JP2006073921A - 紫外線ガスレーザ用光学素子及び紫外線ガスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 紫外線ガスレーザ装置における光学素子による真性複屈折及び応力複屈折による偏光純度の悪化を防止すると共に、カット面を平滑にしてレーザ照射により割れや欠陥の発生を防止する。
【解決手段】 ２つの平面２、２’を備えて紫外線がその１つの平面２から入射し、他の平面２’から射出するフッ化カルシウム結晶からなるウィンドウ等の紫外線ガスレーザ用光学素子１において、少なくとも一方の平面２がフッ化カルシウム結晶の（１１０）結晶面に平行である紫外線ガスレーザ用光学素子。
【選択図】 図１

Description

本発明は、紫外線ガスレーザ用光学素子及び紫外線ガスレーザ装置に関し、特に、エキシマレーザやフッ素ガスレーザ等の半導体露光装置で使用される紫外線ガスレーザ装置用の光学素子に関するものである。

（露光用光源）
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される光の短波長化が進められており、露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在の露光用ガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置、並びに、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。次世代の露光技術として、露光用レンズとウエハー間を液体で満たして屈折率を変えることによって、露光光源の見かけの波長を短波長化する液浸技術をＡｒＦエキシマレーザ露光に適用しようとしている。ＡｒＦエキシマレーザ液浸では、１３４ｎｍの波長になる。また、次々世代の露光用光源として、波長１５７ｎｍの紫外線を放出するＦ₂ （フッ素分子）レーザ装置が有力であり、Ｆ₂ レーザ液浸露光が採用される可能性もある。Ｆ₂ レーザ液浸では、１１５ｎｍの波長になると言われている。

（露光用光学素子と色収差）
多くの半導体露光装置の光学系には、投影光学系が採用されている。投影光学系では、異なる屈折率を有するレンズ等の光学素子が組み合わされて色収差補正が行われる。現在、露光用光源であるレーザ波長の２４８ｎｍ〜１１５ｎｍの波長域では、投影光学系のレンズ材料として使用に適する光学材料は、合成石英とＣａＦ₂ 以外にはない。このため、ＫｒＦエキシマレーザ用の投影レンズとしては、合成石英のみで構成された全屈折タイプの単色レンズが採用され、ＡｒＦエキシマレーザ用の投影レンズとしては、合成石英とＣａＦ₂ で構成された全屈折タイプの部分色消しレンズが採用されている。ところが、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザの自然発振スペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いために、これらの投影レンズを使用すると、色収差が発生して解像力が低下する。そこで、色収差が無視できるまでに、これらのガスレーザ装置から放出されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このため、これらのガスレーザ装置には狭帯域化素子（エタロンやグレーティング等）を有する狭帯域化モジュールがレーザ共振器内に設けられ、スペクトル線幅の狭帯域化が実現されている。

（液浸リソグラフィーと偏光照明）
上記したように、ＡｒＦエキシマレーザ液浸リソグラフィーの場合、媒体としてＨ₂ Ｏを使用したとき、屈折率が１．４４になるため、屈折率に比例するレンズ開口数ＮＡは１．４４倍に増やすことができる。ＮＡが高くなるにつれ、光源であるレーザ光の偏光純度の影響が大きくなる。偏光の向きがマスクパターンの方向に平行であるＴＥ偏光の場合は影響がないが、それが直交するＴＭ偏光の場合は、像のコントラストが低くなってしまう。これは、後者の場合、ウエハー上の焦点における電界のベクトルが異なる方向であるため、ウエハーへの入射角が大きくなるに従い、電界のベクトルが同一である前者に比べ、強度が弱くなってしまうためである。この影響はＮＡが１．０に近づくか超える場合に強くなり、ＡｒＦエキシマレーザ液浸はこの場合に該当する。そのため、レーザ光は、ＴＥとＴＭの２つの偏光が混ざり合っているとコントラストが低くなってしまうため、直線偏光であることが要求される。つまり、２つの偏光強度の比で表される偏光純度が高いことが要求される。

（偏光純度を高めるための従来技術）
レーザ光の偏光純度を高めるための技術として、これまでに特許文献１と特許文献２に記載の技術がある。

特許文献１に記載のものは、ビームエキスパンダプリズムやフロントミラー等のレーザに使用する光学素子のフッ化カルシウム結晶の劈開面（１１１）に垂直にレーザ光が透過するようにして、光学素子内部を光が通過するときに受ける複屈折による偏光純度の悪化を防ぐ方法である。

特許文献２に記載のものは、レーザに使用する光学素子のフッ化カルシウム結晶の（１００）面に垂直にレーザ光の光軸が透過するようにして、光学素子内部を光が通過するときに受ける真性複屈折による偏光純度の悪化を防ぐ方法である。
特開平１１−１７７１７３号公報 米国特許出願公開第２００３／２１９０５６号明細書 特開２００２−３５３５４５号公報

しかしながら、上記の従来技術には、次に述べるような問題がある。

特許文献１に記載のものでは、実際に光学素子としてウィンドウの（１１１）面に光軸が垂直に通過し、かつ、その表面がブリュースタ角になるようにするための具体的手段の記載がなく、両者を達成するためには、フッ化カルシウム結晶をウィンドウにするためにカットする面は結晶面ではなくなる。結晶の面方位に合わせてカットできないため、表面粗さを平滑にすることは困難である。表面粗さが悪い場合、レーザ照射により割れや結晶を構成するフッ素が抜ける欠陥が発生して、実際にレーザチャンバのウィンドウとして使用することができないという問題がある。

特許文献２に記載のものでは、光学素子の（１００）面に垂直にレーザ光が通過するように配置することによって、真性複屈折による偏光純度の悪化を防いでいるが、応力を与えたときに発生する応力複屈折は、後記するように（１００）面に垂直な［１００］方向が最も大きく、チャンバウィンドウとして使用する場合、ウィンドウのホールド時の応力やチャンバ内の数気圧のガスによる圧力、また、レーザ照射による発熱応力等によって応力複屈折が発生する可能性がある問題があった。また、カット面は（１１１）面と１７．５８°又は２６．７６°をなす角度で切っており、結晶方位に合わせたカットとはなっていない。また、チャンバウィンドウと光軸とのなす角度は、７０°又は４７°であるため、ブリュースタ角ではなく、ｐ偏光の反射損失があり、また、直線偏光にもなり難いという問題があった。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フッ化カルシウム結晶を用いたブリュースタウィンドウやビームエキスパンダプリズム等の紫外線ガスレーザ用光学素子及びそのような光学素子を用いた紫外線ガスレーザ装置において、その光学素子による真性複屈折及び応力複屈折による偏光純度の悪化を防止すると共に、カット面を平滑にしてレーザ照射により割れや欠陥の発生を防止するようにすることである。

上記目的を達成する本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子は、２つの平面を備えて紫外線がその１つの平面から入射し、他の平面から射出するフッ化カルシウム結晶からなる紫外線ガスレーザ用光学素子において、少なくとも一方の平面がフッ化カルシウム結晶の（１１０）結晶面に平行であることを特徴とするものである。

この場合に、前記の２つの平面は互いに平行な平面であり、該２つの平面は結晶の（１１０）結晶面に平行であり、紫外線ガスレーザ用チャンバウィンドウとして用いることができる。

あるいは、断面三角形をなすプリズムとして構成され、頂角を挟む一方の面が（１１０）結晶面に平行で、他方の面が（１１１）結晶面に平行であり、頂角が略３５．２６°になっていて、紫外線ガスレーザ用ビーム拡大プリズムとして用いることができる。

本発明の紫外線ガスレーザ装置は、レーザチャンバと、レーザチャンバの一方の側とその反対側に設置されて光共振器を構成する第１の光学素子及び第２の光学素子と、レーザチャンバ内部に封入されたレーザガスと、そのレーザガスを励起する手段と、励起されたレーザガスから発生する光がレーザチャンバ外部へ出射するためにレーザチャンバに設けられた２つのウィンドウとを有し、前記ウィンドウが前記光共振器の光軸上に沿って配置されている紫外線ガスレーザ装置において、前記各ウィンドウはフッ化カルシウム結晶を成形した互いに平行な２つの平面を有し、前記２つの平面が結晶の（１１０）結晶面に平行であり、かつ、前記２つの平面は前記光軸に対して３８°〜６５°の範囲の角度をなして前記レーザチャンバに設けられていることを特徴とするものである。

この紫外線ガスレーザ装置は、ＡｒＦエキシマレーザ装置やＦ₂ レーザ装置として構成することができる。

本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子は、少なくとも一方の平面がフッ化カルシウム結晶の（１１０）結晶面に平行であるので、その面にブリュースタ角近傍の角度でレーザ光を入射出させることで、その光学素子による反射損失を少なくしかつ真性複屈折及び応力複屈折による偏光純度の悪化を防止することができ、また、その結晶面は平滑な面とすることができ、レーザ照射により割れや欠陥の発生を防止することができ、寿命を延ばすことができる。

以下、本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子及び紫外線ガスレーザ装置をその原理と実施例に基づいて説明する。

まず、ブリュースタ角と偏光の関係について説明する。一般的に、ガスレーザ共振器内に使用されるチャンバウィンドウは、光軸に対してブリュースタ角の角度で配置されることが多い。これは、ブリュースタ角にすることによって、ウィンドウに入射する光のｐ偏光成分のウィンドウ表面におけるフレネル反射が零になり、１００％透過するため、ウィンドウ通過におけるレーザ光の損失がなくなり、出力エネルギが減少しなくなるためである。レーザ光は共振器内を数〜十数回往復して出力されるため、所謂偏光素子であるブリュースタウィンドウを数回通過する間に、ｓ偏光成分はフレネル反射を受け減衰するのに対し、ｐ偏光成分は減衰されることなく透過し、レーザ媒質内を通過することによって増幅されていく。これによりレーザ光は、概ねｐ偏光方向の直線偏光で出力される。狭帯域化レーザでは、スペクトル線幅を狭帯域化するために、プリズムでビームを拡大し波長分散素子であるグレーティングに入射させている。拡大プリズムは数個使用する場合が多く、各々フレネル反射による出力減少を防止するために、光軸に対してブリュースタ角で配置されている。このため、狭帯域化レーザでは、偏光素子の数が多くなり、結果として出力光の偏光純度が高くなる。ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３．３６８ｎｍ）では、２０℃においてフッ化カルシウムの屈折率ｎが１．５０１９５８となるため、ブリュースタ角度は、５６．３３６°になる。また、Ｆ₂ レーザ（波長１５７．６３ｎｍ）では、２０℃においてフッ化カルシウムの屈折率ｎが１．５５９２６１となるため、ブリュースタ角度は、５７．３°になる。

次に、複屈折による偏光の変化を説明する。一般に、結晶内を伝播する光は、互いに直交する２つの直線偏波状態の波の線形結合であり、それぞれの位相速度と振幅の大きさで、偏光状態と偏光方向が決まる。結晶内に複屈折が発生すると、結晶中を伝播する光ビームの位相速度がその偏波方向に依存してずれていく。これにより、直線偏光であった光ビームは、複屈折物質を通過することによって、互いに直交する２つの波の位相がずれ、直線偏光でなくなる（概ね楕円偏光になる）。このため、結晶内に複屈折が発生すると、ｐ偏光純度が悪くなり、ｐ偏光成分の光強度が減少する。偏光純度を高めるためには、複屈折の影響を受けない、又は、最小にすることが必要となる。

ここで、ＣａＦ₂ の結晶方位による複屈折の大きさの分布を説明する。結晶における複屈折には、外乱のない理想的な結晶にも本来的に存在する真性複屈折（intrinsic birefringence ）と、外部から力学的・熱的な力が加わって生じる応力複屈折（stress birefringence）の２つがある。最近になって、等軸結晶であるフッ化カルシウムでも、真性複屈折が生じることが分かってきた。真性複屈折は、結晶を構成する原子間隔に光の波長が近づくと、その影響が大きくなる。よって、ＡｒＦエキシマレーザやＦ₂ レーザの短波長領域で使用する場合、真性複屈折の影響が大きくなり、無視できなくなってきた。真性複屈折及び応力複屈折の両者共、結晶方位による複屈折の大きさの違いがあり、計算によって求められている。

図２に、結晶方位によるＣａＦ₂ の真性複屈折の大きさの分布を示す。ＣａＦ₂ 結晶の軸［００１］、［１００］に対する光の進行方向ｎの角度θとφを図２（ｃ）のように定義すると、真性複屈折は図２（ａ）、（ｂ）のようになる。図２（ａ）の実線は、φを４５°に保ったまま進行方向ｎの軸［００１］に対する角度θを０°から９０°の間で変化させた場合であり、図２（ａ）の点線は、φを０°に保ったまま進行方向ｎの軸［００１］に対する角度θを０°から９０°の間で変化させた場合であり、また、図２（ｂ）の実線は、θを９０°に保ったまま進行方向ｎの軸［１００］に対する角度φを０°から９０°の間で変化させた場合である。図２（ａ）、（ｂ）から明らかなように、結晶方位［１１１］、［１００］、［０１０］、［００１］の方向では、真性複屈折は零になり、逆に、［１１０］、［０１１］、［１０１］の結晶方位の方向では、最大となることが分かる。

また、図３（ａ）、図４（ａ）に、ＣａＦ₂ 結晶の応力複屈折の方位依存性を示す。図３（ａ）は、図３（ｂ）に示すように、結晶方位［００１］、［１１１］、［１１０］を含む平面内に光の進行方向がある場合で、図３（ｃ）に示すように、（１００）面に垂直に圧力を加え、ｚ軸方向に光を進ませ、格子点（１，０，０）と格子点（０，１，０）を通る軸（図３（ｃ））の周りで結晶を回転させた場合の計算結果である。また、図４（ａ）は、図４（ｂ）に示すように、結晶方位［１００］、［１０１］、［００１］を含む平面内に光の進行方向がある場合で、図４（ｃ）に示すように、（１００）面に垂直に圧力を加え、ｚ軸方向に光を進ませ、ｙ軸（結晶軸［０１０］）を軸として結晶を回転させた場合の計算結果である。これらの図から分かるように、結晶方位［１１１］の方向において、応力複屈折が最小となり、その方向から［００１］、［１１０］、［１００］の方向に移るにつれてそれぞれピークとなっている。特に［００１］軸方向は応力複屈折が最大となっていることが分かる。

以上のことから、真性複屈折、応力複屈折何れの影響も最小限に抑えるためには、ＣａＦ₂ 結晶内では（１１１）結晶面に垂直（ＣａＦ₂ は立方格子であり、同じ指数の結晶面と方位は相互に垂直であるから、［１１１］の方向）に伝播するように光学素子を配置すると、応力複屈折の影響は最小になる。

ところで、ＣａＦ₂ は［１１１］結晶方位に沿って結晶成長し、その劈開面は（１１１）面となる。そのため、ＣａＦ₂ の光学素子は、（１１１）面の結晶から切り出して作成される。カットの際、何れかの結晶面に沿ってカットしないと、カット面の結晶構造は微視的に見ると段々になっており、また欠陥も多くなるため、表面粗さが悪くなる。表面粗さが悪い場合、レーザ照射により割れや結晶を構成するフッ素が抜ける欠陥が発生して、実際に例えばレーザチャンバのウィンドウとして使用することができない。そのため、結晶のカット面は結晶方位に合わせて切り出すのがよい。

以上のような前提で、次に本発明の基本原理を説明する。図１に、本発明によるＣａＦ₂ を用いたウィンドウ１の断面を示す。ＣａＦ₂ の結晶方位に合わせて（１１０）面２、２’でカットする。このようなウィンドウ１においては、結晶内部でレーザ光が（１１１）面に垂直（［１１１］の方向）に光軸を有するようにするため、結晶内の［１１０］軸に対して光軸のなす角度が３５．２６°になるように光を進行させる。これは、［１１１］軸と［１１０］軸のなす角度が３５．２６°であるからである。

いま、レーザがＡｒＦエキシマレーザである場合、結晶内での［１１０］軸に対する光軸の角度が３５．２６°になるようにするには、結晶外部がパージ用のＮ₂ ガスで満たされているとして、ウィンドウ１の表面２にレーザ光３が入射する角度を６０．１°にすればよい。これはスネルの法則により計算される。この入射角６０．１°は、ＣａＦ₂ のブリュースタ角（５６．３３６°）に近く、このときのｐ偏光のフレネル反射率はわずか０．２％である。したがって、このようなウィンドウ１は、ＡｒＦエキシマレーザのブリュースタウィンドウとして使用できる。なお、レーザ光３がＦ₂ レーザ光の場合は、６４．１°（ブリュースタ角：５７．３°）になり、同様にＦ₂ レーザのブリュースタウィンドウとしても使用可能である。これが本発明の基本原理である。

図５に、図１のウィンドウ１を得るためのＣａＦ₂ の結晶格子に対するカット面（（１１０）面）と、結晶内部でレーザ光が［１１１］の方向になるようにこのカット面にレーザ光を入射させる場合の入射面（カット面の法線Ｎ（［１１０］軸と平行）と入射光軸とを含む平面）との関係と、その場合の入射角６０．１°と屈折角３５．２６°を示す。

また、図６に、ＣａＦ₂ 結晶の劈開面（（１１１）面）に対してウィンドウ１を得るためのカット面（（１１０）面）の角度関係を図示する。［１１１］軸と［１１０］軸のなす角度が３５．２６°であるから、（１１０）面は（１１１）面に対して角度３５．２６°をなす面である。

このウィンドウ１をレーザチャンバに取り付けるときは、ウィンドウ１を構成するＣａＦ₂ 結晶内でのレーザ光の光軸が［１１１］の方向になるように、ウィンドウ１の取り付け位置をその面内で回転調整しなければならない。図７（ａ）にその様子を示す。図７（ｂ）は、入射角６０．１°でレーザ光３を入射させながら、図７（ａ）に示すように、［１１１］軸の周りでウィンドウ１を回転させた場合の、真性複屈折の大きさの変化を示している。この図７（ａ）から明らかなように、１回転の中で２回（図では１８０°と０°）複屈折がゼロとなる。これは、ウィンドウ１内の屈折光がＣａＦ₂ 結晶内の［１１１］の方向と、［１１１］の方向と等価な［１１−１］の方向（マイナス符号“−”は、本来数字の上に付される。）とに合ったときである。このため、ウィンドウ１をレーザチャンバに取り付けるときは、ウィンドウ１を面（（１１０）面）内で回転させて複屈折が最小となる（透過後のｐ偏光強度が最大となる）位置で取り付けることが必要である。

又は、ウィンドウ１を取り付ける前に、Ｘ線回折分析を行い、結晶方位を予め計測しておくようにしてもよい。ウィンドウ１の［１１１］軸方向の側面に印を付けておき、その印に従って取り付けるようにすると効率が良い。

以上、本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子をウィンドウとして使用する場合について説明したが、これは、レーザ装置の他の部位で使用することもできる。その例を説明するために、図８に、２ステージレーザシステムの主として光学系の概略の構成と、その中での本発明による紫外線ガスレーザ用光学素子の配置例を示す。

２ステージレーザシステムは、例えば特許文献３に示されているように、発振用レーザ１０とその発振用レーザ１０から発振されたレーザ光（シード光）を入射させて増幅する増幅用レーザ２０とからなるもので、特に狭帯域で４０Ｗ以上の高出力が必要な露光用のＡｒＦエキシマレーザ装置やＦ₂ レーザ装置に期待されているものである。発振用レーザ１０にはレーザガスが封入されるレーザチャンバ１１と、共振器を構成する狭帯域化モジュール１４及び出力鏡としての部分反射ミラー１５とが含まれ、さらに、図示していないレーザガス励起システムや制御系、さらには、冷却系、ガス交換システム等が含まれる。レーザチャンバ１１には、前記のように、光軸上に２つのウィンドウ１２と１３が取り付けてある。また、狭帯域化モジュール１４には、ビーム拡大光学系を構成する単数あるいは複数のビーム拡大プリズム１６（図では２個）と、狭帯域化素子としてのグレーティング１７（又はエタロン）が含まれる。増幅用レーザ２０も、レーザガスが封入されるレーザチャンバ２１と、共振器を構成する部分反射ミラー２４、２５とが含まれ、さらに、図示していないレーザガス励起システムや制御系、さらには、冷却系、ガス交換システム等が含まれる。レーザチャンバ２１には、光軸上に２つのウィンドウ２２と２３が取り付けてある。なお、図８においては、発振用レーザ１０から発振されたレーザ光は、ミラー１８と１９でそれぞれ反射されて増幅用レーザ２０に入射するように構成されている。

そして、レーザチャンバ１１、２１に取り付けるウィンドウ１２、１３、２２、２３を本発明による紫外線ガスレーザ用光学素子で構成することが望ましいのは上記の通りであるが、発振用レーザ１０の狭帯域化モジュール１４内で使用されるビーム拡大プリズム１６にも使用できる。また、発振用レーザ１０の共振器を構成する部分反射ミラー１５、増幅用レーザ２０の部分反射ミラー２４、２５は、複屈折を最小にすべく、（１１１）面に沿ってカットして、ＣａＦ₂ 結晶内部を透過するレーザ光の光軸が（１１１）面に垂直となるようにすることが望ましい。また、増幅用レーザ２０の部分反射ミラー２４、２５を取り外したＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier ）システムに本発明を適用しても同様の効果がある。

次に、実施例１として、本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子をチャンバウィンドウ１２、１３、２２、２３に適用する場合を説明する。

図９に、本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子をチャンバウィンドウに適用する場合の断面図を示す。この図面は本質的に図１と同様であるが、図１のウィンドウ１は入射角が６０．１°なので、正確にはブリュースタ角ではなく、レーザ光３は僅かのフレネル反射を受ける。このため、入射角θをその角度６０．１°を中心に前後に振った場合、射出光４の複屈折によるｐ偏光純度の悪化によるｐ偏光成分の光強度の減少と、ウィンドウ１の表面２、２’でのフレネル反射によるｐ偏光成分の光強度の減少の２つを考慮すると、入射角θに対するｐ偏光純度（出力レーザ強度）の曲線が描ける。図１０はその計算結果であり、露光機の偏光照明での必要な偏光純度の許容幅に従って、入射角の許容幅も決められる。以下に、ｐ偏光純度の許容幅に対する入射角の許容幅を示す。以下の値は、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３．３６８ｎｍ）に対する値を括弧外に、Ｆ₂ レーザ（波長１５７．６３ｎｍ）に対する値を括弧内にそれぞれ示す。

偏光純度９９％以上：許容入射角幅５５°〜５８°（５６°〜５９°）
偏光純度９５％以上：許容入射角幅５２°〜６０°（５３°〜６０°）
偏光純度９０％以上：許容入射角幅４９°〜６２°（５０°〜６２°）
偏光純度８０％以上：許容入射角幅４４°〜６４°（４６°〜６４°）
偏光純度７０％以上：許容入射角幅３８°〜６５°（４１°〜６５°）
例えば、偏光純度７０％以上あればよい場合は、ＡｒＦエキシマレーザの場合は、ウィンドウ１の入射角θの許容幅は３８°〜６５°であり、Ｆ₂ レーザの場合は、４１°〜６５°である。これが、８０％以上の場合は、それぞれ４４°〜６４°、４６°〜６４と若干狭くなるが、レーザチャンバ１１、２１のウィンドウ１２、１３、２２、２３としては、十分な許容角度誤差で取り付けることができる。

次に、本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子をビーム拡大プリズムに適用する場合を説明する。

図１１に、本発明を狭帯域化モジュール１４内のビーム拡大プリズム１６に適用する場合の断面図を示す。ビーム拡大プリズム１６の頂角を３６．２６°にすることによって、プリズム斜面３１は（１１０）面に、直角射出面３２は（１１１）面になる。従来は、ＣａＦ₂ 結晶の面方位とは無関係な面を使用していたため、面３１、３２の表面粗さが悪く、レーザ照射により割れや結晶を構成するフッ素が抜ける欠陥が発生しがちであったが、図１１のような面方位を選んで表面粗さを小さくなることによって、表面の光照射によるダメージが軽減され、光学素子の寿命が増加する。プリズム１６内の透過光は、（１１１）面にに垂直に進むため、複屈折の影響が最小になる配置である。なお、（１１１）面はブリュースタ角ではないので、表面を反射防止（ＡＲ）コートを施しておくことが望ましい。

以上、本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子及び紫外線ガスレーザ装置を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明によるＣａＦ₂ を用いたウィンドウの断面図である。 結晶方位によるＣａＦ₂ の真性複屈折の大きさの分布を示す図である。 ＣａＦ₂ 結晶の応力複屈折の方位依存性を示す図である。 ＣａＦ₂ 結晶の応力複屈折の方位依存性を示す図である。 図１のウィンドウを得るためのＣａＦ₂ の結晶格子に対するカット面と、結晶内部でレーザ光が［１１１］の方向になるようにレーザ光を入射させる場合の入射面との関係を示す図である。 ＣａＦ₂ 結晶の劈開面に対してウィンドウを得るためのカット面の角度関係を示す図である。 図１のウィンドウをレーザチャンバに取り付けるときの調整方法を説明するための図である。 ２ステージレーザシステムの主として光学系の概略の構成とその中での本発明による紫外線ガスレーザ用光学素子の配置例を示す図である。 本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子をチャンバウィンドウに適用する場合の断面図である。 ウィンドウへの入射角に対するｐ偏光純度（出力レーザ強度）の依存性を示す図である。 本発明を狭帯域化モジュール内のビーム拡大プリズムに適用する場合の断面図である。

符号の説明

１…ウィンドウ
２、２’…表面（カット面）
３…レーザ光
４…射出光
１０…発振用レーザ
１１…レーザチャンバ
１２、１３…ウィンドウ
１４…狭帯域化モジュール
１５…出力鏡（部分反射ミラー）
１６…ビーム拡大プリズム
１７…グレーティング
１８、１９…ミラー１
２０…増幅用レーザ
２１…レーザチャンバ
２２、２３…ウィンドウ
２４、２５…部分反射ミラー
３１…プリズム斜面
３２…直角射出面

Claims (6)

1. ２つの平面を備えて紫外線がその１つの平面から入射し、他の平面から射出するフッ化カルシウム結晶からなる紫外線ガスレーザ用光学素子において、少なくとも一方の平面がフッ化カルシウム結晶の（１１０）結晶面に平行であることを特徴とする紫外線ガスレーザ用光学素子。
2. 前記の２つの平面は互いに平行な平面であり、該２つの平面は結晶の（１１０）結晶面に平行であり、紫外線ガスレーザ用チャンバウィンドウとして用いられることを特徴とする請求項１記載の紫外線ガスレーザ用光学素子。
3. 断面三角形をなすプリズムとして構成され、頂角を挟む一方の面が（１１０）結晶面に平行で、他方の面が（１１１）結晶面に平行であり、頂角が略３５．２６°になっていて、紫外線ガスレーザ用ビーム拡大プリズムとして用いられることを特徴とする請求項１記載の紫外線ガスレーザ用光学素子。
4. レーザチャンバと、レーザチャンバの一方の側とその反対側に設置されて光共振器を構成する第１の光学素子及び第２の光学素子と、レーザチャンバ内部に封入されたレーザガスと、そのレーザガスを励起する手段と、励起されたレーザガスから発生する光がレーザチャンバ外部へ出射するためにレーザチャンバに設けられた２つのウィンドウとを有し、前記ウィンドウが前記光共振器の光軸上に沿って配置されている紫外線ガスレーザ装置において、前記各ウィンドウはフッ化カルシウム結晶を成形した互いに平行な２つの平面を有し、前記２つの平面が結晶の（１１０）結晶面に平行であり、かつ、前記２つの平面は前記光軸に対して３８°〜６５°の範囲の角度をなして前記レーザチャンバに設けられていることを特徴とする紫外線ガスレーザ装置。
5. ＡｒＦエキシマレーザ装置として構成されていることを特徴とする請求項４記載の紫外線ガスレーザ装置。
6. Ｆ₂ レーザ装置として構成されていることを特徴とする請求項４記載の紫外線ガスレーザ装置。

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