JP2002329911A

JP2002329911A - レーザ装置、増幅器、及び紫外線レーザ装置

Info

Publication number: JP2002329911A
Application number: JP2001132472A
Authority: JP
Inventors: Shuntaro Watabe; 俊太郎渡部; Takashi Suganuma; 崇菅沼
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】スペクトル線幅が非常に狭い、真空紫外領域
の波長を有するレーザ光を発振する紫外線レーザ装置を
提供する。【解決手段】チタン・サファイア結晶(7)を励起して
得られるレーザ光(L32A)の波長を、共振器内に設置した
斜入射型のグレーティング(3)によって狭帯域化するレ
ーザ装置において、チタン・サファイア結晶(7)の前後
両側に凹面鏡(8,9)を配置し、共振器内にグレーティン
グ(3)に加えて波長選択素子(5)を設置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置と、レ
ーザ装置から出射したレーザ光を増幅する増幅器と、真
空紫外領域の波長のレーザ光を出射する紫外線レーザ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、真空紫外領域の波長のレーザ
光を安定に発振する技術が知られており、例えば特開平
１１−１２１８７９号公報に示されている。図２０は、
同公報に開示された紫外線レーザ装置の構成図を表して
おり、以下図２０に基づいて従来技術を説明する。図２
０は、この公報に開示されたレーザ装置の全体構成を示
すブロック図である。レーザ装置１００は、Ｎｄ：ＹＬ
Ｆ（Yttrium Lithium Fluoride）レーザ装置１０１（以
下、ＹＬＦレーザ装置と言う）と、チタン・サファイア
（Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3）レーザ装置１０２と、波長変換部１
０３〜１０６とを備えている。ＹＬＦレーザ装置１０１
は、半導体レーザ装置１０７によって励起され、波長１
０４７．０nmのレーザ光Ｌ１００を出力する。レーザ光
Ｌ１００は、ビームスプリッタ１０８により、２方向に
分割される。

【０００３】ビームスプリッタ１０８で反射されたレー
ザ光Ｌ１００は、ミラー１１５，１１６を介して、後述
するダイクロイックミラー１１４に入射する。また、ビ
ームスプリッタ１０８を透過した波長１０４７．０nmの
レーザ光Ｌ１００は、第２高調波発生器（Second Harmo
nic Generator）１０９に入射し、波長５２３．５nmの
レーザ光Ｌ１０１に変換される。

【０００４】第２高調波発生器１０９によって波長変換
されたレーザ光Ｌ１０１は、チタン・サファイアレーザ
装置１０２に入射し、チタン・サファイアレーザ装置１
０２を励起して、波長７２４．５nmのレーザ光Ｌ１０２
を出力する。レーザ光Ｌ１０２は、ビームスプリッタ１
１０によって一部が反射され、波長検出部１１１に入射
する。コントローラ１１３は、波長検出部１１１の検出
結果に基づき、レーザ光Ｌ１０２の波長が目標値（７２
４．５nm）に保たれるように、波長制御部１１２を介し
てチタン・サファイアレーザ装置１０２を制御する。

【０００５】ビームスプリッタ１１０を透過したレーザ
光Ｌ１０２は、波長変換部１０３に入射する。波長変換
部１０３は、ＢＢＯ（β-BaB2O4）、ＬＢＯ（LiB3O
5）、或いはＣＬＢＯ（CsLiB6O10）等の非線形光学結晶
（nonlinear optical crystal）を備えている。波長変
換部１０３は、非線形光学結晶における２次の非線形光
学効果を利用して、波長７２４．５nmのレーザ光Ｌ１０
２を波長３６２．３nmのレーザ光Ｌ１０３に変換して出
力する。さらにレーザ光Ｌ１０３は、内部に非線形光学
結晶を備えた波長変換部１０４に入射する。波長変換部
１０４は、非線形光学結晶における２次の非線形光学効
果を利用して、レーザ光Ｌ１０３を波長２４１．５nmの
レーザ光Ｌ１０４に変換して出力する。レーザ光Ｌ１０
４及び前記レーザ光Ｌ１００（波長１０４７．０nm）
は、ダイクロイックミラー１１４において合流し、ＢＢ
ＯやＣＬＢＯ等の非線形光学結晶を備えた波長変換部１
０５に入射する。波長変換部１０５は、非線形光学結晶
における２次の非線形光学効果を利用して、レーザ光Ｌ
１０４及びレーザ光Ｌ１００から、波長１９６．２nmの
レーザ光Ｌ１０５を出力する。

【０００６】波長変換部１０５の下流側には、水素ガス
が封入されたセルを備えた波長変換部１０６が配置され
ている。高い強度のレーザ光が水素ガスに入射すると、
ラマン散乱光が誘導放出によって増幅される誘導ラマン
効果が発生する。波長変換部１０６は、このような誘導
ラマン効果を利用して、波長変換部１０５から出力され
たレーザ光Ｌ１０５から波長１５７．７nmの３次の反ス
トークス光Ｌ１０６を発生させる。このような波長１５
７．７nmの反ストークス光Ｌ１０６は、半導体を露光す
る露光用フッ素分子レーザ装置（以下、フッ素分子レー
ザ装置を、フッ素レーザ装置と略称する）のシード光源
や、フッ素レーザ装置及び露光装置用の光学部品を検査
するための検査用光源として用いられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術には、次に述べるような問題がある。即ち、誘導
ラマン効果によって発生する反ストークス光Ｌ１０６
は、水素ガスの振動準位の幅程度（例えば、０．４〜
０．５pm）のスペクトル線幅を有している。ところが、
露光用フッ素レーザ装置から出射するフッ素分子レーザ
光（以下、フッ素分子レーザ光を、フッ素レーザ光と略
称する）を半導体の露光に用いようとした場合、必要な
解像度を得るためには、スペクトル線幅が０．２pm以下
であることが要求される。ところが、０．４〜０．５pm
のスペクトル線幅を有する反ストークス光Ｌ１０６を、
露光用フッ素レーザ装置のシード光源として用いると、
露光用フッ素レーザ装置から出射するフッ素レーザ光の
スペクトル線幅は、０．４〜０．５pmとなってしまう。
即ち、スペクトル線幅が広過ぎるため、反ストークス光
Ｌ１０６を露光用フッ素レーザ装置のシード光源として
用いることは、困難である。また、光学部品の検査、分
光器を校正するための装置関数の測定、或いは干渉計等
の光源として用いる場合には、０．０１pm以下のスペク
トル線幅が必要であり、従来技術に係るレーザ装置１０
０では、充分に狭いスペクトル線幅を得られないという
問題がある。

【０００８】本発明は、上記の問題に着目してなされた
ものであり、スペクトル線幅が非常に狭い、真空紫外領
域の波長を有するレーザ光を出射する紫外線レーザ装置
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、本発明は、チタン・サファイア結
晶を励起して得られるレーザ光の波長を、共振器内に設
置した斜入射型のグレーティングによって狭帯域化する
レーザ装置において、チタン・サファイア結晶の前後両
側に凹面鏡を配置し、共振器内にグレーティングに加え
て波長選択素子を設置している。かかる構成により、波
長選択を行なって、本来チタン・サファイア結晶におい
ては発振しにくい波長６８１nm付近のレーザ光を発振さ
せることが可能となる。このレーザ光を用いて、例えば
キセノン等の２光子共鳴４光波混合の非線形光学効果を
行なわせることにより、波長１５７nm付近で、かつスペ
クトル線幅が極限的に狭いレーザ光が出射される。

【００１０】また、本発明によれば、レーザ光をチタン
・サファイア結晶によって増幅する増幅器において、チ
タン・サファイア結晶の前後両側に凹面鏡を配置し、増
幅器内のレーザ光の光路上に波長選択素子を設置してい
る。かかる構成によれば、増幅器で増幅されるレーザ光
に波長選択を行なうことにより、本来チタン・サファイ
ア結晶においては増幅されにくい波長６８１nm付近のレ
ーザ光を高出力で出射させることが可能となる。そし
て、このレーザ光を用いて、例えばキセノン等の２光子
共鳴４光波混合の非線形光学効果を行なわせることによ
り、波長１５７nm付近で、かつスペクトル線幅が極限的
に狭いレーザ光が出射される。また、本発明によれば、
波長の異なるレーザ光を所定のガスに入射させ、２光子
共鳴４光波混合の非線形光学効果によって、フッ素分子
レーザ光と略同一波長のレーザ光を出射させる紫外線レ
ーザ装置において、前記波長の異なるレーザ光の発生手
段に含まれるレーザ装置と増幅器として、請求項１に記
載のレーザ装置と、請求項２に記載の増幅器とのうち、
どちらか一方又は両方を用いている。また、本発明によ
れば、波長の異なるレーザ光を所定のガスに入射させ、
２光子共鳴４光波混合の非線形光学効果によって、フッ
素分子レーザ光と略同一波長のレーザ光を出射させる紫
外線レーザ装置において、前記波長の異なるレーザ光の
発生手段に含まれるレーザ装置として、半導体レーザ装
置と増幅器の組み合わせを含む複数のレーザ装置を用
い、前記波長の異なるレーザ光の発生手段に含まれる増
幅器として、請求項２に記載の増幅器を含む複数の増幅
器を用いている。

【００１１】また、本発明によれば、波長の異なるレー
ザ光を所定のガスに入射させ、２光子共鳴４光波混合の
非線形光学効果によって、フッ素分子レーザ光と略同一
波長のレーザ光を出射させる紫外線レーザ装置におい
て、前記レーザ光が、フッ素分子レーザ装置に用いられ
る光学部品の検査装置用光源、フッ素分子レーザ装置用
増幅器のシード光源、及びフッ素分子レーザ光の波長測
定装置の校正用光源のうち、少なくとも１つの用途に用
いられる。かかる構成によれば、２光子共鳴４光波混合
により、スペクトル線幅の狭いレーザ光を得ることがで
きるので、例えば光学部品の検査を行なう場合には、検
査精度の向上が図られる。また、シード光源とする場合
には、スペクトル線幅の狭いフッ素分子レーザ光が得ら
れ、露光の解像度が向上する。さらに、波長測定装置の
校正が高精度で行なわれるので、波長測定の精度が向上
する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明
に係る実施形態を詳細に説明する。まず、第１実施形態
を説明する。図１は、第１実施形態に係る紫外線レーザ
装置の構成を示すブロック図である。図１において、紫
外線レーザ装置５０は、ＹＬＦレーザ装置３１，３２
と、シングルモードチタン・サファイアレーザ装置３
３，３４とを備えている。また紫外線レーザ装置５０
は、チタン・サファイア結晶を用いてレーザ光を増幅す
るマルチパス増幅器５１，５２と、増幅されたレーザ光
を波長変換する波長変換部３５〜３７とを備えている。
尚、以下の説明では、シングルモードチタン・サファイ
アレーザ装置を、チタン・サファイアレーザ装置と略称
する。

【００１３】ＹＬＦレーザ装置３１，３２は、それぞれ
半導体レーザ装置３８，３９によって励起され、いずれ
も波長１０５４．０nmのレーザ光Ｌ２０，Ｌ３０を出力
する。ＹＬＦレーザ装置３１から出射したレーザ光Ｌ２
０は、第２高調波発生器４０に入射し、波長５２７．０
nmのレーザ光Ｌ２１に変換される。一方、ＹＬＦレーザ
装置３２から出射したレーザ光Ｌ３０は、第２高調波発
生器４１に入射し、波長５２７．０nmのレーザ光Ｌ３１
に変換される。

【００１４】第２高調波発生器４０を出射したレーザ光
Ｌ２１は、チタン・サファイアレーザ装置３３に入射
し、これを励起して、波長７６８．０４６nmのレーザ光
Ｌ２２Ａを出力させる。一方、第２高調波発生器４１を
出射したレーザ光Ｌ３１は、チタン・サファイアレーザ
装置３４に入射し、これを励起して、波長６８１．１９
０nmのレーザ光Ｌ３２Ａを出力する。レーザ光Ｌ２２
Ａ，Ｌ３２Ａは、いずれも高い繰り返し周波数でパルス
発振し、その波長は狭帯域化された単一縦モードとなっ
ている。

【００１５】チタン・サファイアレーザ装置３３から出
射したレーザ光Ｌ２２Ａは、ビームスプリッタ４２によ
って一部が反射され、波長検出部４４に入射する。コン
トローラ４８は、波長検出部４４の検出結果に基づき、
レーザ光Ｌ２２Ａの波長が目標値（７６８．０４６nm）
に保たれるように、波長制御部４６を介してチタン・サ
ファイアレーザ装置３３を制御する。また、チタン・サ
ファイアレーザ装置３４から出射したレーザ光Ｌ３２Ａ
は、ビームスプリッタ４３によって一部が反射され、波
長検出部４５に入射する。コントローラ４８は、波長検
出部４５の検出結果に基づき、レーザ光Ｌ３２Ａの波長
が目標値（６８１．１９０nm）に保たれるように、波長
制御部４７を介してチタン・サファイアレーザ装置３４
を制御する。

【００１６】ビームスプリッタ４２を透過したレーザ光
Ｌ２２Ａは、マルチパス増幅器５１に入射する。マルチ
パス増幅器５１は、後述するように、第２高調波発生器
４０を出射したレーザ光Ｌ２１によって励起されるチタ
ン・サファイア結晶１７を備えている。そして、チタン
・サファイアレーザ装置３３から出力されたレーザ光Ｌ
２２Ａを、波長（７６８．０４６nm）及びスペクトル線
幅を保ったまま増幅する。増幅されたレーザ光Ｌ２２Ｂ
は、波長変換部３５に入射する。波長変換部３５には、
例えば、ＢＢＯ、ＬＢＯ、又はＣＬＢＯ等の非線形光学
結晶を備えており、２次の非線形光学効果によって、レ
ーザ光Ｌ２２Ｂを波長３８４．０２３nmのレーザ光Ｌ２
３に変換する。波長変換されたレーザ光Ｌ２３（波長３
８４．０２３nm）、及び波長変換部３５を透過したレー
ザ光Ｌ２２Ｂ（波長７６８．０４６nm）は、波長変換部
３６に入射する。波長変換部３６は、波長変換部３５と
同様の非線形光学結晶を備えており、レーザ光Ｌ２２Ｂ
及びレーザ光Ｌ２３を波長変換し、波長２５６．０１５
nmのレーザ光Ｌ２４として出力する。

【００１７】ビームスプリッタ４３を透過したレーザ光
Ｌ３２Ａは、マルチパス増幅器５２に入射する。マルチ
パス増幅器５２は、第２高調波発生器４１から出射した
レーザ光Ｌ３１によって励起され、レーザ光Ｌ３２Ａ
を、波長（６８１．１９０nm）及びスペクトル線幅を保
ったまま増幅し、レーザ光Ｌ３２Ｂとして出射する。波
長２５６．０１５nmのレーザ光Ｌ２４と、波長６８１．
１９０nmのレーザ光Ｌ３２Ｂとは、ダイクロイックミラ
ー４９において合流し、波長変換部３７に入射する。波
長変換部３７は、内部にキセノンガスを封入したセルを
備えている。波長変換部３７は、キセノンガスにおける
２光子共鳴４光波混合の非線形光学効果を利用して、レ
ーザ光Ｌ３２及びレーザ光Ｌ２４から波長変換を行な
い、波長１５７．６２９nmのレーザ光Ｌ４０を出力す
る。

【００１８】ここで、図２を用いて、上記２光子共鳴４
光波混合の非線形光学効果について簡単に説明する。図
２においては、波長変換部３７に入力される波長２５
６．０１５nmのレーザ光Ｌ２４の周波数を周波数ν１、
波長変換部３７に入力される波長６８１．１９０nmのレ
ーザ光Ｌ３２Ｂの周波数を周波数ν２、波長変換部３７
から出力される波長１５７．６２９nmのレーザ光Ｌ４０
の周波数を周波数νVUVとして表す。２光子共鳴４光波
混合は、非線形光学媒質の原子（あるいは分子）を、レ
ーザ光の２光子によってある共鳴線（励起準位）に共鳴
させる。そして、他のレーザ光の光子を減算（差周波混
合）、又は加算（和周波混合）して、異なる周波数のレ
ーザ光を発生させるものである。本発明においては、図
２に示すように、キセノンガスを周波数ν１のレーザ光
の２光子によって共鳴線に共鳴させ、これに対して周波
数ν２のレーザ光の光子を減算（差周波混合）し、周波
数νVUVのレーザ光を発生させている。このように、２
光子共鳴４光波混合を利用することにより、２光子共鳴
を利用しない差周波混合あるいは和周波混合の波長の変
換効率の約０．０００１％に比べて、約０．０１％と高
効率にすることが可能となっている。

【００１９】尚、キセノン等の希ガスの代わりに、例え
ば、アルカリ金属蒸気等の金属ガスを用いた場合にも、
２光子共鳴４光波混合を実現することができる。しかし
ながら、希ガスの場合には、金属ガスを発生させるため
の装置が不要であり、装置が簡単になる。また、希ガス
は絶縁破壊の閾値が大きいため、レーザ光Ｌ２４，Ｌ３
２Ｂの強度を高くすることができ、高出力のレーザ光Ｌ
４０を得ることが可能である。また、他の希ガス（例え
ば、アルゴンやクリプトン）を用いて２光子共鳴４光波
混合を行なうことも可能であるが、キセノンは、基底準
位と励起準位の幅が希ガスの中で最も小さいため、希ガ
スの中では、キセノンの利用が最も好ましい。尚、２光
子共鳴４光波混合の非線形光学効果の詳細な説明は、Tu
nable VUV Radiation Generated by Two-Photon Resona
nt Frequency Mixing in Xenon （IEEE JOURNAL OF QUA
NTUM ELECTRONICS,VOL.QE-19,NO.2,FEB 1983）に記載が
ある。

【００２０】図３に、第１実施形態に係るチタン・サフ
ァイアレーザ装置３３の詳細構成図を示す。図３におい
て、チタン・サファイアレーザ装置３３は、チタン・サ
ファイア結晶７と、チタン・サファイア結晶７の後方
（図３中右方）に配置されたリアミラー２と、チタン・
サファイア結晶７の前方に配置されたグレーティング３
と、グレーティング３に対向して配置されたチューニン
グミラー４と、フロントミラー６とを備えている。リア
ミラー２及びチューニングミラー４は、波長７６８．０
４６nmのレーザ光Ｌ２２Ａを全反射し、フロントミラー
６は波長７６８．０４６nmのレーザ光Ｌ２２Ａを所定の
反射率で部分反射するように、図示しないコーティング
が施されている。また、リアミラー２は、後方から入射
した波長５２７．０nmのレーザ光Ｌ２１を透過するよう
に、図示しないコーティングが施されている。

【００２１】レンズ１によって集光されたレーザ光Ｌ２
１が、リアミラー２を透過してチタン・サファイア結晶
７に入射すると、チタン・サファイア結晶７が励起さ
れ、波長７６８．０４６nmのレーザ光Ｌ２２Ａが発振す
る。このとき、チタン・サファイアレーザ装置３３は、
リアミラー２とチューニングミラー４との間で短い共振
器を、リアミラー２とフロントミラー６との間で長い共
振器をそれぞれ形成している。即ち、レーザ光Ｌ２２Ａ
の一部は、グレーティング３で回折されてチューニング
ミラー４で反射し、リアミラー２に戻る。また、レーザ
光Ｌ２２Ａの残りは、グレーティング３で全反射され
て、フロントミラー６で一部が反射され、リアミラー２
に戻る。そして、フロントミラー６を透過したレーザ光
Ｌ２２Ａのみが、出射する。

【００２２】図４に、チタン・サファイア結晶７のゲイ
ン分布Ｇ１と、グレーティング３によって定まる波長選
択特性Ｇ２と、短い共振器によって定まる波長選択特性
Ｇ３と、長い共振器によって定まる波長選択特性Ｇ４と
を示す。横軸が波長であり、縦軸は各波長に対するゲイ
ン又は波長選択特性である。図４に示すように、これら
の発振条件をすべて満たす波長λｃでのみレーザ光Ｌ２
２Ａは発振するため、レーザ光Ｌ２２Ａは単一の縦モー
ドとなり、極限的に狭いスペクトルとなる。

【００２３】このとき、前述したようにコントローラ４
８は、波長検出部４４の検出結果に基づき、レーザ光Ｌ
２２Ａの波長が目標値（７６８．０４６nm）に保たれる
ように、波長制御部４６を介してチタン・サファイアレ
ーザ装置３３を制御する。さらにコントローラ４８は、
レーザ光Ｌ２２Ａのスペクトル線幅が所望値以下となる
ように、波長制御部４６を介してチタン・サファイアレ
ーザ装置３３を制御する。これらの制御を波長制御と言
い、例えば図３中に矢印で示すように、フロントミラー
６の光軸方向の位置や、チューニングミラー４のグレー
ティング３に対する角度等を、それぞれピエゾ素子等に
よって微動させて行なわれる。

【００２４】尚、上述したような斜入射型のグレーティ
ング３を用いたタイプの共振器は、リットマン（Littma
n）型と呼ばれており、例えば「狭帯域化エキシマレー
ザー」（レーザー研究、第１６巻、第４号、昭和６３年
４月）に紹介されている。これにより、波長７６８．０
４６nmの、スペクトル線幅の充分に狭いレーザ光Ｌ２２
Ａを出射することが可能となっている。

【００２５】次に、波長６８１．１９０nmのレーザ光Ｌ
３２Ａを発振させる、チタン・サファイアレーザ装置３
４について説明する。本来、チタン・サファイアレーザ
装置３４のゲインは波長６８１．１９０nm付近では非常
に小さく、この波長のレーザ光Ｌ３２Ａを発振させるの
は、困難である。しかしながら、本実施形態では、曲率
を有する第１、第２凹面ミラー８，９と、波長選択用の
分散プリズム５とを用いることにより、波長６８１．１
９０nmでのレーザ発振を実現している。以下、具体的な
構成について説明する。図５に、第１実施形態に係るチ
タン・サファイアレーザ装置３４の構成図を示す。図５
において、チタン・サファイアレーザ装置３４は、チタ
ン・サファイア結晶７と、チタン・サファイア結晶７の
前後にそれぞれ配置され、所定の曲率の凹面を有する第
１凹面ミラー８及び第２凹面ミラー９と、チタン・サフ
ァイア結晶７の前方に配置されたグレーティング３と、
グレーティング３に対向して配置されたチューニングミ
ラー４と、フロントミラー６と、グレーティング３とフ
ロントミラー６との間に配置された分散プリズム５とを
備えている。

【００２６】図示しないレンズで集光されたレーザ光Ｌ
３１は、第２凹面ミラー９を透過して、チタン・サファ
イア結晶７に入射し、これを励起する。発振したレーザ
光Ｌ３２Ａは、第１，第２凹面ミラー８，９間で反射
し、第１，第２凹面ミラー８，９の表面に設けられた凹
面によって、チタン・サファイア結晶７の内部で集光さ
れる。これにより、チタン・サファイア結晶７のゲイン
が増大し、本来ゲインの非常に弱い、波長６８１．１９
０nmのレーザ光Ｌ３２Ａが増幅されるようになる。

【００２７】さらにチタン・サファイアレーザ装置３４
においては、グレーティング３とフロントミラー６との
間に分散プリズム５を挿入している。これにより、波長
６８１．１９０nm以外のレーザ光は、チタン・サファイ
ア結晶７外に光路をずらされ、増幅されることがない。
即ち、分散プリズム５により、波長６８１．１９０nmの
レーザ光Ｌ３２Ａのみが発振するように、波長選択を行
なっている。尚、このとき、分散プリズム５はブリュー
スタプリズムであり、レーザ光Ｌ３２Ａに対して入射角
がブリュースタ角をなすように製造・配置されている。

【００２８】図６に、レーザ光Ｌ２２Ａ，Ｌ３２Ａのレ
ーザ出力と選択波長との関係を示す分布曲線を示す。横
軸が波長であり、縦軸がレーザ出力である。図６中、二
点鎖線Ｐ１は、図３に示したチタン・サファイアレーザ
装置３３から出射したレーザ光Ｌ２２Ａのレーザ出力と
選択波長との関係を示す分布曲線である。このときの中
心波長は、７６８nm付近となっている。また、第１、第
２凹面ミラー８，９を備えたチタン・サファイアレーザ
装置３４において、分散プリズム５による波長選択を行
なわない場合に発振可能な、レーザ光Ｌ３２Ａのレーザ
出力と選択波長との関係を示す分布曲線を、破線Ｐ２で
示す。このときの中心波長は、７１０nm付近となってい
る。即ち、第１、第２凹面ミラー８，９によってレーザ
光をチタン・サファイア結晶７の内部で集光させ、かつ
凹面ミラーの反射率を短波長側に最大値を持たせたこと
により、短波長におけるゲインが増大し、中心波長が短
波長側にシフトしている。そして、図６において、分散
プリズム５を用いて波長６８１．１９０nm付近を波長選
択した場合の、レーザ出力と選択波長との関係を示す分
布曲線を、実線Ｐ３で示す。レーザ光Ｌ３２Ａが、波長
６８１．１９０nmで発振するように波長選択を行うこと
により、波長６８１．１９０nmでのシングルモード発振
が可能となる。尚、図６において、それぞれの線Ｐ１，
Ｐ２，Ｐ３で示した分布曲線のレーザ出力は任意であ
り、互いの相対的な強度比を表すものではない。

【００２９】このとき、前述したようにコントローラ４
８は、波長検出部４５の検出結果に基づき、レーザ光Ｌ
３２Ａの波長が目標値（６８１．１９０nm）に保たれる
ように、波長制御部４７を介してチタン・サファイアレ
ーザ装置３４を制御する。さらにコントローラ４８は、
レーザ光Ｌ３２Ａのスペクトル線幅が所望値以下となる
ように、波長制御部４７を介してチタン・サファイアレ
ーザ装置３４を制御する。これらの制御を波長制御と言
い、例えばフロントミラー６の光軸方向の位置、チュー
ニングミラー４のグレーティング３に対する角度、或い
は分散プリズム５のレーザ光軸に対する角度を、それぞ
れピエゾ素子等によって微動させて行なわれる。

【００３０】次に、マルチパス増幅器５１，５２につい
て説明する。図７、図８に、マルチパス増幅器５１の構
成例を、それぞれ平面図及び側面図で示す。図７、図８
において、マルチパス増幅器５１は、チタン・サファイ
ア結晶１７と、その両外側にそれぞれ配置された第１、
第２凹面ミラー１２，１３及び第１、第２平面ミラー１
０，１１と、４個の第１〜第４平面小型ミラー１４Ａ〜
１４Ｄとを備えている。図７、図８に示すように、図示
しないレンズにより集光されたレーザ光Ｌ２１は、第２
平面ミラー１１を後方から透過してチタン・サファイア
結晶１７に入射し、これを励起する。また、マルチパス
増幅器５１によって増幅されるレーザ光Ｌ２２Ａは、図
７中上方から、第１平面小型ミラー１４Ａに入射する。
このとき、第１、第２凹面ミラー１２，１３からチタン
・サファイア結晶１７の中心部までに、レーザ光Ｌ２２
Ａの通る光路長は、第１、第２凹面ミラー１２，１３の
焦点距離に略一致させるようにする。

【００３１】以下、レーザ光Ｌ２２Ａの通る光路を、図
７において各ステップ番号にＳを付して説明する。第１
平面小型ミラー１４Ａで、図７中右向きに反射（ステッ
プＳ１）されたレーザ光Ｌ２２Ａは、第１凹面ミラー１
２（ステップＳ２）及び第１平面ミラー１０（ステップ
Ｓ３）で反射して、チタン・サファイア結晶１７に図７
中左側から入射し、増幅される（ステップＳ４）。チタ
ン・サファイア結晶１７を通過したレーザ光Ｌ２２Ａ
は、第２平面ミラー１１に入射し（ステップＳ５）、第
２凹面ミラー１３（ステップＳ６）で図７中右向きに反
射される。レーザ光Ｌ２２Ａは、第３平面小型ミラー１
４Ｃ（ステップＳ７）及び第４平面小型ミラー１４Ｄ
（ステップＳ８）で反射される。そして、第２凹面ミラ
ー１３（ステップＳ９）及び第２平面ミラー１１（ステ
ップＳ１０）を経て、チタン・サファイア結晶１７に図
７中右側から再入射し、増幅される（ステップＳ１
１）。チタン・サファイア結晶１７を通過したレーザ光
Ｌ２２Ａは、第１平面ミラー１０（ステップＳ１２）及
び第１凹面ミラー１２（ステップＳ１３）で反射し、第
２平面小型ミラー１４Ｂで反射して（ステップＳ１
４）、増幅されたレーザ光Ｌ２２Ｂとして外部に出射す
る。

【００３２】次に、マルチパス増幅器５２について説明
する。図９、図１０に、マルチパス増幅器５２の構成例
を、それぞれ平面図及び側面図で示す。図９、図１０に
おいて、マルチパス増幅器５２は、チタン・サファイア
結晶１７と、その両外側にそれぞれ配置された第１、第
２凹面ミラー１２，１３及び第１、第２平面ミラー１
０，１１と、４個の第１〜第４平面小型ミラー１４Ａ〜
１４Ｄとを備えている。さらに、第２凹面ミラー１３と
チタン・サファイア結晶１７との間には、２個の平面ミ
ラー１６Ａ，１６Ｂと、分散プリズム１５とが配置され
ている。また、図９、図１０に示すように、図示しない
レンズにより集光されたレーザ光Ｌ３１は、第１平面ミ
ラー１０を透過してチタン・サファイア結晶１７に入射
し、これを励起する。

【００３３】マルチパス増幅器５２を通るレーザ光Ｌ３
２Ａの光路は、マルチパス増幅器５１とほぼ同様である
が、図９、図１０に示すように、チタン・サファイア結
晶１７を通過する前後に、分散プリズム１５を通過する
点が異なっている。即ち、チタン・サファイア結晶１７
においては、波長７６８nm近辺で最もゲインが高く、発
振しやすいという特性がある。そのため、レーザ光Ｌ３
２Ａが波長６８１．１９０nmを有していたとしても、波
長６８１．１９０nm以外に、波長７６８nm付近のレーザ
光が発振してしまうことがある。これを防止するため、
分散プリズム１５によって、波長６８１．１９０nm以外
のレーザ光をチタン・サファイア結晶１７外に光路をず
らし、発振させないようにしている。尚、このとき、分
散プリズム１５はブリュースタプリズムであり、レーザ
光Ｌ３２Ａに対して入射角がブリュースタ角をなすよう
に、製造・配置されている。

【００３４】またレーザ光Ｌ３２Ａは、第１、第２凹面
ミラー１２，１３によって、チタン・サファイア結晶１
７内部で集光されている。これにより、図５に示したチ
タン・サファイアレーザ装置３４と同様に、レーザ光Ｌ
３２Ａのエネルギー密度が上昇し、チタン・サファイア
結晶１７内部のゲインが増大している。その結果、本来
非常にゲインが小さい波長６８１．１９０nmのレーザ光
Ｌ３２Ａを、波長を変化させずに増幅し、レーザ光Ｌ３
２Ｂを出射することが可能となっている。図１１に、マ
ルチパス増幅器５２において、仮に分散プリズム１５を
用いず、またレーザ光Ｌ３２Ａを増幅させずに自己発振
させた場合に出射する、レーザ光の波長分布を破線Ｐ４
で示す。また、分散プリズム１５を用いて波長選択を行
なった場合のレーザ光Ｌ３２Ｂの波長分布を、実線Ｐ５
で示す。図１１に示すように、分散プリズム１５を用い
て波長選択を行なうことにより、波長６８１．１９０nm
付近のみでの増幅が可能となっている。また、分散プリ
ズム１５を用いずにレーザ光Ｌ３２Ａをマルチパス増幅
器５２に入射させた場合には、破線Ｐ４の波長分布を有
するレーザ光と、レーザ光Ｌ３２Ａが増幅された光とが
混合した状態で、レーザ光Ｌ３２Ｂが出力される。

【００３５】尚、図７〜図１０においては、レーザ光Ｌ
２２Ａ，Ｌ３２Ａがチタン・サファイア結晶１７，１７
をそれぞれ１往復（合計２回通過）する、２パス方式と
呼ばれるマルチパス増幅器５１，５２について説明し
た。しかしながらこれに限られるものではなく、レーザ
光Ｌ２２Ａ，Ｌ３２Ａを、チタン・サファイア結晶１
７，１７にさらに多数回通過させることにより、増幅率
を上げてレーザ光Ｌ２２Ｂ，Ｌ３２Ｂの出力を上げるこ
とが可能である。図１２に、レーザ光Ｌ３２Ａがチタン
・サファイア結晶１７を２往復（４回通過）する、４パ
ス方式と呼ばれる方式のマルチパス増幅器５２の平面図
を示す。図１２に示すように、マルチパス増幅器５２は
片側４個ずつの平面小型ミラー１４を備えており、これ
によって、レーザ光Ｌ３２Ａをチタン・サファイア結晶
１７内部で２往復させ、レーザ光Ｌ３２Ｂの出力を上げ
ている。或いは、片側６個ずつの平面小型ミラー１４を
備え、レーザ光Ｌ３２Ａをチタン・サファイア結晶１７
内部で３往復させる６パス方式とすれば、レーザ光Ｌ３
２Ｂの出力をさらに上げることが可能である。これは、
マルチパス増幅器５１についても、同様である。

【００３６】尚、図９、図１０に示した２パス方式のマ
ルチパス増幅器５２については、分散プリズム１５が必
要でない場合もある。これは、２パス方式によれば、チ
タン・サファイア結晶１７内部をレーザ光Ｌ３２Ａが通
過する回数が少ないため、最も発振しやすい波長７６８
nm付近におけるゲインが小さく、波長７６８nmのレーザ
光が発振しないことによる。即ち、２パス方式のマルチ
パス増幅器５２は、分散プリズム１５がない図７、図８
のような構成であっても、波長６８１．１９０nmのレー
ザ光Ｌ３２Ｂのみが増幅され、出射する場合がある。

【００３７】図１３に、紫外線レーザ装置５０におけ
る、チタン・サファイアレーザ装置３３，３４、マルチ
パス増幅器５１，５２、及び波長変換部３５〜３７の、
全体図を示す。図１３において、マルチパス増幅器５１
は４パス方式、マルチパス増幅器５２は６パス方式とな
っている。尚、図１３において１８は、レーザ光の進行
方向と逆方向に反射したレーザ光が、チタン・サファイ
アレーザ装置へ逆方向から入射しないようにするための
アイソレータである。各レンズやミラーの説明は省略す
る。

【００３８】以上説明したように第１実施形態によれ
ば、波長２５６．０１５nmのレーザ光Ｌ２４と、波長６
８１．１９０nmのレーザ光Ｌ３２Ｂとをそれぞれ発生さ
せている。そして、キセノンガスにおける２光子共鳴４
光波混合の非線形光学効果を利用して、レーザ光Ｌ２４
及びレーザ光Ｌ３２Ｂから波長変換を行ない、波長１５
７．６２９nmのレーザ光Ｌ４０を出力している。これに
より、高出力で、かつ極限的にスペクトル線幅が狭い、
波長１５７．６２９nmのレーザ光Ｌ４０を得ることが可
能である。

【００３９】また、キセノンガスの２光子共鳴４光波混
合によって波長変換を行なっているので、レーザ光Ｌ４
０のスペクトル線幅が、レーザ光Ｌ２４及びレーザ光Ｌ
３２Ｂのスペクトル線幅により決定される。波長２５
６．０１５nmのレーザ光Ｌ２４の周波数を周波数ν１、
バンド幅（周波数幅）をバンド幅Δν１とする。また、
波長６８１．１９０nmのレーザ光Ｌ３２Ｂの周波数を周
波数ν２、バンド幅をバンド幅Δν２とする。さらに、
波長１５７．６２９nmのレーザ光Ｌ４０の周波数を周波
数νVUV、バンド幅をバンド幅ΔνVUVとすると、周波数
ν及びバンド幅Δνの関係は、それぞれ次の数式１、数
式２で表される。 νVUV＝２×ν１−ν２ …………（１）（ΔνVUV）²＝２×（Δν１）²＋（Δν２）² …………（２）という関係にある。また、周波数νと波長λとの関係、
及びバンド幅Δνとスペクトル線幅Δλとの関係は、そ
れぞれ次の数式３、数式４で表される。 ν＝ｃ／λ …………（３） Δν＝Δλ×ｃ／（λ²） …………（４）ここで、ｃは光速である。数式２からバンド幅ΔνVUV
を求めるためには、バンド幅Δν１及びバンド幅Δν２
を知ることが必要となる。ところが、レーザ光Ｌ２４
は、波長λが２５６．０１５nmと短いために、バンド幅
Δν１を、直接測定することが困難である。そのため、
波長７６８．０４６nmのレーザ光Ｌ２２Ｂのバンド幅で
あるバンド幅Δν３から、バンド幅Δν１を知ることに
より、バンド幅ΔνVUVを求めている。このとき、レー
ザ光Ｌ２４は、レーザ光Ｌ２２Ｂの３倍波であることか
ら、次の数式５が成り立つ。（Δν１）²＝３×（Δν３）² …………（５）これより数式２は、（ΔνVUV）²＝６×（Δν３）²＋（Δν２）²…………（６）となる。従って、レーザ光Ｌ４０のスペクトル線幅を
０．０１pm以下にするためには、数式４より、バンド幅
ΔνVUVが、約１２０MHz以下である必要がある。実際に
使用した装置では、バンド幅Δν３は２８．３MHz、バ
ンド幅Δν２は６３．９MHzであり、数式６より、バン
ド幅ΔνVUVは９４MHzとなっている。これにより、スペ
クトル線幅が０．０１pm以下のレーザ光Ｌ４０を得るこ
とができる。

【００４０】また、チタン・サファイアレーザ装置３４
の共振器内に第１，第２凹面ミラー８，９を設け、レー
ザ光Ｌ３２Ａをチタン・サファイア結晶７の内部で集光
している。これにより、チタン・サファイア結晶７のゲ
インが増大し、本来ゲインの非常に弱い、波長６８１．
１９０nmのレーザ光Ｌ３２Ａが増幅されるようになる。
また、共振器内に波長選択用の分散プリズム５を配置し
ている。これにより、波長６８１．１９０nmのレーザ光
Ｌ３２Ａのみを発振させることが可能となっている。

【００４１】また、増幅器５２においても、共振器内に
第１，第２凹面ミラー１２，１３を設け、レーザ光Ｌ３
２Ａをチタン・サファイア結晶１７の内部で集光してい
る。これにより、チタン・サファイア結晶１７のゲイン
が増大し、本来ゲインの非常に弱い、波長６８１．１９
０nmのレーザ光Ｌ３２Ａを増幅できるようになる。ま
た、共振器内に波長選択用の分散プリズム１５を配置し
ている。これにより、波長が６８１．１９０nmで、シン
グルモードのレーザ光Ｌ３２Ａのみを増幅させることが
可能となっている。その結果、キセノンガスの２光子共
鳴４光波混合により、フッ素レーザ装置から発振するフ
ッ素レーザ光の波長と一致する、波長１５７．６２９nm
のレーザ光Ｌ４０を得ることが可能となる。従って、こ
のスペクトル線幅の狭いレーザ光Ｌ４０を、フッ素レー
ザ装置のシード光、フッ素レーザ装置又は露光装置に用
いられる光学部品の検査用の光源、或いはフッ素レーザ
装置のスペクトル波形を測定するための分光器の校正用
光源として用いることが可能となる。

【００４２】尚、上記実施形態では、波長選択素子とし
て分散プリズム５，１５を用いるように説明したが、こ
れに限られるものではなく、例えば複屈折フィルタを用
いてもよい。或いは、グレーティングやエタロンを用い
ることも可能であるが、複屈折フィルタやプリズムは損
失が少なく、レーザ光Ｌ３２Ａ，Ｌ３２Ｂの出力をさほ
ど低下させないため、これらが最も好適である。

【００４３】次に、第２実施形態を説明する。第２実施
形態においては、シングルモードで連続発振するシング
ルモード半導体レーザ装置から出射したレーザ光を増幅
することにより、波長７６８．０４６nmのレーザ光Ｌ２
２Ｂ及び波長６８１．１９０nmのレーザ光Ｌ３２Ｂを得
ている。図１４に、第２実施形態に係る紫外線レーザ装
置５０の構成図を示す。図１４において、シングルモー
ド半導体レーザ装置１９，２０は、０．１pmよりもスペ
クトル幅の狭い半導体レーザ光Ｌ５１，Ｌ６１を連続発
振する。半導体レーザ光Ｌ５１，Ｌ６１は、その一部が
ビームスプリッタ４２，４３によってそれぞれ反射さ
れ、波長検出部４４，４５に入射する。コントローラ４
８は、波長検出部４４，４５の出力に基づき、半導体レ
ーザ光Ｌ５１，Ｌ６１の波長が７６８．０４６nm及び６
８１．１９０nmとなるように、波長制御部４６，４７を
介して半導体レーザ装置１９，２０を制御する。

【００４４】ビームスプリッタ４２，４３を透過した半
導体レーザ光Ｌ５１，Ｌ６１は、パルス増幅器２１，２
２にそれぞれ入射する。パルス増幅器２１，２２は、チ
タン・サファイア結晶２３，２４と、平面ミラー２５，
２６及び凹面ミラー２７，２８とをそれぞれ備えてお
り、リング共振器を形成している。さらにリング共振器
には、ＹＬＦレーザ装置３１，３２から出射した波長１
０５４．０nmのレーザ光Ｌ２０，Ｌ３０を第２高調波発
生器４０，４１でそれぞれ波長変換した波長５２７．０
nmのレーザ光Ｌ２１，Ｌ３１が入射している。レーザ光
Ｌ２１，Ｌ３１によって、チタン・サファイア結晶２
３，２４を励起することにより、半導体レーザ光Ｌ５
１，Ｌ６１を波長７６８．０４６nm及び６８１．１９０
nmをそれぞれ保ったまま増幅し、パルス状のレーザ光Ｌ
５２，Ｌ６２を発振させる。このレーザ光Ｌ５２，Ｌ６
２を、第１実施形態で説明したマルチパス増幅器５１，
５２にそれぞれ入射させ、増幅することにより、スペク
トル幅の狭いレーザ光Ｌ２２Ｂ，Ｌ３２Ｂを得ることが
可能となっている。

【００４５】以上説明したように、第２実施形態によれ
ば、シングルモード半導体レーザ装置１９，２０から出
射した、スペクトル線幅の狭い半導体レーザ光Ｌ５１，
Ｌ６１をチタン・サファイア結晶２３，２４を用いて増
幅している。これにより、スペクトル幅の狭いレーザ光
Ｌ２２Ｂ，Ｌ３２Ｂを得ることができる。その結果、レ
ーザ光Ｌ４０のスペクトル幅を例えば０．０１pmより
も、さらに狭くすることが可能である。従って、例えば
このレーザ光Ｌ４０をフッ素レーザ装置のシード光とし
て用いるならば、スペクトル幅の非常に狭いフッ素レー
ザ光が得られ、半導体を露光する場合に、解像度の高い
露光が可能である。さらに、レーザ光Ｌ４０を光学部品
を検査するための検査用光源として用いるならば、精度
の高い検査が可能である。

【００４６】また、第１実施形態によれば、チタン・サ
ファイアレーザ装置３３，３４から、所望する以外の波
長のレーザ光が発振する場合がある。これに対し、シン
グルモード半導体レーザ装置１９，２０は波長制御が容
易であり、しかも所望する以外の波長のレーザ光が発振
することは殆んどない。従って、所望する波長７６８．
０４６nm及び６８１．１９０nmのレーザ光Ｌ５１，Ｌ６
１を、確実に得ることができる。尚、図１４では、チタ
ン・サファイアレーザ装置３３，３４を、いずれもシン
グルモード半導体レーザ装置１９，２０とパルス増幅器
２１，２２との組み合わせに置き換えるようにしたが、
いずれか一方のみでもよい。

【００４７】次に、第１又は第２実施形態で説明した紫
外線レーザ装置５０の、応用例について説明する。ま
ず、第３実施形態を説明する。図１５に、紫外線レーザ
装置５０から出射したレーザ光Ｌ４０を、フッ素レーザ
装置のシードレーザ光として用いる場合の構成を示す。
図１５において、フッ素レーザ装置６５は、紫外線レー
ザ装置５０から出射したレーザ光Ｌ４０を増幅する増幅
器６４を備えている。増幅器６４は、内部にフッ素と、
ヘリウム、ネオン、又はその双方とを含むレーザガスを
封入するレーザチャンバ６３と、レーザチャンバ６３の
両端部に光軸に対してブリュースター角をなして設けら
れたウィンドウ６２，６２と、レーザチャンバ６３の後
方（図１５中左方）外側に設けられて略中央に導入孔５
３を有する有孔凹面鏡６０と、前方外側に設けられた凸
面鏡６１とを有している。

【００４８】図１５において、紫外線レーザ装置５０か
ら出射したレーザ光Ｌ４０は、有孔凹面鏡６０の導入孔
５３からウィンドウ６２を透過してレーザチャンバ６３
に入射し、凸面鏡６１と有孔凹面鏡６０との間で反射さ
れ、数回往復する。このとき、レーザチャンバ６３内で
は、レーザ光Ｌ４０にタイミングを合わせて図示しない
放電電極間に高電圧を印加し、増幅放電を起こしてい
る。この増幅放電により、レーザ光Ｌ４０は、増幅器６
４内を往復する間に波長及びスペクトル線幅を保ったま
まパルス出力を増幅される。そして、凸面鏡６１の周囲
から、断面がドーナツ状のレーザ光Ｌ７０として取り出
される。

【００４９】以上説明したように第３実施形態によれ
ば、スペクトル線幅の非常に狭いレーザ光Ｌ４０を、フ
ッ素レーザ装置６４のシード光としている。これによ
り、フッ素レーザ装置６４から出射されるレーザ光Ｌ７
０のスペクトル幅が非常に狭くなり、例えばこれを露光
に用いる場合に、高解像度の露光が可能となる。

【００５０】次に、第４実施形態を説明する。第４実施
形態においては、紫外線レーザ装置５０から出射したレ
ーザ光Ｌ４０をフィゾー干渉計を用いた光学部品の検査
装置の光源として、フッ素レーザ装置又は露光装置に用
いられる光学部品の検査を行なっている。図１６におい
てフィゾー干渉計５９は、紫外線レーザ装置５０から出
射したレーザ光Ｌ４０をビーム拡散レンズ５４、ビーム
スプリッタ８３、及びコリメータレンズ５５を透過させ
て拡大する。拡大された平面波は、オプティカルフラッ
トと呼ばれる参照ミラー５６に入射する。この参照ミラ
ー５６は、高精度に平面精密研磨されており、透過或い
は反射による波面の歪みを最小限に抑えている。また、
参照ミラー５６の表面には、レーザ光Ｌ４０の一部を反
射する部分反射コーティング５６Ａが施されている。

【００５１】レーザ光Ｌ４０の一部は、参照ミラー５６
の部分反射コーティング５６Ａで、図１６中左向きに反
射されて参照光Ｌ４０Ａとなり、残りは測定光Ｌ４０Ｂ
として参照ミラー５６を透過し、測定対象である測定光
学部品５７に入射する。このとき測定光Ｌ４０Ｂは、測
定光学部品５７を透過することにより、測定光学部品５
７内部の歪みや材質の不均一などにより、波面に影響を
受ける。その結果、測定光Ｌ４０Ｂの波面には、測定光
学部品５７内部の透過波面の歪みが記録されることにな
る。測定光学部品５７を透過した測定光Ｌ４０Ｂは、参
照ミラー５８に垂直に入射して図１６中左向きに反射さ
れ、前記測定光学部品５７及び参照ミラー５６に入射す
る。参照ミラー５８は、前記参照ミラー５６と同様にそ
の表面が高精度に平面精密研磨されており、入射した光
の波面をそのままの形で反射する。参照光Ｌ４０Ａと測
定光Ｌ４０Ｂとは、ビームスプリッタ８３で図１６中下
向きに反射され、結像レンズ８４を通過して、干渉縞を
ＣＣＤカメラ８５に結像する。この干渉縞には、測定光
の波面の歪みが記録されているので、これを解析するこ
とにより、測定光学部品５７の内部の波面の歪み等の状
態を知ることが可能となっている。

【００５２】以上説明したように、第４実施形態によれ
ば、フッ素分子レーザ装置又は露光装置用の光学部品で
ある、測定光学部品５７の検査を行なう干渉計の光源と
して、第１又は第２実施形態に係るスペクトル線幅の非
常に狭いレーザ光Ｌ４０を用いている。これにより、波
面の乱れがより正確に干渉縞に現れるため、これを観察
することにより、測定光学部品５７の状態を正確に知る
ことが可能となる。また、スペクトル線幅が狭いため、
レーザ光Ｌ４０の可干渉距離が長くなる。これにより、
干渉縞が生成されやすくなるため、測定も容易となる。
尚、図１６では、測定光が測定光学部品５７を透過する
場合について説明したが、応用例はこれに限られるもの
ではない。即ち、参照ミラー５８を配置せずに、測定光
学部品５７の表面で反射するレーザ光Ｌ４０を測定光と
して、測定光学部品５７の表面形状を観察するようにし
てもよい。さらに、フィゾー干渉計について説明した
が、例えばマイケルソン干渉計や、マッハツェンダー干
渉計の光源として用いてもよい。

【００５３】次に、第５実施形態を説明する。図１７
に、第５実施形態に係る光学部品検査装置７２の構成図
を示す。紫外線レーザ装置５０から出射したレーザ光Ｌ
４０は、一部がサンプル光Ｌ４０Ｃとしてビームスプリ
ッタ７３を透過し、パワー検出器８０によって出力を検
出される。また、ビームスプリッタ７３で反射した反射
光Ｌ４０Ｄは、コリメータレンズ７４，７５を経て、測
定対象であるプリズム７６に照射される。プリズム７６
で反射した反射光Ｌ４０Ｄは、積分球７９に入射し、パ
ワー検出器８０によってその出力を検出される。パソコ
ン等の演算器８１は、パワー検出器８０で検出したサン
プル光Ｌ４０Ｃ及び反射光Ｌ４０Ｄの出力に基づいて、
プリズム７６の反射率を演算することが可能である。

【００５４】このときプリズム７６は、演算器８１の指
示に基づいて動く、直動ステージ７７及び回転ステージ
７８に搭載されており、プリズム７６のあらゆる面のさ
まざまな場所に対して、詳細に反射率を測定することが
できる。また、図１７では被測定部品の反射率測定につ
いて説明したが、これに限られるものではなく、透過率
を測定することも可能である。

【００５５】以上説明したように、第５実施形態によれ
ば、レーザ光Ｌ４０を用いて、波長１５７nm付近におけ
る、光学部品の反射率や透過率を測定している。反射率
や透過率を正確に測定するためには、ビーム広がり角の
小さな光が必要であり、レーザ光Ｌ４０を測定に用いる
ことにより、測定がより正確になる。

【００５６】次に、第６実施形態を説明する。第６実施
形態においては、紫外線レーザ装置５０から出射したレ
ーザ光Ｌ４０を用いて、フッ素レーザ装置から出射する
フッ素レーザ光のスペクトル波形を求める波長検査装置
の校正を行なっている。図１８に、ツェルニー・ターナ
ー型の分光器６６の構成例を示す。また、図１９に、分
光器の校正を行なう際の説明図を示す。図１８におい
て、紫外線レーザ装置５０から出射したレーザ光Ｌ４０
は、分光器６６に入射し、スリット７０を照明する。ス
リット７０を透過した光は、凹面鏡６８、グレーティン
グ６７、及び凹面鏡６８を通り、ＣＣＤカメラ６９上に
スリットの回折像が結像する。ＣＣＤカメラ６９によ
り、グレーティング６７で回折されたレーザ光Ｌ４０の
集光位置を測定することにより、レーザ光Ｌ４０の回折
像の形状が測定できる。

【００５７】このとき、図１９に示すように、スペクト
ル線幅の極限的に狭いレーザ光Ｌ４０を分光器６６に入
射させることにより、分光器６６固有の特性である装置
関数の波形Ｉ(x)を計測することができる。一方、レー
ザ光Ｌ４０に代えて、分光器６６にフッ素レーザ装置６
５から出射したフッ素レーザ光Ｌ８０を入射させると、
フッ素レーザ光Ｌ８０のスペクトル波形Ｓ(x)が観測さ
れる。装置関数の波形Ｉ(x)と、観測されたスペクトル
波形Ｓ(x)とに基づいて、演算器７１でデコンボリュー
ション処理Ｆ^-1（Ｓ(w)／Ｉ(w)）を行なうことにより、
フッ素レーザ光のスペクトル波形ｆ(x)を精度良く得る
ことが可能となっている。

【００５８】以上説明したように、第６実施形態によれ
ば、スペクトル線幅の極限的に狭いレーザ光Ｌ４０を用
いて、分光器６６の校正を行なっている。スペクトル線
幅の極限的に狭いレーザ光Ｌ４０を分光器６６に入射さ
せることにより、分光器６６固有の特性が、装置関数Ｉ
(x)として、非常に高精度で得られる。これに基づい
て、観測されたスペクトル波形Ｓ(x)を補正することに
より、より正確なスペクトル波形ｆ(x)を得ることが可
能である。尚、上記の各実施形態で説明してきた紫外線
レーザ装置については、波長１５７nm付近の真空紫外領
域（ＶＵＶ）ばかりではなく、深紫外領域（ＤＵＶ）
や、極紫外領域（ＥＵＶ）の波長を有するレーザ光を出
射するように、装置を構成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る紫外線レーザ装置の構成を
示すブロック図。

【図２】２光子共鳴４光波混合の非線形光学効果の説明
図。

【図３】第１実施形態に係るチタン・サファイアレーザ
装置の構成図。

【図４】レーザ光の発振波長を示すゲイン分布図。

【図５】第１実施形態に係るチタン・サファイアレーザ
装置の構成図

【図６】レーザ光のスペクトル分布を示す説明図。

【図７】マルチパス増幅器の構成を示す平面図。

【図８】マルチパス増幅器の構成を示す側面図。

【図９】マルチパス増幅器の構成を示す平面図。

【図１０】マルチパス増幅器の構成を示す側面図。

【図１１】マルチパス増幅器のレーザ光の波長分布を示
す説明図。

【図１２】４パス方式のマルチパス増幅器の平面図。

【図１３】チタン・サファイアレーザ装置及びマルチパ
ス増幅器の構成図。

【図１４】第２実施形態に係る紫外線レーザ装置の構成
図

【図１５】第３実施形態に係るフッ素レーザ装置の構成
図。

【図１６】第４実施形態に係るフィゾー干渉計の構成
図。

【図１７】第５実施形態に係る光学部品検査装置の構成
図。

【図１８】第６実施形態に係るツェルニー・ターナー型
の分光器の構成図。

【図１９】第６実施形態に係る分光器の校正を行なう際
の説明図。

【図２０】従来技術に係る紫外線レーザ装置のブロック
構成図。

【符号の説明】

１：レンズ、２：リアミラー、３：グレーティング、
４：チューニングミラー、５：分散プリズム、６：フロ
ントミラー、７：チタン・サファイア結晶、８：第１凹
面ミラー、９：第２凹面ミラー、１０：第１平面ミラ
ー、１１：第２平面ミラー、１２：第１凹面ミラー、１
３：第２凹面ミラー、１４：小型平面ミラー、１５：分
散プリズム、１６：平面ミラー、１７：チタン・サファ
イア結晶、１８：アイソレータ、１９：シングルモード
半導体レーザ装置、２０：シングルモード半導体レーザ
装置、２１：パルス増幅器、２２：パルス増幅器、２
３：チタン・サファイア結晶、２４：チタン・サファイ
ア結晶、２５：平面ミラー、２６：平面ミラー、２７：
凹面ミラー、２８：凹面ミラー、３１：ＹＬＦレーザ装
置、３２：ＹＬＦレーザ装置、３３：チタン・サファイ
アレーザ装置、３４：チタン・サファイアレーザ装置、
３５：波長変換部、３６：波長変換部、３７：波長変換
部、３８：半導体レーザ装置、３９：半導体レーザ装
置、４０：第２高調波発生器、４１：第２高調波発生
器、４２：ビームスプリッタ、４３：ビームスプリッ
タ、４４：波長検出部、４５：波長検出部、４６：波長
制御部、４７：波長制御部、４８：コントローラ、４
９：ダイクロイックミラー、５０：紫外線レーザ装置、
５１：マルチパス増幅器、５２：マルチパス増幅器、５
３：導入孔、５４：ビーム拡散レンズ、５５：リメータ
レンズ、５６：参照ミラー、５７：測定光学部品、５
８：参照ミラー、５９：フィゾー干渉計、６０：有孔凹
面鏡、６１：凸面鏡、６２：ウィンドウ、６３：レーザ
チャンバ、６４：増幅器、６５：フッ素レーザ装置、６
６：分光器、６７：グレーティング、６８：凹面ミラ
ー、６９：ＣＣＤカメラ、７０：スリット、７１：演算
器、７２：光学部品検査装置、７３：ビームスプリッ
タ、７４：コリメータレンズ、７５：コリメータレン
ズ、７６：プリズム、７７：直動ステージ、７８：回転
ステージ、７９：積分球、８０：パワー検出器、８１：
演算器、８３：ビームスプリッタ、８４：結像レンズ、
８５：ＣＣＤカメラ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタン・サファイア結晶(7)を励起して
得られるレーザ光(L32A)の波長を、共振器内に設置した
斜入射型のグレーティング(3)によって狭帯域化するレ
ーザ装置において、チタン・サファイア結晶(7)の前後両側に凹面鏡(8,9)を
配置し、共振器内にグレーティング(3)に加えて波長選択素子(5)
を設置したことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】レーザ光(L32A)をチタン・サファイア結
晶(17)によって増幅する増幅器において、チタン・サファイア結晶(17)の前後両側に凹面鏡(12,1
3)を配置し、増幅器内のレーザ光(L32A)の光路上に波長選択素子(15)
を設置したことを特徴とする増幅器。
【請求項３】波長の異なるレーザ光(L24,L32B)を所定
のガスに入射させ、２光子共鳴４光波混合の非線形光学
効果によって、フッ素分子レーザ光と略同一波長のレー
ザ光(L40)を出射させる紫外線レーザ装置において、前記波長の異なるレーザ光(L24,L32B)の発生手段に含ま
れるレーザ装置と増幅器として、請求項１に記載のレーザ装置と、請求項２に記載の増幅
器とのうち、どちらか一方又は両方を用いることを特徴
とする紫外線レーザ装置。
【請求項４】波長の異なるレーザ光(L24,L32B)を所定
のガスに入射させ、２光子共鳴４光波混合の非線形光学
効果によって、フッ素分子レーザ光と略同一波長のレー
ザ光(L40)を出射させる紫外線レーザ装置において、前記波長の異なるレーザ光(L24,L32B)の発生手段に含ま
れるレーザ装置として、半導体レーザ装置(19,20)と増
幅器(21,22)との組み合わせを含む複数のレーザ装置を
用いることと、前記波長の異なるレーザ光(L24,L32B)の発生手段に含ま
れる増幅器として、請求項２に記載の増幅器を含む複数
の増幅器を用いることを特徴とする紫外線レーザ装置。
【請求項５】波長の異なるレーザ光(L24,L32B)を所定
のガスに入射させ、２光子共鳴４光波混合の非線形光学
効果によって、フッ素分子レーザ光と略同一波長のレー
ザ光(L40)を出射させる紫外線レーザ装置において、前記レーザ光(L40)が、フッ素分子レーザ装置又は露光
装置に用いられる光学部品の検査装置(59)用光源、フッ
素分子レーザ装置(65)用増幅器(64)のシード光源、及び
フッ素分子レーザ光(L80)の波長測定装置(66)の校正用
光源のうち、少なくとも１つの用途に用いられることを
特徴とする紫外線レーザ装置。