JP2957637B2 - 狭帯域レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は狭帯域レーザ装置に係り、特に高出力の狭帯
域化したレーザ光を得る装置に関する。

（従来の技術） TEACO₂レーザやエキシマレーザなど、放電部の断面積
が比較的大きな横励起型ガスレーザ発振装置ではレーザ
ビームの光学的特性を良好にするために、共振器ミラー
間にアパーチヤを設け、発振ビームの光学的特性の良好
な部分のみを通過させてレーザ発振することが行われて
いた。このようなレーザ発振ではレーザ出力の一部が取
り出されるため、レーザ出力は低くなっていた。このた
め、レーザ発振部の他にレーザ増幅部を設けて高出力化
を計っていた。

一方、大規模集積回路や、撮像素子等の集積度が益々
高密度化するにつれて、半導体製造プロセスにおけるリ
ソグラフィ工程では波長の短い紫外域のレーザ光が利用
さつつある。リソグラフィ工程で、半導体基板の表面に
塗布されたレジスト面にマスクパターンを結像させる集
光レンズは紫外域のレーザ光をよく透過させる石英から
作られているが、一般にこのような石英製の集光レンズ
は色収差が十分補正されていないために、レーザ光の波
長の狭帯域化によってレーザ光の単色性を高め、色収差
が投影パターンに現れないようにしている。狭帯域化さ
れたレーザ光は狭帯域化の過程でのエネルギ損失のた
め、元の出力に比べて1/20程度まで低下していた。この
出力低下を少なくする対策として、上記のレーザ増幅部
を設けることも行われているが、たとえば「レーザ研
究、第17巻第１号」に紹介されている自己増幅方式と呼
ばれる方式が知られている。この方式は第３図に示すよ
うに、内部に一対の主放電電極（１），（２）を有し、
両端に透過窓（３），（４）を形成したレーザ管（５）
と、一方の透過窓（３）側に、この透過窓（３）の下半
分に対向して設けられた第１のアパーチュア（６）、第
１のエタロン（７）、光共振器の一方をなす高反射ミラ
ー（８）と、他方の透過窓（４）側に、第１のアパーチ
ュア（６）に同軸的に対向して設けられた第２のアパー
チュア（９）、第２のエタロン（10）および所定角度に
傾けられたグレーティング（11）と、このグレーティン
グに対面し共振器ミラーの他方をなす高反射ミラー（1
2）と、上記グレーティング（11）で反射し、上記光共
振器外に出たレーザ光をレーザ管（５）の放電空間にビ
ームエキスパンダ（13）を介して折り返す折り返しミラ
ー（14）とを備えた構成になっている。この構成では、
高反射ミラー（８）とグレーティング（11）間で発振し
狭帯域化され、グレーティング（11）から出力されたレ
ーザ光（L1）は折り返しミラー（14）によって再び放電
空間に入って増幅され増幅ビーム（L2）となって透過窓
（３）から出力される。

（発明が解決しようとする課題） 上記のレーザ増幅部を設ける前者の技術では装置全体
の構成が大形になる問題があった。また、後者の構成で
は放電空間がレーザ発振と増幅作用の空間とに別れ、狭
帯域化されたレーザ光は放電空間を１パスで増幅される
ようにしているため、放電空間の利用効率が良くない。
そのため増幅が不十分となり、出力を十分に増加させる
ことができなかった。本発明は横励起型のガスレーザ発
振装置において、断面積が小さくて高出力のレーザ光を
簡単な構成で得られる狭帯域レーザ装置を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 上記課題を解決するためにこの発明は、レーザ励起部
と、このレーザ励起部の一端側に設けられ光共振器の一
方をなす高反射ミラーと、上記レーザ励起部の他端側に
おけるレーザ光の光路の断面の一部を占めるように挿入
されこの挿入された部分に入射した一部の上記レーザ光
を上記光路の外に屈折させるように設けられたプリズム
と、上記屈折された一部の上記レーザ光を狭帯域化して
上記高反射ミラーに戻す手段とを備え、上記プリズムは
上記光路の断面において上記レーザ光と交わる面とこの
面に隣接する面でかつ上記光路中にある面とのなす角度
を鈍角に設定したことを特徴とし、スペクトル幅が拡が
らないようにして高出力化が可能な狭帯域レーザ装置を
提供することを目的とする。

（実施例） 以下、実施例を示す図面に基づいて本発明を説明す
る。すなわち、第１図において、（20）はたとえば、エ
キシマレーザなどのレーザ励起部で、両端に透過窓（21
a），（21b）を気密に取付け、ガスレーザ媒質を所定の
圧力で封入した気密容器（22）と、この気密容器の内部
に紙面と垂直な方向に対向して設けられ、主放電電極を
構成する陰極（23）と、陽極（24）とを有している。こ
れら陰極（23）、陽極（24）は図示せぬ電源に接続しパ
ルス放電制御されるようになっている。一方の透過窓
（21a）に対向する一端側には、スリット（25）が形成
された規制部材（26）を介して高反射ミラー（27）が配
置されている。他方の透過窓（21b）に対向する他端側
には、内角の一つが直角になる四角形状のプリズム（3
0）がその一部を高反射ミラー（27）からの反射光路（2
8）に挿入して設けられている。さらに、プリズム（3
0）で屈折された屈折光路（31）に対面し、狭帯域化素
子であり、しかも上記高反射ミラー（27）とで光共振器
を形成する回折格子（32）とが順次設けられている。上
記挿入において、第２図に示すように、レーザ励起部
（20）外方向において、プリズム（30）はブリュースタ
角（56.5゜）で通過光路（28）と交わるように傾けられ
ているとともに、この入射した光路において、入射した
面（33）と隣接する面（34）となす角度θ１が146.5
゜、上記面（34）とこれに隣接し、反射光路（28）の内
部にある面（35）とのなす角度θ２が67゜に設定されて
いる。

レーザ励起部（20）で発生したレーザ光はプリズム
（30）で屈折して拡大され、回折格子（32）に入射す
る。この回折格子（32）は所定の波長の光に対して入射
角と反射角とが等しくなる角度で配置されている。それ
によって、レーザ励起部（20）で発生した後、回折格子
（32）で回折して狭帯域化されたレーザ光はレーザ励起
部（20）内に入射し増幅される。

一方、上記高反射ミラー（27）で反射し、規制部材
（26）を通過して所定の拡がり角で他方の透過窓（21
b）から出射したレーザ光はその一部だけがプリズム（3
0）に入射し、残りは出力として外部へ取出されること
になる。

なお、上記実施例では面（33）と（34）とのなす角度
を146.5゜としたが、これに限定されることなく90゜以
上の角度であればよい。また、狭帯域化のための手段と
しては、回折格子に限らず、エタロンと反射ミラーとで
組み合わせたものを用いてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、レーザ光は狭帯域化された後に
高反射ミラー（27）で反射するだけで外部（光共振器の
光路外）へ取出され、他の光学部品で反射したり、通過
するなどのことがないから、光学部品での吸収や散乱に
よる損失がほとんどないばかりか、出力されるレーザ光
に散乱光が含まれるということもない。また、狭帯域化
されたレーザ光はレーザ励起部（20）で発生したレーザ
光と同じ光路で増幅されるので、放電空間が十分に利用
され増幅のために励起部体積を増加する必要がなく、装
置の小形化を実現することができた。さらに、レーザ光
内に挿入されるプリズム（30）の一部が尖頭状でなくな
り、体積的に増加した形状になったので、その挿入した
部分の温度が低下し、全体的に熱分布が均一化される。
このため、熱によるスペクトル幅の拡がりを防止するこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図におけるＡ部の拡大図、第３図は従来例を示す断面図
である。 （20）……レーザ励起部 （27）……高反射ミラー （30）……プリズム （32）……回折格子

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/1055 H01S 3/13 - 3/139 H01S 3/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ励起部と、このレーザ励起部の一端
   側に設けられ光共振器の一方をなす高反射ミラーと、上
   記レーザ励起部の他端側におけるレーザ光の光路の断面
   の一部を占めるように挿入されこの挿入された部分に入
   射した一部の上記レーザ光を上記光路の外に屈折させる
   ように設けられたプリズムと、上記屈折された一部の上
   記レーザ光を狭帯域化して上記高反射ミラーに戻す手段
   とを備え、上記プリズムは上記光路の断面において上記
   レーザ光と交わる面とこの面に隣接する面でかつ上記光
   路中にある面とのなす角度を鈍角に設定したことを特徴
   とする狭帯域レーザ装置。