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JPH03139893A - Narrow band oscillation excimer laser - Google Patents

Narrow band oscillation excimer laser

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JPH03139893A
JPH03139893A JP27814189A JP27814189A JPH03139893A JP H03139893 A JPH03139893 A JP H03139893A JP 27814189 A JP27814189 A JP 27814189A JP 27814189 A JP27814189 A JP 27814189A JP H03139893 A JPH03139893 A JP H03139893A
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JP
Japan
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grating
beam expander
laser
etalon
prism
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JP27814189A
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Japanese (ja)
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Osamu Wakabayashi
理 若林
Yukio Kobayashi
小林 諭樹夫
Masahiko Kowaka
雅彦 小若
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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    • H01S3/1055Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length one of the reflectors being constituted by a diffraction grating
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Abstract

PURPOSE:To lengthen life and narrow the spectral line width while improving controllability of the wavelength by arranging a beam expander and an etalon between a laser chamber and a grating and making the beam expanding direction of the beam expander almost vertical to the discharge direction and further arranging the grating so that its wire drawing direction may be almost vertical to the discharge direction. CONSTITUTION:An etalon 5, which functions as a laser chamber 3, a beam expander 4 and a wavelength selection element is arranged between a front mirror 1 and a grating 6 having a function of a rear mirror and a wavelength selection element is arranged. The laser chamber 3 is circulatably filled with laser gas and discharge electrodes 7, 7' for exciting gas are arranged in line and the discharge direction is made in the vertical direction. The grating 6 can select light having the specific wavelength by making an angle theta to incident light variable. The beam expanding direction is in accord with the vertical direction to the discharge direction by the electrodes 7, 7' inside a laser chamber 3. Further, the wire drawing direction of the grating 6 also selects its arrangement so as to be vertical to the discharge direction by the electrodes 7, 7'.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はステッパー用の光源として使用される狭帯域発
振エキシマレーザに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a narrowband oscillation excimer laser used as a light source for a stepper.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体装置製造用の縮小投影露光装置(以下、ステッパ
ーという)の光源としてエキシマレーザの利用が注目さ
れている。これはエキシマレーザの波長が短い(KrF
の波長は約248.4nm)ことから光露光の限界を0
.5μm以下に延ばせる可能性があること、同じ解像度
なら従来用いていた水銀ランプのg線やi線に比較して
焦点深度が深いこと、レンズの開口数(NA)が小さく
て済み、露光領域を大きくてきること、大きなノ々ワー
が得られること等の多くの優れた利点が期待できるから
である。
The use of excimer lasers as light sources for reduction projection exposure apparatuses (hereinafter referred to as steppers) for manufacturing semiconductor devices is attracting attention. This is due to the short wavelength of excimer laser (KrF
The wavelength of
.. It is possible to extend the length to 5 μm or less, the depth of focus is deeper than the G-line and I-line of conventional mercury lamps for the same resolution, and the numerical aperture (NA) of the lens can be small, making it possible to expand the exposure area. This is because it can be expected to have many excellent advantages such as being able to grow in size and obtain a large amount of power.

ところで、ステッパーの光源として利用されるエキシマ
レーザとしては線幅3pm以下の狭帯化が要求され、し
かも大きな出力パワーが要求される。
Incidentally, an excimer laser used as a light source for a stepper is required to have a narrow line width of 3 pm or less, and is required to have a large output power.

エキシマレーザの狭帯域化の技術としては従来インジエ
ンクションロック方式と呼ばれるものがある6゜このイ
ンジエンクションロック方式は、オシレータ段のキャピ
テイ内に波長選択素子(エタロン、回折格子、プリズム
等)を配置し、ピンホールによって空間モードを制限し
て単一モード発振させ、このレーザ光を増幅段によって
注入同期する。この方式によると比較的大きな出力パワ
ーが得られるが、ミスショットがあったり、ロッキング
効率を100%とすることが困難であったり、スペクト
ル純度が悪くなるという欠点がある。また、この方式の
場合その出力光はコヒーレンス性が高く、これを縮小露
光装置の光源に用いた場合はスペックル・パターンが発
生する。一般にスペックル・パターンの発生はレーザ光
に含まれる空間横モードの数に依存すると考えられてい
る。すなわち、レーザ光に含まれる空間横モードの数が
少ないとスペックルやパターンが発生し易くなり、逆に
空間モードの数が多くなるとスペックル・パターンは発
生しにくくなることが知られている。
As a technology for narrowing the band of excimer lasers, there is a conventional technique called the injection locking method.6゜This injection locking method uses a wavelength selection element (etalon, diffraction grating, prism, etc.) within the cavity of the oscillator stage. The spatial mode is restricted by a pinhole to cause single mode oscillation, and this laser light is injection-locked by an amplification stage. Although relatively large output power can be obtained with this method, there are drawbacks such as miss shots, difficulty in achieving 100% locking efficiency, and poor spectral purity. Furthermore, in the case of this method, the output light has high coherence, and if this is used as a light source for a reduction exposure device, a speckle pattern will occur. It is generally believed that the generation of speckle patterns depends on the number of spatial transverse modes included in laser light. That is, it is known that when the number of spatial transverse modes included in laser light is small, speckles and patterns are more likely to occur, and conversely, when the number of spatial modes is large, speckles and patterns are less likely to occur.

上述したインジェクションロック方式は本質的には空間
横モードの数を著しく減らすことによって狭帯域化を行
う技術であり、スペックル・パターンの発生が大きな問
題となるため縮小投影露光装置には採用できない。
The injection lock method described above is essentially a technique for narrowing the band by significantly reducing the number of spatial transverse modes, and cannot be used in reduction projection exposure apparatuses because the generation of speckle patterns poses a major problem.

エキシマレーザの狭帯域化の技術として他に有望なもの
は波長選択素子であるエアーギャップエタロンを用いた
ものがある。このエアーギヤ・ツブエタロンを用いた従
来技術としてはエキシマレーザのキャビティ内に複数個
のエアーギャップエタロンを配置し、エキシマレーザの
狭帯域化を図ろうとする技術が提案されている。
Another promising technique for narrowing the band of excimer lasers is the use of an air gap etalon, which is a wavelength selective element. As a conventional technique using this air gear tube etalon, a technique has been proposed in which a plurality of air gap etalons are arranged within a cavity of an excimer laser to narrow the band of the excimer laser.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、レーザキャビティ内にエタロンを配置した場
合、単一段のステ・ソノ々用の狭帯域発振エキシマレー
ザはエタロンを透過するエネルギー密度が非常に高いた
めに、エタロンの反射膜が少ないショツト数で劣化して
しまい、エタロンの透過率が著しく減少したり、フィネ
スが小さくなることによって、出力レーザ光のスペクト
ル純度及びパワーが著しく低下していた。また、この従
来技術によれば、エタロンを透過するエネルギー密度が
、高いため、熱によって、エタロンのギャップが変化し
、この結果エタロンの透過波長が大きくシフトし、波長
の制御性を著しく低下させるという不具合があった。
However, when an etalon is placed inside a laser cavity, the energy density transmitted through the etalon is extremely high in single-stage narrowband oscillation excimer lasers for use in stereo/sono systems, so the etalon's reflective film deteriorates with a small number of shots. As a result, the transmittance of the etalon is significantly reduced, the finesse is reduced, and the spectral purity and power of the output laser beam are significantly reduced. Furthermore, according to this conventional technology, since the energy density transmitted through the etalon is high, the etalon gap changes due to heat, resulting in a large shift in the etalon transmission wavelength, which significantly reduces wavelength controllability. There was a problem.

この発明はこのような事情に鑑がみてなされたもので、
狭帯域化及び装置の長寿命化を図ると共に、スペクトル
線幅を狭くしかつ波長の制御性を向上させる狭帯域発振
エキシマレーザを提供することを目的とする。
This invention was made in view of these circumstances,
It is an object of the present invention to provide a narrowband oscillation excimer laser that has a narrower band and a longer lifespan, as well as a narrower spectral linewidth and improved wavelength controllability.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するためこの発明においては、狭帯域化
素子としてビームエキスパンダ、エタロン及びグレーテ
ィングを用い、レーザチャンバとグレーティングの間に
ビームエキスパンダ、エタロンをこの順序で配置すると
もに、 前記ビームエキスパンダのビーム拡大方向を放電方向と
ほぼ垂直にし、更に前記グレーティングをその線引き方
向が前記放電方向と略垂直となるよう配置するようにし
ている。
In order to achieve the above object, in the present invention, a beam expander, an etalon, and a grating are used as band narrowing elements, and the beam expander and etalon are arranged in this order between the laser chamber and the grating, and the beam expander The beam expansion direction of the grating is made substantially perpendicular to the discharge direction, and the grating is arranged so that its drawing direction is substantially perpendicular to the discharge direction.

〔作用〕[Effect]

かかる構成によれば、エタロン及びグレーティングによ
って波長選択を行ない、ビームエキスパンダによってビ
ームの拡大を行なう。そして、ビームエキスパンダのビ
ーム拡大方向を放電方向とほぼ垂直にし、更に前記グレ
ーティングをその線引き方向が前記放電方向と略垂直と
なるよう配置するようにしている。ビームエキスパンダ
によるビーム拡大によってエネルギー密度が小さくなり
、エタロン及びグレーティングの寿命が延びる。
According to this configuration, wavelength selection is performed using the etalon and grating, and beam expansion is performed using the beam expander. The beam expansion direction of the beam expander is made substantially perpendicular to the discharge direction, and the grating is arranged so that its drawing direction is substantially perpendicular to the discharge direction. Beam expansion by the beam expander reduces energy density and extends the lifetime of the etalon and grating.

エキシマレーザはそのビーム広がり角がレーザの放電方
向に垂直な方向よりもレーザの放電方向の方が大きい。
The beam divergence angle of an excimer laser is larger in the laser discharge direction than in the direction perpendicular to the laser discharge direction.

そして、発振領域の断面も放電方向に垂直な方向よりも
放電方向のほうが大きい。
The cross section of the oscillation region is also larger in the discharge direction than in the direction perpendicular to the discharge direction.

そこで、ビームエキスパンダのビーム拡大方向をレーザ
の放電方向と略垂直にすることによってエタロンの有効
径を大きくすることなく効率良く狭帯域化する。
Therefore, by making the beam expansion direction of the beam expander substantially perpendicular to the laser discharge direction, the band can be efficiently narrowed without increasing the effective diameter of the etalon.

更に、グレーティングの線引方向をレーザの放電方向と
略垂直にすることによりより効率よく狭帯域化する。
Furthermore, by making the drawing direction of the grating substantially perpendicular to the laser discharge direction, the band can be narrowed more efficiently.

巳実施例〕 以下、この発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説
明する。
Snake Embodiment] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図はこの発明の狭帯域発振エキシマレーザの一実施
例を示した側面図である。この実施例の狭帯域発振エキ
シマレーザは、フロントミラー1と、リアミラーおよび
波長選択素子の機能を有するグレーティング6との間に
、レーザチャンバ3、ビームエキスパンダ4、および波
長選択素子として機能するエタロン5が配設される。す
なわちフロントミラー1とグレーティング6との間に光
共振器が構成されている。このグレーティングの配置は
謂ゆるりドロー配置である。
FIG. 1 is a side view showing an embodiment of a narrow band oscillation excimer laser according to the present invention. The narrowband oscillation excimer laser of this embodiment includes a laser chamber 3, a beam expander 4, and an etalon 5 that functions as a wavelength selection element between a front mirror 1 and a grating 6 that functions as a rear mirror and a wavelength selection element. will be placed. That is, an optical resonator is configured between the front mirror 1 and the grating 6. This grating arrangement is a so-called loose draw arrangement.

レーザチャンバ3はその内にKrF等を含むレーザガス
が循環可能に充填され、またレーザガスを励起させるた
めの放電電極7.7′が紙面に垂直な方向に並設されて
いる。すなわち、放電方向は紙面に垂直な方向となって
いる。更にレーザチャンバ3の両端には所定の角度で配
置されたウィンドウ2a、2bが設けられている。
The laser chamber 3 is filled with a laser gas containing KrF or the like in a circulatory manner, and discharge electrodes 7 and 7' for exciting the laser gas are arranged in parallel in a direction perpendicular to the plane of the drawing. That is, the discharge direction is perpendicular to the paper surface. Furthermore, windows 2a and 2b are provided at both ends of the laser chamber 3 and are arranged at a predetermined angle.

グレーティング6は、光の回折を利用して特定波長の光
を選択するもので、一定方向に配列された多数の溝が形
成されている。この明細書ではこの多数の溝と直角の方
向を線引方向と称している。
The grating 6 uses light diffraction to select light of a specific wavelength, and has a large number of grooves arranged in a fixed direction. In this specification, the direction perpendicular to the many grooves is referred to as the drawing direction.

グレーティング6は、この線引方向を含む平面内で、入
射光に対するグレーティング6の角度θを可変させるこ
とにより、特定の波長の光を選択することができる。す
なわち、グレーティング6は入射光に対するグレーティ
ングの角度に対応する特定の光のみを所定の方向(この
場合入射光の方向)に反射させ、これによって特定の波
長の光に対する選択動作を行なう。
The grating 6 can select light of a specific wavelength by varying the angle θ of the grating 6 with respect to the incident light within a plane including the drawing direction. That is, the grating 6 reflects only a specific light corresponding to the angle of the grating with respect to the incident light in a predetermined direction (in this case, the direction of the incident light), thereby performing a selection operation for light of a specific wavelength.

ここで、ビームエキスパンダ4によるビーム拡大方向は
レーザチャンバ3内の電極7.7′による放電方向と垂
直な方向に一致している。また、グレーティング6の線
引方向も電極7.7゛による放電方向に対して垂直にな
るようにレーザチャンバ3内の電極7.7′に対するグ
レーティング6の配置を選択するようにしている。
Here, the direction of beam expansion by the beam expander 4 coincides with the direction perpendicular to the direction of discharge by the electrodes 7, 7' in the laser chamber 3. Further, the arrangement of the grating 6 with respect to the electrode 7.7' in the laser chamber 3 is selected so that the drawing direction of the grating 6 is also perpendicular to the discharge direction by the electrode 7.7'.

このような構成によれば、ビームエキスパンダ6に、よ
ってビームを拡大するようにしているので、レーザビー
ムのエネルギー密度が小さくなり、エタロン5及びグレ
ーティング6の寿命を延ばすことができる。また、レー
ザビームのエネルギー密度が小さくなるので、熱による
エタロンギャップの変化が抑止され、波長の制御性が良
くなる。さらに、その拡大方向は電極7.7′による放
電方向と垂直な方向のみであるので、レーザビームの形
状を第2図に示すように、はぼ正方形とすることができ
、これによりエタロンの有効径をあまり大きくすること
なく効率良く狭帯域化することができる。すなわち、レ
ーザチャンバ3のウィンドウ2bから出力されるレーザ
ビームの広がり角は一般に電極7.7−による放電方向
、すなわち電極7.7′の配列方向よりもこの放電方向
に垂直な方向の方が小さく、その形状は横長の長方形状
となっている。そこで、拡大方向を電極7.7゛による
放電方向と垂直な方向にすることで、レーザビームの形
状をほぼ正方形とすることができる。
According to such a configuration, since the beam is expanded by the beam expander 6, the energy density of the laser beam is reduced, and the life of the etalon 5 and the grating 6 can be extended. Furthermore, since the energy density of the laser beam is reduced, changes in the etalon gap due to heat are suppressed, and wavelength controllability is improved. Furthermore, since the direction of expansion is only perpendicular to the direction of discharge from the electrodes 7, 7', the shape of the laser beam can be approximately square as shown in Figure 2, which makes the etalon effective. The band can be narrowed efficiently without increasing the diameter too much. That is, the divergence angle of the laser beam output from the window 2b of the laser chamber 3 is generally smaller in the direction perpendicular to the discharge direction than in the discharge direction by the electrodes 7.7-, that is, the arrangement direction of the electrodes 7.7'. , its shape is a horizontally long rectangle. Therefore, by setting the direction of expansion to be perpendicular to the direction of discharge by the electrode 7.7', the shape of the laser beam can be made approximately square.

またこの実施例によれば、エタロン5を挿入し、グレー
ティング6の線引方向も電極7.7′による放電方向に
対して垂直になるようにグレーティング6を配置するよ
うにしているので、グレーティング6におけるビーム広
がりを最小にすることができ、これにより効率よく狭帯
域化することができる。
Further, according to this embodiment, the etalon 5 is inserted and the grating 6 is arranged so that the drawing direction of the grating 6 is also perpendicular to the discharge direction by the electrodes 7.7'. It is possible to minimize the beam spread at , thereby efficiently narrowing the band.

第3図(a) 、 (b)は第1図に示した実施例のビ
ームエキスパンダ4として、2個のシリンドリカルレン
ズ8.9により構成されたビームエキスパンダを用いた
この発明の他の実施例を側面図および平面図で示したも
のである。この実施例の場合も、グレーティング6の線
引方向はレーザチャンバ3内の電極7.7′による放電
方向と垂直にされ、シリンドリカルレンズ8.9による
ビームエキスパンダのビーム拡大方向は、電極7.7′
による放電方向と垂直になるよう構成される。
3(a) and 3(b) show another embodiment of the present invention using a beam expander constituted by two cylindrical lenses 8.9 as the beam expander 4 of the embodiment shown in FIG. An example is shown in side view and top view. In this embodiment as well, the drawing direction of the grating 6 is perpendicular to the discharge direction by the electrode 7.7' in the laser chamber 3, and the beam expansion direction of the beam expander by the cylindrical lens 8.9 is the same as that of the electrode 7.7'. 7′
It is configured to be perpendicular to the discharge direction.

第4図(a) 、 (b)は第1図に示した実施例のビ
ームエキスパンダ4として、2個のプリズム10.11
により構成されたビームエキスパンダを用いたこの発明
の他の実施例を側面図および平面図で示したものである
。この実施例の場合も、グレーティング6の線引方向は
レーザチャンバ3内の電極7.7′による放電方向と垂
直にされ、プリズム10.11によるビームエキスパン
ダのビーム拡大方向は、電極7.7′による放電方向と
垂直になるよう構成される。この場合、プリズムを2個
としてビームエキスパンダを構成したが、プリズムは1
個あるいは複数個であってもよい。
FIGS. 4(a) and 4(b) show two prisms 10 and 11 as the beam expander 4 of the embodiment shown in FIG.
FIG. 3 shows a side view and a plan view of another embodiment of the present invention using a beam expander configured as shown in FIG. In this embodiment as well, the drawing direction of the grating 6 is perpendicular to the discharge direction by the electrode 7.7' in the laser chamber 3, and the beam expansion direction of the beam expander by the prism 10.11 is made perpendicular to the discharge direction by the electrode 7.7' in the laser chamber 3. ′ is arranged perpendicular to the discharge direction. In this case, the beam expander was constructed using two prisms, but only one prism was used.
The number may be one or more.

第5図(a) 、 (b)は第4図に示した実施例のプ
リズム10とレーザチャンバ3との間に、プリズム10
.11からなるプリズムビームエキスパンダのビーム拡
大方向にほぼ平行な偏光波のみを選択的に透過させる偏
光素子12を介在させたこの発明の他の実施例を側面図
および平面図で示したものである。この実施例の場合も
、グレーティング6の線引方向はレーザチャンバ3内の
電極7.7′による放電方向と垂直にされ、プリズム1
0.11によるビームエキスパンダのビーム拡大方向は
、電極7.7′による放電方向と垂直になるよう構成さ
れる。
5(a) and 5(b) show that the prism 10 is connected between the prism 10 of the embodiment shown in FIG. 4 and the laser chamber 3.
.. 11 is a side view and a plan view showing another embodiment of the present invention in which a polarizing element 12 is interposed to selectively transmit only polarized waves substantially parallel to the beam expansion direction of a prism beam expander consisting of a prism beam expander 11. . In this embodiment as well, the drawing direction of the grating 6 is perpendicular to the discharge direction by the electrodes 7,7' in the laser chamber 3, and the prism 1
The beam expansion direction of the beam expander according to 0.11 is arranged to be perpendicular to the discharge direction by the electrodes 7.7'.

偏光素子12は、プリズム10.11からなるプリズム
ビームエキスパンダのビーム拡大方向にほぼ平行な偏光
波のみを選択的に透過させる。この偏光素子12として
は、例えば複屈折材料(水晶、カルサイト等)を用いた
偏光プリズム、ブリュースタ分散プリズム、ガラス基板
(石英、CaF2またはMgF2)をブリュースタ角で
配置するかまたはガラス基板に所定の偏光線分を透過す
るようなコーティングをしたもの等から構成することが
できる。
The polarizing element 12 selectively transmits only polarized waves substantially parallel to the beam expansion direction of the prism beam expander formed by the prism 10.11. As the polarizing element 12, for example, a polarizing prism using a birefringent material (crystal, calcite, etc.), a Brewster dispersion prism, a glass substrate (quartz, CaF2 or MgF2) arranged at Brewster's angle, or a glass substrate It can be constructed from a material coated to transmit a predetermined polarized light beam.

このような構成によると第5図(a)(b)に示した装
置は、プリズム1帆 11から構成されるプリズムビー
ムエキスパンダのビーム拡大方向にほぼ平行な直線偏光
波によって選択的に発振される。
According to such a configuration, the apparatus shown in FIGS. 5(a) and 5(b) selectively oscillates with linearly polarized waves that are approximately parallel to the beam expansion direction of the prism beam expander composed of prisms 1 and 11. Ru.

ここでプリズムビームエキス、(ンダのビーム拡大方向
に平行な直線偏光波は、プリズムへの入射角が大きくて
も透過率は大きいのでスペクトル線幅を細くするために
ビームエキスパンダの拡大率を大きくしても、損失はそ
れほど大きくならない。
Here, the prism beam extractor (Linearly polarized light parallel to the beam expansion direction of the beam has a large transmittance even if the incident angle to the prism is large, so the beam expander's expansion ratio is increased to narrow the spectral line width. However, the losses will not be that large.

すなわち、損失の小さい狭帯域発振エキシマレーザを構
成することができる。
In other words, a narrow band oscillation excimer laser with low loss can be constructed.

第6図(a)(b)はこの発明の他の実施例を示したも
ので、第6図(a)はその側面図、第6図(b)はその
平面図である。この実施例においては、レーザチャンバ
3のリア側ウィンドウ2bによって特定の直線偏光波を
選択するような構成されている。
6(a) and 6(b) show another embodiment of the present invention, FIG. 6(a) being a side view thereof, and FIG. 6(b) being a plan view thereof. In this embodiment, the rear window 2b of the laser chamber 3 is configured to select a specific linearly polarized light wave.

この実施例において、レーザチャンバ3のリア側ウィン
ドウ2bは、プリズム10.11からなるプリズムビー
ムエキスパンダのビーム拡大方向とレーザの光軸の面内
でレーザ光軸に対してほぼブリュースタ角θaとなるよ
うに配置される。
In this embodiment, the rear window 2b of the laser chamber 3 has an approximately Brewster angle θa with respect to the laser optical axis in the beam expansion direction of the prism beam expander consisting of the prism 10.11 and in the plane of the laser optical axis. are arranged so that

なお、第6図の構成においてはリア側のウィンドウ2b
のみをブリュースタ角に設定したが、リア側のウィンド
ウ2bとフロント側のウィンドウ2aの両者を所定のブ
リュースタ角に配置してもよいし、またフロント側のウ
ィンドウ2aのみをブリュースタ角に配置してもよい。
In addition, in the configuration shown in FIG. 6, the rear window 2b
Although only the rear window 2b and the front window 2a may be arranged at a predetermined Brewster angle, only the front window 2a may be arranged at the Brewster angle. You may.

第7図(a) (b)は、この発明の更に他の実施例を
示したものである。ここで、第7図(a)はその側面図
、第7図(b)はその平面図を示す。この実施例は、プ
リズムビームエキスパンダを構成するプリズム10.1
1にプリズムビームエキスパンダの拡大方向と平行な偏
光成分のみを選択的に反射防止する反射防止膜をコーテ
ィングすることにより構成さる。第7図(a)において
点線で示した部分13.14がこのコーティング部を示
している。
FIGS. 7(a) and 7(b) show still another embodiment of the present invention. Here, FIG. 7(a) shows its side view, and FIG. 7(b) shows its plan view. In this embodiment, the prism 10.1 constituting the prism beam expander is
1 is coated with an antireflection film that selectively prevents reflection of only polarized light components parallel to the expansion direction of the prism beam expander. The portions 13 and 14 indicated by dotted lines in FIG. 7(a) indicate this coating portion.

なお、この場合、コーティングは少なくとも1つのプリ
ズムの、光を透過する一面に対して行なえばよい。この
場合、プリズムに対する入射角が大きくなっても、ビー
ムエキスパンダ方向に平行な偏光成分に対して99%以
上の透過率を維持することができる。
In this case, the coating may be applied to one surface of at least one prism that transmits light. In this case, even if the angle of incidence with respect to the prism becomes large, a transmittance of 99% or more can be maintained for polarized light components parallel to the beam expander direction.

なお、上記実施例では、レーザビームを一方向にのみ拡
大するためにビームエキスパンダとしてシリンドリカル
レンズあるいはプリズムを用いるようにしたが、第8図
に示すように、コリメータレンズすなわち凹レンズ15
、凸レンズ16を用いるようにしてもよい。更に、凸レ
ンズと凸レンズでビームエキスパンダを構成するように
してもよい。
In the above embodiment, a cylindrical lens or a prism was used as a beam expander to expand the laser beam in only one direction, but as shown in FIG.
, a convex lens 16 may be used. Furthermore, the beam expander may be configured with a convex lens.

なお、上記リトロ−配置の実施例において、グレーティ
ング6は第9図に示すようなニジエールグレーティング
を用いると好適である。ニジエールグレーティングは第
9図に示すように溝の頂角がほぼ直角となっており、ま
たブレーズ角βの大きなものが製作可能であるため、高
効率でしかも高分解能となっている。したがって上述し
たりドロー配置の各実施例においてグレーティング6と
して第9図に示すようなニジエールグレーティングを用
い、レーザ光の入射角および回折角がそのブレーズ角を
一致するようにすれば更に効率のよい狭帯域化が可能に
なり、グレーティングが単一段でも充分な狭帯域化が実
現できる。
In the embodiment of the above-mentioned retro-arrangement, it is preferable to use a Nizier grating as shown in FIG. 9 as the grating 6. As shown in FIG. 9, Nizier gratings have grooves whose apex angles are almost right angles, and can be manufactured with large blaze angles β, resulting in high efficiency and high resolution. Therefore, in each of the above-mentioned and draw arrangement embodiments, if a Nizier grating as shown in FIG. 9 is used as the grating 6, and the incident angle and the diffraction angle of the laser beam are made to coincide with the blaze angle, it will be more efficient. Narrowing of the band becomes possible, and sufficient narrowing of the band can be achieved even with a single grating stage.

なお、上述した実施例においてレーザチャンバ3内の電
極7.7′による放電方向とグレーティング6の線引方
向とは必ずしも正確に垂直にする必要はない。グレーテ
ィング6の線引方向が電極7.7′による放電方向と略
垂直になれば充分高効率な波長制御が可能となる。
In the above-described embodiment, the discharge direction by the electrodes 7, 7' in the laser chamber 3 and the drawing direction of the grating 6 do not necessarily have to be exactly perpendicular. If the drawing direction of the grating 6 is substantially perpendicular to the direction of discharge by the electrodes 7, 7', sufficiently highly efficient wavelength control becomes possible.

また、プリズム10.11またはシリンドリカルレンズ
8.9によるビームエキスパンダのビーム拡大方向は電
極7.7′による放電方向と正確に垂直にする必要はな
い。ビームエキスパンダのビーム拡大方向が電極7.7
゛による放電方向と略垂直になれば充分な高効率の波長
制御が可能となる。
Further, the beam expansion direction of the beam expander by the prism 10.11 or the cylindrical lens 8.9 does not need to be exactly perpendicular to the discharge direction by the electrode 7.7'. The beam expansion direction of the beam expander is the electrode 7.7
If the direction of discharge is approximately perpendicular to the direction of discharge caused by ゛, sufficiently highly efficient wavelength control becomes possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したようにこの発明によれば、(1)レーザチ
ャンバとエタロンの間にビームエキスパンダを配置し、
エタロンに入射するレーザビームを拡大することにより
エタロン及びグレーティングに入射するエネルギー密度
□を小さくするようにしているのでエタロン及びグレー
ティングの寿命が飛躍的に延びる。
As explained above, according to the present invention, (1) a beam expander is arranged between the laser chamber and the etalon;
By enlarging the laser beam incident on the etalon, the energy density □ incident on the etalon and grating is reduced, so the life of the etalon and grating is dramatically extended.

(2)エタロン及びグレーティングに入射するエネルギ
ー密度を小さいので、エタロン及びグレーティングに熱
的変形が発生せず、これにより波長のシフト量が小さく
なり、波長の制御性が向上する。
(2) Since the energy density incident on the etalon and grating is low, thermal deformation does not occur in the etalon and grating, thereby reducing the amount of wavelength shift and improving wavelength controllability.

(3)ビームエキスパンダのビーム拡大方向を放電方向
とほぼ垂直にし、更に前記グレーティングをその線引き
方向が前記放電方向と略垂直となるよう配置するように
しているので、エタロンの有効径を大きくすることなく
効率良く狭帯域化する。
(3) Since the beam expansion direction of the beam expander is made almost perpendicular to the discharge direction, and the grating is arranged so that its line drawing direction is substantially perpendicular to the discharge direction, the effective diameter of the etalon is increased. To efficiently narrow the band without any problems.

(4)グレーティングの線引き方向とプリズムビームエ
キスパンダのビーム拡大方向とをほぼ一致させるととも
に、プリズムビームエキスパンダのビーム拡大方向にほ
ぼ平行な直線偏光波を選択的に発振させる選択透過手段
を設けたため、プリズムビームエキスパンダでのロスを
ほとんどなくすることができる。このためスペクトル線
幅を狭くし、かつ、大きな出力を得ることが可能になる
(4) The drawing direction of the grating and the beam expansion direction of the prism beam expander are made to almost match, and a selective transmission means is provided to selectively oscillate linearly polarized waves approximately parallel to the beam expansion direction of the prism beam expander. , loss in the prism beam expander can be almost eliminated. Therefore, it becomes possible to narrow the spectral line width and obtain a large output.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例を示す側面図、第2図はこ
の発明の実施例によるレーザビームの形状を示す断面図
、第3図(a)(b)乃至第7図(a)(b)は夫々こ
の発明の他の実施例を示す側面図および平面図、第8図
はこの発明の更に他の実施例を示す側面図、第9図はニ
ジエールグレーティングを示す側面図である。 1・・・フロントミラー 2a、2b・・・ウィンドウ
、3・・・レーザチャンバ、4・・・ビームエキスパン
ダ、5・・・エタロン、6・・・グレーティング、7.
7′9.。 放電電極、8.9・・・シリンドリカルレンズ、10.
11.・・プリズム、12・・・偏光素子  13.1
4・・・反射防止膜 15.16・・・コリメータレン
ズ 第3図 (Q) 第3図(b) 珠引方向 第1図 第2図 第4図 第4図(b) 第5図 ((1) フ 第5図(b) 第7図 (Q) 第7図 (b) 第6図 ((1) 第6図(b) 第8図 第9図 手続補正書 (自発) 1゜ 事件の表示 平成1年特許願第278141号 2゜ 発明の名称 狭帯域発振エキシマレーザ 3゜ 補正をする者 事件との関係  特許出願人 (123)株式会社小松製作所 4゜ 代 理 人 (〒 104)東京都中央区銀座2丁目11番2号5、補正の
対象 図面。
FIG. 1 is a side view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing the shape of a laser beam according to the embodiment of the invention, and FIGS. 3(a), (b) to 7(a) (b) is a side view and a plan view showing another embodiment of the invention, FIG. 8 is a side view showing still another embodiment of the invention, and FIG. 9 is a side view showing a Nisier grating. . DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Front mirror 2a, 2b... Window, 3... Laser chamber, 4... Beam expander, 5... Etalon, 6... Grating, 7.
7'9. . Discharge electrode, 8.9... Cylindrical lens, 10.
11. ... Prism, 12... Polarizing element 13.1
4... Anti-reflection film 15.16... Collimator lens Fig. 3 (Q) Fig. 3 (b) Straight direction Fig. 1 Fig. 2 Fig. 4 Fig. 4 (b) Fig. 5 (( 1) Figure 5 (b) Figure 7 (Q) Figure 7 (b) Figure 6 ((1) Figure 6 (b) Figure 8 Figure 9 Procedural amendment (voluntary) 1゜ Case Display 1999 Patent Application No. 278141 2゜Name of the inventionNarrowband oscillation excimer laser 3゜Relationship with the case Patent applicant (123) Komatsu Ltd. 4゜Representative (〒104) Chuo, Tokyo 2-11-2-5, Ginza-ku, drawing subject to correction.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)狭帯域化素子としてビームエキスパンダ、エタロ
ン、及びグレーティングを用い、レーザチャンバとグレ
ーティングの間にビームエキスパンダ、エタロンをこの
順序で配置するともに、前記ビームエキスパンダのビー
ム拡大方向を放電方向とほぼ垂直にし、更に前記グレー
ティングをその線引き方向が前記放電方向と略垂直とな
るよう配置するようにしたことを特徴とする狭帯域発振
エキシマレーザ。
(1) A beam expander, an etalon, and a grating are used as band narrowing elements, and the beam expander and etalon are arranged in this order between the laser chamber and the grating, and the beam expansion direction of the beam expander is set in the discharge direction. and the grating is arranged so that its drawing direction is substantially perpendicular to the discharge direction.
(2)前記ビームエキスパンダのビーム拡大方向にほぼ
平行な直線偏光波を選択的に透過する選択透過手段を更
に具えたことを特徴とする請求項(1)記載の狭帯域発
振エキシマレーザ。
(2) The narrow band oscillation excimer laser according to claim (1), further comprising selective transmission means for selectively transmitting linearly polarized waves substantially parallel to the beam expansion direction of the beam expander.
(3)前記選択透過手段は、光共振器内に配置された偏
光素子であることを特徴とする請求項(1)記載の狭帯
域発振エキシマレーザ。
(3) The narrowband oscillation excimer laser according to claim 1, wherein the selective transmission means is a polarizing element disposed within an optical resonator.
(4)前記選択透過手段は、前記ビームエキスパンダの
ビーム拡大方向とレーザの光軸の面内で該レーザ光軸に
対してほぼブリュースタ角となるように配置された、レ
ーザチャンバのリア側またはフロント側のウィンドウを
含むことを特徴とする請求項(1)記載の狭帯域発振エ
キシマレーザ。
(4) The selective transmission means is arranged on the rear side of the laser chamber so that the beam expansion direction of the beam expander and the optical axis of the laser form a substantially Brewster angle with respect to the optical axis of the laser. The narrowband oscillation excimer laser according to claim 1, further comprising a window on the front side.
(5)前記ビームエキスパンダはプリズムであり、前記
選択透過手段は、該プリズムのビーム拡大方向とほぼ平
行な偏光成分のみを選択的に反射防止し、プリズムの少
なくとも一面にコーティングされた反射防止膜を含むこ
とを特徴とする請求項(1)記載の狭帯域発振エキシマ
レーザ。
(5) The beam expander is a prism, and the selective transmission means selectively prevents reflection of only polarized light components substantially parallel to the beam expansion direction of the prism, and includes an antireflection film coated on at least one surface of the prism. The narrowband oscillation excimer laser according to claim 1, characterized in that the narrowband oscillation excimer laser comprises:
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