JPH09148658A

JPH09148658A - レーザー光源

Info

Publication number: JPH09148658A
Application number: JP7310763A
Authority: JP
Inventors: Soichi Yamato; 壮一大和
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】露光機内部の光学系の光損傷が起こらないよう
にピークパワーを抑えた、低コヒーレンスのパルス光を
照射することができるレーザー光源を提供する。【解決手段】レーザーパルス光１５１〜１５５をそれぞ
れ発生するパルスレーザー部１３１〜１３５と、各パル
スレーザー部での発光タイミングを制御するトリガー信
号発生装置１４と、インジェクション・シードを行うた
めのシード光を連続発生するＹＡＧレーザー光源１１
と、前記シード光を各パルスレーザー部へ導く全反射鏡
１２１及び半透鏡１２２〜１２５とを有し、トリガー信
号発生装置１４は、各パルスレーザー部から出射された
パルス光が互いに重ならないように、各パルスレーザー
部へ順次あるいはランダムに発光タイミングを指示する
ためのトリガー信号を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光源に係
り、特に、半導体製造工程で使用される露光機の光源等
のように、発生したレーザー光を光学系を通して試料表
面に均一に照射するための装置あるいはシステムで用い
られる、低コヒーレンスでスペックルの発生を抑制する
ことができるレーザー光を発生することが可能なレーザ
ー光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報機器の進歩にともない、半導体集積
回路の機能および記憶容量の向上が求められており、そ
のためには集積度を上げる必要がある。集積度をあげる
ためには、個々の回路パターンを小さくすればよいが、
最小パターン寸法は、製造過程で使用される露光機の性
能で決まる。

【０００３】露光機は、マスク上に作られた回路パター
ンを、光学的に半導体ウェハーに投影、転写する。その
際のウェハー上での最小パターン寸法Ｒは、露光機で投
影に用いられる光の波長λ、投影レンズの開口数ＮＡに
よって、以下の式で与えられる。

【０００４】Ｒ＝Ｋ・λ／ＮＡここで、Ｋは、照明光学系やプロセスによって決まる定
数であり、通常０．５から０．８程度の値をとる。

【０００５】解像度を向上させる、すなわち最小パター
ン寸法Ｒを小さくする努力は、この定数Ｋを小さくしよ
うとする方向と、開口数ＮＡを大きくする方向、そし
て、露光光の波長λを小さくする方向に向かってなされ
ている。

【０００６】定数Ｋを小さくする方法は、まとめて広い
意味での超解像と呼ばれている。今までに、照明光学系
の改良、変形照明、フェーズシフトマスク法などが提
案、研究されてきた。しかし、適用できるパターンに条
件があるなどの難点があった。一方、開口数ＮＡは、大
きいほど最小パターン寸法Ｒを小さくできるが、同時に
焦点深度が小さくなってしまうので、大きくするのにも
限界がある。通常０．５から０．６程度が適当とされて
いる。

【０００７】したがって、最小パターン寸法Ｒを小さく
するのに最も単純かつ有効なのは、露光に用いる光の波
長λを小さくすることであり、短波長の光を発生する、
露光機の光源を提供することである。

【０００８】ここで、露光機の光源を作るうえでは、短
波長化を実現する以外にも、備えるべき条件がいくつか
ある。以下、これらの条件について説明する。

【０００９】第１に、数ワットの光出力が求められる。
これは、集積回路パターンの露光・転写に要する時間を
短く保つために必要である。

【００１０】第２に、波長３００ｎｍ以下の紫外光の場
合、露光機のレンズとして使える材料が限られ、色収差
の補正が難しくなることから、発光スペクトルの線幅を
１ｐｍ以下にすることが求められる。

【００１１】第３に、この狭い線幅にともない時間的コ
ヒーレンス（干渉性）が上がるため、狭い線幅の光をそ
のまま照射すると、スペックルと呼ばれる不要な干渉パ
ターンが生ずる。したがって、これを消すために、光源
ではその空間的コヒーレンスを低下させる必要がある。

【００１２】次に、従来使用されてきた代表的な露光機
用光源について説明すると共に、各光源が、以上のよう
な条件を満たし、かつ、紫外光を発生しようとする場合
の問題点について説明する。

【００１３】（１）水銀ランプ水銀ランプの発光輝線のうち、ｇ線（波長４３６ｎｍ）
およびｉ線（波長３６５ｎｍ）が用いられてきた。この
とき得られる最小パターン寸法（以下では最小寸法と呼
ぶ）はそれぞれ、約５００ｎｍおよび約３５０ｎｍであ
る。これらの光源のスペクトル線幅は、後述するレーザ
ーより広く、したがって、時間的なコヒーレンスが低か
った。線幅が広くても、これらの波長ではレンズの色収
差の補正が可能であったので、従来は問題はなかった。
また、水銀ランプの空間的コヒーレンスもレーザーに比
べれば低く、これらのふたつのコヒーレンスの低さか
ら、スペックルの発生は問題とならなかった。

【００１４】しかし、上記水銀輝線は波長が長く、新し
く要求される最小寸法に対応することが困難になってき
た。水銀輝線の、より短波長の紫外輝線を使う方法も一
部で用いられたが、そのスペクトル線幅が広く、紫外線
域では色消しレンズの利用ができないため、紫外領域で
の使用が困難であるとされている。

【００１５】（２）ＫｒＦエキシマレーザーＫｒＦエキシマレーザーは、２４８ｎｍの光を発する。
したがって、最小寸法も２５０ｎｍ付近になる。この波
長では、色消しレンズの製作が困難であるので、光源レ
ーザーのスペクトル線幅を、１ｐｍ以下に狭帯域化する
必要がある。

【００１６】ところが、この狭帯域化にともなって、時
間的コヒーレンスが上がり、スペックルの発生が問題と
なる。このため、例えば「エキシマレーザーステッパ
ー」（牛田一雄、光学、２３巻１０号、ｐ６０２、１９
９４年１０月）に記載の例では、空間的コヒーレンスを
低下させるための光学系を加えて、スペックルの発生を
抑えている。

【００１７】露光機用のＫｒＦエキシマレーザーは、す
でに開発され使用されているが、エキシマレーザーは水
銀ランプに比べて、高価で大型であり、有毒のフッ素ガ
スを用いる。さらに、光学系やフッ素ガスの交換などの
メンテナンスが必要で、その費用が高額になるという問
題があった。

【００１８】また、発生する光がパルス光であるので、
連続光に比べてピークパワーが大きくなり、レーザーお
よび露光機内部の光学部品が光損傷を受けやすいという
問題があった。

【００１９】（３）ＡｒＦエキシマレーザーＡｒＦエキシマレーザーは、１９３ｎｍの光を発する。
このときの実用的な最小寸法は、１９０ｎｍ程度であ
る。現在、露光機用のものは開発中であるが、このレー
ザーには、ＫｒＦエキシマレーザーと同じ短所がある。
すなわち、高価で大型で、有毒のフッ素ガスを用い、さ
らに、光学系やフッ素ガスの交換などのメンテナンスが
必要で、その費用が高額になる等である。

【００２０】さらに加えて、露光機の色収差低減のため
に、レーザーの発振線幅を１ｐｍ以下に狭帯域化するこ
とが、ＫｒＦエキシマレーザーに比べて困難であるとい
う短所がある。

【００２１】また、ＫｒＦレーザーに比べてもさらにエ
ネルギーの高い短波長のパルス光であることによって、
レーザーや露光機の光学部品の損傷がＫｒＦレーザーに
比べてさらにひどくなるという欠点がある。

【００２２】（４）半導体レーザー励起固体レーザーの
高調波発生による光源紫外光を発生する方法として、２次の非線形光学効果を
利用して、長波長の光（可視光、赤外光）を紫外光に変
換する方法がある。例えば「Longitudinallydiode-pump
ed continuous-wave 3.5-W green laser(L.Y.Liu,M.Ok
a,W.Wiechmannand S.Kubota,Optics Letters,Vol.19(19
94),p.189)」に記載されている例のように、半導体レー
ザー励起の固体レーザーからの光を、波長変換するレー
ザー光源が開発されてきている。この従来例では、Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザーの発する１０６４ｎｍの光を変換し
て、非線形結晶を用いて波長変換し、４倍高調波である
２６６ｎｍを発生させる方式が開示されている。

【００２３】このような従来の半導体レーザー励起固体
レーザー光源は、コンパクトであること、エキシマレー
ザーよりもメンテナンスが容易であること、電力効率が
高いこと、光出力の制御が容易であることなどを長所と
して持つ。さらに、パルス光発生以外にも、連続光発生
も可能である点も利点である。さらに、発振線幅を小さ
くする際にも、波長変換する前の長波長の段階で行うこ
とができて、直接に紫外光を制御する必要のあるエキシ
マレーザーに比べて、その制御が容易である、という長
所がある。

【００２４】このような長所があるにもかかわらず、上
記従来技術は、未だ露光機には応用されておらず、レー
ザー開発が実験室レベルで行われている。露光機の光源
としていまだ利用されていない一つの理由は、出力パワ
ーを上げようとすると、非線形結晶の損傷が起きて、装
置の寿命が短くなるという欠点があったためである。さ
らに、後述するような理由により、エキシマレーザーの
ときよりもさらに、空間的コヒーレンスが高くなってス
ペックルが発生するという欠点もある。

【００２５】次に、スペックルの発生とコヒーレンスと
の関係について、より詳細に説明する。

【００２６】スペックルなどの不要な干渉パターンの除
去は、光の時間的コヒーレンスを低下させること、ある
いは空間的コヒーレンスを低下させることで成し遂げら
れる。時間的コヒーレンスを低くするということは、い
ろいろな周波数の光を混ぜることを意味している。一
方、空間的コヒーレンスを低下させるということは、発
生場所と伝搬方向の異なる光を混ぜることを意味してい
る。

【００２７】ところが、露光機で使用される紫外光は、
発振線幅を１ｐｍ以下にすることが求められており、こ
れは、結果として時間的コヒーレンスを高めてしまう。
また、レーザーの発生する光は、有限個の横モードから
なっており、この横モードの数が少ないことは空間的コ
ヒーレンスの高いことを意味する。

【００２８】従来、ＫｒＦエキシマレーザーを用いる露
光機では、振動する反射鏡を用いてビームを複数に分割
し、空間的コヒーレンスを低下させてきた。エキシマレ
ーザーはもともと数１００の横モードで発振し、空間的
コヒーレンスはレーザーとしては低めであったので、上
記方法で問題はなかった。

【００２９】ところが、固体レーザーを非線形結晶で波
長変換する場合には、非線形結晶中でビームを強くしぼ
る必要から、通常、ひとつの横モードで発振させること
となる。これは、空間的コヒーレンスを最高に高い状態
にしてしまう事を意味し、このような場合に空間的コヒ
ーレンスの低下させるのは、従来は困難であった。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の各問題点、例えば露光機の光源としてエキシマレー
ザーのパルス光を用いた場合に生ずる問題であるところ
の、連続光に比べてピークパワーが大きくなり、露光機
内部の光学部品が光損傷を受けやすいという諸問題や、
露光機の光源として半導体レーザー励起の固体レーザー
を用いた場合に予想される、波長変換用の非線形光学結
晶の損傷や、空間的コヒーレンスの増加に伴うスペック
ルの発生等の問題を考慮して成されたものである。

【００３１】本発明の目的は、露光機等のように発生し
たレーザー光を内部の光学系を通して試料へ導くような
システムで用いられるレーザー光源において、前記光学
系の光損傷が起こらないようにピークパワーを抑え、か
つ、低コヒーレンスのパルス光を照射することができる
レーザー光源を提供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、パルス状の
レーザー光を発生するためのレーザー要素を複数並列に
構成したレーザー光発生部と、前記複数のレーザー要素
の発光タイミングを制御するタイミング調整部とを有
し、前記タイミング調整部は、複数個のレーザーパルス
光が同時に出力されないように発光タイミングを制御す
ることを特徴とするレーザー光源により達成される。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明によるレーザー光源は、レ
ーザーパルス光をそれぞれ発生する複数本のレーザー要
素を束にしてレーザー光発生部を構成することにより、
光源全体としてのレーザー光出力の増加を図り、さら
に、各レーザー要素でのパルス光の発光タイミングを制
御することにより、出力されるパルス光のピークパワー
を抑えつつ、コヒーレンスの低下を図るものである。

【００３４】本発明において、各レーザー要素の発光タ
イミングは、例えば、タイミング調整部において電気信
号（トリガー信号）を発生することによって決定される
ものであり、このトリガー信号を各レーザー要素に配分
するタイミングをずらすことによって、各レーザー要素
での発光タイミングが、予め定めた個数以上のレーザ要
素において一致しないようにしている。

【００３５】このように各レーザーのパルス発生タイミ
ングをずらすことによって、光源以降の光学系が受ける
光の瞬間的なパワー（ピークパワー）が低く抑えられ、
光学系の損傷を回避することが可能となる。

【００３６】さらに、各レーザー要素からの出力パルス
光が時間的に分離されているために、お互いに干渉する
ことがない。これによって、レーザー光源全体のコヒー
レンスが低下して、スペックルの発生が抑えられる。

【００３７】さらに、複数のレーザー要素のうち１個づ
つを順次あるいはランダムに選択して発光させているた
めに、各レーザー要素に加えられる光学的負担を軽くす
ることができる。その結果、各レーザー要素の寿命が伸
び、レーザー光源全体としての使用可能期間も伸ばすこ
とができる。

【００３８】また、本発明のレーザー光源においては、
発振スペクトル線幅の狭い単一のレーザー光源からの光
を用いて、各レーザー要素に周知のインジェクション・
シード法を適用することにより、各レーザーの発振スペ
クトル線幅を小さくし、かつ、各レーザー要素の発振波
長を一致させている。ここで、インジェクション・シー
ド法については、例えば、Walter Koechnerによる、Soli
d-State Laser Engineering,3rd Edition,Springer Ser
ies in Optical Sciences,Vol.1,Springer-Verlag,ISBN
0-387-53756-2,p.246-249に説明されている方法を用い
る。

【００３９】通常、複数のレーザー要素が同時発光のま
ま、単一のレーザーからのインジェクション・シードが
行われると、各レーザー要素からの出射パルス光が互い
に強い干渉性を持ち、レーザー光源としてはコヒーレン
スが高くなり、スペックルの発生などの問題が起こる
が、本発明では上述したように発光タイミングを制御し
ているため、インジェクションシードを行った場合で
も、前述のような問題が生じることはない。

【００４０】以下に、本発明によるレーザー光源の実施
の形態の一例を図１〜４を参照して、より具体的に説明
する。

【００４１】本実施形態において、レーザー光源は、例
えば図１に示すように、レーザーパルス光１５１〜１５
５をそれぞれ発生するパルスレーザー部１３１〜１３５
と、各パルスレーザー部での発光タイミングを制御する
トリガー信号発生装置（タイミング調整部）１４と、イ
ンジェクション・シードを行うためのシード光を連続発
生するＹＡＧレーザー光源１１と、前記シード光を各パ
ルスレーザー部へ導く光学系とを有する。ここで、光学
系は、全反射鏡１２１と、半透鏡１２２〜１２５とから
構成される。

【００４２】本実施形態においては、ＹＡＧレーザー光
源１１と、１組の光学系及びパルスレーザー部（例えば
全反射鏡１２１及びパルスレーザー部１３１）とによ
り、単体のレーザー要素が構成されている。

【００４３】なお、図１では、レーザー光源に５つのレ
ーザー要素が含まれている場合の構成が模式的に示され
ているが、実用に際しては、例えば図２に示すように、
１００本のパルスレーザー部１３１、・・・を、その出
射端面１３１ａ、・・・が、１０×１０のマトリックス
状に配置されるように並列させた構成とする。もちろ
ん、本発明は、使用するレーザー要素の本数あるいはそ
れらの配置に係らず、適用することが可能である。

【００４４】各パルスレーザー部は、半導体レーザー励
起のＹＡＧレーザーで、いわゆるＱ−スイッチ法により
パルス発振をするもので、例えば図３に示すような構成
を備えている。すなわち、各パルスレーザー部は、固体
レーザー（レーザー共振器）３００と、２倍波への変換
用の非線形結晶（例えばＬＢＯ）３５と、４倍波への変
換用の非線形結晶（例えばＢＢＯ）３６と、５倍波への
変換用の非線形結晶（例えばＢＢＯ）３７とを有する。

【００４５】固体レーザー３００は、レーザー媒質であ
るＮｄ：ＹＡＧロッド３２、音響光学効果を利用した変
調器３３と、それらの両側に配置される反射鏡３１、３
４とを有する。

【００４６】固体レーザー３００は、Ｑスイッチ法によ
り波長１０６４ｎｍ、パルス幅約１０ｎｓ、パルスの繰
り返しが約１０ｋＨｚの基本波を発生すものであり、平
均出力エネルギーは約１Ｗである。固体レーザー３００
から出射された基本波は、最初の非線形結晶３５で５３
２ｎｍの２倍波になり、２個目の非線形結晶３６で４倍
波の２６６ｎｍとなり、さらに、３個目の非線形結晶３
７を用いて、基本波と４倍波との和周波発生が行われ、
５倍波の２１３ｎｍに変換される。

【００４７】ここで、波長の変換効率をさらに上げるた
めに、集光レンズを設け、固体レーザー３００からのパ
ルス光を集光した後に、非線形結晶３５へ入射させる構
成としても良い。

【００４８】本実施形態において発光タイミングを制御
するトリガー信号発生装置１４は、各パルスレーザー部
に対して、順次に発光タイミングを指示するためのトリ
ガー信号を与える。トリガー信号の間隔としては、例え
ば２０ｎｓとする。この間隔は各パルスレーザー部で発
光するパルス光のパルス幅の１０ｎｓよりも長いので、
異なるパルスレーザー部から出射されるパルス光は互い
に時間的に分離され、干渉することがない。

【００４９】図１において、１５１〜１５５の曲線は、
各パルスレーザー部１３１〜１３５で発生したパルス強
度の光軸上の空間分布を示しているものであり、この空
間分布はパルス発生の時間分布にも対応している。本例
では、パルスの時間幅が１０ｎｓであるので、パルスの
空間的な長さは約３ｍになる。また、パルスの発光間隔
が２０ｎｓであるので、各パルスの中心はお互いに約６
ｍ離れることになる。

【００５０】また、各パルスレーザー部を順次発光させ
る方法を、図２に示すような１０×１０の計１００本の
パルスレーザー部からなるレーザー光源に適用した場合
には、１００本のすべてのパルスレーザー部での発光が
終了するには２μｓの時間を要する。また、各パルスレ
ーザー部でのパルスの繰り返し周波数は１０ｋＨｚであ
るので、一本のパルスレーザー部あたりの発光間隔は１
００μｓあり、レーザー光源の１００本目の最後のパル
スレーザー部が発光してから、次に最初のパルスレーザ
ー部が発光するまでには時間的に９８μｓの余裕があ
る。

【００５１】上述したように、出射されるパルス光が互
いに重ならないように、各パルスレーザー部を順次発光
させることで、各パルスレーザー部に対応する各レーザ
ー要素は互いに干渉性を持たない光源とみなせる。よっ
て、このようなレーザー要素を総合した紫外レーザー光
源を１つの光源として見た場合、当該光源から出射され
たレーザー光のコヒーレンスを低く抑えることができ
る。

【００５２】本実施形態では、トリガー信号発生装置１
４による発光タイミングの制御によって、複数のパルス
レーザー部を順次発光させる構成としたが、本発明にお
ける各パルスレーザー部の発光順序はこれに限定される
ものではない。

【００５３】すなわち、あるパルスレーザー部を発光さ
せた後には、そのパルスレーザー部と空間的に隣合って
いるパルスレーザー部を発光させる代わりに、その発光
周期において、いままでに発光していない他のパルスレ
ーザー部をランダムに選択し、当該選択されたパルスレ
ーザー部を発光させる構成としても良い。ここで、発光
周期とは、複数のレーザー要素により構成されたレーザ
ー光源を１つのレーザー光源として見た場合に、その光
源が発光しているべき期間を指す。

【００５４】また、本実施形態では、２つの出射パルス
が重ならないように発光タイミングを制御しているが、
本発明においてはこれに限定されるものではない。例え
ば、本実施形態のレーザー光源からの出射パルス光を受
ける光学系の光強度がある程度あり、多少のスペックル
の発生も許容できるようなシステムにおいては、前後に
出射される２つのパルスの一部が重なるようにしたり、
あるいは２つ以上のレーザー要素から同時にパルス光を
発生するように発光タイミングを制御する構成としても
よい。

【００５５】本発明のレーザー光源ではパルス光を用い
ているため、通常のパルス発光方法によると、その出力
パルス光のスペクトル線幅が広くなり、特に、本実施形
態で想定しているような紫外光の線幅に対しては、１０
０ｐｍ程度となる場合もある。この問題点を解消するた
め、本実施形態のレーザー光源では、インジェクション
・シードを行っている。

【００５６】具体的には、例えば０．１ｐｍ以下の、ス
ペクトル線幅の狭い連続光を発生するＹＡＧレーザー光
源１１からの光を、半等鏡１２２〜１２５と全反射鏡１
２１から構成される光学系を用いて、各パルスレーザー
部１３１〜１３５へ導いて、インジェクション・シード
を行う構成を有している。

【００５７】本実施形態では、上記インジェクション・
シードを行うことにより、各パルスレーザー部での発振
スペクトル幅を０．５ｐｍ以下に狭くすることができ
る。さらに、パルスレーザー部での発振波長も、ＹＡＧ
レーザー光源１１からのシード光の波長に一致する形で
揃えることができる。

【００５８】この結果、図１あるいは図２に示すよう
な、複数のパルスレーザー部を総合して構成した紫外レ
ーザー光源において、単一のレーザー光源からシード光
を各パルスレーザー部へ供給することにより、出力する
紫外パルス光の波長のスペクトル幅を０．５ｐｍ以下に
することができる。

【００５９】なお、ＹＡＧレーザー光源１１及びパルス
レーザー部のレーザー媒質３２（図３参照）としては、
ＹＡＧ以外に、ＹＬＦ、ＹＶＯ₄等も用いることができ
る。ただし、レーザー光源１１とレーザー媒質３２とで
は、発振波長が一致できるものを組み合わせる必要があ
る。

【００６０】また、本実施形態では、レーザー光源１１
からのシード光を、半等鏡や全反射鏡等から構成される
光学系により各パルスレーザー部へ導く構成としたが、
図４に示すように、光ファイバー２２１〜２２５によっ
てシード光を各パルスレーザー部１３１〜１３５へ導く
構成としてもよい。

【００６１】また、本実施形態では、パルスレーザー部
から出力されるパルス光が紫外光である場合について説
明したが、本発明では出力されるレーザーパルス光の波
長に依らず、複数のレーザー要素から構成されるレーザ
ー光源に対して適用することができる。

【００６２】次に、本発明の適用したレーザー光源の他
の実施形態例について、図５〜７を参照して説明する。

【００６３】本実施形態でのレーザー光源の構成は、上
記実施形態と同じである。ただし、本実施形態では、ト
リガー信号発生装置１４による発光タイミングの調整方
法が異なる。以下では、その相違点について説明し、上
記実施形態と同じ構成についての説明は省略する。

【００６４】最初、上記実施形態で想定されていた発光
タイミングの調整方法について、より詳細に説明する。
なお、本実施形態の説明では、その都合上、レーザー光
源が１０本のパルスレーザー部から構成される場合を例
として説明するが、本発明において、パルスレーザー部
の数（レーザー要素の本数）は、これに限定されるもの
ではない。

【００６５】上記実施形態のレーザー光源での発光タイ
ミングを図５に示す。ここでは、１０本のパルスレーザ
ー部から発生されたパルス光１〜１０の発光した時間が
定性的に示されている。図５に示すように、上記実施例
での１発光周期Ｔ₀は、各パルスレーザー部からパルス
光が順次発光されているパルスが集中する発光集中期間
Ｔ₁と、その後に来るパルスが全く出射されない非発光
期間Ｔ₂とから構成されている。このため、上記実施例
のレーザー光源を露光機に用いる場合、露光開始と露光
終了の時刻が、上記の発光集中期間Ｔ₁内であるか非発
光期間Ｔ₂内であるかによって、総露光量の算出方法を
変える必要がある。

【００６６】これに対し、本実施形態のレーザー光源で
は、図６に示すように各パルス光の発光間隔ｔ₀が均等
となるように発光タイミングを調整している。このよう
に調整することで、上述したパルスの集中する発光集中
期間Ｔ₁とパルスが全くない非発光期間Ｔ₂をなくすこと
ができる。

【００６７】さらに、図６に示すように発光タイミング
を調整することにより、露光時間と総露光量とがほぼ比
例するような関係となる。このため、本実施形態のレー
ザー光源を露光機に使用することで、露光量の制御を容
易にし、任意の時刻に露光を開始あるいは終了すること
が可能となる。

【００６８】例えば、各パルスレーザー部の平均パワー
が０．５Ｗで、繰り返し周波数が１０ｋＨｚ、すなわち
個別のパルスレーザー部でのパルス発光間隔ｔ₁が１０
０μｓ、１つのパルスのエネルギーが５０μＪであった
とする。

【００６９】このような場合、１つのパルスレーザー部
でのパルス発光間隔ｔ₁を、当該レーザー光源に含まれ
るパルスレーザー部の本数Ｎで割った値、すなわち１０
μｓ（＝ｔ₁／Ｎ＝１００μｓ／１０）を、次々に異な
るパルスレーザー部から発光されるパルスの間隔ｔ₀と
する。

【００７０】以上のように発光タイミングを設定するこ
とで、レーザー光源全体としてみた場合、パルスの発光
間隔ｔ₀が、図６に示すように、常に一定値となる。そ
の結果、本実施形態のレーザー光源を露光機に使用した
場合、露光時間を制御することで、露光量を１パルスの
分解能で制御することができる。本例では、単一のレー
ザーパルスのエネルギーが５０μＪなので、露光量は５
０μＪの誤差範囲で制御することできる。

【００７１】本実施形態のレーザー光源の発光タイミン
グを制御する、トリガー信号発生装置１４は、例えば図
７に示すように、パルス間隔ｔ₀の周期のクロック信号
を発生するクロック発生装置５１と、発生されたクロッ
ク信号を順に数えて、１０本のパルスレーザー部のそれ
ぞれへ、互いに間隔ｔ₀だけずれたトリガー信号を出力
する１０進カウンタ５２とから構成される。

【００７２】本実施形態のレーザー光源によれば、異な
るパルスレーザー部から次々と出射されるパルス光の間
隔を等間隔にすることで、当該レーザー光源を露光機に
使用した場合に露光時間と露光量とがほぼ比例させるこ
とが可能となる。

【００７３】さらに、本実施形態によれば、上記比例関
係を用いることで、露光量の制御をより容易にすること
ができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、露光機等のように発生
したレーザー光を内部の光学系を通して試料へ導くよう
なシステムで用いられるレーザー光源において、前記光
学系の光損傷が起こらないようにピークパワーを抑え
た、低コヒーレンスのパルス光を照射することができる
レーザー光源を提供することができる。

【００７５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザー光源の実施形態の一例の
全体構成を示す説明図である。

【図２】本発明によるレーザー光源の出射端面近傍の構
造の一例を示す斜視図である。

【図３】図１の実施形態におけるパルスレーザー部の光
学的構成の一例を示す説明図である。

【図４】本発明によるレーザー光源の実施形態の他の例
における全体構成を示す説明図である。

【図５】本発明におけるパルス発光タイミングの一例を
示すグラフである。

【図６】本発明におけるパルス発光タイミングの他の例
を示すグラフである。

【図７】図１の実施形態例におけるレーザー光源のトリ
ガー信号発生装置の構成例を示す説明図である。

【符号の説明】

１１…ＹＡＧレーザー光源、１４…トリガー信号発生装
置、３１…反射鏡、３２…Ｎｄ：ＹＡＧロッド（レーザ
ー媒質）、３３…変調器、３４…反射鏡、３５、３６、
３７…非線形結晶、５１…クロック発生装置、５２…１
０進カウンタ、１２１…全反射鏡、１２２〜１２５…半
透鏡、１３１〜１３５…パルスレーザー部、１５１〜１
５５…パルス光、２２１〜２２５…光ファイバー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス状のレーザー光を発生するためのレ
ーザー要素を複数並列に構成したレーザー光発生部と、前記複数のレーザー要素の発光タイミングを制御するタ
イミング調整部とを有し、前記タイミング調整部は、複数個のレーザーパルス光が
同時に出力されないように発光タイミングを制御するこ
とを特徴とするレーザー光源。
【請求項２】請求項１記載のレーザー光源において、前記各レーザー要素は、入力されるトリガー信号に応じ
て、レーザーパルス光を発生するものであり、前記タイミング調整部は、前記トリガー信号を生成する
と共に、前記複数のレーザー要素のうちの１つを順次選
択し、その選択処理毎に、前記選択したレーザー要素へ
前記生成したトリガー信号を出力するものであることを
特徴とするレーザー光源。
【請求項３】請求項２記載のレーザー光源において、前記複数のレーザー要素は、各レーザー要素のレーザー
パルス光の出射端面がマトリックス状に配置されて、前
記レーザー光発生部を構成するものであり、前記タイミング調整部は、前記レーザー要素の選択処理
に際して、空間的に隣合う位置に配置されているレーザ
ー要素を順番に選択することを特徴とするレーザー光
源。
【請求項４】請求項２記載のレーザー光源において、前記複数のレーザー要素は、各レーザー要素のレーザー
パルス光の出射端面がマトリックス状に配置されて、前
記レーザー光発生部を構成するものであり、前記タイミング調整部は、前記レーザー要素の選択する
際に、その選択する順番をランダムとすることを特徴と
するレーザー光源。
【請求項５】請求項２記載のレーザー光源において、前記タイミング調整部が前記複数のレーザー要素へ出力
する、複数のトリガー信号間の間隔は、前後に発生され
る２つのレーザーパルス光が互いに重ならないように設
定されるものであることを特徴とするレーザー光源。
【請求項６】請求項２記載のレーザー光源において、前記タイミング調整部が前記複数のレーザー要素へ出力
する、複数のトリガー信号間の間隔は、前記各レーザー
要素でのパルス発光間隔を、前記レーザー要素の数で割
った値とすることを特徴とするレーザー光源。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載のレーザー
光源において、前記各レーザー要素は、赤外から可視までの波長範囲内の光を発生する固体レー
ザーと、前記固体レーザーで発生したレーザーパルス光を非線形
光学結晶を用いて紫外光に波長変換する波長変換光学系
とを有することを特徴とするレーザー光源。
【請求項８】請求項７記載のレーザー光源において、前記複数のレーザー要素のそれぞれに供給してインジェ
クション・シードを行うためのシード光を発生する第２
のレーザー発光部をさらに有し、前記各レーザー要素の固体レーザーは、前記供給される
シード光により励起される、前記第２のレーザー発光部
の発振波長と一致する発振波長を備えるものであること
を特徴とするレーザー光源。
【請求項９】パルス状のレーザー光を発生するためのレ
ーザー要素を複数並列に構成されたレーザー光源におけ
る発光タイミングの制御方法において、前記複数のレーザー要素のそれぞれからのレーザーパル
ス光が順番に出力され、かつ、出力されたレーザーパル
ス光が互いに重ならないように、前記各レーザー要素の
発光タイミングを制御することを特徴とするレーザー光
源の発光タイミング制御方法。