JPH0212979A - 狭帯域ガスレーザ発振装置 - 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、例えば半導体等のリングラフィに使用される
狭帯域ガスレーザ発振装置に関する。

（従来の技術） レーザ光の狭帯域化には用途に応じて種々の方法がある
が、その中で比較的高出力が得られるものとして第５図
に示されるものがある。図中に示される密閉容器として
の放電管１内にはエキシマレーザガス媒質が所定圧力で
封入されており、図示しない一対の主放電電極が設けら
れている。

そして、この放電管１は回折格子２と出力ミラー３とに
よって形成される共振器の間に位置されており、上記放
電管１と出力ミラー３との間には、ピンホールプレート
４が設けられている。また、上記回折格子２と放電管１
との間には上記放電管１側からピンホールプレート５、
プリズムビームエキスパンダ６が順次配設されている。

そして、上記放電管１でレーザ光が発光されると、この
レーザ光は上記ピンホールプレート４を通過して出力ミ
ラー３に反射され、再度ピンホールプレート４を通過し
て放電管１に入射される。

また、放電管１から上記回折格子２側に出射されたレー
ザ光はピンホールプレート５を通過しプリズムビームエ
キスパンダ６に入射される。このプリズムビームエキス
パンダ６は３つのプリズムが所定の配置関係で設けられ
ており、連続的にこれらの３つのプリズムを通過するこ
とで順次レーザ光の光軸方向の断面積が拡大され上記回
折格子２により狭帯域化され、反射して再度同一の光路
を戻り、ピンホールプレート５を通過して放電管１に入
射される。このようにして回折格子２と出力ミラー３と
によって形成される共振器の間を複数回往復することで
レーザ出力が増幅され、上記出力ミラー３を通過する出
力に達することでレーザ光が出射される。

このように構成された狭帯域ガスレーザ発振装置は上記
ピンホールプレート４．５を通過することで、レーザ光
の横モード数が制限され空間的コヒーレンスが高いもの
になり、例えば半導体のりソグラフィ等においてはスペ
ックルが発生してしまうという欠点があった。また、放
電管１内で発光されたレーザ光の内上記ピンホールプレ
ート４．５のピンホールを通過した光のみを利用してい
るので、発振効率が低いものであった。このため、所定
の面積を露光するのに長時間を要するものであり、これ
を解決するために繰返し数を高めても、発生される主放
電の放電幅は広く設定されているためガス媒質を循環さ
せる送風の速度を高めても、効果的に繰返し数を向上す
ることができなかった。

（発明が解決しようとする課題） 一般的な狭帯域ガスレーザ発振装置は、発生されたレー
ザ光がピンホールを通過するようになっており、レーザ
光の横方向のモード数が低く空間的コヒーレンスが高く
なり、リソグラフィ等の際にはスペックルが発生すると
いう事情があった。

また、ピンホールを通過するレーザ光は放電管内で発生
されたレーザ光の極く一部であり、レーザ光の発振効率
が低いものであった。さらに、ガス媒質の送風方向に放
電幅が広くなっているので、高繰返しを得ることが困難
であった。

本発明は上記事情に着目してなされたものであり、高効
率、高繰返しで、空間的コヒーレンスの低いレーザ光を
発振してリソグラフィに好適の狭帯域ガスレーザ発振装
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） 密閉容器にガスレーザ媒質を封入し、この密閉容器内に
陰極と陽極とを対峙して主放電電極を設け、この主放電
電極と共振軸に沿って上記陰極および陽極の放電面側に
複数条の凸状放電部を形成し、これら凸条放電部を予備
電離する予備電離電極を有する励起部を設け、この励起
部で発生したレーザ光を狭帯域化素子を介して共振する
光共振器を設け、少なくとも上記励起部と上記狭帯域化
素子との間に上記凸条放電部間の各放電断面形状に対応
した複数のスリットを有し、これらスリットを上記放電
断面に対向させた開口板を設けた狭帯域ガスレーザ発振
装置にある。

（作用） 複数条の凸状放電部で発振されたレーザ光はそれぞれの
放電部の放電領域の形状と位置に対応するスリットを通
過するので、発振効率を高めることができる。また、ス
リット形状のレーザ光は空間的コヒーレンスが低いので
、リソグラフィ等においてスペックルが生じることを防
止できる。

さらに、放電部で発生される放電はガス媒質の送風方向
の寸法が短いので、繰返し数を高めることができる。

（実施例） 本発明における一実施例を第１図乃至第４図を参照して
説明する。図中に示される密閉容器としての放電管７内
にはエキシマレーザガス媒質が所定圧力で封入されてお
り、主放電電極８．９が設けられている。

これら主放電電極８．９は発振されるレーザ光の光軸方
向の断面が第２図に示されるように構成されている。図
中の主放電電極８．９はそれぞれ陰極８と陽極９とによ
って構成され、互いが所定間隔離されて設けられている
。そして、これらの主放電電極８．９のそれぞれの放電
面側には複数条例えば３つずつ凸状に形成された凸状放
電部１０、〜１５が設けられている。そして、陰極８側
の、３つの凸状放電部１０．１１．１２は互いに所定距
離離されて設けられており、上記陽極９に設けられた凸
状放電部１３．１４．１５はそれぞれ陰極１８側の凸状
放電部１０．１１．１２に対向するように配置されてい
る。

さらに、上記陰極８と陽極９とには複数対の予備ｉｉ電
離電極１６・・・が設けられている。これらの予備電離
電極１６・・・はピン電極であり、上記凸状放電部１０
、〜１５の間に位置されており、上記陰極８の凸状放電
部１０．１１．１２のそれぞれの間に、レーザ光の光軸
方向に沿って約２０７１１の間隔をもって配設され、放
電方向にその軸心が向けられている。

また、陽極９側にも上記陰極８側と同様に予備電離電極
１６・・・が配設され、それぞれの先端は陰極８側と陽
極９側とが対向するようになっている。

つまり、予備電離電極１６・・・はレーザ光の光軸に沿
って４列設けられており、このうち中央の２列は陰極８
の凸状放電部１０．１１．１２と陽極９の凸状放電部１
３．１４．１５との間に貫通するように設けられ、外側
の２列はそれぞれ陰極８および陽極９の側部に配設され
ている。

ここで、上記予備電離電極１６・・・の中途部には絶縁
部材１７が被覆されており、同極間での絶縁が計られて
いる。

そして、上述のように構成された放電管７の両端部には
開口板としてのスリットプレート１８．１９がそれぞれ
対向して設けられている。これらのスリットプレート１
８．１９には、上記主放電電極８．９の凸状放電部１０
、〜１５がそれぞれ対向されることで形成される３つの
放電領域２０．２１．２２に対応する部分にそれぞれス
リット２３・・・が設けられている。上記放電領域２０
．２１．２２はそれぞれ、凸状放電部１０、〜１５間の
距離が２０Ｂ１それぞれの幅寸法が２Ｂで放電方向に長
い矩形状断面となっている。

そして、これらのスリット２３・・・はそれぞれの縦方
向（放電方向）の寸法が２２１１１１％幅方向の寸法が
１．５ｍｍで形成された矩形状に貫通されており、第３
図に示される位置関係で設けられている。

そして、上記主放電電極８．９および予備電離電極１６
・・・には第４図に示される電気回路２４が設けられて
いる。ここで、電気回路２４はピーキングコンデンサ２
５、インダクタ２６．２７、メインコンデンサ２８、そ
してトリガ２９を有するサイラトロン３０を介して高電
圧電源３１に接続されて構成されている。

一方、上記放電管７の一端側のスリットプレート１８に
は、その外側に出力ミラー３２が設けられており、この
出力ミラー３２は反射率が低く作られていることで、共
振器内部の発振しきい値を越えるレーザ光を透過するよ
うになっている。

また、放電管７のスリットプレート１９が設けられた他
端側には、このスリットプレー１・１９に対向されるよ
うにプリズムビームエキスパンダ３３が設けられている
。このプリズムビームエキスパンダ３３は３個のプリズ
ム３４．３５．３６が光軸上に順次配設されており、最
端部に設けられたプリズム３６には回折格子３７が対向
して設けられている。ここで、プリズムエキスパンダ３
３と回折格子３７からなる狭帯域ユニット３８および出
力ミラー３２は、上記スリットプレート１８．１９から
出射される３本のレーザ光が共通゛して入射されるよう
になっている。

このように構成された狭帯域ガスレーザ発振装置が作動
される際には、上記電気回路２４のサイラトロン３０に
よりスイッチ制御されることで高電圧電源３１からの電
圧が陰極８および陽極９間に印加され、最初に予備電離
電極１６間で予備電離放電が発生される。この予備電離
放電により各凸状放電部１０、〜１５で主放電が引起こ
され、この放電によりレーザ光が発光される。この際、
放電が発生される放電領域２０．２１．２２の光軸方向
の断面形状の上下方向の寸法は幅寸法に比較して５倍以
上に設定されることで、スリット２３の形状により近付
けることができ、発振効率を高めることができる。また
、図示しない送風機によりガスレーザ媒質を高速で循環
させることができる。つまり、放電領域２０．２１．２
２の幅方向にガス媒質が送風されるので、この放電領域
２０．２１．２２の幅方向の寸法が短い程低速の送風に
より充分な循環ができる。

そして、放電領域２０．２１．２２で発生されたレーザ
光の一部は、スリットプレート１８を通過し、出力ミラ
ー３２に反射され再度スリットプレート１８を通過して
放電管７に入射される。また、放電領域２０．２１．２
２から放電管７の他方に向かって出射された３本のレー
ザ光はスリットプレート１９を通過してプリズムビーム
エキスパンダ３３に入射される。そして、３つのプリズ
ム３４．３５．３６を順次通過することで光軸方向断面
の縦方向の寸法が拡大される。そして、プリズム３６か
ら出射されたレーザ光は回折格子３７に入射されること
で同一波長のレーザ光のみが入射方向に反射されて同一
光軸上を戻るようになっている。こうして再度プリズム
ビームエキスパンダ３３およびスリットプレート１９を
逆に通過し放電管７に入射される。このように反射往復
を複数回繰返すと内部の光強度が増幅され、発振しきい
値に達すると上記出力ミラー３２から３本の狭帯域レー
ザ光が出射される。このレーザ光は例えばスペクトル幅
０　、　００３１１％出力が２ｗで出力される。

上述のように構成することで従来構造に比較して同一の
入力で３本のレーザ光を出射でき約３倍の出力を得るこ
とができ発振効率を高めることができる。また、スリッ
トプレート１８．１９から出力されるレーザ光はそれぞ
れ独立に発振され旦つスリット状の断面形状で発振され
るので、長手方向の発振モードがマルチモードとなり空
間的コヒーレンスを低減できる。これにより、従来リソ
グラフィの際に問題となっていたスペックルの発生を防
止できる。

さらに、従来放電幅が広いためにレーザの高繰返し動作
が困難であったが、放電幅を狭めることで実質的な循環
速度を高速化でき、これにより２００　ｐｐｓから８０
０　ｐｐｓ程度まで高めることができるようになった。

なお、この発明は上記一実施例に限定されるものではな
い。例えば主放電電極８．９の放電面には突条部が形成
されて２列以上の凸状放電部１０、〜１５としているが
、凸状放電部１０、〜１５を個々の電極として独立して
設けることでも、同様の効果を得ることができる。また
、凸状放電部１０、〜１５およびスリット２３・・・の
数は３つに限定されず、２つ以上設けられていればよい
。

〔発明の効果〕

放電領域の光軸方向の断面形状を放電方向に長手方向を
有するスリット状とした主放電電極を２列以上設け、上
記放電領域にそれぞれ対応してスリットを設けることで
、従来のピンホールを利用した一対のみの主放電電極の
構造に比較して励起体積の利用効率を著しく向上でき、
同一の入力で２０倍以上の出力を得ることができる。ま
た、長手方向を有するスリットを通過させることで空間
的コヒーレンスを低減でき、リングラフィ等におけるス
ペックルの発生を低減できる。さらに、長手方向ををす
る２つ以上のレーザ光を照射できるので必要面積を露光
する際等に従来構造よりも短時間で作業を終了できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はこの発明における一実施例であり、
第１図は狭帯域レーザ発振装置の平面図、第２図は主放
電電極付近のレーザ光の光軸方向の断面構造を示す断面
図、第３図はスリットプレートの構造を示す正面図、第
４図は主放電電極および予備電離電極に接続された電気
回路の構成図、第５図は従来の狭帯域ガスレーザ発振装
置の平面図である。 ７・・・放電管、８・・・陰極（主放電電極）、９・・
・陽極（主放電電極）　　１０．〜１５・・・凸状放電
部、１６・・・予備電離電極、２３・・・スリット。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザガス媒質が所定圧力で封入された密閉容器とこの
   密閉容器内に陰極と陽極とを対峙して設けた主放電電極
   と共振軸に沿いかつ上記陰極および陽極のそれぞれ放電
   面側に相対向して形成された複数条の凸状放電部および
   これら凸状放電部間を予備電離する予備電離電極とを有
   した励起部と、この励起部で発生したレーザ光を狭帯域
   化素子を介して共振する光共振器と、少なくとも上記励
   起部と上記狭帯域化素子との間に設けられ上記凸状放電
   部間の各放電断面形状に対応した複数のスリットを有し
   、これらスリットを上記放電断面に対向された開口板と
   を具備したことを特徴とする狭帯域ガスレーザ発振装置
   。