JPH09246648A - Laser beam source and illuminating optical device - Google Patents
Laser beam source and illuminating optical deviceInfo
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- JPH09246648A JPH09246648A JP8056593A JP5659396A JPH09246648A JP H09246648 A JPH09246648 A JP H09246648A JP 8056593 A JP8056593 A JP 8056593A JP 5659396 A JP5659396 A JP 5659396A JP H09246648 A JPH09246648 A JP H09246648A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程で使用
される露光装置の光源に係り、特に、紫外レーザー光を
発生することができる紫外レーザー光源に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light source for an exposure apparatus used in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to an ultraviolet laser light source capable of generating an ultraviolet laser beam.
【０００２】[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装置の
性能で決まる。2. Description of the Related Art With the progress of information equipment, it is required to improve the function and storage capacity of a semiconductor integrated circuit, and for that purpose, it is necessary to increase the degree of integration. In order to increase the degree of integration, it is sufficient to make each circuit pattern small,
The minimum pattern size is determined by the performance of the exposure apparatus used in the manufacturing process.
【０００３】露光装置は、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、露光装置
で投影に用いられる光の波長λ、投影レンズの開口数Ｎ
Ａによって、以下の式（１）で与えられる。The exposure apparatus optically projects and transfers the circuit pattern formed on the mask onto a semiconductor wafer. The minimum pattern size R on the wafer at that time is the wavelength λ of the light used for projection by the exposure apparatus and the numerical aperture N of the projection lens.
A is given by the following equation (1).
【０００４】[0004]
【数１】 Ｒ＝Ｋ・λ／ＮＡ ・・・（１） 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。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。## EQU00001 ## R = K.lambda. / NA (1) Here, K is a constant determined by the illumination optical system and process, and usually takes a value of about 0.5 to 0.8. Efforts to improve the resolution, that is, to reduce the minimum pattern dimension R, are made in the direction of reducing the constant K,
Direction to increase numerical aperture NA, and wavelength λ of exposure light
Is being made toward a smaller value.
【０００５】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。The methods for reducing the constant K are collectively called super-resolution in a broad sense. Up to now, improvement of illumination optical system, modified illumination, phase shift mask method, etc. have been proposed and studied. However, there were some problems such as the conditions that can be applied. On the other hand, the larger the numerical aperture NA, the smaller the minimum pattern dimension R can be made, but at the same time, the depth of focus also becomes small, so there is a limit to making it large. Usually, about 0.5 to 0.6 is suitable.
【０００６】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、
露光装置の光源を提供することである。本発明は、この
要求に対応してなされたものである。ここで、露光装置
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。Therefore, the simplest and most effective way to reduce the minimum pattern size R is to reduce the wavelength λ of the light used for exposure, and to generate light of short wavelength.
It is to provide a light source for an exposure apparatus. The present invention has been made in response to this demand. Here, in making the light source of the exposure apparatus, in addition to realizing a shorter wavelength,
There are some conditions to prepare. Hereinafter, these conditions will be described.
【０００７】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。第２に、波長３００ｎｍ以
下の紫外光の場合、露光装置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。First, a light output of several watts is required.
This is necessary to keep the time required for exposing and transferring the integrated circuit pattern short. Secondly, in the case of ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less, the material that can be used as the lens of the exposure apparatus is limited, and it becomes difficult to correct chromatic aberration. Therefore, it is required to set the line width of the emission spectrum to 1 pm or less.
【０００８】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。
第４に、マスク上を均一に照明することが求められる。
従来は、光源から発せられた光を、照明光学系の中に設
けられたフライアイレンズによって、分割・収束させる
ことで複数の点光源を形成させた。そして、それぞれの
点光源から発散して、フライアイレンズのそれぞれのレ
ンズから発した光は、被照明面で重ね合わされる。この
様にすることで被照明面に、均一な光の強度で照射する
ことができた。Thirdly, since the temporal coherence (coherence) increases with the narrow line width, if the light with the narrow line width is irradiated as it is, an unnecessary interference pattern called speckle occurs. Therefore, in order to eliminate it, the light source needs to reduce its spatial coherence.
Fourth, it is required to uniformly illuminate the mask.
Conventionally, a plurality of point light sources are formed by splitting and converging light emitted from a light source by a fly-eye lens provided in an illumination optical system. Then, the lights emitted from the respective lenses of the fly-eye lens which are diverged from the respective point light sources are superposed on the illuminated surface. By doing so, it was possible to irradiate the illuminated surface with a uniform light intensity.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明では
上記従来技術の各問題点、例えば露光装置の紫外光源と
して、エキシマレーザーを用いた場合に生ずる問題であ
るところの、装置の大型化、有毒のフッ素ガスの使用、
メンテナンスの困難さと高価さという諸問題や、露光装
置の紫外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、更にすくなからずも発生す
る露光ムラを排除するためのものである。By the way, in the present invention, the problems of the above-mentioned prior art, for example, the problem that occurs when an excimer laser is used as an ultraviolet light source of an exposure apparatus, an enlargement of the apparatus, and poisonousness are caused. Use of fluorine gas,
Due to problems such as difficulty and cost of maintenance, damage to the nonlinear optical crystal for wavelength conversion, and increase in spatial coherence, which are expected when a semiconductor laser-excited solid-state laser is used as the ultraviolet light source of the exposure apparatus. This is to eliminate the exposure unevenness that occurs without taking into consideration the problem such as speckle generation.
【００１０】本発明の目的は、露光装置の光源として充
分な出力と低コヒーレンスとを備えた光を、長時間安定
して被照明面に対し均一に照明することができ、かつ、
小型でメインテナンスが容易なレーザー光源を提供する
ことにある。It is an object of the present invention to stably illuminate a surface to be illuminated with light having sufficient output and low coherence as a light source of an exposure apparatus for a long time, and
It is to provide a laser light source that is small and easy to maintain.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の第１の形態では、所定の波長域の光である基
本波を発生するレーザー光発生部と、基本波から所望の
波長の光を出力する非線形光学結晶とを備えたレーザー
要素を複数並列に束ねて構成し、かつ各レーザー要素の
光の射出端にレーザー要素からの光を発散させる光学素
子を備えたこととした。In order to solve the above-mentioned problems, according to a first embodiment of the present invention, a laser light generator for generating a fundamental wave which is light in a predetermined wavelength range, and a desired wavelength from the fundamental wave. A plurality of laser elements each having a nonlinear optical crystal for outputting the light are bundled in parallel, and an optical element for diverging the light from the laser elements is provided at the light emission end of each laser element.
【００１２】この様にすることで、単体では所望のパワ
ーには満たないレーザー要素であっても、複数並列に束
ねることによって、所望のパワーを出力するレーザー光
源を得ることが出来る。また、それぞれの光が異なるレ
ーザー要素から射出されるので可干渉性が低い光源が得
られ、更にそれぞれのレーザー要素から発せられた光が
光学素子によって発散されるので、被照明面をほぼ均一
に照明することができるレーザー光源を得ることが出来
る。By doing so, a laser light source which outputs a desired power can be obtained by bundling a plurality of laser elements which are less than a desired power by a single unit. Moreover, since each light is emitted from different laser elements, a light source with low coherence can be obtained, and since the light emitted from each laser element is diverged by the optical element, the illuminated surface can be made almost uniform. It is possible to obtain a laser light source that can be illuminated.
【００１３】また、更に本発明の第２の形態によれば、
光学素子については、各レーザー要素に対してレーザー
要素の光を射出端よりも被照明面側に点光源を形成する
光学素子であることとした。本発明の第３の形態によれ
ば、光学素子は、凸レンズであることとした。また、更
に本発明の第４の形態によれば、光学素子は、各レーザ
ー要素の射出端よりもレーザー光発生部側に仮想の点光
源を形成する光学素子であることとした。本発明の第５
の形態では光学素子は、凹レンズであることとした。Further, according to the second aspect of the present invention,
The optical element is an optical element that forms a point light source for each laser element on the illuminated surface side of the light emitted from the laser element. According to the third aspect of the present invention, the optical element is a convex lens. Further, according to the fourth aspect of the present invention, the optical element is an optical element that forms a virtual point light source closer to the laser light generating portion than the emission end of each laser element. The fifth of the present invention
In the above form, the optical element is a concave lens.
【００１４】また、更に本発明の第６の形態によれば、
光学素子は、多数の凹凸形状を有し、前記各レーザー要
素からの光を発散させることとした。この様にすること
でも明確な点光源を得ることが出来ないが、非常に簡単
に作れて、発散性をもった光源を得ることが出来る。と
ころで、本発明の第７の形態によれば、透明基板上に成
膜された薄膜によって形成されたミラーを２枚備え、２
枚のミラーの間に所定の波長域の光である基本波を発生
するレーザー媒体と基本波から所望の波長の光を発生す
る非線形光学結晶とを備え、更にレーザー媒体に励起源
を供給する励起源供給手段とを有したレーザー要素を複
数並列に束ねて構成し、かつ各レーザー要素におけるミ
ラーの内、レーザー光の射出端側のミラーの透明基板に
点光源を形成する光学素子を形成した。Further, according to a sixth aspect of the present invention,
The optical element has a large number of concavo-convex shapes and emits light from each of the laser elements. By doing so, it is not possible to obtain a clear point light source, but it is possible to obtain a light source with divergence, which is very easy to make. By the way, according to the seventh aspect of the present invention, two mirrors formed by a thin film formed on a transparent substrate are provided, and
A laser medium that generates a fundamental wave that is light in a predetermined wavelength range between a pair of mirrors and a nonlinear optical crystal that generates a light of a desired wavelength from the fundamental wave, and further supplies an excitation source to the laser medium. A plurality of laser elements having a source supply means are bundled in parallel, and an optical element forming a point light source is formed on the transparent substrate of the mirror on the laser light emission end side among the mirrors in each laser element.
【００１５】この様に２枚のミラーの間に、基本波を発
生させるレーザー媒体と非線形光学結晶を備えること
で、所望の波長の光の強度を高くすることができる。ま
た、レーザー光の射出端側のミラーの透明基板に点光源
を形成する光学素子を設けることで、被照明面に対し、
ほぼ均一に照明できる光源が得られることが出来る。ま
た更に、別個に光学素子を設ける必要がないので、出力
される光の強度を減衰させること無しに出力することが
出来る。By thus providing the laser medium for generating the fundamental wave and the nonlinear optical crystal between the two mirrors, it is possible to increase the intensity of light having a desired wavelength. Further, by providing an optical element for forming a point light source on the transparent substrate of the mirror on the emission end side of the laser light, with respect to the illuminated surface,
A light source that can illuminate almost uniformly can be obtained. Furthermore, since it is not necessary to separately provide an optical element, the output light can be output without being attenuated.
【００１６】また、本発明の第８の形態によれば、レー
ザー光の射出端側に配置されたミラーの透明基板は、少
なくとも薄膜が形成された面とは他方の面に、レーザー
要素から発せられた光を一点に集光させる形状を備え
た。更に本発明の第９の形態によれば、レーザー光の射
出端側に配置されたミラーの透明基板は、少なくとも薄
膜が形成された面とは他方の面形状が凸レンズの形状を
備えた。Further, according to the eighth aspect of the present invention, the transparent substrate of the mirror disposed on the laser light emitting end side is emitted from the laser element at least on the surface opposite to the surface on which the thin film is formed. It was provided with a shape for condensing the obtained light at one point. Furthermore, according to the ninth aspect of the present invention, the transparent substrate of the mirror arranged on the laser light emission end side has a convex lens shape on at least the surface shape other than the surface on which the thin film is formed.
【００１７】また、本発明の第１０の形態によれば、レ
ーザー光の射出端側に配置されたミラーの透明基板は、
少なくとも薄膜が形成された面とは他方の面に、レーザ
ー要素の射出端に対してレーザー光発生部側に仮想の点
光源を形成しかつ被照明面上に発散させて照射させる形
状を備えた。また、本発明の第１１の形態では、レーザ
ー光の射出端側に配置されたミラーの透明基板は、少な
くとも薄膜が形成された面とは他方の面形状が凹レンズ
の形状を備えた。According to the tenth aspect of the present invention, the transparent substrate of the mirror arranged on the laser light emitting end side is:
At least on the surface other than the surface on which the thin film is formed, a virtual point light source is formed on the laser light generating portion side with respect to the emission end of the laser element, and a shape for diverging and irradiating the illuminated surface is provided. . In addition, in the eleventh aspect of the present invention, the transparent substrate of the mirror disposed on the laser light emission end side has a concave lens shape on at least the surface shape other than the surface on which the thin film is formed.
【００１８】本発明の第１２の形態のようにレーザー光
の射出端側に配置されたミラーの透明基板は、複数の凹
凸形状を有し、前記各レーザー要素の光を発散させるこ
ととした。更に、本発明の第１３の形態によれば、２枚
のミラーの間に更に変調器を備え、パルス光を発生する
こととした。パルス光はピークパワーにおける光強度が
高いため、非線形光学結晶の変換効率が向上する。よっ
て、更に、エネルギーの変換効率が高いレーザー光源を
得ることが出来る。As in the twelfth embodiment of the present invention, the transparent substrate of the mirror arranged on the laser light emitting end side has a plurality of irregular shapes to diverge the light of each laser element. Further, according to the thirteenth aspect of the present invention, a modulator is further provided between the two mirrors to generate pulsed light. Since the pulsed light has a high light intensity at the peak power, the conversion efficiency of the nonlinear optical crystal is improved. Therefore, it is possible to obtain a laser light source with higher energy conversion efficiency.
【００１９】また、本発明の第１４の形態では、所定の
波長の基本波の光を発生するレーザー光発生部と、基本
波から所望の波長の光を発生させる非線形光学結晶とを
備えたレーザー要素を複数並列に束ねて構成し、非線形
光学結晶における光の入射端または射出端のすくなくと
もどちらか一方に、点光源を形成する曲面形状を備え
た。Further, in the fourteenth aspect of the present invention, a laser provided with a laser light generator for generating light of a fundamental wave having a predetermined wavelength and a nonlinear optical crystal for generating light of a desired wavelength from the fundamental wave. A plurality of elements are bundled in parallel, and a curved surface shape that forms a point light source is provided on at least one of an incident end or an exit end of light in a nonlinear optical crystal.
【００２０】この様にすることで、別個に光学素子を設
ける必要がなくなるので、射出された光の減衰を低減す
ることが出来る。また、更に入射端に曲面形状を備える
ことで、非線形光学結晶内における単位面積当たりの光
強度が高くなり、その非線形光学結晶における光の変換
効率が向上する。また、本発明の第１５の形態によれ
ば、レーザー光発生部は、半導体レーザーにより発生し
た光によって励起される固体レーザーを備えた。また、
本発明の第１６の形態によれば、非線形光学結晶は、固
体レーザーから発せられる光の放射方向に対して直列に
複数個備えられ、固体レーザーで発生された基本波の光
から高調波を発生させることとした。また、本発明の第
１７の形態によれば、所定の波長の基本波の光を発生す
るレーザー光発生部と、基本波から所望の波長の光を発
生させる非線形光学結晶とを備えたレーザー要素を複数
並列に束ねて構成し、非線形光学結晶における光の射出
端に、多数の凹凸形状を形成することとした。By doing so, it is not necessary to separately provide an optical element, so that the attenuation of the emitted light can be reduced. Further, by providing the entrance end with a curved shape, the light intensity per unit area in the nonlinear optical crystal is increased, and the conversion efficiency of light in the nonlinear optical crystal is improved. Further, according to the fifteenth aspect of the present invention, the laser light generator includes a solid-state laser excited by the light generated by the semiconductor laser. Also,
According to the sixteenth aspect of the present invention, a plurality of nonlinear optical crystals are provided in series with respect to the emission direction of the light emitted from the solid-state laser, and generate harmonics from the light of the fundamental wave generated by the solid-state laser. Decided to let. Further, according to the seventeenth aspect of the present invention, a laser element including a laser light generator that generates light of a fundamental wave having a predetermined wavelength and a nonlinear optical crystal that generates light of a desired wavelength from the fundamental wave. In this case, a plurality of convex and concave shapes are formed at the light emitting end of the nonlinear optical crystal.
【００２１】この様にすることで、明確な点光源を形成
することができないが、発散性をもった光源を得ること
が出来、かつ光学素子が増えないため光の減衰を低減す
ることが出来、このような光源の製造が容易となる。な
お、本発明の第１８の形態によれば、レーザー光発生部
内に変調器を備え、パルス光を発生することとした。こ
の様にすることで、非線形光学結晶における波長変換効
率を高めることが出来る。By doing so, a clear point light source cannot be formed, but a light source having divergence can be obtained, and light attenuation can be reduced because the number of optical elements does not increase. The manufacturing of such a light source becomes easy. According to the eighteenth aspect of the present invention, the laser light generator is provided with a modulator to generate pulsed light. By doing so, the wavelength conversion efficiency in the nonlinear optical crystal can be increased.
【００２２】なお、本発明の第１９の形態によれば、形
成された複数の点光源から発せられた光を重ね合わせて
被照明面に集光する集光光学系を備えた。この様にする
ことで、均一な照度で被照明面に照射することができ
る。According to the nineteenth aspect of the present invention, there is provided the condensing optical system for superimposing the lights emitted from the formed plurality of point light sources and condensing the lights on the illuminated surface. By doing so, it is possible to irradiate the illuminated surface with a uniform illuminance.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】次に、図面を用いて詳しく本発明
を説明する。本発明を適用した紫外域におけるレーザー
光源の実施の第１の形態を図１及び図２を参照して説明
する。本発明の実施の形態における紫外レーザー光源
は、図１に示すように、１０本×１０本で計１００本の
レーザー要素から構成されている。各レーザー要素は、
励起光を発生する半導体レーザー１１と、前記励起光を
伝える光ファイバー１２と、非線形結晶を共振器内部に
備えた固体レーザー１３と、固体レーザー１３の射出端
に光学素子１４とを有する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. A first embodiment of a laser light source in the ultraviolet region to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, the ultraviolet laser light source according to the embodiment of the present invention is composed of 10 × 10 laser elements, that is, a total of 100 laser elements. Each laser element is
It has a semiconductor laser 11 for generating pumping light, an optical fiber 12 for transmitting the pumping light, a solid-state laser 13 having a nonlinear crystal inside a resonator, and an optical element 14 at the emitting end of the solid-state laser 13.
【００２４】半導体レーザー１１を除く、各レーザー要
素の断面の寸法は、５ｍｍ×５ｍｍ程度である。なお、
本実施例では、レーザー要素を１００本組み合わせた構
成を例としているが、レーザー要素の数はこれに限定さ
れるものではなく、本発明では、２本から１０００本程
度までを想定している。ところで、励起光を発生する半
導体レーザー１１は、固体レーザー１３を励起する光を
射出する。そして、半導体レーザー１１から射出された
光は、光ファイバー１２に入射させて、固体レーザー１
３に導かれる。なお、他の方法として、光ファイバー１
２の代わりにレンズで集光させて固体レーザー１３へ導
いても構わない。The cross-sectional size of each laser element except the semiconductor laser 11 is about 5 mm × 5 mm. In addition,
In the present embodiment, a configuration in which 100 laser elements are combined is taken as an example, but the number of laser elements is not limited to this, and the present invention assumes about 2 to 1000 laser elements. By the way, the semiconductor laser 11 that generates excitation light emits light that excites the solid-state laser 13. Then, the light emitted from the semiconductor laser 11 is incident on the optical fiber 12 and the solid-state laser 1
It is led to 3. As another method, the optical fiber 1
Instead of 2, the light may be condensed by a lens and guided to the solid-state laser 13.
【００２５】そして、固体レーザー１３では、半導体レ
ーザー１１の光が入射することによって、固体レーザー
１３に設けられた各レーザー要素が励起される。そし
て、固体レーザー１３の射出端から所望の波長のレーザ
ー光が射出される。固体レーザー１３から射出された光
は、固体レーザー１３の射出端に載置された光学素子１
４によって、レーザー光を発散させ、被照明面に均一に
レーザー光を照射している。Then, in the solid-state laser 13, each laser element provided in the solid-state laser 13 is excited by the incident light of the semiconductor laser 11. Then, laser light having a desired wavelength is emitted from the emission end of the solid-state laser 13. The light emitted from the solid-state laser 13 is the optical element 1 mounted on the emission end of the solid-state laser 13.
4, the laser light is diverged to uniformly irradiate the illuminated surface with the laser light.
【００２６】この様にすることで、各レーザー要素を複
数本束ねることによって、光出力を足し合わせて高出力
にすることが出来ると共に、互いに独立したレーザー要
素から光を出力することで、時間的及び空間的なコヒー
レンスを減少させることができる。また、更にそれぞれ
のレーザー要素における固体レーザー１３の射出端に光
学素子を配置することで、複数のレーザー要素から射出
された光を被照明面に均一にかつ重畳的に照明すること
ができる。In this way, by bundling a plurality of laser elements, the light outputs can be added together to obtain a high output, and the light can be output from the laser elements independent of each other. And spatial coherence can be reduced. Further, by disposing an optical element at the emitting end of the solid-state laser 13 in each laser element, it is possible to illuminate the surface to be illuminated with the light emitted from the plurality of laser elements uniformly and in a superimposed manner.
【００２７】また、レーザー要素を複数本束ねて使用す
るので、おのおののレーザー要素の出力を大きくする必
要が無くなる。したがって、固体レーザー１３への負担
を低減することができ、よって、装置寿命を長くするこ
とが出来る。なお、本発明の実施の第１の形態における
各レーザー要素から発生する波長の帯域は、１ｐｍ（ピ
コメーター）より十分狭くすることが出来る。それぞれ
のレーザー要素から発する光の波長の違いも、レーザー
媒質や、レーザー共振器の長さ、帯域フィルターのよう
な波長選択用光学系を用いてそれぞれの構成を調整する
ことにより、１ｐｍ以下に合わせることができる。Further, since a plurality of laser elements are bundled and used, it is not necessary to increase the output of each laser element. Therefore, the load on the solid-state laser 13 can be reduced, and the device life can be extended. The wavelength band generated from each laser element in the first embodiment of the present invention can be made sufficiently narrower than 1 pm (picometer). The difference in the wavelength of the light emitted from each laser element is adjusted to 1 pm or less by adjusting the configuration using the laser medium, the length of the laser resonator, and the wavelength selection optical system such as the bandpass filter. be able to.
【００２８】次に本発明の実施の第１の形態を図２を用
いて説明する。本発明の実施の第１の形態においては、
励起光は半導体レーザー１１より得られる。固体レーザ
ー１３は、レーザー媒質１３２と、レーザー媒質１３２
から発せられた光を波長変換する非線形結晶１３３、１
３４、１３５、１３６と、レーザー媒質１３２から非線
形結晶１３６までを挟むようにレーザー共振器を形成す
るためのレーザー共振用ミラー１３１、１３７とにより
構成される。Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment of the present invention,
Excitation light is obtained from the semiconductor laser 11. The solid-state laser 13 includes a laser medium 132 and a laser medium 132.
Nonlinear crystal 133, 1 for wavelength-converting the light emitted from the
34, 135, 136, and laser resonance mirrors 131, 137 for forming a laser resonator so as to sandwich the laser medium 132 to the nonlinear crystal 136.
【００２９】そして、上記個々のレーザー要素を図１で
示した様に縦１０本、横１０本の計１００本のレーザー
要素からなる。各レーザ要素は、励起光を発生する半導
体レーザー１１と、前記励起光を伝える光ファイバー１
２と、非線形結晶を共振器内部に固体レーザー１３を備
えた構成を有した。ところで、このレーザ要素一本あた
りの紫外光出力は１００ｍＷ（０．１Ｗ）程度が見込ま
れ、そのとき本発明の実施の第１の形態における光源全
体では１０Ｗ程度の出力になる。As shown in FIG. 1, the individual laser elements are composed of 10 laser elements in the vertical direction and 10 in the horizontal direction, for a total of 100 laser elements. Each laser element includes a semiconductor laser 11 that generates excitation light, and an optical fiber 1 that transmits the excitation light.
2 and a structure in which the solid-state laser 13 is provided inside the resonator of the nonlinear crystal. By the way, the ultraviolet light output per one laser element is expected to be about 100 mW (0.1 W), and at that time, the entire light source in the first embodiment of the present invention has an output of about 10 W.
【００３０】各レーザー要素は、図示されていない冷却
機構により冷却される。冷却機構としては、例えば、各
レーザー要素を銅でできたブロックに埋め込み、この銅
ブロックを冷却装置により冷却する機構を用いている。
半導体レーザー１１としては、発振波長が８０８ｎｍ、
光ファイバー１２の出口における出力が１０Ｗ程度のも
のを使う。半導体レーザー１１からの励起光は、光ファ
イバー１２を通して、固体レーザー１３のレーザー共振
器（１３１から１３７）に導かれる。このとき固体レー
ザー１３に入射した光は、レーザー共振用ミラー１３１
を通してレーザー媒質１３２を励起する。Each laser element is cooled by a cooling mechanism (not shown). As the cooling mechanism, for example, a mechanism in which each laser element is embedded in a block made of copper and the copper block is cooled by a cooling device is used.
The semiconductor laser 11 has an oscillation wavelength of 808 nm,
The output power of the optical fiber 12 is about 10 W. The excitation light from the semiconductor laser 11 is guided to the laser resonator (131 to 137) of the solid-state laser 13 through the optical fiber 12. At this time, the light incident on the solid-state laser 13 is reflected by the laser resonance mirror 131.
Through which the laser medium 132 is excited.
【００３１】固体レーザー１３については、２１３ｎｍ
の連続光の紫外光を右方向に発生するものであり、共振
器中にレーザー媒質１３２と、波長を変換する４個の非
線形結晶１３３、１３４、１３５、１３６とを備えてお
り、レーザー共振用ミラー１３１、１３７とで構成され
ている。ところで、本発明の実施の第１の形態で用いた
レーザ媒質１３２では、ＮｄをドープしたＹｔｔｒｉｕ
ｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ（Ｎｄ：ＹＡＧ）
をレーザー媒質とするレーザーで、１０６４ｎｍの光を
発生するものを用いる。For the solid-state laser 13, 213 nm
Of the continuous wave of ultraviolet light in the right direction, and includes a laser medium 132 and four nonlinear crystals 133, 134, 135, 136 for converting the wavelength in the resonator. It is composed of mirrors 131 and 137. By the way, in the laser medium 132 used in the first embodiment of the present invention, Ydtriu doped with Nd is used.
m Aluminum Garnet (Nd: YAG)
A laser having a laser medium that emits 1064 nm light is used.
【００３２】ところで、レーザー共振用ミラー１３１
は、波長８０８ｎｍの励起光に対しては高透過率とし、
波長１０６４ｎｍの固体レーザーの基本波に対しては高
反射率となるミラーを用いた。このレーザー共振用ミラ
ー１３１は個別の部品とせずに、レーザー媒質１３２の
左端面に反射膜を付着させて代用しても良い。ところ
で、レーザー媒質１３２から発した波長１０６４ｎｍの
基本波（周波数ω）は、非線形結晶１３３、１３４、１
３５、及び非線形結晶１３６を透過し、レーザー共振用
ミラー１３１と、もう一方のレーザー共振用ミラー１３
７の間に構成されるレーザー共振器中を往復する。By the way, the laser resonance mirror 131
Has a high transmittance for the excitation light having a wavelength of 808 nm,
A mirror having a high reflectance was used for the fundamental wave of the solid-state laser having a wavelength of 1064 nm. The laser resonance mirror 131 may be formed by attaching a reflection film to the left end surface of the laser medium 132 instead of using it as an individual component. By the way, the fundamental wave (frequency ω) having a wavelength of 1064 nm emitted from the laser medium 132 is generated by the nonlinear crystals 133, 134, 1
35 and the nonlinear crystal 136, the laser resonance mirror 131 and the other laser resonance mirror 13
It reciprocates in the laser resonator constituted between 7.
【００３３】このレーザー共振器中を基本波の光が往復
する際、各非線形結晶などの端面での反射や散乱、内部
での吸収、高調波へのエネルギーの変換などで、基本波
はエネルギーを失うが、レーザー媒質１３２を通過する
際に強度の増幅を受ける。その結果、共振器中の基本波
の強度は増して、およそ数十ワットから数百ワットに達
する。When the light of the fundamental wave travels back and forth in this laser resonator, the fundamental wave absorbs energy due to reflection and scattering at the end faces of each nonlinear crystal, internal absorption, and conversion of energy into higher harmonics. Although lost, it undergoes intensity amplification as it passes through the laser medium 132. As a result, the intensity of the fundamental wave in the resonator increases, reaching approximately tens to hundreds of watts.
【００３４】図２で説明するとレーザー媒質１３２から
発した基本波が左から右へ非線形結晶１３３を通る際
に、波長５３２ｎｍ（周波数２ω）の２倍波が発生（第
２高調波発生、ω＋ω＝２ω）する。非線形結晶１３３
としては、ＬｉＢ3Ｏ5（ＬＢＯ）を用いた。基本波は、
そのエネルギーの一部を変換により多少失うが、その絶
対的な強度は依然として高く、高強度を保つことができ
る。なお、この際タイプＩの位相整合が成り立つよう
に、入射光の偏光方向に対応するよう非線形結晶１３３
の端面のカット方向を決める。タイプＩの位相整合で
は、垂直方向の偏光方向を持っていた基本波から、水平
方向の偏光を持った２倍波を発生させることが出来るた
めである。Referring to FIG. 2, when the fundamental wave emitted from the laser medium 132 passes from the left to the right through the nonlinear crystal 133, a second harmonic wave having a wavelength of 532 nm (frequency 2ω) is generated (second harmonic generation, ω + ω =). 2ω) Non-linear crystal 133
As the material, LiB 3 O 5 (LBO) was used. The fundamental wave is
Although some of its energy is lost by conversion, its absolute intensity is still high, and high intensity can be maintained. At this time, the nonlinear crystal 133 is adapted to correspond to the polarization direction of the incident light so that the type I phase matching is established.
Determine the cutting direction of the end face of. This is because the type I phase matching can generate a second harmonic wave having a horizontal polarization from a fundamental wave having a vertical polarization direction.
【００３５】次に非線形結晶１３３により発生した波長
５３２ｎｍの２倍波は、波長１０６４ｎｍの基本波と共
に次の非線形結晶（ＬＢＯ）１３４に到達する。そこ
で、２倍波と基本波の和周波発生（ω＋２ω＝３ω）が
行われ、３倍波（波長３５５ｎｍ）が発生する。その際
に２倍波、基本波とも強度は多少低下するが、基本波は
依然として高強度を保つ。ここでは、いわゆるタイプII
の位相整合が行われるように非線形結晶１３４の端面を
カットしておく。タイプIIの位相整合では垂直方向の基
本波と、水平方向の２倍波から、垂直方向成分を持った
３倍波が発生する。Next, the second harmonic having a wavelength of 532 nm generated by the nonlinear crystal 133 reaches the next nonlinear crystal (LBO) 134 together with the fundamental wave having a wavelength of 1064 nm. Therefore, the sum frequency generation (ω + 2ω = 3ω) of the second harmonic and the fundamental wave is performed, and the third harmonic (wavelength 355 nm) is generated. At that time, the intensity of both the second harmonic wave and the fundamental wave is slightly lowered, but the fundamental wave still maintains a high intensity. Here, the so-called Type II
The end face of the non-linear crystal 134 is cut so that the phase matching is performed. In type II phase matching, a fundamental wave in the vertical direction and a second harmonic wave in the horizontal direction generate a third harmonic wave having a vertical component.
【００３６】さらに、少なくとも基本波、３倍波の光が
次の非線形結晶（ＬＢＯ）１３５に到達する。この非線
形結晶（ＬＢＯ）１３５では基本波と３倍波の和周波発
生（ω＋３ω＝４ω）が行われ、４倍波の２６６ｎｍが
発生する。ここでは、タイプＩの位相整合が行われ、４
倍波は水平方向の偏光方向を持つ。そして、少なくとも
基本波と、４倍波の光が次の非線形結晶（ＢＢＯ）１３
６に到達する。非線形結晶１３６では、タイプIIの位相
整合により、基本波と４倍波との和周波発生（ω＋４ω
＝５ω）が行なわれ、５倍波（波長２１３ｎｍ）が発生
する。ところで、非線形結晶１３６では、β−ＢａＢ2
Ｏ4（以下、ＢＢＯ）を用いた。なお、非線形結晶（Ｂ
ＢＯ）１３６を出たところでも、依然として基本波は高
強度である。また、発生した５倍波は、およそ１００ｍ
Ｗの出力が見込まれる。Furthermore, at least the fundamental wave and the third-harmonic wave light reach the next nonlinear crystal (LBO) 135. In this nonlinear crystal (LBO) 135, the sum frequency generation of the fundamental wave and the third harmonic (ω + 3ω = 4ω) is performed, and the fourth harmonic 266 nm is generated. Here, type I phase matching is performed and
The harmonics have a horizontal polarization direction. Then, at least the fundamental wave and the fourth-harmonic light are emitted from the next nonlinear crystal (BBO) 13
Reach 6. In the nonlinear crystal 136, the sum frequency generation of the fundamental wave and the fourth harmonic (ω + 4ω) is performed by the type II phase matching.
= 5ω) is performed and a fifth harmonic (wavelength 213 nm) is generated. By the way, in the nonlinear crystal 136, β-BaB 2
O 4 (hereinafter, BBO) was used. The nonlinear crystal (B
Even after leaving the (BO) 136, the fundamental wave is still high in intensity. In addition, the generated 5th harmonic is about 100m
W output is expected.
【００３７】ところで、固体レーザー１３（レーザー共
振器）の射出端側には、波長選択性のあるレーザー共振
用ミラー１３７が設けられている。このレーザー共振用
ミラー１３７は基本波の光を反射させて再びレーザー共
振用ミラー１３１に到達させる一方、この固体レーザー
１３で発生した５倍波の光は透過させる様になってい
る。なお、２倍波、３倍波、４倍波の高調波の光は強度
が弱まっているので、透過させても反射させても良い。A laser resonance mirror 137 having wavelength selectivity is provided on the emission end side of the solid-state laser 13 (laser resonator). The laser resonance mirror 137 reflects the fundamental wave light to reach the laser resonance mirror 131 again, while transmitting the fifth harmonic light generated by the solid-state laser 13. Since the intensity of the harmonic light of the second harmonic wave, the third harmonic wave, and the fourth harmonic wave is weakened, it may be transmitted or reflected.
【００３８】また、非線形光学結晶としては、ＫＢｅ2
ＢＯ3Ｆ2（ＫＢＢＦ）や、Ｓｒ2Ｂｅ 2Ｂ2Ｏ7（ＳＢＢ
Ｏ）を用いることも可能である。これらを用いること
で、より短波長の紫外光を発生することができる可能性
がある。ところで、半導体製造装置としての適用を考慮
する場合には、各レーザー要素は、個々の発振波長の帯
域幅が１ｐｍ以下であること、及び、複数のレーザー要
素相互の波長の差が１ｐｍ以下であることの二つの条件
が求められている。As the non-linear optical crystal, KBe is used.Two
BOThreeFTwo(KBBF) and SrTwoBe TwoBTwoO7(SBB
It is also possible to use O). Use these
Could generate shorter wavelength UV light
There is. By the way, considering application as a semiconductor manufacturing device
If so, each laser element is
Bandwidth is 1pm or less, and multiple lasers are required
Two conditions that the wavelength difference between the elements is less than 1 pm
Is required.
【００３９】本発明の実施の第１の形態では、特段設け
ていないがこの様な問題が発生した場合には、次のよう
にして上記２つの条件を満たすように波長を制御するこ
とができる。各レーザー要素は、いくつかの縦モード
（発振波長に対応する）の中から、一個の縦モードのみ
で発振するように調整される。そのためには共振器長を
調整し、必要のあるときは波長選択性のある光学素子を
挿入する。In the first embodiment of the present invention, although not particularly provided, if such a problem occurs, the wavelength can be controlled so as to satisfy the above two conditions as follows. . Each laser element is tuned to oscillate in only one longitudinal mode, out of several longitudinal modes (corresponding to the oscillation wavelength). For that purpose, the resonator length is adjusted, and an optical element having wavelength selectivity is inserted when necessary.
【００４０】１つの縦モードの発振線幅は、典型的には
０．０１ｐｍ以下である。そこで、ひとつの縦モードで
の発振（Ｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｐｅｒ
ａｔｉｏｎ）をさせることにより、個々のレーザー要素
の発振線幅は、要求の１ｐｍ以下となる。また、縦モー
ドの固有波長は周期的に存在し、その波長間隔Δλは、
レーザー共振器の１往復の長さを２Ｌ、共振器内部の物
質の屈折率をｎ、発振する波長をλとすると、以下の式
（２）で与えられる。The oscillation line width of one longitudinal mode is typically 0.01 pm or less. Therefore, oscillation in one longitudinal mode (Single frequency operation)
The oscillation line width of each laser element becomes less than the required 1 pm. Further, the eigen wavelength of the longitudinal mode exists periodically, and the wavelength interval Δλ is
When the length of one round trip of the laser resonator is 2 L, the refractive index of the substance inside the resonator is n, and the wavelength of oscillation is λ, it is given by the following equation (2).
【００４１】[0041]
【数２】 Δλ＝λ2 ／（２Ｌ・ｎ） ・・・（２） 本発明の実施の第１の形態では、Ｌ＝１０ｃｍ、Ｎｄ：
ＹＡＧの基本波の１０６４ｎｍを用い、ｎとしてＮｄ：
ＹＡＧや非線形結晶の平均として１．７を用いると、Δ
λとして、２．９ｐｍを得るが、これの５倍波の２１３
ｎｍでは、Δλ＝０．６ｐｍとなる。(2) Δλ = λ 2 / (2L · n) (2) In the first embodiment of the present invention, L = 10 cm, Nd:
Using the YAG fundamental wave of 1064 nm, n is Nd:
Using 1.7 as the average of YAG and nonlinear crystals, Δ
As λ, 2.9 pm is obtained, which is 213 of the fifth harmonic of this.
In nm, Δλ = 0.6 pm.
【００４２】通常１つの縦モードを発振させると、レー
ザー媒質の増幅率の最も大きな波長の縦モードが発振す
る。この波長は、レーザー媒質により決定されるもの
で、複数のレーザー要素の発振している波長はレーザー
媒質に固有な波長付近に揃うことになる。さらに詳しく
言うと、レーザー媒質のもっとも増幅率の大きな波長を
中心として、個々のレーザー要素では、最大で縦モード
間隔の１／２（上記の例では±０．６ｐｍ／２＝±０．
３ｐｍ）しか、互いに離れていないことになる。Normally, when one longitudinal mode is oscillated, the longitudinal mode of the wavelength having the largest amplification factor of the laser medium oscillates. This wavelength is determined by the laser medium, and the oscillated wavelengths of the plurality of laser elements are aligned near the wavelength peculiar to the laser medium. More specifically, centering on the wavelength with the highest amplification factor of the laser medium, each laser element has a maximum half of the longitudinal mode interval (± 0.6 pm / 2 = ± 0.
3 pm), which means that they are separated from each other.
【００４３】共振器長Ｌがここで述べた場合よりも小さ
いときには、モード間隔Δλが離れてしまうので、各レ
ーザー要素の共振器長Ｌまたは波長選択素子の特性を調
整することによって、発振波長をそろえることができ
る。また、本発明の実施の形態では、複数のレーザー要
素から光が発生するので、もともと空間的コヒーレンス
は低い。When the cavity length L is smaller than that described here, the mode interval Δλ becomes large. Therefore, the oscillation wavelength can be adjusted by adjusting the cavity length L of each laser element or the characteristics of the wavelength selection element. You can arrange. Further, in the embodiment of the present invention, since light is generated from a plurality of laser elements, the spatial coherence is originally low.
【００４４】本発明の実施の第１の形態によれば、この
ように空間的コヒーレンスを低下させているので従来の
一本ビームの固体レーザーの時よりもスペックル低減に
有利である。なお、本発明の実施の第１の形態では、固
体レーザー１３中に配置されているレーザー媒質１３
２、非線形結晶１３３、１３４、１３５、１３６には、
それぞれその端面に反射防止膜を施している。なお、反
射防止膜を用いずに各光学部品を密着（接着またはオプ
ティカルコンタクト）させて反射を防止させても良い。
また、レーザー共振用ミラー１３１と同様に、レーザー
共振用ミラー１３７にも個別部品とせずに、非線形結晶
１３６の端面に反射膜を付着させて反射面とすること
で、レーザー共振用ミラー１３７を代用する構成として
も良い。According to the first embodiment of the present invention, since the spatial coherence is reduced in this way, it is more advantageous for speckle reduction than in the case of the conventional single-beam solid-state laser. In the first embodiment of the present invention, the laser medium 13 arranged in the solid-state laser 13 is used.
2, the non-linear crystals 133, 134, 135, 136,
An antireflection film is applied to each of the end faces. The reflection may be prevented by bringing the optical components into close contact (adhesion or optical contact) without using the antireflection film.
Further, similar to the laser resonance mirror 131, the laser resonance mirror 137 is not used as an individual component, but a reflection film is attached to the end face of the nonlinear crystal 136 to form a reflection surface. It may be configured to.
【００４５】そして、固体レーザー１３の射出端には、
光学素子として凸レンズ１４を備えている。この凸レン
ズ１４によって固体レーザー１３から発せられた光は集
光され、一つの点光源を形成することができる。そし
て、形成された点光源から再び光が発散し、被照明面全
体にほぼ均一な光強度で照射することが可能となる。ま
た、他のレーザーからの光も同様に非照明面全体にほぼ
均一な光強度で照射することができるので、結果的に各
々のレーザーから発せられた光が、被照明面全体に重畳
的でかつ均一に照射される。この様に、全てのレーザー
要素から発せられた光を均一に被照明面全体に照明する
ことが出来る。At the exit end of the solid-state laser 13,
The convex lens 14 is provided as an optical element. The light emitted from the solid-state laser 13 is condensed by the convex lens 14, and one point light source can be formed. Then, light is again diverged from the formed point light source, and it becomes possible to irradiate the entire illuminated surface with a substantially uniform light intensity. In addition, light from other lasers can also be applied to the entire non-illuminated surface with a substantially uniform light intensity, so that the light emitted from each laser is superposed on the entire illuminated surface. And it is irradiated uniformly. In this way, the light emitted from all the laser elements can be uniformly illuminated on the entire illuminated surface.
【００４６】この光学素子１４については、通常半導体
露光装置に用いた時に、特段の効果を奏する。ウエハ上
に出来る像の品位を向上させるには、すべてのレーザー
要素から射出される光を被照明面であるマスクパターン
上に均一的に照射することが好ましい。したがって、被
照明面に均一的にそれぞれのレーザー要素の光を照射す
るために、この光学素子１４を各固体レーザー１３の射
出側に備えた。この光学素子１４は複数のレーザー要素
の光の射出側に備えることで、おのおののレーザー要素
の光が被照明面に均一に照射することのでき、複数備え
たレーザー要素からの光を重畳的にかつ均一に照明する
ことが出来る。The optical element 14 has a special effect when it is used in a semiconductor exposure apparatus. In order to improve the quality of the image formed on the wafer, it is preferable to uniformly irradiate the light emitted from all the laser elements onto the mask pattern which is the surface to be illuminated. Therefore, in order to uniformly illuminate the illuminated surface with the light of each laser element, the optical element 14 is provided on the emission side of each solid-state laser 13. By providing this optical element 14 on the light emission side of a plurality of laser elements, the light of each laser element can be uniformly applied to the illuminated surface, and the light from the plurality of laser elements can be superimposed. And it can be illuminated uniformly.
【００４７】この様な光学素子を各レーザー要素の射出
側に設けることによって、微細なパターンを光学的に転
写する装置として、更に良い照明光学装置を提供するこ
とができる。ところで、この発明の実施の第１の形態で
の固体レーザー１３は、５倍波以外の高調波と基本波に
ついても低強度ながらもレーザー共振用ミラー１３７を
通して出力される。もし、これらが露光に悪影響をおよ
ぼす場合には、レーザーの外部にフィルターを設け、そ
れによって除外することでも構わない。By providing such an optical element on the emission side of each laser element, a better illumination optical apparatus can be provided as an apparatus for optically transferring a fine pattern. By the way, the solid-state laser 13 according to the first embodiment of the present invention outputs the harmonics other than the fifth harmonic and the fundamental wave through the laser resonance mirror 137 even though the intensity is low. If these adversely affect the exposure, a filter may be provided outside the laser and thus excluded.
【００４８】また、これらのレーザー要素が単一の縦モ
ードで発振しない場合には、さらに波長選択素子を加え
る構成としても良い。本発明の実施の第１の形態によれ
ば、波長２１３ｎｍの紫外光で、全出力が約１０Ｗ、ス
ペクトル線幅が１ｐｍ以下で、非線形結晶の損傷が少な
く、空間的コヒーレンスの低い紫外レーザー光源が実現
される。If these laser elements do not oscillate in a single longitudinal mode, a wavelength selecting element may be added. According to the first embodiment of the present invention, an ultraviolet laser light source with a wavelength of 213 nm, a total output of about 10 W, a spectral line width of 1 pm or less, less damage to a nonlinear crystal, and low spatial coherence is provided. Will be realized.
【００４９】次に、本発明の実施の第２の形態について
説明する。本発明の実施の第２の形態の概略構成図を図
３に示す。なお、この図３において図２と同一図番を付
した構成は、図２で説明した構成と同じ構成なので、こ
こでの説明は省略するものとする。この発明の実施の第
２の形態で発明の実施の第１の形態と異なる点は、凸レ
ンズ１４の代わりに凹レンズ２４を配置した点である。
この様に凸レンズ１４の代わり凹レンズ２４を配置して
も、同様に固体レーザー１３から発せられた光が発散し
て行くので、被照明面全体にほぼ均一な光強度で照射す
ることが可能となる。なお、この凹レンズ２４を配置し
た場合、凸レンズ１４を配置したときにできる点光源と
同様な役割をする集光点が仮想的には固体レーザー側に
出来る。実際、被照明面は、この点光源から発せられた
光が被照明面全体に照射できる位置にあるべきなので、
この様な凹レンズを各レーザー要素の射出端側に載置す
ることで、凸レンズに比べレーザー要素から被照射面ま
での距離を短くすることができる。したがって、この様
なレーザー光源を用いた露光装置は、よりコンパクトな
露光装置とすることができる。Next, a second embodiment of the present invention will be described. A schematic configuration diagram of the second embodiment of the present invention is shown in FIG. Note that, in FIG. 3, the configuration denoted by the same reference numeral as that of FIG. 2 is the same as the configuration described with reference to FIG. 2, and thus the description thereof is omitted here. The second embodiment of the present invention differs from the first embodiment of the invention in that a concave lens 24 is arranged instead of the convex lens 14.
Even if the concave lens 24 is arranged instead of the convex lens 14 in this manner, the light emitted from the solid-state laser 13 similarly diverges, so that it is possible to irradiate the entire illuminated surface with a substantially uniform light intensity. . When the concave lens 24 is arranged, a condensing point, which plays a role similar to that of a point light source formed when the convex lens 14 is arranged, can be virtually formed on the solid-state laser side. In fact, the illuminated surface should be in a position where the light emitted from this point light source can be applied to the entire illuminated surface.
By mounting such a concave lens on the exit end side of each laser element, the distance from the laser element to the irradiated surface can be shortened as compared with the convex lens. Therefore, the exposure apparatus using such a laser light source can be a more compact exposure apparatus.
【００５０】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。本発明の実施の第３の形態の概略構成図を図
４に示す。なお、この図４において図２と同一図番を付
した構成は、図２で説明した構成と同じ構成なので、こ
こでの説明は省略するものとする。この発明の実施の第
３の形態で発明の実施の第１の形態と異なる点は、凸レ
ンズ１４の代わりに、レーザー共振用ミラー３４のミラ
ー面とは反対側に所望の曲率を有したレーザー共振用ミ
ラーの透明基板を用いた点である。Next, a third embodiment of the present invention will be described. A schematic configuration diagram of the third embodiment of the present invention is shown in FIG. Note that, in FIG. 4, the configuration denoted by the same reference numeral as that of FIG. 2 is the same configuration as the configuration described in FIG. 2, and thus the description thereof is omitted here. The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the invention in that instead of the convex lens 14, the laser resonance having a desired curvature is provided on the side opposite to the mirror surface of the laser resonance mirror 34. The point is that the transparent substrate of the mirror for use is used.
【００５１】ところで、レーザー光の射出側に設けられ
たレーザー共振用ミラーは、２１３ｎｍの波長の光であ
る５倍波の光を良好に透過する透明基板上に、基本波の
光を反射するためのいくつかの物質を成膜して多層膜を
形成したものが用いられる。したがって、大抵のレーザ
ー共振用ミラーは透明基板上にミラーとして役割を果た
す多層膜が成膜されたものを用いる。この本発明の実施
の第３の形態は、この透明基板と空気との屈折率が異な
る点に着目し、かつこれに所望の曲率を持たせること
で、一種のレンズとしての機能を果たせるようにした。By the way, since the laser resonance mirror provided on the laser beam emitting side reflects the light of the fundamental wave on the transparent substrate which satisfactorily transmits the light of the fifth harmonic which is the light of the wavelength of 213 nm. A multi-layered film is formed by depositing several substances. Therefore, most of the laser resonance mirrors use a transparent substrate on which a multilayer film serving as a mirror is formed. In the third embodiment of the present invention, attention is paid to the fact that the transparent substrate and the air have different refractive indices, and a desired curvature is given to the transparent substrate so that the transparent substrate and the air can function as a kind of lens. did.
【００５２】本発明の実施の第３の形態では、レーザー
共振用ミラーに用いる基板を厚めにとって、そのレーザ
ー共振用ミラーの反射面とは反対側の面に本発明の実施
の第１の形態で備えた凸レンズ１４と同じ役割を持たせ
るように曲率を持たして、レーザー共振用ミラーとレー
ザー光の射出端側に備える光学素子とを兼ね備えた構成
にした。この様にすることで、本発明の実施の第１の形
態と同様に固体レーザー１３から発せら、レーザー共振
用ミラー３４を通過した光は、集光され、一つの点光源
を形成することができる。そして、形成された点光源か
ら再び光が発散して非照明面全体にほぼ均一な光強度で
照射することが可能となる。この様にすることで、本発
明の実施の第１の形態と同じ効果を発することができ
る。In the third embodiment of the present invention, the substrate used for the laser resonance mirror is made thicker, and the surface opposite to the reflection surface of the laser resonance mirror is provided on the surface opposite to the first embodiment of the present invention. The convex lens 14 is provided with a curvature so as to have the same role as that of the convex lens 14 so that the laser resonance mirror and the optical element provided on the laser light emission end side are combined. By doing so, the light emitted from the solid-state laser 13 and passing through the laser resonance mirror 34 can be condensed to form one point light source, as in the first embodiment of the present invention. it can. Then, light is again diverged from the formed point light source, and it is possible to irradiate the entire non-illuminated surface with a substantially uniform light intensity. By doing so, the same effect as that of the first embodiment of the present invention can be obtained.
【００５３】ところで、このレーザー共振用ミラー３４
の反射面と反対側に凹レンズと同じ様な曲率を持たせる
ことも可能である。この様にした場合は、本発明の実施
の第２の形態と同じ効果を発することができる。つぎに
本発明の実施の第４の形態について説明する。本発明の
実施の第４の形態の外観構成図を図５に示す。なお、後
で説明する本発明の実施の第５の形態の外観も図５と同
様な外観である。By the way, the laser resonance mirror 34 is used.
It is also possible to have a curvature similar to that of a concave lens on the side opposite to the reflection surface of. In this case, the same effect as the second embodiment of the present invention can be obtained. Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows an external configuration diagram of the fourth embodiment of the present invention. The appearance of the fifth embodiment of the present invention described later is also the same as that of FIG.
【００５４】本発明の実施の第４の形態における紫外レ
ーザー光源は、上記図１と同様に、複数のレーザー要素
を並列に束にして構成したものであり、各レーザー要素
は、図６に示すような光学的な構造を有する。すなわ
ち、各レーザー要素は、励起光を発生する半導体レーザ
ー５１と、励起光により励起され基本波の光を発生する
レーザー共振器（固体レーザー）５３と、レーザー共振
器５３から発せられた光から、５倍波の光に変換する外
部共振器構造を有する波長変換部５４とを有し、最終的
に２１３ｎｍの紫外光を出力する。そして、レーザー共
振器５３および波長変換部５４は、それぞれ本発明の実
施の第１の形態と同様に図示されていない銅ブロックに
封入されており、図示されていない冷却機構が備えられ
ている。The ultraviolet laser light source according to the fourth embodiment of the present invention is constituted by bundling a plurality of laser elements in parallel as in the case of FIG. 1, and each laser element is shown in FIG. It has such an optical structure. That is, each laser element is composed of a semiconductor laser 51 that generates excitation light, a laser resonator (solid-state laser) 53 that is excited by the excitation light to generate light of a fundamental wave, and light emitted from the laser resonator 53. The wavelength conversion unit 54 having an external resonator structure for converting the light into a fifth-harmonic light is finally output as 213 nm ultraviolet light. The laser resonator 53 and the wavelength converter 54 are each enclosed in a copper block (not shown) as in the first embodiment of the present invention, and provided with a cooling mechanism (not shown).
【００５５】ところで、本発明の実施の第４の形態で
は、半導体レーザー５１は本発明の実施の第１の形態と
同じ半導体レーザーを用いた。光ファイバー５２につい
ても本発明の実施の第１の形態と同じ目的として用い
た。レーザー共振器５３は、レーザー共振用ミラー５３
１、５３４と、レーザー媒質５３２と、Ｑスイッチ５３
３とを備えている。また、波長変換部５４は、波長変換
を行う非線形結晶５４１、５４２、５４３が備えられて
おり、非線形結晶５４３の光の射出端には、曲面が形成
されている。By the way, in the fourth embodiment of the present invention, the semiconductor laser 51 is the same semiconductor laser as in the first embodiment of the present invention. The optical fiber 52 was also used for the same purpose as in the first embodiment of the present invention. The laser resonator 53 is a laser resonance mirror 53.
1, 534, laser medium 532, and Q switch 53
3 is provided. The wavelength conversion unit 54 includes nonlinear crystals 541, 542, and 543 that perform wavelength conversion, and a curved surface is formed at the light emission end of the nonlinear crystal 543.
【００５６】ところで、半導体レーザー５１からの波長
８０８ｎｍの励起光（出力３Ｗ）は、光ファイバー５２
によってレーザー共振器５３に導かれる。そして、レー
ザー共振用ミラー５３１を透過して、レーザー媒質５３
２に入射する。なお、ここで半導体レーザーからの光
を、光ファイバーで入射する以外にも、半導体レーザー
５１とレーザー共振器５３との間に集光レンズを備え
て、半導体レーザーの光を集光させてレーザー共振器５
３に入射させる構成としても良い。次に、レーザー共振
器５３について説明する。このレーザー共振器５３は、
本発明の実施の第１の形態とは異なり、周知のＱ−スイ
ッチ法によるパルスレーザーの構成を採っている。By the way, the excitation light (output 3 W) having a wavelength of 808 nm from the semiconductor laser 51 is emitted from the optical fiber 52.
Is guided to the laser resonator 53. Then, the laser medium 53 passes through the laser resonance mirror 531 and
2 is incident. Here, in addition to the light from the semiconductor laser entering through the optical fiber, a condenser lens is provided between the semiconductor laser 51 and the laser resonator 53 so that the light from the semiconductor laser is condensed and the laser resonator. 5
It is good also as a structure which makes 3 incident. Next, the laser resonator 53 will be described. This laser resonator 53
Unlike the first embodiment of the present invention, a well-known Q-switch method pulse laser configuration is adopted.
【００５７】このレーザー共振器５３は、レーザー共振
用ミラー５３１および５３４の間に、レーザー媒質５３
２および変調器５３３が備えられている。レーザー共振
器５３に導かれた光はレーザー共振用ミラー５３１を透
過して、レーザー媒質であるＮｄ：ＹＡＧ結晶５３２を
励起する。また、レーザー共振器５３には、音響光学効
果による変調器５３３が内蔵されており、いわゆるＱ−
スイッチ法により、レーザ媒体５３２で発せられた波長
１０６４ｎｍの光をパルス光として発生させることがで
きる。このパルス光のパルス幅は約５ｎｓ（ナノ秒）、
１パルス当たりのエネルギーは約１００μＪ（マイクロ
ジュール）、パルスの繰り返し周波数は、約１０ｋＨｚ
である。この構成によれば、平均エネルギー出力は約１
Ｗとなる。This laser resonator 53 includes a laser medium 53 between the laser resonance mirrors 531 and 534.
2 and a modulator 533 are provided. The light guided to the laser resonator 53 passes through the laser resonance mirror 531 and excites the Nd: YAG crystal 532 which is the laser medium. Further, the laser resonator 53 contains a modulator 533 based on an acousto-optic effect, which is a so-called Q-
By the switch method, light with a wavelength of 1064 nm emitted from the laser medium 532 can be generated as pulsed light. The pulse width of this pulsed light is about 5 ns (nanoseconds),
The energy per pulse is about 100 μJ (microjoule), and the pulse repetition frequency is about 10 kHz.
It is. With this configuration, the average energy output is about 1
W.
【００５８】レーザー共振器５３から出力されたパルス
光は、ピーク出力が大きいので、波長変換の際に共振器
構造を利用しなくても、効率の高い波長変換が行われ
る。本発明の実施の第４の形態では、レーザー共振器５
３から発せられた１０６４ｎｍの波長の光を非線形結晶
（ＬＢＯ）５４１に照射させる。非線形結晶５４１で
は、基本波である波長１０６４ｎｍの光から波長５３２
ｎｍ（周波数２ω）の２倍波を発生（第２高調波発生、
ω＋ω＝２ω）させる。このとき、タイプＩの位相整合
が成り立つように、レーザー共振器５３からの発せられ
た光の偏光方向に対応するよう非線形結晶５４１の端面
のカット方向を決める。Since the pulsed light output from the laser resonator 53 has a large peak output, highly efficient wavelength conversion is performed without using a resonator structure for wavelength conversion. In the fourth embodiment of the present invention, the laser resonator 5
The non-linear crystal (LBO) 541 is irradiated with light having a wavelength of 1064 nm emitted from the light source 3. In the nonlinear crystal 541, the wavelength of 532 is changed from the light of the fundamental wave, which has a wavelength of 1064 nm.
Generates a second harmonic wave of nm (frequency 2ω) (second harmonic generation,
ω + ω = 2ω). At this time, the cutting direction of the end face of the nonlinear crystal 541 is determined so as to correspond to the polarization direction of the light emitted from the laser resonator 53 so that the type I phase matching is established.
【００５９】ところで、本発明の実施の第４の形態では
パルスレーザーであるので、このレーザーから得られる
ピーク出力が本発明の実施の第１の形態で得られる出力
より大きい。非線形結晶５４１で得られた２倍波の光か
ら更に非線形結晶（ＢＢＯ）５４２で、２６６ｎｍ（周
波数４ω）の４倍波を発生（第４高調波発生、２ω＋２
ω＝４ω）させる。このとき、非線形結晶５４２では、
非線形結晶５４１で射出された光に対してタイプＩの位
相整合が成り立つように、非線形結晶５４２の端面のカ
ット方向を決める。By the way, since the pulse laser is used in the fourth embodiment of the present invention, the peak output obtained from this laser is larger than the output obtained in the first embodiment of the present invention. The nonlinear crystal (BBO) 542 further generates a fourth harmonic of 266 nm (frequency 4ω) from the second harmonic light obtained by the nonlinear crystal 541 (fourth harmonic generation, 2ω + 2).
ω = 4ω). At this time, in the nonlinear crystal 542,
The cutting direction of the end face of the nonlinear crystal 542 is determined so that the type I phase matching is established for the light emitted from the nonlinear crystal 541.
【００６０】最後に非線形結晶（ＢＢＯ）５４３によっ
て、レーザー共振器５３から発せられた基本波と非線形
結晶５４２から発せられた４倍波との和周波発生を行
い、第５高調波である２１３ｎｍの紫外光の発生する。
このとき、非線形結晶５４２から射出された光は、非線
形結晶を２回通過しているため、基本波の偏光面と同じ
偏光面を有していることになる。したがって、非線形結
晶５４３では、非線形結晶５４２から射出された光およ
びレーザー共振器５３から射出された光に対してタイプ
Ｉの位相整合が成り立つように、非線形結晶５４３の端
面のカット方向を決める。Finally, the non-linear crystal (BBO) 543 generates the sum frequency of the fundamental wave emitted from the laser resonator 53 and the fourth harmonic wave emitted from the non-linear crystal 542, and the fifth harmonic of 213 nm is generated. Ultraviolet light is generated.
At this time, since the light emitted from the nonlinear crystal 542 has passed through the nonlinear crystal twice, it has the same polarization plane as the polarization plane of the fundamental wave. Therefore, in the non-linear crystal 543, the cutting direction of the end face of the non-linear crystal 543 is determined so that the type I phase matching is established for the light emitted from the non-linear crystal 542 and the light emitted from the laser resonator 53.
【００６１】なお、非線形結晶における波長の変換効率
をさらに上げるために、これらの非線形結晶の入射側に
集光レンズを設け、レーザー光を集光した後に非線形結
晶に光を通す構成としても良い。ところで、本発明の実
施の第４の形態では、レーザー要素の一番射出側にある
非線形結晶５４３の射出側を曲面で形成した。丁度、凸
レンズと同じ形状になるようにした。この様に非線形結
晶５４３の射出側の形状を凸レンズと同様な形状を採る
ことで、レーザー要素から発せられた光は、一旦集光さ
れる。各レーザー要素から射出された光が集光された位
置が丁度点光源が形成されたのと同様な役割を果たし、
各レーザー要素から射出された光は、レーザー要素から
射出された光が集光された位置から被照明面に全体的に
照明することができる。この本発明の実施の第４の形態
では、非線形結晶５４３と空気とに屈折率の差が生じて
いることに着眼して、レーザー要素の一番射出側にある
非線形結晶５４３の射出側を凸レンズと同じ様な形状に
することで、非線形結晶５４３に凸レンズと同じ機能を
持たせた。なお、非線形結晶５４３の射出側に形成され
る形状は、凸レンズと同様な形状の他に、凹レンズと同
様な形状を採用しても構わない。なお、非線形結晶５４
３の射出側に凹レンズと同様な形状を採用した場合、本
発明の実施の第２の形態で述べたように、各レーザー要
素から被照明面までの距離を短縮することができるとい
う利点がある。In order to further increase the wavelength conversion efficiency of the nonlinear crystal, a condenser lens may be provided on the incident side of these nonlinear crystals to collect the laser light and then pass the light through the nonlinear crystal. By the way, in the fourth embodiment of the present invention, the emission side of the nonlinear crystal 543 located closest to the emission side of the laser element is formed by a curved surface. It has the same shape as the convex lens. In this way, the emission side of the nonlinear crystal 543 has a shape similar to that of a convex lens, so that the light emitted from the laser element is once condensed. The position where the light emitted from each laser element is condensed plays the same role as the point light source was formed,
The light emitted from each laser element can entirely illuminate the illuminated surface from the position where the light emitted from the laser element is collected. In the fourth embodiment of the present invention, focusing on the fact that there is a difference in refractive index between the nonlinear crystal 543 and air, the exit side of the nonlinear crystal 543, which is the most exit side of the laser element, is a convex lens. By making the shape similar to, the non-linear crystal 543 has the same function as the convex lens. The shape formed on the exit side of the non-linear crystal 543 may be the same shape as the concave lens, in addition to the shape similar to the convex lens. The nonlinear crystal 54
If the same shape as the concave lens is adopted on the exit side of 3, there is an advantage that the distance from each laser element to the illuminated surface can be shortened as described in the second embodiment of the present invention. .
【００６２】次に本発明の第５の形態について説明す
る。本発明の実施の第５の形態における各レーザー要素
の光学系の概略構成図を図７に示す。本発明の実施の第
５の形態における紫外レーザー光源は、上記図１と同様
に、複数のレーザー要素を並列に束にして構成したもの
であり、各レーザー要素は、図７に示すような光学的な
構造を有する。Next, a fifth mode of the present invention will be described. FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of an optical system of each laser element in the fifth embodiment of the present invention. The ultraviolet laser light source according to the fifth embodiment of the present invention is configured by bundling a plurality of laser elements in parallel as in the case of FIG. 1, and each laser element has an optical structure as shown in FIG. Has a general structure.
【００６３】なお、この図７において図６と同じ図番が
ふられた構成は、本発明の実施の第４の形態であるた
め、ここでの説明は省略する。ところで、本発明の実施
の第５の形態では、本発明の実施の第４の形態に対して
異なる点は、レーザー要素の最も射出側に設けられた非
線形結晶の形状の違いにある。Note that the configuration shown in FIG. 7 with the same reference numbers as in FIG. 6 is the fourth embodiment of the present invention, and therefore the description thereof is omitted here. By the way, the fifth embodiment of the present invention is different from the fourth embodiment of the present invention in the shape of the nonlinear crystal provided closest to the emission side of the laser element.
【００６４】本発明の実施の第５の形態では、各レーザ
ー素子から発せられる波長の光は、全く同じである。だ
が、一番射出側に設けられた非線形結晶（ＢＢＯ）６４
３の形状については、本発明の実施の第４の形態では、
射出側の形状に曲面形状を形成した代わりに、本発明の
実施の第５の形態では、入射側の形状に曲面形状を形成
した。In the fifth embodiment of the present invention, the light emitted from each laser element has the same wavelength. However, the nonlinear crystal (BBO) 64 provided on the most exit side
Regarding the shape of No. 3, in the fourth embodiment of the present invention,
Instead of forming a curved surface shape on the exit side, in the fifth embodiment of the present invention, a curved surface shape is formed on the incident side shape.
【００６５】本発明の第５の形態では、非線形結晶６４
３の入射側に凸レンズと同様な形状を持たせた。この様
にすることで、非線形結晶６４３に入射した光は、非線
形結晶６４３の内部で集光される。非線形結晶内部で光
が集光されると、光が集光されたところでの光の強度が
高くなる。非線形結晶では、先に述べたように非線形結
晶が破壊されない程度に光の強度を高くすると、光の波
長変換の効率が高くなる。したがって、この様に非線形
結晶内部で光が集光されることによって、波長変換効率
を高くさせることができる。また、非線形結晶６４３の
光の集光された位置に、点光源が形成されたのと同様な
効果を導き出すことができる。そして更に、部品の構成
数も少なくすることが出来るので、光の減衰を抑えるこ
とができ、高強度のレーザー光を照射することができ
る。In the fifth mode of the present invention, the nonlinear crystal 64
The incident side of 3 had the same shape as the convex lens. By doing so, the light incident on the nonlinear crystal 643 is condensed inside the nonlinear crystal 643. When the light is focused inside the nonlinear crystal, the intensity of the light at the point where the light is focused increases. In the nonlinear crystal, if the intensity of light is increased to the extent that the nonlinear crystal is not destroyed as described above, the efficiency of wavelength conversion of light is increased. Therefore, by condensing the light inside the nonlinear crystal in this way, the wavelength conversion efficiency can be increased. Further, it is possible to derive the same effect as that of forming the point light source at the position where the light of the nonlinear crystal 643 is condensed. Furthermore, since the number of constituent parts can be reduced, it is possible to suppress the attenuation of light and to irradiate a high-intensity laser beam.
【００６６】ところで、本発明の実施の第４および第５
の形態のレーザー要素の構成によれば、最終的に得られ
る２１３ｎｍの紫外光出力（平均出力）としては、１０
０ｍＷ程度が見込まれる。よって、上記レーザー要素を
１０×１０の計１００本を束にした、紫外レーザー光源
全体としては、１０Ｗ程度の合計出力が見込まれる。以
上の様に、本発明の実施の第４および第５の形態では、
コンパクト性、空間的コヒーレンスの低さ、メンテナン
スの容易性などの利点を達成することができ、かつ、パ
ルス光を発生し、被照明面に対し均一に照明することが
できる紫外レーザー光源を実現することができる。By the way, the fourth and fifth embodiments of the present invention
According to the configuration of the laser element in the form of, the final 213 nm ultraviolet light output (average output) is 10
About 0mW is expected. Therefore, a total output of about 10 W is expected for the entire ultraviolet laser light source obtained by bundling a total of 100 × 10 × 10 laser elements. As described above, in the fourth and fifth embodiments of the present invention,
Realize an ultraviolet laser light source that can achieve advantages such as compactness, low spatial coherence, and ease of maintenance, and can generate pulsed light and uniformly illuminate the illuminated surface. be able to.
【００６７】なお、本発明の実施の第４および第５の形
態は、パルス光を用いているため、このままではスペク
トル線幅がひろいが、インジェクションロックと呼ばれ
る公知の方法やエタロンを挿入することにより、スペク
トル線幅を１ｐｍ以下にすることも可能である。また、
本発明の実施の全ての形態の構成に言えることである
が、非線形結晶の光損傷がある。すなわち、非線形結晶
は、強すぎる光強度によって損傷して変換効率が落ちる
という問題がある。一方、非線形結晶において変換効率
を上げるためには光の強度を上げねばならないというの
で、これが装置の設計においてのジレンマとなる。Since the fourth and fifth embodiments of the present invention use pulsed light, the spectrum line width is wide as it is, but a known method called injection lock or an etalon is inserted. It is also possible to set the spectral line width to 1 pm or less. Also,
As can be said for the configurations of all the embodiments of the present invention, there is optical damage to the nonlinear crystal. That is, the non-linear crystal has a problem that it is damaged by excessive light intensity and the conversion efficiency is reduced. On the other hand, since it is necessary to increase the intensity of light in order to increase the conversion efficiency in the nonlinear crystal, this becomes a dilemma in the design of the device.
【００６８】本発明の実施の形態では、紫外レーザー光
源全体では数ワットの光出力を発生するが、数個から数
１００個の複数のレーザー要素が光出力を分担し、レー
ザー要素一個当たりの出力を低出力に抑えることのでき
る構成としている。この構成により、固体レーザー１３
内に設けられる複数個の非線形結晶は、光損傷が起きに
くく、長期間の安定した動作が可能となる。In the embodiment of the present invention, the entire ultraviolet laser light source generates a light output of several watts, but a plurality of laser elements, several to several hundreds, share the light output, and the output per laser element is increased. Is configured to be able to be suppressed to a low output. With this configuration, the solid-state laser 13
The plurality of nonlinear crystals provided inside are less likely to suffer optical damage, and can operate stably for a long period of time.
【００６９】以上の様に、本発明の実施の各形態では、
各レーザー要素の射出側に光を屈折させて、レーザー光
の光束が広がるようにした。なお、本発明は、被照明面
に各レーザー要素の光を均一に照明することなので、以
上の本発明の実施の各形態の様に光の屈折現象を利用し
て、光束を広がるようにすることだけに係わらず、各レ
ーザー要素の射出端および射出端にある非線形結晶に回
折現象を発生させてレーザー光の光束を広がるようにす
ることでも構わない。この場合、具体的な手段として
は、同心円上に所定の間隔でミゾが設けられた、または
同心円上に所定の間隔で所定の角度が成形されたフレネ
ルレンズがある。また、レーザー要素の射出端をすりガ
ラスの状態にさせて、光を発散させることでも構わな
い。この場合だと、製造上非常に簡便なので、この様な
照明装置を製造する際にスループットが高くなると言う
効果がある。As described above, in each of the embodiments of the present invention,
The light is refracted on the exit side of each laser element so that the light flux of the laser light spreads. Since the present invention uniformly illuminates the light of each laser element on the surface to be illuminated, the light refraction phenomenon is utilized to spread the light flux as in each of the embodiments of the present invention. Regardless of this, it is also possible to generate a diffraction phenomenon in the emission end of each laser element and the nonlinear crystal at the emission end to spread the light flux of the laser light. In this case, as a concrete means, there is a Fresnel lens in which grooves are provided on a concentric circle at a predetermined interval, or a predetermined angle is formed on the concentric circle at a predetermined interval. Alternatively, the exit end of the laser element may be made to be frosted glass to diverge light. In this case, since the manufacturing is very simple, there is an effect that throughput is increased when manufacturing such an illumination device.
【００７０】なお、以上に述べた本発明の実施の各形態
に、複数の点光源から発せられた光を重畳的に被照射面
に集光する集光光学系を備えることで照明光学装置とし
て用いることが可能となる。It should be noted that each of the embodiments of the present invention described above is provided with a condensing optical system for condensing light emitted from a plurality of point light sources on the illuminated surface in a superposed manner as an illumination optical device. Can be used.
【００７１】[0071]
【発明の効果】本発明によれば、コンパクトでメンテナ
ンスが容易で、電力利用効率が高く、光出力の制御が容
易で、しかも非線形結晶の損傷が小さくて、空間的コヒ
ーレンスの低い光を発生するレーザー光源を用いて、被
照明面に対し均一に照明ことが可能となる。According to the present invention, compact and easy maintenance, high power utilization efficiency, easy control of light output, small damage of nonlinear crystal, and low spatial coherence are generated. It is possible to uniformly illuminate the illuminated surface by using the laser light source.
【図１】本発明によるレーザー光源の実施の一形態の全
体構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of an embodiment of a laser light source according to the present invention.
【図２】本発明の実施の第一の形態のレーザー要素の光
学的構造の一例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of an optical structure of a laser element according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の第２の形態のレーザー要素の光
学的構造の一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of an optical structure of a laser element according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の第３の形態のレーザー要素の光
学的構造の一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of an optical structure of a laser element according to a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明によるレーザー光源の実施の一形態の全
体構成を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing an overall configuration of an embodiment of a laser light source according to the present invention.
【図６】本発明の実施の第４の形態のレーザー要素の光
学的構造の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of an optical structure of a laser element according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の実施の第５の形態のレーザー要素の光
学的構造の一例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of an optical structure of a laser element according to a fifth embodiment of the present invention.
１１…半導体レーザー １２…光ファイバー １３…固体レーザー １３１、１３７…レーザー共振用ミラー １３２…レーザー媒体 １３３、１３４、１３５、１３６…非線形結晶 １４、２４…光学素子 ３４…レーザー共振用ミラー ５１…半導体レーザー ５２…光ファイバー ５３…レーザー共振器 ５３１、５３４…レーザー共振用ミラー ５３２…レーザー媒体 ５３３…変調器 ５４…波長変換部 ５４１、５４２…非線形結晶 ５４３、６４３…非線形結晶 11 ... Semiconductor laser 12 ... Optical fiber 13 ... Solid-state laser 131, 137 ... Laser resonance mirror 132 ... Laser medium 133, 134, 135, 136 ... Non-linear crystal 14, 24 ... Optical element 34 ... Laser resonance mirror 51 ... Semiconductor laser 52 ... optical fiber 53 ... laser resonator 531, 534 ... laser resonance mirror 532 ... laser medium 533 ... modulator 54 ... wavelength converter 541, 542 ... non-linear crystal 543, 643 ... non-linear crystal
Claims (19)
るレーザー光発生部と、前記基本波から所望の波長の光
を出力する非線形光学結晶とを備えたレーザー要素を複
数並列に束ねて構成し、 かつ前記レーザー要素の光の射出端に前記レーザー要素
からの光を発散させる光学素子を備えたことを特徴とす
るレーザー光源。1. A plurality of laser elements are bundled in parallel to each other and each of which is provided with a laser light generator that generates a fundamental wave that is light in a predetermined wavelength range and a nonlinear optical crystal that outputs a light of a desired wavelength from the fundamental wave. A laser light source characterized by comprising an optical element for diverging light from the laser element at the light emitting end of the laser element.
対して前記レーザー要素の光を射出端よりも被照明面側
に点光源を形成する光学素子であることを特徴とする請
求項１記載のレーザー光源2. The optical element is an optical element that forms a point light source for each of the laser elements on the illuminated surface side of an emission end of the light of the laser element. Laser light source
特徴とする請求項２記載のレーザー光源3. The laser light source according to claim 2, wherein the optical element is a convex lens.
射出端よりも前記レーザー光発生部側に仮想の点光源を
形成する光学素子であることを特徴とする請求項１記載
のレーザー光源4. The laser light source according to claim 1, wherein the optical element is an optical element that forms a virtual point light source closer to the laser light generating portion than the emission end of each laser element.
特徴とする請求項４記載のレーザー光源5. The laser light source according to claim 4, wherein the optical element is a concave lens.
し、前記各レーザー要素からの光を拡散させることを特
徴とする請求項１記載のレーザー光源6. The laser light source according to claim 1, wherein the optical element has a large number of concave and convex shapes and diffuses light from each of the laser elements.
成されたミラーを２枚備え、前記２枚のミラーの間に所
定の波長域の光である基本波を発生するレーザー媒体と
前記基本波から所望の波長の光を発生する非線形光学結
晶とを備え、更に前記レーザー媒体に励起源を供給する
励起源供給手段とを有したレーザー要素を複数並列に束
ねて構成し、 かつ各前記レーザー要素における前記ミラーの内、レー
ザー光の射出端側のミラーの透明基板に点光源を形成す
る光学素子を形成したことを特徴とするレーザー光源7. A laser medium that includes two mirrors formed by a thin film formed on a transparent substrate, and that generates a fundamental wave that is light in a predetermined wavelength range between the two mirrors and the fundamental. A non-linear optical crystal for generating light of a desired wavelength from a wave, and further comprising a plurality of laser elements bundled in parallel and having an excitation source supply means for supplying an excitation source to the laser medium, and each of the lasers Among the above-mentioned mirrors in the element, an optical element for forming a point light source is formed on the transparent substrate of the mirror on the laser light emission end side.
ミラーの透明基板は、少なくとも前記薄膜が形成された
面とは他方の面に、前記レーザー要素から発せられた光
を一点に集光させる形状を備えたことを特徴とする請求
項７記載のレーザー光源8. The transparent substrate of the mirror arranged on the emission end side of the laser beam condenses the light emitted from the laser element on one surface at least on the surface opposite to the surface on which the thin film is formed. 8. The laser light source according to claim 7, characterized in that
ミラーの透明基板は、少なくとも前記薄膜が形成された
面とは他方の面形状が凸レンズの形状を備えたことを特
徴とする請求項７または８記載のレーザー光源9. The transparent substrate of the mirror arranged on the emission end side of the laser beam has a convex lens shape on at least the surface shape other than the surface on which the thin film is formed. 7 or 8 laser light source
たミラーの透明基板は、少なくとも前記薄膜が形成され
た面とは他方の面に、前記レーザー要素の射出端に対し
て前記レーザー光発生部側に仮想の点光源を形成しかつ
被照明面上に発散させて照射させる形状を備えたことを
特徴とする請求項７記載のレーザー光源10. The transparent substrate of the mirror disposed on the laser light emission end side is at least on the surface other than the surface on which the thin film is formed, and generates the laser light with respect to the laser light emission end. 8. The laser light source according to claim 7, wherein a virtual point light source is formed on the side of the portion, and a shape for diverging and irradiating the illuminated surface is provided.
たミラーの透明基板は、少なくとも前記薄膜が形成され
た面とは他方の面形状が凹レンズの形状を備えたことを
特徴とする請求項７または１０記載のレーザー光源11. The transparent substrate of the mirror arranged on the emission end side of the laser light has a concave lens shape on at least the surface shape other than the surface on which the thin film is formed. 7 or 10 laser light source
たミラーの透明基板は、複数の凹凸形状を有し、前記各
レーザー要素の光を発散させることを特徴とする請求項
７記載のレーザー光源12. The laser according to claim 7, wherein the transparent substrate of the mirror arranged on the emission end side of the laser light has a plurality of concave and convex shapes, and diverges the light of each of the laser elements. light source
備え、パルス光を発生することを特徴とする請求７乃至
１２のうちいづれか一項記載のレーザー光源13. The laser light source according to claim 7, further comprising a modulator between the two mirrors to generate pulsed light.
ーザー光発生部と、前記基本波から所望の波長の光を発
生させる非線形光学結晶とを備えたレーザー要素を複数
並列に束ねて構成し、 前記非線形光学結晶における光の入射端または射出端の
すくなくともどちらか一方に、点光源を形成する曲面形
状を備えたことを特徴とするレーザー光源14. A laser element comprising a laser light generator for generating light of a fundamental wave having a predetermined wavelength and a non-linear optical crystal for generating light of a desired wavelength from the fundamental wave are bundled in parallel to form a plurality of laser elements. A laser light source having a curved surface shape forming a point light source on at least one of an incident end and an emission end of light in the nonlinear optical crystal.
レーザーにより発生した光によって励起される固体レー
ザーを備えたことを特徴とする請求項１４記載のレーザ
ー光源15. The laser light source according to claim 14, wherein the laser light generator comprises a solid-state laser excited by light generated by the semiconductor laser.
ザーから発せられる光の放射方向に対して直列に複数個
備えられ、前記固体レーザーで発生された基本波の光か
ら高調波を発生させることを特徴とする請求項１４記載
のレーザー光源16. A plurality of the nonlinear optical crystals are provided in series with respect to a radiation direction of light emitted from the solid-state laser, and generate harmonics from light of a fundamental wave generated by the solid-state laser. The laser light source according to claim 14, characterized in that
ーザー光発生部と、前記基本波から所望の波長の光を発
生させる非線形光学結晶とを備えたレーザー要素を複数
並列に束ねて構成し、 前記非線形光学結晶における光の射出端に、多数の凹凸
形状を形成することを特徴とするレーザー光源17. A plurality of laser elements are bundled in parallel to each other and are bundled in parallel to each other, and each of the laser elements is provided with a laser light generator for generating light of a fundamental wave having a predetermined wavelength and a nonlinear optical crystal for generating light of a desired wavelength from the fundamental wave. A laser light source is characterized in that a large number of concavo-convex shapes are formed at a light emitting end of the nonlinear optical crystal.
え、パルス光を発生することを特徴とする請求項１４乃
至１７のうちいづれか一項記載のレーザー光源18. The laser light source according to claim 14, wherein a modulator is provided in the laser light generator to generate pulsed light.
載のレーザー光源において、 形成された複数の前記点光源からの発散した光を、重ね
合わせて集光する集光光学系を備えたことを特徴とする
照明光学装置19. The laser light source according to any one of claims 1 to 18, further comprising a condensing optical system for condensing and diverging light emitted from the plurality of formed point light sources. Illumination optical device characterized by
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8056593A JPH09246648A (en) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Laser beam source and illuminating optical device |
| US08/657,910 US5838709A (en) | 1995-06-07 | 1996-06-07 | Ultraviolet laser source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8056593A JPH09246648A (en) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Laser beam source and illuminating optical device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09246648A true JPH09246648A (en) | 1997-09-19 |
Family
ID=13031506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8056593A Pending JPH09246648A (en) | 1995-06-07 | 1996-03-13 | Laser beam source and illuminating optical device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09246648A (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-03-13 JP JP8056593A patent/JPH09246648A/en active Pending
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