JPH10270781A - Method and device for generating laser light - Google Patents

Method and device for generating laser light

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JPH10270781A
JPH10270781A JP7489197A JP7489197A JPH10270781A JP H10270781 A JPH10270781 A JP H10270781A JP 7489197 A JP7489197 A JP 7489197A JP 7489197 A JP7489197 A JP 7489197A JP H10270781 A JPH10270781 A JP H10270781A
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JP
Japan
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laser light
laser
polarization
intensity
phase
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JP7489197A
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Yuji Kaneda
有史 金田
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser light generating method by which stable high- intensity laser light can be generated, and a laser light generating device which can be used for the method. SOLUTION: A laser light generating device is provided with a laser light oscillating source 1 which emits laser light, a phase modulator 2 which modulates the phase of the laser light emitted from the source 1 into a plurality of frequency components, and a laser light amplifier 3 which amplifies the intensity of the phase-modulated laser light from the modulator 2 by making the laser light to make round trips several times in a gain medium. Therefore, the intensity of the laser light can be amplified by modulating the phase of the laser light into a plurality of frequency components, and making the phase- modulated laser light to make round trips several times in the gain medium.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、安定かつ高出力の
レーザ光を発生することができるレーザ光発生装置(例
えば、半導体素子製造の際の微細加工に用いられるステ
ッパ用の半導体露光装置などに適用されるレーザ光の発
生方法とその装置)に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser light generating apparatus capable of generating a stable and high-output laser light (for example, a semiconductor exposure apparatus for a stepper used for fine processing in manufacturing a semiconductor device, etc.). (A method and an apparatus for generating laser light to be applied).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子の製造の際に用い
られる露光用レーザ光源の高出力化及びその波長を短波
長化する研究がなされている。波長変換手段によってレ
ーザ光を短波長化する場合、所定の出力を得るために
は、その基本波となるレーザ光の高出力化が必要であ
る。
2. Description of the Related Art Hitherto, studies have been made to increase the output of an exposure laser light source used in the manufacture of semiconductor devices and to shorten the wavelength thereof. In the case where the wavelength of the laser light is shortened by the wavelength conversion means, in order to obtain a predetermined output, it is necessary to increase the output of the laser light which is the fundamental wave.

【0003】例えば、波長1064nmのレーザ光を発
振するネオジム:イットリウム・アルミニウム・ガーネ
ット(以下、Nd:YAGと称する。)レーザの第5高
調波、即ち、波長213nmのレーザ光は、高いエネル
ギー変換効率を示し、また、その発振装置は小型であ
り、比較的安価にて供給されるため、次世代露光装置の
光源として有望である。また、発振スペクトルの制御
も、例えば注入同期法などにより比較的容易であり、そ
のスペクトル幅が狭いことから色収差が発生しにくいと
いう特長も有している。
For example, the fifth harmonic of a neodymium: yttrium aluminum garnet (hereinafter, referred to as Nd: YAG) laser oscillating a laser beam having a wavelength of 1064 nm, that is, a laser beam having a wavelength of 213 nm has high energy conversion efficiency. In addition, the oscillation device is small and is supplied at a relatively low cost, so that it is promising as a light source for a next-generation exposure apparatus. In addition, the control of the oscillation spectrum is relatively easy, for example, by the injection locking method, and the spectrum width is narrow, so that the chromatic aberration hardly occurs.

【0004】ところが、現状では、容易に入手可能な、
商品化された形でのパルス周波数の高い、即ち高繰り返
し励起の(即ち、ON−OFFの繰り返しが多い)N
d:YAGパルスレーザ(いわゆるQスイッチレーザ)
の基本波の出力は、このレーザ光発振源の性能上の理由
から平均出力で数W程度(特に10W以下:ピーク出力
では10kW程度)にとどまっており、また、波長変換
手段によって前記基本波(Nd:YAGレーザでは波長
1064nm)を、紫外光(特に波長213nmの第5
高調波)に変換する際の効率は、波長変換手段における
レーザ光の光学的損失の点等から、10%を超えること
は困難であった。即ち、必要とされる平均出力1W以上
の紫外光を得るためには、基本波の高出力化が課題とな
っていた。
However, at present, it is easily available.
N of high pulse frequency in commercialized form, that is, high repetition excitation (that is, many ON-OFF repetitions)
d: YAG pulse laser (so-called Q switch laser)
The output of the fundamental wave is only about several W in average output (especially 10 W or less: about 10 kW in peak output) due to the performance of the laser light oscillation source, and the fundamental wave ( In the case of the Nd: YAG laser, the wavelength is 1064 nm, and the ultraviolet light (in particular, the fifth wavelength of 213 nm) is used.
It has been difficult for the efficiency at the time of conversion to higher harmonics to exceed 10% from the viewpoint of optical loss of laser light in the wavelength conversion means and the like. In other words, in order to obtain the required ultraviolet light having an average output of 1 W or more, increasing the output of the fundamental wave has been a problem.

【0005】これに対して、レーザ光発振器を大型化
(特にレーザ媒質の大型化)して基本波の高出力化を図
る方法が知られているが、この方法では、一般に、出力
のパルス幅が長くなり(即ち、パルス周波数が短くな
り)、そのピークが小さくなる。或いは、鋭いピークが
出にくく、回折限界に絞れない等、出力レーザ光の質
(beam quality)が悪くなる等の欠点があり、波長変換
する際には変換効率を上げられない理由の一つになって
いた。
On the other hand, there is known a method of increasing the output of a fundamental wave by increasing the size of a laser light oscillator (especially, increasing the size of a laser medium). In this method, however, the pulse width of the output is generally increased. Becomes longer (that is, the pulse frequency becomes shorter), and its peak becomes smaller. Alternatively, there is a disadvantage that the quality of output laser light (beam quality) is deteriorated, for example, a sharp peak is hardly generated and the diffraction limit is not reduced, and one of the reasons that the conversion efficiency cannot be increased when wavelength conversion is performed. Had become.

【0006】そこで、レーザ光発振器の大型化は図ら
ず、レーザ光として必要な空間的、時間的特徴を有する
出力を、前記発振器外部に設けたレーザ光増幅器を用い
てその強度を増幅し、必要なレーザ光強度を得る方法が
提案されている。
Therefore, the size of the laser light oscillator is not increased, and the intensity of the output having the spatial and temporal characteristics required for the laser light is amplified by using a laser light amplifier provided outside the oscillator, and the required intensity is amplified. There has been proposed a method of obtaining an appropriate laser light intensity.

【0007】このレーザ光増幅器は、入力光強度が高く
なると、増幅率が飽和を示し、その極限は無限大の入力
で無限大の出力、即ち1倍(0dBゲイン)となるが、
一定の励起強度から与えられる有効強度のうち、増幅に
よって出力が増される部分(Extracted power or Extra
cted energy :即ち、利得)は、入力強度が増すと共に
増加し、その利得を有効パワー或いはエネルギーとして
全て取り出すことができるという性質を持つ。
In this laser optical amplifier, when the input light intensity becomes high, the amplification factor becomes saturated, and the limit becomes an infinite output with an infinite input, that is, 1 (0 dB gain).
The part of the effective power given by the constant excitation power, the output of which is increased by amplification (Extracted power or Extra
cted energy (that is, gain) has the property that it increases as the input intensity increases, and that the gain can be all extracted as effective power or energy.

【0008】従って、一定の励起強度で、より出力を増
やすためには、実効的な入力(入力強度)を大きくし
て、より多くのエネルギーを増幅器から取り出すことが
重要となる。
Therefore, in order to further increase the output with a constant pumping intensity, it is important to increase the effective input (input intensity) and extract more energy from the amplifier.

【0009】ここで、レーザ光増幅器を用いて、より大
きな出力を得るための手段として、レーザ光が伝搬する
光路上にこの増幅器を直列に複数個配置する方法が考え
られるが、この方法では、部品点数が増えると共に装置
が大型化するなど、そのシステムが複雑になり、製造コ
ストも大きくなる。
Here, as a means for obtaining a larger output using a laser light amplifier, a method of arranging a plurality of amplifiers in series on an optical path through which laser light propagates can be considered. The system becomes complicated, for example, the number of parts increases and the size of the device increases, and the manufacturing cost also increases.

【0010】そこで、マルチパスアンプが有効となる。
これは、例えば、入力レーザ光がレーザ媒質(利得媒
質)を通過したあとに、反射鏡(例えばレトロリフレク
ター)によって前記媒質内を1往復させることによって
レーザ光の強度を増幅するものである(2パス構造の増
幅器)。利得媒質を往復したレーザ光は、一般には、1
/4波長板やファラデーローテーターなどの偏光回転手
段と偏光ビームスプリッターなどの偏光分離手段との組
み合わせによって入力と出力が分離される。
Therefore, a multi-pass amplifier becomes effective.
This is to amplify the intensity of the laser light by, for example, making a single reciprocation in the medium by a reflecting mirror (for example, a retroreflector) after the input laser light has passed through the laser medium (gain medium) (2). Path structure amplifier). Generally, the laser light that has reciprocated through the gain medium is 1
An input and an output are separated by a combination of a polarization rotation unit such as a 波長 wavelength plate or a Faraday rotator and a polarization separation unit such as a polarization beam splitter.

【0011】また、さらに別の入出力分離手段(前記偏
光回転手段と前記偏光分離手段との組み合わせ)を用
い、2パス構造の増幅器の出力を更に別の反射鏡(例え
ばレトロリフレクター)を用いて利得媒質に入力するこ
とにより、更に2パス加え、合計4パス構造の増幅器と
し、増幅器の効率(即ち、増幅効率)を更に高くするこ
とができる。
Further, another input / output separation means (combination of the polarization rotation means and the polarization separation means) is used, and the output of the amplifier having the two-pass structure is used by using another reflection mirror (for example, a retro reflector). By inputting the signal to the gain medium, an amplifier having a four-pass structure in addition to two more paths can be obtained, and the efficiency of the amplifier (ie, amplification efficiency) can be further increased.

【0012】図6及び図7に、1パス、2パス及び4パ
ス構造のレーザ光増幅器を有するレーザ光発生装置の概
要を示す。
FIGS. 6 and 7 show an outline of a laser light generator having a laser light amplifier having a one-pass, two-pass and four-pass structure.

【0013】図6(A)は、最も簡単な1パス構造の増
幅器を有するレーザ光発生装置を示す。この装置におい
ては、レーザ光発振器1からの出力レーザ光がレーザ光
増幅器(利得媒質)3aを通過することによって増幅さ
れ、入力に対して高出力のレーザ光を得ることができ
る。
FIG. 6A shows a laser light generator having an amplifier having the simplest one-pass structure. In this device, the output laser light from the laser light oscillator 1 is amplified by passing through the laser light amplifier (gain medium) 3a, so that a laser light having a high output with respect to the input can be obtained.

【0014】図6(B)は、2パス構造の増幅器を有す
るレーザ光発生装置を示す。増幅器3b内で、偏光分離
手段6cを通過したレーザ光発振器1からの出力レーザ
光は、利得媒質4を通過することによって増幅され、増
幅されたレーザ光は次に偏光回転手段5cによって偏光
状態を変えられ、レーザ光反射手段(例えばレトロリフ
レクター)7cによって更にもう一度偏光回転手段5c
に入射し、偏光状態が最初の偏光状態と直交する偏光に
変えられ、再度利得媒質4で増幅される。
FIG. 6B shows a laser light generator having an amplifier having a two-pass structure. In the amplifier 3b, the output laser light from the laser light oscillator 1 that has passed through the polarization separating means 6c is amplified by passing through the gain medium 4, and the amplified laser light is then changed in polarization state by the polarization rotating means 5c. Changed by the laser beam reflecting means (for example, a retroreflector) 7c and the polarization rotating means 5c once again.
And the polarization state is changed to a polarization orthogonal to the first polarization state, and is amplified again by the gain medium 4.

【0015】利得媒質4から戻ってきたレーザ光は、入
力のレーザ光とは直交する偏光を持つので、偏光分離手
段6によって分離させることができる。ここで、偏光回
転手段5cは、具体的には往復することで偏光を90°
回転させることがその目的であるから、1/4波長板も
しくは偏光を45°回転させるファラデーローテータな
どが用いられる。
Since the laser light returned from the gain medium 4 has a polarization orthogonal to the input laser light, it can be separated by the polarization separation means 6. Here, the polarization rotation unit 5c specifically rotates the polarization by 90 ° by reciprocating.
Since the purpose is to rotate, a quarter-wave plate or a Faraday rotator for rotating polarized light by 45 ° is used.

【0016】ここで、図6(B)に示した2パス構造の
レーザ光増幅器におけるレーザ光の分離及び増幅メカニ
ズムについて、更に詳細に説明する。
Here, the mechanism for separating and amplifying laser light in the laser light amplifier having the two-pass structure shown in FIG. 6B will be described in more detail.

【0017】まず、レーザ光発振器1から出射(発振)
したレーザ光は、図中一点鎖線で表されるレーザ光増幅
器3bに入射する。
First, the light is emitted (oscillated) from the laser light oscillator 1.
The emitted laser light enters the laser light amplifier 3b represented by a dashed line in the figure.

【0018】入射したレーザ光は、偏光分離手段として
の偏光ビームスプリッター6cを通過することにより、
例えばP成分のみの直線偏光(即ち、P偏光)となる。
このP偏光を有するレーザ光は、利得媒質4内で第1の
強度増幅がなされる。
The incident laser light passes through a polarization beam splitter 6c as polarization separation means,
For example, it becomes linearly polarized light of only the P component (that is, P polarized light).
The laser light having the P polarization is subjected to the first intensity amplification in the gain medium 4.

【0019】次に、第1の強度増幅がなされたP偏光を
有するレーザ光は、偏光回転手段としての1/4波長板
5cを通過することによって例えば位相がπ/2だけず
れて(即ち、位相差がπ/2となり)円偏光(右回りの
円偏光)となる。この右回りの円偏光を有するレーザ光
は、レーザ光反射手段としての反射鏡(例えばレトロリ
フレクター)7cで反射されて、回転方向が逆である左
回りの円偏光になり、この左回りの円偏光を有するレー
ザ光は、再び1/4波長板5cを通過することによって
位相差がπ/2となることから、S成分のみの直線偏光
(即ち、S偏光を有するレーザ光)になる。実際には、
1/4波長板5cはその軸が入力の偏光に対して45度
の角度をなすように配置されており、1/4波長板5c
のそれぞれの軸に沿った成分にπ/2の位相差を生じ
て、円偏光になっている。つまり、相対的に位相が反転
することになる。
Next, the laser light having the P-polarized light having undergone the first intensity amplification is shifted in phase by, for example, π / 2 by passing through the quarter-wave plate 5c as the polarization rotating means (that is, The phase difference becomes π / 2) and the light becomes circularly polarized light (clockwise circularly polarized light). The laser light having the clockwise circularly polarized light is reflected by a reflecting mirror (for example, a retroreflector) 7c as a laser light reflecting means, and becomes a counterclockwise circularly polarized light whose rotation direction is opposite to that of the counterclockwise circularly polarized light. Since the laser beam having the polarized light again passes through the quarter-wave plate 5c, the phase difference becomes π / 2, so that the laser beam becomes the linearly polarized light having only the S component (that is, the laser beam having the S polarized light). actually,
The quarter-wave plate 5c is arranged so that its axis forms an angle of 45 degrees with the input polarization.
Have a phase difference of π / 2 in the components along the respective axes, and are circularly polarized. That is, the phases are relatively inverted.

【0020】このS偏光を有するレーザ光は、再度、利
得媒質4を通過することによって第2の強度増幅がなさ
れ、始めに透過するP偏光とは偏光状態が異なっている
ので、偏光ビームスプリッター6cによって反射(分
離)されて、レーザ光増幅器3bから出射する。
The laser beam having the S-polarized light passes through the gain medium 4 again, and is subjected to the second intensity amplification. Since the laser beam has a different polarization state from the P-polarized light transmitted first, the polarization beam splitter 6c Is reflected (separated) by the laser light amplifier 3b.

【0021】ここで、上述のP成分のみを有する直線偏
光(P偏光)及びS成分のみを有する直線偏光(S偏
光)とは、位相がπだけずれている(即ち、それぞれの
偏光状態が90°異なる)ものである。従って、上記偏
光ビームスプリッター6cは、P偏光とS偏光とを分離
する(P偏光は通過し、S偏光は反射する)ための偏光
分離手段である。ここで、上述の「位相がずれている」
とは、入力の偏光成分(例えば、P偏光/S偏光、また
は偏光面が水平な偏光/偏光面が垂直な偏光など)と4
5°の方向の偏光成分間の位相差を意味する(以下、同
様)。
Here, the linearly polarized light having only the P component (P-polarized light) and the linearly polarized light having only the S component (S-polarized light) are out of phase by π (that is, each polarization state is 90 °). ° different). Therefore, the polarization beam splitter 6c is a polarization separation unit for separating P-polarized light and S-polarized light (P-polarized light passes and S-polarized light is reflected). Here, the aforementioned “out of phase”
Is the polarization component of the input (for example, P-polarized light / S-polarized light, or polarized light with a horizontal polarization plane / polarized light with a vertical polarization plane) and 4
It means the phase difference between the polarization components in the direction of 5 ° (the same applies hereinafter).

【0022】ここで、図6(A)の1パス構造のレーザ
光増幅器では、蓄積されたエネルギーのうち、増幅によ
って取り出されるエネルギーは比較的小さく、図6
(B)の2パス構造のレーザ光増幅器とすることによっ
てエネルギーの取り出し量をさらに増加させることがで
きる。
Here, in the laser light amplifier having the one-pass structure shown in FIG. 6A, of the stored energy, the energy extracted by amplification is relatively small.
The amount of energy taken out can be further increased by using the laser light amplifier having the two-pass structure (B).

【0023】従って、一般に増幅器を多パス化すること
によって、1つの利得媒質の下ではより高いエネルギー
を取り出すことができ、また、同一の出力を得ることを
目的とする場合には、増幅器に対する励起エネルギー
(即ち、利得媒質に加えるエネルギー)を減少させるこ
とができる。
Therefore, in general, higher energy can be extracted under one gain medium by multi-passing the amplifier, and when the same output is to be obtained, pumping to the amplifier is generally performed. Energy (ie, energy applied to the gain medium) can be reduced.

【0024】図7(A)は、更に多パス化を進めた例で
あり、上記2パス構造のレーザ光増幅器に、偏光分離手
段6eと偏光回転手段5dとレーザ光反射手段7eとを
設けることによって、4パス構造の増幅器を実現してい
る。これは本質的には、2パス構造の増幅器を更にダブ
ルパスさせることで4パス構造の増幅器を実現するもの
である。
FIG. 7A shows an example in which the number of passes is further increased. The laser light amplifier having the two-pass structure is provided with a polarization separating means 6e, a polarization rotating means 5d and a laser light reflecting means 7e. As a result, a four-pass amplifier is realized. This essentially realizes a four-pass amplifier by further double-passing the two-pass amplifier.

【0025】以下、この4パス構造の増幅器を有するレ
ーザ光発生装置におけるレーザ光の分離、増幅のメカニ
ズムを図7(B)を参照に説明する。
Hereinafter, the mechanism of separation and amplification of laser light in the laser light generator having the four-pass amplifier will be described with reference to FIG.

【0026】まず、レーザ光発振器1から出射したレー
ザ光は、図中一点鎖線で示されたレーザ光増幅器3cに
入射する。入射したレーザ光は、第1の偏光分離手段と
しての偏光ビームスプリッター6dを通過(この時の偏
光状態は、図中偏光状態aで表される水平方向にその振
動面を有する偏光状態である。以下、同様に示す。)し
て、第1の偏光回転手段(ここでは、ファラデーローテ
ータと1/2波長板とを組み合わせたもの)5dに入射
する。
First, the laser beam emitted from the laser beam oscillator 1 enters a laser beam amplifier 3c shown by a dashed line in the figure. The incident laser light passes through a polarization beam splitter 6d as a first polarization separation means (the polarization state at this time is a polarization state having a vibration plane in the horizontal direction represented by a polarization state a in the figure. Hereinafter, the same applies.) Then, the light is incident on a first polarization rotating unit (here, a combination of a Faraday rotator and a half-wave plate) 5d.

【0027】前記第1の偏光回転手段5dに入射したレ
ーザ光は、一旦その偏光状態が変化(偏光状態b)する
が、第1の偏光回転手段5dから出射ときは、再びもと
の偏光状態(偏光状態a)と同様の状態になる(偏光状
態c)。このレーザ光は、第2の偏光分離手段としての
偏光ビームスプリッター6eを通過(偏光状態c)し
て、利得媒質4に入射し、第1の強度増幅がなされる。
The laser light incident on the first polarization rotating means 5d once changes its polarization state (polarization state b). When the laser light is emitted from the first polarization rotation means 5d, it returns to the original polarization state. The state becomes the same as (polarization state a) (polarization state c). This laser light passes through a polarization beam splitter 6e (polarization state c) as second polarization separation means, enters the gain medium 4, and undergoes first intensity amplification.

【0028】但し、図示省略したが、利得媒質4にはエ
ネルギー供給源(例えば、外部電源)から光エネルギ
ー、電気エネルギーなど所定のエネルギーが供給される
ようになされている(以下、同様)。
Although not shown, the gain medium 4 is supplied with predetermined energy such as light energy and electric energy from an energy supply source (for example, an external power supply) (the same applies hereinafter).

【0029】次いで、第1の強度増幅がなされたレーザ
光(偏光状態d)は、第2の偏光回転手段としての1/
4波長板5eを通過し、第1のレーザ光反射手段として
の反射鏡(レトロリフレクター)7dで反射され、再び
第2の偏光回転手段5eを通過することによって、その
偏光状態が90°回転(偏光状態e)されて(即ち、位
相がπだけずれて)、利得媒質4に入射し第2の強度増
幅がなされる。
Next, the laser light (polarization state d) having been subjected to the first intensity amplification is used as 1/2 as the second polarization rotating means.
The light passes through the four-wavelength plate 5e, is reflected by a reflecting mirror (retroreflector) 7d as the first laser light reflecting means, and passes through the second polarization rotating means 5e again. The polarization state is changed to e) (that is, the phase is shifted by π), the light enters the gain medium 4, and the second intensity amplification is performed.

【0030】次いで、このレーザ光(偏光状態f)は、
その偏光状態が最初の偏光状態と直交するように変えら
れているので、第2の偏光分離手段(偏光ビームスプリ
ッター)6eを通過せずに反射されてその光路が分離さ
れる。そして、このレーザ光は、第2のレーザ光反射手
段としての反射鏡(レトロリフレクター)7eで反射さ
れ、再び第2の偏光分離手段6eで分離(偏光状態g)
されて利得媒質4に入射し、第3の強度増幅がなされ
る。
Next, this laser beam (polarization state f) is
Since the polarization state is changed so as to be orthogonal to the first polarization state, the light is reflected without passing through the second polarization separation means (polarization beam splitter) 6e, and the optical path is separated. Then, this laser light is reflected by a reflecting mirror (retro reflector) 7e as a second laser light reflecting means, and separated again by the second polarization separating means 6e (polarization state g).
Then, the light is incident on the gain medium 4 and the third intensity amplification is performed.

【0031】次いで、第3の強度増幅がなされたレーザ
光(偏光状態h)は、前記第1の増幅がなされたレーザ
光と同様に(但し、その偏光状態は異なる)、第2の偏
光回転手段5eを通過して第1のレーザ光反射手段7d
で反射され、再び第2の偏光回転手段5eを通過するこ
とによって、その偏光状態が90°回転(偏光状態i)
されて、利得媒質4に入射し第4の強度増幅がなされ
る。
Next, the laser light (the polarization state h) subjected to the third intensity amplification is subjected to the second polarization rotation in the same manner as the laser light subjected to the first amplification (the polarization state is different). The first laser light reflecting means 7d passing through the means 5e
, And again passes through the second polarization rotating means 5e, so that its polarization state is rotated by 90 ° (polarization state i).
Then, the light enters the gain medium 4 and is subjected to fourth intensity amplification.

【0032】この第4の強度増幅がなされたレーザ光
(偏光状態j)は、水平方向にその振動面を有する偏光
であるために(即ち、その偏光状態が偏光状態cと同様
であるために)、第2の偏光分離手段6eを通過し、通
過したレーザ光は、一旦、第1の偏光回転手段5dの1
/2波長板で偏光状態が変化させられ(偏光状態k)、
さらに、ファラデーローテータでその偏光状態が変化
し、最初の偏光状態(偏光状態a)と直交する偏光に変
えられて(偏光状態l)、第1の偏光分離手段6dでそ
の光路が分離されて、4パス構造のレーザ光増幅器3c
から出射する。
The laser light (polarization state j) which has been subjected to the fourth intensity amplification is a polarized light having its vibration plane in the horizontal direction (ie, because the polarization state is the same as the polarization state c). ), The laser light that has passed through the second polarization separation means 6e and once passed through the first polarization rotation means 5d.
The polarization state is changed by a half-wave plate (polarization state k),
Further, the polarization state is changed by the Faraday rotator, the polarization state is changed to a polarization state orthogonal to the first polarization state (polarization state a) (polarization state 1), and the optical path is separated by the first polarization separation means 6d. Laser optical amplifier 3c of four-pass structure
Emitted from

【0033】ここで、上述の偏光状態a、c、d、i及
びjは、例えば、水平方向にその振動面を有するP偏光
(P成分のみの直線偏光)であり、偏光状態e、f、
g、h及びlは、垂直方向にその振動面を有するS偏光
(S偏光のみの直線偏光)と考えてよい。
Here, the above-mentioned polarization states a, c, d, i and j are, for example, P-polarized light (linearly polarized light having only the P component) having a vibration plane in the horizontal direction, and polarization states e, f, and
g, h, and l may be considered as S-polarized light (linearly polarized light of only S-polarized light) having its vibration plane in the vertical direction.

【0034】次に、1パス、2パス及び4パス構造の増
幅器における平均入力強度と平均出力強度との関係を表
すグラフを図8に示す。これらは同一の利得媒質(ゲイ
ンユニット)をそれぞれ1パス、往復、2往復させた物
である。但し、図8は、レーザ光発振源として、Nd:
YAG発振器を使用し、増幅器として、Nd:YAG増
幅器を用いた場合のシミュレーション結果である。
Next, FIG. 8 is a graph showing the relationship between the average input intensity and the average output intensity in the amplifiers having the one-pass, two-pass and four-pass structures. These are the same gain medium (gain unit) which is reciprocated one pass, two reciprocations, and two reciprocations. However, FIG. 8 shows Nd:
It is a simulation result when a YAG oscillator is used and an Nd: YAG amplifier is used as an amplifier.

【0035】これによれば、利得媒質を通過する回数が
増えるにつれて、入力強度に対する出力強度は大きくな
るが、特に、増幅された出力が飽和を見せる前、即ち、
平均入力強度1W以下(更にこの範囲で低入力)では4
パス(Quad−Pass)とすることの利点が明らかである。
即ち、出力強度の増幅の割合が、平均入力強度1Wを超
えたときの割合より大きくなっている。
According to this, as the number of times of passing through the gain medium increases, the output intensity with respect to the input intensity increases. In particular, before the amplified output shows saturation, ie,
4 when the average input intensity is 1W or less (and low input in this range)
The advantage of using a Quad-Pass is apparent.
That is, the ratio of the amplification of the output intensity is larger than the ratio when the average input intensity exceeds 1 W.

【0036】[0036]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体製造
装置などの精密な制御を必要とする産業用のレーザ光源
(レーザ光発生装置)では、その出力が安定である必要
があることはいうまでもない。
By the way, it is needless to say that the output of an industrial laser light source (laser light generator) which requires precise control, such as a semiconductor manufacturing apparatus, needs to be stable. Absent.

【0037】ここで、先に述べたように、2パス構造の
増幅器の場合(図6(B))、即ち、偏光回転手段5c
が利得媒質4とレーザ光反射手段(レトロリフレクタ
ー)7cとの間に置かれた場合、往路と復路とでその偏
光が90°異なるために、利得媒質内に定在波パターン
を発生することはない。
Here, as described above, in the case of the amplifier having the two-pass structure (FIG. 6B), ie, the polarization rotating means 5c
Is placed between the gain medium 4 and the laser light reflecting means (retroreflector) 7c, since the polarization of the forward and backward paths is different by 90 °, it is impossible to generate a standing wave pattern in the gain medium. Absent.

【0038】しかしながら、4パス構造の増幅器の場
合、上述したように、2パス目(図7(B)のII)と3
パス目(同、III)、1パス目(同、I)、4パス目
(同、IV)は同じ偏光状態となり、図7(C)に示すよ
うに、利得媒質内に定在波パターンを発生する可能性が
ある。
However, in the case of the amplifier having the 4-pass structure, as described above, the second pass (II in FIG.
The first pass (same, III), the first pass (same, I), and the fourth pass (same, IV) have the same polarization state, and a standing wave pattern is formed in the gain medium as shown in FIG. Can occur.

【0039】定在波52の節51にあたる部分では、励
起されたエネルギーが有効に取り出されることが無く、
また、図7(C)の矢印Aで示すように、この定在波パ
ターンが機械的な振動などによって変化する(即ち、節
(ノード)51の位置が変化する)に従って、利得に変
化が生じ、増幅された出力強度が時間的に変動を伴うこ
とがある。実際には、その出力は20〜30%も変動
し、実使用上問題となっている。
In the portion corresponding to the node 51 of the standing wave 52, the excited energy is not effectively extracted, and
As shown by an arrow A in FIG. 7C, the gain changes as the standing wave pattern changes due to mechanical vibration or the like (that is, the position of the node 51 changes). In some cases, the amplified output intensity varies with time. Actually, the output fluctuates as much as 20 to 30%, which is a problem in practical use.

【0040】また、レーザ光のスペクトル制御のため
に、ここで用いるレーザ光発振器は単一周波数を発振す
る装置であるため、このレーザ光は非常に干渉性が高
く、2パス構造の増幅器では生じなかった出力の変動が
4パス構造の増幅器では生じてしまった。
Since the laser light oscillator used here is a device for oscillating a single frequency for controlling the spectrum of the laser light, the laser light has a very high coherence and is generated in an amplifier having a two-pass structure. Missing output fluctuations occurred in the four-pass amplifier.

【0041】干渉性(可干渉性)が高いと、レーザ光
は、散乱光など伝搬距離の異なる迷光と干渉し、互いに
不規則な位相関係で干渉することで生ずる干渉パターン
に基づいて発生するノイズ、いわゆるスペックルノイズ
を発生させ易い。このようなスペックルノイズは、例え
ば半導体装置を作製する際に用いられる半導体露光装置
のように均一性の高い照明系が要求される装置におい
て、特にその性能を低下させるものであり、レーザ光源
の半導体露光装置への応用を妨げるものとされてきた。
When the coherence (coherence) is high, the laser light interferes with stray light having different propagation distances such as scattered light, and noise generated based on an interference pattern generated by interfering with each other in an irregular phase relationship. , So-called speckle noise is easily generated. Such speckle noise particularly deteriorates the performance of an apparatus that requires a highly uniform illumination system, such as a semiconductor exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor device, for example. It has been considered that application to a semiconductor exposure apparatus is hindered.

【0042】即ち、従来の技術による4パス構造の増幅
器では、レーザ光の往路と復路での相互干渉により定在
波が発生し、誘導放出の信号となるレーザ光強度が著し
く低下し、利得媒質内に蓄積されたエネルギーを取り出
せないため、事実上、レーザ光増幅器は2パス構造のも
のまでしか用いることができず、レーザ光増幅器の増幅
率を限定してしまっていた。結果的に、必要な出力を得
るためのエネルギーが高くなり、全体の効率を下げ、経
済性を損ねる結果となっていた。
That is, in the amplifier having the four-pass structure according to the conventional technique, a standing wave is generated due to mutual interference between the forward path and the backward path of the laser light, and the intensity of the laser light serving as a stimulated emission signal is remarkably reduced. Since the energy stored in the laser light amplifier cannot be taken out, the laser light amplifier can practically be used only up to a two-pass structure, which limits the amplification factor of the laser light amplifier. As a result, the energy required to obtain the required output is increased, resulting in a decrease in the overall efficiency and a reduction in economic efficiency.

【0043】本発明は、上述した従来の実情に鑑みてな
されたものであり、その目的は、安定かつ高強度のレー
ザ光を発生することができるレーザ光発生方法、及びそ
の実施の際に好適なレーザ光発生装置を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and has as its object a method of generating a laser beam capable of generating a stable and high-intensity laser beam, and a method suitable for implementing the method. Another object of the present invention is to provide a simple laser light generator.

【0044】[0044]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した課
題を解決するべく鋭意検討を重ねた結果、レーザ光を増
幅する際に、その前位にて予めこのレーザ光を複数の周
波数成分に位相変調しておくことによって、高出力のレ
ーザ光を出射できるマルチパス構造の増幅器(例えば、
4パス構造の増幅器)において、定在波の発生による出
力変動を最小限に抑え、安定かつ高強度(高出力)のレ
ーザ光を発生できることを見出した。
The inventor of the present invention has conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, when amplifying the laser beam, the laser beam was previously divided into a plurality of frequency components before the amplification. By performing phase modulation, an amplifier having a multi-pass structure capable of emitting high-power laser light (for example,
It has been found that, in an amplifier having a four-pass structure, output fluctuations due to the generation of standing waves can be minimized, and stable and high-intensity (high-output) laser light can be generated.

【0045】即ち、本発明は、レーザ光を出射するレー
ザ光発振源と、前記レーザ光発振源から出射されたレー
ザ光を複数の周波数成分に位相変調する位相変調手段
と、前記位相変調手段によって位相変調されたレーザ光
を利得媒質中で複数回往復させて強度増幅するレーザ光
増幅手段とをこの順に有する、レーザ光発生装置に係る
ものである。
That is, the present invention provides a laser light oscillation source for emitting laser light, phase modulation means for phase-modulating the laser light emitted from the laser light oscillation source into a plurality of frequency components, and the phase modulation means. And a laser light amplifying means for reciprocating the phase-modulated laser light a plurality of times in a gain medium and amplifying the intensity of the laser light in this order.

【0046】本発明のレーザ光発生装置によれば、レー
ザ光を出射するレーザ光発振源(例えば、Qスイッチ法
で波長1064nmのレーザ光を発振するQスイッチN
d:YAGレーザ光発振器)と、前記レーザ光発振源か
ら出射されたレーザ光を、例えば高周波電気信号によっ
て複数の周波数成分に位相変調する(即ち、前記レーザ
光のスペクトルに幅を持たせる)位相変調手段と、この
位相変調手段によって位相変調されたレーザ光を利得媒
質(又はレーザ媒質、ゲイン媒質)中で複数回往復(即
ち、2n回通過:但しnは2以上の整数)させて強度増
幅するいわゆるマルチパス構造のレーザ光増幅手段とを
この順に有しているので、例えば、高出力のレーザ光を
出射できる4パス構造の増幅器において、出力の変動を
最小限に抑えることができ、安定かつ高強度(高出力)
のレーザ光を発生することができる。
According to the laser light generator of the present invention, a laser light oscillation source for emitting laser light (for example, a Q-switch N for oscillating laser light having a wavelength of 1064 nm by the Q-switch method).
d: YAG laser light oscillator) and a phase in which the laser light emitted from the laser light oscillation source is phase-modulated into a plurality of frequency components by, for example, a high-frequency electric signal (that is, the spectrum of the laser light has a width). Intensity modulating means, and laser light phase-modulated by the phase modulating means is reciprocated a plurality of times (that is, 2n times: n is an integer of 2 or more) in a gain medium (or a laser medium or a gain medium) to amplify the intensity. And a so-called multi-pass laser light amplifying means in this order, for example, in a four-pass amplifier capable of emitting high-power laser light, it is possible to minimize fluctuations in the output and achieve stable operation. And high strength (high output)
Can be generated.

【0047】上述したように、従来の4パス構造の増幅
器を有するレーザ光発生装置の問題は、この増幅器に設
けられる利得媒質内で、往路と復路での偏光状態が同一
のレーザ光が互いに干渉し合って定在波を形成し、誘導
放出の信号となるレーザ光の強度がゼロとなり、利得媒
質内部に蓄積されるエネルギーを取り出せない場合があ
って、その出力強度が安定しないことが主な原因であっ
た。
As described above, the problem with the conventional laser light generator having an amplifier having a four-pass structure is that, within the gain medium provided in the amplifier, laser lights having the same polarization state in the forward path and the return path interfere with each other. In combination, a standing wave is formed, the intensity of the laser light serving as a stimulated emission signal becomes zero, and energy stored inside the gain medium may not be able to be taken out. Was the cause.

【0048】これに対して、本発明のレーザ光発生装置
によれば、上記位相変調手段でレーザ光発振源(レーザ
光発振器)からの出力レーザ光のスペクトル幅を広げ、
その干渉性(可干渉性)を許容できる程度まで低下させ
ることができる。即ち、レーザ光が増幅器に導入する前
位にて、このレーザ光を予め位相変調してその干渉性
(即ち、コヒーレント性)をある程度まで低下させ、こ
れによって前記利得媒質内での定在波の発生を防ぐこと
ができる。従って、上述したような20〜30%程度の
出力強度の時間的変動の問題を伴うことなく、前記レー
ザ光増幅器を例えば4パス構造(又は8パス構造、更に
はそれ以上のマルチパス構造)とし、前記レーザ光を効
率よく増幅し、安定かつ高強度なレーザ光を発生するこ
とができる。
On the other hand, according to the laser light generator of the present invention, the phase modulation means widens the spectrum width of the laser light output from the laser light oscillation source (laser light oscillator),
The coherence (coherence) can be reduced to an acceptable level. That is, before the laser light is introduced into the amplifier, the laser light is phase-modulated in advance to reduce its coherence (that is, coherence) to a certain extent, thereby reducing the standing wave in the gain medium. Occurrence can be prevented. Therefore, the laser light amplifier has, for example, a four-pass structure (or an eight-pass structure, or a multi-pass structure of more than eight) without causing the above-described problem of temporal fluctuation of the output intensity of about 20 to 30%. In addition, the laser light can be efficiently amplified to generate a stable and high-intensity laser light.

【0049】また、前記利得媒質内で定在波が生じて
も、位相変調手段における位相変調度に応じて、これを
最小限に抑えることができる。即ち、レーザ光にある程
度の位相(スペクトル)幅をもたせる(レーザ光をぼや
かす)ことによって、定在波をフラット化し易くするこ
とができる。
Further, even if a standing wave is generated in the gain medium, it can be minimized according to the degree of phase modulation in the phase modulating means. That is, by giving the laser light a certain phase (spectrum) width (blurring the laser light), the standing wave can be easily flattened.

【0050】次に、図1(A)を参照して、本発明に基
づくレーザ光発生装置の例の概略フローを説明する。
Next, with reference to FIG. 1 (A), a schematic flow of an example of the laser light generator according to the present invention will be described.

【0051】本発明のレーザ光発生装置は、例えば図1
(A)に示すように、前記レーザ光発振源としてのレー
ザ光発振器1から出射(発振)する基本波レーザ光を、
前記位相変調手段としての位相変調器2で複数の周波数
成分に位相変調し、前記位相変調器2によって位相変調
されたレーザ光を利得媒質中で複数回往復させて強度増
幅するレーザ光増幅手段としてのレーザ光増幅器3とを
有する装置である(以下、同様)。
The laser light generating apparatus according to the present invention is, for example, shown in FIG.
As shown in (A), the fundamental laser light emitted (oscillated) from the laser light oscillator 1 as the laser light oscillation source is:
A laser light amplifier for phase-modulating a plurality of frequency components with a phase modulator 2 serving as the phase modulator, and amplifying the intensity by reciprocating the laser light phase-modulated by the phase modulator 2 a plurality of times in a gain medium. (Hereinafter, the same applies).

【0052】まず、図中(a)に示すように、レーザ光
発振器1から出射させるレーザ光の位相(特にスペクト
ル)及び強度は、位相P1 (但し、P1 は単一の周波
数、若しくは極めて狭い周波数帯域の位相である。)、
強度T1 である(例えば、この時のトータル強度(位相
による強度の積分値)を1Wとする)。
First, as shown in (a) of the figure, the phase (particularly the spectrum) and intensity of the laser light emitted from the laser light oscillator 1 is the phase P 1 (where P 1 is a single frequency or extremely high). Phase in a narrow frequency band.),
The intensity T 1 (for example, the total intensity at this time (the integral value of the intensity by the phase) and 1W).

【0053】次に、位相P1 及び強度T1 を有するレー
ザ光は、位相変調手段2によって、図中(b)に示すよ
うに、前記位相の幅(即ち、位相P1 のスペクトル幅)
が広げられて、ある程度の位相幅を有する位相P2 とな
る。この時、理論的には、位相P1 と強度T1 との積分
値と、位相P2 と強度T2 との積分値とは等しくなる
(但し、位相変調器又は位相変調手段内で強度増幅がな
されておらず、また、位相変調時の光学的損失等がない
場合)。従って、始めのレーザ光のトータル強度が1W
であれば、この時のトータル強度もほぼ1Wとなる。
Next, the laser beam having the phase P 1 and the intensity T 1 is subjected to the phase width (ie, the spectrum width of the phase P 1 ) by the phase modulating means 2 as shown in FIG.
Is spread to become a phase P 2 having a certain phase width. At this time, theoretically, the integral value of the phase P 1 and the intensity T 1 becomes equal to the integral value of the phase P 2 and the intensity T 2 (however, the intensity amplification in the phase modulator or the phase modulation means). Is not performed, and there is no optical loss during phase modulation). Therefore, the total intensity of the first laser beam is 1 W
Then, the total intensity at this time is also approximately 1 W.

【0054】次いで、図中(c)に示すように、レーザ
光増幅器3にてレーザ光の強度増幅がなされて、位相P
3 (但し、位相P3 ≒位相P2 )、強度T3 を有するレ
ーザ光が発生する。ここで、レーザ光増幅器3として4
パス構造の増幅器を用いた場合、上述したように、増幅
器3の前位でレーザ光を位相変調しているため、増幅器
3での定在波の発生を抑えてその出力変動を最小限に、
若しくはゼロにし、安定かつ高出力の増幅を行うことが
でき、例えばトータルの強度が5.2W程度と高強度の
出力を得ることができる。
Next, as shown in (c) of the figure, the intensity of the laser light is amplified by the laser light amplifier 3, and the phase P
3 (however, a phase P 3 ≒ phase P 2 ) and a laser beam having an intensity T 3 are generated. Here, 4 as laser light amplifier 3
When an amplifier having a path structure is used, as described above, since the laser light is phase-modulated in front of the amplifier 3, generation of a standing wave in the amplifier 3 is suppressed to minimize output fluctuation.
Alternatively, a stable and high-output amplification can be performed, and a high-intensity output with a total intensity of, for example, about 5.2 W can be obtained.

【0055】これに対して、例えば、図1(B)に示す
比較例のように、レーザ光発振器1から出射(発振)す
るレーザ光を、レーザ光増幅器3にて強度増幅し、次い
で位相変調器2で複数の周波数成分に位相変調すると、
本発明の目的は達成できない。
On the other hand, for example, as in the comparative example shown in FIG. 1B, the laser light emitted (oscillated) from the laser light oscillator 1 is intensity-amplified by the laser light amplifier 3 and then phase-modulated. When the phase is modulated into a plurality of frequency components by the device 2,
The object of the present invention cannot be achieved.

【0056】ここでは、図中(d)に示すように、レー
ザ光発振器1から出射するレーザ光の位相及び強度は位
相P4 及び強度T4 とする。本発明に基づくレーザ光発
生装置との比較のため、例えば、この時のトータル強度
(強度の積分値)を1Wとし、位相P4 =位相P1 、強
度T4 =強度T1 とする。
Here, as shown in (d) of the figure, the phase and intensity of the laser light emitted from the laser light oscillator 1 are assumed to be a phase P 4 and an intensity T 4 . For comparison with the laser light generator according to the present invention, for example, the total intensity (integral value of intensity) at this time is set to 1 W, the phase P 4 = phase P 1 , and the intensity T 4 = intensity T 1 .

【0057】次に、図中(e)に示すように、レーザ光
増幅器3にてレーザ光の強度増幅がなされて、位相
5 、強度T5 を有するレーザ光が発生する。ここで、
レーザ光増幅器3として2パス構造の増幅器を用いた場
合、トータルの強度を3.8W程度にすることができ
る。
Next, as shown at (e) in the figure, the laser light is amplified in intensity by the laser light amplifier 3 to generate a laser light having a phase P 5 and an intensity T 5 . here,
When a two-pass amplifier is used as the laser light amplifier 3, the total intensity can be reduced to about 3.8W.

【0058】上述したように、ここで4パス構造のレー
ザ光増幅器を用いると、定在波が発生するために、出力
変動が20〜30%程度生じてしまい、例えば、ステッ
パとしての半導体露光装置などに実際に使用することは
困難である。従って、レーザ光増幅器3は、高々2パス
構造でなければならない。
As described above, if a laser light amplifier having a four-pass structure is used, a standing wave is generated, causing an output fluctuation of about 20 to 30%. For example, a semiconductor exposure apparatus as a stepper It is difficult to actually use it. Therefore, the laser light amplifier 3 must have a two-pass structure at most.

【0059】次いで、図中(f)に示すように、位相変
調器2によって位相P5 の幅(即ち、スペクトル幅)が
広げられて、ある程度の位相幅を有する位相P6 (P6
=P3 )となる。この時、上述したように、トータルで
の強度の積分値は変化しないので、前段でのレーザ光の
トータル強度が3.8Wであれば、この時のトータル強
度もほぼ3.8Wにしかならない。
Next, as shown in (f) in the figure, the width of the phase P 5 (that is, the spectrum width) is expanded by the phase modulator 2, and the phase P 6 (P 6) having a certain phase width is obtained.
= P 3 ). At this time, as described above, since the integrated value of the total intensity does not change, if the total intensity of the laser light at the previous stage is 3.8 W, the total intensity at this time is only approximately 3.8 W.

【0060】このように、図1(A)に示した本発明に
基づくレーザ光発生装置によれば、4パス以上のマルチ
パス構造の増幅器を使用することができるので、高強度
のレーザ光を発生することができ、また、このような増
幅器を使用しても、定在波の発生を防ぐことができるの
で、安定かつ高強度のレーザ光を発生することができ
る。即ち、同一の増幅器(利得媒質)の下で、より高い
エネルギーを取り出すことができ、同一の出力を得るこ
とを目的とする場合は、増幅器(利得媒質)への供給エ
ネルギーを少なくすることができる。
As described above, according to the laser light generator according to the present invention shown in FIG. 1A, an amplifier having a multi-pass structure of four or more passes can be used, so that a high-intensity laser light is In addition, even if such an amplifier is used, generation of a standing wave can be prevented, so that stable and high-intensity laser light can be generated. That is, higher energy can be extracted under the same amplifier (gain medium), and when the purpose is to obtain the same output, the energy supplied to the amplifier (gain medium) can be reduced. .

【0061】ところで、本発明者は、特願平7−320
557号(以下、先願発明と称する。)において、スペ
ックルノイズを除去する目的で、位相変調手段によって
色収差が許容できる程度にそのスペクトル幅を広げ、あ
る程度まで干渉性を低下させることを既に提案してい
る。
By the way, the present inventor has disclosed in Japanese Patent Application No. 7-320.
No. 557 (hereinafter referred to as the prior invention) has already proposed to widen the spectrum width of the chromatic aberration by the phase modulation means to an acceptable level and to reduce the coherence to some extent in order to remove speckle noise. doing.

【0062】これに対して本発明においては、得られる
レーザ光の強度安定性を損なうことなく、レーザ光増幅
器の効率を向上させることにある。
On the other hand, the present invention is to improve the efficiency of the laser light amplifier without deteriorating the intensity stability of the obtained laser light.

【0063】本発明で用いている位相変調手段によるス
ペクトルの広帯域化は、先願発明に示された半導体露光
装置用の上記位相変調手段による特長を生かすことがで
きる。即ち、レーザ光を位相変調してからレーザ光増幅
器で増幅し、この増幅器から出射する出力レーザ光を、
新たに位相変調手段を設けることなくそのまま、例えば
第5高調波の如き紫外光発生のための基本波として用い
ることができるのである。この場合も勿論、先願発明と
同様に、本発明における位相変調手段によってもスペッ
クルノイズの発生を防ぐことが十分に可能である。これ
に反して、図1(B)のように単一周波数のレーザ光を
増幅してから位相変調を行うと、スペックルノイズは抑
えられてもレーザ光の高出力化は困難である。
The broadening of the spectrum by the phase modulating means used in the present invention can make use of the features of the phase modulating means for a semiconductor exposure apparatus shown in the prior application. That is, the laser light is phase-modulated and then amplified by the laser light amplifier, and the output laser light emitted from this amplifier is
It can be used as a fundamental wave for generating ultraviolet light such as the fifth harmonic without any additional phase modulation means. In this case as well, similarly to the prior application, the phase modulation means of the present invention can sufficiently prevent the occurrence of speckle noise. On the other hand, when a single frequency laser beam is amplified and then phase modulated as shown in FIG. 1B, it is difficult to increase the output of the laser beam even if speckle noise is suppressed.

【0064】また、本発明は、レーザ光を複数の周波数
成分に位相変調し、この位相変調されたレーザ光を利得
媒質中で複数回往復させて強度増幅する、レーザ光発生
方法に係るものである。
The present invention also relates to a laser light generating method for modulating the phase of a laser light into a plurality of frequency components and reciprocating the phase-modulated laser light a plurality of times in a gain medium to amplify the intensity. is there.

【0065】本発明のレーザ光発生方法によれば、レー
ザ光を複数の周波数成分に位相変調(即ち、複数のスペ
クトルに分解)し、この位相変調されたレーザ光を利得
媒質中で複数回往復させて強度増幅するので、例えば、
高出力のレーザ光を出射できる4パス構造の増幅器にお
いて、出力の変動を最小限に抑えることができ、安定か
つ高強度(高出力)のレーザ光を発生することができ
る。
According to the laser light generation method of the present invention, the laser light is phase-modulated into a plurality of frequency components (that is, decomposed into a plurality of spectra), and the phase-modulated laser light is reciprocated a plurality of times in the gain medium. To amplify the intensity, for example,
In an amplifier having a four-pass structure capable of emitting high-output laser light, fluctuations in output can be minimized, and stable and high-intensity (high-output) laser light can be generated.

【0066】上述の本発明のレーザ光発生装置は、本発
明のレーザ光発生方法を再現性よく実施することのでき
る装置である。
The above-described laser light generating apparatus of the present invention is an apparatus capable of performing the laser light generating method of the present invention with good reproducibility.

【0067】[0067]

【発明の実施の形態】本発明のレーザ光発生方法及び本
発明のレーザ光発生装置(以下、単に「本発明」と称す
ることがある。)によれば、複数の周波数成分からなる
電気信号(特に高周波電気信号)によって前記位相変調
を行うことができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the laser light generating method of the present invention and the laser light generating device of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as "the present invention"), an electric signal (hereinafter, simply referred to as "the present invention") comprising a plurality of frequency components is provided. In particular, the phase modulation can be performed by a high-frequency electric signal.

【0068】位相変調を行う位相変調器としては、例え
ば、電界印加による屈折率変化を利用する電気光学効果
(E/O)変調器や、媒体中の音響波と光波とのかかわ
り合いを利用する音響光学効果(A/O)変調器など、
公知の変調器を使用することができる。
Examples of the phase modulator for performing the phase modulation include an electro-optic effect (E / O) modulator utilizing a change in the refractive index due to the application of an electric field, and an acoustic modulator utilizing the relationship between acoustic waves and light waves in a medium. Optical effect (A / O) modulator, etc.
Known modulators can be used.

【0069】上述の位相変調は、レーザ光のスペクトル
幅を広げ、次段の増幅器内で定在波の発生を防止するた
めに、可干渉性を低くすることが目的である。この位相
変調の過程においては、レーザ光のスペクトル幅そのも
のが広がるわけではなく、単一のスペクトルが多数のス
ペクトルに分離することにより、それらスペクトル全体
の幅が広がるだけである。このように、スペクトル全体
の幅が広がるために、レーザ光の可干渉性が低くなる
(即ち、レーザ光のコヒーレント長が短くなる)。
The purpose of the above-mentioned phase modulation is to reduce the coherence in order to widen the spectrum width of the laser beam and prevent the generation of a standing wave in the amplifier at the next stage. In the process of the phase modulation, the spectrum width of the laser beam itself does not widen, but only the whole spectrum is widened by separating a single spectrum into many spectra. As described above, since the width of the entire spectrum is widened, the coherence of the laser light is reduced (that is, the coherent length of the laser light is reduced).

【0070】また、本発明によれば、前記レーザ光増幅
手段として、4パス構造のレーザ光増幅器を用いること
ができる。
Further, according to the present invention, a laser light amplifier having a four-pass structure can be used as the laser light amplifying means.

【0071】即ち、前記レーザ光増幅手段において、前
記位相変調手段からのレーザ光が、第1の偏光分離手段
を通過したのち、第1の偏光回転手段に入射してその偏
光方向が回転され、さらに、このレーザ光が第2の偏光
分離手段を通過したのち、前記利得媒質を通過すること
によって第1の強度増幅がなされ、次いで、前記第1の
強度増幅がなされたレーザ光が、第2の偏光回転手段に
入射してその偏光方向が回転され、このレーザ光の光路
上に設けられた第1のレーザ光反射手段によって反射さ
れたのち、再度前記第2の偏光回転手段に入射してその
偏光方向が回転されて、前記利得媒質を通過することに
よって第2の強度増幅がなされ、次いで、前記第2の強
度増幅がなされたレーザ光が、前記第2の偏光分離手段
で分離されて、このレーザ光の光路上に設けられた第2
のレーザ光反射手段によって反射されたのち、再び、前
記第2の偏光分離手段で分離され、前記利得媒質を通過
することによって第3の強度増幅がなされ、次いで、前
記第3の強度増幅がなされたレーザ光が、前記第2の偏
光回転手段に入射してその偏光方向が回転され、前記第
1のレーザ光反射手段によって反射されたのち、前記第
2の偏光回転手段に入射してその偏光方向が回転されて
前記利得媒質を通過することによって第4の強度増幅が
なされ、次いで、前記第4の強度増幅がなされたレーザ
光が、前記第2の偏光分離手段を通過して、前記第1の
偏光回転手段に入射してその偏光方向が回転されたの
ち、前記第1の偏光分離手段で分離されて出射される、
ように、前記レーザ光増幅手段を構成することができ
る。
That is, in the laser light amplifying means, after the laser light from the phase modulating means passes through the first polarization separating means, it is incident on the first polarization rotating means and its polarization direction is rotated. Further, after the laser light has passed through the second polarization separation means, the laser light has passed through the gain medium to perform first intensity amplification, and then the laser light having undergone the first intensity amplification has passed through the second polarization separation means. And the polarization direction of the laser light is rotated, reflected by the first laser light reflecting means provided on the optical path of the laser light, and then again incident on the second polarization rotating means. The polarization direction is rotated, and a second intensity amplification is performed by passing through the gain medium. Next, the laser light subjected to the second intensity amplification is separated by the second polarization separation unit. This Second provided on an optical path of the laser beam
After being reflected by the laser light reflecting means, the light is again separated by the second polarization separating means, and passes through the gain medium to perform a third intensity amplification, and then the third intensity amplification is performed. The laser light is incident on the second polarization rotating means and its polarization direction is rotated. After being reflected by the first laser light reflecting means, the laser light is incident on the second polarization rotating means and its polarization is changed. A fourth intensity amplification is performed by rotating the direction and passing through the gain medium, and then the laser light having been subjected to the fourth intensity amplification passes through the second polarization separation unit, and the fourth intensity amplification is performed. After being incident on the first polarization rotation unit and having its polarization direction rotated, is separated and emitted by the first polarization separation unit;
Thus, the laser light amplifying means can be configured.

【0072】このような増幅を実施することができる装
置の一例を図2及び図3に示す。図2及び図3(A)
は、4パス構造のレーザ光増幅器を有するレーザ光発生
装置の要部概略図である。
FIGS. 2 and 3 show an example of an apparatus capable of performing such amplification. 2 and 3 (A)
FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of a laser light generator having a four-pass laser light amplifier.

【0073】まず、図2に示すように、本発明に基づく
4パス構造の増幅器を有するレーザ光発生装置は、レー
ザ光発振源1と位相変調器2とレーザ光増幅器3Aとか
らなるものである。また、このレーザ光発生装置におい
て、レーザ光増幅器3Aは、偏光分離手段6A及び6B
と、偏光回転手段5A及び5Bと、レーザ光反射手段7
A及び7Bと、利得媒質4とを有するものである。
First, as shown in FIG. 2, a laser light generator having an amplifier having a four-pass structure according to the present invention comprises a laser light oscillation source 1, a phase modulator 2, and a laser light amplifier 3A. . Further, in this laser light generating device, the laser light amplifier 3A includes polarization splitting means 6A and 6B
, Polarization rotating means 5A and 5B, and laser beam reflecting means 7
A and 7B and a gain medium 4.

【0074】この装置において、レーザ光発振源1から
出射(発振)するレーザ光aは、位相変調手段2で複数
の周波数成分に位相変調され、このように位相変調され
たレーザ光bは、レーザ光増幅器3Aに入射し、増幅器
3A内で、レーザ光が伝搬する光路上に配されている各
装置を経由しながら利得媒質4を4回通過(即ち、2往
復)し、このように増幅されたレーザ光cが増幅器3A
から出射するように構成されている。
In this apparatus, a laser beam a emitted (oscillated) from a laser beam oscillation source 1 is phase-modulated into a plurality of frequency components by a phase modulating means 2, and a laser beam b thus phase-modulated is converted into a laser beam b. The light enters the optical amplifier 3A and passes through the gain medium 4 four times (ie, two round trips) while passing through each device disposed on the optical path through which the laser light propagates, in the amplifier 3A, and is thus amplified. Laser light c is transmitted to the amplifier 3A
It is configured to emit light from

【0075】次に、図3(A)及び(B)を参照しなが
ら、本発明に基づくレーザ光の増幅メカニズムを説明す
る。
Next, referring to FIGS. 3A and 3B, a description will be given of a laser light amplification mechanism according to the present invention.

【0076】図3(A)は、図2に示したレーザ光発生
装置を更に具体的に表したものである。また、図3
(B)は、図3(A)に示したレーザ光発生装置におけ
るレーザ光の偏光状態を模式的に示すものである。図3
(A)のレーザ光と図3(B)の偏光状態とは対応する
ものであって、図3(A)のレーザ光aの偏光状態は図
3(B)の偏光状態aに対応し、以下同様に、レーザ光
bは偏光状態bに、レーザ光cは偏光状態cに、レーザ
光dは偏光状態dに、……レーザ光lは偏光状態lにそ
れぞれ対応する。但し、図3(B)に示す偏光状態はこ
れに限定されるものではない。
FIG. 3A shows the laser beam generator shown in FIG. 2 more specifically. FIG.
FIG. 3B schematically shows the polarization state of the laser light in the laser light generator shown in FIG. FIG.
The laser light of FIG. 3A corresponds to the polarization state of FIG. 3B, and the polarization state of the laser light a of FIG. 3A corresponds to the polarization state a of FIG. Similarly, the laser light b corresponds to the polarization state b, the laser light c corresponds to the polarization state c, the laser light d corresponds to the polarization state d,... However, the polarization state shown in FIG. 3B is not limited to this.

【0077】まず、レーザ光発振源としてのレーザ光発
振器1から出射(発振)されたレーザ光aが位相変調器
2に入射して複数の周波数成分に位相変調される。位相
変調されたレーザ光a1 は、始めのレーザ光aと比べて
スペクトル幅が広がった(但し、各スペクトル幅そのも
のが広がるわけではなく、多数のスペクトルに分離する
ことにより、全スペクトルのトータル幅が広がったこと
を意味する:以下、同様)レーザ光である。
First, a laser beam a emitted (oscillated) from a laser beam oscillator 1 as a laser beam oscillation source enters a phase modulator 2 and is phase-modulated into a plurality of frequency components. The phase-modulated laser beam a 1 has a wider spectrum width than the first laser beam a (however, each spectrum width itself does not widen, but is divided into a large number of spectra, so that the total width of the entire spectrum is increased). Spread): the same applies hereinafter).

【0078】次に、位相変調器2からのレーザ光a1
第1の偏光分離手段としての偏光ビームスプリッター1
1Aを通過し、第1の偏光回転手段としてのファラデー
ローテータ12を通過することによってその偏光状態が
変化した後、このレーザ光bは1/2波長板13を通過
することによって、始めのレーザ光aと同様の偏光状態
のレーザ光cとなる。さらに、このレーザ光cが第2の
偏光分離手段としての偏光ビームスプリッター11Bを
通過したのち、利得媒質4を通過することによって、ま
ず、第1の強度増幅(I)がなされる。
Next, the laser beam a 1 from the phase modulator 2 is applied to the polarization beam splitter 1 as the first polarization separation means.
After passing through 1A and passing through a Faraday rotator 12 as first polarization rotating means, the polarization state of the laser beam b changes. The laser beam c has the same polarization state as that of the laser beam c. Further, after the laser light c passes through the polarization beam splitter 11B as the second polarization splitting means and then passes through the gain medium 4, first, the first intensity amplification (I) is performed.

【0079】但し、上記レーザ光a(及びレーザ光
1 )の偏光状態は、ある特定の状態(例えば直線偏
光)でなくてもよく、例えば、前記第1の偏光分離手段
(偏光ビームスプリッター)11Aをある特定の偏光状
態のみを通過させる偏光分離手段としておけば、この偏
光分離手段を通過するレーザ光を、ある特定の偏光状態
(例えば、水平方向に振動面を有する直線偏光)を有す
るレーザ光とすることができる。
However, the polarization state of the laser light a (and the laser light a 1 ) need not be a specific state (for example, linearly polarized light). For example, the first polarization splitting means (polarization beam splitter) If 11A is used as a polarization splitting means for passing only a specific polarization state, the laser beam passing through the polarization separation means is converted into a laser having a specific polarization state (for example, linearly polarized light having a vibration plane in a horizontal direction). It can be light.

【0080】次いで、第1の強度増幅がなされたレーザ
光dが、第2の偏光回転手段としての1/4波長板14
に入射してその偏光方向が回転され(レーザ光d1 )、
このレーザ光の光路上に設けられた第1のレーザ光反射
手段としてのレトロリフレクター15Aによって反射さ
れたのち(レーザ光d2 )、再度1/4波長板14に入
射してその偏光方向が回転されて(レーザ光e)、利得
媒質4を通過することによって第2の強度増幅(II)が
なされる。
Next, the laser light d having been subjected to the first intensity amplification is applied to a quarter-wave plate 14 as a second polarization rotating means.
And its polarization direction is rotated (laser light d 1 ),
After being reflected by the retro-reflector 15A as the first laser light reflecting means provided on the optical path of the laser light (laser light d 2 ), it is again incident on the quarter-wave plate 14 and its polarization direction is rotated. Then, the second intensity amplification (II) is performed by passing through the gain medium 4 (laser light e).

【0081】次いで、第2の強度増幅がなされたレーザ
光fは、レーザ光cとはその偏光状態が異なる(レーザ
光cとは偏光方向が90°異なる)ために、偏光ビーム
スプリッター11Bで分離されて、このレーザ光f1
光路上に設けられた第2のレーザ光反射手段としてのレ
トロリフレクター15Bによって反射されたのち(レー
ザ光f2 )、再び、偏光ビームスプリッター11Bで分
離されて利得媒質4に入射することによって(レーザ光
g)、第3の強度増幅(III )がなされる。
Next, the laser light f subjected to the second intensity amplification has a polarization state different from that of the laser light c (the polarization direction differs from the laser light c by 90 °), so that the laser light f is separated by the polarization beam splitter 11B. is, after being reflected by the retro-reflector 15B as a second laser beam reflecting means provided on the laser beam f 1 of the optical path (laser beam f 2), are again separated by the polarization beam splitter 11B gain By entering the medium 4 (laser light g), third intensity amplification (III) is performed.

【0082】次いで、第3の強度増幅がなされたレーザ
光hは、前記1/4波長板14に入射してその偏光方向
が回転され(レーザ光h1 )、前記レトロリフレクター
15Aによって反射されたのち(レーザ光h2 )、再び
前記1/4波長板14に入射してその偏光方向が回転さ
れ(レーザ光i)、利得媒質4を通過することによっ
て、第4の強度増幅(IV)がなされる。
Next, the laser light h subjected to the third intensity amplification is incident on the quarter-wave plate 14, the polarization direction thereof is rotated (laser light h 1 ), and reflected by the retroreflector 15A. After that (laser light h 2 ), the light is again incident on the 波長 wavelength plate 14 and its polarization direction is rotated (laser light i), and passes through the gain medium 4, whereby the fourth intensity amplification (IV) is performed. Done.

【0083】次いで、第4の強度増幅がなされたレーザ
光jは、その偏光状態がレーザ光f及びレーザ光f2
は異なる(偏光方向が90°異なる)ので、前記偏光ビ
ームスプリッター11Bを通過して、前記1/2波長板
13に入射してその偏光方向が回転されたのち(レーザ
光k)、更に前記ファラデーローテータ12にてその偏
光方向が回転される(レーザ光l)。このレーザ光l
は、その偏光状態がレーザ光aとは異なる(偏光方向が
90°異なる)ので、偏光ビームスプリッター11Aで
分離されて、レーザ光増幅器3Bから出力レーザ光l1
として出射する。
[0083] Then, the laser beam j fourth intensity amplification was performed is different (polarization directions are different 90 °) is its polarization state is a laser beam f and laser beam f 2, passes through the polarization beam splitter 11B Then, after entering the half-wave plate 13 and rotating its polarization direction (laser light k), the polarization direction is further rotated by the Faraday rotator 12 (laser light 1). This laser beam l
Since its polarization state is different from the laser beam a (polarization direction different 90 °), is separated by the polarization beam splitter 11A, the laser optical amplifier 3B from the output laser beam l 1
And emitted.

【0084】ここで、上述したように、本発明によれ
ば、位相変調器2にて、レーザ光発振器1から出射され
るコヒーレントなレーザ光のスペクトル幅を広げて可干
渉性をある程度(色収差が許容できる程度に)低くして
いるので、第1の強度増幅(I)時の偏光状態と第4の
強度増幅(IV)時の偏光状態、及び第2の強度増幅(I
I)時の偏光状態と第3の強度増幅(III)時の偏光状態
とが同じであるにもかかわらず、前記利得媒質4内での
定在波の発生を防ぐことができ、レーザ光出力の時間的
変動がなく、増幅器を4パス構造(又は8パス構造、更
にはそれ以上のマルチパス構造)とし、前記レーザ光を
効率よく増幅して、安定かつ高強度なレーザ光を発生す
ることができる。
Here, as described above, according to the present invention, the phase modulator 2 widens the spectrum width of the coherent laser beam emitted from the laser beam oscillator 1 to increase the coherence to some extent (the chromatic aberration is reduced). (To an acceptable level), the polarization state during the first intensity amplification (I), the polarization state during the fourth intensity amplification (IV), and the second intensity amplification (I
Although the polarization state at the time of I) and the polarization state at the time of the third intensity amplification (III) are the same, generation of a standing wave in the gain medium 4 can be prevented, and laser light output can be prevented. The amplifier has a four-pass structure (or an eight-pass structure, or a multi-pass structure more than that), and efficiently amplifies the laser light to generate a stable and high-intensity laser light. Can be.

【0085】また、前記利得媒質4内で定在波が生じて
も、位相変調器2における位相変調度に応じてこれを最
小限に抑えることができる。即ち、レーザ光にある程度
の位相(スペクトル)幅をもたせる(レーザ光をぼやか
す)ことによって、定在波をフラット化し易くする(即
ち、定在波の節が発生しないようにする)ことができ
る。
Even if a standing wave is generated in the gain medium 4, it can be minimized according to the degree of phase modulation in the phase modulator 2. That is, by giving a certain phase (spectrum) width to the laser light (blurring the laser light), the standing wave can be easily flattened (that is, no nodes of the standing wave are generated). .

【0086】次に、上述した4パス構造の増幅器で用い
た偏光分離手段、偏光回転手段及びレーザ光反射手段の
動作などを説明する。
Next, the operation of the polarization separating means, the polarization rotating means, and the laser beam reflecting means used in the above-described four-pass amplifier will be described.

【0087】偏光分離手段(上記の第1及び第2の偏光
分離手段)とは、レーザ光の偏光状態によって、通過
(透過)レーザ光と反射レーザ光とに分離する手段であ
る。本発明においては、例えば、直線偏光であるP偏光
とS偏光とを分離することができる偏光ビームスプリッ
ターなどが使用できる〔但し、P偏光とS偏光とはその
偏光方向(振動面)が互いに90°異なる(即ち、位相
がπ/2ずれている)偏光である〕。偏光ビームスプリ
ッターとしては、プリズムなどに多層膜を施したものを
使用できる。
The polarized light separating means (the above-described first and second polarized light separating means) is means for separating the transmitted (transmitted) laser light and the reflected laser light according to the polarization state of the laser light. In the present invention, for example, a polarization beam splitter that can separate P-polarized light and S-polarized light that are linearly polarized light can be used [however, P-polarized light and S-polarized light have polarization directions (oscillation planes) of 90 degrees with each other. ° differing (ie, out of phase by π / 2). As the polarizing beam splitter, a prism or the like provided with a multilayer film can be used.

【0088】また、偏光回転手段(上記の第1及び第2
の偏光回転手段)とは、レーザ光の偏光方向を回転(ま
たは、偏光状態によっては無回転)させる手段である。
この偏光回転手段としては、ファラデーローテータ、1
/2波長板(λ/2板)及び1/4波長板(λ/4板)
などを使用できる。
Also, the polarization rotating means (the above-described first and second polarization
Means for rotating the polarization direction of the laser beam (or non-rotation depending on the polarization state).
The polarization rotating means includes a Faraday rotator,
波長 wavelength plate (λ / 2 plate) and 波長 wavelength plate (λ / 4 plate)
Etc. can be used.

【0089】例えば、1/2波長板は、互いに垂直方向
に振動する直線偏光間に1/2波長の光路差を生じさせ
るようにその厚みを決められた複屈折結晶板であり、入
射するレーザ光が直線偏光を有するレーザ光であるとそ
の方位が回転し(例えば、P偏光がS偏光になる)、入
射するレーザ光が円偏光の場合、向きが逆転する(例え
ば、右回りの円偏光が左回りの円偏光になる)。また、
1/4波長板とは、例えば、入射するレーザ光が直線偏
光であれば、出射するレーザ光は直交した振動面をもつ
2つの波の位相差がπ/2となって円偏光(または楕円
偏光)となる。また、P偏光が通過すると右回りの円偏
光となり、左回りの円偏光が通過するとS偏光となる。
For example, the half-wave plate is a birefringent crystal plate whose thickness is determined so as to generate a half-wavelength optical path difference between linearly polarized light beams vibrating in the perpendicular direction to each other. If the light is linearly polarized laser light, its direction rotates (for example, P-polarized light becomes S-polarized light), and if the incident laser light is circularly polarized, its direction is reversed (for example, clockwise circularly polarized light). Becomes counterclockwise circularly polarized light). Also,
A quarter-wave plate means that, for example, if the incident laser light is linearly polarized, the emitted laser light is circularly polarized (or elliptical) when the phase difference between two waves having orthogonal vibration planes is π / 2. (Polarized light). When the P-polarized light passes, it becomes clockwise circularly polarized light, and when the left-handed circularly polarized light passes, it becomes S-polarized light.

【0090】但し、1/2波長板でP偏光がS偏光にな
るのは波長板の軸が入射偏光に対して45度の角度を持
っている場合のみである。無条件に偏光が90度変えら
れるのではなく、波長板の軸に対称に変えることができ
る。従って、軸に対して平行・垂直な偏光が入射した場
合はその偏光は変わらない。1/4波長板に関しても同
様に、波長板の軸の方向が重要である。また、ファラデ
ーローテータは、ファラデー効果を利用したものであ
り、これは印加された磁場の強さと、その物質の長さと
で偏光面の回転角が変わってくるが、これを45度とな
るようにしたものである。往路では、例えば磁場と同じ
方向に伝搬した光はその偏光面が、例えば時計回りに4
5度回転し、復路では磁場と逆向きに伝搬した光は往路
と逆の反時計回りに回転し、これは往復により90度の
回転となる。また、このファラデーローテータに関し、
1/4波長板と最も異なる点は、入力の偏光面によら
ず、往復により、レーザ光の偏光面を90度回転させる
ことができるという点である。
However, the P-polarized light becomes the S-polarized light in the half-wave plate only when the axis of the wave plate has an angle of 45 degrees with respect to the incident polarized light. Instead of being unconditionally changed by 90 degrees, the polarization can be changed symmetrically to the axis of the wave plate. Therefore, when polarized light parallel / perpendicular to the axis enters, the polarized light does not change. Similarly, for the quarter-wave plate, the direction of the axis of the wave plate is important. The Faraday rotator utilizes the Faraday effect. The rotation angle of the plane of polarization changes depending on the strength of the applied magnetic field and the length of the substance. It was done. On the outward path, for example, the light propagating in the same direction as the magnetic field has its polarization plane
Light rotates by 5 degrees, and light propagating in the opposite direction to the magnetic field on the return path rotates counterclockwise, which is opposite to the forward path, and is rotated 90 degrees by reciprocation. Also, regarding this Faraday rotator,
The most different point from the quarter wavelength plate is that the polarization plane of the laser beam can be rotated 90 degrees by reciprocation regardless of the polarization plane of the input.

【0091】また、レーザ光反射手段(上記の第1及び
第2のレーザ光反射手段)とは、レーザ光を反射させる
ためにレーザ光が伝搬する光路(光軸)上に設けられる
反射手段であり、例えば、反射鏡、レトロリフレクター
などを使用することができる。一般に、レーザ光は反射
手段で反射されると、位相がπずれるので、例えば、右
回りの円偏光は左回りの円偏光となり、左回りの円偏光
は右回りの円偏光となる。
The laser light reflecting means (the first and second laser light reflecting means) is a reflecting means provided on an optical path (optical axis) through which the laser light propagates in order to reflect the laser light. Yes, for example, a reflector, retroreflector, etc. can be used. In general, when the laser light is reflected by the reflection means, the phase shifts by π. For example, clockwise circularly polarized light becomes leftward circularly polarized light, and leftwardly circularly polarized light becomes clockwise circularly polarized light.

【0092】また、本発明に基づく図2、図3に示した
4パス構造の増幅器を有するレーザ光発生装置において
は、前記利得媒質と前記第2のレーザ光反射手段(レト
ロリフレクター)との距離が、前記位相変調手段によっ
て決定される前記レーザ光のコヒーレント長(可干渉距
離)の半分の長さよりも長い距離になるように構成され
ていることが望ましい。
Further, in the laser light generating apparatus having the four-pass amplifier shown in FIGS. 2 and 3 according to the present invention, the distance between the gain medium and the second laser light reflecting means (retro reflector) is set. Is desirably configured so as to be longer than half the coherent length (coherence distance) of the laser light determined by the phase modulation means.

【0093】上述した位相変調手段によるレーザ光のス
ペクトルの広帯域化は、そのスペクトル幅を自在に設定
することによって、可干渉距離(コヒーレント長)を制
御できることに特長を有している。
The broadening of the spectrum of the laser beam by the phase modulation means described above is characterized in that the coherent distance (coherent length) can be controlled by freely setting the spectrum width.

【0094】そこで、本発明においては、前記レーザ光
増幅器に配されている利得媒質内に定在波を発生させな
いことが主たる目的であることを考慮すると、図2及び
図3において、第2のレーザ光反射手段としての反射鏡
(レトロリフレクター)と前記利得媒質との間の距離
が、予め設計されたコヒーレント長の半分よりも長けれ
ば、干渉性が十分に低下するため、前記利得媒質内では
定在波は発生せず、出力強度の変動の問題をより低減す
ることができる。
Therefore, in the present invention, considering that the main purpose is not to generate a standing wave in the gain medium provided in the laser light amplifier, the second embodiment shown in FIGS. If the distance between the reflector (retroreflector) as the laser beam reflecting means and the gain medium is longer than half of the coherent length designed in advance, the coherence is sufficiently reduced. No standing wave is generated, and the problem of fluctuation in output intensity can be further reduced.

【0095】上述したように、第2のレーザ光反射手段
(反射鏡、レトロリフレクター)を、レーザ光発振源
(レーザ光発振器)から発振される基本波レーザ光が有
するコヒーレント長の半分の長さよりも長い距離になる
ように構成すれば、レーザ光が有するコヒーレント性を
さらに低くすることができる。即ち、前記第2のレーザ
光反射手段の配置を調節することで、さらに干渉性(可
干渉性)を低くすることができる(即ち、定在波の発生
を防ぐことができる)。しかも、この条件では、レーザ
光の実用的な結像性能も保持できる。
As described above, the second laser light reflecting means (reflector, retroreflector) is set to have a length equal to half the coherent length of the fundamental laser light oscillated from the laser light oscillation source (laser light oscillator). If the distance is set to be longer, the coherence of the laser beam can be further reduced. That is, by adjusting the arrangement of the second laser light reflecting means, the coherence (coherence) can be further reduced (that is, the generation of a standing wave can be prevented). In addition, under these conditions, practical imaging performance of laser light can be maintained.

【0096】また、本発明においては、前記レーザ光発
振源を、Qスイッチ法によってパルス波を発振する固体
レーザ発振源、または、連続波を発振する固体レーザ発
振源とすることができる。
In the present invention, the laser light oscillation source may be a solid-state laser oscillation source that oscillates a pulse wave by a Q-switch method or a solid-state laser oscillation source that oscillates a continuous wave.

【0097】一般に、レーザ光発振源はその出力波形か
ら、一定振幅の連続出力を発生するCWレーザ(Contin
uous Wave Laser )と、断続するパルス波形出力を発生
するパルスレーザとに大別される。本発明においては、
パルスレーザの中でも、ピーク出力が大きく、時間幅の
狭いパルス(ジャイアントパルス)の発振が得られると
いう点からQスイッチレーザを用いることが望ましい。
Generally, a laser light oscillation source generates a CW laser (Continuous Wave) which generates a continuous output of a constant amplitude from its output waveform.
continuous wave laser) and a pulse laser that generates an intermittent pulse waveform output. In the present invention,
Among pulse lasers, it is desirable to use a Q-switched laser because a pulse output having a large peak output and a narrow time width (giant pulse) can be obtained.

【0098】また、本発明においては、前記レーザ光増
幅手段に入射するレーザ光の平均入力強度を1W以下と
することが望ましい。
In the present invention, it is desirable that the average input intensity of the laser light incident on the laser light amplifying means be 1 W or less.

【0099】図8に示したように、レーザ光増幅器の構
造を1パス、2パス、4パスと増やしていくにつれて、
平均入力強度(入力パワー)に対して得られる平均出力
強度(出力パワー)は大きくなる。特に、平均入力強度
が1W以下の場合、レーザ光増幅器の構造を1パス、2
パス、4パスと増やしていく際の増幅率が大きく、4パ
ス構造の増幅器を有するレーザ光発生装置を使用する利
点が大きい。これは、4パス以上(例えば8パス構造の
増幅器)でも同様である。
As shown in FIG. 8, as the structure of the laser light amplifier is increased to one pass, two passes, and four passes,
The average output intensity (output power) obtained with respect to the average input intensity (input power) increases. In particular, when the average input intensity is 1 W or less, the structure of the laser
The amplification factor when increasing the number of passes to four passes is large, and there is a great advantage in using a laser light generator having an amplifier having a four-pass structure. The same applies to four or more paths (for example, an amplifier having an eight-path structure).

【0100】また、本発明において、前記レーザ光発振
源が有するレーザ媒質を、ネオジム:イットリウム・バ
ナジウム酸(以下、Nd:YVO4 と称することがあ
る。)とし、かつ、前記レーザ光増幅手段が有する前記
利得媒質を、ネオジム:イットリウム・アルミニウム・
ガーネット(以下、Nd:YAGと称することがあ
る。)とすることが好ましい。
Further, in the present invention, the laser medium of the laser light oscillation source is neodymium: yttrium-vanadate (hereinafter sometimes referred to as Nd: YVO 4 ), and the laser light amplifying means is provided. The gain medium having neodymium: yttrium aluminum
Garnet (hereinafter sometimes referred to as Nd: YAG) is preferable.

【0101】また、本発明においては、前記レーザ光発
振源のレーザ媒質及び前記レーザ光増幅手段の利得媒質
が、ネオジム:イットリウム・アルミニウム・ガーネッ
ト(Nd:YAG)、ネオジム:イットリウム・バナジ
ウム酸(Nd:YVO4 )、ネオジムドープガラス、ネ
オジム:イットリウム・ランタン・フルオライドからな
る群より選ばれた1種のレーザ媒質からなることが好ま
しい。
Further, in the present invention, the laser medium of the laser light oscillation source and the gain medium of the laser light amplifying means are neodymium: yttrium aluminum garnet (Nd: YAG), neodymium: yttrium vanadate (Nd). : YVO 4 ), neodymium-doped glass, and one kind of laser medium selected from the group consisting of neodymium: yttrium lanthanum fluoride.

【0102】更に、上記レーザ媒質及び利得媒質におい
て、前記レーザ光発振源のレーザ媒質と前記レーザ光増
幅手段が有する利得媒質とが同一の組成を有することが
好ましい。
Further, in the above-mentioned laser medium and gain medium, it is preferable that the laser medium of the laser light oscillation source and the gain medium of the laser light amplifying means have the same composition.

【0103】また、本発明においては、前記ネオジム
(Nd:Neodymium )に代えて、エルビウム(Er)、
プラセオジム(Pr:Praseodymium)、イッテルビウム
(Yb:Ytterbium )、ツリウム(Tm)、ホルミウム
(Ho)及びクロム(II)からなる群より選ばれた1種
の原子をドーパントとして用いることもできる。
In the present invention, erbium (Er) is used instead of neodymium (Nd).
One kind of atom selected from the group consisting of praseodymium (Pr: Praseodymium), ytterbium (Yb: Ytterbium), thulium (Tm), holmium (Ho) and chromium (II) can also be used as the dopant.

【0104】次に、本発明に基づくレーザ光発振器(オ
シレータ)とレーザ光増幅器(アンプ)とに使用するレ
ーザ媒質(利得媒質)の材料の選択について説明する。
Next, the selection of the material of the laser medium (gain medium) used for the laser light oscillator (oscillator) and the laser light amplifier (amplifier) according to the present invention will be described.

【0105】一般に、レーザ光発振器はレーザ媒質の材
料によって決定されるある特定の波長のレーザ光を発振
する。例えば、Nd:YAGレーザならば1064nm
(他にも発振波長があるが、これが最も一般的に用いら
れ、かつ最も強いスペクトルである。)である。これ
は、そのレーザ媒質の特性によって決まっており、他の
波長(特に、その波長にあたる遷移が存在しない限り)
のレーザ増幅(光の誘導放出)は起こらない。この発振
波長はわずかではあるが、その利得に広がりが存在して
いる。例えば、Nd:YAGレーザの1064nmの発
振線の場合、その利得の広がり(スペクトル幅)は周波
数で140GHz程度で、波長に換算すると、1nmに
満たない。
In general, a laser oscillator oscillates a laser beam having a specific wavelength determined by the material of the laser medium. For example, 1064 nm for Nd: YAG laser
(There are other oscillation wavelengths, but this is the most commonly used and the strongest spectrum.) This is determined by the properties of the laser medium and at other wavelengths (unless there is a transition at that wavelength).
Laser amplification (stimulated emission of light) does not occur. Although this oscillation wavelength is small, there is a spread in its gain. For example, in the case of a 1064 nm oscillation line of an Nd: YAG laser, the spread of the gain (spectral width) is about 140 GHz in frequency, which is less than 1 nm in terms of wavelength.

【0106】レーザ発振はレーザ増幅が共振器の中でフ
ィードバックされて起こる現象であり、レーザ発振もレ
ーザ増幅も光の誘導放出による現象であるから、レーザ
発振器の発振波長(つまり利得のある波長)とレーザア
ンプの利得波長とは同じであるか、或いは、離れていて
もその隔たりがアンプの利得の広がり以内になければな
らない。
Laser oscillation is a phenomenon that occurs when laser amplification is fed back in a resonator. Since both laser oscillation and laser amplification are phenomena caused by stimulated emission of light, the oscillation wavelength of a laser oscillator (ie, a wavelength having a gain). And the gain wavelength of the laser amplifier must be the same, or the distance between them must be within the spread of the gain of the amplifier.

【0107】従って、上述したように、発振器のレーザ
媒質と増幅器の利得媒質とに同じ材料(媒質)を用いる
ことが望ましい。
Therefore, as described above, it is desirable to use the same material (medium) for the laser medium of the oscillator and the gain medium of the amplifier.

【0108】また、一般に固体レーザで得られるレーザ
光の中心波長はレーザ媒質の温度で多少シフト(100
GHzも動かないのが一般的である。)するので、発振
波長の制御用に、最も利得が高くなるように発振器、増
幅器(利得中心波長を制御)の温度をそれぞれ制御する
こともできる。
In general, the center wavelength of laser light obtained by a solid-state laser slightly shifts (100
It is common that GHz does not move. ), The temperature of the oscillator and the temperature of the amplifier (controlling the gain center wavelength) can be controlled so that the gain becomes highest for controlling the oscillation wavelength.

【0109】ところが、一部の上記材料の組み合わせ
(レーザ媒質と利得媒質の材料の組み合わせ)には、材
料が異なるにも関わらず、利得波長が近接したものも存
在する。例えば、上述したNd:YAGとNd:YVO
4 とはその例であり、双方ともに1064nmに利得を
持っていて、これらは互いに増幅しあえるものである。
However, some combinations of the above-mentioned materials (combinations of the materials of the laser medium and the gain medium) are close to each other in gain wavelength, although the materials are different. For example, the above-described Nd: YAG and Nd: YVO
4 is an example thereof, both have a gain at 1064 nm, and these can amplify each other.

【0110】レーザ光発振器として用いる場合、特に半
導体レーザ励起の場合は、Nd:YVO4 の方が効率の
良い発振が得られる。これは励起光の吸収効率が良いこ
とによるものと考えられる。また、Nd:YVO4 をレ
ーザ媒質として用いると、Qスイッチパルスを発生する
場合には、レーザ上準位寿命が短いこともあり、短いパ
ルスが得られやすい傾向にある。短いパルスの場合、同
じ平均出力でも尖塔出力は高くなるので、非線形波長変
換を行った際などはその効率も向上する。
When used as a laser light oscillator, especially in the case of pumping a semiconductor laser, Nd: YVO 4 provides more efficient oscillation. This is considered to be due to the good absorption efficiency of the excitation light. When Nd: YVO 4 is used as a laser medium, when a Q-switch pulse is generated, the laser upper-level life may be short, and a short pulse tends to be easily obtained. In the case of a short pulse, the spire output becomes higher even with the same average output, so that the efficiency is improved when nonlinear wavelength conversion is performed.

【0111】次に、Nd:YVO4 発振器−Nd:YV
4 増幅器の組み合わせと、Nd:YVO4 発振器−N
d:YAG増幅器の組み合わせとを比べてみる。この場
合、利得の中心波長が十分に重なっているならば、N
d:YAGの方がレーザ上準位寿命が長いことから、増
幅器の効率が良くなる可能性がある。また、連続波で励
起される増幅器を繰り返しパルスの増幅に用いる場合に
は、一つのパルスと次のパルスとの間で連続して励起さ
れることによって、媒質中にどれだけエネルギーを蓄え
られるかが効率の良いレーザ増幅のポイントとなる。ま
た、レーザ上準位寿命がパルスの繰り返し間隔に比べて
短い場合には、励起されてもその一部の(上準位寿命が
短ければ短いほどたくさんの)エネルギーは非誘導放出
(自然放出)により次のパルスが来るまでに利得媒質か
ら失われ、励起に用いられたエネルギーは、有効にレー
ザ増幅作用に用いられることが少ない。
Next, the Nd: YVO 4 oscillator-Nd: YV
Combination of O 4 amplifier and Nd: YVO 4 oscillator-N
d: Compare with the combination of YAG amplifier. In this case, if the center wavelengths of the gains are sufficiently overlapped, N
Since d: YAG has a longer laser upper level lifetime, the efficiency of the amplifier may be improved. If an amplifier excited by a continuous wave is used for repeated pulse amplification, how much energy can be stored in the medium by being continuously excited between one pulse and the next pulse? Is the point of efficient laser amplification. If the upper level lifetime of the laser is shorter than the pulse repetition interval, even if excited, a part of the energy (the shorter the upper level lifetime is, the more energy) is non-stimulated emission (spontaneous emission). Is lost from the gain medium before the next pulse arrives, and the energy used for pumping is less effectively used for laser amplification.

【0112】実際に用いれるパルス繰り返し周波数は、
通常、7kHz〜10kHz程度で、パルスの間隔は1
00〜150μsとなっている。ここで、Nd:YAG
の上準位寿命(蛍光寿命と称することがある。)が約2
30μs、Nd:YVO4 の上準位寿命が約90μsで
あることを考えると、Nd:YAG増幅器が有利である
ことが分かる。
The pulse repetition frequency actually used is:
Usually, it is about 7 kHz to 10 kHz, and the pulse interval is 1
00 to 150 μs. Here, Nd: YAG
Has an upper level lifetime (sometimes referred to as fluorescence lifetime) of about 2
Considering that the upper level lifetime of 30 μs and Nd: YVO 4 is about 90 μs, it can be seen that the Nd: YAG amplifier is advantageous.

【0113】また、本発明においては、前記レーザ光増
幅手段によって強度増幅されたレーザ光の波長を変換す
る波長変換手段を有することが好ましい。
Further, in the present invention, it is preferable to have a wavelength conversion means for converting the wavelength of the laser light whose intensity has been amplified by the laser light amplification means.

【0114】本発明においては、前記レーザ光増幅手段
(レーザ光増幅器)から出射されるレーザ光をこのまま
使用することが可能であるが、このレーザ光を基本波と
して、波長変換手段によって波長変換することも可能で
ある。特に、波長変換手段を用いて前記基本波レーザ光
の波長を変化させる場合、上述したように、この基本波
レーザ光を波長変換する際の変換効率が小さい(高々1
0%程度)ので、本発明を適用し、基本波レーザ光の強
度を予め大きくしておくことで、波長変換後のレーザ光
を所望の強度にすることができる。また、波長変換の
他、位相変換などの様々な光変調を施す場合にも適用で
きる。
In the present invention, the laser light emitted from the laser light amplifying means (laser light amplifier) can be used as it is, but the wavelength is converted by the wavelength converting means using the laser light as a fundamental wave. It is also possible. In particular, when the wavelength of the fundamental wave laser light is changed using the wavelength converting means, as described above, the conversion efficiency at the time of wavelength conversion of the fundamental wave laser light is small (at most 1).
(Approximately 0%), and by applying the present invention and increasing the intensity of the fundamental laser light in advance, the laser light after wavelength conversion can be made to have a desired intensity. Further, the present invention can be applied to various kinds of light modulation such as phase conversion in addition to wavelength conversion.

【0115】また、特に、前記波長変換手段によってレ
ーザ光の高調波成分を得ることができる。例えば、レー
ザ光発振源としてのNd:YAGレーザから発振される
波長1064nmのレーザ光を基本波として、このレー
ザ光の第5高調波である波長213nmのレーザ光を、
安定かつ高出力で得ることが可能である。
In particular, a harmonic component of laser light can be obtained by the wavelength conversion means. For example, a laser beam having a wavelength of 1064 nm oscillated from an Nd: YAG laser as a laser beam oscillation source is used as a fundamental wave, and a laser beam having a wavelength of 213 nm, which is the fifth harmonic of this laser beam,
It is possible to obtain a stable and high output.

【0116】次に、本発明のレーザ光発生方法及びレー
ザ光発生装置を適用した半導体露光装置について、図4
を参照しながら説明する。
FIG. 4 shows a semiconductor exposure apparatus to which the laser light generating method and the laser light generating apparatus of the present invention are applied.
This will be described with reference to FIG.

【0117】この半導体露光装置は、図4に示すよう
に、レーザ光発振源(発振器)として、例えば縦単一モ
ード発振するパルスレーザ光源として波長1064nm
でインジェクション等の技術によりQスイッチ法にて縦
シングルモードで発振するNd:YAGを用いたNd:
YAGのQスイッチレーザ装置1’と、Nd:YAGの
Qスイッチレーザ装置1’からのレーザ光を複数の周波
数成分に位相変調を行う位相変調器2と、レーザ光増幅
器3としての上述の4パス構造の増幅器とからなるレー
ザ光発生装置10と、ホウ酸リチウム(LBO:LiB
3 5 )やβ−ホウ酸バリウム(β−BBO:β−Ba
2 4 )等からなり、位相変調器2にて位相変調を受
け、増幅器3で増幅された波長1064nmのレーザ光
を例えば5倍の周波数である波長213nmの紫外レー
ザ光(第5高調波)に変換する波長変換装置8と、光路
差を生起する作用を有する均一照明装置23と、この均
一照明装置23からのレーザ光を所定のパターンで基板
上に投影する投影装置27とを有している。
As shown in FIG. 4, this semiconductor exposure apparatus has a wavelength of 1064 nm as a laser light source (oscillator), for example, a pulse laser light source that oscillates in a longitudinal single mode.
Nd using Nd: YAG that oscillates in the vertical single mode by the Q-switch method by injection technology or the like.
YAG Q-switched laser device 1 ′, phase modulator 2 for phase-modulating the laser light from Nd: YAG Q-switched laser device 1 ′ into a plurality of frequency components, and the above-described four-pass as laser light amplifier 3 A laser light generator 10 comprising an amplifier having a structure, and lithium borate (LBO: LiB
3 O 5 ) and β-barium borate (β-BBO: β-Ba
B 2 O 4 ) or the like, undergoes phase modulation by the phase modulator 2 and is amplified by the amplifier 3. ), A uniform illuminator 23 having an action of causing an optical path difference, and a projector 27 for projecting a laser beam from the uniform illuminator 23 onto a substrate in a predetermined pattern. ing.

【0118】また、図示しないが、位相変調器2には、
高周波を発生する高周波信号発生器と、この高周波信号
発生器で発生する高周波を増幅して位相変調器2に出力
するための高周波増幅器とが接続されていてもよい。
Although not shown, the phase modulator 2 includes:
A high frequency signal generator for generating a high frequency and a high frequency amplifier for amplifying the high frequency generated by the high frequency signal generator and outputting the amplified high frequency to the phase modulator 2 may be connected.

【0119】Nd:YAGのQスイッチレーザ装置1’
から出射された1064nmのレーザ光(以下、基本波
レーザ光と称する。)は、位相変調器2に入射する。ま
た、図示しない高周波信号発生器からの複数の周波数成
分を含む電圧信号は、高周波増幅器に送られて増幅さ
れ、位相変調器2に印加されるように構成されていても
よい。
Nd: YAG Q-switched laser device 1 '
1064 nm laser light (hereinafter, referred to as fundamental wave laser light) emitted from the laser beam enters the phase modulator 2. A voltage signal including a plurality of frequency components from a high-frequency signal generator (not shown) may be configured to be sent to a high-frequency amplifier, amplified, and applied to the phase modulator 2.

【0120】また、位相変調器2において、上記基本波
レーザ光は、後述するように、位相変調器2で発生する
電気信号(特に、高周波電気信号)に応じて位相変調を
受ける。この位相変調により、波長1064nmの基本
波レーザ光の全体のスペクトル幅が広げられる。そし
て、この位相変調を受けて全体のスペクトル幅が広げら
れたレーザ光は、レーザ光増幅器3に送られる。次に、
上述したような増幅手段にて強度増幅されたレーザ光は
波長変換装置8に送られる(ここでは、増幅器3の動作
の説明は省略する)。
In the phase modulator 2, the fundamental laser light is subjected to phase modulation in accordance with an electric signal (particularly, a high-frequency electric signal) generated by the phase modulator 2, as described later. By this phase modulation, the entire spectrum width of the fundamental laser light having a wavelength of 1064 nm is widened. Then, the laser light whose overall spectrum width has been expanded by receiving this phase modulation is sent to the laser light amplifier 3. next,
The laser light whose intensity has been amplified by the amplifying means as described above is sent to the wavelength conversion device 8 (the description of the operation of the amplifier 3 is omitted here).

【0121】波長変換装置8は、複数の非線形光学結晶
を備えている。次に、波長変換装置8内で、基本波レー
ザ光から第5高調波を取り出す際の動作を簡単に説明す
る。
The wavelength converter 8 has a plurality of nonlinear optical crystals. Next, the operation of extracting the fifth harmonic from the fundamental laser light in the wavelength converter 8 will be briefly described.

【0122】まず、レーザ光増幅器3から出射されたレ
ーザ光が非線形光学結晶であるホウ酸リチウム結晶板
(以下、LBOと称する。)30を透過する。この際、
第2高調波である波長532nmのレーザ光が発生す
る。また、LBO30から出射するレーザ光は波長10
64nmと532nmとの両方を含んでいる。
First, the laser light emitted from the laser light amplifier 3 passes through a lithium borate crystal plate (hereinafter referred to as LBO) 30 which is a nonlinear optical crystal. On this occasion,
A laser beam having a wavelength of 532 nm, which is the second harmonic, is generated. The laser beam emitted from the LBO 30 has a wavelength of 10
It includes both 64 nm and 532 nm.

【0123】次に、LBO30から出射されたレーザ光
は、色分離ミラー33aに入射し、波長1064nmの
レーザ光は透過し、波長532nmのレーザ光は反射
し、光軸が90°曲げられてそれぞれ分離される。
Next, the laser light emitted from the LBO 30 is incident on the color separation mirror 33a, the laser light having a wavelength of 1064 nm is transmitted, the laser light having a wavelength of 532 nm is reflected, and the optical axis is bent by 90 °. Separated.

【0124】分離した波長532nmのレーザ光は、さ
らに全反射ミラー33bにて反射し、非線形光学結晶で
あるβ−ホウ酸バリウム結晶板(以下、β−BBOと称
する。)31を透過して、第4高調波である波長266
nmのレーザ光が発生する。この波長266nmのレー
ザ光は、全反射ミラー33cと色分離ミラー33dとに
て反射され、β−BBO32に導かれる。
The separated laser light having a wavelength of 532 nm is further reflected by the total reflection mirror 33b and transmitted through a β-barium borate crystal plate (hereinafter referred to as β-BBO) 31, which is a nonlinear optical crystal. Wavelength 266 which is the fourth harmonic
nm laser light is generated. The laser light having the wavelength of 266 nm is reflected by the total reflection mirror 33c and the color separation mirror 33d, and is guided to the β-BBO32.

【0125】一方、色分離ミラー33aを透過した波長
1064nmのレーザ光は、色分離ミラー33dを透過
してβ−BBO32に導かれる。
On the other hand, the laser beam having a wavelength of 1064 nm transmitted through the color separation mirror 33a is transmitted through the color separation mirror 33d and guided to the β-BBO32.

【0126】このβ−BBO32において、波長106
4nmのレーザ光と波長266nmのレーザ光とに基づ
いて、後述する和周波混合がなされ、基本波レーザ光の
第5高調波である213nmの紫外レーザ光が発生し、
この波長213nmのレーザ光が波長変換装置8より出
射される。このとき、波長変換後の紫外レーザ光のスペ
クトル幅(Δf5W)は、変換前のスペクトル幅(Δ
w )の5倍に広がる(Δf5W=5Δfw )。また、出
射されるレーザ光には、波長213nmのレーザ光の他
に、波長1064nmやこの第2高調波である波長53
2nmのレーザ光等様々な波長成分のレーザ光が含まれ
る。
In this β-BBO 32, the wavelength 106
Based on the 4 nm laser light and the 266 nm laser light, sum frequency mixing described later is performed, and 213 nm ultraviolet laser light, which is the fifth harmonic of the fundamental laser light, is generated.
The laser light having the wavelength of 213 nm is emitted from the wavelength conversion device 8. At this time, the spectrum width (Δf 5W ) of the ultraviolet laser light after wavelength conversion is equal to the spectrum width (Δf 5W ) before conversion.
f w ) (Δf 5W = 5Δf w ). In addition to the laser light having a wavelength of 213 nm, the emitted laser light has a wavelength of 1064 nm or a wavelength 53 of the second harmonic.
Laser light of various wavelength components such as 2 nm laser light is included.

【0127】ここで、上記和周波混合について説明す
る。
Here, the sum frequency mixing will be described.

【0128】上記LBOやβ−BBOなどの非線形光学
結晶中にレーザ光が入射したとき、外から加えられたレ
ーザ光の電場の大きさに比例しない非線形分極が発生す
る。この非線形分極が生じて2次の非線形感受率が0で
ない場合、例えば周波数fa、fb の2つの光が同時に
入射すると、周波数fc =fa +fb の非線形分極が結
晶中に励起される。この分極により周波数fc の光が放
出される。これが和周波混合の原理であり、波長λa
λb のレーザ光が入射するとき出射される和周波の波長
λc は、1/λc =1/λa +1/λb (式(A))の
関係にある。即ち、波長1064nmのレーザ光と波長
266nmのレーザ光とが、上記式(A)によって和周
波混合し、波長213nmの紫外レーザ光(第5高調
波)となる。なお、和周波混合用の非線形光学結晶は、
和周波の発生効率が最大となる方向にレーザ光が伝搬す
るように加工されている。
When a laser beam is incident on a nonlinear optical crystal such as LBO or β-BBO, nonlinear polarization not proportional to the magnitude of the electric field of the laser beam applied from the outside is generated. If this non-linear polarization occurs in the second-order nonlinear susceptibility is not zero, for example, the frequency f a, the two light f b are incident simultaneously, nonlinear polarization frequency f c = f a + f b are excited in the crystal You. The light of frequency f c is emitted by the polarization. This is the principle of sum frequency mixing, where wavelengths λ a ,
The wavelength λ c of the sum frequency emitted when the laser light of λ b is incident has a relationship of 1 / λ c = 1 / λ a + 1 / λ b (Formula (A)). That is, the laser beam having a wavelength of 1064 nm and the laser beam having a wavelength of 266 nm are sum-frequency mixed according to the above equation (A), and become an ultraviolet laser beam (fifth harmonic) having a wavelength of 213 nm. The nonlinear optical crystal for sum frequency mixing is
The laser beam is processed so as to propagate in the direction in which the generation efficiency of the sum frequency is maximized.

【0129】次に、プリズム21は、波長変換装置8よ
り出射される波長213nmのレーザ光を含むレーザ光
を各波長成分に分離し、波長213nmのレーザ光のみ
をスリット22を介して均一照明装置23に送る。
Next, the prism 21 separates the laser light including the 213 nm wavelength laser light emitted from the wavelength converter 8 into each wavelength component, and passes only the 213 nm laser light through the slit 22 to the uniform illumination device. Send to 23.

【0130】均一照明装置23は、入射される波長21
3nmの紫外レーザ光を分離し、光路差を生起して再び
合成する作用を有し、また、この作用を受けたレーザ光
はスペックルノイズが発生しない空間的に均一な光とな
る。次いで、このレーザ光が投影装置27に出射され
る。
The uniform illuminator 23 has a wavelength 21
It has the function of separating the ultraviolet laser light of 3 nm, generating an optical path difference, and synthesizing again, and the laser light subjected to this action becomes spatially uniform light with no occurrence of speckle noise. Next, the laser light is emitted to the projection device 27.

【0131】投影装置27は、レチクル24と投影レン
ズ25と半導体ウエハ26とからなる。レチクル24
は、半導体ウエハ26に投影すべきパターンが加工され
ているいわゆるフォトレジストである。投影レンズ25
は、レチクル24を透過したレーザ光を半導体ウエハ2
6に縮小投影するレンズである。半導体ウエハ26には
レジストが塗布されており、レジストの感光作用により
レチクル24に加工されているパターンが半導体装置側
に転写される。
The projection device 27 includes a reticle 24, a projection lens 25, and a semiconductor wafer 26. Reticle 24
Is a so-called photoresist on which a pattern to be projected on the semiconductor wafer 26 is processed. Projection lens 25
Transmits the laser beam transmitted through the reticle 24 to the semiconductor wafer 2
6 is a lens for reducing projection. A resist is applied to the semiconductor wafer 26, and the pattern processed on the reticle 24 is transferred to the semiconductor device side by the photosensitive action of the resist.

【0132】まず、本発明に基づく半導体露光装置に要
求されるコヒーレント長について説明すると、望ましい
コヒーレント長は、色収差の許容範囲と、スペックルノ
イズを除去可能な条件から決定される。
First, the coherent length required for the semiconductor exposure apparatus according to the present invention will be described. The desirable coherent length is determined from the allowable range of chromatic aberration and the conditions under which speckle noise can be removed.

【0133】一般に、コヒーレント長が短いレーザ光
は、スペクトル幅が広く単色性が低い。この場合、色収
差が発生し易い。特に、単一の硝材を使用して投影レン
ズ25を構成する場合、レンズの色消し、即ち色収差補
正の作用が得られない。従って、十分な結像性能を実現
するには、レンズの実用的なNA値(開口数)や倍率を
考慮すると、80mm以上のコヒーレント長が要求され
る。
Generally, laser light having a short coherent length has a wide spectral width and low monochromaticity. In this case, chromatic aberration is likely to occur. In particular, when the projection lens 25 is formed using a single glass material, the effect of achromatizing the lens, that is, the effect of correcting chromatic aberration cannot be obtained. Therefore, in order to realize sufficient imaging performance, a coherent length of 80 mm or more is required in consideration of a practical NA value (numerical aperture) and magnification of the lens.

【0134】また、複数種のガラス材を使用して投影レ
ンズ25を構成し、色消しを行う場合、スペクトル幅の
条件が緩くなる。例えば、NA=0.6以上の投影レン
ズで、実用的なガラス材を使用する場合、コヒーレント
長は30mm以上であれば、十分な結像性能の実現が可
能である。
When the projection lens 25 is formed by using a plurality of types of glass materials to perform achromatism, the condition of the spectral width becomes loose. For example, when a practical glass material is used with a projection lens having an NA of 0.6 or more, sufficient imaging performance can be realized if the coherent length is 30 mm or more.

【0135】また、スペックルノイズを除去するには、
コヒーレント長が短い方が有利であり、実用的には18
0mm以下のコヒーレント長が望ましい。
In order to remove speckle noise,
A shorter coherent length is advantageous, and practically 18
A coherent length of 0 mm or less is desirable.

【0136】上述したように、単一の硝材を用いて投影
レンズを構成する場合、コヒーレント長は80mm以
上、180mm以下であることが望ましく、また、複数
種の硝材を用い投影レンズを構成する場合、コヒーレン
ト長は30mm以上、80mm以下であることが望まし
い。
As described above, when a projection lens is formed using a single glass material, the coherent length is desirably 80 mm or more and 180 mm or less, and when a projection lens is formed using a plurality of types of glass materials. The coherent length is desirably 30 mm or more and 80 mm or less.

【0137】一般に、半導体露光装置に使われている投
影光学系である投影レンズ25は、極めて高い解像力を
持ち、像面内での各種歪みも極限にまで抑えてある。そ
の解像力は、使用する投影光学系の感光基板としての半
導体ウエハ26側での開口数NAと使用する露光用照明
光の中心波長(波長幅も関連)とで定義され、例えば中
心波長213nmのレーザ光の下でNAが0.65の投
影光学系を用いた場合、投影光学系が屈折光学素子のみ
で構成されるか、屈折光学素子と反射光学素子との組み
合わせで構成されるかの差異、あるいは静止方式の露光
か走査方式の露光かの差異はあったとしても、線幅で
0.1〜0.2μm程度の解像度が得られるものと予測
されている。
In general, the projection lens 25, which is a projection optical system used in a semiconductor exposure apparatus, has an extremely high resolving power and minimizes various distortions in the image plane. The resolution is defined by the numerical aperture NA on the side of the semiconductor wafer 26 as a photosensitive substrate of the projection optical system to be used and the center wavelength (also related to the wavelength width) of the exposure illumination light to be used. When using a projection optical system having an NA of 0.65 under light, the difference between whether the projection optical system is composed of only a refractive optical element or a combination of a refractive optical element and a reflective optical element, Or, even if there is a difference between the exposure of the static method and the exposure of the scanning method, it is expected that a resolution of about 0.1 to 0.2 μm in line width can be obtained.

【0138】このような性能を得るためには、実用的な
露光フィールドサイズを揃えつつ、軸上色収差量、倍率
色収差量をともに十分に小さく抑えた状態で、中心波長
213nmで十分な透過率を持つ石英(SiO2 )のみ
をレンズ材(即ち、単一の硝材からなる投影レンズ)と
した投影光学系を設計する場合、投影露光時にレチクル
に照射される紫外レーザ光のコヒーレント長は約126
mm(波長幅としてスペクトルの半値全幅で表すと約
0.35pmに相当)と計算された。また、複数の石英
レンズと数枚の蛍石(CaF2 )レンズとを組み合わせ
て(即ち、複数種の硝材からなる投影レンズ)、わずか
な色収差補正を施した場合、紫外レーザ光のコヒーレン
ト長は約45mm(スペクトルの半値全幅で約1.0p
mに相当)と計算された。
In order to obtain such performance, it is necessary to obtain a sufficient transmittance at a center wavelength of 213 nm while keeping the axial chromatic aberration and the lateral chromatic aberration both sufficiently small while keeping the practical exposure field size uniform. When designing a projection optical system using only quartz (SiO 2 ) as a lens material (that is, a projection lens made of a single glass material), the coherent length of an ultraviolet laser beam applied to a reticle during projection exposure is about 126.
mm (corresponding to about 0.35 pm when expressed as the full width at half maximum of the spectrum as the wavelength width). In addition, when a plurality of quartz lenses and several fluorite (CaF 2 ) lenses are combined (that is, a projection lens made of a plurality of types of glass materials) and slight chromatic aberration correction is performed, the coherent length of the ultraviolet laser light becomes Approx. 45 mm (approx.
m).

【0139】これら数値例は、投影光学系の開口数NA
だけではなく、露光フィールドサイズ、投影倍率、色収
差補正量等によっても変化するが、単一ガラス材のレン
ズ素子で構成される投影光学系では、均一照明装置23
の干渉性低減性能に応じて上限値に制限はあるものの、
紫外レーザ光のコヒーレント長として約80mm以上が
要求される。複数のガラス材からなるレンズ素子または
屈折素子と反射素子との組み合わせで構成された投影光
学系では、色収差補正の程度に応じて下限値に制限はあ
るものの、紫外レーザ光のコヒーレント長として約80
mm以下が妥当なものと考えられる。
These numerical examples are based on the numerical aperture NA of the projection optical system.
However, the projection optical system varies depending on the exposure field size, the projection magnification, the chromatic aberration correction amount, and the like.
Although the upper limit is limited according to the coherence reduction performance of
About 80 mm or more is required as the coherent length of the ultraviolet laser light. In a projection optical system formed of a combination of a lens element or a refraction element and a reflection element made of a plurality of glass materials, although the lower limit is limited according to the degree of chromatic aberration correction, the coherent length of the ultraviolet laser light is about 80.
mm or less is considered appropriate.

【0140】次に、上述のコヒーレント長を実現する紫
外光のパワースペクトルについて言及する。
Next, the power spectrum of ultraviolet light for realizing the above-described coherent length will be described.

【0141】ここで、本発明のレーザ光発生装置を投影
装置27の光源として実用する際に、スペックルを低減
するためには、コヒーレント長以上の光路差では十分に
可干渉性が消失することが望ましい。また、鮮明度V
(τ)とパワースペクトルS(f)とはフーリエ変換の
関係にあるので、パワースペクトルがローレンツ分布を
とる場合、鮮明度は指数関数的に減少する。即ち、コヒ
ーレント長以上の光路差での可干渉性はほぼ無視するこ
とができる。例えば、スペクトル半値全幅がΔf=4G
Hzのローレンツ型スペクトルの光源であるならば、コ
ヒーレント長LC=約75mm以上の距離でほとんど可
干渉性を無視することができる。また、前記の30mm
<LC <180mmのコヒーレント長の条件を満たすに
は、スペクトル半値全幅が2GHz<Δf<10GHz
であることが要求される。
Here, when the laser light generating apparatus of the present invention is put to practical use as a light source of the projection apparatus 27, in order to reduce speckle, it is necessary to sufficiently eliminate coherence with an optical path difference longer than the coherent length. Is desirable. Also, the sharpness V
Since (τ) and the power spectrum S (f) have a Fourier transform relationship, when the power spectrum has a Lorentz distribution, the sharpness decreases exponentially. That is, the coherence at the optical path difference longer than the coherent length can be almost ignored. For example, the full width at half maximum of the spectrum is Δf = 4G
If the light source is a Lorentz-type spectrum of Hz, coherence can be almost ignored at a distance of coherent length L C = about 75 mm or more. In addition, the aforementioned 30 mm
To satisfy the condition of coherent length of <L C <180 mm, the full width at half maximum of the spectrum is 2 GHz <Δf <10 GHz.
Is required.

【0142】また、前述したように、位相変調において
は、1つのスペクトルが複数のスペクトルに分離するだ
けで、個々のスペクトルの幅は広がらないため、実際に
は、位相変調によって完全なローレンツ型スペクトルを
得ることは不可能である。
Further, as described above, in phase modulation, one spectrum is simply separated into a plurality of spectra, and the width of each spectrum is not widened. It is impossible to get.

【0143】従って、実現可能である最も理想に近いス
ペクトルは、多くの狭帯域なスペクトルが、全体として
スペクトル線幅が例えばΔf=4GHzのローレンツ型
分布の包絡線をなすような形状である。
Accordingly, the spectrum that is the most ideal that can be realized has a shape in which many narrow-band spectra form an envelope of a Lorentzian distribution with a spectral line width of, for example, Δf = 4 GHz as a whole.

【0144】また、本発明において、Nd:YAGのQ
スイッチレーザ装置1’としてトランスフォームリミテ
ッドのQスイッチパルスレーザを使用することができ
る。このQスイッチパルスレーザは、波長213nmに
波長変換した後では、10ns程度のパルス幅を有する
ものである。このパルス幅と光速とを乗算することで、
1個のパルスの長さLP (LP ≒3m)が計算される。
また、LP 以上の光路差の2光束の干渉現象では、異な
るパルス同士の干渉となるので、可干渉性を示さない。
本発明においては、3m、6m、…の光路差で可干渉性
が再び現れても、発振されるレーザ光がパルス光で、1
個のパルスの長さが3m程度なので、結局3m以上の光
路差での可干渉性は消失する。
In the present invention, the Nd: YAG Q
As the switch laser device 1 ', a transform-limited Q switch pulse laser can be used. This Q-switch pulse laser has a pulse width of about 10 ns after wavelength conversion to 213 nm. By multiplying this pulse width by the speed of light,
The length L P of one pulse (L P ≒ 3 m) is calculated.
Also, in the interference phenomenon of two light beams having an optical path difference equal to or greater than LP, interference occurs between different pulses, so that coherence is not exhibited.
In the present invention, even if the coherence appears again due to the optical path difference of 3 m, 6 m,.
Since the length of each pulse is about 3 m, the coherence with an optical path difference of 3 m or more eventually disappears.

【0145】従って、本発明に基づく位相変調を用いて
スペクトル幅を例えば4GHzまで広げることにより、
コヒーレント長LC =75mmを実現することは十分に
可能である。さらに、各々のスペクトル間隔を100M
Hz程度と緻密にすることにより、可干渉性が再現する
距離を3m程度まで十分に遠ざけることもできる。さら
に、Qスイッチレーザ光のパルス幅が10ns程度なの
で、3m以上の光路差では可干渉性がない。以上から、
コヒーレント長Lc 以上での可干渉性は無視できること
が分かる。
Therefore, by expanding the spectrum width to, for example, 4 GHz using the phase modulation according to the present invention,
It is quite possible to achieve a coherent length L C = 75 mm. Further, each spectrum interval is set to 100M.
By making the frequency as high as about Hz, the distance at which the coherence is reproduced can be sufficiently increased to about 3 m. Further, since the pulse width of the Q-switched laser light is about 10 ns, there is no coherence with an optical path difference of 3 m or more. From the above,
Coherence in the coherence length L c above it can be seen negligible.

【0146】次に、本発明に基づく位相変調手段を用い
て、広い周波数幅、例えばΔf=4GHzにわたって緻
密に、例えば周波数間隔fS =100MHzにて分布す
るスペクトルの発生方法について説明する。
Next, a description will be given of a method of generating a spectrum that is densely distributed over a wide frequency width, for example, Δf = 4 GHz, for example, at a frequency interval f S = 100 MHz, using the phase modulation means according to the present invention.

【0147】本発明において、上述のスペクトルを二つ
の手段を組み合わせて位相変調させることができる。一
方は、波長変換前の基本波レーザ光に位相変調を行う手
段であり、もう一方は、複数の周波数で位相変調を行う
手段である。
In the present invention, the above-mentioned spectrum can be phase-modulated by combining two means. One is means for performing phase modulation on the fundamental laser light before wavelength conversion, and the other is means for performing phase modulation at a plurality of frequencies.

【0148】まず、基本波レーザ光に位相変調を行う効
果について説明する。
First, the effect of performing phase modulation on the fundamental laser light will be described.

【0149】上述したように、ただ紫外レーザ光に対し
て直接位相変調を施すのみでは、例えばスペクトル線幅
が4GHzである広い帯域にわたりスペクトルを発生さ
せることは極めて困難である。
As described above, it is extremely difficult to generate a spectrum over a wide band whose spectral line width is 4 GHz, for example, by simply performing phase modulation directly on the ultraviolet laser light.

【0150】例えば、 Φ(t)=m sin2πfm t・・・(1) で表される位相変調関数Φ(t)にて位相変調を行う
と、約2m本のスペクトルが新たに発生し、位相変調を
受けたスペクトルはほぼΔf=2mfm の周波数幅に広
がる。そこで、Δf=2mfm =4GHzを実現するに
は、例えばfm =200MHzにて位相変調するとき、
m=10の変調振幅が必要となり、かなりの高電圧を位
相変調器に印加しなければならない。
[0150] For example, when the phase modulation in represented by a phase modulation function [Phi (t) by Φ (t) = m sin2πf m t ··· (1), newly generated spectrum of about 2m book, spectrum subjected to the phase modulation spreads the frequency width of approximately Δf = 2mf m. Therefore, to achieve a Δf = 2mf m = 4GHz, for example when the phase-modulated by f m = 200 MHz,
A modulation amplitude of m = 10 is required, and a fairly high voltage must be applied to the phase modulator.

【0151】更に、紫外レーザ光を通過させる電気光学
結晶は限られており、例えばリン酸二水素カリウム(K
2 PO4 )、リン酸二水素アンモニウム(NH4 2
PO4 )、β−ホウ酸バリウム(β−BBO)等といっ
た、電気光学効果の小さな結晶しか使用することができ
ない。従って、m=10の変調振幅を実現するために
は、一般に5kV以上の振幅の電圧を位相変調装置に加
える必要があるため、この変調振幅の実現は困難であ
る。また、高い周波数、例えばfm =1GHzにて位相
変調する場合、m=2程度で十分だが、この場合は高周
波かつ大振幅の電圧が必要となるため、位相変調の実現
は困難である。
Further, the number of electro-optic crystals that allow ultraviolet laser light to pass therethrough is limited. For example, potassium dihydrogen phosphate (K
H 2 PO 4 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2)
Only crystals having a small electro-optical effect, such as PO 4 ) and β-barium borate (β-BBO), can be used. Therefore, in order to realize a modulation amplitude of m = 10, it is generally necessary to apply a voltage having an amplitude of 5 kV or more to the phase modulation device, and it is difficult to realize this modulation amplitude. Further, a high frequency, for example, in the case of phase modulation at f m = 1GHz, m = is enough 2 about, but in this case since the high-frequency and voltage of a large amplitude is required, realization of a phase modulation is difficult.

【0152】従って、以上のように紫外レーザ光を直接
位相変調するだけで、4GHzという幅広い帯域にわた
って変調したスペクトルの線幅を広げることは、高電圧
が必要という理由で実現は困難である。
Therefore, it is difficult to widen the line width of the spectrum modulated over a wide band of 4 GHz simply by directly phase-modulating the ultraviolet laser light as described above, because a high voltage is required.

【0153】そこで、波長変換及び強度増幅前の波長1
064nmである基本波レーザ光に位相変調を施すこと
により、上記の問題を解決することができる。その効果
としては、以下の2つの効果が挙げられる。
Therefore, wavelength 1 before wavelength conversion and intensity amplification is used.
The above-mentioned problem can be solved by performing phase modulation on the fundamental laser light of 064 nm. The effects include the following two effects.

【0154】第1には、上記基本波レーザ光の波長変換
を行い、第5高調波を発生させることで、スペクトル幅
をほぼ5倍に広げることができる。これは、基本波レー
ザ光において振幅mで位相変調した場合、第5高調波で
は振幅5mでの位相変調に相当するからである。
First, by performing wavelength conversion of the fundamental laser light and generating the fifth harmonic, the spectrum width can be broadened approximately five times. This is because, when the phase modulation is performed with the amplitude m in the fundamental laser light, the fifth harmonic corresponds to the phase modulation with the amplitude 5 m.

【0155】第2には、チタン酸リン酸カリウム(KT
iOPO4 :KTP)、チタン酸砒酸カリウム(KTi
OAsO4 )、チタン酸砒酸ルビジウム(RbTiOA
sO4 )、チタン酸砒酸セシウム(CsTiOAs
4 )、ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )、タンタル
酸リチウム(LiTaO3 )等のように、比較的電気光
学定数の高い結晶を電気光学結晶として使用することが
できる。
Second, potassium titanate phosphate (KT)
iOPO 4 : KTP), potassium titanate arsenate (KTi)
OAsO 4 ), rubidium arsenate titanate (RbTiOA)
sO 4 ), cesium titanate arsenate (CsTiOAs)
Crystals having a relatively high electro-optic constant, such as O 4 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), and lithium tantalate (LiTaO 3 ), can be used as the electro-optic crystal.

【0156】例えば、β−BBOと比較してKTiOP
4 は、20倍以上の電気光学変調効率を示す。従っ
て、印加すべき電圧は、同じサイズの結晶を使う場合、
20分の1以下になる。
For example, in comparison with β-BBO, KTiOP
O 4 shows an electro-optic modulation efficiency of 20 times or more. Therefore, the voltage to be applied is as follows when using crystals of the same size.
It is less than 1/20.

【0157】上述の2つの効果により、波長変換前の
(即ち、強度増幅前)の例えば波長1064nmである
基本波レーザ光を位相変調することにより、より低い電
圧で、波長213nmである第5高調波のスペクトル幅
を広げることが可能である。例えば、この第5高調波に
て、4GHzまでスペクトル幅を広げる場合、基本波レ
ーザ光を800MHzのスペクトル幅に広げればよい。
これは、例えば変調周波数fm =200MHz、変調指
数m=2程度で基本波レーザ光を位相変調することによ
り実現可能である。また、この変調指数は、上記位相変
調器2の材料をKTP(チタン酸リン酸カリウム:以
下、同様)として、レーザ光が結晶中を通過する部分の
長さを60mm、電極間距離を1mmとするとき、振幅
ほぼ50V、周波数200MHzの電気信号をこの位相
変調器2に印加することで実現可能である。
By the above two effects, by phase-modulating the fundamental laser light having a wavelength of, for example, 1064 nm before the wavelength conversion (that is, before the intensity amplification), the fifth harmonic having a wavelength of 213 nm can be obtained at a lower voltage. It is possible to increase the spectral width of the wave. For example, when the spectrum width of the fifth harmonic is increased up to 4 GHz, the fundamental laser light may be expanded to a spectrum width of 800 MHz.
This can be realized, for example, by phase-modulating the fundamental laser light at a modulation frequency f m = 200 MHz and a modulation index m = 2. In addition, this modulation index is such that the material of the phase modulator 2 is KTP (potassium titanate phosphate: the same applies hereinafter), the length of the portion where the laser beam passes through the crystal is 60 mm, and the distance between the electrodes is 1 mm. This can be realized by applying an electric signal having an amplitude of about 50 V and a frequency of 200 MHz to the phase modulator 2.

【0158】次に、複数の周波数で位相変調を行う効果
について説明する。
Next, the effect of performing phase modulation at a plurality of frequencies will be described.

【0159】先ず、単一の周波数で位相変調を行うと
き、分割されたそれぞれのスペクトルの強度はベッセル
関数の2乗に比例するため、スペクトル全体の形状は限
定される。また、可干渉性が再現する距離をLS とする
と、このLS を遠ざけるために、各々の周波数間隔fS
を小さくし、なおかつ、スペクトルを広げるには、大き
な変調指数mが必要となる。例えば、fS =100MH
zで全体のスペクトル幅Δf=800MHzまでスペク
トル幅を広げるとき、変調指数はm=4程度となり、上
述のKTPを用いた位相変調器の例では電極間に印加す
る電圧VP-P =100Vという高い電圧が必要となり、
さらにそのときのスペクトルの形状はローレンツ型から
大きく外れたものとなってしまう。
First, when phase modulation is performed at a single frequency, the intensity of each divided spectrum is proportional to the square of the Bessel function, so that the shape of the entire spectrum is limited. Further, assuming that the distance at which the coherence is reproduced is L S , in order to keep this L S away, each frequency interval f S
In order to reduce the value and broaden the spectrum, a large modulation index m is required. For example, f S = 100 MH
When the spectrum width is increased to z in the entire spectrum width Δf = 800 MHz, the modulation index becomes about m = 4, and in the example of the phase modulator using KTP described above, a high voltage Vpp = 100 V applied between the electrodes. Is required,
Further, the shape of the spectrum at that time is greatly deviated from the Lorentz type.

【0160】そこで、本発明においては、複数の周波数
で同時に位相変調を行うことにより上記の問題を解決す
ることができる。また、周波数間隔fS を小さくし、か
つスペクトル幅を十分に広げ、さらにローレンツ型に近
いスペクトル形状を実現することが可能となる。
Therefore, in the present invention, the above problem can be solved by performing phase modulation at a plurality of frequencies simultaneously. Further, it is possible to reduce the frequency interval f S and sufficiently widen the spectrum width, and to realize a spectrum shape close to a Lorentzian shape.

【0161】ここで、複数の周波数で同時に位相変調し
た場合、既に示したように、ある周波数成分での位相変
調により発生したスペクトルが、さらに他の周波数成分
により分割され、多くのスペクトル線が発生する。例え
ば、周波数帯域fm1=200MHz、変調指数m1
2.0程度で位相変調を行い、さらに周波数帯域fm2
97MHz、変調指数m2 =1.4で位相変調を行う
と、個々のスペクトルの間隔fS が97MHz、全体の
スペクトル幅Δfが800MHzのスペクトルが得られ
る。ここでは、2つの周波数の最小公倍数を十分大きく
して、発生するスペクトルが重なり、打ち消し合わない
ようにするため、fS =97MHzとしている。
Here, when phase modulation is performed simultaneously at a plurality of frequencies, as described above, the spectrum generated by the phase modulation of a certain frequency component is further divided by another frequency component to generate many spectral lines. I do. For example, the frequency band f m1 = 200 MHz, the modulation index m 1 =
Phase modulation is performed at about 2.0, and the frequency band f m2 =
When phase modulation is performed at 97 MHz and a modulation index m 2 = 1.4, a spectrum having an interval f S between individual spectra of 97 MHz and an overall spectrum width Δf of 800 MHz is obtained. Here, f S = 97 MHz is set in order to sufficiently increase the least common multiple of the two frequencies so that the generated spectra do not overlap and cancel each other.

【0162】このように、100MHzの周波数だけで
Δf=800MHzまでスペクトル幅を広げる場合に比
べて、半分の位相変調指数で、同程度の効果が得られる
ことが分かる。さらに、多くの周波数成分の信号を適当
な振幅で印加することにより、スペクトルの形状をロー
レンツ型に近づけることが可能である。
Thus, it can be seen that the same effect can be obtained with a half phase modulation index as compared with the case where the spectrum width is increased to Δf = 800 MHz only at the frequency of 100 MHz. Furthermore, by applying signals of many frequency components with appropriate amplitudes, it is possible to make the shape of the spectrum closer to the Lorentz type.

【0163】また、複数の周波数で位相変調を行う方法
としては、複数の位相変調装置を直列に配置し、それぞ
れに異なる周波数の電圧を印加する方法と、1個の位相
変調装置に複数の周波数成分をもつ信号を印加する方法
とがある。
As a method of performing phase modulation at a plurality of frequencies, there are a method of arranging a plurality of phase modulation devices in series and applying voltages of different frequencies to each other, and a method of applying a plurality of frequencies to one phase modulation device. There is a method of applying a signal having a component.

【0164】上述の2つの方法を組み合わせた場合、基
本波レーザ光に複数の周波数で位相変調することによ
り、低い電圧で、広いスペクトル幅にわたって緻密に発
振させることができる。さらに、位相変調された基本波
レーザ光を第5高調波に変換すると、スペクトル幅はそ
のほぼ5倍に広げることができる。また、各周波数成分
の位相変調指数を最適化することにより、第5高調波の
スペクトルの包絡線を最適なローレンツ型に近づけるこ
とができる。従って、そのようなスペクトルを発生させ
ることにより、コヒーレント長を75mm程度まで短く
することができる。
When the above two methods are combined, the fundamental laser light is phase-modulated at a plurality of frequencies, so that it is possible to oscillate densely at a low voltage over a wide spectrum width. Further, when the phase-modulated fundamental laser light is converted into the fifth harmonic, the spectrum width can be broadened approximately five times. Further, by optimizing the phase modulation index of each frequency component, the envelope of the spectrum of the fifth harmonic can be approximated to an optimal Lorentzian shape. Therefore, by generating such a spectrum, the coherent length can be reduced to about 75 mm.

【0165】また、位相変調器に用いる材料としては、
上述のように近赤外光を透過するすべての電気光学結晶
について使用可能である。
The materials used for the phase modulator include:
As described above, it can be used for all electro-optic crystals that transmit near-infrared light.

【0166】例えば、KTPを例にとって説明する。K
TPにおけるQスイッチパルスレーザによるレーザ媒質
の損傷のしきい値として、20J/cm2 という値が報
告されている。一方、上述の紫外線による半導体露光装
置の光源として使用されるQスイッチNd:YAGレー
ザ発振器のパルス強度は1mJ程度である。ビーム直径
を0.3mmとすると、パワー密度は1.4J/cm2
であるため、このパワー密度ではレーザ媒質の損傷しき
い値のほぼ15分の1となり、レーザ媒質の損傷は防が
れる。
[0166] For example, KTP will be described as an example. K
A value of 20 J / cm 2 has been reported as the threshold value of damage to the laser medium by the Q-switched pulse laser in TP. On the other hand, the pulse intensity of the Q-switch Nd: YAG laser oscillator used as a light source of the above-described semiconductor exposure apparatus using ultraviolet light is about 1 mJ. Assuming a beam diameter of 0.3 mm, the power density is 1.4 J / cm 2.
Therefore, at this power density, the damage threshold of the laser medium is approximately one-fifteenth, and damage to the laser medium is prevented.

【0167】また、このとき、位相変調器のクリアアパ
ーチャ(コーティングが施されるなどした有効径)を1
mm×1mmとすれば回折損失も発生しない。位相変調
指数mは、KTPの電気光学変調定数r、KTPの屈折
率n、使用波長λ、電極間の距離d、結晶の長さL、印
加電圧Vにより以下の式(2)に示される。
At this time, the clear aperture of the phase modulator (the effective diameter of the coating, etc.) is set to 1
If it is set to 1 mm × 1 mm, no diffraction loss occurs. The phase modulation index m is expressed by the following equation (2) using the electro-optic modulation constant r of KTP, the refractive index n of KTP, the used wavelength λ, the distance d between the electrodes, the length L of the crystal, and the applied voltage V.

【0168】 m=(πrn3 /λ)×(L/d)×V ・・・式(2)M = (πrn 3 / λ) × (L / d) × V (2)

【0169】ここで、式(2)に波長λ=1064n
m、電気光学変調指数r=35pm/V、屈折率n=
1.83、電極間距離d=1mmを代入し、結晶の長さ
L=60mm(加工が困難な場合は長さ30mmの結晶
を2個直列に配置してもよい。)とすることにより、5
0V程度の印加電圧でm=2の位相変調指数を実現する
ことができる。
Here, the equation (2) shows that the wavelength λ = 1064n
m, electro-optic modulation index r = 35 pm / V, refractive index n =
By substituting 1.83 and the distance d between the electrodes d = 1 mm, the length L of the crystal is set to 60 mm (when processing is difficult, two crystals having a length of 30 mm may be arranged in series). 5
A phase modulation index of m = 2 can be realized with an applied voltage of about 0V.

【0170】また、他に、KTPは潮解性を示さず、化
学的に安定であるという利点を有する。
In addition, KTP has the advantage that it does not show deliquescence and is chemically stable.

【0171】ここで、上述の大きさのKTPを用いた位
相変調器の具体的な構成例を図5に示す。
FIG. 5 shows a specific configuration example of the phase modulator using the KTP having the above-described size.

【0172】図5の位相変調器においては、電気光学結
晶素子である一対のKTP40a及び40bがマウント
41上で所定の位置に配置されている。ここで、図中b
軸をKTP40a及び40bの長手方向にとり、c軸を
このb軸に対して垂直でかつKTPの設置面に対して垂
直方向にとり、a軸をb軸及びc軸に対して垂直方向に
とると、各KTP40a及び40b上に形成される一対
の面で、a、c軸で形成されるa−c面に対して平行な
面の一方同士が対向するように配置されている。
In the phase modulator of FIG. 5, a pair of KTPs 40a and 40b, which are electro-optical crystal elements, are arranged at predetermined positions on a mount 41. Here, b
Taking the axis in the longitudinal direction of the KTPs 40a and 40b, taking the c-axis perpendicular to the b-axis and perpendicular to the KTP installation surface, and taking the a-axis perpendicular to the b-axis and the c-axis, A pair of surfaces formed on each of the KTPs 40a and 40b are arranged such that one of the surfaces parallel to the a-c plane formed by the a and c axes faces each other.

【0173】また、両方のKTP40a及び40bの
a、b軸で形成されるa−b面に対して平行な一対の面
に形成される電極の一方には、電圧増幅器43からの電
圧信号がコネクタ44を介して印加され、もう一方の電
極は、接地されている。また、電圧発生器42は、上記
位相変調周波数を発生し、この発生した電圧信号を電圧
増幅器43に出力する。電圧増幅器43は、電圧発生器
42で発生した電圧信号を増幅して出力できる。
A voltage signal from the voltage amplifier 43 is connected to one of the electrodes formed on a pair of surfaces parallel to the a-b plane formed by the a and b axes of both KTPs 40a and 40b. Applied via 44, the other electrode is grounded. Further, the voltage generator 42 generates the above phase modulation frequency, and outputs the generated voltage signal to the voltage amplifier 43. The voltage amplifier 43 can amplify and output the voltage signal generated by the voltage generator 42.

【0174】なお、図5に示した位相変調器において、
KTPとして長手方向t2 がt2 =60mmである1つ
の結晶が用いられているのではなく、加工の容易さを考
慮して長手方向が30mmの結晶が2つ直列に配置して
用いられている。また、長手方向と垂直な面45は一辺
1 がt1 =1mmの正方形を有している。
In the phase modulator shown in FIG.
Rather than using one crystal whose longitudinal direction t 2 is t 2 = 60 mm as KTP, two crystals each having a longitudinal direction of 30 mm are used in series in consideration of easiness of processing. I have. Further, the surface 45 perpendicular to the longitudinal direction has a square with one side t 1 being t 1 = 1 mm.

【0175】図5によれば、基本波レーザ光は、例え
ば、この一辺t1 が1mmの面で外方側に向かっている
面45から図中矢印A方向に入射される。この入射され
た基本波レーザ光は、KTP40a及び40bの内部
で、電圧発生器42から出力される位相変調周波数にて
位相変調を受ける。この位相変調を受けたレーザ光は、
面45と反対方向にある面46から外方側(図中矢印B
方向)に出力される。
According to FIG. 5, for example, the fundamental laser beam is incident in the direction of arrow A in the figure from a surface 45 whose one side t 1 is 1 mm and faces outward. The incident fundamental laser light undergoes phase modulation at the phase modulation frequency output from the voltage generator 42 inside the KTPs 40a and 40b. The laser light that has undergone this phase modulation is
Outward from the surface 46 in the opposite direction to the surface 45 (arrow B in the figure)
Direction).

【0176】以上、基本波の位相変調及び複数の周波数
での位相変調により、可干渉性の高いQスイッチNd:
YAGレーザの第5高調波のコヒーレント長を半導体露
光装置に望ましい30〜180mm程度まで短くするこ
とができる。
As described above, by the phase modulation of the fundamental wave and the phase modulation at a plurality of frequencies, a highly coherent Q switch Nd:
The coherent length of the fifth harmonic of the YAG laser can be reduced to about 30 to 180 mm, which is desirable for a semiconductor exposure apparatus.

【0177】この結果、小型で消費エネルギーが小さ
く、また、毒性もなく、操作や保持が容易なQスイッチ
Nd:YAGレーザを紫外レーザ光による半導体露光装
置の応用に供することが可能となる。また、位相変調手
段として、KTP或いはKTP誘導体等の結晶を用いた
位相変調装置の使用が可能である。
As a result, the Q switch Nd: YAG laser which is small in size, consumes little energy, has no toxicity, and is easy to operate and hold can be applied to the application of a semiconductor exposure apparatus using ultraviolet laser light. Further, a phase modulation device using a crystal such as KTP or a KTP derivative can be used as the phase modulation means.

【0178】図4に示した半導体露光装置によれば、均
一照明装置に用いるレーザ光を出射する光源として、Q
スイッチレーザ光源1’と、位相変調器2と、レーザ光
増幅器3とで構成されるレーザ光発生装置10を用いる
ことができる。
According to the semiconductor exposure apparatus shown in FIG. 4, Q is used as a light source for emitting a laser beam used in a uniform illumination device.
A laser light generator 10 including a switch laser light source 1 ', a phase modulator 2, and a laser light amplifier 3 can be used.

【0179】また、上記レーザ光発生装置10におい
て、Nd:YAGで構成され縦単一モードで発振するQ
スイッチレーザ光源を基本波レーザ光源とし、位相変調
器2にて、この基本波レーザ光に対して複数の周波数成
分にて位相変調を行い、さらに増幅器3にて高出力の増
幅を行った後、出力レーザ光を波長変換手段にて第5高
調波(紫外レーザ光)に波長変換することができる。な
お、本発明のレーザ光発生装置は、狭義には図4のレー
ザ光発生装置10を指し、広義には波長変換装置8等も
含むものとする。
Further, in the laser light generator 10, the Q composed of Nd: YAG and oscillating in the longitudinal single mode is used.
After using the switch laser light source as a fundamental laser light source, the phase modulator 2 performs phase modulation on the fundamental laser light with a plurality of frequency components, and further performs high-power amplification with the amplifier 3. The output laser light can be wavelength-converted to the fifth harmonic (ultraviolet laser light) by the wavelength conversion means. Note that the laser light generator of the present invention refers to the laser light generator 10 of FIG. 4 in a narrow sense, and also includes the wavelength converter 8 and the like in a broad sense.

【0180】このように、位相変調時に比較的低い振幅
の正弦波を印加することで、スペクトル幅を十分に広
げ、可干渉性を十分に低くすることができると共に、上
記レーザ光発生装置と均一照明装置との組み合わせによ
り、スペックルノイズを除去することができる。そし
て、上述したように、本発明の主たる目的である定在波
の発生を防止できることは勿論である。
As described above, by applying a sine wave having a relatively low amplitude at the time of phase modulation, the spectrum width can be sufficiently widened, the coherence can be sufficiently reduced, and the uniformity with the laser light generator can be obtained. Speckle noise can be removed by combination with a lighting device. As described above, the generation of a standing wave, which is the main object of the present invention, can of course be prevented.

【0181】上記スペックルノイズ(干渉ノイズ)は、
上記均一照明装置23の構成によってもsno鮮明度
(ビジビリティ)の程度が異なる。例えば、露光用の紫
外レーザ光に用いられる上記レチクル24上での照射領
域を矩形或いはスリット状にしつつ、その照射領域内で
の強度分布の均一性を数%未満にする光学系として、従
来からフライアイレンズ・インテグレータによって多数
の2次光源(点光源)が面状に分布した2次光源面を作
ることができる。ここで、前記フライアイレンズとは、
ビーム径より小さなレンズを多数並列に、2次元的に配
置したもので、照明の強度の均一化を図るために用いる
ものである。
The speckle noise (interference noise) is
The degree of sno definition (visibility) also differs depending on the configuration of the uniform illumination device 23. For example, as an optical system for making the irradiation area on the reticle 24 used for the ultraviolet laser light for exposure rectangular or slit-shaped, and making the intensity distribution uniform within the irradiation area less than several percent, conventionally, A secondary light source surface in which a large number of secondary light sources (point light sources) are distributed in a plane can be created by the fly-eye lens integrator. Here, the fly-eye lens is
A plurality of lenses smaller than the beam diameter are arranged in parallel and two-dimensionally, and are used to make illumination intensity uniform.

【0182】この場合、フライアイレンズを代表例とす
るオプチカル・インテグレータ(光の強度を均一化する
ための手段)に入射する紫外レーザ光のコヒーレント長
によっては、生成された多数の2次光源のうちの特定の
間隔以内に接近した点光源から進む光同士が互いに干渉
し合うことがある。この干渉によってレチクル24上や
半導体ウエハ26上には、オプチカル・インテグレータ
で作られた多数の2次光源の配列方向に対応した1次元
または2次元の干渉縞が現れることがある。この干渉縞
の鮮明度は紫外レーザ光のコヒーレント長に依存する。
In this case, depending on the coherent length of the ultraviolet laser light incident on an optical integrator (means for equalizing the light intensity) typified by a fly-eye lens, a large number of secondary light sources may be generated. Light traveling from point light sources approaching within a specific interval may interfere with each other. Due to this interference, one-dimensional or two-dimensional interference fringes corresponding to the arrangement direction of a large number of secondary light sources formed by the optical integrator may appear on the reticle 24 or the semiconductor wafer 26. The sharpness of the interference fringes depends on the coherent length of the ultraviolet laser light.

【0183】このような干渉縞は、周期性を持つために
本来のランダムな干渉現象であるスペックルノイズと区
別されることもあるが、広義に見ればどちらも干渉現象
であることに差異はなく、レーザ光のコヒーレント長が
極めて大きいときはランダムなスペックルパターンと周
期的な干渉縞との両方が大きなビジビリティ(鮮明度)
で発生し、コヒーレント長の低下と共にまずランダムな
スペックルパターンのビジビリティが許容値以下となっ
て消失し、さらにコヒーレント長を低下させることで周
期的な干渉縞のビシビリティも許容値以下となって消失
させることができる。
Such interference fringes are sometimes distinguished from speckle noise, which is an original random interference phenomenon due to its periodicity, but the difference is that both are interference phenomena in a broad sense. However, when the coherent length of the laser beam is extremely large, both the random speckle pattern and the periodic interference fringes have large visibility (clearness)
First, the visibility of the random speckle pattern falls below the allowable value and disappears with the decrease in coherent length, and the visibility of periodic interference fringes also falls below the allowable value by further reducing the coherent length. Can be done.

【0184】実際の半導体露光装置の性能を考えた場
合、その干渉縞のコントラストが数%程度あってもレチ
クル24の回路パターンを半導体ウエハ26へ転写する
際の像質劣化を引き起こすことがある。その際には、例
えばオプチカル・インテグレータに入射する紫外レーザ
光の入射角をパルス発振と共に振動ミラー等で微小変化
させ、多数の2次光源の間に位相差(光路長差)を与え
てレチクルや半導体ウエハ上の干渉縞をそのピッチ方向
に1/2周期の整数倍に亘って変位させることで半導体
ウエハ上の露光量分布を積算的に均一化する方法を利用
してよい。
Considering the performance of an actual semiconductor exposure apparatus, even when the interference fringes have a contrast of about several percent, image quality may be deteriorated when the circuit pattern of the reticle 24 is transferred to the semiconductor wafer 26. In this case, for example, the incident angle of the ultraviolet laser light incident on the optical integrator is minutely changed by a vibrating mirror or the like together with the pulse oscillation, and a phase difference (optical path length difference) is provided between a large number of secondary light sources, so that the A method of displacing the interference fringes on the semiconductor wafer in the pitch direction over an integral multiple of 周期 cycle to uniformly uniform the exposure amount distribution on the semiconductor wafer may be used.

【0185】また、オプチカル・インテグレータの使用
による半導体ウエハ上に生じる干渉縞の低減方法として
は、オプチカル・インテグレータの前位に紫外レーザ光
をランダムな方向に透過拡散させる円形拡散板(レモン
スキン等)を設け、それを露光動作中は高速回転させる
方法も利用できる。この場合も、半導体ウエハ上の露光
量分布は複数のパルス光毎にランダムな方向に発生する
多数の干渉縞の重畳積算によって平均化される。
As a method of reducing interference fringes generated on a semiconductor wafer by using an optical integrator, a circular diffuser (such as a lemon skin) for transmitting and diffusing an ultraviolet laser beam in a random direction ahead of the optical integrator is used. And a method of rotating it at a high speed during the exposure operation. Also in this case, the exposure amount distribution on the semiconductor wafer is averaged by superimposing and integrating a large number of interference fringes generated in random directions for each of the plurality of pulse lights.

【0186】なお、露光装置においては、最終的に半導
体ウエハ上での照明むらが均一化されること、即ち、半
導体ウエハ上の1つのショット領域内のどの点にも目標
露光量が±1%程度の精度で与えられることが重要なの
で、上記均一照明装置23内に上記振動ミラーや円形拡
散板等によるダイナミックな干渉性低減装置が設けられ
る場合は、そのダイナミックな干渉性低減装置での干渉
ノイズの低減性能も考慮して紫外レーザ光のコヒーレン
ト長を決定することになる。
In the exposure apparatus, the illumination unevenness on the semiconductor wafer is finally made uniform, that is, the target exposure amount is ± 1% at any point in one shot area on the semiconductor wafer. Since it is important that the uniform illuminating device 23 is provided with a dynamic coherence reducing device such as the vibrating mirror or the circular diffuser in the uniform illuminating device 23, the interference noise in the dynamic coherence reducing device is used. The coherent length of the ultraviolet laser light is determined in consideration of the reduction performance of the ultraviolet laser.

【0187】勿論、上記均一照明装置23として、上記
波長変換装置8からの紫外レーザ光を複数の光束に分割
し、分割された各光束の間に互いに異なる光路長差(位
相差)を与えてから1つの光束に合成することで、干渉
性を低減するスタティックな干渉性低減装置と、上記ダ
イナミックな干渉性低減装置とを併用してもよい。
As a matter of course, the uniform illumination device 23 divides the ultraviolet laser beam from the wavelength conversion device 8 into a plurality of light beams, and gives a different optical path length difference (phase difference) between the divided light beams. The static coherence reduction device that reduces coherence by combining the light beams into one light beam may be used in combination with the dynamic coherence reduction device.

【0188】この場合は、波長変換装置8からの紫外レ
ーザ光のコヒーレント長がかなり大きく(例えば500
mm程度まで)なっても対応可能となるといった大きな
利点もある。このように、大きな値のコヒーレント長ま
で許容されるということは、上記高周波信号発生器42
で作られる位相変調用の高周波信号の実質的な周波数ス
ペクトラム(複数の周波数の分布幅)が小さくできるこ
とを意味し、高周波信号発生器42の構成が簡単になる
といった利点がある。
In this case, the coherent length of the ultraviolet laser light from the wavelength conversion device 8 is considerably large (for example, 500
(up to about mm). As described above, the fact that a coherent length of a large value is allowed means that the high-frequency signal generator 42
This means that the substantial frequency spectrum (distribution width of a plurality of frequencies) of the high-frequency signal for phase modulation made by the above can be reduced, and there is an advantage that the configuration of the high-frequency signal generator 42 is simplified.

【0189】[0189]

【発明の作用効果】本発明のレーザ光発生装置によれ
ば、レーザ光を出射するレーザ光発振源と、前記レーザ
光発振源から出射されたレーザ光を、例えば高周波電気
信号によって複数の周波数成分に位相変調する(即ち、
前記レーザ光のスペクトルに幅を持たせる)位相変調手
段と、この位相変調手段によって位相変調されたレーザ
光を利得媒質(又はレーザ媒質、ゲイン媒質)中で複数
回往復(即ち、2n回通過:但しnは2以上の整数)さ
せて強度増幅するマルチパス構造のレーザ光増幅手段と
をこの順に有しているので、例えば、高出力のレーザ光
を出射できる4パス構造の増幅器において、干渉性を低
下させて利得媒質中での定在波の発生を防止し、出力の
変動を最小限に抑えることができ、安定かつ高強度(高
出力)のレーザ光を発生することができる。また、スペ
ックルノイズを低減することも十分に可能である。
According to the laser light generating apparatus of the present invention, a laser light oscillating source for emitting laser light and a laser light emitted from the laser light oscillating source are converted into a plurality of frequency components by, for example, a high-frequency electric signal. Phase modulation (ie,
A phase modulating means for giving a width to the spectrum of the laser light, and a laser light phase-modulated by the phase modulating means is reciprocated a plurality of times (that is, 2n times) in a gain medium (or a laser medium or a gain medium): However, a multi-path laser light amplifying means for amplifying the intensity by multiplying the intensity by n is an integer of 2 or more) is provided in this order. , The generation of a standing wave in the gain medium can be prevented, the output fluctuation can be minimized, and a stable and high-intensity (high-output) laser beam can be generated. It is also possible to reduce speckle noise.

【0190】また、本発明のレーザ光発生方法によれ
ば、レーザ光を複数の周波数成分に位相変調(即ち、複
数のスペクトルに分解)し、この位相変調されたレーザ
光を利得媒質中で複数回往復させて強度増幅するので、
例えば、高出力のレーザ光を出射できる4パス構造の増
幅器において、出力の変動を最小限に抑えることがで
き、安定かつ高強度(高出力)のレーザ光を発生するこ
とができる。
Further, according to the laser light generation method of the present invention, the laser light is phase-modulated into a plurality of frequency components (that is, decomposed into a plurality of spectra), and the phase-modulated laser light is divided into a plurality of components in a gain medium. Because it reciprocates twice to amplify the intensity,
For example, in an amplifier having a four-pass structure capable of emitting high-power laser light, fluctuations in output can be minimized, and stable and high-intensity (high-power) laser light can be generated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に基づくレーザ光発生装置の概略フロー
図(A)、及び比較例によるレーザ光発生装置の概略フ
ロー図(B)である。
FIG. 1 is a schematic flowchart (A) of a laser light generator according to the present invention and a schematic flowchart (B) of a laser light generator according to a comparative example.

【図2】本発明に基づく4パス構造の増幅器を有するレ
ーザ光発生装置の要部概略フロー図である。
FIG. 2 is a schematic flowchart of a main part of a laser light generator having a four-pass amplifier according to the present invention.

【図3】同、4パス構造の増幅器を有するレーザ光発生
装置の要部概略図(A)、このレーザ光発生装置を伝搬
するレーザ光の偏光状態を示す模式図(B)である。
FIG. 3 is a schematic diagram (A) of a main part of a laser light generator having an amplifier having a four-pass structure, and a schematic diagram (B) showing a polarization state of laser light propagating through the laser light generator.

【図4】本発明を適用した半導体露光装置の概略フロー
図である。
FIG. 4 is a schematic flowchart of a semiconductor exposure apparatus to which the present invention is applied.

【図5】本発明に使用できる位相変調手段としての位相
変調器の概略斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view of a phase modulator as a phase modulation means that can be used in the present invention.

【図6】従来技術に基づく1パス構造のレーザ光発生装
置の要部概略フロー図(A)、同、2パス構造のレーザ
光発生装置の要部概略フロー図(B)である。
FIG. 6 is a schematic flow diagram (A) of a main part of a laser light generator having a one-pass structure based on the prior art, and is a schematic flow diagram (B) of a main part of a laser light generator having a two-pass structure;

【図7】同、4パス構造のレーザ光発生装置の要部概略
フロー図(A)、このレーザ光増幅器を伝搬するレーザ
光の偏光状態を示す模式図(B)、この増幅器の利得媒
質内での定常波の発生を示す模式図(C)である。
FIG. 7 is a schematic flow diagram of a main part of the laser light generating device having a four-pass structure (A), a schematic diagram showing the polarization state of laser light propagating through the laser light amplifier (B), and the inside of a gain medium of the amplifier; FIG. 4C is a schematic diagram (C) showing the generation of a standing wave at the point (a).

【図8】1パス構造、2パス構造及び4パス構造のレー
ザ光増幅器を用いたときの入力強度による出力強度の変
化を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a change in output intensity depending on an input intensity when using a laser optical amplifier having a one-pass structure, a two-pass structure, and a four-pass structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ光発振源(発振器)、2…位相変調手段(位
相変調器)、3、3A、3B、3C、3a、3b、3c
…レーザ光増幅器、4…利得媒質、5A、5B、5C…
偏光回転手段、6a、6B、6C、6d、6e…偏光分
離手段、7A、7B、7C、7d、7e…レーザ光反射
手段、8…波長変換装置、10…レーザ光発生装置、1
1A、11B、11a、11b、11c…偏光ビームス
プリッター、12、12a、12b…ファラデーローテ
ータ、13、13a、13b…1/2波長板、14…1
/4波長板、15A、15B、15a、15b、15c
…レトロリフレクター、21…プリズム、22…スリッ
ト、23…均一照明装置、24…レチクル、25…レン
ズ、26…半導体ウェハ、27…投影装置、30…ホウ
酸リチウム(LBO)結晶板、31、32…β−ホウ酸
バリウム結晶板(β−BBO)、33a、33d…色分
離ミラー、33b、33c…全反射ミラー、40a、4
0b…チタン酸リン酸カリウム板(KTP)、41…マ
ウント、42…電圧発生器、43…電圧増幅器、44…
コネクタ、45、46…面、51…節、52…定在波
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light oscillation source (oscillator), 2 ... Phase modulation means (phase modulator), 3, 3A, 3B, 3C, 3a, 3b, 3c
... Laser amplifier, 4 ... Gain medium, 5A, 5B, 5C ...
Polarization rotation means, 6a, 6B, 6C, 6d, 6e: polarization separation means, 7A, 7B, 7C, 7d, 7e: laser light reflection means, 8: wavelength conversion device, 10: laser light generation device, 1
1A, 11B, 11a, 11b, 11c: polarizing beam splitter, 12, 12a, 12b: Faraday rotator, 13, 13a, 13b: 1/2 wavelength plate, 14: 1
/ 4 wavelength plate, 15A, 15B, 15a, 15b, 15c
... retroreflector, 21 ... prism, 22 ... slit, 23 ... uniform illumination device, 24 ... reticle, 25 ... lens, 26 ... semiconductor wafer, 27 ... projection device, 30 ... lithium borate (LBO) crystal plate, 31, 32 ... Β-barium borate crystal plate (β-BBO), 33a, 33d... Color separation mirror, 33b, 33c... Total reflection mirror, 40a, 4
0b: Potassium titanate phosphate plate (KTP), 41: Mount, 42: Voltage generator, 43: Voltage amplifier, 44:
Connector, 45, 46 ... surface, 51 ... node, 52 ... standing wave

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を出射するレーザ光発振源と、 前記レーザ光発振源から出射されたレーザ光を複数の周
波数成分に位相変調する位相変調手段と、 前記位相変調手段によって位相変調されたレーザ光を利
得媒質中で複数回往復させて強度増幅するレーザ光増幅
手段とをこの順に有する、レーザ光発生装置。
1. A laser light oscillation source for emitting laser light, phase modulation means for phase modulating the laser light emitted from the laser light oscillation source into a plurality of frequency components, and phase modulated by the phase modulation means. And a laser light amplifying means for amplifying the intensity by reciprocating the laser light a plurality of times in the gain medium in this order.
【請求項2】 複数の周波数成分からなる電気信号によ
って前記位相変調が行われる、請求項1に記載したレー
ザ光発生装置。
2. The laser light generator according to claim 1, wherein the phase modulation is performed by an electric signal including a plurality of frequency components.
【請求項3】 前記レーザ光増幅手段において、 前記位相変調手段からのレーザ光が、第1の偏光分離手
段を通過したのち、第1の偏光回転手段に入射してその
偏光方向が回転され、さらに、このレーザ光が第2の偏
光分離手段を通過したのち、前記利得媒質を通過するこ
とによって第1の強度増幅がなされ、 次いで、前記第1の強度増幅がなされたレーザ光が、第
2の偏光回転手段に入射してその偏光方向が回転され、
このレーザ光の光路上に設けられた第1のレーザ光反射
手段によって反射されたのち、再度前記第2の偏光回転
手段に入射してその偏光方向が回転されて、前記利得媒
質を通過することによって第2の強度増幅がなされ、 次いで、前記第2の強度増幅がなされたレーザ光が、前
記第2の偏光分離手段で分離されて、このレーザ光の光
路上に設けられた第2のレーザ光反射手段によって反射
されたのち、再び、前記第2の偏光分離手段で分離さ
れ、前記利得媒質を通過することによって第3の強度増
幅がなされ、 次いで、前記第3の強度増幅がなされたレーザ光が、前
記第2の偏光回転手段に入射してその偏光方向が回転さ
れ、前記第1のレーザ光反射手段によって反射されたの
ち、前記第2の偏光回転手段に入射してその偏光方向が
回転されて前記利得媒質を通過することによって第4の
強度増幅がなされ、 次いで、前記第4の強度増幅がなされたレーザ光が、前
記第2の偏光分離手段を通過して、前記第1の偏光回転
手段に入射してその偏光方向が回転されたのち、前記第
1の偏光分離手段で分離されて出射される、ように構成
された、請求項1に記載したレーザ光発生装置。
3. The laser light amplifying means, wherein the laser light from the phase modulating means passes through a first polarization separating means, and then enters a first polarization rotating means to rotate its polarization direction; Further, after the laser light has passed through the second polarization separation means, the laser light has passed through the gain medium to perform first intensity amplification. Next, the laser light having undergone the first intensity amplification has passed through the second polarization separation means. Incident on the polarization rotation means, and its polarization direction is rotated,
After being reflected by the first laser light reflecting means provided on the optical path of the laser light, the laser light is again incident on the second polarization rotating means and its polarization direction is rotated, and passes through the gain medium. Then, the second intensity-amplified laser light is then separated by the second polarization splitting means, and the second laser provided on the optical path of the laser light. After being reflected by the light reflecting means, the laser is again separated by the second polarization separating means and passed through the gain medium to perform a third intensity amplification, and then the laser which has been subjected to the third intensity amplification The light is incident on the second polarization rotating means and its polarization direction is rotated. After being reflected by the first laser light reflecting means, the light is incident on the second polarization rotating means and its polarization direction is changed. Rotated Then, a fourth intensity amplification is performed by passing through the gain medium, and then, the laser light having been subjected to the fourth intensity amplification passes through the second polarization separating means, and the first polarization rotation is performed. 2. The laser beam generating apparatus according to claim 1, wherein said laser beam generator is configured to be incident on said unit, to rotate its polarization direction, and then to be separated and emitted by said first polarization separation unit.
【請求項4】 前記第1の偏光分離手段及び前記第2の
偏光分離手段が、偏光ビームスプリッターからなる、請
求項3に記載したレーザ光発生装置。
4. The laser light generating apparatus according to claim 3, wherein said first polarization splitting means and said second polarization splitting means comprise a polarization beam splitter.
【請求項5】 前記第1の偏光回転手段がファラデーロ
ーテータ及び1/2波長板からなり、前記第2の偏光回
転手段が1/4波長板からなる、請求項3に記載したレ
ーザ光発生装置。
5. The laser beam generator according to claim 3, wherein said first polarization rotation means comprises a Faraday rotator and a half-wave plate, and said second polarization rotation means comprises a quarter-wave plate. .
【請求項6】 前記第1のレーザ光反射手段及び前記第
2のレーザ光反射手段が反射鏡からなる、請求項3に記
載したレーザ光発生装置。
6. The laser light generator according to claim 3, wherein said first laser light reflecting means and said second laser light reflecting means comprise reflecting mirrors.
【請求項7】 前記利得媒質と前記第2のレーザ光反射
手段との距離が、前記位相変調手段によって決定される
前記レーザ光のコヒーレント長の半分の長さよりも長い
距離になるように構成されている、請求項3に記載した
レーザ光発生装置。
7. A configuration in which a distance between the gain medium and the second laser light reflecting means is longer than a half of a coherent length of the laser light determined by the phase modulation means. 4. The laser light generator according to claim 3, wherein:
【請求項8】 前記レーザ光発振源が、Qスイッチ法に
よってパルス波を発振する固体レーザ発振源、または、
連続波を発振する固体レーザ発振源からなる、請求項1
に記載したレーザ光発生装置。
8. The solid-state laser oscillation source, wherein the laser beam oscillation source oscillates a pulse wave by a Q-switch method, or
2. A solid-state laser oscillation source for oscillating a continuous wave.
The laser light generator described in 1 above.
【請求項9】 前記レーザ光増幅手段に入射するレーザ
光の平均入力強度が1W以下とされる、請求項3に記載
したレーザ光発生装置。
9. The laser light generator according to claim 3, wherein an average input intensity of the laser light incident on the laser light amplifying means is 1 W or less.
【請求項10】 前記レーザ光発振源が有するレーザ媒
質が、ネオジム:イットリウム・バナジウム酸からな
り、かつ、前記レーザ光増幅手段が有する前記利得媒質
が、ネオジム:イットリウム・アルミニウム・ガーネッ
トからなる、請求項1に記載したレーザ光発生装置。
10. The laser medium of the laser light oscillation source comprises neodymium: yttrium vanadate, and the gain medium of the laser light amplification means comprises neodymium: yttrium aluminum garnet. Item 2. The laser light generator according to Item 1.
【請求項11】 前記レーザ光発振源のレーザ媒質及び
前記レーザ光増幅手段の利得媒質が、ネオジム:イット
リウム・アルミニウム・ガーネット、ネオジム:イット
リウム・バナジウム酸、ネオジムドープガラス、ネオジ
ム:イットリウム・ランタン・フルオライドからなる群
より選ばれた1種のレーザ媒質からなる、請求項1に記
載したレーザ光発生装置。
11. The laser medium of the laser light oscillation source and the gain medium of the laser light amplifying means are neodymium: yttrium aluminum garnet, neodymium: yttrium vanadate, neodymium-doped glass, neodymium: yttrium lanthanum fluoride. The laser light generator according to claim 1, comprising one kind of laser medium selected from the group consisting of:
【請求項12】 前記レーザ光発振源のレーザ媒質と前
記レーザ光増幅手段が有する利得媒質とが同一の組成を
有する、請求項11に記載したレーザ光発生装置。
12. The laser light generator according to claim 11, wherein a laser medium of the laser light oscillation source and a gain medium of the laser light amplifying unit have the same composition.
【請求項13】 前記ネオジムに代えて、エルビウム、
プラセオジム、イッテルビウム、ツリウム、ホルミウム
及びクロムからなる群より選ばれた1種の原子がドーパ
ントとして用いられる、請求項11に記載したレーザ光
発生装置。
13. An erbium instead of neodymium,
The laser beam generator according to claim 11, wherein one kind of atom selected from the group consisting of praseodymium, ytterbium, thulium, holmium, and chromium is used as a dopant.
【請求項14】 前記レーザ光増幅手段によって強度増
幅されたレーザ光の波長を変換する波長変換手段を有す
る、請求項1に記載したレーザ光発生装置。
14. The laser light generator according to claim 1, further comprising a wavelength converter for converting a wavelength of the laser light whose intensity has been amplified by said laser light amplifier.
【請求項15】 前記波長変換手段によってレーザ光の
高調波成分が得られる、請求項14に記載したレーザ光
発生装置。
15. The laser light generator according to claim 14, wherein a harmonic component of the laser light is obtained by said wavelength converting means.
【請求項16】 レーザ光を複数の周波数成分に位相変
調し、この位相変調されたレーザ光を利得媒質中で複数
回往復させて強度増幅する、レーザ光発生方法。
16. A laser light generating method, wherein a laser light is phase-modulated into a plurality of frequency components, and the phase-modulated laser light is reciprocated a plurality of times in a gain medium to amplify the intensity.
【請求項17】 複数の周波数成分からなる電気信号に
よって、前記レーザ光を位相変調する、請求項16に記
載したレーザ光発生方法。
17. The laser light generation method according to claim 16, wherein the laser light is phase-modulated by an electric signal including a plurality of frequency components.
【請求項18】 前記レーザ光を利得媒質中で複数回往
復させて強度増幅するに際し、 位相変調された前記レーザ光を、第1の偏光分離手段を
通過させたのち、第1の偏光回転手段に入射させてその
偏光方向の回転を行い、さらに、このレーザ光を第2の
偏光分離手段を通過させたのち、前記利得媒質を通過さ
せて第1の強度増幅を行い、 次いで、前記第1の強度増幅がなされたレーザ光を、第
2の偏光回転手段に入射させてその偏光方向の回転を行
い、このレーザ光の光路上に設けられた第1のレーザ光
反射手段によって反射させたのち、再度前記第2の偏光
回転手段に入射させてその偏光方向の回転を行い、前記
利得媒質を通過させることによって第2の強度増幅を行
い、 次いで、前記第2の強度増幅がなされたレーザ光を、前
記第2の偏光分離手段で分離して、このレーザ光の光路
上に設けられた第2のレーザ光反射手段によって反射さ
せたのち、再び、前記第2の偏光分離手段で分離して、
前記利得媒質を通過させることによって第3の強度増幅
を行い、 次いで、前記第3の強度増幅がなされたレーザ光を、前
記第2の偏光回転手段に入射してその偏光方向の回転を
行い、前記第1のレーザ光反射手段によって反射させた
のち、前記第2の偏光回転手段に入射させてその偏光方
向の回転を行って前記利得媒質を通過させることによっ
て第4の強度増幅を行い、 次いで、前記第4の強度増幅がなされたレーザ光を、前
記第2の偏光分離手段を通過させて、前記第1の偏光回
転手段に入射し、その偏光方向の回転を行ったのち、前
記第1の偏光分離手段で分離して出射する、請求項16
に記載したレーザ光発生方法。
18. When the laser light is reciprocated a plurality of times in a gain medium to amplify the intensity, the phase-modulated laser light is passed through a first polarization separation means, and then a first polarization rotation means is provided. And the laser beam is rotated in the direction of polarization. Further, after passing the laser beam through the second polarization separation means, the laser beam is passed through the gain medium to perform first intensity amplification. After the laser light having been subjected to the intensity amplification is incident on the second polarization rotating means, the polarization direction is rotated, and the laser light is reflected by the first laser light reflecting means provided on the optical path of the laser light. Then, the laser light is again incident on the second polarization rotating means to rotate its polarization direction, and is passed through the gain medium to perform second intensity amplification. Next, the laser light having been subjected to the second intensity amplification And the second After being separated by the polarized light separating means and reflected by the second laser light reflecting means provided on the optical path of the laser light, it is separated again by the second polarized light separating means,
A third intensity amplification is performed by passing through the gain medium. Then, the laser light having been subjected to the third intensity amplification is incident on the second polarization rotating means to rotate its polarization direction, After being reflected by the first laser light reflecting means, the light is incident on the second polarization rotating means, rotated in the polarization direction, and passed through the gain medium to perform fourth intensity amplification. The laser light having undergone the fourth intensity amplification is passed through the second polarization splitting means, is incident on the first polarization rotating means, rotates the polarization direction thereof, and then rotates the first polarized light. The light is separated and emitted by the polarized light separating means.
The method for generating laser light described in 1.
【請求項19】 前記第1の偏光分離手段及び前記第2
の偏光分離手段を、偏光ビームスプリッターとする、請
求項18に記載したレーザ光発生方法。
19. The first polarization splitting means and the second polarization splitting means.
19. The laser beam generation method according to claim 18, wherein said polarization separation means is a polarization beam splitter.
【請求項20】 前記第1の偏光回転手段をファラデー
ローテータ及び1/2波長板とし、前記第2の偏光回転
手段を1/4波長板とする、請求項18に記載したレー
ザ光発生方法。
20. The laser beam generating method according to claim 18, wherein said first polarization rotating means is a Faraday rotator and a half-wave plate, and said second polarization rotating means is a quarter-wave plate.
【請求項21】 前記第1のレーザ光反射手段及び前記
第2のレーザ光反射手段を反射鏡とする、請求項18に
記載したレーザ光発生方法。
21. The laser light generating method according to claim 18, wherein said first laser light reflecting means and said second laser light reflecting means are reflecting mirrors.
【請求項22】 前記利得媒質と前記第2のレーザ光反
射手段との距離を、前記位相変調手段によって決定され
る前記レーザ光のコヒーレント長の半分の長さよりも長
い距離とする、請求項18に記載したレーザ光発生方
法。
22. The distance between the gain medium and the second laser light reflecting means, the distance being longer than half the coherent length of the laser light determined by the phase modulation means. The method for generating laser light described in 1.
【請求項23】 複数の周波数成分に位相変調する際の
前記レーザ光を、Qスイッチ法によってパルス波を発振
する固体レーザ発振源、または、連続波を発振する固体
レーザ発振源から発振する、請求項16に記載したレー
ザ光発生方法。
23. The laser light for phase-modulating a plurality of frequency components from a solid-state laser oscillation source that oscillates a pulse wave by a Q-switch method or a solid-state laser oscillation source that oscillates a continuous wave. Item 18. The laser light generation method according to Item 16.
【請求項24】 前記利得媒質中で複数回往復させて強
度増幅する際の前記レーザ光の平均入力強度を1W以下
とする、請求項18に記載したレーザ光発生方法。
24. The laser beam generation method according to claim 18, wherein the average input intensity of the laser beam when the laser beam is reciprocated a plurality of times in the gain medium to amplify the intensity is 1 W or less.
【請求項25】 複数の周波数成分に位相変調する際の
前記レーザ光をレーザ光発振源から出射させ、このレー
ザ光発振源が有するレーザ媒質を、ネオジム:イットリ
ウム・バナジウム酸とし、かつ、前記利得媒質を、ネオ
ジム:イットリウム・アルミニウム・ガーネットとす
る、請求項16に記載したレーザ光発生方法。
25. A laser beam for phase-modulating a plurality of frequency components from a laser beam oscillation source, wherein a laser medium of the laser beam oscillation source is neodymium: yttrium-vanadate, and the gain is 17. The laser beam generation method according to claim 16, wherein the medium is neodymium: yttrium aluminum garnet.
【請求項26】 複数の周波数成分に位相変調する際の
前記レーザ光をレーザ光発振源から出射させ、このレー
ザ光発振源が有するレーザ媒質、及び前記利得媒質を、
ネオジム:イットリウム・アルミニウム・ガーネット、
ネオジム:イットリウム・バナジウム酸、ネオジムドー
プガラス、ネオジム:イットリウム・ランタン・フルオ
ライドからなる群より選ばれた1種のレーザ媒質とす
る、請求項16に記載したレーザ光発生方法。
26. The laser light for phase-modulating a plurality of frequency components from a laser light oscillation source, and the laser medium of the laser light oscillation source and the gain medium are:
Neodymium: Yttrium Aluminum Garnet,
17. The method for generating a laser beam according to claim 16, wherein the laser beam is one kind of laser medium selected from the group consisting of neodymium: yttrium-vanadate, neodymium-doped glass, and neodymium: yttrium-lanthanum-fluoride.
【請求項27】 前記レーザ光発振源のレーザ媒質と前
記レーザ光増幅手段が有する利得媒質とを同一の組成を
有する媒質とする、請求項26に記載したレーザ光発生
方法。
27. The laser beam generating method according to claim 26, wherein the laser medium of the laser beam oscillation source and the gain medium of the laser beam amplifying unit are media having the same composition.
【請求項28】 前記ネオジムに代えて、エルビウム、
プラセオジム、イッテルビウム、ツリウム、ホルミウム
及びクロムからなる群より選ばれた1種の原子をドーパ
ントとして用いる、請求項26に記載したレーザ光発生
方法。
28. Erbium in place of neodymium,
27. The laser beam generating method according to claim 26, wherein one kind of atom selected from the group consisting of praseodymium, ytterbium, thulium, holmium, and chromium is used as a dopant.
【請求項29】 前記利得媒質中で複数回往復させて強
度増幅した後のレーザ光の波長を波長変換手段によって
波長変換する、請求項16に記載したレーザ光発生方
法。
29. The laser beam generating method according to claim 16, wherein the wavelength of the laser beam after the intensity amplification by reciprocating a plurality of times in the gain medium is wavelength-converted by a wavelength conversion unit.
【請求項30】 前記波長変換手段によってレーザ光の
高調波成分を得る、請求項29に記載したレーザ光発生
方法。
30. The laser light generating method according to claim 29, wherein a harmonic component of the laser light is obtained by the wavelength converting means.
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