(57)【要約】【課題】レーザ源と、該レーザ源からのレーザ光が集光入射されてプラズマを生成するプラズマ容器とを備えたレーザ駆動光源装置において、プラズマ容器から発せられた励起光が、再びレーザ源に戻ることを防止して、レーザ源が戻った励起光によって加熱され、破損に至ることのないようにしたレーザ駆動光源装置を提供せんとするものである。【解決手段】前記レーザ源と前記プラズマ容器内のレーザ光集光位置との間に、前記プラズマ容器からの励起光を遮断するフィルタが配置されていることを特徴とする。【選択図】  図１
2017220439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ源と、該レーザ源からのレーザ光が集光入射されてプラズマを生成するプラズマ容器と、を備えたレーザ駆動光源装置において、  前記レーザ源と前記プラズマ容器内のレーザ光集光位置との間に、前記プラズマ容器からの励起光を遮断するフィルタが配置されていることを特徴とするレーザ駆動光源装置。
【請求項２】
前記フィルタが、ロングパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項３】
前記フィルタが、ロングパスフィルタとショートパスフィルタの組み合わせで構成され、前記レーザ光のみを透過するバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項４】
前記プラズマ容器が管球形状であり、該プラズマ容器を取り囲む凹面反射鏡が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項５】
前記プラズマ容器が、凹面反射鏡と、該凹面反射鏡の後方開口に設けられた入射窓と、前記凹面反射鏡の前方開口に設けられた出射窓とからなり、前記凹面反射鏡と前記入射窓と前記出射窓によって密閉空間が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項６】
前記入射窓に前記フィルタを設けたことを特徴とする請求項５に記載のレーザ駆動光源装置。   
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ駆動光源装置に係わり、特に、半導体、液晶基板若しくはカラーフィルタの露光装置や、映写機などの光源として使用されるレーザ駆動光源装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、半導体露光装置等に搭載される光源としては、紫外線を放射する放電ランプが広く使われていた。放電ランプは、水銀と希ガスが封入されたバルブ内に対向配置した一対の電極を有し、電極間に通電してプラズマを発生させ、電極を介して供給される電気エネルギーによって放電を維持している。また、放電ランプから放射される光としては、処理時間の短縮化や大面積露光への対応等のために、より一層の高輝度、高出力が求められている。しかしながら、このようなプラズマを形成、維持するためには、電極自身が非常に高温になり、電極を構成する物質が蒸発、飛散して、バルブ内面の黒化を引き起こす、といった問題がある。
【０００３】
このような問題に対して、従来から様々な対策が検討されている。例えば、特表２００９−５３２８２９号公報（特許文献１）に示されるレーザ駆動光源装置では、チャンバ（石英バルブ）内に封入されたガスに外部からレーザ光を集光して、レーザ光による励起で封入ガスの高温プラズマを発生させることにより、封入ガスの成分組成に応じたスペクトル分布の安定した発光強度が得られ、更には、発光中心位置が、外部からのレーザ光の焦点位置で定まるために常に安定に維持できる光源として期待されている。
【０００４】
図９、図１０にその従来技術の概略構造が示されている。  図９において、レーザ駆動光源装置３０は、レーザ源３１と、チャンバ（プラズマ容器）３２とからなり、このチャンバ３２にはこれを取り囲むよう放物面などの凹面反射鏡３３が設けられている。  レーザ源３１からのレーザ光Ａは、集光光学系３４によって集光されて、凹面反射鏡３３の後部開口に設けられた入射窓３５を介して、チャンバ３２に集光入射する。  これにより、チャンバ３２内にプラズマＰが生成され、封入された水銀やキセノンなどの発光元素が励起されて、該発光元素に応じた波長の励起光ＥＬが放射される。
【０００５】
また、図１０には他の実施形態が開示されていて、チャンバ３２には点火源として一対の電極３２ａ、３２ｂが配置されていて、この一対の電極３２ａ、３２ｂ間で予備放電がなされ、ここにレーザ光Ａが照射されることでプラズマＰが発生するものである。
【０００６】
このようなレーザ駆動光源装置３０においては、レーザ光Ａによってチャンバ（プラズマ容器）３２内で生成される励起光ＥＬとしては、使用波長を含めて、幅広い波長域の光が生成される。
ところで、このプラズマ容器３２で生成された励起光ＥＬは、対象物に照射されることになるが、その一部は、レーザ源３１側にも戻ることになる。このレーザ源３１側に戻る光は、レーザ源３１内に入射することになり、これを加熱し、最終的にはレーザ源３１を破損してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５３２８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、レーザ源と、該レーザ源からのレーザ光が集光入射されてプラズマを生成するプラズマ容器とを備えたレーザ駆動光源装置において、プラズマ容器から発せられた励起光が、再びレーザ源に戻ることを防止して、レーザ源を破損することのないようにしたレーザ駆動光源装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明に係わるレーザ駆動光源装置は、前記レーザ源と前記プラズマ容器内のレーザ光集光位置との間に、前記プラズマ容器からの励起光を遮断するフィルタが配置されていることを特徴とする。
また、前記フィルタが、ロングパスフィルタであることを特徴とする。
また、前記フィルタが、ロングパスフィルタとショートパスフィルタの組み合わせで構成され、前記レーザ光のみを透過するバンドパスフィルタであることを特徴とする。
また、前記プラズマ容器が管球形状であり、該プラズマ容器を取り囲む凹面反射鏡が設けられていることを特徴とする。  また、前記プラズマ容器が、凹面反射鏡と、該凹面反射鏡の後方開口に設けられた入射窓と、前記凹面反射鏡の前方開口に設けられた出射窓とからなり、前記凹面反射鏡と前記入射窓と前記出射窓によって密閉空間が形成されていることを特徴とする。  また、前記入射窓に前記フィルタを設けたことを特徴とする。  
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、レーザ源とプラズマ容器のレーザ光集光位置との間に、励起光を遮断するフィルタが配置されていることにより、プラズマ容器から発せられてレーザ源側に戻るように進行する励起光が遮断されるので、これらの光がレーザ源に戻って入射することがなく、レーザ源を破損することがないという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例の説明図
【図２】本発明に用いられるフィルタの特性を示す透過スペクトルの一例
【図３】本発明の第２実施例の説明図
【図４】本発明の第３実施例の説明図
【図５】本発明の第４実施例の説明図
【図６】本発明の第５実施例の説明図
【図７】本発明の第６実施例の説明図
【図８】本発明の第７実施例の説明図
【図９】従来技術の説明図
【図１０】他の従来技術の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に本発明の第１実施例のレーザ駆動光源装置１が示されていて、レーザ駆動光源装置１は、プラズマ容器２と、レーザ源３と、集光手段４とを備える。前記集光手段４は、例えば、集光レンズからなり、レーザ源３からプラズマ容器２への光路上の間に設けられている。
前記プラズマ容器２は、種々の形態を採用できるが、この実施例では、管球形状をしている。ここで、管球形状とは、ランプ技術における、略球形状や略楕円回転体形状などの発光管形状を意味する。
レーザ源３から発振されたレーザ光Ａは、集光手段４によって集光されてプラズマ容器２に入射して、その内部で集光する。
【００１３】
プラズマ容器２の内部には、発光元素が封入されるが、その用途によって、様々な発光元素が用いられる。例えば、露光用の光源としては、発光元素として水銀が用いられる。また、例えば、映写機用の光源としては、発光元素としてキセノンガスが用いられる。
【００１４】
このプラズマ容器２は、レーザ源３からのレーザ光Ａが入射すると共に、発光元素からの励起光ＥＬを出射することから、レーザ源３からのレーザ光Ａを透過し、且つ、発光ガスの励起光ＥＬを透過する部材で構成される。具体的には、例えば露光用光源の場合は、レーザ源３からのレーザ光Ａの波長が１０６４ｎｍであって、発光元素が水銀で、その励起光ＥＬのうち波長３６５ｎｍを利用する場合においては、プラズマ容器２は、１０６４ｎｍの波長を透過し、且つ、３６５ｎｍの波長を透過する、例えば石英ガラスで構成される。
【００１５】
レーザ源３は、励起される媒質、これにエネルギーを注入する光源、前記媒質が該光源によって励起されたときにその励起光を共振させる共振器などを備えており、このレーザ源３からのレーザ光Ａは、集光手段４によって集光されつつプラズマ容器２内に入射し、その内部で集光位置に集光する。
なお、レーザ光Ａの集光位置はプラズマ容器２の中心点に限定されるわけではなく、その内部の任意の位置であってよい。ただ、集光位置がプラズマ容器２の中心位置にあることで、プラズマ容器２の壁面に対するプラズマの熱的な影響が局所的に偏ることがなく、均一なものとなることが期待できる。
【００１６】
レーザ源３からプラズマ容器２に至る光路上には、フィルタ５が配置されていて、この実施例では、レーザ源３と集光手段４の間に配設されている。
このフィルタ５は、レーザ源３からのレーザ光を透過し、プラズマ容器２からの励起光を遮断するフィルタである。
このようなフィルタ５としては、低蛍光性ガラス（例えばＢＫ７）である光学ガラスを基板として、この基板上に誘電体多層膜と金属蒸着膜を形成したフィルタ等を使用することができる。
こうしたフィルタ５としては、プラズマ容器２からの所望の励起光よりも短波長側をカットするロングパスフィルタを用いることができる。また、ロングパスフィルタとショートパスフィルタとの組み合わせで構成されて、レーザ光のみを透過するバンドパスフィルタを使用することもできる。
なお、図１の第１実施例では、フィルタ５は、レーザ源３と集光手段４の間に配置したものを示したが、集光手段４とプラズマ容器２の間に配置してもよい。
【００１７】
図２に、本発明のレーザ駆動光源装置１に使用されるフィルタ５の特性を示す透過スペクトルの一例が示されていて、（Ａ）（Ｂ）は、ロングパスフィルタの例であり、（Ｃ）は、バンドパスフィルタの例である。
図２（Ａ）は、ロングパスフィルタが赤外線透過フィルタであって、波長８００ｎｍ以下の光をカットするものである。
図２（Ｂ）は、ロングパスフィルタが、ＺｎＯ２がコーティングされたサファイアの例であって、波長２００ｎｍ以下の真空紫外光をカットするものである。
図２（Ｃ）は、バンドパスフィルタであって、ロングパスフィルタとショートパスフィルタを組み合わせて構成したものである。この例は、レーザ光としてＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた場合である。
Ｎｄ：ＹＡＧレーザの中心波長である波長λ＝１０６４ｎｍを中心に半値幅２０ｎｍのバンドパスフィルタであって、レーザ光のみを透過し、プラズマ容器２からの励起光を含んで、その他の光は透過しない。
【００１８】
図３に示す第２実施例は、フィルタ５として、前述したロングパスフィルタとショートパスフィルタを組み合わせて構成したバンドパスフィルタを用いたものである。フィルタ５は、集光手段４とプラズマ容器２の間に配置されるとともに、当該フィルタ５は、ロングパスフィルタ５１とショートパスフィルタ５２とからなるバンドパスフィルタであり、図２（Ｃ）に示すように、レーザ光のみを透過し、それ以外の光を遮断するものである。
このバンドパスフィルタ５により、プラズマ容器２からの光（励起光）を反射または吸収することによって遮断し、レーザ源３への戻り光が制限される。
【００１９】
図４に示す第３実施例は、プラズマ容器２の周りに凹面反射鏡６を配置したものである。
この凹面反射鏡６は、放物面鏡や楕円鏡を使用でき、この例では放物面鏡が示されていて、レーザ光Ａの集光位置が、凹面反射鏡６の焦点位置と一致して配置される。また、この例では、凹面反射鏡６の後方開口に入射窓７が備えられたものが示されている。
レーザ源３からのレーザ光Ａは、集光手段４により集光されつつ凹面反射鏡６の入射窓７を経て、プラズマ容器２に入射する。プラズマ容器２内に生成されるプラズマＰによって発生した励起光ＥＬは、プラズマ容器２を出射して凹面反射鏡６によって前面開口側に反射され、平行光となって外部に出射される。
【００２０】
また、プラズマ容器２から発せられる励起光ＥＬの一部がレーザ源３側に戻されるが、フィルタ５によってこの励起光が遮断され、レーザ源３に戻ることがないことは、前記第１、第２実施例と同様である。
【００２１】
図５には別の第４実施例が示されていて、前記各実施例のプラズマ容器２が管球形状であったのに対して、この実施例では、凹面反射鏡６を主体とする形状である。即ち、凹面反射鏡６の後方開口には入射窓７が設けられ、前方開口には出射窓８が設けられていて、これらの凹面反射鏡６と、入射窓７と、出射窓８とによって密閉空間が形成されてプラズマ容器２とされているものである。そして、このプラズマ容器２内に発光元素が封入されている。
この実施例の場合も、レーザ源３からのレーザ光Ａは、集光されつつ入射窓７からプラズマ容器２内に入射し、凹面反射鏡６の焦点において集光する。
プラズマ容器２内で生成されたプラズマＰによって発生した励起光ＥＬは、凹面反射鏡６によって反射され、平行光となって出射窓８から外部に出射される。
この実施例でも、プラズマ容器２からの励起光がフィルタ５によって遮断されて、レーザ源３に戻らないことは同様である。
【００２２】
なお、図３〜５に示す第２〜４実施例においても、フィルタ５は、レーザ源３と集光手段４の間に配置してもよいことは勿論である。
【００２３】
図６に示す別の第５実施例では、フィルタ５がプラズマ容器２の入射窓７に形成されている。即ち、入射窓７を基材として、その表面に誘電体多層膜と金属蒸着膜を形成してフィルタ５とするものである。
これにより、プラズマ容器２内のプラズマＰによる励起光ＥＬうち、入射窓７を経てレーザ源３に戻ろうとする光が、このフィルタ５によって遮断され、レーザ源３に戻ることが防止される。
【００２４】
図７に示す第６実施例では、管球形状以外の構造を有するプラズマ容器２の構造が図５に示す実施例とは異なっている。
プラズマ容器２は、円柱形状の本体１０を有しており、その内面に凹面反射面１１が形成されている。この凹面反射面１１は、楕円形状、放物面形状等適宜に選択される。
本体１０には後方開口１０ａと前方開口１０ｂが形成されていて、後方開口１０ａに対応して入射窓１２が設けられ、前方開口１０ｂに対応して出射窓１３が設けられている。
そして、本体１０の後方開口１０ａに対応した入射窓１２は、金属製の窓枠部材１４に装着されていて、この窓枠部材１４が、金属筒体１５によって本体１０に取り付けられている。これら本体１０と、入射窓１２と、出射窓１３とによって密閉空間が形成されてプラズマ容器２とされているものであり、この密閉空間内に発光元素が封入されている。
【００２５】
この第６実施例の場合も、レーザ源３からのレーザ光Ａは、集光されつつ入射窓１２からプラズマ容器２内に入射し、凹面反射鏡面１１の焦点において集光する。
生成されたプラズマＰによって発生した励起光ＥＬは、凹面反射面１１によって反射され、平行光となって前方の出射窓１３から外部に出射される。
この実施例でも、プラズマ容器２から入射窓１２を経てレーザ源３側に戻る励起光ＥＬはフィルタ５によって遮断されて、レーザ源３に戻らないことは同様である。
【００２６】
図８に示す第７実施例では、図６に示す第５実施例と同様に、フィルタ５がプラズマ容器２の入射窓７に形成されているものである。
なお、図６の第５実施例および図８の第７実施例では、入射窓７、１２におけるレーザ光進行方向の手前側の前面（外面）側にフィルタ５を形成したものを示したが、後面（内面）側に形成してもよい。
【００２７】
上記図７に示された第６実施例および図８に示された第７実施例においては、プラズマ容器２を構成する本体１０はセラミックス材料や、アルミニウムなどの金属材料を採用でき、また、入射窓１２はレーザ光透過性であり、出射窓１３は励起光透過性であって、ともに水晶やサファイアなどの結晶材を採用できる。
そして、本体部１０がセラミックス材料の場合、その後端の外周面をメタライズ加工して、これに金属筒体１５をロウ付けにより接合し、この金属筒体１５に金属製の窓枠部材１４を溶接接合すればよい。
また、本体部１０が金属製の場合、金属筒体１５を溶接接合し、これに金属製の窓枠部材１４を溶接接合すればよい。
【００２８】
このように、図７の第６実施例および図８の第７実施例によれば、プラズマ容器構成材料として、石英ガラス以外のセラミックスや金属を使用することができ、プラズマからの高出力のＵＶ光やＶＵＶ光の照射を受けても、プラズマ容器に紫外線ひずみが生じることがなく、より高出力で長寿命のレーザ駆動光源装置を実現することができる。
【００２９】
また、プラズマ容器２の入射窓７、１２にフィルタ５を形成した図６の第５実施例および図８の第７実施例によれば、プラズマ容器２から入射窓７、１２を経てレーザ源３側に戻ろうとする励起光ＥＬは、入射窓７、１２に形成されたフィルタ５によって遮断されてプラズマ容器２から放射されることがない。
そのため、本発明のレーザ駆動光源装置１を、プラズマ容器２内にキセノンガスが封入され、励起光として波長２００ｎｍ以下のＶＵＶ光を放射する光源装置として利用するときに、プラズマ容器２からＶＵＶ光がレーザ源３側に放射されることがなく、オゾン防止対策が不要となる。
つまり、ＶＵＶ光がプラズマ容器２からレーザ源３側に放射されると、大気中の酸素に吸収されてオゾンが発生するが、上記第５、第７実施例によれば、ＶＵＶ光はプラズマ容器２から外部に放射されないので、その対策が不要となるものである。
尚付言すれば、出射窓８、１３から出射されるＶＵＶ光によるオゾン対策は、そのＶＵＶ光を利用するものであってみれば、当然に必要とされるものであることはいうまでもない。例えば、出射側の光路に窒素ガスなどの不活性ガスを充填して、ＶＵＶ光によるオゾンの発生を防止するとともに、ＶＵＶ光の減衰を防止する対策が取られる。
【００３０】
上記のような、ＶＵＶ光を出射するレーザ駆動光源装置では、レーザ光の入射窓７、１２には、例えば、ＺｒＯ２やＴｉＯ２がコーティングされたサファイアなどが使用され、これにより、図２（Ｂ）に示すような、波長２００ｎｍ以下のＶＵＶ光の領域の紫外光が遮断される。
また、ＶＵＶ光を遮断する入射窓７、１２としては、上記サファイア以外に、Ｔｉドープされた石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等のガラス材が使用できる。これらのガラス材を入射窓として使用する場合、当該入射窓自体にＶＵＶ光を遮断するフィルタ機能が備わっているものである。
【００３１】
以上説明したように、本発明のレーザ駆動光源装置によれば、レーザ源とプラズマ容器内のレーザ光集光位置との間に、前記プラズマ容器からの励起光を遮断するフィルタが配置されていることにより、プラズマ容器からレーザ源に戻ろうとする励起光を遮断して、レーザ源に戻ることがないようにしたので、レーザ源がこの戻り光によって破損することが防止されるものである。
また、励起光としてＶＵＶ光を利用するものにあっては、プラズマ容器の入射窓にフィルタ機能を持たせる構成とすることによって、ＶＵＶ光がプラズマ容器からレーザ源に向けて出射されることがなく、オゾン対策の必要がない。
なお、各実施例の説明においては、プラズマ容器として電極を有しない、いわゆる無電極タイプのものを説明したが、図１０に示す従来例のように、点火源として電極を有するものにも適用できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３２】
１      レーザ駆動光源装置
２      プラズマ容器
３      レーザ源
４      集光手段
５      フィルタ
５１    ロングパスフィルタ
５２    ショートパスフィルタ
６      凹面反射鏡
７      入射窓
８      出射窓
１０    本体
１１    凹面反射面
１２    入射窓
１３    出射窓
１４    窓枠部材
１５    金属筒体
Ａ      レーザ光
ＥＬ    励起光
Ｐ      プラズマ
【図１】
2017220439.tif 000003
【図２】
2017220439.tif 000004
【図３】
2017220439.tif 000005
【図４】
2017220439.tif 000006
【図５】
2017220439.tif 000007
【図６】
2017220439.tif 000008
【図７】
2017220439.tif 000009
【図８】
2017220439.tif 000010
【図９】
2017220439.tif 000011
【図１０】
2017220439.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月14日(2017.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ源と、該レーザ源からのレーザ光が集光入射されてプラズマを生成するプラズマ容器と、を備えたレーザ駆動光源装置において、  前記プラズマ容器が、凹面反射鏡と、該凹面反射鏡の後方開口に設けられた入射窓と、前記凹面反射鏡の前方開口に設けられた出射窓とからなり、前記凹面反射鏡と前記入射窓と前記出射窓によって密閉空間が形成されており、  前記レーザ源と前記プラズマ容器内のレーザ光集光位置との間に、前記プラズマ容器からの励起光を遮断するフィルタが配置されていることを特徴とするレーザ駆動光源装置。
【請求項２】
レーザ源と、該レーザ源からのレーザ光が集光入射されてプラズマを生成するプラズマ容器と、を備えたレーザ駆動光源装置において、  前記プラズマ容器が、凹面反射面を有する本体と、該本体の後方開口に設けられた入射窓と、前記本体の前方開口に設けられた出射窓とからなり、前記本体と前記入射窓と前記出射窓によって密閉空間が形成されており、  前記レーザ源と前記プラズマ容器内のレーザ光集光位置との間に、前記プラズマ容器からの励起光を遮断するフィルタが配置されていることを特徴とするレーザ駆動光源装置。
【請求項３】
前記入射窓に前記フィルタを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項４】
前記フィルタが、ロングパスフィルタであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項５】
前記フィルタが、ロングパスフィルタとショートパスフィルタの組み合わせで構成され、前記レーザ光のみを透過するバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。