JPH03214680A - エキシマレーザ装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、エキシマレーザ装置に関し、さらに詳しく
いうと、光共振器中に少なくとも１個のプリズムを配置
することにより、波長選択の機能を有するエキシマレー
ザ装置に関するものてある。

１ ［従来の技術］ 狭帯域エキシマレーサは波長が短く、大出力であるとい
う利点があるため、集積回路を製造するための縮小投影
露光装置（ステツパ）用光源として使用される。

第６図は米国物理学会の応用物理誌（　八ｐｐＰｈｙｓ
．　Ｌｅｔｔ．）３　２巻、３号、ｐ、１　７　１　（
１９７８）に示された従来のエキシマレーザ装置を示し
、図において（１）は圧力容器（放電室）　、（２）は
圧力容器と外気とをへたてるための窓、（３）はレーザ
ビーム取出し鏡（部分反射鏡）、〈４）は全反射鏡、（
５）はプリズム、（６〉はレーザビームである。

次に動作について説明する。一般に、希ガス（例えば、
Ｋｒ，　Ｘｅ）とハロゲンガス（例えは、Ｆ２ＨＣＮ）
を圧力容器（１）に封じ込め、このガス中で放電をおこ
し、エネルギー注入を行うと紫外線が発生ずる。この紫
外線を取出し鏡（３）と全反射鏡（４）からなる光共振
器内て増幅することにより強いレーザビームを得る。し
かし、レーザビームを分光してみると、４　０　０　ｐ
ｍから５ＱＱｐｍもの非常に広２ い波長幅を持っている。

ところで、縮小投影露光装置には多数のレンズが使われ
ているために、波長幅の広いエキシマレーザを光源とし
て用いると色収差により像がぼけるという問題が生じる
。色収差の問題をなくすなめにはエキシマレーザの波長
幅を３ｐ＋ｎまで狭くする必要がある。

従来例では、光共振器中に波長選択素子であるプリズム
〈５〉を２個挿入し１　０　０　Ｂまで狭帯域化してい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のエキシマレーザ装置は、分散能力の低いプリズム
を用いていたので、１００ｐｍまでしか狭帯域化できな
かった。これを３ｐｍまで狭くするには、従来例中にも
示されたようにグレーティングやエタロンを併用したり
、あるいは、第７図に示すように、共振器に入れるプリ
ズムの数を増やさなければならなかった。

第８図はプリズムの数を増したときの波長幅とレーザ出
力を示したものである。プリズムの数を３ 増すと波長幅が狭くなる様子がわかる。ところが、レー
ザ出力もまた、単調に減少している。これはプリズムを
挿入することにより光共振器内にロスを挿入したのと同
じ効果が生じたなめで、効率の良い狭帯域のエキシマレ
ーザ装置を構成する妨げとなる。

第７図の装置では、発振器はフッ化カルシウムからなる
窓（２）を備えた放電室（１〉と全反射鏡（４）と部分
反射鏡（３）からなる共振器て構成される。

全反射鏡（４）と部分反射鏡（３）は石英基板に誘電体
多層膜を蒸着したものからなる。

この構成でレーザ発振さぜると、ＫｒＦエキシマレーザ
の場合、発振波長２４８．３ｎｍ　，半値幅約５００ｐ
ａｎの光が得られる。

放電室（１）と全反射鏡（４）の間に複数個のプリズム
（５）を配置すると半値幅は数１．ｏｐｍに狭くなる。

この発明は上記の問題を解消するためになされたもので
、プリズムを挿入することによる出力減少を少なくし、
効率のよいエキシマレーザ装置を４ 得るこどを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の第一の発明に係るエキシマレーザ装置は、共
振器内に挿入するプリズムに反射防止膜が施されている
。

また、第二の発明に係るエキシマレーザ装置は、反射防
止膜が、空気側から数えて第１層が号波長の光学膜厚を
有するフッ化マグネシウム、第２層が１／４波長の光学
膜厚を有する酸化アルミニウムからなっている。

［作　用］ この発明の第一の発明においては、光がプリズムを通過
する際に発生するロスを低減することにより出力低下が
なくなる。

第二の発明では、設計中心波長を２６０〜３３０ｎｍと
したとき、波長２４８ｒｕｎにおける斜方入射時の反射
率が２％程度となる。

［実施例コ 以下、第一の発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、符号（１）から（６）は従来５ 例と同じ機能を持つもの、（７〉はエタロン、（８）は
反射防止膜である。

次に動作について説明する。従来例と同様、放電により
発生した紫外線を光共振器により増幅１，、レーザビー
ム（６）として取出す，，ただし、波長幅が広いので、
光共振器中に波長選択素子を挿入する。この例では２個
のプリズム（５）と１個のエタロン（７）を用いた。

２個のプリズム（５）により波長を１　５　０　１）Ｉ
Ｉ＋程度まで荒く選択し、さらにエタロンク７）により
波長を３ｐｍまで狭くしている。エキシマレーザては光
の増幅が始まってからレーザ出力として取出されるまで
同し波長選択素子を６回程度通るので５レーザの波長幅
は波長選択素子自身が持つ選択波長幅に較べて３分の１
以下になる。そこで、エタロン（７）の仕様としては１
５０叶をＩＯＩ）ＩＩＩ程度にてきさえすればよいこと
になる。このような仕様のエタロン（７）の透過率は８
０％以上ある。一方、プリズムを全く用いずに波長を選
択ずる場合、エタロンの透過率は３０％を越えることが
てきない。

６ このレーザの出力は狭帯域化前１４０ｍＪであったのに
対し、８０ｍＪであった。出力の減少は、主にプリズム
（５）のロスにより発生している。第８図によるとプリ
ズム１個当りのロスは１２％程度である。第９図はガラ
スへの入射角と反射率の関係を示したものであるが、入
射角５７度の場き、Ｐ偏光に対しては反射率はほとんど
Ｏであるが、Ｓ偏光に対しては１４％の反射率を持つ。

狭帯域化しなレーザ出力を調べてみると円偏光に近いの
で、平均的な反射率７％がロスとして作用したことにな
る。プリズム１個当りでは空気からガラス、ガラスから
空気への２回の反射があるので、１４％のロスが生じる
ことになる。

これがプリズム挿入による出力低下の原因となる。この
ようなことはエキシマレーザなど発振時間の短いレーザ
に特有のことて、発振時間が２０ｎＳ程度と短いために
波長選択素子をせいぜい６回しか通過しない。そのなめ
偏光の選択が行われないと考えられる。それに対して、
例えば連続発振の色素レーザの場合、繰り返し波長選択
素子を通７ 遇するうちにＰ偏光成分のみが選択されることが知られ
ている。Ｐ偏光に対しては反射ロスは０であるから、偏
光が選択された後は出力低下はない、そのなめ、エキシ
マレーザ以外のレーザの波長を選択ずるときには反射防
止膜のないプリズムが使われるのが普通であった。

この発明では、プリズムに対してＰ偏光だけではなく、
Ｓ偏光に対しても反射ロスがＯになるよう反射防止膜を
施した。すなわち、円偏光に対して反射がなくなるよう
にした。その結果、１１０Ｊの出力を得ることができた
。

同じ理由で、窓（２）による反射ロスを防ぐなめ、一方
の窓にも反射防止膜を施し、また、他方の窓は８％の反
射を利用して取出し鏡として用いることにすればさらに
出力の向」二を望むことができる。

なお、上記実施例ではエタロン（７）を併用する場合に
ついて示したが、第２図にあるように、グレーティング
（９）と併用してもよい。この場き、プリズム（５）と
併用することによりグレーティング（９）の仕様が楽に
なるばかりてはなく、ブリズ８ ム（５）によりビームを広げると、グレーティング（９
）の波長選択能力を高めることができる。

さらに、実施例ではプリズム２個の場合を示したが、よ
り沢山のプリズムを用いれば、エタロンやグレーティン
グの仕様はさらに容易になる。また、プリズムのみを複
数個用いても狭帯域化することができる。

次に、第二の発明の一実施例にー）いて説明する。

第３図において、電子ビーム蒸着法によって、約３００
℃に加熱された合成石英からなるプリズム（５）の光の
入射面＜１０）と出射面（１１）に、まず酸化アルミニ
ウム（８ａ）を設計波長３００ｎ＋＋で光学膜１／４波
長（この場合、波長は３００ｎｍ）蒸着し、引き続きフ
ッ化マグネシウム（８ｂ）を設計波長３００旧◎で光学
膜厚暑波長くこの場合、波長は３００ｎｍ）で蒸着する
。このようにして得られた反射防止膜（８）の分光反射
率は第４図に示すとおりて、Ｐ波の反射率０．２９％、
Ｓ波の反射率０．９４％、平均反射率０．６２％が得ら
れる。これは、反射防止膜を施さないときの反射率４．
１％に比べて９ 十分に小さい。第７図のプリズムの構成において、反射
防止膜を施していない場合、全体の反射率２８％が、上
記の反射防止膜を施したことにより４．９％に改善され
る。

第１表は、２４Ｓｎｍ用プリズムに対し斜方入射（１０
゜〜８０゜の入射角）の場き、設計波長を２６０〜３４
０ｎｍとし、第３図のような反射防止膜（８）を施した
ときの各波長での反射率を示す。

第１表 ２４８ｎｍ反射率の入射角、設計波長依存性（膜構成　
ａｉｒ／０．２５λＭｙＦ　２　／　０　．　２５λ＾
ＬＯ＋／石英）１０ 第１表に従えば、入射角６０゜で使用する場合、設計波
長３００ｎｍで前記の反射防止膜を製作すれば反射率を
０．７３％におさえることができる。

第５図は設計波長による反射率の変化を示す。

［発明の効果コ 以上のように、この発明の第一の発明によれば、波長選
択素子として用いるプリズムに反射防止膜を施したので
、レーザの効率が向上した。その結果、従来例に較べて
少ない電力により同じ波長幅と出力が得られるので、電
源、電極等の長寿命化をはかることもできる。

また、第二の発明によれば、斜方入射による反射防止膜
の最適設計、すなわち設計波長を透過波長より長くし、
かつ、空気側第１層にフッ化マグネシウム、第２層に酸
化アルミニウムでなる反射防止膜を形成しなので、有効
な反射防止効果を得ることがてき、レーザの発振効率を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一の発明の一実施例の概略側面図、第２図は
他の実施例の概略側面図、第３図は第一の発明の一実施
例の要部側面図、第４図は第二の発明の当該実施例にお
ける反射防止膜の分光透過率特性線図、第５図は同じく
設計波長による反射率の変化を示す特性線図、第６図、
第７図はそれぞれ従来のエキシマレーザ装置の概略側面
図、第８図は同じくプリズム挿入数に対する波長幅およ
びレーザ出力の特性線図、第９図は同じくガラスの反射
率と入射角の特性線図である。 （１）・・・圧力容器（放電室）　．　（３）・・・取
出し鏡（部分反射鏡）、（４）　　・・全反射鏡、（５
）・・・プリズム、（８）・・・反射防止膜、（８ａ）
・・・第１層、（８１１）・・第２層。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。 代　　理　　人　　　曽　　我　　道　　照第 １ 図 第 ２ 図 １ 第 ３ 図 ８Ｒ ８ａ：第２層 ８ｂ＝第１層 第 ８ 図 ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ アレノズム○個Ｉ文 第 ９ 図 入到寸角　（度）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光共振器中に少なくとも１個のプリズムを設けて
   波長を選択する機能を有するエキシマレーザ装置におい
   て、反射防止膜を施した前記プリズムを備えてなること
   を特徴とするエキシマレーザ装置。
2. （２）空気側から数えて第１層が１／４波長の光学膜厚
   を有するフッ化マグネシウム、第２層が１／４波長の光
   学膜厚を有する酸化アルミニウムからなる反射防止膜を
   備えた請求項（１）記載のエキシマレーザ装置。