JP3693314B2 - Noble gas excimer laser equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ar2エキシマレーザ光など、真空紫外領域のエキシマレーザ光を発振出力させる希ガスエキシマレーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
エキシマレーザは、短波長で高出力発振が得られるので、実用化が要請されている。特に、紫外領域で発振するKrFエキシマレーザなどの希ガスハライドエキシマレーザは、半導体の露光装置の光源として既に実用化されている。
【0003】
しかし、エキシマレーザの中でも、最も短波長(一般に、波長200nm以下)で発振するAr2エキシマレーザなどの希ガスエキシマレーザは、真空紫外領域での高出力発振と、広い波長可変範囲を持つなどの特徴を有していながらも、未だに実用化には至っていない。
【0004】
従来より、真空紫外Ar2エキシマレーザの励起方式としては、電子ビーム励起方式と放電励起方式とが試みられている。
【0005】
電子ビーム励起方式とは、レーザチャンバ内に封入された高圧の希ガスに対して電子ビームを打ち込むことによって希ガスエキシマレーザを励起するという方式である。
【0006】
この電子ビーム励起方式では、レーザ発振が得られているが、装置が大型化、複雑化するとともに、数Hz〜数十Hzと繰り返し周波数が低く、装置の耐久性にも乏しいため、実用性に乏しい。
【0007】
すなわち、電子ビーム励起方式にあっては、希ガスに、電子ビームを打ち込み、いわゆる3体衝突過程でレーザ上準位である希ガスエキシマを生成させるようにしているために、レーザチャンバに20気圧以上の高圧の希ガスを封入するともに、数kA以上の電子ビームを数百kV以上の電圧で加速して希ガス中に打ち込む必要がある。
【0008】
このため、電子ビーム加速装置などが複雑かつ大型化することになる。
【0009】
しかも、希ガス中に打ち込むべき高速の電子ビームは、真空中でしか発生できない。一方、レーザ媒質であるAr2レーザは、20気圧以上の高圧力でしか動作しない。したがって、両者の間を、電子ビームを通す程度の薄い金属箔で構成されたガス隔壁(数10μmの厚さ)で隔てる必要がある。
【0010】
しかし、このガス隔壁は、希ガス中に電子ビームを外部から照射することができる程度の薄いものを使用しているために、繰り返し電子ビームを照射することで容易に破壊してしまい、寿命が非常に短い。そして、ガス隔壁が壊れる度に、レーザ装置を分解して、組み立て直す必要があり、調整の点でも繁雑な作業を強いられることになる。
【0011】
さらに、希ガスの励起に使用される電子ビームの繰り返し周波数は低く、これによって、レーザ発振の繰り返し周波数が規定されるために、レーザ発振の繰り返し周波数を一定レベル以上に高めることができなかった。
【0012】
これに対して、放電励起方式を採用した場合には、装置の大型化、複雑化、耐久性、繰り返し周波数の点では特に問題はなく実用化が期待できるものの、放電によりレーザ媒質(希ガス)を励起しているために、レーザ媒質(希ガス)が電源の負荷として作用する。このため、放電維持のための条件で注入できるエネルギが制限され、励起パワー密度を高くできず、実用レベルの発振には至っていない。
【0013】
また、特開平4−279074号公報には、希ガスをノズルから噴出してビーム状とし、この希ガスビームに希ガスハライドエキシマレーザ光を照射して希ガスを励起させるという発明が記載されている。
【0014】
この発明では、ノズルから希ガスを噴出させ断熱膨張によって希ガス分子(Ar2)を生成し、この希ガス分子(Ar2)に対して、希ガスハライドエキシマレーザ光の光子のエネルギー(2hν)を与えることによって、希ガスエキシマ(Ar2*)を生成させるようにしている。
【0015】
しかし、断熱膨張によって生成された希ガス分子(Ar2)は、ガス分子同士が衝突しないような低い密度でしか安定に存在し得ないので、この希ガス分子(Ar2)をレーザ媒質として生成される希ガスエキシマ(Ar2*)についても、密度としては低い密度にならざるを得ない。したがって、希ガスエキシマ(Ar2*)の密度が低いために、レーザ発振に至る可能性が少ないという難点があり、この方式を採用することはできない。
【0016】
また、電子ビーム励起方式のように、高速の電子ビームを打ち込むのではなくて、比較的低速の電子を生成しておき、この低速の電子をレーザ光の持つエネルギーで加速して、ガスを励起させようとする技術(仮に、「レーザ励起方式」という)が、論文として発表されている(「Intense UV eximer radiation from laser-induced plazmas」(E.D.Onkels,W.Seelig/Appl.Phys,B65,299-302(1997))。
【0017】
図3は、このレーザ励起方式の構成を概略的に示したものである。
【0018】
同図3に示すように、この方式では、レーザ媒質として、KrとFの混合ガス31が用意され、このレーザ媒質を励起させるためのCO2レーザ装置の共振器30の中に、レーザ媒質であるKrとFの混合ガス31を封入した容器が挿入される。
【0019】
そして、KrとFの混合ガス31が、パルスX線チューブ32から出射されたX線により側面から照射され、X線予備電離により電子が生成される。そこに、CO2レーザ装置(33はCO2レーザのレーザ媒質を示す)から発振、出力されたCO2レーザ光によって、上記X線予備電離により生成された電子(低速)が、上記CO2レーザ光の持つエネルギーにより加熱され、高速の電子となって、KrとFの混合ガス31と衝突する。この結果、KrFエキシマレーザが励起されることになる(論文では、KrFエキシマからの蛍光が観測されたと記載されている)。
【0020】
なお、上記論文には、KrFエキシマレーザのような希ガスハライドエキシマレーザだけではなく、Xe2、Kr2エキシマレーザなどの希ガスエキシマレーザへの適用の可能性が述べられている。
【0021】
しかし、この図3の構成のものにおいて、希ガスエキシマレーザ、たとえばAr2エキシマレーザを発振させるには、つぎのような問題がある。
【0022】
すなわち、図3の構成のものでは、CO2レーザ光を発振させる光共振器30が、Ar2エキシマレーザ光を発振させる光共振器を兼ねており、CO2レーザ光とAr2エキシマレーザ光の光軸が同軸となってしまうために、CO2レーザ光とAr2エキシマレーザ光は、共通の光学系30を透過することになる。したがって、光学系としては、CO2レーザ光とAr2エキシマレーザ光の両方を透過させることができるものを用意しなければならない。
【0023】
しかしながら、このようなCO2レーザ光とAr2エキシマレーザ光の両方の光を透過することができる光学材料は、存在しない。
【0024】
さらに、上述したように、CO2レーザ光を発振させる光共振器が、Ar2エキシマレーザ光を発振させる光共振器を兼ねているために、CO2レーザ装置の光共振器が定まれば、Ar2エキシマの励起領域が定まってしまい、Ar2エキシマの励起領域を容易に変更することができない。
【0025】
さらに、Ar2エキシマレーザ光を発振させる光共振器の大きさが、CO2レーザ光を発振させる光共振器の大きさによって制限されてしまうという問題もある。
【0026】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、これら電子ビーム励起方式、放電励起方式および従来のレーザ励起方式の欠点を除去し、実用化が可能な希ガスエキシマレーザ装置を提供することを解決課題とするものである。
【0027】
【課題を解決するための手段および効果】
そこで、第1発明は、レーザ媒質となる希ガスが封入されたレーザチャンバを具え、前記レーザチャンバ内の電子にエネルギーを与えることによって、前記希ガスを励起させ、光共振器を介して希ガスエキシマレーザを発振出力させるようにした希ガスエキシマレーザ装置において、
レーザチャンバ内の希ガスのうち、前記希ガスエキシマレーザ光の共振光軸に沿った線状の領域の希ガスを、予備電離させて、前記共振光軸に沿った線状領域で、予備電離電子を生成する電子生成手段と、
前記希ガスエキシマレーザ光用の光共振器の光学系を励起用レーザ光が透過しないように配置されて、励起用レーザ光を出力する励起用レーザ光出力手段と、
前記励起用レーザ出力手段から出力された励起用レーザ光を、前記希ガスエキシマレーザ光の共振光軸に沿った線状の領域に集光させる集光光学系と
を具え、励起用レーザ光出力手段から出力される励起用レーザ光によって、前記レーザチャンバ内の共振光軸に沿った予備電離電子にエネルギーを与え、前記希ガスを励起させるようにしたこと
を特徴とする。
【0028】
また、第2発明は、第1発明において、
前記希ガスエキシマレーザ光用の光共振器とは独立して、前記励起用レーザ光用の光共振器を設けたこと
を特徴とする。
【0029】
第1発明、第2発明では、従来の電子ビーム励起方式のように、高速の電子ビームを、希ガスに打ち込むのではなく、図1に示すように、レーザチャンバ1内の電子7(共振光軸に沿って生成された電子)に、励起用の電磁波(マイクロ波、ミリ波などでありレーザ光を含む)あるいは励起用のレーザ光Laが照射され、これら励起用の電磁波あるいは励起用のレーザ光Laの持つエネルギーによって電子7が高速に加速される。このため、電子7とレーザチャンバ1内のレーザ媒質(希ガス)22は、衝突し、いわゆる3体衝突の過程を経て、希ガスが励起され、希ガスエキシマが生成され、希ガスエキシマレーザ光Lbとして、光共振器8を介して発振、出力されるに至る。
【0030】
このため、従来の電子ビーム励起方式のように、高速の電子ビームを発生させるために必要となる電子ビーム加速装置、ガス隔壁などを設ける必要がなく、装置の大型化、複雑化、耐久性の悪化などを避けることができる。さらに、希ガスエキシマレーザ光の繰り返し周波数は、電子ビームの繰り返し周波数に規定されるのではなく、励起用の電磁波、レーザ光の繰り返し周波数によって規定される。電磁波、レーザ光の繰り返し周波数は容易に高くすることができるので、希ガスエキシマレーザ光の繰り返し周波数を、容易に高めることができる。
【0031】
また、放電励起方式のように、レーザ媒質(希ガス)が、放電(電源)の負荷となっているわけではないので、放電維持のための条件で注入できるエネルギが制限されるものでもない。よって、励起用の電磁波、レーザ光の持つエネルギー次第で、励起パワー密度を高くすることができ、実用レベルの発振を行わせることができる。特にレーザ光Laを用いた場合は、レーザ光の持つ高い指向性により、狭い領域(共振光軸に沿った線状の電子)にエネルギーを集中して与えることができるので、高密度のプラズマを生成することができ、励起強度、発振効率を高めることができる。
【0032】
励起用のレーザ光出力手段2には、既に実用的なレーザとなっているCO2レーザ、Nd:YAGレーザ、希ガスハライドエキシマレーザなどを使用することができ、実用性に優れている。
【0033】
さらに、励起用の電磁波あるいは励起用のレーザ光Laは、希ガスエキシマレーザ光Lbを発振させる光共振器8の光学系を透過しない。
【0034】
したがって、従来のレーザ励起方式(図3)のように、光学系として、励起用のレーザ光と、希ガスエキシマレーザ光の両方を透過させることができるものを用意する必要はなく、既に存在する汎用の光学材料を用いて、装置を簡易に構成することができる。
【0035】
さらに、励起用の電磁波あるいはレーザ光Laは、光共振器8の共振光軸24の方向に拘束されることなく、共振光軸24に対して任意の方向から(たとえば垂直方向から)任意のビーム寸法をもって照射させることができる。
【0036】
したがって、たとえば、励起用のレーザ光Laのビーム形状、大きさを、集光光学系5あるいはビーム縮小器3などによって、任意に調整することによって、励起用レーザ光Laが集光できる範囲7を任意に調整することができる。集光できる範囲7を調整することにより、希ガスエキシマレーザの励起領域を変更することができ、発振出力の制御を容易に行うことができる。
【0037】
さらに、希ガスエキシマレーザ光Lbを発振させる光共振器8の大きさは、励起用のレーザ光Lbを発振させる光共振器の大きさによって制限されてしまうこともなく、任意の大きさに変更可能である。このため、例えば、図2に示すように、希ガスエキシマレーザ装置の光共振器8´を、励起用のレーザ光出力手段2の光共振器とは関係なく、大きくして、スケールアップを図ることも可能となる。
【0038】
また、本発明の第3発明では、上記第2発明において、
前記希ガスエキシマレーザ光を発振、出力させる前記光共振器と、前記励起用レーザ光を発振、出力させる光共振器とを独立して設けるようにしている。
【0039】
また、本発明の第4発明では、上記第2発明において、
前記希ガスエキシマレーザ光の共振光軸に沿って、電子を生成する電子生成手段と、前記励起用レーザ出力手段から出力された励起レーザ光を、前記共振光軸に沿って線状に集光させる集光光学系とを具えるようにしている。
【0040】
第4発明によれば、予め放電あるいは紫外線などにより、共振光軸に沿って電子が生成される。共振光軸に沿って生成された電子のうち、共振光軸に沿った線状の狭い領域の電子7に対して、励起用のレーザ光出力手段2から出力された励起用レーザ光Laが集光される。
【0041】
このように、線状の電子という狭い領域7に、レーザ光Laのエネルギーが集中して与えられるので、高密度のプラズマを生成することができ、励起強度、発振効率を高めることができる。
【0042】
以上のように、本発明によれば、従来の電子ビーム励起方式、放電励起方式およびレーザ励起方式の欠点が除去され、希ガスエキシマレーザ装置の実用化を図ることができる。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る希ガスエキシマレーザ装置の実施の形態について説明する。
【0044】
図1は実施形態の装置構成を示している。なお、本実施形態では、希ガスエキシマレーザとしてAr2エキシマレーザを想定している。図1(a)は装置の正面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A断面図を示している。
【0045】
同図1(a)、(b)に示すように、実施形態のAr2エキシマレーザ装置は、大きくは、レーザ媒質となる高気圧のアルゴン(Ar)ガス22が封入されているレーザチャンバである容器1と、容器1内で、後述するようにして生成された線状の電子7を加速するための励起用(加熱用)レーザ光Laを発振、出力する加熱用レーザ装置2とから構成されている。
【0046】
この加熱用レーザ装置2としては、既に実用的なレーザ装置となっているCO2(炭酸ガス)レーザ装置、COレーザ装置、Nd3+:YAGレーザ装置を使用することができ、励起用のレーザ光Laとしては、これらの基本波あるいは高調波を使用することができる。また、XeFエキシマレーザ、XeClエキシマレーザなどの希ガスハライドエキシマレーザを使用してもよい。
【0047】
加熱用レーザ装置2から出力された励起用(加熱用)のレーザ光Laは、ビーム縮小器3、容器1に設けられた励起ビーム導入窓4を介して、容器1内に導入される。容器1内には、レーザ光Laを、容器1内の、共振光軸24に沿った線状の領域7に集中的に集光させる集光光学系5が配設されている。
【0048】
容器1内には、Ar2エキシマレーザ光Lbを発振、出力させる光共振器8が配設されている。この光共振器8の光学系は、励起用レーザ光Laが透過しない態様で配設されている。この実施形態では、加熱用レーザ装置2の光共振器と、Ar2エキシマレーザ装置の光共振器8は、独立して設けられている。
【0049】
容器1内には、光共振器8の共振光軸24に沿って電子を生成する電子発生装置6が設けられている。電子発生装置6は、たとえば、アーク放電あるいはコロナ放電を行わせることによって紫外線(UV光)を発生させ、これにより容器1中で電離を行わせ、電子を発生させるものである。
【0050】
電子発生装置6には、高電圧電源17により放電のための電力が供給される(図1(b)参照)。
【0051】
なお、図1(b)に示す実施形態では、容器1内で放電を行わせることによって紫外線を発生させるようにしているが、図1(c)に示すように、紫外線源18を、容器1の外部に配設し、この紫外線源18で発生した紫外線(UV光)を、容器1に設けた照射窓19を介して容器1内(容器1内の光共振器8の共振光軸24に沿って)に照射して、この共振光軸24に沿った領域において、電子を生成するようにしてもよい。
【0052】
また、電子発生装置6あるいは紫外線源18の配設を省略する実施も可能である。すなわち、容器1内には、わずかに自由電子が存在しているので、この自由電子を、利用する実施も可能である。
【0053】
ガス循環ポンプ10は、容器1内のアルゴンガスをガス循環用配管12を介して循環させるものであり、真空ポンプ11は、ガス交換の際に、容器1内をガス給排気用配管13を介して真空引きするものである。そして、新規のガスが、アルゴンガスボンベ16からガス給排気用配管13を介して、容器1内に供給される。なお、アルゴンガスの循環用配管12および給排気用配管13には、不純物を除去するためのコールドトラップ14とフィルタ15が設けられている。
【0054】
なお、本実施形態では、ガス循環系を、高圧ガス容器1の外部に設けるようにしているが、KrFエキシマレーザなどで通常用いられているように、ガス容器1の内部にファンを設置することでガス循環を行うようにしてもよい。
【0055】
かかる構成において、以下のようにしてAr2エキシマレーザ光Lbが発振、出力される。
【0056】
まず、上記電子発生装置6(あるいは紫外線源18)が作動され、共振光軸24に沿って、電子が生成される。電子は共振光軸24の回りに拡散することになるが、少なくとも共振光軸24に沿って電子が存在していればよい。
【0057】
そして、加熱用レーザ装置2が作動され、加熱用レーザ装置2からレーザ光Laが発振、出力される。
【0058】
ここで、加熱用レーザ装置2から出力されたレーザ光Laの出力(パワー)の大きさに応じて、このレーザ光Laの集光領域7の寸法(体積)を調整することができる。一般に、レーザ光Laの出力を大きくすれば、上記集光領域7の寸法(体積)を大きくでき、これに伴い、容器1から取り出されるAr2エキシマレーザ光Lbの出力を大きくすることができる。
【0059】
加熱用レーザ装置2から出力されたレーザ光Laのビームは、ビーム縮小器3により、共振光軸24に沿った集光領域7に応じた形状、大きさに調整され、つまり所定の大きさの線状に形成され、その後、励起ビーム導入窓4を透過して容器1内に導入される。
【0060】
容器1内に導入されたレーザ光Laは、集光光学系5を介して、上記集光領域7に集光される。
【0061】
集光光学系5は、光共振器8と垂直に構成されており、励起用レーザ光Laは、光共振器8の光学系を透過することなく、共振光軸24に沿った線状の集光領域7に、垂直に到達する。つまり、励起用レーザ光Laの光軸は、Ar2エキシマレーザ光Lbの光軸に対して、垂直となっている。
【0062】
集光光学系5は、円筒凸型ミラー5−1と円筒凹面ミラー5−2で構成されており、励起ビーム導入窓4を透過したレーザ光Laは、共振光軸24を外れて円筒凸型ミラー5−1に入射され、反射されたレーザ光Laは、共振光軸24を外れて円筒凹面ミラー5−2に入射される。そして、この円筒凹面ミラー5−2で反射されたレーザ光Laは、共振光軸24に対して垂直に入射され、線状の集光領域7に集光される。
【0063】
すると、共振光軸24に沿って予め上記電子発生装置6あるいは紫外線源18により、強制的に電子を生成しておいていたので、共振光軸24に沿った線状の集光領域7には、電子が存在している。そこで、励起用レーザ光Laが共振光軸24に沿って線状に照射されることによって、電子が線状に加熱され、高エネルギーの線状の電子分布が生成され、線状の高密度プラズマが生成される。
【0064】
すなわち、上記電子発生装置6あるいは紫外線源18により生成された比較的低エネルギー(低速)の電子が、励起用レーザ光Laの電界により加速され、高エネルギーの電子となる。こうして加熱された電子が、高気圧のArガスに衝突することにより、高密度のAr2エキシマが生成される。Ar2エキシマは、いわゆる3体衝突過程を経て生成される。
【0065】
こうして高密度のAr2エキシマが生成されると、このAr2エキシマが崩壊され光が放出される。この放出された光が、光共振器8によって共振され、増幅され、レーザ発振がなされる。
【0066】
光共振器8はリアミラー8−1とフロントミラー8−2を中心として構成されており、これらミラー8−1と、ミラー8−2とで挟まれた線状の集光領域7で発生した光は、これらミラー8−1、8−2を所定回数往復することにより増幅され、フロントミラー8−2を透過して、レーザ取り出し窓9を介して、Ar2エキシマレーザ光Lbとして外部に出力される。
【0067】
このように、本実施形態では、レーザ光Laを、集光光学系5を介して、電子が生成されている線状の領域7に集光させるようにしているので、レーザ光Laの持つ高い指向性により、狭い領域7にエネルギーを集中して与えることができる。このため、高密度のプラズマを生成することができ、励起強度、発振効率を高めることができる。
【0068】
なお、本実施形態では、レーザ光Laを用いて、アルゴンガスを励起して、Ar2エキシマを生成するようにしているが、これに限定されることなく、レーザ光以外のマイクロ波、ミリ波などの電磁波を使用してもよい。
【0069】
以上のように、本実施形態によれば、従来の電子ビーム励起方式のように、電子ビーム加速装置などによって高速の電子ビームを、容器中のアルゴンガスに打ち込む必要はなく、容器1内に低速の電子7を生成しておくだけよい。そして、この低速の電子7に、励起用のレーザ光Laが照射され、この励起用のレーザ光Laの持つエネルギーによって電子7が高速に加速され、アルゴンガスが励起されるに至る。
【0070】
このため、従来の電子ビーム励起方式のように、高速の電子ビームを発生させるために必要となる電子ビーム加速装置、ガス隔壁などを設ける必要がなく、装置の大型化、複雑化、耐久性の悪化を避けることができる。さらに、Ar2エキシマレーザ光Lbの繰り返し周波数は、電子ビームの繰り返し周波数に規定されるのではなく、励起用のレーザ光Laの繰り返し周波数によって規定される。レーザ光Laの繰り返し周波数は容易に高くすることができるので、Ar2エキシマレーザ光Lbの繰り返し周波数を、容易に高めることができる。
【0071】
また、放電励起方式のように、レーザ媒質たるアルゴンガスが、放電(電源)の負荷となっているわけではないので、放電維持のための条件で注入できるエネルギが制限されるものでもない。よって、励起用のレーザ光Laの持つエネルギー次第で、励起パワー密度を高くすることができ、実用レベルの発振を行わせることができる。
【0072】
さらに、本実施形態によれば、励起用のレーザ光Laは、Ar2エキシマレーザ装置の光共振器8の光学系を透過しない。
【0073】
したがって、従来のレーザ励起方式(図3)のように、光学系として、励起用のレーザ光と、希ガスエキシマレーザ光の両方を透過させることができるものを用意する必要はなく、既に存在する汎用の光学材料を用いて、光共振器8の光学系を簡易に構成することができる。
【0074】
さらに、励起用のレーザ光Laは、光共振器8の共振光軸24の方向に拘束されることなく、共振光軸24に対して任意の方向から(たとえば垂直方向から)、任意のビーム寸法をもって照射させることができる。
【0075】
したがって、たとえば、励起用のレーザ光Laのビームの形状、寸法を、集光光学系5あるいはビーム縮小器3などによって調整することによって、励起用レーザ光Laが集光できる範囲7を任意に調整することができる。集光領域7の大きさを調整することにより、Ar2エキシマレーザの励起領域を変更することができ、発振出力の制御を容易に行うことができる。
【0076】
すなわち、Ar2エキシマレーザの発振を実現するには、光を利得のある媒質中で走らせることが必要となる。そして、励起領域におけるAr2エキシマの密度が高く、励起領域の長さが長い程、増幅され易く、発振され易くなる。
【0077】
結局、発振が起こるには、「密度×長さ」の値がある一定以上であることが必要であり、この「密度×長さ」の値が大きくなる程、発振強度を高めることができる。
【0078】
そこで、集光光学系5あるいはビーム縮小器3によって、励起用レーザ光Laのビーム寸法、形状などを調整すれば、「密度×長さ」の値(集光領域7の形状、大きさ)を変化させることができ、発振出力を容易に制御することが可能となる。
【0079】
特に、本実施形態では、励起用レーザ光Laのビーム形状を、線状に形成して、この線状の領域7のみで光を増幅させるようにしたので、出力ビームの指向性を鋭くすることができる。
【0080】
さらに、本実施形態では、励起用のレーザ光Laを発振させる共振器と、Ar2エキシマレーザ光Lbを発振させる光共振器8とをそれぞれ独立して設けるようにしたので、Ar2エキシマレーザ光Lbを発振させる光共振器8の大きさは、励起用のレーザ装置2の光共振器の大きさによって制限されてしまうこともなく、任意の大きさに変更可能である。
【0081】
このため、例えば、図2に示すように、Ar2エキシマレーザ光Lbを発振させる光共振器8´を、励起用のレーザ装置2の光共振器とは関係なく、大きくして、スケールアップを図ることも可能となる。
【0082】
すなわち、図2の装置では、励起用レーザ装置2から出力されるレーザ光Laが3つのビームスプリッタ20により、3つのビームに分割され、容器1内の各集光光学系5、5´、5″に入射される。そして、各集光光学系5、5´、5″によって各レーザビームが線状の集光領域7、7´、7″にそれぞれ集光される。この結果、全体として線状の集光領域(線状のプラズマ)を、長くすることができ(線状の集光領域7、7´、7″を合計した長さ)、結果として発振強度を高めることができる。
【0083】
なお、実施形態では、希ガスエキシマレーザとしてAr2エキシマレーザを想定しているが、他のXe2(キセノン)エキシマレーザ、Kr2(クリプトン)エキシマレーザに適用してもよい。
【0084】
以上のように、本実施形態によれば、従来の電子ビーム励起方式、放電励起方式およびレーザ励起方式の欠点が除去され、希ガスエキシマレーザ装置の実用化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)、(b)、(c)は本発明に係る希ガスエキシマレーザ装置の実施形態装置の構成を示す図であり、図1(a)は正面図、図1(b)あるいは図1(c)は図1(a)のA−A断面図である。
【図2】図2は図1に示す装置の一部を改変した他の実施形態を示す図である。
【図3】図3は従来技術を説明するために用いた図である。
【符号の説明】
1 容器(レーザチャンバ)
2 加熱用レーザ装置
5 集光光学系
6 電子発生装置
7 高密度プラズマ(線状の集光領域)
8 光共振器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rare gas excimer laser device that oscillates and outputs excimer laser light in the vacuum ultraviolet region, such as Ar 2 excimer laser light.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
Excimer lasers are required to be put to practical use because high-power oscillation can be obtained at short wavelengths. In particular, rare gas halide excimer lasers such as KrF excimer lasers that oscillate in the ultraviolet region have already been put into practical use as light sources for semiconductor exposure apparatuses.
[0003]
However, among excimer lasers, rare gas excimer lasers such as the Ar2 excimer laser that oscillate at the shortest wavelength (generally, a wavelength of 200 nm or less) have features such as high-power oscillation in the vacuum ultraviolet region and a wide wavelength variable range. However, it has not yet been put into practical use.
[0004]
Conventionally, an electron beam excitation method and a discharge excitation method have been tried as excitation methods for the vacuum ultraviolet Ar2 excimer laser.
[0005]
The electron beam excitation method is a method in which a rare gas excimer laser is excited by implanting an electron beam into a high-pressure rare gas sealed in a laser chamber.
[0006]
In this electron beam excitation method, laser oscillation is obtained, but the apparatus becomes large and complicated, and the repetition frequency is low, such as several Hz to several tens Hz, and the durability of the apparatus is poor. poor.
[0007]
That is, in the electron beam excitation method, an electron beam is injected into a rare gas to generate a rare gas excimer that is a laser upper level in a so-called three-body collision process. It is necessary to encapsulate the above high-pressure noble gas and accelerate an electron beam of several kA or more at a voltage of several hundred kV or more into the rare gas.
[0008]
For this reason, an electron beam accelerator etc. will be complicated and enlarged.
[0009]
In addition, a high-speed electron beam to be injected into a rare gas can be generated only in a vacuum. On the other hand, the Ar2 laser that is a laser medium operates only at a high pressure of 20 atmospheres or more. Therefore, it is necessary to separate the two by a gas partition (thickness of several tens of μm) made of a metal foil that is thin enough to pass an electron beam.
[0010]
However, since the gas partition wall is thin enough to irradiate the electron beam from the outside in the rare gas, it is easily broken by repeated irradiation of the electron beam, and the lifetime is shortened. Very short. Each time the gas partition wall breaks, it is necessary to disassemble and reassemble the laser device, which requires complicated operations in terms of adjustment.
[0011]
Furthermore, since the repetition frequency of the electron beam used for exciting the rare gas is low, and the repetition frequency of the laser oscillation is defined thereby, the repetition frequency of the laser oscillation could not be increased beyond a certain level.
[0012]
On the other hand, when the discharge excitation method is adopted, there is no particular problem in terms of enlargement, complexity, durability, and repetition frequency of the apparatus, and practical application can be expected, but laser medium (rare gas) by discharge Therefore, the laser medium (rare gas) acts as a power source load. For this reason, the energy that can be injected is limited under the conditions for maintaining the discharge, the excitation power density cannot be increased, and oscillation at a practical level has not been achieved.
[0013]
Japanese Patent Laid-Open No. 4-279074 describes an invention in which a rare gas is ejected from a nozzle to form a beam and the rare gas beam is irradiated with a rare gas halide excimer laser beam to excite the rare gas. .
[0014]
In the present invention, a rare gas is ejected from a nozzle to generate a rare gas molecule (Ar2) by adiabatic expansion, and a photon energy (2hν) of a rare gas halide excimer laser beam is given to the rare gas molecule (Ar2). Thus, a rare gas excimer (Ar2 *) is generated.
[0015]
However, since noble gas molecules (Ar2) generated by adiabatic expansion can stably exist only at a low density such that the gas molecules do not collide with each other, the noble gas molecules (Ar2) are generated using the laser medium. As for the rare gas excimer (Ar2 *), the density has to be low. Therefore, since the density of the rare gas excimer (Ar2 *) is low, there is a possibility that laser oscillation is unlikely, and this method cannot be adopted.
[0016]
Also, rather than implanting a high-speed electron beam as in the electron beam excitation method, a relatively low-speed electron is generated, and this low-speed electron is accelerated by the energy of the laser beam to excite the gas. The technology to be used (assuming it is called “laser excitation method”) has been published as a paper (“Intense UV eximer radiation from laser-induced plazmas” (EDOnkels, W. Seelig / Appl. Phys, B65, 299- 302 (1997)).
[0017]
FIG. 3 schematically shows the configuration of this laser excitation method.
[0018]
As shown in FIG. 3, in this system, a mixed gas 31 of Kr and F is prepared as a laser medium, and is a laser medium in a resonator 30 of a CO2 laser device for exciting the laser medium. A container enclosing a mixed gas 31 of Kr and F is inserted.
[0019]
Then, the mixed gas 31 of Kr and F is irradiated from the side surface by X-rays emitted from the pulse X-ray tube 32, and electrons are generated by X-ray preionization. There, the energy (low speed) generated by the X-ray preliminary ionization by the CO2 laser beam oscillated and output from the CO2 laser device (33 indicates the laser medium of the CO2 laser) has the energy of the CO2 laser beam. Is heated to become high-speed electrons and collides with the mixed gas 31 of Kr and F. As a result, the KrF excimer laser is excited (in the paper, it is described that fluorescence from the KrF excimer was observed).
[0020]
The above paper describes the possibility of application to not only a rare gas halide excimer laser such as a KrF excimer laser but also a rare gas excimer laser such as an Xe2 or Kr2 excimer laser.
[0021]
However, in the configuration shown in FIG. 3, there is the following problem in oscillating a rare gas excimer laser, for example, an Ar 2 excimer laser.
[0022]
That is, in the configuration of FIG. 3, the optical resonator 30 that oscillates CO2 laser light also serves as an optical resonator that oscillates Ar2 excimer laser light, and the optical axes of the CO2 laser light and Ar2 excimer laser light are coaxial. Therefore, the CO 2 laser beam and the Ar 2 excimer laser beam are transmitted through the common optical system 30. Therefore, an optical system that can transmit both CO2 laser light and Ar2 excimer laser light must be prepared.
[0023]
However, there is no optical material that can transmit both CO2 laser light and Ar2 excimer laser light.
[0024]
Further, as described above, since the optical resonator that oscillates the CO2 laser beam also serves as the optical resonator that oscillates the Ar2 excimer laser beam, if the optical resonator of the CO2 laser device is determined, the Ar2 excimer The excitation region is fixed, and the excitation region of the Ar2 excimer cannot be easily changed.
[0025]
Further, there is a problem that the size of the optical resonator that oscillates the Ar2 excimer laser light is limited by the size of the optical resonator that oscillates the CO2 laser light.
[0026]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a rare gas excimer laser device that can eliminate the drawbacks of the electron beam excitation method, the discharge excitation method, and the conventional laser excitation method, and can be put to practical use. Is a solution issue.
[0027]
[Means for solving the problems and effects]
Therefore, the first invention includes a laser chamber in which a rare gas serving as a laser medium is sealed, and energizes the electrons in the laser chamber to excite the rare gas and pass the rare gas through an optical resonator. In a noble gas excimer laser device that oscillates an excimer laser,
Among the rare gases in the laser chamber, the rare gas in the linear region along the resonance optical axis of the rare gas excimer laser light is preionized, and the preionization is performed in the linear region along the resonance optical axis. An electron generating means for generating electrons;
A pumping laser beam output means for outputting the pumping laser beam, disposed so as not to transmit the pumping laser beam through the optical system of the optical resonator for the rare gas excimer laser beam;
A condensing optical system for condensing the excitation laser beam output from the excitation laser output means in a linear region along the resonance optical axis of the rare gas excimer laser beam;
The excitation laser beam output from the excitation laser beam output means energizes the preionized electrons along the resonance optical axis in the laser chamber to excite the rare gas.
It is characterized by.
[0028]
Further, the second invention is the first invention,
An optical resonator for the excitation laser beam is provided independently of the optical resonator for the rare gas excimer laser beam.
It is characterized by.
[0029]
In the first and second inventions, a high-speed electron beam is not injected into a rare gas as in the conventional electron beam excitation method, but the electrons 7 (resonant light) in the laser chamber 1 are used as shown in FIG. Electrons generated along the axis) are irradiated with excitation electromagnetic waves (microwaves, millimeter waves, etc., including laser light) or excitation laser light La, and these excitation electromagnetic waves or excitation lasers The electrons 7 are accelerated at high speed by the energy of the light La. For this reason, the electrons 7 and the laser medium (rare gas) 22 in the laser chamber 1 collide, and through a so-called three-body collision process, the rare gas is excited and a rare gas excimer is generated. Lb oscillates and is output via the optical resonator 8.
[0030]
Therefore, unlike the conventional electron beam excitation method, there is no need to provide an electron beam acceleration device and gas partition walls required for generating a high-speed electron beam, and the device is increased in size, complexity, and durability. Deterioration can be avoided. Further, the repetition frequency of the rare gas excimer laser light is not defined by the repetition frequency of the electron beam, but by the electromagnetic wave for excitation and the repetition frequency of the laser light. Since the repetition frequency of electromagnetic waves and laser light can be easily increased, the repetition frequency of rare gas excimer laser light can be easily increased.
[0031]
In addition, unlike the discharge excitation method, the laser medium (rare gas) is not a load of the discharge (power supply), so that the energy that can be injected under the conditions for maintaining the discharge is not limited. Therefore, the excitation power density can be increased depending on the energy of the excitation electromagnetic wave and laser light, and a practical level of oscillation can be performed. In particular, when the laser beam La is used, energy can be concentrated in a narrow region (linear electrons along the resonance optical axis) due to the high directivity of the laser beam. The excitation intensity and the oscillation efficiency can be increased.
[0032]
As the excitation laser beam output means 2, a CO2 laser, Nd: YAG laser, rare gas halide excimer laser, or the like, which has already been practically used, can be used, which is excellent in practicality.
[0033]
Further, the electromagnetic wave for excitation or the laser beam La for excitation does not pass through the optical system of the optical resonator 8 that oscillates the rare gas excimer laser light Lb.
[0034]
Therefore, unlike the conventional laser excitation method (FIG. 3), it is not necessary to prepare an optical system capable of transmitting both the excitation laser beam and the rare gas excimer laser beam. The apparatus can be simply configured using a general-purpose optical material.
[0035]
Further, the electromagnetic wave for excitation or the laser beam La is not restricted in the direction of the resonance optical axis 24 of the optical resonator 8 and is arbitrary beam from any direction (for example, from the vertical direction) with respect to the resonance optical axis 24. Irradiate with dimensions.
[0036]
Therefore, for example, by arbitrarily adjusting the beam shape and size of the excitation laser beam La by the condensing optical system 5 or the beam contractor 3, the range 7 in which the excitation laser beam La can be condensed is obtained. It can be adjusted arbitrarily. By adjusting the condensing range 7, the excitation region of the rare gas excimer laser can be changed, and the oscillation output can be easily controlled.
[0037]
Furthermore, the size of the optical resonator 8 that oscillates the rare gas excimer laser beam Lb is not limited by the size of the optical resonator that oscillates the excitation laser beam Lb, and can be changed to an arbitrary size. Is possible. For this reason, for example, as shown in FIG. 2, the optical resonator 8 ′ of the rare gas excimer laser device is enlarged regardless of the optical resonator of the laser light output means 2 for pumping, thereby achieving scale-up. It is also possible.
[0038]
In the third invention of the present invention, in the second invention,
The optical resonator for oscillating and outputting the rare gas excimer laser beam and the optical resonator for oscillating and outputting the excitation laser beam are provided independently.
[0039]
In the fourth invention of the present invention, in the second invention,
The electron generating means for generating electrons along the resonance optical axis of the rare gas excimer laser light and the excitation laser light output from the excitation laser output means are linearly collected along the resonance optical axis. And a condensing optical system.
[0040]
According to the fourth aspect of the invention, electrons are generated in advance along the resonance optical axis by discharge or ultraviolet rays. Among the electrons generated along the resonance optical axis, the excitation laser light La output from the excitation laser light output means 2 is collected with respect to the electrons 7 in a linear narrow region along the resonance optical axis. Lighted.
[0041]
As described above, since the energy of the laser beam La is concentrated and applied to the narrow region 7 of linear electrons, high-density plasma can be generated, and excitation intensity and oscillation efficiency can be increased.
[0042]
As described above, according to the present invention, the disadvantages of the conventional electron beam excitation method, discharge excitation method, and laser excitation method are eliminated, and a rare gas excimer laser device can be put to practical use.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a rare gas excimer laser device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0044]
FIG. 1 shows an apparatus configuration of the embodiment. In the present embodiment, an Ar 2 excimer laser is assumed as a rare gas excimer laser. FIG. 1A is a front view of the apparatus, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[0045]
As shown in FIGS. 1A and 1B, the Ar 2 excimer laser device of the embodiment is roughly a container 1 which is a laser chamber in which high-pressure argon (Ar) gas 22 serving as a laser medium is sealed. And a heating laser device 2 that oscillates and outputs excitation (heating) laser light La for accelerating linear electrons 7 generated in the container 1 as described later. .
[0046]
As the heating laser device 2, a CO2 (carbon dioxide) laser device, a CO laser device, and an Nd3 +: YAG laser device, which are already practical laser devices, can be used as the excitation laser beam La. These fundamental waves or harmonics can be used. A rare gas halide excimer laser such as a XeF excimer laser or a XeCl excimer laser may also be used.
[0047]
The excitation (heating) laser light La output from the heating laser device 2 is introduced into the container 1 through the beam contractor 3 and the excitation beam introduction window 4 provided in the container 1. In the container 1, a condensing optical system 5 that concentrates the laser beam La on the linear region 7 along the resonance optical axis 24 in the container 1 is disposed.
[0048]
An optical resonator 8 that oscillates and outputs Ar 2 excimer laser light Lb is disposed in the container 1. The optical system of the optical resonator 8 is arranged in such a manner that the excitation laser beam La is not transmitted. In this embodiment, the optical resonator of the heating laser device 2 and the optical resonator 8 of the Ar2 excimer laser device are provided independently.
[0049]
In the container 1, an electron generator 6 that generates electrons along the resonance optical axis 24 of the optical resonator 8 is provided. The electron generator 6 generates, for example, ultraviolet rays (UV light) by performing arc discharge or corona discharge, thereby causing ionization in the container 1 to generate electrons.
[0050]
The electron generator 6 is supplied with electric power for discharging by a high voltage power supply 17 (see FIG. 1B).
[0051]
In the embodiment shown in FIG. 1 (b), ultraviolet rays are generated by causing discharge in the container 1. However, as shown in FIG. The ultraviolet ray (UV light) generated by the ultraviolet ray source 18 is disposed inside the vessel 1 through the irradiation window 19 provided in the vessel 1 (to the resonance optical axis 24 of the optical resonator 8 in the vessel 1). ) And electrons may be generated in a region along the resonance optical axis 24.
[0052]
Further, it is also possible to omit the arrangement of the electron generator 6 or the ultraviolet light source 18. That is, since there are a few free electrons in the container 1, it is possible to use the free electrons.
[0053]
The gas circulation pump 10 circulates the argon gas in the container 1 through a gas circulation pipe 12, and the vacuum pump 11 passes through the container 1 through a gas supply / exhaust pipe 13 during gas exchange. Vacuuming. Then, a new gas is supplied from the argon gas cylinder 16 into the container 1 through the gas supply / exhaust pipe 13. The argon gas circulation pipe 12 and the supply / exhaust pipe 13 are provided with a cold trap 14 and a filter 15 for removing impurities.
[0054]
In this embodiment, the gas circulation system is provided outside the high-pressure gas container 1, but a fan is installed inside the gas container 1 as is normally used in a KrF excimer laser or the like. In this case, gas circulation may be performed.
[0055]
In such a configuration, the Ar2 excimer laser beam Lb is oscillated and output as follows.
[0056]
First, the electron generator 6 (or the ultraviolet ray source 18) is operated, and electrons are generated along the resonance optical axis 24. The electrons are diffused around the resonance optical axis 24, but it is sufficient that the electrons exist at least along the resonance optical axis 24.
[0057]
Then, the heating laser device 2 is operated, and the laser beam La is oscillated and output from the heating laser device 2.
[0058]
Here, the size (volume) of the condensing region 7 of the laser beam La can be adjusted according to the magnitude of the output (power) of the laser beam La output from the heating laser device 2. In general, if the output of the laser beam La is increased, the size (volume) of the condensing region 7 can be increased, and accordingly, the output of the Ar 2 excimer laser beam Lb taken out from the container 1 can be increased.
[0059]
The beam of the laser beam La output from the heating laser device 2 is adjusted to a shape and size according to the light collection region 7 along the resonance optical axis 24 by the beam contractor 3, that is, a predetermined size. Then, it is formed in a linear shape, and then is introduced into the container 1 through the excitation beam introduction window 4.
[0060]
The laser beam La introduced into the container 1 is condensed on the condensing region 7 through the condensing optical system 5.
[0061]
The condensing optical system 5 is configured perpendicular to the optical resonator 8, and the pumping laser light La does not pass through the optical system of the optical resonator 8, and is a linear collection along the resonant optical axis 24. The light region 7 is reached vertically. That is, the optical axis of the excitation laser beam La is perpendicular to the optical axis of the Ar2 excimer laser beam Lb.
[0062]
The condensing optical system 5 includes a cylindrical convex mirror 5-1 and a cylindrical concave mirror 5-2, and the laser light La that has passed through the excitation beam introduction window 4 deviates from the resonance optical axis 24 and is cylindrical convex. The laser beam La incident and reflected on the mirror 5-1 is off the resonance optical axis 24 and is incident on the cylindrical concave mirror 5-2. The laser beam La reflected by the cylindrical concave mirror 5-2 is incident perpendicular to the resonance optical axis 24 and is focused on the linear focusing region 7.
[0063]
Then, since the electrons were forcibly generated in advance by the electron generator 6 or the ultraviolet ray source 18 along the resonance optical axis 24, the linear condensing region 7 along the resonance optical axis 24 is formed in the linear condensing region 7. , Electrons are present. Therefore, when the excitation laser beam La is irradiated linearly along the resonance optical axis 24, the electrons are heated linearly, a high-energy linear electron distribution is generated, and a linear high-density plasma is generated. Is generated.
[0064]
That is, the relatively low energy (low speed) electrons generated by the electron generator 6 or the ultraviolet light source 18 are accelerated by the electric field of the excitation laser beam La to become high energy electrons. The electrons thus heated collide with the high-pressure Ar gas, whereby a high-density Ar 2 excimer is generated. The Ar2 excimer is generated through a so-called three-body collision process.
[0065]
When a high-density Ar2 excimer is generated in this way, the Ar2 excimer is destroyed and light is emitted. The emitted light is resonated and amplified by the optical resonator 8, and laser oscillation is performed.
[0066]
The optical resonator 8 is configured around a rear mirror 8-1 and a front mirror 8-2, and light generated in a linear condensing region 7 sandwiched between the mirror 8-1 and the mirror 8-2. Is amplified by reciprocating these mirrors 8-1 and 8-2 a predetermined number of times, transmitted through the front mirror 8-2, and output to the outside as the Ar2 excimer laser light Lb through the laser extraction window 9. .
[0067]
Thus, in the present embodiment, the laser light La is condensed on the linear region 7 where the electrons are generated via the condensing optical system 5, so that the high laser light La has. Due to the directivity, energy can be concentrated in a narrow region 7. For this reason, high-density plasma can be generated, and excitation intensity and oscillation efficiency can be increased.
[0068]
In this embodiment, the Ar2 excimer is generated by exciting the argon gas using the laser beam La, but the present invention is not limited to this, and microwaves other than the laser beam, millimeter waves, etc. The electromagnetic wave may be used.
[0069]
As described above, according to the present embodiment, unlike the conventional electron beam excitation method, it is not necessary to drive a high-speed electron beam into the argon gas in the container by an electron beam accelerator or the like, and the low-speed electron beam in the container 1 It is only necessary to generate the electrons 7. The low-speed electrons 7 are irradiated with excitation laser light La, and the electrons 7 are accelerated at high speed by the energy of the excitation laser light La, and the argon gas is excited.
[0070]
Therefore, unlike the conventional electron beam excitation method, there is no need to provide an electron beam acceleration device and gas partition walls required for generating a high-speed electron beam, and the device is increased in size, complexity, and durability. Deterioration can be avoided. Furthermore, the repetition frequency of the Ar2 excimer laser beam Lb is not defined by the repetition frequency of the electron beam, but by the repetition frequency of the excitation laser beam La. Since the repetition frequency of the laser beam La can be easily increased, the repetition frequency of the Ar2 excimer laser beam Lb can be easily increased.
[0071]
Further, unlike the discharge excitation method, the argon gas as the laser medium is not a load of the discharge (power supply), so that the energy that can be injected under the conditions for maintaining the discharge is not limited. Therefore, the excitation power density can be increased depending on the energy of the excitation laser beam La, and oscillation at a practical level can be performed.
[0072]
Furthermore, according to the present embodiment, the excitation laser beam La does not pass through the optical system of the optical resonator 8 of the Ar2 excimer laser device.
[0073]
Therefore, unlike the conventional laser excitation method (FIG. 3), it is not necessary to prepare an optical system capable of transmitting both the excitation laser beam and the rare gas excimer laser beam. The optical system of the optical resonator 8 can be simply configured using a general-purpose optical material.
[0074]
Further, the excitation laser beam La is not constrained in the direction of the resonance optical axis 24 of the optical resonator 8, and from any direction (for example, from the vertical direction) with respect to the resonance optical axis 24, any beam size. Can be irradiated.
[0075]
Therefore, for example, by adjusting the shape and size of the beam of the excitation laser beam La using the condensing optical system 5 or the beam contractor 3, the range 7 in which the excitation laser beam La can be condensed is arbitrarily adjusted. can do. By adjusting the size of the condensing region 7, the excitation region of the Ar2 excimer laser can be changed, and the oscillation output can be easily controlled.
[0076]
That is, in order to realize the oscillation of the Ar2 excimer laser, it is necessary to run light in a medium having gain. The higher the density of Ar2 excimer in the excitation region and the longer the excitation region, the easier it is to amplify and oscillation.
[0077]
After all, in order for oscillation to occur, the value of “density × length” needs to be a certain value or more, and the greater the value of “density × length”, the higher the oscillation intensity.
[0078]
Therefore, if the beam size and shape of the excitation laser beam La are adjusted by the condensing optical system 5 or the beam reducer 3, the value of “density × length” (the shape and size of the condensing region 7) is obtained. The oscillation output can be easily controlled.
[0079]
In particular, in this embodiment, the beam shape of the excitation laser beam La is formed in a linear shape, and the light is amplified only in the linear region 7, so that the directivity of the output beam is sharpened. Can do.
[0080]
Further, in the present embodiment, the resonator that oscillates the excitation laser beam La and the optical resonator 8 that oscillates the Ar2 excimer laser beam Lb are provided independently, so that the Ar2 excimer laser beam Lb is provided. The size of the optical resonator 8 to be oscillated can be changed to an arbitrary size without being limited by the size of the optical resonator of the laser device 2 for excitation.
[0081]
For this reason, for example, as shown in FIG. 2, the optical resonator 8 ′ for oscillating the Ar 2 excimer laser beam Lb is enlarged regardless of the optical resonator of the laser device 2 for excitation, thereby achieving scale-up. It is also possible.
[0082]
That is, in the apparatus of FIG. 2, the laser light La output from the excitation laser apparatus 2 is divided into three beams by the three beam splitters 20, and the respective condensing optical systems 5, 5 ′, 5 in the container 1. Then, each laser beam is focused on each of the linear focusing areas 7, 7 ', 7 "by the focusing optical systems 5, 5', 5". The linear condensing region (linear plasma) can be lengthened (the total length of the linear condensing regions 7, 7 ′, 7 ″), and as a result, the oscillation intensity can be increased.
[0083]
In the embodiment, an Ar2 excimer laser is assumed as a rare gas excimer laser, but may be applied to other Xe2 (xenon) excimer lasers and Kr2 (krypton) excimer lasers.
[0084]
As described above, according to the present embodiment, the disadvantages of the conventional electron beam excitation method, discharge excitation method, and laser excitation method are eliminated, and a rare gas excimer laser device can be put to practical use.
[Brief description of the drawings]
1A, 1B, and 1C are diagrams showing a configuration of an embodiment of a rare gas excimer laser device according to the present invention, and FIG. 1A is a front view, FIG. (B) or FIG.1 (c) is AA sectional drawing of Fig.1 (a).
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment in which a part of the apparatus shown in FIG. 1 is modified.
FIG. 3 is a diagram used for explaining the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Container (laser chamber)
2 Heating laser device
5 Condensing optical system
6 electron generator
7 High-density plasma (linear focusing region)
8 Optical resonator

Claims (2)

レーザ媒質となる希ガスが封入されたレーザチャンバを具え、前記レーザチャンバ内の電子にエネルギーを与えることによって、前記希ガスを励起させ、光共振器を介して希ガスエキシマレーザを発振出力させるようにした希ガスエキシマレーザ装置において、
レーザチャンバ内の希ガスのうち、前記希ガスエキシマレーザ光の共振光軸に沿った線状の領域の希ガスを、予備電離させて、前記共振光軸に沿った線状領域で、予備電離電子を生成する電子生成手段と、
前記希ガスエキシマレーザ光用の光共振器の光学系を励起用レーザ光が透過しないように配置されて、励起用レーザ光を出力する励起用レーザ光出力手段と、
前記励起用レーザ出力手段から出力された励起用レーザ光を、前記希ガスエキシマレーザ光の共振光軸に沿った線状の領域に集光させる集光光学系と
を具え、励起用レーザ光出力手段から出力される励起用レーザ光によって、前記レーザチャンバ内の共振光軸に沿った予備電離電子にエネルギーを与え、前記希ガスを励起させるようにしたこと
を特徴とする希ガスエキシマレーザ装置。
A laser chamber containing a rare gas serving as a laser medium is provided, and energy is given to electrons in the laser chamber to excite the rare gas and oscillate and output a rare gas excimer laser via an optical resonator. In the rare gas excimer laser device,
Among the rare gases in the laser chamber, the rare gas in the linear region along the resonance optical axis of the rare gas excimer laser light is preionized, and the preionization is performed in the linear region along the resonance optical axis. An electron generating means for generating electrons;
A pumping laser beam output means for outputting the pumping laser beam, disposed so as not to transmit the pumping laser beam through the optical system of the optical resonator for the rare gas excimer laser beam;
A condensing optical system for condensing the excitation laser beam output from the excitation laser output means in a linear region along the resonance optical axis of the rare gas excimer laser beam, A rare gas excimer laser apparatus characterized in that energy is given to preionized electrons along a resonance optical axis in the laser chamber by excitation laser light output from the means to excite the rare gas.
前記希ガスエキシマレーザ光用の光共振器とは独立して、前記励起用レーザ光用の光共振器を設けたこと
を特徴とする請求項1記載の希ガスエキシマレーザ装置。
The rare gas excimer laser device according to claim 1, wherein an optical resonator for the excitation laser light is provided independently of the optical resonator for the rare gas excimer laser light.
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