JP2009152538A - Optical element for gas laser, and gas laser device using the same - Google Patents

Optical element for gas laser, and gas laser device using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element for a gas laser such as a Brewster window, a beam expander prism or the like increasing polarization purity, and suppressing degradation by strong ultraviolet (in particular, ArF) laser beam irradiation; and to provide a gas laser device using the same. <P>SOLUTION: In this optical element for a gas laser, at least either of an incident plane and an emission plane is parallel to the (111) crystal face of a CaF<SB>2</SB>crystal; and a laser beam having entered from the incident plane permeates a surface including the [111] axis and a first azimuthal axis between the [111] axis and the first azimuthal axis in a track obtained by rotating the [001] axis around the [111] axis, a surface including the [111] axis and a second azimuthal axis between the [111] axis and the second azimuthal axis obtained by rotating the [010] axis around the [111] axis or a surface including the [111] axis and a third azimuthal axis between the [111] axis and the third azimuthal axis in a track obtained by rotating the [100] axis around the [111] axis, and emitted from the emission plane. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガスレーザ用光学素子及びそれを用いたガスレーザ装置に関し、特に、エキシマレーザやフッ素分子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用光学素子及びそれを用いたガスレーザ装置に関するものである。   The present invention relates to an optical element for a gas laser and a gas laser apparatus using the same, and more particularly to an optical element for an ultraviolet gas laser used in a semiconductor exposure apparatus such as an excimer laser or a fluorine molecular laser and a gas laser apparatus using the optical element. .

(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の深紫外光を放出するKrFエキシマレーザ装置、並びに、波長193nmの真空紫外光を放出する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、純水を液浸液にした場合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の真空紫外光を放出するF2 (フッ素分子)レーザ装置による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。
(Light source for exposure)
As semiconductor integrated circuits are miniaturized and highly integrated, improvement in resolving power is demanded in semiconductor exposure apparatuses. For this reason, the wavelength of light emitted from the exposure light source is being shortened, and a gas laser device is used as the exposure light source instead of the conventional mercury lamp. As a current gas laser apparatus for exposure, a KrF excimer laser apparatus that emits deep ultraviolet light having a wavelength of 248 nm and an ArF excimer laser apparatus that emits vacuum ultraviolet light having a wavelength of 193 nm are used. As a next-generation exposure technique, an immersion technique for shortening the apparent wavelength of the exposure light source by filling the space between the exposure lens and the wafer with a liquid and changing the refractive index is being applied to ArF excimer laser exposure. In ArF excimer laser immersion, a wavelength of 134 nm is obtained when pure water is used as the immersion liquid. Further, as an exposure light source for the next generation, there is a possibility that F 2 laser immersion exposure using an F 2 (fluorine molecule) laser device that emits vacuum ultraviolet light having a wavelength of 157 nm may be employed. The F 2 laser immersion is said to have a wavelength of 115 nm.

(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〜157nmの波長(紫外線)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。
(Exposure optics and chromatic aberration)
A projection optical system is adopted as an optical system of many semiconductor exposure apparatuses. In the projection optical system, chromatic aberration correction is performed by combining optical elements such as lenses having different refractive indexes. Currently, there are no optical materials other than synthetic quartz and CaF 2 suitable for use as the lens material of the projection optical system in the wavelength (ultraviolet) range of 248 nm to 157 nm of the laser wavelength that is the light source for exposure. For this reason, as the projection lens for the KrF excimer laser, an all-refractive type monochromatic lens composed only of synthetic quartz is adopted, and as the projection lens for the ArF excimer laser, all projection lenses composed of synthetic quartz and CaF 2 are adopted. A refractive type partial achromatic lens is used. However, since the natural oscillation spectral line width of KrF excimer laser and ArF excimer laser is as wide as about 350 to 400 pm, when these projection lenses are used, chromatic aberration is generated and the resolution is lowered. Therefore, before the chromatic aberration can be ignored, it is necessary to narrow the spectral line width of the laser light emitted from these gas laser devices. For this reason, in these gas laser devices, a band-narrowing module having a band-narrowing element (such as an etalon or a grating) is provided in the laser resonator, thereby realizing a narrow band of the spectral line width.

(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は原理的に従来の開口数に対して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、以上のように露光装置の照明系では、所望の偏光状態を制御する必要がある。この偏光照明の制御には、露光装置の照明系に入力されるレーザの偏光状態が直線偏光
であることが要求されている。偏光純度は、直線偏光と非直線偏光の割合であり、レーザの偏光は、偏光純度が高く維持されることが要求されている。
(Immersion lithography and polarized illumination)
As described above, in the case of ArF excimer laser immersion lithography, when H 2 O is used as the medium, the refractive index becomes 1.44, so the lens numerical aperture NA proportional to the refractive index is in principle the conventional aperture. The number can be increased by 1.44 times the number. As the NA increases, the influence of the polarization purity of the laser beam as the light source increases. In the case of TE polarized light whose polarization direction is parallel to the direction of the mask pattern, there is no influence, but in the case of TM polarized light in which it is orthogonal, the contrast of the image is lowered. This is because, in the latter case, the electric field vector at the focal point on the wafer is in a different direction, and as the angle of incidence on the wafer increases, the intensity becomes weaker than the former, where the electric field vector is the same. It is. This effect becomes stronger when NA approaches or exceeds 1.0, and ArF excimer laser immersion corresponds to this case. Therefore, it is necessary to control a desired polarization state in the illumination system of the exposure apparatus as described above. For the control of this polarized illumination, it is required that the polarization state of the laser input to the illumination system of the exposure apparatus is linearly polarized light. The polarization purity is a ratio of linearly polarized light and non-linearly polarized light, and the polarization of laser is required to maintain high polarization purity.

(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。
(Conventional technology to increase polarization purity)
As techniques for increasing the polarization purity of laser light, there are techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 so far.

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。   The one described in Patent Document 1 is such that laser light is transmitted perpendicularly to the cleavage plane (111) of the calcium fluoride crystal of an optical element used for a laser such as a beam expander prism or a front mirror, so that the inside of the optical element is This is a method for preventing deterioration of polarization purity due to birefringence received when light passes through.

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。   Patent Document 2 discloses that when the light passes through the optical element so that the optical axis of the laser beam is transmitted perpendicularly to the (100) plane of the calcium fluoride crystal of the optical element used in the laser. This is a method for preventing deterioration of polarization purity due to intrinsic birefringence.

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。   However, the above prior art has the following problems.

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カットする面は表面がある程度硬い結晶方位面でなくなるため、表面粗さが小さな高精度研磨ができなくなる。表面粗さが小さな研磨ができない場合には、研磨表面からサブミクロン以内の領域に潜傷と呼ばれる傷が残る。この潜傷は、レーザ照射によりレーザ光を吸収して、結晶の表面を損傷させたり、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点がある。   In the thing of patent document 1, the description of the concrete means for making an optical axis pass perpendicularly to the (111) plane of a window as an optical element perpendicularly, and making the surface into a Brewster angle is described. In order to achieve both, the surface of the calcium fluoride crystal cut into a window is not a crystal orientation surface with a hard surface to some extent, and high-precision polishing with a small surface roughness cannot be performed. When polishing with a small surface roughness is not possible, scratches called latent scratches remain in an area within submicron from the polished surface. This latent scratch has a problem that the laser beam is absorbed by the laser irradiation and the surface of the crystal is damaged or a defect in which fluorine escapes occurs, so that it cannot actually be used as a window of the laser chamber.

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、(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°または26.76°をなす角度でカットして、このカット面をチャンバウィンドウの両面としているため以下の2つの課題が発生していた。一つは、このカット面を表面荒さが小さな高精度研磨ができないため、レーザ照射による表面損傷の閾値が低くなっていた。二つ目は、レーザチャンバウィンドウとして使用する場合、約4000hPaのガス圧力がかかるため、例えば、壁界しやすい(111)面で、破損する可能性があった。さらに、カット面を(111)面と17.58°でカットした場合には、チャンバウィンドウと光軸とのなす角度は、70°となり、P偏光とS偏光のフレネル反射がそれぞれ4.2%と30.0%なり、このウィンドウを透過することにより、P偏光成分は選択されるが、P偏光のフレネル反射が大きいため、レーザの出力を確保することができないという問題があった。   In the device described in Patent Document 2, the deterioration of polarization purity due to intrinsic birefringence is prevented by arranging the laser beam so that it passes perpendicularly to the (100) plane of the optical element, but when stress is applied. The stress birefringence generated in the [100] plane perpendicular to the (100) plane is the largest, and when used as a chamber window, the stress at the time of holding the window, the pressure due to a gas of several atmospheres in the chamber, and the laser There has been a problem that stress birefringence may occur due to exothermic stress caused by irradiation. Further, the cut surface is cut at an angle of 17.58 ° or 26.76 ° with the (111) surface, and this cut surface is used as both surfaces of the chamber window, so the following two problems have occurred. First, since the cut surface cannot be polished with high precision and small surface roughness, the threshold for surface damage due to laser irradiation is low. Secondly, when used as a laser chamber window, a gas pressure of about 4000 hPa is applied, so that there is a possibility of damage, for example, on the (111) plane that is prone to wall boundaries. Further, when the cut surface is cut at 17.58 ° from the (111) plane, the angle formed by the chamber window and the optical axis is 70 °, and the Fresnel reflection of P-polarized light and S-polarized light is 4.2%. The P-polarized light component is selected by transmitting through this window. However, since the Fresnel reflection of P-polarized light is large, there is a problem that the output of the laser cannot be secured.

そこで、特許文献4のように、2つの平面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紫外線ガスレーザ用光学素子により、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技術が開示されている。
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 特開2006−73921号公報
Therefore, as in Patent Document 4, at least one of the optical elements for an ultraviolet gas laser such as a window made of calcium fluoride crystal having two planes and ultraviolet rays incident from one plane 2 and emitted from the other planes. The optical element for an ultraviolet gas laser whose plane is parallel to the (110) crystal plane of the calcium fluoride crystal prevents deterioration of polarization purity due to intrinsic birefringence and stress birefringence, and makes the cut surface smooth and laser irradiation. A technique for preventing the occurrence of cracks and defects is disclosed.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-177173 US Patent Application Publication No. 2003/219056 JP 2002-353545 A JP 2006-73921 A

しかしながら、特許文献4に示す技術では、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、フッ化カルシウム結晶のカット面を(110)面することにより、ある程度の表面粗さの小さな高精度研磨を行うことにより、レーザ照射によるフッ化カルシウム結晶の表面損傷をある程度防止していた。   However, in the technique shown in Patent Document 4, while preventing deterioration in polarization purity due to intrinsic birefringence and stress birefringence, the cut surface of the calcium fluoride crystal faces (110), thereby reducing the surface roughness to some extent. By performing high-precision polishing, surface damage of the calcium fluoride crystal due to laser irradiation was prevented to some extent.

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、もっとも硬い結晶面(111)面でフッ化カルシウム結晶をカットし、この結晶面を表面粗さの小さな高精度研磨を行うことにより、潜傷を少なくし、レーザ照射によるフッ化カルシウム結晶の表面損傷を防止する。そして、P偏光のフレネル反射率を小さくし、偏光純度を高くすると共に、強い紫外線(特にArF)レーザ光照射による劣化を抑制する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ガスレーザ用光学素子及びそれを用いたガスレーザ装置を提供することである。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its purpose is to cut calcium fluoride crystals at the hardest crystal plane (111) and to reduce the surface roughness of the crystal plane. By performing high-precision polishing, latent scratches are reduced and surface damage of the calcium fluoride crystal due to laser irradiation is prevented. Such as Brewster windows and beam expander prisms using calcium fluoride crystals that reduce the Fresnel reflectivity of P-polarized light, increase the purity of polarization, and suppress deterioration due to irradiation with strong ultraviolet (particularly ArF) laser light. An optical element for a gas laser and a gas laser device using the same are provided.

そのために、本発明のガスレーザ用光学素子は、入射平面と射出平面を備え、紫外線が入射平面から入射し、射出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、少なくとも入射平面と射出平面のどちらか一方の平面がフッ化カルシウム結晶の(111)結晶面に平行であり、入射平面から入射したレーザ光が[111]軸と、[111]軸を中心として[001]軸を回転させた軌跡内の第1の方位軸との間で、且つ、[111]軸と、前記第1の方位軸とを含む面、[111]軸と、[111]軸を中心として[010]軸を回転させた軌跡内の第2の方位軸との間で、且つ、[111]軸と、前記第2の方位軸とを含む面、又は、[111]軸と、[111]軸を中心として[100]軸を回転させた軌跡内の第3の方位軸との間で、且つ、[111]軸と、前記第3の方位軸とを含む面、を通過し、射出平面から射出されることを特徴とする。   Therefore, the optical element for gas laser of the present invention has an incident plane and an emission plane, and in the optical element for an ultraviolet gas laser made of calcium fluoride crystal, the ultraviolet ray is incident from the incident plane and is emitted from the emission plane, Either one of the emission planes is parallel to the (111) crystal plane of the calcium fluoride crystal, and the laser beam incident from the incident plane has the [111] axis and the [001] axis centered on the [111] axis. A plane between the first azimuth axis in the rotated locus and including the [111] axis and the first azimuth axis, and the [111] axis and the [111] axis as the center. The plane including the [111] axis and the second azimuth axis, or the [111] axis and the [111] axis between the second azimuth axis in the locus of rotating the axis Rotate the [100] axis around Between a third azimuthal axis in the locus was, and, [111] and the shaft, passes through the surface, including the said third azimuthal axis, characterized in that it is emitted from the exit plane.

また、前記レーザ光の入射平面への入射角度は、24.9°から68.73°の角度範囲内であることを特徴とする。   The incident angle of the laser beam on the incident plane is in the range of 24.9 ° to 68.73 °.

また、前記第1の方位軸の[001]軸からの回転角度、前記第2の方位軸の[010]軸からの回転角度又は前記第3の方位軸の[100]軸からの回転角度は、それぞれ34度以上36度以下または−34度以上−36度以下であることを特徴とする。   The rotation angle of the first azimuth axis from the [001] axis, the rotation angle of the second azimuth axis from the [010] axis, or the rotation angle of the third azimuth axis from the [100] axis is: , Respectively, 34 degrees or more and 36 degrees or less or -34 degrees or more and -36 degrees or less.

また、フッ化カルシウム結晶を両面とも(111)面でカットし、結晶内に入射したレーザ光が[111]軸と[001]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置、[111]軸と[010]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置、又は、[111]軸と[100]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置にすることを特徴とする。   In addition, the calcium fluoride crystal is cut on both sides of the (111) plane, and the laser beam incident on the crystal passes through the plane including the [111] axis and the [001] axis, with the [111] axis as the central axis. An arrangement rotated 30 ° ± 10 ° counterclockwise, and an arrangement passing through a plane including the [111] axis and the [010] axis, rotated 30 ° ± 10 ° counterclockwise with the [111] axis as the central axis. Or an arrangement that passes through a plane including the [111] axis and the [100] axis and is rotated 30 ° ± 10 ° counterclockwise about the [111] axis as a central axis. .

さらに、本発明のガスレーザ用光学素子を用いたガスレーザ装置は、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た光共振器と、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ガスレーザ装置において、前記各ウィンドウは前記ガスレーザ用光学素子からなることを特徴とする。
Furthermore, a gas laser apparatus using the optical element for gas laser of the present invention includes a laser chamber, an optical resonator installed on one side of the laser chamber and the opposite side thereof, a laser gas sealed in the laser chamber, Means for exciting the laser gas, and two windows provided in the laser chamber for emitting light generated from the excited laser gas to the outside of the laser chamber, the window being on the optical axis of the optical resonator In the gas laser apparatus arranged along the window, each of the windows includes the optical element for the gas laser.

また、前記ウィンドウは、前記レーザチャンバ内部から見て、結晶内に入射したレーザ光が[111]軸と[001]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置、[111]軸と[010]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置、又は、[111]軸と[100]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置にすることを特徴とする。   The window is counterclockwise about the [111] axis as a central axis from the arrangement in which the laser light incident in the crystal passes through a plane including the [111] axis and the [001] axis when viewed from the inside of the laser chamber. An arrangement rotated by 30 ° ± 10 °, an arrangement passing through a plane including the [111] axis and the [010] axis, and an arrangement rotated by 30 ° ± 10 ° counterclockwise around the [111] axis as the central axis, Alternatively, the arrangement is such that the arrangement passing through the plane including the [111] axis and the [100] axis is rotated 30 ° ± 10 ° counterclockwise with the [111] axis as the central axis.

さらに、本発明のガスレーザ用光学素子を用いたガスレーザ装置は、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た光共振器と、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、レーザ光を分割するビームスプリッタとを有し、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ガスレーザ装置において、前記ビームスプリッタは前記ガスレーザ用光学素子からなることを特徴とする。   Furthermore, a gas laser device using the optical element for a gas laser of the present invention includes a laser chamber, an optical resonator disposed on one side of the laser chamber and the opposite side thereof, a laser gas sealed in the laser chamber, Means for exciting the laser gas, two windows provided in the laser chamber for emitting light generated from the excited laser gas to the outside of the laser chamber, and a beam splitter for dividing the laser light, In the gas laser apparatus arranged along the optical axis of the optical resonator, the beam splitter is composed of the optical element for gas laser.

さらに、本発明のガスレーザ用光学素子を用いたガスレーザ装置は、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た光共振器と、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、ビーム拡大光学系と、を有するガスレーザ装置において、前記ビーム拡大光学系のウェッジ基板は前記ガスレーザ用光学素子からなることを特徴とする。   Furthermore, a gas laser apparatus using the optical element for gas laser of the present invention includes a laser chamber, an optical resonator installed on one side of the laser chamber and the opposite side thereof, a laser gas sealed in the laser chamber, In the gas laser apparatus, comprising: means for exciting the laser gas; two windows provided in the laser chamber for emitting light generated from the excited laser gas to the outside of the laser chamber; and a beam expanding optical system. The wedge substrate of the optical system is composed of the optical element for gas laser.

本発明のガスレーザ用光学素子は、結晶表面を(111)面とすることにより、表面粗さが小さな高精度研磨が可能となり、潜傷によるレーザ照射により光の吸収を防ぎ表面損傷を防止することができる。そして、結晶を、P偏光によるフレネル反射を小さくするように配置することにより、偏光純度を高くできる。さらに、結晶を、高強度紫外線レーザ光による結晶内部の劣化を抑制するようなレーザ光軸と結晶軸との関係になるように配置することにより、レーザの運転ショット数による経時的な出力レーザ光の偏光純度の悪化を抑制することができる。   The optical element for gas laser of the present invention makes it possible to perform high-precision polishing with a small surface roughness by setting the crystal surface to the (111) plane, and prevents surface damage by preventing light absorption by laser irradiation due to latent scratches. Can do. Then, by arranging the crystal so as to reduce Fresnel reflection due to P-polarized light, the polarization purity can be increased. Furthermore, by arranging the crystal so that the relationship between the laser optical axis and the crystal axis is such that the deterioration of the inside of the crystal due to high-intensity ultraviolet laser light is suppressed, the output laser light over time according to the number of laser operation shots It is possible to suppress the deterioration of the polarization purity.

以下、本発明に係る実施形態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について説明する。   Hereinafter, an optical element for an ultraviolet gas laser and an ultraviolet gas laser apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

図1は、CaF2 の結晶格子を示す。本実施形態では、CaF2 の結晶は、結晶方位に合わせて(111)面でカットされる。CaF2 結晶は、図1に示すような、面心立方格子で構成されている。 FIG. 1 shows the crystal lattice of CaF 2 . In the present embodiment, the CaF 2 crystal is cut along the (111) plane in accordance with the crystal orientation. The CaF 2 crystal is composed of a face-centered cubic lattice as shown in FIG.

図2に示すように、CaF2 結晶の軸[001]、[100]に対する光の進行方向Lの角度θとφを定義すると、図2のφ=45°、θ=54.74°の方向が[111]軸
方向となる。(111)面の表面は他の結晶軸表面よりも、一番硬いため、表面粗さが小さく、潜傷が少ない研磨が可能となる。
As shown in FIG. 2, when the angles θ and φ of the light traveling direction L with respect to the axes [001] and [100] of the CaF 2 crystal are defined, the directions of φ = 45 ° and θ = 54.74 ° in FIG. Is the [111] axial direction. Since the surface of the (111) plane is the hardest than the surface of the other crystal axis, it is possible to perform polishing with a small surface roughness and few latent scratches.

図3は、本実施形態によるCaF2 (フッ化カルシウム)を用いたウィンドウ1を示す。図3(a)は、ウィンドウ1の上面図、図3(b)は、ウィンドウ1の断面図である。 FIG. 3 shows a window 1 using CaF 2 (calcium fluoride) according to the present embodiment. FIG. 3A is a top view of the window 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the window 1.

図3(a)はCaF2結晶を[111]軸の真上から見た図であり、CaF2結晶の各面方位軸を放射状に示している。CaF2結晶は、図1に示したような面心立方格子である
ため、結晶方位の軸は[111]軸を対称軸とすると3回対称となる。したがって、CaF2結晶ウィンドウの[111]軸の真上から見て、[001]軸を基準軸とし、時計回
りの角度を正とし、反時計回りの角度を負とすると、[001]軸と[011]軸とのなす角度60度、[001]軸と[010]軸となす角度は120度、[001]軸と[110]軸とのなす角度は180度、[001]軸と[101]軸とのなす角度は−60度、[001]軸と[100]軸とのなす角度は−120度となる。
FIG. 3A is a view of the CaF 2 crystal as viewed from directly above the [111] axis, and shows each plane orientation axis of the CaF 2 crystal radially. Since the CaF 2 crystal has a face-centered cubic lattice as shown in FIG. 1, the axis of crystal orientation is three-fold symmetric when the [111] axis is the axis of symmetry. Therefore, when viewed from directly above the [111] axis of the CaF 2 crystal window, when the [001] axis is the reference axis, the clockwise angle is positive, and the counterclockwise angle is negative, the [001] axis is The angle formed by the [011] axis is 60 degrees, the angle formed by the [001] axis and the [010] axis is 120 degrees, the angle formed by the [001] axis and the [110] axis is 180 degrees, and the [001] axis and the [001] axis The angle formed with the [101] axis is −60 degrees, and the angle formed between the [001] axis and the [100] axis is −120 degrees.

ここで、[111]軸を中心として、[001]軸を、角度γだけ時計回りに回転した方位軸を第1の方位軸としての回転指定方位軸、角度γを回転指定方位角度と定義する。ただし、CaF2結晶は前述しているように、面心立方格子であるため、[001]軸の
代わりに基準軸を[011]軸又は[101]軸にとってもよい。その場合の回転指定方位軸をそれぞれ第2の方位軸又は第3の方位軸とする。
Here, with the [111] axis as the center, the [001] axis is defined as the rotation designated azimuth axis with the azimuth axis rotated clockwise by the angle γ as the first azimuth axis, and the angle γ is defined as the rotation designated azimuth angle. . However, since the CaF 2 crystal has a face-centered cubic lattice as described above, the reference axis may be the [011] axis or the [101] axis instead of the [001] axis. In this case, the rotation designated azimuth axes are set as a second azimuth axis or a third azimuth axis, respectively.

図3(b)は、CaF2結晶を回転指定方位軸と[111]軸とを含む断面で見た図で
ある。
FIG. 3B is a view of the CaF 2 crystal seen in a cross section including the rotation designated azimuth axis and the [111] axis.

CaF2 結晶からなるウィンドウ1は、(111)面に対して、平行な面の表面2及び2‘で研磨されている。例えば、本実施形態では、回転指定方位軸と[111]軸を含む面内で、略ブリュースタ角度56.34°の入射角度αでCaF2 結晶基板に対してP偏光でレーザビームがウィンドウの中央に入射する。すると、表面2において、光がスネルの法則にしたがって、33.65°の屈折角度βで屈折する。この時、CaF2 内部の屈折光軸がCaF2 結晶の[111]軸と回転指定方位軸を含む面内で、且つ、[111]軸と回転指定方位軸のなす角度の間(0°<β<54.74°)を透過するように、CaF2 結晶を配置する。そして、CaF2 結晶内を透過して、面2’で再び、面2と同様にスネルの法則にしたがって、レーザ光は屈折して、レーザ光の偏光面は、回転指定方位軸と[111]軸を含む面に対して平行となってウィンドウに対してP偏光の直線偏光で出射し、再びガス中に光が伝播する。 The window 1 made of CaF 2 crystal is polished by the surfaces 2 and 2 ′ that are parallel to the (111) plane. For example, in the present embodiment, the laser beam is P-polarized with respect to the CaF 2 crystal substrate at an incident angle α of approximately Brewster angle 56.34 ° within the plane including the rotation designated azimuth axis and the [111] axis. Incident in the center. Then, on the surface 2, the light is refracted at a refraction angle β of 33.65 ° according to Snell's law. At this time, in the plane CaF 2 internal refraction optical axis comprises a [111] axis and the rotation specified azimuthal axis of CaF 2 crystal, and [111] between the angle of the axis and the rotation specified azimuthal axis (0 ° < The CaF 2 crystal is arranged so as to transmit β <54.74 °. Then, the light passes through the CaF 2 crystal, and the laser light is refracted according to Snell's law again at the surface 2 ′ in the same manner as the surface 2. Parallel to the plane including the axis, the window exits with P-polarized linearly polarized light, and light propagates again into the gas.

ここで、回転指定方位角度γは−10°から−50°または+10°から+50°の範囲とすることにより、レーザの運転ショット数による経時的な出力レーザ光の偏光純度の悪化を抑制防止することができる。ただし、入射レーザ光の入射角度は、後述するが、ウィンドウの表面反射を抑制するために、斜入射(0よりも大きい角度)で入射する。   Here, the rotation designated azimuth angle γ is in the range of −10 ° to −50 ° or + 10 ° to + 50 °, thereby suppressing the deterioration of the polarization purity of the output laser light with time due to the number of laser operation shots. be able to. However, as will be described later, the incident angle of the incident laser beam is incident at an oblique incidence (an angle greater than 0) in order to suppress the surface reflection of the window.

なお、回転指定方位角度γは−30°から−40°または+30°から+40°の範囲とするとさらに好ましい。また、回転指定方位角度γを−34°から−36°または+34°から+36°の範囲とするとより好ましい。   The rotation designated azimuth angle γ is more preferably in the range of −30 ° to −40 ° or + 30 ° to + 40 °. Further, it is more preferable that the designated rotation azimuth angle γ is in the range of −34 ° to −36 ° or + 34 ° to + 36 °.

次に、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、結晶の内部吸収は非常に小さく、略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。   Next, the relationship between the Brewster angle and the polarization will be described. In general, the chamber window used in the gas laser resonator is often arranged at a Brewster angle with respect to the optical axis. This is because, by setting the Brewster angle, Fresnel reflection of the P-polarized component of the light incident on the window becomes zero on the window surface, and the internal absorption of the crystal is very small and almost 100% is transmitted. This is because there is no loss of laser light and the output energy does not decrease.

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。
Since the laser light is output after reciprocating several to dozens of times in the resonator, the S-polarized component is attenuated by Fresnel reflection while passing through the Brewster window, which is a so-called polarizing element, several times. The P-polarized light component is transmitted without being attenuated, and is amplified by passing through the laser medium. As a result, the laser beam is output as linearly polarized light in the P-polarized direction.

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。拡大プリズムはビームの拡大率を大きくするために、プリズムの入射角度を大きくして、複数個使用することにより、トータルの拡大率を大きくしている。この理由は、レーザのスペクトル線幅と拡大率はおおむね反比例の関係にあるからである。この拡大プリズムの斜面には、高い(ブリュースタ角よりも大きい)入射角度でも反射損失が小さくなるようにP偏光に対して反射防止膜がコートされている。この反射防止膜はS偏光に対しては反射率が高い膜であるために、結果としてレーザ発振することによりP偏光成分が生き残り出力レーザ光の偏光純度は非常に高くなる。そして、レーザチャンバのウィンドウはこのプリズムにより選択されたP偏光成分の反射損失が小さくなるように、傾けて設置される。ブリュースタ角で設置した場合は、前述のようにウィンドウでのP偏光の反射損失が0%となるので、十分なレーザ出力が得られる。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。 In a narrow-band laser, in order to narrow the spectral line width, the beam is expanded by a prism and is incident on a grating which is a wavelength dispersion element. In order to increase the expansion ratio of the beam, the enlargement prism increases the incident angle of the prism and uses a plurality of expansion prisms to increase the total expansion ratio. This is because the spectral line width of the laser and the magnification ratio are generally in an inversely proportional relationship. The slope of the magnifying prism is coated with an antireflection film for P-polarized light so that the reflection loss is reduced even at a high incident angle (greater than the Brewster angle). Since this antireflection film is a film having a high reflectivity with respect to S-polarized light, as a result, the P-polarized component survives by laser oscillation, and the polarization purity of the output laser light becomes very high. The window of the laser chamber is tilted so that the reflection loss of the P-polarized component selected by this prism is reduced. When the Brewster angle is set, the reflection loss of P-polarized light at the window becomes 0% as described above, so that a sufficient laser output can be obtained. In an ArF excimer laser (wavelength 193.368 nm), the refractive index n of calcium fluoride is 1.501958 at 20 ° C., so the Brewster angle is 56.336 °. In the F 2 laser (wavelength 157.63 nm), since the refractive index n of calcium fluoride is 1.559261 at 20 ° C., the Brewster angle is 57.3 °.

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偏光で入射した光は結晶内部を透過することにより、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、悪化を抑制するためには、高強度紫外線レーザ光にする結晶内部の劣化を抑制するようなレーザ光軸と結晶軸との関係になるように配置することが必要となる。   Next, a change in polarization due to birefringence will be described. In general, light propagating in a crystal is a linear combination of two linearly polarized waves orthogonal to each other, and the polarization state and the polarization direction are determined by the magnitude of the phase velocity and amplitude of each wave. When birefringence occurs in the crystal, the phase velocity of the light beam propagating in the crystal shifts depending on the polarization direction. As a result, the light beam that was linearly polarized light passes through the birefringent material, so that the phase of two waves that are orthogonal to each other shifts and is no longer linearly polarized light (substantially becomes elliptically polarized light). For this reason, when birefringence occurs in the crystal, the light incident as P-polarized light is transmitted through the inside of the crystal, thereby deteriorating the purity of P-polarized light and reducing the light intensity of the P-polarized component. In order to increase the polarization purity and suppress the deterioration, it is necessary to arrange so that the relationship between the laser optical axis and the crystal axis is such that the deterioration of the inside of the crystal to be a high-intensity ultraviolet laser beam is suppressed.

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、レーザ光軸と結晶方位によって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。 Here, the distribution of the magnitude of birefringence depending on the crystal orientation of CaF 2 will be described. In birefringence in crystals, intrinsic birefringence (intrinsic birefringence), which originally exists in ideal crystals without disturbance, and stress birefringence (stress birefringence) caused by external mechanical and thermal forces. There are two. Recently, it has been found that intrinsic birefringence occurs even with calcium fluoride which is an equiaxed crystal. Intrinsic birefringence becomes more influential as the wavelength of light approaches the atomic spacing that makes up the crystal. Therefore, when it is used in the short wavelength region of ArF excimer laser or F 2 laser, the influence of intrinsic birefringence becomes large and cannot be ignored. Both intrinsic birefringence and stress birefringence have a difference in birefringence depending on the laser optical axis and crystal orientation, and are calculated.

図4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Lの角度θとφを図2のように定義すると、真性複屈折は図4(a)、(b)のようになる。図4(a)の実線は、φを45°に保ったまま進行方向L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4(a)の点線は、φを0°に保ったまま進行方向L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4(b)の実線は、θを90°に保ったまま進行方向L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4(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。 FIG. 4 shows the distribution of the magnitude of intrinsic birefringence of CaF 2 depending on the crystal orientation. If the angles θ and φ of the light traveling direction L with respect to the axes [001] and [100] of the CaF 2 crystal are defined as shown in FIG. 2, the intrinsic birefringence becomes as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). The solid line in FIG. 4A shows the case where the angle θ with respect to the axis [001] in the traveling direction L is changed between 0 ° and 90 ° while φ is kept at 45 °. The dotted line is the case where the angle θ with respect to the axis [001] in the traveling direction L is changed between 0 ° and 90 ° while keeping φ at 0 °, and the solid line in FIG. This is a case where the angle φ with respect to the axis [100] in the traveling direction L is changed between 0 ° and 90 ° while maintaining 90 °. As is clear from FIGS. 4A and 4B, the intrinsic birefringence becomes zero in the directions of crystal orientations [111], [100], [010], and [001], and conversely, [110] , [011], and [101] in the direction of the crystal orientation are maximum.

図5は、レーザ発振ショット数と出力レーザ光の偏光純度の関係を示したグラフである。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of laser oscillation shots and the polarization purity of the output laser beam.

具体的には、このグラフは、(111)面と平行な面を表面としたCaF2結晶を製作し、真性複屈折が最小となるような回転方位角度γ=−6°([001]軸近傍)、真性複屈折が最大となる回転方位角度γ=−60°([101]軸近傍)、及び、[001]軸と[101]軸の中間付近の回転方位角度γ=−34°と−35°、に配置したブリュースタウィンドウを、後述する2ステージレーザシステムの増幅段のレーザチャンバに搭載して、ArFレーザ出力40W、繰返し周波数4000Hzで耐久運転を実施したときのレーザ発振ショット数と出力レーザ光の偏光純度の関係を示したものである。   Specifically, this graph shows a rotation direction angle γ = −6 ° (near the [001] axis in which a CaF 2 crystal having a surface parallel to the (111) plane as a surface and the intrinsic birefringence is minimized. ), The rotational azimuth angle γ = −60 ° (near the [101] axis) at which the intrinsic birefringence is maximized, and the rotational azimuth angle γ = −34 ° near the middle of the [001] axis and the [101] axis. The Brewster window arranged at 35 ° is mounted in the laser chamber of the amplification stage of the two-stage laser system described later, and the number of laser oscillation shots and the output when the endurance operation is performed at an ArF laser output of 40 W and a repetition frequency of 4000 Hz. The relationship of the polarization purity of a laser beam is shown.

回転方位角度γ=−6°の(略[001]の方向から入射)場合は、出力レーザ光の初期の偏光純度は99.7%であり、約10billion ショットで偏光純度が97%となった。   When the rotation azimuth angle γ = −6 ° (incident from the direction of about [001]), the initial polarization purity of the output laser beam was 99.7%, and the polarization purity became 97% after about 10 billion shots. .

また、回転指定方位角度γ=−34°と−36°の場合は、出力レーザ光の偏光純度の初期は約99.5%であり、レーザの発振ショット数が30billionショットで偏光純度
が約97.5%であった。
Further, when the rotation designated azimuth angle γ = −34 ° and −36 °, the initial polarization purity of the output laser light is about 99.5%, the number of oscillation shots of the laser is 30 billion shots, and the polarization purity is about 97. .5%.

さらに、回転指定方位角度γ=−60°の(略[101]の方向から入射)場合は、出力レーザ光の偏光純度は約96%であった。   Further, when the rotation designated azimuth angle γ = −60 ° (incident from the direction of about [101]), the polarization purity of the output laser light was about 96%.

このように、[111]軸を中心として[001]軸を回転させた回転指定方位軸とレーザ光軸を合わせることにより、偏光純度を高めることができる。   Thus, the polarization purity can be increased by aligning the rotation designated azimuth axis obtained by rotating the [001] axis with the [111] axis as the center and the laser optical axis.

さらに、回転指定方位角度を上記両軸(たとえば、[001]軸と[010]軸、[001]軸と[011]軸、[010]軸と[011]軸、[010]軸と[110]軸、または[100]軸と[010]軸、[100]軸と[101]軸)の中間領域γ=−10°から−50°または+10°から+50°、好ましくはγ=−30°から−40°または+30°から+40°、さらに好ましくはγ=−34°から−36°または+34°から+36°でレーザ光軸を合わせることにより、偏光純度の経時劣化を抑制できることを耐久試験により示した。   Further, the rotation designated azimuth angle is set to the both axes (for example, [001] axis and [010] axis, [001] axis and [011] axis, [010] axis and [011] axis, [010] axis and [110] axis. ], Or intermediate region of [100] axis and [010] axis, [100] axis and [101] axis) γ = −10 ° to −50 ° or + 10 ° to + 50 °, preferably γ = −30 ° From the durability test, it is possible to suppress deterioration of polarization purity over time by adjusting the laser optical axis at -40 ° or + 30 ° to + 40 °, more preferably γ = −34 ° to −36 ° or + 34 ° to + 36 °. Indicated.

次に、CaF2 結晶表面に入射する角度とP偏光の反射率の関係について説明する。図6は、CaF2 結晶表面に入射する角度とP偏光の反射率の関係を示す。 Next, the relationship between the angle of incidence on the CaF 2 crystal surface and the reflectance of P-polarized light will be described. FIG. 6 shows the relationship between the angle of incidence on the CaF 2 crystal surface and the reflectance of P-polarized light.

空気中から屈折率nの透明媒質に入射角φで光が入射するときのP偏光の反射率Rp
S偏光の反射率Rsは式(1)のフレネル式で求められる。
The P-polarized light reflectivity R p and the S-polarized light reflectivity R s when light enters the transparent medium having a refractive index n from the air at an incident angle φ can be obtained by the Fresnel equation (1).

Figure 2009152538
ここで、sinφ = n・sinχ(Snell's law:スネルの法則)である。
Figure 2009152538
Here, sinφ = n · sinχ (Snell's law).

図7に示すように、例えば、193nmの波長でCaF2 結晶の屈折率を1.501958とす
ると、P偏光成分の光のフレネル反射率は、入射角度0度(垂直入射)では、4.02%であり、P偏光のフレネル反射が3%となる入射角度は、24.90度となる。その後、入射角度がブリュースタ角(56.34度)までは、フレネル反射率は単調に減少する。そして、このブリュースタ角度では、P偏光の反射率は0%となる。続いて、入射角度がブリュースタ角度よりも大きくなるとフレネル反射は単調に増加する。P偏光のフレネル反射が3%となる入射角度は68.73度である。
As shown in FIG. 7, for example, assuming that the refractive index of the CaF 2 crystal is 1.501958 at a wavelength of 193 nm, the Fresnel reflectivity of the P-polarized component light is 4.02% at an incident angle of 0 degree (normal incidence). The incident angle at which the P-polarized Fresnel reflection is 3% is 24.90 degrees. Thereafter, the Fresnel reflectivity decreases monotonously until the incident angle reaches the Brewster angle (56.34 degrees). At this Brewster angle, the reflectance of P-polarized light is 0%. Subsequently, when the incident angle becomes larger than the Brewster angle, the Fresnel reflection increases monotonously. The incident angle at which the P-polarized Fresnel reflection is 3% is 68.73 degrees.

例えば、レーザチャンバにウィンドウの両面でフレネル反射するCaF2結晶のウィンドウを装着する場合、もっともレーザ共振器のロスが小さくなるのが、P偏光の反射率が0となるブリュースタ角度(56.34°)で設置した場合である。   For example, when a CaF2 crystal window that reflects Fresnel on both sides of the window is mounted in the laser chamber, the Brewster angle (56.34 °) at which the reflectance of the P-polarized light becomes zero is the smallest loss of the laser resonator. ).

このレーザの出力が維持できる共振器ロスの許容範囲のP偏光のレーザウィンドウの1面当たりのフレネル反射を3%と仮定するとCaF2 ウィンドウへの入射角度は24.9°から68.73°の間が好ましいこととなる。 Assuming that the Fresnel reflection per plane of the P-polarized laser window within the allowable range of the resonator loss that can maintain the output of this laser is 3%, the incident angle to the CaF 2 window is 24.9 ° to 68.73 °. The interval is preferable.

図6は、CaF2 ウィンドウへの入射角度を24.9°及び68.73°とした時の光軸とCaF2 結晶の軸の関係を示す。CaF2 結晶1は(111)面に対して、平行な面の表面2及び2‘で研磨されている。(111)面の表面は他の結晶軸表面よりも、一番硬いため、表面粗さが小さく、潜傷が少ない研磨が可能となる。 FIG. 6 shows the relationship between the optical axis and the axis of the CaF 2 crystal when the incident angles to the CaF 2 window are 24.9 ° and 68.73 °. The CaF 2 crystal 1 is polished by the surfaces 2 and 2 ′ that are parallel to the (111) plane. Since the surface of the (111) plane is the hardest than the surface of the other crystal axis, it is possible to perform polishing with a small surface roughness and few latent scratches.

図7(a)は入射角度を24.90°とした場合を示す。CaF2 結晶の光学素子に24.90°の入射角度αでP偏光のレーザビームが入射すると、表面2において光がスネルの法則にしたがって、屈折角度β=16.28°でCaF2 結晶内部で屈折する。この時、このCaF2 内部の屈折光軸は、CaF2 結晶の[111]軸と指定回転方位軸を含む面内で透過するように、CaF2 結晶が配置されている。そして、レーザ光は、CaF2 結晶内を透過して、面2’で再び、面2と同様にスネルの法則にしたがって、屈折して、再びガス中に伝播する。 FIG. 7A shows a case where the incident angle is 24.90 °. When a P-polarized laser beam is incident on the optical element of the CaF 2 crystal at an incident angle α of 24.90 °, the light on the surface 2 follows the Snell's law at a refraction angle β = 16.28 ° inside the CaF 2 crystal. Refract. At this time, the CaF 2 crystal is arranged so that the refractive optical axis inside the CaF 2 is transmitted in a plane including the [111] axis of the CaF 2 crystal and the designated rotational azimuth axis. Then, the laser beam passes through the CaF 2 crystal, is refracted again on the surface 2 ′ in accordance with Snell's law similarly to the surface 2, and propagates again into the gas.

図7(b)は入射角度を68.73°とした場合を示す。CaF2 結晶の光学素子に68.73°の入射角度αでP偏光のレーザビームが入射すると、表面2において光がスネルの法則にしたがって、屈折角度β=38.24°でCaF2 結晶内部で屈折する。この時、このCaF2 内部の屈折光軸は、CaF2 結晶の[111]軸と指定回転方位軸を含む面内で透過するように、CaF2 結晶が配置されている。そして、レーザ光は、CaF2 結晶内を透過して、面2’で再び、面2と同様にスネルの法則にしたがって、屈折して、再びガス中に伝播する。 FIG. 7B shows a case where the incident angle is 68.73 °. When a P-polarized laser beam is incident on the optical element of the CaF 2 crystal at an incident angle α of 68.73 °, the light on the surface 2 follows the Snell's law and the refraction angle β = 38.24 ° inside the CaF 2 crystal. Refract. At this time, the CaF 2 crystal is arranged so that the refractive optical axis inside the CaF 2 is transmitted in a plane including the [111] axis of the CaF 2 crystal and the designated rotational azimuth axis. Then, the laser beam passes through the CaF 2 crystal, is refracted again on the surface 2 ′ in accordance with Snell's law similarly to the surface 2, and propagates again into the gas.

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[001]または[100]または[010]軸方向の側面に第1の印を付けておき、その印に対して回転させて回転指定方位軸にさらに第2の印をつけて、この第2の印に従って取り付けるようにすると効率が良い。
Before the window 1 is attached, X-ray diffraction analysis may be performed and the crystal orientation may be measured in advance. First mark the side of the window 1 in the [001], [100] or [010] axial direction, rotate it relative to that mark, and add a second mark to the rotation designated azimuth axis, If it is attached according to the second mark, it is efficient.

以上のように、CaF2 結晶の(111)面をウィンドウの表面とし、P偏光のフレネル反射が小さくなるようにCaF2 結晶の入射角度24.90°から68.73°の角度範囲でCaF2 結晶に入射させ、[111]軸でCaF2 結晶を回転させることにより、偏光純度の高いレーザの出力光を得ることができる。また、回転指定方位角度を限定してCaF2 結晶を設置することにより、高強度紫外線レーザ光による結晶内部の劣化を抑制することができる。その結果、出力レーザ光の偏光純度の経時劣化を抑制できる。 As described above, the CaF 2 crystal (111) face was a surface of the window, CaF 2 in an angular range of 68.73 ° from the incident angle 24.90 ° of the CaF 2 crystal as Fresnel reflection of the P-polarized decreases By making the light incident on the crystal and rotating the CaF 2 crystal about the [111] axis, laser output light with high polarization purity can be obtained. Further, by setting the CaF 2 crystal while limiting the rotation designated azimuth angle, deterioration inside the crystal due to the high-intensity ultraviolet laser beam can be suppressed. As a result, deterioration of the polarization purity of the output laser light with time can be suppressed.

以上、本実施形態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。
The case where the optical element for an ultraviolet gas laser according to the present embodiment is used as a window has been described above, but this can also be used at other parts of the laser apparatus. In order to explain the example, FIG. 8 shows a schematic configuration mainly of the optical system of the two-stage laser system and an arrangement example of the optical element for the ultraviolet gas laser according to the present invention therein.

2ステージレーザシステムは、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。
The two-stage laser system includes an oscillating laser 10 and an amplifying laser 20 that amplifies the laser beam (seed light) oscillated from the oscillating laser 10, and has a high bandwidth of 40 W or more particularly in a narrow band. This is expected for an ArF excimer laser device or F 2 laser device for exposure that requires output.

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。   The oscillation laser 10 includes a laser chamber 11 in which a laser gas is sealed, a narrow-band module 14 constituting a resonator, and a partial reflection mirror 15 as an output mirror, and further includes a laser gas excitation system (not shown) A control system, a cooling system, a gas exchange system, and the like are included.

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。   As described above, two windows 12 and 13 are attached to the laser chamber 11 on the optical axis. The band narrowing module 14 includes one or a plurality of beam expanding prisms 16 (two in the drawing) constituting the beam expanding optical system and a grating 17 (or etalon) as a band narrowing element.

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。   The amplification laser 20 also includes a laser chamber 21 in which a laser gas is sealed, and partial reflection mirrors 24 and 25 that constitute a resonator, and further includes a laser gas excitation system and a control system (not shown), and a cooling system. Gas exchange systems and the like.

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。レーザウィンドウは発振段及び増幅段レーザの共振器内に配置されているので、レーザ光が多数往復する。   Two windows 22 and 23 are attached to the laser chamber 21 on the optical axis. In FIG. 8, the laser light oscillated from the oscillation laser 10 is reflected by the mirrors 18 and 19 and is incident on the amplification laser 20. Since the laser window is disposed in the resonator of the oscillation stage and amplification stage laser, a large number of laser beams reciprocate.

したがって、CaF2 結晶の表面を(111)面で研磨し、かつ、[111]軸でCaF2 結晶を回転させることにより、偏光純度の高いレーザの出力光を得ることができる。回転指定方位角度を限定してCaF2 結晶を設置することにより、高強度紫外線レーザ光による結晶内部の劣化を抑制することができる。その結果、出力レーザ光の偏光純度の経時劣化を抑制できる。 Therefore, by polishing the surface of the CaF 2 crystal with the (111) plane and rotating the CaF 2 crystal about the [111] axis, it is possible to obtain laser output light with high polarization purity. By disposing the CaF 2 crystal while limiting the rotation designated azimuth angle, deterioration inside the crystal due to high-intensity ultraviolet laser light can be suppressed. As a result, deterioration of the polarization purity of the output laser light with time can be suppressed.

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。   As described above, the windows 12, 13, 22, and 23 attached to the laser chambers 11 and 21 are preferably formed of the optical element for ultraviolet gas laser according to the present invention.

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。 The partial reflection mirror 15 constituting the resonator of the oscillation laser 10 and the partial reflection mirrors 24 and 25 of the amplification laser 20 are cut along the (111) plane to minimize birefringence, and CaF 2 It is desirable that the optical axis of the laser light transmitted through the crystal be perpendicular to the (111) plane.

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。   The same effect can be obtained by applying the present invention to an MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) system from which the partial reflection mirrors 24 and 25 of the amplification laser 20 are removed.

また、このレーザシステムのビームをサンプルするための、ビームスプリッタに適用できる。このビームスプリッタの表面には、片面ARコート、片面部分反射コートが施されたり、フレネル反射を利用して、サンプルする場合は、ノーコートのCaF2 結晶基板を使用する。 Further, the present invention can be applied to a beam splitter for sampling the beam of this laser system. When the surface of the beam splitter is coated with a single-sided AR coating or a single-sided partial reflection coating, or is sampled using Fresnel reflection, an uncoated CaF 2 crystal substrate is used.

この例では、発振段レーザパワーモニタ30のビームサンプル用の第1ビームスプリッタ31と、増幅後のレーザのエネルギ及びスペクトルを計測するためのモニターモジュール40のビームサンプル用の第2ビームスプリッタ41に適用している。   In this example, the first beam splitter 31 for the beam sample of the oscillation stage laser power monitor 30 and the second beam splitter 41 for the beam sample of the monitor module 40 for measuring the energy and spectrum of the laser after amplification are applied. is doing.

さらに、光学パルスストレッチャ50に使用される第3ビームスプリッタ51に本発明を適用できる。片面ARコート、片面部分反射コート(約R=60%)を施こされている。   Furthermore, the present invention can be applied to the third beam splitter 51 used in the optical pulse stretcher 50. A single-sided AR coating and a single-sided partial reflection coating (about R = 60%) are applied.

これらビームスプリッタの場合は、通常入射角度α=45°入射なので、CaF2結晶内での屈折角度β=28.09°となる。   In the case of these beam splitters, since the incident angle α is normally 45 °, the refraction angle β in the CaF 2 crystal is 28.09 °.

図9は、2枚のウェッジ基板の組み合わせによるビーム拡大光学系91、91'を増幅
段レーザの共振器内に配置した例を示す。図9(a)は、出力側のみにビーム拡大光学系91'を配置した例、図9(b)は、リア側及び出力側にビーム拡大光学系91、91'を配置した例である。
FIG. 9 shows an example in which the beam expansion optical systems 91 and 91 ′ by combining two wedge substrates are arranged in the resonator of the amplification stage laser. FIG. 9A shows an example in which the beam expanding optical system 91 ′ is arranged only on the output side, and FIG. 9B shows an example in which the beam expanding optical systems 91 and 91 ′ are arranged on the rear side and the output side.

増幅段レーザの共振器中に、ビーム拡大光学系91、91'を配置する場合は、何回も
レーザ発振により光が往復するので、ビーム拡大光学系91、91'のCaF2 結晶の表
面を(111)面で研磨し、かつ、[111]軸でCaF2 結晶を回転させることにより、偏光純度の高いレーザの出力光を得ることができる。回転指定方位角度を限定してCaF2 結晶を設置することにより、高強度紫外線レーザ光による結晶内部の劣化を抑制することができる。その結果、出力レーザ光の偏光純度の経時劣化を抑制できる。
When the beam expansion optical systems 91 and 91 ′ are arranged in the resonator of the amplification stage laser, the light reciprocates many times by laser oscillation, so that the surface of the CaF 2 crystal of the beam expansion optical systems 91 and 91 ′ By polishing the (111) plane and rotating the CaF 2 crystal about the [111] axis, it is possible to obtain laser output light with high polarization purity. By disposing the CaF 2 crystal while limiting the rotation designated azimuth angle, deterioration inside the crystal due to high-intensity ultraviolet laser light can be suppressed. As a result, deterioration of the polarization purity of the output laser light with time can be suppressed.

図10は、各ビーム拡大光学系91、91'中に2枚のウェッジ基板92、93を使用
して構成した場合の配置例である。2枚目のウェッジ基板93は1枚目のウェッジ基板92に対して上下反転させて「ハ」の字型に配置して、ビーム入射角が同一になるように配置している。このように配置することによって、ビーム拡大光学系91、91'出射後の
レーザ光軸をビーム拡大光学系91、91'入射前のレーザ光軸と平行にする(偏角β=0
°)ことができる。この原理を、図10を用いて説明する。図10は、2枚のウェッジ
基板92、93にレーザ光が入射した場合のレーザ光路を示している。2枚目のウェッジ基板93上のビーム光路の角度は、図示するように、θ5 、θ6 、θ7 、θ8 とし、1個目のウェッジ基板92からの出射光のビーム偏角をβ1 、2個目のウェッジ基板93からの出射光のビーム偏角をβ2 とすると、
β1 =θ1 −θ2 +θ3 −θ4 ・・・(11)
β2 =θ1 −θ5 +θ6 −θ7 +θ8 ・・・(12)
となる。いま、2個目のウェッジ基板93は1個目のウェッジ基板92と形状が同じで、上下反転させて入射角を同じ(θ5 =θ1 )という条件にすると、
θ5 =θ1 ・・・(13)
θ6 =θ2 ・・・(14)
θ7 =θ3 ・・・(15)
θ8 =θ4 ・・・(16)
α1 =α2 ・・・(17)
が成り立つ。これらの(13)〜(17)式を(12)式に代入してやると、
β2 =0 ・・・(18)
となる。
FIG. 10 shows an arrangement example in the case where two beam substrates 92 and 93 are used in each beam expanding optical system 91 and 91 ′. The second wedge substrate 93 is vertically inverted with respect to the first wedge substrate 92 and arranged in a “C” shape so that the beam incident angles are the same. By arranging in this way, the laser optical axis after emission of the beam expansion optical systems 91 and 91 ′ is made parallel to the laser optical axis before incidence of the beam expansion optical systems 91 and 91 ′ (deflection angle β = 0).
°) can. This principle will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a laser beam path when the laser beam is incident on the two wedge substrates 92 and 93. The angle of the beam optical path on the second wedge substrate 93 is .theta.5, .theta.6, .theta.7, .theta.8, as shown, and the beam deflection angle of the emitted light from the first wedge substrate 92 is .beta.1. If the beam deflection angle of the light emitted from the wedge substrate 93 is β2,
β1 = θ1 −θ2 + θ3 −θ4 (11)
β2 = θ1−θ5 + θ6−θ7 + θ8 (12)
It becomes. Now, if the second wedge substrate 93 has the same shape as the first wedge substrate 92 and is turned upside down to have the same incident angle (θ5 = θ1),
θ5 = θ1 (13)
θ6 = θ2 (14)
θ7 = θ3 (15)
θ8 = θ4 (16)
α1 = α2 (17)
Holds. Substituting these equations (13) to (17) into equation (12),
β2 = 0 (18)
It becomes.

つまり、上述の条件にすれば、偏角を0にして、出射されるレーザ光の光軸をチャンバ3内のレーザ光軸と平行にすることができる。このような2枚のウェッジ基板の組み合わせによるビームエキスパンダは、波長変化によるレーザビームの出射角度の依存性が小さ
く、増幅段レーザの共振器内や増幅後のビームを広げるためのビームエキスパンダとして使用される。
That is, under the above conditions, the deflection angle can be set to 0, and the optical axis of the emitted laser light can be made parallel to the laser optical axis in the chamber 3. Such a beam expander using a combination of two wedge substrates is less dependent on the emission angle of the laser beam due to wavelength change, and is used as a beam expander for expanding the amplification stage laser resonator and the amplified beam. used.

このウェッジ基板92、93の入射角は、そのP偏光反射率が0になるブリュースタ角(ArFレーザ波長193.368nmの場合は、56.34°よりも大きくなることが多い。この場合は、その入射角においてP偏光反射率が無視できる程度にする反射防止膜を表面に付けることが必要である。   The incidence angles of the wedge substrates 92 and 93 are larger than 56.34 ° in the case of the Brewster angle at which the P-polarized reflectance is 0 (in the case of ArF laser wavelength 193.368 nm. In this case, It is necessary to attach an antireflection film on the surface so that the P-polarized reflectance can be ignored at the incident angle.

例えば、ビーム拡大率2.0倍のビーム拡大光学系を設計した場合、入射角68.7°、ウェッジ角4.4°となる。また、ウェッジ基板裏面の入射角は60.0°となる。60.0°の入射角のフレネル反射のP偏光反射率は0.2%なので、この面は反射防止膜を付ける必要はないが、第1面は68.7°であるので、反射防止膜を付ける必要がある。   For example, when a beam expansion optical system with a beam expansion ratio of 2.0 times is designed, the incident angle is 68.7 ° and the wedge angle is 4.4 °. Further, the incident angle on the back surface of the wedge substrate is 60.0 °. Since the P-polarized reflectance of Fresnel reflection at an incident angle of 60.0 ° is 0.2%, it is not necessary to attach an antireflection film to this surface, but since the first surface is 68.7 °, the antireflection film It is necessary to attach.

図10(a)では、このウェッジ基板の入射側の面の方位を(111)面と平行に製作し、入射角度68.7°で入射したレーザ光は、スネルの法則により、CaF2 結晶内で38.34°で屈折し、出射側の面で屈折する。この光軸は、面方位[111]軸と指定回転方位軸を含む面内で、かつ、これらの結晶軸のなす角度の間になるようにウェッジ基板を設置している。そして、このウェッジ基板の出射面において屈折角度60.0度で出射する。 In FIG. 10A, the orientation of the surface on the incident side of the wedge substrate is made parallel to the (111) plane, and the laser light incident at an incident angle of 68.7 ° is reflected in the CaF 2 crystal according to Snell's law. Refracts at 38.34 ° and refracts on the exit side surface. The wedge substrate is placed so that the optical axis is within the plane including the plane orientation [111] axis and the designated rotational orientation axis, and between the angles formed by these crystal axes. Then, the light is emitted at a refraction angle of 60.0 degrees on the exit surface of the wedge substrate.

さらに、第2のウェッジ基板においても同様に、光軸と結晶軸との関係が同様になるように配置している。このように、CaF2 結晶の表面を(111)面で研磨し、かつ、[111]軸でCaF2 結晶を回転させることにより、偏光純度の高いレーザの出力光を得ることができる。回転指定方位角度を限定してCaF2 結晶を設置することにより、高強度紫外線レーザ光による結晶内部の劣化を抑制することができる。その結果、出力レーザ光の偏光純度の経時劣化を抑制できる。さらに、入射面を(111)面と平行となるように研磨しているので、表面荒さが小さく、潜傷の少ない表面が得られるため、反射防止膜のレーザ照射による損傷閾値が向上する。 Furthermore, the second wedge substrate is similarly arranged so that the relationship between the optical axis and the crystal axis is the same. Thus, by polishing the surface of the CaF 2 crystal with the (111) plane and rotating the CaF 2 crystal about the [111] axis, it is possible to obtain the output light of the laser with high polarization purity. By disposing the CaF 2 crystal while limiting the rotation designated azimuth angle, deterioration inside the crystal due to high-intensity ultraviolet laser light can be suppressed. As a result, deterioration of the polarization purity of the output laser light with time can be suppressed. Further, since the incident surface is polished so as to be parallel to the (111) plane, a surface with low surface roughness and less latent scratches can be obtained, so that the damage threshold due to laser irradiation of the antireflection film is improved.

図10(b)では、ウェッジ基板の出射側の面方位を(111)面と平行に製作し、CaF2 内部を通過する光軸が、面方位[111] 軸と指定回転方位軸を含む面において、
両軸のなす角の間になるようにウェッジ基板を設置している。
In FIG. 10B, the surface orientation on the exit side of the wedge substrate is manufactured in parallel with the (111) plane, and the optical axis passing through the inside of CaF 2 includes the plane orientation [111] axis and the specified rotation azimuth axis. In
The wedge substrate is installed so as to be between the angles formed by both axes.

ここで、入射側の面のエネルギ密度が高い場合は図10(b)に比べて図10(a)の配置の方が、エネルギ密度の高い面が(111)面となるため、膜のレーザ耐性が向上する。   Here, when the energy density of the incident-side surface is high, the arrangement of FIG. 10A becomes the (111) surface in the arrangement of FIG. 10A compared to FIG. Resistance is improved.

次に、他の実施例について説明する。   Next, another embodiment will be described.

図11は、CaF2 (フッ化カルシウム)を用いた回転前のウィンドウ1を示す断面図、図12は、回転後のウィンドウ1を示す上面図である。 FIG. 11 is a sectional view showing the window 1 before rotation using CaF 2 (calcium fluoride), and FIG. 12 is a top view showing the window 1 after rotation.

図11は、CaF2結晶を[001]軸、[110]軸及び[111]軸を含む断面で
見た図である。CaF2 結晶からなるウィンドウ1は、(111)面に対して、平行な面の第1表面3a及び第2表面3bで研磨されている。例えば、本実施形態では、[001]軸、[110]軸及び[111]軸を含む面内で、入射角度α=55.7°でCaF2 結晶基板に対してレーザビームがウィンドウ1の中央に入射する。すると、第1表面2において、光がスネルの法則にしたがって、屈折角度β=33.4°で屈折する。この時、CaF2 内部の屈折光軸LがCaF2 結晶の[001]軸、[110]軸及び[111]
軸を含む面内で、且つ、[111]軸と[001]軸のなす角度の間(0°<γ<54.7°)を透過するように、CaF2 結晶を配置する。そして、CaF2 結晶内を透過して、第2表面3bで再び、第1表面3aと同様にスネルの法則にしたがって、レーザ光は、[001]軸、[110]軸及び[111]軸を含む面内で、出射角α=55.7°でウィンドウ1から出射する。
FIG. 11 is a view of the CaF 2 crystal as seen in a cross section including the [001] axis, the [110] axis, and the [111] axis. The window 1 made of CaF 2 crystal is polished by the first surface 3a and the second surface 3b that are parallel to the (111) plane. For example, in the present embodiment, the laser beam is centered on the window 1 with respect to the CaF 2 crystal substrate at an incident angle α = 55.7 ° within a plane including the [001] axis, the [110] axis, and the [111] axis. Is incident on. Then, on the first surface 2, light is refracted at a refraction angle β = 33.4 ° according to Snell's law. In this case, [001] axis of the CaF 2 internal refraction optical axis L is CaF 2 crystal, [110] axis and the [111]
The CaF 2 crystal is arranged so as to transmit through the angle between the [111] axis and the [001] axis (0 ° <γ <54.7 °) within the plane including the axis. Then, after passing through the CaF 2 crystal and following the Snell's law again on the second surface 3b as in the first surface 3a, the laser beam has the [001] axis, the [110] axis and the [111] axis. The light exits from the window 1 at an exit angle α = 55.7 ° within the plane including the same.

本実施形態では、この状態からウィンドウ1を、[111]軸を中心軸として反時計方向に30°回転した位置に設置する。   In this embodiment, from this state, the window 1 is installed at a position rotated 30 ° counterclockwise about the [111] axis as the central axis.

図12はCaF2 結晶を[111]軸の真上から見た図であり、CaF2 結晶の各面方位軸を放射状に示している。CaF2 結晶は、図1に示したような面心立方格子であるため、結晶方位の軸は[111]軸を対称軸とすると3回対称となる。したがって、CaF2 結晶ウィンドウの[111]軸の真上から見て、[001]軸を基準軸とし、時計回りの角度を負とし、反時計回りの角度を正とすると、[001]軸と[011]軸とのなす角度−60度、[001]軸と[010]軸となす角度は−120度、[001]軸と[110]軸とのなす角度は180度、[001]軸と[101]軸とのなす角度は60度、[001]軸と[100]軸とのなす角度は120度となる。 FIG. 12 is a view of the CaF 2 crystal viewed from directly above the [111] axis, and shows the respective plane orientation axes of the CaF 2 crystal in a radial manner. Since the CaF 2 crystal has a face-centered cubic lattice as shown in FIG. 1, the axis of crystal orientation is three-fold symmetric when the [111] axis is the axis of symmetry. Therefore, when viewed from directly above the [111] axis of the CaF 2 crystal window, when the [001] axis is the reference axis, the clockwise angle is negative, and the counterclockwise angle is positive, the [001] axis is The angle formed by the [011] axis is -60 degrees, the angle formed by the [001] axis and the [010] axis is -120 degrees, the angle formed by the [001] axis and the [110] axis is 180 degrees, and the [001] axis. And the [101] axis is 60 degrees, and the angle between the [001] axis and the [100] axis is 120 degrees.

図12に示すように、ウィンドウ1は、結晶内に入射したレーザ光が[111]軸と[001]軸を含む面を通過する配置に対して、[111]軸を中心軸として反時計方向に30°回転した位置に設置される。   As shown in FIG. 12, the window 1 is counterclockwise about the [111] axis as a central axis with respect to the arrangement in which the laser light incident on the crystal passes through a plane including the [111] axis and the [001] axis. Installed at a position rotated 30 °.

次に、チャンバで使用する光入射角に計測用ウィンドウ102を設置して、[111]軸を中心軸として回転させ、光の伝播方向の結晶方位を変化させて、その偏光状態の変化を観測した結果を示す。   Next, the measurement window 102 is installed at the light incident angle used in the chamber, and the [111] axis is rotated as the central axis, the crystal orientation in the light propagation direction is changed, and the change in the polarization state is observed. The results are shown.

図13は、偏光状態観測実験系を示す図である。使用したレーザ光は直線偏光の狭帯域ArFレーザ101(4kHz,10mJ)を用い、チャンバウィンドウで使用する場合を模擬で
きるように、計測用ウィンドウ102は、入射角α=55.7°で設置し、入射するレーザの偏光方向も、実際の装置と合わせて、図13に示すように紙面と平行方向で入射させた。計測用ウィンドウ102を通過したレーザ光は、偏光度計測器103に入れて、その直線偏光純度を計測した。偏光度計測器103では、光路を折り返すことによって、反射するレーザ光の偏光度が変化しない様に、2枚の折り返しウィンドウ104a,104bを使用している。ローションプリズム105を通過し、センサー106で出力を計測する。そして、ローションプリズム105を回転させて出力を計測し、直線偏光純度を計測した。図14に示すように、計測用ウィンドウ102は、(111)面カットのものを使用し、[111]軸を回転中心として、10°間隔で回転させながら、0〜360°の範囲にわたって、その直線偏光純度の変化を計測した。
FIG. 13 is a diagram showing a polarization state observation experimental system. The laser beam used is a linearly polarized narrowband ArF laser 101 (4 kHz, 10 mJ), and the measurement window 102 is installed at an incident angle α = 55.7 ° so that it can be simulated in a chamber window. The polarization direction of the incident laser was also incident in a direction parallel to the paper surface as shown in FIG. 13 together with the actual apparatus. The laser beam that passed through the measurement window 102 was put into the polarization degree measuring instrument 103 and its linear polarization purity was measured. The polarization measuring instrument 103 uses two folding windows 104a and 104b so that the degree of polarization of the reflected laser beam does not change by folding the optical path. Passing through the lotion prism 105, the sensor 106 measures the output. Then, the lotion prism 105 was rotated to measure the output, and the linear polarization purity was measured. As shown in FIG. 14, the measurement window 102 uses a (111) plane cut, and rotates it at 10 ° intervals around the [111] axis as the rotation center, over the range of 0 to 360 °. Changes in linear polarization purity were measured.

図15は、回転角に対する偏光純度の計測結果を示すグラフである。θ=0は、光軸が[001]軸方向であることを示す。回転角度θの正方向は、計測用ウィンドウ102を反時計方向に回転させた場合である。   FIG. 15 is a graph showing the measurement result of the polarization purity with respect to the rotation angle. θ = 0 indicates that the optical axis is in the [001] axis direction. The positive direction of the rotation angle θ is when the measurement window 102 is rotated counterclockwise.

図15に示すグラフから、偏光純度が一番良い角度は、真性複屈折が最小となる[001]軸方向、[100]軸方向及び[010]軸方向ではなく、それぞれの位置から反時計方向にθ=30°回転させた位置であることがわかる。   From the graph shown in FIG. 15, the angle with the best polarization purity is not the [001] axial direction, [100] axial direction and [010] axial direction where the intrinsic birefringence is minimized, but counterclockwise from the respective positions. It can be seen that θ = 30 °.

図16及び図17は、本実施例によるCaF2 (フッ化カルシウム)のウィンドウを、図8に示した2ステージレーザシステム等のチャンバ21に用いた例を示す。図16は、チャンバ21を示す図、図17(a)は、第1ウィンドウ22をチャンバ内部の矢印Aか
ら見た図、図17(b)は、第2ウィンドウ23をチャンバ内部の矢印Bから見た図である。
16 and 17 show an example in which the window of CaF 2 (calcium fluoride) according to this embodiment is used in the chamber 21 of the two-stage laser system shown in FIG. 16 is a view showing the chamber 21, FIG. 17A is a view of the first window 22 as viewed from the arrow A inside the chamber, and FIG. 17B is a view showing the second window 23 from the arrow B inside the chamber. FIG.

チャンバ21には、前記のように、光軸L上に2つの第1ウィンドウ22及び第2ウィンドウ23が取り付けてある。図示しない発振用レーザから発振されたレーザ光は、チャンバ21に入射するように構成されている。レーザ光は、第1部分反射ミラー24及び第2部分反射ミラー25により第1及び第2ウィンドウ22,23を多数往復する。   As described above, the two first windows 22 and the second windows 23 are attached to the chamber 21 on the optical axis L. Laser light oscillated from an oscillation laser (not shown) is configured to enter the chamber 21. A large number of laser beams reciprocate in the first and second windows 22 and 23 by the first partial reflection mirror 24 and the second partial reflection mirror 25.

本実施例では、レーザ光軸Lに対して傾けて設置されるウィンドウとして、CaF2 結晶を両面とも(111)面でカットした図11で示したような第1ウィンドウ22及び第2ウィンドウ23を用いる。そして、本実施形態では、図17(a)及び図17(b)に示すように、チャンバ21の内部から見て(図16の矢印A,B参照)、第1ウィンドウ22及び第2ウィンドウ23それぞれを、結晶内に入射したレーザ光が[111]軸と[001]軸を含む面を通過する配置から、[111]軸を中心軸として2枚とも同じ角度で反時計方向にθ=30°回転した位置に設置する。 In the present embodiment, the first window 22 and the second window 23 as shown in FIG. 11 in which both sides of the CaF 2 crystal are cut at the (111) plane are used as the windows installed to be inclined with respect to the laser optical axis L. Use. In this embodiment, as shown in FIGS. 17A and 17B, the first window 22 and the second window 23 are viewed from the inside of the chamber 21 (see arrows A and B in FIG. 16). From the arrangement in which each of the laser beams incident on the crystal passes through a plane including the [111] axis and the [001] axis, both of them have the same angle as the central axis and θ = 30 counterclockwise at the same angle. ° Install in a rotated position.

角度を決定する時は、事前にX線回折分析を行い、結晶方位[001]軸、[010]軸、[100]軸を計測しておくと良い。ウィンドウの[001]軸、[010]軸、[100]軸方向の側面に印を付けておき、その印に従って、反時計方向に角度θ=30°回転させて取り付けるようにすると効率が良い。   When determining the angle, it is preferable to perform X-ray diffraction analysis in advance and measure the crystal orientation [001] axis, [010] axis, and [100] axis. It is efficient to mark the side surfaces of the window in the [001] axis, [010] axis, and [100] axis direction, and rotate the window by rotating the angle θ = 30 ° counterclockwise.

なお、図11〜図17に示した実施例では、反時計方向に角度θ=30°に設定して回転させたが、必ずしも30°丁度である必要はなく、30°±10°程度の範囲内であれば許容される。   In the embodiment shown in FIGS. 11 to 17, the rotation is performed by setting the angle θ = 30 ° in the counterclockwise direction, but it is not necessarily 30 ° just, and the range is about 30 ° ± 10 °. If it is within, it is allowed.

したがって、本実施例のウィンドウ1は、レーザ光軸に対して傾けて設置されるチャンバウィンドウに対して、フッ化カルシウム結晶を両面とも(111)面でカットしたウィンドウを用い、チャンバ内部から見て、結晶内に入射したレーザ光が、[111]軸と[001]軸を含む面を通過する配置からウィンドウを[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置、[111]軸と[010]軸を含む面を通過する配置からウィンドウを[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置、または、[111]軸と[100]軸を含む面を通過する配置からウィンドウを[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置にする。   Therefore, the window 1 of the present embodiment uses a window in which calcium fluoride crystals are cut on both sides (111) with respect to the chamber window installed to be inclined with respect to the laser optical axis. An arrangement in which the laser light incident on the crystal passes through a plane including the [111] axis and the [001] axis and the window is rotated 30 ° ± 10 ° counterclockwise about the [111] axis as a central axis The window is rotated 30 ° ± 10 ° counterclockwise around the [111] axis as the central axis from the arrangement passing through the plane including the [111] axis and the [010] axis, or the [111] axis and the [ The window is rotated 30 ° ± 10 ° counterclockwise with the [111] axis as the central axis from the arrangement passing through the plane including the 100] axis.

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。たとえば、レーザチャンバのウィンドウとしてだけでなく、偏光素子としてCaF2基板を採用し
、増幅段レーザの光共振器中に、本発明のようなレーザ光軸と結晶方位の関係となるよう偏光素子を配置してもよい。
The optical element for ultraviolet gas laser and the ultraviolet gas laser apparatus of the present invention have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made. For example, a CaF 2 substrate is used not only as a laser chamber window but also as a polarizing element, and a polarizing element is provided in an optical resonator of an amplification stage laser so as to have a relationship between a laser optical axis and a crystal orientation as in the present invention. You may arrange.

CaF2 の結晶格子を示す図である。It is a diagram showing a crystal lattice of CaF 2. CaF2 結晶の軸[001]、[100]に対する光の進行方向Lの角度θとφの定義を示す図である。Axis of CaF 2 crystal [001] is a diagram showing the definition of the angle θ and φ of the traveling direction L of the light with respect to [100]. 本発明によるCaF2 を用いたウィンドウの上面図と断面図である。Is a top view and a sectional view of a window with a CaF 2 according to the present invention. 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。It is a diagram showing a distribution of the intrinsic birefringence of CaF 2 by the crystal orientation. 出力レーザ光の偏光純度とレーザの発振ショット数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the polarization purity of an output laser beam, and the number of oscillation shots of a laser. CaF2 結晶表面に入射する角度とP偏光の反射率の関係を示す図である。It is a diagram showing the relationship between the angle and the P-polarized light reflectance of incident on CaF 2 crystal surface. CaF2 ウィンドウへの入射角度を24.9°及び68.73°とした時の光軸とCaF2 結晶の軸の関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between the axis and the optical axis of the CaF 2 crystal when the incident angle to the CaF 2 windows and 24.9 ° and 68.73 °. 本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子をレーザシステムに適用する場合の断面図である。It is sectional drawing in the case of applying the optical element for ultraviolet gas lasers of this invention to a laser system. 2枚のウェッジ基板の組み合わせによるビーム拡大光学系を増幅段レーザの共振器内に配置した例を示す図である。It is a figure which shows the example which has arrange | positioned the beam expansion optical system by the combination of two wedge board | substrates in the resonator of the amplification stage laser. 2枚のウェッジ基板にレーザ光が入射した場合のレーザ光路を示す図である。It is a figure which shows the laser beam path when a laser beam injects into two wedge board | substrates. 回転前のウィンドウを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the window before rotation. 回転後のウィンドウを示す上面図である。It is a top view which shows the window after rotation. 偏光状態観測実験系を示す図である。It is a figure which shows a polarization state observation experimental system. 計測用ウィンドウを示す図である。It is a figure which shows the window for measurement. 回転角に対する偏光純度の計測結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the polarization purity with respect to a rotation angle. 本発明によるCaF2 を用いたウィンドウを示す図である。Shows a window with a CaF 2 according to the present invention. 図3のウィンドウをチャンバ内部から見た図である。It is the figure which looked at the window of FIG. 3 from the inside of a chamber.

符号の説明Explanation of symbols

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
30…発振段レーザパワーモニタ
31…第1ビームスプリッタ
40…モニターモジュール
41…第2ビームスプリッタ
50…光学パルスストレッチャ
51…第3ビームスプリッタ
91、91'…ビーム拡大光学系
92、93…ウェッジ基板
1 ... Window 2, 2 '... Surface (cut surface)
3 ... Laser light 4 ... Emission light 10 ... Oscillation laser 11 ... Laser chamber 12, 13 ... Window 14 ... Narrow band module 15 ... Output mirror (partial reflection mirror)
16 ... Beam expanding prism 17 ... Grating 18, 19 ... Mirror 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Amplifying laser 21 ... Laser chamber 22, 23 ... Window 24, 25 ... Partial reflection mirror 30 ... Oscillation stage laser power monitor 31 ... First beam splitter 40 ... Monitor module 41 ... Second beam splitter 50 ... Optical pulse stretcher 51 ... Third beam splitters 91 and 91 '... Beam expansion optical systems 92 and 93 ... Wedge substrate

Claims (8)

入射平面と射出平面を備え、紫外線が入射平面から入射し、射出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、
少なくとも入射平面と射出平面のどちらか一方の平面がフッ化カルシウム結晶の(111)結晶面に平行であり、
入射平面から入射したレーザ光が
[111]軸と、[111]軸を中心として[001]軸を回転させた軌跡内の第1の方位軸との間で、且つ、[111]軸と、前記第1の方位軸とを含む面、
[111]軸と、[111]軸を中心として[010]軸を回転させた軌跡内の第2の方位軸との間で、且つ、[111]軸と、前記第2の方位軸とを含む面、
又は、
[111]軸と、[111]軸を中心として[100]軸を回転させた軌跡内の第3の方位軸との間で、且つ、[111]軸と、前記第3の方位軸とを含む面、
を通過し、射出平面から射出される
ことを特徴とするガスレーザ用光学素子。
In an optical element for an ultraviolet gas laser comprising an incident plane and an emission plane, and ultraviolet rays are incident from the incident plane and made of calcium fluoride crystals emitted from the emission plane.
At least one of the incident plane and the emission plane is parallel to the (111) crystal plane of the calcium fluoride crystal,
Between the [111] axis and the first azimuth axis in the trajectory obtained by rotating the [001] axis around the [111] axis, and the [111] axis from the incident plane, A plane including the first azimuth axis;
Between the [111] axis and the second azimuth axis in the locus obtained by rotating the [010] axis around the [111] axis, and the [111] axis and the second azimuth axis Including surface,
Or
Between the [111] axis and the third azimuth axis in the locus obtained by rotating the [100] axis about the [111] axis, and the [111] axis and the third azimuth axis Including surface,
An optical element for a gas laser, characterized by being emitted from an emission plane.
前記レーザ光の入射平面への入射角度は、24.9°から68.73°の角度範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のガスレーザ用光学素子。   2. The optical element for a gas laser according to claim 1, wherein an incident angle of the laser beam to an incident plane is in an angle range of 24.9 ° to 68.73 °. 前記第1の方位軸の[001]軸からの回転角度、前記第2の方位軸の[010]軸からの回転角度又は前記第3の方位軸の[100]軸からの回転角度は、それぞれ34度以上36度以下または−34度以上−36度以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のガスレーザ用光学素子。   The rotation angle of the first azimuth axis from the [001] axis, the rotation angle of the second azimuth axis from the [010] axis, or the rotation angle of the third azimuth axis from the [100] axis, respectively, 3. The optical element for a gas laser according to claim 1, wherein the optical element is for a gas laser of 34 degrees or more and 36 degrees or less or −34 degrees or more and −36 degrees or less. フッ化カルシウム結晶を両面とも(111)面でカットし、
結晶内に入射したレーザ光が[111]軸と[001]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置、
[111]軸と[010]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置、
又は、
[111]軸と[100]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置
にすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のガスレーザ用光学素子。
Cut both sides of the calcium fluoride crystal on the (111) plane,
An arrangement in which the laser light incident on the crystal passes through a plane including the [111] axis and the [001] axis and is rotated counterclockwise by 30 ° ± 10 ° about the [111] axis,
An arrangement rotated through 30 ° ± 10 ° counterclockwise from the arrangement passing through the plane including the [111] axis and the [010] axis, with the [111] axis as the central axis,
Or
2. The arrangement according to claim 1, wherein the arrangement is such that the arrangement passing through the plane including the [111] axis and the [100] axis is rotated 30 ° ± 10 ° counterclockwise about the [111] axis as the central axis. Item 3. The optical element for gas laser according to Item 2.
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た光共振器と、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ガスレーザ装置において、前記各ウィンドウは前記ガスレーザ用光学素子からなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載のガスレーザ用光学素子を用いたガスレーザ装置。   A laser chamber; an optical resonator disposed on one side of the laser chamber; and an opposite side of the laser chamber; a laser gas sealed in the laser chamber; a means for exciting the laser gas; and light generated from the excited laser gas. A gas laser device having two windows provided in the laser chamber for emitting to the outside of the laser chamber, wherein the windows are arranged along an optical axis of the optical resonator. A gas laser device using the optical element for gas laser according to any one of claims 1 to 4, characterized by comprising an optical element for operation. 前記ウィンドウは、前記レーザチャンバ内部から見て、
結晶内に入射したレーザ光が[111]軸と[001]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置、
[111]軸と[010]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として反時計方向に30°±10°回転させた配置、
又は、
[111]軸と[100]軸を含む面を通過する配置から[111]軸を中心軸として
反時計方向に30°±10°回転させた配置
にすることを特徴とする請求項5に記載のガスレーザ装置。
The window is viewed from inside the laser chamber,
An arrangement in which the laser light incident on the crystal passes through a plane including the [111] axis and the [001] axis and is rotated counterclockwise by 30 ° ± 10 ° about the [111] axis,
An arrangement rotated through 30 ° ± 10 ° counterclockwise from the arrangement passing through the plane including the [111] axis and the [010] axis, with the [111] axis as the central axis,
Or
6. The arrangement according to claim 5, wherein the arrangement is such that the arrangement passing through the plane including the [111] axis and the [100] axis is rotated 30 ° ± 10 ° counterclockwise about the [111] axis as the central axis. Gas laser device.
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た光共振器と、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、レーザ光を分割するビームスプリッタとを有し、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ガスレーザ装置において、前記ビームスプリッタは前記ガスレーザ用光学素子からなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載のガスレーザ用光学素子を用いたガスレーザ装置。   A laser chamber; an optical resonator disposed on one side of the laser chamber; and an opposite side of the laser chamber; a laser gas sealed in the laser chamber; a means for exciting the laser gas; and light generated from the excited laser gas. A gas laser having two windows provided in the laser chamber for emission to the outside of the laser chamber and a beam splitter for dividing the laser light, the window being disposed along the optical axis of the optical resonator 4. The gas laser apparatus using the gas laser optical element according to claim 1, wherein the beam splitter includes the gas laser optical element. 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た光共振器と、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、ビーム拡大光学系と、を有するガスレーザ装置において、前記ビーム拡大光学系のウェッジ基板は前記ガスレーザ用光学素子からなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載のガスレーザ用光学素子を用いたガスレーザ装置。   A laser chamber; an optical resonator disposed on one side of the laser chamber; and an opposite side of the laser chamber; a laser gas sealed in the laser chamber; a means for exciting the laser gas; and light generated from the excited laser gas. In the gas laser apparatus having two windows provided in the laser chamber for emitting to the outside of the laser chamber and a beam expanding optical system, a wedge substrate of the beam expanding optical system is composed of the gas laser optical element. A gas laser device using the optical element for gas laser according to any one of claims 1 to 3.
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