WO2018179642A1 - ガスレーザ装置 - Google Patents

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gas laser
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gas
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石井　太
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株式会社村田製作所
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    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/034—Optical devices within, or forming part of, the tube, e.g. windows, mirrors
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    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22—Gases
    • H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex

Definitions

  • the present invention relates to a gas laser device.
  • Patent Document 1 discloses a gas discharge chamber including a chamber filled with a gas and first and second windows through which a laser is transmitted. In this configuration, calcium fluoride or magnesium fluoride is used as the first and second windows.
  • Patent Document 2 discloses a gas laser tube in which quartz is used for the Brewster window.
  • JP 2013-128156 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-2104020
  • the window is a member through which the laser beam is transmitted, it is preferable that the loss of light is suppressed as much as possible in the window and the light transmission efficiency is high.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a gas laser device with improved light transmission efficiency.
  • a gas laser device includes a gas laser tube that generates laser light by exciting a gas sealed in an internal space, and a window member attached to one end side in the axial direction of the gas laser tube,
  • the window member has a transmission region that is a uniaxial crystal, and the transmission region is configured to transmit the laser light, and the optical axis of the laser light that passes through the transmission region and the optical axis of the uniaxial crystal are substantially the same.
  • the window member is attached to the gas laser tube so as to be parallel.
  • a gas laser device with improved light transmission efficiency can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a gas laser device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the main surface of the window member of the gas laser apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining birefringence in a uniaxial crystal.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining birefringence in a uniaxial crystal.
  • FIG. 4 is a plan view of the side surface of the window member of the gas laser device according to the embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a gas laser device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of a main surface of a window member of the gas laser device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a view showing a cross section of the gas laser device 1.
  • the gas laser device 1 includes a gas laser tube 10 and a window member 20.
  • the gas laser device 1 is a device for irradiating an object with laser light L generated in the gas laser tube 10 through a window member 20.
  • the gas laser device 1 is an excimer laser will be described as an example.
  • the gas laser device 1 may include elements other than those shown in FIG.
  • the gas laser device 1 is not particularly limited.
  • the gas laser device 1 is applied to a semiconductor exposure apparatus and used for exposure for forming a circuit pattern on a silicon wafer in the manufacture of an integrated circuit.
  • it may be used for surface modification that changes the physical properties of the workpiece surface, curing (photocuring) such as adhesion of electronic parts, resist curing, photocleaning for removing organic substances attached to the workpiece surface, and the like.
  • curing photocuring
  • the present invention may be applied to medical equipment such as LASIK surgery.
  • the gas laser tube 10 has a tubular shape extending in the axial direction, for example.
  • the outer shape of the gas laser tube 10 is, for example, a cylindrical shape or a polygonal column shape.
  • Gas is sealed in an internal space 12 formed by the gas laser tube 10 and a window member 20 described later.
  • the gas is excited. Since the excited gas tries to return to the original state, the laser light L is generated by the energy released at that time.
  • the laser light L is appropriately varied depending on the application, and specifically, for example, ultraviolet light (for example, a wavelength of 400 nm or less) or deep ultraviolet light (for example, a wavelength of 150 nm or more and 200 nm or less).
  • the gas filled in the internal space 12 is not particularly limited. For example, it is a mixed gas of a buffer gas (such as neon or helium), a rare gas (such as krypton or argon), and a halogen (such as fluorine). Also good.
  • the oscillation wavelength can be adjusted according to the type and ratio of the gas to be sealed.
  • the gas laser tube 10 includes an attachment portion 14 to which a window member 20 described later is attached.
  • the attachment portion 14 has protrusions 16a and 16b described later.
  • the material of the attachment part 14 is not specifically limited, For example, they are an elastic body, a metal, glass, or a crystal
  • the attachment part 14 of the gas laser tube 10 and the window member 20 are joined by, for example, metal joining such as brazing material, glass adhesion, resin adhesion, or siloxane bonding.
  • the window member 20 is attached to at least one end side of the gas laser tube 10 in the axial direction.
  • the window member 20 transmits and outputs the laser light L generated in the internal space 12 of the gas laser tube 10.
  • the window member 20 includes a main surface 20a (first main surface) on the inner space 12 side of the gas laser tube 10, an outer main surface 20b (second main surface) facing the main surface 20a, and the main surface 20a and main surface. 20b and a side surface 20c located between them.
  • FIG. 2 is a plan view of the window member 20 as viewed from the main surface 20a side on the internal space 12 side.
  • the window member 20 has a circular flat plate shape, for example.
  • the window member 20 includes a transmission region 22 located near the center of the circle and a peripheral region 24 located outside the transmission region 22 in plan view of the main surface 20a or the main surface 20b. That is, the transmission region 22 is a region through which the laser beam L is transmitted, and the peripheral region 24 is a region where marks 26a and 26b described later are formed or the attachment portion 14 is joined.
  • the shape of the window member 20 is an example, and is not limited to a circular flat plate shape.
  • the shape of the main surface of the window member 20 in a plan view may be a polygonal shape instead of a circular shape, and the main surface may be a curved surface instead of a flat surface.
  • the window member 20 is composed of a crystal having an optical axis (optical axis) in only one direction (that is, a uniaxial crystal).
  • uniaxial crystals include artificial quartz, natural quartz, quartz, calcite, zircon, and the like.
  • Artificial quartz has a high transmittance in a wide wavelength range compared to other materials (for example, synthetic quartz glass).
  • the quartz crystal has a relatively short wavelength of laser light and strong energy (for example, deep ultraviolet light)
  • the optical characteristics are hardly impaired and the progress of deterioration is slow.
  • the artificial quartz does not have deliquescence, it has excellent water resistance. Therefore, the artificial quartz suitably functions as a window member that transmits laser light.
  • the window member 20 may be made of a material different from artificial quartz.
  • the window member 20 has an angle (that is, an incident angle of the laser light L) ⁇ formed by the optical axis of the incident laser light L and the normal line of the main surface 20a. It is attached to be approximately equal to the Brewster angle. As a result, a part of the S-polarized component of the laser light L is reflected by the main surface 20a to become reflected light Rs, whereas the reflectance of the P-polarized component at the main surface 20a is zero. In other words, the P-polarized component ideally does not generate reflected light and is completely transmitted.
  • the light transmitted through the window member 20 is the sum of the transmitted light Ts of the S-polarized component and the transmitted light Tp of the P-polarized component.
  • the light transmission efficiency in the window member 20 is improved as compared with a configuration in which the incident angle ⁇ is different from the Brewster angle.
  • the window member 20 is preferably attached so that the incident angle ⁇ is substantially equal to the Brewster angle, but is attached so that the reflectance of the P-polarized component is relatively small even if it is not equal to the Brewster angle. It only has to be.
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining birefringence in a uniaxial crystal. Specifically, FIGS. 3A and 3B show how light is reflected and transmitted when the light X enters the crystal 100 at an incident angle ⁇ .
  • the crystal 100 is an anisotropic crystal and has an optical axis C.
  • the light X is converted into normal light and abnormal light whose vibration planes are orthogonal to each other. Divide and propagate. This is because the refractive index of normal light and extraordinary light is different due to the phase velocity of the light beam depending on the propagation direction on the crystal structure of the crystal 100. Therefore, the optical paths of the transmitted light To of normal light and the transmitted light Te of abnormal light are separated, and birefringence occurs (see FIG. 3A). Thereby, the energy of the transmitted light with respect to the incident light is reduced, that is, the light transmission efficiency of the crystal 100 is lowered.
  • the crystal 100 is quartz, the refractive index of normal light is larger than the refractive index of extraordinary light.
  • the window member 20 is attached so that the angle formed by the optical axis C of the artificial quartz of the window member 20 and the optical axis of the laser light L traveling through the window member 20 becomes small. More preferably, as shown in FIG. 1, the window member 20 is preferably attached so that the optical axis C and the optical axis of the laser light L traveling through the window member 20 are substantially parallel. Thereby, separation of normal light and abnormal light in the window member 20 is suppressed. Therefore, the light transmission efficiency of the window member 20 can be improved.
  • the window member 20 is a crystal
  • the optical axis C is the same direction as the Z axis in the crystal axis of the crystal.
  • the window member 20 is provided so that the optical axis C of the window member 20 is substantially parallel to the optical axis of the laser beam transmitted through the window member 20. Thereby, separation of transmitted light is suppressed, and the light transmission efficiency of the window member 20 can be improved.
  • the window member when the window member is made of calcium fluoride or magnesium fluoride, the fluoride material has hygroscopicity and deliquescence, so water resistance may be insufficient.
  • the window member 20 is made of artificial quartz, water resistance can be improved as compared with the configuration disclosed in Patent Document 1.
  • the entire window member 20 is configured by a uniaxial crystal.
  • the transmission region of the window member 20 may be a uniaxial crystal, and the periphery excluding the transmission region.
  • the region may be made of a material that does not substantially transmit laser light or a reflective material.
  • the laser light may be reflected in the internal space 12 of the gas laser tube 10.
  • a window member similar to the window member 20 may be provided on the incident side of the gas laser tube 10.
  • the window member on the incident side is attached so that the optical axis of the laser light incident from the outside of the gas laser device and the optical axis of the window member are substantially parallel. It is preferred that
  • FIG. 4 is a plan view of a side surface of the window member of the gas laser device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of the side surface of the window member 20 viewed from the direction of the arrow shown in FIG.
  • concave marks 26 a (first marks) and 26 b (second marks) indicating the direction of the optical axis C are formed on the side surface 20 c of the window member 20.
  • the formation method of the marks 26a and 26b is not particularly limited. For example, X-ray diffraction analysis of the window member 20 is performed to measure the crystal orientation of the optical axis, and the window member 20 is notched based on the direction of the optical axis. Can be formed.
  • one mark 26 a is arranged at a position different from the other mark 26 b in the plan view of the main surface 20 a of the window member 20.
  • the marks 26a and 26b are arranged at positions facing each other through the center of the main surface 20a in the peripheral region 24 of the main surface 20a (that is, the position of the diameter of the circle of the main surface 20a). ing.
  • a line connecting the mark 26a and the mark 26b indicates that the line is parallel to the direction of the optical axis C in the plan view of the main surface 20a.
  • one mark 26a is disposed on the side surface 20c on the main surface 20a side, and the other mark 26b is disposed on the side surface 20c on the main surface 20b side.
  • the marks 26 a and 26 b indicate the direction of the inclination angle ⁇ of the optical axis C with respect to the normal line of the main surface 20 a of the window member 20.
  • whether the inclination angle ⁇ of the optical axis C with respect to the normal line of the main surface 20a of the window member 20 is counterclockwise in the plan view of the cross section shown in FIG. Indicates whether it is clockwise.
  • the line connecting the mark 26 a and the mark 26 b is inclined in the counterclockwise direction with respect to the normal line of the main surface 20 a of the window member 20. Therefore, it is shown that the optical axis C is also tilted counterclockwise.
  • the tilt angle ⁇ for example, when the wavelength of the laser beam is 193 nm, the window member 20 is cut out from the crystal crystal so that the tilt angle ⁇ is 30.86 ⁇ 0.1 degrees. .
  • convex protrusions 16a and 16b are formed on the mounting portion 14 so as to correspond to the concave marks 26a and 26b of the window member 20.
  • the marks 26a and 26b of the window member 20 and the projections 16a and 16b of the attachment portion 14 are fitted, whereby the window member 20 is attached to the attachment portion 14 and the optical axis of the laser beam L is adjusted.
  • the window member 20 is positioned so that the direction of the optical axis C of the window member 20 is a predetermined direction.
  • the marks 26 a and 26 b have a function as a mark indicating the direction of the optical axis C in the three-dimensional space, and are uniquely attached to the attachment portion 14 to determine the angle and direction of the window member 20.
  • a function as a positioning mechanism is provided.
  • the gas tightness of the gas laser tube 10 in which the gas is sealed is improved.
  • the shape of the mark is an example, and the present invention is not limited to this.
  • the mark may be convex or concavo-convex instead of concave
  • the shape of the mounting portion may be concave or concavo-convex instead of convex corresponding to the mark.
  • the number of marks and protrusions formed on the window member 20 or the attachment portion 14 is not limited to two, and may be one or three or more.
  • the gas laser device 1 has the following configurations and operational effects by any one or a plurality of combinations described above.
  • a gas laser device includes a gas laser tube that generates laser light by exciting a gas sealed in an internal space, and a window member attached to one end side in the axial direction of the gas laser tube.
  • a transmission region that is a uniaxial crystal, and the transmission region is configured to transmit laser light, and the optical axis of the laser light transmitted through the transmission region is substantially parallel to the optical axis of the uniaxial crystal.
  • the window member is attached to the gas laser tube so as to be.
  • the optical axis C of the window member 20 and the optical axis of the laser beam transmitted through the window member 20 are substantially parallel. Therefore, separation of transmitted light is suppressed, and the light transmission efficiency of the window member 20 can be improved.
  • the window member may have a main surface including a transmission region, and at least one mark indicating the direction of the optical axis in a plan view of the main surface may be formed on the window member.
  • the convenience in the process of attaching the window member 20 to the attachment portion 14 so that the optical axis C of the window member 20 is in a predetermined direction is improved.
  • the window member has a first main surface and a second main surface facing each other, and a side surface located between the first main surface and the second main surface, and at least one mark is a window member
  • the 1st mark and 2nd mark which were formed in the side may be included.
  • the direction of the optical axis C is indicated by the marks 26 a and 26 b formed on the side surface 20 c of the window member 20. Therefore, the convenience in the process of attaching the window member 20 to the attachment portion 14 so that the optical axis C of the window member 20 is in a predetermined direction is improved.
  • the first mark is arranged at a position different from the second mark in the plan view of the first main surface or the second main surface, and the first mark is arranged on the first main surface side in the plan view of the side surface.
  • the second mark may be arranged on the second main surface side.
  • the line connecting the mark 26a and the mark 26b is parallel to the direction of the optical axis C in plan view of the main surface 20a. Further, it is shown whether the inclination angle ⁇ of the optical axis C with respect to the normal line of the main surface 20a of the window member 20 is counterclockwise or clockwise. Therefore, the convenience in the process of attaching the window member 20 to the attachment portion 14 so that the optical axis C of the window member 20 is in a predetermined direction is improved.
  • each of the first mark and the second mark has a concave shape, a convex shape, or an uneven shape, and the gas laser tube is attached by fitting the first mark and the second mark. You may have a part.
  • the bonding strength between the window member 20 and the mounting portion 14 when the marks 26a and 26b are fitted to the protrusions 16a and 16b is increased. Accordingly, the gas tightness of the gas laser tube 10 in which the gas is sealed is improved.
  • the window member may be positioned on the gas laser tube so that the incident angle at which the laser light enters the window member is substantially equal to the Brewster angle.
  • the P-polarized component of the laser light is transmitted through the window member 20 without being reflected. Therefore, the light transmission efficiency of the window member 20 can be improved compared to a configuration in which the incident angle ⁇ is different from the Brewster angle.
  • the uniaxial crystal may be an artificial crystal.
  • the window member 20 has a high transmittance in a relatively wide wavelength range, and the light transmission efficiency is improved. Even when the wavelength of the laser beam is relatively short and the energy is strong, the optical characteristics are not easily lost and the progress of deterioration is slow. Furthermore, since artificial quartz does not have deliquescence, it has excellent water resistance.
  • the configuration of the window member is not particularly limited, but the window member may have, for example, a circular flat plate shape.
  • the mark 26a and 26b are formed on the side surface 20c of the window member 20 has been described.
  • the mark may be formed on the main surface of the window member. Further, the mark is not necessarily provided.
  • each embodiment described above is for facilitating understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
  • the present invention can be changed or improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
  • those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
  • each element included in each embodiment can be combined as much as technically possible, and combinations thereof are included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • SYMBOLS 1 Gas laser apparatus, 10 ... Gas laser tube, 12 ... Internal space, 14 ... Mounting part, 16a, 16b ... Projection part, 20 ... Window member, 20a, 20b ... Main surface, 20c ... Side surface, 22 ... Transmission region, 24 ... Peripheral area, 26a, 26b ... mark, 100 ... crystal

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Abstract

ガスレーザ装置（１）は、内部空間（１２）に封入されたガスを励起させることによりレーザ光を生成するガスレーザ管（１０）と、ガスレーザ管（１０）における軸方向の一端側に取り付けられる窓部材（２０）と、を備え、窓部材（２０）は、一軸性結晶である透過領域（２２）を有し、透過領域（２２）は、レーザ光が透過されるように構成され、透過領域（２２）を透過するレーザ光の光軸と、一軸性結晶の光学軸が略平行となるように窓部材（２０）がガスレーザ管（１０）に取り付けられる。

Description

ガスレーザ装置
　本発明は、ガスレーザ装置に関する。
　シリコンウエハ上に電子回路パターンを露光する半導体露光装置においては、チャンバ内部に封入されたガスの励起により光を発生させ、所定の波長を有する照射光を照射するガスレーザが一般的に用いられている。例えば、特許文献１には、ガスが充填されるチャンバと、レーザが透過される第１及び第２ウィンドウを備えるガス放電チャンバが開示されている。当該構成においては、第１及び第２ウィンドウとして、フッ化カルシウムやフッ化マグネシウムが用いられている。また、特許文献２には、ブリュースタ窓に水晶が用いられたガスレーザ管が開示されている。
特開２０１３－１２８１５６号公報 特開平９－２１４０２０号公報
　上述の通り、ウィンドウとして用いられる材料は様々であるが、当該ウィンドウはレーザ光が透過される部材であるため、当該ウィンドウにおいては光の損失が極力抑制され、光透過効率が高いことが好ましい。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、光透過効率が向上するガスレーザ装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係るガスレーザ装置は、内部空間に封入されたガスを励起させることによりレーザ光を生成するガスレーザ管と、ガスレーザ管における軸方向の一端側に取り付けられる窓部材と、を備え、窓部材は、一軸性結晶である透過領域を有し、透過領域は、レーザ光が透過されるように構成され、透過領域を透過するレーザ光の光軸と、一軸性結晶の光学軸が略平行となるように窓部材がガスレーザ管に取り付けられる。
　本発明によれば、光透過効率が向上するガスレーザ装置を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るガスレーザ装置を模式的に示した図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るガスレーザ装置の窓部材の主面の平面図である。 図３Ａは、一軸性結晶における複屈折性を説明するための図である。 図３Ｂは、一軸性結晶における複屈折性を説明するための図である。 図４は、本発明の一実施形態に係るガスレーザ装置の窓部材の側面の平面図である。 図５は、図２のＶ－Ｖ線断面図である。
　以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
　図１及び図２を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るガスレーザ装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガスレーザ装置を模式的に示した図であり、図２は、本発明の一実施形態に係るガスレーザ装置の窓部材の主面の平面図である。なお、図１は、ガスレーザ装置１の断面を示した図である。
　図１に示されるように、ガスレーザ装置１は、ガスレーザ管１０及び窓部材２０を備える。ガスレーザ装置１は、ガスレーザ管１０において生成されたレーザ光Ｌを窓部材２０を介して対象物に照射するための装置である。以下の説明においては、ガスレーザ装置１がエキシマレーザである場合を例として説明する。なお、ガスレーザ装置１は、図１に示される要素以外の要素を含んでいてもよい。
　ガスレーザ装置１の用途は特に限定されないが、例えば、半導体露光装置に適用され、集積回路の製造におけるシリコンウエハ上の回路パターン形成のための露光に用いられる。あるいは、ワーク表面の物性を変化させる表面改質、電子部品等の接着やレジスト硬化等のキュアリング（光硬化）、ワーク表面に付着した有機物を除去するための光洗浄等に用いられてもよい。さらには、レーシック手術等の医療機器に適用されてもよい。
　ガスレーザ管１０は、例えば軸方向に延在する管状をなす。なお、ガスレーザ管１０の外形形状は、例えば円柱状又は多角柱状である。ガスレーザ管１０と、後述する窓部材２０とで形成される内部空間１２には、ガスが封入されている。ガスが封入された状態において、例えばガスを励起させるシステム（不図示）により内部空間１２に放電が生じると、ガスが励起される。当該励起されたガスは、元の状態に戻ろうとするため、その際に放出されるエネルギーによりレーザ光Ｌが生成される。レーザ光Ｌは、その用途に応じて適宜様々であるが、具体的には例えば紫外光（例えば、波長４００ｎｍ以下）や深紫外光（例えば、波長１５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下）である。なお、内部空間１２に充填されるガスは特に限定されないが、例えば、バッファーガス（ネオン又はヘリウム等）と、希ガス（クリプトン又はアルゴン等）と、ハロゲン（フッ素等）との混合ガスであってもよい。封入されるガスの種類や割合に応じて、発振波長を調整することができる。
　また、ガスレーザ管１０は、後述する窓部材２０が取り付けられる取付部１４を備える。取付部１４は、後述する突起部１６ａ，１６ｂを有する。取付部１４の材料は、特に限定されないが、例えば弾性体、金属、ガラス又は水晶等である。ガスレーザ管１０の取付部１４と窓部材２０は、例えば、ろう材などの金属接合、ガラス接着、樹脂接着又はシロキサン結合などにより接合される。
　窓部材２０は、ガスレーザ管１０の軸方向の少なくとも一端側に取り付けられている。窓部材２０は、ガスレーザ管１０の内部空間１２において生成されたレーザ光Ｌを透過させて出力する。窓部材２０は、ガスレーザ管１０の内部空間１２側の主面２０ａ（第１主面）と、主面２０ａに対向する外側の主面２０ｂ（第２主面）と、主面２０ａと主面２０ｂとの間に位置する側面２０ｃとを有する。
　図２は、窓部材２０を内部空間１２側の主面２０ａ側から見た平面図である。図２に示されるように、窓部材２０は、例えば円形平板状をなしている。窓部材２０は、主面２０ａ又は主面２０ｂの平面視において、円形の中央付近に位置する透過領域２２と、透過領域２２の外側に位置する周辺領域２４とを有する。すなわち、透過領域２２はレーザ光Ｌが透過される領域であり、周辺領域２４は後述するマーク２６ａ，２６ｂが形成されたり、取付部１４が接合される領域である。なお、窓部材２０の形状は一例であり、円形平板状に限定されない。例えば窓部材２０は、主面の平面視における形状が円形状の代わりに多角形状であってもよく、また主面が平面の代わりに曲面であってもよい。
　本実施形態において、窓部材２０は、光学軸（ｏｐｔｉｃ　ａｘｉｓ）を一方向のみ備える結晶（すなわち、一軸性結晶）によって構成される。一軸性結晶の例としては、人工水晶、天然水晶、石英、方解石、ジルコン等が挙げられるが、本明細書においては窓部材２０が人工水晶である構成を例として説明する。人工水晶は、他の材料（例えば合成石英ガラス）に比べて広い波長の範囲において高い透過率を有している。また、人工水晶は、レーザ光の波長が比較的短くエネルギーが強力な場合（例えば、深紫外光）であっても、光学的特徴が損なわれにくく劣化の進行が遅い。さらに、人工水晶は潮解性を有しないため、耐水性に優れる。従って、人工水晶はレーザ光を透過する窓部材として好適に機能する。なお、窓部材２０は人工水晶とは異なる材料により構成されてもよい。
　図１に示されるように、窓部材２０は、入射されるレーザ光Ｌの光軸（ｏｐｔｉｃａｌ　ａｘｉｓ）と主面２０ａの法線とのなす角（すなわち、レーザ光Ｌの入射角）θが、ブリュースタ角と略等しくなるように取り付けられている。これにより、レーザ光ＬのＳ偏光成分は一部が主面２０ａにおいて反射されて反射光Ｒｓとなるが、Ｐ偏光成分は主面２０ａにおける反射率がゼロとなる。すなわち、Ｐ偏光成分は、理想的には反射光が発生せず、全てが透過される。ここで、窓部材２０を透過する光は、Ｓ偏光成分の透過光ＴｓとＰ偏光成分の透過光Ｔｐとの合計である。従って、入射角θがブリュースタ角と略等しければ、入射角θがブリュースタ角と異なる構成に比べて、窓部材２０における光透過効率が向上する。なお、窓部材２０は、入射角θがブリュースタ角と略等しくなるように取り付けられることが好ましいが、ブリュースタ角と等しくなくとも、Ｐ偏光成分の反射率が比較的小さくなるように取り付けられていればよい。
　次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照しつつ、窓部材２０の結晶方位について詳細に説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、一軸性結晶における複屈折性を説明するための図である。具体的には、図３Ａ及び図３Ｂは、いずれも光Ｘが入射角αで結晶１００に入射した場合における光の反射及び透過の様子を示している。ここで、結晶１００は異方性を持つ結晶であり、光学軸Ｃを有するものとする。
　まず、図３Ａに示されるように、結晶１００を透過する光Ｘの光軸が結晶１００の光学軸Ｃと平行でない場合、光Ｘは振動面が互いに直交している正常光と異常光とに分かれて伝搬する。これは、結晶１００の結晶構造上、光線の位相速度が伝搬方向に応じて異なることにより、正常光と異常光の屈折率が異なるためである。従って、正常光の透過光Ｔｏと異常光の透過光Ｔｅの光路は分離され、複屈折が生じる（図３Ａ参照）。これにより、入射光に対する透過光のエネルギーが減少し、すなわち結晶１００の光透過効率が低下する。なお、例えば結晶１００が水晶である場合、正常光の屈折率は異常光の屈折率より大きくなる。
　一方、図３Ｂに示されるように、結晶１００を透過する光Ｘの光軸が結晶１００の光学軸Ｃと平行である場合、結晶１００における正常光と異常光の屈折率は等しくなる。従って、正常光と異常光の光路は分離せず、正常光の透過光Ｔｏと異常光の透過光Ｔｅとが等しい光路で透過される。これにより、入射光に対する透過光のエネルギーが増大し、すなわち結晶１００の光透過効率が向上する。このように、透過光の損失を抑制するためには、透過光の分離が生じないか、あるいは分離が生じても分離幅が小さいことが望ましい。
　この点、本実施形態においては、窓部材２０の人工水晶の光学軸Ｃと、窓部材２０を進行するレーザ光Ｌの光軸とのなす角が小さくなるように窓部材２０が取り付けられる。より好適には、図１に示されるように、光学軸Ｃと窓部材２０を進行するレーザ光Ｌの光軸とが略平行となるように窓部材２０が取り付けられることが好ましい。これにより、窓部材２０における正常光と異常光の分離が抑制される。従って、窓部材２０の光透過効率を向上させることができる。なお、窓部材２０が水晶である場合、光学軸Ｃは水晶の結晶軸におけるＺ軸と同様の方向である。
　上述の通り、本実施形態によれば、窓部材２０の光学軸Ｃが窓部材２０を透過するレーザ光の光軸と略平行となるように窓部材２０が設けられている。これにより、透過光の分離が抑制され、窓部材２０の光透過効率を向上させることができる。
　また、特許文献１に開示されるように窓部材がフッ化カルシウムやフッ化マグネシウムからなる場合、フッ化物材料は吸湿性や潮解性を有するため、耐水性が不十分であり得る。この点、本実施形態によれば、窓部材２０が人工水晶からなるため、特許文献１に開示される構成に比べて耐水性を向上させることができる。
　なお、上記実施形態では、窓部材２０の全体が一軸性結晶により構成される例が示されているが、窓部材２０のうち少なくとも透過領域が一軸性結晶であればよく、透過領域を除く周辺領域は、レーザ光を実質的に透過しない材質又は反射する材質であってもよい。
　また、窓部材２０の主面２０ａのいずれかの領域に反射部材が設けられることにより、ガスレーザ管１０の内部空間１２においてレーザ光を反射させてもよい。これにより、ガスレーザ管１０の内部空間１２で生成されたレーザ光と、反射部材において反射された反射光とが窓部材２０を透過するため、より効果的に光照射を行うことができる。
　また、図１では図示が省略されているが、ガスレーザ管１０の入射側も窓部材２０と同様の窓部材が設けられていてもよい。この場合、入射側の窓部材も、窓部材２０と同様に、ガスレーザ装置の外部から入射されるレーザ光の光軸と、当該窓部材の光学軸とが略平行となるように窓部材が取り付けられることが好ましい。
　次に、図１、図２、図４及び図５を参照しつつ、上述の人工水晶の取り付けの一態様について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るガスレーザ装置の窓部材の側面の平面図であり、図５は、図２のＶ－Ｖ線断面図である。具体的には、図４は、図２に示される矢印の方向から見た窓部材２０の側面の平面視である。
　図５に示されるように、本実施形態においては、窓部材２０の側面２０ｃに、光学軸Ｃの方向を示す凹状のマーク２６ａ（第１マーク），２６ｂ（第２マーク）が形成されている。マーク２６ａ，２６ｂの形成方法は特に限定されないが、例えば窓部材２０のＸ線回折分析を行って光学軸の結晶方位を計測し、当該光学軸の方向に基づいて窓部材２０に切欠きを施すことにより形成することができる。
　図２に示されるように、一方のマーク２６ａは、窓部材２０の主面２０ａの平面視において、他方のマーク２６ｂとは異なる位置に配置されている。例えば本実施形態では、マーク２６ａ，２６ｂは、それぞれ、主面２０ａの周辺領域２４において、主面２０ａの中心を介して対向する位置（すなわち、主面２０ａの円の直径の位置）に配置されている。例えば、マーク２６ａとマーク２６ｂとを結んだ線は、主面２０ａの平面視における光学軸Ｃの方向と平行であることを示している。
　また、図５に示されるように、一方のマーク２６ａは主面２０ａ側の側面２０ｃに配置され、他方のマーク２６ｂは主面２０ｂ側の側面２０ｃに配置されている。これにより、マーク２６ａ，２６ｂは、窓部材２０の主面２０ａの法線に対する光学軸Ｃの傾き角φの方向を示す。具体的には、マーク２６ａ，２６ｂは、図５に示される断面の平面視において、窓部材２０の主面２０ａの法線を基準とした光学軸Ｃの傾き角φが反時計回りであるか時計回りであるかを示す。本実施形態では、図５に示される断面の平面視において、マーク２６ａとマーク２６ｂとを結んだ線が、窓部材２０の主面２０ａの法線を基準として反時計回りの方向に傾いているため、光学軸Ｃも反時計回りに傾いていることを示している。なお、傾き角φの一具体例としては、例えばレーザ光の波長が１９３ｎｍの場合には、当該傾き角φが３０．８６±０．１度となるように窓部材２０が水晶結晶から切り出される。
　また、図１に示されるように、窓部材２０の凹状のマーク２６ａ，２６ｂに対応するように、取付部１４には凸状の突起部１６ａ，１６ｂが形成されている。このように、窓部材２０のマーク２６ａ，２６ｂと取付部１４の突起部１６ａ，１６ｂが嵌合されることにより、窓部材２０が取付部１４に取り付けられるとともに、レーザ光Ｌの光軸に対して窓部材２０の光学軸Ｃの方向が所定の方向となるように窓部材２０が位置決めされる。
　上述の通り、マーク２６ａ，２６ｂは、光学軸Ｃの３次元空間上での方向を示す目印としての機能を備えるとともに、取付部１４に取り付けられることにより窓部材２０の角度及び方向を一意に決める位置決め機構としての機能を備える。これにより、ガスレーザ装置１の製造時において、窓部材２０の光学軸Ｃが所定の方向となるように窓部材２０を取付部１４に取り付ける工程での利便性が向上する。また、マーク２６ａ，２６ｂ及び突起部１６ａ，１６ｂを備えない構成に比べて、凹状のマーク２６ａ，２６ｂが突起部１６ａ，１６ｂと嵌合されたときの窓部材２０と取付部１４との接合強度が増大する。従って、ガスが封入されるガスレーザ管１０の気密性が向上する。なお、マークの形状は例示であり、これに限定されない。例えば、マークは凹状の代わりに凸状又は凹凸状であってもよく、取付部の形状もマークに対応して凸状の代わりに凹状又は凹凸状であってもよい。また、窓部材２０又は取付部１４にそれぞれ形成されるマーク及び突起部は２つに限られず、１つ又は３つ以上であってもよい。
　以上のとおり、本発明の各実施形態に係るガスレーザ装置１は、上述したいずれか１つ又は複数の組み合わせによる以下の構成及び作用効果を有する。
　本実施形態に係るガスレーザ装置は、内部空間に封入されたガスを励起させることによりレーザ光を生成するガスレーザ管と、ガスレーザ管における軸方向の一端側に取り付けられる窓部材と、を備え、窓部材は、一軸性結晶である透過領域を有し、透過領域は、レーザ光が透過されるように構成され、透過領域を透過するレーザ光の光軸と、一軸性結晶の光学軸が略平行となるように窓部材がガスレーザ管に取り付けられる。
　これによれば、窓部材２０の光学軸Ｃと窓部材２０を透過するレーザ光の光軸とが略平行となる。従って、透過光の分離が抑制され、窓部材２０の光透過効率を向上させることができる。
　上記構成において、窓部材は、透過領域を含む主面を有し、主面の平面視における光学軸の方向を示す少なくとも一つのマークが窓部材に形成されてもよい。
　これによれば、ガスレーザ装置１の製造時において、窓部材２０の光学軸Ｃが所定の方向となるように窓部材２０を取付部１４に取り付ける工程での利便性が向上する。
　上記構成において、窓部材は、互いに対向する第１主面及び第２主面と、第１主面と第２主面の間に位置する側面とを有し、少なくとも一つのマークは、窓部材の側面に形成された第１マーク及び第２マークを含んでもよい。
　これによれば、窓部材２０の側面２０ｃに形成されたマーク２６ａ，２６ｂにより、光学軸Ｃの方向が示される。従って、窓部材２０の光学軸Ｃが所定の方向となるように窓部材２０を取付部１４に取り付ける工程での利便性が向上する。
　上記構成において、第１主面又は第２主面の平面視において、第１マークが第２マークとは異なる位置に配置され、側面の平面視において、第１マークが第１主面側に配置され、第２マークが第２主面側に配置されてもよい。
　これによれば、マーク２６ａとマーク２６ｂとを結んだ線が主面２０ａの平面視における光学軸Ｃの方向と平行であることが示される。また、窓部材２０の主面２０ａの法線を基準とした光学軸Ｃの傾き角φが反時計回りであるか時計回りであるかが示される。従って、窓部材２０の光学軸Ｃが所定の方向となるように窓部材２０を取付部１４に取り付ける工程での利便性が向上する。
　上記構成において、第１マーク及び第２マークは、それぞれ、凹状、凸状及び凹凸状のいずれかの形状を有し、ガスレーザ管は、第１マーク及び第２マークが嵌合されて取り付けられる取付部を有してもよい。
　これによれば、マーク２６ａ，２６ｂが突起部１６ａ，１６ｂと嵌合されたときの窓部材２０と取付部１４との接合強度が増大する。従って、ガスが封入されるガスレーザ管１０の気密性が向上する。
　上記構成において、レーザ光が窓部材に入射する入射角が、ブリュースタ角に略等しくなるように、窓部材がガスレーザ管に位置決めされてもよい。
　これによれば、レーザ光のうちＰ偏光成分は、窓部材２０において反射光が発生せず、全てが透過される。従って、入射角θがブリュースタ角と異なる構成に比べて、窓部材２０の光透過効率を向上させることができる。
　上記構成において、一軸性結晶は人工水晶であってもよい。
　これによれば、窓部材２０が比較的広い波長の範囲において高い透過率を有し、光透過効率が向上する。また、レーザ光の波長が比較的短くエネルギーが強力な場合であっても、光学的特徴が損なわれにくく劣化の進行が遅い。さらに、人工水晶は潮解性を有しないため、耐水性に優れる。
　なお、上記構成において窓部材の構成は特に限定されないが、窓部材は、例えば円形平板状をなしていてもよい。
　なお、上記実施形態では、窓部材２０の側面２０ｃにマーク２６ａ，２６ｂが形成される例を説明したが、変形例としてマークは窓部材の主面に形成されていてもよい。また、マークは必ずしも備えられていなくてもよい。
　なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　１…ガスレーザ装置、１０…ガスレーザ管、１２…内部空間、１４…取付部、１６ａ，１６ｂ…突起部、２０…窓部材、２０ａ，２０ｂ…主面、２０ｃ…側面、２２…透過領域、２４…周辺領域、２６ａ，２６ｂ…マーク、１００…結晶

Claims (8)

  1. 　内部空間に封入されたガスを励起させることによりレーザ光を生成するガスレーザ管と、
    　前記ガスレーザ管における軸方向の一端側に取り付けられる窓部材と、
    　を備え、
    　前記窓部材は、一軸性結晶である透過領域を有し、
    　前記透過領域は、前記レーザ光が透過されるように構成され、
    　前記透過領域を透過する前記レーザ光の光軸と、前記一軸性結晶の光学軸が略平行となるように前記窓部材が前記ガスレーザ管に取り付けられる、ガスレーザ装置。
  2. 　前記窓部材は、前記透過領域を含む主面を有し、
    　前記主面の平面視における前記光学軸の方向を示す少なくとも一つのマークが前記窓部材に形成された、
    　請求項１に記載のガスレーザ装置。
  3. 　前記窓部材は、互いに対向する第１主面及び第２主面と、前記第１主面と前記第２主面の間に位置する側面とを有し、
    　前記少なくとも一つのマークは、前記窓部材の前記側面に形成された第１マーク及び第２マークを含む、
    　請求項２に記載のガスレーザ装置。
  4. 　前記第１主面又は前記第２主面の平面視において、前記第１マークが前記第２マークとは異なる位置に配置され、
    　前記側面の平面視において、前記第１マークが前記第１主面側に配置され、前記第２マークが前記第２主面側に配置される、
    　請求項３に記載のガスレーザ装置。
  5. 　前記第１マーク及び前記第２マークは、それぞれ、凹状、凸状及び凹凸状のいずれかの形状を有し、
    　前記ガスレーザ管は、前記第１マーク及び前記第２マークが嵌合されて取り付けられる取付部を有する、
    　請求項３又は４に記載のガスレーザ装置。
  6. 　前記レーザ光が前記窓部材に入射する入射角が、ブリュースタ角に略等しくなるように、前記窓部材が前記ガスレーザ管に位置決めされる、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載のガスレーザ装置。
  7. 　前記一軸性結晶は人工水晶である、
    　請求項１から６のいずれか一項に記載のガスレーザ装置。
  8. 　前記窓部材は、円形平板状をなしている、
    　請求項１から７のいずれか一項に記載のガスレーザ装置。
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