(57)【要約】【課題】ＡｒＦエキシマレーザに使用され、長期の使用にわたって回折効率を維持することが可能なエシェル型回折格子を提供すること【解決手段】各格子は厚さ２μｍから１０μｍを有する樹脂層１１と当該樹脂層の上に形成され、厚さ１２０ｎｍから５００ｎｍを有し、アルミニウムから構成された反射膜層１２を有するエシェル型回折格子１はリトロー配置を有し、頂角が８５°以上９０°未満であり、ブレーズ角は、波長１９３．３ｎｍの入射光に対して設定されたブレーズ次数の回折効率を最大にする第１のブレーズ角よりも小さい第２のブレーズ角を初期値として有し、前記第１のブレーズ角をｂｄ、前記第２のブレーズ角をｂａとすると０．２５°≦ｂｄ−ｂａ≦１．２°を満足することを特徴とする。【選択図】図１
2013092756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の格子を有し、前記複数の格子が並ぶ断面において各格子は非対称な三角形形状を有するエシェル型回折格子であって、
各格子は、光硬化樹脂から構成されて厚さ２μｍから１０μｍを有する樹脂層と、当該樹脂層の上に形成され、厚さ１２０ｎｍから５００ｎｍを有し、アルミニウムから構成された反射膜層と、を有し、
前記エシェル型回折格子は、入射光と回折光の方向が一致するリトロー配置を有し、
各格子は、前記非対称な三角形形状の短辺に対応するブレーズ面において前記入射光を受光および回折し、前記ブレーズ面と前記非対称な三角形形状の長辺に対応するカウンタ面とのなす角である頂角が８５°以上９０°未満であり、前記ブレーズ面と格子平面とがなす角であるブレーズ角は、波長１９３．３ｎｍの入射光に対して設定されたブレーズ次数の回折効率を最大にする第１のブレーズ角よりも小さい第２のブレーズ角を初期値として有し、
前記第１のブレーズ角をｂｄ、前記第２のブレーズ角をｂａとすると、以下の条件式を満足することを特徴とするエシェル型回折格子。
０．２５°≦ｂｄ−ｂａ≦１．２°
【請求項２】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のエシェル型回折格子。
０．５°≦ｂｄ−ｂａ≦１．２°
【請求項３】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載のエシェル型回折格子。
０．５°≦ｂｄ−ｂａ≦０．７°
【請求項４】
前記ブレーズ次数は１００次から１１１次の間で設定されることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のエシェル型回折格子。
【請求項５】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のエシェル型回折格子。
２／｛（ｍ＋２）λ｝≦ｆ≦２／（ｍλ）
ここで、ｆは前記格子の繰り返しピッチの逆数であり、ｍは前記設定されたブレーズ次数、λは波長１９３．３ｎｍである。
【請求項６】
前記第２のブレーズ角は、波長２４８．４ｎｍの光に対して設定されたブレーズ次数の回折効率を最大にすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエシェル型回折格子。
【請求項７】
波長２４８．４ｎｍの入射光に対して前記ブレーズ次数は７７次から８６次の間で設定されることを特徴とする請求項６に記載のエシェル型回折格子。
【請求項８】
波長１９３．３ｎｍの入射光に対して設定された前記ブレーズ次数と波長２４８．４ｎｍの入射光に対して設定された前記ブレーズ次数は、１０２次と７９次、１０７次と８３次、１１１次と８６次のいずれかの組み合わせであることを特徴とする請求項７に記載のエシェル型回折格子。
【請求項９】
波長１９３．３ｎｍの入射光に対して設定された前記ブレーズ次数と波長２４８．４ｎｍの入射光に対して設定された前記ブレーズ次数は、１０２次と７９次、１０３次と８０次、１０７次と８３次、１１１次と８６次のいずれかの組み合わせであることを特徴とする請求項７に記載のエシェル型回折格子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載されたエシェル型回折格子を有することを特徴とするエキシマレーザ。
【請求項１１】
複数の格子を有し、前記複数の格子が並ぶ断面において各格子は非対称な三角形形状を有するエシェル型回折格子の製造方法であって、
各格子は、光硬化樹脂から構成されて厚さ２μｍから１０μｍを有する樹脂層と、当該樹脂層の上に形成され、厚さ１２０ｎｍから５００ｎｍを有し、アルミニウムから構成された反射膜層と、を有し、
前記エシェル型回折格子は、入射光と回折光の方向が一致するリトロー配置を有し、
各格子は、前記非対称な三角形形状の短辺に対応するブレーズ面において前記入射光を受光および回折し、前記ブレーズ面と前記非対称な三角形形状の短辺に対応するカウンタ面とのなす角である頂角が８５°以上９０°未満であり、前記ブレーズ面と格子平面とがなす角であるブレーズ角を有し、
前記エシェル型回折格子の製造方法は、
波長１９３．３ｎｍをλ、波長１９３．３ｎｍの入射光と前記格子平面に垂直な格子法線との角度をθ、波長１９３．３ｎｍの入射光に対して設定されたブレーズ次数をｍ、前記格子の繰り返しピッチをｄとすると、
ｍλ＝２ｄ・ｓｉｎθ
を満足する前記設定されたブレーズ次数の回折効率を最大にする第１のブレーズ角を、コンピュータが、ブレーズ次数毎にブレーズ次数の回折効率のブレーズ角依存特性のデータを格納しているメモリから取得し、
前記コンピュータが、前記第１のブレーズ角をｂｄ、前記第１のブレーズ角よりも小さい第２のブレーズ角をｂａとすると、以下の条件式を満足する前記第２のブレーズ角のデータを取得し、前記第２のブレーズ角を前記エシェル型回折格子の前記ブレーズ角の初期値として決定することを特徴とするエシェル型回折格子の製造方法。
０．２５°≦ｂｄ−ｂａ≦１．２°
【請求項１２】
波長１９３．３ｎｍの光を発する光源と、
複数の格子を有し、前記複数の格子が並ぶ断面において各格子は非対称な三角形形状を有するエシェル型回折格子と、
を有するＡｒＦエキシマレーザであって、
各格子は、光硬化樹脂から構成されて厚さ２μｍから１０μｍを有する樹脂層と、当該樹脂層の上に形成され、厚さ１２０ｎｍから５００ｎｍを有し、アルミニウムから構成された反射膜層と、
前記エシェル型回折格子は、前記光源からの入射光と回折光の方向が一致するリトロー配置を有し、
各格子は、前記非対称な三角形形状の短辺に対応するブレーズ面において前記入射光を受光および回折し、前記ブレーズ面と前記非対称な三角形形状の短辺に対応するカウンタ面とのなす角である頂角が８５°以上９０°未満であり、前記ブレーズ面と格子平面とがなす角であるブレーズ角は、波長１９３．３ｎｍの入射光に対して設定されたブレーズ次数の回折効率を最大にする第１のブレーズ角よりも小さい第２のブレーズ角を初期値として有し、
前記第１のブレーズ角をｂｄ、前記第２のブレーズ角をｂａとすると、以下の条件式を満足し、
０．２５°≦ｂｄ−ｂａ≦１．２°
波長１９３．３ｎｍをλ、前記設定されたブレーズ次数をｍ、前記格子の繰り返しピッチをｄ、前記入射光と前記格子平面に垂直な格子法線との角度をθとすると以下の条件式を満足することを特徴とするＡｒＦエキシマレーザ。
ｍλ＝２ｄ・ｓｉｎθ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エシェル型回折格子、エキシマレーザ、エシェル型回折格子の製造方法、ＡｒＦエキシマレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
エキシマレーザ内で波長選択に用いられる回折格子は、製造が非常に困難で全世界でも非常に高品位な格子を製造できるわずかなルーリングエンジンと呼ばれる刻印機のみで製造可能である。よって、複数の異なる波長ごとに上記回折格子を製造するのは大変な手間となるため、複数の異なる波長間で使用可能な回折格子を実現することが望まれている。また、上記回折格子は、レーザ共振器を構成する光学部品であるから、高い回折効率を提供すると共に長期使用に耐えられる耐久性を備えることが重要である。この回折格子に適用可能なものとして格子断面上で非対称の三角形形状の格子を有する反射型エシェル型回折格子（ブレーズ型回折格子）が知られている。
【０００３】
エシェル型回折格子では、格子の断面三角形形状の一辺を構成するブレーズ面が回折効率に大きい影響を有する。そして、エシェル型回折格子の格子は、特許文献１に示すように、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの光硬化性樹脂からなる断面三角形形状の樹脂層と、樹脂層の表面に形成された反射膜層（アルミニウム膜）と、を有するものもある。
【０００４】
また、特許文献２は、ＡｒＦエキシマレーザとＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８．４ｎｍ）など、二種類の波長のエキシマレーザに共通に使用可能なエシェル型回折格子を開示している。特許文献２では、二種類の波長で放射されるレーザ光のブレーズ回折を向上させるようにエシェル型回折格子の形状を決定する思想が開示されている。このエシェル型回折格子は、ｍ１を、短い方の波長の回析次数、λ１を短い方の波長、ｆを三角溝の溝本数とすると、ｆ＝１／｛（ｍ１＋１）λ１−ｍ１λ１／２｝を満足することを特徴としている。なお、ｆは格子の繰り返しピッチｄの逆数（ｆ＝１／ｄ）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５９９９３１８号明細書
【特許文献２】特許３６７３６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、エシェル型回折格子がＡｒＦエキシマレーザに使用されるとブレーズ面の反射膜層が平面形状から使用と共に徐々に湾曲（変形）して格子形状あるいはそれと等価の効果を生じる現象により劣化する。この結果、回折光の特定次数への収斂性が変化して、回折効率が低下する問題が発生する。ブレーズ面の変形は継続的な運用により進行し、その状態における所望次数の回折効率の劣化は避けることは難しい。
【０００７】
このように、従来のエシェル型回折格子はＡｒＦエキシマレーザに使用された場合に初期状態では回折効率がピークとなる形状に設定されているが、使用と共に回折効率が低下して最終的には所望の回折効率の許容範囲から外れてしまうという問題を有する。
【０００８】
そこで、本発明は、エキシマレーザに使用され、長期の使用にわたって回折効率を維持することが可能なエシェル型回折格子を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としてのエシェル型回折格子は、複数の格子を有し、前記複数の格子が並ぶ断面において各格子は非対称な三角形形状を有し、各格子は、光硬化樹脂から構成されて厚さ２μｍから１０μｍを有する樹脂層と、当該樹脂層の上に形成され、厚さ１２０ｎｍから５００ｎｍを有し、アルミニウムから構成された反射膜層と、を有し、前記エシェル型回折格子は、入射光と回折光の方向が一致するリトロー配置を有し、各格子は、前記非対称な三角形形状の短辺に対応するブレーズ面において前記入射光を受光および回折し、前記ブレーズ面と前記非対称な三角形形状の長辺に対応するカウンタ面とのなす角である頂角が８５°以上９０°未満であり、前記ブレーズ面と格子平面とがなす角であるブレーズ角は、波長１９３．３ｎｍの入射光に対して設定されたブレーズ次数の回折効率を最大にする第１のブレーズ角よりも小さい第２のブレーズ角を初期値として有し、前記第１のブレーズ角をｂｄ、前記第２のブレーズ角をｂａとすると、０．２５°≦ｂｄ−ｂａ≦１．２°の条件式を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、エキシマレーザに使用され、長期の使用にわたって回折効率を維持することが可能なエシェル型回折格子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態のエシェル型回折格子の部分拡大断面図である。
【図２】レーザ照射前後のｍ＋１／ｍの回折効率比を示すグラフである。
【図３】従来のエシェル型回折格子の頂角が８２．５°のときのブレーズ角度とブレーズ次数での回折効率との関係を示すグラフである。
【図４】図１（ａ）に示すエシェル型回折格子の頂角が８９°のときのブレーズ角度とブレーズ次数での回折効率との関係を示すグラフである。
【図５】図１（ａ）に示すエシェル型回折格子の頂角が８９．９２°のときのブレーズ角度とブレーズ次数での回折効率との関係を示すグラフである。
【図６】ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数とＡｒＦエキシマレーザとＫｒＦエキシマレーザのブレーズ角の差の関係を示すグラフである。
【図７】図１に示すエシェル型回折格子の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１（ａ）は、本実施形態のエシェル型回折格子（ブレーズ型回折格子）１の部分拡大断面図であり、格子が並ぶ格子断面の一部を示している。エシェル型回折格子１は、ＡｒＦエキシマレーザに使用可能であり、この場合、エシェル型回折格子１は反射ミラーと波長選択機能を有するため、一定の回折効率を維持しないとレーザ機能を失うことになる。
【００１３】
各格子は、図１に示す断面において非対称な三角形形状の短辺を有する面（ファセット）であるブレーズ面３とブレーズ面３に隣接して非対称な三角形形状の長辺を有する面（アンチファセット）であるカウンタ面８を有する。本実施形態では、短辺を有するブレーズ面３が不図示の光源から波長１９３．３ｎｍの入射光２を最も多く受光するが、別の実施形態では長辺を有するカウンタ面８が入射光２を最も多く受光し、この場合には長辺を有する面がブレーズ面と呼ばれる。
【００１４】
ブレーズ面３が格子平面４となす角度はブレーズ角５と呼ばれる。ブレーズ面３がカウンタ面８となす角度は頂角６と呼ばれる。また、７は格子の繰り返しピッチである。本実施形態では、頂角６を９０°未満（特に８５°以上９０°未満の範囲内）に設定している。これは、頂角６とブレーズ角５の和が光の入射角θに９０度を足したものより大きくなればカウンタ面８に入射光２が照射されるので、実効的なブレーズ角５と入射角θを考慮した際にカウンタ面に光が入射されないようにするためのものである。
【００１５】
ある入射角である波長でエシェル型回折格子１に入射するある使用次数範囲の光のうち回折エネルギー量が最も高い次数は「ブレーズ次数」と呼ばれている。ブレーズ次数で回折する回折光と入射光が同一経路をとるように構成されたエシェル型回折格子は「リトロー配置」と呼ばれている。エシェル型回折格子１はリトロー配置を有する。
【００１６】
リトロー配置を有するエシェル型回折格子１においては、ブレーズ次数の入射光の入射角θは、図示のように、格子平面４に垂直な格子法線（グレーティングノーマル）９と入射光２となす角度に等しい。ブレーズ面３には入射光２が垂直に入射してもよいが、本実施形態では、これよりも若干角度をもって入射する。従って、本実施形態では、ブレーズ次数の角度θはブレーズ角度５とは一致しないが、近い値である。
【００１７】
リトロー配置を有するエシェル型回折格子１においては以下の条件式が成立することが知られている。ここで、ｍはブレーズ次数、λは入射光２の光源の波長（従って、ここでは、１９３．３ｎｍ）、ｄは繰り返しピッチ７、θはブレーズ次数の角度である。
【００１８】
【数１】
2013092756.tif 000003
【００１９】
数式１から、入射光２の角度θ、繰り返しピッチ７、入射光源の波長λを選択すると次数ｍが一義的に定まることが分かる。
【００２０】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の構造を示す模式図である。エシェル型回折格子は、ガラス基板１０の上にエポキシ樹脂やアクリル樹脂などの光硬化性樹脂からなる断面三角形形状の樹脂層１１を有する。樹脂層１１の表面にはアルミニウムからなる反射膜層１２が形成され、反射膜層１２の上には、反射膜層１２を酸化などから保護する保護層１３が形成される。保護層１３は、ＬａＦ３膜、ＭｇＦ２膜等の誘電体膜から構成される。
【００２１】
なお、図１（ｂ）に示す構造は単なる一例であり、特許文献１のように、保護層１３の上に反射膜層が更に積層されたり、保護層１３が複数の種類の誘電体膜の積層であったりしてもよい。
【００２２】
エシェル型回折格子１をＡｒＦエキシマレーザ用の回折素子に適用した場合のレーザ光の照射前後の回折効率を測定し、回折効率が低下しているかどうかを判定した。より具体的には、リトロー配置を有するエシェル型回折格子１のブレーズ次数ｍとその一つ高次のｍ＋１次のそれぞれの回折効率を測定し、両者の比（ｍ＋１次の回折効率／ｍ次の回折効率）（％）を算出した。
【００２３】
すると、図２に示すように、レーザ照射前ではｍ＋１／ｍの回折効率比が１２％であったものが、レーザ照射後には５９％に上昇していた。図２は、レーザ照射前後のｍ＋１／ｍの回折効率比を示すグラフである。
【００２４】
この原因を鋭意検討した結果、回折格子の表面酸化などによる反射率の低下と格子（特に、ブレーズ面３）の反射層１２あるいはその下に存在する樹脂層１１そのものの変形によるものであることが判明した。
【００２５】
このような回折格子の表面酸化や変形などの劣化が生じる結果、回折光が飛ぶ方向が変化し、回折効率が低下する。
【００２６】
本発明者らは、この格子の劣化はある程度進むと停止して安定化することも発見した。この劣化による回折効率の低下は、ｍ＋１次が強くなる方向だけに生じ、その量はあたかも設定されたブレーズ角から最大で１．４°増加することによって回折効率が変化した量に相当することを発見した。これは、樹脂層１１が光硬化樹脂から構成され、その厚さが２μｍ〜１０μｍ、反射膜層１２がアルミニウムから構成され、その厚さが１２０ｎｍから５００ｎｍであれば同様に発生する。例えば、樹脂層１１の樹脂の種類によらず、また、保護層１３の材質の種類によらずに同程度に発生する。
【００２７】
更に、ＫｒＦエキシマレーザでは、ＡｒＦエキシマレーザよりもレーザ光のエネルギー量が小さいので、樹脂層１１と反射膜層１２の厚さを上記のように設定すればブレーズ面３の反射膜層１２の影響（回折効率の劣化）は無視できることも判明した。但し、例えば、反射膜層１２の厚さが１２０ｎｍよりも大幅に小さくなればＫｒＦエキシマレーザによるレーザ光の照射も無視できなくなる。
【００２８】
また、ＡｒＦエキシマレーザでは、アルミニウム膜である反射膜層１２の厚さを５００ｎｍよりも厚くしても回折効率の低下を防止するのにあまり効果的ではないことを発見した。即ち、無視できない回折効率の低下は、エシェル型回折格子１がＡｒＦエキシマレーザに使用された場合の特有の問題であることが判明した。
【００２９】
図３は、頂角６が８２．５°のときのブレーズ角度５とブレーズ次数での回折効率との関係を示すグラフであり、横軸はブレーズ角５（°）、縦軸はブレーズ次数の回折効率（任意単位）である。同図に示すように、ブレーズ角にはブレーズ次数の回折効率を最大にする角度が存在する。これにより、特定の次数にブレーズされる。
【００３０】
従来は、頂角６が８５°未満の範囲、例えば８２．５°に設定された回折格子が使用されていた。これは刻印機で回折格子を製造する場合、カウンタ面８に発生してしまう余分な塵やごみなどといったものに入射光２があたるのを防止するためである。
【００３１】
また従来は、ブレーズ角５をブレーズ次数を最大にする値（例えば、図３に示す８０．１°）に設定してＡｒＦエキシマレーザに使用していたため、上述したように格子の変形によりブレーズ次数の回折効率はピーク値から減少する。上述したように、この回折効率の減少は、ブレーズ角５が最大１．４°増加した後のように変化するので、この場合は、ブレーズ角５が８０．１°から８１．５°に変化することに相当し、図３から回折効率は１００％から６６％に減少する。このため、長期使用によって安定化したあとのブレーズ次数の回折効率は６６％となって許容範囲から外れてしまう。
【００３２】
そこで、まず本実施形態では、切削加工で回折格子を製造することで、頂角６が従来よりも大きい８５°以上９０°未満の範囲に設定された回折格子を使用している。また、設定された第１のブレーズ次数の回折効率を最大にする第１のブレーズ角をブレーズ角５として設定する代わりに、第１のブレーズ角よりも小さい第２のブレーズ角をブレーズ角５として設定している。
【００３３】
図４は、頂角６が８９°のときのブレーズ角度５とブレーズ次数での回折効率との関係を示すグラフであり、横軸はブレーズ角５（°）、縦軸はブレーズ次数の回折効率（任意単位）である。同図に示すように、ブレーズ角にはブレーズ次数の回折効率を最大にする角度が存在する。これにより、特定の次数にブレーズされる。図３と比較して分かるように、図３では回折効率が最大となる角度８０．１°を中心としたほぼ対称のグラフとなっていたのに対し、図４では回折効率が最大となる角度８０．２°を中心としたほぼ対称のグラフとならない。これは主に頂角６の角度に依存し、頂角６の角度が８５°を超えたあたりから頂角６の角度が大きくなるにつれ（特に８９°以上になると際立って）、グラフの非対称性は大きくなる。
【００３４】
第１のブレーズ角から第２のブレーズ角を引いたオフセット値は、本実施形態では、ブレーズ面３の変形が終了するまでに回折効率のピークを通過するように設定されており、それは以下の条件式示すように、０．２５°以上１．２°以下である。数式２において、ｂｄは第１のブレーズ角（例えば、図４に示す８０．２°）であり、ｂａは第２のブレーズ角（実際のブレーズ角５）である。
【００３５】
【数２】
2013092756.tif 000004
【００３６】
数式２において、下限を下回ると回折効率が従来に比べて殆ど改善しなくなる。例えば、オフセット値が０．２５°の場合、ｂａの初期値は７９．９５°となり、これが８１．３５°まで変化するように劣化する。このため、回折効率は９９％から１００％の極値を通って８２％に変化し、常に８２％以上となって従来の回折効率よりも改善する。
【００３７】
一方、数式２の上限は、耐久性を維持して光源を安定させる観点から加えられている。耐久性の劣化は紫外線照射によって進み、回折効率の劣化と異なり、安定化しない。上限は初期効率を下げることになるが、照射方向に相対的に増加トレンドを得ることができ、平均効率を一定量維持するために想定寿命末期でピーク付近となるように設定されている。
【００３８】
オフセット値が１．２°の場合にはｂａの初期値は７９．０°となり、これが８０．４°まで変化するように劣化する。このため、回折効率は７３％から９９．７％に変化する。
【００３９】
従来は回折効率が１００％から６６％に減少するのに対し、本実施例ではオフセット値が１．２°の場合には回折効率は７３％から９９．７％に変化するため、回折効率は常に７３％以上となって従来の回折効率よりも改善する。また、従来が６６％で安定化状態になるのに対してオフセット値１．２°の場合には９９．７％で安定化状態になるので、安定化状態で比較すると両者の回折効率の差は明確である。
【００４０】
数式２においては、上限と下限の差は製造誤差、他のバイアス、初期効率などから一例として０．９５°に設定されている。
【００４１】
また、回折効率を優先する観点からは数式２は数式３のように設定されてもよい。
【００４２】
【数３】
2013092756.tif 000005
【００４３】
数式３において、オフセット値が下限である０．５°の場合、ｂａの初期値は７９．７°となり、これが８１．１°まで変化するように劣化する。このため、回折効率は９５％から１００％の極値を通って９０％に変化し、常に９０％以上となって従来の回折効率よりも改善する。
【００４４】
さらに、回折効率を優先する観点からは数式３は数式４のように設定されてもよい。
【００４５】
【数４】
2013092756.tif 000006
【００４６】
数式４において、オフセット値が上限である０．７°の場合、ｂａの初期値は７９．５°となり、これが８０．９°まで変化するように劣化する。このため、回折効率は９１％から１００％の極値を通って９２％となり、常に９１％以上となって従来の回折効率よりも改善する。
【００４７】
図５は、頂角６が８９．９２°のときのブレーズ角度５とブレーズ次数での回折効率との関係を示すグラフであり、横軸はブレーズ角５（°）、縦軸はブレーズ次数の回折効率（任意単位）である。同図に示すように、ブレーズ角にはブレーズ次数の回折効率を最大にする角度が存在する。これにより、特定の次数にブレーズされる。
【００４８】
第１のブレーズ角から第２のブレーズ角を引いたオフセット値は、本実施形態では、ブレーズ面３の変形が終了するまでに回折効率のピークを通過するように設定されており、それは数式２に示すように、０．２５°以上１．２°以下である。数式２において、ｂｄは第１のブレーズ角（例えば、図５に示す８０．６°）であり、ｂａは第２のブレーズ角（実際のブレーズ角５）である。
【００４９】
数式２において、オフセット値が下限である０．２５°の場合、ｂａの初期値は８０．３５°となり、これが８１．７５°まで変化するように劣化する。このため、回折効率は９９％から１００％の極値を通って９０％に変化し、常に９０％以上となって従来の回折効率よりも改善する。
【００５０】
一方、オフセット値が１．２°の場合にはｂａの初期値は７９．４°となり、これが８０．８°まで変化するように劣化する。このため、回折効率は８０％から９９．７％に変化する。
【００５１】
従来は回折効率が１００％から６６％に減少するのに対し、本実施例ではオフセット値が１．２°の場合には回折効率は８０％から９９．７％に変化するため、回折効率は常に８０％以上となって従来の回折効率よりも改善する。また、従来が６６％で安定化状態になるのに対してオフセット値１．２°の場合には９９．７％で安定化状態になるので、安定化状態で比較すると両者の回折効率の差は明確である。
【００５２】
なお、数式３において、オフセット値が下限である０．５°の場合、ｂａの初期値は８０．１°となり、これが８１．５°まで変化するように劣化する。このため、回折効率は９６％から１００％の極値を通って９３％に変化し、常に９３％以上となって従来の回折効率よりも改善する。
【００５３】
また、数式４において、オフセット値が上限である０．７°の場合、ｂａの初期値は７９．９°となり、これが８１．３°まで変化するように劣化する。このため、回折効率は９５％から１００％の極値を通って９６％となり、常に９５％以上となって従来の回折効率よりも改善する。
【００５４】
なお、本実施例において、第１のブレーズ角からオフセットさせなくても、従来よりも回折効率が良くなっているようにも見えるが、その場合は後述するようにＫｒＦエキシマレーザの回折効率が悪くなってしまうという問題がある。もしくは、後述するようにＡｒＦエキシマレーザとＫｒＦエキシマレーザの２つの波長について選択可能なブレーズ次数の組み合わせがほとんどない、もしくは全くないという問題がある。
【００５５】
上述したように、従来は設定されたブレーズ次数の回折効率を最大にするブレーズ角が実際のブレーズ角として設定されていた。ブレーズ次数は、例えば、１００次から１１１次の間で任意に選択することができる。即ち、従来のブレーズ角の設定方法であれば、第１のブレーズ次数の回折効率を最大にする第１のブレーズ角を実際のブレーズ角５として設定したり、第２のブレーズ次数の回折効率を最大にする第２のブレーズ角を実際のブレーズ角５として設定したりしていた。
【００５６】
これに対して、本実施形態は、第１のブレーズ次数を最大にする第１のブレーズ角よりも小さい第２のブレーズ角を設定しているため、従来とはブレーズ角が異なるだけでなく使用されるブレーズ次数も異なる。従来例において第２のブレーズ角が設定される場合には、そのブレーズ角は第２のブレーズ次数の回折効率を最大にするからである。
【００５７】
また、照射の格子変形に関わらず使用されるブレーズ次数は変化せずに一定である。これは、図１（ａ）に示す入射光２の入射角度θが設定された時点でこの角度は一定に維持され、数式１から（第１の）ブレーズ次数ｍも一定に維持されるからである。
【００５８】
従って、本実施形態は、エシェル型回折格子１のブレーズ角の決定方法または製造方法としても機能する。この方法は、幾つかのステップを有し、各ステップは、ＰＣなどのコンピュータ（プロセッサ）に各ステップの機能を実現させるためのプログラム（ソフトウェア）として具現化が可能である。
【００５９】
まず、ユーザは、コンピュータの入力部を操作して、数式１の波長λ（例えば、１９３．３ｎｍ）、ブレーズ次数ｍ、繰り返しピッチｄを入力する。また、ユーザは頂角６も設定することができる。
【００６０】
これに応答して、コンピュータは予め不図示のメモリ（記憶装置）にブレーズ次数毎に格納されている、図４に示すようなブレーズ次数の回折効率のブレーズ角依存特性のうち、第１のブレーズ次数に対応するデータを取得する。
【００６１】
また、コンピュータは取得したデータから第１のブレーズ次数の回折効率を最大にする第１のブレーズ角（例えば、図４に示す８０．２°）を取得し、これを格納する。次に、コンピュータは、その表示部に、第１のブレーズ角についてメモリに格納されている数式１から入射角θを表示する。
【００６２】
また、コンピュータは、メモリに格納されている数式２〜４のいずれかを満足するオフセット値を第１のブレーズ角から引くことによって第２のブレーズ角（例えば、図４に示す７９．９５°）を算出し、これを表示する。コンピュータは、表示部に図４に示すグラフと第２のブレーズ角と回折効率の変化を表示してもよい。
【００６３】
その後、図７に示すように、最初に製造された格子をマスター７１として、それを樹脂やアルミ層により転写して、構造材となるブランク（基材）７３に写し取ったレプリカ７２として使用される。
【００６４】
ｆは格子の繰り返しピッチｄの逆数（ｆ＝１／ｄ）とすると、数式１から、１／ｄ＝ｆ＝２ｓｉｎθ／ｍλであり、ｓｉｎθ≦１であるからリトロー配置で光が入射および反射される条件はｆ≦２／（ｍλ）となる。
【００６５】
また、リトロー配置で少なくともＡｒＦエキシマレーザ光の波長１９３．３ｎｍにおいて高次の次数が伝搬しないための条件は以下のようになる。リトロー配置の入射角と反射角をθ、同時に一つ高次に伝搬する光の入射角をθ’とすると、数式１からこれらの角度について以下の条件式が成立する。
【００６６】
【数５】
2013092756.tif 000007
【００６７】
【数６】
2013092756.tif 000008
【００６８】
数式５からｓｉｎθ＝ｍλｆ／２であるから、これを数式６に代入すると以下の条件式が得られる。
【００６９】
【数７】
2013092756.tif 000009
【００７０】
ｓｉｎθ’が１未満であると高次伝搬光が発生するので高次伝搬光が発生しないためには１以上であることが必要である。従って、１≦（ｍ／２＋１）λｆから２／｛（ｍ＋２）λ｝≦ｆが成立する。以上をまとめると次式のようになる。
【００７１】
【数８】
2013092756.tif 000010
【００７２】
本実施形態は、ＡｒＦエキシマレーザとＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８．４ｎｍ）などの、二種類の波長のエキシマレーザに共通に使用可能なエシェル型回折格子にも適用可能である。
【００７３】
この場合、本発明者らはエシェル型回折格子１がＡｒＦエキシマレーザに適用された場合とＫｒＦエキシマレーザに適用された場合の挙動が異なる点を発見した。即ち、上述したように、ＫｒＦエキシマレーザのレーザ光のエネルギー量は小さいので、樹脂層１１と反射膜層１２の厚さを上記のように設定すればブレーズ面３の反射膜層１２の影響（回折効率の劣化）は無視できる。
【００７４】
ＫｒＦエキシマレーザにおいても、図４に示すような、設定されたブレーズ次数のブレーズ角依存性が存在するが、ブレーズ面３の劣化が無視できるために、設定されたブレーズ次数を最大にするブレーズ角を設定することができる。
【００７５】
特許文献２は、ＡｒＦエキシマレーザとＫｒＦエキシマレーザのそれぞれについてそれぞれに設定されたブレーズ次数を最大にするほぼ共通したブレーズ角を設定している。これに対して、本実施形態では、ＫｒＦエキシマレーザについては、設定されたブレーズ次数を最大にするブレーズ角を設定するが、ＡｒＦエキシマレーザについては、設定されたブレーズ次数を最大にするブレーズ角よりも小さいブレーズ角を設定する。
【００７６】
これを以下の実施例においてより詳細に説明する。
【実施例１】
【００７７】
表１に示すように、ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数に対して数式８から得られる周期ｆの最大値と最小値を得る。ここでは、ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数を１００次から１１１次として検討した。
【００７８】
【表１】
2013092756.tif 000011
【００７９】
これらの次数と周期範囲内の適当な周期から頂角６とブレーズ角５について効率計算を行い、ブレーズ角５のそれぞれの波長における最適値の差分を求め、数式３（０．５以上１．２以下の範囲）を満足するものを表２に示す。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザのブレーズ次数を７７次から８６次として検討した。また、それをグラフ化したものが図６である。
【００８０】
【表２】
2013092756.tif 000012
【００８１】
図６から分かるように、二つの波長のブレーズ角５の最適値は周期的に変化し、ＡｒＦエキシマレーザとＫｒＦエキシマレーザの２つの波長について選択可能なブレーズ次数の組み合わせは限られることがわかる。表２においては、図６において、縦軸であるｂ１９３ｎｍ−ｂ２４８ｎｍが数式３を満足する範囲にあるものを選択している。
【００８２】
即ち、周期ｆを９１．５８５９本／ｍｍ、頂角６を８９°とすると、ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数１１１次を最大にするブレーズ角５は８０．８°であり、ＫｒＦエキシマレーザのブレーズ次数８６次を最大にするブレーズ角５は７９．８°となる。即ち、両者のブレーズ角には＋°１．０°の開きがある。
【００８３】
そこで、数式３に従って、ＡｒＦエキシマレーザ用のブレーズ角５を１．０°小さくして７９．８°にする。これによって、ＫｒＦエキシマレーザについては、設定されたブレーズ次数を最大にするブレーズ角を設定し、ＡｒＦエキシマレーザについては、設定されたブレーズ次数を最大にするブレーズ角よりも小さいブレーズ角を設定することができる。
【００８４】
同様に、ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数１０２次を最大にするブレーズ角５と、ＫｒＦエキシマレーザのブレーズ次数７９次を最大にするブレーズ角５との間の角度差は１．１°であり０．５°以上１．２°以下である。また、ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数１０７次を最大にするブレーズ角５と、ＫｒＦエキシマレーザのブレーズ次数８３次を最大にするブレーズ角５との間の角度差は０．７°であり０．５°以上１．２°以下である。このため、これらの組み合わせにおいて、数式３に従って、ＡｒＦエキシマレーザ用のブレーズ角５を角度差分だけ小さくすることによって同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００８５】
実施例１では、表２において、図６に示される縦軸であるｂ１９３ｎｍ−ｂ２４８ｎｍが数式３を満足するものを選択した。これに対して、本実施例では、実施例１と異なり、図６に示される縦軸であるｂ１９３ｎｍ−ｂ２４８ｎｍが数式２を満足するものを選択した。以下、表３に、ブレーズ角５のそれぞれの波長における最適値の差分が数式２を満足するものを示す。ここでは、ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数を１００次から１１１次として、またＫｒＦエキシマレーザのブレーズ次数を７７次から８６次として検討した。
【００８６】
【表３】
2013092756.tif 000013
【００８７】
図６から分かるように、二つの波長のブレーズ角５の最適値は周期的に変化し、ＡｒＦエキシマレーザとＫｒＦエキシマレーザの２つの波長について選択可能なブレーズ次数の組み合わせは限られることがわかる。
【００８８】
即ち、周期ｆを９１．５８５９本／ｍｍ、頂角６を８９°とすると、ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数１１１次を最大にするブレーズ角５は８０．８°であり、ＫｒＦエキシマレーザのブレーズ次数８６次を最大にするブレーズ角５は７９．８°となる。即ち、両者のブレーズ角には＋°１．０°の開きがある。
【００８９】
そこで、数式２に従って、ＡｒＦエキシマレーザ用のブレーズ角５を１．０°小さくして７９．８°にする。これによって、ＫｒＦエキシマレーザについては、設定されたブレーズ次数を最大にするブレーズ角を設定し、ＡｒＦエキシマレーザについては、設定されたブレーズ次数を最大にするブレーズ角よりも小さいブレーズ角を設定することができる。
【００９０】
同様に、ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数１０２次を最大にするブレーズ角５と、ＫｒＦエキシマレーザのブレーズ次数７９次を最大にするブレーズ角５との間の角度差は１．１°であり０．２５°以上１．２°以下である。ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数１０３次を最大にするブレーズ角５と、ＫｒＦエキシマレーザのブレーズ次数８０次を最大にするブレーズ角５との間の角度差は０．３°であり０．２５°以上１．２°以下である。また、ＡｒＦエキシマレーザのブレーズ次数１０７次を最大にするブレーズ角５と、ＫｒＦエキシマレーザのブレーズ次数８３次を最大にするブレーズ角５との間の角度差は０．７°であり０．２５°以上１．２°以下である。このため、これらの組み合わせにおいて、数式２に従って、ＡｒＦエキシマレーザ用のブレーズ角５を角度差分だけ小さくすることによって同様の効果を得ることができる。
【００９１】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
エシェル型回折格子はエキシマレーザの共振器に適用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１…エシェル型回折格子（ブレーズ型回折格子）、２…入射角（反射角）、３…ブレーズ面、５…ブレーズ角（パラメータ）、６…頂角（パラメータ）、７…繰り返しピッチ、８…カウンタ面、９…格子法線
【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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