JP2715608B2 - 狭帯域化レーザ装置 - Google Patents
狭帯域化レーザ装置Info
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- JP2715608B2 JP2715608B2 JP498490A JP498490A JP2715608B2 JP 2715608 B2 JP2715608 B2 JP 2715608B2 JP 498490 A JP498490 A JP 498490A JP 498490 A JP498490 A JP 498490A JP 2715608 B2 JP2715608 B2 JP 2715608B2
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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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
- H01S3/08004—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
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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
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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、半導体集積回路の超微細加工等の露光用光
源として用いられる狭帯域化レーザ装置に関するもので
ある。
源として用いられる狭帯域化レーザ装置に関するもので
ある。
従来の技術 従来より、半導体集積回路の微細パターンの露光用光
源としてエキシマレーザが注目されている。エキシマレ
ーザはレーザ媒質としてクリプトン、キセノン等の希ガ
スとふっ素、塩素等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パターン
露光に十分な出力を有する発振線を得ることができる。
源としてエキシマレーザが注目されている。エキシマレ
ーザはレーザ媒質としてクリプトン、キセノン等の希ガ
スとふっ素、塩素等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パターン
露光に十分な出力を有する発振線を得ることができる。
これらエキシマレーザの利得バンド幅は、約1nmと広
く、光共振線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、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
幅が得られ、色収差の補正が困難となる。エキシマレー
ザを露光装置に用いる場合、レーザ発振線の帯域幅を0.
005nm程度にまで単色化できれば色収差補正をしない結
像光学系を利用することが可能となり、露光装置の光学
系の簡略化、更には、露光装置全体の小型化、価格の低
減を実現することができる。
く、光共振線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、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
幅が得られ、色収差の補正が困難となる。エキシマレー
ザを露光装置に用いる場合、レーザ発振線の帯域幅を0.
005nm程度にまで単色化できれば色収差補正をしない結
像光学系を利用することが可能となり、露光装置の光学
系の簡略化、更には、露光装置全体の小型化、価格の低
減を実現することができる。
広い帯域幅をも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フィルターを通せば良い。しか
し、この方法では、レーザ出力が著しく減衰し、露光用
光源として実用に供することができない。そこで、波長
選択素子を共振器内に設置し、出力を減衰させることな
く単色化する方法が一般に採用されている。この一例と
して、例えば、特開昭63−160287号公報記載の構成が知
られている。
過帯域を持つ波長選択フィルターを通せば良い。しか
し、この方法では、レーザ出力が著しく減衰し、露光用
光源として実用に供することができない。そこで、波長
選択素子を共振器内に設置し、出力を減衰させることな
く単色化する方法が一般に採用されている。この一例と
して、例えば、特開昭63−160287号公報記載の構成が知
られている。
以下、簡単にその構成を説明すると、第８図にその構
成を示すように、全反射鏡102および半透過鏡103からな
る光共振器内に放電管101が設置されている。放電管101
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。光共振器中に
は波長選択素子であるファブリペローエタン104が設置
されている。
成を示すように、全反射鏡102および半透過鏡103からな
る光共振器内に放電管101が設置されている。放電管101
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。光共振器中に
は波長選択素子であるファブリペローエタン104が設置
されている。
このような構成のエキシマレーザ装置は、ファブリペ
ローエタン104で選択された特定の波長の光106、107、1
08、109だけが増幅、発振するので、非常に狭い帯域幅
で、かつ高い出力光105を得ることができる。
ローエタン104で選択された特定の波長の光106、107、1
08、109だけが増幅、発振するので、非常に狭い帯域幅
で、かつ高い出力光105を得ることができる。
発明が解決しようとする課題 しかし、上記従来の狭帯域化レーザ装置では、光共振
器内に定在する高いエネルギーの光が波長選択素子を通
過するため、波長選択素子の変形や劣化を招き、選択波
長の変動や、出力の低下が発生し、その結果、露光装置
の光源として用いた場合、製品には不良を生じるなどの
課題があった。
器内に定在する高いエネルギーの光が波長選択素子を通
過するため、波長選択素子の変形や劣化を招き、選択波
長の変動や、出力の低下が発生し、その結果、露光装置
の光源として用いた場合、製品には不良を生じるなどの
課題があった。
本発明は、このような従来技術の課題を解決するもの
で、波長選択素子の変形、劣化による波長変動や出力の
低下がない狭帯域化レーザ装置を提供することを目的と
する。
で、波長選択素子の変形、劣化による波長変動や出力の
低下がない狭帯域化レーザ装置を提供することを目的と
する。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するための本発明の技術的解決手段
は、少なくともレーザ媒質と、このレーザ媒質を貫く共
振器光路を作る第１および第２の反射鏡からなる光共振
器と、上記共振器光路中に設けられた部分偏光分離器お
よび偏光分離器と、上記レーザ媒質から上記偏光分離器
を通り、出力光が出力される出力光路以外の上記共振器
光路中に設けられた波長選択素子と、上記部分偏光分離
器から分かれる共振器光路以外の光路中に設けられた波
長位相器および第３の反射鏡を備えたものである。
は、少なくともレーザ媒質と、このレーザ媒質を貫く共
振器光路を作る第１および第２の反射鏡からなる光共振
器と、上記共振器光路中に設けられた部分偏光分離器お
よび偏光分離器と、上記レーザ媒質から上記偏光分離器
を通り、出力光が出力される出力光路以外の上記共振器
光路中に設けられた波長選択素子と、上記部分偏光分離
器から分かれる共振器光路以外の光路中に設けられた波
長位相器および第３の反射鏡を備えたものである。
そして、上記反射鏡、波長位相器、部分偏光分離器、
偏光分離器および波長選択素子は、これらの素子の機能
の少なくとも一部が複合化することができる。また、上
記波長位相器はファーストオーダ、マルチプルオーダの
波長板、フェーズリターダミラー、フェーズリターダー
プリズムから選ぶことができ、また、上記偏光分離器に
誘電体多層膜の偏光分離鏡を用い、また、上記部分偏光
分離悪に誘電体多層膜の偏光分離鏡を用いることができ
る。また、上記レーザ媒質が希ガスとハロゲンガスを組
み合わせたエキシマを用いることができる。また、上記
部分偏光分離器は偏光分離器と半透過鏡の組み合わせに
より構成し、または、透明基板の両面に偏光分離膜と半
透過膜を形成して構成することができる。
偏光分離器および波長選択素子は、これらの素子の機能
の少なくとも一部が複合化することができる。また、上
記波長位相器はファーストオーダ、マルチプルオーダの
波長板、フェーズリターダミラー、フェーズリターダー
プリズムから選ぶことができ、また、上記偏光分離器に
誘電体多層膜の偏光分離鏡を用い、また、上記部分偏光
分離悪に誘電体多層膜の偏光分離鏡を用いることができ
る。また、上記レーザ媒質が希ガスとハロゲンガスを組
み合わせたエキシマを用いることができる。また、上記
部分偏光分離器は偏光分離器と半透過鏡の組み合わせに
より構成し、または、透明基板の両面に偏光分離膜と半
透過膜を形成して構成することができる。
作用 本発明によれば、レーザ媒質を貫き波長選択素子を通
る光共振器で作られた特定の波長面の光が一部分だけ部
分偏光分離器より取り出され、波長位相器で偏光面を変
換され、再度、レーザ媒質で増幅された後、偏光分離器
により出力光として出力される。したがって、波長選択
素子を通過する光エネルギーは、レーザ媒質の増幅率で
出力光を割算した程度に低下し、波長選択素子の変形、
劣化は著しく低減する。
る光共振器で作られた特定の波長面の光が一部分だけ部
分偏光分離器より取り出され、波長位相器で偏光面を変
換され、再度、レーザ媒質で増幅された後、偏光分離器
により出力光として出力される。したがって、波長選択
素子を通過する光エネルギーは、レーザ媒質の増幅率で
出力光を割算した程度に低下し、波長選択素子の変形、
劣化は著しく低減する。
実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説
明する。
明する。
まず、本発明の第１の実施例について説明する。
第１図は本発明の第１の実施例における狭帯域化レー
ザ装置を示す構成図である。第１図に示すように、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と、レーザ媒質を貫く共振器光路を作る第１および第
２の全反射鏡２および３からなる光共振器により、紫外
域でレーザ発振する。光共振器の作る共振器光路中には
放電管１と第１の全反射鏡２の間で部分偏光分離器４が
設置されると共に、放電管１と第２の反射鏡３の間で偏
光分離器５が設置されている。部分偏光分離器４は偏光
の異なる光の伝播方向を分離するが、完全に分離せず、
一方の偏光成分については部分的に透過や反射を行な
う。例えば、Ｓ偏光の光については100％反射するが、
Ｐ偏光の光については比率Ｔだけ透過させ、比率（１−
Ｔ）だけ反射する機能を有する。この比率Ｔについては
後に詳細に説明するが、0.05〜0.8程度の数値である。
偏光分離器５は偏光の異なる光の伝播方向を分離するも
ので、例えば、Ｐ偏光の光については100％透過させ、
Ｓ偏光の光については100％反射する機能を有する。放
電管１で放電励起により発振した光が偏光分離器５を通
り、出力光19として出力される出力光路以外の共振器光
路中、すなわち、部分偏光分離器４と第１の全反射鏡２
との間に波長選択素子であるファブリペローエタロン６
が設置されている。部分偏光分離器４から分かれる共振
器光路以外の光路中に偏光を変換する1/4波長位相器７
と第３の全反射鏡８が設置されている。
ザ装置を示す構成図である。第１図に示すように、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と、レーザ媒質を貫く共振器光路を作る第１および第
２の全反射鏡２および３からなる光共振器により、紫外
域でレーザ発振する。光共振器の作る共振器光路中には
放電管１と第１の全反射鏡２の間で部分偏光分離器４が
設置されると共に、放電管１と第２の反射鏡３の間で偏
光分離器５が設置されている。部分偏光分離器４は偏光
の異なる光の伝播方向を分離するが、完全に分離せず、
一方の偏光成分については部分的に透過や反射を行な
う。例えば、Ｓ偏光の光については100％反射するが、
Ｐ偏光の光については比率Ｔだけ透過させ、比率（１−
Ｔ）だけ反射する機能を有する。この比率Ｔについては
後に詳細に説明するが、0.05〜0.8程度の数値である。
偏光分離器５は偏光の異なる光の伝播方向を分離するも
ので、例えば、Ｐ偏光の光については100％透過させ、
Ｓ偏光の光については100％反射する機能を有する。放
電管１で放電励起により発振した光が偏光分離器５を通
り、出力光19として出力される出力光路以外の共振器光
路中、すなわち、部分偏光分離器４と第１の全反射鏡２
との間に波長選択素子であるファブリペローエタロン６
が設置されている。部分偏光分離器４から分かれる共振
器光路以外の光路中に偏光を変換する1/4波長位相器７
と第３の全反射鏡８が設置されている。
以上のような構成において、以下、その動作について
説明する。
説明する。
放電管１で発振した光は、部分偏光分離器４でＰ偏光
した光の一部分が透過する。この光９は波長選択素子で
あるファブリペローエタン６により特定の波長の光だけ
が選択され、第１の全反射鏡２で反射されて光10となっ
て帰る。光10は上記のようにＰ偏光であるので、部分偏
光分離器４を一部分が通過して光11となり、放電管１で
増幅されて光12となる。光12はＰ偏光であるので、偏光
分離器５を通過し、第２の全反射鏡３で反射されて再び
偏光分離器５を通過し、光13となる。光13は放電管１で
増幅され、光14となり、その一部分が部分偏光分離器４
を通り、光９となって上記と同様に発振を継続する。光
14の他の一部分は部分偏光分離器４で反射されて光15と
なり、1/4波長位相器を通り、第３の全反射鏡８で反射
されて再び1/4波長位相器７を通り、Ｐ偏光がＳ偏光に
変換されて光16となる。一般に光を1/4波長位相器７に
２度通過させると、この1/4波長位相器７は1/2波長位相
器と同等の機能となり、位相器７の光軸方向を入射光の
偏波面と45°傾けて設定すると、Ｐ偏光の入射光は全部
Ｓ偏光の光に変換されることが知られている。Ｓ偏光の
光16は部分偏光分離器４で100％反射されてＳ偏光の光1
7となり、放電管１で増幅され、Ｓ偏光の光18となり、
偏光分離器５で100％反射されてＳ偏光の出力光19とな
って出力される。
した光の一部分が透過する。この光９は波長選択素子で
あるファブリペローエタン６により特定の波長の光だけ
が選択され、第１の全反射鏡２で反射されて光10となっ
て帰る。光10は上記のようにＰ偏光であるので、部分偏
光分離器４を一部分が通過して光11となり、放電管１で
増幅されて光12となる。光12はＰ偏光であるので、偏光
分離器５を通過し、第２の全反射鏡３で反射されて再び
偏光分離器５を通過し、光13となる。光13は放電管１で
増幅され、光14となり、その一部分が部分偏光分離器４
を通り、光９となって上記と同様に発振を継続する。光
14の他の一部分は部分偏光分離器４で反射されて光15と
なり、1/4波長位相器を通り、第３の全反射鏡８で反射
されて再び1/4波長位相器７を通り、Ｐ偏光がＳ偏光に
変換されて光16となる。一般に光を1/4波長位相器７に
２度通過させると、この1/4波長位相器７は1/2波長位相
器と同等の機能となり、位相器７の光軸方向を入射光の
偏波面と45°傾けて設定すると、Ｐ偏光の入射光は全部
Ｓ偏光の光に変換されることが知られている。Ｓ偏光の
光16は部分偏光分離器４で100％反射されてＳ偏光の光1
7となり、放電管１で増幅され、Ｓ偏光の光18となり、
偏光分離器５で100％反射されてＳ偏光の出力光19とな
って出力される。
このような構成により、ファブリペローエタロン６に
入射する光９の強度に比較して、出力光19は放電管１に
より増幅された後で取り出されるので、レーザ媒質の増
幅率程度が大きく、相対的に波長選択素子であるファブ
リペローエタロン６の変形、劣化が著しく低減すること
となる。
入射する光９の強度に比較して、出力光19は放電管１に
より増幅された後で取り出されるので、レーザ媒質の増
幅率程度が大きく、相対的に波長選択素子であるファブ
リペローエタロン６の変形、劣化が著しく低減すること
となる。
以上の説明から本実施例の構成によれば、波長選択素
子であるファブリペローエタロン６の光負荷を大幅に低
減させることが可能であることについては明確である
が、更に、定量的に数式を用いて説明する。
子であるファブリペローエタロン６の光負荷を大幅に低
減させることが可能であることについては明確である
が、更に、定量的に数式を用いて説明する。
第１図において、光10〜18の強度をI10〜I18とする。
光９は特にファブリペローエタロン６の負荷光となるの
で、強度をIEとし、光19は出力光であるので、強度をI
outとした。ただし、光９〜15はＰ偏光の光であり、光1
6〜19はＳ偏光の光である。前述のように部分偏光分離
器４はＰ偏光の光を比率Ｔだけ透過させ、比率（１−
Ｔ）だけ反射させ、Ｓ偏光の光を100％反射させる。第
１、第２、第３の全反射鏡２、３、８は100％反射率と
し、ファブリペローエタロン６は損失をAEとして、（１
−AE）を透過率とする。また、放電管１より光が出る部
分は、通常、窓があるため、この部分でも光損失を生じ
るので、その損失をＡとする。すなわち、（１−Ａ）が
窓の透過率とする。1/4波長位相器７はＰ偏光の光を100
％Ｓ偏光に変換すると想定し、偏光分離器５はＳ偏光を
100％反射させ、Ｐ偏光を100％透過させる。レーザ媒質
の微小光での単位当りの増幅率をgoとし、放電管１の長
さをＬとする。
光９は特にファブリペローエタロン６の負荷光となるの
で、強度をIEとし、光19は出力光であるので、強度をI
outとした。ただし、光９〜15はＰ偏光の光であり、光1
6〜19はＳ偏光の光である。前述のように部分偏光分離
器４はＰ偏光の光を比率Ｔだけ透過させ、比率（１−
Ｔ）だけ反射させ、Ｓ偏光の光を100％反射させる。第
１、第２、第３の全反射鏡２、３、８は100％反射率と
し、ファブリペローエタロン６は損失をAEとして、（１
−AE）を透過率とする。また、放電管１より光が出る部
分は、通常、窓があるため、この部分でも光損失を生じ
るので、その損失をＡとする。すなわち、（１−Ａ）が
窓の透過率とする。1/4波長位相器７はＰ偏光の光を100
％Ｓ偏光に変換すると想定し、偏光分離器５はＳ偏光を
100％反射させ、Ｐ偏光を100％透過させる。レーザ媒質
の微小光での単位当りの増幅率をgoとし、放電管１の長
さをＬとする。
ここで、エキシマレーザのような高い増幅率のレーザ
を解析する時によく適合するとされる解析方法として、
リグロッドによるサチュレーション・エフェクトイン・
ハイケイン・レーザ、ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジッスク、第36巻,No8,2487〜2490頁、1965年、
（W.W.RIGROD,“Saturation Effects in High−Gain La
sers",Journal of Applied Physics,Vol.36,No8,P2487
〜P2490,Asgust 1965）に記載された方法がある。
を解析する時によく適合するとされる解析方法として、
リグロッドによるサチュレーション・エフェクトイン・
ハイケイン・レーザ、ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジッスク、第36巻,No8,2487〜2490頁、1965年、
（W.W.RIGROD,“Saturation Effects in High−Gain La
sers",Journal of Applied Physics,Vol.36,No8,P2487
〜P2490,Asgust 1965）に記載された方法がある。
次に、上記文献中の式を引用して解析を説明する。
上記文献のレーザ解析式を本実施例に適合すると、次
式が得られる（文献中の（７）、（11）式使用）。
式が得られる（文献中の（７）、（11）式使用）。
ここで、β４、γ１、γ２は文献中に表わされた値
で、本実施例の構成では次の式で与えられる。
で、本実施例の構成では次の式で与えられる。
β４＝Iout/｛（１−Ａ）（１−Ｒ）IS｝ ……（２） γ１＝β1/β４＝(1-A)2R ……（３） γ２＝β3/β２＝(1-A)2T2(1-AE)2/R ……（４） ここで、定数Ｒは放電管１を左方向に伝播する光の総
強度に対するＰ偏光成分強度の比率であり、次式で与え
られる。また、Isは飽和光強度である。
強度に対するＰ偏光成分強度の比率であり、次式で与え
られる。また、Isは飽和光強度である。
上記（１）〜（５）式から出力光強度I outは次式で
求められる。
求められる。
エタロン負荷光IEは次式により与えられる。
IE＝TI14＝Ｔ（１−Ａ）β２IS ……（７） 上記（７）式に上記（１）、（２）、（３）、
（４）、（５）式を使用すると、エタロン負荷光IEが次
式で求められる。
（４）、（５）式を使用すると、エタロン負荷光IEが次
式で求められる。
第２図に上記（６）、（８）式の計最結果を具体的に
示す。部分偏光分離器４のＰ偏光の透過率Ｔに対する飽
和光強度ISで規格化した出力光強度I out/ISと、エタロ
ン負荷光強度IE／ISを計算した結果である。
示す。部分偏光分離器４のＰ偏光の透過率Ｔに対する飽
和光強度ISで規格化した出力光強度I out/ISと、エタロ
ン負荷光強度IE／ISを計算した結果である。
次に、比較のため第８図で示した上記従来例の構成に
ついて同様の式を作って検討する。半透過鏡103の反射
率をＲとし、他は第１図の本発明実施例と同一条件とす
ると、上記の方法により、以下の式が求められる。ただ
し、第８図で示した従来の構成では偏光していないの
で、各部の光強度は光105、106、107、108、109に対し
てI105、I106、I107、I108とし、エタロンの光損失をAE
とし、窓の損失をＡとすることは実施例と同様である。
ついて同様の式を作って検討する。半透過鏡103の反射
率をＲとし、他は第１図の本発明実施例と同一条件とす
ると、上記の方法により、以下の式が求められる。ただ
し、第８図で示した従来の構成では偏光していないの
で、各部の光強度は光105、106、107、108、109に対し
てI105、I106、I107、I108とし、エタロンの光損失をAE
とし、窓の損失をＡとすることは実施例と同様である。
β２＝I106／｛（１−Ａ）IS｝ ……（９） γ１＝(1-A)2I109／I108 ……（10） γ２＝(1-A)2I107／I106 ……（11） I107＝RI106 ……（12） I109＝（１−ＡE）2I108 ……（13） Iout＝I105＝（１−Ｒ）I106 ……（14） これらの（１）′および（９）〜（14）式より出力I
outを求めると、次式が得られる。
outを求めると、次式が得られる。
次に、エタロンの負荷光強度は、上記文献より次式の
ように求めることができる。
ように求めることができる。
次に、エタロンの負荷光強度IEとβ4の関係は次式と
なる。
なる。
IE＝I108＝（１−Ａ）β4IS ……（16） 上記（１）′、（９）〜（16）式より、IEが次式と求
まる。
まる。
第９図に上記（15）、（17）式の計算結果を具体的に
示す。Ｐ偏光の透過率Ｔに対する飽和光強度ISで規格化
した出力光強度I out/ISとエタロン負荷光強度IE／ISの
計算した結果である。
示す。Ｐ偏光の透過率Ｔに対する飽和光強度ISで規格化
した出力光強度I out/ISとエタロン負荷光強度IE／ISの
計算した結果である。
ここで、第２図に示す本発明の実施例と第９図に示す
従来例を比較すると、同一I outでのIEについて本発明
の実施例の方が小さな値が得られることが明白である。
すなわち、第２図においてI out/IS＝0.3のとき、IE／I
S＝0.004であるのに対し、第８図においては、IE／IS＝
0.41と100倍以上の差があり、大幅なファブリペローエ
タロン６の入射光強度の低減が行なわれている。また、
注目すべき特徴として、従来例の第９図では、Ｒの値が
0.15で、出力の最大値I out/IS＝0.31となり、低い出力
しか得られないが、本発明の実施例ではＴ＝0.58で、最
大値I out/IS＝0.83が得られ、出力においても2.7倍の
高出力となり、レーザ装置としての効果も優れているこ
とを示している。
従来例を比較すると、同一I outでのIEについて本発明
の実施例の方が小さな値が得られることが明白である。
すなわち、第２図においてI out/IS＝0.3のとき、IE／I
S＝0.004であるのに対し、第８図においては、IE／IS＝
0.41と100倍以上の差があり、大幅なファブリペローエ
タロン６の入射光強度の低減が行なわれている。また、
注目すべき特徴として、従来例の第９図では、Ｒの値が
0.15で、出力の最大値I out/IS＝0.31となり、低い出力
しか得られないが、本発明の実施例ではＴ＝0.58で、最
大値I out/IS＝0.83が得られ、出力においても2.7倍の
高出力となり、レーザ装置としての効果も優れているこ
とを示している。
以上述べたように本実施例においては、波長選択素子
であるファブリペローエタン６を通過する光エネルギー
を大幅に低減すると共に、効率でも優れた特性を示す狭
帯域化レーザ装置が得られる。
であるファブリペローエタン６を通過する光エネルギー
を大幅に低減すると共に、効率でも優れた特性を示す狭
帯域化レーザ装置が得られる。
上記実施例では、波長選択素子としてファブリペロー
エタロン６を用いて説明を行なったが、他の波長選択素
子を用いても本発明を適用することができる。以下、こ
れらの構成について説明する。
エタロン６を用いて説明を行なったが、他の波長選択素
子を用いても本発明を適用することができる。以下、こ
れらの構成について説明する。
まず、第３図に示す構成図を参照しながら本発明の第
２の実施例について説明する。第３図において、20はグ
レーティングであり、他の部分は上記第１の実施例と同
様である。波長選択素子として光反射によって波長選択
されるグレーティング20を第１、第２の全反射鏡２、３
の作る共振器光路中に設置し、グレーティング20の回折
光によって共振器光路を形成する。他の部分の機能は上
記第１の実施例と同様であるので、その説明を省略す
る。
２の実施例について説明する。第３図において、20はグ
レーティングであり、他の部分は上記第１の実施例と同
様である。波長選択素子として光反射によって波長選択
されるグレーティング20を第１、第２の全反射鏡２、３
の作る共振器光路中に設置し、グレーティング20の回折
光によって共振器光路を形成する。他の部分の機能は上
記第１の実施例と同様であるので、その説明を省略す
る。
次に、第４図に示す構成図を参照しながら本発明の第
３の実施例について説明する。第４図において、30はプ
リズムであり、他の部分は上記第１の実施例と同様であ
る。波長選択素子として光屈折によって波長選択される
プリズム30を第１、第２の全反射鏡２、３の作る共振器
光路中に設置し、プリズム30の屈折光によって共振器光
路を形成する。他の部分の機能は上記第１の実施例と同
様であるので、その説明を省略する。
３の実施例について説明する。第４図において、30はプ
リズムであり、他の部分は上記第１の実施例と同様であ
る。波長選択素子として光屈折によって波長選択される
プリズム30を第１、第２の全反射鏡２、３の作る共振器
光路中に設置し、プリズム30の屈折光によって共振器光
路を形成する。他の部分の機能は上記第１の実施例と同
様であるので、その説明を省略する。
次に、他の波長位相器と第３の反射鏡を用いた、本発
明の第４の実施例について説明する。
明の第４の実施例について説明する。
第５図および第６図は本発明の第４の実施例を示し、
第５図（ａ）は構成図、第５図（ｂ）はフェーズリター
ダープリズムの底面図、第６図はフェーズリーターダー
プリズムの詳細な構成図である。第５図（ａ）、（ｂ）
において、40はフェーズリターダープリズムであり、他
の部分は上記第１の実施例と同様である。フェーズリタ
ーダープリズム40は第６図に示すように、入射するＰ偏
光の光15をＳ偏光に変換して逆方向の光16として返す機
能、すなわち、上記第１の実施例における1/4浜長板７
と第３の全反射鏡８の機能を一体化した機能を有する。
このフェーズリターダープリズム40は第５図（ａ）、
（ｂ）に示すように、45°傾けて設置され、Ｐ偏光の入
射光15を100％Ｓ偏光に変換して逆方向の光16として出
射させる。一般には０〜45°まで傾け角を変化すること
でＳ偏光に変換する割合を０〜100％まで自由に設定す
ることができる。フェーズリターダープリズム40は合成
石英CaF2などの高透過率材料で作られ、第６図に示すよ
うに、光15、光16が入射、出射する面43は無反射コート
（ARコート）され、入射光（光15）の表面直反射が出射
光（光16）と混合しないように、表面を２度程度傾けて
いる。このため、通常の45°プリズムと異なり、45°、
47°、88°が使用されている。光15がプリズム内部に入
って反射する面が90°位相反射面42で形成されている。
この面42は誘電体多層膜で誘電体の構成と厚みを設計す
ることにより、Ｐ偏光波とＳ偏光波の反射に90°位相差
を持たせたもので、1/4波長板と光学的には同等の機能
を有する。90°位相反射面42で反射した光は全反射面41
により正反射され、逆コースで出射光（光16）となる。
全反射面41も誘電体多層膜で容易に形成することができ
る。
第５図（ａ）は構成図、第５図（ｂ）はフェーズリター
ダープリズムの底面図、第６図はフェーズリーターダー
プリズムの詳細な構成図である。第５図（ａ）、（ｂ）
において、40はフェーズリターダープリズムであり、他
の部分は上記第１の実施例と同様である。フェーズリタ
ーダープリズム40は第６図に示すように、入射するＰ偏
光の光15をＳ偏光に変換して逆方向の光16として返す機
能、すなわち、上記第１の実施例における1/4浜長板７
と第３の全反射鏡８の機能を一体化した機能を有する。
このフェーズリターダープリズム40は第５図（ａ）、
（ｂ）に示すように、45°傾けて設置され、Ｐ偏光の入
射光15を100％Ｓ偏光に変換して逆方向の光16として出
射させる。一般には０〜45°まで傾け角を変化すること
でＳ偏光に変換する割合を０〜100％まで自由に設定す
ることができる。フェーズリターダープリズム40は合成
石英CaF2などの高透過率材料で作られ、第６図に示すよ
うに、光15、光16が入射、出射する面43は無反射コート
（ARコート）され、入射光（光15）の表面直反射が出射
光（光16）と混合しないように、表面を２度程度傾けて
いる。このため、通常の45°プリズムと異なり、45°、
47°、88°が使用されている。光15がプリズム内部に入
って反射する面が90°位相反射面42で形成されている。
この面42は誘電体多層膜で誘電体の構成と厚みを設計す
ることにより、Ｐ偏光波とＳ偏光波の反射に90°位相差
を持たせたもので、1/4波長板と光学的には同等の機能
を有する。90°位相反射面42で反射した光は全反射面41
により正反射され、逆コースで出射光（光16）となる。
全反射面41も誘電体多層膜で容易に形成することができ
る。
このように本実施例によれば、上記第１の実施例の1/
4波長位相器７と第３の全反射鏡８を一体化した機能を
有するフェーズリターダープリズム40を用いるので、構
成を簡略化すると共に、調整を容易に行なうことができ
る。なお、波長選択素子には、ファブリペローエタロン
６を用いても良く、また、上記第２、若しくは第３の実
施例で用いたグレーティング20、若しくはプリズム30を
用いても良い。
4波長位相器７と第３の全反射鏡８を一体化した機能を
有するフェーズリターダープリズム40を用いるので、構
成を簡略化すると共に、調整を容易に行なうことができ
る。なお、波長選択素子には、ファブリペローエタロン
６を用いても良く、また、上記第２、若しくは第３の実
施例で用いたグレーティング20、若しくはプリズム30を
用いても良い。
以上の各実施例では、Ｐ偏光の光で発振させ、Ｓ偏光
の光に変換して増幅し、出力する構成について説明した
が、これとは逆に、Ｓ偏光の光で発振させ、Ｐ偏光の光
に変換して増幅し、出力するように構成しても良く、こ
のときには、部分偏光分離器４や偏光分離器５の反射率
透過率の割合をＳ偏光とＰ偏光で上述の実施例と逆転さ
せれば良く、実施が容易な偏光を選ぶことが可能であ
る。
の光に変換して増幅し、出力する構成について説明した
が、これとは逆に、Ｓ偏光の光で発振させ、Ｐ偏光の光
に変換して増幅し、出力するように構成しても良く、こ
のときには、部分偏光分離器４や偏光分離器５の反射率
透過率の割合をＳ偏光とＰ偏光で上述の実施例と逆転さ
せれば良く、実施が容易な偏光を選ぶことが可能であ
る。
以上、本発明について実施例を用いながら説明したが
上記実施例の1/4波長位相器７はこの他にフレネルの菱
形プリズム、３回全反射超色消1/4波長板等、種々ある
が、露光用の大口径ビームを得るには、水晶板またはMg
F2を使用したファーストオーダー、またはマルチプルオ
ーダーの1/4波長板が良く、1/4波長位相器７は正確に1/
4波長の位相器でなくとも、偏光の成分比率を変えるこ
とが可能であるものであれば良い。
上記実施例の1/4波長位相器７はこの他にフレネルの菱
形プリズム、３回全反射超色消1/4波長板等、種々ある
が、露光用の大口径ビームを得るには、水晶板またはMg
F2を使用したファーストオーダー、またはマルチプルオ
ーダーの1/4波長板が良く、1/4波長位相器７は正確に1/
4波長の位相器でなくとも、偏光の成分比率を変えるこ
とが可能であるものであれば良い。
また、上記実施例の部分偏光分離器４は第７図（ａ）
に示すように、完全な偏光分離器50と反透過鏡51を組み
合わせて同じ機能に構成し、または、第７図（ｂ）に示
すように、一板の石英やCaF2などの透明基板の一面を誘
電体多層膜の偏光分離膜52で形成し、他面を半透過膜53
で形成して実効的に部分偏光分離器を構成するようにし
ても良い。
に示すように、完全な偏光分離器50と反透過鏡51を組み
合わせて同じ機能に構成し、または、第７図（ｂ）に示
すように、一板の石英やCaF2などの透明基板の一面を誘
電体多層膜の偏光分離膜52で形成し、他面を半透過膜53
で形成して実効的に部分偏光分離器を構成するようにし
ても良い。
また、上記実施例の偏光分離器５は多層膜キューブ偏
光器や、ブリュースター角度の透明板、ウォラストンプ
リズム等、種々あるが、露光用の大口径ビームを得るに
は誘電体多層膜蒸着の偏光分離鏡が良好である。
光器や、ブリュースター角度の透明板、ウォラストンプ
リズム等、種々あるが、露光用の大口径ビームを得るに
は誘電体多層膜蒸着の偏光分離鏡が良好である。
また、上記実施例では波長選択素子を部分偏光分離器
４と第１の全反射鏡２の間に設けたが、この場所以外で
も最も強い光である出力光が通るレーザ媒体から偏光分
離器５に到る出力光路以外の共振器光路中であれば光強
度は弱いので、波長選択素子を設けることができる。
４と第１の全反射鏡２の間に設けたが、この場所以外で
も最も強い光である出力光が通るレーザ媒体から偏光分
離器５に到る出力光路以外の共振器光路中であれば光強
度は弱いので、波長選択素子を設けることができる。
また、波長選択素子は上記実施例で用いたファブリプ
ローエタロン６、グレーティング20、プリズム30等を複
数個使用しても良いし、また、組み合わせても良い。ま
た、波長選択素子と全反射鏡を一体化した素子、例え
ば、グレーティングでエシャレ格子やエシャロン格子よ
り直接グレーティングの反射光の波長選択性を使用した
り、プリズムの片面を全反射鏡化して用いても良いし、
1/4波長位相器と全反射鏡を一体化し、MgF2や水晶位相
板の片面を全反射鏡化、すなわち、上記波長選択素子、
全反射鏡、1/4波長位相器、偏光分離器等はこれらの機
能を複合化した素子を使用して素子数を減らしても良
い。
ローエタロン６、グレーティング20、プリズム30等を複
数個使用しても良いし、また、組み合わせても良い。ま
た、波長選択素子と全反射鏡を一体化した素子、例え
ば、グレーティングでエシャレ格子やエシャロン格子よ
り直接グレーティングの反射光の波長選択性を使用した
り、プリズムの片面を全反射鏡化して用いても良いし、
1/4波長位相器と全反射鏡を一体化し、MgF2や水晶位相
板の片面を全反射鏡化、すなわち、上記波長選択素子、
全反射鏡、1/4波長位相器、偏光分離器等はこれらの機
能を複合化した素子を使用して素子数を減らしても良
い。
また、上記実施例で用いたフェーズリターダープリズ
ム40は類似の反射面がフェーズリタード機能を有するフ
ェーズリターダーミラーであっても良い。
ム40は類似の反射面がフェーズリタード機能を有するフ
ェーズリターダーミラーであっても良い。
また、上記実施例で用いた全反射鏡２、３は100％の
反射率である必要はなく、共振器を構成する反射率であ
れば良い。
反射率である必要はなく、共振器を構成する反射率であ
れば良い。
発明の効果 以上のべたように、本発明によれば、レーザ媒質を貫
き波長選択素子を通る光共振器で作られた特定の波長面
の光が一部分だけ部分偏光分離器より取り出され、波長
位相器で偏光面を変換され、再度、レーザ媒質で増幅さ
れた後、偏光分離器により出力光として出力される。し
たがって、波長選択素子を通過する光エネルギーは、レ
ーザ媒質の増幅率で出力光を割算した程度に低下し、波
長選択素子の変形、劣化は著しく低減するので、選択波
長の変動や、出力の低下がなく、露光用光源に最適な狭
帯域化レーザ装置を提供することができる。
き波長選択素子を通る光共振器で作られた特定の波長面
の光が一部分だけ部分偏光分離器より取り出され、波長
位相器で偏光面を変換され、再度、レーザ媒質で増幅さ
れた後、偏光分離器により出力光として出力される。し
たがって、波長選択素子を通過する光エネルギーは、レ
ーザ媒質の増幅率で出力光を割算した程度に低下し、波
長選択素子の変形、劣化は著しく低減するので、選択波
長の変動や、出力の低下がなく、露光用光源に最適な狭
帯域化レーザ装置を提供することができる。
第１図は本発明の第１の実施例における狭帯域化レーザ
装置を示す構成図、第２図は上記実施例の部分偏光分離
器の透過率に対する出力光強度およびファブリペローエ
タロン入射光強度の計算結果を示す特性図、第３図は本
発明の第２の実施例における狭帯域化レーザ装置を示す
構成図、第４図は本発明の第３の実施例における狭帯域
化レーザ装置を示す構成図、第５図は本発明の第４の実
施例における狭帯域化レーザ装置を示す構成図、第６図
はフェーズリターダープリズムの詳細な構成図、第７図
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に用いる部分偏光分離
器の他の例を示す構成図、第８図は従来の狭帯域化レー
ザ装置を示す構成図、第９図は上記従来の狭帯域化レー
ザ装置における半透過鏡反射率に対する出力光強度およ
びエタロン入射強度の計算結果を示す特性図である。 １…放電管、2,3…全反射鏡、４…部分偏光分離器、５
……偏光分離器、６…ファブリペローエタロン（波長選
択素子）、７…1/4波長位相器、８…全反射鏡、19…出
力光、20…グレーティング（波長選択素子）、30…プリ
ズム（波長選択素子）。
装置を示す構成図、第２図は上記実施例の部分偏光分離
器の透過率に対する出力光強度およびファブリペローエ
タロン入射光強度の計算結果を示す特性図、第３図は本
発明の第２の実施例における狭帯域化レーザ装置を示す
構成図、第４図は本発明の第３の実施例における狭帯域
化レーザ装置を示す構成図、第５図は本発明の第４の実
施例における狭帯域化レーザ装置を示す構成図、第６図
はフェーズリターダープリズムの詳細な構成図、第７図
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に用いる部分偏光分離
器の他の例を示す構成図、第８図は従来の狭帯域化レー
ザ装置を示す構成図、第９図は上記従来の狭帯域化レー
ザ装置における半透過鏡反射率に対する出力光強度およ
びエタロン入射強度の計算結果を示す特性図である。 １…放電管、2,3…全反射鏡、４…部分偏光分離器、５
……偏光分離器、６…ファブリペローエタロン（波長選
択素子）、７…1/4波長位相器、８…全反射鏡、19…出
力光、20…グレーティング（波長選択素子）、30…プリ
ズム（波長選択素子）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 圭一郎 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番 １号 松下技研株式会社内 (72)発明者 宮田 威男 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番 １号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−119112（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−57773（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−200385（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−87084（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】少なくともレーザ媒質と、このレーザ媒質
を貫く共振器光路を作る第１および第２の反射鏡からな
る光共振器と、上記共振器光路中に設けられた部分偏光
分離器および偏光分離器と、上記レーザ媒質から上記偏
光分離器を通り、出力光が出力される出力光路以外の上
記共振器光路中に設けられた波長選択素子と、上記部分
偏光分離器から分かれる共振器光路以外の光路中に設け
られた波長位相器および第３の反射鏡を備えた狭帯域化
レーザ装置。 - 【請求項２】反射鏡、波長位相器、部分偏光分離器、偏
光分離器および波長選択素子は、これらの素子の機能の
少なくとも一部が複合化されている請求項１記載の狭帯
域化レーザ装置。 - 【請求項３】波長位相器はファーストオーダ、マルチプ
ルオーダの波長板、フェーズリターダミラー、フェーズ
リターダープリズムから選ばれる請求項１または２記載
の狭帯域化レーザ装置。 - 【請求項４】偏光分離器が誘電体多層膜の偏光分離鏡か
らなる請求項１または２記載の狭帯域化レーザ装置。 - 【請求項５】部分偏光分離器が誘電体多層膜の偏光分離
鏡からなる請求項１または２記載の狭帯域化レーザ装
置。 - 【請求項６】レーザ媒質が希ガスとハロゲンガスを組み
合わせたエキシマを用いた請求項１記載の狭帯域化レー
ザ装置。 - 【請求項７】部分偏光分離器が偏光分離器と半透過鏡の
組み合わせにより構成された請求項１または２記載の狭
帯域化レーザ装置。 - 【請求項８】部分偏光分離器が透明基板と、その両面に
形成された偏光分離膜および半透過膜からなる請求項１
または２記載の狭帯域化レーザ装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP498490A JP2715608B2 (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 狭帯域化レーザ装置 |
| DE69031884T DE69031884T2 (de) | 1989-06-14 | 1990-03-01 | Schmalband-Laservorrichtung |
| EP90103985A EP0402570B1 (en) | 1989-06-14 | 1990-03-01 | Narrow-band laser apparatus |
| US07/487,080 US4985898A (en) | 1989-06-14 | 1990-03-01 | Narrow-band laser apparatus |
| CA002011361A CA2011361C (en) | 1989-06-14 | 1990-03-02 | Narrow-band laser apparatus |
| KR1019900003141A KR930002821B1 (ko) | 1989-06-14 | 1990-03-09 | 협대역 레이저장치 |
| US07/626,145 US5150370A (en) | 1989-06-14 | 1990-12-12 | Narrow-band laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP498490A JP2715608B2 (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 狭帯域化レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03209887A JPH03209887A (ja) | 1991-09-12 |
| JP2715608B2 true JP2715608B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=11598871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP498490A Expired - Lifetime JP2715608B2 (ja) | 1989-06-14 | 1990-01-12 | 狭帯域化レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2715608B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK2937954T3 (da) * | 2012-12-20 | 2020-10-19 | Rainbow Source Laser | Excimer-laser-kombinationsresonator |
| CN109031853A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-18 | 中国电子科技集团公司第三十四研究所 | 一种相位敏感光学参量放大器及其运行方法 |
-
1990
- 1990-01-12 JP JP498490A patent/JP2715608B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03209887A (ja) | 1991-09-12 |
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