JP2001291921A - 超狭帯域化レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長幅が約０．２〜０．３ｐｍに超狭帯域化
され、しかも波長安定性の高い超狭帯域化レーザ装置を
提供すること。 【解決手段】 レンズ１４ａとレンズ１４ｂとによって
光共振器間のレーザ光Ｌ１３が集光される。その焦点近
傍にピンホール板１７を配置している。レンズ１４ａ、
１４ｂとピンホール板１７によってビーム拡がり角が小
さくなった光が形成される。つまりピンホール板１７の
穴を通過できる小さなビーム拡がり角を有する光（波長
１５７．６２９９ｎｍのレーザ光）のみが増幅されてレ
ーザ発振する。従ってエタロン１５を通過する際のレー
ザ光は、そのビーム拡がり角は小さく、十分に超狭帯域
化される。レンズ１４ａ、１４ｂとピンホール板１７に
よって、本来２本の発振ラインを有するフッ素レーザの
シングルライン化も行っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザチャンバか
らレーザ発振されたレーザ光を光共振器間で共振させて
狭帯域化する超狭帯域化レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リソグラフィ用の露光機に要求される性
能としては、解像度、アライメント精度、処理能力、装
置信頼性など種々のものが存在する。その中でも、パタ
ーンの微細化に直接つながる解像度Ｒは、Ｒ＝ｋ・λ／
ＮＡ（ｋ：定数、λ：露光波長、ＮＡ：投影レンズの開
口数）によって表される。従って良好な解像度を得るた
めには、露光波長λが短い程有利になる。

【０００３】そこで、従来の露光機においては、水銀ラ
ンプのｉ線（波長：３６５ｎｍ）や、波長が２４８ｎｍ
のクリプトンフッ素（ＫｒＦ）エキシマレーザが露光機
光源として利用されている。これらはそれぞれｉ線露光
機及びＫｒＦ露光機と呼ばれている。

【０００４】このｉ線露光機では水銀ランプをそのまま
発光させているが、ＫｒＦ露光機の光源として用いられ
ているエキシマレーザでは、発振するレーザ光の波長幅
が約０．６ｐｍまで狭帯域化する装置が用いられてい
る。その理由としては、波長幅が広いと、露光機の投影
光学系として用いられる石英レンズにおいて色収差が生
じ、その色収差は波長が短いほど大きくなるからであ
る。

【０００５】なお、一般にレーザ装置から波長幅の狭い
レーザ光を発振させることを狭帯域化と呼んでいる。エ
キシマレーザなどのレーザを狭帯域化させる手法として
は、プリズムを用いた方式、回折格子を用いた方式、あ
るいはエタロンと呼ばれる光学素子を用いた方式、及び
これらを組み合わせた方式が広く利用されている。

【０００６】なお、狭帯域化に関しては、例えば、「Ｃ
ＡＮ．Ｊ．ＰＨＹＳ．ＶＯＬ．６３，１９８５，ｐｐ．
２１４−２１９」に記載されている。

【０００７】また微細な加工を行うための次世代露光機
として、波長が１９３ｎｍのアルゴンフッ素（ＡｒＦ）
エキシマレーザを露光光源に用いた露光機が用いられ始
めており、これはＡｒＦ露光機と呼ばれる。

【０００８】ＡｒＦ露光機では、縮小投影光学系には、
通常、石英と蛍石の二種の材質から成る色消しレンズが
用いられる。

【０００９】更に上述したＡｒＦ露光機の次世代のリソ
グラフィ用露光機としては、より微細な加工を行うため
に、光源に波長が約１５７ｎｍのフッ素レーザを用いた
フッ素露光機が検討されている。

【００１０】このフッ素レーザでは、波長と光強度が異
なる２本の発振線（発振ラインとも呼ばれる）があり、
波長はそれぞれλ１＝１５７．６２９９ｎｍとλ２＝１
５７．５２３３ｎｍとであり、それぞれの発振線の波長
幅（半値幅）は約１ｐｍであると言われている。

【００１１】そのフッ素レーザを露光に利用するには、
一般に強度の大きい波長（λ１＝１５７．６２９９ｎ
ｍ）の発振線のみ１本を選択して用いる（以下、シング
ルライン化という）のが有利とされている。従来におい
ては、そのシングルライン化には、プリズムが２、３個
用いられている。

【００１２】一方、このようなフッ素レーザを露光光源
として用いるフッ素露光機では、それまで（すなわちＡ
ｒＦ露光機まで）の露光機で一般に用いられてきたレン
ズのみによる屈折型の縮小投影光学系が適用困難にな
る。

【００１３】その理由としては、波長１５７ｎｍでは、
一般に紫外域での透過率が高いとされている合成石英に
おいても、透過率が１ｃｍ当たり約１０％以下と非常に
低くなるため、合成石英も利用できなくなる。従って、
従来においては、フッ素レーザ用の光学部材としては、
フッ化カルシウムのみが利用されていた。

【００１４】ところが、フッ化カルシウムのみによる単
色レンズを用いて縮小投影レンズを構成した場合、フッ
素レーザをシングルライン化しても狭帯域化は不充分で
あり、その１ラインに対して、さらにその１／３〜１／
４の波長幅０．２〜０．３ｐｍ以下まで狭帯域化する必
要があると言われている。なお、この場合の狭帯域化を
以下、超狭帯域化と称することとする。

【００１５】この要望に対処すべく従来の手法として
は、フッ素レーザの１ラインに対する超狭帯域化が困難
であったことから、縮小投影光学系として、レンズのみ
による全屈折型光学系よりも１０倍広い波長幅で利用で
きるとされている反射屈折型縮小投影光学系（これはカ
タディオプトリク型とも呼ばれる）を適用する必要があ
ると考えられていた。

【００１６】また、従来のレーザ装置においては、レー
ザを超狭帯域化させる種々の手法の中で、２枚の反射鏡
を向かい合わせた構造であるエタロンと呼ばれる光学素
子を用いる手法が広く利用されている。ここで、エタロ
ンを用いる手法に関しては、エタロンをレーザ共振器間
に配置する手法（このエタロンはイントラキャビティエ
タロンと呼ばれる）と、レーザ共振器を構成する出力鏡
の代わりにエタロンを用いる方式（このエタロンはエタ
ロン出力鏡と呼ばれる。）とがある。

【００１７】イントラキャビティエタロンでは、２枚の
基板の内面間で共振する波長のレーザ光が当該エタロン
に対して高い透過率を有するためレーザ発振しやすく、
このため共振波長からずれると、当該エタロンにおける
透過率が下がるため、損失となってレーザ発振が抑制さ
れる。

【００１８】なお、一般に、イントラキャビティエタロ
ンを用いる場合、光軸に対して僅かに傾けて用いてい
る。その理由としては、レーザの光軸と、エタロンの反
射面の法線とを平行に配置すると、エタロンを透過させ
ない波長（すなわち、不所望の波長）のレーザ光が正反
対に戻されるため、単なる全反射鏡のような働きをする
からである。そこで、僅かに傾けることで、エタロンの
反射膜で反射して戻されるレーザ光を光軸から外して、
共振器間を往復できないようにしている。

【００１９】一方、エタロン出力鏡（レーザ共振器を構
成する出力鏡の代わりにエタロンを用いる方式）では、
イントラキャビティエタロンの場合とは、選択波長がエ
タロンの特性の反対になる。すなわち、共振器間にエタ
ロンを配置する場合（イントラキャビティエタロン）
は、当該エタロンにおける最大透過波長が選択波長（す
なわち、レーザ発振させる波長）になるのに対して、エ
タロン出力鏡では、当該エタロンにおける最大反射波長
において共振するため、その波長でレーザ発振しやすい
（すなわち選択波長となる）ことが知られている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た露光用光源としての従来のレーザ装置（フッ素レーザ
装置）においては、狭帯域化によってシングルライン化
されたレーザ光を、例えば、エタロンを用いて、さらに
超狭帯域化することは、下記の理由から困難であった。

【００２１】一般にフッ素レーザは、エキシマレーザ等
の他の紫外域のガスレーザに比べて、パルス時間が短
く、５〜１０ｎｓという短い半値幅になっている。レー
ザの共振器長が実際に１〜１．５ｍであることを考慮す
ると、フッ素レーザのレーザ光はレーザ共振器間を２、
３回しか往復しないことになる。

【００２２】すなわち、フッ素レーザにおいては、エキ
シマレーザ等に比べて、共振器間の往復回数が極端に少
なくなる。その結果、平面の出力鏡と全反射鏡とで構成
されたレーザ共振器を用いる場合には、ビーム拡がり角
が１０〜２０ｍｒａｄにもなる場合がある。

【００２３】その理由としては、フッ素レーザのビーム
拡がり角Δθは、ビーム幅をｄ、共振器長をＬとする
と、Δθ≒ｄ／Ｌで表される。ビーム拡がり角Δθがそ
のような式で表される理由としては、フッ素レーザで
は、エキシマレーザ等に比べてゲインが大きく、またパ
ルス幅が短いことから、共振器間を１、２往復する程度
でレーザ光が取り出される。その結果、取り出されるレ
ーザ光は、そのレーザ光のビーム幅と共振器長とから定
まる幾何学的な角度以内の光線の集まりになる。なお、
ビーム断面形状が長方形の場合は、縦方向と横方向とで
ビーム拡がり角Δθが異なることになるが、一般にビー
ム幅の大きい方は、主放電電極方向であり、電極のギャ
ップ間隔にほぼ等しい。ここで、レーザ光は、互いに対
向して配置される１対の主放電電極間を進行する。ま
た、通常、フッ素レーザでは、主放電電極間隔が１０〜
２０ｍｍであり、共振器長は１ｍ程度であるため、ビー
ム拡がり角は１０〜２０ｍｒａｄにもなっている。

【００２４】以上のように、フッ素レーザではビーム拡
がり角が大きいため、エタロンのような波長選択素子を
用いても、図９に示すように、大きなビーム拡がり角を
有するレーザ光Ｌ９１を形成するそれぞれの光線（例え
ば、Ｌ９２ａ、Ｌ９２ｂ、Ｌ９２ｃ）に関しては、エタ
ロン９００を構成する２つの基板９１ａ、９１ｂそれぞ
れに施された反射膜９３ａと反射膜９３ｂとの間で共振
する波長の光（概念的には、図９中に示される３本の
波）が僅かにずれていく。

【００２５】すなわち、図９において、光線Ｌ９２ａに
沿って共振する波長のレーザ光は、光線Ｌ９２ｂにおい
ては共振波長より短くなる。つまり光線Ｌ９２ｂにおい
て共振するレーザ光の波長は、光線Ｌ９２ａにおいて共
振する波長よりも長くなる。

【００２６】一方、光線Ｌ９２ａに沿って共振する波長
のレーザ光は、光線Ｌ９２ｃにおいては共振波長より長
くなる。すなわち、光線Ｌ９２ｃにおいて共振するレー
ザ光の波長は、光線Ｌ９２ａにおいて共振する波長より
も短くなる。

【００２７】したがってレーザ光Ｌ９１を形成する光線
の全体としては、共振波長に波長幅を有する光（つまり
スペクトル幅の広い光）になることから、十分に狭帯域
化されないことがあった。

【００２８】また、特に波長選択素子としてエタロンを
用いる場合は、図１０に示すように、エタロンの反射膜
の法線とレーザの光軸とのなす角θが０に近い程、エタ
ロンの設定角の変化による中心波長（共振波長）の変化
が小さくなる。

【００２９】なお図１０において、△λは中心波長（共
振波長）の変化量を示し、Δθはエタロンの反射膜の法
線とレーザの光軸とのなす角θの角度変化量を示してい
る。また、その角θはエタロンの設定角度であり、かつ
入射光の入射角度に対応している。

【００３０】ところで、上記中心波長（共振波長）の変
化量△λを小さくするために、エタロンの設定角度θを
０に近づけると、エタロンの反射膜で反射する不所望の
レーザ光（すなわち共振させないレーザ光）が光軸に沿
って正反対に進むので、この不所望のレーザ光がレーザ
チャンバ内に進んで共振器間で共振することにより増幅
してしまう。

【００３１】特にフッ素レーザの場合、波長幅約０．２
〜０．３ｐｍまで超狭帯域化させるためには、波長安定
性としては中心波長（共振波長）の変化量△λは少なく
とも０．１ｐｍ以下が必要である。しかし、図１０に示
したように、エタロンの設定角度θが１ｍｒａｄの場合
でも、角度変化量Δθを約０．３ｐｍ以下と小さくしな
ければならず、しかも、この角度変化量Δθとすること
は困難であった。

【００３２】そこで、本発明は、波長幅が約０．２〜
０．３ｐｍに超狭帯域化され、しかも波長安定性の高い
超狭帯域化レーザ装置を提供することを解決課題とす
る。

【００３３】

【課題を解決するための手段、作用および効果】上記第
１の解決課題を達成するため、第１の発明では、光共振
器と、該光共振器間に配置されたレーザチャンバとを有
し、該レーザチャンバからレーザ発振されたフッ素レー
ザのレーザ光を前記光共振器間で共振させて狭帯域化す
る超狭帯域化レーザ装置において、前記レーザ光のビー
ム拡がり角を低減する低減手段と、入射光の入射角度に
応じて共振波長が変化する波長選択素子とを具備し、前
記低減手段によってビーム拡がり角が低減された前記レ
ーザ光を、前記波長選択素子によって狭帯域化するよう
にしたことを特徴とする。

【００３４】また、第２の発明では、第１の発明におい
て、前記低減手段は、前記光共振器間に焦点を形成する
光学素子と、該光学素子により形成される焦点距離近傍
に配置されるピンホール板とを具備し、前記光学素子に
よって前記焦点距離で集光される前記フッ素レーザにお
ける光強度の異なる２つの発振線のうち所望の発振線の
レーザ光のみを前記ピンホール板の穴に通過させるよう
にしたことを特徴とする。

【００３５】次に、第１及び第２発明を図１を参照して
説明する。

【００３６】光共振器間におけるレーザチャンバ１１と
全反射鏡１３との間には、２つのレンズ１４ａ、１４ｂ
（光学素子）が配置されており、レンズ１４ａとレンズ
１４ｂとによって光共振器間で共振するレーザ光Ｌ１３
が集光される。その焦点近傍にピンホール板１７を配置
している。ここでは、レンズ１４ａおよびレンズ１４ｂ
とピンホール板１７とで低減手段が構成されている。

【００３７】レンズ１４ａと全反射鏡１３との間に波長
選択素子であるエタロン１５（波長選択手段）を配置し
ている。

【００３８】レンズ１４ａ、１４ｂとピンホール板１７
によってビーム拡がり角が小さくなった光が形成される
ようになっている。このため、ピンホール板１７の穴を
通過できる小さなビーム拡がり角を有する光のみが増幅
されてレーザ発振する。したがってエタロン１５を通過
する際のレーザ光は、そのビーム拡がり角は小さく、十
分に超狭帯域化される。

【００３９】また、２つのレンズ１４ａ、１４ｂとピン
ホール板１７によって、本来２本の発振線を有するフッ
素レーザのシングルライン化も行っている。

【００４０】すなわち、２本の発振線のそれぞれは波長
が約０．１ｎｍ異なっているので、レンズ１４ａ、１４
ｂにおける焦点距離が僅かに異なる。本実施形態では、
レンズ１４ａ、１４ｂ間の間隔は、波長１５７．６２９
９ｎｍの光（レーザ光）のみが通過するように合わせら
れている。つまり、レーザチャンバ１１から発生した平
行ビームである波長１５７．６２９９ｎｍのレーザ光
は、レンズ１４ｂを通過し、集光する位置に配置されて
いるピンホール板１７の穴を通過し、さらにレンズ１４
ａを通過することにより、再び平行ビームに戻される。

【００４１】これに対して、レーザチャンバ１１の中で
発生した波長１５７．５２３３ｎｍの不所望のレーザ光
は、レンズ１４ｂを通過した後に集光されるものの、こ
の集光位置（焦点）は、ピンホール板１７の穴位置よ
り、僅かに手前（レンズ１４ｂよりの位置）になってい
るので、ピンホール板１７の穴を通過できるレーザ光は
少なくなり、ほとんどがカットされる。このため、波長
１５７．５２３３ｎｍのレーザ光は発振しないようにな
る。

【００４２】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、低減手段によってビーム拡がり角が低減されたレー
ザ光（ビーム拡がり角の小さなレーザ光）を波長選択素
子に通過させることができるため、フッ素レーザのレー
ザ光を十分に超狭帯域化することができ、しかもシング
ルライン化も同時に行うことができる。

【００４３】また、第２の発明によれば、所望の波長１
５７．６２９９ｎｍの光（レーザ光）のみがピンホール
板の穴を通過して波長選択素子に入射されるので、ビー
ム拡がり角が低減されたレーザ光（ビーム拡がり角の小
さなレーザ光）を波長選択素子によって十分に超狭帯域
化することができ、しかもシングルライン化も同時に行
うことができる。

【００４４】次に、上記第１の解決課題を達成するた
め、第３の発明では、第１の発明において、前記低減手
段は、前記レーザチャンバと前記波長選択素子との間に
配置され、前記レーザ光のビーム幅を拡大する光学素子
を具備し、該光学素子によってビーム幅が拡大されたレ
ーザ光を前記波長選択素子に入射させるようにしたこと
を特徴とする。

【００４５】第３の発明を図３を参照して説明する。

【００４６】超狭帯域化フッ素レーザ装置３００では、
レーザチャンバ３１の長手方向の両側に配置された出力
鏡３２と全反射鏡３３とで光共振器が構成されている。

【００４７】レーザチャンバ３１と全反射鏡３３との間
に配置された２つのプリズム３４ａ、３４ｂによって、
レーザ光Ｌ３１のビーム幅ｄを広げると共にプリズム３
ａと全反射鏡３３との間に配置されたエタロン３５に入
射させるレーザ光についてのシングルライン化も行って
いる。

【００４８】ここで、レーザ光Ｌ３１の場合をｄ１・Δ
θ１とし、レーザ光Ｌ３１のビーム幅が拡げられたレー
ザ光の場合をｄ２・Δθ２としたときには、ｄ・Δθ
（ここで、ビーム幅ｄ、ビーム拡がり角Δθ）はほぼ一
定に保たれるので、ｄ１・Δθ１≒ｄ２・Δθ２の関係
の式が成立する。

【００４９】この式から、Δθ２＝（ｄ１・Δθ１）／
ｄ２が導かれるので、２つのプリズム３４ａ、３４ｂに
よってレーザ光Ｌ３１のビーム幅が拡げられたレーザ光
では、ビーム幅ｄが大きくなるようにビーム幅が変換さ
れているので、局所的にビーム拡がり角Δθが小さくな
る。

【００５０】このようにビーム幅ｄが広げられ、かつビ
ーム拡がり角Δθが小さくなったレーザ光を、波長選択
素子であるエタロン３５によって超狭帯域化する。

【００５１】なお、上記ビーム拡がり角Δθは、図１０
に示したグラフ特性における角度変化量Δθに対応して
いる。

【００５２】以上説明したように、第３の発明では、波
長選択素子に入射させるレーザ光のビーム幅を広げるた
めに用いられる光学素子（例えばプリズム）によって、
シングルライン化を行うことができると共に、光学素子
によってビーム拡がり角が低減されたレーザ光を波長選
択素子によって超狭帯域化することができる。

【００５３】次に、上記第１の解決課題を達成するた
め、第４の発明では、第１の発明において、前記低減手
段は、前記光共振器としての不安定型光共振器を具備
し、該不安定型光共振器によってレーザ発振されたビー
ム拡がり角が低減されたレーザ光を前記波長選択素子に
入射させるようにしたことを特徴とする。

【００５４】第４の発明を図４を参照して説明する。

【００５５】超狭帯域化フッ素レーザ装置４００では、
レーザチャンバ４１の長手方向の両側に配置された凸面
鏡４２と全反射鏡４３とで不安定型光共振器が構成され
ている。

【００５６】凸面鏡４２の周囲から取り出される低ビー
ム拡がり角のレーザ光（ビーム拡がり角Δθが小さいレ
ーザ光）がエタロン４５（波長選択手段）を通過するた
め、エタロン４５において十分な超狭帯域化が行われ
る。

【００５７】エタロン４５の２つの基板の対向する面
（内面）には、反射膜４６ａ、４６ｂが施されている。
また、エタロン４５を、不安定型光共振器の外部に配置
すると共にエタロン４５の反射膜４６ａ、４６ｂの法線
と光軸とが平行（つまり反射膜と光軸とが垂直）になる
ように配置している。

【００５８】したがって、エタロン４５の設定角度θの
角度変化量△θに対する中心波長の変化量△λは０．１
ｐｍ以下になっている。

【００５９】以上説明したように、第４の発明によれ
ば、低減手段によって低減されたビーム拡がり角のレー
ザ光を波長選択素子によって超狭帯域化することができ
る。

【００６０】次に、上記第１の解決課題を達成するた
め、第５の発明では、第１又は第４の発明において、前
記波長選択素子は、エタロン出力鏡であることを特徴と
する。

【００６１】第５の発明を図２を参照して説明する。

【００６２】レーザチャンバ２１と全反射鏡２４との間
に配置された２つのプリズム２７ａ、２７ｂによってシ
ングルライン化が行われている。また、レーザチャンバ
２１とエタロン出力鏡２３との間に配置された２つのプ
リズム２６ａ、２６ｂによって、レーザチャンバ２１側
から進行してくるレーザ光Ｌ２１のビーム幅ｄが広げら
れている。

【００６３】ここで、ビーム幅をｄとし、ビーム拡がり
角をΔθとし、さらにレーザ光Ｌ２１の場合をｄ１・Δ
θ１とし、レーザ光Ｌ２１のビーム幅が拡げられたレー
ザ光Ｌ２２の場合をｄ２・Δθ２としたときには、ｄ・
Δθはほぼ一定に保たれるので、ｄ１・Δθ１≒ｄ２・
Δθ２の関係の式が成立する。

【００６４】この式から、Δθ２＝（ｄ１・Δθ１）／
ｄ２が導かれるので、プリズム２６ａ、２６ｂによって
レーザ光Ｌ２１のビーム幅が拡げられたレーザ光Ｌ２２
では、ビーム幅ｄが大きくなるようにビーム幅が変換さ
れているので、局所的にビーム拡がり角Δθが小さくな
る。

【００６５】そして、２つのプリズム２６ａ、２６ｂに
よってレーザ光Ｌ２１のビーム幅が拡大されたレーザ光
Ｌ２２を、エタロン出力鏡２３によって超狭帯域化す
る。

【００６６】以上説明したように、第５の発明によれ
ば、ビーム幅が拡大されたレーザ光の光強度は多少低下
するので、この光強度が低下したレーザ光がエタロン出
力鏡に入射されることとなり、エタロン出力鏡において
ダメージが生じ難くなる。

【００６７】特に、エタロン出力鏡の基板に反射膜や反
射防止膜が施されていても、これらの膜は、ダメージが
生じ難くなる。このことは、本発明に係るレーザ装置
は、パルス幅が短いくピークパワーの大きなフッ素レー
ザをレーザ発振するレーザ装置に適用することができる
ことを意味している。

【００６８】次に、上記第１の解決課題を達成するた
め、第６の発明では、第１または第４の発明において、
前記波長選択素子は、前記光共振器の外部に配置されて
いることを特徴とする。

【００６９】第６の発明を図４を参照して説明する。

【００７０】エタロン４５（波長選択素子）の２つの基
板の対向する面（内面）には、反射膜４６ａ、４６ｂが
施されている。また、エタロン４５を、不安定型光共振
器の外部に配置すると共にエタロン４５の反射膜４６
ａ、４６ｂの法線と光軸とが平行（つまり反射膜と光軸
とが垂直）になるように配置している。

【００７１】したがって、エタロン４５の設定角度θの
角度変化量△θに対する中心波長の変化量△λは０．１
ｐｍ以下になっている。

【００７２】以上説明したように、第６の発明によれ
ば、低減手段（不安定型光共振器）によって低減された
ビーム拡がり角のレーザ光を波長選択素子によって超狭
帯域化することができる。

【００７３】次に、上記第１の解決課題を達成するた
め、第７の発明では、第１の発明において、前記波長選
択素子は、波長依存性を有する全反射鏡であり、該全反
射鏡の法線と入射光の光軸とが平行になるように当該全
反射鏡を配置したことを特徴とする。

【００７４】第７の発明を図６を参照して説明する。

【００７５】超狭帯域化フッ素レーザ装置６００では、
レーザチャンバ６１の長手方向の両側に配置された波長
依存性ミラー６２と全反射鏡６３とで不安定型光共振器
が構成されている。

【００７６】波長依存性ミラー６２は、凸面鏡に反射率
が波長依存性を有する膜がコーティングされたものにな
っている。これにより本実施形態ではシングルライン化
が行われている。但し、波長依存性ミラー６２によって
超狭帯域化を行っても良い。波長依存性ミラー６２はレ
ーザ光が垂直に入出射するように配置されている。

【００７７】以上説明したように、第７の発明によれ
ば、不安定型光共振器が用いられているため、発振する
レーザ光のビーム拡がり角は小さくなることとなり、よ
って光共振器間で共振するレーザ光をエタロンなどの波
長選択素子によって十分に超狭帯域化することができ
る。

【００７８】次に、上記第１の解決課題を達成するた
め、第８の発明では、光共振器と、該光共振器間に配置
されたレーザチャンバとを有し、該レーザチャンバから
レーザ発振されたレーザ光を前記光共振器間で共振させ
て狭帯域化する超狭帯域化レーザ装置において、前記光
共振器間に配置され、前記レーザ光のレーザビームを分
割するとともに当該レーザ光のビーム拡がり角を低減す
るビーム分割手段と、入射光の入射角度に応じて共振波
長が変化する波長選択素子とを具備し、前記ビーム分割
手段によってビーム拡がり角が低減された前記レーザ光
を、前記波長選択素子によって狭帯域化するようにした
ことを特徴とする。

【００７９】第８の発明を図７および図８を参照して説
明する。

【００８０】超狭帯域化フッ素レーザ装置７００では、
レーザチャンバ７１の長手方向の両側に配置された出力
鏡７２と全反射鏡７３とで光共振器が構成されている。
また、超狭帯域化するためエタロン７４（波長選択素
子）が光共振器間に挿入されている。

【００８１】レーザチャンバ７１の長手方向の両側にハ
ニカム状パイプ７５ａ、７５ｂが配置され、これらハニ
カム状パイプ７５ａ、７５ｂ（ビーム分割手段）を挟む
ように出力鏡７２と全反射鏡７３とが配置されている。

【００８２】ハニカム状パイプ７５ａ、７５ｂは、図８
に示すようにビームを光軸に沿って細いビームの束に分
割するような構造になっている。このため、それぞれの
細いビームに関しては、そのビーム幅が小さくなる分だ
けビーム拡がり角が小さくなる。何故ならば、ビーム拡
がり角Δθ≒ビーム幅ｄ／光共振器超Ｌで表されるた
め、ビーム幅ｄが小さくなれば、ビーム拡がり角Δθも
小さくなる。

【００８３】光共振器間におけるレーザチャンバ７１の
両側に配置されたハニカム状パイプ７５ａ、７５ｂによ
って、小さなビーム拡がり角を有するレーザ光のみが発
振する。

【００８４】以上説明したように、第８の発明よれば、
ビーム分割手段によって光共振器間で共振するレーザ光
を細長いビームの束に分割して、発生しうる光線の拡が
り角を強制的に抑制するようにしているので、それらの
光線の集まりであるレーザ光のビーム拡がり角を小さく
することができ、当該レーザ光を波長選択素子よって十
分に超狭帯域化することができる。

【００８５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して説明する。

【００８６】本発明では、ビーム拡がり角を低減する低
減手段によってビーム拡がり角が低減されたレーザ光
を、入射光の入射角度に応じて共振波長が変化する波長
選択素子に入射させるようにしたものである。このた
め、有限のビーム拡がり角を有するレーザ光を形成する
各光線（例えば、図１０に示した各光線Ｌ９２ａ、Ｌ９
２ｂ、Ｌ９３ｃ）が波長選択素子の中で共振する際の各
波長の波長幅が小さくなるため、共振器間の往復回数が
少なくても、十分に狭帯域化される。

【００８７】［第１の実施の形態］図１は、第１の実施
形態に係る超狭帯域化フッ素レーザ装置１００の構成を
示す構成図である。

【００８８】超狭帯域化フッ素レーザ装置１００では、
レーザチャンバ１１の長手方向の両側を挟むように、出
力鏡１２と全反射鏡１３とで光共振器が構成されてい
る。

【００８９】この光共振器間におけるレーザチャンバ１
１と全反射鏡１３との間には、２つのレンズ１４ａ、１
４ｂが配置されており、レンズ１４ａとレンズ１４ｂと
によって光共振器間で共振するレーザ光Ｌ１３が集光さ
れる。その焦点近傍にピンホール板１７を配置してい
る。

【００９０】レンズ１４ａと全反射鏡１３との間に波長
選択素子であるエタロン１５を配置している。エタロン
１５は入射光の光軸に対し多少傾斜して配置されてい
る。

【００９１】本実施形態では、２つのレンズ１４ａ、１
４ｂとピンホール板１７とによってビーム拡がり角が小
さくなった光が形成されるようになっている。このた
め、ピンホール板１７の穴を通過できる小さなビーム拡
がり角を有する光のみが増幅されてレーザ発振する。し
たがってエタロン１５を通過する際のレーザ光は、ビー
ム拡がり角は小さく、十分に超狭帯域化される。

【００９２】また、本実施形態の特徴としては、２つの
レンズ１４ａ、１４ｂとピンホール板１７とによって、
本来２本の発振線を有するフッ素レーザのシングルライ
ン化も行っていることである。

【００９３】すなわち、２本の発振線のそれぞれは波長
が約０．１ｎｍ異なっているので、２つのレンズ１４
ａ、１４ｂにおける焦点距離が僅かに異なる。本実施形
態では、レンズ１４ａ、１４ｂ間の間隔は、波長１５
７．６２９９ｎｍの光（レーザ光）が通過するように合
わせられている。つまり、レーザチャンバ１１から発生
した平行ビームである波長１５７．６２９９ｎｍのレー
ザ光は、レンズ１４ｂを通過し、集光する位置に配置さ
れているピンホール板１７の穴を通過し、さらにレンズ
１４ａを通過することにより、再び平行ビームに戻され
る。

【００９４】これに対して、レーザチャンバ１１の中で
発生した波長１５７．５２３３ｎｍの不所望のレーザ光
は、レンズ１４ｂを通過した後に集光されるものの、こ
の集光位置（焦点）は、ピンホール板１７の穴位置よ
り、僅かに手前（レンズ１４ｂよりの位置）になってい
るので、ピンホール板１７の穴を通過できるレーザ光は
少なくなり、ほとんどがカットされる。このため、波長
１５７．５２３３ｎｍのレーザ光は発振しないようにな
る。

【００９５】また、レンズ１４ａの焦点距離をレンズ１
４ｂの焦点距離よりも長くすることで、レンズ１４ａと
全反射鏡１３との間のレーザ光（これをレーザ光ＬＡと
する）のビーム幅ｄ１を、レーザチャンバ１１中のレー
ザ光（これをレーザ光ＬＢとする）のビーム幅ｄ２より
も太くすることができる。

【００９６】ここで、ビーム拡がり角をΔθとし、また
レーザ光ＬＡの場合をｄ１・Δθ１とし、レーザ光ＬＡ
のビーム幅が拡げられたレーザ光ＬＢの場合をｄ２・Δ
θ２としたときは、ｄ・Δθはほぼ一定に保たれるの
で、ｄ１・Δθ１≒ｄ２・Δθ２の関係の式が成立す
る。

【００９７】この式から、Δθ２＝（ｄ１・Δθ１）／
ｄ２が導かれるので、レーザ光ＬＡ１のビーム幅が拡げ
られたレーザ光ＬＢは、ビーム幅ｄが大きくなるように
ビーム幅が変換されているので、局所的にビーム拡がり
角Δθが小さくなる。

【００９８】なお、上記ビーム拡がり角Δθは、図１０
に示したグラフ特性における角度変化量Δθに対応して
いる。

【００９９】上述したようにエタロン１５を通過するレ
ーザ光は、ビーム拡がり角がさらに小さくなるので、エ
タロン１５による狭帯域化の効果が高まる。さらに、エ
タロン１５を通過するレーザ光のビーム強度が低くなる
ことから、エタロン１５における反射膜にダメージが生
じ難くなっている。

【０１００】上述したように本実施形態の特徴は、エタ
ロン１５の反射面で戻される不所望のレーザ光を、光共
振器間を往復する所望のレーザ光と分離する際に、レン
ズ１４ｂで集光させた焦点付近に配置したピンホール板
１７を利用している。このため、所望のレーザ光のみが
ピンホール板１７の穴を通過すれば良いため、不所望の
レーザ光の光軸と所望のレーザ光の光軸とのなす角度が
小さくても、これら各レーザ光を分離し易くなってい
る。

【０１０１】そのため、エタロン１５を設置する際に、
その反射面の法線と光軸とのなす角度を小さくできるの
で、上記図１０を参照して説明したように、エタロンの
設定角度の変化（変化量）による中心波長の変化（変化
量）を小さくすることができる。

【０１０２】なお、上記実施形態では、波長選択素子と
してエタロン１５を用いているが、これに限定されるこ
となく、エタロン１５を除去し、また全反射鏡１３に代
替して波長選択素子としての波長依存性を有するミラー
を用いてもよい。

【０１０３】この場合には、波長依存性を有するミラー
では、その反射面の法線が光軸と平行であるため、上記
図１０を参照して説明したように、波長依存性を有する
ミラーの設定角度の変化に伴う中心波長の変化が小さく
なり、波長安定性がより向上する。

【０１０４】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、光共振器間に焦点を形成し、かつ該焦点近傍にピン
ホール板を配置した低減手段によってビーム拡がり角が
低減されたレーザ光を生成し、このビーム拡がり角の小
さなレーザ光を波長選択素子に通過させることができる
ため、フッ素レーザのレーザ光を十分に超狭帯域化する
ことができ、しかもシングルライン化も同時に行うこと
ができる。

【０１０５】［第２の実施の形態］この第２の実施形態
では、レーザビームの拡がり角を低減する低減手段によ
って、光共振器間で共振するレーザ光のビーム幅を広げ
るようにしている。

【０１０６】この場合、レーザ光のビーム拡がり角をΔ
θとし、ビーム幅をｄとすると、一度発生したレーザ光
では、ｄ・Δθがほぼ一定に保たれる。したがって、ビ
ーム幅ｄが大きくなるように、ビーム幅を変換すると、
局所的にビーム拡がり角Δθが小さくなる。

【０１０７】このため、ビーム拡がり角の小さなレーザ
光を、波長選択素子に通過させることができるため、十
分に狭帯域化することができる。これに加えて、特に波
長選択素子としてのエタロンあるいは波長依存性を有す
る反射鏡を用いる場合には、これらの波長選択素子に必
要な反射膜においてダメージが生じ難くなる。

【０１０８】したがって、第２の実施形態では、パルス
幅が短いくピークパワーの大きなフッ素レーザをレーザ
発振するレーザ装置を想定している。

【０１０９】図２は、第２の実施形態に係る超狭帯域化
フッ素レーザ装置２００の構成を示す構成図である。

【０１１０】超狭帯域化フッ素レーザ装置２００では、
レーザチャンバ２１の長手方向の両側に配置された波長
選択素子であるエタロン出力鏡２３と全反射鏡２４とで
光共振器が構成されている。エタロン出力鏡２３の基板
には反射膜や反射防止膜は施されていない。

【０１１１】レーザチャンバ２１と全反射鏡２４との間
に配置された２つのプリズム２７ａ、２７ｂによってシ
ングルライン化が行われている。また、レーザチャンバ
２１とエタロン出力鏡２３との間に配置された２つのプ
リズム２６ａ、２６ｂによって、レーザチャンバ２１側
から進行してくるレーザ光Ｌ２１のビーム幅ｄが広げら
れている。

【０１１２】ここで、上記第１の実施形態と同様に、レ
ーザ光Ｌ２１の場合をｄ１・Δθ１とし、レーザ光Ｌ２
１のビーム幅が拡げられたレーザ光Ｌ２２の場合をｄ２
・Δθ２としたときは、ｄ・Δθはほぼ一定に保たれる
ので、ｄ１・Δθ１≒ｄ２・Δθ２の関係の式が成立す
る。

【０１１３】この式から、Δθ２＝（ｄ１・Δθ１）／
ｄ２が導かれるので、２つのプリズム２６ａ、２６ｂに
よってレーザ光Ｌ２１のビーム幅が拡げられたレーザ光
Ｌ２２では、ビーム幅ｄが大きくなるようにビーム幅が
変換されているので、局所的にビーム拡がり角Δθが小
さくなる。

【０１１４】そして、上述したように２つのプリズム２
６ａ、２６ｂによってレーザ光Ｌ２１のビーム幅が拡大
されたレーザ光Ｌ２２をエタロン出力鏡２３によって超
狭帯域化する。このエタロン出力鏡２３からは、レーザ
光Ｌ２２のビーム拡がり角が小さく、しかも十分に超狭
帯域化されたレーザ光Ｌ２３が出射される。なお、この
場合、エタロン出力鏡２３におけるレーザ光強度は多少
低下している。

【０１１５】以上説明したように、第２の実施形態によ
れば、次のような利点がある。

【０１１６】（１）２つのプリズム２６ａ、２６ｂによ
ってビーム幅が拡大されたレーザ光Ｌ２２をエタロン出
力鏡２３によって超狭帯域化するようにしているので、
エタロン出力鏡２３からは、レーザ光Ｌ２２のビーム拡
がり角が小さく、しかも十分に超狭帯域化されたレーザ
光Ｌ２３を発振させることができる。

【０１１７】（２）また、エタロン出力鏡２３において
はレーザ光強度が低くなっているので、エタロン出力鏡
２３においてダメージが生じ難くなっており、特に、エ
タロン出力鏡２３の基板に反射膜や反射防止膜が施され
ていても、これらの膜は、ダメージが生じ難くなってい
る。このことは、第２の実施形態に係るレーザ装置は、
パルス幅が短いくピークパワーの大きなフッ素レーザを
レーザ発振するレーザ装置として最適であることを意味
する。

【０１１８】［第３の実施の形態］図３は、第３の実施
形態に係る超狭帯域化フッ素レーザ装置３００の構成を
示す構成図である。

【０１１９】超狭帯域化フッ素レーザ装置３００では、
レーザチャンバ３１の長手方向の両側に配置された出力
鏡３２と全反射鏡３３とで光共振器が構成されている。

【０１２０】この第３の実施形態では、レーザチャンバ
３１と全反射鏡３３との間に配置された２つのプリズム
３４ａ、３４ｂによって、レーザ光Ｌ３１のビーム幅ｄ
を広げると共にプリズム３ａと全反射鏡３３との間に配
置されたエタロン３５に入射させるレーザ光についての
シングルライン化も行っている。

【０１２１】ここで、上記第１の実施形態と同様に、レ
ーザ光Ｌ３１の場合をｄ１・Δθ１とし、レーザ光Ｌ３
１のビーム幅が拡げられたレーザ光の場合をｄ２・Δθ
２としたときには、ｄ・Δθ（ここで、ビーム幅ｄ、ビ
ーム拡がり角Δθ）はほぼ一定に保たれるので、ｄ１・
Δθ１≒ｄ２・Δθ２の関係の式が成立する。

【０１２２】そして、この式から、Δθ２＝（ｄ１・Δ
θ１）／ｄ２が導かれるので、２つのプリズム３４ａ、
３４ｂによってレーザ光Ｌ３１のビーム幅が拡げられた
レーザ光では、ビーム幅ｄが大きくなるようにビーム幅
が変換されているので、局所的にビーム拡がり角Δθが
小さくなる。

【０１２３】このようにビーム幅ｄが広げられ、かつビ
ーム拡がり角Δθが小さくなったレーザ光を、波長選択
素子であるエタロン３５によって超狭帯域化する。な
お、この場合、エタロン３５においてはレーザ光強度は
多少低下している。

【０１２４】このようにエタロン３５におけるレーザ光
強度が下げられているので、エタロン３５における反射
膜等にダメージが生じ難くなっている。

【０１２５】以上説明したように、第３の実施形態によ
れば、上記第２の実施形態と同様の作用効果を得ること
ができる。

【０１２６】また、第３の実施形態では、エタロン３５
に入射させるレーザ光のビーム幅を広げるために用いら
れる２つのプリズム３４ａ、３４ｂによって、シングル
ライン化も行うようにしているので、シングルライン化
を行うために、新たなプリズムは不要となる。例えば、
第２の実施形態では、シングルライン化用の２つのプリ
ズム１７ａ、２７ｂと、ビーム幅を拡げるための２つの
プリズム２６ａ、２７ｂが必要であった。

【０１２７】［第４の実施の形態］この第４の実施形態
では、エタロンを光共振器の外部に配置するようにして
いる。この場合、光軸に対してエタロンの設定角度が０
度に近くなり、しかも、エタロンの反射膜で反射して戻
されるレーザ光が光共振器内に戻って超狭帯域化されな
いレーザ光が増幅したとしても、最終的に露光に利用す
るレーザ光は、エタロンを高く透過できるレーザ光が利
用される。このレーザ光は超狭帯域化されているので、
露光光源としては何ら問題はない。

【０１２８】図４は、第４の実施形態に係る超狭帯域化
フッ素レーザ装置４００の構成を示す構成図である。

【０１２９】超狭帯域化フッ素レーザ装置４００では、
レーザチャンバ４１の長手方向の両側に配置された凸面
鏡４２と全反射鏡４３とで不安定型光共振器が構成され
ている。

【０１３０】凸面鏡４２の周囲から取り出される低ビー
ム拡がり角のレーザ光（ビーム拡がり角Δθが小さいレ
ーザ光）がエタロン４５を通過するため、上述したよう
にエタロン４５において十分な超狭帯域化が行われる。

【０１３１】エタロン４５の２つの基板の対向する面
（内面）には、反射膜４６ａ、４６ｂが施されている。
また、エタロン４５を、不安定型光共振器の外部に配置
すると共にエタロン４５の反射膜４６ａ、４６ｂの法線
と光軸とが平行（つまり反射膜と光軸とが垂直）になる
ように配置している。

【０１３２】したがって、上述した図１０におけるエタ
ロン４５の設定角度θ＝０ｍｒａｄで示される特性にお
いて、エタロン４５の設定角度が約１ｍｒａｄ（横軸の
△θ＝１ｍｒａｄ参照）ずれても、超狭帯域化されてい
るレーザ光Ｌ４１の中心波長の変化量は０．１ｐｍ以下
（縦軸の△λの目盛り参照）になる。つまり、当該特性
の曲線と角度変化量△θ＝１ｍｒａｄとの交点に対応す
る中心波長の変化量△λは０．１ｐｍ以下になってい
る。

【０１３３】このことは、凸面鏡４２と全反射鏡４３と
で構成される不安定型光共振器の外部にエタロン４５を
配置した場合であっても、エタロン４５によってフッ素
レーザのレーザ光が十分超狭帯域化されることを意味し
ている。

【０１３４】また、ビーム拡がり角が低減されることに
よりレーザ光強度が低下するので、ピークパワーが下が
ることになる。

【０１３５】以上説明したように、第４の実施形態によ
れば、凸面鏡４２と全反射鏡４３とで構成された不安定
型光共振器における凸面鏡４２の周囲から取り出される
レーザ光は低ビーム拡がり角のレーザ光であるので、こ
の低ビーム拡がり角のレーザ光を、不安定型光共振器の
外部に配置されたエタロン４５によって超狭帯域化する
ことができる。

【０１３６】また、ビーム拡がり角の低減に伴ってレー
ザ光強度も低下するので、エタロン４５の反射膜４６
ａ、４６ｂはダメージが生じ難いものとなる。

【０１３７】［第５の実施の形態］図５は、第５の実施
形態に係る超狭帯域化フッ素レーザ装置５００の構成を
示す構成図である。

【０１３８】超狭帯域化フッ素レーザ装置５００では、
レーザチャンバ５１の長手方向の両側に配置された全反
射鏡５２と全反射鏡５３とで不安定型光共振器が構成さ
れている。

【０１３９】全反射鏡５２から取り出される低ビーム拡
がり角のレーザ光Ｌ５１は、２つのプリズム５４ａ、５
４ｂを通過することにより、ビーム幅が拡大される。こ
れにより、さらにビーム拡がり角が低減されたレーザ光
Ｌ５２となる。このレーザ光Ｌ５２はエタロン５５に入
射する。

【０１４０】エタロン５５の２つの基板の対向する面
（内面）には、反射膜５６ａ、５６ｂが施されている。
また、エタロン５５は、上記第４の実施形態と同様に不
安定型光共振器の外部に配置されている。さらに、エタ
ロン５５の反射膜５６ａ、５６ｂの法線とレーザ光Ｌ５
２の光軸とが平行になるようにエタロン５５を配置して
いる。

【０１４１】このため、第４の実施形態と同様に上述し
た図１０におけるエタロン５５の設定角度θ＝０ｍｒａ
ｄで示される特性が適用されることになり、他の特性
（例えば、設定角度θ＝１ｍｒａｄのときの特性）と比
較して、エタロン５５の設定角度の変化（角度変化量△
θ）に対して、エタロン５５を通過する超狭帯域化され
たレーザ光Ｌ５３の中心波長の変化（中心波長の変化量
△λ）が小さい。たとえば、上記特性の曲線と角度変化
量△θ＝１ｍｒａｄとの交点に対応する中心波長の変化
量△λは０．１ｐｍ以下になっている。

【０１４２】このことは、上述したように全反射鏡５２
と全反射鏡５３とで構成される不安定型光共振器の外部
にエタロン５５を配置した場合であっても、エタロン５
５によってフッ素レーザのレーザ光が十分に超狭帯域化
されることを意味する。なお、この場合、エタロン出力
鏡２３におけるレーザ光強度は多少低下している。

【０１４３】これに対し、例えば設定角度θ＝１ｍｒａ
ｄのときの特性の場合では、中心波長の変化量△λは約
０．３ｐｍ程度になっている。これでは、約０．２〜
０．３ｐｍの波長幅に超狭帯域化することは不可能であ
る。

【０１４４】以上説明したように、第５の実施形態によ
れば、上記第４の実施形態と同様に、エタロン５５を通
過するレーザ光Ｌ５２のビーム拡がり角が非常に小さく
なっているため、レーザ光Ｌ５２をエタロン５５によっ
て十分に超狭帯域化することができる。

【０１４５】また、エタロン５５の反射膜５６ａ、５６
ｂにおけるレーザ光の強度が低くなっているので、反射
膜５６ａ、５６ｂにダメージが生じ難くなっている。

【０１４６】［第６の実施の形態］この第６の実施形態
では、エタロン等の波長選択素子の設定角度の変化に対
する中心波長の変化を小さくするために、波長選択素子
として、エタロン出力鏡か、あるいは波長依存性を有す
る全反射を用いると共に、当該各波長選択素子を光軸に
対して垂直に配置して用いる。このため、波長選択素子
の設定角度の変化に伴う中心波長の変化が最も小さくな
るため、波長安定性が高くなる。

【０１４７】図６は、第６の実施形態に係る超狭帯域化
フッ素レーザ装置６００の構成を示す構成図である。

【０１４８】超狭帯域化フッ素レーザ装置６００では、
レーザチャンバ６１の長手方向の両側に配置された波長
依存性ミラー６２と全反射鏡６３とで不安定型光共振器
が構成されている。

【０１４９】波長依存性ミラー６２は、凸面鏡に反射率
が波長依存性を有する膜がコーティングされたものとな
っている。これにより本実施形態ではシングルライン化
が行われている。但し、波長依存性ミラー６２によって
超狭帯域化を行っても良い。波長依存性ミラー６２はレ
ーザ光が垂直に入出射するように配置されている。

【０１５０】以上説明したように、第６の実施形態によ
れば、不安定型光共振器が用いられているので、発振す
るレーザ光Ｌ６１のビーム拡がり角は小さくなる。

【０１５１】したがって、光共振器間で共振するレーザ
光をエタロン６５などの波長選択素子によって十分に超
狭帯域化することができる。

【０１５２】［第７の実施の形態］この第７の実施形態
では、レーザビームの拡がり角を低減する低減手段とし
て、光共振器内にハニカム状部材を配置するようにした
ものである。この場合、ハニカム状のそれぞれの細長い
空洞を通過できる細いビームに関しては、ビーム幅が小
さいため、ビーム拡がり角が小さくなる。したがって光
共振器から取り出されるレーザ光は、これらの細いビー
ムの集合になり、しかも小さなビーム拡がり角を有する
ものとなり、波長選択素子によって十分な狭帯域化が行
われる。

【０１５３】図７は、第７の実施形態に係る超狭帯域化
フッ素レーザ装置７００の構成を示す構成図である。

【０１５４】超狭帯域化フッ素レーザ装置７００では、
レーザチャンバ７１の長手方向の両側に配置された出力
鏡７２と全反射鏡７３とで光共振器が構成されている。
また、超狭帯域化するためエタロン７４が光共振器間に
挿入されている。

【０１５５】レーザチャンバ７１の長手方向の両側にハ
ニカム状パイプ７５ａ、７５ｂが配置され、これらハニ
カム状パイプ７５ａ、７５ｂを挟むように出力鏡７２と
全反射鏡７３とが配置されている。

【０１５６】ハニカム状パイプ７５ａ、７５ｂは、図８
に示すようにビームを光軸に沿って細いビームの束に分
割するような構造になっている。このため、それぞれの
細いビームに関しては、そのビーム幅が小さくなる分だ
けビーム拡がり角が小さくなる。何故ならば、ビーム拡
がり角Δθ≒ビーム幅ｄ／光共振器超Ｌで表されるた
め、ビーム幅ｄが小さくなれば、ビーム拡がり角Δθも
小さくなる。

【０１５７】この第７の実施形態では、光共振器間にお
けるレーザチャンバ７１の両側に配置されたハニカム状
パイプ７５ａ、７５ｂによって、小さなビーム拡がり角
を有するレーザ光のみが発振する。すなわち、ハニカム
状パイプ７５ａ、７５ｂによって細長いビームの束に分
割されたレーザ光が光共振器間で共振することにより、
出力鏡７２からは、それぞれの細いビームが有するビー
ム拡がり角と同等のビーム拡がり角のレーザ光Ｌ７１が
光共振器外に取り出される。

【０１５８】なお、上記レーザ光Ｌ７１は、細長い多数
のレーザ光の集合になるため、１本のレーザビームと性
質が異なる場合がある。しかし、レーザ光Ｌ７１は露光
に利用されるものであるので、多数のレーザ光の集合で
あっても、それぞれの中心波長が同一であればよい。し
たがって第７の実施形態のように、光共振器内にレーザ
ビームを分割するようなハニカム構造体やメッシュを配
置して、多数のビームを発生させても、露光光源として
はかまわない。

【０１５９】上述した第７の実施形態では、フッ素レー
ザのレーザ光を超狭帯域化するフッ素レーザ装置につい
て説明したが、本発明は、これに限定されることなく、
アルゴンフッ素（ＡｒＦ）エキシマレーザなどのエキシ
マレーザを含むガスレーザ装置に適用することができ
る。

【０１６０】この場合、上述したように超狭帯域化され
たレーザ光は、細長い多数のレーザ光の集合になるた
め、１本のレーザビームと性質が異なる場合があるの
で、露光光源用のレーザ装置として適用するのが好まし
い。

【０１６１】以上説明したように、第７の実施形態によ
れば、ハニカム状パイプ７５ａ、７５ｂによって光共振
器間で共振するレーザ光を細長いビームの束に分割し
て、発生しうる光線の拡がり角を強制的に抑制するよう
にしているので、それらの光線の集まりであるレーザ光
のビーム拡がり角を小さくすることができ、よって当該
レーザ光をエタロン７４によって十分に超狭帯域化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置１００の構成を示す構成図である。

【図２】図２は第２の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置２００の構成を示す構成図である。

【図３】図３は第３の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置３００の構成を示す構成図である。

【図４】図４は第４の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置４００の構成を示す構成図である。

【図５】図５は第５の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置５００の構成を示す構成図である。

【図６】図６は第６の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置６００の構成を示す構成図である。

【図７】図７は第７の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置７００の構成を示す構成図である。

【図８】図８は第７の実施形態におけるハニカム状パイ
プの構造を示す斜視図である。

【図９】図９はエタロンを用いた場合のフッ素レーザの
ビーム拡がり角を説明するための図である。

【図１０】図１０は入射角度による波長変化を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１ レーザチ
ャンバ １２、３２、７２ 出力鏡 １３、２４、３３、５２、５３、６３、７３ 全反射鏡 １４ａ、１４ｂ レンズ １５、３５、４５、５５、７４ エタロン １７ ピンホール板 ２３ エタロン出力鏡 ２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ、３４ａ、３４ｂ、５
４ａ、５４ｂ プリズム ４２ 凸面鏡 ６２ 波長依存性ミラー ７５ａ、７５ｂ ハニカム状パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩 耕司 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 Ｆターム(参考） 5F071 AA04 DD04 DD05 JJ10 5F072 AA04 JJ20 KK01 KK05 KK08 KK30 RR05 SS06

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光共振器と、該光共振器間に配置されたレ
   ーザチャンバとを有し、該レーザチャンバからレーザ発
   振されたフッ素レーザのレーザ光を前記光共振器間で共
   振させて狭帯域化する超狭帯域化レーザ装置において、 前記レーザ光のビーム拡がり角を低減する低減手段と、 入射光の入射角度に応じて共振波長が変化する波長選択
   素子とを具備し、 前記低減手段によってビーム拡がり角が低減された前記
   レーザ光を、前記波長選択素子によって狭帯域化するよ
   うにしたことを特徴とする超狭帯域化レーザ装置。
2. 【請求項２】前記低減手段は、 前記光共振器間に焦点を形成する光学素子と、 前記光学素子により形成される焦点距離近傍に配置され
   るピンホール板とを具備し、 前記光学素子によって前記焦点距離で集光される前記フ
   ッ素レーザにおける光強度の異なる２つの発振線のうち
   所望の発振線のレーザ光のみを前記ピンホール板の穴に
   通過させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   超狭帯域化レーザ装置。
3. 【請求項３】前記低減手段は、 前記レーザチャンバと前記波長選択素子との間に配置さ
   れ、前記レーザ光のビーム幅を拡大する光学素子を具備
   し、 前記光学素子によってビーム幅が拡大されたレーザ光を
   前記波長選択素子に入射させるようにしたことを特徴と
   する請求項１記載の超狭帯域化レーザ装置。
4. 【請求項４】前記低減手段は、 前記光共振器としての不安定型光共振器を具備し、 前記不安定型光共振器によってレーザ発振されたビーム
   拡がり角が低減されたレーザ光を前記波長選択素子に入
   射させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の超
   狭帯域化レーザ装置。
5. 【請求項５】前記波長選択素子は、 エタロン出力鏡であることを特徴とする請求項１記載の
   超狭帯域化レーザ装置。
6. 【請求項６】前記波長選択素子は、 前記光共振器の外部に配置されていることを特徴とする
   請求項１または４記載の超狭帯域化レーザ装置。
7. 【請求項７】前記波長選択素子は、 波長依存性を有する全反射鏡であり、該全反射鏡の法線
   と入射光の光軸とが平行になるように当該全反射鏡を配
   置したことを特徴とする請求項１記載の超狭帯域化レー
   ザ装置。
8. 【請求項８】光共振器と、該光共振器間に配置されたレ
   ーザチャンバとを有し、該レーザチャンバからレーザ発
   振されたレーザ光を前記光共振器間で共振させて狭帯域
   化する超狭帯域化レーザ装置において、 前記光共振器間に配置され、前記レーザ光のレーザビー
   ムを分割するとともに当該レーザ光のビーム拡がり角を
   低減するビーム分割手段と、 入射光の入射角度に応じて共振波長が変化する波長選択
   素子とを具備し、 前記ビーム分割手段によってビーム拡がり角が低減され
   た前記レーザ光を、前記波長選択素子によって狭帯域化
   するようにしたことを特徴とする超狭帯域化レーザ装
   置。