(57)【要約】【課題】ＣＯ２レーザを励起光源に用いてエキシマレーザやフッ素レーザを連続発振できるレーザ装置を提供すること。【解決手段】本発明の一実施例であるエキシマレーザ発振器１００では、励起用のＣＷ＿ＣＯ２レーザからのレーザ光ＬＣ１を、エキシマガスが満たされたチャンバ１０１内で、金コートが施された穴付き反射鏡１０８によって、共振器間で集光させたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ共振器間にフッ素ガスを含むレーザガスを満たし、かつ該レーザ共振器の光軸上で、連続動作する炭酸ガスレーザからのレーザ光を、金コートが施された穴付き反射鏡を用いて反射させてから、集光させることを特徴とした紫外レーザ装置。
【請求項２】
レーザ共振器を構成する２枚のミラーの内、前記穴付き反射鏡に対して、該穴付き反射鏡で反射した炭酸ガスレーザからのレーザ光が進む方向に配置されている前記ミラーの手前に、穴付き板を配置したことを特徴とする前記請求項１の紫外レーザ装置。
【請求項３】
前記穴付き板が凹面鏡になっていることを特徴とする前記請求項２の紫外レーザ装置。
【請求項４】
前記穴付き反射鏡における反射面が凹面であることを特徴とする前記請求項１の紫外レーザ装置。
【請求項５】
前記炭酸ガスレーザからのレーザ光を集光させる手段が穴付き凸レンズであることを特徴とする前記請求項１の紫外レーザ装置。
【請求項６】
前記レーザガスの一部を液化させてレーザガスを循環させることを特徴とする前記請求項１、２、３、４あるいは５の紫外レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、紫外域で動作するレーザに関し、具体的にはエキシマレーザやフッ素分子レーザなどの波長０．４ミクロン以下の紫外のレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】  一般に紫外域で高出力（具体的には平均パワーとして１Ｗ以上）に動作する紫外レーザとしては、エキシマレーザやフッ素レーザが知られている。特にレーザガスを放電によって励起させ、レーザ光をパルス発振させるエキシマレーザは放電励起エキシマレーザと呼ばれており、１０ｎｓ前後（長くても１００ｎｓ程度）の短いパルス幅のレーザ光が発生する。【０００３】  これに対して、放電励起以外でエキシマレーザを動作させる手法として、励起源にマイクロ波を用いる装置も実現されており、マイクロ波励起エキシマレーザと呼ばれている。これは放電励起に比べてパルス幅を長くするできることが知られている。ただしマイクロ波励起エキシマレーザも、パルス幅は長くても１マイクロ秒のパルス動作しか報告されていない。なお、マイクロ波励起エキシマレーザに関しては、下記非特許文献１〜３に示されている。【０００４】  さらにまた、放電励起やマイクロ波励起以外にエキシマレーザを動作させる試みとしては、下記非特許文献４に示されたように、炭酸ガスレーザを励起源に用いた手法もある。具体的には、ＫｒＦエキシマガス（つまりクリプトンガスとフッ素ガス、及びバッファガスとしてヘリウムガスを用いた混合ガスのことである。なお、以下、クリプトンガスをＫｒ、フッ素ガスをＦ２、ヘリウムガスをＨｅと示す。）からプラズマ（正確には、励起したＫｒ原子と励起したＦ原子との二量体であり、ＫｒＦ＊と示されるが、単にエキシマと呼ばれることもある。）を発生させる試みがあった。ただし、非特許文献４によると、プラスの小信号利得（ゲイン）が得られただけであり、レーザ発振には成功していない。
【非特許文献１】Ａ．Ｊ．Ｍｅｎｄｅｌｓｏｈｎ，Ｒ．Ｎｏｒｍａｎｄｉｎ，Ｓ．Ｅ．Ｈａｒｒｉ，Ｊ．Ｆ．Ｙｏｕｎｇ，“Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ，”３８，１９８１，ｐｐ．６０３−６０５．
【非特許文献２】Ｐ．Ｊ．Ｋ．Ｗｉｓｏｆｆ，Ａ．Ｊ．Ｍｅｎｄｅｌｓｏｈｎ，Ｓ．Ｅ．Ｈａｒｒｉ，Ｊ．Ｆ．Ｙｏｕｎｇ，“ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ，”ＱＥ−１８，１９８２，ｐｐ．１８３９−１８４０．
【非特許文献３】Ｃ．Ｐ．Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ，Ｒ．Ｗ．Ｗａｙｎａｎｔ，Ｂ．Ｊ．Ｆｅｌｄｍａｎ，“Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ，”４６，１９８５，ｐｐ．３２１−３２３．
【非特許文献４】Ｅ．Ｄ．Ｏｎｋｅｌｓ，Ｗ．Ｓｅｅｌｉｇ，“Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｂ，”６５，１９９７，ｐｐ．２９９−３０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  前述した非特許文献４に示されたように、炭酸ガスレーザ（以下、ＣＯ２レーザと示す。）を用いてエキシマを発生させる装置からエキシマレーザを連続発振させるには、連続動作するＣＯ２レーザ（以下、ＣＷ＿ＣＯ２レーザと示す。）が必要になるが、これを用いてエキシマレーザを連続発振させようとしても、以下に説明する励起方式に関する問題があり、連続発振の実現は極めて困難であった。【０００６】  すなわち、非特許文献４に示されたような従来装置の励起方法は、縦励起方式と呼ばれるが、励起用のＣＯ２レーザからのレーザ光と発振させるエキシマレーザのレーザ光とが同軸上の構成になっている。縦励起方式のレーザ装置では、ほとんどの場合、図８に示したような３通りの構成のどれかである。図８（Ａ）は、発振させるレーザの共振器を構成する全反射鏡自体がダイクロイックミラー９０２ａになっており、励起用としてのＣＯ２レーザのレーザ光ＬＣ９ａは、このダイクロイックミラー９０２ａを通過させて、共振器内部の光軸上で集光するようになっている。（Ｂ）、（Ｃ）では、全反射鏡は独立させて、共振器内部にダイクロイックミラー９０２ｂを配置した構成である。（Ｂ）と（Ｃ）では、ＣＯ２レーザ光のレーザ光ＬＣ９ｂ、ＬＣ９ｃに対する反射・透過と、発振させようとするレーザ光に対する透過・反射とが互いに逆になっているだけである。【０００７】  以上のように縦励起方式では、ＣＯ２レーザからのレーザ光ＬＣ９ａ、ＬＣ９ｂ、ＬＣ９ｃと、発振させようとするレーザ光ＬＸ９ａ、ＬＸ９ｂ、ＬＸ９ｃとに対して、反射と透過とが逆になるような特性のダイクロイックミラーを必要とするが、ＣＯ２レーザを励起光源に用いたエキシマレーザを実現するためには、ＣＯ２レーザの波長１０．６ミクロンの赤外光と、エキシマレーザの紫外光とに対して、反射と透過を逆にするような特性のダイクロイックミラー９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃを実現することが困難であった。【０００８】  つまり従来からＣＯ２レーザ用のウインドとして広く用いられているＺｎＳｅ（ジンクセレン）材から成るウインド（以下、ＺｎＳｅウインドと示す。）をダイクロイックミラーの基板として用いる必要があるが、その場合は、図８（Ａ）あるいは（Ｂ）の構成になる。ところが、その結果、ダイクロイックミラー９０２ａ、９０２ｂにおいて、紫外光に対して高い反射率を有するコーティングを施す必要があり、かつ、そのコーティングが波長１０．６ミクロンの赤外光を高く透過するような特性も合わせ持つ必要があるが、このような二色性特性のコーティングを施すことが困難であった。【０００９】  一方、図８（Ｃ）に示した構成の場合は、波長１０．６ミクロンの赤外光を高く反射し、かつ紫外光に対して高く透過するコーティングをダイクロイックミラー９０２ｃに施す必要があるが、このような特性を有するコーティングを施すことも困難であった。【００１０】  以上より、従来、ＣＯ２レーザを励起光源に用いた縦励起方式では、発振させようとする紫外のレーザ光に対する共振器間での光学損失が大きくなり、エキシマレーザやフッ素レーザの紫外レーザを効率良く発振させることは困難であった。したがって、これらの紫外レーザに対して、一般的に光学損失が数％あっても発振しないようなゲインの低い連続発振動作を実現させることは、当然ながらさらに困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  前記課題を解決し、エキシマレーザやフッ素レーザの紫外レーザを連続動作させるために、本発明における第一の手段としては、レーザ共振器間の光軸上で、ＣＷ＿ＣＯ２レーザからのレーザ光を、金コートを施した穴付き反射鏡を用いて集光させたものである。【００１２】  これによると、穴付き反射鏡によって、ＣＯ２レーザを励起光源とした縦励起方式を適用できるが、その際に発振する紫外レーザのレーザ光は、穴付き反射鏡の穴を通して共振器間で往復させることができる。したがって、紫外レーザのレーザ光に対しては、光学的な損失を全く加えることがなく、利得が小さくても十分レーザ発振させることが可能になる。つまり、パルス動作に比べて利得が桁違いに小さい連続動作による紫外レーザを発振させることが可能になる。【００１３】  さらにまた、穴付き反射鏡における反射面が金コートとすることで、ＣＯ２レーザの波長１０ミクロン付近のレーザ光を９９％以上の高い反射率で反射させることができるだけでなく、金は極めて腐食性が高いことから、エキシマレーザ用のレーザガスやフッ素レーザ用のレーザガスのように、フッ素を含んだ腐食性ガスの中に長期間配置されても腐食されてしまうことはない。【００１４】  ところが、以上のように穴付き反射鏡を用いても縦励起方式であるため、励起光であるＣＯ２レーザのレーザ光は発振させるエキシマレーザのレーザ光と同軸になることから、もしもエキシマガス中でプラズマを発生させることに励起光の全てが使われない場合、レーザ共振器を構成するミラーに、残りの励起光が当たることになる。特にエキシマレーザ用のミラーでは、基板として一般に石英かフッ化カルシウムが使われるが、これらの材質は、ＣＯ２レーザの波長１０ミクロン付近の近赤外光を強く吸収して温度上昇することから、数秒程度照射されるだけで熱破壊が生じることがあった。【００１５】  そこで本発明における第二の手段としては、レーザ共振器を構成するこのミラーの手前に穴付き板を配置したものである。これによると、プラズマを通過したＣＯ２レーザのレーザ光をこの穴付き板でカットさせて、ミラーには全く当たらないようにできる。つまり、プラズマを通過したＣＯ２レーザのレーザ光は、一度、穴付き反射鏡で反射したものであるため、中心軸周辺が抜けた穴空きビーム（ドーナツ状ビームとも言われる。）になっている。したがって、穴付き板に当てることで、ドーナツ状ビームの全てをカットできるからである。【００１６】  なお、穴付き板の材質としては、ＣＯ２レーザのレーザ光に対する耐光性とエキシマガスに対する耐食性を有するステンレス等の金属板でも良いが、ＣＯ２レーザのレーザ光を反射させる穴付き反射鏡（反射膜はフッ素ガスへの耐食性を有する金コートが好ましい。）でも良い。特にミラーが凹面鏡（すなわち穴付き凹面鏡）を用いる方がさらに好ましく、ＣＯ２レーザのレーザ光を反射させ、しかもプラズマ中に再び集光させて、プラズマ密度を高めることができるからである。【００１７】  ところで、前述した第一の手段におけるＣＯ２レーザのレーザ光の集光に関しては、穴付き反射鏡に当てる前に凸レンズを通過させてもよいが、あるいは穴付き反射鏡で反射させてから、穴付き凸レンズ���通して集光させてもよい。これによると、凸レンズに通して絞られながら進ませてから穴付き反射鏡で反射させる場合よりも、単焦点の凸レンズを利用できるため、励起用レーザ光をさらに強く集光でき、その結果、密度の高いプラズマを生成でき、レーザの利得を高められる。【００１８】  あるいはまた、ＣＯ２レーザのレーザ光の集光に関して、反射面が凹面状の穴付き反射鏡、すなわち穴付き凹面鏡を用いても良く、強く集光できるだけでなく、光学部品が１個で済む。【００１９】  ところで、本発明における付加的手段としては、レーザガスの一部を液化させてガス循環させてもよく、これによると、巨大なブロアを用いずとも、レーザガスを音速に近い高速に流すことができる。その結果、励起用レーザ光によって生成するプラズマを一定の密度で生成でき、プラズマ密度の変動が引き起こすレーザ発振の途切れを抑制することができる。
【本発明の効果】
【００２０】  本発明によれば、共振器間で往復するレーザ光に対する光学的損失を全く加えずに、レーザガスを効率良く励起できるようになったことから、特にパルス動作に比べてゲインが桁違いに小さな連続発振を実現しやすくなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】  以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の紫外レーザ装置の一実施例であるエキシマレーザ発振器１００の共振器周辺の構成を示した断面図である。エキシマレーザ発振器１００では、チャンバ１０１に取り付けられたガス注入ノズル１０２からエキシマレーザ用のレーザガス（以下、エキシマガスと呼び、例えばＡｒＦエキシマレーザの場合は、アルゴンとフッ素とネオンガスの混合ガスである。）が注入され、チャンバ１０１内にエキシマガスが噴き出すようになっている。また、排気管１０３からエキシマガスを排気できるようになっている。【００２２】  チャンバ１０１内には、凹面状の全反射鏡１０４と凹面状の出力鏡１０５とが配置されており、エキシマレーザ発振器１００の共振器が構成されている。共振器構成としては、ほぼ共中心型になっている。【００２３】  一方、チャンバ１０１の側面には、ＣＯ２レーザの波長１０．６ミクロンに対して高い透過率を有するＺｎＳｅウインド１０６が取り付けられている。励起光源であるＣＷ＿ＣＯ２レーザ（ただし図示せず。）からのレーザ光ＬＣ１は、ＺｎＳｅ製の凸レンズ１０７を通過して絞られながら進み、ＺｎＳｅウインド１０６からチャンバ１０１内に導かれる。レーザ光ＬＣ１のビーム径は、凸レンズ１０７入射直前では約３０ｍｍになっている。【００２４】  チャンバ１０１内に進んだ励起用のレーザ光ＬＣ１は、穴付き反射鏡１０８に当たる。穴付き反射鏡１０８は、直径約５０ｍｍであり、中心部にミラー面に対して４５度の角度で直径約１ｍｍの貫通穴１０９が形成されている。この穴付き反射鏡１０８の基板はモリブデンから成っており、反射面（断面を示した図１では左下側の面）には金コートが施されている。なお、穴付き反射鏡１０８の基板の材質としては、フッ素耐性を有し、しかも金との密着性の高い金属であればモリブデン以外でも良く、銅を用いる場合は、フッ化銅が生じないように、全体に金コートする方が好ましい。【００２５】  穴付き反射鏡１０８に当たる位置でのレーザ光ＬＣ１のビーム径は約２０ｍｍになっているのに対して、穴付き反射鏡１０８の貫通穴１０９の直径は約１ｍｍであるため、この貫通穴１０９によって反射されないレーザ光ＬＣ１のパワーの割合はおよそ（１／２０）の自乗、すなわち０．２５％と僅かである。残りの９９％以上が反射する。【００２６】  穴付き反射鏡１０８で反射したレーザ光ＬＣ１は、穴付き反射鏡１０８への入射前と同様、絞られながら進んでいるため集光する。この集光部において、チャンバ１０１内に満たされているエキシマガスがプラズマ１１０になる。つまりプラズマ１１０とは、エキシマガスが励起した状態のものであるため、従来の放電励起エキシマレーザと同様、紫外域で強い自然放出光（つまりエキシマ発光のことであり、例えば、ＡｒＦエキシマの場合は、波長１９３ｎｍをピークとする自然放出光のことである。）が発生する。【００２７】  一方、プラズマ１１０が生成する場所は、全反射鏡１０４と出力鏡１０５とで組まれた共中心型共振器のほぼ中心部に位置しているため、エキシマ発光が誘導放出を起こして、レーザ発振する場合は、レーザ光ＬＸ１が発生し、チャンバ１０１に取り付けられて���るＣａＦ２ウインド１１１からチャンバ１０１の外部に取り出される。【００２８】  また、全反射鏡１０４と出力鏡１０５とを往復するレーザ光ＬＸ１は、これらの間に置かれた穴付き反射鏡１０８の貫通穴１０９を通過するようになっており、穴付き反射鏡１０８によってレーザ光ＬＸ１に対して、光学的な損失は事実上全く無い。つまり共振器がほぼ共中心型であるため、穴付き反射鏡１０８が配置される共振器の中心に近い場所でのレーザ光ＬＸ１のビーム径は０．１ｍｍ以下と穴径よりも非常に小さいからである。【００２９】  また、プラズマ１１０が生成する位置の近くに、ガス注入ノズル１０２の先端部が位置するようになっている。これによって、プラズマ１１０の近くでは、エキシマガスが高速に流れるようになっている。また、チャンバ１０１内に注入されるエキシマガスは、常に排気管１０３から排気されるようになっており、その結果、チャンバ１０１内に満たされるエキシマガスは、常に一定の圧力（ここでは約８気圧）になっている。【００３０】  以上に説明したように、本実施例のエキシマレーザ発振器１００では、励起用のレーザ光ＬＣ１は、発振させるエキシマレーザのレーザ光ＬＸ１と平行になる縦励起方式になっているが、これらのレーザ光ＬＣ１とレーザ光ＬＸ１とを重ねるために穴付き反射鏡１０８を用いているため、レーザ光ＬＣ１に対して光学的損失をほとんど与えない。従って、利得が低い連続動作のエキシマレーザの実現性を飛躍的に高めることができる。【００３１】  しかも、穴付き反射鏡１０８の反射面には金コートが施されていることから、波長１０．６ミクロンのＣＯ２レーザからのレーザ光であるレーザ光ＬＣ１に対して９９％以上の高い反射率を有するだけでなく、金はフッ素ガスに対して極めて耐食性があるため、フッ素ガスを用いるエキシマレーザ、例えば、アルゴン、フッ素及びネオンの混合ガスをエキシマガスとして用いたＡｒＦエキシマレーザや、クリプトン、フッ素及びネオンの混合ガスをエキシマガスとして用いたＫｒＦエキシマレーザ、さらには、フッ素ガスとネオンまたはヘリウムの混合ガスを用いたフッ素分子レーザを動作させる際に用いても、反射面が腐食することはなく、長期間、高い反射率を保つことができる。【００３２】  ところで、本実施例のエキシマレーザ発振器１００においてレーザ共振器を構成するミラーの１つである全反射鏡１０４の手前、すなわち全反射鏡１０４から穴付き反射鏡１０８に向かう方向には、穴付き凹面鏡１１２が配置されている。これは、発振するレーザ光ＬＸ１に対しては、その穴を通過するため、全く損失にならない。【００３３】  一方、穴付き反射鏡１０８で反射した励起光であるレーザ光ＬＣ１が、もしプラズマ１１０を通過して、全反射鏡１０４に向かって来る場合に、この穴付き凹面鏡１１２で全てが反射されるようになっている。これに関して、図７にレーザ光ＬＣ１の光路の詳細を示したように、レーザ光ＬＣ１はドーナツ状ビームになっているため、穴付き反射鏡１０８に入射した際に、穴付き凹面鏡１１２の穴から突き抜けて、全反射鏡１０４に向う成分は全くない。したがって、全反射鏡１０４がダメージを生じる心配がない。なお、穴付き凹面鏡１１２としては、穴付���反射鏡１０８と同様にモリブデンに金コートしたものが好ましい。【００３４】  また、穴付き凹面鏡１１２には以下に説明する新たな効果も合わせ持っている。つまり一度プラズマ１１０を突き抜けたレーザ光ＬＣ１’は、穴付き凹面鏡１１２に当たって反射するため、再びプラズマ１１０の位置で集光するようになることから、プラズマ１１０の密度を高めることに再利用される。なお、穴付き凹面鏡１１２の代わりに単に穴の空いた金属板を配置して、一度プラズマ１１０を突き抜けたレーザ光ＬＣ１’を受け止めるだけでも良い。【００３５】  次に、本発明の別の実施形態を図２を用いて説明する。図２は第二実施例であるエキシマレーザ発振器２００の共振器周辺の構成を示した断面図である。エキシマレーザ発振器２００では、チャンバ２０１には、第一実施例と同様、ガス注入ノズル２０２、排気管２０３、励起用としてのＣＷ＿ＣＯ２レーザ（ただし図示していない。）からのレーザ光ＬＣ２を導入するためのＺｎＳｅウインド２０６、及び発振するエキシマレーザのレーザ光ＬＸ２を取り出すためのＣａＦ２ウインド２１１が取り付けられている。【００３６】  チャンバ２０１内に配置されている共振器も第一実施例と同様、凹面状の全反射鏡２０４と凹面状の出力鏡２０５とによってほぼ共中心型の共振器が構成されている。【００３７】  本実施例では、励起用のレーザ光ＬＣ２はチャンバ２０１内に入るまで平行ビームのままになっており、チャンバ２０１内の穴付き反射鏡２０８に当たる。穴付き反射鏡２０８は、第一実施例の穴付き反射鏡１０８と同様、中心部にミラー面に対して４５度の角度で直径約１ｍｍの貫通穴２０９ａが形成されており、反射面には金コートが施されている。【００３８】  穴付き反射鏡２０８で反射したレーザ光ＬＣ２は平行ビームのままであるため、穴付き凸レンズ２０７を通ることで絞られながら進んで集光する。この集光部でプラズマ２１０が発生する。この穴付き凸レンズ２０７は、ＣＯ２レーザの波長１０．６ミクロンに対して高く透過するＺｎＳｅ製であり、中央部に直径約１ｍｍの貫通穴２０９ｂが空いている。【００３９】  以上に説明したように、本第二実施例のエキシマレーザ発振器２００では、レーザ光ＬＣ２は、チャンバ２０１内に配置された穴付き凸レンズ２０７によって集光するが、その穴付き凸レンズ２０７に入射させる手前で、第一実施例と同様に、穴付き反射鏡２０８を用いている。したがって、これら穴付き反射鏡２０８と穴付き凸レンズ２０７のどちらに対しても、発振させるべきエキシマレーザのレーザ光ＬＸ２は貫通穴２０９ａ、２０９ｂを通過するため、光学的損失は事実上、全く無い。従って利得の低い連続動作のエキシマレーザを発振させやすくなる。【００４０】  また、本第二実施例の特徴としては、レーザ光ＬＣ２を穴付き反射鏡２０８で反射させてから穴付き凸レンズ２０７で集光させることは、第一実施例のように凸レンズ１０７を通してから穴付き反射鏡１０８反射させるのと、順序が逆になっている。その結果、穴付き凸レンズ２０７の焦点距離を、第一実施例の凸レンズ１０７の焦点距離より短くできる。一般に平行ビームを凸レンズで集光させる際に、凸レンズの焦点距離が短い方が、小さなスポッ��に集光できることが知られている。したがって、本実施例ではレーザ光ＬＣ２をより強く集光でき、生成されるプラズマ２１０の密度を高くできる。【００４１】  特に励起用レーザ光であるＣＯ２レーザは波長が１０．６ミクロンと、発振させようとする紫外レーザのレーザ光に比べて波長が５０倍程度も長いため、レンズによる集光性が悪く（集光時の最小スポット径は波長に比例することが知られている。）、紫外のレーザ光ＬＸ２のスポット径（すなわち全反射鏡２０４と出力鏡２０５とのほぼ中心でのビーム径）よりも大きくなってしまう。その結果、レーザ光ＬＣ２の集光部において、発振させようとするレーザ光ＬＸ２のスポット径よりも大きなプラズマが生成し、レーザ光ＬＸ２の増幅に寄与しないプラズマが多量に生成してしまうこともあった。これに対して、本実施例のように穴付き凸レンズ２０７を用いれば、２０ｍｍ以下の短い焦点距離の凸レンズを用いることができるため、レーザ光ＬＣ２を強く集光できる。つまり集光径は集光レンズの開口数（ＮＡ）に反比例することが知られており、焦点距離が短いとＮＡが大きくなるからである。したがって、小さなプラズマが発生し、効率良くレーザ発振する。なお、穴付き凸レンズ２０７は球面レンズでもよいが、球面収差を抑制した非球面レンズの方が好ましい。【００４２】  また、本第二実施例のエキシマレーザ発振器２００では、第一実施例において用いられた穴付き凹面鏡１１２と同様の対策が施されている。すなわち、穴付き反射鏡２０８で反射させたレーザ光ＬＣ２の一部あるいは全部が全反射鏡２０４に当たらないようにするために、全反射鏡２０４の直前に穴付き凹面鏡２１２が配置されている。【００４３】  次に、前述した第一実施例のエキシマレーザ発振器１００の全体の構成を図３を用いて説明する。図１に示されたエキシマレーザ発振器１００における排気管１０３とガス注入ノズル１０２とはブロア１２０を介して繋がっている。すなわち排気管１０３から排気されるエキシマガスはブロア１２０によって吸引され、一方、ブロア１２０から吐出するエキシマガスがガス注入ノズル１０２に向かって流れるようになっている。なお、排気管１０３とブロア１２０との間にエキシマガスを冷却するための熱交換器１２１を配置する方が好ましい。【００４４】  次に、前述した第二実施例のエキシマレーザ発振器２００の全体の構成を図４に示す。図２に示されたエキシマレーザ発振器２００における排気管２０３とガス注入ノズル２０２とは繋がっているが、その途中の配管は冷凍機２２０の中を通っている。これによって、中を流れるエキシマガスが一度、液化する。２２１は液化したエキシマガス（つまり液化エキシマ）を示している。ただし図で左側の液化エキシマ２２１は冷凍機２２０からはみ出しているため、液温が高くなって蒸発している。これによってエキシマガスが流れるようになっている。【００４５】  図４に示した実施例では、エキシマガスを一部、液化させることでガスを循環させており、これによって巨大で消費電力の大きなブロア等を用いずとも、音速に近い高速にエキシマガスをガス注入ノズル２０２から吐出させることができる。【００４６】  次に本発明の他の実施形態を図５を用いて説明��る。図５は第三実施例であるエキシマレーザ発振増幅器３００の共振器周辺の構成を示した断面図である。エキシマレーザ発振増幅器３００は、発振段３０１と増幅段３０２とがチャンバ３０３内で直列に並べられている。【００４７】  発振段３０１の構成は前記第二実施例のエキシマレーザ発振器２００と同様、全反射鏡３０４と出力鏡３０５とで構成された共振器内に、チャンバ３０３のＺｎＳｅウインド３０６を通過させた励起用のレーザＬＣ３を穴付き反射鏡３０８で反射させて、共振器の中心付近に穴付き凸レンズ３０９で集光させる構成になっている。これによってプラズマ３１０が発生して紫外のレーザ光ＬＸ３ａを発振させることが可能となり、これは出力鏡３０５から取り出される。【００４８】  励起用のレーザ光ＬＣ３は、ＺｎＳｅウインド３０６を通過した直後にビームスプリッタ３０７に入射するが、一部はここで反射して反射鏡３１２で折り返され、金コートが施された穴付き反射鏡３１３に当たり、穴付き凸レンズ３１４を通過して絞られながら進み、集光点でプラズマ３１６が発生する。【００４９】  一方、出力鏡３０５から出射するレーザ光ＬＸ３ａは、凸レンズ３１１を通過して絞られながら進み、プラズマ３１６中に入射することで、その光パワーが増大する。すなわちこれらによって増幅段３０２が構成されており、増幅されたレーザ光ＬＸ３ｂをチャンバ３０３のＣａＦ２ウインド３１７から取り出すことが可能となる。【００５０】  以上に説明したように本実施例のエキシマレーザ発振増幅器３００では、発振段３０１と増幅段３０２のそれぞれにおいて、穴付き反射鏡３０８と３１３、及び穴付き凸レンズ３０９と３１４を用いてレーザ光ＬＣ３を集光させてプラズマを発生させているため、発振させるレーザ光ＬＸ３ａや増幅されたレーザ光ＬＸ３ｂに対して、光学的損失は事実上、全く無い。したがって、効率良くＣＷレーザ光を得ることができる。【００５１】  また、本実施例のエキシマレーザ発振増幅器３００においても、第一、第二実施例と同様、発振段における穴付き反射鏡３０８で反射させたレーザ光ＬＣ３の一部が全反射鏡３０４に当たらないようにするために、穴付き凹面鏡３２０ａを全反射鏡３０４の直前に配置してある。また、同様に増幅段３０２において、レーザ光ＬＣ３がプラズマ３１６を突き抜けた場合に、凸レンズ３１１を照射しないように穴付き凹面鏡３２０ｂを用いている。これらは全反射鏡３０４や凸レンズ３１１の保護的な作用だけでなく、プラズマ密度をさらに高める効果も有する。【００５２】  次に、本発明のさらに別の実施形態を図６を用いて説明する。図６は第四実施例であるエキシマレーザ発振器４００の共振器周辺の構成を示した断面図である。エキシマレーザ発振器４００では、チャンバ４０１には、第一、第二実施例と同様、ガス注入ノズル４０２、排気管４０３、励起用としてのＣＷ＿ＣＯ２レーザ（ただし図示していない。）からのレーザ光ＬＣ４を導入するためのＺｎＳｅウインド４０６、及び発振するエキシマレーザのレーザ光ＬＸ４を取り出すためのＣａＦ２ウインド４１１が取り付けられている。【００５３】  チャンバ４０１内に配置されている共振器も第一、第二実施例と同様、凹面状の全反射鏡４０４と凹面状の出力鏡４０５とによってほぼ共中心型の共振器が構成されている。【００５４】  本実施例では、図２に示された第二実施例と同様、レーザ光ＬＣ４はチャンバ４０１内に入るまでは平行ビームのままになっており、チャンバ４０１内の穴付き反射鏡４０８に当たる。本実施例の穴付き反射鏡４０８は放物面になっているのが前記実施例とは異なるが、第一、第二実施例と同様、中心部にミラー面に対して４５度の角度で直径約１ｍｍの貫通穴４０９が形成されており、反射面には金コートが施されている。【００５５】  また、本実施例のエキシマレーザ発振器４００においても、前記実施例と同様、穴付き反射鏡４０８で反射させたレーザ光ＬＣ４の一部が全反射鏡４０４に当たらないようにするために、穴付き凹面鏡４１２を、全反射鏡４０４の直前に配置してある。この穴付き凹面鏡４１２もプラズマ密度を高める作用も有している。【００５６】  以上に説明したように、本実施例のエキシマレーザ発振器４００では、レーザ光ＬＣ４を穴付き反射鏡４０８に導くまでは平行ビームのままで良いため、第二実施例と同様、集光させる際の焦点距離を短くできる特徴があり、密度の高い小さなプラズマ４１０を生成できる。すなわち本実施例の穴付き反射鏡４０８は、図２に示された第二実施例における穴付き反射鏡２０８と穴付き凸レンズ２０７との両方を合わせ持った機能を有しているが、光学部品が１個で済む。
【産業上の利用可能性】
【００５７】  以上に説明したように、本発明はエキシマレーザのレーザ光に対して共振器間における光学的損失が事実上、全く無いため、連続発振させやすい。またエキシマレーザに限定されず、フッ素ガスを含んだ混合ガスをレーザガスとする紫外レーザに対しても適用可能であり、例えばフッ素分子レーザにも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係るエキシマレーザ発振器１００の共振器周辺の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエキシマレーザ発振器２００の共振器周辺の構成を示す断面図である。
【図３】エキシマレーザ発振器１００の全体を示す構成図である。
【図４】エキシマレーザ発振器２００の全体を示す構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係るエキシマレーザ発振増幅器３００の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るエキシマレーザ発振器４００の共振器周辺の構成を示す断面図である。
【図７】エキシマレーザ発振器１００における励起光ＬＣ１の光路を示す説明図である。
【図８】従来の縦励起方式によるエキシマレーザ発振器の共振器構成の説明図である。
【符号の説明】
【００５９】１００、２００、４００  エキシマレーザ発振器
１０１、２０１、３０３、４０１  チャンバ
１０２、２０２、３０２ａ、３０２ｂ、４０２  ガス注入ノズル
１０３、２０３、３１９  ガス排気管
１０４、２０４、３０４、４０４、９０３ｂ、９０３ｃ  全反射鏡
１０５、２０５、３０５、４０５、９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃ  出力鏡
１０６、２０６、３０６、４０６  ＺｎＳｅウインド
１０７、９０４ａ、９０４ｂ、９０４ｃ  凸レンズ
２０７、３０７  穴付き凸レンズ
１０８、２０８、３０８、３１３、４０８  穴付き反射鏡
１０９、２０９ａ、２０９ｂ、４０９  貫通穴
１１０、２１０、３１０、３１６、９０５ａ、９０５ｂ、９０５ｃ、４１０  プラズマ
１１１、２１１、３１７、４１１  ＣａＦ２ウインド
１１２、２１２、３２０ａ、３２０ｂ  ４１２  穴付き凹面鏡
１２０  ブロア
１２１  熱交換器
２２０  冷凍機
２２１  液化エキシマ
３００  エキシマレーザ発振増幅器
３０１  発振段
３０２  増幅段
３１２  反射鏡
３１８  ガス供給管
９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃ  ダイクロイックミラー
ＬＣ１、ＬＣ１’ＬＣ２、ＬＣ３、ＬＣ４  ＣＷ＿ＣＯ２レーザからのレーザ光
ＬＣ９ａ、ＬＣ９ｂ、ＬＣ９ｃ  ＣＯ２レーザのレーザ光（パルス、ＣＷの区別なし）
ＬＸ１、ＬＸ２、ＬＸ３ａ、ＬＸ３ｂ、ＬＸ４  発振するエキシマレーザのレーザ光
ＬＸ９ａ、ＬＸ９ｂ、ＬＸ９ｃ  発振させようとするエキシマレーザのレーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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