JPH0426174A - 狭帯域レーザ装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はレーザ光を狭帯域化させるための狭帯域レー
ザ装置に関する。

（従来の技術） たとえば、エキシマレーザなどのレーザ装置を半導体製
造プロセスにおけるリソグラフィ工程に使用することで
サブミクロンのレジスト面にパターンを焼き付けること
が試みられている。つまり、レチクルパターンにエキシ
マレーザから発振されたレーザ光を投影レンズを介して
照射し、そのパターンを縮小投影して微細パターンを焼
き付ける。その際に利用する投影レンズはレーザ光を良
好に透過する石英材で作られている。石英で作られたレ
ンズは色収差が十分補正されていない。

したがって、レーザ光の方を単色性に優れた光にしてパ
ターンの焼き付けを行わなければ、微細なパターンを高
精度に焼き付けることが難しいから、波長とスペクトル
分布とが制御されたレーザ光を使用する必要がある。そ
こで、レーザ装置の光共振器に波長選択性をもたせると
ともに、レーザ光の単色性を高め、色収差が投影パター
ンに現れない工夫をしている。

従来、そのようなレーザ装置としては、光共振器内にエ
タロン板を設けたり、プリズムでレーザ光を拡大して回
折格子に入射させるものなどが知られている。

ところで、エタロン板を利用する場合には、波長選択性
を向上させるために表面に誘電体多層膜コーティングを
施す必要がある。しかしながら、このコーティングはレ
ーザ光の発振を長時間行うと、変質して性能が劣化する
ということがあった。

一方、プリズムと回折格子とを用いる場合には、エタロ
ンに比べて光学的特性の劣化が遅いという利点を有する
。しかしながら、プリズムを用いた場合には、プリズム
を透過するレーザ光のパワー密度が高くなるとプリズム
の透過率が低下してレーザ光の出力も低下するばかりか
、パワー密度の高いレーザ光によって回折格子も損傷し
易いということがある。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の狭帯域化レーザ装置において、レー
ザ光を狭帯域化するための光学部品としてエタロン板を
用いた場合には、光学特性が劣化し易いということがあ
り、プリズムと回折格子とを用いた場合には、レーザ光
のパワー密度が高くなるとプリズムの透過率が低下して
出力が低下するばかりか、回折格子も損傷し易いなどの
ことがあった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、プリズムと回折格子とを用いてレー
ザ光を狭帯域化する場合、レーザ光のパワー密度が高く
なっても、出力の低下を招いたり、回折格子の早期損傷
を招くなどのことがないようにした狭帯域レーザ装置を
提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、レザ媒質を励起するレーザ励起
部と、このレーザ励起部の一端側に配設された高反射ミ
ラーと、上記レーザ励起部の他端側に配設され上記高反
射ミラとで光共振器を形成する回折格子と、上記レーザ
励起部から発光したレーザ光を拡大して上記回折格子に
入射させる拡大光学系と、上記回折格子で狭帯域化され
てから上記レーザ励起部に戻って増幅されたレーザ光の
一部を上記光共振器の外部に導く光５）割子段とを具備
したことを特徴とする。

このような構成によれば、拡大光学系には回折格子で狭
帯域化されてからレーザ励起部に戻って増幅されたレー
ザ光の一部しか通過しないから、上記拡大光学系を通過
するレーザ光のパワー密度を十分に低くして回折格子に
入射させることがきる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の第１の実施例を示し、図中１はたと
えばＫｒＦエキシマレーザなどのガスレザ装置のレーザ
励起部である。このレーザ励起部１は、内部にガスレー
ザ媒質が封入された気密容器からなる放電ガスチャンバ
ー２を備えている。

この放電チャンバー２内には一対の放電電極３が対向し
て配置されている。これら放電電極３には高圧電源４が
接続され、この高圧電源４によって電気エネルギがパル
ス状に供給されるようになっている。放電電極３に電気
エネルギが供給されると、これらの間にグロー放電が点
弧され、そのグロー放電でガスレーザ媒質が励起される
。それによって、一対の放電電極３間からは、放電方向
と直交する方向にレーザ光りが放出される。

さらに、放電チャンバー２内には貫流ファン５が軸線を
放電チャンバー２の軸方向に沿わせて回転自在に支持さ
れている。この貫流ファン５の一端側に対向する放７に
チャンバー２の外部には駆動モータ６が配置されている
。この駆動モータ６の回転軸と７と上記貫流ファン５の
一端とにはそれぞれ磁気カブラ８（一方のみ図示）が設
けられ、これら磁気カブラ８の磁気結合で上記貫流ファ
ン５が上記駆動モータ６によって回転駆動されるように
なっている。貫流ファン５が回転駆動されると、放？？
ｉチャンバー２内のガスレーザ媒質が循環するようにな
っている。

上記放電チャンバー２の軸方向両端面にはそれぞれ透過
窓９．１１が気密に形成されている。

方の透過窓９には高反射ミラー１２が対向して配置され
、他方の透過窓１］に対向する部位には、光分割手段と
してのたとえば透過率が９０％程度のビームスプリッタ
１３が４５度の角度で傾斜して配置されている。

上記放電チャンバー２内の一対の放電電極３間から放出
されて上記他方の透過窓１〕から出射したレーザ光りが
上記ビームスプリッタ１３で反射する方向には複数、こ
の実施例では第１乃至第３のプリズム１４　ａ　ｓ　１
４　ｂ　、　１４　ｃからなる拡大光学系１５が配置さ
れている。レーザ光りはこれらプリズム１４ａ、１４ｂ
、１４ｃでビーム径が順次拡大されて上記高反射ミラー
１２とで光共振器１６を形成する回折格子１７に入射す
る。この回折格子１７は、レーザ光りの入射方向と出射
方向との角度が等しくなるようリトロ−配置されている
。それによって、上記回折格子１７で狭帯域化されたレ
ーザ光りは上記拡大光学系１５とビムスブリッタ１３と
を経て上記放電チャンバー２へ戻り、増幅されるように
なっている。

つぎに、上記構成のガスレーザ装置の動作について説明
する。駆動モータ６を作動させて放電チャンバー２内の
ガスレーザ媒質を循環させたなら、高圧電源４から一対
の放電電極３に電気エネルギを供給し、これら放２１極
３間にグロー放電を点弧させる。その放電によってガス
レーザ媒質が励起されるから、放電方向と直交する方向
にレーザ光りが放出される。

一対の電極３間から放出され、ビームスプリッタ１３側
の他方の透過窓１１がら出射して上記ビームスプリッタ
１３で反射したレーザ光りは、第１乃至第３のプリズム
１４ａ、１４ｂ、１４ｃからなる拡大光学系１５でビー
ム径が拡大されて回折格子１７に入射する。この回折格
子１７で所定の波長だけが選択され、その波長のレーザ
光りは回折格子１７へ入射したときと逆の光路を経て放
電チャンバー２へ戻る。

放電チャンバー２へ戻ったレーザ光りはここで増幅され
たのち、一方の透過窓９から出射して高反射ミラー１２
で反射し、再び放電チャンバー２を通過して増幅される
。このようにして増幅された所定の波長のレーザ光りは
パワー密度を増大させて他方の透過窓１１から出射し、
ビームスプリッタ１３に入射する。このビームスプリッ
タ１３は透過率がほぼ９０％と高いものが用いられてい
るから、狭帯域化されたパワー密度の高いレーザ光りの
ほぼ９０％は上記ビームスプリッタ１３を透過して光共
振器］６の外部へ出射されることになる。

一方、上記ビームスプリッタ１３で反射した残りのほぼ
１０％のレーザ光りは、上記ビームスプリッタ１３で反
射して拡大光学系］５で拡大され、回折格子１７に入射
する。この回折格子１７に入射したレーザ光りは再び拡
大光学系１５からビムスブリッタ］３を経て放電チャン
バー２へ戻って増幅されるということが繰り返される。

このように、回折格子１７て狭帯域化されたのち、放電
チャンバー２で増幅されたレーザ光りのほぼ９０％をビ
ームスプリッタ１３を透過させて高反射ミラー］２と回
折格子１７とがなす光共振器１６の外に放出するように
したから、上記ビームスプリッタ］３で反射したほぼ１
０％のレーザ光りだけが拡大光学系１５に入射する。拡
大光学系１５に入射するレーザ光りの光量は非常に少な
く、しかもそのレーザ光りのビーム径が拡大光学系１５
で拡大されることにより、パワー密度が低下する。それ
によって、上記拡大光学系１５を通過して回折格子１７
で反射するレーザ光りのパワ密度は高反射ミラー１２と
ビームスプリッタ１３との間におけるレーザ光りのパワ
ー密度に比べて十分に低くなる。

つまり、高いパワー密度のレーザ光りにさらされる光学
部品は高反射ミラー］２だけとなる。そのため、第１８
乃至第３のプリズム１４ａ〜１４ｃに高いパワー密度の
レーザ光りを透過させた場合にように、これらプリズム
１４ａ〜１４ｃの透過率が低下してレーザ出力の低下を
招くようなことがないばかりか、回折格子１７が早期に
損傷するのを防ぐことができる。

また、狭帯域化されたレーザ光りを露光用光源として利
用する場合には、レーザ加工の場合と異なり、レーザ光
りを一点に集光する必要がない。

そのため、狭帯域化されたのち、ビームスブリ・ツタ１
３で反射せずに透過し、放電チャンノく−２に戻らなか
ったレーザ光りを反射ミラー２］で反射させ、放電チャ
ンバー２で増幅されて上記ビームスプリッタ１３を透過
したレーザ光りに重ね合わせて照明光として利用するこ
とができる。それによって、ガスレーザ装置全体として
の発振効率の低下を招くことがない。

なお、この第１の実施例において、ビームスプリッタ１
３の透過率を９０％としたが、その透過率は９０％以上
あるいはそれ以下であってもよく、その値はなんら限定
されるものでなく、要は拡大光学系１５に入射するレー
ザ光りの７（ワー密度を十分に低くできればよい。

第２図はこの発明の発明の第２の実施例を示す。

この実施例は分光手段としてビームスブリ・ツタ１３に
代わり拡大光学系２５を構成する第１乃至第３のプリズ
ム２４ａ〜２４Ｃのうち、−段目の第１のプリズム２４
ａを分光手段として利用するようにした。

つまり、上記第１のプリズム２４ａの入射面２４ｄに放
電チャンバー２の他方の透過窓１１から出射したレーザ
光りを直接入射させるようにした。それによって、放電
チャンバー２の他方の透過窓］１から出射したレーザ光
りは、上記入射面２４ｄの角度に応じて一部が反射して
光共振器］６の外に放出され、残りが拡大光学系２５に
入射してビーム径が拡大され、回折格子１７で狭帯域化
されることになる。上記入射面２４ｄで反射したレーザ
光りは反射ミラー２６によって所定の方向に光路が変換
される。

また、上記拡大光学系２５と回折格子１７との間には、
回折格子１７に入射するレーザ光りの拡がり角を規制す
るアパーチャ２７が配設されている。

したがって、このような構成であっても、上記第１の実
施例と同様、放電チャンバー２で増幅されたパワー密度
の高いレーザ光りが拡大光学系２５や回折格子］に入射
するのをなくすことができる。

上記第２の実施例において、第１のプリズム２４ａの入
射面２４ｄをブリュースタ角にすれば、この入射面２４
ｄにおける反射損失を最小にすることができる。また、
上記入射面２４ｄの角度を調節することで、最適の発振
条件を設定することができる。つまり、放電チャンバー
２で増幅されたレーザ光りのうち、上記入射面２４ｄで
反射するレーザ光りと透過するレーザ光りの割合を任意
に設定することができる。

なお、上記各実施例において、透過窓］１とビームスプ
リッタ１３もしくは第１のプリズム２４の間に波長板を
設け、透過窓１１を出入りするレーザ光の偏光面を回転
させ、この光のビームスプリッタ１３もしくは第１のプ
リズム２４の入射面２４ｄでの透過率ないしは反射率を
変化し、出力されるレーザ光りの光共振器１６から外部
へ出る場合の結合率を変化させてもよい。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、レーザ励起部から放出さ
れたレーザ光を拡大光学系で拡大して回折格子で狭帯域
化する場合に、この回折格子で狭帯域化されてから上記
レーザ励起部に戻って増幅されたレーザ光の一部を上記
拡大光学系に入射させずに光共振器の外部に導くように
した。

そのため、上記回折格子で狭帯域化されたのち、上記レ
ーザ励起部で増幅されたパワー密度の高いレーザ光を拡
大光学系を透過させたり、回折格子に入射させずに取出
すことができるから、拡大光学系の透過率の低下による
レーザ出力の低下を招いたり、拡大光学系や回折格子が
早期に劣化するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す狭帯域レーザ装
置の概略的構成図、第２図はこの発明の第２の実施例を
示す狭帯域レーザ装置の概略的構成図である。 １・・・レーザ励起部、１２・・・高反射ミラ１３・・
・ビームスプリッタ（光分割手段）　、１４　ａ〜１４
　ｃ　ｓ　２４　ａ〜２４ｃ・・・第１乃至第３のプリ
ズム、１５．２５・・・拡大光学系、１６・・・光共振
器、］７・・・回折格子、２４ｄ・・・第１のプリズム
の反射面（分光手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ媒質を励起するレーザ励起部と、このレーザ励起
   部の一端側に配設された高反射ミラーと、上記レーザ励
   起部の他端側に配設され上記高反射ミラーとで光共振器
   を形成する回折格子と、上記レーザ励起部から発光した
   レーザ光を拡大して上記回折格子に入射させる拡大光学
   系と、上記回折格子で狭帯域化されてから上記レーザ励
   起部に戻って増幅されたレーザ光の一部を上記光共振器
   の外部に導く光分割手段とを具備したことを特徴とする
   狭帯域レーザ装置。