JP2589843B2 - エキシマレーザ装置 - Google Patents
エキシマレーザ装置Info
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- JP2589843B2 JP2589843B2 JP2073721A JP7372190A JP2589843B2 JP 2589843 B2 JP2589843 B2 JP 2589843B2 JP 2073721 A JP2073721 A JP 2073721A JP 7372190 A JP7372190 A JP 7372190A JP 2589843 B2 JP2589843 B2 JP 2589843B2
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- Japan
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- laser
- light
- laser light
- spontaneous emission
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、紫外線露光光源や、超微細加工用光源とし
て利用できるエキシマレーザ装置に関する。
て利用できるエキシマレーザ装置に関する。
従来の技術 従来、エキシマレーザのような高い増幅利得を有する
レーザには、増幅された自然放出光（Amplified Sponta
neous Emission:ASE）と呼ばれる光が多く含まれてい
る。この自然放出光は、一般に、レーザ共振器内で共振
しているレーザ光の周波数帯域より広い帯域にわたって
レーザ光の雑音となっている。たとえば、放電励起KrF
エキシマレーザを安定型共振器で発振させたとき、248.
4nmを中心として0.5nm程度の発振線幅を持つレーザ発振
スペクトルのバックグラウンドに自然放出光が雑音とし
て現れ、それらは248.0nmら249.2nmの広い範囲にわたっ
ている。
レーザには、増幅された自然放出光（Amplified Sponta
neous Emission:ASE）と呼ばれる光が多く含まれてい
る。この自然放出光は、一般に、レーザ共振器内で共振
しているレーザ光の周波数帯域より広い帯域にわたって
レーザ光の雑音となっている。たとえば、放電励起KrF
エキシマレーザを安定型共振器で発振させたとき、248.
4nmを中心として0.5nm程度の発振線幅を持つレーザ発振
スペクトルのバックグラウンドに自然放出光が雑音とし
て現れ、それらは248.0nmら249.2nmの広い範囲にわたっ
ている。
このように自然放出光を多く含むレーザ光は、レンズ
で集光するとレンズの色収差によって焦点ぼけを生ずる
ので、微細加工用光源として好ましくない。また、自然
放出光は本質的にインコヒーレント光なので、非線形光
学や干渉計測へ応用する際には、有害な雑音となる。
で集光するとレンズの色収差によって焦点ぼけを生ずる
ので、微細加工用光源として好ましくない。また、自然
放出光は本質的にインコヒーレント光なので、非線形光
学や干渉計測へ応用する際には、有害な雑音となる。
さらに、自然放出光は無指向性の自然放出光が増幅さ
れたものであるから、自然放出光を多く含むレーザ光は
本質的に指向性が悪く、ビーム発散角が拡がる原因とな
る。
れたものであるから、自然放出光を多く含むレーザ光は
本質的に指向性が悪く、ビーム発散角が拡がる原因とな
る。
レーザ光から自然放出光を除去する方法として、集光
レンズにレーザ光を入射させたとき、集光レンズの焦点
面にレンズ光の周波数成分がフーリエ展開されることを
利用した空間フィルタリング法がある。レーザ光が集光
レンズに入射すると、焦点面の光軸上には単一周波数す
なわち周波数の直流成分が結像され、光軸から離れた焦
点面上には、周波数の交流成分が結像される。したがっ
て、焦点面で光軸近傍に集光されるレーザ光だけを通過
させるような絞りを設ければ、単一周波数成分だけから
なるレーザ光を選択することができる。絞りを通過した
レーザ光は、コリメートレンズなどでもとの平行光に戻
してやれば、自然放出光を含まない、周波数のそろった
レーザ光を得ることができる。
レンズにレーザ光を入射させたとき、集光レンズの焦点
面にレンズ光の周波数成分がフーリエ展開されることを
利用した空間フィルタリング法がある。レーザ光が集光
レンズに入射すると、焦点面の光軸上には単一周波数す
なわち周波数の直流成分が結像され、光軸から離れた焦
点面上には、周波数の交流成分が結像される。したがっ
て、焦点面で光軸近傍に集光されるレーザ光だけを通過
させるような絞りを設ければ、単一周波数成分だけから
なるレーザ光を選択することができる。絞りを通過した
レーザ光は、コリメートレンズなどでもとの平行光に戻
してやれば、自然放出光を含まない、周波数のそろった
レーザ光を得ることができる。
このような空間フィルタは、通常レーザ共振器外部に
設けられているため、レーザ出力を減衰させてしまい、
有用ではない。これを改善したものが共振器内空間フィ
ルタである（たとえば昭和63年レーザー学会学術講演会
第８回年次大会19aV9参照）。これは、絞りにピンホー
ルを用いた空間フィルタをレーザ共振器内に設けたもの
で、自然放出光を除去したレーザ光を誘導放出の種とし
て利用し、ポンホールを通過したレーザ光の断面全域に
わたって均一な周波数分布を得るものである。
設けられているため、レーザ出力を減衰させてしまい、
有用ではない。これを改善したものが共振器内空間フィ
ルタである（たとえば昭和63年レーザー学会学術講演会
第８回年次大会19aV9参照）。これは、絞りにピンホー
ルを用いた空間フィルタをレーザ共振器内に設けたもの
で、自然放出光を除去したレーザ光を誘導放出の種とし
て利用し、ポンホールを通過したレーザ光の断面全域に
わたって均一な周波数分布を得るものである。
発明が解決しようとする課題 一般に、放電励起型のエキシマレーザ装置では、レー
ザ光のビーム断面形状は長方形を成している。これは主
に主放電電極の間隔と放電部の幅で決まるもので、この
レーザ光を集光レンズで集光すると、やはり長方形のス
ポットが焦点面に形成される。そこで、上述のピンホー
ルのような円形の絞りを用いた空間フィルタを第２図の
ような構成でレーザ共振器内に設けたときに生じる問題
を第３図を用いて説明する。
ザ光のビーム断面形状は長方形を成している。これは主
に主放電電極の間隔と放電部の幅で決まるもので、この
レーザ光を集光レンズで集光すると、やはり長方形のス
ポットが焦点面に形成される。そこで、上述のピンホー
ルのような円形の絞りを用いた空間フィルタを第２図の
ような構成でレーザ共振器内に設けたときに生じる問題
を第３図を用いて説明する。
第３図において、８は放電部（図示せず）から射出さ
れ空間フィルタに入射する長方形の入射レーザ光のビー
ム断面である。９は集光レンズ５によって円形の絞り６
の面上に形成される入射レーザ光のビームスポットであ
る。11は空間フィルタを通過し、全反射鏡４によって折
り返され、放電部に戻り誘導放出の種となる戻りレーザ
光のビーム断面である。
れ空間フィルタに入射する長方形の入射レーザ光のビー
ム断面である。９は集光レンズ５によって円形の絞り６
の面上に形成される入射レーザ光のビームスポットであ
る。11は空間フィルタを通過し、全反射鏡４によって折
り返され、放電部に戻り誘導放出の種となる戻りレーザ
光のビーム断面である。
第３図（ａ）は、円形の絞り６が入射レーザ光のビー
ムスポット９より小さいときを示している。このとき入
射レーザ光のビームスポット９の縁は円形の絞り６によ
って切り取られ、放電部へ折り返される戻りレーザ光の
ビーム断面11はもとの入射レーザ光のビーム断面８より
小さい円形のビーム断面を有することになる。したがっ
て、放電部に戻ったレーザ光は戻りレーザ光のビーム断
面11の領域でしか誘導放出を引き起こせないので、出力
鏡より射出される長方形のレーザ光断面には自然放出光
が畳重してしまうという問題が生ずる。
ムスポット９より小さいときを示している。このとき入
射レーザ光のビームスポット９の縁は円形の絞り６によ
って切り取られ、放電部へ折り返される戻りレーザ光の
ビーム断面11はもとの入射レーザ光のビーム断面８より
小さい円形のビーム断面を有することになる。したがっ
て、放電部に戻ったレーザ光は戻りレーザ光のビーム断
面11の領域でしか誘導放出を引き起こせないので、出力
鏡より射出される長方形のレーザ光断面には自然放出光
が畳重してしまうという問題が生ずる。
つぎに、円形の絞り６が入射レーザ光のビーム断面８
より大きいときには、第３図（ｂ）に示すように、レー
ザ光のほとんどが円形の絞り６を通過するので、空間フ
ィルタとしての本来の機能を果たすことができない。
より大きいときには、第３図（ｂ）に示すように、レー
ザ光のほとんどが円形の絞り６を通過するので、空間フ
ィルタとしての本来の機能を果たすことができない。
以上の説明のように、レーザ光のビーム断面形状が長
方形であるエキシマレーザ装置において、円形の絞りを
有する共振器内空間フィルタを使用すると、レーザ光へ
の自然放出光の混入が避けられないという欠点があっ
た。
方形であるエキシマレーザ装置において、円形の絞りを
有する共振器内空間フィルタを使用すると、レーザ光へ
の自然放出光の混入が避けられないという欠点があっ
た。
本発明は、上記欠点に鑑み、自然放出光を含まないエ
キシマレーザ装置を提供するものである。
キシマレーザ装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明のエキシマレー
ザ装置は、絞りの形状が長方形である空間フィルタをレ
ーザ共振器内に設けて構成される。
ザ装置は、絞りの形状が長方形である空間フィルタをレ
ーザ共振器内に設けて構成される。
作用 この構成によって、放電部の断面形状と空間フィルタ
を通過したレーザ光のビーム断面形状とをほぼ等しくす
ることができ、自然放出光を含まないレーザ光を低損失
で取り出せることとなる。
を通過したレーザ光のビーム断面形状とをほぼ等しくす
ることができ、自然放出光を含まないレーザ光を低損失
で取り出せることとなる。
実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。
ら説明する。
第１図は本実施例における空間フィルタの要部を構成
する主要部分を示すものである。空間フィルタの要部
は、レーザ光を折り返す全反射鏡４と、長方形の絞り12
にレーザ光を集光する集光レンズ５と、長方形の絞り12
を通過したレーザ光を平行光に戻してやるコリメートレ
ンズ７とで構成される。
する主要部分を示すものである。空間フィルタの要部
は、レーザ光を折り返す全反射鏡４と、長方形の絞り12
にレーザ光を集光する集光レンズ５と、長方形の絞り12
を通過したレーザ光を平行光に戻してやるコリメートレ
ンズ７とで構成される。
本実施例において、放電部（図示せず）から射出され
た自然放出光を含むレーザ光は、空間フィルタに入射す
るレーザ光のビーム断面８に示す断面形状を有してい
る。入射レーザ光は集光レンズ５によって集光され長方
形の絞り12の位置に長方形の絞り12とほぼ同じ大きさと
形状のビームスポットを形成する。ここで入射レーザビ
ームの断面８に含まれていた自然放出光が除去され、長
方形の絞り12を通過したのち、全反射鏡４によって折り
返され、再度空間フィルタを通過して放電部へ戻ること
になる。このとき、空間フィルタを通過して放電部へ戻
る戻りレーザ光のビーム断面11は、放電部の断面とほぼ
同じ大きさと形状を有しており、かつ自然放出光を含ん
でいない。したがって、戻りレーザ光は放電部の断面全
域にわたって有効に誘導放出を引き起こすことができ
る。この結果、本発明のエキシマレーザ装置によって、
自然放出光を含まない低雑音のスペクトル特性を有する
レーザ光を得ることができる。
た自然放出光を含むレーザ光は、空間フィルタに入射す
るレーザ光のビーム断面８に示す断面形状を有してい
る。入射レーザ光は集光レンズ５によって集光され長方
形の絞り12の位置に長方形の絞り12とほぼ同じ大きさと
形状のビームスポットを形成する。ここで入射レーザビ
ームの断面８に含まれていた自然放出光が除去され、長
方形の絞り12を通過したのち、全反射鏡４によって折り
返され、再度空間フィルタを通過して放電部へ戻ること
になる。このとき、空間フィルタを通過して放電部へ戻
る戻りレーザ光のビーム断面11は、放電部の断面とほぼ
同じ大きさと形状を有しており、かつ自然放出光を含ん
でいない。したがって、戻りレーザ光は放電部の断面全
域にわたって有効に誘導放出を引き起こすことができ
る。この結果、本発明のエキシマレーザ装置によって、
自然放出光を含まない低雑音のスペクトル特性を有する
レーザ光を得ることができる。
第４図は、従来のエキシマレーザ装置から得られたレ
ーザ光の自然放出光を含むレーザスペクトル強度特性22
と、本発明のエキシマレーザ装置によって得られたレー
ザ光の自然放出光を含まないレーザスペクトル強度特性
21を比較したものである。
ーザ光の自然放出光を含むレーザスペクトル強度特性22
と、本発明のエキシマレーザ装置によって得られたレー
ザ光の自然放出光を含まないレーザスペクトル強度特性
21を比較したものである。
なお、本実施例では、絞りを通過したレーザ光を平行
光に戻してやる光学素子としてコリメートレンズ５を用
い、放電部へレーザ光を折り返してやる光学素子として
全反射鏡４を用いたが、コリメートレンズ５と全反射鏡
４の機能を併せもつ凹面鏡を用いてもよい。
光に戻してやる光学素子としてコリメートレンズ５を用
い、放電部へレーザ光を折り返してやる光学素子として
全反射鏡４を用いたが、コリメートレンズ５と全反射鏡
４の機能を併せもつ凹面鏡を用いてもよい。
発明の効果 以上のように本発明によれば、絞りの形状が長方形で
ある空間フィルタをレーザ共振器内に設けることによ
り、レーザビーム断面全域から自然放出光を除去するこ
とができ、その実用的効果は大である。
ある空間フィルタをレーザ共振器内に設けることによ
り、レーザビーム断面全域から自然放出光を除去するこ
とができ、その実用的効果は大である。
第１図は本発明の一実施例におけるエキシマレーザ装置
の空間フィルタを構成する部分を示す要部構成展開図、
第２図はレーザ共振器内に空間フィルタを設けたエキシ
マレーザ装置の構成図、第３図は従来の空間フィルタと
通過するレーザビームの関係を示す要部断面構成展開
図、第４図は自然放出光を含むレーザ光と自然放出光を
含まないレーザ光のスペクトル強度特性を比較した特性
図である。 １……レーザ管、４……全反射鏡、５……集光レンズ、
６……円形の絞り、７……コリメートレンズ、12……長
方形の絞り、21……自然放出光を含まないレーザスペク
トル強度特性。
の空間フィルタを構成する部分を示す要部構成展開図、
第２図はレーザ共振器内に空間フィルタを設けたエキシ
マレーザ装置の構成図、第３図は従来の空間フィルタと
通過するレーザビームの関係を示す要部断面構成展開
図、第４図は自然放出光を含むレーザ光と自然放出光を
含まないレーザ光のスペクトル強度特性を比較した特性
図である。 １……レーザ管、４……全反射鏡、５……集光レンズ、
６……円形の絞り、７……コリメートレンズ、12……長
方形の絞り、21……自然放出光を含まないレーザスペク
トル強度特性。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三升 睦己 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 小杉 直貴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−45084（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−102887（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−250776（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−263386（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】レーザ共振器内に、絞りの形状が長方形の
空間フィルタを設けたことを特徴とするエキシマレーザ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2073721A JP2589843B2 (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | エキシマレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2073721A JP2589843B2 (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | エキシマレーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03273691A JPH03273691A (ja) | 1991-12-04 |
| JP2589843B2 true JP2589843B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=13526373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2073721A Expired - Fee Related JP2589843B2 (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | エキシマレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2589843B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5174339B2 (ja) * | 2006-10-31 | 2013-04-03 | 川崎重工業株式会社 | 不安定型光共振器 |
| US8320056B2 (en) * | 2009-08-20 | 2012-11-27 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Spatial filters for high average power lasers |
-
1990
- 1990-03-23 JP JP2073721A patent/JP2589843B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03273691A (ja) | 1991-12-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |