JPH03263386A - レーザ発振器及びレーザ共振器並びに半導体加工装置 - Google Patents
レーザ発振器及びレーザ共振器並びに半導体加工装置Info
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- JPH03263386A JPH03263386A JP2247587A JP24758790A JPH03263386A JP H03263386 A JPH03263386 A JP H03263386A JP 2247587 A JP2247587 A JP 2247587A JP 24758790 A JP24758790 A JP 24758790A JP H03263386 A JPH03263386 A JP H03263386A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70058—Mask illumination systems
- G03F7/70091—Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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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。
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〕
本発明は、レーザ発振器に係り、特に半導体加工装置な
どの超微細加工に適したレーザ発振器に関する。
どの超微細加工に適したレーザ発振器に関する。
マスクに描いた図形など一部は光を透過させ、レンズ等
で、そのマスクを結像させると、結像面には縮小あるい
は拡大されたマスクの図形が描かれる。その光源として
レーザを用い、超微細加工等に利用されている。この種
のレーザ発振器としては、特開昭61−163681号
(従来技術1)、実開昭62−49263号公報(従来
技術2)に記載されているものがある。
で、そのマスクを結像させると、結像面には縮小あるい
は拡大されたマスクの図形が描かれる。その光源として
レーザを用い、超微細加工等に利用されている。この種
のレーザ発振器としては、特開昭61−163681号
(従来技術1)、実開昭62−49263号公報(従来
技術2)に記載されているものがある。
超微細加工で安定したマスク面を結像するため、空間的
にも時間的にも像がボケないために、指向性が悪くても
、時間的に一定の指向状で干渉性のないことが必要であ
る。
にも時間的にも像がボケないために、指向性が悪くても
、時間的に一定の指向状で干渉性のないことが必要であ
る。
上記従来技術は、ともに指向性の良いレーザを−
−
形成することを目的としたものである。従来技術1は、
パルスレーザで出力鏡と反面鏡の間を自由に往復させ、
指向性を持たせるために集光素子と絞り機構とで出力鏡
からの出力光のうち指向性の悪い光かを除去するもので
ある。本従来技術は、時間的な指向性が変化する問題が
ある。また、レーザ媒質において、出力光として使用さ
れない自然放射光(レーザ媒質に電界を印加した時に発
生する光)も増幅してしまうため、発振効率は低いとい
う欠点がある。
パルスレーザで出力鏡と反面鏡の間を自由に往復させ、
指向性を持たせるために集光素子と絞り機構とで出力鏡
からの出力光のうち指向性の悪い光かを除去するもので
ある。本従来技術は、時間的な指向性が変化する問題が
ある。また、レーザ媒質において、出力光として使用さ
れない自然放射光(レーザ媒質に電界を印加した時に発
生する光)も増幅してしまうため、発振効率は低いとい
う欠点がある。
一方、従来技術2は、連続発振するレーザ媒質と、レー
ザ媒質と出力鏡の間に2つの集光素子とその共焦点位置
に絞り機構を設けている。連続発振しているために時間
的に一定した指向性を持つことができるが、共振器内に
形成される平行光の垂直断面にできるビーム強度の強弱
の数(これを横モードの次数という)が単一であるシン
グルモード(単一のガウス分布状の強度分布)を形成す
るため、干渉性が強く縞模様ができ結像の強さが空間的
に一様でないという問題がある。さらに、出力鏡側に出
た自然放射光が再びレーザ媒質に入るために、発振効率
が低いという欠点がある。
ザ媒質と出力鏡の間に2つの集光素子とその共焦点位置
に絞り機構を設けている。連続発振しているために時間
的に一定した指向性を持つことができるが、共振器内に
形成される平行光の垂直断面にできるビーム強度の強弱
の数(これを横モードの次数という)が単一であるシン
グルモード(単一のガウス分布状の強度分布)を形成す
るため、干渉性が強く縞模様ができ結像の強さが空間的
に一様でないという問題がある。さらに、出力鏡側に出
た自然放射光が再びレーザ媒質に入るために、発振効率
が低いという欠点がある。
本発明の第1の目的は、指向性が時間的に略−定なレー
ザ光を発振するレーザ発振器を提供することにある。
ザ光を発振するレーザ発振器を提供することにある。
本発明の第2の目的は、空間的に比較的強度の一様なビ
ームを発振させるのに適したレーザ発振器を提供するこ
とにある。
ームを発振させるのに適したレーザ発振器を提供するこ
とにある。
本発明の第3の目的は、効率良く発振させるのに適した
レーザ発振器を提供することにある。
レーザ発振器を提供することにある。
本発明の第4の目的は、エキシマレーザや銅蒸気レーザ
、あるいは、それらのレーザで励起されるダイレーザな
どの毎に、パルス幅が極めて短いレーザで、指向性が時
間的に略一定なレーザ光を発振させるのに適したレーザ
発振器を提供することにある。
、あるいは、それらのレーザで励起されるダイレーザな
どの毎に、パルス幅が極めて短いレーザで、指向性が時
間的に略一定なレーザ光を発振させるのに適したレーザ
発振器を提供することにある。
本発明の第Iの目的は、共振器しこ形成されるレーザ光
がシングルモードになる前にレーザ媒質の発振を停止さ
せる手段と、指向性の悪いビームを除去する光学系を設
けることで達成される。
がシングルモードになる前にレーザ媒質の発振を停止さ
せる手段と、指向性の悪いビームを除去する光学系を設
けることで達成される。
本発明の第2の目的は、指向性を持たせる光学系の絞り
径を横モードの次数が高次になる値とすることで達成さ
れる。
径を横モードの次数が高次になる値とすることで達成さ
れる。
本発明の第3の目的は、レーザ媒質から発生する不要な
自然放射光の前記レーザ媒質への再入射を防止する手段
を設けることで達成される。
自然放射光の前記レーザ媒質への再入射を防止する手段
を設けることで達成される。
本発明の第4の目的は、上記の目的で述べられたレーザ
において、レーザ媒質と全反射鏡の間に指向性の悪いビ
ームを除去する光学系を設けることで達成される。
において、レーザ媒質と全反射鏡の間に指向性の悪いビ
ームを除去する光学系を設けることで達成される。
最初に本発明・の第Iと第4の目的を達成する手段につ
いて述べる。
いて述べる。
レーザは最初はレーザ媒質から自然に放出した光が種と
なって共振器内を何度か往復反射する間に、段々と指向
性の良い光となるものである。通常の連続発振のレーザ
では、無限回に近い回数往復反射するので、横モードを
形成するに十分な回数、共振器内を光が往復し、横モー
ド次数の低い、例えばシングルモードの極めて指向性の
良いモードが形成されてしまう。このようなレーザは、
干渉性が強くなる。
なって共振器内を何度か往復反射する間に、段々と指向
性の良い光となるものである。通常の連続発振のレーザ
では、無限回に近い回数往復反射するので、横モードを
形成するに十分な回数、共振器内を光が往復し、横モー
ド次数の低い、例えばシングルモードの極めて指向性の
良いモードが形成されてしまう。このようなレーザは、
干渉性が強くなる。
シングルモードのレーザ光は、ビームの拡がり角が、〜
λ/πaとなる。ここに、λは波長、aは共振器内のレ
ーザ光の半径である。例えば、炭酸ガスレーザで、半径
10mmのレーザの場合、半角で0 、34 mrad
である。これは、点光源からおよそ30m離れたところ
に、半径10mmの円形の開口を設けると、その開口を
通過したビームの拡がり角に等しい。従って、共振器の
曲率半径によっても変わるが、概略の話として、励起開
始から、30m程度の距離を共振器内で往復反射すると
、干渉性の良いビームとなってしまう。時間にして1’
0Ons程度(insは10−9秒)と極めて短い時間
である。本発明ではシングルモードが形成されるこの時
間をシクグロモード形成時間と呼ぶことにする。これを
式で表すとπa2/λCとなる。ここにCは光速である
。
λ/πaとなる。ここに、λは波長、aは共振器内のレ
ーザ光の半径である。例えば、炭酸ガスレーザで、半径
10mmのレーザの場合、半角で0 、34 mrad
である。これは、点光源からおよそ30m離れたところ
に、半径10mmの円形の開口を設けると、その開口を
通過したビームの拡がり角に等しい。従って、共振器の
曲率半径によっても変わるが、概略の話として、励起開
始から、30m程度の距離を共振器内で往復反射すると
、干渉性の良いビームとなってしまう。時間にして1’
0Ons程度(insは10−9秒)と極めて短い時間
である。本発明ではシングルモードが形成されるこの時
間をシクグロモード形成時間と呼ぶことにする。これを
式で表すとπa2/λCとなる。ここにCは光速である
。
ところが、この時間内では、往復反射を繰り返11
2
すにつれて、段々と指向性の良い光となるので、指向性
が時間的に変化するものとなる。そこで、炭酸ガスレー
ザなどの連続発振するレーザ発振器やシングルモード形
成時間以上発振能力のあるパルスレーザ発振器において
、本発明では、シングルモード形成時間前に、発振を停
止させる。この結果、共振器内には指向性の異なるレー
ザ光が共存することになる。また、エキシマレーザや銅
蒸気レーザ、あるいは、それらのレーザで励起されるダ
イレーザなどでは、発振時間がシングルモード形成時間
より短いので、この条件は不要となる。
が時間的に変化するものとなる。そこで、炭酸ガスレー
ザなどの連続発振するレーザ発振器やシングルモード形
成時間以上発振能力のあるパルスレーザ発振器において
、本発明では、シングルモード形成時間前に、発振を停
止させる。この結果、共振器内には指向性の異なるレー
ザ光が共存することになる。また、エキシマレーザや銅
蒸気レーザ、あるいは、それらのレーザで励起されるダ
イレーザなどでは、発振時間がシングルモード形成時間
より短いので、この条件は不要となる。
シングルモード形成時間前のレーザのみを利用すること
は、指向性が安定する前のレーザを利用することである
から、時間とともに指向性が変化する。発振初期などに
発生する指向性の悪いビームを除去して、時間的に指向
性を保つ。
は、指向性が安定する前のレーザを利用することである
から、時間とともに指向性が変化する。発振初期などに
発生する指向性の悪いビームを除去して、時間的に指向
性を保つ。
次に、本発明の第2の目的を達成する手段について述べ
る。横モードの次数と強度分布について考える。横モー
ドの次数が高い程、横モードを形成する面での強度分布
は平坦になる。例えばシングルモードでは−の山をもっ
ガウス分布を持つ。
る。横モードの次数と強度分布について考える。横モー
ドの次数が高い程、横モードを形成する面での強度分布
は平坦になる。例えばシングルモードでは−の山をもっ
ガウス分布を持つ。
そして、横モード次数が4つの場合、ある円形平面の上
下、左右にシングルモードよりピーク値の低い4つの山
ができる。従って、強度分布が所望の平坦度を持つまで
横モードの次数をあげればよい。例えば2つの集光素子
とその共焦点位置し設置した絞り機構で指向性を制御す
る光学系を構成したとすれば、絞り機構の径が大きい程
、横モード次数が高くなるから、この径を適切に設定す
ることにより実現できる。
下、左右にシングルモードよりピーク値の低い4つの山
ができる。従って、強度分布が所望の平坦度を持つまで
横モードの次数をあげればよい。例えば2つの集光素子
とその共焦点位置し設置した絞り機構で指向性を制御す
る光学系を構成したとすれば、絞り機構の径が大きい程
、横モード次数が高くなるから、この径を適切に設定す
ることにより実現できる。
最後の第3の目的を達成する手段について述べる。
レーザ媒質に電圧を印加するとレーザ媒質のもつ励起準
位に対応した自然放射光が発生する。その自然放射光の
うち全反射鏡と出力鏡を往復するもののみが出力光とし
て使用されている。この往復している時に、自然放射光
のエネルギーと同準位のレーザがらエネルギーが付与さ
れ、自然放射光のエネルギーを増幅させていく。これを
誘導放射という。出力光として使用されない不要な自然
放射光も、レーザ媒質に再度入射するとエネルギーを増
幅されてしまう。従って、不要な自然放射光が多くレー
ザ媒質内に反射されればされる程、レーザ媒質内のエネ
ルギーを出力光に与える割合が低下して効率が悪くなる
。例えば、前記炭酸ガスレーザなどは、共振器長を1.
5m とすると10往復で発振を停止しなければならな
い。ところが、自然放出光は、10”−”W/cs#
のオーダであり極めて弱い光なので、10往復でkWオ
ーダに増幅しようとすると、1往復で100倍近い増幅
が必要である。炭酸ガスレーザは、通常1往復で2倍程
度の増幅率しかない。すなわち、増幅率の極端に大きな
レーザが必要になる。このようなレーザは、常時レーザ
媒質から自然に四方六方に放出される光が存在し、この
自然放出光がレーザ媒質内に戻らないようにして、自然
放出光の増幅を防止しないと励起されたエネルギーが自
然放出光の増幅に消費されて、効率が極めて悪くなるこ
とが本発明者らは実験的に確認した。
位に対応した自然放射光が発生する。その自然放射光の
うち全反射鏡と出力鏡を往復するもののみが出力光とし
て使用されている。この往復している時に、自然放射光
のエネルギーと同準位のレーザがらエネルギーが付与さ
れ、自然放射光のエネルギーを増幅させていく。これを
誘導放射という。出力光として使用されない不要な自然
放射光も、レーザ媒質に再度入射するとエネルギーを増
幅されてしまう。従って、不要な自然放射光が多くレー
ザ媒質内に反射されればされる程、レーザ媒質内のエネ
ルギーを出力光に与える割合が低下して効率が悪くなる
。例えば、前記炭酸ガスレーザなどは、共振器長を1.
5m とすると10往復で発振を停止しなければならな
い。ところが、自然放出光は、10”−”W/cs#
のオーダであり極めて弱い光なので、10往復でkWオ
ーダに増幅しようとすると、1往復で100倍近い増幅
が必要である。炭酸ガスレーザは、通常1往復で2倍程
度の増幅率しかない。すなわち、増幅率の極端に大きな
レーザが必要になる。このようなレーザは、常時レーザ
媒質から自然に四方六方に放出される光が存在し、この
自然放出光がレーザ媒質内に戻らないようにして、自然
放出光の増幅を防止しないと励起されたエネルギーが自
然放出光の増幅に消費されて、効率が極めて悪くなるこ
とが本発明者らは実験的に確認した。
従って、不要な自然放射光のレーザ媒質への再入射を防
ぐ手段を設けることで、出力光へのエネルギー転換率を
高め、効率を上げることができる。
ぐ手段を設けることで、出力光へのエネルギー転換率を
高め、効率を上げることができる。
本発明の半導体加工装置の一実施例を第1図に示す。工
はレーザ媒質で、全反射鏡2と出力鏡3で共振器を構成
する。レーザ媒質1は、励起手段11でパルス的に励起
され、パルス発振する。励起手段は連続的に励起するが
、共振器内に光を遮断したり、透過したりする光スィッ
チを設けたりしてパルス発振することも可能である。5
,6゜7.8はレンズ等の集光素子で、収差を低減する
ために複数のレンズで構成することもできる。集光素子
5と6,7と8は、それぞれ焦点位置がほぼ一致するよ
うに、レンズ間距離をfr+f2.になるように設置さ
れている。レーザビームの拡がり角によってはf1+f
zより幾分短めに設置されることもある。このように設
置すると集光素子に入射した平行ビームが、他方の集光
素子を出る時に平行ビームとなる。全反射鏡2と出力鏡
3は平面鏡で、従って、平行ビームは全反射鏡2と出力
鏡15− 6− 3の間を往復反射する平行ビームは、原理的にはビーム
径を変えることなく何度も往復反射する6集光素子5と
6及び7と8の間の各々の共焦点位置には、円形の開口
を有する絞り板7,9が設けられている。レーザ媒質か
らは、往復反射するレーザビームから誘導放出を受けて
、そのレーザビームの強度を増幅する放射と、四方六方
に自然に放出される放射とがある。後者の自然放射され
る光は、指向性が悪いので、絞り板7,9で遮断される
。自然放射光がレーザ媒質へ再入射するのを防止するた
めに絞り板7,9のレーザ媒質側の面は、乱反射するよ
うな構造にするか、又は黒く塗って自然放射光を吸収す
るような構造とする。従って、全反射鏡で反射されて、
再び、レーザ媒質部に戻って、他の励起原子・分子に誘
導放射を起こさせることはない。自然放射光は、レーザ
媒質を出る前にも、誘導放射を起こしで、段々増幅され
るが、その強度は、まだ小さいので実質的には無視でき
、レーザ媒質外の絞りで自然放射光増幅は防止される。
はレーザ媒質で、全反射鏡2と出力鏡3で共振器を構成
する。レーザ媒質1は、励起手段11でパルス的に励起
され、パルス発振する。励起手段は連続的に励起するが
、共振器内に光を遮断したり、透過したりする光スィッ
チを設けたりしてパルス発振することも可能である。5
,6゜7.8はレンズ等の集光素子で、収差を低減する
ために複数のレンズで構成することもできる。集光素子
5と6,7と8は、それぞれ焦点位置がほぼ一致するよ
うに、レンズ間距離をfr+f2.になるように設置さ
れている。レーザビームの拡がり角によってはf1+f
zより幾分短めに設置されることもある。このように設
置すると集光素子に入射した平行ビームが、他方の集光
素子を出る時に平行ビームとなる。全反射鏡2と出力鏡
3は平面鏡で、従って、平行ビームは全反射鏡2と出力
鏡15− 6− 3の間を往復反射する平行ビームは、原理的にはビーム
径を変えることなく何度も往復反射する6集光素子5と
6及び7と8の間の各々の共焦点位置には、円形の開口
を有する絞り板7,9が設けられている。レーザ媒質か
らは、往復反射するレーザビームから誘導放出を受けて
、そのレーザビームの強度を増幅する放射と、四方六方
に自然に放出される放射とがある。後者の自然放射され
る光は、指向性が悪いので、絞り板7,9で遮断される
。自然放射光がレーザ媒質へ再入射するのを防止するた
めに絞り板7,9のレーザ媒質側の面は、乱反射するよ
うな構造にするか、又は黒く塗って自然放射光を吸収す
るような構造とする。従って、全反射鏡で反射されて、
再び、レーザ媒質部に戻って、他の励起原子・分子に誘
導放射を起こさせることはない。自然放射光は、レーザ
媒質を出る前にも、誘導放射を起こしで、段々増幅され
るが、その強度は、まだ小さいので実質的には無視でき
、レーザ媒質外の絞りで自然放射光増幅は防止される。
出力鏡3は入射光の一部分を反射し、残りを透過する鏡
で、透過した光がレーザ光として利用される。透過した
レーザ光すなわち出力光4は、半導体用マスク面12を
通り集光レンズ14により集光され、固定板15上のウ
ェハ14に縮小露光される。パルス幅は、レーザ媒質の
励起からπa2/λCより短い時間に発振が停止するよ
うなレーザである。これより長くなると、干渉性の強い
レーザビームとなる。また、絞り板に設けた開口の半径
は、シングルモードビームの半径の2倍以上の半径とし
ている。これより小さくすると、干渉性の強いレーザビ
ームとなる。その半径を式で表すと2fλ/πaとなる
。ここに、fは集光素子5,6のうちの短い方のレンズ
の焦点距離である。絞り径を大きくしてくと、徐々に横
モードの次数は大きくない、出力光の空間的強度が一定
となっていく。
で、透過した光がレーザ光として利用される。透過した
レーザ光すなわち出力光4は、半導体用マスク面12を
通り集光レンズ14により集光され、固定板15上のウ
ェハ14に縮小露光される。パルス幅は、レーザ媒質の
励起からπa2/λCより短い時間に発振が停止するよ
うなレーザである。これより長くなると、干渉性の強い
レーザビームとなる。また、絞り板に設けた開口の半径
は、シングルモードビームの半径の2倍以上の半径とし
ている。これより小さくすると、干渉性の強いレーザビ
ームとなる。その半径を式で表すと2fλ/πaとなる
。ここに、fは集光素子5,6のうちの短い方のレンズ
の焦点距離である。絞り径を大きくしてくと、徐々に横
モードの次数は大きくない、出力光の空間的強度が一定
となっていく。
レーザ発振器の第2の実施例を第2図に示す。
本実施例は共振器長を短くするために、第1図の出力側
の絞り系、即ち集光素子7と8及び絞り10を除くこと
を可能にしたものである。第3図にレーザ発振器を銅蒸
気レーザとした場合の自然放射増幅光出力のレーザ出力
に対する割合の測定結果を示す。自然放射光増幅光の実
質的無視できる割合をRoする。Ro=5%とする出力
鏡反射率は18%となる。−殻内には、この限界反射率
Roとその他のパラメータの関係は、Ro=ρLγ/a
で与えられる。ここでL=共振器長、aはレーザ光の半
径、γは絞り光学系5.e、7の絞り角であるγ=ro
/f1(roは第2図参照)からρを求めると1.6X
10”−’となる。一方、逆に反射率が1%以下になる
と往復反射するレーザ光自身の強度が弱くなり自然放射
光が無視できなくなる。
の絞り系、即ち集光素子7と8及び絞り10を除くこと
を可能にしたものである。第3図にレーザ発振器を銅蒸
気レーザとした場合の自然放射増幅光出力のレーザ出力
に対する割合の測定結果を示す。自然放射光増幅光の実
質的無視できる割合をRoする。Ro=5%とする出力
鏡反射率は18%となる。−殻内には、この限界反射率
Roとその他のパラメータの関係は、Ro=ρLγ/a
で与えられる。ここでL=共振器長、aはレーザ光の半
径、γは絞り光学系5.e、7の絞り角であるγ=ro
/f1(roは第2図参照)からρを求めると1.6X
10”−’となる。一方、逆に反射率が1%以下になる
と往復反射するレーザ光自身の強度が弱くなり自然放射
光が無視できなくなる。
本発明では、共振器長を短くできるので、レンズの球面
収差を小さく押さえるために集光素子5と6の焦点距離
を長くできる。また、共振器長を短くするパルスの脈動
が小さくなり自然放射光増幅率を抑えることができる。
収差を小さく押さえるために集光素子5と6の焦点距離
を長くできる。また、共振器長を短くするパルスの脈動
が小さくなり自然放射光増幅率を抑えることができる。
例えば、直径35nwnの可視光の場合には、70cm
程度になる。レーザ媒質が1組程度なので、2組の絞り
系を挿入すると共振器間を1往復するのに要する時間が
長くなり、レーザパルスの波形が大きく脈動する。脈動
の1周期は共振器間を1往復するのに要する時間である
。パルス強度の弱い部分があると、その間の誘導放射が
少なくなるので、自然放射が増え、効率が低下する。
程度になる。レーザ媒質が1組程度なので、2組の絞り
系を挿入すると共振器間を1往復するのに要する時間が
長くなり、レーザパルスの波形が大きく脈動する。脈動
の1周期は共振器間を1往復するのに要する時間である
。パルス強度の弱い部分があると、その間の誘導放射が
少なくなるので、自然放射が増え、効率が低下する。
第2の実施例においても絞り板7のレーザ媒質側面は、
第2の実施例同様にレーザ媒質に自然放射光が再入射す
るのを防ぐ手段が講じられている。
第2の実施例同様にレーザ媒質に自然放射光が再入射す
るのを防ぐ手段が講じられている。
第4図は第2図に示した実施例における出力光の時間応
答を示したものであり、第5図は従来技術2の共振器に
おける出力光の応答を示す。第4図、第5図の測定は、
出力光を焦点距離fの集束集光素子とその焦点位置に設
けれた絞り径dを持つ絞り板からなる光学系に通し、光
学系の出力の光強度を測定することで行なった。第4図
、第5図における発散角θはd/fで定義される。従っ
て発散角θ≦1 mrad以下ということは、焦光され
た出力光のうちビームの拡がり角が1 mrad以下の
出力光の強度を示す。第4図、第5図において、19− 20− 時間的に指向性が一定であるということは、時間的にビ
ームの拡がり角が一定であるということである。そのた
めには、各時刻において、各発散角と全ビームの出力波
形の強度比が一定である必要がある。第2図の実施例に
おいては、絞り板7のピンホール径が0.6+nn+
、1.Om++ 、1.5mn と変化しても、各発散
角と全ビームの出力波形の強度比が時間が変化しても略
一定であることを示している。これに対して、第5図の
従来技術では、図示されたθ=1mrad、 1.5m
rad、 2.Omradの各発散角間の強度比は一定
であるが、各発散角と全ビームの出力波形との強度比は
時間的に変化する。このことは、発散角2 mrad以
上において、発散角2 mrad以下の出力光と強度比
が異なる出力光が存在することを意味する。従って、第
5図では、その出力光のビーム拡がりは時間的に一定と
ならない。以上説明したように、本実施例においても、
実験的に時間的に指向性が略一定になることが示された
。
答を示したものであり、第5図は従来技術2の共振器に
おける出力光の応答を示す。第4図、第5図の測定は、
出力光を焦点距離fの集束集光素子とその焦点位置に設
けれた絞り径dを持つ絞り板からなる光学系に通し、光
学系の出力の光強度を測定することで行なった。第4図
、第5図における発散角θはd/fで定義される。従っ
て発散角θ≦1 mrad以下ということは、焦光され
た出力光のうちビームの拡がり角が1 mrad以下の
出力光の強度を示す。第4図、第5図において、19− 20− 時間的に指向性が一定であるということは、時間的にビ
ームの拡がり角が一定であるということである。そのた
めには、各時刻において、各発散角と全ビームの出力波
形の強度比が一定である必要がある。第2図の実施例に
おいては、絞り板7のピンホール径が0.6+nn+
、1.Om++ 、1.5mn と変化しても、各発散
角と全ビームの出力波形の強度比が時間が変化しても略
一定であることを示している。これに対して、第5図の
従来技術では、図示されたθ=1mrad、 1.5m
rad、 2.Omradの各発散角間の強度比は一定
であるが、各発散角と全ビームの出力波形との強度比は
時間的に変化する。このことは、発散角2 mrad以
上において、発散角2 mrad以下の出力光と強度比
が異なる出力光が存在することを意味する。従って、第
5図では、その出力光のビーム拡がりは時間的に一定と
ならない。以上説明したように、本実施例においても、
実験的に時間的に指向性が略一定になることが示された
。
第6図は、自然放射光がレーザ媒質への再入射を防止す
る第2の実施例を示す。絞り板は、黒色の吸収率の高い
板を用いると、ビーム径が小さいので熱的に損傷を受け
る。散乱するようにしても、絞り板でカットされた光は
、焦点近くにある点光源に近い光となり、レンズ6や8
で平行に近いビームとなって、レーザ媒質に戻り、絞り
板でカットした効果が少ない。そこで、比較的滑らかな
板を傾斜させて設置し、レーザ媒質側に戻らないように
したものである。また、傾斜させると、円形開口でも、
レーザ光軸から見ると、楕円になってしまう。そこで、
レーザ光軸から見て、円形になる開口11を設けている
。
る第2の実施例を示す。絞り板は、黒色の吸収率の高い
板を用いると、ビーム径が小さいので熱的に損傷を受け
る。散乱するようにしても、絞り板でカットされた光は
、焦点近くにある点光源に近い光となり、レンズ6や8
で平行に近いビームとなって、レーザ媒質に戻り、絞り
板でカットした効果が少ない。そこで、比較的滑らかな
板を傾斜させて設置し、レーザ媒質側に戻らないように
したものである。また、傾斜させると、円形開口でも、
レーザ光軸から見ると、楕円になってしまう。そこで、
レーザ光軸から見て、円形になる開口11を設けている
。
第7図は、共振器と増幅器で構成されるレーザ発振器の
本発明の適用した場合の実施例を示す。
本発明の適用した場合の実施例を示す。
本実施例においても増幅器からの自然放射光が増幅器に
戻らないようにしたものである。すなわち、本実施例に
おいては、共振器20から発振された指向性の一定のレ
ーザ光4を増幅器24.25で増幅して出力を高めよう
とするものである。
戻らないようにしたものである。すなわち、本実施例に
おいては、共振器20から発振された指向性の一定のレ
ーザ光4を増幅器24.25で増幅して出力を高めよう
とするものである。
このような実施例では、増幅器24.25から出た自然
放出光のうち、共振器20側に出た光が全反射光2で反
射されて再び増幅器24.25に戻ってくる。発振器の
絞り系5,6.7はこの増幅器から自然放出光を除く作
用もするので、レーザシステムとしても指向性の一定な
短パルスレーザを発振することができる。また絞り系2
1゜22.23は1、増幅器からの自然放射光からの光
が、発振器12のレーザ媒質1で増幅されるのを防ぐと
ともに、発振器12の出力鏡3から一部反射されて、増
幅器に戻るのを防止する作用もする。
放出光のうち、共振器20側に出た光が全反射光2で反
射されて再び増幅器24.25に戻ってくる。発振器の
絞り系5,6.7はこの増幅器から自然放出光を除く作
用もするので、レーザシステムとしても指向性の一定な
短パルスレーザを発振することができる。また絞り系2
1゜22.23は1、増幅器からの自然放射光からの光
が、発振器12のレーザ媒質1で増幅されるのを防ぐと
ともに、発振器12の出力鏡3から一部反射されて、増
幅器に戻るのを防止する作用もする。
以上説明したように本発明によれば以下の効果を奏する
。
。
本発明は指向性が時間的に略一定なビームを持つレーザ
発振器を提供できる。
発振器を提供できる。
また、本発明は空間的に略強度の一様なビームを持つレ
ーザ発振器を提供できる。
ーザ発振器を提供できる。
さらに、本発明は効率の良く発振するレーザ発振器を提
供できる。
供できる。
また、エキマレーザや銅蒸気レーザなどのパルスレーザ
において、指向性が時間的に略一様なレーザ光を発振す
るレーザ発振器を提供できる。
において、指向性が時間的に略一様なレーザ光を発振す
るレーザ発振器を提供できる。
第1図は本発明を半導体加工装置に適用した場合の実施
例を示す図、第2図は本発明の第2の実施例を示す図、
第3図は出力鏡反射率と自然放射能増幅率の関係を示す
図、第4図は本発明の第2の実施例におけるレーザ発振
器の出力特性図、第5図は従来のレーザ発振器の出力特
性図、第6図は不要な自然放射光が増幅器に戻るのを防
ぐ他の実施例を示す図、第7図は共振器と増幅器で構成
されるレーザ発振器に本発明を適用した時の実施例を示
す図である。 l・・・レーザ媒質、2・・・全反射鏡、3・・・出力
鏡、5゜6.7,8,13,21.22・・・集光素子
、7゜10.22・・・絞り板、14・・・ウェハ、2
4.25第 2 図 第 図 (a) 共振器内ピンホール径1.5mm (b)共振器内ピンホール径1.0mm(c)共振器内
ピンホール径0.6mm第 図 0 5 0 5 出力鏡反射率(%) 第 図
例を示す図、第2図は本発明の第2の実施例を示す図、
第3図は出力鏡反射率と自然放射能増幅率の関係を示す
図、第4図は本発明の第2の実施例におけるレーザ発振
器の出力特性図、第5図は従来のレーザ発振器の出力特
性図、第6図は不要な自然放射光が増幅器に戻るのを防
ぐ他の実施例を示す図、第7図は共振器と増幅器で構成
されるレーザ発振器に本発明を適用した時の実施例を示
す図である。 l・・・レーザ媒質、2・・・全反射鏡、3・・・出力
鏡、5゜6.7,8,13,21.22・・・集光素子
、7゜10.22・・・絞り板、14・・・ウェハ、2
4.25第 2 図 第 図 (a) 共振器内ピンホール径1.5mm (b)共振器内ピンホール径1.0mm(c)共振器内
ピンホール径0.6mm第 図 0 5 0 5 出力鏡反射率(%) 第 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡を
具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有するレ
ーザ発振器において、 前記全反射鏡とレーザ媒質の間に共振器の平行光の指向
性を選択する光学系を有することを特徴とするレーザ発
振器。 2、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡を
具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有するレ
ーザ発振器において、 前記レーザ媒質から発生する不要な自然放射光の前記レ
ーザ媒質再入射を防止する手段を有することを特徴とす
るレーザ発振器。 3、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡を
具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有するレ
ーザ発振器において、 前記全反射鏡とレーザ媒質の間に2つの集光素子と前記
集光素子の共焦点近傍に絞り機構を設けたことを特徴と
するレーザ発振器。 4、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡を
具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有するレ
ーザ発振器において、 前記レーザ媒質と全反射鏡あるいは出力鏡の間のうち少
なくとも一方に2つの集光素子と前記集光素子の共焦点
近傍に円形のスリットを設け、前記スリット半径は前記
共振器内にシングルモードビームを形成した時に前記ス
リット上に結ばれる像の半径の2倍以上であることを特
徴とするレーザ発振器。 5、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡を
具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有するレ
ーザ発振器において、 前記レーザ媒質と全反射鏡あるいは出力鏡の間のうち少
なくとも一方に2つの集光素子と前記集光素子の共焦点
近傍に絞り機構を設け、共振器内に形成されるレーザ光
軸に対して前記絞り機構を斜めに設けたことを特徴とす
るレーザ発振器。 6、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡を
具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有するレ
ーザ発振器において、 前記全反射鏡とレーザ媒質の間に2つの集光素子と前記
集光素子の共焦点近傍に絞り機構を設け、前記出力鏡の
反射率は1%以上で且つ前記出力鏡から反射される前記
レーザ媒質から発生する不要な自然放射光増巾比率が所
望値の%以下であることを特徴とするレーザ発振器。 7、請求項6において、レーザ発振器を銅蒸気レーザと
し、前記所望値の%は18%であることを特徴とするレ
ーザ発振器。 8、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡を
具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段と前記共振
器からの出力光を増幅する増幅器を有するレーザ発振器
において、 前記全反射鏡とレーザ媒質の間に2つの集光素子と前記
集光素子の共焦点近傍に絞り機構を設けたことを特徴と
するレーザ発振器。 9、連続的に励起できるレーザ媒質を挾んで設けられた
全反射鏡と出力鏡を具備する共振器とレーザ媒質を励起
する手段を有するレーザ発振器において、 前記レーザ媒質の励起をパルス発振させる手段と、前記
全反射鏡とレーザ媒質の間に前記レーザ媒質から発生す
る自然放射光のうち前記共振器内で平行光を形成する自
然放射光を選択する手段を有することを特徴とするレー
ザ発振器。 10、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡
を具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有する
レーザ発振器において、 前記共振器内で形成されるレーザが横モードを形成する
前に前記レーザ媒質の励起を停止する手段と、前記全反
射鏡とレーザ媒質の間に前記レーザ媒質から発生する自
然放射光のうち前記共振器内で平行光を形成する自然放
射光を選択する手段を有することを特徴とするレーザ発
振器。 11、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡
を具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有する
レーザ発振器において、 前記共振器内で形成されるレーザが横モードを形成する
前に前記レーザ媒質の励起を停止する手段と、前記全反
射鏡とレーザ媒質の間に2つの集光素子と前記集光素子
の共焦点近傍に絞り機構を設けたことを特徴とするレー
ザ発振器。 12、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡
を具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有する
レーザ発振器において、 指向性が時間的に略一定なレーザ光を発生させる手段を
有することを特徴とするレーザ発振器。 13、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡
を具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有する
レーザ発振器において、 空間的に一様な強度を持つレーザ光を発生させる手段を
有することを特徴とするレーザ発振器。 14、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡
を具備する共振器とレーザ媒質を励起する手段を有する
レーザ発振器において、 出力光の指向性が時間的に略一定でWオーダの出力を発
生させる手段を有することを特徴とするレーザ発振器。 15、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡
を有するレーザ発振器において、 前記全反射鏡とレーザ媒質の間に前記レーザ媒質から発
生する自然放射光のうち前記共振器内で平行光を形成す
る自然放射光を選択する手段を有することを特徴とする
レーザ共振器。 16、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡
を有するレーザ発振器において、 前記全反射鏡とレーザ媒質の間に2つの集光素子と前記
集光素子の共焦点近傍に絞り機構を設けたことを特徴と
するレーザ共振器。 17、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡
を有するレーザ発振器において、 前記レーザ媒質と全反射鏡あるいは出力鏡の間のうち少
なくとも一方に2つの集光素子と前記集光素子の共焦点
近傍に円形のスリットを設け、前記スリット半径は前記
共振器内にシングルモードビームを形成した時に前記ス
リット上に結ばれる像の半径の2倍以上であることを特
徴とするレーザ共振器。 18、レーザ媒質を挾んで設けられた全反射鏡と出力鏡
を有するレーザ共振器において、 前記レーザ媒質と全反射鏡あるいは出力鏡の間のうち少
なくとも一方に2つの集光素子と前記集光素子の共焦点
近傍に絞り機構を設け、共振器内に形成されるレーザ光
軸に対して前記絞り機構を斜めに設けたことを特徴とす
るレーザ発振器。 19、レーザ発振器と、前記レーザ発振器からのレーザ
光をマスクに照射する手段を有する半導体加工装置にお
いて、 前記レーザ発振器に指向性が時間的に略一定で、干渉性
ないレーザ光を発生させる手段を有することを特徴とす
るレーザ発振器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9109079A FR2666939A1 (fr) | 1990-09-19 | 1991-07-18 | Oscillateur laser et dispositif pour fabriquer un semiconducteur, utilisant ledit oscillateur. |
US07/733,646 US5202898A (en) | 1990-09-19 | 1991-07-22 | Laser oscillator, laser resonator, and apparatus for manufacturing of semiconductor |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1257490 | 1990-01-24 | ||
JP2-12574 | 1990-01-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03263386A true JPH03263386A (ja) | 1991-11-22 |
Family
ID=11809134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2247587A Pending JPH03263386A (ja) | 1990-01-24 | 1990-09-19 | レーザ発振器及びレーザ共振器並びに半導体加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03263386A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0645668A (ja) * | 1992-04-21 | 1994-02-18 | Hughes Aircraft Co | ゼロ損失導波体結合器 |
WO2016002570A1 (ja) * | 2014-07-01 | 2016-01-07 | 株式会社村田製作所 | レーザ加工用マスク |
CN106660170A (zh) * | 2014-07-01 | 2017-05-10 | 株式会社村田制作所 | 激光加工用掩膜 |
-
1990
- 1990-09-19 JP JP2247587A patent/JPH03263386A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0645668A (ja) * | 1992-04-21 | 1994-02-18 | Hughes Aircraft Co | ゼロ損失導波体結合器 |
WO2016002570A1 (ja) * | 2014-07-01 | 2016-01-07 | 株式会社村田製作所 | レーザ加工用マスク |
CN106660170A (zh) * | 2014-07-01 | 2017-05-10 | 株式会社村田制作所 | 激光加工用掩膜 |
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