JP2003142758A - フッ素分子レーザ装置 - Google Patents
フッ素分子レーザ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スペクトル線幅の狭いフッ素分子レーザ装置
を提供する。 【解決手段】 フッ素を含むレーザガスを励起してレー
ザ光(21)を発振させるフッ素分子レーザ装置において、
発振するレーザ光(11)の光軸と略同一方向に主放電(50)
を行ない、フッ素を含むレーザガスを励起する主電極(1
4,15)と、前記主電極(14,15)間に挟持され、フッ素を含
むレーザガスを注入する絶縁体(12)と、絶縁体を挟んで
配置された共振器(16,18)とを備え、レーザガスの利得
曲線(R)の半値全幅(Δλ)よりも、波長で表される縦モ
ードの間隔(M(λ))が大きくなるようにしたことを、特
徴とするフッ素分子レーザ装置。
を提供する。 【解決手段】 フッ素を含むレーザガスを励起してレー
ザ光(21)を発振させるフッ素分子レーザ装置において、
発振するレーザ光(11)の光軸と略同一方向に主放電(50)
を行ない、フッ素を含むレーザガスを励起する主電極(1
4,15)と、前記主電極(14,15)間に挟持され、フッ素を含
むレーザガスを注入する絶縁体(12)と、絶縁体を挟んで
配置された共振器(16,18)とを備え、レーザガスの利得
曲線(R)の半値全幅(Δλ)よりも、波長で表される縦モ
ードの間隔(M(λ))が大きくなるようにしたことを、特
徴とするフッ素分子レーザ装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フッ素分子レーザ
装置に関する。
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、フッ素分子レーザ装置が知ら
れており、例えば特開２０００−２１６４７１号公報に
示されている。図１２は、同公報に開示されたフッ素分
子レーザ装置１０１を表しており、図１３は同公報に開
示されてはいないが、側面から見たフッ素分子レーザ装
置１０１の構成を表している。図１２、図１３において
フッ素分子レーザ装置１０１は、フッ素を含むレーザガ
スを封止するレーザチャンバ１０２と、主放電１５０に
よってレーザガスを励起する一組の主電極１０４，１０
５とを備えている。レーザチャンバ１０２の所定位置に
は、矢印１５７で表されたレーザガスの流れを主電極１
０４，１０５間に導く貫流ファン１１４と、レーザガス
を冷却する熱交換器１０３とが配置されている。主電極
１０４，１０５は、レーザガスを挟んで対向して配置さ
れており、高圧電源１１３から高圧電流を印加すること
によって、放電空間１５１に主放電１５０を起こしてレ
ーザガスを励起する。レーザチャンバ１０２の前後に
は、フロントミラー１０６とリアミラー１０８とがそれ
ぞれ配置されており、主放電１５０と垂直な図１２中右
方向に、レーザ光１１１を発振させる。このように、主
電極１０４，１０５をレーザガスを挟んで対向させて配
置し、レーザ光１１１の光軸と垂直に主放電１５０を起
こす方式を、横励起方式と言う。
れており、例えば特開２０００−２１６４７１号公報に
示されている。図１２は、同公報に開示されたフッ素分
子レーザ装置１０１を表しており、図１３は同公報に開
示されてはいないが、側面から見たフッ素分子レーザ装
置１０１の構成を表している。図１２、図１３において
フッ素分子レーザ装置１０１は、フッ素を含むレーザガ
スを封止するレーザチャンバ１０２と、主放電１５０に
よってレーザガスを励起する一組の主電極１０４，１０
５とを備えている。レーザチャンバ１０２の所定位置に
は、矢印１５７で表されたレーザガスの流れを主電極１
０４，１０５間に導く貫流ファン１１４と、レーザガス
を冷却する熱交換器１０３とが配置されている。主電極
１０４，１０５は、レーザガスを挟んで対向して配置さ
れており、高圧電源１１３から高圧電流を印加すること
によって、放電空間１５１に主放電１５０を起こしてレ
ーザガスを励起する。レーザチャンバ１０２の前後に
は、フロントミラー１０６とリアミラー１０８とがそれ
ぞれ配置されており、主放電１５０と垂直な図１２中右
方向に、レーザ光１１１を発振させる。このように、主
電極１０４，１０５をレーザガスを挟んで対向させて配
置し、レーザ光１１１の光軸と垂直に主放電１５０を起
こす方式を、横励起方式と言う。
【０００３】また図１３に示すように、フッ素分子レー
ザ装置１０１においては、エキシマレーザ装置と同様に
予備電離電極１１０によって予備電離放電を行ない、紫
外線１００を発生させて放電空間１５１を予備電離して
いる。これにより、主放電１５０が起きる前にレーザガ
スが電離し、主放電１５０が好適に行なわれる。これに
より、フッ素分子レーザ装置１０１からは波長約１５７
nmのレーザ光１１１が出射し、例えばリソグラフィ等の
露光機用の光源として用いられる。
ザ装置１０１においては、エキシマレーザ装置と同様に
予備電離電極１１０によって予備電離放電を行ない、紫
外線１００を発生させて放電空間１５１を予備電離して
いる。これにより、主放電１５０が起きる前にレーザガ
スが電離し、主放電１５０が好適に行なわれる。これに
より、フッ素分子レーザ装置１０１からは波長約１５７
nmのレーザ光１１１が出射し、例えばリソグラフィ等の
露光機用の光源として用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開２０００−２１６４７１号公報に開示された従来技術
には、次に述べるような問題がある。
開２０００−２１６４７１号公報に開示された従来技術
には、次に述べるような問題がある。
【０００５】即ち、フッ素分子レーザ装置１０１を露光
機の光源として使用する場合、レーザ光１１１の波長の
スペクトル線幅を狭くし（これを狭帯域化と言う）、露
光機の光学系によって生じる色収差を小さくして、露光
の解像度を向上させる必要がある。従来のフッ素分子レ
ーザ装置１０１においては、レーザガスの圧力は、約
０．３〜０．４ＭＰａ（約３〜４気圧）程度となってい
る。このような高圧力のため、スペクトル線幅における
圧力広がりが大きくなり、狭帯域化を行なわない状態で
のレーザ光１１１のスペクトル線幅が、約１pm程度と広
くなる。その結果、露光の解像度が低下するという問題
がある。
機の光源として使用する場合、レーザ光１１１の波長の
スペクトル線幅を狭くし（これを狭帯域化と言う）、露
光機の光学系によって生じる色収差を小さくして、露光
の解像度を向上させる必要がある。従来のフッ素分子レ
ーザ装置１０１においては、レーザガスの圧力は、約
０．３〜０．４ＭＰａ（約３〜４気圧）程度となってい
る。このような高圧力のため、スペクトル線幅における
圧力広がりが大きくなり、狭帯域化を行なわない状態で
のレーザ光１１１のスペクトル線幅が、約１pm程度と広
くなる。その結果、露光の解像度が低下するという問題
がある。
【０００６】本発明は、上記の問題に着目してなされた
ものであり、スペクトル線幅の狭いフッ素分子レーザ装
置を提供することを目的としている。
ものであり、スペクトル線幅の狭いフッ素分子レーザ装
置を提供することを目的としている。
【０００７】
【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、フッ素を含むレーザガ
スを励起してレーザ光を発振させるフッ素分子レーザ装
置において、レーザガスの利得曲線の半値全幅よりも、
波長で表される縦モードの間隔が大きくなるようにして
いる。これにより、利得半値幅の中に縦モードが１本の
み存在するので、発振する縦モードが１本のみの単一縦
モード発振が可能となり、非常に狭いスペクトル線幅の
レーザ光が得られる。
的を達成するために、本発明は、フッ素を含むレーザガ
スを励起してレーザ光を発振させるフッ素分子レーザ装
置において、レーザガスの利得曲線の半値全幅よりも、
波長で表される縦モードの間隔が大きくなるようにして
いる。これにより、利得半値幅の中に縦モードが１本の
み存在するので、発振する縦モードが１本のみの単一縦
モード発振が可能となり、非常に狭いスペクトル線幅の
レーザ光が得られる。
【０００８】また本発明は、フッ素分子レーザ装置にお
いて、発振するレーザ光の光軸と略同一方向に主放電を
行ない、フッ素を含むレーザガスを励起する主電極と、
前記主電極間に挟持され、フッ素を含むレーザガスを注
入する絶縁体と、絶縁体を挟んで配置された共振器とを
備え、共振器長が、次の数式 Ｌ≦λ(Ｐ，Ｔ)２／(ΔλＬ(Ｐ)＋(ΔλＬ(Ｐ)２＋４Δ
λＧ(Ｔ)２)１／２) を満たしている。これにより、単一縦モード発振が実現
される。
いて、発振するレーザ光の光軸と略同一方向に主放電を
行ない、フッ素を含むレーザガスを励起する主電極と、
前記主電極間に挟持され、フッ素を含むレーザガスを注
入する絶縁体と、絶縁体を挟んで配置された共振器とを
備え、共振器長が、次の数式 Ｌ≦λ(Ｐ，Ｔ)２／(ΔλＬ(Ｐ)＋(ΔλＬ(Ｐ)２＋４Δ
λＧ(Ｔ)２)１／２) を満たしている。これにより、単一縦モード発振が実現
される。
【０００９】また本発明は、フッ素分子レーザ装置にお
いて、前記絶縁体が、レーザガスを内部に注入する中空
の放電管であり、前記主電極が、放電管の両端部に配置
されている。このような構成により、低圧力のレーザガ
スで、レーザ光を発振させることが可能である。これに
より、利得幅が狭くなるので、共振器長が長くても、単
一縦モード発振が可能となる。
いて、前記絶縁体が、レーザガスを内部に注入する中空
の放電管であり、前記主電極が、放電管の両端部に配置
されている。このような構成により、低圧力のレーザガ
スで、レーザ光を発振させることが可能である。これに
より、利得幅が狭くなるので、共振器長が長くても、単
一縦モード発振が可能となる。
【００１０】また本発明は、前記絶縁体の、励起される
レーザガスが触れる面と反対側の面に、導電体からなる
予備電離電極を備えている。これにより、レーザガスが
電離され、主放電が起きやすくなって安定する。
レーザガスが触れる面と反対側の面に、導電体からなる
予備電離電極を備えている。これにより、レーザガスが
電離され、主放電が起きやすくなって安定する。
【００１１】また本発明は、前記絶縁体が、内部をレー
ザ光が通過する光路孔を有する板形状であり、前記主電
極が、光路孔の両端部に配置されている。これにより、
板形状の絶縁体が、光路孔の外部で主電極同士の間に外
部放電が起きるのを防止している。従って、外部放電防
止のための絶縁板等が不要であり、共振器長を短くする
ことが可能である。
ザ光が通過する光路孔を有する板形状であり、前記主電
極が、光路孔の両端部に配置されている。これにより、
板形状の絶縁体が、光路孔の外部で主電極同士の間に外
部放電が起きるのを防止している。従って、外部放電防
止のための絶縁板等が不要であり、共振器長を短くする
ことが可能である。
【００１２】また、上記のようなフッ素分子レーザ装置
は、スペクトル線幅が非常に狭いので、レーザ光を増幅
器によって増幅することで、スペクトル線幅を狭いまま
で保ちながら、出力の大きな増幅レーザ光を得ることが
できる。
は、スペクトル線幅が非常に狭いので、レーザ光を増幅
器によって増幅することで、スペクトル線幅を狭いまま
で保ちながら、出力の大きな増幅レーザ光を得ることが
できる。
【００１３】また、上記のようなフッ素分子レーザ装置
や、これを増幅した注入同期式フッ素分子レーザ装置か
らそれぞれ出射する、レーザ光や増幅レーザ光を、露光
機の光源とすることにより、解像度の高い露光が可能で
ある。
や、これを増幅した注入同期式フッ素分子レーザ装置か
らそれぞれ出射する、レーザ光や増幅レーザ光を、露光
機の光源とすることにより、解像度の高い露光が可能で
ある。
【００１４】
【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、ガスレーザ装
置における、圧力及び温度に基づく利得の広がりについ
て説明する。
に係る実施形態を詳細に説明する。まず、ガスレーザ装
置における、圧力及び温度に基づく利得の広がりについ
て説明する。
【００１５】レーザ装置において、共振器長Ｌと、周波
数で表したレーザ光の縦モード間隔Ｍ（ν）との間に
は、次の数式１．１のような関係があることが、よく知
られている。 Ｍ（ν）＝Ｃ／２Ｌ ………… （１．１） ここでＣは光の速度を示している。
数で表したレーザ光の縦モード間隔Ｍ（ν）との間に
は、次の数式１．１のような関係があることが、よく知
られている。 Ｍ（ν）＝Ｃ／２Ｌ ………… （１．１） ここでＣは光の速度を示している。
【００１６】また周波数ν及び周波数で表した縦モード
間隔Ｍ（ν）と、波長λ及び波長で表した縦モード間隔
Ｍ（λ）との間には、数式１．２のような関係がある。 Ｍ（λ）／λ〜Ｍ（ν）／ν ………… （１．２） 尚、上記及び以下の各数式における、〜は、ほぼ等しい
ことを示している。
間隔Ｍ（ν）と、波長λ及び波長で表した縦モード間隔
Ｍ（λ）との間には、数式１．２のような関係がある。 Ｍ（λ）／λ〜Ｍ（ν）／ν ………… （１．２） 尚、上記及び以下の各数式における、〜は、ほぼ等しい
ことを示している。
【００１７】従って、波長で表した縦モードＭ（λ）
は、次の数式１．３で表される。 Ｍ（λ）〜λ・Ｃ／（２ν・Ｌ） ………… （１．３） ν＝Ｃ／λであるので、次の数式１．４が成り立つ。 Ｍ（λ）〜λ２／（２Ｌ） ………… （１．４）
は、次の数式１．３で表される。 Ｍ（λ）〜λ・Ｃ／（２ν・Ｌ） ………… （１．３） ν＝Ｃ／λであるので、次の数式１．４が成り立つ。 Ｍ（λ）〜λ２／（２Ｌ） ………… （１．４）
【００１８】一方、ガスレーザ装置において、レーザガ
スの圧力Ｐ及び温度Ｔと、利得曲線Ｒの半値全幅Δλ
（Ｐ，Ｔ）（以下、これを利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）と
言う）との間には、次の数式２．１に示すような関係が
あることが、文献J. Quant. spectrosc. Radiat. Trans
fer. Vol.8.1968. pp.1379-1384(E.E.WHITING AN EMPI
RICAL APPROXIMATION TO THE VOIGT PROFILE)により知
られている。 Δλ（Ｐ，Ｔ）〜（ΔλＬ（Ｐ）／２） ＋（ΔλＬ（Ｐ）２／４＋ΔλＧ（Ｔ）２）１／２ …………（２．１） ここで、ΔλＬ（Ｐ）は、圧力依存性を有するローレン
ツ分布による波長幅、λＧ（Ｔ）は、温度依存性を有す
るガウシアン分布による波長幅である。
スの圧力Ｐ及び温度Ｔと、利得曲線Ｒの半値全幅Δλ
（Ｐ，Ｔ）（以下、これを利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）と
言う）との間には、次の数式２．１に示すような関係が
あることが、文献J. Quant. spectrosc. Radiat. Trans
fer. Vol.8.1968. pp.1379-1384(E.E.WHITING AN EMPI
RICAL APPROXIMATION TO THE VOIGT PROFILE)により知
られている。 Δλ（Ｐ，Ｔ）〜（ΔλＬ（Ｐ）／２） ＋（ΔλＬ（Ｐ）２／４＋ΔλＧ（Ｔ）２）１／２ …………（２．１） ここで、ΔλＬ（Ｐ）は、圧力依存性を有するローレン
ツ分布による波長幅、λＧ（Ｔ）は、温度依存性を有す
るガウシアン分布による波長幅である。
【００１９】数式２．１において、ローレンツ分布によ
る波長幅ΔλＬ（Ｐ）、及びガウシアン分布による波長
幅ΔλＧ（Ｔ）については、次の数式２．２〜２．４の
関係がある。 ΔλＬ（Ｐ）〜Ｐ／３ ………… （２．２） ΔλＧ（Ｔ）〜λ０・Δν（Ｔ）／ν０ ………… （２．３） Δν（Ｔ）＝２ν０・（２ｋＴ・ｌｎ（２）／（Ｍ・Ｃ２））１／２ ………… （２．４）
る波長幅ΔλＬ（Ｐ）、及びガウシアン分布による波長
幅ΔλＧ（Ｔ）については、次の数式２．２〜２．４の
関係がある。 ΔλＬ（Ｐ）〜Ｐ／３ ………… （２．２） ΔλＧ（Ｔ）〜λ０・Δν（Ｔ）／ν０ ………… （２．３） Δν（Ｔ）＝２ν０・（２ｋＴ・ｌｎ（２）／（Ｍ・Ｃ２））１／２ ………… （２．４）
【００２０】数式２．２は、実験的に判明した関係式で
あり、数式２．３は、周波数広がりを波長の広がりに換
算した式である。また、数式２．４は、ガスレーザ装置
における波長のドップラー広がりを示している。数式
２．４において、ｋはボルツマン定数（＝1.38×10
−２３）、Ｍはフッ素分子の質量（＝0.038/(6.02×10
２３)）を、それぞれ表している。
あり、数式２．３は、周波数広がりを波長の広がりに換
算した式である。また、数式２．４は、ガスレーザ装置
における波長のドップラー広がりを示している。数式
２．４において、ｋはボルツマン定数（＝1.38×10
−２３）、Ｍはフッ素分子の質量（＝0.038/(6.02×10
２３)）を、それぞれ表している。
【００２１】レーザ光の縦モードを１本のみ発振させる
（単一縦モード発振）と、スペクトル線幅が、極限的に
狭くなることが知られている。単一縦モードで発振させ
るためには、利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）の中に、縦モー
ドが１本だけ存在するようにすればよい。図１に、利得
曲線Ｒと縦モードとの関係を示す。図１において、破線
で示した利得曲線Ｒのように、利得半値幅Δλ（Ｐ，
Ｔ）が縦モードの間隔Ｍ（λ）よりも広い場合には、縦
モードが複数本発振する。その結果、スペクトル線幅は
広がり、このレーザ光を露光に用いた場合に、解像度が
低下する。
（単一縦モード発振）と、スペクトル線幅が、極限的に
狭くなることが知られている。単一縦モードで発振させ
るためには、利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）の中に、縦モー
ドが１本だけ存在するようにすればよい。図１に、利得
曲線Ｒと縦モードとの関係を示す。図１において、破線
で示した利得曲線Ｒのように、利得半値幅Δλ（Ｐ，
Ｔ）が縦モードの間隔Ｍ（λ）よりも広い場合には、縦
モードが複数本発振する。その結果、スペクトル線幅は
広がり、このレーザ光を露光に用いた場合に、解像度が
低下する。
【００２２】これに対して、単一縦モードで発振させる
には、実線で示す利得曲線Ｒのように、利得半値幅Δλ
（Ｐ，Ｔ）が縦モード間隔Ｍ（λ）よりも狭くなるよう
にすればよい。そのためには、Δλ（Ｐ，Ｔ）＞Ｍ
（λ）である必要がある。即ち、数式１．４及び数式
２．１から、次の数式３．１が成り立つ必要がある。 λ２／（２Ｌ）≧ΔλＬ（Ｐ）／２ ＋（ΔλＬ（Ｐ）２／４＋ΔλＧ（Ｔ）２）１／２ ………… （３． １）
には、実線で示す利得曲線Ｒのように、利得半値幅Δλ
（Ｐ，Ｔ）が縦モード間隔Ｍ（λ）よりも狭くなるよう
にすればよい。そのためには、Δλ（Ｐ，Ｔ）＞Ｍ
（λ）である必要がある。即ち、数式１．４及び数式
２．１から、次の数式３．１が成り立つ必要がある。 λ２／（２Ｌ）≧ΔλＬ（Ｐ）／２ ＋（ΔλＬ（Ｐ）２／４＋ΔλＧ（Ｔ）２）１／２ ………… （３． １）
【００２３】数式３．１を整理すると、共振器長Ｌが下
の数式３．２を満たす場合に、利得半値幅Δλ（Ｐ，
Ｔ）が、縦モード間隔よりも狭くなる。その結果、縦モ
ードが１本しか発振せず、スペクトル線幅が非常に狭い
レーザ光を得ることができる。 Ｌ≦λ（Ｐ，Ｔ）２／（ΔλＬ（Ｐ） ＋（ΔλＬ（Ｐ）２＋４・ΔλＧ（Ｔ）２）１／２）…………（３． ２）
の数式３．２を満たす場合に、利得半値幅Δλ（Ｐ，
Ｔ）が、縦モード間隔よりも狭くなる。その結果、縦モ
ードが１本しか発振せず、スペクトル線幅が非常に狭い
レーザ光を得ることができる。 Ｌ≦λ（Ｐ，Ｔ）２／（ΔλＬ（Ｐ） ＋（ΔλＬ（Ｐ）２＋４・ΔλＧ（Ｔ）２）１／２）…………（３． ２）
【００２４】以下に、第１実施形態を説明する。図２
は、第１実施形態に係るフッ素分子レーザ装置１１の構
成を示す断面図である。図２において、フッ素分子レー
ザ装置１１は、フッ素（Ｆ2）をバッファガスで約０．
１％に希釈したレーザガスを、圧力を０．０４ＭＰａ
（０．４気圧）で封入した放電管１２を備えている。バ
ッファガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎ
ｅ）、又はこれらの混合ガスが用いられる。尚、以下の
説明で封入という言葉は、放電管１２の内部のみにレー
ザガスを閉じ込める場合だけではなく、後述する外部の
配管等を含めてレーザガスを内部に保持する場合をも表
している。
は、第１実施形態に係るフッ素分子レーザ装置１１の構
成を示す断面図である。図２において、フッ素分子レー
ザ装置１１は、フッ素（Ｆ2）をバッファガスで約０．
１％に希釈したレーザガスを、圧力を０．０４ＭＰａ
（０．４気圧）で封入した放電管１２を備えている。バ
ッファガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎ
ｅ）、又はこれらの混合ガスが用いられる。尚、以下の
説明で封入という言葉は、放電管１２の内部のみにレー
ザガスを閉じ込める場合だけではなく、後述する外部の
配管等を含めてレーザガスを内部に保持する場合をも表
している。
【００２５】放電管１２は、中空円筒状をしており、例
えばアルミナ等のセラミックやサファイア等、フッ素に
対する耐腐食性と絶縁性とをともに備えた材質からなっ
ている。サファイアは、ヘリウムに対する気密性が、例
えば石英ガラス等よりも優れている。また、セラミック
は、表面に小孔を有していないポアフリーであることが
望ましい。尚、以下の説明では、放電管１２の長手方向
（図２中左右方向）を、光軸方向と言う。
えばアルミナ等のセラミックやサファイア等、フッ素に
対する耐腐食性と絶縁性とをともに備えた材質からなっ
ている。サファイアは、ヘリウムに対する気密性が、例
えば石英ガラス等よりも優れている。また、セラミック
は、表面に小孔を有していないポアフリーであることが
望ましい。尚、以下の説明では、放電管１２の長手方向
（図２中左右方向）を、光軸方向と言う。
【００２６】放電管１２の両端部には、リング状のアノ
ード１４及びカソード１５からなる主電極１４，１５が
それぞれ付設されている。アノード１４及びカソード１
５は、例えばニッケル合金からなり、パルス状に高電圧
を印加する高圧電源２３の接地（ＧＮＤ）側と高圧（Ｈ
Ｖ）側に、図示しない主放電回路を介してそれぞれ接続
されている。主電極１４，１５と放電管１２との接合部
を、図３に示す。図３に示すように、放電管１２の両端
部近傍の外周には、例えばニッケル等の薄膜４７，４７
が真空蒸着等の手段で固着されている。このように、金
属の薄膜４７，４７を非金属の表面に蒸着する工程を、
以下メタライズという。メタライズされた薄膜４７，４
７の外周には主電極１４，１５が外嵌され、薄膜４７，
４７と主電極１４，１５との隙間を金又は銅のろう４
８，４８でろうづけすることにより、主電極１４，１５
を固定するとともにレーザガスを封止している。
ード１４及びカソード１５からなる主電極１４，１５が
それぞれ付設されている。アノード１４及びカソード１
５は、例えばニッケル合金からなり、パルス状に高電圧
を印加する高圧電源２３の接地（ＧＮＤ）側と高圧（Ｈ
Ｖ）側に、図示しない主放電回路を介してそれぞれ接続
されている。主電極１４，１５と放電管１２との接合部
を、図３に示す。図３に示すように、放電管１２の両端
部近傍の外周には、例えばニッケル等の薄膜４７，４７
が真空蒸着等の手段で固着されている。このように、金
属の薄膜４７，４７を非金属の表面に蒸着する工程を、
以下メタライズという。メタライズされた薄膜４７，４
７の外周には主電極１４，１５が外嵌され、薄膜４７，
４７と主電極１４，１５との隙間を金又は銅のろう４
８，４８でろうづけすることにより、主電極１４，１５
を固定するとともにレーザガスを封止している。
【００２７】図２において、放電管１２の外周の主電極
１４，１５間には、例えば銅からなる予備電離電極３５
が、メタライズによって固着されている。この予備電離
電極３５は、高圧電源２３の高圧側ＨＶに、図示しない
予備電離回路を介して接続されている。放電管１２の両
端部の外周部には、例えば放電管１２と同一材質の、円
板状の絶縁板３８，３８が外嵌されている。この絶縁板
３８，３８により、放電管１２の外部で主電極１４，１
５間に外部放電が起きるのを防止している。
１４，１５間には、例えば銅からなる予備電離電極３５
が、メタライズによって固着されている。この予備電離
電極３５は、高圧電源２３の高圧側ＨＶに、図示しない
予備電離回路を介して接続されている。放電管１２の両
端部の外周部には、例えば放電管１２と同一材質の、円
板状の絶縁板３８，３８が外嵌されている。この絶縁板
３８，３８により、放電管１２の外部で主電極１４，１
５間に外部放電が起きるのを防止している。
【００２８】主電極１４，１５の光軸方向両外側には、
リング状の共振器支持部材３６，３６が、ろうづけによ
って付設されている。そして、共振器支持部材３６，３
６の光軸方向両外側には、フッ素分子レーザ光２１（以
下、レーザ光２１と言う）を全反射するリアミラー１８
と、レーザ光２１の一部を部分反射して他を出射するフ
ロントミラー１６とが、テフロン（登録商標）等の樹脂
シート４２，４２を介し、図示しないボルト及び保持部
材３９，３９によってそれぞれ外側から押しつけられて
固定されている。以下、フロントミラー１６及びリアミ
ラー１８を、共振器１６，１８と総称する。共振器１
６，１８と共振器支持部材３６，３６の間は、それぞれ
メタルシール３７，３７によって封止されている。
リング状の共振器支持部材３６，３６が、ろうづけによ
って付設されている。そして、共振器支持部材３６，３
６の光軸方向両外側には、フッ素分子レーザ光２１（以
下、レーザ光２１と言う）を全反射するリアミラー１８
と、レーザ光２１の一部を部分反射して他を出射するフ
ロントミラー１６とが、テフロン（登録商標）等の樹脂
シート４２，４２を介し、図示しないボルト及び保持部
材３９，３９によってそれぞれ外側から押しつけられて
固定されている。以下、フロントミラー１６及びリアミ
ラー１８を、共振器１６，１８と総称する。共振器１
６，１８と共振器支持部材３６，３６の間は、それぞれ
メタルシール３７，３７によって封止されている。
【００２９】フロントミラー１６及びリアミラー１８
は、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）からなっている。フ
ロントミラー１６の、レーザガスと接しない外側（図２
中右側）の面１６Ａには、図示しない反射防止（ＡＲ）
コーティングが施されている。また、フロントミラー１
６の、レーザガスと接する内側の面１６Ｂには、コーテ
ィングは施されていない。またリアミラー１８の、レー
ザガスと接しない外側（図２中左側）の面１８Ａには、
図示しない全反射コーティングが施されている。また、
リアミラー１８の、レーザガスと接する内側の面１８Ｂ
には、コーティングは施されていない。本実施形態にお
いて共振器長Ｌという場合には、フロントミラー１６の
反射防止コーティングを施した外側の面１６Ａと、リア
ミラー１８の全反射コーティングを施した外側の面１８
Ａとの間の距離Ｌを言う。本実施形態において、共振器
長Ｌは３cmとなっている。
は、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）からなっている。フ
ロントミラー１６の、レーザガスと接しない外側（図２
中右側）の面１６Ａには、図示しない反射防止（ＡＲ）
コーティングが施されている。また、フロントミラー１
６の、レーザガスと接する内側の面１６Ｂには、コーテ
ィングは施されていない。またリアミラー１８の、レー
ザガスと接しない外側（図２中左側）の面１８Ａには、
図示しない全反射コーティングが施されている。また、
リアミラー１８の、レーザガスと接する内側の面１８Ｂ
には、コーティングは施されていない。本実施形態にお
いて共振器長Ｌという場合には、フロントミラー１６の
反射防止コーティングを施した外側の面１６Ａと、リア
ミラー１８の全反射コーティングを施した外側の面１８
Ａとの間の距離Ｌを言う。本実施形態において、共振器
長Ｌは３cmとなっている。
【００３０】レーザ発振を行なう際には、レーザコント
ローラ２９は高圧電源２３に指示を出力し、予備電離電
極３５にパルス状の高電圧を印加する。これにより、放
電管１２の内側の放電空間５１に予備電離放電と呼ばれ
るグロー放電（図示せず）が起き、放電空間５１のレー
ザガスが電離されて、放電空間５１内に遊離電子が供給
される。これを、予備電離放電と言う。そしてレーザコ
ントローラ２９は、予備電離放電の直後に、高圧電源２
３から、主電極１４，１５間にパルス状の高電圧を印加
する。このときの高電圧のパルス幅は、１００ns以下と
なっている。これにより、アノード１４とカソード１５
との間で主放電５０が行なわれ、放電空間５１のレーザ
ガスが励起されて、波長λが約１５７nmのレーザ光２１
が発振する。出射したレーザ光２１は、露光機２５に入
射し、露光に用いられる。
ローラ２９は高圧電源２３に指示を出力し、予備電離電
極３５にパルス状の高電圧を印加する。これにより、放
電管１２の内側の放電空間５１に予備電離放電と呼ばれ
るグロー放電（図示せず）が起き、放電空間５１のレー
ザガスが電離されて、放電空間５１内に遊離電子が供給
される。これを、予備電離放電と言う。そしてレーザコ
ントローラ２９は、予備電離放電の直後に、高圧電源２
３から、主電極１４，１５間にパルス状の高電圧を印加
する。このときの高電圧のパルス幅は、１００ns以下と
なっている。これにより、アノード１４とカソード１５
との間で主放電５０が行なわれ、放電空間５１のレーザ
ガスが励起されて、波長λが約１５７nmのレーザ光２１
が発振する。出射したレーザ光２１は、露光機２５に入
射し、露光に用いられる。
【００３１】以上説明したように第１実施形態によれ
ば、主電極１４，１５間に絶縁体からなる放電管１２を
挟持し、光軸方向に主放電５０を起こすことによって、
フッ素の混入したレーザガスを励起し、レーザ光２１を
発振させている。このような励起方式を、軸励起方式と
言う。
ば、主電極１４，１５間に絶縁体からなる放電管１２を
挟持し、光軸方向に主放電５０を起こすことによって、
フッ素の混入したレーザガスを励起し、レーザ光２１を
発振させている。このような励起方式を、軸励起方式と
言う。
【００３２】軸励起方式によれば、このときの主放電５
０は、主に放電管１２の内壁を伝わって起きる沿面放電
(Surface Discharge)であると考えられている。従っ
て、主電極１４，１５間のインピーダンスは、主電極１
４，１５間に存在するレーザガスの密度で決定される。
そのため、主電極１４，１５間の絶縁破壊電圧が低くな
り、横励起方式に比較して、レーザガスの圧力が低い状
態で放電が開始され、かつ、安定する。
０は、主に放電管１２の内壁を伝わって起きる沿面放電
(Surface Discharge)であると考えられている。従っ
て、主電極１４，１５間のインピーダンスは、主電極１
４，１５間に存在するレーザガスの密度で決定される。
そのため、主電極１４，１５間の絶縁破壊電圧が低くな
り、横励起方式に比較して、レーザガスの圧力が低い状
態で放電が開始され、かつ、安定する。
【００３３】その結果、高圧のレーザガスを励起する従
来の横励起式のフッ素分子レーザ装置１０１に比べ、数
式３．２を満たすための条件が、非常に緩やかとなる。
図４に、ガス圧力Ｐと利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）との関
係をグラフで示す。図４に示すように、ガス圧力が低い
ほど、利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）は狭くなっている。従
って、低いガス圧力でレーザ発振を行なうことにより、
共振器長がある程度長くても、利得半値幅Δλ（Ｐ，
Ｔ）の中に縦モードが１本しか入らないようにすること
が可能である。
来の横励起式のフッ素分子レーザ装置１０１に比べ、数
式３．２を満たすための条件が、非常に緩やかとなる。
図４に、ガス圧力Ｐと利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）との関
係をグラフで示す。図４に示すように、ガス圧力が低い
ほど、利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）は狭くなっている。従
って、低いガス圧力でレーザ発振を行なうことにより、
共振器長がある程度長くても、利得半値幅Δλ（Ｐ，
Ｔ）の中に縦モードが１本しか入らないようにすること
が可能である。
【００３４】図５に、数式３．２を満たす共振器長Ｌと
ガス圧力Ｐとの関係をグラフで示す。図５において、斜
線で示した領域が、数式３．２を満たす領域である。図
５に示すように、ガス圧力Ｐが低いほど、共振器長Ｌを
長くすることができ、フッ素分子レーザ装置１１の製作
が容易となる。
ガス圧力Ｐとの関係をグラフで示す。図５において、斜
線で示した領域が、数式３．２を満たす領域である。図
５に示すように、ガス圧力Ｐが低いほど、共振器長Ｌを
長くすることができ、フッ素分子レーザ装置１１の製作
が容易となる。
【００３５】例えば、本実施形態に係るフッ素分子レー
ザ装置１１においては、レーザガスの圧力Ｐを約０．０
４ＭＰａ（０．４気圧）としていることから、数式２．
１より、利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）は約０．３９pmとな
る。一方、本実施形態では共振器長Ｌを３cmとしている
ので、数式１．４より縦モード間隔Ｍ（λ）は、０．４
１pmとなり、利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）の０．３９pmよ
りも広くなる。従って、縦モードが１本しか発振しなく
なり、非常にスペクトル線幅の狭いレーザ光２１を得る
ことが可能である。
ザ装置１１においては、レーザガスの圧力Ｐを約０．０
４ＭＰａ（０．４気圧）としていることから、数式２．
１より、利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）は約０．３９pmとな
る。一方、本実施形態では共振器長Ｌを３cmとしている
ので、数式１．４より縦モード間隔Ｍ（λ）は、０．４
１pmとなり、利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）の０．３９pmよ
りも広くなる。従って、縦モードが１本しか発振しなく
なり、非常にスペクトル線幅の狭いレーザ光２１を得る
ことが可能である。
【００３６】これに対し、例えば横励起式のフッ素分子
レーザ装置１０１においては、レーザガスの圧力Ｐがよ
り高くないと、主放電５０が好適に行なわれず、圧力Ｐ
をほぼ０．３ＭＰａ（３気圧）以上とする必要がある。
この場合の利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）は、数式２．１よ
り、約１pmとなる。ところが、１pmよりも広い縦モード
間隔Ｍ（λ）を得るためには、例えば共振器長Ｌを１．
２４cm以下とする必要があり、フッ素分子レーザ装置１
０１の製作が非常に困難になる。
レーザ装置１０１においては、レーザガスの圧力Ｐがよ
り高くないと、主放電５０が好適に行なわれず、圧力Ｐ
をほぼ０．３ＭＰａ（３気圧）以上とする必要がある。
この場合の利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）は、数式２．１よ
り、約１pmとなる。ところが、１pmよりも広い縦モード
間隔Ｍ（λ）を得るためには、例えば共振器長Ｌを１．
２４cm以下とする必要があり、フッ素分子レーザ装置１
０１の製作が非常に困難になる。
【００３７】尚、予備電離電極３５は、メタライズによ
って放電管１２の外周に固着させるように説明したが、
これに限られるものではなく、例えば銅の薄膜を放電管
１２の外周に巻くようにして形成してもよい。ただし、
説明したように、メタライズによれば予備電離電極３５
を放電管１２の外周に隙間なく密着させることができる
ので、いっそう均一に、かつ強い予備電離を行なうこと
が可能である。
って放電管１２の外周に固着させるように説明したが、
これに限られるものではなく、例えば銅の薄膜を放電管
１２の外周に巻くようにして形成してもよい。ただし、
説明したように、メタライズによれば予備電離電極３５
を放電管１２の外周に隙間なく密着させることができる
ので、いっそう均一に、かつ強い予備電離を行なうこと
が可能である。
【００３８】次に、第２実施形態を説明する。図６は、
第２実施形態に係るフッ素分子レーザ装置１１の構成図
である。図６において、放電管１２両端の外周部には、
それぞれ突起部５２，５２が設けられ、突起部５２，５
２の先端には図示しない開口が設けられて、放電管１２
の内側と外側とがこの突起部５２，５２を介して導通し
ている。突起部５２，５２の外周はメタライズされてお
り、このメタライズ部にガス継手５３，５３がそれぞれ
ろうづけされている。ガス継手５３，５３には、ガス循
環配管５４が接続されている。
第２実施形態に係るフッ素分子レーザ装置１１の構成図
である。図６において、放電管１２両端の外周部には、
それぞれ突起部５２，５２が設けられ、突起部５２，５
２の先端には図示しない開口が設けられて、放電管１２
の内側と外側とがこの突起部５２，５２を介して導通し
ている。突起部５２，５２の外周はメタライズされてお
り、このメタライズ部にガス継手５３，５３がそれぞれ
ろうづけされている。ガス継手５３，５３には、ガス循
環配管５４が接続されている。
【００３９】ガス循環配管５４には、レーザガスを駆動
する循環ポンプ５５と、レーザガス中に混入した塵など
の不純物を除去するフィルタ５６と、放電によってレー
ザガス内に発生した熱を除去する熱交換器１３と、レー
ザガスを溜めておくガスチャンバ５７とが接続されてい
る。ガスチャンバ５７には、レーザガス配管４４を介し
てレーザガスボンベ４５が接続されており、必要に応じ
てレーザガスを供給できるようになっている。
する循環ポンプ５５と、レーザガス中に混入した塵など
の不純物を除去するフィルタ５６と、放電によってレー
ザガス内に発生した熱を除去する熱交換器１３と、レー
ザガスを溜めておくガスチャンバ５７とが接続されてい
る。ガスチャンバ５７には、レーザガス配管４４を介し
てレーザガスボンベ４５が接続されており、必要に応じ
てレーザガスを供給できるようになっている。
【００４０】フッ素分子レーザ装置１１を運転する際に
は、ポンプを駆動してレーザガスを例えば矢印５８の向
きに流し、放電管１２内のレーザガスを常に新鮮なもの
と入れ替える。そして、高圧電源２３から予備電離電極
３５に、パルス状の高電圧を印加する。これにより、放
電管１２の内側の放電空間５１に予備電離放電と呼ばれ
るグロー放電（図示せず）が起き、放電空間５１のレー
ザガスが電離されて、放電空間５１内に遊離電子が供給
される。これを、予備電離と言う。
は、ポンプを駆動してレーザガスを例えば矢印５８の向
きに流し、放電管１２内のレーザガスを常に新鮮なもの
と入れ替える。そして、高圧電源２３から予備電離電極
３５に、パルス状の高電圧を印加する。これにより、放
電管１２の内側の放電空間５１に予備電離放電と呼ばれ
るグロー放電（図示せず）が起き、放電空間５１のレー
ザガスが電離されて、放電空間５１内に遊離電子が供給
される。これを、予備電離と言う。
【００４１】そして、予備電離放電の直後に高圧電源２
３から、主電極１４，１５間にパルス状の高電圧を印加
する。このときの高電圧のパルス幅は、１００ns以下と
なっている。これにより、アノード１４とカソード１５
との間で主放電５０が行なわれ、放電空間５１のレーザ
ガスが励起されてレーザ光２１が発振する。出射したレ
ーザ光２１は、露光機２５に入射し、露光に用いられ
る。
３から、主電極１４，１５間にパルス状の高電圧を印加
する。このときの高電圧のパルス幅は、１００ns以下と
なっている。これにより、アノード１４とカソード１５
との間で主放電５０が行なわれ、放電空間５１のレーザ
ガスが励起されてレーザ光２１が発振する。出射したレ
ーザ光２１は、露光機２５に入射し、露光に用いられ
る。
【００４２】以上説明したように第２実施形態によれ
ば、レーザガスを循環させている。これにより、放電管
１２内部に不純物が発生しても、これらの不純物を除去
することができる。また、放電管１２内部のレーザガス
が放電によって劣化し、フッ素が減少しても、レーザガ
スボンベ４５より補われる。
ば、レーザガスを循環させている。これにより、放電管
１２内部に不純物が発生しても、これらの不純物を除去
することができる。また、放電管１２内部のレーザガス
が放電によって劣化し、フッ素が減少しても、レーザガ
スボンベ４５より補われる。
【００４３】従って、常に新鮮なレーザガスに対して主
放電５０を起こし、レーザ光２１を発振させることが可
能なので、レーザ光２１のパルスエネルギーの低下が起
きにくい。そして、このときのガス圧力Ｐを約０．０４
ＭＰａ（０．４気圧）、共振器長Ｌを３cmとすることに
より、第１実施形態と同様に、単一縦モード発振が可能
である。
放電５０を起こし、レーザ光２１を発振させることが可
能なので、レーザ光２１のパルスエネルギーの低下が起
きにくい。そして、このときのガス圧力Ｐを約０．０４
ＭＰａ（０．４気圧）、共振器長Ｌを３cmとすることに
より、第１実施形態と同様に、単一縦モード発振が可能
である。
【００４４】次に、第３実施形態を説明する。図７に、
第３実施形態に係るフッ素分子レーザ装置１１の構成断
面図を示す。図７において、フッ素分子レーザ装置１１
は、放電管１２と同様の材質からなる、絶縁性の円盤７
３を備えている。
第３実施形態に係るフッ素分子レーザ装置１１の構成断
面図を示す。図７において、フッ素分子レーザ装置１１
は、放電管１２と同様の材質からなる、絶縁性の円盤７
３を備えている。
【００４５】図８に、円盤７３の斜視図を示す。図７、
図８に示すように、円盤７３の直径方向略中心部には、
レーザ光２１を通過させる直径１mm程度の光路孔７４
が、厚み方向（図７中左右方向）に貫通している。ま
た、円盤７３の端面の、厚み方向略中央部には、レーザ
ガスを通すレーザガス孔７５が直径方向（図７中上下方
向）に貫通している。レーザガス孔７５の一端部から
は、矢印８１に示すように、図示しない配管を介してレ
ーザガスが送り込まれ、他端部へと抜ける。
図８に示すように、円盤７３の直径方向略中心部には、
レーザ光２１を通過させる直径１mm程度の光路孔７４
が、厚み方向（図７中左右方向）に貫通している。ま
た、円盤７３の端面の、厚み方向略中央部には、レーザ
ガスを通すレーザガス孔７５が直径方向（図７中上下方
向）に貫通している。レーザガス孔７５の一端部から
は、矢印８１に示すように、図示しない配管を介してレ
ーザガスが送り込まれ、他端部へと抜ける。
【００４６】また円盤７３には、レーザガス孔７５及び
光路孔７４と略垂直に予備電離孔８２，８２が設けら
れ、棒状の予備電離ピン７６，７６が挿入されている。
予備電離ピン７６，７６は、高圧電源２３のＨＶ側に接
続されている。尚、図８においては、高圧電源２３のＧ
ＮＤ側は図示されていない。円盤７３の、光路孔７４の
長手方向両外側には、アノード１４及びカソード１５か
らなる主電極１４，１５が、それぞれネジ８６，８６に
よってさらに外側から固定されている。アノード１４及
びカソード１５は、高圧電源２３のＧＮＤ側及びＨＶ側
に、それぞれ接続されている。主電極１４，１５と円盤
７３との間は、Ｏリング８０，８０によって封止されて
いる。
光路孔７４と略垂直に予備電離孔８２，８２が設けら
れ、棒状の予備電離ピン７６，７６が挿入されている。
予備電離ピン７６，７６は、高圧電源２３のＨＶ側に接
続されている。尚、図８においては、高圧電源２３のＧ
ＮＤ側は図示されていない。円盤７３の、光路孔７４の
長手方向両外側には、アノード１４及びカソード１５か
らなる主電極１４，１５が、それぞれネジ８６，８６に
よってさらに外側から固定されている。アノード１４及
びカソード１５は、高圧電源２３のＧＮＤ側及びＨＶ側
に、それぞれ接続されている。主電極１４，１５と円盤
７３との間は、Ｏリング８０，８０によって封止されて
いる。
【００４７】アノード１４及びカソード１５には、それ
ぞれ凹部４１，４１が設けられ、それら凹部４１，４１
の内部には、リアミラー１８及びフロントミラー１６が
それぞれ設置されている。リアミラー１８及びフロント
ミラー１６は、それぞれテフロン（登録商標）等の樹脂
シート７７，７７を介し、ボルト７８，７８及び保持部
材７９，７９によって主電極１４，１５に押さえつけら
れて保持されている。リアミラー１８及びフロントミラ
ー１６と主電極１４，１５との間は、それぞれＯリング
８０，８０によって封止されている。
ぞれ凹部４１，４１が設けられ、それら凹部４１，４１
の内部には、リアミラー１８及びフロントミラー１６が
それぞれ設置されている。リアミラー１８及びフロント
ミラー１６は、それぞれテフロン（登録商標）等の樹脂
シート７７，７７を介し、ボルト７８，７８及び保持部
材７９，７９によって主電極１４，１５に押さえつけら
れて保持されている。リアミラー１８及びフロントミラ
ー１６と主電極１４，１５との間は、それぞれＯリング
８０，８０によって封止されている。
【００４８】フロントミラー１６の、レーザガスと接し
ない外側（図７中右側）の面１６Ａには、図示しない反
射防止（ＡＲ）コーティングが施されており、レーザガ
スと接する内側の面１６Ｂには、コーティングは施され
ていない。またリアミラー１８の、レーザガスと接しな
い外側（図７中左側）の面１８Ａには、図示しない全反
射コーティングが施されており、レーザガスと接する内
側の面１８Ｂには、コーティングは施されていない。レ
ーザ光２１を発振させる際には、第１、第２実施形態と
同様に、まず予備電離ピン７６，７６に高電圧を印加
し、光路孔７４内のレーザガスを電離させてから、主電
極１４，１５間に高電圧を印加し、レーザガスを励起す
る。
ない外側（図７中右側）の面１６Ａには、図示しない反
射防止（ＡＲ）コーティングが施されており、レーザガ
スと接する内側の面１６Ｂには、コーティングは施され
ていない。またリアミラー１８の、レーザガスと接しな
い外側（図７中左側）の面１８Ａには、図示しない全反
射コーティングが施されており、レーザガスと接する内
側の面１８Ｂには、コーティングは施されていない。レ
ーザ光２１を発振させる際には、第１、第２実施形態と
同様に、まず予備電離ピン７６，７６に高電圧を印加
し、光路孔７４内のレーザガスを電離させてから、主電
極１４，１５間に高電圧を印加し、レーザガスを励起す
る。
【００４９】図７に示すように、第３実施形態における
共振器長Ｌは、反射防止（ＡＲ）コーティングを施した
と全反射コーティングとの間の距離で表され、約２cmで
ある。従って、数式１．４より、縦モード間隔Ｍ（λ）
は約０．６２pmとなる。一方、光路孔７４内部のガス圧
力Ｐが例えば０．１ＭＰａ（１気圧）となるようにレー
ザガスを供給するようにすれば、数式２．１より、利得
半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）は約０．５pmとなる。これによ
り、縦モード間隔Ｍ（λ）が利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）
よりも広くなるので、単一縦モード発振が可能となる。
出射したレーザ光２１は、露光機２５に入射し、露光に
用いられる。
共振器長Ｌは、反射防止（ＡＲ）コーティングを施した
と全反射コーティングとの間の距離で表され、約２cmで
ある。従って、数式１．４より、縦モード間隔Ｍ（λ）
は約０．６２pmとなる。一方、光路孔７４内部のガス圧
力Ｐが例えば０．１ＭＰａ（１気圧）となるようにレー
ザガスを供給するようにすれば、数式２．１より、利得
半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）は約０．５pmとなる。これによ
り、縦モード間隔Ｍ（λ）が利得半値幅Δλ（Ｐ，Ｔ）
よりも広くなるので、単一縦モード発振が可能となる。
出射したレーザ光２１は、露光機２５に入射し、露光に
用いられる。
【００５０】以上説明したように第３実施形態によれ
ば、円盤７３が、第１、第２実施形態における放電管１
２と、円盤７３の外側での主電極１４，１５間の外部放
電を防止する絶縁板３８の役割とを兼ねている。これに
より、絶縁板３８が不要となるので、主電極１４，１５
間の距離を縮めることが可能となり、共振器長Ｌを、よ
り短くすることができる。
ば、円盤７３が、第１、第２実施形態における放電管１
２と、円盤７３の外側での主電極１４，１５間の外部放
電を防止する絶縁板３８の役割とを兼ねている。これに
より、絶縁板３８が不要となるので、主電極１４，１５
間の距離を縮めることが可能となり、共振器長Ｌを、よ
り短くすることができる。
【００５１】そして、共振器長Ｌが短くなったことによ
り、縦モード間隔Ｍ（λ）が広がるので、利得半値幅Δ
λ（Ｐ，Ｔ）をも広くすることができ、レーザガスのガ
ス圧力Ｐを高くしても、単一縦モード発振が起きる。ガ
ス圧力Ｐを高くすることにより、利得の大きさが増加
し、レーザ光２１の出力が増加する。
り、縦モード間隔Ｍ（λ）が広がるので、利得半値幅Δ
λ（Ｐ，Ｔ）をも広くすることができ、レーザガスのガ
ス圧力Ｐを高くしても、単一縦モード発振が起きる。ガ
ス圧力Ｐを高くすることにより、利得の大きさが増加
し、レーザ光２１の出力が増加する。
【００５２】図９に、第３実施形態に係るフッ素分子レ
ーザ装置１１を、予備電離ピン７６によって予備電離す
るのではなく、紫外線ランプ８３によって予備電離する
例を示す。図９において、円盤７３は、図７、図８に示
したものから、予備電離孔８２及び予備電離ピン７６を
除いた構成となっている。フッ素分子レーザ装置１１
は、内壁が紫外線を反射する鏡となった、楕円球形の反
射鏡８５の１焦点に配置されている。反射鏡８５の他焦
点には、紫外線ランプ８３が配置されている。円盤７３
は、紫外線に対して透明なフッ化カルシウム（ＣａＦ
2）やフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）等の材料で製作さ
れている。
ーザ装置１１を、予備電離ピン７６によって予備電離す
るのではなく、紫外線ランプ８３によって予備電離する
例を示す。図９において、円盤７３は、図７、図８に示
したものから、予備電離孔８２及び予備電離ピン７６を
除いた構成となっている。フッ素分子レーザ装置１１
は、内壁が紫外線を反射する鏡となった、楕円球形の反
射鏡８５の１焦点に配置されている。反射鏡８５の他焦
点には、紫外線ランプ８３が配置されている。円盤７３
は、紫外線に対して透明なフッ化カルシウム（ＣａＦ
2）やフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）等の材料で製作さ
れている。
【００５３】紫外線ランプ８３を点灯すると、紫外線ラ
ンプ８３から出射した紫外線光８４は、フッ素分子レー
ザ装置１１の円盤７３を通過して光路孔７４に集光され
る。これにより、光路孔７４の内部が予備電離され、主
放電５０を起こすことにより、図示しないレーザ光を発
振させることが可能となる。
ンプ８３から出射した紫外線光８４は、フッ素分子レー
ザ装置１１の円盤７３を通過して光路孔７４に集光され
る。これにより、光路孔７４の内部が予備電離され、主
放電５０を起こすことにより、図示しないレーザ光を発
振させることが可能となる。
【００５４】また、第３実施形態において、円盤７３は
円盤形状に限られるものではなく、板形状であればよ
い。即ち、外側での主電極１４，１５間の外部放電を防
止するという役割を果たすものであればよく、例えば四
角形の板形状でもよく、楕円形の円盤形状でもよい。
円盤形状に限られるものではなく、板形状であればよ
い。即ち、外側での主電極１４，１５間の外部放電を防
止するという役割を果たすものであればよく、例えば四
角形の板形状でもよく、楕円形の円盤形状でもよい。
【００５５】次に、第４実施形態について、説明する。
図１０は、第１〜第３実施形態のいずれかに示したフッ
素分子レーザ装置１１をシードレーザ装置として使用し
た、注入同期（インジェクションロック）式フッ素分子
レーザ装置６０の構成を示している。尚、図１０におい
ては、フッ素分子レーザ装置１１として、図２に示した
ものを記している。
図１０は、第１〜第３実施形態のいずれかに示したフッ
素分子レーザ装置１１をシードレーザ装置として使用し
た、注入同期（インジェクションロック）式フッ素分子
レーザ装置６０の構成を示している。尚、図１０におい
ては、フッ素分子レーザ装置１１として、図２に示した
ものを記している。
【００５６】図１０に示すように、注入同期式フッ素分
子レーザ装置６０は、レーザ光２１を発振するフッ素分
子レーザ装置１１と、このレーザ光２１をシード光とし
て用いてこれを増幅する増幅器６１とを備えている。フ
ッ素分子レーザ装置１１は、恒温槽７０の内部に設置さ
れ、所定温度±０．１度程度に温度制御されている。こ
れにより、１本のみ発振した縦モードを、所定の中心波
長で常に安定に発振させることが可能となっている。
子レーザ装置６０は、レーザ光２１を発振するフッ素分
子レーザ装置１１と、このレーザ光２１をシード光とし
て用いてこれを増幅する増幅器６１とを備えている。フ
ッ素分子レーザ装置１１は、恒温槽７０の内部に設置さ
れ、所定温度±０．１度程度に温度制御されている。こ
れにより、１本のみ発振した縦モードを、所定の中心波
長で常に安定に発振させることが可能となっている。
【００５７】レーザ光２１は、恒温槽７０に設けられた
ウィンドウ７２から出射する。増幅器６１は、レーザガ
スを封入した増幅チャンバ６２と、増幅チャンバ６２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
れた増幅ウィンドウ６７，６９と、増幅チャンバ６２の
光軸方向後方に設けられて略中央に導入孔６３を有する
有孔凹面鏡６８と、増幅チャンバ６２の前方に設けられ
た凸面鏡６６とを有している。
ウィンドウ７２から出射する。増幅器６１は、レーザガ
スを封入した増幅チャンバ６２と、増幅チャンバ６２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
れた増幅ウィンドウ６７，６９と、増幅チャンバ６２の
光軸方向後方に設けられて略中央に導入孔６３を有する
有孔凹面鏡６８と、増幅チャンバ６２の前方に設けられ
た凸面鏡６６とを有している。
【００５８】増幅チャンバ６２の内部には、所定位置に
増幅電極６４，６５が対向して設置され、図示しない高
圧電源により高電圧を印加可能となっている。増幅チャ
ンバ６２内には図示しないファンが配設されており、増
幅チャンバ６２内のレーザガスを循環させて増幅電極６
４，６５間に導いている。
増幅電極６４，６５が対向して設置され、図示しない高
圧電源により高電圧を印加可能となっている。増幅チャ
ンバ６２内には図示しないファンが配設されており、増
幅チャンバ６２内のレーザガスを循環させて増幅電極６
４，６５間に導いている。
【００５９】図１０において、フッ素分子レーザ装置１
１から発振したレーザ光２１は、有孔凹面鏡６８の導入
孔６３から増幅ウィンドウ６９を透過して増幅器６１に
入射する。そして、凸面鏡６６と有孔凹面鏡６８との間
で数回反射し、前方の増幅ウィンドウ６７を透過して、
凸面鏡６６の周囲から断面がドーナツ状の増幅レーザ光
７１として取り出される。
１から発振したレーザ光２１は、有孔凹面鏡６８の導入
孔６３から増幅ウィンドウ６９を透過して増幅器６１に
入射する。そして、凸面鏡６６と有孔凹面鏡６８との間
で数回反射し、前方の増幅ウィンドウ６７を透過して、
凸面鏡６６の周囲から断面がドーナツ状の増幅レーザ光
７１として取り出される。
【００６０】このとき、増幅チャンバ６２内では、レー
ザ光２１の発振にタイミングを合わせて図示しない高圧
電源から増幅電極６４，６５間に高電圧が印加され、図
示しない増幅放電が起きる。この増幅放電により、レー
ザ光２１は、増幅チャンバ６２内を通過する間に波長及
びスペクトル線幅を保ったままパルス出力を増幅され、
増幅レーザ光７１として増幅器６１から出射する。出射
した増幅レーザ光７１は、露光機２５に入射し、露光に
用いられる。
ザ光２１の発振にタイミングを合わせて図示しない高圧
電源から増幅電極６４，６５間に高電圧が印加され、図
示しない増幅放電が起きる。この増幅放電により、レー
ザ光２１は、増幅チャンバ６２内を通過する間に波長及
びスペクトル線幅を保ったままパルス出力を増幅され、
増幅レーザ光７１として増幅器６１から出射する。出射
した増幅レーザ光７１は、露光機２５に入射し、露光に
用いられる。
【００６１】以上説明したように第４実施形態によれ
ば、軸励起方式のフッ素分子レーザ装置１１をシードレ
ーザ装置として利用し、フッ素分子レーザ装置１１から
発振したレーザ光２１を増幅器６１で増幅している。第
１〜第４実施形態で説明したように、軸励起方式のフッ
素分子レーザ装置１１からは、単一縦モードの、スペク
トル線幅が非常に狭いレーザ光２１が出射される。この
レーザ光２１をシード光として増幅しているので、同様
にスペクトル線幅が非常に狭く、しかも、出力の大きな
増幅レーザ光７１を得ることが可能である。そして、こ
のような注入同期式フッ素分子レーザ装置６０を、露光
機２５の光源とすることにより、非常に解像度の高い、
微細な加工が可能である。
ば、軸励起方式のフッ素分子レーザ装置１１をシードレ
ーザ装置として利用し、フッ素分子レーザ装置１１から
発振したレーザ光２１を増幅器６１で増幅している。第
１〜第４実施形態で説明したように、軸励起方式のフッ
素分子レーザ装置１１からは、単一縦モードの、スペク
トル線幅が非常に狭いレーザ光２１が出射される。この
レーザ光２１をシード光として増幅しているので、同様
にスペクトル線幅が非常に狭く、しかも、出力の大きな
増幅レーザ光７１を得ることが可能である。そして、こ
のような注入同期式フッ素分子レーザ装置６０を、露光
機２５の光源とすることにより、非常に解像度の高い、
微細な加工が可能である。
【００６２】尚、図１０においては、フッ素分子レーザ
装置１１と増幅器６１とを直列に並べるように記載した
が、これに限られるものではない。例えば、フッ素分子
レーザ装置１１と増幅器６１とを並列に並べ、図示しな
い反射ミラー等によってレーザ光２１をコの字型に反射
させて増幅器６１に入射させるようにしてもよい。この
ようにすることにより、注入同期式フッ素分子レーザ装
置６０が、コンパクトな構成となる。
装置１１と増幅器６１とを直列に並べるように記載した
が、これに限られるものではない。例えば、フッ素分子
レーザ装置１１と増幅器６１とを並列に並べ、図示しな
い反射ミラー等によってレーザ光２１をコの字型に反射
させて増幅器６１に入射させるようにしてもよい。この
ようにすることにより、注入同期式フッ素分子レーザ装
置６０が、コンパクトな構成となる。
【００６３】尚、上記の各実施形態において、共振器１
６，１８は主電極１４，１５の外側に配置するように説
明したが、これに限られるものではなく、少なくともい
ずれか一方の共振器１６，１８が、主電極１４，１５よ
りも内側に配置されてもよい。また、上記各実施形態に
おいては、縦モード間隔Ｍ（λ）を、利得半値幅Δλ
（Ｐ，Ｔ）よりも広くなるようにすることにより、単一
縦モードで発振させるように説明したが、これでも、微
弱な他の縦モードが発振する場合もある。従って、例え
ば図１１に示すように、利得曲線Ｒの面積が９５％以上
となるような利得幅ΔλMに対し、縦モード間隔Ｍ
（λ）がこの利得幅ΔλMよりも広くなるようにすれ
ば、より確実な単一縦モード発振が可能である。
６，１８は主電極１４，１５の外側に配置するように説
明したが、これに限られるものではなく、少なくともい
ずれか一方の共振器１６，１８が、主電極１４，１５よ
りも内側に配置されてもよい。また、上記各実施形態に
おいては、縦モード間隔Ｍ（λ）を、利得半値幅Δλ
（Ｐ，Ｔ）よりも広くなるようにすることにより、単一
縦モードで発振させるように説明したが、これでも、微
弱な他の縦モードが発振する場合もある。従って、例え
ば図１１に示すように、利得曲線Ｒの面積が９５％以上
となるような利得幅ΔλMに対し、縦モード間隔Ｍ
（λ）がこの利得幅ΔλMよりも広くなるようにすれ
ば、より確実な単一縦モード発振が可能である。
【図１】利得曲線と縦モードとの関係を示す説明図。
【図２】第１実施形態に係るフッ素分子レーザ装置の構
成を示す断面図。
成を示す断面図。
【図３】主電極と放電管との接合部の詳細図。
【図４】ガス圧力と利得半値幅との関係を示すグラフ。
【図５】共振器長とガス圧力との関係を示すグラフ。
【図６】第２実施形態に係るフッ素分子レーザ装置の構
成図。
成図。
【図７】第３実施形態に係るフッ素分子レーザ装置の構
成図。
成図。
【図８】第３実施形態に係るフッ素分子レーザ装置にお
ける円盤の斜視図。
ける円盤の斜視図。
【図９】第３実施形態に係るフッ素分子レーザ装置を紫
外線ランプによって予備電離する例の説明図。
外線ランプによって予備電離する例の説明図。
【図１０】第４実施形態に係る注入同期式レーザ装置の
構成図。
構成図。
【図１１】利得曲線と縦モードとの関係を示す説明図。
【図１２】従来技術に係るフッ素分子レーザ装置の構成
を示す説明図。
を示す説明図。
【図１３】従来技術に係るフッ素分子レーザ装置の構成
を示す説明図。
を示す説明図。
１１：フッ素分子レーザ装置、１２：放電管、１３：熱
交換器、１４：主電極（アノード）、１５：主電極（カ
ソード）、１６：フロントミラー、１８：リアミラー、
２１：レーザ光、２３：高圧電源、２５：露光機、２
９：レーザコントローラ、３５：予備電離電極、３６：
共振器支持部材、３７：メタルシール、３８：絶縁板、
３９：保持部材、４１：凹部、４２：樹脂シート、４
４：レーザガス配管、４５：レーザガスボンベ、４７：
薄膜、４８：ろう、５０：主放電、５１：放電空間、５
２：突起部、５３：ガス継手、５４：ガス循環配管、５
５：循環ポンプ、５６：フィルタ、５７：ガスチャン
バ、５８：ガス流、６０：注入同期式フッ素分子レーザ
装置、６１：増幅器、６２：増幅チャンバ、６３：導入
孔、６４：増幅電極、６５：増幅電極、６６：凸面鏡、
６７：増幅ウィンドウ、６８：有孔凹面鏡、６９：増幅
ウィンドウ、７０：恒温槽、７１：増幅レーザ光、７
２：ウィンドウ、７３：円盤、７４：光路孔、７５：レ
ーザガス孔、７６：予備電離ピン、７７：樹脂シート、
７８：ボルト、７９：保持部材、８０：Ｏリング、８
１：レーザガス流、８２：予備電離孔、８３：紫外線ラ
ンプ、８４：紫外線光、８５：反射鏡。
交換器、１４：主電極（アノード）、１５：主電極（カ
ソード）、１６：フロントミラー、１８：リアミラー、
２１：レーザ光、２３：高圧電源、２５：露光機、２
９：レーザコントローラ、３５：予備電離電極、３６：
共振器支持部材、３７：メタルシール、３８：絶縁板、
３９：保持部材、４１：凹部、４２：樹脂シート、４
４：レーザガス配管、４５：レーザガスボンベ、４７：
薄膜、４８：ろう、５０：主放電、５１：放電空間、５
２：突起部、５３：ガス継手、５４：ガス循環配管、５
５：循環ポンプ、５６：フィルタ、５７：ガスチャン
バ、５８：ガス流、６０：注入同期式フッ素分子レーザ
装置、６１：増幅器、６２：増幅チャンバ、６３：導入
孔、６４：増幅電極、６５：増幅電極、６６：凸面鏡、
６７：増幅ウィンドウ、６８：有孔凹面鏡、６９：増幅
ウィンドウ、７０：恒温槽、７１：増幅レーザ光、７
２：ウィンドウ、７３：円盤、７４：光路孔、７５：レ
ーザガス孔、７６：予備電離ピン、７７：樹脂シート、
７８：ボルト、７９：保持部材、８０：Ｏリング、８
１：レーザガス流、８２：予備電離孔、８３：紫外線ラ
ンプ、８４：紫外線光、８５：反射鏡。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2H097 CA13 GB00
5F046 CA03 CB02 CB22 DA01
5F071 AA04 CC01 CC03 CC05 EE02
EE04 JJ10
5F072 AA04 JJ13 KK02 PP10 RR00
YY09
Claims (7)
- 【請求項１】 フッ素を含むレーザガスを励起してレー
ザ光(21)を発振させるフッ素分子レーザ装置において、 レーザガスの利得曲線(R)の半値全幅(Δλ)よりも、波
長で表される縦モードの間隔(M(λ))が大きくなるよう
にしたことを、特徴とするフッ素分子レーザ装置。 - 【請求項２】 フッ素分子レーザ装置において、 発振するレーザ光(11)の光軸と略同一方向に主放電(50)
を行ない、フッ素を含むレーザガスを励起する主電極(1
4,15)と、 前記主電極(14,15)間に挟持され、フッ素を含むレーザ
ガスを注入する絶縁体(12)と、 絶縁体を挟んで配置された共振器(16,18)とを備え、 共振器長(L)が、レーザガスの圧力(P)、温度(T)、利得
曲線(R)の半値全幅(Δλ（Ｐ，Ｔ）)、圧力依存性を有
するローレンツ分布による波長幅(ΔλＬ（Ｐ）)、及び
温度依存性を有するガウシアン分布による波長幅(λＧ
（Ｔ）)、との関係において、次の数式 Ｌ≦λ(Ｐ，Ｔ)２／(ΔλＬ(Ｐ)＋(ΔλＬ(Ｐ)２＋４Δ
λＧ(Ｔ)２)１／２) を満たすことを特徴とするフッ素分子レーザ装置。 - 【請求項３】 請求項２記載のフッ素分子レーザ装置に
おいて、 前記絶縁体が、レーザガスを内部に注入する中空の放電
管(12)であり、 前記主電極(14,15)が、放電管(12)の両端部に配置され
ていることを特徴とするフッ素分子レーザ装置。 - 【請求項４】 請求項２又は３記載のフッ素分子レーザ
装置において、 前記絶縁体(12)の、励起されるレーザガスが触れる面と
反対側の面に、導電体からなる予備電離電極(35)を備え
たことを特徴とするフッ素分子レーザ装置。 - 【請求項５】 請求項２記載のフッ素分子レーザ装置に
おいて、 前記絶縁体が、内部をレーザ光(21)が通過する光路孔(7
4)を有する板形状であり、 前記主電極(14,15)が、光路孔(74)の両端部に配置され
ていることを特徴とするフッ素分子レーザ装置。 - 【請求項６】 注入同期式フッ素分子レーザ装置におい
て、 請求項１〜５のいずれかに記載のフッ素分子レーザ装置
(11)と、 フッ素分子レーザ装置(11)から発振するレーザ光(21)を
シード光として、これを増幅する増幅器(61)とを備えた
ことを特徴とする注入同期式フッ素分子レーザ装置。 - 【請求項７】 レーザ光(21)によって露光を行なう露光
機において、 請求項１〜５のいずれかに記載のフッ素分子レーザ装置
(11)、又は請求項６記載の注入同期式フッ素分子レーザ
装置(60)を光源として用いたことを特徴とする露光機。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2001337205A JP2003142758A (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | フッ素分子レーザ装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2001337205A JP2003142758A (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | フッ素分子レーザ装置 |
Publications (1)
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|---|---|
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| US (1) | US7099365B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003142758A (ja) |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JPWO2019102613A1 (ja) * | 2017-11-27 | 2020-11-26 | ギガフォトン株式会社 | エキシマレーザ装置、及び電子デバイスの製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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