JPH05102584A - 狭帯域化レーザ発振装置 - Google Patents
狭帯域化レーザ発振装置Info
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- JPH05102584A JPH05102584A JP3258988A JP25898891A JPH05102584A JP H05102584 A JPH05102584 A JP H05102584A JP 3258988 A JP3258988 A JP 3258988A JP 25898891 A JP25898891 A JP 25898891A JP H05102584 A JPH05102584 A JP H05102584A
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- Japan
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Lasers (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、レーザ励起体積を有効に利用し、レ
ーザ光の取り出し効率を向上させることにより高出力化
を図り、さらに空間コヒーレントを低減し、スペックル
の発生を回避した狭帯域化レーザ発振装置を提供するこ
とを目的とする。 【構成】本発明の狭帯域化レーザ発振装置は放電管をは
さんで対向配置する回折格子および部分全反射鏡により
構成された光共振器と、発振波長のスペクトルを狭帯域
化するための波長選択素子とを有している。さらに、開
口を有する凹面シリンドリカル鏡と部分全反射鏡とで構
成される変倍アフォーカル光学系を設けてある。
ーザ光の取り出し効率を向上させることにより高出力化
を図り、さらに空間コヒーレントを低減し、スペックル
の発生を回避した狭帯域化レーザ発振装置を提供するこ
とを目的とする。 【構成】本発明の狭帯域化レーザ発振装置は放電管をは
さんで対向配置する回折格子および部分全反射鏡により
構成された光共振器と、発振波長のスペクトルを狭帯域
化するための波長選択素子とを有している。さらに、開
口を有する凹面シリンドリカル鏡と部分全反射鏡とで構
成される変倍アフォーカル光学系を設けてある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば屈折型の光学系
を有する縮小投影露光装置の光源として使用されるエキ
シマレーザ等のレーザ発振装置に関し、特に狭帯域化さ
れたレーザ発振光を発生するためのレーザ発振装置に関
するものである。
を有する縮小投影露光装置の光源として使用されるエキ
シマレーザ等のレーザ発振装置に関し、特に狭帯域化さ
れたレーザ発振光を発生するためのレーザ発振装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体露光用縮小投影露光において高い
解像度を得るためには、光学系の開口数を大きくするか
露光波長を短くすることが必要となる。一般に、開口数
の増大とともに光学系の焦点深度が減少するので、光源
の短波長化がより望ましい手段であるといえる。なかで
も、エキシマレーザ発振装置は紫外から真空紫外の領域
に発振波長を有するため、露光光源としての応用が多く
試みられている。しかし、このような波長領域で適当な
硝材は合成石英のみであるため、屈折系光学系で色消し
を図ることは一般には容易ではない。そこで、このよう
な屈折型縮小投影露光装置等の光源としては波長の狭帯
域化が必要となる。
解像度を得るためには、光学系の開口数を大きくするか
露光波長を短くすることが必要となる。一般に、開口数
の増大とともに光学系の焦点深度が減少するので、光源
の短波長化がより望ましい手段であるといえる。なかで
も、エキシマレーザ発振装置は紫外から真空紫外の領域
に発振波長を有するため、露光光源としての応用が多く
試みられている。しかし、このような波長領域で適当な
硝材は合成石英のみであるため、屈折系光学系で色消し
を図ることは一般には容易ではない。そこで、このよう
な屈折型縮小投影露光装置等の光源としては波長の狭帯
域化が必要となる。
【０００３】図５に雑誌（Ｃａｎ．Ｊ．Ｐｈｙｓ，６
３，２１４（’８５））より引用した従来の狭帯域化エ
キシマレーザ発振装置の構成の概念図を示す。図５にお
いて、全反射鏡５２および半透過鏡５３とで構成される
光共振器内に放電管５１が配置されている。放電管５１
には希ガスとハロゲンガスを含む媒質ガスが封入されて
おり、放電励起によりレーザ発振する。光共振器内には
例えばエタロンやプリズムといった波長選択素子５４が
設置されており、さらに、レーザ媒質をはさむようにス
リット５５，５６が設置されている。このような構成の
エキシマレーザ発振装置においては、波長選択素子５４
で選択された特定の波長でのみ発振が得られるので、高
い出力の狭帯域光を得ることができる。
３，２１４（’８５））より引用した従来の狭帯域化エ
キシマレーザ発振装置の構成の概念図を示す。図５にお
いて、全反射鏡５２および半透過鏡５３とで構成される
光共振器内に放電管５１が配置されている。放電管５１
には希ガスとハロゲンガスを含む媒質ガスが封入されて
おり、放電励起によりレーザ発振する。光共振器内には
例えばエタロンやプリズムといった波長選択素子５４が
設置されており、さらに、レーザ媒質をはさむようにス
リット５５，５６が設置されている。このような構成の
エキシマレーザ発振装置においては、波長選択素子５４
で選択された特定の波長でのみ発振が得られるので、高
い出力の狭帯域光を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の狭帯域化エキシマレーザ発振装置においては、波長
選択素子での損失を低減し、有効に機能させるために
は、レーザの横モード次数を低減する必要がある。その
ため低次の横モードのモード体積に応じてスリット幅を
設定する必要がある。しかし、一般に通常の共振器構成
においては、この低次横モードの断面積は小さく、スリ
ット幅は極めて細いものが必要となるため、発光された
レーザ光の極く一部のみを取り出すことになり励起体積
の利用効率が低いため高出力が得られない。また、狭帯
域化するためには横モード数が少ないほど容易である
が、横モード数の低減は高い空間コヒーレンスをもたら
し、半導体露光装置に用いると露光面でスペックルが発
生する。
来の狭帯域化エキシマレーザ発振装置においては、波長
選択素子での損失を低減し、有効に機能させるために
は、レーザの横モード次数を低減する必要がある。その
ため低次の横モードのモード体積に応じてスリット幅を
設定する必要がある。しかし、一般に通常の共振器構成
においては、この低次横モードの断面積は小さく、スリ
ット幅は極めて細いものが必要となるため、発光された
レーザ光の極く一部のみを取り出すことになり励起体積
の利用効率が低いため高出力が得られない。また、狭帯
域化するためには横モード数が少ないほど容易である
が、横モード数の低減は高い空間コヒーレンスをもたら
し、半導体露光装置に用いると露光面でスペックルが発
生する。
【０００５】本発明は、上記課題に着目してなされたも
のであり、励起体積を有効に利用し、レーザ光の取り出
し効率を向上させることにより高出力を得て、さらに空
間コヒーレンスを低減した狭帯域化エキシマレーザ発振
装置を提供することを目的とする。
のであり、励起体積を有効に利用し、レーザ光の取り出
し効率を向上させることにより高出力を得て、さらに空
間コヒーレンスを低減した狭帯域化エキシマレーザ発振
装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ媒質を
はさんで対向配置する全反射鏡および半透過鏡により構
成された光共振器を含むレーザ発振手段と、この発振手
段から発振されたレーザ光の発振波長のスペクトルを狭
帯域化するための光学的分散素子とを有し、開口を有す
る凹面シリンドリカル鏡と大きさの限定された凸面シリ
ンドリカル鏡とで構成される変倍アフォーカル光学系を
レーザ媒質をはさむように光共振器内に設置することを
特徴とする狭帯域レーザ発振装置である。
はさんで対向配置する全反射鏡および半透過鏡により構
成された光共振器を含むレーザ発振手段と、この発振手
段から発振されたレーザ光の発振波長のスペクトルを狭
帯域化するための光学的分散素子とを有し、開口を有す
る凹面シリンドリカル鏡と大きさの限定された凸面シリ
ンドリカル鏡とで構成される変倍アフォーカル光学系を
レーザ媒質をはさむように光共振器内に設置することを
特徴とする狭帯域レーザ発振装置である。
【０００７】
【作用】変倍アフォーカル光学系を使用することによ
り、レーザの励起体積に応じて広い体積からレーザ光を
取り出すことができ、レーザの取り出し効率が高いため
高出力が得られる。また、凹面シリンドリカル鏡に設け
た開口や凸面シリンドリカル鏡の大きさを所望のモード
に応じて設計し得るため、スリットを用いずに狭帯域化
に必要なモードの発振光を得ることができる。さらに、
大きい励起体積に加えて、変倍アフォーカル光学系をシ
リンドリカル鏡で構成することにより、レーザ光がスリ
ット状断面となるため、スリットにより制限されない方
向に関しては高次の横モード光の発生が許容される。す
なわち、マルチ横モードの単一波長レーザ光の発振が可
能となるので、空間的コヒーレンスを低減でき、特に半
導体の露光において問題となるスペックルの発生が回避
できる。
り、レーザの励起体積に応じて広い体積からレーザ光を
取り出すことができ、レーザの取り出し効率が高いため
高出力が得られる。また、凹面シリンドリカル鏡に設け
た開口や凸面シリンドリカル鏡の大きさを所望のモード
に応じて設計し得るため、スリットを用いずに狭帯域化
に必要なモードの発振光を得ることができる。さらに、
大きい励起体積に加えて、変倍アフォーカル光学系をシ
リンドリカル鏡で構成することにより、レーザ光がスリ
ット状断面となるため、スリットにより制限されない方
向に関しては高次の横モード光の発生が許容される。す
なわち、マルチ横モードの単一波長レーザ光の発振が可
能となるので、空間的コヒーレンスを低減でき、特に半
導体の露光において問題となるスペックルの発生が回避
できる。
【０００８】
【実施例】図１に、本発明の第１の実施例を示す。図１
に示される狭帯域化レーザ発振装置は放電管１１をはさ
んで対向配置する回折格子１２および半透過鏡１３によ
り構成された光共振器と、発振波長のスペクトルを狭帯
域化するためのプリズム１４とを有している。レーザ媒
質は電極１８，１９により放電励起される。さらに、光
共振器内に放電管１１をはさみ開口１６を有する凹面シ
リンドリカル鏡１５と大きさの限定された凸面シリンド
リカル鏡１７とで構成される変倍アフォーカル光学系を
設けてある。
に示される狭帯域化レーザ発振装置は放電管１１をはさ
んで対向配置する回折格子１２および半透過鏡１３によ
り構成された光共振器と、発振波長のスペクトルを狭帯
域化するためのプリズム１４とを有している。レーザ媒
質は電極１８，１９により放電励起される。さらに、光
共振器内に放電管１１をはさみ開口１６を有する凹面シ
リンドリカル鏡１５と大きさの限定された凸面シリンド
リカル鏡１７とで構成される変倍アフォーカル光学系を
設けてある。
【０００９】図１の配置でプリズムを用いた狭帯域化に
おいては図中ｘ方向の横モード数が少ないことが必要と
なる。また、エキシマレーザの励起体積のｘｙ平面での
断面図を図２に示す。励起体積２０は一般に、放電方向
に沿って細長い形状となる。そこで、図１に示す電極位
置の場合、ｙ軸に対してのみ曲率を持つシリンドリカル
鏡を配置することにより開口１６をスリット形状とする
ことができる。このとき、開口１６と凸面鏡１７の大き
さを所望の大きさ、形状に設定することにより、ｘ軸方
向の横モード数を制御できる。この場合、ｙ軸方向の横
モード数は制限を受けないため、マルチモードの単一波
長発振が実現され、スペックルの発生を回避することが
可能となる。また、放電管１１の励起体積２０の全域を
利用できるため、レーザ光の取り出し効率が向上する。
おいては図中ｘ方向の横モード数が少ないことが必要と
なる。また、エキシマレーザの励起体積のｘｙ平面での
断面図を図２に示す。励起体積２０は一般に、放電方向
に沿って細長い形状となる。そこで、図１に示す電極位
置の場合、ｙ軸に対してのみ曲率を持つシリンドリカル
鏡を配置することにより開口１６をスリット形状とする
ことができる。このとき、開口１６と凸面鏡１７の大き
さを所望の大きさ、形状に設定することにより、ｘ軸方
向の横モード数を制御できる。この場合、ｙ軸方向の横
モード数は制限を受けないため、マルチモードの単一波
長発振が実現され、スペックルの発生を回避することが
可能となる。また、放電管１１の励起体積２０の全域を
利用できるため、レーザ光の取り出し効率が向上する。
【００１０】図３に、本発明の第２の実施例を示す。第
２の実施例においては、出力側の半透過鏡に部分全反射
鏡３３を用いることに特徴がある。部分全反射鏡３３の
構成を図４に示す。これは凸面シリンドリカル鏡４１と
半透過鏡４２を一体化した構造となっており、図４のＡ
方向からみたとき凸面シリンドリカル全反射部４１の反
射率を１００％，平面半透過部４２の反射率を従来レー
ザの出力鏡程度としたものである。
２の実施例においては、出力側の半透過鏡に部分全反射
鏡３３を用いることに特徴がある。部分全反射鏡３３の
構成を図４に示す。これは凸面シリンドリカル鏡４１と
半透過鏡４２を一体化した構造となっており、図４のＡ
方向からみたとき凸面シリンドリカル全反射部４１の反
射率を１００％，平面半透過部４２の反射率を従来レー
ザの出力鏡程度としたものである。
【００１１】この部分全反射鏡３３の凸面シリンドリカ
ル全反射部４１と凸面シリンドリカル鏡１５とで変倍ア
フォーカル光学系を構成し、部分全反射鏡３３の平面半
透過部４２と全反射鏡５２とで光共振器を構成してい
る。
ル全反射部４１と凸面シリンドリカル鏡１５とで変倍ア
フォーカル光学系を構成し、部分全反射鏡３３の平面半
透過部４２と全反射鏡５２とで光共振器を構成してい
る。
【００１２】エキシマレーザ発振装置においては、レー
ザ上準位の寿命が短いため、反転分布の持続時間が短
く、レーザ光のラウンドトリップが十分でない。そこ
で、図３において、部分全反射鏡３３を用いることによ
り、図１に示したレーザ発振装置よりも短い光共振器長
を実現している。
ザ上準位の寿命が短いため、反転分布の持続時間が短
く、レーザ光のラウンドトリップが十分でない。そこ
で、図３において、部分全反射鏡３３を用いることによ
り、図１に示したレーザ発振装置よりも短い光共振器長
を実現している。
【００１３】
【発明の効果】凹面シリンドリカル鏡に設けた開口や凸
面シリンドリカル鏡の大きさを所望のモードに応じて設
計し得るため、スリットを用いなくとも狭帯域化に必要
なモードでの発振を得ることができる。また、変倍アフ
ォーカル光学系を使用することにより、レーザの励起体
積全域からレーザ光を取り出すことができるため、レー
ザの取出し効率が高く高出力が得られる。さらに、大き
い励起体積に加えて、変倍アフォーカル光学系をシリン
ドリカル鏡で構成することにより、レーザ光がスリット
状断面となる。そのため、マルチ横モードの単一波長レ
ーザ光を発振でき、空間的コヒーレンスを低減できるた
め、特に半導体の露光において問題となるスペックルの
発生が回避できる。
面シリンドリカル鏡の大きさを所望のモードに応じて設
計し得るため、スリットを用いなくとも狭帯域化に必要
なモードでの発振を得ることができる。また、変倍アフ
ォーカル光学系を使用することにより、レーザの励起体
積全域からレーザ光を取り出すことができるため、レー
ザの取出し効率が高く高出力が得られる。さらに、大き
い励起体積に加えて、変倍アフォーカル光学系をシリン
ドリカル鏡で構成することにより、レーザ光がスリット
状断面となる。そのため、マルチ横モードの単一波長レ
ーザ光を発振でき、空間的コヒーレンスを低減できるた
め、特に半導体の露光において問題となるスペックルの
発生が回避できる。
【図１】本発明の第１の実施例における断面図。
【図２】放電電極と励起体積の形状を示す図。
【図３】本発明の第２の実施例における断面図。
【図４】部分全反射鏡の構成を示す図。
【図５】狭帯域化レーザ装置の従来の例を示す図。
１１ 放電管 １２ 回折格子 １３ 半透過鏡 １４ プリズム １５ 凹面シリンドリカル鏡 １６ 開口 １７ 凸面シリンドリカル鏡 １８，１９ 放電電極 ２０ 励起体積 ３２ 全反射鏡 ３３ 部分全反射鏡 ４１ 凸面シリンドリカル全反射部 ４２ 平面半透過部 ５１ 放電管 ５２ 全反射鏡 ５３ 半透過鏡 ５４ 波長選択素子 ５５，５６ スリット
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザ媒質をはさんで対向配置する全反
射鏡あるいは回折格子および半透過鏡により構成された
光共振器を含むレーザ発振手段と、このレーザ発振手段
から発振されたレーザ光の発振波長のスペクトルを狭帯
域化するための光学的分散素子とを有し、開口を有する
凹面シリンドリカル鏡と大きさの限定された凸面シリン
ドリカル鏡とで構成される変倍アフォーカル光学系をレ
ーザ媒質をはさむように光共振器内に配置したことを特
徴とする狭帯域化レーザ発振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3258988A JP2967623B2 (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | 狭帯域化レーザ発振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3258988A JP2967623B2 (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | 狭帯域化レーザ発振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05102584A true JPH05102584A (ja) | 1993-04-23 |
| JP2967623B2 JP2967623B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=17327796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3258988A Expired - Fee Related JP2967623B2 (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | 狭帯域化レーザ発振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2967623B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996031929A1 (fr) * | 1995-04-03 | 1996-10-10 | Komatsu Ltd. | Laser a bande etroite |
| JP2008277617A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Gigaphoton Inc | 光学的パルスストレッチ装置及び露光用放電励起レーザ装置 |
-
1991
- 1991-10-07 JP JP3258988A patent/JP2967623B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996031929A1 (fr) * | 1995-04-03 | 1996-10-10 | Komatsu Ltd. | Laser a bande etroite |
| US6101211A (en) * | 1995-04-03 | 2000-08-08 | Komatsu, Ltd. | Narrow-band laser apparatus |
| JP2008277617A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Gigaphoton Inc | 光学的パルスストレッチ装置及び露光用放電励起レーザ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2967623B2 (ja) | 1999-10-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990721 |
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