JPH0472782A - 狭帯域発振レーザ装置 - 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〕 本発明はステッパー用の光源として使用されるエキシマ
レーザなどの狭帯域発振レーザ装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置製造用の縮小投影露光装置（以下、ステッパ
ーという）の光源としてエキシマレーザの利用が注目さ
れている。これはエキシマレーザの波長が短い（ＫｒＦ
の波長は約２４８．４ｎｍ）ことから光露光の限界を０
．３μｍ以下に延ばせる可能性があること、同じ解像度
なら従来用いていた水銀ランプのｇ線やｉ線に比較して
焦点深度が深いこと、レンズの開口数（ＮＡ）か小さく
て済み、露光領域を大きくてきること、大きなパワーが
得られること等の多くの優れた利点が期待できるからで
ある。

ところで、ステッパーの光源として利用されるエキシマ
レーザとしては線幅３ｐｍ以下の狭帯化か要求され、し
かも大きな出力パワーが要求される。

エキシマレーザの狭帯域化の技術として有望なものとし
ては以下の４つの技術がある。

・第１８図（ａ）に示すように、レーザチャンバ１とリ
アミラー２との間に２枚の波長選択素子としてのエタロ
ン３を配置する。４はフロントミラーである。

・第１８図（ｂ）に示すように、グレーティング５とプ
リズムビームエキスパンダ６を用いるとともに、アパー
チャアを配設する。

・第１８図（Ｃ）に示すように、エタロン３とグレーテ
ィング５とを用いる。

・第１８図（ｄ）に示すように、レーザチャンバ１の両
側にＰＳ分離鏡（Ｐ波透過、Ｓ波反射）８と偏波面回転
プリズム（Ｓ波の大部分をＰ波に変換）９を配し、エタ
ロン３によって波長選択を行なう偏光結合型共振器によ
る構成である。１０は全反射鏡である。すなわち、偏波
面回転プリズム９からはＳ波とＰ波が混じったレーザ光
が出力され、このレーザ光はチャンバ１で増幅された後
ＰＳ分離鏡に入射されることで、Ｓ波は外部に出力され
Ｐ波はエタロン３に入る。このＰ波は全反射鏡１０で反
射し、再びエタロン３を透過してチャンバ１に入って増
幅される。このＰ波はさらに偏波面回転プリズム９に入
り、ここで大部分がＳ波に変換された後、ＰＳ分離鏡８
を経由して外部に出力される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記第１８図（ａ）、（ｃ）に示す従来技術では、レー
ザ８力を５Ｗ以上に上げようとした場合、エタロン３を
透過するエネルギー密度が非常に大きくなってエタロン
３の反射膜の負荷が大きくなるため、少ないショツト数
で反射膜が劣化しまい、これによりエタロン３の透過率
が著しく減少したり、フィネスが小さくなったりするこ
とによって出力レーザ光のスペクトル純度、パワーおよ
び出力効率が大幅に低下するという問題がある。さらに
これらの方法では、エタロンを透過するエネルギー密度
が高いため、熱的なドリフトによってエタロンのギャッ
プが変化し、この結果エタロンの透過波長のシフトが大
きくなり、波長の制御性を著しく低下させるという不具
合があった。

また、第１８図（ｂ）に示した従来技術では、エタロン
のような繰り返し反射による波長選択素子と異なり、単
一反射によって狭帯域化をなし得るため、波長選択素子
の負荷による熱的ドリフトや耐久性の問題は少なく上述
のような問題はほとんど発生しないが、この場合は素子
の波長選択性がビームの広がり角に大きく依存するため
、波長線幅を細く維持するためにアパーチャアを配設す
る必要があり、高効率で発振させるためには放電のエネ
ルギー密度を高くした狭い放電幅の状態で発振させる必
要があり、放電電極の負荷が大きい上に放電電極の消耗
により放電幅が広がった場合出力効率やスペクトル純度
が低下するという問題があった。

また、第１８図（ｄ）に示した偏光結合型共振器による
構成では、エタロン３に入射される光はＰ波のみの一部
の光であるためエタロンの負荷を低減できて出力効率が
高い有効な手法であるが、１０Ｗ以上の高出力となると
エタロンの負荷は数Ｗ程度に増加し、エタロンの透過波
長のシフト、エタロンの寿命、出力効率などの点で問題
が発生する。またこの手法では、弱い狭帯域化されたＰ
偏光で発振させてその光をＳ偏光に変換して出力として
取り出しているために、Ｐ偏光の発振は閾値が高く、低
出力でのパルス安定性は第１８図（ａ）〜（Ｃ）に示し
た従来技術より悪くなっていた。また、波長選択素子と
してグレーティングのような波長線幅を狭くするために
アパーチャを配置する必要がある素子を用いて偏光結合
型共振器を構成した場合は、やはり放電幅を狭くせざる
を得ず、放電電極の耐久性等の点て問題が多い。

なお、エキシマレーザをステッパ用の光源として実用す
るためには、高出力と共に高解像度とすることが必須条
件であり、これらを考えると上述した従来方式では各種
の点で限界があった。

この発明はこのような事情に鑑かみてなされたもので、
狭帯域化素子の負荷低減、波長線幅の狭帯域化および高
効率化をを図る狭帯域発振レーザ装置を提供することを
［ｌ的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明においては、レーザ媒質から出力されたレーザ
光の一部を切り出す切出し手段と、該切り出されたレー
ザ光を拡大するビーム拡大手段と。

該拡大されたレーザ光を狭帯域化する波長選択素子と、
該狭帯域化されたレーザ光をレーザ媒質に帰還させる帰
還手段とを具えるようにしている。

〔作用〕

かかる構成によれば、レーザ媒質から出力されたレーザ
光の一部を切り出し、その切り出した光を拡大した後狭
帯域化し、狭帯域化された光をレーザ媒質に帰還させる
。

かかる共振器は出力光の一部を切出しその光を拡大して
レーザ媒質中を透過させて出力することで一種の謂ゆる
不安定共振器を構成しているために、ビーム広がり角の
大きな光成分は共振器から失われ、出力光のビーム広が
り角も小さくなる。

さらに、その出力光の一部を切り出しているためにビー
ム広がり角はさらに小さくなり、この光をさらにビーム
エキスパンダによって拡大しているためにビーム広がり
角はさらに（１／拡大率）に小さくなる。そしてこの様
な光を波長選択素子に入射させるようにしているので、
光は理想的な平面波に近くなり、波長線幅が極限的に狭
い光を発生させることができるようになる。しかも、光
を拡大して波長選択素子に入射しているために波長選択
素子に加わるエネルギー密度を著しく低減できるために
波長選択素子の寿命が長くなるとともに、波長選択素子
のシフトもほとんど無くなる。

さらに、波長選択素子に入射される光のビーム広がり角
が小さいために狭帯域化効率も非常に高くなり、レーザ
発振器としての効率も高くなる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説
明する。

第１図はこの発明を狭帯域発振エキシマレーザに適用し
た場合の原理を示した概念図である。この第１図の狭帯
域発振エキシマレーザでは、レーザ媒質１１を出たレー
ザ光の一部を切出し部１２で切り出して、該切り出した
光をビームエキスパンダ１３に人力し、光を拡大する。

そして拡大した光を波長選択素子１４に入射して狭帯域
化する。

狭帯域化した光は再びレーザ媒質に帰還されることで増
幅される。

かかる共振器は出力光の一部を切出しその光をビームエ
キスパンダ１３により拡大してレーザ媒質中を透過させ
て出力することで一種の謂ゆる不安定共振器を構成して
いるために、ビーム広がり角の大きな光成分は共振器か
ら失われ、出力光のビーム塩がり角も小さくなる。さら
に、その出力光の一部を切り出しているためにビーム塩
がり角はさらに小さくなり、この光をさらにビームエキ
スパンダ１３によって拡大しているためにビーム塩がり
角はさらに（１／拡大率）に小さくなる。

そしてこの様な光を波長選択素子１４に入射させるよう
にしているので、光は理想的な平面波に近くなり、波長
線幅が極限的に狭い光を発生させることができるように
なる。しかも、ビームエキスパンダ１３で光を拡大して
波長選択素子１４に入射しているために波長選択素子１
４に加わるエネルギー密度を著しく低減できるために波
長選択素子の寿命が長くなるとともに、波長選択素子の
シフトもほとんど無くなる。さらに、波長選択素子に入
射される光のビーム塩がり角が小さいために狭帯域化効
率も非常に高くなり、レーザ発振器としての効率も高く
なる。

第２図は第１図の原理を用いて構成した具体例であり、
ＫｒＦ等を含むレーザガスが循環可能に充填されたレー
ザチャンバ１１と全反射ミラー１５との間には波長板と
しての４分のラムダ板（λ／４板）１６が配設されてい
る。切出し部１２はレーザ光の一部を空間的に切り出し
てビームエキスパンダ１３に入射させるものであり、そ
の具体例を第３図（ａ）〜（ｆ）に示す。

第３図（ａ）は小型平面ミラー１７で出力光の端部を長
方形状に切り出した例であり、同図（ｂ）は小型平面ミ
ラー１７で出力光の中央部を長方形状に切り出した例で
あり、同図（ｃ）は出力光の端部を長方形状に切出しそ
の他の光をミラー１７で反射させて出力している例であ
り、同図（ｄ）は出力光の中央部を長方形状に切出しそ
の他の光をミラー１７で反射させて出力している例であ
り、同図（ｅ）は出力光を縮小した形で出力光の端部を
切り出した例であり、同図（ｆ）は出力光を縮小した形
で出力光の中央部を切り出した例である。

ビームエキスパンダ１３は切出し部１２によって切り出
された光（フィードバック光）を１方向または全方向に
拡大するものであり、第４図（ａ）〜（ｃ）にその具体
例を示す。第４図（ａ）は２個のプリズム１８を組み合
わせたビームエキスパンダを示し、同図（ｂ）はシリン
ドリカル状または球面状の凹レンズ１９とシリンドリカ
ル状または球面状の凸レンズ２０を組み合わせた例を示
し、同図（Ｃ）は２個のシリンドリカル状または球面状
の凹面ミラー２１を組み合わせた例を示すものである。

波長選択素子１４は発振レーザ光の波長を選択するもの
で、第５図（ａ）〜（ｄ）に具体例を示す。第５図（ａ
）は２枚のエタロン３を並べたものであり、エタロン３
は透過型の波長選択素子である。同図（ｂ）は全反射ミ
ラー２２とグレーティング５によって斜入射配置したグ
レーティングの例である。なお、グレーティング５は、
光の回折を利用して特定波長の光を選択するもので、定
方向に配列された多数の溝が形成されており、全反射ミ
ラーとしても機能する。グレーティング５はエタロン３
に比べて耐久性が優れており、入射光に対するグレーテ
ィング５の角度θを可変させることにより、特定の波長
の光を選択する。同図（Ｃ）は２枚のプリズム１８てビ
ームを拡大してグレーティング５に入射させたりドロー
配置の例であり、このリトロ−配置の場合はグレーティ
ング５のブレーズ角と回折光（入射光）の角度が一致す
る場合回折効率が非常に高くなり、グレーティング５に
ニジエールグレーティングを使用すれば、回折効率は６
０％以上となる。同図（ｄ）はエタロン３とグレーティ
ング５とを組み合わせた例であり、グレーティング５を
リトロ−配置している。さらに、ここでは図示していな
いが斜入射配置のグレーティングとエタロンを組み合わ
せた波長選択素子としてもよい。

ここで、第３図に示した切出し部１２のうち（ａ）、（
ｃ）は出力光の端部を切り出しているので出力光の断面
は（ｂ）、（ｄ）に示したもののように分割されていな
いので、ビーム形状が良く、ステッパ用の光源としては
特に最適なものになる。そして、このような長方形状の
レーザ光を切り出す場合は、ビームエキスパンダ１３に
よって短い辺の方向のみを拡大するようにすれば、ビ−
ムを拡大された一方向のみが不安定共振器になってこれ
に垂直な方向は安定共振器となるため、横モード数を減
らすことなく発振することができ、スペックルが出に＜
＜、ステッパ用の光源として最適なものとなる。

また、第３図（ｅ）、（ｆ）に示すような切出し部を採
用するときは、ビームエキスパンダ１３として第４図（
ｂ）、（ｅ）に示したような球面状の凹レンズ１９と凸
レンズ２０の組み合わせまたは２個の球面状の凹面ミラ
ー２１の組み合わせが好ましく、このようにすることに
よって非常にコヒーレンスの高い単一モード発振が可能
となり、出力レーザ光をその後レンズなどにより非常に
小さく絞り込めることができる。

また、波長選択素子１４としてグレーティング５を用い
るときはビームエキスパンダ１３のビーム拡大方向とグ
レーティング５の線引き方向を一致させるようにすれば
、グレーティング５に入射させるビームの広がり角が非
常に小さくなるので波長線幅を極限的に狭くすることが
できる。

さて、第２図において、ビームエキスパンダ１３と波長
選択素子１４との間にはＰＳ分離膜３０とλ／４板３１
が配設されている。ＰＳ分離膜３０にはこの場合Ｐ偏光
波を透過し、Ｓ偏光波を反射スる偏光コーティングが施
されている。また、共振器中に配設されたＰＳ分離膜３
３もＰ偏光波を透過し、Ｓ偏光波を反射するものである
。３２は全反射ミラーである。

かかる構成において、ＰＳ分離膜３３によってＰ波成分
のみになって出力されたレーザ光の一部は切出し部１２
で空間的に切り出された後、ビームエキスパンダ１３に
入射され、ここで一方向または全方向に拡大される。拡
大された光はＰＳ分離膜３０を透過した後λ／４板３１
に入射され、該λ／４板３１によって円偏光となって波
長選択素子１４に入射される。この波長選択素子１４に
よって狭帯域化されたレーザ光は再度λ／４板３１を透
過することでその偏光方向が９０″回転されて、すなわ
ちＰ波からＳ波に変換されてＰＳ分離ｒＩＩＡ３０に再
入射される。すなわち、λ／４板３１はレーザ光を往復
通過させることでλ／２板つまり偏波面回転器と同じ働
きをし、これによりＰ波をＳ波に変換する。

このようにしてＳ波に変換された狭帯域化光はＰＳ分離
膜３０で反射され、さらに全反射ミラー３２、ＰＳ分離
膜３３で反射された後レーザチャンバ１１に入射されて
増幅される。このレーザ光はさらに全反射ミラー１５に
よってλ／４板１６を折り返すことでＳ波がＰ波に変換
された後、再びレーザチャンバ１１内のレーザ媒質を通
過することで増幅され、この後ＰＳ分離膜３３を透過し
て出力される。

なお、この第２図の実施例ではＰ偏光を出力光としてい
るが、Ｓ偏光を出力光としてもよい。その場合には、Ｐ
Ｓ分離膜３０．３３をＳ偏光透過、Ｐ偏光反射とするよ
うにすればよい。また、他の構成としてここでは図示し
ないが、レーザ媒質から出たＳ偏光をＰ偏光透過Ｓ偏光
反射するＰＳ分離膜で反射させそのＳ偏光を出力光とす
るとともに、この光の一部を切り出してビームエキスパ
ンダに入射させて拡大し、さらにＰ偏光透過Ｓ偏光反射
するＰＳ分離膜で反射させた後λ／４板を透過させ、さ
らに波長選択素子に入反射させた後λ／４板を再透過さ
せることでＰ偏光に変換し、さらにＰＳ分離膜を透過さ
せた後この狭帯域化されたＰ偏光の光をレーザ媒質の出
力側に配しであるＰＳ分離膜を透過させてレーザ媒質に
導入して増幅し、さらにλ／４板を往復させることでＰ
偏光をＳ偏光に変換して再びＰＳ分離膜により反射させ
て出力として取り出すようにする構成も考えられる。ま
た、第２図の実施例では、偏光方向を９０°回転してＰ
偏光をＳ偏光に、またはＳ偏光をＰ偏光に変換するのに
、λ／４板を使用しているが、他にプリズムリターダ、
ミラーによるリターダなどを用いるようにしてもよい。

さらに第２図の実施例におけるλ／４板１６をレーザチ
ャンバ１１とＰＳ分離膜３３との間に位置させるように
してもよい。

第６図は、第２図に示した実施例の切出し部１２に第３
図（ａ）に示した平面ミラー１７を用い、第２図のビー
ムエキスパンダ１３として第４図（ａ）に示したプリズ
ムビームエキスパンダ１８を用い、第２図の波長選択素
子１４として第５図（ａ）に示したエタロン３を用いて
構成したものであり、プリズムビームエキスパンダ１８
は切り出した長方形状のレーザ光の短い辺の方向のみを
拡大するようにしている。３５は、レーザチャンバのウ
ィンドウであり、３４は全反射ミラーである。なお、こ
の場合λ／４板３１を２枚のエタロン３の間、あるいは
エタロン３と全反射ミラー３４の間に配設するようにし
てもよい。

かかる第６図の構成によれば、ミラー１７によるレーザ
光の切出し、およびプリズムビームエキスパンダ１８に
よるレーザ光の拡大によりビーム広がりを小さくするこ
とができるとともに、レーザ光をエタロン３を往復させ
ているので、選択波長線幅をより狭くすることができる
。また、エタロン３は一般に入射光のビーム広がりが小
さくなると、透過波長線幅を狭くすることができかつス
ループットを高くすることができるので、この構成によ
れば従来の偏光結合型共振器よりも高効率で波長線幅を
狭くすることができる。

第７図は、第６図のエタロン３および全反射ミラー３４
をグレーティング５に変更したものであり、この配置は
第５図（ｃ）に示すようなりドロー配置となっている。

この場合にはグレーティング５の線引き方向とプリズム
ビームエキスパンダ１８による光の拡大方向を略一致さ
せである。ここで採用するグレーティング５としては前
述したようにニジエールグレーティングが最適である。

ニジエールグレーティングは溝の頂角かほぼ垂直となっ
ており、また大きなブレーズ角のものを製作可能なため
高効率で高分解能である。したがって、エキシマレーザ
において狭帯域化する場合、レーザ光の入射角または回
折角がニジエールグレーティングのブレーズ角とほぼ一
致するようにリトロ−配置することによって高効率で狭
帯域化することができる。

一般に、グレーティングの場合は選択波長線幅は入射す
る光のビーム広がりに大きく依存する。

この第７図に示す構成では、グレーティングに入射する
光のビーム広がり角を従来に比べて大幅に小さくするこ
とができるので、選択波長線幅を従来に比べて狭くする
ことができるとともに、回折効率を高くすることができ
る。

第８図は、レーザ光のフィードバック経路におけるＰ波
からＳ波への変換を先の実施例のようなλ／４板へのレ
ーザ光の往復で行なうのではなく、λ／２板３６によっ
て行うようにしたものであり、３２．３４は全反射ミラ
ー　３６４よλ／２板、１６．３３はＰ波透過Ｓ波反射
のＰＳ分離膜である。

第９図はレーザチャンバ１１中のレーザ光の往路と復路
を分割した例であり、切出し部１２で空間的に切り出さ
れた光は、ビームエキスパンダ１３で拡大された後、Ｐ
偏光透過Ｓ偏光反射するＰＳ分離膜３０に入射され、こ
こでＰ偏光成分のみが透過される。このＰ偏光成分は、
λ／４板３１に入射された後波長選択素子１４に入射さ
れ、ここで狭帯域化された後再度λ／４板３１を透過す
ることでＰ波からＳ波に変換されてＰＳ分離膜３０に再
入射される。このＳ波はＰＳ分離膜３０で反射された後
、全反射ミラー３２でさらに反射されてλ／２板３６に
入射され、このλ／２板３６を経ることでＰ波に変換さ
れる。Ｐ波に変換された光は全反射ミラー３７で反射さ
れてレーザチャンバ１１に入射されて増幅され、さらに
２枚の全反射ミラー３８．３９によって光軸を移動され
た後再びレーザ媒質中を通過することでさらに増幅され
た後出力される。

第１０図は波長選択素子１４にエタロンなどの透過型の
ものを用い、波長選択素子１４を透過した光を全反射ミ
ラー３４．３２．３７によってレーザチャンバ１１に導
いたものであり、かつレーザチャンバ１１中のレーザ光
は往路と復路に分割されている。

第１１図は切出し部１２で出力光の一部を切出してその
光を波長選択素子１４を透過させて狭帯域化した後、そ
の光をビームエキスパンダ１３に入射して拡大した後レ
ーザ媒質に導入するようにした他の原理を示す図である
。またここでは図示していないが、切出し部で切り出し
た光を一部ビームエキスパンダで拡大した後波長選択素
子１４を透過させて狭帯域化した後、さらにビームエキ
スパンダで拡大した後レーザ媒質に導入するようにして
もよい。

第１２図は、この原理を用いて構成した具体例を示すも
のであり、この場合は切り出した光に、拡大→狭帯域化
−縮小−拡大を施した後レーザチャンバ１１に帰還させ
るようにしている。

すなわち、第１２図において、Ｐ偏光で出力された光を
平面ミラー１７により長方形状に切出し、該切り出した
長方形状の光の短い方向をプリズム４０．４１から成る
プリズムビームエキスパンダにより拡大することでビー
ム塩がり角を小さくしてグレーティング５に入射する。

この場合、グレーティング５は反射した回折角と入射角
とが多少異なるように配置しである。したがって、グレ
ーティング５で狭帯域化されて反射された回折光はプリ
ズム４０．４１によって今度は縮小される。

この縮小された回折光は全反射ミラー４２によって反射
された後プリズム４３に入射され、プリズム４３によっ
て再拡大される。このようにして拡大された光は全反射
ミラー３２を介してλ／２板３６に入射され、このλ／
２板３６を経ることでＳ波に変換される。このＳ偏光は
Ｐ透過８灰射のＰＳ分離膜３３で反射されてレーザチャ
ンバ１１に入射されて増幅された後λ／４板１６、全反
射ミラー１５、λ／４板１６を経ることでＰ波に変換さ
れてレーザチャンバ１１に再入力され、レザチャンバ１
１で再び増幅された後ＰＳ分離膜３３を介して出力され
る。

かかる構成では、グレーティング５の入射角と回折角を
多少異なるようにすることて、入射光と回折光を分離し
ているため、グレーティング５のブレーズ角と発振波長
が一致していない場合容易に補正することができる。な
お、この第１２図の構成においても、先の第１０図のよ
うに往路と復路を空間的に分離して増幅する変形が可能
である。

また、この第１２図の構成において、グレーティング５
をエタロン３に変更するようにしてもよい。

ただし、エタロン３の場合は異なる角度で光を入射させ
ると選択波長が異なるため、エタロン３を透過した光を
ビームエキスパンダで拡大した後レーザ媒質に帰還させ
るようにしたほうがよい。

第１３図はレーザ媒質（レーザチャンバ１１）とビーム
エキスパンダ１３とを組み合わせて構成した場合の原理
図を示すものであり、第１４図はその具体構成例である
。

第１４図においては、ビームエキスパンダ１３をレーザ
チャンバ１１と全反射ミラー３９との間に配設している
。すなわち、この構成においては、切出し部１２によっ
て出力光の一部を空間的に切出し、その光を波長選択素
子１４を通過させることで狭帯域化し、さらに狭帯域化
した光を全反射ミラー３４．３２．３７を介してレーザ
チャンバ１１に入射させて増幅する。増幅された光は２
枚の全反射ミラー３８．３９により光軸を移動させて折
り返され、ビームエキスパンダ１３によって拡大された
後、再びレーザチャンバ１１で増幅されて出力される。

第１５図は第１３図の原理を用いた他の構成を示すもの
であり、この場合、レーザ出力光は先の第３図（Ｃ）に
示した切出し部の構成、すなわち全反射ミラー１７によ
って切り出される。切り出された光は２枚のプリズム５
０．５１から成るプリズムビームエキスパンダによって
切り出した光の断面の短い方向を拡大してビーム塩がり
角を小さくし、グレーティング５に入射される。グレー
ティング５は入射角と回折角が多少異なるようにその角
度が設定されている。グレーティング５によって狭帯域
化された回折光はプリズム５０．５１．５２によって屈
折されることで光軸が曲げられてシリンドリカル状の凹
レンズ５３に入射され、該凹レンズ５３によってビーム
が広げられかつシリンドリカル状の球面波の状態でレー
ザチャンバ１１に入射される。そして、レーザチャンバ
１１で増幅されたレーザ光はシリンドリカル状の凹面ミ
ラー５４によって平面波に変換されて折り返され、再び
レーザチャンバ１１で増幅された後、全反射ミラー１７
で反射されて出力される。

かかる構成においては、シリンドリカル状の凹レンズ５
３とシリンドリカル状の凹面ミラー５４の焦点位置が略
一致するように配置することによってレーザチャンバ１
１中を光が往復するときビームを拡大するようにしてい
る。この場合は、プリズム５２と凹レンズ５３によって
光軸を曲げて球面波に変換するようにしているが、プリ
ズム５２の代わりにミラーを用いるようにしてもよく、
あるいはプリズム５２と凹レンズ５３の代わりにシリン
ドリカル状の凸面ミラーを用いるようにしてもよい。

第１６図は波長選択素子１４とビームエキスパンダ１３
との機能を一体化させた構成の原理図を示すものであり
、第１７図はその具体構成例である。

すなわち、第１７図においては、グレーティング５を入
射角と回折角が異なるように配置して狭帯域化された回
折光を拡大するようにすることで、グレーティング５に
波長選択素子とビームエキスパンダとの機能を共用させ
るようにしている。この場合グレーティング５の拡大方
向は前記同様切り出した光の断面の短い方向を拡大する
ようにしている。グレーティング５で反射された光は全
反射ミラー３２．３７で反射された後レーザチャンバ１
１に入射され増幅され、この後２枚の全反射ミラー３８
．３９によって光軸を移動されて折り返された後、レー
ザチャンバ１１で再増幅されて出力される。

なお、この波長選択素子とビームエキスパンダとの機能
を共用させた構成においても、例えば先の第２図のよう
にＰＳ分離膜によりＰ偏光とＳ偏光とを分離し、Ｓ偏光
をＰ偏光に完全に変換してレーザ媒質中に導入するよう
にしてもよい。ただし、この場合は第２図のようにＰ偏
光をＳ偏光に変換するλ／４板やλ／２板などのリター
ダを切出し部１２からレーザ媒質１１までの光路中に配
置する必要がある。

なおこの発明は、エキシマレーザ以外の他の狭帯域発振
レーザ装置にも適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、（１）田刃先の
一部を切出し、ビームエキスパンダにより拡大して波長
選択素子に入射した後レーザチャンバに帰還するように
しているため、エネルギー密度が非常に小さくなり、波
長選択素子の寿命が飛躍的に延びると其に、選択波長の
シフト量も非常に小さくなる。

（２）波長選択素子に入射する光のビーム広がり角を小
さくすることができるため、波長線幅を極限的に狭くす
ることができ、かつ狭帯域化効率も飛躍的に向上する。

（３）アパーチャなどで発振領域を狭く制限する必要が
ないので、レーザの放電幅を広くできかつエネルギー密
度を小さくしても効率よく発振ができるために、電極消
耗によりスペクトル特性が影響を受けに＜＜、放電電極
の寿命を実質的に延ばすことができる。

（４）ビームエキスパンダによって切り出したレーザ光
の一方向のみを拡大するようにすれば、横モード数をほ
とんど減らすこと無く発振させることができる。

等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一原理を示す概念図、第２図は第１
図の原理を用いた具体例を示す図、第３図は切出し部の
具体構成を示す図、第４図はビームエキスパンダの具体
構成例を示す図、第５図は波長選択素子の具体構成例を
示す図、第６図乃至第１０図はそれぞれ第１図の原理を
用いた他の具体例を示す図、第１１図はこの発明の他の
原理を示す概念図、第１２図は第１１図の原理を用いた
具体例を示す図、第１３図はこの発明のさらに他の原理
を示す概念図、第１４図および第１５図は第１３図の原
理を用いた具体例を示す図、第１６図はこの発明のさら
に他の原理を示す概念図、第１７図は第１６図の原理を
用いた具体例を示す図、第１８図は従来技術を示す図で
ある。 ３・・・エタロン、　　５・・・グレーティング、１１
・・・レーザ媒質、　１２・・・切出し部、１３・・・
ビームエキスパンダ、　１４・・・波長選択素子、 １６゜ １・・・λ／４板、 ３０゜ ３・・・ｐｓ分離膜、 ６・・・λ／２板、 （Ｃ） 第３図 第１図 （ａ） （ｂ） 第４図 （Ｑ） （ｂ） （Ｃ） （ｄ） 第５図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）レーザ媒質から出力されたレーザ光の一部を切り
   出す切出し手段と、 該切り出されたレーザ光を拡大するビーム拡大手段と、 該拡大されたレーザ光を狭帯域化する波長選択素子と、 該狭帯域化されたレーザ光をレーザ媒質に帰還させる帰
   還手段と、 を具えるようにした狭帯域発振レーザ装置。 （２）前記帰還手段により帰還されるレーザ光の光軸と
   前記レーザ媒質から出力されるレーザ光の光軸を異なら
   せる手段を更に具える請求項（１）記載の狭帯域発振レ
   ーザ装置。（３）レーザ媒質から出力されたレーザ光の
   一部を切り出す切出し手段と、 該切り出されたレーザ光を狭帯域化する波長選択素子と
   、 該狭帯域化されたレーザ光を拡大するビーム拡大手段と
   、 該拡大されたレーザ光をレーザ媒質に帰還させる帰還手
   段と、 を具えるようにした狭帯域発振レーザ装置。 （４）レーザ媒質から出力されたレーザ光の一部を切り
   出す切出し手段と、 該切り出されたレーザ光を狭帯域化する波長選択素子と
   、 該狭帯域化されたレーザ光をレーザ媒質に帰還させる帰
   還手段と、 該帰還されたレーザ光が出力されるまでの光路中に配設
   されて狭帯域化されたレーザ光を拡大するビーム拡大手
   段と、 を具えるようにした狭帯域発振レーザ装置。 （５）前記帰還手段により帰還されるレーザ光の光軸と
   前記レーザ媒質から出力されるレーザ光の光軸を異なら
   せる手段を更に具え、前記ビーム拡大手段をこの手段と
   前記レーザ媒質との間に配設するようにしたことを特徴
   とする請求項（１）記載の狭帯域発振レーザ装置。 （６）レーザ媒質から出力されたレーザ光の一部を切り
   出す切出し手段と、 該切り出されたレーザ光を拡大すると同時に狭帯域化す
   るグレーティングと、 該グレーティングの回折光をレーザ媒質に帰還させる帰
   還手段と、 を具えるようにした狭帯域発振レーザ装置。