JP2964255B2 - Narrow-band oscillation excimer laser - Google Patents
Narrow-band oscillation excimer laserInfo
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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
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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- H01S3/1055—Controlling 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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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は狭帯域発振エキシマレーザに係り、特に半導
体製造装置に用いられるステッパーの光源として使用さ
れている狭帯域発振エキシマレーザの改良に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a narrow band oscillation excimer laser, and more particularly to an improvement in a narrow band oscillation excimer laser used as a light source of a stepper used in a semiconductor manufacturing apparatus.
従来、エキシマレーザはマルチモード発振するため
に、ビーム拡がり角が大きくなっており、エキシマレー
ザ光をグレーティングにより狭帯域化する場合、グレー
ティングにおけるビーム広がり角を小さくするために、
共振器内にピンホールを配置するか、または、ビームエ
キスパンダによりビームを拡大してグレーティングに入
射させて波長線幅を狭くしていた。例えば、第7図に示
すエキシマレーザはこのグレーティングをリトロー配置
としたもので、グレーティング1をリアミラーとして用
いて狭帯域化を行っており、チャンバ前後の光路にピン
ホール2を配置している。この場合、ビームエキスパン
ダとしてプリズムを用いた構造としている。また、第8
図に示すエキシマレーザは、グレーティングを斜入射
(ブレーズ型)配置構造としたもので、全反射ミラー3
とグレーティング4により狭帯域化を行っている。また
リトロー型と同様に、チャンバ前後の光路にピンホール
5を配置している。なお、通常この斜入射配置の場合に
は、グレーティングとしてホログラフィクグレーティン
グを用い、入射角を大きくするように設定している。そ
の他、図示しないが、注入同期方式のエキシマレーザも
知られている。Conventionally, an excimer laser has a large beam divergence angle due to multi-mode oscillation.To narrow the band of the excimer laser light by using a grating, in order to reduce the beam divergence angle in the grating,
A pinhole is arranged in the resonator, or the beam is expanded by a beam expander and made incident on the grating to narrow the wavelength line width. For example, in the excimer laser shown in FIG. 7, the grating is arranged in a Littrow arrangement, the band is narrowed by using the grating 1 as a rear mirror, and pinholes 2 are arranged in the optical path before and after the chamber. In this case, a structure using a prism as a beam expander is employed. Also, the eighth
The excimer laser shown in the figure has a grating with a grazing incidence (blaze type) arrangement structure.
And the grating 4 to narrow the band. Further, similarly to the Littrow type, pinholes 5 are arranged in the optical path before and after the chamber. Usually, in the case of the oblique incidence arrangement, a holographic grating is used as the grating, and the angle of incidence is set to be large. Although not shown, an injection-locked excimer laser is also known.
ところで、半導体製造装置用のステッパーに使用され
るような狭帯域発振エキシマレーザでは、線幅3pm以下
に狭帯域化し、しかも大きな出力が必要とされる。共振
器内にピンホール2,5を配置した場合、非常に出力が小
さくなっていた。また、注入同期方式の場合には、大き
な出力が得られるものの、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り、スペク
トル純度が悪くなっていた。By the way, in a narrow-band oscillation excimer laser used for a stepper for a semiconductor manufacturing apparatus, a band is narrowed to a line width of 3 pm or less and a large output is required. When the pinholes 2 and 5 were arranged in the resonator, the output was very small. In addition, in the case of the injection locking method, although a large output is obtained, there are misshots, it is difficult to set the locking efficiency to 100%, and the spectral purity has deteriorated.
また、リトロー配置でプリズムビームエキスパンダを
用いる場合は、線幅を狭くするためにスリット(図示せ
ず)を配置し、ビームの拡大率を大きくし、かつグレー
ティングをさらに大きくする必要があった。しかし、大
きなグレーティングを製作することや高効率とするため
にブレーズ角と発振波長を適合させて製作することは困
難なため、一般にグレーティングへの入射角はブレーズ
角と一致せず、その結果、常に発振効率を最大にするこ
とはできなかった。Further, when the prism beam expander is used in the Littrow arrangement, it is necessary to arrange a slit (not shown) in order to reduce the line width, increase the beam expansion rate, and further increase the grating. However, it is difficult to produce a large grating or to match the lasing angle and the oscillation wavelength in order to achieve high efficiency.In general, the angle of incidence on the grating does not match the blaze angle. The oscillation efficiency could not be maximized.
更に、高効率で発振させるためには放電のエネルギ密
度を高くした状態で発振させる必要があり、放電電極の
寿命が非常に短くなっていた。Furthermore, in order to oscillate with high efficiency, it is necessary to oscillate in a state where the energy density of the discharge is high, and the life of the discharge electrode has been very short.
本発明は、上記従来の問題点に着目し、狭帯域化素子
としてグレーティングを使用するエキシマレーザにおい
て、常に最高効率で回折光を反射させて大きな出力が得
られるとともに、線幅を更に狭くできる構造とした狭帯
域発振エキシマレーザを提供することを目的とする。The present invention focuses on the above-mentioned conventional problems, and in an excimer laser using a grating as a band-narrowing element, a structure that can always obtain a large output by reflecting diffracted light with the highest efficiency and further reduce the line width. It is an object of the present invention to provide a narrow-band oscillation excimer laser.
上記目的を達成するために、本発明に係る狭帯域発振
エキシマレーザは、レーザチャンバの光軸上の壁に有す
る1対のウインドウのいずれか一方の外方に、狭帯域化
素子としてグレーティング及びリアミラーを設けたエキ
シマレーザにおいて、グレーティング側のウインドウと
グレーティングとの間にビームエキスパンダを配置し、
グレーティング側のウインドウを出射し、かつビームエ
キスパンダを透過してグレーティングへ入射するレーザ
光の入射角と回折角の和の二分の一をグレーティングの
ブレーズ角に略一致させると共に、回折光がビームエキ
スパンダを透過するようにグレーティングを配置し、ビ
ームエキスパンダを透過してくる回折光の光軸方向へ回
折光を反射させるリアミラーをレーザチャンバとビーム
エキスパンダとの間に配置した構成としている。In order to achieve the above object, a narrow-band oscillation excimer laser according to the present invention includes a grating and a rear mirror as a band-narrowing element outside one of a pair of windows provided on a wall on an optical axis of a laser chamber. In an excimer laser provided with a beam expander between the grating side window and the grating,
The half of the sum of the incident angle and the diffraction angle of the laser light that exits the grating side window and passes through the beam expander and enters the grating is made to substantially match the blaze angle of the grating, and the diffracted light is The grating is arranged so as to transmit through the panda, and a rear mirror that reflects the diffracted light in the optical axis direction of the diffracted light transmitted through the beam expander is arranged between the laser chamber and the beam expander.
また、レーザチャンバの光軸上の壁に有する1対のウ
インドウのいずれか一方の外方に、狭帯域化素子として
グレーティング及びリアミラーを設けたエキシマレーザ
において、グレーティング側のウインドウとグレーティ
ングとの間にビームエキスパンダを配置し、グレーティ
ング側のウインドウを出射し、かつビームエキスパンダ
を透過してグレーティングへ入射するレーザ光の入射角
と回折角の和の二分の一をグレーティングのブレーズ角
に一致させると共に、回折光がビームエキスパンダを透
過するようにグレーティングを配置し、ビームエキスパ
ンダを透過してくる回折光の光軸方向へ回折光を反射さ
せるリアミラーをレーザチャンバに対してビームエキス
パンダとは反対側に配置した構成としている。In an excimer laser provided with a grating and a rear mirror as a band-narrowing element outside one of a pair of windows provided on a wall on an optical axis of a laser chamber, a gap between the grating-side window and the grating is provided. A beam expander is arranged, and a half of the sum of the incident angle and the diffraction angle of the laser beam that exits the grating side window and passes through the beam expander and enters the grating is matched with the blaze angle of the grating. The grating is arranged so that the diffracted light passes through the beam expander, and the rear mirror that reflects the diffracted light in the optical axis direction of the diffracted light transmitted through the beam expander is opposite to the beam expander with respect to the laser chamber. It is arranged on the side.
また、レーザチャンバの光軸上の壁に有する1対のウ
インドウのいずれか一方の外方に、狭帯域化素子として
グレーティング及びリアミラーを設けたエキシマレーザ
において、グレーティング側のウインドウとグレーティ
ングとの間にビームエキスパンダを、ビームエキスパン
ダによるビーム拡大方向がレーザチャンバ内の放電電極
の放電方向とほぼ直交するように配置し、グレーティン
グ側のウインドウを出射し、かつビームエキスパンダを
透過してグレーティングへ入射するレーザ光の入射角と
回折角の和の二分の一をグレーティングのブレーズ角に
略一致させると共に、回折光がビームエキスパンダを透
過するようにグレーティングを配置し、ビームエキスパ
ンダを透過してくる回折光の光軸方向へ回折光を反射さ
せるようにリアミラーを配置した構成としている。尚、
この場合において、ビームエキスパンダのレーザ光入射
面にビーム拡大方向と平行な偏光成分の反射を防止する
反射防止膜をコートしてもよい。In an excimer laser provided with a grating and a rear mirror as a band-narrowing element outside one of a pair of windows provided on a wall on an optical axis of a laser chamber, a gap between the grating-side window and the grating is provided. The beam expander is arranged so that the beam expansion direction of the beam expander is almost orthogonal to the discharge direction of the discharge electrode in the laser chamber, exits the window on the grating side, passes through the beam expander, and enters the grating The half of the sum of the incident angle and the diffraction angle of the laser beam to be made is made to substantially match the blaze angle of the grating, and the grating is arranged so that the diffracted light passes through the beam expander, and passes through the beam expander. Rear mirror to reflect the diffracted light in the optical axis direction of the diffracted light It has a configuration that was placed. still,
In this case, the laser beam incident surface of the beam expander may be coated with an antireflection film for preventing reflection of a polarization component parallel to the beam expansion direction.
また上記夫々において、グレーティングはエシェール
グレーティングとし、また、このグレーティングは回折
効率の低下率を50%以下とするように入射角と回折角と
の差を設定する方が望ましい。In each of the above, it is preferable that the grating is an shale grating, and that the difference between the incident angle and the diffraction angle is set such that the rate of reduction of the diffraction efficiency is 50% or less.
一般に、溝間隔がdの平面グレーティングの主断面に
平行に白色平行光線を入射させるとき、波長λの回折光
の強度の主極大は、 d(sinα+sinβ)=mλ …(1) 但し、mは整数 を満たす回折角βの方向に生ずる。ここで、入射角αと
回折角βはグレーティングの面に立てた法線とのなす角
である。In general, when a white parallel ray is incident parallel to the main cross section of the plane grating having the groove interval d, the main maximum of the intensity of the diffracted light having the wavelength λ is: d (sinα + sinβ) = mλ (1) where m is an integer In the direction of the diffraction angle β that satisfies Here, the incident angle α and the diffraction angle β are angles formed by a normal line on the surface of the grating.
また、反射角φは、 φ=β−α …(2) で表される。 The reflection angle φ is represented by φ = β−α (2).
一方、ブレーズ角γと同じ角度で平行光線を入射させ
るとき、ブレーズ角γと同じ角度の回折角の波長の光強
度が最大となる。すなわち、 α=β=γ …(3) 2d sinα=mλ …(4) ただし、dは格子定数 の両式が成立する場合である。On the other hand, when a parallel light beam is incident at the same angle as the blaze angle γ, the light intensity at the wavelength of the diffraction angle equal to the blaze angle γ becomes maximum. That is, α = β = γ (3) 2d sin α = mλ (4) where d is a case where both of the lattice constants are satisfied.
ところが、例えば、Krfのエキシマレーザの場合に
は、発振効率が最大となる中心波長は、248.39nm、線幅
は0.35nmであり、上記式(3),(4)が成立するよう
なブレーズ角γのグレーティングを製作することは極め
て困難である。However, for example, in the case of a Krf excimer laser, the center wavelength at which the oscillation efficiency becomes maximum is 248.39 nm and the line width is 0.35 nm, and the blaze angle is such that the above equations (3) and (4) hold. It is extremely difficult to manufacture a grating of γ.
これに対し、本発明ではレーザ光の前記グレーティン
グに対する入射角と回折角の和の二分の一を前記グレー
ティングのブレーズ角と略一致させてグレーティングを
配置するとともに、リアミラーを回折光軸と垂直に配置
して回折光を反射させるように構成している。すなわ
ち、本発明では、グレーティングにおける入射角α、回
折角β及びブレーズ角γの関係を、 (α+β)/2=γ …(5) としている。そして、この条件下で前式(1),(5)
が成立するようにグレーティング及びリアミラーを配置
するのである。On the other hand, in the present invention, the grating is arranged so that a half of the sum of the incident angle and the diffraction angle of the laser beam with respect to the grating is substantially equal to the blaze angle of the grating, and the rear mirror is arranged perpendicular to the diffraction optical axis. To reflect the diffracted light. That is, in the present invention, the relationship between the incident angle α, the diffraction angle β, and the blaze angle γ in the grating is (α + β) / 2 = γ (5). Then, under these conditions, the expressions (1) and (5)
That is, the grating and the rear mirror are arranged so that the following holds.
これにより回折強度を最大にすることができる。した
がって、かかる場合には製作誤差によりブレーズ角が多
少変動しても本発明のように配置することにより、常に
最高効率で回折光を反射することができ、大きな出力が
得られる。Thereby, the diffraction intensity can be maximized. Therefore, in such a case, even if the blaze angle slightly fluctuates due to a manufacturing error, by arranging as in the present invention, the diffracted light can always be reflected with the highest efficiency, and a large output can be obtained.
また、グレーティングとしてエシェールグレーティン
グを用いて斜入射型配置構造とすることにより、リトロ
ー配置の場合に比べて分散が約二倍となるため、線幅を
さらに狭くすることができる。エシェールグレーティン
グは溝の頂角がほぼ垂直になっており、大きなブレーズ
角のものが製作可能であることから、通常のグレーティ
ングの場合に比べて高出力が得られる。In addition, when the oblique incidence type arrangement structure is used by using an eshale grating as the grating, the dispersion becomes about twice as compared with the case of the Littrow arrangement, so that the line width can be further reduced. The shale grating has a groove whose apex angle is substantially vertical and can be manufactured with a large blaze angle, so that a higher output can be obtained as compared with a normal grating.
特に、エシェールグレーティングの場合には、溝本数
が少ないので、通常のグレーティングに比べてフリース
ペクトラルレンジが小さくなり、反射角φをできるだけ
小さくした状態で前式(1),(5)が成立するように
グレーティング及びリアミラーを配置することができ
る。この種の装置では、通常、反射角φが大きくなると
効率が低下することが知られており、エシェールグレー
ティングの場合の効率の低下率Aは次式(6)で表せら
れる。In particular, in the case of an shale grating, since the number of grooves is small, the free spectral range is smaller than that of a normal grating, and the above expressions (1) and (5) are satisfied with the reflection angle φ as small as possible. The grating and the rear mirror can be arranged as described above. In this type of device, it is generally known that the efficiency decreases as the reflection angle φ increases, and the efficiency reduction rate A in the case of an shale grating can be expressed by the following equation (6).
A=tanγ・tan(φ/2) …(6) 実用上製作可能な最も大きなブレーズ角γは、エシェ
ールグレーティングで76度程度である。通常、回折効率
の低下率Aを0.5以下にすれば充分効率的なレーザ発振
が可能となるが、ブレーズ角γが76度の場合は、効率の
低下率Aが0.5以上となるのは、反射角φが14.2度以上
となる場合である。したがって、本発明では、回折効率
の低下率Aを0.5以下に、望ましくは反射角φを14.2度
以下にするようにして設定している。A = tan γ · tan (φ / 2) (6) The largest blaze angle γ that can be produced practically is about 76 degrees in an shale grating. Normally, if the rate of decrease A of the diffraction efficiency is set to 0.5 or less, sufficiently efficient laser oscillation becomes possible. However, when the blaze angle γ is 76 degrees, the rate of decrease A of the efficiency of 0.5 or more is caused by the reflection. This is the case where the angle φ is 14.2 degrees or more. Therefore, in the present invention, the reduction rate A of the diffraction efficiency is set to 0.5 or less, and preferably, the reflection angle φ is set to 14.2 degrees or less.
さらに、リアウインドウとグレーティングとの間にビ
ームエキスパンダを配置し、リアミラーをリアウインド
ウとビームエキスパンダとの間に配置しているので、反
射角φを小さくするようなリアミラー及びグレーティン
グの配置が容易となり、よって上述のようにグレーティ
ングで常に最高効率で回折光を反射でき、かつ回折効率
の低下率Aを小さくできる。したがって、効率的に、大
きなレーザ発振出力を得ることができる。また、ビーム
エキスパンダによりビームを拡大してグレーティングに
入射させ、グレーティングへの入射面積を広く使えるの
で、スリットを使用しなくても線幅を狭くでき、上記の
ように発振効率を向上できることにより従来の如く放電
のエネルギ密度を高くしてレーザ出力を上げる必要もな
いので、放電電極の寿命を長期化できる。Furthermore, since the beam expander is arranged between the rear window and the grating and the rear mirror is arranged between the rear window and the beam expander, it is easy to arrange the rear mirror and the grating so as to reduce the reflection angle φ. Therefore, as described above, the grating can always reflect the diffracted light with the highest efficiency, and the reduction rate A of the diffraction efficiency can be reduced. Therefore, a large laser oscillation output can be obtained efficiently. In addition, the beam expander expands the beam and makes it incident on the grating, and the area of incidence on the grating can be widened, so the line width can be reduced without using slits and the oscillation efficiency can be improved as described above. As described above, there is no need to increase the energy density of the discharge to increase the laser output, so that the life of the discharge electrode can be prolonged.
また、さらにリアミラーをレーザチャンバに対してビ
ームエキスパンダとは反対側に、すなわちフロントミラ
ーとレーザチャンバの間に配置したので、反射角φを小
さくするようなリアミラー及びグレーティングの配置
が、リアミラーがビームエキスパンダ側に位置するよう
な上記配置に比べてもさらに容易となる。よって、グレ
ーティングで常に最高効率で回折光を反射でき、かつ回
折効率の低下率Aを小さくできる。Further, since the rear mirror is arranged on the side opposite to the beam expander with respect to the laser chamber, that is, between the front mirror and the laser chamber, the arrangement of the rear mirror and the grating so as to reduce the reflection angle φ is changed. It is even easier than the above arrangement, which is located on the expander side. Therefore, the diffraction light can always be reflected by the grating with the highest efficiency, and the reduction rate A of the diffraction efficiency can be reduced.
また、リアウインドウとグレーティングとの間に配置
したビームエキスパンダによるビームの拡大方向が、レ
ーザチャンバにおける放電電極による放電方向とほぼ垂
直になるように配置しているので、発振レーザ光の線幅
を更に細くすることができる。そして、ビームエキスパ
ンダには、ビームの拡大方向と平行な偏光成分の反射を
防止するために、レーザチャンバ及びリアミラーからの
入射面側に反射防止膜をコーティングしているので、プ
リズムにレーザ光が透過する回数が多い場合でも効率低
下することがなくなり、更に高い効率でのレーザ発振を
維持することができる。In addition, since the beam expansion direction of the beam expander arranged between the rear window and the grating is arranged so as to be substantially perpendicular to the discharge direction of the discharge electrode in the laser chamber, the line width of the oscillating laser light is reduced. It can be made even thinner. The beam expander is coated with an anti-reflection film on the incident side from the laser chamber and the rear mirror in order to prevent reflection of the polarization component parallel to the beam expansion direction. Even when the number of transmissions is large, the efficiency does not decrease, and laser oscillation with higher efficiency can be maintained.
以下に、本発明に係る狭帯域発振エキシマレーザの具
体的実施例について図面を参照しながら詳細に説明す
る。Hereinafter, specific examples of the narrow-band oscillation excimer laser according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は第一実施例に係る狭帯域発振エキシマレーザ
の構成図、第2図は本発明の原理を説明するグレーティ
ングにおける回折光の説明図である。グレーティング
は、斜入射配置の構成がとられている。まず、発振器本
体は、放電電極を内蔵したレーザチャンバ10からなり、
このレーザチャンバ10の軸方向両端面にはレーザ光の透
過部となるウインドウ12が設けられている。そして、レ
ーザチャンバ10の前端側にはフロントミラー14が配置さ
れ、後端側には一定の傾斜角に設定されたグレーティン
グ16が設置されている。このグレーティング16は鋸刃状
の波形断面をもつので、特に入射角度と回折角がグレー
ティング16の法線Gに対して同じ側にあるように設定さ
れたエシェールグレーティングによって構成されてい
る。このエシェールグレーティングは溝の頂角が垂直と
なっている。また、このグレーティング16に対面してリ
アミラー18が配置され、グレーティング16からの回折光
を反射してグレーティング16に戻すようにしている。こ
のように構成することによって、グレーティング16及び
リアミラー18の傾斜角度を調整すれば特定の波長の回折
光を選択的に反射させることができ、この選択された波
長のレーザ光を効率的に発振させることができるのであ
る。FIG. 1 is a configuration diagram of a narrow-band oscillation excimer laser according to a first embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram of diffracted light in a grating for explaining the principle of the present invention. The grating has a configuration of oblique incidence arrangement. First, the oscillator body consists of a laser chamber 10 with a built-in discharge electrode,
Windows 12 are provided on both end surfaces in the axial direction of the laser chamber 10 to serve as laser light transmitting portions. Further, a front mirror 14 is disposed on the front end side of the laser chamber 10, and a grating 16 having a fixed inclination angle is disposed on the rear end side. Since the grating 16 has a sawtooth waveform cross section, the grating 16 is constituted by an eshale grating in which the incident angle and the diffraction angle are set to be on the same side with respect to the normal G of the grating 16. In this shale grating, the vertical angle of the groove is vertical. Further, a rear mirror 18 is arranged so as to face the grating 16 so as to reflect the diffracted light from the grating 16 and return it to the grating 16. With this configuration, by adjusting the inclination angles of the grating 16 and the rear mirror 18, diffracted light of a specific wavelength can be selectively reflected, and laser light of the selected wavelength can be efficiently oscillated. You can do it.
ところで、この装置では、前記グレーティング16とリ
アミラー18とを特定の配置構成としている。すなわち、
第1図及び第2図に示したように、グレーティング16で
は、リアミラー18を介して反射される回折光の入射角と
グレーティング16からレーザチャンバ10に戻される回折
角とは、法線Gからリアミラー18とレーザチャンバ10の
それぞれの光軸への傾き角α、βとして与えられてい
る。また、グレーティング16のブレーズ角γはその制作
時に一義的に与えられる。そして、このときの反射角φ
は、φ=β−αとなる。By the way, in this device, the grating 16 and the rear mirror 18 have a specific arrangement. That is,
As shown in FIGS. 1 and 2, in the grating 16, the incident angle of the diffracted light reflected via the rear mirror 18 and the diffraction angle returned from the grating 16 to the laser chamber 10 are different from the normal G to the rear mirror. The inclination angles α and β of the 18 and the laser chamber 10 with respect to the respective optical axes are given. The blaze angle γ of the grating 16 is uniquely given at the time of its production. And the reflection angle φ at this time
Becomes φ = β−α.
かかる場合において、本実施例では、レーザ光の前記
グレーティング16に対する入射角αと回折角βの和の二
分の一を前記グレーティング16のブレーズ角γに略一致
させてグレーティング16を配置するとともに、リアミラ
ー18を回折光軸と垂直に配置して回折光を反射させるよ
うにしている。すなわち、前式(5);(α+β)/2=
γが成立するようにグレーティング16のレーザチャンバ
10の光軸に対する傾斜角θを設定し、かつグレーティン
グ16からリアミラー18への回折光軸と直交するように当
該リアミラー18を配置したものである。このとき、グレ
ーティング16を挟んでリアミラー18からレーザチャンバ
10に至る反射角φが所定値(例えば14.2度)以下になる
ように設定し、効率の低下率Aが50%以下となるように
している。したがって、例えばφ=14度、γ=76度とし
た場合には、前式(2),(5)からα=69度、β=83
度としてグレーティング16を配置し、同時にリアミラー
18が回折光軸に直交するように設定される。In such a case, in the present embodiment, the grating 16 is arranged such that a half of the sum of the incident angle α and the diffraction angle β of the laser beam with respect to the grating 16 substantially matches the blaze angle γ of the grating 16, and the rear mirror 18 is arranged perpendicular to the diffraction optical axis to reflect the diffracted light. That is, the previous equation (5); (α + β) / 2 =
Laser chamber of grating 16 so that γ holds
The rear mirror 18 is arranged so as to set an inclination angle θ with respect to the optical axis of 10 and to be orthogonal to the diffraction optical axis from the grating 16 to the rear mirror 18. At this time, the laser chamber is
The reflection angle φ reaching 10 is set to be equal to or less than a predetermined value (for example, 14.2 degrees), and the efficiency reduction rate A is set to be 50% or less. Therefore, for example, when φ = 14 degrees and γ = 76 degrees, α = 69 degrees and β = 83 from the above equations (2) and (5).
Place grating 16 as a degree and at the same time rear mirror
18 is set to be orthogonal to the diffraction optical axis.
このように構成された狭帯域発振エキシマレーザによ
れば、レーザチャンバ10に対するグレーティング16とリ
アミラー18との配置関係が前述のように設定されている
ので、製作誤差によりグレーティング16のブレーズ角γ
が多少変動しても、常に最高効率で回折光を反射させる
ことができ、大きなレーザ発振出力が得られる。この実
施例では斜入射配置型としているので、特にリトロー配
置の場合に比べて分散が約二倍になり、線幅を更に狭く
することができる。グレーティング16はエシェールグレ
ーティングであるため、大きなブレーズ角のものが製作
可能であり、したがって前式(1),(5)が成立し、
かつ反射角φが14.2度以下になるように容易に配置を設
定できるので、通常のグレーティングに比較して高効率
出力のエキシマレーザを得ることができる。また、エシ
ェールグレーティングを使用したことにより、溝本数が
少なくて通常のグレーティングに比べてフリースペクト
ラルレンジが小さくなり、反射角φをできるだけ小さく
した状態で前式(1),(5)が成立するようにグレー
ティング16及びリアミラー18を配置することができる。
よって、リトロー配置でエシェールグレーティングを用
いたときの製作誤差からのブレーズ角変動による効率の
低下を抑制することが可能となる。According to the narrow-band oscillation excimer laser configured as described above, since the arrangement relationship between the grating 16 and the rear mirror 18 with respect to the laser chamber 10 is set as described above, the blaze angle γ of the grating 16 due to a manufacturing error.
Even if the value fluctuates slightly, diffracted light can always be reflected with the highest efficiency, and a large laser oscillation output can be obtained. In this embodiment, since the oblique incidence arrangement type is employed, the dispersion is about twice as large as in the Littrow arrangement, and the line width can be further reduced. Since the grating 16 is an shale grating, one having a large blaze angle can be manufactured. Therefore, the expressions (1) and (5) are satisfied,
In addition, since the arrangement can be easily set so that the reflection angle φ is 14.2 degrees or less, an excimer laser having a higher efficiency output than a normal grating can be obtained. In addition, the use of the shale grating reduces the number of grooves and reduces the free spectral range as compared with a normal grating, and the above expressions (1) and (5) are satisfied with the reflection angle φ as small as possible. The grating 16 and the rear mirror 18 can be arranged as described above.
Therefore, it is possible to suppress a decrease in efficiency due to a variation in the blaze angle due to a manufacturing error when using the shale grating in the Littrow arrangement.
次に、第3図には第二実施例の狭帯域発振エキシマレ
ーザを示す。この実施例はリアウインドウ12とグレーテ
ィング16の間にビームエキスパンダとしてプリズム20を
配置したものである。反射角を小さくするために、リア
ミラー18をレーザチャンバ10とプリズム20との間に配置
した構成としている。このような構成によれば、プリズ
ム20のビーム拡大作用によって、第一実施例の場合に比
較して、線幅を更に狭くし、かつ高効率でレーザ出力で
きる利点がある。Next, FIG. 3 shows a narrow-band oscillation excimer laser according to a second embodiment. In this embodiment, a prism 20 is arranged between a rear window 12 and a grating 16 as a beam expander. In order to reduce the reflection angle, the rear mirror 18 is arranged between the laser chamber 10 and the prism 20. According to such a configuration, there is an advantage that the line width can be further reduced and the laser output can be performed with high efficiency as compared with the case of the first embodiment by the beam expanding action of the prism 20.
第4図には第三実施例に係る狭帯域発振エキシマレー
ザを示している。これはリアミラー18をフロントミラー
14とレーザチャンバ10の間に配置したものである。この
ような構成にすることによって、先の第一及び第二実施
例の場合よりも更に反射角を小さくすることができ、よ
り高効率とすることができる。FIG. 4 shows a narrow-band oscillation excimer laser according to the third embodiment. This is a rear mirror 18 front mirror
It is arranged between 14 and the laser chamber 10. With such a configuration, the reflection angle can be further reduced as compared with the first and second embodiments, and higher efficiency can be achieved.
第5図、第6図は、第四実施例の狭帯域発振エキシマ
レーザである。この狭帯域発振エキシマレーザは、前記
第二実施例と同様にプリズム20をビームエキスパンダと
して用いているが、特にビームのエキスパンド方向がレ
ーザチャンバ10における放電電極24による放電方向とほ
ぼ垂直になるように配置している。そして、このプリズ
ム20には、ビームの拡大方向と平行な偏光成分の反射を
防止するために、レーザチャンバ10およびリアミラー18
からの入射面側に反射防止膜22をコーティングしてい
る。(第5図中破線)。このように構成したエキシマレ
ーザでは、プリズム20にレーザ光が透過する回数が多い
場合でも効率が低下することがなくなり、高い効率での
レーザ発振を維持することができる。また、この実施例
ではプリズム20によるビームエキスパンド方向と放電電
極24による放電方向がほぼ垂直となるように配置してい
るので、発振レーザ光の線幅を更に細くすることができ
る。なお、この実施例では、レーザチャンバ10の前後に
スリット26を配置しており、特に放電方向に長い透孔と
している。このようなスリット26を設けることにより、
上記のように高い効率でのレーザ発振を維持できる上
に、さらに線幅の細い狭帯域化が可能となる。FIGS. 5 and 6 show a narrow-band oscillation excimer laser according to a fourth embodiment. This narrow-band oscillation excimer laser uses the prism 20 as a beam expander in the same manner as in the second embodiment. In particular, the expanding direction of the beam is substantially perpendicular to the discharge direction of the discharge electrode 24 in the laser chamber 10. Has been placed. The prism 20 includes a laser chamber 10 and a rear mirror 18 in order to prevent reflection of a polarization component parallel to the beam expansion direction.
An anti-reflection film 22 is coated on the side of the light incident surface. (Dashed line in FIG. 5). In the excimer laser configured as described above, the efficiency does not decrease even when the laser light is transmitted through the prism 20 many times, and laser oscillation with high efficiency can be maintained. Further, in this embodiment, since the beam expansion direction by the prism 20 and the discharge direction by the discharge electrode 24 are arranged so as to be substantially perpendicular, the line width of the oscillation laser light can be further reduced. In this embodiment, the slits 26 are arranged before and after the laser chamber 10, and the through holes are particularly long in the discharge direction. By providing such a slit 26,
As described above, laser oscillation with high efficiency can be maintained, and the line width can be further narrowed.
以上説明したように、本発明に係る狭帯域発振エキシ
マレーザによれば、レーザ光の前記グレーティングに対
する入射角と回折角の和の二分の一を前記グレーティン
グのブレーズ角と略一致させてグレーティングを配置す
るとともに、リアミラーを回折光軸と垂直に配置して回
折光を反射させるように構成しているので、通常のリト
ロー配置のものに比べて回折光は回折する回数が二倍に
なり、かつリアミラーによって回折光が完全にレーザチ
ャンバに戻るので、線幅を半分にすることができる。特
に、この発明では、レーザ光のグレーティングに対する
入射角と回折角の和の二分の一をブレーズ角と略一致さ
せているので、常に効率を最大にしてレーザ発振させる
ことができるという優れた効果が得られる。加えて、ス
リット幅を小さくすることなく、線幅を細くすることが
できるので、放電エネルギ密度が小さくてよく、放電電
極の寿命を長くすることができる利点も得られる。As described above, according to the narrow-band oscillation excimer laser according to the present invention, the grating is arranged such that a half of the sum of the incident angle and the diffraction angle of the laser light with respect to the grating is substantially equal to the blaze angle of the grating. In addition, since the rear mirror is arranged perpendicular to the axis of the diffracted light to reflect the diffracted light, the number of times that the diffracted light is diffracted is doubled compared to a normal Littrow arrangement, and the rear mirror As a result, the diffracted light completely returns to the laser chamber, so that the line width can be halved. In particular, according to the present invention, since the half of the sum of the incident angle and the diffraction angle of the laser beam with respect to the grating is approximately equal to the blaze angle, an excellent effect that laser oscillation can be performed with maximum efficiency at all times is achieved. can get. In addition, since the line width can be reduced without reducing the slit width, the discharge energy density can be reduced and the life of the discharge electrode can be extended.
第1図は第一実施例に係る狭帯域発振エキシマレーザの
主要構成図、第2図は本発明の原理を説明するグレーテ
ィングにおける回折光の説明図、第3図は第二実施例に
係る狭帯域発振エキシマレーザの主要構成図、第4図は
第三実施例に係る狭帯域発振エキシマレーザの主要構成
図、第5図は第四実施例に係る狭帯域発振エキシマレー
ザの主要部を示す平面構成図、第6図は第5図の側面構
成図、第7図は従来のリトロー配置のグレーティングを
用いたエキシマレーザの構成図、第8図は従来の斜入射
配置のグレーティングを用いたエキシマレーザの構成図
である。 10……レーザチャンバ、12……ウインドウ、14……フロ
ントミラー、16……グレーティング、18……リアミラ
ー、20……プリズム(ビームエキスパンダ)、22……反
射防止膜、24……放電電極。FIG. 1 is a diagram showing the main configuration of a narrow-band oscillation excimer laser according to a first embodiment, FIG. 2 is an explanatory diagram of diffracted light in a grating explaining the principle of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a main configuration diagram of a narrow-band oscillation excimer laser according to the third embodiment, and FIG. 5 is a plan view showing a main portion of the narrow-band oscillation excimer laser according to the fourth embodiment. FIG. 6 is a side view of FIG. 5, FIG. 7 is a diagram of a conventional excimer laser using a Littrow grating, and FIG. 8 is an excimer laser using a conventional grazing incidence grating. FIG. 10: laser chamber, 12: window, 14: front mirror, 16: grating, 18: rear mirror, 20: prism (beam expander), 22: anti-reflection film, 24: discharge electrode.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−126994(JP,A) レーザ研究 第16巻第4号 p.31− 39 「光学ハンドブック」(昭61−2− 20)株式会社朝倉出版p.529−530 「理工学基礎講座11光学概論▲II▼ −波動光学−」(昭54−2−25)株式会 社朝倉書店 p.86 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/1055 H01S 3/13 - 3/139 Continuation of the front page (56) References JP-A-56-126994 (JP, A) Laser Research Vol. 16, No. 4, p. 31-39 "Optical Handbook" (Showa 61-2-20) Asakura Publishing Co., Ltd. p. 529-530 "Science and Engineering Basic Course 11 Optics Overview II-Wave Optics-" (Showa 54-2-25) Asakura Shoten Co., Ltd. p. 86 (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01S 3/1055 H01S 3/13-3/139
Claims (6)
のウインドウのいずれか一方の外方に、狭帯域化素子と
してグレーティング及びリアミラーを設けたエキシマレ
ーザにおいて、グレーティング側のウインドウとグレー
ティングとの間にビームエキスパンダを配置し、グレー
ティング側のウインドウを出射し、かつビームエキスパ
ンダを透過してグレーティングへ入射するレーザ光の入
射角と回折角の和の二分の一をグレーテイングのブレー
ズ角に略一致させると共に、回折光がビームエキスパン
ダを透過するようにグレーティングを配置し、ビームエ
キスパンダを透過してくる回折光の光軸方向へ回折光を
反射させるリアミラーをレーザチャンバとビームエキス
パンダとの間に配置したことを特徴とする狭帯域発振エ
キシマレーザ。An excimer laser having a grating and a rear mirror as a band-narrowing element outside one of a pair of windows provided on a wall on an optical axis of a laser chamber. A beam expander is placed between the two, and a half of the sum of the incident angle and the diffraction angle of the laser beam that exits the window on the grating side and passes through the beam expander and enters the grating is the blaze angle of the grating. And a grating is arranged so that the diffracted light passes through the beam expander, and a rear mirror that reflects the diffracted light in the optical axis direction of the diffracted light transmitted through the beam expander is connected to the laser chamber and the beam expander. And a narrow-band oscillation excimer laser.
のウインドウのいずれか一方の外方に、狭帯域化素子と
してグレーティング及びリアミラーを設けたエキシマレ
ーザにおいて、グレーティング側のウインドウとグレー
ティングとの間にビームエキスパンダを配置し、グレー
ティング側のウインドウを出射し、かつビームエキスパ
ンダを透過してグレーティングへ入射するレーザ光の入
射角と回折角の和の二分の一をグレーティングのブレー
ズ角に略一致させると共に、回折光がビームエキスパン
ダを透過するようにグレーティングを配置し、ビームエ
キスパンダを透過してくる回折光の光軸方向へ回折光を
反射させるリアミラーをレーザタンバに対してビームエ
キスパンダとは反対側に配置したことを特徴とする狭帯
域発振エキシマレーザ。2. An excimer laser in which a grating and a rear mirror are provided as a band narrowing element outside one of a pair of windows provided on a wall on an optical axis of a laser chamber. A beam expander is placed between the two, and the half of the sum of the incident angle and the diffraction angle of the laser beam that exits the window on the grating side and passes through the beam expander and enters the grating is defined as the blaze angle of the grating. The grating is arranged so that the diffracted light passes through the beam expander, and the rear mirror that reflects the diffracted light in the direction of the optical axis of the diffracted light transmitted through the beam expander is positioned on the beam expander. Narrow band oscillation excimer The.
のウインドウのいずれか一方の外方に、狭帯域素子とし
てグレーティング及びリアミラーを設けたエキシマレー
ザにおいて、グレーティング側のウインドウとグレーテ
ィングとの間にビームエキスパンダを、ビームエキスパ
ンダによるビーム拡大方向がレーザチャンバ内の放電電
極の放電方向とほぼ直交するように配置し、グレーティ
ング側のウインドウを出射し、かつビームエキスパンダ
を透過してグレーティングへ入射するレーザ光の入射角
と回折角の和の二分の一をグレーティングのブレーズ角
に略一致させると共に、回折光がビームエキスパンダを
透過するようにグレーティングを配置し、ビームエキス
パンダを透過してくる回折光の光軸方向へ回折光を反射
させるようにリアミラーを配置したことを特徴とする狭
帯域発振エキシマレーザ。3. An excimer laser in which a grating and a rear mirror are provided as narrow band elements outside one of a pair of windows provided on a wall on an optical axis of a laser chamber. A beam expander is interposed between the beam expanders so that the beam expansion direction is almost perpendicular to the discharge direction of the discharge electrode in the laser chamber. A half of the sum of the incident angle and the diffraction angle of the laser light incident on the grating is made to substantially match the blaze angle of the grating, and the grating is arranged so that the diffracted light passes through the beam expander, and passes through the beam expander. Rear so as to reflect the diffracted light in the optical axis direction of the incoming diffracted light. Narrowband emission excimer laser, characterized in that a color.
ーム拡大方向と平行な偏光成分の反射を防止する反射防
止膜をコートしたことを特徴とする請求項3記載の狭帯
域発振エキシマレーザ。4. A narrow-band oscillation excimer laser according to claim 3, wherein an anti-reflection film for preventing reflection of a polarization component parallel to the beam expansion direction is coated on a laser beam incident surface of the beam expander.
グであることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載
の狭帯域発振エキシマレーザ。5. A narrow-band oscillation excimer laser according to claim 1, wherein the grating is an shale grating.
以下とするように入射角と回折角との差を設定したこと
を特徴とする請求項1、2、3又は4記載の狭帯域発振
エキシマレーザ。6. The grating has a reduction rate of diffraction efficiency of 50%.
5. The narrow band oscillation excimer laser according to claim 1, wherein a difference between an incident angle and a diffraction angle is set as follows.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022659A JP2964255B2 (en) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | Narrow-band oscillation excimer laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022659A JP2964255B2 (en) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | Narrow-band oscillation excimer laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03227584A JPH03227584A (en) | 1991-10-08 |
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| Country | Link |
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-02-01 JP JP2022659A patent/JP2964255B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 「光学ハンドブック」(昭61−2−20)株式会社朝倉出版p.529−530 |
| 「理工学基礎講座11光学概論▲II▼−波動光学−」(昭54−2−25)株式会社朝倉書店 p.86 |
| レーザ研究 第16巻第4号 p.31−39 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH03227584A (en) | 1991-10-08 |
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