JP5180854B2 - Light source device and exposure apparatus provided with the light source device - Google Patents

Light source device and exposure apparatus provided with the light source device Download PDF

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この発明は、半導体、液晶基板若しくはカラーフィルタの露光用の光源装置および映写機等の画像投影装置のバックライト用に使用される光源装置並びに当該光源装置を備える露光装置に関する。   The present invention relates to a light source device for exposure of a semiconductor, a liquid crystal substrate or a color filter, a light source device used for a backlight of an image projection apparatus such as a projector, and an exposure apparatus including the light source device.

近年、半導体、液晶基板若しくはカラーフィルタの露光には、入力電力の大きな紫外線光源を使うことにより、処理時間の短縮化や、大面積の被処理物への一括露光等が進められている。また、映写機等の画像投影装置の分野においては、スクリーンの輝度を高いものとすることが要求されている。これに伴い、上記用途の光源には、より高輝度の光を放射することが求められている。しかし、ランプへの入力電力を単純に大きくすれば、ランプの内部に配置された放電用の電極への負荷が増大し、該電極からの蒸発物が原因となって、ランプの黒化、短寿命が発生する、といった問題があった。   In recent years, for the exposure of semiconductors, liquid crystal substrates, or color filters, an ultraviolet light source having a large input power is used to shorten the processing time and collective exposure to a large-area workpiece. Further, in the field of image projection apparatuses such as projectors, it is required to increase the screen brightness. In connection with this, the light source of the said use is calculated | required to radiate | emit light with higher brightness | luminance. However, if the input power to the lamp is simply increased, the load on the discharge electrode arranged inside the lamp increases, and the vaporization from the electrode causes the lamp to become darker and shorter. There was a problem that the life would occur.

このような問題を解決するために、種々の提案がなされている。例えば、特許文献1の光源装置は、放電媒体が封入されたチャンバーを配置し、当該チャンバー内に封入された放電媒体に対して連続又はパルス状のレーザービームを照射するためのレーザー発振器を備えた光源装置を開示する。この文献の光源装置によれば、プラズマがレーザービームによって高温状態に加熱され、高温状態になったプラズマから高輝度の光を得ることができるものと期待されている。   In order to solve such problems, various proposals have been made. For example, the light source device of Patent Document 1 has a chamber in which a discharge medium is enclosed, and a laser oscillator for irradiating a continuous or pulsed laser beam to the discharge medium enclosed in the chamber. A light source device is disclosed. According to the light source device of this document, plasma is heated to a high temperature state by a laser beam, and it is expected that high brightness light can be obtained from the plasma in a high temperature state.

しかしながら、同文献の光源装置においては、チャンバーに向けて出射したレーザービームのうちの一部が、プラズマの生成に寄与しないため、レーザービームの利用効率が低いという問題があった。   However, the light source device of the same document has a problem that the use efficiency of the laser beam is low because a part of the laser beam emitted toward the chamber does not contribute to the generation of plasma.

US2007/0228288 A1US2007 / 0228288 A1

この発明が解決しようとする課題は、ランプに向けて照射されるレーザー光を再利用することにより、レーザー光の利用効率を向上させることを目的とする。   An object of the present invention is to improve the utilization efficiency of laser light by reusing the laser light emitted toward the lamp.

本発明の光源装置は、ランプを透過したレーザー光を再利用する手段を設けることにより、レーザー光の利用効率を高いものとした。すなわち、本発明の光源装置は、次のようにして前記課題を解決した。
(1)
放電媒体が封入されたランプと、
前記ランプから出射した光を反射する凹面形状の反射面を有する凹面反射鏡と、
前記ランプに向けてレーザー光を出射するレーザー発振器と、
前記レーザー発振器から出力されたレーザー光の光路に配置され、S偏光のレーザー光は反射しP偏光のレーザー光は透過する偏光ビームスプリッターと、
前記ランプを透過して前記凹面反射鏡を介して出射した直線偏光の偏光方向を変える偏光回転素子と、
前記ランプを透過して前記凹面反射鏡を介して出射した直線偏光が前記偏光回転素子と前記偏光ビームスプリッターとにこの順に入射するよう当該直線偏光を反射する光学素子と、を備える。
(2)
前記(1)において、前記ランプは、一対の電極が対向して配置される発光部と前記発光部の両端のそれぞれに連続して管軸方向外方に伸びるロッド状の封止部とで構成され、前記ランプと前記凹面反射鏡とが前記凹面反射鏡の光軸と前記ランプの管軸とが一直線上に並んで配置される。
(3)
前記(1)において、前記偏光回転素子がλ/2板である。
(4)
前記(1)において、前記偏光回転素子がλ/4板である。
(5)
前記(1)において、前記レーザー発振器は、前記凹面反射鏡の反射面に向けて、前記凹面反射鏡の光出射口側からレーザー光を入射する。
(6)
前記(1)ないし(5)の光源装置を備える露光装置であって、前記凹面反射鏡の光出射口から出射した前記ランプの光の光路には、前記ランプの光を反射して前記ランプの光の光路を変える一方で、前記レーザー発振器から出射したレーザー光を透過する波長選択式反射鏡を備える。
The light source device of the present invention has high utilization efficiency of laser light by providing means for reusing the laser light transmitted through the lamp. That is, the light source device of the present invention has solved the above problems as follows.
(1)
A lamp enclosing a discharge medium;
A concave reflecting mirror having a concave reflecting surface for reflecting light emitted from the lamp;
A laser oscillator that emits laser light toward the lamp;
A polarization beam splitter disposed in the optical path of the laser light output from the laser oscillator, reflecting S-polarized laser light and transmitting P-polarized laser light;
A polarization rotation element that changes the polarization direction of linearly polarized light that passes through the lamp and exits through the concave reflecting mirror;
An optical element that reflects the linearly polarized light so that linearly polarized light that has passed through the lamp and exited through the concave reflecting mirror is incident on the polarization rotation element and the polarization beam splitter in this order.
(2)
In (1), the lamp includes a light emitting portion in which a pair of electrodes are arranged to face each other, and a rod-shaped sealing portion that extends outward in the tube axis direction continuously at both ends of the light emitting portion. The lamp and the concave reflecting mirror are arranged such that the optical axis of the concave reflecting mirror and the tube axis of the lamp are aligned.
(3)
In (1), the polarization rotation element is a λ / 2 plate.
(4)
In (1), the polarization rotation element is a λ / 4 plate.
(5)
In said (1), the said laser oscillator injects a laser beam from the light emission exit side of the said concave reflective mirror toward the reflective surface of the said concave reflective mirror.
(6)
An exposure apparatus including the light source device according to any one of (1) to (5), wherein light from the lamp is reflected on an optical path of the lamp emitted from the light exit port of the concave reflecting mirror to While changing the optical path of the light, a wavelength selective reflection mirror that transmits the laser light emitted from the laser oscillator is provided.

本発明の光源装置においては、放電媒体が封入されたランプと、ランプから出射した光を反射する凹面反射鏡と、ランプに向けてレーザー光を出射するレーザー発振器と、偏光ビームスプリッターと、偏光回転素子と、ランプを透過したレーザー光を前記偏光回転素子と前記偏光ビームスプリッターとにこの順に入射するように反射する光学系とを備えることにより、ランプを透過したレーザー光を再利用することができる。したがって、レーザー光の利用効率が向上する。   In the light source device of the present invention, a lamp in which a discharge medium is enclosed, a concave reflecting mirror that reflects light emitted from the lamp, a laser oscillator that emits laser light toward the lamp, a polarization beam splitter, and polarization rotation By including an element and an optical system that reflects the laser light transmitted through the lamp so as to enter the polarization rotation element and the polarization beam splitter in this order, the laser light transmitted through the lamp can be reused. . Therefore, the utilization efficiency of laser light is improved.

本発明の光源装置の第1の実施形態の構成の概略を示す。1 shows a schematic configuration of a light source device according to a first embodiment of the present invention. 図1の光源装置に用いられるランプの構成の概略を示す。The outline of the structure of the lamp | ramp used for the light source device of FIG. 1 is shown. 図1の光源装置においてレーザー光の光路を示す。The optical path of a laser beam is shown in the light source device of FIG. 本発明の光源装置の第1の実施形態に関する他の構成例の概略を示す。The outline of the other structural example regarding 1st Embodiment of the light source device of this invention is shown. 図4の光源装置においてレーザー光の光路を示す。The optical path of a laser beam is shown in the light source device of FIG. 本発明の光源装置の第1の実施形態に関する他の構成例の概略を示す。The outline of the other structural example regarding 1st Embodiment of the light source device of this invention is shown. 図6の光源装置においてレーザー光の光路を示す。The optical path of a laser beam is shown in the light source device of FIG. 本発明の光源装置の第2の実施形態の構成の概略を示す。The outline of the structure of 2nd Embodiment of the light source device of this invention is shown. 図8の光源装置においてレーザー光の光路を示す。The optical path of a laser beam is shown in the light source device of FIG. 本発明の光源装置の第2の実施形態に関する他の構成例の概略を示す。The outline of the other structural example regarding 2nd Embodiment of the light source device of this invention is shown. 図10の光源装置においてレーザー光の光路を示す。The optical path of a laser beam is shown in the light source device of FIG. 本発明の光源装置の第2の実施形態に関する他の構成例の概略を示す。The outline of the other structural example regarding 2nd Embodiment of the light source device of this invention is shown. 図12の光源装置においてレーザー光の光路を示す。The optical path of a laser beam is shown in the light source device of FIG. 本発明の露光装置の構成の概略を示す。1 schematically shows the configuration of an exposure apparatus of the present invention.

〔第1の実施形態〕   [First Embodiment]

図1は、本発明の光源装置の第1の実施形態の構成の一例を示す。図2は、図1の光源装置に用いられるショートアーク型のランプの構成の一例を示す。光源装置の第1の実施形態は、ランプを透過したレーザー光を1回限り再利用するためのレーザー光帰還手段3を備えている。
光源装置10は、光源1と、レーザー発振器2と、点線で囲まれたレーザー光帰還手段3とで構成される。この光源装置10は、光源1のランプ11を点灯させて一対の電極114,115の極間にプラズマPZが形成された状態とし、この状態でプラズマPZに対してレーザー発振器2から出射したレーザー光を照射することによって、ランプ11から高出力の光を出射させるものである。
FIG. 1 shows an example of the configuration of the first embodiment of the light source device of the present invention. FIG. 2 shows an example of the configuration of a short arc type lamp used in the light source device of FIG. The first embodiment of the light source device includes a laser light feedback means 3 for reusing the laser light transmitted through the lamp only once.
The light source device 10 includes a light source 1, a laser oscillator 2, and laser light feedback means 3 surrounded by a dotted line. In this light source device 10, the lamp 11 of the light source 1 is turned on so that a plasma PZ is formed between the electrodes 114 and 115, and laser light emitted from the laser oscillator 2 to the plasma PZ in this state. Is emitted from the lamp 11 to emit high-power light.

光源1は、ショートアーク型のランプ11と、ランプ11から出射した光を集光する凹面反射鏡12とで構成される。ランプ11は、図2に示すように、発光部111と発光部111のそれぞれの両端に連続して管軸方向外方に向けて伸びるロッド状の封止部112、113と、発光部111内に例えば1〜3mmの距離を隔てて対向して配置される一対の電極114、115と、各封止部112、113に装着された給電用の口金116、117とで構成される。各電極114、115は、それぞれ各口金116、117に電気的に接続されている。   The light source 1 includes a short arc type lamp 11 and a concave reflecting mirror 12 that collects light emitted from the lamp 11. As shown in FIG. 2, the lamp 11 includes rod-shaped sealing portions 112 and 113 extending outward in the tube axis direction continuously from both ends of the light emitting portion 111 and the light emitting portion 111, and the inside of the light emitting portion 111. For example, a pair of electrodes 114 and 115 arranged to face each other with a distance of 1 to 3 mm, and power supply caps 116 and 117 attached to the sealing portions 112 and 113, respectively. The electrodes 114 and 115 are electrically connected to the caps 116 and 117, respectively.

このランプ11は、発光部111内に放電媒体として水銀が封入されており、不図示の給電装置によって一対の電極間に交流電力を供給して一対の電極間にプラズマを形成して得られる、例えば波長365nmのi線を出射するものである。なお、放電媒体として、水銀に代えてキセノンガスを用いることもできる。   This lamp 11 is obtained by enclosing mercury as a discharge medium in the light emitting unit 111, and supplying AC power between a pair of electrodes by a power supply device (not shown) to form plasma between the pair of electrodes. For example, it emits i-line with a wavelength of 365 nm. As the discharge medium, xenon gas can be used instead of mercury.

凹面反射鏡12は、全体が凹面状であって、前端縁に形成された光出射口12Aと、ランプ11から出射した光を反射する回転楕円形状を有する反射面12Bを備える。例えば露光技術に本発明の光源を応用する場合、回転楕円反射面12Bは、ランプ11から出射するi線などの紫外線を反射するために、例えばHfO(酸化ハフニウム)とSiO(酸化シリコン)を交互に積層してなる誘電体多層膜、或いは、Ta(酸化タンタル)とSiO(酸化シリコン)を交互に積層してなる誘電多層膜等で構成される。 The concave reflecting mirror 12 has a concave shape as a whole, and includes a light emitting port 12A formed at the front end edge and a reflecting surface 12B having a spheroid shape for reflecting the light emitted from the lamp 11. For example, when the light source of the present invention is applied to the exposure technique, the spheroid reflecting surface 12B reflects, for example, ultraviolet rays such as i-rays emitted from the lamp 11, so that, for example, HfO 2 (hafnium oxide) and SiO 2 (silicon oxide). Or a dielectric multilayer film formed by alternately stacking Ta 2 O 5 (tantalum oxide) and SiO 2 (silicon oxide).

このようなショートアーク型のランプ11と凹面反射鏡12とは、凹面反射鏡12の第一焦点F1がランプ11における一対の電極114、115の極間に概ね一致するとともに、凹面反射鏡12の光軸とランプ11の管軸とが概ね一直線上に並ぶように配置され、これにより、光源1が構成される。ここに、ランプ11の管軸とは、ランプ11の電極114、115のそれぞれの中心軸を共に通過する仮想線Rを意味し、凹面反射鏡12の光軸とは、凹面反射鏡12の第一焦点F1と第二焦点F2を共に通過する仮想線Mを意味する。   Such a short arc type lamp 11 and the concave reflecting mirror 12 are such that the first focal point F1 of the concave reflecting mirror 12 substantially coincides between the electrodes 114 and 115 of the lamp 11 and the concave reflecting mirror 12 has the first focal point F1. The optical axis and the tube axis of the lamp 11 are arranged so as to be aligned substantially in a straight line, whereby the light source 1 is configured. Here, the tube axis of the lamp 11 means an imaginary line R that passes through the central axes of the electrodes 114 and 115 of the lamp 11, and the optical axis of the concave reflecting mirror 12 means the first axis of the concave reflecting mirror 12. It means an imaginary line M that passes through the first focal point F1 and the second focal point F2.

なお、ランプ11の光出射側に位置する封止部112に装着された口金116は、光出射方向に向かうに従い次第に外径が縮小するテーパー部116Aを有している。このようにすれば、図1のレーザー発振器2から出射するレーザー光がランプ11における封止部112および発光部111に照射されることを防止し易くなる。   The base 116 attached to the sealing portion 112 located on the light emitting side of the lamp 11 has a tapered portion 116A whose outer diameter gradually decreases as it goes in the light emitting direction. In this way, it becomes easy to prevent the laser light emitted from the laser oscillator 2 of FIG. 1 from being applied to the sealing portion 112 and the light emitting portion 111 in the lamp 11.

レーザー発振器2は、例えばファイバーレーザーや半導体レーザー等の一般に市販されているレーザ装置を使用することができる。レーザー発振器は、例えば波長809nm或いは1μmのレーザー光を出射する。レーザー光は、ランプ11から出射される光のうち主として使用する波長以外の波長を有する。例えば、ランプ11から出射される波長365nmの紫外光を露光に用いる場合は、レーザー光の波長は365nm以外とすることが必要となる。   The laser oscillator 2 can use a commercially available laser device such as a fiber laser or a semiconductor laser. The laser oscillator emits laser light having a wavelength of 809 nm or 1 μm, for example. The laser light has a wavelength other than the wavelength mainly used in the light emitted from the lamp 11. For example, when ultraviolet light having a wavelength of 365 nm emitted from the lamp 11 is used for exposure, the wavelength of the laser light needs to be other than 365 nm.

レーザー光帰還手段3は、偏光ビームスプリッター31と、レンズ32、33と、偏光回転素子であるλ/2板34と、光学素子35、36と、で構成される。偏光ビームスプリッター31は、例えば直角プリズムを2つ貼り合わせ、その接合面に誘電体多層膜や金属薄膜をコーティングした構成を有する。偏光ビームスプリッター31は、直線偏光を分離するために用いられ、S偏光のみを反射しP偏光を透過させる。レンズ32、33は、凹面反射鏡12の第二焦点F2に焦点を有するように配置される。λ/2板34は、直交する偏光成分の間にπの位相差を生じさせることにより、直線偏光の偏光方向を90°変えることができるものである。光学素子35、36は、レンズ33により集光されたレーザー光が、λ/2板34と偏光ビームスプリッター31とにこの順に入射するように配置されたミラーである。4は、レーザー光を捕捉するためのビームダンパーである。   The laser beam feedback means 3 includes a polarization beam splitter 31, lenses 32 and 33, a λ / 2 plate 34 that is a polarization rotation element, and optical elements 35 and 36. The polarization beam splitter 31 has a configuration in which, for example, two right-angle prisms are bonded together and a dielectric multilayer film or a metal thin film is coated on the joint surface. The polarization beam splitter 31 is used to separate linearly polarized light, reflects only S-polarized light and transmits P-polarized light. The lenses 32 and 33 are disposed so as to have a focal point at the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12. The λ / 2 plate 34 is capable of changing the polarization direction of linearly polarized light by 90 ° by generating a phase difference of π between orthogonal polarization components. The optical elements 35 and 36 are mirrors arranged so that the laser light collected by the lens 33 is incident on the λ / 2 plate 34 and the polarization beam splitter 31 in this order. Reference numeral 4 denotes a beam damper for capturing laser light.

図3は、レーザー発振器2から出射したレーザー光の光路を示す概念図である。図3において、「S」は図3の紙面に垂直な方向に偏光方向を有するS偏光を、「P」は図3の紙面に水平な方向に偏光方向を有するP偏光を示す。図3(A)に示すように、レーザー発振器2から出射したS偏光のレーザー光L1は、レーザー光帰還手段3内に向けて進む。図3(A)では、レーザー発振器2からプラズマPZまでのS偏光の光路を実線で示している。レーザー光帰還手段3に進んだレーザー光L1は、偏光ビームスプリッター31の90°方向から偏光ビームスプリッター31に入射する。S偏光であるレーザー光L1は、偏光ビームスプリッター31によって光源1に向けて反射され、レンズ32に入射する。レーザー光L1は、レンズ32により凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光され、凹面反射鏡12の光出射口12Aから入射する。レーザー光L1は、反射面12Bによってランプ11における一対の電極114、115の極間付近に向けて反射され、一対の電極114、115の極間に形成されたプラズマPZの付近に集光される。ランプ11は、レーザー発振器2からレーザー光L1を出射する前に、一対の電極114と115に電力を供給することにより一対の電極114と115の極間にプラズマPZが発生した状態とされている。ランプ11のプラズマPZは、レーザー光L1が照射されることにより、エネルギーが投入されてランプ内に生成されたプラズマPZの温度が上昇する。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing an optical path of laser light emitted from the laser oscillator 2. 3, “S” indicates S-polarized light having a polarization direction in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 3, and “P” indicates P-polarized light having a polarization direction in a direction horizontal to the paper surface of FIG. As shown in FIG. 3A, the S-polarized laser light L 1 emitted from the laser oscillator 2 travels toward the laser light feedback means 3. In FIG. 3A, the S-polarized light path from the laser oscillator 2 to the plasma PZ is indicated by a solid line. The laser light L 1 that has traveled to the laser light feedback means 3 enters the polarizing beam splitter 31 from the 90 ° direction of the polarizing beam splitter 31. The laser beam L 1 that is S-polarized light is reflected toward the light source 1 by the polarization beam splitter 31 and enters the lens 32. The laser light L1 is condensed by the lens 32 onto the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12 and enters from the light exit port 12A of the concave reflecting mirror 12. The laser beam L1 is reflected toward the vicinity of the gap between the pair of electrodes 114 and 115 in the lamp 11 by the reflecting surface 12B, and is condensed near the plasma PZ formed between the poles of the pair of electrodes 114 and 115. . The lamp 11 is in a state in which plasma PZ is generated between the pair of electrodes 114 and 115 by supplying power to the pair of electrodes 114 and 115 before emitting the laser beam L1 from the laser oscillator 2. . The plasma PZ of the lamp 11 is irradiated with the laser beam L1, so that energy is input and the temperature of the plasma PZ generated in the lamp rises.

レーザー光L1は、プラズマPZによって一部が吸収されるが、プラズマPZにより吸収されなかった一部が、プラズマPZを透過して凹面反射鏡12の反射面12Bに入射する。図3(A)では、このプラズマPZを透過したレーザー光をL2と表記し、破線で示す。プラズマPZを透過したレーザー光L2は、反射面12Bによって反射され、凹面反射鏡12の光出射口12Aから出射する。レーザー光L2は、凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光されるとともに、レンズ33に入射する。レンズ33に入射したレーザー光L2は、光学素子35により反射され、λ/2板34を通過する。その結果、レーザー光L2は、偏光方向が90°回転して、紙面に水平な方向に偏光するP偏光になる。P偏光になったレーザー光L2は、光学素子36で反射され、偏光ビームスプリッター31に入射する。偏光ビームスプリッター31は、S偏光を反射し、P偏光を透過する。したがって、P偏光のレーザー光L2は、偏光ビームスプリッター31を透過して、図3(A)に示す光路と同様の光路を進んで、ランプ11におけるプラズマPZに再び照射される。すなわち、以下に説明するように、プラズマPZを透過したレーザー光がレーザー光帰還手段3を経て再利用されることになる。   A part of the laser light L1 is absorbed by the plasma PZ, but a part that is not absorbed by the plasma PZ passes through the plasma PZ and enters the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12. In FIG. 3A, the laser beam that has passed through the plasma PZ is denoted by L2, and is indicated by a broken line. The laser beam L2 that has passed through the plasma PZ is reflected by the reflecting surface 12B and is emitted from the light exit port 12A of the concave reflecting mirror 12. The laser beam L2 is focused on the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12 and is incident on the lens 33. The laser beam L 2 incident on the lens 33 is reflected by the optical element 35 and passes through the λ / 2 plate 34. As a result, the laser beam L2 becomes P-polarized light whose polarization direction is rotated by 90 ° and polarized in a direction horizontal to the paper surface. The laser beam L 2 that has become P-polarized light is reflected by the optical element 36 and enters the polarization beam splitter 31. The polarization beam splitter 31 reflects S-polarized light and transmits P-polarized light. Therefore, the P-polarized laser light L2 passes through the polarization beam splitter 31, travels on the same optical path as the optical path shown in FIG. 3A, and is irradiated again on the plasma PZ in the lamp 11. That is, as will be described below, the laser light that has passed through the plasma PZ is reused via the laser light feedback means 3.

図3(B)は、偏光ビームスプリッター31を透過したP偏光の光路を示す概念図である。図3(B)では、偏光ビームスプリッター31を透過してプラズマPZに照射されるレーザー光をL3と表記し、その光路を破線で示す。偏光ビームスプリッター31を透過したレーザー光L3は、レンズ32に入射する。レーザー光L3は、レンズ32により凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光され、凹面反射鏡12の反射面12Bに入射する。レーザー光L3は、反射面12Bで反射され、ランプ11のプラズマPZに照射される。つまり、本発明の光源装置においては、レーザー光帰還手段3を備えることにより、プラズマPZを透過したレーザー光がプラズマPZにもう一度照射されるため、プラズマPZを透過したレーザー光を無駄にすることなく有効に再利用することができる。   FIG. 3B is a conceptual diagram showing the optical path of P-polarized light that has passed through the polarization beam splitter 31. In FIG. 3B, laser light that passes through the polarization beam splitter 31 and is irradiated onto the plasma PZ is denoted by L3, and its optical path is indicated by a broken line. The laser beam L3 that has passed through the polarization beam splitter 31 enters the lens 32. The laser beam L3 is condensed by the lens 32 onto the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12 and is incident on the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12. The laser beam L3 is reflected by the reflecting surface 12B and irradiated on the plasma PZ of the lamp 11. That is, in the light source device of the present invention, the laser light feedback means 3 is provided so that the laser light transmitted through the plasma PZ is once again irradiated to the plasma PZ, so that the laser light transmitted through the plasma PZ is not wasted. It can be reused effectively.

なお、図3(B)に示すレーザー光L3もプラズマPZに吸収されなかった一部がプラズマPZを透過する。図3(B)では、このプラズマPZを透過したレーザー光をL4と表記し、一点鎖線で示す。プラズマPZを透過したレーザー光L4は、凹面反射鏡12の反射面12Bで反射して、光出射口12Aから出射する。レーザー光L4は、凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光された後、レンズ33に入射する。レンズ33に入射したレーザー光L4は、光学素子35で反射して、λ/2板34を通過する。その結果、レーザー光L4は、偏光方向が90°回転して、紙面に垂直な方向に偏光するS偏光になる。S偏光になったレーザー光L4は、光学素子36で反射され、偏光ビームスプリッター31に入射する。レーザー光L4は、S偏光であるため偏光ビームスプリッター31に反射されビームダンパー4によって捕捉される。つまり、光源装置10においては、プラズマPZを透過したレーザー光を1回に限り再利用する。   Note that part of the laser light L3 shown in FIG. 3B that is not absorbed by the plasma PZ also passes through the plasma PZ. In FIG. 3B, the laser beam transmitted through the plasma PZ is denoted as L4 and indicated by a one-dot chain line. The laser beam L4 that has passed through the plasma PZ is reflected by the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12 and is emitted from the light exit port 12A. The laser beam L4 is focused on the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12, and then enters the lens 33. The laser beam L 4 incident on the lens 33 is reflected by the optical element 35 and passes through the λ / 2 plate 34. As a result, the laser beam L4 becomes S-polarized light whose polarization direction is rotated by 90 ° and polarized in a direction perpendicular to the paper surface. The laser beam L 4 that has become S-polarized light is reflected by the optical element 36 and enters the polarizing beam splitter 31. Since the laser beam L4 is S-polarized light, it is reflected by the polarization beam splitter 31 and captured by the beam damper 4. That is, in the light source device 10, the laser beam that has passed through the plasma PZ is reused only once.

以上のように、本発明によれば、レーザー光をランプ11のプラズマPZに照射してプラズマPZの温度を上昇させることにより、プラズマPZから出射される光の放射強度が高いものとすることができる。
しかも、本発明では、図3(B)に示すように、ランプ11のプラズマPZに吸収されずにプラズマPZを透過したレーザー光が、レーザー光帰還手段3を介してもう一度プラズマPZに照射され、プラズマPZを透過したレーザー光を無駄にすることなく有効に再利用することができるため、レーザー光の利用効率が高いものとなる。
また、レーザー光を凹面反射鏡12の光出射口12A側から入射しているので、レーザー光を入射するための開口を凹面反射鏡12の反射面12Bに形成することが不要となり、反射面12Bの面積が低減することがないので、ランプ11の光の利用効率が向上する。
As described above, according to the present invention, the radiation intensity of the light emitted from the plasma PZ is increased by irradiating the plasma PZ of the lamp 11 with the laser light to raise the temperature of the plasma PZ. it can.
Moreover, in the present invention, as shown in FIG. 3 (B), the laser light that has passed through the plasma PZ without being absorbed by the plasma PZ of the lamp 11 is again irradiated to the plasma PZ through the laser light feedback means 3, Since the laser light transmitted through the plasma PZ can be effectively reused without being wasted, the utilization efficiency of the laser light becomes high.
Further, since the laser light is incident from the side of the light exit 12A of the concave reflecting mirror 12, it is not necessary to form an opening for entering the laser light in the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12, and the reflecting surface 12B. Therefore, the light use efficiency of the lamp 11 is improved.

図4は、本発明の光源装置の第1の実施形態に関する他の構成を示す。図1の光源装置は、レーザー発振器から出射するレーザー光がS偏光の直線偏光であった。図4の光源装置は、レーザー発振器2から出射されるレーザー光がP偏光の直線偏光であることが図1のものと相違しており、図1のものと共通する構成には図1と共通の符号を付している。
図4の光源装置40は、ランプ11および凹面反射鏡12を備える光源1と、P偏光のレーザー光を出射するレーザー発振器2と、偏光ビームスプリッター31、レンズ32、33、λ/2板34および光学素子35を備えるレーザー光帰還手段3と、ビームダンパー4とを備える。光学素子35は、プラズマPZを透過したレーザー光が、λ/2板34と偏光ビームスプリッター31とにこの順に入射するように配置された一対のミラーである。
FIG. 4 shows another configuration relating to the first embodiment of the light source device of the present invention. In the light source device of FIG. 1, the laser light emitted from the laser oscillator was S-polarized linearly polarized light. 4 differs from that of FIG. 1 in that the laser beam emitted from the laser oscillator 2 is P-polarized linearly polarized light, and the configuration common to that of FIG. 1 is the same as that of FIG. The code | symbol is attached | subjected.
4 includes a light source 1 including a lamp 11 and a concave reflecting mirror 12, a laser oscillator 2 that emits P-polarized laser light, a polarization beam splitter 31, lenses 32 and 33, a λ / 2 plate 34, and Laser light feedback means 3 including an optical element 35 and a beam damper 4 are provided. The optical element 35 is a pair of mirrors arranged so that the laser light transmitted through the plasma PZ is incident on the λ / 2 plate 34 and the polarization beam splitter 31 in this order.

図5は、図4の光源装置40におけるレーザー光の光路を示す概念図である。図5において、「S」は図5の紙面に垂直な方向に偏光方向を有するS偏光を、「P」は図5の紙面に水平な方向に偏光方向を有するP偏光を示す。図5(A)に示すように、レーザー発振器2から出射したP偏光のレーザー光L1は、偏光ビームスプリッター31を透過してレンズ32を介して凹面反射鏡12の光出射口12Aから凹面反射鏡12の内部に入射され、反射面12Bで反射されてランプ11のプラズマPZに照射される。これにより、プラズマPZが高温化されることによりプラズマPZから出射する光の放射強度が向上する。
一方、プラズマPZを透過したレーザー光L2は、凹面反射鏡12の反射面12Bで反射されてレンズ33および光学素子35を介してλ/2板34に入射する。λ/2板34に入射したレーザー光L2は、λ/2板34により偏光方向が90°回転してS偏光に変換され、偏光ビームスプリッター31に入射する。図5(B)に示すように、S偏光のレーザー光L3は、偏光ビームスプリッター31によって反射され、図5(A)で説明したのと同様の光路を進んでプラズマPZに再び照射される。なお、図5(B)に示すように、レーザー光帰還手段3を経てプラズマPZを透過したレーザー光L4は、レンズ33、光学素子35を介してλ/2板34に入射され、λ/2板34によってP偏光に変換された後、偏光ビームスプリッター31を透過してビームダンパー4に捕捉される。このように、図4の光源装置40においては、レーザー光帰還手段3を設けたことにより、プラズマPZを透過したレーザー光を再利用することができ、レーザー光の利用効率を向上させることができる。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an optical path of laser light in the light source device 40 of FIG. In FIG. 5, “S” indicates S-polarized light having a polarization direction in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 5, and “P” indicates P-polarized light having a polarization direction in a direction horizontal to the paper surface of FIG. As shown in FIG. 5A, the P-polarized laser light L1 emitted from the laser oscillator 2 passes through the polarization beam splitter 31 and passes through the lens 32, and passes through the light exit port 12A of the concave reflecting mirror 12 to the concave reflecting mirror. 12 is incident on the inside, 12 is reflected by the reflecting surface 12B, and is irradiated to the plasma PZ of the lamp 11. Thereby, the radiation intensity of the light emitted from the plasma PZ is improved by increasing the temperature of the plasma PZ.
On the other hand, the laser beam L 2 that has passed through the plasma PZ is reflected by the reflecting surface 12 B of the concave reflecting mirror 12 and enters the λ / 2 plate 34 through the lens 33 and the optical element 35. The laser beam L 2 incident on the λ / 2 plate 34 is converted into S-polarized light by the polarization direction being rotated by 90 ° by the λ / 2 plate 34, and is incident on the polarization beam splitter 31. As shown in FIG. 5B, the S-polarized laser light L3 is reflected by the polarization beam splitter 31, travels through the same optical path as described in FIG. 5A, and is irradiated again to the plasma PZ. As shown in FIG. 5B, the laser light L4 transmitted through the plasma PZ through the laser light feedback means 3 is incident on the λ / 2 plate 34 through the lens 33 and the optical element 35, and λ / 2. After being converted to P-polarized light by the plate 34, the light passes through the polarization beam splitter 31 and is captured by the beam damper 4. As described above, in the light source device 40 of FIG. 4, by providing the laser light feedback means 3, the laser light transmitted through the plasma PZ can be reused, and the utilization efficiency of the laser light can be improved. .

図6は、本発明の光源装置の第1の実施形態に関する他の構成を示す。図6の光源装置60は、凹面反射鏡12の反射面12Bが放物面形状を有することが図1の光源装置と相違しており、図1のものと共通する構成については図1と同一符号を付すことで詳細な説明は省略する。
図6の光源装置60は、ランプ11と凹面反射鏡12とよりなる光源1と、レーザー発振器2と、偏光ビームスプリッター31、λ/2板34および光学素子35、36を備えるレーザー光帰還手段3と、を備えて構成される。光学素子35、36は、プラズマPZを透過したレーザー光が、λ/2板34と偏光ビームスプリッター31とにこの順に入射するように配置された一対のミラーである。
FIG. 6 shows another configuration relating to the first embodiment of the light source device of the present invention. The light source device 60 of FIG. 6 differs from the light source device of FIG. 1 in that the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12 has a parabolic shape, and the configuration common to that of FIG. Detailed description will be omitted by adding reference numerals.
The light source device 60 of FIG. 6 includes a laser light feedback means 3 including a light source 1 including a lamp 11 and a concave reflecting mirror 12, a laser oscillator 2, a polarization beam splitter 31, a λ / 2 plate 34, and optical elements 35 and 36. And comprising. The optical elements 35 and 36 are a pair of mirrors arranged so that the laser light transmitted through the plasma PZ is incident on the λ / 2 plate 34 and the polarization beam splitter 31 in this order.

図7は、図6の光源装置60におけるレーザー光の光路を概念図である。図7において、「S」は図7の紙面に垂直な方向に偏光方向を有するS偏光を、「P」は図7の紙面に水平な方向に偏光方向を有するP偏光を示す。図7(A)に示すように、レーザー発振器2から出射したS偏光のレーザー光L1は、偏光ビームスプリッター31により反射されて凹面反射鏡12の光出射口12Aから凹面反射鏡12の内部に入射され、反射面12Bで反射されてランプ11のプラズマPZに照射される。これにより、プラズマPZが高温化されることによりプラズマPZから出射する光の放射強度が向上する。
プラズマPZに入射したレーザー光L1の一部は、プラズマPZに吸収されることなく、プラズマPZを透過する。図7(A)では、プラズマPZを透過したレーザー光を、破線で示しL2と表記する。プラズマPZを透過したレーザー光L2は、凹面反射鏡12の反射面12Bで反射されて光学素子35を介してλ/2板34に入射する。λ/2板34に入射したレーザー光L2は、λ/2板34により偏光方向が90°回転してP偏光に変換され、偏光ビームスプリッター31に入射する。
図7(B)では、偏光ビームスプリッター31を透過したP偏光のレーザー光を、L3と表記しその光路を破線で示す。偏光ビームスプリッター31を透過したレーザー光L3は、図7(A)で説明したのと同様の光路を進んでプラズマPZに再び照射される。
図7(B)に示すレーザー光L3も、プラズマPZに吸収されなかった一部がプラズマPZを透過する。図7(B)では、レーザー光帰還手段3を経てプラズマPZに照射されるレーザー光のうちプラズマPZを透過したレーザー光を、L4と表記し一点鎖線で示す。図7(B)に示すように、プラズマPZを透過したレーザー光L4は、光学素子35を介してλ/2板34に入射され、λ/2板34によってS偏光に変換された後、光学素子36を介して偏光ビームスプリッター31に入射する。偏光ビームスプリッター31に入射したS偏光のレーザー光L4は、偏光ビームスプリッター31により反射されてビームダンパー4に捕捉される。このように、図6の光源装置60においては、レーザー光帰還手段3を設けたことにより、プラズマPZを透過したレーザー光を再利用することができ、レーザー光の利用効率を向上させることができる。
FIG. 7 is a conceptual diagram of an optical path of laser light in the light source device 60 of FIG. In FIG. 7, “S” indicates S-polarized light having a polarization direction in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 7, and “P” indicates P-polarized light having a polarization direction in a direction horizontal to the paper surface of FIG. As shown in FIG. 7A, the S-polarized laser light L 1 emitted from the laser oscillator 2 is reflected by the polarization beam splitter 31 and enters the concave reflecting mirror 12 through the light exit port 12 A of the concave reflecting mirror 12. Then, it is reflected by the reflecting surface 12B and irradiated to the plasma PZ of the lamp 11. Thereby, the radiation intensity of the light emitted from the plasma PZ is improved by increasing the temperature of the plasma PZ.
A part of the laser beam L1 incident on the plasma PZ passes through the plasma PZ without being absorbed by the plasma PZ. In FIG. 7A, the laser beam that has passed through the plasma PZ is indicated by a broken line and denoted by L2. The laser beam L2 that has passed through the plasma PZ is reflected by the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12 and enters the λ / 2 plate 34 through the optical element 35. The laser beam L2 incident on the λ / 2 plate 34 is converted into P-polarized light by the polarization direction rotated by 90 ° by the λ / 2 plate 34 and is incident on the polarization beam splitter 31.
In FIG. 7B, the P-polarized laser beam that has passed through the polarization beam splitter 31 is denoted by L3, and its optical path is indicated by a broken line. The laser beam L3 that has passed through the polarization beam splitter 31 travels on the same optical path as described with reference to FIG. 7A, and is irradiated again to the plasma PZ.
A part of the laser beam L3 shown in FIG. 7B that is not absorbed by the plasma PZ also passes through the plasma PZ. In FIG. 7B, laser light that has passed through the plasma PZ out of the laser light irradiated to the plasma PZ through the laser light feedback means 3 is denoted by L4 and indicated by a one-dot chain line. As shown in FIG. 7B, the laser light L4 that has passed through the plasma PZ is incident on the λ / 2 plate 34 through the optical element 35, converted into S-polarized light by the λ / 2 plate 34, and then optically transmitted. The light enters the polarization beam splitter 31 via the element 36. The S-polarized laser light L 4 incident on the polarization beam splitter 31 is reflected by the polarization beam splitter 31 and captured by the beam damper 4. Thus, in the light source device 60 of FIG. 6, by providing the laser light feedback means 3, the laser light transmitted through the plasma PZ can be reused, and the utilization efficiency of the laser light can be improved. .

なお、図6の光源装置において、レーザー発振器2からレーザー光帰還手段3に向けてP偏光のレーザー光を出射することもできる。   In the light source device of FIG. 6, P-polarized laser light can be emitted from the laser oscillator 2 toward the laser light feedback means 3.

〔第2の実施形態〕
図8は、本発明の光源装置の第2の実施形態の構成の一例を示す。図8の光源装置80は、プラズマPZを透過したレーザー光を半永久的に再利用するためのレーザー光帰還手段8を備えることが図1の光源装置と相違しており、図1のものと共通する構成については図1と同一符号を付すことで詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 8 shows an example of the configuration of the light source device according to the second embodiment of the present invention. The light source device 80 of FIG. 8 is different from the light source device of FIG. 1 in that it includes laser light feedback means 8 for semipermanently reusing laser light that has passed through the plasma PZ, and is common to that of FIG. About the structure to perform, the same code | symbol as FIG.

光源装置80は、ランプ11と凹面反射鏡12を備える光源1と、レーザー発振器2と、レーザー光帰還手段8と、ビームダンパー4と、を備える。レーザー光帰還手段8は、偏光ビームスプリッター31、レンズ32、33、偏光回転素子であるλ/4板84および光学素子35、36を備えて構成される。λ/4板84は、プラズマPZを透過したレーザー光の光路に配置され、直線偏光を円偏光に変換する。光学素子35、36は、プラズマPZを透過したレーザー光が、λ/4板84と偏光ビームスプリッター31とにこの順に入射するように配置された一対のミラーである。   The light source device 80 includes a light source 1 including a lamp 11 and a concave reflecting mirror 12, a laser oscillator 2, laser light feedback means 8, and a beam damper 4. The laser light feedback means 8 includes a polarization beam splitter 31, lenses 32 and 33, a λ / 4 plate 84 which is a polarization rotation element, and optical elements 35 and 36. The λ / 4 plate 84 is disposed in the optical path of the laser light that has passed through the plasma PZ, and converts linearly polarized light into circularly polarized light. The optical elements 35 and 36 are a pair of mirrors arranged so that the laser light transmitted through the plasma PZ is incident on the λ / 4 plate 84 and the polarization beam splitter 31 in this order.

図9は、レーザー発振器2から出射したレーザー光の光路を示す概念図である。図9において、「S」は紙面に垂直な方向に偏光方向を有するS偏光を、「P」は紙面に水平な方向に偏光方向を有するP偏光を示す。図9(A)では、レーザー発振器2からランプ11のプラズマPZまでのS偏光の光路を、L1と表記して実線で示す。図9(A)に示すように、レーザー発振器2から出射したS偏光のレーザー光L1は、レーザー光帰還手段8における偏光ビームスプリッター31に入射する。レーザー光L1は、偏光ビームスプリッター31によって光源1に向けて反射され、レンズ32に入射する。レーザー光L1は、レンズ32により凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光され、凹面反射鏡12の光出射口12Aから反射面12Bに入射する。反射面12Bに入射したレーザー光L1は、反射面12Bによってランプ11における一対の電極114と115との極間に形成されたプラズマPZに対して照射される。
ランプ11は、レーザー発振器2からレーザー光L1を出射する前に、一対の電極114と115に電力を供給することにより、一対の電極114と115との極間にプラズマPZが発生した状態とされている。ランプ11のプラズマPZは、レーザー光L1が照射されることにより、エネルギーが投入されてプラズマPZの温度が上昇する。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the optical path of laser light emitted from the laser oscillator 2. In FIG. 9, “S” indicates S-polarized light having a polarization direction in a direction perpendicular to the paper surface, and “P” indicates P-polarized light having a polarization direction in a direction horizontal to the paper surface. In FIG. 9A, the optical path of S-polarized light from the laser oscillator 2 to the plasma PZ of the lamp 11 is denoted by L1 and indicated by a solid line. As shown in FIG. 9A, the S-polarized laser light L 1 emitted from the laser oscillator 2 enters the polarization beam splitter 31 in the laser light feedback means 8. The laser beam L1 is reflected by the polarization beam splitter 31 toward the light source 1 and enters the lens 32. The laser beam L1 is collected by the lens 32 at the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12, and enters the reflecting surface 12B from the light exit port 12A of the concave reflecting mirror 12. The laser beam L1 incident on the reflecting surface 12B is irradiated to the plasma PZ formed between the pair of electrodes 114 and 115 in the lamp 11 by the reflecting surface 12B.
The lamp 11 is in a state in which plasma PZ is generated between the pair of electrodes 114 and 115 by supplying electric power to the pair of electrodes 114 and 115 before emitting the laser beam L1 from the laser oscillator 2. ing. The plasma PZ of the lamp 11 is irradiated with the laser beam L1, so that energy is input and the temperature of the plasma PZ rises.

レーザー光L1は、プラズマPZによって一部が吸収されるが、プラズマPZにより吸収されなかった一部が、プラズマPZを透過して凹面反射鏡12の反射面12Bに入射する。図9(A)では、このプラズマPZを透過したレーザー光を、L2と表記して破線で示す。図9(A)に示すように、プラズマPZを透過したレーザー光L2は、反射面12Bによって反射され、凹面反射鏡12の光出射口12Aから出射する。レーザー光L2は、凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光されるとともに、レンズ33に入射する。レーザー光L2は、レンズ33により平行化されて、光学素子35により反射され、λ/4板84に入射する。S偏光のレーザー光L2は、λ/4板84によって円偏光に変換され、光学素子36により偏光ビームスプリッター31に向けて反射される。   A part of the laser light L1 is absorbed by the plasma PZ, but a part that is not absorbed by the plasma PZ passes through the plasma PZ and enters the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12. In FIG. 9A, the laser beam that has passed through the plasma PZ is denoted by L2 and indicated by a broken line. As shown in FIG. 9A, the laser beam L2 that has passed through the plasma PZ is reflected by the reflecting surface 12B and is emitted from the light exit port 12A of the concave reflecting mirror 12. The laser beam L2 is focused on the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12 and is incident on the lens 33. The laser beam L2 is collimated by the lens 33, reflected by the optical element 35, and incident on the λ / 4 plate 84. The S-polarized laser light L2 is converted into circularly polarized light by the λ / 4 plate 84 and reflected by the optical element 36 toward the polarizing beam splitter 31.

図9(B)に示すように、偏光ビームスプリッター31は、円偏光のレーザー光を偏光方向が相互に異なる直線偏光に分離し、S偏光をビームダンパー4に向けて反射しP偏光を透過させる。図9(B)では、偏光ビームスプリッター31を透過したレーザー光を、L3と表記しその光路を破線で示す。偏光ビームスプリッター31を透過したP偏光のレーザー光L3は、レンズ32に入射し、レンズ32により凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光され、凹面反射鏡12の光出射口12Aから凹面反射鏡12の内部に入射する。レーザー光L3は、凹面反射鏡12の反射面12Bで反射され、ランプ11のプラズマPZに照射される。   As shown in FIG. 9B, the polarization beam splitter 31 separates circularly polarized laser light into linearly polarized light having different polarization directions, reflects S-polarized light toward the beam damper 4 and transmits P-polarized light. . In FIG. 9B, the laser light transmitted through the polarization beam splitter 31 is denoted as L3, and its optical path is indicated by a broken line. The P-polarized laser light L3 that has passed through the polarization beam splitter 31 is incident on the lens 32, is condensed by the lens 32 onto the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12, and is concavely reflected from the light exit port 12A of the concave reflecting mirror 12. The light enters the inside of the mirror 12. The laser beam L3 is reflected by the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12, and is irradiated on the plasma PZ of the lamp 11.

図9(B)に示すレーザー光L3も、プラズマPZに吸収されなかった一部がプラズマPZを透過する。図9(B)では、レーザー光帰還手段8を経てプラズマPZに照射されるレーザー光のうちプラズマPZを透過したレーザー光を、L4と表記し一点鎖線で示す。プラズマPZを透過したレーザー光L4は、凹面反射鏡12の反射面12Bで反射して光出射口12Aから出射し、凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光した後にレンズ33に入射する。レーザー光L4は、レンズ33により平行化され、λ/4板84を通過して、P偏光から円偏光に変換される。円偏光のレーザー光L4は、光学素子36で反射して偏光ビームスプリッター31に入射し、偏光ビームスプリッター31により偏光方向が相互に異なる直線偏光に分離される。その結果、S偏光のレーザー光が偏光ビームスプリッター31によって、ビームダンパー4に向けて反射され、ビームダンパー4によって捕捉される。一方、P偏光のレーザー光が偏光ビームスプリッター31を透過する。偏光ビームスプリッター31を透過したレーザー光は、前記のレーザー光L3、L4と同様の光路を通って、再び偏光ビームスプリッター31に入射する。このようにして、プラズマPZを透過したレーザー光が半永久的にプラズマPZに照射され続ける。   A part of the laser beam L3 shown in FIG. 9B that is not absorbed by the plasma PZ also passes through the plasma PZ. In FIG. 9B, laser light that has passed through the plasma PZ out of the laser light irradiated to the plasma PZ through the laser light feedback means 8 is denoted by L4 and indicated by an alternate long and short dash line. The laser beam L4 that has passed through the plasma PZ is reflected by the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12, is emitted from the light exit port 12A, is focused on the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12, and then enters the lens 33. The laser light L4 is collimated by the lens 33, passes through the λ / 4 plate 84, and is converted from P-polarized light to circularly-polarized light. The circularly polarized laser beam L4 is reflected by the optical element 36 and incident on the polarization beam splitter 31, and the polarization beam splitter 31 separates the laser beam L4 into linearly polarized light having different polarization directions. As a result, the S-polarized laser light is reflected by the polarization beam splitter 31 toward the beam damper 4 and captured by the beam damper 4. On the other hand, P-polarized laser light is transmitted through the polarization beam splitter 31. The laser beam that has passed through the polarization beam splitter 31 passes through the same optical path as the laser beams L3 and L4, and is incident on the polarization beam splitter 31 again. In this way, the laser light transmitted through the plasma PZ is continuously irradiated onto the plasma PZ semipermanently.

以上のように、図8に示す光源装置においては、ランプ11のプラズマPZを透過したレーザー光(L2、L4)が、偏光回転素子であるλ/4板84および偏光ビームスプリッター31に順次に入射する構成とされている。そのため、プラズマPZを透過したレーザー光が、光源1とレーザー光帰還手段8との間を半永久的に循環する。したがって、プラズマPZを透過したレーザー光を半永久的に再利用することができ、レーザー光の利用効率を格段に向上させることができる。   As described above, in the light source device shown in FIG. 8, the laser light (L2, L4) transmitted through the plasma PZ of the lamp 11 is sequentially incident on the λ / 4 plate 84 and the polarization beam splitter 31 that are polarization rotation elements. It is supposed to be configured. Therefore, the laser light that has passed through the plasma PZ circulates semi-permanently between the light source 1 and the laser light feedback means 8. Therefore, the laser light transmitted through the plasma PZ can be reused semipermanently, and the utilization efficiency of the laser light can be remarkably improved.

なお、図8の光源装置においては、レーザー発振器2は、レーザー光帰還手段8に向けてS偏光のレーザー光を出射するものである。勿論、これに限らず、レーザー発振器2は、P偏光のレーザー光を出射するものとすることもできる。   In the light source device shown in FIG. 8, the laser oscillator 2 emits S-polarized laser light toward the laser light feedback means 8. Of course, the present invention is not limited to this, and the laser oscillator 2 may emit P-polarized laser light.

図10は、本発明の光源装置の第2の実施形態に関する他の構成を示す。図10の光源装置100は、凹面反射鏡12の反射面12Bが放物面形状を有することが図8の光源装置と相違しており、図8のものと共通する構成については図8と同一符号を付すことで詳細な説明は省略する。
図10の光源装置100は、ランプ11と凹面反射鏡12とよりなる光源1と、レーザー発振器2と、レーザー光帰還手段8と、ビームダンパー4と、を備える。レーザー光帰還手段8は、偏光ビームスプリッター31、λ/4板84および光学素子35、36を備えて構成される。光学素子35、36は、プラズマPZを透過したレーザー光が、λ/4板84と偏光ビームスプリッター31とにこの順に入射するように配置された一対のミラーである。
FIG. 10 shows another configuration relating to the second embodiment of the light source device of the present invention. The light source device 100 of FIG. 10 is different from the light source device of FIG. 8 in that the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12 has a parabolic shape, and the configuration common to that of FIG. Detailed description will be omitted by adding reference numerals.
The light source device 100 of FIG. 10 includes a light source 1 including a lamp 11 and a concave reflecting mirror 12, a laser oscillator 2, a laser light feedback means 8, and a beam damper 4. The laser light feedback means 8 includes a polarization beam splitter 31, a λ / 4 plate 84, and optical elements 35 and 36. The optical elements 35 and 36 are a pair of mirrors arranged so that the laser light transmitted through the plasma PZ is incident on the λ / 4 plate 84 and the polarization beam splitter 31 in this order.

図11は、図10の光源装置100におけるレーザー光の光路を示す概念図である。図11(A)では、レーザー発振器2から出射したレーザー光を、実線で示しL1と表記する。図11(A)に示すように、レーザー発振器2から出射したS偏光のレーザー光L1は、偏光ビームスプリッター31により反射され、凹面反射鏡12の光出射口12Aから凹面反射鏡12の内部に入射され、反射面12Bで反射されてランプ11のプラズマPZに照射される。これにより、プラズマPZが高温化され、プラズマPZから出射する光の放射強度が向上する。
プラズマPZに入射したレーザー光L1の一部は、プラズマPZに吸収されることなく、プラズマPZを透過する。図11(A)では、プラズマPZを透過したレーザー光を、破線で示しL2と表記する。プラズマPZを透過したレーザー光L2は、凹面反射鏡12の反射面12Bで反射されて光学素子35を介してλ/4板84に入射する。S偏光のレーザー光L2は、λ/4板84によって円偏光に変換され、光学素子36により偏光ビームスプリッター31に向けて反射される。
FIG. 11 is a conceptual diagram showing an optical path of laser light in the light source device 100 of FIG. In FIG. 11A, the laser light emitted from the laser oscillator 2 is indicated by a solid line and denoted as L1. As shown in FIG. 11A, the S-polarized laser light L 1 emitted from the laser oscillator 2 is reflected by the polarization beam splitter 31 and enters the concave reflecting mirror 12 from the light exit port 12 A of the concave reflecting mirror 12. Then, it is reflected by the reflecting surface 12B and irradiated to the plasma PZ of the lamp 11. As a result, the temperature of the plasma PZ is increased, and the radiation intensity of the light emitted from the plasma PZ is improved.
A part of the laser beam L1 incident on the plasma PZ passes through the plasma PZ without being absorbed by the plasma PZ. In FIG. 11A, the laser beam that has passed through the plasma PZ is indicated by a broken line and denoted as L2. The laser beam L2 that has passed through the plasma PZ is reflected by the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12 and enters the λ / 4 plate 84 via the optical element 35. The S-polarized laser light L2 is converted into circularly polarized light by the λ / 4 plate 84 and reflected by the optical element 36 toward the polarizing beam splitter 31.

図11(B)に示すように、偏光ビームスプリッター31は、入射した円偏光のレーザー光を偏光方向が相互に異なる直線偏光に分離し、S偏光をビームダンパー4に向けて反射しP偏光を透過させる。図11(B)では、偏光ビームスプリッター31を透過したP偏光のレーザー光を、L3と表記しその光路を破線で示す。偏光ビームスプリッター31を透過したP偏光のレーザー光L3は、凹面反射鏡12の光出射口12Aから凹面反射鏡12の内部に入射する。このレーザー光L3は、凹面反射鏡12の反射面12Bで反射され、ランプ11のプラズマPZに照射される。   As shown in FIG. 11B, the polarization beam splitter 31 separates the incident circularly polarized laser light into linearly polarized light having different polarization directions, reflects S-polarized light toward the beam damper 4 and converts P-polarized light. Make it transparent. In FIG. 11B, the P-polarized laser light transmitted through the polarization beam splitter 31 is denoted as L3 and its optical path is indicated by a broken line. The P-polarized laser light L3 transmitted through the polarizing beam splitter 31 enters the concave reflecting mirror 12 from the light exit port 12A of the concave reflecting mirror 12. The laser beam L3 is reflected by the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12, and is irradiated on the plasma PZ of the lamp 11.

図11(B)に示すレーザー光L3も、プラズマPZに吸収されなかった一部がプラズマPZを透過する。図11(B)では、レーザー光帰還手段8を経てプラズマPZに照射されるレーザー光のうちプラズマPZを透過したレーザー光を、L4と表記し一点鎖線で示す。プラズマPZを透過したレーザー光L4は、凹面反射鏡12の反射面12Bで反射して光出射口12Aから出射し、光学素子35で反射してλ/4板84を通過して、P偏光から円偏光に変換される。円偏光のレーザー光L4は、光学素子36で反射して偏光ビームスプリッター31に入射し、偏光ビームスプリッター31により偏光方向が相互に異なる直線偏光に分離される。その結果、S偏光のレーザー光が偏光ビームスプリッター31によって、ビームダンパー4に向けて反射され、ビームダンパー4によって捕捉される。一方、P偏光のレーザー光が偏光ビームスプリッター31を透過する。偏光ビームスプリッター31を透過したレーザー光は、前記のレーザー光L3、L4と同様の光路を通って、再び偏光ビームスプリッター31に入射する。
このように図10の光源装置100においては、レーザー光帰還手段8を設けたことにより、プラズマPZを透過したレーザー光を半永久的に再利用することができるため、レーザー光の利用効率を向上させることができる。
A part of the laser light L3 shown in FIG. 11B that is not absorbed by the plasma PZ also passes through the plasma PZ. In FIG. 11B, laser light that has passed through the plasma PZ out of the laser light irradiated to the plasma PZ through the laser light feedback means 8 is denoted by L4 and indicated by an alternate long and short dash line. The laser beam L4 that has passed through the plasma PZ is reflected by the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12, is emitted from the light exit 12A, is reflected by the optical element 35, passes through the λ / 4 plate 84, and is converted from P-polarized light. Converted to circularly polarized light. The circularly polarized laser beam L4 is reflected by the optical element 36 and incident on the polarization beam splitter 31, and the polarization beam splitter 31 separates the laser beam L4 into linearly polarized light having different polarization directions. As a result, the S-polarized laser light is reflected by the polarization beam splitter 31 toward the beam damper 4 and captured by the beam damper 4. On the other hand, P-polarized laser light is transmitted through the polarization beam splitter 31. The laser beam that has passed through the polarization beam splitter 31 passes through the same optical path as the laser beams L3 and L4, and is incident on the polarization beam splitter 31 again.
As described above, in the light source device 100 of FIG. 10, by providing the laser light feedback means 8, the laser light transmitted through the plasma PZ can be reused semi-permanently, so that the utilization efficiency of the laser light is improved. be able to.

なお、図10の光源装置においては、レーザー発振器2は、レーザー光帰還手段8に向けてS偏光のレーザー光を出射するものである。勿論、これに限らず、レーザー発振器2は、P偏光のレーザー光を出射するものとすることもできる。   In the light source device of FIG. 10, the laser oscillator 2 emits S-polarized laser light toward the laser light feedback means 8. Of course, the present invention is not limited to this, and the laser oscillator 2 may emit P-polarized laser light.

図12は、本発明の光源装置の第2の実施形態に関する他の構成を示す。図12の光源装置120は、凹面反射鏡12の反射面12Bが回転楕円面形状を有し、それぞれ対をなして配置される、λ/2板34および偏光ビームスプリッター31並びにλ/4板84および偏光ビームスプリッター121を有することが、図10のものと相違しており、図10のものと共通する構成については同一符号を付している。
図12の光源装置120は、ランプ11と凹面反射鏡12とよりなる光源1と、レーザー発振器2と、レーザー光帰還手段8と、ビームダンパー4と、を備える。レーザー光帰還手段8は、偏光ビームスプリッター31、121と、レンズ32、33と、偏光回転素子であるλ/2板34、λ/4板84と、光学素子36とを備えて構成される。レーザー光帰還手段13においては、プラズマPZを透過したレーザー光が、レンズ33、λ/4板84、偏光ビームスプリッター121、光学素子36、λ/2板34および偏光ビームスプリッター31をこの順どおりに進むように配置される。偏光ビームスプリッター121は、偏光ビームスプリッター31と同様に、例えば直角プリズムを2つ貼り合わせ、その接合面に誘電体多層膜や金属薄膜をコーティングした構成を有する。
FIG. 12 shows another configuration relating to the second embodiment of the light source device of the present invention. In the light source device 120 of FIG. 12, the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12 has a spheroid shape and is arranged in pairs, respectively, a λ / 2 plate 34, a polarizing beam splitter 31, and a λ / 4 plate 84. 10 and the polarization beam splitter 121 are different from those in FIG. 10, and the same reference numerals are given to components common to those in FIG. 10.
The light source device 120 of FIG. 12 includes a light source 1 including a lamp 11 and a concave reflecting mirror 12, a laser oscillator 2, a laser light feedback means 8, and a beam damper 4. The laser light feedback means 8 includes polarization beam splitters 31 and 121, lenses 32 and 33, a λ / 2 plate 34 and a λ / 4 plate 84 that are polarization rotation elements, and an optical element 36. In the laser light feedback means 13, the laser light transmitted through the plasma PZ passes through the lens 33, the λ / 4 plate 84, the polarizing beam splitter 121, the optical element 36, the λ / 2 plate 34, and the polarizing beam splitter 31 in this order. Arranged to go forward. Similar to the polarizing beam splitter 31, the polarizing beam splitter 121 has a configuration in which, for example, two right angle prisms are bonded together and a dielectric multilayer film or a metal thin film is coated on the joint surface.

図13は、レーザー発振器2から出射したレーザー光の光路を示す概念図である。図13において、「S」は紙面に垂直な方向に偏光方向を有するS偏光を、「P」は紙面に水平な方向に偏光方向を有するP偏光を示す。図13(A)では、レーザー発振器2からランプ11のプラズマPZまでのS偏光の光路をL1と表記し、実線で示す。
図13(A)に示すように、レーザー発振器2から出射したS偏光のレーザー光L1は、レーザー光帰還手段13における偏光ビームスプリッター31に入射する。S偏光であるレーザー光L1は、偏光ビームスプリッター31によって光源1に向けて反射され、レンズ32に入射する。レーザー光L1は、レンズ32により凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光され、凹面反射鏡12の光出射口12Aから反射面12Bに入射され、反射面12Bによってランプ11のプラズマPZに対して照射される。
ランプ11は、レーザー発振器2からレーザー光L1を出射する前に、一対の電極114と115に電力を供給することにより、一対の電極114と115との極間にプラズマPZが発生した状態とされている。ランプ11のプラズマPZは、レーザー光L1が照射されることにより、エネルギーが投入されてプラズマPZの温度が上昇する。
FIG. 13 is a conceptual diagram showing the optical path of laser light emitted from the laser oscillator 2. In FIG. 13, “S” indicates S-polarized light having a polarization direction in a direction perpendicular to the paper surface, and “P” indicates P-polarized light having a polarization direction in a direction horizontal to the paper surface. In FIG. 13A, the optical path of S-polarized light from the laser oscillator 2 to the plasma PZ of the lamp 11 is denoted as L1 and indicated by a solid line.
As shown in FIG. 13A, the S-polarized laser light L 1 emitted from the laser oscillator 2 enters the polarization beam splitter 31 in the laser light feedback means 13. The laser beam L 1 that is S-polarized light is reflected toward the light source 1 by the polarization beam splitter 31 and enters the lens 32. The laser light L1 is condensed on the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12 by the lens 32, is incident on the reflecting surface 12B from the light exit port 12A of the concave reflecting mirror 12, and is applied to the plasma PZ of the lamp 11 by the reflecting surface 12B. Is irradiated.
The lamp 11 is in a state in which plasma PZ is generated between the pair of electrodes 114 and 115 by supplying electric power to the pair of electrodes 114 and 115 before emitting the laser beam L1 from the laser oscillator 2. ing. The plasma PZ of the lamp 11 is irradiated with the laser beam L1, so that energy is input and the temperature of the plasma PZ rises.

レーザー光L1は、プラズマPZによって一部が吸収されるが、プラズマPZにより吸収されなかった一部が、プラズマPZを透過して凹面反射鏡12の反射面12Bに入射する。図13(A)では、このプラズマPZを透過したレーザー光をL2と表記し、破線で示す。プラズマPZを透過したレーザー光L2は、反射面12Bによって反射され、凹面反射鏡12の光出射口12Aから出射する。レーザー光L2は、凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光されるとともに、レンズ33に入射する。レーザー光L2は、レンズ33により平行化されてλ/4板84を通過し、S偏光から円偏光に変換される。円偏光に変換されたレーザー光L2は、偏光ビームスプリッター121により偏光成分が分離され、S偏光が偏光ビームスプリッター121で反射され、P偏光が偏光ビームスプリッター121を透過してビームダンパー4により捕捉される。偏光ビームスプリッター121で反射されたS偏光のレーザー光L2は、光学素子36で反射され、λ/2板34を通過する。その結果、レーザー光L2は、偏光方向が90°回転して、P偏光となる。   A part of the laser light L1 is absorbed by the plasma PZ, but a part that is not absorbed by the plasma PZ passes through the plasma PZ and enters the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12. In FIG. 13A, the laser beam that has passed through the plasma PZ is denoted as L2 and indicated by a broken line. The laser beam L2 that has passed through the plasma PZ is reflected by the reflecting surface 12B and is emitted from the light exit port 12A of the concave reflecting mirror 12. The laser beam L2 is focused on the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12 and is incident on the lens 33. The laser beam L2 is collimated by the lens 33, passes through the λ / 4 plate 84, and is converted from S-polarized light to circularly-polarized light. The polarization component of the laser beam L2 converted into circularly polarized light is separated by the polarization beam splitter 121, the S polarization is reflected by the polarization beam splitter 121, and the P polarization is transmitted through the polarization beam splitter 121 and captured by the beam damper 4. The The S-polarized laser light L2 reflected by the polarization beam splitter 121 is reflected by the optical element 36 and passes through the λ / 2 plate 34. As a result, the laser beam L2 becomes P-polarized light by rotating the polarization direction by 90 °.

図13(B)は、偏光ビームスプリッター31を透過したP偏光の光路を示す概念図である。図13(B)では、偏光ビームスプリッター31を透過してプラズマPZに照射されるレーザー光をL3と表記し、その光路を破線で示す。
偏光ビームスプリッター31を透過したP偏光のレーザー光L3は、レンズ32に入射する。レーザー光L3は、レンズ32により凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光され、凹面反射鏡12の反射面12Bに入射する。レーザー光L3は、反射面12Bで反射され、ランプ11のプラズマPZに照射される。
FIG. 13B is a conceptual diagram showing the optical path of P-polarized light that has passed through the polarizing beam splitter 31. In FIG. 13B, laser light that passes through the polarization beam splitter 31 and is irradiated onto the plasma PZ is denoted by L3, and its optical path is indicated by a broken line.
The P-polarized laser light L3 transmitted through the polarization beam splitter 31 is incident on the lens 32. The laser beam L3 is condensed by the lens 32 onto the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12 and is incident on the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12. The laser beam L3 is reflected by the reflecting surface 12B and irradiated on the plasma PZ of the lamp 11.

図13(B)に示すレーザー光L3もプラズマPZに吸収されなかった一部がプラズマPZを透過する。図13(B)では、このプラズマPZを透過したレーザー光をL4と表記し、一点鎖線で示す。プラズマPZを透過したレーザー光L4は、凹面反射鏡12の反射面12Bで反射して、光出射口12Aから出射する。レーザー光L4は、凹面反射鏡12の第二焦点F2に集光された後、レンズ33に入射する。レーザー光L4は、レンズ33により平行化され、λ/4板84を通過して、P偏光から円偏光に変換される。円偏光に変換されたレーザー光L4は、偏光ビームスプリッター121に入射し、偏光ビームスプリッター121により偏光成分が分離される。その結果、S偏光が偏光ビームスプリッター121により反射され、P偏光が偏光ビームスプリッター121を透過してビームダンパー4で捕捉される。偏光ビームスプリッター121で反射したS偏光のレーザー光L4は、光学素子36で反射され、λ/2板34を通過し、偏光方向が90°回転してP偏光になる。P偏光に変換されたレーザー光L4は偏光ビームスプリッター31を透過して、前記のレーザー光L3、L4と同様の光路を通過して、再びビームスプリッター31に入射する。
このように、図12の光源装置においては、レーザー光帰還手段8を備えることにより、プラズマPZを透過したレーザー光を半永久的に再利用することができるため、レーザー光の利用効率を高いものとすることができる。
しかも、図12の光源装置によれば、図8および図10に示す光源装置に比べ、個々の偏光ビームスプリッター31、121に入射されるレーザー光のエネルギーが少ないものとなるため、偏光ビームスプリッターが損傷する可能性が極めて小さいものとなる、という利点がある。
A part of the laser beam L3 shown in FIG. 13B that is not absorbed by the plasma PZ also passes through the plasma PZ. In FIG. 13B, the laser beam that has passed through the plasma PZ is denoted by L4 and indicated by a one-dot chain line. The laser beam L4 that has passed through the plasma PZ is reflected by the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12 and is emitted from the light exit port 12A. The laser beam L4 is focused on the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12, and then enters the lens 33. The laser light L4 is collimated by the lens 33, passes through the λ / 4 plate 84, and is converted from P-polarized light to circularly-polarized light. The laser beam L4 converted into circularly polarized light enters the polarization beam splitter 121, and the polarization component is separated by the polarization beam splitter 121. As a result, S-polarized light is reflected by the polarizing beam splitter 121, and P-polarized light is transmitted through the polarizing beam splitter 121 and captured by the beam damper 4. The S-polarized laser beam L4 reflected by the polarization beam splitter 121 is reflected by the optical element 36, passes through the λ / 2 plate 34, and the polarization direction is rotated by 90 ° to become P-polarized light. The laser beam L4 converted to P-polarized light passes through the polarization beam splitter 31, passes through the same optical path as the laser beams L3 and L4, and enters the beam splitter 31 again.
Thus, in the light source device of FIG. 12, since the laser light feedback means 8 is provided, the laser light transmitted through the plasma PZ can be reused semi-permanently, so that the utilization efficiency of the laser light is high. can do.
In addition, according to the light source device of FIG. 12, the energy of the laser light incident on each of the polarization beam splitters 31 and 121 is less than that of the light source device shown in FIGS. There is an advantage that the possibility of damage is extremely small.

なお、図12の光源装置においては、レーザー発振器2は、レーザー光帰還手段8に向けてS偏光のレーザー光を出射するものである。勿論、これに限らず、レーザー発振器2は、P偏光のレーザー光を出射するものとすることもできる。   In the light source device of FIG. 12, the laser oscillator 2 emits S-polarized laser light toward the laser light feedback means 8. Of course, the present invention is not limited to this, and the laser oscillator 2 may emit P-polarized laser light.

以上では、ランプが有電極であるものを例示して説明しているが、本発明は、無電極のランプを備える光源装置についても当然に適用することができる。また、入射するレーザービームが所望のビーム径ではないとき、当然レーザー発振器とレーザー光を入射する素子の間にビームエキスパンダーを挿入することが必要となる。
さらに、以上の光源装置においては、ランプ11の駆動のタイミングと、レーザー発振器21の駆動のタイミングに関しては、同時であっても良いし、ランプ11、レーザー発振器21の何れかを先に駆動しても良い。また、ランプ11の一対の電極114、115の間にプラズマPが形成された後は、ランプ11への電力供給を停止した状態でプラズマPに対してレーザー光を照射するようにしても良い。
In the above description, the lamp has an electrode as an example. However, the present invention can naturally be applied to a light source device including an electrodeless lamp. Further, when the incident laser beam does not have a desired beam diameter, it is naturally necessary to insert a beam expander between the laser oscillator and the element to which the laser beam is incident.
Further, in the above light source device, the driving timing of the lamp 11 and the driving timing of the laser oscillator 21 may be simultaneous, or either the lamp 11 or the laser oscillator 21 is driven first. Also good. In addition, after the plasma P is formed between the pair of electrodes 114 and 115 of the lamp 11, the plasma P may be irradiated with laser light in a state where power supply to the lamp 11 is stopped.

図14は、本発明の光源装置を用いた露光装置に関して説明する。
露光装置200、図1で示した光源装置10と光学系140とを備える。光源装置10から出射した光は、光学系140を介してワーク146に照射される。光学系140は、波長選択式反射鏡141、アパーチャー142、コリメータレンズ143、インテグレータレンズ144および平面ミラー145を備えている。
FIG. 14 describes an exposure apparatus using the light source device of the present invention.
The exposure apparatus 200 includes the light source device 10 and the optical system 140 shown in FIG. The light emitted from the light source device 10 is applied to the work 146 through the optical system 140. The optical system 140 includes a wavelength selective reflection mirror 141, an aperture 142, a collimator lens 143, an integrator lens 144, and a plane mirror 145.

波長選択式反射鏡141は、凹面反射鏡12の光軸に対して斜めに交差した状態で配置される。凹面反射鏡12から出射したランプ11の光は、波長選択式反射鏡141により光路が変更される。この波長選択式反射鏡141は、例えば、凹面反射鏡12から出射する波長365nmのランプ11の光を反射する一方で、レーザー発振器2から出射する、例えば波長809nm或いは波長1μmのレーザー光を透過する、といった反射特性を有する。このような反射特性は、例えば、TiO(酸化チタン)等を積層させた誘電体多層膜を所望の膜厚となるように形成することによって実現される。この反射面は、誘電体多層膜の膜厚と膜の総数を適宜設定することによって、前記した特定の波長域の光を選択的に反射する機能を有している。 The wavelength selective reflection mirror 141 is disposed in a state where the wavelength selection reflection mirror 141 obliquely intersects the optical axis of the concave reflection mirror 12. The light path of the light of the lamp 11 emitted from the concave reflecting mirror 12 is changed by the wavelength selective reflecting mirror 141. The wavelength selective reflecting mirror 141 reflects, for example, the light of the lamp 11 having a wavelength of 365 nm emitted from the concave reflecting mirror 12, while transmitting the laser light emitted from the laser oscillator 2, for example, having a wavelength of 809 nm or 1 μm. Have reflection characteristics. Such reflection characteristics are realized, for example, by forming a dielectric multilayer film in which TiO 2 (titanium oxide) or the like is laminated so as to have a desired film thickness. The reflecting surface has a function of selectively reflecting the light in the specific wavelength region described above by appropriately setting the film thickness of the dielectric multilayer film and the total number of films.

アパーチャー142は、凹面反射鏡12の第二焦点F2に配置され、第二焦点F2を通過しないランプ11からの光をカットする。コリメータレンズ143は、アパーチャー142を通過した光を平行化する。インテグレータレンズ144は、コリメータレンズ143により平行化されたランプ11の光を所望の形状に成形する。   The aperture 142 is disposed at the second focal point F2 of the concave reflecting mirror 12, and cuts light from the lamp 11 that does not pass through the second focal point F2. The collimator lens 143 collimates the light that has passed through the aperture 142. The integrator lens 144 shapes the light of the lamp 11 collimated by the collimator lens 143 into a desired shape.

図14では、便宜のため、ランプ11から出射する光を実線で、レーザー発振器2から出射するレーザー光を破線で示す。レーザー発振器2から出射したレーザー光は、レーザー光帰還手段3を介して光源1の方向へ反射され、波長選択式反射鏡141を透過する。波長選択式反射鏡141を透過したレーザー光は、凹面反射鏡12の光出射口12A側から入射され、反射面12Bで反射され、ランプ11のプラズマPZに照射される。なお、ランプ11は、レーザー発振器2からレーザー光が出射した時点でプラズマPZが発生した状態とされている。すなわち、ランプ11の一対の電極114、115には、レーザー発振器2からレーザー光を出射する所定時間前に電力が供給されることにより、プラズマPZが発生している。前述したように、プラズマPZを透過したレーザー光は、レーザー光帰還手段3によってもう一度プラズマPZに照射される。   In FIG. 14, for convenience, the light emitted from the lamp 11 is indicated by a solid line, and the laser light emitted from the laser oscillator 2 is indicated by a broken line. The laser light emitted from the laser oscillator 2 is reflected toward the light source 1 through the laser light feedback means 3 and passes through the wavelength selective reflection mirror 141. The laser light transmitted through the wavelength selective reflection mirror 141 is incident from the light exit 12A side of the concave reflection mirror 12, is reflected by the reflection surface 12B, and is irradiated to the plasma PZ of the lamp 11. The lamp 11 is in a state where plasma PZ is generated when the laser light is emitted from the laser oscillator 2. That is, the plasma PZ is generated by supplying electric power to the pair of electrodes 114 and 115 of the lamp 11 a predetermined time before the laser beam is emitted from the laser oscillator 2. As described above, the laser light transmitted through the plasma PZ is once again irradiated to the plasma PZ by the laser light feedback means 3.

ランプ11のプラズマPZから出射した光は、凹面反射鏡12の反射面12Bで反射して、光出射口12Aから出射する。ランプ11の光は、図14の実線で示すように、波長選択式反射鏡141により反射されて光路が変更された後、アパーチャー142を通過する。そのときに、第二焦点F2を通過しない光はアパーチャー142によってカットされる。アパーチャー142を通過した光は、コリメータレンズ143、インテグレータレンズ144、平面ミラー145にこの順に入射し、平面ミラー145で反射されて光路が変更された後、ワーク146の表面に照射される。   The light emitted from the plasma PZ of the lamp 11 is reflected by the reflecting surface 12B of the concave reflecting mirror 12 and is emitted from the light emitting port 12A. As indicated by the solid line in FIG. 14, the light from the lamp 11 is reflected by the wavelength selective reflection mirror 141 and the optical path is changed, and then passes through the aperture 142. At that time, the light that does not pass through the second focal point F <b> 2 is cut by the aperture 142. The light that has passed through the aperture 142 is incident on the collimator lens 143, the integrator lens 144, and the plane mirror 145 in this order, is reflected by the plane mirror 145, changes the optical path, and is irradiated on the surface of the workpiece 146.

以上の本発明の露光装置では、ランプ11のプラズマPZに対してレーザー光を照射してプラズマPZを高温化させることにより、プラズマPZの放射強度が高くなる。したがって、ワーク146における放射照度が高いものとなり、処理時間を大幅に短縮することができ、また、大面積の被処理物に対する一括露光が可能となる。なお、この場合においても、ランプ11の駆動のタイミングと、レーザー発振器21の駆動のタイミングに関しては、同時であっても良いし、ランプ11、レーザー発振器21の何れかを先に駆動しても良い。また、ランプ11の一対の電極114、115の間にプラズマPが形成された後は、ランプ11への電力供給を停止した状態でプラズマPに対してレーザー光を照射するようにしても良い。   In the above exposure apparatus of the present invention, the plasma PZ of the lamp 11 is irradiated with laser light to raise the temperature of the plasma PZ, thereby increasing the radiation intensity of the plasma PZ. Therefore, the irradiance of the workpiece 146 is high, the processing time can be greatly shortened, and batch exposure can be performed on an object to be processed having a large area. Also in this case, the driving timing of the lamp 11 and the driving timing of the laser oscillator 21 may be simultaneous, or either the lamp 11 or the laser oscillator 21 may be driven first. . In addition, after the plasma P is formed between the pair of electrodes 114 and 115 of the lamp 11, the plasma P may be irradiated with laser light in a state where power supply to the lamp 11 is stopped.

1 光源
11 ランプ
111 発光部
112、113 封止部
114、115 電極
116、117 口金
12 凹面反射鏡
12A 光出射口
12B 反射面
2 レーザー発振器
3 レーザー光帰還手段
31 偏光ビームスプリッター
32 レンズ
33 レンズ
34 λ/2板
35 光学素子
36 光学素子
4 ビームダンパー
8 レーザー光帰還手段
84 λ/4板
121 偏光ビームスプリッター
140 光学系
141 波長選択式反射鏡
142 アパーチャー
143 コリメータレンズ
144 インテグレータレンズ
145 平面ミラー
146 ワーク
S S偏光
P P偏光
PZ プラズマ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 11 Lamp 111 Light emission part 112, 113 Sealing part 114, 115 Electrode 116, 117 Base 12 Concave-reflection mirror 12A Light-emission opening 12B Reflection surface 2 Laser oscillator 3 Laser light feedback means 31 Polarization beam splitter 32 Lens 33 Lens 34 λ / 2 plate 35 optical element 36 optical element 4 beam damper 8 laser light feedback means 84 λ / 4 plate 121 polarizing beam splitter 140 optical system 141 wavelength selective reflector 142 aperture 143 collimator lens 144 integrator lens 145 plane mirror 146 work S S Polarized light P P polarized light PZ Plasma

Claims (6)

放電媒体が封入されたランプと、
前記ランプから出射した光を反射する凹面形状の反射面を有する凹面反射鏡と、
前記ランプに向けてレーザー光を出射するレーザー発振器と、
S偏光のレーザー光は反射しP偏光のレーザー光は透過する偏光ビームスプリッターと、
前記ランプを透過して前記凹面反射鏡を介して出射した直線偏光の偏光方向を変える偏光回転素子と、
前記ランプを透過して前記凹面反射鏡を介して出射した直線偏光が前記偏光回転素子と前記偏光ビームスプリッターとにこの順に入射するよう当該直線偏光を導く光学素子と、を備えることを特徴とする光源装置。
A lamp enclosing a discharge medium;
A concave reflecting mirror having a concave reflecting surface for reflecting light emitted from the lamp;
A laser oscillator that emits laser light toward the lamp;
A polarizing beam splitter that reflects S-polarized laser light and transmits P-polarized laser light;
A polarization rotation element that changes the polarization direction of linearly polarized light that passes through the lamp and exits through the concave reflecting mirror;
An optical element that guides the linearly polarized light so that linearly polarized light that has passed through the lamp and exited through the concave reflecting mirror is incident on the polarization rotation element and the polarization beam splitter in this order. Light source device.
前記ランプは、一対の電極が対向して配置される発光部と前記発光部の両端のそれぞれに連続して管軸方向外方に伸びるロッド状の封止部とで構成され、前記ランプと前記凹面反射鏡とが前記凹面反射鏡の光軸と前記ランプの管軸とが一直線上に並んで配置されることを特徴とする請求項1記載の光源装置。   The lamp is composed of a light emitting portion in which a pair of electrodes are arranged to face each other, and a rod-shaped sealing portion that extends continuously outward from each end of the light emitting portion in the tube axis direction. 2. The light source device according to claim 1, wherein the concave reflecting mirror is arranged such that an optical axis of the concave reflecting mirror and a tube axis of the lamp are aligned. 前記偏光回転素子が、λ/2板であることを特徴とする請求項1記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the polarization rotation element is a λ / 2 plate. 前記偏光回転素子が、λ/4板であることを特徴とする請求項1記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the polarization rotation element is a λ / 4 plate. 前記レーザー発振器は、前記凹面反射鏡の反射面に向けて、前記凹面反射鏡の光出射口側からレーザー光を入射することを特徴とする請求項1記載の光源装置。   2. The light source device according to claim 1, wherein the laser oscillator enters laser light from a light exit side of the concave reflecting mirror toward a reflecting surface of the concave reflecting mirror. 請求項1ないし請求項5記載の光源装置を備える露光装置であって、
前記凹面反射鏡の光出射口から出射した前記ランプの光の光路には、前記ランプの光を反射して前記ランプの光の光路を変える一方で、前記レーザー発振器から出射したレーザー光を透過する波長選択式反射鏡を備えることを特徴とする。
An exposure apparatus comprising the light source device according to claim 1,
The light path of the lamp emitted from the light exit port of the concave reflecting mirror reflects the light of the lamp to change the optical path of the light of the lamp, while transmitting the laser light emitted from the laser oscillator. A wavelength selective reflection mirror is provided.
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