JPH01302888A - レーザ出力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はレーザ出力装置に関する。

（従来の技術） 第２図はエキシマレーザ装置の概略構成図であって、こ
れは励起状態の原子と基底状態の原子とが結合したとき
にできる分子を用いたものである。なお、エキシマレー
ザは本質的に数Ｉｏｎｓ程度の短いパルス発振で出力さ
れる。同図に示すよ′うにエキシマレーザ媒質１を挟む
如く全反射ミラー２と出力ミラー３とが配置されたもの
となっている。ところが、このエキシマレーザは同図に
示すように発振スペクトルＳＰ、が０．３ｎｍと広く、
このため発振スペクトルＳＰ１の幅を狭くして発振スペ
クトルを安定化することが行われている。第３図は発振
スペクトルの狭帯域化を図ったエキシマレーザ発振装置
の概略構成図であって、エキシマレーザ媒質１と高反射
ミラー２．出力ミラー３との間にエタロン、グレーティ
ング等の狭帯域化波長選択素子４が配置されるとともに
各絞り５゜６が配置されたものとなっている。このよう
な構成とすることにより発振されるレーザ光の発振スペ
クトルＳＰ２は強制的に例えば０．００５ｒｖに狭帯域
化する。しかしながら、この装置では発振スペクトルは
狭帯化して安定したエキシマレーザを得ることができる
が、発振されるエキシマレーザ光の出力レベルはせいぜ
いＩＷ程度となって、出力レベルが低下するという問題
がある。つまり、エキシマレーザをリソグラフィに使用
するに要求される性能は、平均出力、繰返し周波数、出
力安定性等があるが、このうち平均出力に対する性能が
得られなくなる。

これに対してエキシマレーザ光の出力レベルを高めた技
術がある。第４図はかかる装置の構成図であって、注入
同期型と呼ばれるものである。この装置は２台のエキシ
マレーザ発振装置７，８を備えた構成で、第１のエキシ
マレーザ発振装置７から発振されたエキシマレーザ光を
全反射ミラー９．１０で反射させて第２のエキシマレー
ザ発振装置８に注入同期するものである。なお、第１の
エキシマレーザ発振装置７はエキシマレーザ媒質１１、
全反射ミラー１２．出力ミラー１３及び狭帯化波長選択
素子１４から構成され、又第２のエキシマレーザ発振装
置８はエキシマレーザ媒質１５、注入口導入ミラー１６
及び出力ミラー１７から構成されている。このような構
成であれば発振されるエキシマレーザ光の出力を例えば
５０Ｗ以上の高出力にすることができるが、第１と第２
の各エキシマレーザ発振装置７．８の注入同期を取らな
ければならないので発振スペクトルが不安定となる。つ
まり、エキシマレーザ発振装置の発振時間は通常ＩＯ〜
４０ｎｓと短いため、エキシマレーザの注入同期を取ろ
うとしても放電ガスの劣化やエキシマレーザ媒質１１．
１５内の放電部における電気部品の劣化、さらに放電信
号系のジッター等によって注入同期を取るのが非常に困
難となる。

このため、注入同期が十分に取れず、エキシマレーザ発
振装置８はフリーランニング状態となってそのスペクト
ルは広がってしまうことが多かった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように安定した発振スペクトルを得るために狭帯
域化波長選択素子や注入同期が行われているが、狭帯域
化波長選択素子を使用した場合は出力レベルが低下し、
一方注入同期を用いた場合は注入同期を取ることが非常
に困難となって安定した発振スペクトルを得ることがで
きない。

そこで本発明は、安定した発振スペクトルで大出力のレ
ーザ光を出力できるレーザ出力装置を提供することを目
的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、エキシマレーザ発振系と、このエキシマレー
ザ発振系のレーザ発振時間よりもレーザ発振時間を長く
することが可能でかつエキシマレーザ発振系から放出さ
れるレーザ光と同一波長のレーザ光を放出する同期用レ
ーザ発振系と、この同期用レーザ発振系から放出される
レーザ光をエキシマレーザ発振系に注入同期制御する注
入同期制御手段とを備えて上記目的を達成しようとする
レーザ出力装置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、エキシマレーザ発
振系に対して、このエキシマレーザ発振系のレーザ発振
時間よりも長くすることが可能でかつ同一波長のレーザ
光が同期用レーザ発振系から注入同期制御手段の制御に
よって注入同期される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は注入同期型のレーザ出力装置の構成図であって
、この装置はアレキサンドライトをレーザ媒質とした同
期用レーザ発振系２０とエキシマレーザ発振系２１とが
備えられ、同期用レーザ発振系２０から放出されるレー
ザ光Ｑａが反射ミラー２２．２３で反射してエキシマレ
ーザ発振系２１に注入同期されるようになっている。次
にこれらレーザ発振系２０．２１の構成について説明す
る。

先ず、同期用レーザ発振系２０はアレキサンドライトレ
ーザヘッド（以下、単にヘッドと省略する）２４と、そ
れぞれ透光性板体に誘電体多層膜をコーティングして形
成されたヘッド２４の両側、に位置しかつヘッド２４の
軸線上で相対向して配置され光共振器を構成する高反射
ミラー２５及び出力ミラー２６と、上記軸線上において
ヘッド２４と高反射ミラーとの間に配置された波長可変
狭帯域化発振ユニット（以下、狭帯域化ユニットと省略
する）２７と、同じくヘッド２４と出力ミラー２６との
間にヘッド２４から出力ミラー２６に向かって配置され
たＱスイッチ２８及びセカンドハーモニジェネレーショ
ン素子（以下、ＳＨＧ素子と省略する）２９と、同じく
出力ミラー２６と反射ミラー２２との間に配置されたサ
ード／＼−モニジェネレーション素子（以下、ＴＨＧと
省略する）３０と、高反射ミラー２５を透過した光の波
長を反射ミラー３１を介して検出する波長モニタ３２と
、この波長モニタ３２からの検出信号を受けて狭い帯域
化ユニット２７を制御駆動するドライバ３３及びヘッド
２４の構成要素の１つである励起手段（図示せず）を印
加する電源３４とを備えている。

次にエキシマレーザ発振系２１は発振波長２４８．４±
０．２ｎＩＩｌでレーザ発振時間３０ｎｓのエキシマレ
ーザ光を発振するもので、ＫｒＦのエキシマレーザ媒体
４０の両端に注入口導入ミラー４１及び出力ミラー４２
が配置されている。注入口導入ミラー４１は凹面鏡でそ
の中央部に注入口４１ａが形成され、又出力ミラー４２
はエキシマレーザ媒体４０側が凸面鏡に形成されている
。なお、４３はエキシマレーザ媒質４０を励起するため
のエキシマレーザ電源であって、エキシマレーザ媒体を
放電させ励起するものである。

又、主コントローラ４４はアレキサンドライトレーザ発
振系２０からレーザ光Ｑａが放出されてエキシマレーザ
発振系２１に注入されている間にエキシマレーザ発振系
２１においてエキシマレーザ光を発振させる機能を有す
るもので、励起光源電源３４．Ｑスイッチ２８及びエキ
シマレーザ電源４３に動作タイミング信号をそれぞれ送
出するようになっている。なお、この主コントローラ４
４及び前記反射ミラー２２．２３によって注入同期制御
手段が構成されている。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。主コントローラ４４から動作タイミング信号が電源３
４に送出されると、この電源３４はヘッド２４を励起す
る。このとき、Ｑスイッチ２８は閉状態にあって、ヘッ
ド２４内のアレキサンドライトレーザ媒体（図示せず）
はボンピングされた状態にある。しかるに、この状態に
主コントローラ４４から動作タイミング信号がＱスイッ
チ２８に送出されてＱスイッチ２８が開くと、これによ
り、ヘッド２４からは発振波長７４５．５±５０ｍのア
レキサンドライトレーザ光が放出可能となる。このレー
ザ光は狭帯域化ユニット２７で波長７４５．５ｎｉにお
いて狭帯化され、かつＳＨＧ素子２９で２倍高調波つま
り波長３７２．７ｎＩ１１に一部変換されて出力ミラー
２６を透過して出力される。そして、さらにこの波長３
７２．７ｎｍの光の２倍高調波光と変換されなかった７
４５．５ｎｍのレーザ光はＴＨＧ索子３０を通ることに
よって３倍高調波つまり２４８．５ｎｎ＋のアレキサン
ドライトレーザの３倍高調波光Ｑａに変換されてアレキ
サンドライトレーザ発振系２０のレーザ光として出力さ
れる。

しかるに、このアレキサンドライトレーザ光Ｑａは各反
射ミラー２２．２３で反射してエキシマレーザ発振系２
１に注入口導入ミラー４１を通して注入される。°とこ
ろで、前記Ｑスイッチ２８が開状態により出力されるレ
ーザ光Ｑａのパルス幅は１μｓ　（１０００ｎｓ）とな
っている。従って、主コントローラ４４はレーザ光Ｑａ
が出力されてから１μｓ経過する以前にエキシマレーザ
電源４３に対して動作タイミング信号を送出する。そこ
で、このタイミングに主コントローラ４４から動作タイ
ミング信号がエキシマレーザ電源４３に送出されると、
このエキシマレーザ電源４３によってエキシマレーザ媒
質４０が励起される。しかるに、エキシマレーザ発振系
２１は注入されたアレキサンドライトレーザ光Ｑａによ
り注入同期されてレーザ光Ｑｂを出力する。

このように上記一実施例においては、レーザ発振時間が
比較的短いエキシマレーザ発振装置２１に対してエキシ
マレーザ発振系２１のレーザ発振時間よりも長くかつ同
一波長のアレキサンドライトレーザの３倍高調波光を同
期用レーザ発振系２０から注入同期する構成としたので
、凸レーザ発振系２０．２１の放電タイミングを確実に
取ることができて最終的に出力されるレーザ光Ｑｂの発
振スペクトルを安定化し、そのうえ、レーザ出力が大き
くできる。例えば、上記装置では発振スペクトル２４ｇ
、４ｎｍで中心波長安定度±０．００１ｎｍ　。

スペクトル幅０．００３ｎ酊、さらに単発パルス出力エ
ネルギ２５０ａｊ　、平均出力５０Ｗ１発振繰返し数２
００Ｈｚの出力レーザ光を得ることができる。又、放電
信号系におけるジッターの影響を少なくできる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。すなわち、
各レーザ発振系の組み合せを例えば、一方をエキシマレ
ーザとするとともに他方をＴｉ”：Ａノコ０３又はＴｉ
”　：　Ｂｅ　Ａｉｚ　Ｏ−１の固体レーザ媒質を使用
してもよい。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、安定した発振スペ
クトルで大出力のレーザ光を出力できるレーザ出力装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるレーザ出力装置の一実施例を示
す構成図、第２図乃至第４図は従来装置の構成図である
。 ２０・・・同期用レーザ発振系、２１・・・エキシマレ
ーザ発振系、２２．２３・・・反射ミラー、２４・・・
アレキサンドライトレーザヘッド、２５・・・高反射ミ
ラー、２６・・・出力ミラー、２７・・・波長可変狭帯
化発振ユニット、２８・・・Ｑスイッチ、２９・・・セ
カンドハーモニックジェネレーション素子（ＳＨＧ素子
）、３０・・・サードハーモニックジェネレーション素
子（ＴＨＧ素子）、３１・・・反射ミラー、３２・・・
波長モニタ、３３・・・波長可変狭帯化発振ユニットド
ライバ、３４・・・電源、４０・・・エキシマレーザ媒
体、４１・・・注入口導入ミラー、４２・・・出力ミラ
ー、４３・・・エキシマレーザ電源、４４・・・主コン
トローラ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エキシマレーザ発振系と、このエキシマレーザ発振系の
   レーザ発振時間よりもレーザ発振時間を長くすることが
   可能でかつ前記エキシマレーザ発振系から放出されるレ
   ーザ光と同一波長のレーザ光を放出する同期用レーザ発
   振系と、この同期用レーザ発振系から放出されるレーザ
   光を前記エキシマレーザ発振系に注入同期制御する注入
   同期制御手段とを具備したことを特徴とするレーザ出力
   装置。