JPH1187825A - ガスレーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ビーム発散角を一定又は調整可能に
する。 【解決手段】レーザ光Ｌ₁₁のビーム発散角Ｄをビーム発
散角測定器１７により測定し、このビーム発散角Ｄに応
じて第１の反射鏡１４のレーザ光Ｌ₁₀中に対する挿入位
置を処理ユニット２０及び駆動装置２１によって制御
し、レーザ光Ｌ₁₀のビーム断面の大きさを可変し、例え
ばエキシマレーザの場合、ビーム断面を大きくし横モー
ド数を増加してビーム発散角Ｄを大きく制御し、ビーム
断面を小さくし横モード数を減少してビーム発散角Ｄを
小さく制御し、最終的に出力されるレーザ光Ｌ₁₂のビー
ム発散角Ｄを一定、若しくは所望のビーム発散角に制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレーザ加工
や露光処理などに適用されるエキシマレーザ等のガスレ
ーザ発振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工では、例えばエキシマレーザ
発振装置から出力される短波長のレーザ光を用いること
が試みられている。又、薄膜トランジスタをスイッチン
グ素子とするアクティブマトリックス型液晶装置では、
製造時に、薄膜トランジスタを構成する多結晶シリコン
等の半導体薄膜に対してそのグレインの質を上げるため
に、すなわち結晶化するためにアニール処理が行われて
おり、このアニール処理にエキシマレーザを用いたレー
ザアニールが適用されている。

【０００３】図１４はかかるエキシマレーザ等に適用さ
れる一般的なガスレーザ発振装置の構成図である。気密
容器１内には、例えばレーザ加工に適用するＫｒＦエキ
シマレーザであれば、Ｎｅ（ネオン）、Ｆ２（フッ
素）、Ｋｒ（クリプトン）の各ガスを所定の割合で混合
して成るガスレーザ媒質が充填されている。

【０００４】又、レーザアニールに対して適用するガス
レーザ媒質としては、Ｎｅ（ネオン）、ＨＣｌ（塩化水
素）、Ｘｅ（キセノン）の各ガスを所定の割合で混合し
たものも用いられる。

【０００５】又、気密容器１内には、一対の主電極２が
離間対向して配置され、かつその両端にはそれぞれ透光
性の各窓３ａ、３ｂが設けられている。この気密容器１
の光軸方向の一端側には、高反射鏡４が配置されるとと
もに他端側には出力鏡５が配置されている。これら高反
射鏡４と出力鏡５とは、光共振器を構成している。

【０００６】このような構成であれば、一対の主電極２
間に電気エネルギーが供給されて、これら主電極２間に
主放電が発生すると、ガスレーザ媒質は励起され、高反
射鏡４と出力鏡５との間で光共振が生じ、増幅されたレ
ーザ光Ｌ₁ が出力される。

【０００７】一方、レーザ光を用いて露光処理を行う場
合、例えば１ミクロン以下の微細パターンを精度高く露
光するために、ガスレーザ発振装置から出力されるレー
ザ光に対してスペクトル幅の狭帯域化が行われる。すな
わち、レーザ光の波長が短くなると、色々なレンズを組
み合わせて色収差補正を行うことが難しいので、レーザ
光のスペクトル幅を狭帯域化して取り出し、露光精度の
向上を図っている。

【０００８】図１５はかかる狭帯域化を図ったガスレー
ザ発振装置の構成図である。気密容器１の光軸方向の一
端側には、高反射鏡４との間にレーザ光のスペクトル幅
を狭帯域化するエタロン６が配置されている。

【０００９】このような構成であれば、一対の主電極２
間に電気エネルギーが供給されて、これら主電極２間に
主放電が発生すると、ガスレーザ媒質は励起され、高反
射鏡４と出力鏡５との間で光共振が生じ、かつこのとき
にエタロン６で狭帯域化され、増幅されたレーザ光Ｌ₁
が出力される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記一
般的なガスレーザ発振装置では、出力されるレーザ光Ｌ
₁ のビーム発散角は、主放電の放電幅の影響を受けるも
のであり、放電幅が広くなるとビーム発散角が大きくな
り、放電幅が狭くなるとビーム発散角が小さくなる。

【００１１】ところで、レーザ加工では、レーザ光をレ
ンズ等を用いて集光して被加工物に照射しており、この
とき、ビーム発散角に加工部分での光強度分布が依存
し、加工精度に影響を与える。

【００１２】このような事からビーム発散角は、同一の
加工を連続して行う場合には一定であることが必要であ
り、これに対して加工精度がそれぞれ異なる加工を行う
場合にはビーム発散角を調整できることが望まれる。

【００１３】一方、レーザ光を用いた露光処理に適用す
る狭帯域化を図ったガスレーザ発振装置では、スペクト
ル幅を狭帯域化するに伴って横モードも制御され、レー
ザ光Ｌ₂ の空間的コヒーレンス度が高くなる。

【００１４】このため、例えば縮小転写のリソグラフィ
などに上記レーザ光Ｌ₂ を用いて縮小転写すると、スペ
ックルパターンが発生し、転写パターンにノイズを生じ
て悪影響を与える。

【００１５】通常は、露光装置において振動ミラー等を
用いてスペックルの影響を取り除いているが、このとき
レーザ光の空間的コヒーレンスの度合は一定であること
が必要である。

【００１６】この空間的コヒーレンスの度合Ｘとビーム
発散角Ｄとの間には、 Ｘ・Ｄ＝一定 …(1) の関係があり、空間的コヒーレンスの度合Ｘを一定にす
るためには、ビーム発散角Ｄを一定にすることが必要で
ある。

【００１７】一方、レーザアニール等にエキシマレーザ
発振装置から出力されたレーザ光を用いる場合、通常、
シリンドリカルレンズでレーザ光のビーム形状を整形
し、この後にズームレンズによりフライアイレンズ入射
口の大きさにビーム径をマッチングさせる。そして、フ
ライアイレンズにより同じ角度で出射されたレーザ光を
重ね合わせて照度の均一化を行う。

【００１８】しかしながら、レーザ光の空間的コヒーレ
ンスの度合が高いと、レーザ光のビーム中に干渉縞が発
生し、照度の不均一が生じる。このため、干渉縞を抑制
するために、レーザ光の空間的コヒーレンスの度合を低
下させることが必要となっている。そこで本発明は、ビ
ーム発散角を一定又は調整可能にできるガスレーザ発振
装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、気密
容器内に封入されたガスレーザ媒質を励起し、この励起
により発生したレーザ光を光共振器により増幅出力する
ガスレーザ発振装置において、増幅出力されたレーザ光
のビーム発散角を測定するビーム発散角測定手段と、光
共振器内のレーザ光のビーム断面の大きさを可変するビ
ーム断面可変手段と、ビーム発散角測定手段により測定
されたビーム発散角に応じてビーム断面可変手段を動作
させるビーム発散角制御手段と、を備えたガスレーザ発
振装置である。

【００２０】請求項２によれば、請求項１記載のガスレ
ーザ発振装置において、ビーム断面可変手段は、気密容
器から出力されたレーザ光の光軸方向に対して略垂直方
向に挿脱され、かつこの挿脱位置に応じて光共振器内の
前記ビーム断面の大きさを可変する光学部材を有する。

【００２１】請求項３によれば、請求項２記載のガスレ
ーザ発振装置において、光学部材は、反射鏡又はプリズ
ムである。請求項４によれば、請求項１記載のガスレー
ザ発振装置において、光共振器内の光軸上にレーザ光の
スペクトル幅を狭帯域化する狭帯域化素子を配置した。

【００２２】請求項５によれば、気密容器内に封入され
たガスレーザ媒質を励起し、この励起により発生したレ
ーザ光を光共振器により増幅出力するガスレーザ発振装
置において、光共振器内の光軸上にレーザ光の一部の像
を回転させる光学素子を配置したガスレーザ発振装置で
ある。

【００２３】請求項６によれば、請求項５記載のガスレ
ーザ発振装置において、光学素子は、ダハプリズム、ア
ッベプリズム、デルタプリズム又はペチャンプリズムか
ら構成される。

【００２４】請求項７によれば、請求項５記載のガスレ
ーザ発振装置において、増幅出力されたレーザ光のビー
ム発散角を測定するビーム発散角測定手段と、このビー
ム発散角測定手段により測定されたビーム発散角に応じ
て光学素子を回転駆動するビーム発散角制御手段とを付
加した。

【００２５】

【発明の実施の形態】

(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。図１はガスレーザ発振装置の構成図で
ある。気密容器１０内には、例えばレーザ加工に適用す
るＫｒＦエキシマレーザであれば、Ｎｅ（ネオン）、Ｆ
２（フッ素）、Ｋｒ（クリプトン）の各ガスを所定の割
合で混合して成るガスレーザ媒質が充填されている。

【００２６】又、レーザアニールに対して適用するガス
レーザ媒質としては、Ｎｅ（ネオン）、ＨＣｌ（塩化水
素）、Ｘｅ（キセノン）の各ガスを所定の割合で混合し
たものも用いられる。

【００２７】又、気密容器１０内には、一対の主電極１
１が離間対向して配置され、かつその両端にはそれぞれ
透光性の各窓１２ａ、１２ｂが設けられている。この気
密容器１の光軸方向の一端側には、第１の共振ミラー１
３が配置されるとともに、他端側には光学部材としての
第１の反射鏡１４を介して第２の共振ミラー１５が配置
されている。これら第１の共振ミラー１３と第２の共振
ミラー１５とにより光共振器が構成されている。

【００２８】第１の反射鏡１４は、光共振器内のレーザ
光のビーム断面の大きさを可変するビーム断面可変手段
としての機能を有するので、気密容器１０から出力され
たレーザ光の光軸方向に対して略垂直方向（イ）に挿脱
自在で、かつその挿脱位置に応じて光共振器内のビーム
断面の大きさを可変するものとなっている。

【００２９】又、気密容器１の光軸方向の他端側には、
ビームスプリッタ等の第２の反射鏡１６が配置され、こ
の第２の反射鏡１６の反射光路上にビーム発散角測定器
１７が配置されている。

【００３０】このビーム発散角測定器１７は、光共振器
の共振により増幅出力されたレーザ光Ｌ₁₀の一部Ｌ₁₁を
入射してビーム発散角を測定する機能を有するもので、
図２に示すようにレンズ１８とＣＣＤ１９とから構成さ
れ、レーザ光Ｌ₁₁をレンズ１８によってＣＣＤ１９上に
集光し、その強度分布に応じた電気信号に変換するもの
となっている。

【００３１】処理ユニット２０は、ビーム発散角測定器
１７から出力される電気信号を取り込み、この電気信号
に基づいてビーム発散角Ｄを求める。ここで、ビーム発
散角Ｄの算出は、例えば図３に示すようにビーム発散角
測定器１７のＣＣＤ１９上の光強度分布に対し、その強
度が１／ｅ² に低下するレーザ光のサイズｄとレンズの
焦点距離ｆとから次式(2) 、 Ｄ＝ｄ／ｆ …(2) を演算して求めている。

【００３２】又、処理ユニット２０は、算出したビーム
発散角Ｄが一定、若しくは所望のビーム発散角となるよ
うに第１の反射鏡１４の挿脱位置を示す挿脱駆動信号を
駆動装置２１に送る機能を有している。

【００３３】エキシマレーザの場合、ビーム発散角Ｄは
レーザ光の横モード数で決定され、又横モード数は光共
振器中のビーム断面の大きさに依存する。従って、処理
ユニット２０は、第１の反射鏡１４をレーザ光Ｌ₁₀中に
深く挿入することにより光共振器内におけるビーム断面
を大きくして横モード数を増加し、ビーム発散角Ｄを大
きくし、かつ第１の反射鏡１４をレーザ光Ｌ₁₀中に浅く
挿入することにより光共振器内におけるビーム断面を小
さくして横モード数を減少し、ビーム発散角Ｄを小さく
制御する機能を有している。

【００３４】駆動装置２１は、処理ユニット２０から送
出される挿脱駆動信号を受けて第１の反射鏡１４をレー
ザ光軸方向に対して略垂直方向（イ）に挿脱させる機能
を有している。

【００３５】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。一対の主電極２間に電気エネルギーが供
給され、これら主電極２間に主放電が発生すると、ガス
レーザ媒質は励起され、第１の反射鏡１４を介して第１
の共振ミラー１３と第２の共振ミラー１５との間で光共
振が生じ、増幅されたレーザ光Ｌ₁₀が出力される。

【００３６】このレーザ光Ｌ₁₀は、第２の反射鏡１６に
到達し、ここでその一部のレーザ光Ｌ₁₁が分岐されてビ
ーム発散角測定器１７に入射する。このビーム発散角測
定器１７は、レーザ光Ｌ₁₁を図２に示すようにレンズ１
８を通してＣＣＤ１９上に集光し、このＣＣＤ１９から
その強度分布に応じた電気信号を変換出力する。

【００３７】処理ユニット２０は、ビーム発散角測定器
１７から出力される電気信号を取り込み、この電気信号
に基づき上記式(2) に従ってビーム発散角Ｄを求め、こ
のビーム発散角Ｄが一定、若しくは所望のビーム発散角
となるように第１の反射鏡１４の挿脱位置を示す挿脱駆
動信号を駆動装置２１に送る。

【００３８】この駆動装置２１は、処理ユニット２０か
ら送出される挿脱駆動信号を受けて第１の反射鏡１４を
レーザ光軸方向に対して略垂直方向（イ）に挿脱させ
る。例えばエキシマレーザの場合、処理ユニット２０
は、第１の反射鏡１４をレーザ光Ｌ₁₀中に深く挿入する
ことにより光共振器内におけるビーム断面を大きくし横
モード数を増加してビーム発散角Ｄを大きくし、かつ第
１の反射鏡１４をレーザ光Ｌ₁₀中に浅く挿入することに
より光共振器内におけるビーム断面を小さくし横モード
数を減少してビーム発散角Ｄを小さく制御する。

【００３９】このようなビーム発散角Ｄの制御により、
最終的に出力されるレーザ光Ｌ₁₂のビーム発散角Ｄは、
一定若しくは所望のビーム発散角になる。このように上
記第１の実施の形態においては、レーザ光Ｌ₁₁のビーム
発散角Ｄを測定し、このビーム発散角Ｄに応じて第１の
反射鏡１４のレーザ光Ｌ₁₀中に対する挿入位置を制御
し、レーザ光Ｌ₁₀のビーム断面の大きさを可変するよう
にしたので、ビーム断面を大きくし横モード数を増加し
てビーム発散角Ｄを大きくでき、ビーム断面を小さくし
横モード数を減少してビーム発散角Ｄを小さくでき、こ
れにより最終的に出力されるレーザ光Ｌ₁₂のビーム発散
角Ｄを一定、若しくは所望のビーム発散角に制御でき
る。

【００４０】従って、レーザ加工では、レーザ光をレン
ズ等を用いて集光して被加工物に照射しているので、ビ
ーム発散角に加工部分での光強度分布が依存し、加工精
度に影響を与えるが、本願装置では、ビーム発散角Ｄを
一定、若しくは所望のビーム発散角に制御できるので、
同一の加工を連続して行う場合に対してビーム発散角を
一定に制御でき、かつ加工精度がそれぞれ異なる加工を
行う場合に対してビーム発散角をその都度調整でき、そ
れぞれ高い加工精度を得ることができる。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００４１】図４はガスレーザ発振装置の構成図であ
る。気密容器１０の光軸方向の他端側には、光学部材と
してのプリズム２２を通して第２の共振ミラー１５が配
置されている。

【００４２】プリズム２２は、光共振器内のレーザ光の
ビーム断面の大きさを可変するビーム断面可変手段とし
ての機能を有するので、気密容器１０から出力されたレ
ーザ光の光軸方向に対して略垂直方向（イ）に挿脱自在
で、かつその挿脱位置に応じて光共振器内のビーム断面
の大きさを可変するものとなっている。

【００４３】処理ユニット２０は、ビーム発散角測定器
１７から出力される電気信号を取り込み、この電気信号
に基づいてビーム発散角Ｄを求め、このビーム発散角Ｄ
が一定、若しくは所望のビーム発散角となるようにプリ
ズム２２の挿脱位置を示す挿脱駆動信号を駆動装置２１
に送る機能を有している。

【００４４】従って、エキシマレーザの場合、処理ユニ
ット２０は、プリズム２２をレーザ光Ｌ₁₀中に深く挿入
することにより光共振器内におけるビーム断面を大きく
して横モード数を増加し、ビーム発散角Ｄを大きくし、
かつプリズム２２をレーザ光Ｌ₁₀中に浅く挿入すること
により光共振器内におけるビーム断面を小さくして横モ
ード数を減少し、ビーム発散角Ｄを小さく制御する機能
を有している。

【００４５】駆動装置２１は、処理ユニット２０から送
出される挿脱駆動信号を受けてプリズム２２をレーザ光
軸方向に対して略垂直方向（イ）に挿脱させる機能を有
している。

【００４６】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。一対の主電極２間に電気エネルギーが供
給され、これら主電極２間に主放電が発生すると、ガス
レーザ媒質は励起され、プリズム２２を通してて第１の
共振ミラー１３と第２の共振ミラー１５との間で光共振
が生じ、増幅されたレーザ光Ｌ₁₀が出力される。

【００４７】このレーザ光Ｌ₁₀は、第２の反射鏡１６に
到達し、ここでその一部のレーザ光Ｌ₁₁が分岐されてビ
ーム発散角測定器１７に入射する。このビーム発散角測
定器１７は、上記同様にレーザ光Ｌ₁₁をレンズ１８を通
してＣＣＤ１９上に集光し、このＣＣＤ１９からその強
度分布に応じた電気信号を変換出力する。

【００４８】処理ユニット２０は、ビーム発散角測定器
１７から出力される電気信号を取り込み、この電気信号
に基づき上記式(2) に従ってビーム発散角Ｄを求め、こ
のビーム発散角Ｄが一定、若しくは所望のビーム発散角
となるようにプリズム２２の挿脱位置を示す挿脱駆動信
号を駆動装置２１に送る。

【００４９】この駆動装置２１は、処理ユニット２０か
ら送出される挿脱駆動信号を受けてプリズム２２をレー
ザ光軸方向に対して略垂直方向（イ）に挿脱させる。例
えばエキシマレーザの場合、処理ユニット２０は、プリ
ズム２２をレーザ光Ｌ₁₀中に深く挿入することにより光
共振器内におけるビーム断面を大きくし横モード数を増
加してビーム発散角Ｄを大きくし、かつプリズム２２を
レーザ光Ｌ₁₀中に浅く挿入することにより光共振器内に
おけるビーム断面を小さくし横モード数を減少してビー
ム発散角Ｄを小さく制御する。

【００５０】このようなビーム発散角Ｄの制御により、
最終的に出力されるレーザ光Ｌ₁₂のビーム発散角Ｄは、
一定若しくは所望のビーム発散角になる。このように上
記第２の実施の形態においては、レーザ光Ｌ₁₁のビーム
発散角Ｄを測定し、このビーム発散角Ｄに応じてプリズ
ム２２のレーザ光Ｌ₁₀中に対する挿入位置を制御し、レ
ーザ光Ｌ₁₀のビーム断面の大きさを可変するようにした
ので、上記第１の実施の形態と同様な効果を奏すること
は言うまでもない。 (3) 次に本発明の第３の実施の形態について説明する。
なお、図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００５１】図５はガスレーザ発振装置の構成図であ
る。プリズム２２と第２の共振ミラー１５との間には、
レーザ光のスペクトル幅を狭帯域化するエタロン２３が
配置されている。

【００５２】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。一対の主電極２間に電気エネルギーが供
給され、これら主電極２間に主放電が発生すると、ガス
レーザ媒質は励起され、プリズム２２を通してて第１の
共振ミラー１３と第２の共振ミラー１５との間で光共振
が生じ、かつこの光共振の増幅過程でエタロン２３によ
りスペクトル幅が狭帯域化されてレーザ光Ｌ₁₀が出力さ
れる。

【００５３】以下、上記第２の実施との形態と同様に、
レーザ光Ｌ₁₀は、第２の反射鏡１６でその一部のレーザ
光Ｌ₁₁が分岐されてビーム発散角測定器１７に入射す
る。このビーム発散角測定器１７は、上記同様にレーザ
光Ｌ₁₁をレンズ１８を通してＣＣＤ１９上に集光し、こ
のＣＣＤ１９からその強度分布に応じた電気信号を変換
出力する。

【００５４】処理ユニット２０は、ビーム発散角測定器
１７から出力される電気信号を取り込み、この電気信号
に基づき上記式(2) に従ってビーム発散角Ｄを求め、こ
のビーム発散角Ｄが一定、若しくは所望のビーム発散角
となるようにプリズム２２の挿脱位置を示す挿脱駆動信
号を駆動装置２１に送り、プリズム２２をレーザ光Ｌ₁₀
に対して挿脱させる。

【００５５】例えばエキシマレーザの場合、処理ユニッ
ト２０は、プリズム２２をレーザ光Ｌ₁₀中に深く挿入す
ることにより光共振器内におけるビーム断面を大きくし
横モード数を増加してビーム発散角Ｄを大きくし、かつ
プリズム２２をレーザ光Ｌ₁₀中に浅く挿入することによ
り光共振器内におけるビーム断面を小さくし横モード数
を減少してビーム発散角Ｄを小さく制御する。

【００５６】このようなビーム発散角Ｄの制御により、
最終的に出力されるスペクトル幅の狭帯域化されたレー
ザ光Ｌ₁₂のビーム発散角Ｄは、一定若しくは所望のビー
ム発散角になる。

【００５７】このように上記第３の実施の形態において
は、上記第２の実施の形態と同様の効果を奏することが
できるとともに、最終的に出力されるレーザ光Ｌ₁₂のス
ペクトル幅を狭帯域化できる。

【００５８】従って、レーザ光を用いた露光処理に適用
する狭帯域化を図ったガスレーザ発振装置では、スペク
トル幅を狭帯域化するに伴って横モードも制御され、レ
ーザ光の空間的コヒーレンス度が高くなるが、上記本発
明装置では、レーザ光Ｌ₁₂の空間的コヒーレンス度を低
下でき、例えば縮小転写のリソグラフィなどに上記レー
ザ光Ｌ₁₂を用いて縮小転写してもスペックルパターンが
発生せず、ノイズのない精度が高い転写パターンが得ら
れる。

【００５９】なお、この第３の実施の形態においてエタ
ロン２３をプリズム２２と第２の共振ミラー１５との間
に配置したが、これに限らず上記第１の実施の形態にお
ける光共振器内、例えば第１の反射鏡１４と第２の共振
ミラー１５との間に配置してもよい。 (4) 次に本発明の第４の実施の形態について説明する。
なお、図１４と同一部分には同一符号を付してその詳し
い説明は省略する。

【００６０】図６はガスレーザ発振装置の構成図であ
る。気密容器１の他端側の窓３ａと出力鏡５との間に
は、高反射鏡４と出力鏡５とにより構成される光共振器
内のレーザ光の一部の像を回転させる光学素子２４が配
置されている。

【００６１】この光学素子２４には、例えば図７に示す
ダハプリズムが用いられる。このダハプリズムは、通常
の直角プリズムの半分の形状に相似しており、その斜面
に平行光が入射すると、図８にも示すように内部で屈
折、反射し、平行光の入射光軸とは異なる光軸で、入射
方向に対して平行に出射する作用を持っている。すなわ
ち、入射光の像Ｑ_a に対して出射光の像Ｑ_b は回転した
ものとなる。

【００６２】具体的に光学素子２４は、図９に示すよう
に大きさの異なる複数のダハプリズム２４ａ〜２４ｄを
その大きさの順にかつ互いに平行に配置し、レーザ光を
入射する入射面２７、レーザ光を出射する出射面２８及
びレーザ光を反射する反射面２９を形成している。

【００６３】このような構成の光学素子２４であれば、
例えばレーザ光路Ｌ₂₀〜Ｌ₂₆について説明すると、レー
ザ光路Ｌ₂₁、Ｌ₂₃、Ｌ₂₅は、各ダハプリズム２４ａ〜２
４ｄの間を直進して光学素子２４中を通過する。

【００６４】これに対してレーザ光路Ｌ₂₀、Ｌ₂₂、
Ｌ₂₄、Ｌ₂₆は、それぞれ入射面２７で屈折し、反射面２
９で反射し、出射面２８で再び屈折してレーザ光の入射
方向に対して平行に出射する。そして、これらレーザ光
路Ｌ₂₀、Ｌ₂₂、Ｌ₂₄、Ｌ₂₆は、レーザ光の入射光軸とは
異なる光軸で出射される。

【００６５】これにより、最も干渉しやすい同一波面上
の隣り合うビームを異なる位置、すなわちレーザ光路Ｌ
₂₀〜Ｌ₂₆をレーザ光路Ｌ₂₆、Ｌ₂₁、Ｌ₂₄、Ｌ₂₃、Ｌ₂₂、
Ｌ₂₅、Ｌ₂₀として出射させることができ、空間的コヒー
レンス度を低下させたレーザ光が得られる。

【００６６】なお、この光学素子２４において、レーザ
光を反射する反射面２９以外の面は、無反射コートを施
してもよい。又、この光学素子２４は、複数のダハプリ
ズム２４ａ〜２４ｄを適用するに限らず、例えば図１０
に示すアッベプリズム３０、図１１に示すデルタプリズ
ム３１、又は図１２に示すペチャンプリズム３２を用い
て構成してもよい。

【００６７】処理ユニット２５は、ビーム発散角測定器
１７から出力される電気信号を取り込み、この電気信号
に基づいてビーム発散角Ｄを求め、このビーム発散角Ｄ
が一定、若しくは所望のビーム発散角となるように光学
素子２４をレーザ光軸を回転軸として回転させる回転駆
動信号を駆動装置２６に送る機能を有している。

【００６８】この駆動装置２６は、処理ユニット２５か
ら送出される回転駆動信号を受けて光学素子２４をレー
ザ光軸を回転軸として回転させる機能を有している。な
お、処理ユニット２５は、光学素子２４に対する回転を
駆動又は停止する切り替え機能を有している。

【００６９】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。先ず、光学素子２４の回転を停止する場
合、一対の主電極２間に電気エネルギーが供給されて、
これら主電極２間に主放電が発生すると、ガスレーザ媒
質は励起され、高反射鏡４と出力鏡５との間で光共振が
生じる。

【００７０】このように高反射鏡４と出力鏡５との間で
光共振が生じているとき、光学素子２４では、図９に示
すようにレーザ光路Ｌ₂₀〜Ｌ₂₆において、レーザ光路Ｌ
₂₁、Ｌ₂₃、Ｌ₂₅は、各ダハプリズム２４ａ〜２４ｄの間
を直進して光学素子２４中を通過する。

【００７１】これに対してレーザ光路Ｌ₂₀、Ｌ₂₂、
Ｌ₂₄、Ｌ₂₆は、それぞれ入射面２７で屈折し、反射面２
９で反射し、出射面２８で再び屈折してレーザ光の入射
方向に対して平行に出射し、このとき出射されたレーザ
光路Ｌ₂₀、Ｌ₂₂、Ｌ₂₄、Ｌ₂₆は、レーザ光の入射光軸と
は異なる光軸となっている。

【００７２】これにより、レーザ光路Ｌ₂₀〜Ｌ₂₆はレー
ザ光路Ｌ₂₆、Ｌ₂₁、Ｌ₂₄、Ｌ₂₃、Ｌ₂₂、Ｌ₂₅、Ｌ₂₀とな
った光共振により増幅されたレーザ光Ｌ₃₀が出力され
る。従って、このレーザ光Ｌ₃₀は、最も干渉しやすい同
一波面上の隣り合うビームを異なる位置、すなわちレー
ザ光路Ｌ₂₀〜Ｌ₂₆をレーザ光路Ｌ₂₆、Ｌ₂₁、Ｌ₂₄、
Ｌ₂₃、Ｌ₂₂、Ｌ₂₅、Ｌ₂₀として出射させて、空間的コヒ
ーレンス度を低下させたものとなる。

【００７３】一方、光学素子２４の回転駆動させる場
合、上記の如く出力されたレーザ光Ｌ₃₀は、第２の反射
鏡１６でその一部のレーザ光Ｌ₃₁が分岐されてビーム発
散角測定器１７に入射する。

【００７４】このビーム発散角測定器１７は、上記同様
にレーザ光Ｌ₃₁をレンズ１８を通してＣＣＤ１９上に集
光し、このＣＣＤ１９からその強度分布に応じた電気信
号を変換出力する。

【００７５】処理ユニット２５は、ビーム発散角測定器
１７から出力される電気信号を取り込み、この電気信号
に基づいてビーム発散角Ｄを求め、このビーム発散角Ｄ
が一定、若しくは所望のビーム発散角となるように光学
素子２４をレーザ光軸を回転軸として回転させる回転駆
動信号を駆動装置２６に送る。

【００７６】この駆動装置２６は、処理ユニット２５か
ら送出される回転駆動信号を受けて光学素子２４をレー
ザ光軸を回転軸として回転させる。これにより、レーザ
光Ｌ₃₀は、レーザ光路Ｌ₂₆、Ｌ₂₁、Ｌ₂₄、Ｌ₂₃、Ｌ₂₂、
Ｌ₂₅、Ｌ₂₀の位置が回転によりずれ、空間的コヒーレン
ス度をさらに低下させたものとして得られる。

【００７７】このように上記第４の実施の形態において
は、光共振器内の光軸上にレーザ光の一部の像を回転さ
せる複数のダハプリズム２４ａ〜２４ｄから構成される
光学素子２４を配置したので、出力されるレーザ光Ｌ₃₀
の空間的コヒーレンス度を低下させることができる。そ
して、空間的コヒーレンス度を低下させることができる
ことから、ビーム発散角を小さくでき、上記第１の実施
の形態と同様な効果を奏することができる。

【００７８】従って、例えばレーザアニール等にエキシ
マレーザ発振装置から出力されたレーザ光を用いる場
合、通常、シリンドリカルレンズでレーザ光のビーム形
状を整形し、この後にズームレンズによりフライアイレ
ンズ入射口の大きさにビーム径をマッチングさせ、そし
てフライアイレンズにより同じ角度で出射されたレーザ
光を重ね合わせて照度の均一化を行うので、レーザ光の
空間的コヒーレンス度が高いと、レーザ光のビーム中に
干渉縞が発生し、照度の不均一が生じが、本発明装置で
あれば、レーザ光Ｌ₃₀の空間的コヒーレンス度を低下さ
せることができ、干渉縞を抑制できる。 (5) 次に本発明の第５の実施の形態について説明する。
なお、図６と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００７９】図１３はガスレーザ発振装置の構成図であ
る。光共振器の出力鏡５から出力されるレーザ光Ｌ₃₀の
光軸上には、レーザ光Ｌ₃₀の一部の像を回転させる光学
素子２４が配置されている。なお、この光学素子２４
は、図９に示す構成と同一で、大きさの異なる複数のダ
ハプリズム２４ａ〜２４ｄをその大きさの順にかつ互い
に平行に配置したものとなっている。

【００８０】なお、この光学素子２４は、複数のダハプ
リズム２４ａ〜２４ｄに限らず、上記同様に例えば図１
０に示すアッベプリズム３０、図１１に示すデルタプリ
ズム３１、又は図１２に示すペチャンプリズム３２を用
いて構成してもよい。

【００８１】又、この光学素子２４を透過したレーザ光
Ｌ₃₀の光軸上には、第２の反射鏡１６が配置され、その
反射光路上にビーム発散角測定器１７が配置されてい
る。処理ユニット２５は、ビーム発散角測定器１７から
出力される電気信号を取り込み、この電気信号に基づい
てビーム発散角Ｄを求め、このビーム発散角Ｄが一定、
若しくは所望のビーム発散角となるように光学素子２４
をレーザ光軸を回転軸として回転させる回転駆動信号を
駆動装置２６に送る機能を有している。

【００８２】この駆動装置２６は、処理ユニット２５か
ら送出される回転駆動信号を受けて光学素子２４をレー
ザ光軸を回転軸として回転させる機能を有している。な
お、処理ユニット２５は、光学素子２４に対する回転を
駆動又は停止する切り替え機能を有している。

【００８３】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。先ず、光学素子２４の回転を停止する場
合、一対の主電極２間に電気エネルギーが供給され、こ
れら主電極２間に主放電が発生すると、ガスレーザ媒質
は励起され、高反射鏡４と出力鏡５との間で光共振が生
じ、増幅されたレーザ光が出力される。

【００８４】そして、このレーザ光は光学素子２４に入
射し、この光学素子２４においては、上記図９に示すと
同様に、レーザ光路Ｌ₂₁、Ｌ₂₃、Ｌ₂₅は、各ダハプリズ
ム２４ａ〜２４ｄの間を直進して光学素子２４中を通過
する。

【００８５】これに対してレーザ光路Ｌ₂₀、Ｌ₂₂、
Ｌ₂₄、Ｌ₂₆は、それぞれ入射面２７で屈折し、反射面２
９で反射し、出射面２８で再び屈折してレーザ光の入射
方向に対して平行に出射し、このとき出射されたレーザ
光路Ｌ₂₀、Ｌ₂₂、Ｌ₂₄、Ｌ₂₆は、レーザ光の入射光軸と
は異なる光軸となっている。

【００８６】これにより、レーザ光路Ｌ₂₀〜Ｌ₂₆は、レ
ーザ光路Ｌ₂₆、Ｌ₂₁、Ｌ₂₄、Ｌ₂₃、Ｌ₂₂、Ｌ₂₅、Ｌ₂₀と
するレーザ光Ｌ₃₀として出射される。従って、このレー
ザ光Ｌ₃₀は、最も干渉しやすい同一波面上の隣り合うビ
ームを異なる位置、すなわちレーザ光路Ｌ₂₀〜Ｌ₂₆をレ
ーザ光路Ｌ₂₆、Ｌ₂₁、Ｌ₂₄、Ｌ₂₃、Ｌ₂₂、Ｌ₂₅、Ｌ₂₀と
して出射させて、空間的コヒーレンス度を低下させたも
のとなる。

【００８７】一方、光学素子２４の回転駆動させる場
合、上記の如く出力されたレーザ光Ｌ₃₀は、第２の反射
鏡１６でその一部のレーザ光Ｌ₃₁が分岐されてビーム発
散角測定器１７に入射する。

【００８８】このビーム発散角測定器１７は、上記同様
にレーザ光Ｌ₃₁をレンズ１８を通してＣＣＤ１９上に集
光し、このＣＣＤ１９からその強度分布に応じた電気信
号を変換出力する。

【００８９】処理ユニット２５は、ビーム発散角測定器
１７から出力される電気信号を取り込み、この電気信号
に基づいてビーム発散角Ｄを求め、このビーム発散角Ｄ
が一定、若しくは所望のビーム発散角となるように回転
駆動信号を駆動装置２６に送る。

【００９０】この駆動装置２６は、処理ユニット２５か
ら送出される回転駆動信号を受けて光学素子２４をレー
ザ光軸を回転軸として回転させる。これにより、レーザ
光Ｌ₃₀は、レーザ光路Ｌ₂₆、Ｌ₂₁、Ｌ₂₄、Ｌ₂₃、Ｌ₂₂、
Ｌ₂₅、Ｌ₂₀の位置が回転によりずれて、空間的コヒーレ
ンス度をさらに低下させたものとして得られる。

【００９１】このように上記第５の実施の形態において
は、光学素子２４を光共振器から出力されるレーザ光Ｌ
₃₀の光軸上に配置しても、上記第４の実施の形態と同様
な効果を奏することは言うまでもない。

【００９２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明の請求項１〜
７によれば、ビーム発散角を一定又は調整可能にできる
ガスレーザ発振装置を提供できる。又、本発明の請求項
４によれば、最終的に出力されるレーザ光のスペクトル
幅を狭帯域化する場合でもビーム発散角を一定又は調整
可能にできるガスレーザ発振装置を提供できる。

【００９３】又、本発明の請求項５〜７によれば、空間
的コヒーレンス度を変えて光強度分布の均一性に影響を
与える不要な干渉縞を大幅に減少できるガスレーザ発振
装置を提供できる。を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第１の実
施の形態を示す構成図。

【図２】同装置におけるビーム発散角測定器の構成図。

【図３】ビーム発散角の算出作用を示す図。

【図４】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第２の実
施の形態を示す構成図。

【図５】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第３の実
施の形態を示す構成図。

【図６】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第４の実
施の形態を示す構成図。

【図７】同装置に用いられるダハプリズムの作用を示す
模式図。

【図８】同装置に用いられるダハプリズム内の屈折・反
射の作用を示す模式図。

【図９】ダハプリズムを適用した光学素子におけるレー
ザ光路を示す模式図。

【図１０】光学素子に適用されるアッベプリズムの外観
図。

【図１１】光学素子に適用されるデルタプリズムの外観
図。

【図１２】光学素子に適用されるペチャンプリズムの外
観図。

【図１３】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第５の
実施の形態を示す構成図。

【図１４】従来の一般的なガスレーザ発振装置の構成
図。

【図１５】従来における狭帯域化を図ったガスレーザ発
振装置の構成図。

【符号の説明】

１０…気密容器、 １１…主電極、 １３…第１の共振ミラー、 １４…第１の反射鏡、 １５…第２の共振ミラー、 １６…第２の反射鏡、 １７…ビーム発散角測定器、 ２０…処理ユニット、 ２１…駆動装置、 ２２…プリズム、 ２３…エタロン、 ２４…光学素子、 ２４ａ〜２４ｄ…ダハプリズム。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密容器内に封入されたガスレーザ媒質
   を励起し、この励起により発生したレーザ光を光共振器
   により増幅出力するガスレーザ発振装置において、 前記増幅出力されたレーザ光のビーム発散角を測定する
   ビーム発散角測定手段と、 前記光共振器内の前記レーザ光のビーム断面の大きさを
   可変するビーム断面可変手段と、 前記ビーム発散角測定手段により測定されたビーム発散
   角に応じて前記ビーム断面可変手段を動作させるビーム
   発散角制御手段と、を具備したことを特徴とするガスレ
   ーザ発振装置。
2. 【請求項２】 前記ビーム断面可変手段は、前記気密容
   器から出力されたレーザ光の光軸方向に対して略垂直方
   向に挿脱され、かつこの挿脱位置に応じて前記光共振器
   内の前記ビーム断面の大きさを可変する光学部材を有す
   ることを特徴とする請求項１記載のガスレーザ発振装
   置。
3. 【請求項３】 前記光学部材は、反射鏡又はプリズムで
   あることを特徴とする請求項２記載のガスレーザ発振装
   置。
4. 【請求項４】 前記光共振器内の光軸上に前記レーザ光
   のスペクトル幅を狭帯域化する狭帯域化素子を配置した
   ことを特徴とする請求項１記載のガスレーザ発振装置。
5. 【請求項５】 気密容器内に封入されたガスレーザ媒質
   を励起し、この励起により発生したレーザ光を光共振器
   により増幅出力するガスレーザ発振装置において、 前記光共振器内の光軸上に前記レーザ光の一部の像を回
   転させる光学素子を配置したことを特徴とするガスレー
   ザ発振装置。
6. 【請求項６】 前記光学素子は、ダハプリズム、アッベ
   プリズム、デルタプリズム又はペチャンプリズムから構
   成されることを特徴とする請求項５記載のガスレーザ発
   振装置。
7. 【請求項７】 前記増幅出力されたレーザ光のビーム発
   散角を測定するビーム発散角測定手段と、 このビーム発散角測定手段により測定されたビーム発散
   角に応じて前記光学素子を回転駆動するビーム発散角制
   御手段と、を付加したことを特徴とする請求項５記載の
   ガスレーザ発振装置。