JPH05315679A - 狭帯域化レーザ発振装置 - Google Patents

狭帯域化レーザ発振装置

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JPH05315679A
JPH05315679A JP11859492A JP11859492A JPH05315679A JP H05315679 A JPH05315679 A JP H05315679A JP 11859492 A JP11859492 A JP 11859492A JP 11859492 A JP11859492 A JP 11859492A JP H05315679 A JPH05315679 A JP H05315679A
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JP
Japan
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prism
laser
laser light
section
narrowing
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Pending
Application number
JP11859492A
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English (en)
Inventor
Tatsuo Enami
龍雄 榎波
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 レーザ媒質を励起しビーム断面がほぼ矩形状
になるレ−ザ光を発生する励起部と、この励起部の一端
側からのレ−ザ光を反射する第1の共振ミラーと、上記
励起部の他端側からのレ−ザ光の一部をこのレ−ザ光の
光路外にビーム断面を拡大して分岐するように設けられ
たプリズムと、このプリズムを透過したレ−ザ光を狭帯
域化する狭帯域化素子と、この狭帯域化素子を透過した
レ−ザ光を反射し上記第1の共振ミラーと光共振する第
2の共振ミラーとを備え、上記プリズムはほぼ同厚の複
数枚の積層体からなり少なくとも上記レ−ザ光の光路に
挿入される入射側が段差状になりそれぞれの出射側が入
射ビームを同一方向に出射するように揃えられているこ
とを特徴とする狭帯域化レ−ザ発振装置。 【効果】 狭帯域化されたレ−ザ光の強度分布が平坦化
し、リソグラフィ技術では均一な露光が得られ、より高
精細な微細化が可能になった。また、段差によって干渉
がなくなり、スペックルパターンの発生量が著しく低減
され、転写パターンへの悪影響がほとんどなくなった。

Description

【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は狭帯域化レ−ザ発振装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】レ−ザ光を用いて露光を行う場合、1ミ
クロン程度の微細パターンを精度良く露光するために、
たとえばKrFエキシマレーザから出力される短波長(2
48nm)のレ−ザ光を用いることが試みられている。
【0003】レ−ザ光の波長が短くなると、色々な材料
のレンズを組合わせて色収差補正を行うことが難しい。
そこで、レ−ザ光のスペクトル幅を狭帯域化して取出
し、露光精度の向上を図るようにしている。図10に一
般的な狭帯域化レーザ発振装置を示す。図中(1) は両端
に窓(1a),(1b) が形成された気密容器である。この気密
容器(1) 内にはNe(ネオン)、F2 (ふっ素)および
Kr(クリプトン)を所定の割合で混合してなるガスレ
ーザ媒質が充填されている。また、気密容器(1)内には
一対の主電極(2) が離間対向して配設されている。これ
ら主電極2に電気エネルギを供給して主放電を発生させ
ると、上記ガスレーザ媒質が励起されてレ−ザ光(L)
が発生するようになっている。
【0004】上記気密容器(1) の光軸方向一端側には、
レ−ザ光Lを所定のスペクトル幅に狭帯域化する狭帯域
化手段としてのエタロン(3) およびこのエタロン(3) で
狭帯域化されたレ−ザ光Lを上記気密容器(1) へ戻す高
反射ミラー(4) とが順次配設されている。
【0005】一方、気密容器(1) の他端側には上記高反
射ミラー(4) とで光共振器を構成する出力ミラー(5) が
配設されている。この出力ミラー(5) からは、エタロン
(3)で狭帯域化され、高反射ミラー(4) で反射して気密
容器(1) で増幅されたレ−ザ光(L)が出力されるよう
になっている。
【0006】出力ミラー(5) から出力されたレ−ザ光
(L)の一部はハーフミラー(6) で分割され、たとえ
ば、ファブリーベロー干渉計を用いたスペクトルモニタ
(7) に入射する。このスペクトルモニタ(7) ではスペク
トル分布(干渉縞)が表示され、そのスペクトル分布か
らエタロン(3) の特性および状態によって決定されるレ
−ザ光(L)のスペクトルが測定される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の狭帯
域化レーザ発振装置においては、スペクトル幅は狭めら
れるが、同時に横モードも制御され、空間的コヒーレン
ス度が高くなる。縮小転写のリソグラフィなどに上記レ
−ザ光(L)を用いると、スペックルパターンが発生
し、転写パターンに悪影響を与える。また、図11に示
すように上記レ−ザ光(L)の強度分布、たとえば出力
ビームのゲイン長手方向(ビーム縦方向)のエネルギー
の強度分布(E1)は中心部と周辺部との強度差が大き
い分布になっている。リソグラフィ技術ではこのような
強度分布では露光量が不均一となってしまうため特に強
度分布の均一化が望まれている。
【0008】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、スペックルパターンの発生量を低減し、均一な
強度分布のレ−ザ光を出力する狭帯域化レーザ発振装置
を提供することを目的とする。 [発明の構成]
【0009】
【課題を解決するための手段と作用】レーザ媒質を励起
しビーム断面がほぼ矩形状になるレ−ザ光を発生する励
起部と、この励起部の一端側からのレ−ザ光を反射する
第1の共振ミラーと、上記励起部の他端側からのレ−ザ
光の一部をこのレ−ザ光の光路外にビーム断面を拡大し
て分岐するように設けられたプリズムと、このプリズム
を透過したレ−ザ光を狭帯域化する狭帯域化素子と、こ
の狭帯域化素子を透過したレ−ザ光を反射し上記第1の
共振ミラーと光共振する第2の共振ミラーとを備え、上
記プリズムはほぼ同厚の複数枚の積層体からなり少なく
とも上記レ−ザ光の光路に挿入される入射側が段差状に
なりそれぞれの出射側が入射ビームを同一方向に出射す
るように揃えられているもので、ビーム断面の一片側が
段差状になり、段差を形成する個々のビーム間の干渉が
なくなる。
【0010】
【実施例】以下、実施例を示す図面に基づいて本発明を
説明する。図1は本発明の第1の実施例で、図10と共
通する部分には同一符号を付してある。すなわち、気密
容器(1) の一端側には窓(1a)に反射面を対向して第1の
高反射ミラー(10)が一対の主電極間になる光軸とほぼ同
軸にされて設けられている。気密容器(1) の他端側にお
いて、高反射ミラー(10)から反射し窓(1b)から出力する
レ−ザ光(L)の光路には、複数個の同形のプリズムを
積層し、積層全体の厚さがレ−ザ光(L)の矩形断面の
長手方向とほぼ同じになる複合プリズム(11)が上記光路
にその一部を挿入しレ−ザ光(L)の一部を拡大ビーム
(12)にしてレ−ザ光(L)の光路外に分岐するように設
けられている。この複合プリズム(11)は図2に示すよう
に、本実施例ではほぼ同厚で同形の5個の三角プリズム
(11a) 乃至(11e) で構成され、上記光路に挿入される側
の側面は複合プリズム(11)の中央部になる三角プリズム
(11c) を頂部にして所定の段差dで両側に引っ込む形の
段差状になっている。したがって、複合プリズム(11)の
出射側は上記と逆の段差部を形成するが、入射ビームを
同一方向に出射するようそれぞれの出射端面は一方向に
揃えられている。また、上記段差dはプリズムの個数を
Nとしたとき、2.5/(N+1)mmを目安とする。
なお、それぞれの三角プリズムを同形とせず上記d分ず
つ小さくしていった相似形のものを積層した複合プリズ
ムを用いてもよい。その場合は図3に示すように出射側
の端面を同一平面にした複合プリズム(13)となる。上記
拡大ビーム(12)の光路には第1の高反射ミラー(10)と光
共振器を構成する第2の高反射ミラー(14)が設けられて
いる。この第2の高反射ミラー(14)と複合プリズム(11)
との間には狭帯域化素子として第1,第2のエタロン(1
5),(16) が設けられている。
【0011】上記の構成で、複合プリズム(11)で分岐し
た拡大ビーム(12)は第1、第2の高反射ミラー(10),(1
4) の光共振の増幅過程で第1,第2のエタロン(15),(1
6) によって狭帯域化され窓(1b)からレ−ザ光(L)と
なって出力される。このレ−ザ光(L)は分岐された拡
大ビーム(12)分が切欠されるので、複合プリズム(11)の
レ−ザ光(L)への挿入部分に応じるとともに、ビーム
の長手方向の1辺が上記入射側の段差部の形状と逆の形
状の段差部となった図4に示すようなビーム断面(17)の
出力ビーム(La)に形成される。すなわち、出力ビー
ム(La)の形状は長手方向の1辺が中央部分から両側
にせり上る段差部となっているので、中央部分のエネル
ギ強度は減少され周辺に行くに従って増加することにな
る。この結果、出力ビーム(La)は図5に示すような
強度差が平坦化したエネルギ分布(E2)となる。エネ
ルギ分布(L1)ではエネルギの高低差がほぼ20%で
あったが、エネルギ分布(E2)の場合ではそれがほぼ
8%と大幅に減じる結果を得た。なお、上記第1の実施
例で狭帯域化素子として第1,第2のエタロン(15),(1
6) を設けたが、狭帯域化素子としてはこれらに変えて
回折格子を設けるようにしてもよい。その場合、回折格
子が一方の共振ミラーを兼ねるので第2の高反射ミラー
は不必要となる。
【0012】図6は本発明の第2の実施例で、相似形の
4個の直角三角形の面を有したプリズム(20a) 乃至(20
d) をそれらの斜辺部分を段差に形成して積層した複合
プリズム(21)をレ−ザ光(L)の光路に上記第1の実施
例における複合プリズム(11)の設置と同様に設けたもの
である。図7はプリズム(20c),(20d) のビーム短手方向
において、出射ビーム(Ln)に重なるビーム(L
a)、(Lb)の光路差(L0 )を示している。複合プ
リズム(21)への入射角をθ1 、各プリズム(20a) 乃至(2
0d) の屈折率をn1 、プリズムの頂角をθ2 、段差をd
0 とすると、光路差(Ld)は{(n1 d0 )×〔1−
cos(θ1 −θ2 )〕}/ cosθ2 となる。
【0013】上記第2の実施例において、複合プリズム
(21)で分岐されずに直進する出力ビームは図8に示すよ
うに、ビームの長手方向の側が一方向に傾斜する階段状
の段差部になるビーム断面(22)に形成される。このビー
ム断面において段差を形成する各断面(S1),(s2),(s3),
(S4) における位相は、複合プリズム(21)の個数が4の
場合、d0 を(πmn1 cosθ2 )/2〔1−cos
(θ1 −θ2 )〕にとることによってそれぞれ1/2π
ずつずれる。このことから、隣り合うビーム断面〔(S
1),(s2) 〕、〔(S2),(s3) 〕、〔(S3),(s4) 〕のビーム
どうしは干渉し難くなる。さらに、ビームインテグレー
タなどを用いて積分を行うと各断面(S1),(s2),(s3),(S
4) におけるそれぞれのビームは位相が違うから互いに
打ち消しあうのでさらに干渉し難くなる。以上のことか
らビームの空間的コヒーレンス度が低下する。また、プ
リズムの個数Nの数に比例して、スペックルパターンの
発生量は小さくなる。
【0014】上記第2の実施例では複合プリズムのレ−
ザ光の光路に挿入される側を一方向に傾斜した階段状に
形成したが、この形状に限らず上記第1の実施例のよう
な凸上または図9に示す凹状の段差形状の複合プリズム
(23)としてもよい。さらに上記第2の実施例では段差の
傾斜方向と主電極である陰極および陽極との関係はない
ので、たとえばプリズム(20a) 側に陰極または陽極を配
置した形になってもよい。
【0015】
【発明の効果】複数のプリズムを積層して形成した複合
プリズムのレ−ザ光の光路に挿入される側に段差をつ
け、段差形状を中央のプリズムが頂部となる凸状に形成
することで狭帯域化されたレ−ザ光の強度分布が平坦化
し、リソグラフィ技術では均一な露光が得られ、より高
精細な微細化が可能になった。また、段差によって干渉
がなくなり、スペックルパターンの発生量が著しく低減
され、転写パターンへの悪影響がほとんどなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す構成図である。
【図2】図1における複合プリズムの部分斜視図であ
る。
【図3】本発明の第1の実施例における変形例を示す部
分斜視図である。
【図4】本発明の第1の実施例で得られるレーザビーム
断面図である。
【図5】本発明の第1の実施例で得られるレーザビーム
のエネルギ分布図である。
【図6】本発明の第2の実施例における複合プリズムの
部分斜視図である。
【図7】本発明の第2の実施例における光路差を説明す
る図である。
【図8】本発明の第2の実施例で得られるレーザビーム
断面図である。
【図9】本発明の第2の実施例における変形例を示す部
分斜視図である。
【図10】従来例を示す構成図である。
【図11】従来で得られるレーザビームのエネルギ分布
図である。
【符号の説明】
(1) …気密容器、(10)…第1の高反射ミラー、(11),(1
3),(21),(23) …複合プリズム、(14)…第2の高反射ミ
ラー、(15), (16)…第1、第2のエタロン。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ媒質を励起しビーム断面がほぼ矩
    形状になるレ−ザ光を発生する励起部と、この励起部の
    一端側からのレ−ザ光を反射する第1の共振ミラーと、
    上記励起部の他端側からのレ−ザ光の一部をこのレ−ザ
    光の光路外にビーム断面を拡大して分岐するように設け
    られたプリズムと、このプリズムを透過したレ−ザ光を
    狭帯域化する狭帯域化素子と、この狭帯域化素子を透過
    したレ−ザ光を反射し上記第1の共振ミラーと光共振す
    る第2の共振ミラーとを備え、上記プリズムはほぼ同厚
    の複数枚の積層体からなり少なくとも上記レ−ザ光の光
    路に挿入される入射側が段差状になりそれぞれの出射側
    が入射ビームを同一方向に出射するように揃えられてい
    ることを特徴とする狭帯域化レ−ザ発振装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の記載の狭帯域化レ−ザ発振装
    置において、プリズムは奇数枚からなり中央のプリズム
    を頂部にした段差状に形成されていることを特徴とする
    狭帯域化レ−ザ発振装置。
  3. 【請求項3】 請求項1の記載の狭帯域化レ−ザ発振装
    置において、プリズムは一方から他方に向けて上記励起
    部の中央に近ずく傾斜に形成されていることを特徴とす
    る狭帯域化レ−ザ発振装置。
  4. 【請求項4】 請求項1の記載の狭帯域化レ−ザ発振装
    置において、プリズムは奇数枚からなり中央のプリズム
    を中心にして凹状の段差に形成されていることを特徴と
    する狭帯域化レ−ザ発振装置。
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