JPH03248588A - Ｙａｇレーザの第４高調波の発生装置 - 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、例えばフォトリソグラフィ用の露光光源とし
て好適なＹＡＧレーザの第４高調波の発生装置に関する
。

（従来の技術） 従来より、フォトリソグラフィ技術は、半導体集積回路
の製造等において典型的に採用されている。フォトリソ
グラフィ技術において微細化の程度を左右する露光工程
では、超高圧水銀ランプからのｇ線（４３６ｎｍ）か主
に使用されている。

回路の微細化には露光光の短波長化、狭帯域化か有効な
ことから、次世代のフォトリソグラフィ用に露光光源と
しては、早くから紫外線レーザとしてのエキシマレーザ
か有力とみられていたが、エキシマレーザは長期間安定
した出力か得られない等の欠点を有するため、なかなか
量産用としては実用に至っていない。

一方、発振されるレーザの波長を可変にする技術として
、非線形光学効果を利用することか古くから研究されて
いる。非線形光学効果とは、強い光電磁場では誘起され
る分極か場の強さに比例せず、非線形応答を示すことを
いう。この非線形光学効果を利用した技術としては、第
２高調波の発生か代表的であり、ルビーレーザ、Ｈｅ−
Ｎｅレーサ、ＧａＡｓ半導体レーザ等の各種のレーザか
ら第２高調波を発生させる実験か行われてきている（レ
ーサハンドブック４１９頁参照）。商業的には、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザ（波長１０６４　ｎｍ）の第２高調波（５
３２ｎｍ）を用いる装置か最も良く知られており、例え
ばプリント回路基板の回路パターンの整形用等に使用さ
れている。ＹＡＧレーザを使用する理由は、高い出力で
安定して第２高調波か得られるためであるが、さらに最
近では、発生したＹＡＧレーザの第２高調波をさらに非
線型光学素子に入射させ、第４高調波を発生させる装置
も知られており、波長２６６ｎｍの遠紫外線レーザか得
られている。

第４図は、従来のＹＡＧレーザの第４高調波の発生装置
の説明図である。第４図中、１はロッド状のＹＡＧレー
ザ発振媒体、２は励起手段としての励起用ランプ、３は
全反射ミラー、４は出射ミラー、５はＹＡＧレーザの第
２高調波を発生させる第一の非線形光学素子、６はＹＡ
Ｇレーザの第４高調波を発生させる第二の非線形光学素
子を示す。

第４図において、全反射ミラー３及び出射ミラー４によ
り基本波（１０６４ｎｍ）を共振させる共振器か構成さ
れ、クリプトンランプ等の励起手段２により励起されて
ＹＡＧレーザ発振媒体ｌから出射した基本波は、全反射
ミラー３及びセンターミラー４により共振し、１１０６
４ｎの光が誘導増幅され、出射ミラー４から出射する。

出射したＹＡＧレーザの基本波は、第一の非線型光学素
子５に入射して、第２高調波（５３２ｎｍ）を発生させ
る。発生した第２高調波は、第二の非線形光学素子６に
入射し、第４高調波を発生させる。

（発明が解決しようとする技術的課題）上記従来のＹＡ
Ｇレーザの第４高調波の発生装置では、第４図に示すよ
うに、第一の非線形光学素子で発生した第２高調波がそ
のまま第二の非線形光学素子に入射する。即ち、第２高
調波は共振していない。従って、第一の非線型光学素子
で発生した第２高調波のうち第二の非線型光学素子に入
射して第４高調波発生に寄与する割合はかなり低く、第
４高調波への効率か悪くなってしまい、第４高調波の出
力エネルギーを大きくすることかできない。

本発明は、かかる課題を考慮してなされたもので、第４
高調波への変換効率を高くすることにより第４高調波の
出力エネルギーか高くできるＹＡＧレーザの第４高調波
の発生装置を提供するを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための技術的手段） 上記課題を解決するため、本発明のＹＡＧレーザの第４
高調波の発生装置は、第２高調波の共振器を具備し、該
第２高調波の共振器の光路上に第二の非線形光学素子か
配置されてなることを特徴とする。

（作用） 上記構成にかかる本発明のＹＡＧレーザの第４高調波の
発生装置によれば、第１の非線形光学素子で発生した第
２高調波が、第２高調波の共振器により共振する。第二
の非線形光学素子は、第２高調波の共振器の光路上に配
置されているので、該共振している第２高調波が第二の
非線形光学素子に入射して、第４高調波発生に作用する
。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明のＹＡＧレーザの第４高調波の発生装
置の実施例の説明図である。１１はリアミラー、１２は
高調波セパレータ、１３は第一のミラー、１４は第二の
ミラーを示す。その他、第４図と同一符号は、同−又は
相当部分を示す。

第１図において、リアミラー１１及び第一のミラー１３
は、ＹＡＧレーザ発振媒体ｌから出射される基本波の共
振器を構成する。また、高調波セパレータ１２は、ＹＡ
Ｇレーザ発振媒体ｌから出射される基本波を第一のミラ
ー１３に向けて反射させるとともに、第一のミラー１３
に反射した基本渡を再びＹＡＧレーサ発振発振媒体面け
て反射させる。従って、励起手段２により励起されてＹ
ＡＧレーサ発振発振媒体面出射した基本波は、リアミラ
ー１１及び第一のミラー１３により共振して、１１０６
４ｎの光か誘導増幅される。

基本波の共振光路上である高調波セパレータ１２と第一
のミラー１３の間には、ＹＡＧレーザの第２高調波を発
生させる第一の非線型光学素子５か配置されている。従
って、共振器内で誘導増幅される基本波か効率良く第一
の非線型光学素子５に入射し、周知の非線型光学効果に
より、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）か
発生する。第一の非線型光学素子５としては、例えばＫ
ＴＰ　（ＫＴｉＯＰＯ４）が用いられる。０ｐｌｕｓＥ
誌１９８８年６月号７５頁に開示されているように、Ｋ
ＴＰは１１０６４ｎ付近の光に対する第２高調波の変換
効率か高いので好適である。

第１図において、第一のミラー１３及び第二のミラー１
４は、第一の非線型光学素子５から発生した第２高調波
の共振器を構成する。即ち、高調波セパレータ１２は、
波長５３２ｎｍの光に対しては、透過率か高くなるよう
に設計されており、第一の非線型光学素子５から発生し
た第２高調波は、第一のミラー１３及び第二のミラー１
４の両方に反射しなから共振する。この時、共振条件を
保持するために、ミラー１４は例えばピエゾトランスデ
ユーサのような微動装置で調整する。

第二の非線型光学素子は、この共振する第２高調波の共
振光路上の位置、即ち第１図に示す高調波セパレータ１
２と第二のミラー１４０間の光路上に配置されている。

従って、共振する第２高調波の光のすへてか第二の非線
型光学素子６に入射し、周知の非線型光学効果により効
率良＜ＹＡＧレーザの第４高調波を発生させる。この第
二の非線型光学素子６から発生した第４高調波は、高調
波セパレータ１２に反射して出力される。

第２の非線型光学素子６としては、例えば、ＢＢＯ（β
−Ｂ　ａ　Ｂ２０４　）が用いられる。ＢＢＯは、Ｌａ
５ｅｒ　　Ｆｏｃｕｓ誌１９８７年９月号に開示されて
いるように、可視域から紫外域にかけての波長変換に高
い変換効率を示すため、本実施例の第４高調波（波長２
６６　ｎｍ）発生用としては好適である。

第２図は、第１図の高調波セパレータの説明図である。

第２図に示すように、高調波セパレータ１２は、２枚の
波長選択用のフィルタ１２１及び１２２からなっている
。前述の説明からも明らかであるが、フィルタ１２１は
、基本波（波長１０１０６４ｎに対しては反射率が高く
、第２高調波（波長５３２ｎｍ）に対しては透過率の高
いフィルタになっている。また、フィルタ１２２は、第
２高調波に対しては透過率が高く、第４高調波（波長２
６６　ｎｍ）に対しては反射率の高いフィルタになって
いる。これらの波長選択は、金属や誘電体の多層膜を設
ける等の周知の技術により容易に達成可能である。

言うまでもなく、基本波の共振波長は、１１０６４ｎ付
近に幾つかあるので、第２高調波、第４高調波の各波長
も、５３２ｎｍ付近、２６６ｎｍ付近に幾つかの出力波
長がある。本実施例のレーサ発振装置を、前述のフォト
リソグラフィ用の光源として用いる場合には、露光光の
単色性という点ては好ましくないので、出力される第４
高調波の波長選択技術か必要になる。波長選択技術とし
ては、エタロン等の波長選択素子を設けて単一の共振波
長の光のみを取り出すようにしても良いのであるが、出
力か弱められるという欠点かある。

本実施例では、第１図に示すように、充分小さい波長幅
の励起光源（例えば半導体ダイオード）で励起された出
力波長幅の小さいＹＡＧレーザ発振装置１８をインジェ
クション用に用いる。このＹＡＧレーザ発振装置１８は
共振器のりアミラーにグレーティング１９を使用し、波
長選択して発振させ、本体にリアミラー１１から入射さ
せて、本体側のＹＡＧレーザ発振媒体ｌから放出される
基本波の波長を選択しているので、出力か弱められるこ
とがない。このため、リアミラー１１は、例えば９９．
７％反射の部分透過型のミラーである必要がある。また
、Ｑスイッチ２０を用いて、例えば１００ｎｓｅｃ程度
のパルスにしてため、第４高調波高出力の変換効率か高
くできる。

第１図及び第２図に示す本ように、本実施例においては
、第２高調波をミラー１３とミラー１４て共振させてい
るため、第４図に示す従来の場合より変換効率か大きく
上回る。尚、ミラー１３とミラー１４か共振条件を満た
さず、単に第２高調波を閉じ込めるだけでも、ある程度
の変換効率の改善は期待される。

第３図は本発明の他の実施例の説明図である。

第３図において、リアミラー１１及びミラー１５は、基
本波の共振器を構成している。この基本波の共振器の光
路上に、第一の非線型光学素子５か配置されている。ま
た、ミラー１５及びミラー１８は第２高調波の共振器を
構成している。即ち、ミラー１８は、基本波の透過率が
高くかつ面１８１を照射する第２高調波の反射率を高く
する膜を設けた構成を有している。この第２高調波の光
路上に第二の非線型光学素子６が配置されている。

ミラー１１とミラー１５により第２高調波の共振器を構
成するようにしても良いのであるが、基本波の発振媒体
であるＹＡＧロッドｌに第２高調波（５６６ｎｍ）が入
射すると、ＹＡＧロッドｌの劣化か考えられるので、ミ
ラー１８を使用する。

ミラー１６は、全波長反射のミラーで、本実施例の高調
波セパレータ１７は、第２高調波反射、第４高調波透過
のフィルタから構成されている。

第３図に示す実施例のＹＡＧレーザの第４高調波の発生
装置においては、ＹＡＧレーザ発振媒体ｌから放出され
た基本波は、リアミラー１１及びミラー１５で共振しな
から、第一の非線型光学素子５て第２高調波を発生させ
、発生した第２高調波は、ミラー１８及びミラー１５で
共振しながら第二の非線型光学素子６で第４高調波を発
生させる。発生した第４高調波は、高調波セパレータ１
７を透過して出力される。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明のＹＡＧレーザの第４高調波
の発生装置は、第２高調波の共振器を具備し、該第２高
調波の共振器の光路上に第４高調波を発生させる第二の
非線形光学素子を配置するので、第４高調波への変換効
率か極めて高くてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＹＡＧレーザの第４高調波の発振装置
の実施例の説明図、第２図は第１図の高調波セパレータ
の説明図、第３図は本発明の他の実施例の説明図、第４
図は従来のＹＡＧレーザの第４高調波の発生装置の説明
図である。 図中、 １　−−−ＹＡＧレーザ発振媒体。 ２−−一動起手段 ５−−−一第一の非線型光学素子 ６−ｍ−第二の非線型光学素子 １２９．高調波セパレータ を示し、また実線は基本波の共振光路、破線が第２高調
波の光路、−点破線か第４高調波の光路を示す。 図面の浄書（内容に変更なし） 第３図 第 図 手続補正書（方式） 平成２年２月　Ｖ日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＹＡＧレーザの基本波の発振媒体と、 基本波の発振媒体を励起させる励起手段と、基本波の発
   振媒体から出射された基本波を共振させる共振器と、 基本波の共振器の光路上に配置され、基本波から第２高
   調波を発生させる第一の非線形光学素子と、 第一の非線形光学素子で発生した第２高調波の共振器と
   を具備し、 第２高調波から第４高調波を発生させる第二の非線形光
   学素子が、第２高調波の共振器の光路上に配置されてな
   ることを特徴とするＹＡＧレーザの第４高調波の発生装
   置。