JP2586655B2 - 波長安定化レーザ装置 - Google Patents
波長安定化レーザ装置Info
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/0811—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は投影露光装置の光源に用いる波長安定化レー
ザ装置に関するものである。
ザ装置に関するものである。
従来の技術 近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、回路パター
ン露光用光源としてエキシマレーザが従来の高圧水銀ラ
ンプに代わるものとして注目されている。エキシマレー
ザはレーザ媒質としてクリプトン，キセノンなどの希ガ
スとふっ素，塩素などのハロゲンガスを組み合わせるこ
とにより、353nmから193nmの間のいくつかの波長で発振
線を得ることができる紫外レーザの１つである。特にふ
っ化クリプトンエキシマレーザは波長248nmで発振し、
水銀のｇ線（436nm）あるいはｉ線（365nm）の場合と比
べて倍以上集積度の高い、いわゆる超LSI製造への道を
開くものとして期待されている。
ン露光用光源としてエキシマレーザが従来の高圧水銀ラ
ンプに代わるものとして注目されている。エキシマレー
ザはレーザ媒質としてクリプトン，キセノンなどの希ガ
スとふっ素，塩素などのハロゲンガスを組み合わせるこ
とにより、353nmから193nmの間のいくつかの波長で発振
線を得ることができる紫外レーザの１つである。特にふ
っ化クリプトンエキシマレーザは波長248nmで発振し、
水銀のｇ線（436nm）あるいはｉ線（365nm）の場合と比
べて倍以上集積度の高い、いわゆる超LSI製造への道を
開くものとして期待されている。
これらエキシマレーザの利得バンド幅は約1nmと広
く、光共振器と組み合わせて発振させた場合、発振線が
0.5nm程度の帯域幅（半値全幅）を持つ。このように比
較的広い帯域幅を持つレーザ光を露光用光源として用い
た場合、ランプ光源の場合と同様、露光光学系に色収差
を補正した結像光学系を採用する必要がある。ところ
が、波長が350nm以下の紫外域では、結像光学系に用い
るレンズの光学材料の選択の幅が限られ、色収差補正が
困難となる。レーザ発振線の帯域幅を0.005nm程度にま
で単色化し、かつ中心波長の変動を防止できれば色収差
補正しない結像光学系が利用可能となり、エキシマレー
ザを光源とした投影露光装置が実現する。
く、光共振器と組み合わせて発振させた場合、発振線が
0.5nm程度の帯域幅（半値全幅）を持つ。このように比
較的広い帯域幅を持つレーザ光を露光用光源として用い
た場合、ランプ光源の場合と同様、露光光学系に色収差
を補正した結像光学系を採用する必要がある。ところ
が、波長が350nm以下の紫外域では、結像光学系に用い
るレンズの光学材料の選択の幅が限られ、色収差補正が
困難となる。レーザ発振線の帯域幅を0.005nm程度にま
で単色化し、かつ中心波長の変動を防止できれば色収差
補正しない結像光学系が利用可能となり、エキシマレー
ザを光源とした投影露光装置が実現する。
広い帯域幅を持つレーザ光を単色化するには、狭い透
過帯域を持つ波長選択素子をレーザ共振器内に設置する
方法が採用されてきた。第３図はこのような狭帯域の波
長安定化エキシマレーザの従来の構成を示す。第３図に
おいて全反射鏡３および半透過鏡４からなる光共振器内
に放電管１が置かれている。放電管１には希ガスとハロ
ゲンガスを含む媒質ガスが封入されており、放電励起に
よってレーザ発振する。放電管１と全反射鏡３の間には
気密室６が置かれ、気密室内には波長選択素子であるエ
アスペースエタロン5,5′が設置されている。エアスペ
ースエタロン（以下、単にエタロンと略す）は対向する
平行平板間の光の干渉を利用した波長選択素子であり、
周囲の気圧によって選択波長を変化させることができ
る。
過帯域を持つ波長選択素子をレーザ共振器内に設置する
方法が採用されてきた。第３図はこのような狭帯域の波
長安定化エキシマレーザの従来の構成を示す。第３図に
おいて全反射鏡３および半透過鏡４からなる光共振器内
に放電管１が置かれている。放電管１には希ガスとハロ
ゲンガスを含む媒質ガスが封入されており、放電励起に
よってレーザ発振する。放電管１と全反射鏡３の間には
気密室６が置かれ、気密室内には波長選択素子であるエ
アスペースエタロン5,5′が設置されている。エアスペ
ースエタロン（以下、単にエタロンと略す）は対向する
平行平板間の光の干渉を利用した波長選択素子であり、
周囲の気圧によって選択波長を変化させることができ
る。
レーザ出力の一部は波長検出器７に導かれその中心波
長が測定される。圧力制御器８は波長検出器７によって
測定されたレーザ光の中心波長が一定になるよう気密室
６内の圧力を調整し、中心波長の変動を防止している。
長が測定される。圧力制御器８は波長検出器７によって
測定されたレーザ光の中心波長が一定になるよう気密室
６内の圧力を調整し、中心波長の変動を防止している。
エタロンを２個用いるのは以下の理由による。エタロ
ンは干渉素子であるため、ある透過帯に隣合って必ず異
なる次数の透過帯が存在する。透過帯域幅に対する隣合
う透過帯までの距離の比をフィネスと呼ぶ。エキシマレ
ーザの波長域で製作可能なエタロンのフィネスはせいぜ
い20程度である。したがって、１個のエタロンで0.005n
m以下の対象幅を実現しようとすると隣合う透過帯の間
隔は0.1nm以下となり、第４図（ａ）に示すように媒質
の利得バンド幅内に複数の発振線が現われる。このよう
に複数の発振線が生じると、微細なパターンを結像する
という当初の目的を達成できないので、第２のエタロン
を配置してこのうち１本の発振線だけを選択してやる。
その様子を第４図（ｂ）に示す。第２のエタロンの透過
帯域幅は第１のエタロンの透過帯の間隔程度とすれば発
振線の単色化が実現し、投影露光用に適したエキシマレ
ーザが得られることになる。なお、それぞれエタロンの
透過波長はエタロンを傾けレーザ光の入射角を変化させ
ることによって独立に選択可能であり、容易に第11図
（ｂ）に示すような状態に調整することができる。
ンは干渉素子であるため、ある透過帯に隣合って必ず異
なる次数の透過帯が存在する。透過帯域幅に対する隣合
う透過帯までの距離の比をフィネスと呼ぶ。エキシマレ
ーザの波長域で製作可能なエタロンのフィネスはせいぜ
い20程度である。したがって、１個のエタロンで0.005n
m以下の対象幅を実現しようとすると隣合う透過帯の間
隔は0.1nm以下となり、第４図（ａ）に示すように媒質
の利得バンド幅内に複数の発振線が現われる。このよう
に複数の発振線が生じると、微細なパターンを結像する
という当初の目的を達成できないので、第２のエタロン
を配置してこのうち１本の発振線だけを選択してやる。
その様子を第４図（ｂ）に示す。第２のエタロンの透過
帯域幅は第１のエタロンの透過帯の間隔程度とすれば発
振線の単色化が実現し、投影露光用に適したエキシマレ
ーザが得られることになる。なお、それぞれエタロンの
透過波長はエタロンを傾けレーザ光の入射角を変化させ
ることによって独立に選択可能であり、容易に第11図
（ｂ）に示すような状態に調整することができる。
発明が解決しようとする課題 しかし、このような従来の波長安定化レーザでは、レ
ーザ出力を増大するにつれエタロンの変形が生じ複数の
発振線が現われるという欠点があった。すなわち、２個
のエタロンはその透過帯域幅を達えるため、平行平板間
のギャップ間隔が異なるように設計してある。このた
め、レーザ光を収集した場合、熱的変形によってそれぞ
れ異なる量の選択波長の変動を示す。その結果、レーザ
運転中に第11図（ｃ）に示すように第２のエタロンの透
過帯が第１図のエタロンの２本の透過帯にまたがるよう
な状態を生じ、複数の発振線が現われることがある。こ
のような状態下で露光用光源として用いると、中心波長
検出が困難で波長の安定化が不可能になるばかりか、単
色レンズで投影されたパターンにボケを生じ、製品の不
良につながる。本発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、常に１本の発振線で発振することので
きる波長安定化レーザ装置を提供するものである。
ーザ出力を増大するにつれエタロンの変形が生じ複数の
発振線が現われるという欠点があった。すなわち、２個
のエタロンはその透過帯域幅を達えるため、平行平板間
のギャップ間隔が異なるように設計してある。このた
め、レーザ光を収集した場合、熱的変形によってそれぞ
れ異なる量の選択波長の変動を示す。その結果、レーザ
運転中に第11図（ｃ）に示すように第２のエタロンの透
過帯が第１図のエタロンの２本の透過帯にまたがるよう
な状態を生じ、複数の発振線が現われることがある。こ
のような状態下で露光用光源として用いると、中心波長
検出が困難で波長の安定化が不可能になるばかりか、単
色レンズで投影されたパターンにボケを生じ、製品の不
良につながる。本発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、常に１本の発振線で発振することので
きる波長安定化レーザ装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 この課題を解決するため本発明の波長安定化レーザ装
置は、レーザ媒質と第１の全反射鏡からなる光増幅器
と、気密室内に複数個設置した波長選択素子と第２の全
反射鏡からなる波長選択器とを互いの光軸が交叉するよ
うに半透過鏡で結合して光共振器を構成し、レーザ光の
発振波長を検出する手段と圧力制御手段とを設け、前記
気密室内の圧力を変化させるようにしたものである。
置は、レーザ媒質と第１の全反射鏡からなる光増幅器
と、気密室内に複数個設置した波長選択素子と第２の全
反射鏡からなる波長選択器とを互いの光軸が交叉するよ
うに半透過鏡で結合して光共振器を構成し、レーザ光の
発振波長を検出する手段と圧力制御手段とを設け、前記
気密室内の圧力を変化させるようにしたものである。
作用 この構成により、エタロンを通過するレーザ光のエネ
ルギーは従来例の場合のそれに半透過鏡の反射率を乗じ
た程度に低下するので、エタロンの受ける熱的負荷は著
しく低減し、複数の発振線が生じるようなエタロンの変
形を防止することができる。
ルギーは従来例の場合のそれに半透過鏡の反射率を乗じ
た程度に低下するので、エタロンの受ける熱的負荷は著
しく低減し、複数の発振線が生じるようなエタロンの変
形を防止することができる。
実施例 第１図は本発明の一実施例であるエキシマレーザの構
成図である。第１図において本発明実施例のレーザ装置
では、半透過鏡４と全反射鏡２との間の光軸上にエタロ
ン5,5′を設置して、特定の狭い帯域の波長だけを選択
する波長選択器22を具備している。一方、半透過鏡４と
全反射鏡３を結ぶ光軸上には希ガスとハロゲンガスの混
合気体をレーザ媒質とする放電管１を設置し、光増幅器
21を構成している。光増幅器21と波長選択器22は半透過
鏡４によってほぼ直交するように結合されている。波長
選択器22で選択された単色光は光増幅器21で増幅され、
レーザ光として半透過鏡４から光増幅器21の光軸方向に
取り出される。ここで、エタロン5,5′は内部の気圧を
調整可能な気密室内に設置してある。
成図である。第１図において本発明実施例のレーザ装置
では、半透過鏡４と全反射鏡２との間の光軸上にエタロ
ン5,5′を設置して、特定の狭い帯域の波長だけを選択
する波長選択器22を具備している。一方、半透過鏡４と
全反射鏡３を結ぶ光軸上には希ガスとハロゲンガスの混
合気体をレーザ媒質とする放電管１を設置し、光増幅器
21を構成している。光増幅器21と波長選択器22は半透過
鏡４によってほぼ直交するように結合されている。波長
選択器22で選択された単色光は光増幅器21で増幅され、
レーザ光として半透過鏡４から光増幅器21の光軸方向に
取り出される。ここで、エタロン5,5′は内部の気圧を
調整可能な気密室内に設置してある。
一方、全反射鏡２と半透過鏡４を結ぶ軸上にはビーム
スプリッタ10を置き、出力光の一部を波長検出器７に導
いている。波長検出器７はレーザ光の中心波長を基準値
と比較し、誤差信号を圧力制御器８へ送る。圧力制御器
８は誤差信号が零になるように気密室６内の圧力を調整
する結果、レーザ光の中心波長は常に一定に保たれるこ
とになる。
スプリッタ10を置き、出力光の一部を波長検出器７に導
いている。波長検出器７はレーザ光の中心波長を基準値
と比較し、誤差信号を圧力制御器８へ送る。圧力制御器
８は誤差信号が零になるように気密室６内の圧力を調整
する結果、レーザ光の中心波長は常に一定に保たれるこ
とになる。
ここで、放電管１を含む全反射鏡３と半透過鏡４の間
の光共振器内には、従来のレーザ装置の場合と同様、大
きな光エネルギーが定在する。一方、半透過鏡４と全反
射鏡２の間の空間では、放電管方向から来た光の大半が
半透過鏡によって光共振器外へ放射されるため、定在す
る光エネルギーはわずかである。したがって、半透過鏡
４の反射率がたとえば20％であるとすると、エタロン5,
5′を通過する光エネルギーは、第３図に示した従来例
の約1/5となる。この結果、エタロン5,5′は熱的変形を
受けにくく、発振線を１本に保てることになる。
の光共振器内には、従来のレーザ装置の場合と同様、大
きな光エネルギーが定在する。一方、半透過鏡４と全反
射鏡２の間の空間では、放電管方向から来た光の大半が
半透過鏡によって光共振器外へ放射されるため、定在す
る光エネルギーはわずかである。したがって、半透過鏡
４の反射率がたとえば20％であるとすると、エタロン5,
5′を通過する光エネルギーは、第３図に示した従来例
の約1/5となる。この結果、エタロン5,5′は熱的変形を
受けにくく、発振線を１本に保てることになる。
本発明者らの実験によれば、第３図に示したような従
来のエキシマレーザで出力を2W以上取り出そうとする
と、当初発振線が一本になるようにエタロンを調整して
おいても、発振開始後、数分以内に隣合う発振線が現わ
れ複数発振となる場合があった。しかし、本発明による
波長安定化レーザ装置では、出力を5Wとしても発振線が
複数になることはなかった。また、１つの気密室で２つ
のエタロンのギャップ間の気圧を同時に制御することで
中心波長を一定に保つことができた。
来のエキシマレーザで出力を2W以上取り出そうとする
と、当初発振線が一本になるようにエタロンを調整して
おいても、発振開始後、数分以内に隣合う発振線が現わ
れ複数発振となる場合があった。しかし、本発明による
波長安定化レーザ装置では、出力を5Wとしても発振線が
複数になることはなかった。また、１つの気密室で２つ
のエタロンのギャップ間の気圧を同時に制御することで
中心波長を一定に保つことができた。
エキシマレーザは媒質の利得が高いため、光共振器の
カップリング、すなわち本発明における半透過鏡の反射
率は10〜20％と低く取ることができる。したがって、本
発明は特にエキシマレーザにおいてその効果を発揮する
ものと言える。発明者らは、本実施例による波長安定化
レーザ装置の出力について実験，検討を加えた。実験は
レーザ媒質としてクリプトン，ふっ素を、希釈ガスとし
てヘリウム用いたKrFエキシマレーザについて行なっ
た。第７図は半透過鏡４の反射率に対するレーザ出力の
測定結果、およびレーザ出力から見積もったエタロン吸
収パワーの関係を示す。本発明による構成で、半透過鏡
の反射率を４％以上とすればレーザ発振する。また、半
透過鏡の反射率は40％以下とすれば、エタロンの吸収パ
ワーを従来例の場合より低く保つことができ、複数発振
を避けられた。
カップリング、すなわち本発明における半透過鏡の反射
率は10〜20％と低く取ることができる。したがって、本
発明は特にエキシマレーザにおいてその効果を発揮する
ものと言える。発明者らは、本実施例による波長安定化
レーザ装置の出力について実験，検討を加えた。実験は
レーザ媒質としてクリプトン，ふっ素を、希釈ガスとし
てヘリウム用いたKrFエキシマレーザについて行なっ
た。第７図は半透過鏡４の反射率に対するレーザ出力の
測定結果、およびレーザ出力から見積もったエタロン吸
収パワーの関係を示す。本発明による構成で、半透過鏡
の反射率を４％以上とすればレーザ発振する。また、半
透過鏡の反射率は40％以下とすれば、エタロンの吸収パ
ワーを従来例の場合より低く保つことができ、複数発振
を避けられた。
以上のような構成を有するので、本発明の波長安定化
レーザ装置はエタロンの熱的変形による発振線の複数化
を避けられ、一定波長の単色光を安定に放射できるもの
となる。
レーザ装置はエタロンの熱的変形による発振線の複数化
を避けられ、一定波長の単色光を安定に放射できるもの
となる。
発明の効果 以上説明したように、本発明は半透過鏡によってエタ
ロンへ入射するレーザパワーの低減を図っているので、
発振波長の単色性が安定に保たれ、露光用光源として最
適な波長安定化レーザを提供できるものである。
ロンへ入射するレーザパワーの低減を図っているので、
発振波長の単色性が安定に保たれ、露光用光源として最
適な波長安定化レーザを提供できるものである。
第１図は本発明の一実施例である狭帯域化レーザ装置の
構成を説明する図、第４図はレーザ波長選択の原理を説
明する図、第２図は半透過鏡の反射率に対するレーザ出
力およびエタロンが吸収するパワーの関係を示す図、第
３図は従来の波長安定化レーザの構成を示す図である。 １……放電管、2,3……全反射鏡、４……半透過鏡、5,
5′……ファブリペローエタロン、６……気密室、７…
…波長検出器、８……圧力制御器、10……ビームスプリ
ッタ、21……光増幅器、22……波長選択器。
構成を説明する図、第４図はレーザ波長選択の原理を説
明する図、第２図は半透過鏡の反射率に対するレーザ出
力およびエタロンが吸収するパワーの関係を示す図、第
３図は従来の波長安定化レーザの構成を示す図である。 １……放電管、2,3……全反射鏡、４……半透過鏡、5,
5′……ファブリペローエタロン、６……気密室、７…
…波長検出器、８……圧力制御器、10……ビームスプリ
ッタ、21……光増幅器、22……波長選択器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三升 睦己 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 三木 忠明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−84767（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−84682（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−113377（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】レーザ媒質と第１の全反射鏡からなる光増
幅器と、気密室内に複数個設置した波長選択素子と第２
の全反射鏡からなる波長選択器とを互いの光軸が交叉す
るように半透過鏡で結合して光共振器を構成し、レーザ
光の発振波長を検出する手段と圧力制御手段とを設け、
前記気密室内の圧力を変化させることを特徴とする波長
安定化レーザ装置。 - 【請求項２】半透過鏡の反射率が光共振器の光軸方向の
入射光に対して４％から40％の範囲にあることを特徴と
する請求項１記載の波長安定化レーザ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1249533A JP2586655B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 波長安定化レーザ装置 |
| US07/480,152 US5050174A (en) | 1989-02-14 | 1990-02-14 | Laser device |
| CA002010084A CA2010084C (en) | 1989-02-14 | 1990-02-14 | Laser device |
| EP90301598A EP0383586B1 (en) | 1989-02-14 | 1990-02-14 | Laser device |
| DE69012369T DE69012369T2 (de) | 1989-02-14 | 1990-02-14 | Laservorrichtung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1249533A JP2586655B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 波長安定化レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03110881A JPH03110881A (ja) | 1991-05-10 |
| JP2586655B2 true JP2586655B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=17194400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1249533A Expired - Fee Related JP2586655B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-09-26 | 波長安定化レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2586655B2 (ja) |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP1249533A patent/JP2586655B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03110881A (ja) | 1991-05-10 |
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