JPH08334803A

JPH08334803A - 紫外レーザー光源

Info

Publication number: JPH08334803A
Application number: JP7140805A
Authority: JP
Inventors: Soichi Yamato; 壮一大和
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】露光機の光源として充分な出力と低コヒーレン
スとを備えた紫外光を、長時間安定して発生することが
でき、かつ、小型でメインテナンスが容易な紫外レーザ
ー光源を提供する。【構成】１０本×１０本で計１００本のレーザー要素か
ら構成されており、各レーザー要素は、可視光あるいは
赤外光の長波長光を発生するレーザー光発生部１００
と、発生したレーザー光を紫外光へ変換する波長変換部
１４とを有し、レーザー光発生部１００は、半導体レー
ザー１１、光ファイバー１２、及び、固体レーザー１３
を有し、波長変換部１４は、入射光の波長を変換して出
力する非線形結晶を含んで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程で使用
される露光機の光源に係り、特に、紫外レーザー光を発
生することができる紫外レーザー光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報機器の進歩にともない、半導体集積
回路の機能および記憶容量の向上が求められており、そ
のためには集積度を上げる必要がある。集積度をあげる
ためには、個々の回路パターンを小さくすればよいが、
最小パターン寸法は、製造過程で使用される露光機の性
能で決まる。

【０００３】露光機は、マスク上に作られた回路パター
ンを、光学的に半導体ウェハーに投影、転写する。その
際のウェハー上での最小パターン寸法Ｒは、露光機で投
影に用いられる光の波長λ、投影レンズの開口数ＮＡに
よって、以下の式で与えられる。

【０００４】Ｒ＝Ｋ・λ／ＮＡここで、Ｋは、照明光学系やプロセスによって決まる定
数であり、通常０．５から０．８程度の値をとる。

【０００５】解像度を向上させる、すなわち最小パター
ン寸法Ｒを小さくする努力は、この定数Ｋを小さくしよ
うとする方向と、開口数ＮＡを大きくする方向、そし
て、露光光の波長λを小さくする方向に向かってなされ
ている。

【０００６】定数Ｋを小さくする方法は、まとめて広い
意味での超解像と呼ばれている。今までに、照明光学系
の改良、変形照明、フェーズシフトマスク法などが提
案、研究されてきた。しかし、適用できるパターンに条
件があるなどの難点があった。一方、開口数ＮＡは、大
きいほど最小パターン寸法Ｒを小さくできるが、同時に
焦点深度が小さくなってしまうので、大きくするのにも
限界がある。通常０．５から０．６程度が適当とされて
いる。

【０００７】したがって、最小パターン寸法Ｒを小さく
するのに最も単純かつ有効なのは、露光に用いる光の波
長λを小さくすることであり、短波長の光を発生する、
露光機の光源を提供することである。本発明は、この要
求に対応してなされたものである。

【０００８】ここで、露光機の光源を作るうえでは、短
波長化を実現する以外にも、備えるべき条件がいくつか
ある。以下、これらの条件について説明する。

【０００９】第１に、数ワットの光出力が求められる。
これは、集積回路パターンの露光・転写に要する時間を
短く保つために必要である。

【００１０】第２に、波長３００ｎｍ以下の紫外光の場
合、露光機のレンズとして使える材料が限られ、色収差
の補正が難しくなることから、発光スペクトルの線幅を
１ｐｍ以下にすることが求められる。

【００１１】第３に、この狭い線幅にともない時間的コ
ヒーレンス（干渉性）が上がるため、狭い線幅の光をそ
のまま照射すると、スペックルと呼ばれる不要な干渉パ
ターンが生ずる。したがって、これを消すために、光源
ではその空間的コヒーレンスを低下させる必要がある。

【００１２】次に、従来使用されてきた代表的な露光機
用光源について説明すると共に、各光源が、以上のよう
な条件を満たし、かつ、紫外光を発生しようとする場合
の問題点について説明する。

【００１３】（１）水銀ランプ水銀ランプの発光輝線のうち、ｇ線（波長４３６ｎｍ）
およびｉ線（波長３６５ｎｍ）が用いられてきた。この
とき得られる最小パターン寸法（以下では最小寸法と呼
ぶ）はそれぞれ、約５００ｎｍおよび約３５０ｎｍであ
る。これらの光源のスペクトル線幅は、後述するレーザ
ーより広く、したがって、時間的なコヒーレンスが低か
った。線幅が広くても、これらの波長ではレンズの色収
差の補正が可能であったので、従来は問題はなかった。
また、水銀ランプの空間的コヒーレンスもレーザーに比
べれば低く、これらのふたつのコヒーレンスの低さか
ら、スペックルの発生は問題とならなかった。

【００１４】しかし、上記水銀輝線は波長が長く、新し
く要求される最小寸法に対応することが困難になってき
た。水銀輝線の、より短波長の紫外輝線を使う方法も一
部で用いられたが、そのスペクトル線幅が広く、紫外線
域では色消しレンズの利用ができないため、紫外領域で
の使用が困難であるとされている。

【００１５】（２）ＫｒＦエキシマレーザーＫｒＦエキシマレーザーは、２４８ｎｍの光を発する。
したがって、最小寸法も２５０ｎｍ付近になる。この波
長では、色消しレンズの製作が困難であるので、光源レ
ーザーのスペクトル線幅を、１ｐｍ以下に狭帯域化する
必要がある。

【００１６】ところが、この狭帯域化にともなって、時
間的コヒーレンスが上がり、スペックルの発生が問題と
なる。このため、例えば「エキシマレーザーステッパ
ー」（牛田一雄、光学、２３巻１０号、ｐ６０２、１９
９４年１０月）に記載の例では、空間的コヒーレンスを
低下させるための光学系を加えて、スペックルの発生を
抑えている。

【００１７】露光機用のＫｒＦエキシマレーザーは、す
でに開発され使用されているが、エキシマレーザーは水
銀ランプに比べて、高価で大型であり、有毒のフッ素ガ
スを用いる。さらに、光学系やフッ素ガスの交換などの
メンテナンスが必要で、その費用が高額になるという問
題があった。

【００１８】また、発生する光がパルス光であるので、
連続光に比べてピークパワーが大きくなり、レーザーお
よび露光機内部の光学部品が光損傷を受けやすいという
問題があった。

【００１９】（３）ＡｒＦエキシマレーザーＡｒＦエキシマレーザーは、１９３ｎｍの光を発する。
このときの実用的な最小寸法は、１９０ｎｍ程度であ
る。現在、露光機用のものは開発中であるが、このレー
ザーには、ＫｒＦエキシマレーザーと同じ短所がある。
すなわち、高価で大型で、有毒のフッ素ガスを用い、さ
らに、光学系やフッ素ガスの交換などのメンテナンスが
必要で、その費用が高額になる等である。

【００２０】さらに加えて、露光機の色収差低減のため
に、レーザーの発振線幅を１ｐｍ以下に狭帯域化するこ
とが、ＫｒＦエキシマレーザーに比べて困難であるとい
う短所がある。

【００２１】また、ＫｒＦレーザーに比べてもさらにエ
ネルギーの高い短波長のパルス光であることによって、
レーザーや露光機の光学部品の損傷がＫｒＦレーザーに
比べてさらにひどくなるという欠点がある。

【００２２】（４）半導体レーザー励起固体レーザーの
高調波発生による光源紫外光を発生する方法として、２次の非線形光学効果を
利用して、長波長の光（可視光、赤外光）を紫外光に変
換する方法がある。例えば「Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ
ｌｙｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕ
ｓ−ｗａｖｅ３．５−Ｗｇｒｅｅｎｌａｓｅｒ
（Ｌ．Ｙ．Ｌｉｕ，Ｍ．Ｏｋａ，Ｗ．Ｗｉｅｃｈｍａｎ
ｎａｎｄＳ．Ｋｕｂｏｔａ，ＯｐｔｉｃｓＬｅｔ
ｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１９（１９９４），ｐ．１８９）」
に記載されている例のように、半導体レーザー励起の固
体レーザーからの光を、波長変換するレーザー光源が開
発されてきている。この従来例では、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザーの発する１０６４ｎｍの光を変換して、非線形結晶
を用いて波長変換し、４倍高調波である２６６ｎｍを発
生させる方式が開示されている。

【００２３】このような従来の半導体レーザー励起固体
レーザー光源は、コンパクトであること、エキシマレー
ザーよりもメンテナンスが容易であること、電力効率が
高いこと、光出力の制御が容易であることなどを長所と
して持つ。さらに、パルス光発生以外にも、連続光発生
も可能である点も利点である。さらに、発振線幅を小さ
くする際にも、波長変換する前の長波長の段階で行うこ
とができて、直接に紫外光を制御する必要のあるエキシ
マレーザーに比べて、その制御が容易である、という長
所がある。

【００２４】このような長所があるにもかかわらず、上
記従来技術は、未だ露光機には応用されておらず、レー
ザー開発が実験室レベルで行われている。露光機の光源
としていまだ利用されていない一つの理由は、出力パワ
ーを上げようとすると、非線形結晶の損傷が起きて、装
置の寿命が短くなるという欠点があったためである。

【００２５】さらに、後述するような理由により、エキ
シマレーザーのときよりもさらに、空間的コヒーレンス
が高くなってスペックルが発生するという欠点もある。

【００２６】次に、スペックルの発生とコヒーレンスと
の関係について、より詳細に説明する。

【００２７】スペックルなどの不要な干渉パターンの除
去は、光の時間的コヒーレンスを低下させること、ある
いは空間的コヒーレンスを低下させることで成し遂げら
れる。時間的コヒーレンスを低くするということは、い
ろいろな周波数の光を混ぜることを意味している。一
方、空間的コヒーレンスを低下させるということは、発
生場所と伝搬方向の異なる光を混ぜることを意味してい
る。

【００２８】ところが、露光機で使用される紫外光は、
発振線幅を１ｐｍ以下にすることが求められており、こ
れは、結果として時間的コヒーレンスを高めてしまう。
また、レーザーの発生する光は、有限個の横モードから
なっており、この横モードの数が少ないことは空間的コ
ヒーレンスの高いことを意味する。

【００２９】従来、ＫｒＦエキシマレーザーを用いる露
光機では、振動する反射鏡を用いてビームを複数に分割
し、空間的コヒーレンスを低下させてきた。エキシマレ
ーザーはもともと数１００の横モードで発振し、空間的
コヒーレンスはレーザーとしては低めであったので、上
記方法で問題はなかった。

【００３０】ところが、固体レーザーを非線形結晶で波
長変換する場合には、非線形結晶中でビームを強くしぼ
る必要から、通常、ひとつの横モードで発振させること
となる。これは、空間的コヒーレンスを最高に高い状態
にしてしまう事を意味し、このような場合に空間的コヒ
ーレンスの低下させるのは、従来は困難であった。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の各問題点、例えば露光機の紫外光源として、エキシ
マレーザーを用いた場合に生ずる問題であるところの、
装置の大型化、有毒のフッ素ガスの使用、メンテナンス
の困難さと高価さという諸問題や、露光機の紫外光源と
して半導体レーザー励起の固体レーザーを用いた場合に
予想される、波長変換用の非線形光学結晶の損傷や、空
間的コヒーレンスの増加に伴うスペックルの発生等の問
題を考慮して成されたものである。

【００３２】本発明の目的は、露光機の光源として充分
な出力と低コヒーレンスとを備えた紫外光を、長時間安
定して発生することができ、かつ、小型でメインテナン
スが容易な紫外レーザー光源を提供することにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、赤外から可
視までの波長範囲内の光を発生するレーザー光発生部
と、前記発生した光を非線形光学結晶を用いて紫外光に
波長変換する波長変換光学系とを有するレーザー要素を
複数並列に束ねて構成したことを特徴とする紫外レーザ
ー光源により達成される。

【００３４】より具体的には、各レーザー要素のレーザ
ー発生部に、例えば半導体レーザー、あるいは、半導体
レーザーと当該半導体レーザーにより発生された光によ
り励起される固体レーザーとを備えるものとする。

【００３５】

【作用】本発明においては、各レーザー要素において、
例えば半導体レーザーを備えたレーザー光発生部からの
赤外光あるいは可視光を、波長変換光学系に設けられた
非線形光学結晶により波長変換し、紫外光を発生させ
る。

【００３６】このような構成のレーザー要素を複数本束
ねることによって、光出力を足し合わせて、最終的に光
源装置全体からの出力を高出力にする事ができる。さら
に、互いに独立したレーザ要素から光を出力すること
で、時間的及び空間的なコヒーレンスを減少させること
ができる。

【００３７】さらに、レーザ要素を複数本束ねて目標と
する光出力を得ているため、各レーザ要素からの出力を
目標とする光出力よりも小さくすることができる。この
ため、波長変換部の非線形光学結晶への負担を低減する
ことができ、その劣化を最低限に抑えることができる。
よって、長時間安定に動作させることができると共に、
装置の寿命を長くすることができる。

【００３８】

【実施例】本発明を適用した紫外レーザー光源の一実施
例を図１を参照して説明する。

【００３９】本実施例の紫外レーザー光源は、図１に示
すように、１０本×１０本で計１００本のレーザー要素
から構成されている。各レーザー要素は、可視光あるい
は赤外光の長波長光を発生するレーザー光発生部１００
と、発生したレーザー光を紫外光へ変換する波長変換部
１４とを有する。本実施例では、レーザー光発生部１０
０として、半導体レーザー励起の固体レーザーを用いた
例を説明する。

【００４０】レーザー光発生部１００は、半導体レーザ
ー１１、光ファイバー１２、及び、固体レーザー１３を
有する。また、波長変換部１４は、波長を変換する非線
形結晶を含んで構成される。なお、レーザー要素には、
その他にも、光学要素として、反射鏡、レンズ、波長
板、偏光子などが含まれるが、その詳細構成に関して
は、以下の実施例で説明するものとし、ここでの説明は
省略する。

【００４１】半導体レーザー１１を除く、各レーザー要
素の断面の寸法は、５ｍｍ×５ｍｍ程度である。なお、
本実施例では、レーザー要素を１００本組み合わせた構
成を例としているが、レーザー要素の数はこれに限定さ
れるものではなく、本発明では、２本から１０００本程
度までを想定している。

【００４２】半導体レーザー１１は、固体レーザー１３
を励起するために用いられる。半導体レーザー１１から
の光によって励起された固体レーザー１３は、可視光ま
たは近赤外光を発振する。本実施例では、それを波長変
換部１４の非線形結晶によって短波長の紫外光に変換す
る。

【００４３】波長を変換する非線形結晶を固体レーザー
の共振器構造中に挿入し、固体レーザー１３と波長変換
部１４とを一体化する方式（内部共振器法）もある。こ
の構成を使用した紫外レーザー光源については、後述す
る実施例で詳細に説明する。

【００４４】本実施例によれば、上記構成のレーザー要
素を複数本束ねることによって、光出力を足し合わせて
高出力にする事ができると共に、互いに独立したレーザ
要素から光を出力することで、時間的及び空間的なコヒ
ーレンスを減少させることができる。

【００４５】さらに、レーザ要素を複数本束ねること
で、各レーザ要素からの出力を大きくする必要がないた
め、波長変換部１４の非線形結晶への負担を低減するこ
とで、その劣化を最低限に抑えることができ、よって、
装置の寿命を長くすることができる。

【００４６】本実施例の構成のレーザー要素の発生する
波長の線幅は、１ｐｍよりは十分小さくすることがで
き、レーザー要素間相互の波長の差も、固体レーザー媒
質や、レーザー共振器長、波長選択用光学系の構成を調
整することにより、１ｐｍ以下に合わせることができ
る。

【００４７】次に、半導体レーザー１１について、より
詳細に説明する。

【００４８】半導体レーザーは、半導体内部での電子の
遷移によって発光する。この電子は、外部から注入され
る電流によって励起される。発光する波長は、現在のと
ころ、６００ｎｍから１５００ｎｍ（１．５μｍ）の範
囲であり、８００ｎｍ付近を発光するものには、単体で
１０Ｗクラスの光出力を得られるものが知られている。

【００４９】ただし、このような高光出力の半導体レー
ザーから出力される光は、横モードの性質が悪く、ビー
ムの強度分布が単一ではない。このため、非線形結晶に
よる波長変換をしても効率が低い。

【００５０】一方、上記のような高光出力の半導体レー
ザーは、通常、固体レーザーを励起するには十分な集光
性がある。また、投入した電力に対しての光出力が大き
く、コンパクトで、流入する電流により発振出力や発振
波長の微調整が可能であるという、他のレーザー光源に
はない利点がある。このため、半導体レーザーは光源の
コンパクトさを実現するために最適である。

【００５１】半導体レーザーは、通常、数ｃｍ立方の箱
形の装置で、１０Ｗ程度の光出力が可能であり、しかも
光ファイバーにて光を取り出すことができる。

【００５２】本実施例の半導体レーザー１１としては、
例えば、上記のような高光出力の半導体レーザーを用い
る。

【００５３】また、上記のような高出力の半導体レーザ
ーと異なり、横モードの単一な半導体レーザーも知られ
ているが、一般的に出力が小さい。現在のところ最高で
約２００ｍＷである。しかし、次第に高出力のものも開
発されてきている。このため、このような横モードの単
一な半導体レーザを、本実施例の半導体レーザー１１と
して利用する構成としても良い。

【００５４】この単一横モード半導体レーザーを本実施
例の半導体レーザー１１として用いる場合には、半導体
レーザー１１から出力される光を、直接に非線形結晶で
波長変換して紫外光を得ることもできる。その場合も、
本実施例の特徴である複数本のレーザーの並列使用によ
り、非線形結晶の光損傷の低減、時間的及び空間的コヒ
ーレンスの低減という効果を、本実施例の場合と同様
に、達成することができる。

【００５５】次に、固体レーザー１３について、より詳
細に説明する。

【００５６】固体レーザーとは、固体のレーザー媒質を
持つレーザーの総称である。半導体レーザーも固体レー
ザーのひとつであるが、通常は、固体レーザーというと
光によって励起される固体レーザーのことをさす。ここ
でもそのように区別する。

【００５７】本実施例においては、励起光は半導体レー
ザー１１より得られる。固体レーザー１３は、固体のレ
ーザー媒質と、反射鏡などの光学部品とにより構成され
る。また、後述する実施例で説明するように、波長変換
のための非線形結晶を内蔵する構成としても良い。

【００５８】固体レーザー１３としては、例えば、Ｎｄ
をドープしたＹｔｔｒｉｕｍＡｌｕｍｉｎｕｍＧａ
ｒｎｅｔ（Ｎｄ：ＹＡＧ）をレーザー媒質とするレーザ
ーで、１０６４ｎｍの光を発生するものを用いる。この
とき、励起源の半導体レーザー１１としては、８０８ｎ
ｍ付近の波長を発生するものを用いる。

【００５９】また、現在開発されているの５００ｎｍ付
近の青緑色光を発する高出力の半導体レーザーを用いる
ことができれば、固体レーザーとして、Ｔｉをドープし
たサファイア（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ）を用いること
ができる。固体レーザーの発生する光は横モードの分布
も良く（横モードが単一である）、非線形結晶によっ
て、より短波長への波長変換を効率良く実行することが
可能である。

【００６０】次に、波長変換部１４に含まれる非線形光
学結晶について、その波長変換作用も含めて、その構成
をより詳細に説明する。

【００６１】非線形光学結晶と呼ばれる、２次の非線形
感受率を持った結晶、例えばβ−ＢａＢ₂Ｏ₄（ＢＢＯ）
や、ＬｉＢ₃Ｏ₅（ＬＢＯ）は、周波数ω₁（波長λ₁）の
光を、２ω₁の光（波長λ₂＝λ₁／２）に変換（第２高
調波発生）したり、周波数ω₁と周波数ω₂の光から、周
波数ω₃＝ω₁＋ω₂の光（波長λ₃は、１／λ₃＝１／λ₁
＋１／λ₂）を発生（和周波発生）させることができる
性質を持っている。

【００６２】これらの非線形光学結晶での波長変換は、
変換される波長の短波長側への限界がある。限界を決め
るひとつの要因は、非線形光学結晶の透過率の限界であ
り、もう一つの要因は、結晶の複屈折によって変換前後
の２種類の光の位相速度を合わせる位相整合の限界であ
る。

【００６３】ＢＢＯは透過率の点から、１９０ｎｍ付近
が限界とされる。ＬＢＯは、透過率では１５５ｎｍ付近
まで透明であるが、第２高調波発生では紫外光の発生は
できず、異なる波長の和周波発生を使うと１８７ｎｍ付
近まで可能である。

【００６４】また、非線形光学結晶としては、ＫＢｅ₂
ＢＯ₃Ｆ₂（ＫＢＢＦ）や、Ｓｒ₂Ｂｅ₂Ｂ₂Ｏ₇（ＳＢＢ
Ｏ）を用いることも可能である。これらを用いること
で、より短波長の紫外光を発生することができる可能性
がある。

【００６５】非線形光学効果による波長変換の変換効率
は、基になる基本波の強度（単位断面積あたりのパワ
ー）に比例する。すなわち、強い光ほど効率よく変換さ
れる性質も持っている。この性質を利用するため、本実
施例では、例えば、以下のような３つの方法のうち、い
ずれかまたはそれらの組み合わせを用いるものとする。

【００６６】１．非線形光学結晶へ入射するレーザービ
ームを、集光レンズや反射鏡によって細くしぼり込む。
なお、これを行うためには、基になる固体レーザーの横
モードが、単一モードであることが必要である。

【００６７】２．共振器中に非線形結晶をいれ、共振器
内での光の多重反射による光強度の増強を用いて波長変
換の高効率を図る。この方法の具体例としては、固体レ
ーザーの共振器中に非線形結晶を入れる内部共振器（ｉ
ｎｔｒａ−ｃａｖｉｔｙ）法と呼ばれるものと、固体レ
ーザーの共振器の外に、もう一つの共振器を設けてその
中に非線形結晶を入れる外部共振器（ｅｘｔｅｒｎａｌ
ｒｅｓｏｎａｎｔｃａｖｉｔｙ）法とがある。

【００６８】３．レーザー発振をパルス化し、エネルギ
ーを短時間に集中させることによって、瞬間的な光強度
を増す。この方法では、非線形結晶は共振器の中に置か
ずに、非線形結晶を単独で配置し、それに光を一方向へ
通すだけでよい。

【００６９】なお、上記各方法に対応する構成について
は、後述する実施例でより詳細に説明する。

【００７０】また、本実施例の構成に当たって注意しな
ければならない点として、非線形結晶の光損傷がある。
すなわち、非線形結晶は、強すぎる光強度によって損傷
して変換効率が落ちるという問題がある。一方、非線形
結晶において変換効率を上げるためには光の強度を上げ
ねばならないというので、これが装置の設計においての
ジレンマとなる。

【００７１】現在知られているところでは、ある一定の
光強度までは、光損傷はほとんど起こらない。実際の紫
外発生レーザーの例でいうと、ＢＢＯによる連続光の紫
外光（２６６ｎｍ）の発生において、紫外光の出力が１
００ｍＷでは損傷は小さいが、１Ｗを超えると損傷が著
しくなる。

【００７２】本実施例においては、紫外レーザー光源全
体では数ワットの光出力を発生するが、数個から数１０
０個の複数のレーザー要素が光出力を分担し、レーザー
要素一個当たりの出力を低出力に抑える構成としてい
る。この構成により、本実施例に含まれる複数個の非線
形結晶では、光損傷が起きにくく、長期間の安定した動
作が可能となる。

【００７３】また、本実施例においては、露光機への適
用を考慮して、各レーザー要素は、個々の発振波長の線
幅が１ｐｍ以下であること、及び、複数のレーザー要素
相互の波長の差が１ｐｍ以下であることの二つの条件が
求められている。

【００７４】本実施例では、例えば、次のようにして上
記２つの条件を満たすように波長を制御する。

【００７５】各レーザー要素は、いくつかの縦モード
（発振波長に対応する）の中から、一個の縦モードのみ
で発振するように調整される。そのためには共振器長を
調整し、必要のあるときは波長選択性のある光学素子を
挿入する。

【００７６】１つの縦モードの発振線幅は、典型的には
０．０１ｐｍ以下である。そこで、ひとつの縦モードで
の発振（Ｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｐｅｒ
ａｔｉｏｎ）をさせることにより、個々のレーザー要素
の発振線幅は、要求の１ｐｍ以下となる。

【００７７】また、縦モードの固有波長は周期的に存在
し、その波長間隔Δλは、レーザー共振器の１往復の長
さを２Ｌ、共振器内部の物質の屈折率をｎ、発振する波
長をλとすると、以下の式で与えられる。

【００７８】Δλ＝λ２／（２Ｌ・ｎ）本実施例の典型的な例の場合として、Ｌ＝１０ｃｍ、Ｎ
ｄ：ＹＡＧの基本波の１０６４ｎｍを用い、ｎとしてＮ
ｄ：ＹＡＧや非線形結晶の平均として１．７を用いる
と、Δλとして、２．９ｐｍを得るが、これの５倍波の
２１３ｎｍでは、Δλ＝０．６ｐｍとなる。

【００７９】通常１つの縦モードを発振させると、レー
ザー媒質の増幅率の最も大きな波長の縦モードが発振す
る。この波長は、レーザー媒質により決定されるもの
で、複数のレーザー要素の発振している波長はレーザー
媒質に固有な波長付近に揃うことになる。さらに詳しく
言うと、固体レーザー媒質のもっとも増幅率の大きな波
長を中心として、個々のレーザー要素では、最大で縦モ
ード間隔の１／２（上記の例では±０．６ｐｍ／２＝±
０．３ｐｍ）しか、互いに離れていないことになる。

【００８０】共振器長Ｌがここで述べた場合よりも小さ
いときには、モード間隔Δλが離れてしまうので、各レ
ーザー要素の共振器長Ｌまたは波長選択素子の特性を調
整することによって、発振波長をそろえることができ
る。

【００８１】また、本実施例では、複数のレーザー要素
から光が発生するので、もともと空間的コヒーレンスは
低い。さらに、従来のレーザーのように、元々一本であ
ったビームを複数に分割したものに比べてもコヒーレン
スは低い。それは、複数のレーザー要素は上述したよう
に非常に近い波長（波長の差は１ｐｍ以下）を発生する
が、それは周波数の違いにして通常１ＧＨｚ程度になる
からである。

【００８２】各レーザーの発振周波数は、なんら手を施
さなくても自然に数百ＭＨｚから１ＧＨｚ程度以上離れ
る。ちなみに波長２００ｎｍ付近では、±０．３ｐｍの
波長の違いは、周波数の差にして、±２．２ＧＨｚにな
る。

【００８３】これは、複数のレーザーから発した光によ
る干渉縞が、１ＧＨｚ程度の周波数で明滅することを意
味している。半導体ウェハーの露光の時間スケールで見
ると、各レーザー要素間で作られたの干渉縞は平均化さ
れてなくなる。これは事実上各レーザーからでた光は干
渉しないことを意味している。

【００８４】本実施例によれば、このように空間的コヒ
ーレンスを低下させているので従来の一本ビームの固体
レーザーの時よりもスペックル低減に有利である。

【００８５】本発明を適用した他の実施例について、図
２及び図３を用いて説明する。ここで、図２は本実施例
の紫外レーザー光源の全体図、図３は各レーザ要素の構
成図である。

【００８６】本実施例の紫外レーザー光源は、図２に示
すように、縦１０本、横１０本の計１００本のレーザー
要素からなる。各レーザ要素は、励起光を発生する半導
体レーザー２１と、前記励起光を伝える光ファイバー２
２と、非線形結晶を含む内部共振器型の固体レーザー２
３とを有する。

【００８７】固体レーザー２３は、２１３ｎｍの連続光
の紫外光を右方向に発生するものであり、図３に示すよ
うに、共振器中に、レーザー媒質であるＮｄ：ＹＡＧ３
４と、波長を変換する４個の非線形結晶３５、３６、３
７、３９と、反射鏡３３、４０と、波長板３８とを有す
る。

【００８８】本実施例において、レーザ要素一本あたり
の紫外光出力は１００ｍＷ（０．１Ｗ）程度が見込ま
れ、そのとき本実施例の光源全体では１０Ｗ程度の出力
になる。また、各レーザー要素の固体レーザー２３は、
断面寸法が約３ｍｍ角であり、全１００本の束で、およ
そ５０ｍｍ角の光源となる。各レーザー要素は、図示さ
れていない冷却機構により冷却される。冷却機構として
は、例えば、各レーザー要素を銅でできたプロックに埋
め込み、この銅ブロックを冷却装置により冷却する機構
を用いることができる。

【００８９】光ファイバー２２は柔軟であり、長さも数
ｃｍから数ｍくらい可能であるので、配置方法の変更が
自由にできる。とくに、半導体レーザー２１の大きさ
が、数ｃｍ立法である（図２では縮小して描いている）
のに対して、固体レーザー２３の断面寸法が数ｍｍ角で
あるので、光ファイバー２２の柔軟性を生かして配置を
行う。

【００９０】本実施例の固体レーザー２３は、入力され
た光の５倍波を発生するもので、例えば、従来報告され
ている４倍波発生用のレーザーから発生された４倍波
を、さらに変換し、５倍波を発生させたものである。

【００９１】半導体レーザー２１としては、発振波長が
８０８ｎｍ、光ファイバー２２の出口における出力が１
０Ｗ程度のものを使う。半導体レーザー３１からの励起
光（波長８０８ｎｍ）は、光ファイバー３２を通して、
固体レーザー２３のレーザー共振器（３３から４０）に
導かれ、反射鏡３３を通してレーザー媒質であるＮｄ：
ＹＡＧロッド３４を励起する。

【００９２】Ｎｄ：ＹＡＧロッド３４の断面寸法は、３
ｍｍ角程度以下（円断面でも良い）にし、長さは１０ｍ
ｍ程度にする。反射鏡３３は、波長８０８ｎｍの励起光
に対しては高透過率とし、波長１０６４ｎｍの固体レー
ザーの基本波に対しては高反射率となるようにする。反
射鏡３３は個別の部品とせずに、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３
４の左端面に反射膜を付着させて代用しても良い。

【００９３】レーザー媒質３４から発した波長１０６４
ｎｍの基本波（周波数ω）は、非線形結晶３５、３６、
３７、波長板３８、及び、非線形結晶３９を透過し、反
射鏡３３と、もう一方の反射鏡４０の間に構成されるレ
ーザー共振器中を往復する。各非線形結晶の断面寸法
は、３ｍｍ角程度、長さは１０ｍｍ程度にする。

【００９４】このレーザー共振器中を基本波の光が往復
する際、各非線形結晶などの端面での反射や散乱、内部
での吸収、高調波へのエネルギーの変換などで、基本波
はエネルギーを失うが、レーザー媒質のＮｄ：ＹＡＧロ
ッド３４を通過する際に強度の増幅を受ける。その結
果、共振器中の基本波の強度は増して、およそ数十ワッ
トから数百ワットに達する。

【００９５】基本波が左から右へ非線形結晶３５を通る
際に、波長５３２ｎｍ（周波数２ω）の２倍波が発生
（第２高調波発生、ω＋ω＝２ω）する。非線形結晶３
５としては、ＬＢＯを用いる。基本波は、そのエネルギ
ーの一部を変換により多少失うが、その絶対的な強度は
依然として高く、高強度を保つことができる。ここで
は、いわゆる、タイプＩの位相整合が成り立つように、
ＬＢＯ端面のカット方向を決める。タイプＩ位相整合で
は、垂直方向の偏光方向を持っていた基本波から、水平
方向の偏光を持った２倍波が発生する。

【００９６】発生した２倍波は、基本波と共に右方向へ
進み、次の非線形結晶（ＬＢＯ）３６に進む。そこで、
２倍波と基本波の和周波発生（ω＋２ω＝３ω）が行わ
れ、３倍波（波長３５５ｎｍ）が発生する。その際に２
倍波、基本波とも強度は多少低下するが、基本波は依然
として高強度を保つ。ここでは、いわゆるタイプＩＩの
位相整合が行われるように、ＬＢＯ端面をカットしてお
く。タイプＩＩ位相整合では垂直方向の基本波と、水平
方向の２倍波から、垂直方向成分を持った３倍波が発生
する。なお、水平方向成分もあるが、ここでは無関係で
ある。

【００９７】さらに、次の非線形結晶（ＬＢＯ）３７に
よって、ω＋３ω＝４ωの和周波発生が行われ、４倍波
の２６６ｎｍが発生する。ここでは、タイプＩの位相整
合が行われ、４倍波は水平方向の偏光方向を持つ。

【００９８】次に、波長板３８によって、基本波の偏光
方向（垂直）は変えずに、４倍波の偏光方向が垂直にさ
れる。垂直偏光の４倍波は非線形結晶（ＢＢＯ）３９へ
入射する。

【００９９】非線形結晶３９では、タイプＩＩの位相整
合により、ω＋４ω＝５ωの和周波発生が行なわれ、５
倍波（波長２１３ｎｍ）を発生させる。ＢＢＯ３９を出
たところでも、依然として基本波は高強度である。ま
た、発生した５倍波は、およそ１００ｍＷの出力が見込
まれる。

【０１００】固体レーザー２３（レーザー共振器）の右
端では、波長選択性のある反射鏡４０により、基本波を
反射させて上記レーザー共振器中に折り返させる一方、
発生した５倍波は透過させる。なお、２倍波から４倍波
までの高調波は強度が弱まっているので、透過させても
反射させても良い。反射鏡４０のよって反射された基本
波は、上記共振器中を逆に戻り、再びＮｄ：ＹＡＧロッ
ド３４のよって増幅される。

【０１０１】本実施例では、上記レーザー共振器中の光
学部品の、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３４、非線形結晶３５、
３６、３７、３９等には、その端面に反射防止膜を施
す。また、反射防止膜を用いずに各光学部品を密着（接
着またはオプティカルコンタクト）させて反射を防止さ
せても良い。また、反射鏡３３と同様に、反射鏡４０も
個別部品とせずに、非線形結晶３９の端面に反射膜を付
着させて反射面とすることで、反射鏡４０を代用する構
成としても良い。

【０１０２】また、本実施例では、５倍波以外の高調波
と基本波も、低強度ながらも反射鏡４０を通して出力さ
れる。もし、これらが露光に悪影響をおよぼす場合に
は、レーザーの外部にフィルターを設け、それによって
除外する。

【０１０３】また、本実施例でのレーザー要素が単一の
縦モードで発振しない場合には、さらに波長選択素子を
加える構成としても良い。

【０１０４】本実施例によれば、波長２１３ｎｍの紫外
光で、全出力が約１０Ｗ、スペクトル線幅が１ｐｍ以下
で、非線形結晶の損傷が少なく、空間的コヒーレンスの
低い紫外レーザー光源が実現される。

【０１０５】本発明を適用した他の実施例について、図
４を用いて説明する。ここで、図４は本実施例における
各レーザ要素の構成、及び、その内部でのレーザービー
ムの伝搬経路を示した図である。

【０１０６】本実施例の紫外レーザー光源は、上記図
２、３の実施例と同様に、複数のレーザー要素を並列に
束にして構成したものであり、図４に示すような光学的
な構造を有する。すなわち、本実施例の各レーザー要素
は、長波長のレーザーを発生する小型レーザー４１と、
波長変換を行う非線形結晶４３、４５と、小型レーザー
４１と非線形結晶４３との間、非線形結晶４３と非線形
結晶４５との間、非線形結晶４５の出射側にそれぞれ設
けられた、レンズ４２、４４、４６とを有する。

【０１０７】本実施例では、小型レーザー４１として
は、波長８２０ｎｍを発する出力１５０ｍＷ程度の単一
横モードの半導体レーザー４１を用いるもので、使用さ
れる波長変換の方法は外部共振器法である。

【０１０８】外部共振器法としては、例えば「Ｇｅｎｅ
ｒａｔｉｏｎｏｆ４１ｍＷｏｆｂｌｕｅｒａ
ｄｉａｔｉｏｎｂｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｕｂ
ｌｉｎｇｏｆａＧａＡｌＡｓｄｉｏｄｅｌａ
ｓｅｒ（Ｗ．Ｊ．Ｋｏｚｌｏｖｓｋｙ，Ｗ．Ｌｅｎｔ
ｈ，Ｅ．Ｅ．Ｌａｔｔａ，Ａ．ＭｏｓｅｒａｎｄＧ．
Ｌ．Ｂｏｎａ，ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅ
ｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５６，ｐ．２２９１，（１９９
０））」に記載の例のように、８５６ｎｍを４２８ｎｍ
に波長変換させるものがある。本実施例のレーザー要素
は、このような外部共振器法を利用して、８２０ｎｍか
ら４１０ｎｍへ、さらに４１０ｎｍから２０５ｎｍへの
２段変換としたものである。

【０１０９】本実施例において、半導体レーザー４１か
ら出た波長８２０ｎｍの光は、レンズ４２で方向と収束
角を整えて、非線形結晶４３に入射される。ここで、非
線形結晶４３としては、ＬＢＯを用いる。

【０１１０】非線形結晶４３の左右両端面は、図４に示
すように傾いた凸状の鏡面に研磨され、さらに８２０ｎ
ｍの基本波に対しては高反射率になり、波長４１０ｎｍ
の２倍波に対しては高透過率になるような波長選択性の
反射膜が形成されている。非線形結晶４３の断面は、５
ｍｍ角程度、長さは１５ｍｍ程度である。

【０１１１】非線形結晶４３の内部はリング共振器構造
を形成している。すなわち、左右両端面と、平面に研磨
された下面の全反射を用いて３角形に光を閉じこめる構
造（リング共振器）になっている。このように、一体の
結晶からなる共振器をモノリシック共振器という。

【０１１２】非線形結晶４３に入射した８２０ｎｍの基
本波は、その共振器構造中でその強度が強められ、最も
ビームのしぼり込まれた水平方向のビーム位置で第２高
調波発生が強く起こり、２倍波の４１０ｎｍの光が水平
方向（右方向）に発生する。

【０１１３】発生した２倍波は、そのほとんどが非線形
結晶４３の右端から出射し、レンズ４４を経て角度と収
束角を整えて、次の非線形結晶４５に入射する。一方、
８００ｎｍの基本波は、そのほとんどが非線形結晶４３
の中に閉じこめられ、その右端面から出射するものの強
度は低い。

【０１１４】非線形結晶４５としては、ＢＢＯを用い
る。また、非線形結晶４５の左右両端には、４１０ｎｍ
の２倍波には高反射率で、２０５ｎｍの４倍波には高透
過率の波長選択性の反射膜を形成する。非線形結晶４５
も、非線形結晶４３と同じ構成を有するモノリシック共
振器であり、第２高調波発生によって、４１０ｎｍの２
倍波から２０５ｎｍの４倍波を発生し、発生した４倍波
をその右端面から出射する。非線形結晶４５の寸法も、
非線形結晶４３と同程度とする。

【０１１５】発生された４倍波は、レンズ４６へ入射し
方向と発散角が整えられて、紫外レーザー出力として出
力される。最終的な２０５ｎｍの紫外光の出力として
は、一個のレーザー要素あたり、５０ｍＷ程度が見込ま
れる。

【０１１６】また、ふたつの非線形結晶モノリシックキ
ャビティーの共振波長と、半導体レーザーの発振波長を
合わせるための構成として、例えば「Ｌｏｎｇｉｔｕｄ
ｉｎａｌｌｙｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄｃｏｎｔｉ
ｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ３．５−Ｗｇｒｅｅｎｌａ
ｓｅｒ（Ｌ．Ｙ．Ｌｉｕ，Ｍ．Ｏｋａ，Ｗ．Ｗｉｅｃｈ
ｍａｎｎａｎｄＳ．Ｋｕｂｏｔａ，Ｏｐｔｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１９，ｐ．１８９（１９９
４））」に記載されているような、周知のサーボ制御の
電気回路を設けても良い。

【０１１７】モノリシックキャビティーの共振線幅は、
通常、１ｐｍよりも充分に小さいが、さらに、複数の半
導体レーザーの中から、使用しようとする発振波長のも
のを選択し、非線形結晶の寸法を各レーザー要素間で一
致させることによって、レーザー要素間の波長の差を小
さくすることができる。

【０１１８】波長の一致がそれでも不十分の場合には、
エタロンなどの波長選択素子を挿入するか、種になる光
を各半導体レーザーに入射させるインジェクションロッ
クと呼ばれる周知の方法を用いることで、各レーザー要
素間の波長を一致させる構成としても良い。

【０１１９】本実施例の紫外レーザー光源によれば、１
００本のレーザー要素の合計で５Ｗ程度の紫外光出力が
見込まれる。なお、半導体レーザー４１として、７７２
ｎｍの光を発生するものを使えば、４倍波は１９３ｎｍ
となり、ＡｒＦエキシマレーザーと同じ波長になる。こ
の場合にはエキシマレーザーの代替として使用すること
ができる。そのとき４倍波発生用の結晶としては、ＫＢ
ＢＦを用いる。

【０１２０】本発明を適用した紫外レーザー光源の他の
実施例を図５を用いて説明する。

【０１２１】本実施例の紫外レーザー光源は、上記図２
の実施例と同様に、複数のレーザー要素を並列に束にし
て構成したものであり、各レーザー要素は、図５に示す
ような光学的な構造を有する。

【０１２２】すなわち、各レーザー要素は、励起光を発
生する半導体レーザー５１と、励起光により励起され基
本波の光を発生すると共に、当該基本波を２倍波へ変換
するレーザー共振器（固体レーザー）５０１と、当該２
倍波を４倍波に変換する外部共振器構造を有する波長変
換部５０２と、レーザー共振器５０１と波長変換部５０
２との間に設けられた集光用レンズ５７とを有し、最終
的に２６６ｎｍの紫外光を出力する。

【０１２３】レーザー共振器５０１は、レンズ５２と、
反射鏡５３、５６と、固体レーザー媒質のＮｄ：ＹＡＧ
ロッド５４と、波長変換を行う非線形結晶５５とを有す
る。また、波長変換部５０２は、波長変換を行う非線形
結晶５９と、当該非線形結晶５９の両側に配置された反
射鏡５８、６０とを有する。

【０１２４】半導体レーザー５１からの波長８０８ｎｍ
の励起光（出力３Ｗ）は、レンズ５２で集光され、反射
鏡５３を通して、Ｎｄ：ＹＡＧロッド５４に入射する。
ここで、図３の実施例と同様に光ファイバーを用いて半
導体レーザーからの光を、反射鏡まで導入する構成とし
ても良い。

【０１２５】反射鏡５３は、波長８０８ｎｍの励起光に
対しては高透過率、波長１０６４ｎｍの光には高反射
率、波長５３２ｎｍの光に対しては高透過率の反射膜を
形成する。Ｎｄ：ＹＡＧロッド５４は、半導体レーザー
５１からの励起光が入射され、１０６４ｎｍの基本波を
発生するもので、その断面寸法は、３ｍｍ角程度、長さ
は１０ｍｍ程度である。

【０１２６】発生された基本波は、非線形結晶５５へ入
射し、そこで２倍波へ変換される。非線形結晶５５は、
２倍波発生用の非線形結晶ＫＴｉＯＰＯ４（ＫＴＰ）５
５を含んで構成されるもので、Ｎｄ：ＹＡＧロッド５４
とほぼ同じ寸法を持つ。

【０１２７】反射鏡５６には、波長１０６４ｎｍの基本
波に対しては高反射率、５３２ｎｍの２倍波に対して
は、高透過率の反射膜が施されている。レーザー共振器
５０１には、上記構成に加え、さらに、縦モードを単一
にするための、波長板や偏光素子（どちらも図不示）を
含むものとする。

【０１２８】本実施例では、レーザー共振器５０１中に
は、高強度の１０６４ｎｍの基本波が閉じこめられ、非
線形結晶５５によって、５３２ｎｍの２倍波の光が発生
して、この２倍波が反射鏡５６から出射される。

【０１２９】ここで、本実施例の反射鏡５３を、レーザ
ー媒質５４の左端面に反射膜を形成することで代用する
構成としても良い。同様に、反射鏡５６を非線形結晶５
５の右端を反射面とすることで代用する構成としても良
い。

【０１３０】レーザー共振器５０１を出射した２倍波の
５３２ｎｍ光は、レンズ５７で収束角を整えられて、非
線形結晶５９を含んで共振器構造を形成する波長変換部
５０２（以下では外部共振器と呼ぶ）へ入射する。非線
形結晶５９としてはＢＢＯを用いる。外部共振器５０２
へ入射した５３２ｎｍの２倍波光は、２６６ｎｍの４倍
波光に変換される。

【０１３１】なお、外部共振器５０２の共振波長が、レ
ーザー共振器５０１から発生する光の波長に同調するよ
うに、周知の電気的なサーボ回路を設ける構成としても
良い。また、本実施例の反射鏡５８、６０の代わりに、
非線形結晶５９の両端面を加工、反射膜を形成し、反射
鏡５８、６０を省略する構成としても良い。

【０１３２】本実施例によれば、半導体レーザー５１と
して３Ｗ程度の出力のものを用いたとき、各レーザー要
素からの最終的に出力される２６６ｎｍの紫外光の光出
力として、１００ｍＷ程度が見込まれる。

【０１３３】本発明を適用した紫外レーザー光源の他の
実施例を、図６を用いて説明する。本実施例は、上記図
３〜図５の実施例で用いられた連続光の代わりに、パル
ス光を用いるものである。

【０１３４】本実施例の紫外レーザー光源も、図２の実
施例と同様に、複数本のレーザー要素を並列にして構成
されるものであり、各レーザー要素は、図６に示すよう
な光学的構造を有している。

【０１３５】すなわち、本実施例の各レーザー要素は、
周知のＱ−スイッチ法によるパルスレーザーと、２倍波
への変換用の非線形結晶６７と、４倍波への変換用の非
線形結晶６８とを有する。

【０１３６】パルスレーザーは、半導体レーザー６１
と、光ファイバー６２と、固体レーザー（レーザー共振
器）６０１とから構成される。レーザー共振器６０１
は、レーザー媒質６４及び変調器６５と、その両側に配
置される反射鏡６３、６６とを有する。

【０１３７】半導体レーザー６１からの励起光は、光フ
ァイバー６２を通してレーザー共振器６０１に導かれ、
反射鏡６３を通り、レーザー媒質であるＮｄ：ＹＬＦ結
晶６４を励起する。なお、光ファイバー６２を用いず
に、図５の実施例で行われたようにレンズで集光して、
レーザー共振器６０１まで導く構成としても良い。

【０１３８】レーザー共振器６０１には、音響光学効果
による変調器６４が内蔵されており、いわゆるＱ−スイ
ッチ法により、波長１０６４ｎｍのパルス光を発生す
る。この発生されたパルス光のパルス幅は約１０ｎｓ、
１パルスのエネルギーは約１００μＪ、パルスの繰り返
し周波数は、約１０ｋＨｚである。この構成によれば、
平均エネルギー出力は約１Ｗとなる。

【０１３９】レーザー共振器６０１から出力されたパル
ス光は、ピーク出力が大きいので、波長変換の際に共振
器構造を利用しなくても、効率の高い波長変換が行われ
る。

【０１４０】本実施例では、レーザー共振器６０１から
出射された１０６４ｎｍの基本波を、最初の非線形結晶
（ＫＴＰ）６７で５３２ｎｍの２倍波にし、２個目の非
線形結晶（ＢＢＯ）６８で４倍波の２６６ｎｍの紫外光
を発生する。さらに、ＢＢＯ結晶によって、基本波と４
倍波の和周波発生を行い、２１３ｎｍの紫外光の発生も
可能である。

【０１４１】ここで、波長の変換効率をさらに上げるた
めに、集光レンズを設け、レーザー光を集光した後に非
線形結晶に光を通す構成としても良い。

【０１４２】本実施例のレーザー要素の構成によれば、
最終的に得られる２６６ｎｍの紫外光出力（平均出力）
としては、１００ｍＷ程度が見込まれる。よって、上記
レーザー要素を１０×１０の計１００本を束にした、紫
外レーザー光源全体としては、１０Ｗ程度の合計出力が
見込まれる。

【０１４３】本実施例によれば、コンパクト性、空間的
コヒーレンスの低さ、メンテナンスの容易性などの利点
を達成することができ、かつ、パルス光を発生すること
ができる、紫外レーザー光源を実現することができる。

【０１４４】なお、本実施例はパルス光を用いているた
め、このままではスペクトル線幅がひろく、出力される
紫外光の線幅にして、１００ｐｍ程度になる。このた
め、露光機で使用する場合には、色消し設計のされた露
光機で用いる。

【０１４５】しかし、インジェクションロックと呼ばれ
る公知の方法により、スペクトル線幅を１ｐｍ以下にす
ることも可能である。

【０１４６】

【効果】本発明によれば、コンパクトでメンテナンスが
容易で、電力利用効率が高く、光出力の制御が容易で、
しかも非線形結晶の損傷が小さくて、空間的コヒーレン
スの低い紫外光を発生する紫外レーザー光源を提供する
ことができる。

【０１４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による紫外レーザー光源の一実施例の全
体構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の他の実施例の全体構成を示す斜視図で
ある。

【図３】図２の実施例のレーザー要素の光学的構造の一
例を示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施例のレーザー要素の光学的構
造の一例を示す説明図である。

【図５】本発明の他の実施例のレーザー要素の光学的構
造の一例を示す説明図である。

【図６】本発明の他の実施例のレーザー要素の光学的構
造の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１１…半導体レーザー、１２…光ファイバー、１３…固
体レーザー、１４…波長変換部、２１…半導体レーザ
ー、２２…光ファイバー、２３…固体レーザー、３３…
反射鏡、３４…レーザー媒質、３５、３６、３７…非線
形結晶、３８…波長板、３９…非線形結晶、４０…反射
鏡、１００…レーザー光発生部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外から可視までの波長範囲内の光を発生
するレーザー光発生部と、前記発生した光を非線形光学
結晶を用いて紫外光に波長変換する波長変換光学系とを
有するレーザー要素を複数並列に束ねて構成したことを
特徴とする紫外レーザー光源。
【請求項２】請求項１において、前記レーザー光発生部
は、半導体レーザーを有することを特徴とする紫外レー
ザー光源。
【請求項３】請求項２において、前記レーザー光発生部
は、前記半導体レーザーにより発生された光により励起
される固体レーザーをさらに有することを特徴とする紫
外レーザー光源。
【請求項４】請求項１において、前記レーザー要素は、半導体レーザーと、前記半導体レーザーにより発生された光により励起され
るレーザー媒質、及び、前記レーザー媒質で励起された
基本波を５倍波とする、並列配置された複数の非線形光
学結晶を有するレーザー共振器とを有することを特徴と
する紫外レーザー光源。
【請求項５】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記波
長変換光学系は、直列配置された１つまたは複数の非線
形結晶のモノシリック共振器を有することを特徴とする
紫外レーザー光源。
【請求項６】請求項１において、前記レーザー要素は、半導体レーザーと、前記半導体レーザーにより発生された光により励起され
るレーザー媒質、及び、前記レーザー媒質で励起された
光を波長変換する非線形光学結晶を有するレーザー共振
器と、前記レーザー共振器で波長変換された光を、さらに波長
変換することで紫外光を発生させる、非線形光学結晶を
備えた共振器とを有することを特徴とする紫外レーザー
光源。
【請求項７】請求項１において、前記レーザー光発生部
は、パルス光を発生するパルスレーザーであることを特
徴とする紫外レーザー光源。
【請求項８】請求項４または６において、前記各レーザー要素のうち前記半導体レーザーを除く部
分を、複数並列に束ねて、紫外光の出射端面を形成する
ものであり、前記レーザー要素のそれぞれは、前記半導体レーザーで
発生した光を前記レーザー共振器へ導入する光ファイバ
ーをさらに有することを特徴とする紫外レーザー光源。
【請求項９】請求項１において、前記複数のレーザー要素は、各レーザー要素の紫外光の
出射端面がマトリクスを形成するように並列配置される
ことを特徴とする紫外レーザー光源。