JP2820103B2 - 注入同期レーザ装置 - Google Patents
注入同期レーザ装置Info
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- JP2820103B2 JP2820103B2 JP8037575A JP3757596A JP2820103B2 JP 2820103 B2 JP2820103 B2 JP 2820103B2 JP 8037575 A JP8037575 A JP 8037575A JP 3757596 A JP3757596 A JP 3757596A JP 2820103 B2 JP2820103 B2 JP 2820103B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は注入同期レーザ装置
に係り、例えば半導製造ステッパなどの露光用に適した
低い空間コヒーレンスを有する注入同期レーザ装置に関
する。
に係り、例えば半導製造ステッパなどの露光用に適した
低い空間コヒーレンスを有する注入同期レーザ装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体メモリ（ＤＲＡＭ）製造のための
ステッパ用露光レーザ光源としては、これまで高圧水銀
ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ；６４Ｍｂｉｔクラ
ス）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ；２５６
Ｍｂｉｔ）などが用いられてきた。しかし、次世代の１
ＧｂｉｔＤＲＡＭに対してはＫｒＦエキシマレーザでも
解像度不足であるために、より短波長のＡｒＦエキシマ
レーザ（波長１９３ｎｍ）が有力候補として挙げられて
いる。
ステッパ用露光レーザ光源としては、これまで高圧水銀
ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ；６４Ｍｂｉｔクラ
ス）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ；２５６
Ｍｂｉｔ）などが用いられてきた。しかし、次世代の１
ＧｂｉｔＤＲＡＭに対してはＫｒＦエキシマレーザでも
解像度不足であるために、より短波長のＡｒＦエキシマ
レーザ（波長１９３ｎｍ）が有力候補として挙げられて
いる。
【０００３】露光用光源としてＡｒＦエキシマレーザを
用いる場合、そのスペクトル幅（フリーランニング時５
００ｐｍ）が重要となる。露光装置の縮小投影光学系
に、現行のステッパ方式の屈折光学系を用いる場合、Ａ
ｒＦレーザの波長１９３ｎｍ域での透過硝材が石英に限
定されるため、単色レンズ構成となり、光源スペクトル
を狭帯域化する必要がある。
用いる場合、そのスペクトル幅（フリーランニング時５
００ｐｍ）が重要となる。露光装置の縮小投影光学系
に、現行のステッパ方式の屈折光学系を用いる場合、Ａ
ｒＦレーザの波長１９３ｎｍ域での透過硝材が石英に限
定されるため、単色レンズ構成となり、光源スペクトル
を狭帯域化する必要がある。
【０００４】ＡｒＦレーザの狭帯域化は、通常、レーザ
共振器内に波長選択素子（回折格子、プリズム及びエタ
ロン）を挿入する方法がとられる。しかし、ＡｒＦでは
ＫｒＦに比べゲインが低いため、この方法では露光に十
分なレーザ光強度が得られない。また出力を高めようと
すれば、これら挿入された波長選択素子の吸収に基づく
劣化が進行し、動作時間中に発振出力低下、スペクトル
変動などの問題点が発生する。
共振器内に波長選択素子（回折格子、プリズム及びエタ
ロン）を挿入する方法がとられる。しかし、ＡｒＦでは
ＫｒＦに比べゲインが低いため、この方法では露光に十
分なレーザ光強度が得られない。また出力を高めようと
すれば、これら挿入された波長選択素子の吸収に基づく
劣化が進行し、動作時間中に発振出力低下、スペクトル
変動などの問題点が発生する。
【０００５】これに対し、図５に示すように、低出力の
狭帯域ＡｒＦレーザを狭帯域シード光源５０１とし、増
幅段発振器５０２として不安定共振器５０３を組み合わ
せる注入同期法では、高出力ＡｒＦレーザ増幅段発振器
５０２のスペクトルを効率よく抑制でき、狭帯域性を維
持したまま露光に十分な出力が得られ、挿入素子の劣化
も少ない。
狭帯域ＡｒＦレーザを狭帯域シード光源５０１とし、増
幅段発振器５０２として不安定共振器５０３を組み合わ
せる注入同期法では、高出力ＡｒＦレーザ増幅段発振器
５０２のスペクトルを効率よく抑制でき、狭帯域性を維
持したまま露光に十分な出力が得られ、挿入素子の劣化
も少ない。
【０００６】しかし、このような従来の注入同期におい
ては、増幅段を最低次横モード発振させるため、増幅段
不安定共振器５０３の等価フレネル数Ｎeqをモード弁別
性の高い状態である非整数値に設定するのが一般的であ
る。ここで、等価フレネル数Ｎeqは、不安定共振器を記
述する重要なパラメータであり、（数１）で与えられる
（「アイトリプルイー、ジャーナルオブカンタムエレク
トロニクス（ＩＥＥＥ、Ｊ−ＱＥ）」、１９巻９号１４
２６頁、アメリカ）。
ては、増幅段を最低次横モード発振させるため、増幅段
不安定共振器５０３の等価フレネル数Ｎeqをモード弁別
性の高い状態である非整数値に設定するのが一般的であ
る。ここで、等価フレネル数Ｎeqは、不安定共振器を記
述する重要なパラメータであり、（数１）で与えられる
（「アイトリプルイー、ジャーナルオブカンタムエレク
トロニクス（ＩＥＥＥ、Ｊ−ＱＥ）」、１９巻９号１４
２６頁、アメリカ）。
【０００７】
【数１】 Ｎeq＝（ａ2／Ｍ）2／λＬ［ｇ1／ｇ2（ｇ1ｇ2−１）］1/2 （１） ここで、ｇi＝１−Ｌ／Ｒi、Ｌ：共振器長、Ｒi（ｉ＝
１、２）：各共振器ミラーの曲率（ｉ＝１：不安定共振
器フロントミラー、ｉ＝２：不安定共振器リアミラ
ー）、Ｍ＝Ｒ2／Ｒ1：ビーム拡大率、ａ2：リアミラー
半径である。後に参照する図２（「レーザ（Ｌａｓｅｒ
ｓ）」、１９８６年、ユニバーシティサイエンスブッ
ク、ｐ．８７８、アメリカ）に示すように、Ｎeqが非整
数のときには、損失最小モードとそれ以外との間に、回
折損失に大きな隔たりがあるため、最低次横モードのみ
がフリーランニング時に優先的に発振する。注入同期に
おいては、その最低次モードのみ注入同期すればよいか
ら、注入同期動作のための閾値シード光エネルギーが非
常に低く抑えられる。
１、２）：各共振器ミラーの曲率（ｉ＝１：不安定共振
器フロントミラー、ｉ＝２：不安定共振器リアミラ
ー）、Ｍ＝Ｒ2／Ｒ1：ビーム拡大率、ａ2：リアミラー
半径である。後に参照する図２（「レーザ（Ｌａｓｅｒ
ｓ）」、１９８６年、ユニバーシティサイエンスブッ
ク、ｐ．８７８、アメリカ）に示すように、Ｎeqが非整
数のときには、損失最小モードとそれ以外との間に、回
折損失に大きな隔たりがあるため、最低次横モードのみ
がフリーランニング時に優先的に発振する。注入同期に
おいては、その最低次モードのみ注入同期すればよいか
ら、注入同期動作のための閾値シード光エネルギーが非
常に低く抑えられる。
【０００８】反面、空間コヒーレンス長と横モード数と
は、後述する（数２）に示すように、逆比例の関係にあ
り、この場合、単一横モード発振のため空間コヒーレン
スが非常に高くなる。典型的には１０００μｍ（１ｍ
ｍ）以上の空間コヒーレンス長を持つ（日経マイクロデ
バイス、１９８７年２月号、７７頁）。
は、後述する（数２）に示すように、逆比例の関係にあ
り、この場合、単一横モード発振のため空間コヒーレン
スが非常に高くなる。典型的には１０００μｍ（１ｍ
ｍ）以上の空間コヒーレンス長を持つ（日経マイクロデ
バイス、１９８７年２月号、７７頁）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高い空
間コヒーレンスを有する注入同期レーザは、露光に用い
ると、スペックルノイズの発生や不必要な干渉縞の形成
など、Ｓｉウエハ面上での回路像形成に悪影響を及ぼす
という問題点があった。
間コヒーレンスを有する注入同期レーザは、露光に用い
ると、スペックルノイズの発生や不必要な干渉縞の形成
など、Ｓｉウエハ面上での回路像形成に悪影響を及ぼす
という問題点があった。
【００１０】本発明は、このような従来法の欠点を除去
して、露光用として十分な出力でかつ安定な狭帯域出力
を保持したまま、低い空間コヒーレンスのレーザ装置を
提供することを目的とするものである。
して、露光用として十分な出力でかつ安定な狭帯域出力
を保持したまま、低い空間コヒーレンスのレーザ装置を
提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による注入同期レ
ーザ装置は、複数の横モードを含むレーザ光を反射する
ミラー光学系を含む共振器と、レーザ光の高次横モード
が共振器に注入されるように径をできるだけ大きくした
結合孔と、共振器の等価フレネル数Ｎｅｑを整数に設定
するようにミラー光学系を調整する調整手段と、からな
ることを特徴とする。より詳細には、共振器は、レーザ
光の径を拡大するように反射するフロントミラーと、レ
ーザ光を注入するための結合孔が中央に設けられ且つフ
ロントミラーで反射された拡大レーザ光が平行光になる
ように反射するリアミラーと、からなる。等価フレネル
数Ｎｅｑを整数に設定するには、フロントミラーを移動
させて前記共振器の共振器長を変化させ、且つリアミラ
ーの径を変化させればよい。
ーザ装置は、複数の横モードを含むレーザ光を反射する
ミラー光学系を含む共振器と、レーザ光の高次横モード
が共振器に注入されるように径をできるだけ大きくした
結合孔と、共振器の等価フレネル数Ｎｅｑを整数に設定
するようにミラー光学系を調整する調整手段と、からな
ることを特徴とする。より詳細には、共振器は、レーザ
光の径を拡大するように反射するフロントミラーと、レ
ーザ光を注入するための結合孔が中央に設けられ且つフ
ロントミラーで反射された拡大レーザ光が平行光になる
ように反射するリアミラーと、からなる。等価フレネル
数Ｎｅｑを整数に設定するには、フロントミラーを移動
させて前記共振器の共振器長を変化させ、且つリアミラ
ーの径を変化させればよい。
【００１２】より具体的には、狭帯域シード光源の出射
光を増幅段発振器に注入する注入同期レーザ装置におい
て、複数の横モードを持つ狭帯域シード光源と、増幅段
発振器の等価フレネル数を整数に設定する径可変アパー
チャ及び共振器長微調機構からなる調整手段と、シード
光源からの複数横モード光を効率良く増幅段発振器に注
入する結合孔を設けることを特徴としている。アパーチ
ャの直径と共振器長を調整することにより、増幅段共振
器の等価フレネル数を整数に設定し、マルチ横モード発
振可能な増幅段発振器を構成する。注入同期に十分な強
度のマルチ横モード狭帯域シード光を増幅段発振器に注
入することにより、発振出力を各横モードで注入同期
し、狭帯域化する。したがって、増幅段発振器は、マル
チ横モード発振しながら、各横モードが狭帯域化されて
おり、空間コヒーレンスは単一横モード時に比べ、１／
（横モード数）に短くなる。
光を増幅段発振器に注入する注入同期レーザ装置におい
て、複数の横モードを持つ狭帯域シード光源と、増幅段
発振器の等価フレネル数を整数に設定する径可変アパー
チャ及び共振器長微調機構からなる調整手段と、シード
光源からの複数横モード光を効率良く増幅段発振器に注
入する結合孔を設けることを特徴としている。アパーチ
ャの直径と共振器長を調整することにより、増幅段共振
器の等価フレネル数を整数に設定し、マルチ横モード発
振可能な増幅段発振器を構成する。注入同期に十分な強
度のマルチ横モード狭帯域シード光を増幅段発振器に注
入することにより、発振出力を各横モードで注入同期
し、狭帯域化する。したがって、増幅段発振器は、マル
チ横モード発振しながら、各横モードが狭帯域化されて
おり、空間コヒーレンスは単一横モード時に比べ、１／
（横モード数）に短くなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による注入同期レ
ーザ装置の一実施形態を示す概略的構成図である。この
注入同期レーザ装置は、狭帯域シード光源１０、ビーム
伝搬光学系１１、増幅段マルチ横モード発振器１２及び
トリガパルス発生器からなる。狭帯域シード光源１０か
ら出射したマルチ横モード狭帯域シード光３０１は、ビ
ーム伝搬光学系１１を通してマルチ横モード狭帯域シー
ド光３０２として増幅段マルチ横モード発振器１２へ入
射し、そこで後述するように増幅され、狭帯域で低い空
間コヒーレンスを有する注入同期光３０３が得られる。
ーザ装置の一実施形態を示す概略的構成図である。この
注入同期レーザ装置は、狭帯域シード光源１０、ビーム
伝搬光学系１１、増幅段マルチ横モード発振器１２及び
トリガパルス発生器からなる。狭帯域シード光源１０か
ら出射したマルチ横モード狭帯域シード光３０１は、ビ
ーム伝搬光学系１１を通してマルチ横モード狭帯域シー
ド光３０２として増幅段マルチ横モード発振器１２へ入
射し、そこで後述するように増幅され、狭帯域で低い空
間コヒーレンスを有する注入同期光３０３が得られる。
【００１４】注入同期用の狭帯域シード光源１０として
は、通常の方法で狭帯域されたＡｒＦエキシマレーザが
採用される。このレーザは、レーザ共振器１００内に波
長選択素子（回折格子１０１、プリズム１０２、エタロ
ン１０３）が挿入されている。狭帯域化の程度に応じ、
挿入される素子の数、種類は決定される。この狭帯域Ａ
ｒＦエキシマレーザは、基本的に安定共振器構成であ
り、大体２００〜４００μｍ程度の空間コヒーレンス長
Ｌｓをもつことが一般的に知られている（日経マイクロ
デバイス、１９８７年２月号、７７頁）。空間コヒーレ
ンス長とは、ビーム断面内の空間的に隔たった２点間の
相関（干渉コントラスト）が１／ｅ（ｅは自然対数の
底）もしくは、ある定義に基づく値まで低下したとき
の、その２点間の距離である。安定共振器の横モードの
数Ｎと空間コヒーレンス長Ｌｓとの間及び横モード数Ｎ
とアパーチャ１０５の半径ａとの間には、それぞれ（数
２）及び（数３）の関係がある（「レーザ（Ｌａｓｅｒ
ｓ）」、１９８６年、ユニバーシティサイエンスブッ
ク、ｐ．６９６、アメリカ）。
は、通常の方法で狭帯域されたＡｒＦエキシマレーザが
採用される。このレーザは、レーザ共振器１００内に波
長選択素子（回折格子１０１、プリズム１０２、エタロ
ン１０３）が挿入されている。狭帯域化の程度に応じ、
挿入される素子の数、種類は決定される。この狭帯域Ａ
ｒＦエキシマレーザは、基本的に安定共振器構成であ
り、大体２００〜４００μｍ程度の空間コヒーレンス長
Ｌｓをもつことが一般的に知られている（日経マイクロ
デバイス、１９８７年２月号、７７頁）。空間コヒーレ
ンス長とは、ビーム断面内の空間的に隔たった２点間の
相関（干渉コントラスト）が１／ｅ（ｅは自然対数の
底）もしくは、ある定義に基づく値まで低下したとき
の、その２点間の距離である。安定共振器の横モードの
数Ｎと空間コヒーレンス長Ｌｓとの間及び横モード数Ｎ
とアパーチャ１０５の半径ａとの間には、それぞれ（数
２）及び（数３）の関係がある（「レーザ（Ｌａｓｅｒ
ｓ）」、１９８６年、ユニバーシティサイエンスブッ
ク、ｐ．６９６、アメリカ）。
【００１５】
【数２】 Ｌs＝Ａａπ／Ｎ （２）
【数３】 Ｎ＝（ａ／ｗ0）2 （３） ここで、Ａ：Ｌｓとビーム発散角θdとの関係式の比例
係数（Ｌs＝Ａλ／θd）、ａ：共振器内のアパーチャ半
径（ほぼビーム半径）、ｗ0：モードスポット半径であ
る。したがって、一般的なエキシマレーザにおいて、ａ
＝１０ｍｍ、Ｌs＝３００μｍ、Ａ＝１とすると、横モ
ード数Ｎ＝１０５となる。
係数（Ｌs＝Ａλ／θd）、ａ：共振器内のアパーチャ半
径（ほぼビーム半径）、ｗ0：モードスポット半径であ
る。したがって、一般的なエキシマレーザにおいて、ａ
＝１０ｍｍ、Ｌs＝３００μｍ、Ａ＝１とすると、横モ
ード数Ｎ＝１０５となる。
【００１６】次に、このマルチ横モード狭帯域シード光
３０１は適当なビーム伝搬光学系１１１を通過し、マル
チ横モード狭帯域シード光３０２として増幅段マルチ横
モード発振器１２へと導かれる。マルチ横モード狭帯域
シード光３０２は、増幅段マルチ横モード発振器１２の
不安定共振器リアミラー２０１に設けられた結合孔２０
２を通過して不安定共振器フロントミラー２０３によっ
て反射される。不安定共振器フロントミラー２０３は共
振器長可変機構２０４によって移動可能である。不安定
共振器フロントミラー２０３によって反射された光は、
不安定共振器リアミラー２０１によって反射され、径可
変アパーチャ２０５の可変アパーチャ２０５Ａ及び増幅
段レーザ管２０６を通して注入同期出力光３０３が出力
される。
３０１は適当なビーム伝搬光学系１１１を通過し、マル
チ横モード狭帯域シード光３０２として増幅段マルチ横
モード発振器１２へと導かれる。マルチ横モード狭帯域
シード光３０２は、増幅段マルチ横モード発振器１２の
不安定共振器リアミラー２０１に設けられた結合孔２０
２を通過して不安定共振器フロントミラー２０３によっ
て反射される。不安定共振器フロントミラー２０３は共
振器長可変機構２０４によって移動可能である。不安定
共振器フロントミラー２０３によって反射された光は、
不安定共振器リアミラー２０１によって反射され、径可
変アパーチャ２０５の可変アパーチャ２０５Ａ及び増幅
段レーザ管２０６を通して注入同期出力光３０３が出力
される。
【００１７】増幅段マルチ横モード発振器１２に設けら
れた増幅段不安定共振器２０７は、不安定共振器リアミ
ラー２０１の直前に設けられた直径を可変できる径可変
アパーチャ２０５と、共振器の長さを可変できる共振器
長可変機構２０４とからなる。この増幅段不安定共振器
２０７は、従来の注入同期用の増幅段不安定共振器５０
２と以下の２つの点で異なる。
れた増幅段不安定共振器２０７は、不安定共振器リアミ
ラー２０１の直前に設けられた直径を可変できる径可変
アパーチャ２０５と、共振器の長さを可変できる共振器
長可変機構２０４とからなる。この増幅段不安定共振器
２０７は、従来の注入同期用の増幅段不安定共振器５０
２と以下の２つの点で異なる。
【００１８】（〓）共振器の等価フレネル数Ｎeqは整数
付近に設定される。上述したように従来では非整数に設
定されている。
付近に設定される。上述したように従来では非整数に設
定されている。
【００１９】（〓）シード光導入用結合孔２０２の直径
は、マルチ横モード狭帯域シード光３０２の高次横モー
ドの通過を妨げないように、ある程度大きく取る（従来
では小さな径である）。ただし、結合孔２０２からもれ
出る発振出力が、出力結合率（１−１／Ｍ2）より十分
小さいことが必要である。
は、マルチ横モード狭帯域シード光３０２の高次横モー
ドの通過を妨げないように、ある程度大きく取る（従来
では小さな径である）。ただし、結合孔２０２からもれ
出る発振出力が、出力結合率（１−１／Ｍ2）より十分
小さいことが必要である。
【００２０】（〓）の設計（即ち、共振器の等価フレネ
ル数Ｎeqは整数付近に設定する）ことにより、増幅段不
安定共振器２０７内に複数の横モードが発振可能にな
る。なぜならば、図２に示すように、等価フレネル数が
整数の場合、複数の横モードが、同時に、同じ大きさの
共振器回折損失を被るからである。
ル数Ｎeqは整数付近に設定する）ことにより、増幅段不
安定共振器２０７内に複数の横モードが発振可能にな
る。なぜならば、図２に示すように、等価フレネル数が
整数の場合、複数の横モードが、同時に、同じ大きさの
共振器回折損失を被るからである。
【００２１】一般に不安定共振器は、図３に示すように
（「レーザ（Ｌａｓｅｒｓ）」、１９８６年、ユニバー
シティサイエンスブックス、ｐ．８８２アメリカ）、最
低次のＴＥＭ00ライクモードから、高次のモードまで発
振する。これらは、厳密には安定共振器モード（したが
って、シード光のモード）であるHermite-Gauss分布で
はないが、空間周波数分布から考えて、空間的に近似可
能である。
（「レーザ（Ｌａｓｅｒｓ）」、１９８６年、ユニバー
シティサイエンスブックス、ｐ．８８２アメリカ）、最
低次のＴＥＭ00ライクモードから、高次のモードまで発
振する。これらは、厳密には安定共振器モード（したが
って、シード光のモード）であるHermite-Gauss分布で
はないが、空間周波数分布から考えて、空間的に近似可
能である。
【００２２】増幅段不安定共振器２０７は以下のように
設計できる。まず、通常の注入同期レーザと同様、ポジ
ティブブランチ型共焦点共振器を想定する。Ｍ＝１０、
Ｒ1＝２００ｍｍ、Ｒ2＝２０００ｍｍとすると、共焦点
なので共振器長はＬ＝９００ｍｍに一意に決まる。ここ
で、不安定共振器リアミラー２０１の半径（ほぼアパー
チャ半径２０５ａ）ａ2＝１０ｍｍ〜１５ｍｍ、共振器
長Ｌ＝９００ｍｍ〜１０００ｍｍと微調すると、図４に
示すように、等価フレネル数Ｎeqヲ２０〜６０の範囲で
変化させることが可能であることが分かる。したがっ
て、共振器長で最大１００ｍｍ程度の調整が可能な共振
器長可変機構２０４と、アパーチャ半径で最大５ｍｍ程
度の可変量のある径可変アパーチャ２０５を装着すれば
よい。
設計できる。まず、通常の注入同期レーザと同様、ポジ
ティブブランチ型共焦点共振器を想定する。Ｍ＝１０、
Ｒ1＝２００ｍｍ、Ｒ2＝２０００ｍｍとすると、共焦点
なので共振器長はＬ＝９００ｍｍに一意に決まる。ここ
で、不安定共振器リアミラー２０１の半径（ほぼアパー
チャ半径２０５ａ）ａ2＝１０ｍｍ〜１５ｍｍ、共振器
長Ｌ＝９００ｍｍ〜１０００ｍｍと微調すると、図４に
示すように、等価フレネル数Ｎeqヲ２０〜６０の範囲で
変化させることが可能であることが分かる。したがっ
て、共振器長で最大１００ｍｍ程度の調整が可能な共振
器長可変機構２０４と、アパーチャ半径で最大５ｍｍ程
度の可変量のある径可変アパーチャ２０５を装着すれば
よい。
【００２３】一方（〓）の設計（即ち、シード光導入用
の結合孔２０２の直径）は、次のようにして決定でき
る。結合孔半径を３．０ｍｍとし、不安定共振器リアミ
ラー半径ａ2＝１０ｍｍとすると、増幅段不安定共振器
２０７内に９％のパワーロスがあるが、出力結合１−１
／Ｍ2＝９９％より十分小さいため、発振特性に影響は
ほとんどない。このとき、（数３）により、狭帯域シー
ド光３０１も共振器内アパーチャ１０５により半径３．
０ｍｍの開口制限を受けているとすると、ａ＝１０ｍｍ
のときの（３／１０）2のモード数となるため、横モー
ド数Ｎ＝９．４５となる。このモード数だけの横モード
がマルチ横モード狭帯域シード光３０２として、増幅段
不安定共振器２０７に注入される。
の結合孔２０２の直径）は、次のようにして決定でき
る。結合孔半径を３．０ｍｍとし、不安定共振器リアミ
ラー半径ａ2＝１０ｍｍとすると、増幅段不安定共振器
２０７内に９％のパワーロスがあるが、出力結合１−１
／Ｍ2＝９９％より十分小さいため、発振特性に影響は
ほとんどない。このとき、（数３）により、狭帯域シー
ド光３０１も共振器内アパーチャ１０５により半径３．
０ｍｍの開口制限を受けているとすると、ａ＝１０ｍｍ
のときの（３／１０）2のモード数となるため、横モー
ド数Ｎ＝９．４５となる。このモード数だけの横モード
がマルチ横モード狭帯域シード光３０２として、増幅段
不安定共振器２０７に注入される。
【００２４】ところで、注入同期動作においては、マル
チ横モード狭帯域シード光３０２の各横モードは、増幅
段マルチ横モード発振器１２の自然放出ノイズより大き
な強度を持ち、かつ、増幅段マルチ横モード発振器１２
がフリーランニングで発振してしまう前に注入されなく
てはならない。後者は、注入タイミングをトリガパルス
発生器により制御することにより達成できる。露光に必
要なエネルギーをパルスあたり５０ｍＪ程度とすると、
注入同期の閾値シード光エネルギーは出力パルスエネル
ギーの１０-4程度であるから（「アイトリプルイー、ジ
ャーナルオブカンタムエレクトロニクス（ＩＥＥＥ，Ｊ
−ＱＥ）」、１９巻９号１４２６頁、アメリカ）、横モ
ード数Ｎ＝１０程度の設計では、５０ｍＪ×１０-4×１
０＝５０μＪ／ｐｕｌｓｅ程度のシード光出力があれば
十分注入同期可能である。シード光出力として、通常の
狭帯域化法で十分安定に、５０μＪ／ｐｕｌｓｅ程度は
出力できる。
チ横モード狭帯域シード光３０２の各横モードは、増幅
段マルチ横モード発振器１２の自然放出ノイズより大き
な強度を持ち、かつ、増幅段マルチ横モード発振器１２
がフリーランニングで発振してしまう前に注入されなく
てはならない。後者は、注入タイミングをトリガパルス
発生器により制御することにより達成できる。露光に必
要なエネルギーをパルスあたり５０ｍＪ程度とすると、
注入同期の閾値シード光エネルギーは出力パルスエネル
ギーの１０-4程度であるから（「アイトリプルイー、ジ
ャーナルオブカンタムエレクトロニクス（ＩＥＥＥ，Ｊ
−ＱＥ）」、１９巻９号１４２６頁、アメリカ）、横モ
ード数Ｎ＝１０程度の設計では、５０ｍＪ×１０-4×１
０＝５０μＪ／ｐｕｌｓｅ程度のシード光出力があれば
十分注入同期可能である。シード光出力として、通常の
狭帯域化法で十分安定に、５０μＪ／ｐｕｌｓｅ程度は
出力できる。
【００２５】このようにして、マルチ横モード狭帯域シ
ード光３０２の各横モードは、増幅段マルチ横モード発
振器１２の各横モードを注入同期して狭帯域化されるた
め、空間コヒーレンス長は単一横モード発振時の１／Ｎ
（横モード数）＝１／１０に低減される。
ード光３０２の各横モードは、増幅段マルチ横モード発
振器１２の各横モードを注入同期して狭帯域化されるた
め、空間コヒーレンス長は単一横モード発振時の１／Ｎ
（横モード数）＝１／１０に低減される。
【００２６】本発明の他の実施例として、注入同期用の
狭帯域シード光源１０として、狭帯域ＡｒＦレーザの代
わりに、マルチ横モード発振する狭帯域固体レーザを用
い、その非線形光学効果による高調波光を利用すること
もできる。また、複数の狭帯域固体レーザ光の和周波光
を用いても、同様の効果が得られ、低い空間コヒーレン
スな注入同期レーザ装置が得られる。
狭帯域シード光源１０として、狭帯域ＡｒＦレーザの代
わりに、マルチ横モード発振する狭帯域固体レーザを用
い、その非線形光学効果による高調波光を利用すること
もできる。また、複数の狭帯域固体レーザ光の和周波光
を用いても、同様の効果が得られ、低い空間コヒーレン
スな注入同期レーザ装置が得られる。
【００２７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
る注入同期レーザ装置では、狭帯域性を保持したまま、
空間コヒーレンスは従来に比べ、１／（横モード数）以
下に低減できる。
る注入同期レーザ装置では、狭帯域性を保持したまま、
空間コヒーレンスは従来に比べ、１／（横モード数）以
下に低減できる。
【図１】本発明による注入同期レーザ装置の一実施形態
を示す概略的構成図である。
を示す概略的構成図である。
【図２】等価フレネル数と回折損失との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図３】ビーム断面内の位置と強度との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図４】不安定共振器リアミラー半径、不安定共振器長
及び等価フレネル数との関係を示すグラフである。
及び等価フレネル数との関係を示すグラフである。
【図５】従来の注入同期レーザ装置の一例を示す概略的
構成図である。
構成図である。
１０ 狭帯域シード光源 １１ ビーム伝搬光学系 １２ 増幅段マルチ横モード発振器 １００ レーザ共振器 １０１ 回折格子 １０２ プリズム １０３ エタロン １０４ レーザ管 １０５ アパーチャ １０６ 出力鏡 ２０１ 不安定共振器リアミラー ２０２ 結合孔 ２０３ 不安定共振器フロントミラー ２０４ 共振器長可変機構 ２０５ 径可変アパーチャ ２０５ａ アパーチャ ２０６ 増幅段レーザ管 ２０７ 増幅段不安定共振器 ３０１ マルチ横モード狭帯域シード光 ３０２ マルチ横モード狭帯域シード光 ３０３ 注入同期出力光
Claims (7)
- 【請求項１】 複数の横モードを含むレーザ光を生成す
るレーザ光源と、前記レーザ光を増幅する増幅段発振器
と、からなる注入同期レーザ装置において、 前記増幅段発振器は、 増幅段レーザ媒質と、 前記レーザ光を反射するミラー光学系を含む共振器と、 前記レーザ光の高次横モードが前記共振器に注入される
ように径をできるだけ大きくした結合孔と前記共振器の
等価フレネル数Ｎｅｑを整数に設定するようにミラー光
学系を調整する調整手段と、 からなることを特徴とする注入同期レーザ装置。 - 【請求項２】 前記共振器は、 前記レーザ光の径を拡大するように反射するフロントミ
ラーと、 前記レーザ光を注入するための前記結合孔が中央に設け
られ、且つ前記フロントミラーで反射された拡大レーザ
光を平行光になるように反射するリアミラーと、 からなり、 前記フロントミラーとリアミラーとの間に前記増幅段レ
ーザ媒質が設けられていることを特徴とする請求項１記
載の注入同期レーザ装置。 - 【請求項３】 前記調整手段は、 前記共振器の共振器長を変化させる共振器長調整手段
と、 前記共振器の開口径を調整する可変アパーチャ手段と、 からなることを特徴とする請求項１記載の注入同期レー
ザ装置。 - 【請求項４】 前記調整手段は、 前記フロントミラーを移動させて前記共振器の共振器長
を変化させる共振器長可変手段と、 前記リアミラーの直前に設けられ、前記リアミラーの径
を調整する可変アパーチャ手段と、 からなることを特徴とする請求項２記載の注入同期レー
ザ装置。 - 【請求項５】 複数の横モードを含む前記レーザ光は、
狭帯域ＡｒＦレーザにより得られることを特徴とする請
求項１ないし４のいずれかに記載の注入同期レーザ装
置。 - 【請求項６】 複数の横モードを含む前記レーザ光は固
体レーザの高調波光により得られることを特徴とする請
求項１ないし４のいずれかに記載の注入同期レーザ装
置。 - 【請求項７】 複数の横モードを含む前記レーザ光は、
複数の固体レーザ光の和周波光により得られることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の注入同期
レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8037575A JP2820103B2 (ja) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | 注入同期レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8037575A JP2820103B2 (ja) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | 注入同期レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09214023A JPH09214023A (ja) | 1997-08-15 |
| JP2820103B2 true JP2820103B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=12501342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8037575A Expired - Fee Related JP2820103B2 (ja) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | 注入同期レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2820103B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4539934B2 (ja) * | 2000-04-20 | 2010-09-08 | ローム株式会社 | インク液滴検出用モジュールおよびその組み立て方法 |
| JP3576961B2 (ja) | 2000-11-10 | 2004-10-13 | キヤノン株式会社 | 投影露光装置及びデバイス製造方法 |
| JP3619142B2 (ja) * | 2000-11-10 | 2005-02-09 | キヤノン株式会社 | 投影露光装置及びデバイス製造方法 |
| JP4704040B2 (ja) * | 2002-09-30 | 2011-06-15 | アプライド マテリアルズ イスラエル リミテッド | 光学的検査のための照明システム |
| JP2012199425A (ja) | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Gigaphoton Inc | マスタオシレータ、レーザシステム、およびレーザ生成方法 |
| JP5844535B2 (ja) | 2011-03-28 | 2016-01-20 | ギガフォトン株式会社 | レーザシステムおよびレーザ生成方法 |
| JP5844536B2 (ja) | 2011-03-28 | 2016-01-20 | ギガフォトン株式会社 | レーザシステムおよびレーザ生成方法 |
| JP5425251B2 (ja) * | 2012-03-16 | 2014-02-26 | ギガフォトン株式会社 | 露光用放電励起レーザ装置 |
| JP5439530B2 (ja) * | 2012-03-23 | 2014-03-12 | ギガフォトン株式会社 | 露光用放電励起レーザ装置 |
| JPWO2020054869A1 (ja) * | 2018-09-14 | 2021-08-30 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | 光発振器 |
-
1996
- 1996-01-31 JP JP8037575A patent/JP2820103B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09214023A (ja) | 1997-08-15 |
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