as a stepper or a step-and-scan method, or an ultraviolet light generator that can be used as a light source for alignment and various inspections. is there.
【0033】図1(a)は、本例の紫外光発生装置を示
し、この図1(a)において、レーザ光発生部としての
単一波長発振レーザ11からスペクトル幅の狭い単一波
長の連続波(CW)よりなる波長1.544μmのレー
ザ光LB1が発生する。このレーザ光LB1は、逆向き
の光を阻止するためのアイソレータIS1を介して光変
調器としての光変調素子12に入射し、ここでパルス光
のレーザ光LB2に変換されて光分岐増幅部4に入射す
る。FIG. 1A shows an ultraviolet light generating apparatus according to the present embodiment. A laser beam LB1 having a wavelength of 1.544 μm and comprising a wave (CW) is generated. The laser light LB1 is incident on an optical modulation element 12 as an optical modulator via an isolator IS1 for blocking light in the opposite direction, where it is converted into a pulsed laser light LB2, Incident on.
【0034】光分岐増幅部4に入射したレーザ光LB2
は、先ず前段の光増幅部としての光ファイバー増幅器1
3を通過して増幅された後、アイソレータIS2を介し
て第1の光分岐素子としての平面導波路型のスプリッタ
14に入射して、m本のほぼ同一強度のレーザ光に分岐
される。mは2以上の整数であり、本例ではm=4であ
る。光ファイバー増幅器13としては、単一波長発振レ
ーザ11から発生されるレーザ光LB1と同じ波長域
(本例では1.544μm付近)の光を増幅するため
に、エルビウム・ドープ・光ファイバー増幅器(Erbium
-Doped Fiber Amplifier: EDFA)が使用されてい
る。なお、光ファイバー増幅器13には不図示のカップ
リング用の波長分割多重素子を介して不図示の励起用の
半導体レーザからの波長980nmの励起光が供給され
ている。エルビウム・ドープ・光ファイバー増幅器(E
DFA)には(980±10)nm又は(1480nm
±30nm)の励起光が使用できる。しかしながら、非
線形効果による波長の広がりを防止するためには、励起
光として波長(980±10)nmのレーザ光を使用し
て、ファイバー長を短くすることが望ましい。これによ
って、更に1480nm帯の光を励起光に使用する場合
に比べてASE(Amplified Spontanious Emission)に
よる光ファイバー増幅器13のノイズを小さくできる点
でも望ましい。これは後段の光ファイバー増幅器につい
ても同様である。The laser beam LB2 incident on the optical branching amplifier 4
First, an optical fiber amplifier 1 as an optical amplification unit in the previous stage
After being amplified by passing through the splitter 3, the light enters the planar waveguide type splitter 14 as the first optical splitter via the isolator IS2, and is split into m laser beams having substantially the same intensity. m is an integer of 2 or more, and in this example, m = 4. The optical fiber amplifier 13 is an erbium-doped optical fiber amplifier (Erbium) in order to amplify light in the same wavelength range (around 1.544 μm in this example) as the laser beam LB1 generated from the single-wavelength oscillation laser 11.
-Doped Fiber Amplifier (EDFA) is used. The optical fiber amplifier 13 is supplied with pumping light having a wavelength of 980 nm from a pumping semiconductor laser (not shown) via a coupling wavelength division multiplexing device (not shown). Erbium-doped optical fiber amplifier (E
(980 ± 10) nm or (1480 nm)
(± 30 nm) excitation light can be used. However, in order to prevent the wavelength from spreading due to the non-linear effect, it is desirable to use a laser beam having a wavelength of (980 ± 10) nm as the excitation light and to shorten the fiber length. This is also desirable in that the noise of the optical fiber amplifier 13 due to ASE (Amplified Spontanious Emission) can be further reduced as compared with the case where light in the 1480 nm band is used as the excitation light. This is the same for the optical fiber amplifier at the subsequent stage.
【0035】スプリッタ14から射出されたm本のレー
ザ光は、互いに異なる長さの光ファイバー15−1,1
5−2,…,15−mを介してそれぞれ第2の光分岐素
子としての平面導波路型のスプリッタ16−1,16−
2,…,16−mに入射して、それぞれほぼ同一強度の
n本のレーザ光に分岐される。nは2以上の整数であ
り、本例ではn=32である。第1の光分割素子(1
4)及び第2の光分割素子(16−1〜16−m)が本
発明の光分割手段に対応する。その結果、単一波長発振
レーザ11から射出されるレーザ光LB1は、全体とし
てn・m本(本例では128本)のレーザ光に分割され
る。The m laser beams emitted from the splitter 14 are coupled to optical fibers 15-1 and 15-1 having different lengths.
5-2,..., 15-m, the planar waveguide type splitters 16-1 and 16- as the second optical branching elements, respectively.
, 16-m, and is branched into n laser beams having substantially the same intensity. n is an integer of 2 or more, and in this example, n = 32. The first light splitting element (1
4) and the second light splitting element (16-1 to 16-m) correspond to the light splitting means of the present invention. As a result, the laser beam LB1 emitted from the single-wavelength oscillation laser 11 is divided into nm (m in this example, 128) laser beams as a whole.
【0036】そして、スプリッタ16−1から射出され
たn本のレーザ光LB3は、互いに異なる長さの光ファ
イバー17−1,17−2,…,17−nを介してそれ
ぞれ後段の光増幅部としての光増幅ユニット18−1,
18−2,…,18−nに入射して増幅される。光増幅
ユニット18−1〜18−nは、単一波長発振レーザ1
1から発生されるレーザ光LB1と同じ波長域(本例で
は1.544μm付近)の光を増幅する。同様に他のス
プリッタ16−2〜16−mから射出されたn本のレー
ザ光も、それぞれ互いに異なる長さの光ファイバー17
−1〜17−nを介して後段の光増幅部としての光増幅
ユニット18−1〜18−nに入射して増幅される。Then, the n laser beams LB3 emitted from the splitter 16-1 pass through optical fibers 17-1, 17-2,... Optical amplification unit 18-1,
, 18-n and amplified. The optical amplification units 18-1 to 18-n are single-wavelength oscillation lasers 1
Amplify the light in the same wavelength range (around 1.544 μm in this example) as the laser light LB1 generated from No. 1. Similarly, the n laser beams emitted from the other splitters 16-2 to 16-m also have optical fibers 17 having different lengths from each other.
The light enters the optical amplification units 18-1 to 18-n as optical amplification units at the subsequent stage via -1 to 17-n and is amplified.
【0037】m組の光増幅ユニット18−1〜18−n
で増幅されたレーザ光は、それぞれ光増幅ユニット18
−1〜18−n内の所定の物質がドープされた光ファイ
バー(後述)の射出端の延長部を伝播し、これらの延長
部が光ファイバー・バンドル19を構成する。光ファイ
バー・バンドル19を構成するm組のn本の光ファイバ
ーの延長部の長さは互いにほぼ同一である。但し、光フ
ァイバー・バンドル19をm・n本の互いに同じ長さの
無ドープの光ファイバーを束ねて形成すると共に、光増
幅ユニット18−1〜18−nで増幅されたレーザ光を
それぞれ対応する無ドープの光ファイバーに導いてもよ
い。光ファイバー増幅器13から光ファイバー・バンド
ル19までの部材より光分岐増幅部4が構成されてい
る。M sets of optical amplification units 18-1 to 18-n
The laser light amplified by the optical amplifier unit 18
A predetermined substance in -1 to 18-n propagates through an extension of an exit end of an optical fiber (described later) doped with a predetermined substance, and these extensions constitute an optical fiber bundle 19. The lengths of the extension parts of the m sets of n optical fibers constituting the optical fiber bundle 19 are substantially the same. However, the optical fiber bundle 19 is formed by bundling m · n undoped optical fibers having the same length, and irradiating the laser light amplified by the optical amplification units 18-1 to 18-n with the corresponding undoped optical fibers. Optical fiber. The optical branching amplifier 4 is composed of members from the optical fiber amplifier 13 to the optical fiber bundle 19.
【0038】光ファイバー・バンドル19から射出され
たレーザ光LB4は、非線形光学素子を有する波長変換
部20に入射して紫外光よりなるレーザ光LB5に変換
され、このレーザ光LB5が露光光、アライメント光、
又は検査用の光として外部に射出される。m組の光増幅
ユニット18−1〜18−nがそれぞれ本発明の光増幅
部に対応しているが、この光増幅部に光ファイバー・バ
ンドル19の光ファイバーを含める場合もある。The laser beam LB4 emitted from the optical fiber bundle 19 enters a wavelength converter 20 having a non-linear optical element and is converted into a laser beam LB5 composed of ultraviolet light. ,
Alternatively, the light is emitted to the outside as inspection light. Each of the m sets of optical amplification units 18-1 to 18-n corresponds to the optical amplification unit of the present invention, but the optical amplification unit may include the optical fiber of the optical fiber bundle 19 in some cases.
【0039】また、光ファイバー・バンドル19の出力
端19aは、図1(b)に示すように、m・n本(本例
では128本)の光ファイバーを密着するように、かつ
外形が円形になるように束ねている。実際には、その出
力端19aの形状及び束ねる光ファイバーの数は、後段
の波長変換部20の構成、及び本例の紫外光発生装置の
使用条件等に応じて定められる。光ファイバー・バンド
ル19を構成する各光ファイバーのクラッド直径は12
5μm程度であることから、128本を円形に束ねた場
合の光ファイバー・バンドル19の出力端19aの直径
d1は、約2mm以下とすることができる。As shown in FIG. 1B, the output end 19a of the optical fiber bundle 19 has mn (128 in this example) optical fibers in close contact with each other and has a circular outer shape. Are bundled together. Actually, the shape of the output end 19a and the number of optical fibers to be bundled are determined according to the configuration of the wavelength converter 20 at the subsequent stage, the usage conditions of the ultraviolet light generator of the present example, and the like. The cladding diameter of each optical fiber constituting the optical fiber bundle 19 is 12
Since the diameter is about 5 μm, the diameter d1 of the output end 19a of the optical fiber bundle 19 when 128 fibers are bundled in a circular shape can be set to about 2 mm or less.
【0040】また、本例の波長変換部20では、入射す
るレーザ光LB4を8倍高調波(波長は1/8)、又は
10倍高調波(波長は1/10)よりなるレーザ光LB
5に変換する。単一波長発振レーザ11から射出される
レーザ光LB1の波長は1.544μmであるため、8
倍高調波の波長はArFエキシマレーザと同じ193n
mとなり、10倍高調波の波長はF2 レーザ(フッ素レ
ーザ)の波長(157nm)とほぼ同じ154nmとな
る。なお、レーザ光LB5の波長をよりF2 レーザ光の
波長に近付けたい場合には、波長変換部20で10倍高
調波を生成すると共に、単一波長発振レーザ11では波
長1.57μmのレーザ光を発生すればよい。In the wavelength converter 20 of this embodiment, the incident laser beam LB4 is converted into a laser beam LB having an eighth harmonic (having a wavelength of 1/8) or a tenth harmonic (having a wavelength of 1/10).
Convert to 5. Since the wavelength of the laser beam LB1 emitted from the single-wavelength oscillation laser 11 is 1.544 μm,
The wavelength of the second harmonic is 193n which is the same as that of the ArF excimer laser.
m, and the wavelength of the 10th harmonic is 154 nm, which is almost the same as the wavelength (157 nm) of the F 2 laser (fluorine laser). To make the wavelength of the laser beam LB5 closer to the wavelength of the F 2 laser beam, the wavelength converter 20 generates the 10th harmonic and the single-wavelength oscillation laser 11 emits a 1.57 μm laser beam. Should be generated.
【0041】実用的には、単一波長発振レーザ11の発
振波長を1.544〜1.552μm程度に規定して、
8倍波に変換することにより、ArFエキシマレーザと
実質的に同一波長(193〜194nm)の紫外光が得
られる。そして、単一波長発振レーザ11の発振波長を
1.57〜1.58μm程度に規定して、10倍波に変
換することによってF2 レーザと実質的に同一波長(1
57〜158nm)の紫外光が得られる。従って、これ
らの紫外光発生装置をそれぞれArFエキシマレーザ光
源、及びF2 レーザ光源に代わる安価でメンテナンスの
容易な光源として使用することができる。In practice, the oscillation wavelength of the single-wavelength oscillation laser 11 is specified to be about 1.544 to 1.552 μm,
By converting to an eighth harmonic, ultraviolet light having substantially the same wavelength (193 to 194 nm) as the ArF excimer laser can be obtained. Then, the oscillation wavelength of the single-wavelength oscillation laser 11 is specified to be about 1.57 to 1.58 μm, and is converted into a tenth harmonic, thereby substantially the same wavelength (1) as the F 2 laser.
57 to 158 nm). Therefore, it is possible to use these ultraviolet light generator as easy sources of each ArF excimer laser light source, and maintenance at low cost alternative to the F 2 laser light source.
【0042】なお、最終的にArFエキシマレーザ、又
はF2 レーザ等に近い波長域の紫外光を得る代わりに、
例えば製造対象の半導体デバイス等のパターンルールよ
り最適な露光波長(例えば160nm等)を決定し、こ
の理論的に最適な波長の紫外光を得るように単一波長発
振レーザ11の発振波長や波長変換部20における高調
波の倍率を決定するようにしてもよい。Incidentally, instead of finally obtaining ultraviolet light in a wavelength range close to an ArF excimer laser or an F 2 laser or the like,
For example, an optimum exposure wavelength (for example, 160 nm) is determined from a pattern rule of a semiconductor device or the like to be manufactured. The harmonic magnification in the unit 20 may be determined.
【0043】以下、本実施形態についてより詳細に説明
する。図1(a)において、単一波長で発振する単一波
長発振レーザ11としては、例えば発振波長1.544
μm、連続波出力(以下、「CW出力」ともいう)で出
力が20mWのInGaAsP構造のDFB(Distribu
ted feedback:分布帰還型)半導体レーザを用いる。こ
こでDFB半導体レーザとは、縦モード選択性の低いフ
ァブリーペロー型共振器の代わりに、回折格子を半導体
レーザ内に形成したもので、どのような状況下であって
も単一縦モード発振を行うように構成されている。DF
B半導体レーザは、基本的に単一縦モード発振をするこ
とから、その発振スペクトル線幅は0.01pm以下に
抑えられる。なお、単一波長発振レーザ11としては、
同様の波長領域で狭帯域化されたレーザ光を発生する光
源、例えばエルビウム(Er)・ドープ・ファイバー・
レーザ等をも使用することができる。Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail. In FIG. 1A, as a single-wavelength oscillation laser 11 oscillating at a single wavelength, for example, an oscillation wavelength of 1.544
μm, a continuous wave output (hereinafter also referred to as “CW output”) and an InGaAsP structure DFB (Distribution) having an output of 20 mW.
(ted feedback: distributed feedback type) A semiconductor laser is used. Here, a DFB semiconductor laser is one in which a diffraction grating is formed in a semiconductor laser instead of a Fabry-Perot resonator having low longitudinal mode selectivity, and a single longitudinal mode oscillation can be performed under any circumstances. Is configured to do so. DF
Since the B semiconductor laser basically oscillates in a single longitudinal mode, its oscillation spectrum line width can be suppressed to 0.01 pm or less. In addition, as the single-wavelength oscillation laser 11,
A light source that generates a laser beam having a narrow band in a similar wavelength region, such as an erbium (Er) -doped fiber
Lasers and the like can also be used.
【0044】更に、本例の紫外光発生装置の出力波長は
用途に応じて特定波長に固定することが望ましい。その
ため、マスター発振器(Master Oscillator) としての単
一波長発振レーザ11の発振波長を一定波長に制御する
ための発振波長制御装置を設けている。本例のように単
一波長発振レーザ11としてDFB半導体レーザを用い
る場合には、DFB半導体レーザの温度制御を行うこと
により発振波長を制御することができ、この方法により
発振波長を更に安定化して一定の波長に制御したり、あ
るいは出力波長を微調整することができる。Further, it is desirable that the output wavelength of the ultraviolet light generator of this embodiment is fixed to a specific wavelength according to the application. Therefore, an oscillation wavelength control device for controlling the oscillation wavelength of the single-wavelength oscillation laser 11 as a master oscillator (Master Oscillator) to a constant wavelength is provided. When a DFB semiconductor laser is used as the single-wavelength oscillation laser 11 as in this example, the oscillation wavelength can be controlled by controlling the temperature of the DFB semiconductor laser, and the oscillation wavelength can be further stabilized by this method. It is possible to control to a constant wavelength or fine-tune the output wavelength.
【0045】通常、DFB半導体レーザなどはヒートシ
ンクの上に設けられ、これらが筐体内に収納されてい
る。そこで本例では、単一波長発振レーザ11(DFB
半導体レーザなど)に付設されるヒートシンクに温度調
整部5(例えばヒータ等の加熱素子、ペルチェ素子等の
吸熱素子、及びサーミスタ等の温度検出素子よりなる)
を固定し、その温度調整部5の動作をコンピュータより
なる制御部1がドライバ3を介して制御して、そのヒー
トシンク、ひいては単一波長発振レーザ11の温度を高
精度に制御する。ここで、DFB半導体レーザなどでは
その温度を0.001℃単位で制御することが可能であ
る。また、制御部1は、ドライバ2を介して単一波長発
振レーザ11を駆動するための電力(DFB半導体レー
ザでは駆動電流)を高精度に制御する。Usually, a DFB semiconductor laser or the like is provided on a heat sink, and these are housed in a housing. Therefore, in this example, the single-wavelength oscillation laser 11 (DFB
A temperature adjusting unit 5 (for example, a heating element such as a heater, a heat absorbing element such as a Peltier element, and a temperature detecting element such as a thermistor) is attached to a heat sink attached to a semiconductor laser.
Is fixed, and the operation of the temperature adjusting unit 5 is controlled by the control unit 1 composed of a computer via the driver 3 to control the temperature of the heat sink and, consequently, the temperature of the single-wavelength oscillation laser 11 with high accuracy. Here, the temperature of a DFB semiconductor laser or the like can be controlled in units of 0.001 ° C. Further, the control unit 1 controls the power (driving current in the case of the DFB semiconductor laser) for driving the single-wavelength oscillation laser 11 via the driver 2 with high accuracy.
【0046】DFB半導体レーザの発振波長は0.1n
m/℃程度の温度依存性を持つため、そのDFB半導体
レーザの温度を例えば1℃変化させると、基本波(波長
1544nm)ではその波長が0.1nm変化する。従
って、8倍波(193nm)ではその波長が0.012
5nm変化し、10倍波(157nm)ではその波長が
0.01nm変化することになる。なお、レーザ光LB
5を露光装置に使用する場合には、例えば露光装置が設
置される環境の大気圧差による結像特性の誤差、又は結
像特性の変動による誤差等を補正するために、その中心
波長に対して±20pm程度変化できることが望まし
い。このためには、DFB半導体レーザの温度を8倍波
では±1.6℃程度、10倍波では±2℃程度変化させ
ればよく、これは実用的である。The oscillation wavelength of the DFB semiconductor laser is 0.1 n
Since the DFB semiconductor laser has a temperature dependence of about m / ° C., if the temperature of the DFB semiconductor laser is changed, for example, by 1 ° C., the wavelength of the fundamental wave (wavelength: 1544 nm) changes by 0.1 nm. Therefore, the wavelength of the eighth harmonic (193 nm) is 0.012.
The wavelength changes by 5 nm, and the wavelength of the 10th harmonic (157 nm) changes by 0.01 nm. The laser beam LB
In the case where 5 is used in an exposure apparatus, for example, in order to correct an error of an imaging characteristic due to a difference in atmospheric pressure in an environment where the exposure apparatus is installed, or an error due to a change in the imaging characteristic, the center wavelength of the exposure apparatus is adjusted. It is desirable to be able to change about ± 20 pm. For this purpose, the temperature of the DFB semiconductor laser may be changed by about ± 1.6 ° C. for the eighth harmonic and about ± 2 ° C. for the tenth harmonic, which is practical.
【0047】そして、この発振波長を所定の波長に制御
する際のフィードバック制御のモニター波長としては、
DFB半導体レーザの発振波長、あるいは後述する波長
変換部20内での波長変換後の高調波出力(2倍波、3
倍波、4倍波等)の内から所望の波長制御を行うに当た
って必要な感度を与え、かつ最もモニターしやすい波長
を選択すればよい。単一波長発振レーザ11として例え
ば発振波長1.51〜1.59μmのDFB半導体レー
ザを使用する場合に、この発振レーザ光の3倍波は50
3nm〜530nmの波長になるが、この波長帯はヨウ
素分子の吸収線が密に存在する波長域に該当しており、
ヨウ素分子の適切な吸収線を選んでその波長にロックす
ることにより精密な発振波長制御を行うことが可能であ
る。そこで、本例では波長変換部20内の所定の高調波
(望ましくは3倍波)をヨウ素分子の適切な吸収線(基
準波長)と比較し、その波長のずれ量を制御部1にフィ
ードバックし、制御部1ではそのずれ量が所定の一定値
になるように単一波長発振レーザ11の温度を制御す
る。逆に、制御部1では、その単一波長発振レーザ11
の発振波長を積極的に変化させてその出力波長を調整可
能にしてもよい。As the monitor wavelength for feedback control when controlling the oscillation wavelength to a predetermined wavelength,
The oscillation wavelength of the DFB semiconductor laser, or the harmonic output (2nd harmonic, 3rd harmonic) after wavelength conversion in the wavelength converter 20 described later.
It is sufficient to select a wavelength that gives the sensitivity required for performing the desired wavelength control from among the harmonics, the fourth harmonic and the like, and is the most easily monitored. For example, when a DFB semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.51 to 1.59 μm is used as the single-wavelength oscillation laser 11, the third harmonic of this oscillation laser light is 50
The wavelength ranges from 3 nm to 530 nm, and this wavelength band corresponds to a wavelength range in which absorption lines of iodine molecules exist densely.
Precise oscillation wavelength control can be performed by selecting an appropriate absorption line of iodine molecules and locking the wavelength. Therefore, in this example, a predetermined harmonic (preferably a third harmonic) in the wavelength conversion unit 20 is compared with an appropriate absorption line (reference wavelength) of iodine molecules, and the shift amount of the wavelength is fed back to the control unit 1. The controller 1 controls the temperature of the single-wavelength oscillation laser 11 so that the deviation amount becomes a predetermined constant value. Conversely, the controller 1 controls the single-wavelength oscillation laser 11
May be positively changed to make the output wavelength adjustable.
【0048】本例の紫外光発生装置を例えば露光装置の
露光光源に適用する場合、前者によれば、波長変動によ
る投影光学系の収差の発生、又はその変動が防止され、
パターン転写中にその像特性(像質などの光学的特性)
が変化することがなくなる。また、後者によれば、露光
装置が組立、調整される製造現場と露光装置の設置場所
(納入先)との標高差や気圧差、更には環境(クリーン
ルーム内の雰囲気)の違いなどに応じて生じる投影光学
系の結像特性(収差など)の変動を相殺でき、納入先で
露光装置の立ち上げに要する時間を短縮することが可能
になる。更に後者によれば、露光装置の稼働中に、露光
用照明光の照射、及び大気圧変化などに起因して生じる
投影光学系の収差、投影倍率、及び焦点位置などの変動
も相殺でき、常に最良の結像状態でパターン像を基板上
に転写することが可能となる。When the ultraviolet light generating apparatus of this embodiment is applied to, for example, an exposure light source of an exposure apparatus, according to the former, generation of aberration of the projection optical system due to wavelength fluctuation or fluctuation thereof is prevented.
Image characteristics during pattern transfer (optical characteristics such as image quality)
Will not change. According to the latter, the difference in elevation and pressure between the manufacturing site where the exposure apparatus is assembled and adjusted and the location where the exposure apparatus is installed (delivery destination), and the difference in the environment (atmosphere in the clean room) are also determined. The resulting fluctuations in the imaging characteristics (such as aberration) of the projection optical system can be offset, and the time required to start up the exposure apparatus at the delivery destination can be reduced. Furthermore, according to the latter, during the operation of the exposure apparatus, the irradiation of the exposure illumination light, and the aberration of the projection optical system caused by a change in the atmospheric pressure, the projection magnification, and the fluctuation of the focus position, etc., can be offset, and always. The pattern image can be transferred onto the substrate in the best image forming state.
【0049】単一波長発振レーザ11から出力される連
続光よりなるレーザ光LB1は、例えば電気光学光変調
素子や音響光学光変調素子などの光変調素子12を用い
て、パルス光よりなるレーザ光LB2に変換される。本
構成例では一例として、この光変調素子12によってパ
ルス幅1ns、繰り返し周波数100kHz(パルス周
期10μs)のパルス光に変調させた場合について説明
を行う。この様な光変調を行った結果、光変調素子12
から出力されるパルス光のピーク出力は20mW、平均
出力は2μWとなる。ここでは、光変調素子12の挿入
による損失がないものとしたが、実際にはその挿入損失
がある。例えば損失が−3dBである場合、パルス光の
ピーク出力は10mW、平均出力は1μWとなる。The laser light LB1 composed of continuous light outputted from the single-wavelength oscillation laser 11 is converted into laser light composed of pulsed light by using a light modulation element 12 such as an electro-optic light modulation element or an acousto-optic light modulation element. Converted to LB2. In the present configuration example, as an example, a case will be described in which the light modulation element 12 modulates pulse light with a pulse width of 1 ns and a repetition frequency of 100 kHz (pulse period of 10 μs). As a result of performing such light modulation, the light modulation element 12
Has a peak output of 20 mW and an average output of 2 μW. Here, it is assumed that there is no loss due to the insertion of the light modulation element 12, but there is actually an insertion loss. For example, when the loss is −3 dB, the peak output of the pulse light is 10 mW, and the average output is 1 μW.
【0050】なお、光変調素子12として電気光学変調
素子を用いる場合には、屈折率の時間変化に伴うチャー
プによる半導体レーザ出力の波長広がりが小さくなるよ
うに、チャープ補正を行った電極構造を持つ電気光学変
調素子(例えば二電極型変調器)を用いることが好まし
い。また、繰り返し周波数を100kHz程度以上に設
定することにより、後述する光増幅ユニット18−1〜
18−n内の光ファイバー増幅器においてASE(Ampl
ified Spontaneous Emission:自然放出光)ノイズの影
響による増幅率低下を阻止することができる。更に、最
終的に出力される紫外光の照度が従来のエキシマレーザ
光(パルス周波数は数kHz程度)と同程度でよい場合
には、本例のようにパルス周波数を高め、各パルス光を
例えば128個の遅延したパルス光の集合体とすること
によって、各パルス当たりのエネルギーを1/1000
〜1/10000程度に小さくすることができ、コンパ
クション等による光学部材(レンズ等)の屈折率変動等
を小さくすることができる。従って、そのような変調器
構成とすることが望ましい。When an electro-optic modulation element is used as the light modulation element 12, the electrode structure has been subjected to chirp correction so as to reduce the wavelength spread of the semiconductor laser output due to chirp due to the change in refractive index with time. It is preferable to use an electro-optic modulator (for example, a two-electrode modulator). In addition, by setting the repetition frequency to about 100 kHz or more, the optical amplification units 18-1 to 18-1 to be described later.
ASE (Ampl) in the optical fiber amplifier within 18-n
ified Spontaneous Emission (spontaneous emission light) It is possible to prevent a decrease in amplification factor due to the influence of noise. Further, when the illuminance of the finally output ultraviolet light may be about the same as that of the conventional excimer laser light (pulse frequency is about several kHz), the pulse frequency is increased as in this example, and each pulse light is emitted, for example. By forming a set of 128 delayed pulsed lights, the energy per pulse can be reduced to 1/1000.
It can be reduced to about 1 / 10,000 and the fluctuation of the refractive index of the optical member (such as a lens) due to compaction or the like can be reduced. Therefore, it is desirable to have such a modulator configuration.
【0051】更に、半導体レーザなどではその電流制御
を行うことで、出力光をパルス発振させることができ
る。このため、本例では単一波長発振レーザ11(DF
B半導体レーザなど)の電力制御と光変調素子12とを
併用してパルス光を発生させることが好ましい。そこ
で、単一波長発振レーザ11の電流制御によって、例え
ば10〜20ns程度のパルス幅を有するパルス光を発
振させると共に、光変調素子12によってそのパルス光
からその一部のみを切り出す、即ち本例ではパルス幅が
1nsのパルス光に変調する。Further, in a semiconductor laser or the like, the output light can be pulse-oscillated by controlling the current. For this reason, in this example, the single-wavelength oscillation laser 11 (DF
It is preferable to generate pulsed light by using both the power control of a B semiconductor laser and the light modulation element 12 together. Therefore, by controlling the current of the single-wavelength oscillation laser 11, pulse light having a pulse width of, for example, about 10 to 20 ns is oscillated, and only a part of the pulse light is cut out from the pulse light by the light modulation element 12, that is, in this example, The pulse width is modulated to 1 ns.
【0052】これにより、光変調素子12のみを用いる
場合に比べて、パルス幅が狭いパルス光を容易に発生さ
せることが可能になると共に、パルス光の発振間隔や発
振の開始及びその停止などをより簡単に制御することが
可能になる。特に、光変調素子12のみを用いてパルス
光をオフの状態にしてもその消光比が充分でない場合に
は、単一波長発振レーザ11の電力制御を併用すること
が望ましい。As a result, compared with the case where only the light modulation element 12 is used, it is possible to easily generate pulse light having a narrow pulse width, and it is also possible to determine the oscillation interval of pulse light, the start and stop of the oscillation, and the like. Control becomes easier. In particular, when the extinction ratio is not sufficient even when the pulse light is turned off using only the light modulation element 12, it is desirable to use the power control of the single-wavelength oscillation laser 11 together.
【0053】このようにして得たパルス光出力を、初段
のエルビウム・ドープの光ファイバー増幅器13に接続
し、35dB(3162倍)の光増幅を行う。このとき
パルス光は、ピーク出力約63W、平均出力約6.3m
Wとなる。なお、この光ファイバー増幅器13の代わり
に複数段の光ファイバー増幅器を使用してもよい。その
初段の光ファイバー増幅器13の出力を、スプリッタ1
4でまずチャネル0〜3の4個の出力(本例ではm=
4)に並列分割する。このチャネル0〜3の各出力を、
各々長さの異なる光ファイバー15−1〜15−4に接
続することにより、各光ファイバーからの出力光には、
光ファイバー長に対応した遅延時間が与えられる。例え
ば本実施形態では、光ファイバー中の光の伝搬速度を2
×10 8 m/sであるとし、チャネル0、1、2、3に
それぞれ0.1m、19.3m、38.5、57.7m
の長さの光ファイバー15−1〜15−4を接続する。
この場合、各光ファイバーの出口での隣り合うチャネル
間の光の遅延は96nsとなる。なおここでは、この様
に光を遅延させる目的で使用する光ファイバー15−1
〜15−4を、便宜的に「遅延ファイバー」と呼ぶ。The pulse light output obtained in this way is
Erbium-doped optical fiber amplifier 13
Then, optical amplification of 35 dB (3162 times) is performed. At this time
The pulse light has a peak output of about 63 W and an average output of about 6.3 m
W. In addition, instead of this optical fiber amplifier 13,
A plurality of stages of optical fiber amplifiers may be used. That
The output of the first-stage optical fiber amplifier 13 is connected to the splitter 1
4, four outputs of channels 0 to 3 (in this example, m =
4) Split in parallel. Each output of channels 0 to 3 is
Connected to optical fibers 15-1 to 15-4, each having a different length
By continuing, the output light from each optical fiber
A delay time corresponding to the optical fiber length is given. example
For example, in this embodiment, the propagation speed of light in the optical fiber is 2
× 10 8m / s, and channels 0, 1, 2, and 3
0.1m, 19.3m, 38.5, 57.7m respectively
Are connected.
In this case, adjacent channels at the exit of each optical fiber
The light delay between them is 96 ns. In this case,
Optical fiber 15-1 used for delaying light
1515-4 are conveniently referred to as “delay fibers”.
【0054】次に、その4本の遅延ファイバーの出力
を、4個のスプリッタ16−1〜16−4で更にn個
(本例ではn=32)の出力に並列分割(各スプリッタ
でチャネル0〜31)し、合計4・32個(=128
個)のチャネルに分割する。そして、各スプリッタ16
−1〜16−4のチャネル0〜31の出力端に再び互い
に長さの異なる光ファイバー(遅延ファイバー)17−
1〜17−32を接続して、隣接するチャネル間に3n
sの遅延時間を与える。これによって、チャネル31の
出力には、93nsの遅延時間が与えられる。一方、第
1から第4までの各スプリッタ16−1〜16−4間に
は、前記のように遅延ファイバーによって、各スプリッ
タの入力時点で各々96nsの遅延時間が与えられてい
る。この結果、全体で総計128チャネルの出力端で、
隣り合うチャネル間に3nsの遅延時間を持つパルス光
が得られる。Next, the outputs of the four delay fibers are further divided in parallel into n (n = 32 in this example) outputs by the four splitters 16-1 to 16-4 (channel 0 in each splitter). ~ 31), and a total of 4.32 (= 128
Channels). And each splitter 16
Optical fibers (delay fibers) of different lengths are again provided at the output terminals of channels 0 to 31 of -1 to 16-4.
1-17-32, 3n between adjacent channels
s delay time. Thereby, the output of the channel 31 is given a delay time of 93 ns. On the other hand, between the first to fourth splitters 16-1 to 16-4, a delay time of 96 ns is given to each splitter at the time of input to each splitter by the delay fiber as described above. As a result, the output terminals of a total of 128 channels,
Pulse light having a delay time of 3 ns between adjacent channels can be obtained.
【0055】この結果、本例では光ファイバー・バンド
ル19から射出されるレーザ光LB4の空間的コヒーレ
ンスが、単に単一波長発振レーザ11から射出されるレ
ーザ光LB1の断面形状を拡大した場合に比べてほぼ1
/128のオーダで低下する。従って、最終的に得られ
るレーザ光LB5を露光光として用いた場合に生じるス
ペックルの量は極めて少ない利点がある。As a result, in this example, the spatial coherence of the laser beam LB4 emitted from the optical fiber bundle 19 is larger than that in the case where the sectional shape of the laser beam LB1 emitted from the single wavelength oscillation laser 11 is simply enlarged. Almost one
It drops on the order of / 128. Therefore, there is an advantage that the amount of speckle generated when the finally obtained laser beam LB5 is used as exposure light is extremely small.
【0056】以上の分岐及び遅延により、総計128チ
ャネルの出力端では、隣り合うチャネル間で3nsの遅
延時間を持つパルス光が得られるが、このとき各々の出
力端で観測される光パルスは、光変調素子12によって
変調されたパルス光と同じ100kHz(パルス周期1
0μs)である。従って、レーザ光発生部全体として見
ると、128パルスが3ns間隔で発生した後、9.6
2μsの間隔を置いて次のパルス列が発生するという繰
り返しが100kHzで行われる。By the above-described branching and delay, a pulse light having a delay time of 3 ns between adjacent channels is obtained at the output terminals of a total of 128 channels. At this time, the optical pulse observed at each output terminal is: The same 100 kHz as the pulse light modulated by the light modulation element 12 (pulse period 1
0 μs). Therefore, looking at the entire laser light generator, after generating 128 pulses at 3 ns intervals, 9.6 pulses are generated.
The repetition that the next pulse train is generated at intervals of 2 μs is performed at 100 kHz.
【0057】なお本実施形態では、分割数を128と
し、また遅延ファイバーとして短いものを用いた例につ
いて説明した。このため各パルス列の間に9.62μs
の無発光の間隔が生じたが、分割数m,nを増加させ
る、又は遅延ファイバーをより長くして適切な長さとす
る、あるいはこれらを組み合わせて用いることにより、
パルス間隔を完全な等間隔とすることも可能である。In this embodiment, an example has been described in which the number of divisions is 128 and a short delay fiber is used. 9.62 μs between each pulse train
However, by increasing the number of divisions m and n, or lengthening the delay fiber to an appropriate length, or using a combination thereof,
It is also possible to make the pulse intervals completely equal.
【0058】以上より本例のスプリッタ14、光ファイ
バー15−1〜15−m、スプリッタ16−1〜16−
m、及びm組の光ファイバー17−1〜17−nは、全
体として時分割多重(Time Division Multiplexing:T
DM)手段を構成しているともみなすことができる。な
お、その本例では時分割多重手段を2段のスプリッタに
よって構成しているが、それを3段以上のスプリッタで
構成してもよく、又は分割数は少なくなるが1段のスプ
リッタのみで構成してもよい。また、本例のスプリッタ
14,16−1〜16−mは平板導波路型であるが、そ
れ以外に例えばファイバースプリッタや、部分透過鏡を
用いたビームスプリッタ等も使用することができる。As described above, the splitter 14, the optical fibers 15-1 to 15-m, and the splitters 16-1 to 16-m of the present embodiment.
m and m sets of optical fibers 17-1 to 17-n are time division multiplexing (Time Division Multiplexing: T) as a whole.
DM) means. In this example, the time division multiplexing means is constituted by a two-stage splitter, but it may be constituted by three or more stages of splitters, or the number of divisions is reduced, but only by one stage of splitter. May be. Further, the splitters 14, 16-1 to 16-m of this example are of a flat-plate waveguide type, but other than that, for example, a fiber splitter or a beam splitter using a partially transmitting mirror can also be used.
【0059】また、本例では光変調素子12に印加する
ドライブ用電圧パルスのタイミングを制御することによ
って、光源(パルス光)の発振タイミング、即ち繰り返
し波数fを調整することができる。更に、この発振タイ
ミングの変更に伴ってパルス光の出力が変動し得る場合
には、光変調素子12に印加するドライブ用電圧パルス
の大きさも同時に調整してその出力変動を補償するよう
にしてもよい。このとき、単一波長発振レーザ11の発
振制御のみ、あるいは前述した光変調素子12の制御と
の併用によってそのパルス光の出力変動を補償するよう
にしても良い。Further, in this embodiment, the oscillation timing of the light source (pulse light), that is, the repetition wave number f can be adjusted by controlling the timing of the drive voltage pulse applied to the light modulation element 12. Further, when the output of the pulse light can fluctuate with the change of the oscillation timing, the magnitude of the drive voltage pulse applied to the light modulation element 12 is also adjusted at the same time to compensate for the output fluctuation. Good. At this time, the fluctuation of the output of the pulsed light may be compensated for only by the oscillation control of the single-wavelength oscillation laser 11 or in combination with the control of the light modulation element 12 described above.
【0060】図1(a)において、m組の遅延ファイバ
ー(光ファイバー17−1〜17−n)を通過したレー
ザ光はそれぞれ光増幅ユニット18−1〜18−nに入
射して増幅される。本例の光増幅ユニット18−1〜1
8−nは光ファイバー増幅器を備えているが、特に最終
段の光ファイバー増幅器のように、強度の大きな光が光
ファイバー中を伝播する場合には、光ファイバーの非線
形効果に起因したSPM(Self Phase Modulation )、
SRS(Stimulated Raman Scattering )、及びSBS
(Stimulated Brillouin Scattering )等の影響で伝播
光の波長幅が広がってしまう。そこで、以下の実施の形
態では、その非線形効果の影響を軽減して波長幅の広が
りを抑えるための構成例を示す。以下では、光増幅ユニ
ット18−1として使用できる光増幅ユニットのいくつ
かの構成例につき説明するが、これらは他の光増幅ユニ
ット18−2〜18−nとしても同様に使用することが
できる。In FIG. 1 (a), the laser beams passing through m sets of delay fibers (optical fibers 17-1 to 17-n) are incident on optical amplification units 18-1 to 18-n, respectively, and are amplified. Optical amplification unit 18-1 to 1 of this example
8-n is provided with an optical fiber amplifier. In particular, when high intensity light propagates in the optical fiber as in the last stage optical fiber amplifier, SPM (Self Phase Modulation) caused by the nonlinear effect of the optical fiber,
SRS (Stimulated Raman Scattering) and SBS
(Stimulated Brillouin Scattering) causes the wavelength width of propagating light to be widened. Therefore, in the following embodiment, a configuration example for reducing the influence of the nonlinear effect and suppressing the spread of the wavelength width will be described. Hereinafter, some configuration examples of the optical amplifying unit that can be used as the optical amplifying unit 18-1 will be described, but these can be similarly used as the other optical amplifying units 18-2 to 18-n.
【0061】図2は、第1の構成例の光増幅ユニット1
8を示し、この図2において、光増幅ユニット18は基
本的に2段のそれぞれエルビウム・ドープ・光ファイバ
ー増幅器(Erbium-Doped Fiber Amplifier:EDFA)
よりなる光ファイバー増幅器22及び25を接続して構
成されている。そして、1段目の光ファイバー増幅器2
2の両端部には、励起光をカップリングするための波長
分割多重(WavelengthDivision Multiplexing:WD
M)素子(以下、「WDM素子」と言う)21A及び2
1Bが接続され、WDM素子21A及び21Bによって
それぞれ励起光源としての半導体レーザ23Aからの励
起光EL1及び半導体レーザ23Bからの励起光が、光
ファイバー増幅器22に前後から供給されている。同様
に、2段目の光ファイバー増幅器25の両端部にも、カ
ップリング用のWDM素子21C及び21Dが接続さ
れ、WDM素子21C及び21Dによってそれぞれ半導
体レーザ23C及び23Dからの励起光が光ファイバー
増幅器25に前後から供給されている。即ち、光ファイ
バー増幅器22,25は共に双方向励起型である。FIG. 2 shows an optical amplification unit 1 of the first configuration example.
In FIG. 2, the optical amplification unit 18 is basically composed of two stages of erbium-doped fiber amplifiers (EDFAs).
The optical fiber amplifiers 22 and 25 are connected to each other. And the first stage optical fiber amplifier 2
Wavelength Division Multiplexing (WD) for coupling the excitation light
M) Elements (hereinafter referred to as “WDM elements”) 21A and 2
The excitation light EL1 from the semiconductor laser 23A and the excitation light from the semiconductor laser 23B as excitation light sources are respectively supplied to the optical fiber amplifier 22 from the front and rear by WDM elements 21A and 21B. Similarly, WDM elements 21C and 21D for coupling are also connected to both ends of the second-stage optical fiber amplifier 25, and the pump light from the semiconductor lasers 23C and 23D is supplied to the optical fiber amplifier 25 by the WDM elements 21C and 21D, respectively. It is supplied from around. That is, the optical fiber amplifiers 22 and 25 are both of a bidirectional pump type.
【0062】光ファイバー増幅器22,25はそれぞれ
入射するレーザ光LB3(本例では波長1.544μ
m)の波長を含む例えば約1.53〜1.56μm程度
の波長域の光を増幅する。また、光ファイバー増幅器2
2,25の境界部であるWDM素子21BとWDM素子
21Cとの間に、狭帯域フィルタ24A及び戻り光を阻
止するためのアイソレータIS3が配置されている。狭
帯域フィルタ24Aとしては多層膜フィルタ、又はファ
イバー・ブラッグ・グレーティング(Fiber Bragg Grat
ing)が使用できる。The optical fiber amplifiers 22 and 25 respectively receive the incident laser beam LB3 (wavelength 1.544 μm in this example).
For example, light in a wavelength range of about 1.53 to 1.56 μm including the wavelength of m) is amplified. Optical fiber amplifier 2
A narrow band filter 24A and an isolator IS3 for blocking return light are arranged between the WDM element 21B and the WDM element 21C, which is a boundary between the two, 25. As the narrow band filter 24A, a multilayer filter or a fiber Bragg grating (Fiber Bragg Grat) is used.
ing) can be used.
【0063】本例において、図1(a)の光ファイバー
17−1からのレーザ光LB3は、WDM素子21Aを
介して増幅用光ファイバー22に入射して増幅される。
この増幅用光ファイバー22で増幅されたレーザ光LB
3は、WDM素子21B、狭帯域フィルタ24A、アイ
ソーレータIS3、及びWDM素子21Cを介して増幅
用光ファイバー25に入射して再び増幅される。増幅さ
れたレーザ光LB3は、WDM素子21Dを介して図1
(a)の光ファイバー・バンドル19を構成する1本の
光ファイバー(増幅用光ファイバー25の射出端の延長
部でもよい)を伝播する。In this example, the laser beam LB3 from the optical fiber 17-1 in FIG. 1A enters the amplification optical fiber 22 via the WDM element 21A and is amplified.
The laser light LB amplified by the amplification optical fiber 22
3 enters the amplification optical fiber 25 via the WDM element 21B, the narrow band filter 24A, the isolator IS3, and the WDM element 21C, and is amplified again. The amplified laser light LB3 passes through the WDM element 21D in FIG.
The light propagates through one optical fiber (which may be an extension of the exit end of the amplification optical fiber 25) constituting the optical fiber bundle 19 of (a).
【0064】この場合、2段の増幅用光ファイバー22
及び25による合計の増幅利得は一例として約46dB
(39810倍)である。そして、図1(b)のスプリ
ッタ16−1〜16−mから出力される全チャネル数
(m・n個)を128個として、各チャネルの平均出力
を約50μWとすると、全チャネル合計での平均出力は
約6.4mWとなる。その各チャネルのレーザ光をそれ
ぞれ約46dBで増幅すると、各光増幅ユニット18−
1〜18−nから出力されるレーザ光の平均出力はそれ
ぞれ約2Wとなる。これをパルス幅1ns、パルス周波
数100kHzでパルス化したものとすると、各レーザ
光のピーク出力は20kWとなる。また、光ファイバー
・バンドル19から出力されるレーザ光LB4の平均出
力は約256Wとなる。In this case, the two-stage amplification optical fiber 22
And 25 give an overall gain of about 46 dB as an example
(39810 times). Then, assuming that the total number of channels (mn) output from the splitters 16-1 to 16-m in FIG. The average power is about 6.4 mW. When the laser light of each channel is amplified by about 46 dB, each optical amplification unit 18-
The average output of the laser light output from 1 to 18-n is about 2 W each. If this is pulsed with a pulse width of 1 ns and a pulse frequency of 100 kHz, the peak output of each laser beam will be 20 kW. The average output of the laser beam LB4 output from the optical fiber bundle 19 is about 256W.
【0065】ここでは、図1(a)のスプリッタ14,
16−1〜16−mでの結合損失を考慮していないが、
その結合損失がある場合にはその損失分だけ光ファイバ
ー増幅器22,25の少なくとも1つの増幅利得を上げ
ることにより、各チャネルのレーザ光の出力を上記の値
(例えばピーク出力20kWなど)に均一化することが
できる。なお、図2の光ファイバー増幅器22及び25
による増幅利得を変化させることで、図1(a)の単一
波長発振レーザ11の出力(基本波の出力)を前述した
値よりも大きくしたり、あるいは小さくしたりすること
ができる。Here, the splitter 14 shown in FIG.
Although the coupling loss in 16-1 to 16-m is not considered,
If there is the coupling loss, the output of the laser light of each channel is made uniform to the above-mentioned value (for example, 20 kW peak power) by increasing at least one amplification gain of the optical fiber amplifiers 22 and 25 by the loss. be able to. The optical fiber amplifiers 22 and 25 shown in FIG.
The output of the single-wavelength oscillation laser 11 (the output of the fundamental wave) in FIG. 1A can be made larger or smaller than the above-mentioned value by changing the amplification gain due to.
【0066】図2の構成例において、狭帯域フィルタ2
4Aは、図1(a)の光ファイバー増幅器13及び図2
の光ファイバー増幅器22でそれぞれ発生するASE
(Amplified Spontanious Emission)光をカットし、か
つ図1(a)の単一波長発振レーザ11から出力される
レーザ光(波長幅は1pm程度以下)を透過させること
で、透過光の波長幅を実質的に狭帯化するものである。
これにより、ASE光が後段の光ファイバー増幅器25
に入射してレーザ光の増幅利得を低下させるのを防止す
ることができる。ここで、狭帯域フィルタ24Aはその
透過波長幅が1pm程度であることが好ましいが、AS
E光の波長幅は数十nm程度であるので、現時点で得ら
れる透過波長幅が100pm程度の狭帯域フィルタを用
いても実用上問題がない程度にASE光をカットするこ
とができる。In the configuration example shown in FIG.
4A shows the optical fiber amplifier 13 of FIG.
Generated by each optical fiber amplifier 22
(Amplified Spontanious Emission) By cutting the light and transmitting the laser light (wavelength width of about 1 pm or less) output from the single-wavelength oscillation laser 11 of FIG. This is a narrow band.
As a result, the ASE light is transmitted to the optical fiber amplifier 25 at the subsequent stage.
To reduce the amplification gain of the laser light. Here, the narrow band filter 24A preferably has a transmission wavelength width of about 1 pm.
Since the wavelength width of the E light is about several tens of nm, the ASE light can be cut to such an extent that there is no practical problem even if a narrow band filter having a currently available transmission wavelength width of about 100 pm is used.
【0067】また、図1(a)の単一波長発振レーザ1
1の出力波長を積極的に変化させる場合、その出力波長
に応じて狭帯域フィルタ24Aを交換するようにしても
よいが、その出力波長の可変幅(露光装置では一例とし
て前述した±20pm程度)に応じた透過波長幅(可変
幅と同程度以上)を持つ狭帯域フィルタを用いることが
好ましい。Further, the single-wavelength oscillation laser 1 shown in FIG.
In the case where the output wavelength is positively changed, the narrow band filter 24A may be replaced according to the output wavelength. However, the variable width of the output wavelength (in an exposure apparatus, for example, about ± 20 pm described above). It is preferable to use a narrow band filter having a transmission wavelength width (at least as large as the variable width) according to the above.
【0068】また、アイソレータIS3によって戻り光
の影響が低減される。更に、図2の構成例においては、
狭帯域フィルタ24A及びアイソレータIS3を用いる
ことによってASEノイズが低減しているために、最終
段の光ファイバー増幅器25の他の非線形効果であるS
RS(Stimulated Raman Scattering)及びSBS(Sti
mulated Brillouin Scattering)の影響も低減されるた
め、波長幅の広がりが抑制される。光増幅ユニット18
は例えば3段以上の光ファイバー増幅器を接続して構成
することも可能であるが、この場合にも隣接する2つの
光ファイバー増幅器の境界部の全てに狭帯域フィルタ2
4A及びアイソレータIS3を挿入することが望まし
い。Further, the influence of the return light is reduced by the isolator IS3. Further, in the configuration example of FIG.
Since the ASE noise is reduced by using the narrow-band filter 24A and the isolator IS3, another non-linear effect of the final stage optical fiber amplifier 25 is S.
RS (Stimulated Raman Scattering) and SBS (Sti
Since the influence of mulated brillouin scattering is also reduced, the spread of the wavelength width is suppressed. Optical amplification unit 18
Can be configured by connecting, for example, three or more stages of optical fiber amplifiers. In this case as well, a narrow band filter 2 is provided at all the boundaries between two adjacent optical fiber amplifiers.
It is desirable to insert 4A and isolator IS3.
【0069】また、本例では多数の光増幅ユニット18
の出力光を束ねて使用するため、各出力光の強度の分布
を均一化することが望ましい。このためには、例えばW
DM素子21Dから射出されるレーザ光LB3の一部を
分離し、この分離された光を光電変換することによっ
て、射出されるレーザ光LB3の光量をモニタし、この
光量が全部の光増幅ユニット18でほぼ均一になるよう
に、各光増幅ユニット18における励起光源(半導体レ
ーザ23A〜23D)の出力を制御すればよい。In this embodiment, a large number of optical amplification units 18 are used.
It is desirable to make the distribution of the intensity of each output light uniform in order to use the bundled output lights. For this purpose, for example, W
A part of the laser light LB3 emitted from the DM element 21D is separated, and the separated light is photoelectrically converted to monitor the light quantity of the emitted laser light LB3. The output of the excitation light source (semiconductor lasers 23A to 23D) in each of the optical amplification units 18 may be controlled so as to be substantially uniform.
【0070】次に、図3を参照して第2の構成例の光増
幅ユニット18Aにつき説明する。図3において図2に
対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略
する。図3において、光増幅ユニット18Aも2段の光
ファイバー増幅器22及び25を接続して構成され、前
段の増幅用光ファイバー22にはWDM素子21Aを介
して前方から半導体レーザ23Aからの励起光EL1が
供給されている。また、増幅用光ファイバー22から増
幅用光ファイバー25にかけて順次WDM素子21B、
アイソレータIS3、及びWDM素子21Cが接続さ
れ、カップリング用のWDM素子21Bと21Cとの間
にバイパス用の光ファイバー30が接続されている。Next, an optical amplification unit 18A of a second configuration example will be described with reference to FIG. 3, parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 3, the optical amplification unit 18A is also configured by connecting two-stage optical fiber amplifiers 22 and 25, and the excitation light EL1 from the semiconductor laser 23A is supplied to the preceding amplification optical fiber 22 from the front via the WDM element 21A. Have been. Further, the WDM elements 21B are sequentially passed from the amplification optical fiber 22 to the amplification optical fiber 25,
The isolator IS3 and the WDM element 21C are connected, and a bypass optical fiber 30 is connected between the coupling WDM elements 21B and 21C.
【0071】本例では、入射したレーザ光LB3は、増
幅用光ファイバー22で増幅された後、アイソレータI
S3を通過して増幅用光ファイバー25で増幅される。
この際に、増幅用光ファイバー22を通過した励起光E
L1は、バイパス用の光ファイバー30を介して後段の
増幅用光ファイバー25を通過するため、励起光源を少
なくした簡単な構成でありながら増幅用光ファイバー2
5でも高い増幅利得が得られる。また、アイソレータI
S3の使用によってASEを小さくできるため、SRS
及びSBSの影響も低減される。In this embodiment, the incident laser beam LB3 is amplified by the amplification optical fiber 22, and then is
The light passes through S3 and is amplified by the amplification optical fiber 25.
At this time, the pumping light E that has passed through the amplification optical fiber 22 is
L1 passes through the amplifying optical fiber 25 in the subsequent stage via the bypass optical fiber 30, so that the amplifying optical fiber 2 has a simple configuration with a reduced number of excitation light sources.
5, a high amplification gain can be obtained. Also, isolator I
Since ASE can be reduced by using S3, SRS
And the effects of SBS are also reduced.
【0072】次に、図4を参照して第3の構成例の光増
幅ユニット18Bにつき説明する。図4において図3に
対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略
する。図4の光増幅ユニット18Bは、図3の光増幅ユ
ニット18Aにおいて、2段の増幅用光ファイバー2
2,25の間のアイソレータIS3を狭帯域フィルタ2
4Aで置き換えたものである。この構成でもASEを小
さくすることができる。更に、狭帯域フィルタ24Aは
光ファイバー中でラマン散乱によって散乱された光をブ
ロックするため、散乱光がコヒーレントに増幅されるこ
とが阻止されて、SRSの影響が低減される。この例で
も、バイパス用の光ファイバー30を介して励起光EL
1が増幅用光ファイバー25にも供給されている。ま
た、図4の狭帯域フィルタ24Aとしては、ノイズを低
減するために、特に多層膜フィルタ、又はファイバー・
ブラッグ・グレーティングが望ましい。Next, an optical amplification unit 18B of a third configuration example will be described with reference to FIG. 4, parts corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The optical amplification unit 18B of FIG. 4 is different from the optical amplification unit 18A of FIG.
The isolator IS3 between 2 and 25 is connected to a narrow band filter 2
4A. With this configuration, the ASE can be reduced. Furthermore, since the narrow band filter 24A blocks the light scattered by Raman scattering in the optical fiber, the scattered light is prevented from being coherently amplified, and the influence of SRS is reduced. Also in this example, the excitation light EL is transmitted through the bypass optical fiber 30.
1 is also supplied to the amplification optical fiber 25. In addition, as the narrow band filter 24A of FIG. 4, in order to reduce noise, in particular, a multilayer filter or a fiber filter is used.
Bragg gratings are preferred.
【0073】次に、図5を参照して第4の構成例の光増
幅ユニット18Cにつき説明する。図5において図2に
対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略
する。図5の光増幅ユニット18Cは、図2の光増幅ユ
ニット18において、WDM素子21B,21C、励起
用の半導体レーザ23B,23C、及びアイソレータI
S3を省いたものである。更に、図5において、狭帯域
フィルタ24Aの両端面24Aa,24Abに結合され
た光ファイバーの端面には、それぞれ半導体レーザ23
Aからの励起光EL1及び半導体レーザ23Dからの励
起光EL4を反射する高反射膜がコーティングされてい
る。本例の増幅用光ファイバー22,25はエルビウム
・ドープ・光ファイバーであるため、励起光EL1及び
EL4としては波長980nmのレーザ光が使用され
る。そのため、狭帯域フィルタの両端に結合された光フ
ァイバーの端面にはそれぞれ980nmの光に対する高
反射膜がコーティングされている。Next, an optical amplification unit 18C of a fourth configuration example will be described with reference to FIG. 5, parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The optical amplification unit 18C in FIG. 5 is different from the optical amplification unit 18 in FIG. 2 in that the WDM elements 21B and 21C, the semiconductor lasers 23B and 23C for excitation, and the isolator I are used.
S3 is omitted. Further, in FIG. 5, the semiconductor laser 23 is provided on each end face of the optical fiber coupled to both end faces 24Aa and 24Ab of the narrow band filter 24A.
A highly reflective film that reflects the excitation light EL1 from A and the excitation light EL4 from the semiconductor laser 23D is coated. Since the amplification optical fibers 22 and 25 of this example are erbium-doped optical fibers, laser beams having a wavelength of 980 nm are used as the excitation lights EL1 and EL4. Therefore, the end faces of the optical fibers coupled to both ends of the narrow band filter are coated with a high reflection film for 980 nm light.
【0074】この構成例では、入射したレーザ光LB3
は、光ファイバー増幅器22から狭帯域フィルタ24A
を通過して更に光ファイバー増幅器25を通過する。ま
た、一方の励起光EL1は前方から光ファイバー増幅器
22を通過して励起を行った後、狭帯域フィルタ24A
の面24Aaで反射されて再び光ファイバー増幅器22
を励起し、他方の励起光EL4は後方から光ファイバー
増幅器25を通過して励起を行った後、面24Abで反
射されて再び光ファイバー増幅器25を励起するため、
光ファイバー増幅器22,25ではそれぞれ高い増幅利
得が得られる。In this configuration example, the incident laser light LB3
Is a narrow band filter 24A from the optical fiber amplifier 22.
And further passes through the optical fiber amplifier 25. Also, after one pumping light EL1 passes through the optical fiber amplifier 22 from the front to perform pumping, the narrow band filter 24A
Reflected by the surface 24Aa of the optical fiber amplifier 22 again.
And the other excitation light EL4 passes through the optical fiber amplifier 25 from the rear to excite it, and is then reflected by the surface 24Ab to excite the optical fiber amplifier 25 again.
In the optical fiber amplifiers 22 and 25, high amplification gains can be obtained.
【0075】この際に、狭帯域フィルタ24Aの使用に
よってASEが小さくなり、SRSの影響が低減されて
いる。更に、図5の構成例では、図4の構成例と比べて
バイパス用のWDM素子21B,21Cを挿入する必要
が無くなり、構成が簡素化できると共に、WDM素子の
挿入損失も無くなっている。次に、図6を参照して第5
の構成例の光増幅ユニット18Dにつき説明する。図6
において図2に対応する部分には同一符号を付してその
詳細説明を省略する。図6の光増幅ユニット18Dにお
いて、光ファイバー増幅器25の前後にカップリング用
のWDM素子21C、及び狭帯域フィルタ24Aが接続
され、WDM素子21Cを介して半導体レーザ23Cか
らの励起光EL3が光ファイバー増幅器25に供給され
ている。また、狭帯域フィルタ24Aはカップリング用
の波長分割多重(Wavelength Division Multiplexing:
WDM)素子を兼用しており、狭帯域フィルタ24Aを
介して半導体レーザ23Dからの励起光EL4が光ファ
イバー増幅器25に供給されている。そして、本例では
狭帯域フィルタ24Aの射出端が図1(a)の光ファイ
バー・バンドル19を構成する1本の無ドープの光ファ
イバー26に接続されている。なお、不図示であるが、
WDM素子21Cの前段には図2の光ファイバー増幅器
22及びこの励起用の部材が接続されている。At this time, the use of the narrow band filter 24A reduces the ASE, thereby reducing the influence of the SRS. Further, in the configuration example of FIG. 5, it is not necessary to insert the WDM elements 21B and 21C for bypass as compared with the configuration example of FIG. 4, so that the configuration can be simplified and the insertion loss of the WDM element is also eliminated. Next, referring to FIG.
The optical amplifying unit 18D of the configuration example will be described. FIG.
In FIG. 2, the portions corresponding to FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the optical amplification unit 18D shown in FIG. 6, a coupling WDM element 21C and a narrow-band filter 24A are connected before and after the optical fiber amplifier 25, and the pump light EL3 from the semiconductor laser 23C is supplied to the optical fiber amplifier 25 via the WDM element 21C. Is supplied to Further, the narrow band filter 24A is provided with a wavelength division multiplexing (Wavelength Division Multiplexing) for coupling.
A pump light EL4 from a semiconductor laser 23D is supplied to an optical fiber amplifier 25 via a narrow band filter 24A. In this example, the exit end of the narrow-band filter 24A is connected to one undoped optical fiber 26 constituting the optical fiber bundle 19 of FIG. Although not shown,
The optical fiber amplifier 22 shown in FIG. 2 and a member for excitation thereof are connected to a stage preceding the WDM element 21C.
【0076】図6において、入射したレーザ光LB3
は、光ファイバー増幅器25で増幅された後、狭帯域フ
ィルタ24Aを介して光ファイバー26を伝播する。こ
の際に、狭帯域フィルタ24AはWDM素子を兼用して
いるため、構成が簡素化されている。更に、狭帯域フィ
ルタ24Aの使用によって無ドープの光ファイバー26
内でのSRS(Stimulated Raman Scattering )の影響
が軽減されるため、全体として波長幅の広がりが抑制さ
れる。In FIG. 6, the incident laser beam LB3
Are amplified by the optical fiber amplifier 25 and then propagate through the optical fiber 26 via the narrow band filter 24A. At this time, the configuration is simplified since the narrow band filter 24A also serves as a WDM element. Further, the use of the undoped optical fiber 26
Since the influence of SRS (Stimulated Raman Scattering) in the inside is reduced, the spread of the wavelength width is suppressed as a whole.
【0077】次に、本発明の実施の形態の他の例につき
図1、図2及び図7を参照して説明する。上記の実施の
形態では、図1(a)の光変調素子12から出力される
レーザ光のパルス幅は1ns程度に設定されている。こ
のようにパルス幅が短い場合に、ピーク出力を高くする
と、特に後段の光ファイバー増幅器においてSPM(Se
lf Phase Modulation )による周波数広がりが大きくな
る恐れがある。そこで、本例では、光変調素子12にお
ける出力パルスの幅を、必要な周波数幅のトランスファ
ー・リミットで決まるパルス幅(本例では1ns程度)
の数倍、例えば2ns〜5ns程度に設定すると共に、
パルス波形をパルス過渡時間が最大になるようにする。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2 and FIG. In the above embodiment, the pulse width of the laser light output from the light modulation element 12 in FIG. 1A is set to about 1 ns. If the peak output is increased when the pulse width is short, the SPM (Sequence) is increased especially in the optical fiber amplifier at the subsequent stage.
lf Phase Modulation) may increase the frequency spread. Therefore, in this example, the width of the output pulse from the light modulation element 12 is determined by the pulse width determined by the transfer limit of the required frequency width (about 1 ns in this example).
Several times, for example, about 2 ns to 5 ns,
The pulse waveform should be such that the pulse transient time is maximized.
【0078】図7は、本例の各部のパルス波形の一例を
示し、図1(a)の光変調素子12から出力されるレー
ザ光LB2の時間tに対する強度変化は、図7(b)の
実線の波形28Aのようになる。この波形28Aのパル
ス幅ΔtAは、所望のレーザ光の周波数幅のトランスフ
ァー・リミットで決まる点線で示す波形28Bのパルス
幅ΔtBの2倍程度に設定されている。この場合に、図
1(a)の単一波長発振レーザ11から出力されるレー
ザ光LB1は、図7(a)の実線で示すようにCW波で
もよいが、2点鎖線の波形27で示すようにパルス幅Δ
tAよりも広い幅のパルス光としておくことによって、
レーザ光の利用効率を高めることができる。FIG. 7 shows an example of the pulse waveform of each part of this embodiment. The intensity change of the laser beam LB2 output from the light modulation element 12 in FIG. 1A with respect to time t is shown in FIG. The waveform becomes like a solid waveform 28A. The pulse width ΔtA of the waveform 28A is set to be about twice the pulse width ΔtB of the waveform 28B indicated by a dotted line determined by the transfer limit of the frequency width of the desired laser light. In this case, the laser beam LB1 output from the single-wavelength oscillation laser 11 in FIG. 1A may be a CW wave as shown by a solid line in FIG. 7A, but is shown by a two-dot chain line waveform 27. So that the pulse width Δ
By making the pulse light wider than tA,
The utilization efficiency of laser light can be increased.
【0079】また、本例の図1(a)の光増幅ユニット
18−1として図2の光増幅ユニット18が使用される
ものとすると、上記のようにレーザ光LB2のパルス幅
が広くなると、特に最終段の光ファイバー増幅器25に
おいてSPMの影響が低減される半面で、SBS(Stim
ulated Brillouin Scattering )の影響が大きくなる。
ところが、その最終段の光ファイバー増幅器25では利
得のブリーチングが起こるために、光増幅ユニット18
から出力されるレーザ光LB3のパルス幅は、図7
(c)の実線の波形29Aで示すように、レーザ光LB
2の波形にそのまま対応する点線の波形29Bに比べて
短くなる。従って、光変調素子12でパルス幅を広くし
たことの悪影響は軽減され、全体として最終的に出力さ
れる紫外光の波長幅を狭くすることができる。If the light amplification unit 18 of FIG. 2 is used as the light amplification unit 18-1 of FIG. 1A in this example, if the pulse width of the laser beam LB2 is widened as described above, In particular, while the influence of SPM is reduced in the final stage optical fiber amplifier 25, SBS (Stim)
The effect of ulated Brillouin Scattering) increases.
However, in the final stage of the optical fiber amplifier 25, bleaching of the gain occurs.
The pulse width of the laser beam LB3 output from the
As shown by the solid line waveform 29A in FIG.
The waveform is shorter than the dotted waveform 29B corresponding to the waveform 2 as it is. Therefore, the adverse effect of increasing the pulse width in the light modulation element 12 is reduced, and the wavelength width of the finally output ultraviolet light can be reduced as a whole.
【0080】なお、上記の実施の形態では、単一波長発
振レーザ11として発振波長が1.544μm程度のレ
ーザ光源が使用されているが、その代わりに発振波長
1.099〜1.106μm程度のレーザ光源を使用し
てもよい。このようなレーザ光源としては、DFB半導
体レーザあるいはイッテルビウム(Yb)・ドープ・フ
ァイバーレーザが使用できる。この場合には、後段の光
増幅部中の光ファイバー増幅器としては、その波長を含
む990〜1200nm程度の波長域で増幅を行うイッ
テルビウム(Yb)・ドープ・光ファイバー(YDF
A)を使用すればよい。この場合には、図1(b)の波
長変換部20において、7倍波を出力することによっ
て、F2 レーザと実質的に同一の波長157〜158n
mの紫外光が得られる。実用的には、発振波長を1.1
μm程度とすることで、F2 レーザとほぼ同一波長の紫
外光が得られる。In the above embodiment, a laser light source having an oscillation wavelength of about 1.544 μm is used as the single-wavelength oscillation laser 11, but instead, an oscillation wavelength of about 1.099 to 1.106 μm is used. A laser light source may be used. As such a laser light source, a DFB semiconductor laser or a ytterbium (Yb) -doped fiber laser can be used. In this case, as the optical fiber amplifier in the optical amplifier in the subsequent stage, an ytterbium (Yb) -doped optical fiber (YDF) for performing amplification in a wavelength range of about 990 to 1200 nm including that wavelength is used.
A) may be used. In this case, the wavelength conversion unit 20 shown in FIG. 1B outputs the seventh harmonic, so that the wavelengths 157 to 158n substantially the same as those of the F 2 laser are output.
m ultraviolet light is obtained. Practically, the oscillation wavelength is set to 1.1.
By setting the thickness to about μm, ultraviolet light having substantially the same wavelength as that of the F 2 laser can be obtained.
【0081】更には、単一波長発振レーザ11での発振
波長を990nm付近として、波長変換部20で基本波
の4倍波を出力するようにしてもよい。これによって、
KrFエキシマレーザと同一の波長248nmの紫外光
を得ることが可能である。なお、上記の実施形態におけ
る最終段の高ピーク出力の光ファイバー増幅器(例えば
図2の光増幅ユニット18中の光ファイバー増幅器2
5)においては、ファイバー中での非線形効果による増
幅光のスペクトル幅の増加を避けるため、ファイバーモ
ード径が通常通信で用いられているもの(5〜6μm)
よりも広い、例えば20〜30μmの大モード径ファイ
バーを使用することが望ましい。Further, the oscillation wavelength of the single-wavelength oscillation laser 11 may be set to around 990 nm, and the wavelength converter 20 may output the fourth harmonic of the fundamental wave. by this,
It is possible to obtain the same ultraviolet light having a wavelength of 248 nm as the KrF excimer laser. It should be noted that the last stage of the optical fiber amplifier having the high peak output (for example, the optical fiber amplifier 2 in the optical amplification unit 18 in FIG. 2) in the above embodiment.
In 5), in order to avoid an increase in the spectrum width of the amplified light due to the non-linear effect in the fiber, the fiber mode diameter is usually used in communication (5 to 6 μm).
It is desirable to use a larger mode diameter fiber, e.g.
【0082】更に、最終段の光ファイバー増幅器(例え
ば図2の光ファイバー増幅器25)において高出力を得
るためには、その大モード径ファイバーに代えて、ファ
イバー・クラッドが二重構造となったダブル・クラッド
・ファイバーを用いるようにしてもよい。この光ファイ
バーでは、コアの部分にレーザ光の増幅に寄与するイオ
ンがドープされており、増幅されるレーザ光(信号)が
このコア内を伝搬する。そして、コアを取り巻く第1ク
ラッドに励起用半導体レーザをカップリングする。この
第1クラッドはマルチモードであり、断面積も大きいた
め高出力の励起用半導体レーザ光の伝導が容易であり、
マルチモード発振の半導体レーザを効率よくカップリン
グし、励起用光源を効率よく使用することができる。そ
の第1クラッドの外周には第1クラッドの導波路を形成
するための第2クラッドが形成されている。Further, in order to obtain a high output in the final stage optical fiber amplifier (eg, the optical fiber amplifier 25 in FIG. 2), a double clad having a double fiber clad structure is used instead of the large mode diameter fiber. -A fiber may be used. In this optical fiber, ions contributing to the amplification of the laser light are doped in the core, and the amplified laser light (signal) propagates in the core. Then, the semiconductor laser for excitation is coupled to the first cladding surrounding the core. The first cladding is multi-mode and has a large cross-sectional area, so that it is easy to transmit a high-power excitation semiconductor laser light,
The semiconductor laser of multi-mode oscillation can be efficiently coupled, and the light source for excitation can be used efficiently. A second clad for forming a waveguide of the first clad is formed on the outer periphery of the first clad.
【0083】また、上記の実施の形態の光ファイバー増
幅器として石英ファイバー、又はシリケイト系ファイバ
ーを用いることができるが、これらの他にフッ化物系フ
ァイバー、例えばZBLANファイバーを用いるように
してもよい。このフッ化物系ファイバーでは、石英やシ
リケイト系などに比べてエルビウム・ドープ濃度を大き
くすることができ、これにより増幅に必要なファイバー
長を短縮することができる。このフッ化物系ファイバー
は、特に最終段の光ファイバー増幅器(図2の光ファイ
バー増幅器25)に適用することが望ましく、ファイバ
ー長の短縮により、パルス光のファイバー伝播中の非線
形効果による波長幅の広がりを抑えることができ、例え
ば露光装置に必要な波長幅が狭帯化された光源を得るこ
とが可能となる。特に開口数が大きい投影光学系を有す
る露光装置でこの狭帯化光源が使用できることは、例え
ば投影光学系を設計、製造する上で有利である。In addition, although a quartz fiber or a silicate fiber can be used as the optical fiber amplifier of the above embodiment, a fluoride fiber, for example, a ZBLAN fiber may be used. In this fluoride-based fiber, the erbium doping concentration can be increased as compared with quartz or silicate-based fibers, so that the fiber length required for amplification can be shortened. This fluoride fiber is desirably applied particularly to the final-stage optical fiber amplifier (the optical fiber amplifier 25 in FIG. 2). By shortening the fiber length, the spread of the wavelength width due to the nonlinear effect during the propagation of the pulsed light into the fiber is suppressed. For example, it is possible to obtain a light source in which the wavelength width required for an exposure apparatus is narrowed. In particular, the fact that this band narrowing light source can be used in an exposure apparatus having a projection optical system having a large numerical aperture is advantageous in designing and manufacturing a projection optical system, for example.
【0084】ところで、前述のように二重構造のクラッ
ドを持つ光ファイバー増幅器の出力波長として1.51
〜1.59μmを使用する場合には、ドープするイオン
としてエルビウム(Er)に加えイッテルビウム(Y
b)を共にドープすることが好ましい。これは半導体レ
ーザによる励起効率を向上させる効果があるためであ
る。すなわち、エルビウムとイッテルビウムとの両方を
ドープする場合、イッテルビウムの強い吸収波長が91
5〜975nm付近に広がっており、この近傍の波長で
各々異なる発振波長を持つ複数の半導体レーザを波長分
割多重(WDM)により結合させて第1クラッドにカッ
プリングすることで、その複数の半導体レーザを励起光
として使用できるため大きな励起強度を実現することが
できる。By the way, as described above, the output wavelength of the optical fiber amplifier having the double-structure clad is 1.51.
When using 1.59 μm, ytterbium (Y) in addition to erbium (Er) is added as ions to be doped.
Preferably, b) is co-doped. This is because there is an effect of improving the pumping efficiency by the semiconductor laser. That is, when both erbium and ytterbium are doped, the strong absorption wavelength of ytterbium is 91%.
A plurality of semiconductor lasers having wavelengths ranging from 5 to 975 nm and having different oscillation wavelengths at wavelengths close to each other are coupled by wavelength division multiplexing (WDM) and coupled to the first cladding, thereby forming the plurality of semiconductor lasers. Can be used as the excitation light, so that a large excitation intensity can be realized.
【0085】また、光ファイバー増幅器のドープ・ファ
イバーの設計については、本例のように予め定められた
一定の波長で動作する装置(例えば露光装置)では、所
望の波長における光ファイバー増幅器の利得が大きくな
るように材質を選択することが望ましい。例えば、Ar
Fエキシマレーザと同じ出力波長(193〜194n
m)を得るための紫外レーザ装置において、光増幅器用
ファイバーを用いる場合には所望の波長、例えば1.5
48μmで利得が大きくなる材質を選ぶことが望まし
い。As for the design of the doped fiber of the optical fiber amplifier, in an apparatus (for example, an exposure apparatus) operating at a predetermined constant wavelength as in this example, the gain of the optical fiber amplifier at a desired wavelength becomes large. It is desirable to select the material as follows. For example, Ar
The same output wavelength as that of the F excimer laser (193 to 194n)
In the case of using an optical amplifier fiber in the ultraviolet laser device for obtaining m), a desired wavelength, for example, 1.5
It is desirable to select a material that increases the gain at 48 μm.
【0086】しかしながら、通信用ファイバーでは波長
分割多重化通信のため、1.55μm付近の数十nmの
波長領域で、比較的平坦な利得を持つように設計されて
いる。そこで、例えば励起媒質としてエルビウム単一ド
ープのコアを持つ通信用ファイバーでは、この平坦な利
得特性を実現するために、アルミニウムやリンをシリカ
ファイバーにコ・ドープする手法が用いられる。このた
めこの種のファイバーでは、1.548μmで必ずしも
利得が大きくならない。また、ドープ元素のアルミニウ
ムは、1.55μm付近のピークを長波長側にシフトさ
せ、リンは短波長側にシフトさせる効果を持つ。従っ
て、1.547μm近傍で利得を大きくするためには、
少量のリンをドープすればよい。同様に、例えばエルビ
ウムとイッテルビウムとを共にドープ(コ・ドープ)し
たコアを持つ光増幅器用ファイバー(例えば前記ダブル
・クラッド・タイプのファイバー)を用いる場合にも、
コアに少量のリンを加えることにより、1.547μm
付近でより高い利得を得ることができる。However, the communication fiber is designed to have a relatively flat gain in a wavelength region of several tens nm near 1.55 μm for wavelength division multiplexing communication. Therefore, for example, in a communication fiber having an erbium single-doped core as an excitation medium, a method of co-doping aluminum or phosphorus into a silica fiber is used to realize the flat gain characteristic. Therefore, in this type of fiber, the gain does not always increase at 1.548 μm. Further, aluminum as a doping element has an effect of shifting a peak around 1.55 μm to a longer wavelength side, and phosphorus has an effect to shift to a shorter wavelength side. Therefore, to increase the gain near 1.547 μm,
A small amount of phosphorus may be doped. Similarly, when an optical amplifier fiber (for example, the double clad type fiber) having a core doped with both erbium and ytterbium (co-doped) is used,
1.547 μm by adding a small amount of phosphorus to the core
Higher gain can be obtained in the vicinity.
【0087】次に、図1の実施の形態の紫外光発生装置
における波長変換部20のいくつかの構成例につき説明
する。図8(a)は、2次高調波発生を繰り返して8倍
波を得ることができる波長変換部20を示し、この図8
(a)において、光ファイバー・バンドル19の出力端
19aから出力された波長1.544μm(周波数をω
とする)のレーザ光LB4の基本波は、1段目の非線形
光学結晶502に入射し、ここでの2次高調波発生によ
り基本波の周波数ωの2倍の周波数2ω(波長は1/2
の772nm)の2倍波が発生する。この2倍波は、レ
ンズ505を経て2段目の非線形光学結晶503に入射
し、ここでも再び2次高調波発生により、入射波の周波
数2ωの2倍、即ち基本波に対し4倍の周波数4ω(波
長は1/4の386nm)を持つ4倍波が発生する。発
生した4倍波は更にレンズ506を介して3段目の非線
形光学結晶504に進み、ここで再び2次高調波発生に
よって、入射波の周波数4ωの2倍、即ち基本波に対し
8倍の周波数8ωを有する8倍波(波長は1/8の19
3nm)が発生する。この8倍波は紫外のレーザ光LB
5として射出される。即ち、この構成例では、基本波
(波長1.544μm)→2倍波(波長772nm)→
4倍波(波長386nm)→8倍波(波長193nm)
の順に波長変換が行われる。Next, some examples of the configuration of the wavelength conversion section 20 in the ultraviolet light generator of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. FIG. 8A shows a wavelength converter 20 which can obtain an eighth harmonic by repeating generation of the second harmonic.
In (a), the wavelength output from the output end 19a of the optical fiber bundle 19 is 1.544 μm (the frequency is ω
) Of the laser light LB4 is incident on the first-stage nonlinear optical crystal 502, where the second harmonic is generated, and the frequency 2ω (the wavelength is 2), which is twice the frequency ω of the fundamental wave.
(772 nm). The second harmonic wave enters the second-stage nonlinear optical crystal 503 through the lens 505, where the second harmonic is again generated, and the frequency is twice the frequency 2ω of the incident wave, ie, four times the fundamental wave. A fourth harmonic having 4ω (the wavelength is 4 of 386 nm) is generated. The generated fourth harmonic further proceeds to the third-stage nonlinear optical crystal 504 via the lens 506, where the second harmonic generation again causes the frequency to be twice the frequency 4ω of the incident wave, ie, eight times the fundamental wave. An eighth harmonic having a frequency of 8ω (the wavelength is 1/8
3 nm). This eighth harmonic is an ultraviolet laser beam LB
Injected as 5. That is, in this configuration example, the fundamental wave (wavelength: 1.544 μm) → the second harmonic wave (wavelength: 772 nm) →
4th harmonic (wavelength 386 nm) → 8th harmonic (wavelength 193 nm)
Are performed in this order.
【0088】前記波長変換に使用する非線形光学結晶と
しては、例えば基本波から2倍波への変換を行う非線形
光学結晶502にはLiB3 O5 (LBO)結晶を、2
倍波から4倍波への変換を行う非線形光学結晶503に
はLiB3 O5 (LBO)結晶を、4倍波から8倍波へ
の変換を行う非線形光学結晶504にはSr2 Be2B
2 O7 (SBBO)結晶を使用する。ここで、LBO結
晶を使用した基本波から2倍波への変換には、波長変換
のための位相整合にLBO結晶の温度調節による整合方
法(Non-Critical Phase Matching:NCPM)を使用す
る。NCPMは、非線形光学結晶内での基本波と第二高
調波との間の角度ずれである「Walk-off」が起こらない
ため、高効率で2倍波への変換を可能にし、また発生し
た2倍波はWalk-offによるビームの変形も受けないため
有利である。As the nonlinear optical crystal used for the wavelength conversion, for example, a LiB 3 O 5 (LBO) crystal is used for the nonlinear optical crystal 502 for converting a fundamental wave to a second harmonic.
LiB 3 O 5 (LBO) crystal is used for the nonlinear optical crystal 503 for converting the harmonic wave to the fourth harmonic, and Sr 2 Be 2 B for the nonlinear optical crystal 504 for converting the fourth harmonic to the eighth harmonic.
2 O 7 (SBBO) crystal is used. Here, in the conversion from the fundamental wave to the second harmonic using the LBO crystal, a non-critical phase matching (NCPM) by adjusting the temperature of the LBO crystal is used for phase matching for wavelength conversion. The NCPM enables conversion to the second harmonic wave with high efficiency and generates the "Walk-off", which is an angle shift between the fundamental wave and the second harmonic wave in the nonlinear optical crystal, and does not occur. The second harmonic is advantageous because it does not suffer from beam deformation due to walk-off.
【0089】なお、図8(a)において、光ファイバー
・バンドル19と非線形光学結晶502との間に、レー
ザ光LB4の入射効率を高めるために集光レンズを設け
ることが望ましい。この際に、光ファイバー・バンドル
19を構成する各光ファイバーのモード径(コア径)は
例えば20μm程度であり、非線形光学結晶中で変換効
率の高い領域の大きさは例えば200μm程度であるた
め、各光ファイバー毎に10倍程度の倍率の微小レンズ
を設けて、各光ファイバーから射出されるレーザ光を非
線形光学結晶50中に集光するようにしてもよい。これ
は以下の構成例でも同様である。In FIG. 8A, it is desirable to provide a condenser lens between the optical fiber bundle 19 and the nonlinear optical crystal 502 in order to increase the efficiency of incidence of the laser beam LB4. At this time, the mode diameter (core diameter) of each optical fiber constituting the optical fiber bundle 19 is, for example, about 20 μm, and the size of the region having high conversion efficiency in the nonlinear optical crystal is, for example, about 200 μm. A microlens with a magnification of about 10 may be provided for each, and the laser light emitted from each optical fiber may be focused on the nonlinear optical crystal 50. This is the same in the following configuration examples.
【0090】次に、図8(b)は2次高調波発生と和周
波発生とを組み合わせて8倍波を得ることができる波長
変換部20Aを示し、この図8(b)において、光ファ
イバー・バンドル19の出力端19aから射出された波
長1.544μmのレーザ光LB4の基本波は、LBO
結晶よりなり上記のNCPMで制御されている1段目の
非線形光学結晶507に入射し、ここでの2次高調波発
生により2倍波(波長722nm)が発生する。更に、
非線形光学結晶507中を基本波の一部がそのまま透過
する。この基本波及び2倍波は、共に直線偏光状態で波
長板(例えば1/2波長板)508を透過して、基本波
のみが偏光方向が90度回転した状態で射出される。こ
の基本波と2倍波とはそれぞれレンズ509を通って2
段目の非線形光学結晶510に入射する。Next, FIG. 8B shows a wavelength conversion section 20A capable of obtaining an eighth harmonic by combining the second harmonic generation and the sum frequency generation. In FIG. The fundamental wave of the laser light LB4 having a wavelength of 1.544 μm emitted from the output end 19a of the bundle 19 is LBO
The light enters the first-stage nonlinear optical crystal 507 made of crystal and controlled by the NCPM, and a second harmonic (wavelength: 722 nm) is generated by the generation of the second harmonic. Furthermore,
A part of the fundamental wave passes through the nonlinear optical crystal 507 as it is. Both the fundamental wave and the second harmonic wave pass through a wave plate (for example, a half-wave plate) 508 in a state of linear polarization, and only the fundamental wave is emitted with the polarization direction rotated by 90 degrees. The fundamental wave and the second harmonic wave pass through the lens 509 and pass through the lens 509, respectively.
The light is incident on the nonlinear optical crystal 510 of the stage.
【0091】非線形光学結晶510では、1段目の非線
形光学結晶507で発生した2倍波と、変換されずに透
過した基本波とから和周波発生により3倍波(波長51
5nm)を得る。非線形光学結晶510としてはLBO
結晶が用いられるが、1段目の非線形光学結晶507
(LBO結晶)とは温度が異なるNCPMで使用され
る。非線形光学結晶510で得られた3倍波と、波長変
換されずに透過した2倍波とは、ダイクロイック・ミラ
ー511により分離されて、ダイクロイック・ミラー5
11で反射された3倍波は、ミラーM1で反射されレン
ズ513を通って3段目のβ−BaB2 O4 (BBO)
結晶よりなる非線形光学結晶514に入射する。ここで
3倍波が2次高調波発生により6倍波(波長257n
m)に変換される。In the nonlinear optical crystal 510, a third harmonic (wavelength 511) is generated from the second harmonic generated in the first-stage nonlinear optical crystal 507 and the fundamental wave transmitted without being converted.
5 nm). As the nonlinear optical crystal 510, LBO
A crystal is used, but the first-stage nonlinear optical crystal 507 is used.
It is used in the NCPM having a different temperature from (LBO crystal). The third harmonic obtained by the non-linear optical crystal 510 and the second harmonic transmitted without wavelength conversion are separated by the dichroic mirror 511, and the dichroic mirror 5
The third harmonic reflected by 11 is reflected by mirror M1, passes through lens 513, and the third stage β-BaB 2 O 4 (BBO)
The light enters a nonlinear optical crystal 514 made of a crystal. Here, the third harmonic becomes the sixth harmonic (wavelength 257n) due to the generation of the second harmonic.
m).
【0092】一方、ダイクロイック・ミラーを透過した
2倍波はレンズ512及びミラーM2を経てダイクロイ
ック・ミラー516に入射し、非線形光学結晶514で
得られた6倍波もレンズ515を経てダイクロイック・
ミラー516に入射し、ここでその2倍波と6倍波とは
同軸に合成されて4段目のBBO結晶よりなる非線形光
学結晶517に入射する。非線形光学結晶517では、
6倍波と2倍波とから和周波発生により8倍波(波長1
93nm)を得る。この8倍波は紫外のレーザ光LB5
として射出される。なお、4段目の非線形光学結晶51
7として、BBO結晶の代わりにCsLiB6 O10(C
LBO)結晶を用いることも可能である。この波長変換
部20Aでは、基本波(波長1.544μm)→2倍波
(波長772nm)→3倍波(波長515nm)→6倍
波(波長257nm)→8倍波(波長193nm)の順
に波長変換が行われている。On the other hand, the second harmonic transmitted through the dichroic mirror enters the dichroic mirror 516 via the lens 512 and the mirror M2, and the sixth harmonic obtained by the nonlinear optical crystal 514 also passes through the lens 515 to the dichroic mirror.
The light enters the mirror 516, where the second harmonic and the sixth harmonic are combined coaxially and incident on the nonlinear optical crystal 517 made of the fourth stage BBO crystal. In the nonlinear optical crystal 517,
Eighth harmonic (wavelength 1) by sum frequency generation from sixth harmonic and second harmonic
93 nm). This eighth harmonic is generated by the ultraviolet laser beam LB5.
Injected as The fourth-stage nonlinear optical crystal 51
As CsLiB 6 O 10 (C
It is also possible to use (LBO) crystals. In the wavelength conversion unit 20A, the wavelength is changed in the order of fundamental wave (wavelength 1.544 μm) → second harmonic wave (wavelength 772 nm) → third harmonic wave (wavelength 515 nm) → sixth harmonic wave (wavelength 257 nm) → eighth harmonic wave (wavelength 193 nm). A conversion has been made.
【0093】このように6倍波と2倍波との一方が分岐
光路を通って4段目の非線形光学結晶517に入射する
構成では、6倍波と2倍波とをそれぞれ4段目の非線形
光学結晶517に集光して入射させるレンズ515,5
12を互いに異なる光路に配置することができる。この
場合、3段目の非線形光学結晶514で発生した6倍波
はその断面形状がWalk-off現象により長円形になってい
るため、4段目の非線形光学結晶517で良好な変換効
率を得るためには、その6倍波のビーム整形を行うこと
が望ましい。そこで本例のように、レンズ515,51
2を別々の光路に配置することにより、例えばレンズ5
15としてシリンドリカルレンズ対を用いること等が可
能となり、6倍波のビーム整形を容易に行うことができ
る。このため、4段目の非線形光学結晶(BBO結晶)
517での2倍波との重なり部を増加させて、変換効率
を高めることが可能である。As described above, in the configuration in which one of the sixth harmonic and the second harmonic enters the fourth-stage nonlinear optical crystal 517 through the branch optical path, the sixth harmonic and the second harmonic are respectively transmitted to the fourth stage. Lenses 515 and 5 for condensing and entering the nonlinear optical crystal 517
12 can be arranged in different optical paths. In this case, since the sixth harmonic generated in the third-stage nonlinear optical crystal 514 has an elliptical cross-sectional shape due to the Walk-off phenomenon, good conversion efficiency is obtained by the fourth-stage nonlinear optical crystal 517. For this purpose, it is desirable to perform beam shaping of the sixth harmonic. Therefore, as in this example, the lenses 515, 51
2 are arranged in separate optical paths, for example, the lens 5
For example, a cylindrical lens pair 15 can be used, and the beam shaping of the sixth harmonic can be easily performed. Therefore, the fourth-stage nonlinear optical crystal (BBO crystal)
It is possible to increase the overlap with the second harmonic at 517 to increase the conversion efficiency.
【0094】なお、2段目の非線形光学結晶510と4
段目の非線形光学結晶517との間の構成は図8(b)
に限られるものではなく、4段目の非線形光学結晶17
に6倍波と2倍波とが同時に入射するように、6倍波と
2倍波とでその光路長が等しくなっていれば、いかなる
構成であってもよい。更に、例えば2段目の非線形光学
結晶510と同一光軸上に3段目及び4段目の非線形光
学結晶514,517を配置し、3段目の非線形光学結
晶514で3倍波のみを2次高調波発生により6倍波に
変換して、波長変換されない2倍波と共に4段目の非線
形光学結晶517に入射させてもよく、これによりダイ
クロイック・ミラー511,516を用いる必要がなく
なる。The second-stage nonlinear optical crystals 510 and 4
The configuration between the nonlinear optical crystal 517 of the stage and FIG.
However, the present invention is not limited to this.
Any configuration may be used as long as the optical path lengths of the sixth harmonic and the second harmonic are equal so that the sixth harmonic and the second harmonic are incident simultaneously. Further, for example, the third-stage and fourth-stage nonlinear optical crystals 514 and 517 are arranged on the same optical axis as the second-stage nonlinear optical crystal 510, and the third-stage nonlinear optical crystal 514 applies only the third harmonic wave to the second stage. It may be converted into a sixth harmonic by the generation of the second harmonic, and may be incident on the fourth-stage nonlinear optical crystal 517 together with the second harmonic that is not wavelength-converted. This eliminates the need to use the dichroic mirrors 511 and 516.
【0095】また、図8(a)及び(b)に示した波長
変換部20,20Aについてそれぞれ各チャネル当たり
の8倍波(波長193nm)の平均出力を実験的に求め
て見た。基本波の出力は前述の実施形態で説明した通り
各チャネルの出力端で、ピーク・パワー20kW、パル
ス幅1ns、パルス繰り返し周波数100kHz、及び
平均出力2Wである。この結果、各チャネル当たりの8
倍波の平均出力は、図8(a)の波長変換部20では2
29mW、図8(b)の波長変換部20Aでは38.3
mWであった。従って、全128チャネルを合わせたバ
ンドルからの平均出力は、波長変換部20では29W、
波長変換部20Aでは4.9Wとなり、何れの波長変換
部20,20Aであっても露光装置用光源として十分な
出力の、波長193nmの紫外光を提供することができ
る。The average output of the eighth harmonic (wavelength: 193 nm) per channel for each of the wavelength converters 20 and 20A shown in FIGS. 8A and 8B was experimentally obtained. As described in the above embodiment, the output of the fundamental wave is the output terminal of each channel, and has a peak power of 20 kW, a pulse width of 1 ns, a pulse repetition frequency of 100 kHz, and an average output of 2 W. As a result, 8 per channel
The average output of the harmonic is 2 in the wavelength converter 20 in FIG.
29 mW, 38.3 in the wavelength converter 20A of FIG.
mW. Therefore, the average output from the bundle including all 128 channels is 29 W in the wavelength converter 20,
The wavelength converter 20A has a power of 4.9 W, and any of the wavelength converters 20 and 20A can provide ultraviolet light having a wavelength of 193 nm, which has a sufficient output as a light source for an exposure apparatus.
【0096】なお、波長変換部20,20Aと同様の構
成によって、基本波(波長1.544μm)→2倍波
(波長772nm)→4倍波(波長386nm)→6倍
波(波長257nm)→8倍波(波長193nm)の順
に波長変換することも可能である。更に、基本波(波長
1.544μm)→2倍波(波長772nm)→3倍波
(波長515nm)→4倍波(波長386nm)→7倍
波(波長221nm)→8倍波(波長193nm)の順
に波長変換することも可能であり、基本波(波長1.5
44μm)→2倍波(波長772nm)→3倍波(波長
515nm)→4倍波(波長386nm)→6倍波(波
長257nm)→7倍波(波長221nm)→8倍波
(波長193nm)の順に波長変換することによっても
8倍波を得ることができる。これらの中から変換効率が
高く、構成が簡素化できるものを使用することが望まし
い。Note that, with the same configuration as the wavelength conversion units 20, 20A, a fundamental wave (wavelength: 1.544 μm) → a second harmonic wave (wavelength: 772 nm) → a fourth harmonic wave (wavelength: 386 nm) → a sixth harmonic wave (wavelength: 257 nm) → It is also possible to perform wavelength conversion in the order of the eighth harmonic (wavelength 193 nm). Furthermore, fundamental wave (wavelength 1.544 μm) → second harmonic wave (wavelength 772 nm) → third harmonic wave (wavelength 515 nm) → fourth harmonic wave (wavelength 386 nm) → seventh harmonic wave (wavelength 221 nm) → eighth harmonic wave (wavelength 193 nm) Can be converted in the order of the fundamental wave (wavelength 1.5).
44 μm) → 2nd harmonic (wavelength 772 nm) → 3rd harmonic (wavelength 515 nm) → 4th harmonic (wavelength 386 nm) → 6th harmonic (wavelength 257 nm) → 7th harmonic (wavelength 221 nm) → 8th harmonic (wavelength 193 nm) The eighth harmonic can also be obtained by wavelength conversion in the following order. Of these, it is desirable to use one having a high conversion efficiency and a simplified configuration.
【0097】なお、上記の実施の形態では、図1(a)
より分かるようにm組のn個の光増幅ユニット18−1
〜18−nの出力の合成光を一つの波長変換部20で波
長変換している。しかしながら、その代わりに、例えば
m’個(m’は2以上の整数)の波長変換部を用意し、
m組の光増幅ユニット18−1〜18−nの出力をn’
個ずつm’個のグループに分けて、各グループ毎に1つ
の波長変換部で波長変換を行い、得られたm’個(本例
では例えばm’=4又は5等)の紫外光を合成するよう
にしてもよい。In the above embodiment, FIG.
As can be seen, m sets of n optical amplification units 18-1
The wavelengths of the combined lights having outputs of 〜18-n are converted by one wavelength converter 20. However, instead, for example, m ′ (m ′ is an integer of 2 or more) wavelength conversion units are prepared,
Outputs of the m sets of optical amplification units 18-1 to 18-n are n ′
Each group is divided into m ′ groups, wavelength conversion is performed by one wavelength converter for each group, and the obtained m ′ (eg, m ′ = 4 or 5 in this example) ultraviolet light is synthesized. You may make it.
【0098】上記の実施の形態の紫外光発生装置によれ
ば、図1(a)の光ファイバー・バンドル19の出力端
の直径が全チャネルを合わせても2mm程度以下である
ため、1個、又は数個の波長変換部20ですべてのチャ
ネルの波長変換を行うことが可能である。しかも、出力
端が柔軟な光ファイバーを使用しているため、波長変換
部、単一波長発振レーザ、及びスプリッタ等の構成部を
分けて配置することが可能となるなど、配置の自由度が
極めて高い。従って、本例の紫外光発生装置によれば、
安価でコンパクト、かつ単一波長でありながら空間的コ
ヒーレンスの低い紫外レーザ装置が提供できる。According to the ultraviolet light generator of the above-described embodiment, the diameter of the output end of the optical fiber bundle 19 shown in FIG. It is possible to perform wavelength conversion of all channels by several wavelength converters 20. Moreover, since the output end uses a flexible optical fiber, it is possible to arrange components such as a wavelength converter, a single-wavelength oscillation laser, and a splitter separately, and the degree of freedom in arrangement is extremely high. . Therefore, according to the ultraviolet light generator of this example,
It is possible to provide an inexpensive and compact ultraviolet laser device having a single wavelength and low spatial coherence.
【0099】なお、本発明のレーザ装置は、露光装置の
みならず、例えばウエハ上に形成された回路パターンの
一部(ヒューズなど)を切断するために用いられるレー
ザリペア装置などにも用いることができる。また、本発
明によるレーザ装置は可視光または赤外光を用いる検査
装置などにも適用することができる。そしてこの場合に
は前述の波長変換部をレーザ装置に組み込む必要がな
い。即ち、本発明は紫外光発生装置だけでなく、可視域
または赤外域の基本波を発生する、波長変換部がないレ
ーザ装置に対しても有効なものである。The laser device of the present invention can be used not only for an exposure device, but also for a laser repair device used for cutting a part (such as a fuse) of a circuit pattern formed on a wafer. it can. Further, the laser device according to the present invention can also be applied to an inspection device using visible light or infrared light. In this case, it is not necessary to incorporate the above-mentioned wavelength converter into the laser device. That is, the present invention is effective not only for an ultraviolet light generating device but also for a laser device that generates a fundamental wave in the visible or infrared region and has no wavelength conversion unit.
【0100】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
構成を取り得ることは勿論である。It is to be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can take various configurations without departing from the gist of the present invention.
【0111】[0111]
【発明の効果】本発明によれば、光ファイバー増幅器を
用いているため、小型化で、かつメンテナンスの容易な
レーザ装置を提供することができ、このレーザ装置は露
光装置の露光光源や検査用光源等に使用することができ
る。また、使用する光学素子の非線形効果に起因した波
長幅の広がりを抑制できる。According to the present invention, since an optical fiber amplifier is used, it is possible to provide a laser device that is small in size and easy to maintain. Etc. can be used. Further, the spread of the wavelength width due to the nonlinear effect of the optical element used can be suppressed.
【0112】更に、レーザ光発生部から発生するレーザ
光を複数に分岐する光分岐手段を更に備え、光増幅部を
その複数に分岐されたレーザ光のそれぞれに独立に設け
ると共に、波長変換部は、その複数の光増幅部から出力
されたレーザ光の束をまとめて波長変換することによっ
て、出力光の発振周波数を高くして、かつ空間的コヒー
レンスを低減できると共に、全体としての発振スペクト
ル線幅を簡単な構成で狭くできる。Further, there is further provided a light branching means for branching the laser light generated from the laser light generating section into a plurality of laser lights, and an optical amplifying section is provided independently for each of the plurality of branched laser lights. By performing wavelength conversion on the bundle of laser beams output from the plurality of optical amplifiers, the oscillation frequency of the output light can be increased, the spatial coherence can be reduced, and the oscillation spectrum line width as a whole can be reduced. Can be reduced with a simple configuration.
【図1】 本発明の実施の形態の一例の紫外光発生装置
を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of an ultraviolet light generating device according to an embodiment of the present invention.
【図2】 図1中の光増幅ユニット18−1〜18−n
の第1の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating optical amplification units 18-1 to 18-n in FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a first configuration example of FIG.
【図3】 光増幅ユニット18−1〜18−nの第2の
構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a second configuration example of the optical amplification units 18-1 to 18-n.
【図4】 光増幅ユニット18−1〜18−nの第3の
構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a third configuration example of the optical amplification units 18-1 to 18-n.
【図5】 光増幅ユニット18−1〜18−nの第4の
構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a fourth configuration example of the optical amplification units 18-1 to 18-n.
【図6】 光増幅ユニット18−1〜18−nの第5の
構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a fifth configuration example of the optical amplification units 18-1 to 18-n.
【図7】 本発明の実施の形態の他の例の各部のレーザ
光の波形を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a waveform of a laser beam of each part according to another example of the embodiment of the present invention.
【図8】 (a)は図1中の波長変換部20の第1の構
成例を示す図、(b)はその波長変換部20の第2の構
成例を示す図である。8A is a diagram illustrating a first configuration example of the wavelength conversion unit 20 in FIG. 1, and FIG. 8B is a diagram illustrating a second configuration example of the wavelength conversion unit 20.
11…単一波長発振レーザ、IS1〜IS3…アイソレ
ータ、12…光変調素子、13…光ファイバー増幅器、
14…スプリッタ、15−1〜15−m,17−1〜1
7−n…光ファイバー(遅延素子)、16−1〜16−
m…スプリッタ、18−1〜18−n…光増幅ユニッ
ト、18,18A〜18D…光増幅ユニット、19…光
ファイバー・バンドル、20…波長変換部、20A〜2
0C…波長変換部、22,25…光ファイバー増幅器、
24A…狭帯域フィルタ11: single wavelength oscillation laser, IS1 to IS3: isolator, 12: optical modulator, 13: optical fiber amplifier,
14 splitter, 15-1 to 15-m, 17-1 to 1
7-n: Optical fiber (delay element), 16-1 to 16-
m: Splitter, 18-1 to 18-n: Optical amplification unit, 18, 18A to 18D: Optical amplification unit, 19: Optical fiber bundle, 20: Wavelength conversion unit, 20A to 2
0C: wavelength conversion unit, 22, 25: optical fiber amplifier,
24A ... narrow band filter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 並木 周 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古 河電気工業株式会社内 Fターム(参考) 2H097 BB02 CA13 CA17 GB01 LA10 LA12 2K002 AA04 AB12 CA02 HA20 5F046 AA07 BA04 CA03 CA08 DA30 5F072 AB09 AK06 QQ02 RR05 YY09 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Shu Namiki 2-6-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Furukawa Electric Co., Ltd. F-term (reference) 2H097 BB02 CA13 CA17 GB01 LA10 LA12 2K002 AA04 AB12 CA02 HA20 5F046 AA07 BA04 CA03 CA08 DA30 5F072 AB09 AK06 QQ02 RR05 YY09
Claims (16)
であって、 赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ
光を発生するレーザ光発生部と、 該レーザ光発生部から発生されたレーザ光を順次増幅す
る複数段の光ファイバー増幅器と、該複数段の光ファイ
バー増幅器の間に配置された狭帯域フィルタ及びアイソ
レータとを有する光増幅部と、 該光増幅部によって増幅されたレーザ光を非線形光学結
晶を用いて紫外光に波長変換する波長変換部とを備えた
ことを特徴とするレーザ装置。1. A laser device for generating a single-wavelength ultraviolet light, comprising: a laser-light generating unit for generating a single-wavelength laser light within a wavelength range from an infrared region to a visible region; A plurality of stages of optical fiber amplifiers for sequentially amplifying the laser light generated from the unit, an optical amplification unit having a narrow band filter and an isolator disposed between the plurality of stages of optical fiber amplifiers, and an optical amplifier amplified by the optical amplification unit A wavelength conversion unit for converting the wavelength of the laser light into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal.
フォノン・サイドバンドに相当する波長のノイズを低減
することを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。2. The laser device according to claim 1, wherein the narrow-band filter and the isolator reduce noise having a wavelength corresponding to a phonon sideband.
くとも3段設けられ、各光ファイバー増幅器間にそれぞ
れ狭帯域フィルタ及びアイソレータを設けることを特徴
とする請求項1又は2記載のレーザ装置。3. The laser device according to claim 1, wherein the plurality of optical fiber amplifiers are provided in at least three stages, and a narrow band filter and an isolator are provided between the optical fiber amplifiers.
に、ASE(Amplified Spontanious Emission)を時間
的に取り除くためのゲート素子を更に設けることを特徴
とする請求項1、2、又は3記載のレーザ装置。4. The laser device according to claim 1, further comprising a gate element for temporally removing ASE (Amplified Spontanious Emission) between the plurality of optical fiber amplifiers. .
であって、 赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ
光を発生するレーザ光発生部と、 該レーザ光発生部から発生されたレーザ光を順次増幅す
る複数段の増幅用光ファイバーと、該複数段の増幅用光
ファイバーの少なくとも一段の増幅用光ファイバー用の
励起光を発生する励起光発生光源と、前記複数段の増幅
用光ファイバーの間に配置された狭帯域フィルタ又はア
イソレータと、該狭帯域フィルタ又はアイソレータと並
列に前記励起光を通過させるためのバイパス部材とを有
する光増幅部と、 該光増幅部によって増幅されたレーザ光を非線形光学結
晶を用いて紫外光に波長変換する波長変換部とを備えた
ことを特徴とするレーザ装置。5. A laser device for generating a single-wavelength ultraviolet light, comprising: a laser light generator for generating a single-wavelength laser light within a wavelength range from an infrared region to a visible region; A plurality of stages of amplification optical fibers for sequentially amplifying the laser light generated from the section, an excitation light generation light source for generating excitation light for at least one stage of the amplification optical fibers of the plurality of stages of amplification optical fibers, and An optical amplifier having a narrow band filter or isolator disposed between the amplification optical fibers, and a bypass member for passing the pump light in parallel with the narrow band filter or isolator; and an amplifier amplified by the optical amplifier. A wavelength conversion unit for converting the wavelength of the laser light into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal.
であって、 赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ
光を発生するレーザ光発生部と、 該レーザ光発生部から発生されたレーザ光を順次増幅す
る複数段の光ファイバー増幅器と、該複数段の光ファイ
バー増幅器のそれぞれのために励起光を発生する複数の
励起光発生光源と、前記複数段の光ファイバー増幅器の
間に配置される狭帯域フィルタとを有し、該狭帯域フィ
ルタの両側に結合された光ファイバー端に励起光を反射
するための反射膜が形成された光増幅部と、 該光増幅部によって増幅されたレーザ光を非線形光学結
晶を用いて紫外光に波長変換する波長変換部とを備えた
ことを特徴とするレーザ装置。6. A laser device for generating a single-wavelength ultraviolet light, comprising: a laser-light generator for generating a single-wavelength laser light within a wavelength range from an infrared region to a visible region; A plurality of stages of optical fiber amplifiers for sequentially amplifying the laser light generated from the section, a plurality of excitation light generating light sources for generating excitation light for each of the plurality of stages of optical fiber amplifiers, and the plurality of stages of optical fiber amplifiers. A narrow-band filter disposed in the optical amplifier, a light-amplifying unit having a reflection film for reflecting excitation light formed at ends of optical fibers coupled to both sides of the narrow-band filter; A wavelength conversion unit for converting the wavelength of the laser light into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal.
であって、 赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ
光を発生するレーザ光発生部と、 該レーザ光発生部から発生されたレーザ光を所定の繰り
返し周波数で所定幅のパルス光に変換する光変調部と、 該光変調部を通過したレーザ光を増幅する光ファイバー
増幅器を有する光増幅部と、 該光増幅部によって増幅されたレーザ光を非線形光学結
晶を用いて紫外光に波長変換する波長変換部とを備え、 前記光変調部で変換されるパルス光の幅は、最終的に発
生する紫外光で所定の波長幅を得るためのパルス幅より
も広く設定されることを特徴とするレーザ装置。7. A laser device for generating ultraviolet light of a single wavelength, comprising: a laser light generator for generating a laser light of a single wavelength within a wavelength range from an infrared region to a visible region; An optical modulator for converting a laser beam generated from the optical modulator into a pulse light having a predetermined width at a predetermined repetition frequency; an optical amplifier having an optical fiber amplifier for amplifying the laser beam passing through the optical modulator; A wavelength conversion unit that converts the wavelength of the laser light amplified by the unit into ultraviolet light using a non-linear optical crystal, wherein the width of the pulse light converted by the light modulation unit is predetermined by the finally generated ultraviolet light. Wherein the pulse width is set to be wider than a pulse width for obtaining the wavelength width.
は、2〜5nsであることを特徴とする請求項7記載の
レーザ装置。8. The laser device according to claim 7, wherein the width of the pulse light converted by the light modulator is 2 to 5 ns.
であって、 赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ
光を発生するレーザ光発生部と、 該レーザ光発生部から発生されたレーザ光を増幅する光
ファイバー増幅器と、該光ファイバー増幅器で増幅され
たレーザ光を伝播する伝送用光ファイバーと、前記光フ
ァイバー増幅器と前記伝送用光ファイバーとの間に配置
された狭帯域フィルタとを有する光増幅部と、 該光増幅部によって増幅されたレーザ光を非線形光学結
晶を用いて紫外光に波長変換する波長変換部とを備えた
ことを特徴とするレーザ装置。9. A laser device for generating ultraviolet light of a single wavelength, comprising: a laser light generator for generating a laser light of a single wavelength within a wavelength range from an infrared region to a visible region; An optical fiber amplifier that amplifies the laser light generated from the section, a transmission optical fiber that propagates the laser light amplified by the optical fiber amplifier, and a narrow band filter disposed between the optical fiber amplifier and the transmission optical fiber. 1. A laser device comprising: a light amplifying unit having: a wavelength conversion unit configured to convert a laser beam amplified by the light amplifying unit into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal.
バー増幅器に励起光を供給するための合波用の波長分割
多重素子としても兼用されることを特徴とする請求項1
1記載のレーザ装置。10. The apparatus according to claim 1, wherein said narrow-band filter is also used as a wavelength division multiplexing element for multiplexing for supplying pumping light to said optical fiber amplifier.
2. The laser device according to 1.
ム・ドープ・光ファイバー増幅器であり、該増幅器用の
励起光として波長(980±10)nmのレーザ光を使
用することを特徴とする請求項1〜10の何れか一項記
載のレーザ装置。11. The optical fiber amplifying unit is an erbium-doped optical fiber amplifier, and uses laser light having a wavelength of (980 ± 10) nm as pumping light for the amplifier. The laser device according to claim 1.
ルタ又はファイバー・ブラッグ・グレーティングを使用
することを特徴とする請求項1〜7、9、又は10の何
れか一項記載のレーザ装置。12. The laser device according to claim 1, wherein a multilayer filter or a fiber Bragg grating is used as said narrow band filter.
光を発生する単一波長発振レーザと、前記発生するレー
ザ光の発振波長を一定波長に制御する発振波長制御手段
とを備えることを特徴とする請求項1〜14の何れか一
項記載のレーザ装置。13. A single-wavelength oscillating laser for generating a single-wavelength laser beam within a wavelength range from an infrared region to a visible region, and a laser beam for generating a laser beam having a constant wavelength. The laser device according to any one of claims 1 to 14, further comprising an oscillation wavelength control unit for controlling the laser beam.
部から発生するレーザ光を複数に分岐する光分岐手段を
更に備え、 前記光増幅部は前記複数に分岐されたレーザ光のそれぞ
れに独立に設けられると共に、 前記波長変換部は、前記複数の光増幅部から出力された
レーザ光の束をまとめて波長変換することを特徴とする
請求項1〜13の何れか一項記載のレーザ装置。14. The laser device, further comprising: a light branching unit that branches the laser light generated from the laser light generating unit into a plurality of light beams, wherein the light amplifying unit is independent of each of the plurality of laser light beams. The laser device according to any one of claims 1 to 13, wherein the wavelength converter is provided, and the wavelength converter collectively converts the wavelength of the bundle of laser lights output from the plurality of optical amplifiers.
μm付近の単一波長のレーザ光を発生し、 前記波長変換部は、前記光増幅部から出力される前記波
長1.5μm付近の基本波を、8倍高調波又は10倍高
調波の紫外光に変換して出力することを特徴とする請求
項1〜14の何れか一項記載のレーザ装置。15. The laser light generating section having a wavelength of 1.5
a single-wavelength laser light having a wavelength of about 1.5 μm, and the wavelength conversion section converts the fundamental wave having a wavelength of about 1.5 μm output from the optical amplification section into eight-fold or ten-fold harmonic ultraviolet light. The laser device according to claim 1, wherein the laser device outputs the converted laser beam.
μm付近の単一波長のレーザ光を発生し、 前記波長変換部は、前記光増幅部から出力される前記波
長1.1μm付近の基本波を、7倍高調波の紫外光に変
換して出力することを特徴とする請求項1〜14の何れ
か一項記載のレーザ装置。16. The laser light generating section has a wavelength of 1.1.
a wavelength of about 1 μm, and the wavelength conversion section converts the fundamental wave of about 1.1 μm outputted from the optical amplification section into a 7th harmonic ultraviolet light and outputs the fundamental wave. The laser device according to claim 1, wherein:
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