JP2987644B2 - 狭帯域レーザ装置 - Google Patents
狭帯域レーザ装置Info
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Description
技術分野 本発明は、半導体の露光装置や光加工用の光源として
用いられる狭帯域レーザ装置の改良に関する。 背景技術 従来、半導体露光装置の光源は、半導体素子の高密度
化に伴ってより高解像度で、より焦点深度を深くする必
要があるため、短波長化が進められてきた。すなわち、
半導体露光装置の光源は、高圧水銀ランプのｇ線からｉ
線へ、さらにはKrFエキシマへというように、より短波
長なものに順次移行されてきた。 ところがKrFエキシマレーザ（248nm）またはArFエキ
シマレーザ（193nm）のような深紫外領域を発振レーザ
光として用いるものでは、投影レンズに用いる光学材料
の種類が少なく色収差補正が困難である。そのため、こ
の種のエキシマレーザでは、投影レンズとして色収差補
正を行っていない単色レンズを用い、エキシマレーザ自
体の狭帯域化を行って単色性を高めて露光装置の光源に
用いるようにしていた。 ところが、例えば図19に示すような、レーザ発振部16
0からの出力光をすべて狭帯域化素子に入射させるとい
う狭帯域レーザでは、狭帯域化素子による損失が大きい
ためにレーザ光の出力が小さくなる、狭帯域化素子の負
荷が大きくなって耐久性に問題が生じる、などの欠点が
あった。この傾向は特に、波長の短いArF狭帯域エキシ
マレーザで顕著である。なお、図19において、160はレ
ーザ発振部、161は狭帯域化素子、162は全反射ミラー、
163はハーフミラーである。 そこで、特開平３−259583号公報に示されるエキシマ
レーザの技術においては、レーザビームを分割ミラーに
よって分割し、該分割した一部の発振レーザ光を狭帯域
化素子に入射し、残りを出力レーザとして取り出すよう
にして、上記問題点を解決するようにしており、図20〜
図21にその構成を示す 図20において、レーザ媒質が収容されたレーザ管131
の一端側には、窓134、スリット136aを有する規制板13
6、高反射ミラー135が設けられ、またレーザ管131の他
端側には、窓134、分割ミラー137、第１のエタロン13
8、第２のエタロン139、高反射折返しミラー141、ビー
ムスプリッタ142、散乱板143、モニタエタロン144、集
光レンズ145、リニアラインセンサ146、オシロスコープ
147が設けられている。 係る構成において、左側の窓134から出射したレーザ
光は、その一部が分割ミラー137によって分割反射さ
れ、第１のエタロン138、第２のエタロン139を通って狭
帯域化される。狭帯域化されたレーザ光は、高反射折返
しミラー141、分割ミラー137で反射されてレーザ管131
内のレーザ励起部132へ戻り、レーザ励起部132で増幅さ
れて再度前記と同様の光路を経て角度θで広がりながら
左側の窓134を介して出射される。そして、出射された
レーザ光のうち一部が分割ミラー137で反射されて再度
第１のエタロン138、第２のエタロン139に入射され、残
りは出力レーザ光Ｌとして出力される。なお、出力レー
ザ光Ｌの一部（１％程度）はビームスプリッタ142で反
射されて、リニアラインセンサ146に入射されるように
なっており、このセンサ出力に基づいてレーザ光の強度
分布がモニタされるようになっている。 すなわち、この従来技術では、ビームエキスパンダな
どの散乱光の発生原因となる光学部品を使用しないよう
にして、ASE（増幅された自然放出光）成分の少ないス
ペクトル純度の高い出力光を得るようにするとともに、
分割ミラー137によってレーザ光を分割して該分割した
一部のレーザ光を狭帯域化素子に入射するようにして、
狭帯域化素子の負荷を軽減するようにしている。 このように、狭帯域化素子及び波長選択素子としてエ
タロンを使用する場合は、エタロン自身が入射角度を選
択する素子であるため、スペクトル分布形状の悪化は起
こらず、ASE成分の少ないスペクトル純度の高い出力光
を得ることができる。しかし、エタロンの場合は、ArF
レーザのような短い波長（193nm）となると次に示すよ
うな問題点が発生する。 ａ、図20に示したような共振器ではエタロンの負荷を
ある程度までは低減できるもののエタロンの耐久性には
問題が残る。 ｂ、スペクトル幅を1pm以下にするためには、複数個
のエタロンを配置する必要があり、コストが高くなる。 ｃ、エタロンの選択波長は熱によって大きく変動する
ため、複数個のエタロンを熱変動のないように制御する
のには困難が多い。 そこで、狭帯域化素子及び波長選択素子としては、エ
タロンのような角度分散型ではない素子よりも、プリズ
ムビームエキスパンダと回折格子などで構成される角度
分散型の狭帯域および波長選択素子を用いた方が上記し
た問題を解決する点では有利である。 図21は、上記特開平３−259583号公報に示された他の
実施例を示すもので、この従来技術では、上記図20の狭
帯域化素子としての第１のエタロン138、第２のエタロ
ン139、高反射折返しミラー141の代わりに、プリズムビ
ームエキスパンダ156と回折格子157で構成される角度分
散型狭帯域化素子を用いるようにしている。 しかし、図21のように、狭帯域化素子として角度分散
型のものを用いた場合、角度分散型狭帯域化素子は分散
方向の面内で光があらゆる方向に回折するため、図２の
点線で示すような寄生発振が多数発生し、ビームのスペ
クトル分布形状が著しく悪化させていた。 また、図20及び図21に示した特開平３−259583号公報
の技術においては、次のような共通の問題を有してい
る。 ・共振器の光路が分割ミラー137によって折れ曲がっ
ているため、共振器が安定ではなく、振動や熱的な歪み
によって多数の波長で共振する。角度分散素子はことに
振動に対して影響を受けやすい。 ・分割ミラー137のエッジ部を使用してビームの分割
を行うために、エッジ部の面精度が悪いと、ビームの波
面が歪んだ状態で狭帯域化素子に入るためスペクトル分
布形状が悪化する。 図22は、狭帯域化素子の負荷が少なくなるような共振
器構成が採用された他の従来技術を示すものである（特
開平２−213178）。 この図22に示す従来技術においては、レーザ放電管15
1の一方に全反射鏡152を、他方に全反射鏡153を設置
し、レーザ放電管151と全反射鏡152の間に半透過鏡154
をおく。そうして、半透過鏡154で反射する光を出力光1
56として半導体露光などに用い、半透過鏡154を通過す
る光をグレーティング155によって狭帯域化した後、レ
ーザ放電管151内部に戻すことでレーザ光の狭帯域化を
実現している。 しかしながら、この従来技術では、グレーティング15
5によって狭帯域化されて全反射鏡152で反射される光の
一部だけが半透過鏡154を通過してレーザ放電管151に戻
って増幅され、残りの光はレーザ出力光156とは逆の方
向に反射して捨てられてしまうので、光エネルギの無駄
となる。 半導体露光装置の光源として、エキシマレーザを用い
る場合には、レーザの狭帯域化と同時に放電管内部で発
生する光エネルギを有効に利用して大きな出力を得るよ
うにすることが必要であるから、このように光の一部を
捨てるようなことは避けなければならない。 このように、従来の狭帯域レーザ装置では、寄生発振
が多くスペクトル分布の形状が歪む、共振器が不安定で
ある、狭帯域化素子の耐久性には問題がある、コストが
高い、熱変動の影響を受け易い、光エネルギを無駄にす
るなどの欠点があった。 本発明はこれらの点を改良して、レーザビームのスペ
クトル分布が均整であり、また安定性、耐久面に勝れ、
エネルギを無駄にしない、狭帯域レーザ装置を提供する
ことを目的とする。 発明の開示 そこでこの発明では、レーザ活性を持ちレーザビーム
を発生するレーザ発生部と、このレーザ発生部で発生す
るレーザ光の光軸上における前記レーザ発生部の一端側
に配設され、少なくとも１個の角度分散型波長選択素子
によって前記レーザビームを狭帯域化し、狭帯域化した
レーザビームを折返して前記レーザ発生部に出射する狭
帯域化手段と、前記レーザ発生部で発生するレーザ光の
光軸上における前記レーザ発生部の他端に配設され、入
射されたレーザビームを折返して前記レーザ発生部に反
射するビーム折返し手段と、前記レーザ発生部と前記狭
帯域化手段の間に配設され、前記レーザ発生部から入射
されたレーザ光の一部を透過して前記狭帯域化手段に入
射すると共に、残りを偏向して出力光として取り出すレ
ーザ分岐光学ユニットとを具えるようにしている。 係る発明によれば、レーザ分岐光学ユニットを真っ直
ぐに透過した光を狭帯域化手段に入射するようにしてい
るので、共振器の光路が折れ曲がることがなくなり、共
振系が安定し、振動にともなう多波長発振がなくなる。
この結果、狭帯域化効率が上がり均整のとれたスペクト
ル分布を有するレーザ出力を得ることができる。 またこの発明によれば、レーザ活性を持ちレーザビー
ムを発生するレーザ発生部と、このレーザ発生部で発生
するレーザ光の光軸上における前記レーザ発生部の一端
側に配設され、少なくとも１個の角度分散型波長選択素
子によって前記レーザビームを狭帯域化し、狭帯域化し
たレーザビームを折返して前記レーザ発生部に出射する
狭帯域化手段と、前記レーザ発生部で発生するレーザ光
の光軸上における前記レーザ発生部の他端に配設され、
入射されたレーザビームを折返して前記レーザ発生部に
反射するビーム折返し手段と、前記レーザ発生部と前記
狭帯域化手段の間に配設され、前記レーザ発生部から入
射されたレーザ光の一部を前記狭帯域化手段に入射する
と共に、残りを出力光として取り出すレーザ分岐光学ユ
ニットと、前記前記狭帯域化手段に入射されるレーザビ
ームの幅を前記角度分散型波長選択素子の角度分散方向
について制限するビーム幅制限手段とを具えるようにし
ている。 係る発明によれば、ビーム幅制限手段によって狭帯域
化手段の角度分散方向に対してビームを制限しているた
めに、寄生発振のない均整のとれたスプクトル分布を有
するレーザ出力光を得ることができる。 図面の簡単な説明
用いられる狭帯域レーザ装置の改良に関する。 背景技術 従来、半導体露光装置の光源は、半導体素子の高密度
化に伴ってより高解像度で、より焦点深度を深くする必
要があるため、短波長化が進められてきた。すなわち、
半導体露光装置の光源は、高圧水銀ランプのｇ線からｉ
線へ、さらにはKrFエキシマへというように、より短波
長なものに順次移行されてきた。 ところがKrFエキシマレーザ（248nm）またはArFエキ
シマレーザ（193nm）のような深紫外領域を発振レーザ
光として用いるものでは、投影レンズに用いる光学材料
の種類が少なく色収差補正が困難である。そのため、こ
の種のエキシマレーザでは、投影レンズとして色収差補
正を行っていない単色レンズを用い、エキシマレーザ自
体の狭帯域化を行って単色性を高めて露光装置の光源に
用いるようにしていた。 ところが、例えば図19に示すような、レーザ発振部16
0からの出力光をすべて狭帯域化素子に入射させるとい
う狭帯域レーザでは、狭帯域化素子による損失が大きい
ためにレーザ光の出力が小さくなる、狭帯域化素子の負
荷が大きくなって耐久性に問題が生じる、などの欠点が
あった。この傾向は特に、波長の短いArF狭帯域エキシ
マレーザで顕著である。なお、図19において、160はレ
ーザ発振部、161は狭帯域化素子、162は全反射ミラー、
163はハーフミラーである。 そこで、特開平３−259583号公報に示されるエキシマ
レーザの技術においては、レーザビームを分割ミラーに
よって分割し、該分割した一部の発振レーザ光を狭帯域
化素子に入射し、残りを出力レーザとして取り出すよう
にして、上記問題点を解決するようにしており、図20〜
図21にその構成を示す 図20において、レーザ媒質が収容されたレーザ管131
の一端側には、窓134、スリット136aを有する規制板13
6、高反射ミラー135が設けられ、またレーザ管131の他
端側には、窓134、分割ミラー137、第１のエタロン13
8、第２のエタロン139、高反射折返しミラー141、ビー
ムスプリッタ142、散乱板143、モニタエタロン144、集
光レンズ145、リニアラインセンサ146、オシロスコープ
147が設けられている。 係る構成において、左側の窓134から出射したレーザ
光は、その一部が分割ミラー137によって分割反射さ
れ、第１のエタロン138、第２のエタロン139を通って狭
帯域化される。狭帯域化されたレーザ光は、高反射折返
しミラー141、分割ミラー137で反射されてレーザ管131
内のレーザ励起部132へ戻り、レーザ励起部132で増幅さ
れて再度前記と同様の光路を経て角度θで広がりながら
左側の窓134を介して出射される。そして、出射された
レーザ光のうち一部が分割ミラー137で反射されて再度
第１のエタロン138、第２のエタロン139に入射され、残
りは出力レーザ光Ｌとして出力される。なお、出力レー
ザ光Ｌの一部（１％程度）はビームスプリッタ142で反
射されて、リニアラインセンサ146に入射されるように
なっており、このセンサ出力に基づいてレーザ光の強度
分布がモニタされるようになっている。 すなわち、この従来技術では、ビームエキスパンダな
どの散乱光の発生原因となる光学部品を使用しないよう
にして、ASE（増幅された自然放出光）成分の少ないス
ペクトル純度の高い出力光を得るようにするとともに、
分割ミラー137によってレーザ光を分割して該分割した
一部のレーザ光を狭帯域化素子に入射するようにして、
狭帯域化素子の負荷を軽減するようにしている。 このように、狭帯域化素子及び波長選択素子としてエ
タロンを使用する場合は、エタロン自身が入射角度を選
択する素子であるため、スペクトル分布形状の悪化は起
こらず、ASE成分の少ないスペクトル純度の高い出力光
を得ることができる。しかし、エタロンの場合は、ArF
レーザのような短い波長（193nm）となると次に示すよ
うな問題点が発生する。 ａ、図20に示したような共振器ではエタロンの負荷を
ある程度までは低減できるもののエタロンの耐久性には
問題が残る。 ｂ、スペクトル幅を1pm以下にするためには、複数個
のエタロンを配置する必要があり、コストが高くなる。 ｃ、エタロンの選択波長は熱によって大きく変動する
ため、複数個のエタロンを熱変動のないように制御する
のには困難が多い。 そこで、狭帯域化素子及び波長選択素子としては、エ
タロンのような角度分散型ではない素子よりも、プリズ
ムビームエキスパンダと回折格子などで構成される角度
分散型の狭帯域および波長選択素子を用いた方が上記し
た問題を解決する点では有利である。 図21は、上記特開平３−259583号公報に示された他の
実施例を示すもので、この従来技術では、上記図20の狭
帯域化素子としての第１のエタロン138、第２のエタロ
ン139、高反射折返しミラー141の代わりに、プリズムビ
ームエキスパンダ156と回折格子157で構成される角度分
散型狭帯域化素子を用いるようにしている。 しかし、図21のように、狭帯域化素子として角度分散
型のものを用いた場合、角度分散型狭帯域化素子は分散
方向の面内で光があらゆる方向に回折するため、図２の
点線で示すような寄生発振が多数発生し、ビームのスペ
クトル分布形状が著しく悪化させていた。 また、図20及び図21に示した特開平３−259583号公報
の技術においては、次のような共通の問題を有してい
る。 ・共振器の光路が分割ミラー137によって折れ曲がっ
ているため、共振器が安定ではなく、振動や熱的な歪み
によって多数の波長で共振する。角度分散素子はことに
振動に対して影響を受けやすい。 ・分割ミラー137のエッジ部を使用してビームの分割
を行うために、エッジ部の面精度が悪いと、ビームの波
面が歪んだ状態で狭帯域化素子に入るためスペクトル分
布形状が悪化する。 図22は、狭帯域化素子の負荷が少なくなるような共振
器構成が採用された他の従来技術を示すものである（特
開平２−213178）。 この図22に示す従来技術においては、レーザ放電管15
1の一方に全反射鏡152を、他方に全反射鏡153を設置
し、レーザ放電管151と全反射鏡152の間に半透過鏡154
をおく。そうして、半透過鏡154で反射する光を出力光1
56として半導体露光などに用い、半透過鏡154を通過す
る光をグレーティング155によって狭帯域化した後、レ
ーザ放電管151内部に戻すことでレーザ光の狭帯域化を
実現している。 しかしながら、この従来技術では、グレーティング15
5によって狭帯域化されて全反射鏡152で反射される光の
一部だけが半透過鏡154を通過してレーザ放電管151に戻
って増幅され、残りの光はレーザ出力光156とは逆の方
向に反射して捨てられてしまうので、光エネルギの無駄
となる。 半導体露光装置の光源として、エキシマレーザを用い
る場合には、レーザの狭帯域化と同時に放電管内部で発
生する光エネルギを有効に利用して大きな出力を得るよ
うにすることが必要であるから、このように光の一部を
捨てるようなことは避けなければならない。 このように、従来の狭帯域レーザ装置では、寄生発振
が多くスペクトル分布の形状が歪む、共振器が不安定で
ある、狭帯域化素子の耐久性には問題がある、コストが
高い、熱変動の影響を受け易い、光エネルギを無駄にす
るなどの欠点があった。 本発明はこれらの点を改良して、レーザビームのスペ
クトル分布が均整であり、また安定性、耐久面に勝れ、
エネルギを無駄にしない、狭帯域レーザ装置を提供する
ことを目的とする。 発明の開示 そこでこの発明では、レーザ活性を持ちレーザビーム
を発生するレーザ発生部と、このレーザ発生部で発生す
るレーザ光の光軸上における前記レーザ発生部の一端側
に配設され、少なくとも１個の角度分散型波長選択素子
によって前記レーザビームを狭帯域化し、狭帯域化した
レーザビームを折返して前記レーザ発生部に出射する狭
帯域化手段と、前記レーザ発生部で発生するレーザ光の
光軸上における前記レーザ発生部の他端に配設され、入
射されたレーザビームを折返して前記レーザ発生部に反
射するビーム折返し手段と、前記レーザ発生部と前記狭
帯域化手段の間に配設され、前記レーザ発生部から入射
されたレーザ光の一部を透過して前記狭帯域化手段に入
射すると共に、残りを偏向して出力光として取り出すレ
ーザ分岐光学ユニットとを具えるようにしている。 係る発明によれば、レーザ分岐光学ユニットを真っ直
ぐに透過した光を狭帯域化手段に入射するようにしてい
るので、共振器の光路が折れ曲がることがなくなり、共
振系が安定し、振動にともなう多波長発振がなくなる。
この結果、狭帯域化効率が上がり均整のとれたスペクト
ル分布を有するレーザ出力を得ることができる。 またこの発明によれば、レーザ活性を持ちレーザビー
ムを発生するレーザ発生部と、このレーザ発生部で発生
するレーザ光の光軸上における前記レーザ発生部の一端
側に配設され、少なくとも１個の角度分散型波長選択素
子によって前記レーザビームを狭帯域化し、狭帯域化し
たレーザビームを折返して前記レーザ発生部に出射する
狭帯域化手段と、前記レーザ発生部で発生するレーザ光
の光軸上における前記レーザ発生部の他端に配設され、
入射されたレーザビームを折返して前記レーザ発生部に
反射するビーム折返し手段と、前記レーザ発生部と前記
狭帯域化手段の間に配設され、前記レーザ発生部から入
射されたレーザ光の一部を前記狭帯域化手段に入射する
と共に、残りを出力光として取り出すレーザ分岐光学ユ
ニットと、前記前記狭帯域化手段に入射されるレーザビ
ームの幅を前記角度分散型波長選択素子の角度分散方向
について制限するビーム幅制限手段とを具えるようにし
ている。 係る発明によれば、ビーム幅制限手段によって狭帯域
化手段の角度分散方向に対してビームを制限しているた
めに、寄生発振のない均整のとれたスプクトル分布を有
するレーザ出力光を得ることができる。 図面の簡単な説明
【図１】 本発明の一実施例の狭帯域レーザ装置の平面図。
【図２】 図１に示す実施例の狭帯域レーザ装置から出力される
レーザ光の出力スペクトルおよび従来装置から出力され
るレーザ光の出力スペクトルを示す図。
レーザ光の出力スペクトルおよび従来装置から出力され
るレーザ光の出力スペクトルを示す図。
【図３】 実施例で用いられる角度分散型波長選択素子の具体構
成例を示す図。
成例を示す図。
【図４】 実施例で用いられるビーム折り返しユニットの具体構
成例を示す図。
成例を示す図。
【図５】 本発明の他の一実施例を示す構成図。
【図６】 図５の実施例のレーザ装置から出力される中抜けのレ
ーザ光を示す図。
ーザ光を示す図。
【図７】 図５の実施例の有孔ミラーに代えて用いるビーム出力
ミラーの各種のタイプを示す図。
ミラーの各種のタイプを示す図。
【図８】 図５の有孔ミラーを移動可能にした場合の構成例を示
す図。
す図。
【図９】 図５の実施例のビーム折り返しユニットの各種変形例
を示す図。
を示す図。
【図１０】 この発明の他の実施例を示す図。
【図１１】 この発明の他の実施例を示す図。
【図１２】 この発明のさらに他の実施例を示す図。
【図１３】 この発明のさらに他の実施例を示す図。
【図１４】 図13の実施例のレーザ装置から出力されるレーザ光の
スペクトル分布を示す図。
スペクトル分布を示す図。
【図１５】 この発明の更に別の実施例を示す図。
【図１６】 この発明の他の実施例を示す図。
【図１７】 この発明の他の実施例を示す図。
【図１８】 この発明の他の実施例を示す図。
【図１９】 従来技術を示す図。
【図２０】 従来技術を示す図。
【図２１】 従来技術を示す図。
【図２２】 従来技術を示す図。 発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説
明する。 図１は、この発明の狭帯域レーザ装置の実施例を示す
もので、以下に示す各実施例構成中で最も基本的な構成
を示すものである。 図１において、図１は角度分散型波長選択素子ユニッ
ト、２はレーザ媒質が含まれるレーザ管、３はレーザビ
ームを入射してきた方向に折り返すビーム折り返しユニ
ット、４はレーザビームの一部を透過して角度分散型波
長選択素子ユニット１に入射し、残りを反射して出力光
として取り出すよう動作するビーム分岐ユニット、５は
角度分散型波長選択素子ユニット１の角度分散方向（図
中Ａ方向）についてのビームを制限するビーム制限部、
６は出力光のビームを制限するビーム制限部である。 かかる図１の構成においては、レーザ管２で発生した
レーザ光は、ビーム分岐ユニット４を透過した後、スリ
ットあるいは周囲に光遮断部を有する窓状のアパーチャ
を有するビーム制限部５を通過して、角度分散型の波長
選択素子を配置した角度分散型波長選択素子ユニット１
に入射される。レーザビームは角度分散型波長選択素子
ユニット１で折り返され狭帯域化された後、再びビーム
制限部５およびビーム分岐ユニット４を通過し、所定の
広がり角をもってレーザ管２を通過して増幅される。レ
ーザ管２を通過したビームはビーム折り返しユニット３
で折り返され、再度、レーザ管２で増幅される。レーザ
管２からの出力光の一部は、ビーム分岐ユニット４およ
びビーム制限部５を透過して再度角度分散型波長選択素
子ユニット１に入射される。一方、残りの光は、ビーム
分岐ユニット４で反射されることにより曲げられ、出力
光として取り出される。 図２は、図１に示した本発明の狭帯域レーザ装置のス
ペクトル分布を先の図20に示した従来例の狭帯域レーザ
装置のスペクトル分布と比較して示したものである。こ
の図２からも分かるように、本発明の狭帯域レーザ装置
の出力光のスペクトル分布は寄生発振がなく非常に均整
のとれた分布となっている。 このように出力光のスペクトル分布に寄生発振がない
理由は、 ａ、ビーム制限部５によって狭帯域化手段１の角度分
散方向に対してビームを制限しているために、寄生発振
がなくなった。 ｂ、ビーム分岐ユニット４を真っ直ぐに透過した光を
狭帯域化手段１に入射するようにしているので、共振器
の光路が折れ曲がることがなくなり、共振系が安定し、
振動にともなう多波長発振がなくなった。 ｃ、角度分散型波長選択素子１はエタロンに比べて、
熱に対して安定であるため、波長ドリフトが無くなった ことなどによる。 図３は、図１に示した角度分散型波長選択素子ユニッ
ト１の具体構成例を示すものである。 図３（ａ）では、分散プリズム100と高反射ミラー101
によって角度分散型波長選択素子ユニット１を実現する
ようにしている。なお、複数個のプリズムとビームエキ
スパンダを組み合わせることによって角度分散型波長選
択素子ユニット１を構成するようにしてもよい 図３（ｂ）では、高反射ミラー102と回折格子103を組
み合わせ、これらを斜入射配置としている。なお、これ
らの構成に対し、さらにビームエキスパンダを組み合わ
せても良い。 図３（ｃ）では、プリズムビームエキスパンダ104と
回折格子105を組み合わせ、回折格子105をリトロー配置
としている。なお、回折格子105としてブレーズ角の大
きなエシェールグレーティングを使用することにより、
より狭帯域化効率を向上させることができる。 図３（ｄ）では、プリズムビームエキスパンダ106と
分散プリズム107と高反射ミラー108とによって角度分散
型波長選択素子ユニット１を構成するようにしている。 図４は、図１のビーム折り返しユニット３の具体構成
例を示すものである。 図４（ａ）では、ビーム折り返しユニット３として平
面ミラー301用い、該平面ミラー301の光軸を角度分散型
波長選択素子ユニット１の光軸とほぼ一致させるように
している。 図４（ｂ）では、ビーム折り返しユニット３として平
面ミラー302を用い、その光軸と角度分散型波長選択素
子ユニット１の光軸とに角度をつけるようにしている。 図４（ｃ）は凸面ミラー303を使用した場合の例で、
図４（ｄ）は凹面ミラー304を使用した場合の例であ
る。凸面または凹面ミラーを使用すれば、ビームの広が
り角を調整することができ、角度分散型波長選択素子ユ
ニット１に入射させる光と、出力光として取り出す光と
の割合を最適化することができ、その結果、高能率でス
ペクトル分布の綺麗なレーザ光を取り出すことができ
る。 さらに、上記凸面ミラー303、凹面ミラー304の代わり
に、凸または凹面のシリンドリカルミラーを配置して、
該ミラーの機械軸を角度分散型波長選択素子の分散平面
に対してほぼ垂直方向に配置することにより、より効率
的で、スペクトル分布形状の良い出力光が得られる。 次に、図５は、本発明のより具体的な一実施例を示す
平面図である。 本実施例では、ビーム折り返しユニット３として平面
の高反射ミラー31を用い、一点鎖線ｍで示すように、高
反射ミラー31の光軸を角度分散型波長選択素子ユニット
１の光軸と一致させている。一方、図１のビーム分岐ユ
ニット４およびビーム制限部５の双方の機能を達成でき
る構成として、スリット状の開口が形成された有孔ミラ
ー42を用いるようにしている。この場合、有孔ミラー42
は、前記光軸に対しほぼ45゜の角度をつけて配設してい
る。この有孔ミラー42としては、、中央部にスリット状
の無反射膜を設け、それ以外の部分に高反射膜をコート
したものを用いるようにしてもよい。また、図１のビー
ム制限部5,6の機能を達成する構成として、スリット41
を配置している。 ただし、上記有孔ミラー42は、放電励起領域23から出
射されてくるレーザビーム断面内部にレーザ光透過領域
が存在し、その光透過領域の外側領域にレーザ光を反射
する高反射領域が存在するように、光透過領域および高
反射領域を配置するようにすればよい。 すなわちこの実施例では、有孔ミラー42の開口（また
は無反射膜）以外の領域によって、角度分散型波長選択
素子ユニット１に入射するビームを角度分散型波長選択
素子ユニット１の分散方向に対して制限しているまた、
この実施例においても、先の図１の実施例と同様、有孔
ミラー42を真っ直ぐに透過した光を狭帯域化手段１に入
射するようにしている。 さらに、この実施例では、上記角度分散型波長選択素
子ユニット１の分散方向についてのビーム制限効果を上
げるために、有孔ミラー42とレーザ管２の間にスリット
41を配置するようにしている。なお、このスリット41
を、有孔ミラー41のビーム出力光側に設けるようにして
もよい（図１の６と同じ） また、この場合、角度分散型波長選択素子ユニット１
はリトロー配置の回折格子11と４個のプリズムビームエ
キスパンダ12〜15からなり、これらの構成によってArF
狭帯域レーザの場合で1pm以下のスペクトル線幅を実現
することができる。この角度分散型波長選択素子ユニッ
ト１によれば、回折格子11およびプリズム12〜15のうち
の何れか１軸を回転させるだけで、波長を制御すること
ができ、高速の波長制御をなし得る なお、エキシマレーザの場合は、レーザ媒質のゲイン
が高いため、有孔ミラー42のスリット状の開口または無
反射膜の大きさ、有孔ミラー42の配置角度などを調整し
て、出力取り出し光量の割合を60〜90％にすると、効率
よくレーザを発振させることができる。なお、図５にお
いて、21、22はウィンドウで、23は放電励起領域であ
る。 かかる実施例によれば、中央部に開口または無反射膜
が形成された有孔ミラー42によって出力光を取り出すよ
うにしているので、出力光のビームプロファイル（ビー
ムの断面形状）は、図６（ａ）に示すように、その中心
部が抜けた形になっている。すなわち、有孔ミラー42を
図５のＢ方向から見ると、図６（ｂ）に示すように、レ
ーザ管２内の放電電極24,24′間に放電励起領域が存在
するため、出力光のビームプロファイルは、図６（ａ）
に示すように中抜けのものとなる。 なお、図５の実施例の場合、出力光のビームプロファ
イルは、前述したように、中抜けのものとなっている
が、この影響はビームを遠くに飛ばすことによって解消
する事ができる。また、露光装置の照明光学系が高解像
力を得るために輪帯照明または斜入射照明を行っている
場合には、このビームをそのまま使って高効率な照明が
可能になる。 図７（ａ）〜（ｅ）は、図５の実施例の変形例を示す
もので、この実施例では、図５の有孔ミラー42の代わり
に、図７（ａ）〜（ｅ）に示すビーム分岐ユニット４を
用いることにより、中抜けのないビームプロファイルを
有するレーザビームを出力光として取り出せるようにし
ている。 図７（ａ）に示すビーム分岐ユニット４においては、
２つの全反射ミラー71、72（表面に反射膜73がコーティ
ングされている）を同一平面上ではなく異なる平面上に
配設しかつそれらの配設位置を調整するようにして、出
力光に中抜けが発生しないようにしている。なお、一方
の全反射ミラー72の先端74は、該先端部で波長選択素子
ユニット１に入射すべきレーザビームが反射されないよ
うにその角がテーパ状に落とされている。 図７（ｂ）のビーム分岐ユニット４においては、図７
（ａ）と同様の形状にその片側（レーザ管２側）の表面
形状が加工された光学部材75に対し、図７（ｂ）に示す
ような態様で、反射膜73および反射防止膜76をコーティ
ングすることにより、出力光に中抜けが発生しないよう
にしている。 図７（ｃ）のビーム分岐ユニット４においては、図７
（ｂ）と逆側（波長選択素子ユニット１側）の表面を図
７（ａ）と同様の形状に加工した光学部材75に対し、図
７（ｃ）に示すような態様で、反射膜73および反射防止
膜76をコーティングすることにより、出力光に中抜けが
発生しないようにしている なお、この場合は、出力光
は光学部材75の中を通過して出射される。 図７（ｄ）のビーム分岐ユニット４においては、光学
部材75のレーザ管２側の表面のうち反射膜73がコーティ
ングされていない中央部領域77に対する入射角Ψがブリ
ュースタ角に一致するように、前記中央部領域77の角度
を設定するようにして、前記中央部領域77に反射防止膜
76をコーティングすることを不要としている。なお、こ
の場合、光学部材75の背面側（波長選択素子ユニット１
側）には、その中央部に反射防止膜76を設けるようにし
ている。 図７（ｅ）のビーム分岐ユニット４においては、光学
部材75の表面中央領域77および裏面中央部領域78の双方
について、その入射角Ψがブリュースタ角に一致するよ
うに、これら中央部領域77,78の角度を設定するように
している。このため、この場合は、表裏面とも反射防止
膜をコーティングする必要がなくなる。 つぎに、図８においては、先の図７（ａ）のビーム出
力ミラー70の２つの全反射ミラー71、72をリニア可動機
構95に連結し、これらリニア可動機構95によって全反射
ミラー71、72をＣ方向に移動可能に構成し、これにより
ビーム分岐ユニット４の開口幅Ｗを自由に調整できるよ
うにしている。このため、この構成によれば、レーザ光
のスペクトル線幅、スペクトル分布形状の最適化を容易
に実行することができる。なお、リニア可動機構95は、
反射ミラー71および72がそれぞれ独立に移動できるよう
にしてもよいし、これらが連動して逆方向に一体的に移
動できるようにしても良い。 次に、図９（ａ）〜（ｅ）は、図５の実施例の変形例
を示すもので、この実施例では、図５のビーム折り返し
ユニット３の高反射ミラー31の代わりに、図９（ａ）〜
（ｅ）に示す他のビーム折り返しユニット３を用いるこ
とにより、ASE光を低減して出力光のスペクトル純度を
向上させるようにしている。 図９（ａ）においては、プリズム80と反射ミラー81に
よってビーム折り返しユニット３を構成するようにして
いる、すなわち、ASE光は様々な方向に進行するので、A
SE光をプリズム80で狭帯域化レーザ光の外へ広がらせ、
これを反射ミラー81で反射して除去するようにしてい
る。 図９（ｂ）においては、表面に凹凸が形成された反射
ミラー82を用い、この凹凸反射ミラー82でASE光をレー
ザ管２に戻らない方向に飛ばすようにしている。 図９（ｃ）においては、レンズ83、空間アパーチー8
4、および凹面反射ミラー85によってビーム折り返しユ
ニット３を構成し、空間アパーチャー84の孔以外の箇所
でASE光をカットするようにしている。 図９（ｄ）においては、レンズ86、空間アパーチャー
84、レンズ87および平面ミラー88によってビーム折り返
しユニット３を構成し、空間アパーチャー84の孔以外の
箇所でASE孔をカットするようにしている。なお、レン
ズ86、空間アパーチャー84、レンズ87をレーザ管２と有
孔ミラー42の間に配設するようにしてもよい。 図９（ｅ）においては、シリンドリカルレンズ89、ス
リット90、シリンドリカルレンズ91および平面ミラー92
によってビーム折り返しユニット３を構成し、スリット
90の光以外の箇所でASE光をカットするようにしてい
る。なお、シリンドリカルレンズ89、スリット90および
シリンドリカルレンズ91をレーザ管２と有孔ミラー42の
間に配設するようにしてもよい。 ここで、上記図９（ｃ）〜（ｅ）においては、空間ア
パーチャー84などをレーザ共振器中の光路上に設けてい
る。このため、これら構成においては、例えば空間アパ
ーチャーなどを有孔ミラー42で反射した後の出力光の光
路上に設ける場合に比べ、より多くのASE成分を効率よ
く除去することができる。 なお、図９の構成において、有孔ミラー42を図７に示
したようなビーム分岐ユニット４に置き換えて、出力光
に中抜けが発生するのを防止するようにしてもよい。 図10に本発明の他の実施例を示す。 この図10の実施例においては、図５の有孔ミラー42の
代わりに、有孔ミラー43を設けるようにして、出力光の
中抜けを防止するようにしている。 すなわち、先の図５の有孔ミラー42においては、その
スリット状の開口を有孔ミラー42のほぼ中央部に設ける
ようにしているが、図10の有孔ミラー43においては、そ
のスリット状の開口96を、有孔ミラー43の図面上の下方
部（この図10は平面図であるので、正確には開口96は中
心から側方にずれて形成されている）に形成するように
している。この結果、この実施例では、放電励起領域23
から発生されたレーザビームのうちの図面上で下側の領
域の光が角度分散型波長選択素子ユニット１に入射され
ることになる。 さらに、この場合、ビーム折り返しユニット３として
の高反射ミラー31の光軸が、角度分散型波長選択素子ユ
ニット１の光軸ｎと、有孔ミラー43の上部高反射領域の
中心と高反射ミラー３のレーザ光を実際に反射している
領域の中心を結ぶ線ｑとの間にあるか、あるいは両軸n,
qのどちらかに一致するように、高反射ミラー31の各度
が設定されている。 この図10の実施例においても、有孔ミラー43およびス
リット41によって狭帯域化手段１の角度分散方向に対し
てビームを制限しているために、寄生発振がなくなると
もに、有孔ミラー43を真っ直ぐに透過した光を狭帯域化
手段１に入射するようにしているので、共振器の光路が
折れ曲がることがなくなり、共振系が安定し、振動にと
もなう多波長発振がなくなる。また、その出力レーザ光
のビームプロファイルを、中抜けのないものとすること
ができる。 つぎに、図11（ａ）は、図10に示した実施例を放電励
起型のエキシマレーザに適用した場合の構成例を示す平
面図である。 この実施例のビーム分岐ユニット４においては、光透
過性の基板18の片側（図面上上側）に反射膜73をコーテ
ィングし、もう一方の側（図面上下側）を光透過領域と
することにより図10の有孔ミラー43と同等の機能を達成
している。また、このビーム分岐ユニット４と共働し
て、光の広がりを制限して寄生発振を防止するために、
光ビームに沿って２つの遮光板51,52が設けられてい
る。 したがって、この実施例では、基板18は、図11（ｂ）
に示すように、放電方向（放電電極24,24′を結ぶ線に
沿った方向）に平行な線を境界線として反射領域と光透
過領域に２分割されている。 即ち、この実施例においても、図10の実施例と同様、
基板18の真ん中から片側に光透過領域を配し、逆側に光
反射領域を配し、かつビーム折り返しユニット３として
の高反射ミラー31の光軸が、角度分散型波長選択素子ユ
ニット１の光軸と、有孔ミラー43の高反射領域の中心と
高反射ミラー３の中心を結ぶ線との間にあるか、あるい
は両軸のどちらかに一致するように、高反射ミラー31の
角度を設定するようにして、出力光に中抜けが発生しな
いようにしている。 もちろん、この図11の実施例においても、ビーム分岐
ユニット４の反射膜73と遮光板51および52によって狭帯
域化手段１の角度分散方向に対してビームを制限してい
るために、寄生発振がなくなる。またビーム分岐ユニッ
ト４を真っ直ぐに透過した光を狭帯域化手段１に入射す
るようにしているので、共振器の光路が折れ曲がること
がなくなり、共振系が安定し、振動にともなう多波長発
振がなくなる。 また、この場合、基板18はリニアステージ44によって
放電方向に垂直な方向（図示Ｅ方向）に移動可能なよう
に構成されており、これにより、出力光と角度分散型波
長選択素子ユニット１に入射される光との割合を調整す
ることができる。 さらに、この実施例では、レーザビームの広がり角の
小さな方向（レーザビームは放電方向に対して垂直な方
向の方が放電方向に比べビームの広がり角が小さい）と
角度分散型波長選択素子の角度分散方向がほぼ一致し、
しかも、ビーム分割方向と放電方向と直角にしているの
で、非常にスペクトル線幅が狭いスペクトル分布が得ら
れる。 尚、この実施例では、基板18の一部に反射膜のコーテ
ィングを施すことによって基板上に反射部と透過部とを
設けるようにしたが、図11（ａ）の基板18の図面上で下
側の光透過領域を削除し、この領域を単なる空間として
もよい。 図12（ａ）〜（ｃ）は、この発明の更に別の実施例を
示すもので、この実施例においては、ビーム分岐ユニッ
ト４を構成する基板18は、図12（ｂ）に示すように、放
電方向（放電電極24,24′を結ぶ線に沿った方向）に垂
直な線を境界線として反射領域と光透過領域に２分割す
るようにしている。また、ビーム分岐ユニット４と波長
選択素子ユニット１との間にはスリット61が設けられ、
さらにビーム出力光側にもスリット62が設けられてい
る。したがって、上記２分割された光透過領域側は、ス
リット61によって光を透過する光透過領域と、光を散
乱，吸収する領域で構成される。 すなわち、この実施例では、ビーム分岐ユニット４の
反射膜73とスリット61、62によって狭帯域化手段１の角
度分散方向に対してビームを制限するようにして、寄生
発振を抑制するようにしている。 また、この実施例においても、基板18はリニアステー
ジ44によって放電方向に平行な方向（図11（ｃ）のＦ方
向）に移動可能なように構成されており、これにより、
出力光と角度分散型波長選択素子ユニット１に入射され
る光との割合を調整するようにしている。 なお、この実施例においても、折り返しミラー３の姿
勢角は、高反射ミラー31の光軸が、角度分散型波長選択
素子ユニット１の光軸と、有孔ミラー43の反射領域の中
心と高反射ミラー３の中心を結ぶ線との間にあるか、あ
るいは両軸のどちらかに一致するように、設定されてい
る。 図13は、この発明の他の実施例を示すものである。 図13において、角度分散型波長選択素子ユニット１を
構成するプリズム12〜15にはＰ偏光用のARコート（誘電
体多層膜）19が施され、これらＰ偏光用のARコート19に
よって角度分散型波長選択素子ユニット１内はＰ偏光波
（角度分散型波長選択素子ユニット１の角度分散方向と
同じ方向の偏光面をもつ、すなわちその偏光面は紙面と
平行である）のみが通過できるようになっている。すな
わち、角度分散型波長選択素子ユニット１で狭帯域化さ
れた光はＰ偏光となる。 一方、有孔ミラー43のミラー面は、Ｐ偏光のみを全反
射させ、Ｓ偏光を吸収または透過するようになってい
る。 したがって、放電励起領域で発生したＰ偏光波および
Ｓ偏光波は、有孔ミラー43の開孔スリットを介して波長
選択素子１に入射され、ここでＰ偏光波のみが狭帯域化
されて再び放電励起領域に戻されて増幅される。この増
幅された光は、ミラー３によって折り返され、再び放電
励起領域を通過してさらに増幅される。そしてレーザ管
２を出た狭帯域化光のなかで有孔ミラー43のミラー面に
入射されたＰ偏光波のみが反射されて出力されるととも
に、有孔ミラー43のスリットに入射された光は再度波長
選択素子１に入射される。一方、Ｓ偏光波は、有孔ミラ
ー43のミラー面で吸収又は透過されると共に、波長選択
素子ユニット１内の各プリズム12〜15のＰ偏光用のARコ
ートで散乱反射される。 このように、上記実施例によれば、放電励起領域で発
生したＰ偏光波およびＳ偏光波のうちのＳ偏光波は狭帯
域化されないので、Ｓ偏光波は全てASE光となる。ま
た、このＳ偏光波は、各プリズム12〜15のARコートで散
乱反射されかつ有孔ミラー43のミラー面で吸収又は透過
されるので、結果的にASE光を大幅に削減することが可
能になる。 図14は、図13の構成において、PS両偏光を全反射する
有孔ミラー43を用いた場合と、Ｐ偏光のみを反射する有
孔ミラー43を用いた場合における各レーザスペクトル波
形を示すものである。 この図からも明らかなように、図13の実施例のように
Ｐ偏光のみを反射する有孔ミラー43を用いた場合は、PS
両偏光を全反射する有孔ミラー43を用いた場合より、AS
E成分をほぼ半分にすることができる。 なお、有孔ミラー43のミラー面をＳ偏光波が透過され
るようにした場合は、有孔ミラー43のスリットとほぼ同
じスリット幅を有するスリット45を配置し、このスリッ
ト45によってミラー面を透過するＳ偏光波のビーム幅を
制限する必要がある。 また、垂直（０゜）以外の入射角を持った透過型光学
素子の表面における反射率が、Ｐ偏光の方がＳ偏光より
も少ないことを用いて、垂直以外の入射角またはブリュ
ースター角の入射角を持った透過型光学素子を共振器内
に配置することにより狭帯域光をＰ偏光することができ
る。したがって、この方法を用いれば、波長選択素子ユ
ニット内のプリズムにARコートを施さなくても、Ｐ偏光
をある程度実現することができる。 又、Ｐ偏光だけを狭帯域化する手法としては、他に、
レーザの出力側のウインド21から回折格子11までの間に
（例えば出射側のウインド21と有孔ミラー43の間に）、
Ｐ偏光のみを透過させる光学素子を配置する、またはＰ
偏光のみを透過させるコーティングをウインド21に施す
などの手法がある。 図15は、図13の実施例の変形例を示すもので、この実
施例では、ASE成分値を検出し、検出値が所定の値を越
えたら異常と判断して半導体露光装置99に報知するよう
にしている。 すなわち、この実施例では、狭帯域化された光がすべ
てＰ偏光となるように、プリズム12〜15にＰ偏光透過の
コーティング19を施こし、また有孔ミラー43にはＰ偏
光、Ｓ偏光とも反射するものを用いる。さらに出力光が
通過する光路中に、Ｐ偏光透過、Ｓ偏光反射の偏光ミラ
ー46を配設する。 したがって、この場合には、最終的な出力光として
は、Ｐ偏光波のみが取り出され、これが露光装置99に入
力されることになる 一方、偏光ミラー46で反射されたＳ偏向波はフォトセ
ンサ97に入射され、る。コントローラ98は、フォトセン
サ97の検出値に基づいて出力レーザ光の光強度、波長な
どを検出し、これらの検出値に基づいて出力レーザ光の
異常を判定し、異常が判定された場合は露光装置93に異
常を報知する。 なお、図13または図15の実施例において、Ｓ偏光成分
を狭帯域化してＳ偏光成分を出力光として取り出すよう
にしても良い。 次に、図16にこの発明の更に別の実施例を示す。 この実施例においては、レーザ出力光を、一直線状に
配置した共振器の光軸の方向にほぼ沿った方向に取り出
すようにして、共振器およびこれに付設されるパワーモ
ニタ、波長モニタ等の外部光学系などの構成をコンパク
ト且つ簡単化するようにしている。 このため、この実施例においては、ビーム分岐ユニッ
ト８によって取り出される出力光を、レーザ管２を通過
させて出力するようにしている。また、この場合、レー
ザ管２を通過させる際には、放電励起領域24を少しかす
めるか或いは全くかすめることがないように、ビーム折
り返しユニット３およびビーム分岐ユニット３の設置角
度を調整するようにしている。なお、この場合、放電励
起領域24からビーム分岐ユニット３に対して入射される
レーザ光とこのビーム分岐ユニット３で反射されるレー
ザ光とを含む面が、放電方向に垂直な平面（この場合紙
面に平行な面）とが平行になるように、ビーム折り返し
ユニット３およびビーム分岐ユニット３の設置角度を調
整することも必要である。 ここで、この実施例においても、ビーム分岐ユニット
８を真っ直ぐに透過した光を狭帯域化手段１に入射する
ようにしているので、共振器の光路が折れ曲がることが
なく、共振系が安定し、振動にともなう多波長発振がな
くなる。 次に、図17は図16の実施例の変形例を示すもので、こ
の場合には、ビーム分岐ユニット８で反射された出力光
を放電励起領域24を透過させて増幅した後、出力するよ
うにしており、これによりレーザの出力がさらに増大し
狭帯域出力効率が向上する。さらに放電励起領域24に対
して出力光を傾斜させて通過させるため、出力光にASE
成分がほどんど発生せず、ビームモードの低下が発生す
ることがない。 なお、図16および図17の実施例において、出力光が折
り返しミラー３の近傍を通過して出力される場合には、
折り返しミラー３の代わりに、全反射領域と透過領域に
２分割された光学部材を用い、この光学部材の全反射領
域でレーザ光の折り返しを行い、透過領域で出力光の透
過を行うようにしてもよい。 次に、図18は図17の実施例の変形例を示すもので、こ
の実施例においても、ビーム分岐ユニット８で反射され
た出力光を放電励起領域24を透過させて増幅するように
している。ただし、この実施においては、ビーム分岐ユ
ニット８は、その中央部に反射防止膜を設け、その外側
に反射膜73を設けるようにしており、またビーム分岐ユ
ニット８はレーザビームの光軸に対しほぼ垂直となるよ
うに設置されている。 一方、レーザ管２とビーム折り返しユニット３との間
には、先の図７（ａ）に示した２つの全反射ミラー72お
よび73からなるビーム分岐ユニット４が配設されてお
り、このビーム分岐ユニット４でレーザ管２から入射さ
れたレーザ光をビーム折り返しユニット３へのレーザ光
と出力光とに分岐する。 このようにこの実施例では、ビーム分岐ユニット８に
よって狭帯域化手段１の角度分散方向に対してビームを
制限しているために、寄生発振がなくなるとともに、ビ
ーム分岐ユニット８を真っ直ぐに透過した光を狭帯域化
手段１に入射するようにしているので、共振器の光路が
折れ曲がることがなくなり、共振系が安定し、振動にと
もなう多波長発振がなくなる。更にこれに加えてこの実
施例では、レーザビームが再度放電励起領域24を通過し
て増幅されるので、レーザの出力がさらに増大し狭帯域
出力効率が向上する。 なお、図18のビーム分岐ユニット８は、開孔のあるミ
ラーで構成するようにしてもよいし、また２つのミラー
で構成するようにしてもよい。 ところで以上の実施例では、狭帯域化素子としてプリ
ズム、回折格子等の角度分散型の光学素子を使用してい
るが、エタロンのような繰り返し反射を利用した波長選
択素子を用いてもよい。 産業上の利用可能性 本発明は、半導体の露光装置や光加工用の光源として
用いられるエキシマレーザ装置などの狭帯域レーザ装置
に適用して有用である。
明する。 図１は、この発明の狭帯域レーザ装置の実施例を示す
もので、以下に示す各実施例構成中で最も基本的な構成
を示すものである。 図１において、図１は角度分散型波長選択素子ユニッ
ト、２はレーザ媒質が含まれるレーザ管、３はレーザビ
ームを入射してきた方向に折り返すビーム折り返しユニ
ット、４はレーザビームの一部を透過して角度分散型波
長選択素子ユニット１に入射し、残りを反射して出力光
として取り出すよう動作するビーム分岐ユニット、５は
角度分散型波長選択素子ユニット１の角度分散方向（図
中Ａ方向）についてのビームを制限するビーム制限部、
６は出力光のビームを制限するビーム制限部である。 かかる図１の構成においては、レーザ管２で発生した
レーザ光は、ビーム分岐ユニット４を透過した後、スリ
ットあるいは周囲に光遮断部を有する窓状のアパーチャ
を有するビーム制限部５を通過して、角度分散型の波長
選択素子を配置した角度分散型波長選択素子ユニット１
に入射される。レーザビームは角度分散型波長選択素子
ユニット１で折り返され狭帯域化された後、再びビーム
制限部５およびビーム分岐ユニット４を通過し、所定の
広がり角をもってレーザ管２を通過して増幅される。レ
ーザ管２を通過したビームはビーム折り返しユニット３
で折り返され、再度、レーザ管２で増幅される。レーザ
管２からの出力光の一部は、ビーム分岐ユニット４およ
びビーム制限部５を透過して再度角度分散型波長選択素
子ユニット１に入射される。一方、残りの光は、ビーム
分岐ユニット４で反射されることにより曲げられ、出力
光として取り出される。 図２は、図１に示した本発明の狭帯域レーザ装置のス
ペクトル分布を先の図20に示した従来例の狭帯域レーザ
装置のスペクトル分布と比較して示したものである。こ
の図２からも分かるように、本発明の狭帯域レーザ装置
の出力光のスペクトル分布は寄生発振がなく非常に均整
のとれた分布となっている。 このように出力光のスペクトル分布に寄生発振がない
理由は、 ａ、ビーム制限部５によって狭帯域化手段１の角度分
散方向に対してビームを制限しているために、寄生発振
がなくなった。 ｂ、ビーム分岐ユニット４を真っ直ぐに透過した光を
狭帯域化手段１に入射するようにしているので、共振器
の光路が折れ曲がることがなくなり、共振系が安定し、
振動にともなう多波長発振がなくなった。 ｃ、角度分散型波長選択素子１はエタロンに比べて、
熱に対して安定であるため、波長ドリフトが無くなった ことなどによる。 図３は、図１に示した角度分散型波長選択素子ユニッ
ト１の具体構成例を示すものである。 図３（ａ）では、分散プリズム100と高反射ミラー101
によって角度分散型波長選択素子ユニット１を実現する
ようにしている。なお、複数個のプリズムとビームエキ
スパンダを組み合わせることによって角度分散型波長選
択素子ユニット１を構成するようにしてもよい 図３（ｂ）では、高反射ミラー102と回折格子103を組
み合わせ、これらを斜入射配置としている。なお、これ
らの構成に対し、さらにビームエキスパンダを組み合わ
せても良い。 図３（ｃ）では、プリズムビームエキスパンダ104と
回折格子105を組み合わせ、回折格子105をリトロー配置
としている。なお、回折格子105としてブレーズ角の大
きなエシェールグレーティングを使用することにより、
より狭帯域化効率を向上させることができる。 図３（ｄ）では、プリズムビームエキスパンダ106と
分散プリズム107と高反射ミラー108とによって角度分散
型波長選択素子ユニット１を構成するようにしている。 図４は、図１のビーム折り返しユニット３の具体構成
例を示すものである。 図４（ａ）では、ビーム折り返しユニット３として平
面ミラー301用い、該平面ミラー301の光軸を角度分散型
波長選択素子ユニット１の光軸とほぼ一致させるように
している。 図４（ｂ）では、ビーム折り返しユニット３として平
面ミラー302を用い、その光軸と角度分散型波長選択素
子ユニット１の光軸とに角度をつけるようにしている。 図４（ｃ）は凸面ミラー303を使用した場合の例で、
図４（ｄ）は凹面ミラー304を使用した場合の例であ
る。凸面または凹面ミラーを使用すれば、ビームの広が
り角を調整することができ、角度分散型波長選択素子ユ
ニット１に入射させる光と、出力光として取り出す光と
の割合を最適化することができ、その結果、高能率でス
ペクトル分布の綺麗なレーザ光を取り出すことができ
る。 さらに、上記凸面ミラー303、凹面ミラー304の代わり
に、凸または凹面のシリンドリカルミラーを配置して、
該ミラーの機械軸を角度分散型波長選択素子の分散平面
に対してほぼ垂直方向に配置することにより、より効率
的で、スペクトル分布形状の良い出力光が得られる。 次に、図５は、本発明のより具体的な一実施例を示す
平面図である。 本実施例では、ビーム折り返しユニット３として平面
の高反射ミラー31を用い、一点鎖線ｍで示すように、高
反射ミラー31の光軸を角度分散型波長選択素子ユニット
１の光軸と一致させている。一方、図１のビーム分岐ユ
ニット４およびビーム制限部５の双方の機能を達成でき
る構成として、スリット状の開口が形成された有孔ミラ
ー42を用いるようにしている。この場合、有孔ミラー42
は、前記光軸に対しほぼ45゜の角度をつけて配設してい
る。この有孔ミラー42としては、、中央部にスリット状
の無反射膜を設け、それ以外の部分に高反射膜をコート
したものを用いるようにしてもよい。また、図１のビー
ム制限部5,6の機能を達成する構成として、スリット41
を配置している。 ただし、上記有孔ミラー42は、放電励起領域23から出
射されてくるレーザビーム断面内部にレーザ光透過領域
が存在し、その光透過領域の外側領域にレーザ光を反射
する高反射領域が存在するように、光透過領域および高
反射領域を配置するようにすればよい。 すなわちこの実施例では、有孔ミラー42の開口（また
は無反射膜）以外の領域によって、角度分散型波長選択
素子ユニット１に入射するビームを角度分散型波長選択
素子ユニット１の分散方向に対して制限しているまた、
この実施例においても、先の図１の実施例と同様、有孔
ミラー42を真っ直ぐに透過した光を狭帯域化手段１に入
射するようにしている。 さらに、この実施例では、上記角度分散型波長選択素
子ユニット１の分散方向についてのビーム制限効果を上
げるために、有孔ミラー42とレーザ管２の間にスリット
41を配置するようにしている。なお、このスリット41
を、有孔ミラー41のビーム出力光側に設けるようにして
もよい（図１の６と同じ） また、この場合、角度分散型波長選択素子ユニット１
はリトロー配置の回折格子11と４個のプリズムビームエ
キスパンダ12〜15からなり、これらの構成によってArF
狭帯域レーザの場合で1pm以下のスペクトル線幅を実現
することができる。この角度分散型波長選択素子ユニッ
ト１によれば、回折格子11およびプリズム12〜15のうち
の何れか１軸を回転させるだけで、波長を制御すること
ができ、高速の波長制御をなし得る なお、エキシマレーザの場合は、レーザ媒質のゲイン
が高いため、有孔ミラー42のスリット状の開口または無
反射膜の大きさ、有孔ミラー42の配置角度などを調整し
て、出力取り出し光量の割合を60〜90％にすると、効率
よくレーザを発振させることができる。なお、図５にお
いて、21、22はウィンドウで、23は放電励起領域であ
る。 かかる実施例によれば、中央部に開口または無反射膜
が形成された有孔ミラー42によって出力光を取り出すよ
うにしているので、出力光のビームプロファイル（ビー
ムの断面形状）は、図６（ａ）に示すように、その中心
部が抜けた形になっている。すなわち、有孔ミラー42を
図５のＢ方向から見ると、図６（ｂ）に示すように、レ
ーザ管２内の放電電極24,24′間に放電励起領域が存在
するため、出力光のビームプロファイルは、図６（ａ）
に示すように中抜けのものとなる。 なお、図５の実施例の場合、出力光のビームプロファ
イルは、前述したように、中抜けのものとなっている
が、この影響はビームを遠くに飛ばすことによって解消
する事ができる。また、露光装置の照明光学系が高解像
力を得るために輪帯照明または斜入射照明を行っている
場合には、このビームをそのまま使って高効率な照明が
可能になる。 図７（ａ）〜（ｅ）は、図５の実施例の変形例を示す
もので、この実施例では、図５の有孔ミラー42の代わり
に、図７（ａ）〜（ｅ）に示すビーム分岐ユニット４を
用いることにより、中抜けのないビームプロファイルを
有するレーザビームを出力光として取り出せるようにし
ている。 図７（ａ）に示すビーム分岐ユニット４においては、
２つの全反射ミラー71、72（表面に反射膜73がコーティ
ングされている）を同一平面上ではなく異なる平面上に
配設しかつそれらの配設位置を調整するようにして、出
力光に中抜けが発生しないようにしている。なお、一方
の全反射ミラー72の先端74は、該先端部で波長選択素子
ユニット１に入射すべきレーザビームが反射されないよ
うにその角がテーパ状に落とされている。 図７（ｂ）のビーム分岐ユニット４においては、図７
（ａ）と同様の形状にその片側（レーザ管２側）の表面
形状が加工された光学部材75に対し、図７（ｂ）に示す
ような態様で、反射膜73および反射防止膜76をコーティ
ングすることにより、出力光に中抜けが発生しないよう
にしている。 図７（ｃ）のビーム分岐ユニット４においては、図７
（ｂ）と逆側（波長選択素子ユニット１側）の表面を図
７（ａ）と同様の形状に加工した光学部材75に対し、図
７（ｃ）に示すような態様で、反射膜73および反射防止
膜76をコーティングすることにより、出力光に中抜けが
発生しないようにしている なお、この場合は、出力光
は光学部材75の中を通過して出射される。 図７（ｄ）のビーム分岐ユニット４においては、光学
部材75のレーザ管２側の表面のうち反射膜73がコーティ
ングされていない中央部領域77に対する入射角Ψがブリ
ュースタ角に一致するように、前記中央部領域77の角度
を設定するようにして、前記中央部領域77に反射防止膜
76をコーティングすることを不要としている。なお、こ
の場合、光学部材75の背面側（波長選択素子ユニット１
側）には、その中央部に反射防止膜76を設けるようにし
ている。 図７（ｅ）のビーム分岐ユニット４においては、光学
部材75の表面中央領域77および裏面中央部領域78の双方
について、その入射角Ψがブリュースタ角に一致するよ
うに、これら中央部領域77,78の角度を設定するように
している。このため、この場合は、表裏面とも反射防止
膜をコーティングする必要がなくなる。 つぎに、図８においては、先の図７（ａ）のビーム出
力ミラー70の２つの全反射ミラー71、72をリニア可動機
構95に連結し、これらリニア可動機構95によって全反射
ミラー71、72をＣ方向に移動可能に構成し、これにより
ビーム分岐ユニット４の開口幅Ｗを自由に調整できるよ
うにしている。このため、この構成によれば、レーザ光
のスペクトル線幅、スペクトル分布形状の最適化を容易
に実行することができる。なお、リニア可動機構95は、
反射ミラー71および72がそれぞれ独立に移動できるよう
にしてもよいし、これらが連動して逆方向に一体的に移
動できるようにしても良い。 次に、図９（ａ）〜（ｅ）は、図５の実施例の変形例
を示すもので、この実施例では、図５のビーム折り返し
ユニット３の高反射ミラー31の代わりに、図９（ａ）〜
（ｅ）に示す他のビーム折り返しユニット３を用いるこ
とにより、ASE光を低減して出力光のスペクトル純度を
向上させるようにしている。 図９（ａ）においては、プリズム80と反射ミラー81に
よってビーム折り返しユニット３を構成するようにして
いる、すなわち、ASE光は様々な方向に進行するので、A
SE光をプリズム80で狭帯域化レーザ光の外へ広がらせ、
これを反射ミラー81で反射して除去するようにしてい
る。 図９（ｂ）においては、表面に凹凸が形成された反射
ミラー82を用い、この凹凸反射ミラー82でASE光をレー
ザ管２に戻らない方向に飛ばすようにしている。 図９（ｃ）においては、レンズ83、空間アパーチー8
4、および凹面反射ミラー85によってビーム折り返しユ
ニット３を構成し、空間アパーチャー84の孔以外の箇所
でASE光をカットするようにしている。 図９（ｄ）においては、レンズ86、空間アパーチャー
84、レンズ87および平面ミラー88によってビーム折り返
しユニット３を構成し、空間アパーチャー84の孔以外の
箇所でASE孔をカットするようにしている。なお、レン
ズ86、空間アパーチャー84、レンズ87をレーザ管２と有
孔ミラー42の間に配設するようにしてもよい。 図９（ｅ）においては、シリンドリカルレンズ89、ス
リット90、シリンドリカルレンズ91および平面ミラー92
によってビーム折り返しユニット３を構成し、スリット
90の光以外の箇所でASE光をカットするようにしてい
る。なお、シリンドリカルレンズ89、スリット90および
シリンドリカルレンズ91をレーザ管２と有孔ミラー42の
間に配設するようにしてもよい。 ここで、上記図９（ｃ）〜（ｅ）においては、空間ア
パーチャー84などをレーザ共振器中の光路上に設けてい
る。このため、これら構成においては、例えば空間アパ
ーチャーなどを有孔ミラー42で反射した後の出力光の光
路上に設ける場合に比べ、より多くのASE成分を効率よ
く除去することができる。 なお、図９の構成において、有孔ミラー42を図７に示
したようなビーム分岐ユニット４に置き換えて、出力光
に中抜けが発生するのを防止するようにしてもよい。 図10に本発明の他の実施例を示す。 この図10の実施例においては、図５の有孔ミラー42の
代わりに、有孔ミラー43を設けるようにして、出力光の
中抜けを防止するようにしている。 すなわち、先の図５の有孔ミラー42においては、その
スリット状の開口を有孔ミラー42のほぼ中央部に設ける
ようにしているが、図10の有孔ミラー43においては、そ
のスリット状の開口96を、有孔ミラー43の図面上の下方
部（この図10は平面図であるので、正確には開口96は中
心から側方にずれて形成されている）に形成するように
している。この結果、この実施例では、放電励起領域23
から発生されたレーザビームのうちの図面上で下側の領
域の光が角度分散型波長選択素子ユニット１に入射され
ることになる。 さらに、この場合、ビーム折り返しユニット３として
の高反射ミラー31の光軸が、角度分散型波長選択素子ユ
ニット１の光軸ｎと、有孔ミラー43の上部高反射領域の
中心と高反射ミラー３のレーザ光を実際に反射している
領域の中心を結ぶ線ｑとの間にあるか、あるいは両軸n,
qのどちらかに一致するように、高反射ミラー31の各度
が設定されている。 この図10の実施例においても、有孔ミラー43およびス
リット41によって狭帯域化手段１の角度分散方向に対し
てビームを制限しているために、寄生発振がなくなると
もに、有孔ミラー43を真っ直ぐに透過した光を狭帯域化
手段１に入射するようにしているので、共振器の光路が
折れ曲がることがなくなり、共振系が安定し、振動にと
もなう多波長発振がなくなる。また、その出力レーザ光
のビームプロファイルを、中抜けのないものとすること
ができる。 つぎに、図11（ａ）は、図10に示した実施例を放電励
起型のエキシマレーザに適用した場合の構成例を示す平
面図である。 この実施例のビーム分岐ユニット４においては、光透
過性の基板18の片側（図面上上側）に反射膜73をコーテ
ィングし、もう一方の側（図面上下側）を光透過領域と
することにより図10の有孔ミラー43と同等の機能を達成
している。また、このビーム分岐ユニット４と共働し
て、光の広がりを制限して寄生発振を防止するために、
光ビームに沿って２つの遮光板51,52が設けられてい
る。 したがって、この実施例では、基板18は、図11（ｂ）
に示すように、放電方向（放電電極24,24′を結ぶ線に
沿った方向）に平行な線を境界線として反射領域と光透
過領域に２分割されている。 即ち、この実施例においても、図10の実施例と同様、
基板18の真ん中から片側に光透過領域を配し、逆側に光
反射領域を配し、かつビーム折り返しユニット３として
の高反射ミラー31の光軸が、角度分散型波長選択素子ユ
ニット１の光軸と、有孔ミラー43の高反射領域の中心と
高反射ミラー３の中心を結ぶ線との間にあるか、あるい
は両軸のどちらかに一致するように、高反射ミラー31の
角度を設定するようにして、出力光に中抜けが発生しな
いようにしている。 もちろん、この図11の実施例においても、ビーム分岐
ユニット４の反射膜73と遮光板51および52によって狭帯
域化手段１の角度分散方向に対してビームを制限してい
るために、寄生発振がなくなる。またビーム分岐ユニッ
ト４を真っ直ぐに透過した光を狭帯域化手段１に入射す
るようにしているので、共振器の光路が折れ曲がること
がなくなり、共振系が安定し、振動にともなう多波長発
振がなくなる。 また、この場合、基板18はリニアステージ44によって
放電方向に垂直な方向（図示Ｅ方向）に移動可能なよう
に構成されており、これにより、出力光と角度分散型波
長選択素子ユニット１に入射される光との割合を調整す
ることができる。 さらに、この実施例では、レーザビームの広がり角の
小さな方向（レーザビームは放電方向に対して垂直な方
向の方が放電方向に比べビームの広がり角が小さい）と
角度分散型波長選択素子の角度分散方向がほぼ一致し、
しかも、ビーム分割方向と放電方向と直角にしているの
で、非常にスペクトル線幅が狭いスペクトル分布が得ら
れる。 尚、この実施例では、基板18の一部に反射膜のコーテ
ィングを施すことによって基板上に反射部と透過部とを
設けるようにしたが、図11（ａ）の基板18の図面上で下
側の光透過領域を削除し、この領域を単なる空間として
もよい。 図12（ａ）〜（ｃ）は、この発明の更に別の実施例を
示すもので、この実施例においては、ビーム分岐ユニッ
ト４を構成する基板18は、図12（ｂ）に示すように、放
電方向（放電電極24,24′を結ぶ線に沿った方向）に垂
直な線を境界線として反射領域と光透過領域に２分割す
るようにしている。また、ビーム分岐ユニット４と波長
選択素子ユニット１との間にはスリット61が設けられ、
さらにビーム出力光側にもスリット62が設けられてい
る。したがって、上記２分割された光透過領域側は、ス
リット61によって光を透過する光透過領域と、光を散
乱，吸収する領域で構成される。 すなわち、この実施例では、ビーム分岐ユニット４の
反射膜73とスリット61、62によって狭帯域化手段１の角
度分散方向に対してビームを制限するようにして、寄生
発振を抑制するようにしている。 また、この実施例においても、基板18はリニアステー
ジ44によって放電方向に平行な方向（図11（ｃ）のＦ方
向）に移動可能なように構成されており、これにより、
出力光と角度分散型波長選択素子ユニット１に入射され
る光との割合を調整するようにしている。 なお、この実施例においても、折り返しミラー３の姿
勢角は、高反射ミラー31の光軸が、角度分散型波長選択
素子ユニット１の光軸と、有孔ミラー43の反射領域の中
心と高反射ミラー３の中心を結ぶ線との間にあるか、あ
るいは両軸のどちらかに一致するように、設定されてい
る。 図13は、この発明の他の実施例を示すものである。 図13において、角度分散型波長選択素子ユニット１を
構成するプリズム12〜15にはＰ偏光用のARコート（誘電
体多層膜）19が施され、これらＰ偏光用のARコート19に
よって角度分散型波長選択素子ユニット１内はＰ偏光波
（角度分散型波長選択素子ユニット１の角度分散方向と
同じ方向の偏光面をもつ、すなわちその偏光面は紙面と
平行である）のみが通過できるようになっている。すな
わち、角度分散型波長選択素子ユニット１で狭帯域化さ
れた光はＰ偏光となる。 一方、有孔ミラー43のミラー面は、Ｐ偏光のみを全反
射させ、Ｓ偏光を吸収または透過するようになってい
る。 したがって、放電励起領域で発生したＰ偏光波および
Ｓ偏光波は、有孔ミラー43の開孔スリットを介して波長
選択素子１に入射され、ここでＰ偏光波のみが狭帯域化
されて再び放電励起領域に戻されて増幅される。この増
幅された光は、ミラー３によって折り返され、再び放電
励起領域を通過してさらに増幅される。そしてレーザ管
２を出た狭帯域化光のなかで有孔ミラー43のミラー面に
入射されたＰ偏光波のみが反射されて出力されるととも
に、有孔ミラー43のスリットに入射された光は再度波長
選択素子１に入射される。一方、Ｓ偏光波は、有孔ミラ
ー43のミラー面で吸収又は透過されると共に、波長選択
素子ユニット１内の各プリズム12〜15のＰ偏光用のARコ
ートで散乱反射される。 このように、上記実施例によれば、放電励起領域で発
生したＰ偏光波およびＳ偏光波のうちのＳ偏光波は狭帯
域化されないので、Ｓ偏光波は全てASE光となる。ま
た、このＳ偏光波は、各プリズム12〜15のARコートで散
乱反射されかつ有孔ミラー43のミラー面で吸収又は透過
されるので、結果的にASE光を大幅に削減することが可
能になる。 図14は、図13の構成において、PS両偏光を全反射する
有孔ミラー43を用いた場合と、Ｐ偏光のみを反射する有
孔ミラー43を用いた場合における各レーザスペクトル波
形を示すものである。 この図からも明らかなように、図13の実施例のように
Ｐ偏光のみを反射する有孔ミラー43を用いた場合は、PS
両偏光を全反射する有孔ミラー43を用いた場合より、AS
E成分をほぼ半分にすることができる。 なお、有孔ミラー43のミラー面をＳ偏光波が透過され
るようにした場合は、有孔ミラー43のスリットとほぼ同
じスリット幅を有するスリット45を配置し、このスリッ
ト45によってミラー面を透過するＳ偏光波のビーム幅を
制限する必要がある。 また、垂直（０゜）以外の入射角を持った透過型光学
素子の表面における反射率が、Ｐ偏光の方がＳ偏光より
も少ないことを用いて、垂直以外の入射角またはブリュ
ースター角の入射角を持った透過型光学素子を共振器内
に配置することにより狭帯域光をＰ偏光することができ
る。したがって、この方法を用いれば、波長選択素子ユ
ニット内のプリズムにARコートを施さなくても、Ｐ偏光
をある程度実現することができる。 又、Ｐ偏光だけを狭帯域化する手法としては、他に、
レーザの出力側のウインド21から回折格子11までの間に
（例えば出射側のウインド21と有孔ミラー43の間に）、
Ｐ偏光のみを透過させる光学素子を配置する、またはＰ
偏光のみを透過させるコーティングをウインド21に施す
などの手法がある。 図15は、図13の実施例の変形例を示すもので、この実
施例では、ASE成分値を検出し、検出値が所定の値を越
えたら異常と判断して半導体露光装置99に報知するよう
にしている。 すなわち、この実施例では、狭帯域化された光がすべ
てＰ偏光となるように、プリズム12〜15にＰ偏光透過の
コーティング19を施こし、また有孔ミラー43にはＰ偏
光、Ｓ偏光とも反射するものを用いる。さらに出力光が
通過する光路中に、Ｐ偏光透過、Ｓ偏光反射の偏光ミラ
ー46を配設する。 したがって、この場合には、最終的な出力光として
は、Ｐ偏光波のみが取り出され、これが露光装置99に入
力されることになる 一方、偏光ミラー46で反射されたＳ偏向波はフォトセ
ンサ97に入射され、る。コントローラ98は、フォトセン
サ97の検出値に基づいて出力レーザ光の光強度、波長な
どを検出し、これらの検出値に基づいて出力レーザ光の
異常を判定し、異常が判定された場合は露光装置93に異
常を報知する。 なお、図13または図15の実施例において、Ｓ偏光成分
を狭帯域化してＳ偏光成分を出力光として取り出すよう
にしても良い。 次に、図16にこの発明の更に別の実施例を示す。 この実施例においては、レーザ出力光を、一直線状に
配置した共振器の光軸の方向にほぼ沿った方向に取り出
すようにして、共振器およびこれに付設されるパワーモ
ニタ、波長モニタ等の外部光学系などの構成をコンパク
ト且つ簡単化するようにしている。 このため、この実施例においては、ビーム分岐ユニッ
ト８によって取り出される出力光を、レーザ管２を通過
させて出力するようにしている。また、この場合、レー
ザ管２を通過させる際には、放電励起領域24を少しかす
めるか或いは全くかすめることがないように、ビーム折
り返しユニット３およびビーム分岐ユニット３の設置角
度を調整するようにしている。なお、この場合、放電励
起領域24からビーム分岐ユニット３に対して入射される
レーザ光とこのビーム分岐ユニット３で反射されるレー
ザ光とを含む面が、放電方向に垂直な平面（この場合紙
面に平行な面）とが平行になるように、ビーム折り返し
ユニット３およびビーム分岐ユニット３の設置角度を調
整することも必要である。 ここで、この実施例においても、ビーム分岐ユニット
８を真っ直ぐに透過した光を狭帯域化手段１に入射する
ようにしているので、共振器の光路が折れ曲がることが
なく、共振系が安定し、振動にともなう多波長発振がな
くなる。 次に、図17は図16の実施例の変形例を示すもので、こ
の場合には、ビーム分岐ユニット８で反射された出力光
を放電励起領域24を透過させて増幅した後、出力するよ
うにしており、これによりレーザの出力がさらに増大し
狭帯域出力効率が向上する。さらに放電励起領域24に対
して出力光を傾斜させて通過させるため、出力光にASE
成分がほどんど発生せず、ビームモードの低下が発生す
ることがない。 なお、図16および図17の実施例において、出力光が折
り返しミラー３の近傍を通過して出力される場合には、
折り返しミラー３の代わりに、全反射領域と透過領域に
２分割された光学部材を用い、この光学部材の全反射領
域でレーザ光の折り返しを行い、透過領域で出力光の透
過を行うようにしてもよい。 次に、図18は図17の実施例の変形例を示すもので、こ
の実施例においても、ビーム分岐ユニット８で反射され
た出力光を放電励起領域24を透過させて増幅するように
している。ただし、この実施においては、ビーム分岐ユ
ニット８は、その中央部に反射防止膜を設け、その外側
に反射膜73を設けるようにしており、またビーム分岐ユ
ニット８はレーザビームの光軸に対しほぼ垂直となるよ
うに設置されている。 一方、レーザ管２とビーム折り返しユニット３との間
には、先の図７（ａ）に示した２つの全反射ミラー72お
よび73からなるビーム分岐ユニット４が配設されてお
り、このビーム分岐ユニット４でレーザ管２から入射さ
れたレーザ光をビーム折り返しユニット３へのレーザ光
と出力光とに分岐する。 このようにこの実施例では、ビーム分岐ユニット８に
よって狭帯域化手段１の角度分散方向に対してビームを
制限しているために、寄生発振がなくなるとともに、ビ
ーム分岐ユニット８を真っ直ぐに透過した光を狭帯域化
手段１に入射するようにしているので、共振器の光路が
折れ曲がることがなくなり、共振系が安定し、振動にと
もなう多波長発振がなくなる。更にこれに加えてこの実
施例では、レーザビームが再度放電励起領域24を通過し
て増幅されるので、レーザの出力がさらに増大し狭帯域
出力効率が向上する。 なお、図18のビーム分岐ユニット８は、開孔のあるミ
ラーで構成するようにしてもよいし、また２つのミラー
で構成するようにしてもよい。 ところで以上の実施例では、狭帯域化素子としてプリ
ズム、回折格子等の角度分散型の光学素子を使用してい
るが、エタロンのような繰り返し反射を利用した波長選
択素子を用いてもよい。 産業上の利用可能性 本発明は、半導体の露光装置や光加工用の光源として
用いられるエキシマレーザ装置などの狭帯域レーザ装置
に適用して有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−213178（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−114280（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−152666（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−228038（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/1055 H01S 3/08
Claims (16)
- 【請求項１】レーザ活性を持ちレーザビームを発生する
レーザ発生部と、 このレーザ発生部で発生するレーザ光の光軸上における
前記レーザ発生部の一端側に配設され、少なくとも１個
の角度分散型波長選択素子によって前記レーザビームを
狭帯域化し、狭帯域化したレーザビームを折り返して前
記レーザ発生部に出射する狭帯域化手段と、 前記レーザ発生部で発生するレーザ光の光軸上における
前記レーザ発生部の他端に配設され、入射されたレーザ
ビームを折り返して前記レーザ発生部に反射するビーム
折返し手段と、 前記レーザ発生部と前記狭帯域化手段の間に配設され、
前記レーザ発生部から入射されるレーザ光をレーザビー
ム断面領域に関して空間的に分離する光透過領域と偏向
領域とを設け、この光透過領域を介して一部のレーザ光
を透過させて前記狭帯域化手段に入射すると共に、この
偏向領域を介して残りのレーザ光を前記レーザ発生部に
再び入射しない方向に偏向して出力光として取り出すレ
ーザ分岐光学ユニットと を備えたことを特徴とする狭帯域レーザ装置。 - 【請求項２】前記狭帯域化手段の光軸と前記ビーム折返
し手段によって折り返されるレーザ光の光軸とが略一致
するように設定すると共に、 前記レーザ分岐光学ユニットは、前記レーザ発生部から
出射されてくるレーザビーム断面内部にレーザ光透過領
域が存在し、その光透過領域の外側領域にレーザ光を偏
向する偏向領域が存在するように、光透過領域および偏
向領域が配置されたものである請求の範囲第１項記載の
狭帯域レーザ装置。 - 【請求項３】前記レーザ分岐光学ユニットの前記偏向領
域は、前記光透過領域を挟んだ一方側の面と他方側の面
とを平行な２つの異なる面で構成されると共に、前記一
方の面の光透過領域側の端部の前記レーザ光の偏向方向
に直角な方向に関する位置と、前記他方の面の光透過領
域側の端部の前記レーザ光の偏向方向に直角な方向に関
する位置とが位置するように設定されている請求の範囲
第１項記載の狭帯域レーザ装置。 - 【請求項４】前記角度分散型波長選択素子の角度分散方
向についての前記光透過領域の幅を可変とする光透過領
域可変手段を更に備えるようにした請求の範囲第３項記
載の狭帯域レーザ装置。 - 【請求項５】前記レーザ分岐光学ユニットは、一方側に
光透過領域が形成され、他方側にレーザ光を偏向する偏
向領域が形成され、 前記ビーム折返し手段で折り返されるレーザ光の光軸
が、前記狭帯域化手段の光軸と、前記レーザ分岐光学ユ
ニットの偏向領域の中心と前記ビーム折返し手段のビー
ム折返し領域の中心とを結ぶ線との間に存在するように
設定されるものである請求の範囲第１項記載の狭帯域レ
ーザ装置。 - 【請求項６】前記角度分散型波長選択素子の角度分散方
向についての前記光透過領域の幅を可変する光透過領域
可変手段を更に備えるようにした請求の範囲第５項記載
の狭帯域レーザ装置。 - 【請求項７】前記レーザ発生部は、放電電極による放電
によってレーザが発生されるものであり、 前記レーザ分岐光学ユニットの光透過領域と偏向領域と
を分ける境界線が、前記放電電極の放電方向と平行とな
るようレーザ分岐光学ユニットの光透過領域と偏向領域
とが分割される請求の範囲第５項記載の狭帯域レーザ装
置。 - 【請求項８】前記レーザ発生部は、放電電極による放電
によってレーザが発生されるものであり、 前記レーザ分岐光学ユニットの光透過領域と偏向領域と
を分ける境界線が、前記放電電極の放電方向と直角とな
るようレーザ分岐光学ユニットの光透過領域と偏向領域
とが分割される請求の範囲第５項記載の狭帯域レーザ装
置。 - 【請求項９】前記狭帯域化手段は、 前記角度分散型波長選択素子の角度分散方向を含む平面
と平行な偏光平面を有する偏光成分のみ通過させる偏光
通過手段 を有し、 前記レーザ分岐光学ユニットは、前記偏光通過手段で通
過した偏光成分のみを偏向して出力光として取り出すも
のであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の狭帯
域レーザ装置。 - 【請求項１０】前記狭帯域化手段は、 前記角度分散型波長選択素子の角度分散方向を含む平面
と平行な偏光平面を有する偏光成分のみ通過させる偏光
通過手段 を有し、 前記レーザ分岐光学ユニットの出力光側の光路中に配設
され、前記偏光通過手段を通過できる第１の偏光成分
と、この第１の偏光成分の偏光面と直角な偏光面を有す
る第２の偏光成分とを分岐するレーザ光偏光分岐ユニッ
トと、 このレーザ光偏光分岐ユニットで分岐された第２の偏光
成分を受光する受光手段と、 この受光手段の出力に基づき出力光の異常を検出する異
常検出手段と をさらに備えるようにした請求の範囲第１項記載の狭帯
域レーザ装置。 - 【請求項１１】前記レーザ分岐光学ユニットと前記狭帯
域化手段との間、または前記レーザ分岐光学ユニットと
レーザ発生部との間に、レーザビームの前記角度分散型
波長選択素子の角度分散方向についての幅を制限するビ
ーム幅制限手段 を更に備えるようにした請求の範囲第１項記載の狭帯域
レーザ装置。 - 【請求項１２】前記レーザ分岐光学ユニットの出力光側
の光路中に、出力光の前記角度分散型波長選択素子の角
度分散方向についての幅を制限する第２のビーム幅制限
手段 を更に備えるようにした請求の範囲第11項記載の狭帯域
レーザ装置。 - 【請求項１３】レーザ活性を持ちレーザビームを発生す
るレーザ発生部と、 このレーザ発生部で発生するレーザ光の光軸上における
前記レーザ発生部の一端側に配設され、少なくとも１個
の角度分散型波長選択素子によって前記レーザビームを
狭帯域化し、狭帯域化したレーザビームを折り返して前
記レーザ発生部に出射する狭帯域化手段と、 前記レーザ発生部で発生するレーザ光の光軸上における
前記レーザ発生部の他端に配設され、入射されたレーザ
ビームを折り返して前記レーザ発生部に反射するビーム
折返し手段と、 前記レーザ発生部と前記狭帯域化手段の間に配設され、
前記レーザ発生部から入射されるレーザ光をレーザビー
ム断面領域に関して空間的に分離する光透過領域と偏向
領域とを設け、この光透過領域を介して一部のレーザ光
を透過させて前記狭帯域化手段に入射すると共に、この
偏向領域を介して残りのレーザ光を前記レーザ発生部に
再び入射しない方向に偏向して出力光として取り出すレ
ーザ分岐光学ユニットと、 前記狭帯域化手段に入射されるレーザビームの幅を前記
角度分散型波長選択素子の角度分散方向について制限す
るビーム幅制限手段と を備えたことを特徴とする狭帯域レーザ装置。 - 【請求項１４】レーザ活性を持ちレーザビームを発生す
るレーザ発生部と、 このレーザ発生部で発生するレーザ光の光軸上における
前記レーザ発生部の一端側に配設され、少なくとも１個
の角度分散型波長選択素子によって前記レーザビームを
狭帯域化し、狭帯域化したレーザビームを折り返して前
記レーザ発生部に出射する狭帯域化手段と、 前記レーザ発生部で発生するレーザ光の光軸上における
前記レーザ発生部の他端に配設され、入射されたレーザ
ビームを折り返して前記レーザ発生部に反射するビーム
折返し手段と、 前記レーザ発生部と前記狭帯域化手段の間に配設され、
前記レーザ発生部から入射されたレーザ光の一部を透過
して前記狭帯域化手段に入射すると共に、残りを反射し
て前記レーザ発生部を経由しかつ前記ビーム折返し手段
を照射しない方向へ出力光として取り出すレーザ分岐光
学ユニットと を備えたことを特徴とする狭帯域レーザ装置。 - 【請求項１５】前記レーザ発生部は、放電電極による放
電によってレーザが発生されるものであり、 前記レーザ分岐光学ユニットは、反射したレーザ光を前
記放電電極間の放電励起領域を経由して出力するもので
ある請求の範囲第14項記載の狭帯域レーザ装置。 - 【請求項１６】放電電極による放電によってレーザを発
生するレーザ発生部と、 このレーザ発生部で発生するレーザ光の光軸上における
前記レーザ発生部の一端側に配設され、少なくとも１個
の角度分散型波長選択素子によって前記レーザビームを
狭帯域化し、狭帯域化したレーザビームを折り返して前
記レーザ発生部に出射する狭帯域化手段と、 前記レーザ発生部で発生するレーザ光の光軸上における
前記レーザ発生部の他端に配設され、入射されたレーザ
ビームを折り返して前記レーザ発生部に反射するビーム
折返し手段と、 前記レーザ発生部と前記狭帯域化手段の間に配設され、
前記レーザ発生部から入力されたレーザ光の一部を透過
して前記狭帯域化手段に入射すると共に、残りを反射し
て前記レーザ発生部の放電電極間の放電励起領域に入射
する第１のビーム分岐ユニットと、 前記ビーム折返し手段とレーザ発生部の間に配設され、
前記レーザ発生部から入射されたレーザ光の一部を透過
して前記ビーム折返し手段に入射すると共に、残りを偏
向して出力光として取り出す第２のレーザ分岐光学ユニ
ットと を備えるようにしたことを特徴とする狭帯域レーザ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8530187A JP2987644B2 (ja) | 1995-04-03 | 1996-04-03 | 狭帯域レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7801595 | 1995-04-03 | ||
| JP7-78015 | 1995-04-03 | ||
| JP8530187A JP2987644B2 (ja) | 1995-04-03 | 1996-04-03 | 狭帯域レーザ装置 |
| PCT/JP1996/000921 WO1996031929A1 (fr) | 1995-04-03 | 1996-04-03 | Laser a bande etroite |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2987644B2 true JP2987644B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=26419093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8530187A Expired - Lifetime JP2987644B2 (ja) | 1995-04-03 | 1996-04-03 | 狭帯域レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2987644B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019530220A (ja) * | 2016-09-07 | 2019-10-17 | ロフィン−ジナール レーザー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 波長区別スラブレーザ |
-
1996
- 1996-04-03 JP JP8530187A patent/JP2987644B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019530220A (ja) * | 2016-09-07 | 2019-10-17 | ロフィン−ジナール レーザー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 波長区別スラブレーザ |
| JP7216639B2 (ja) | 2016-09-07 | 2023-02-01 | ロフィン－ジナール レーザー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 波長区別スラブレーザ |
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