(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリズムユニットにおいて、
入射光(21)を屈折させる複数のプリズム部(35)と、
複数のプリズム部(35)のうち少なくとも２個と固着又は一体に形成された固定部(36)と、を備え、
前記固定部(36)が、固定プレート(44)によって押しつけられて固定されること
を特徴とするプリズムユニット。
【請求項２】
プリズムユニットにおいて、
入射光(21)を屈折させる複数のプリズム部(35)と、
複数のプリズム部(35)のうち少なくとも２個と固着された固定部(36)と、を備え、
前記プリズム部(35)は、入射光(21)が前記プリズム部(35)を通過する際に、その劈開面(49)に対して略垂直に通過するように形成され、
前記固定部(36)が、固定プレート(44)によって押しつけられて固定されること
を特徴とするプリズムユニット。
【請求項３】
請求項２記載のプリズムユニットにおいて、
選択したい波長の光(21)が前記プリズム部(35)を通過する際に、その劈開面(49)に対して略垂直に通過するようにプリズム部(35)を形成したことを特徴とするプリズムユニット。
【請求項４】
プリズムユニットにおいて、
入射光(21)を屈折させる複数のプリズム部(35)と
複数のプリズム部(35)のそれぞれと固着又は一体に形成された複数の固定部(36)と、を備え、
前記固定部(36)が、固定プレート(44)によって押しつけられて固定されること
を特徴とするプリズムユニット。
【請求項５】
請求項４記載のプリズムユニットにおいて、
前記固定部(36)同士を直接、或いは治具を介して接触させることにより、プリズム部(35)を互いに所定位置に位置決めすることを特徴とするプリズムユニット。
【請求項６】
請求項５記載のプリズムユニットにおいて、
前記固定部(36)同士をオプティカルコンタクトによって互いに固着したことを特徴とするプリズムユニット。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載のプリズムユニットにおいて、
入射光(21)が前記プリズム部(35)を通過する際に、その劈開面(49)に対して略垂直に通過するようにプリズム部(35)を形成したことを特徴とするプリズムユニット。
【請求項８】
請求項７記載のプリズムユニットにおいて、
選択したい波長の光(21)が前記プリズム部(35)を通過する際に、その劈開面(49)に対して略垂直に通過するようにプリズム部(35)を形成したことを特徴とするプリズムユニット。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のプリズムユニットにおいて、
前記複数のプリズム部(35)のうち少なくとも１つが、入射光(21)をその波長に応じた角度で屈折させる分散プリズム部(35)であることを特徴とするプリズムユニット。
【請求項１０】
レーザ装置において、
請求項１〜９のいずれかに記載のプリズムユニットを備え、
前記プリズムユニット(28)によって、複数の発振波長のうち所望する範囲の波長のみを選択的に発振させるようにしたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１１】
レーザ装置において、
請求項１〜９のいずれかに記載のプリズムユニットを備え、
前記プリズムユニット(28)によって、レーザ光(21)の発振波長のスペクトル線幅を狭める狭帯域化を行なうようにしたことを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長を狭帯域化又はラインセレクトしたレーザ装置及びこれに用いられるプリズムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、分散プリズムを用いてレーザ光を波長選択（ラインセレクト）し、そのスペクトル線幅を狭める手段が知られており、例えば文献Canadian Journal of Physics Vol.63.1985(PP.214-219)に示されている。図１０は、前記文献に開示されたラインセレクト手段を用いてスペクトル線幅を狭めたフッ素分子レーザ装置の平面図を表しており、以下図１０に基づいて従来技術を説明する。
【０００３】
図１０において、フッ素分子レーザ装置１１は、レーザ媒質であるレーザガスを封入するレーザチャンバ１２を備えている。レーザガスには、フッ素（Ｆ2）とバッファガスとが、所定の組成で含まれている。バッファガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、又は両者の混合ガスが一般的に用いられる。
レーザチャンバ１２の内部には一対の放電電極１４，１５が、図１０中紙面と垂直に対向して配置されている。放電電極１４，１５は、図示しない高圧電源に接続されており、放電電極１４，１５に高電圧を印加する。これにより、放電電極１４，１５間でパルス放電が起き、レーザガスを励起してパルス状のフッ素分子レーザ光２１（以下、レーザ光２１と言う）を発振させる。
【０００４】
レーザチャンバ１２の前後部には、レーザ光２１を透過するフロントウィンドウ１７及びリアウィンドウ１９がそれぞれ付設されている。レーザチャンバ１２の前方（図１０中右方）及び後方には、所定幅の開口部を有するフロントスリット２６及びリアスリット２７が、それぞれ配置されている。
フロントスリット２６の前方には、レーザ光２１を部分透過するフロントミラー１６が設置されている。また、リアスリット２７の後方には、例えば２個の分散プリズム５０，５０が配置され、分散プリズム５０，５０の後方には、レーザ光２１を全反射するリアミラー１８が配置されている。
【０００５】
図１０において４４は、分散プリズム５０，５０を固定する固定プレートである。分散プリズム５０，５０の周囲には、図示しないベースから、先端にネジの切られたロッド４５が突出している。それぞれの分散プリズム５０は、固定プレート４４及びナット４６によって、上方から押しつけられて固定されている。
即ち、フッ素分子レーザ装置１１やエキシマレーザ装置等の、紫外線波長のレーザ光２１を出射するレーザ装置においては、分散プリズム５０の固定に接着剤等を用いると、接着剤がレーザ光２１と反応して不純物が発生する。この不純物により、分散プリズム５０等の光学部品が汚損されるのを防止するため、これらのレーザ装置においては、押しつけ等の力のみを用いて、分散プリズム５０を固定する必要がある。
【０００６】
レーザチャンバ１２内部で発振したレーザ光２１は、ウィンドウ１７，１９及び分散プリズム５０，５０を通過し、リアミラー１８とフロントミラー１６との間で反射して往復されるうちに増幅され、その一部がフロントミラー１６を透過して取り出される。
このときレーザ光２１中には、波長の長い、強いライン光（中心波長１５７．６３nm）と、波長の短い、弱いライン光（中心波長１５７．５２nm）とが混在している。強いライン光と弱いライン光とは波長が異なるため、分散プリズム５０，５０内を透過する光路の屈折角度に差が生じる。そのため、強いライン光と弱いライン光とは、２個の分散プリズム５０，５０を通過するうち、その光路が少しずつずれていく。
【０００７】
その結果、分散プリズム５０，５０を通過した強いライン光は、スリット２６，２７の開口部を抜けて、フロントミラー１６から出射する。これに対し、弱いライン光は、２個の分散プリズム５０，５０を通過する間に光路をずらされ、フロントスリット２６又はリアスリット２７で遮られて発振しなくなる。フッ素分子レーザ装置１１では、このようにして強いライン光のみを発振させることにより、レーザ光２１のスペクトル線幅を狭くして、フッ素分子レーザ装置１１を露光に用いた場合の分解能を向上させている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
即ち従来技術においては、図１０に示すように、個別の分散プリズム５０，５０を、それぞれ固定プレート４４，４４によって保持している。そのため、分散プリズム５０，５０の周囲に大きな空間が必要となり、分散プリズム５０，５０同士の間隔が大きくなるため、レーザチャンバ１２を後方へ出射したレーザ光２１が、リアミラー１８に達するまでの距離が長くなる。
【０００９】
レーザチャンバ１２を出射したレーザ光２１は、パルス放電によってエネルギーを受けることがないため、増幅されることはない。しかも、フロントミラー１６とリアミラー１８との間の距離である共振器長が長くなるため、回折損失によてレーザ光２１の出力が低下するという問題がある。
【００１０】
さらに、フッ素分子レーザ装置１１から出射したレーザ光２１を露光に用いる場合、レーザ光２１を高い繰り返し周波数で、かつ、長期間にわたって発振させなければならない。そのためには、フッ素分子レーザ装置１１の放電電極１４，１５の図１０中上下方向の幅寸法Ｌ１を狭くし、対向した放電電極１４，１５間の間隔（図１０中紙面と垂直方向）を広くする必要がある。その結果として、レーザ光２１のビーム断面形状は、図１０中紙面と水平方向の幅寸法Ｌ２が３mm、図１０中紙面と垂直方向の高さ寸法（図示せず）が２０mmと、縦長なものとなる。
【００１１】
即ち、このレーザ光２１が入射する分散プリズム５０，５０も、図１０中紙面と垂直方向の高さを２０mm以上とする必要がある。従って、分散プリズム５０，５０を安定に保持するためには、底面積の大きな分散プリズム５０，５０を用いて、図示しないベースに接する設置面積を、大きくする必要がある。その結果、さらに共振器長が長くなり、レーザ光２１の出力が低下する。
【００１２】
一方、レーザ光２１の出力低下を防止するために、底面積の小さな分散プリズム５０，５０を用いると、分散プリズム５０，５０の安定性が悪くなり、レーザ光２１の光軸に対して入射面が傾くことがある。その結果として、波面が乱れて波面収差が発生し、ラインセレクトが好適に行なわれなかったり、レーザ光２１の出力低下が起きることがある。
【００１３】
また、図１０によれば、固定プレート４４，４４によって、分散プリズム５０，５０全体を押さえている。これにより、レーザ光２１が通過する部分も力を受けるため、分散プリズム５０，５０の内部に歪みが生じることがある。その結果、複屈折が起きてレーザ光２１の光路が変化したり、波面が乱れたりして、ラインセレクトが好適に行なわれないことがある。また、レーザ光２１の出力が低下することもある。
これを防ぐために分散プリズム５０，５０を弱い力で押さえるようにすると、振動等によって分散プリズム５０，５０が光軸からずれることがあり、レーザ光２１の出力が低下したり、出力にばらつきが生じたりする。
【００１４】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、狭い空間で複数のプリズム部をしっかりと固定することが可能なプリズムユニット、及びこれを用いて共振器長を短くし、レーザ光を高出力化することが可能なレーザ装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明のプリズムユニットは、
入射光を屈折させる複数のプリズム部と、
複数のプリズム部のうち少なくとも２個と固着又は一体に形成された固定部(36)と、を備え、
前記固定部が、固定プレートによって押しつけられて固定される。
これにより、入射光を通さない固定部を押さえてプリズム部を固定することができる。従って、固定時に光の通るプリズム部に力がかかってプリズム部が歪むというようなことがなく、プリズム部を通る光が歪みによる複屈折などの影響を受けることがない。
【００１６】
また、本発明のプリズムユニットは、
プリズムユニットにおいて、
入射光を屈折させる複数のプリズム部と
複数のプリズム部のそれぞれと固着又は一体に形成された複数の固定部と、を備え、
前記固定部が、固定プレートによって押しつけられて固定される。
これにより、プリズム部と固定部とが一体となっているので、プリズム部同士の位置合わせがプリズム部の製作時に行なわれ、非常に正確な位置合わせが可能である。
【００１７】
また、本発明のプリズムユニットは、
前記固定部が、固定部同士を直接、或いは治具を介して接触させることにより、プリズム部を互いに所定位置に位置決めしている。
これにより、プリズムユニットが小型化されるとともに、プリズム部同士の位置合わせが簡単になる。そして、光軸に対する位置決めを行なう際には、プリズム部全体を動かして位置決めできるので、位置決め機構が簡単になる。
【００１８】
また、本発明のプリズムユニットは、
前記固定部同士をオプティカルコンタクトによって互いに固着している。
固定部同士を固着することにより、合わせた位置関係がずれず、位置決めの手間が省かれる。また、オプティカルコンタクトは、接着剤などの不純物を発生する材質を用いないので、固着による不純物の発生が起こらず、プリズムユニットや他の光学部品が不純物によって汚損されることがない。
【００１９】
また、本発明のプリズムユニットは、
入射光が前記プリズム部を通過する際に、その劈開面に対して略垂直に通過するようにしている。
これにより、光がプリズム部を通過する際に、複屈折の影響を最小限に抑えることができる。即ち、プリズム部にほぼブリュースタ角で入射する光のうち、Ｐ偏光は殆んど損失なくプリズム部を透過するが、Ｓ偏光がプリズム部で反射する反射率が大きく、レーザ光の出力損失の原因となっている。従って、複屈折によってＰ偏光を有する光のうちの一部がＳ偏光となり、プリズム部を透過する光の透過率が低下するという問題が、低減される。
特に、入射光のうち、波長選択したい波長の光が劈開面を略垂直に通過するようにすることにより、波長選択が高純度で行なわれるようになり、他の波長の光の混入が少なくなる。
【００２０】
また、本発明のプリズムユニットは、
前記複数のプリズム部のうち少なくとも１つが、入射光を波長に応じた角度で屈折させる分散プリズム部である。
分散プリズムは、頂角をブリュースタ角にするのが一般的であるため、例えばビームエキスパンダ等に比較して、底面積が大きい。従って、本発明のように部リズム部を１箇所で固定することによる、小型化のメリットが大きい。
【００２１】
また本発明のレーザ装置は、
前記プリズムユニットによって、複数の発振波長のうち所望する範囲の波長のみを選択的に発振させるようにしている。
かかる構成によれば、プリズムユニットが小型化されるので、レーザ装置の共振器長が短くなる。従って、回折損失が低減され、レーザ光の出力が増大する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
まず、第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る分散プリズムユニットを用いたフッ素分子レーザ装置の構成図を示している。
【００２３】
以下の実施形態では、波長をラインセレクトしたフッ素分子レーザ装置を例に挙げて説明する。尚、本明細書においては、光の複数の波長のうち、所望の１本又は数本を選択して発振させるものを、ラインセレクトと言う。これに対し、エタロンやグレーティング等の狭帯域化素子を用いて、光のスペクトル線幅を狭める場合を狭帯域化と言う。本発明に係るプリズムは、狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置や、狭帯域化ＡｒＦエキシマレーザ装置の波長選択素子、或いは狭帯域化素子として、用いることもできる。
【００２４】
図１において、フッ素分子レーザ装置１１は、フッ素（Ｆ2）を含むレーザガスを封止するレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の前後部には、フッ素分子レーザ光２１（以下、レーザ光２１と言う）を透過するウィンドウ１７，１９がそれぞれ付設されている。
【００２５】
レーザチャンバ１２の前後方には、それぞれスリット２６，２７が配置されている。また、レーザチャンバ１２の前方には、レーザ光２１を部分透過するフロントミラー１６が設置されている。各スリット２６，２７は、遮光を目的として、アルミニウム等の金属で形成される。また、スリット２６，２７は、その表面における散乱や反射により、所望しない波長がレーザ媒質内で増幅されるのを防ぐために、レーザ光２１の光軸に対して、垂直から一定値以上の角度（例えば３度以上）だけ傾けて、配置するのが望ましい。
【００２６】
レーザチャンバ１２の内部には、図１中紙面と垂直方向に対向して、一対の放電電極１４，１５が設置されている。図示しない高圧電源から、放電電極１４，１５間にパルス状の高圧電圧を印加することにより、放電電極１４，１５間にパルス放電を起こし、レーザガスを励起して、レーザ光２１を発生させる。
レーザチャンバ１２内部で発生したレーザ光２１は、後方に出射し、ラインセレクトボックス３１に入射する。尚、波長をラインセレクトするフッ素分子レーザ装置１１ではなく、波長を狭帯域化するＫｒＦエキシマレーザ装置やＡｒＦエキシマレーザ装置の場合には、レーザ光２１は狭帯域化ボックス３１に入射する。以下、ラインセレクトボックス３１及び狭帯域化ボックス３１をまとめて、ボックス３１と総称する。
【００２７】
ボックス３１の内部は、図示しないパージ機構によって窒素やヘリウム等の清浄な低反応性のガスによって常にパージされているか、略真空に減圧されている。ボックス３１の内部には、本実施形態に係る分散プリズムユニット２８が配置されている。分散プリズムユニット２８の材質は、レーザ光２１を低損失で透過させるフッ化カルシウム（ＣａＦ2）が好適である。
【００２８】
図２に、分散プリズムユニット２８の拡大図を示す。図１、図２に示すように、分散プリズムユニット２８は、レーザ光２１が透過する第１〜第３の分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを備えている。また分散プリズムユニット２８は、第１〜第３の分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃと一体となった固定部３６を備えている。破線４１Ａ〜４１Ｃが、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃと固定部３６との境界面を示している。
尚、以下の説明では、分散プリズムユニット２８の第１〜第３の分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃにおいて、レーザチャンバ１２側の面を第１〜第３の入射面３７Ａ〜３７Ｃ、他側の面を第１〜第３の出射面３８Ａ〜３８Ｃと言う。
【００２９】
このとき分散プリズムユニット２８は、フッ化カルシウム結晶から一体に形成してもよいが、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃと固定部３６とを個別に製造して、境界面４１Ａ〜４１Ｃにて互いに固着してもよい。両者を境界面４１Ａ〜４１Ｃにて固着する場合には、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを通過するレーザ光２１と、各分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃの結晶劈開面４９Ａ〜４９Ｃとを、ほぼ直交させるように製作することが可能である。
【００３０】
これにより、レーザ光２１が分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを通る際に、結晶の劈開面４９Ａ〜４９Ｃに対して垂直に透過するので、フッ化カルシウムの結晶が本来的に有する複屈折の影響を受け難くなる。従って、レーザ光２１の光路が偏光によって分かれるということが殆んどなく、ビームプロファイルが乱れたり、意図しない波長のレーザ光２１が発振するということが起こり難い。また、レーザ光２１が、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを通ったときの波長選択性が、最も良くなる。
【００３１】
第１、第２の分散プリズム部３５Ａ，３５Ｂは、従来技術の分散プリズム５０と同様に、レーザ光２１の入射角及び出射角がブリュースタ角となるような頂角を有する二等辺三角形形状をしている。このような形状のプリズムを、ブリュースタプリズムと言う。
例えば、分散プリズムユニット２８の材質をフッ化カルシウムとした場合、レーザ光２１の波長（およそ１５７nm）におけるフッ化カルシウムの屈折率が約１．５５９であることから、レーザ光２１に対するブリュースタ角は、約５７．３゜となる。従って、第１、第２の分散プリズム部３５Ａ，３５Ｂの頂角は、約６５．４゜となる。
【００３２】
尚、上記実施形態ではブリュースタプリズムを例に取って説明したが、これに限られるものではなく、他の形状のプリズムでも同様の効果が得られる。また、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃの入射面３７Ａ〜３７Ｃ及び出射面３８Ａ〜３８Ｃに、無反射コーティング（ＡＲコーティング：Anti-Reflect Coating）を施してもよい。
【００３３】
レーザ光２１は、第１、第２の分散プリズム部３５Ａ，３５Ｂによってその光路を曲げられ、第３の分散プリズム部３５Ｃに入射する。第３の分散プリズム部３５Ｃは、第１、第２の分散プリズム部３５Ａ，３５Ｂを頂角で２等分した直角三角形形状をしており、第３の入射面３７Ｃに対するレーザ光２１の入射角は、ほぼブリュースタ角となっている。
第３の反射面３８Ｃには、第３の分散プリズム部３５Ｃを通過してきたレーザ光２１を全反射させる、全反射コーティング（図示せず）が施されている。レーザ光２１は、この全反射コーティングによって反射され、往路と同じ復路を辿って、レーザチャンバ１２に再入射する。
【００３４】
このように、第１〜第３の分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃは、従来技術における分散プリズム５０，５０及びリアミラー１８と同様の作用を果たしている。即ち、レーザ光２１がこれらの分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを通過することにより、レーザ光２１の弱いライン光が強いライン光の光路から外れ、スリット２６，２７に遮られて発振を抑制される。これにより、出射光のスペクトルが強いライン光のみに制限され、レーザ光２１の波長が狭帯域化される。
【００３５】
図１において、レーザチャンバ１２に戻ったレーザ光２１の一部は、フロントミラー１６で反射され、残りのレーザ光２１はフロントミラー１６を透過してフッ素分子レーザ装置１１前方（図１中右方）に出射する。
出射したレーザ光２１は、ビームスプリッタ２２に入射してその一部をサンプリングされ、モニタ４８によって、波長特性、出力、或いはポインティングスタビリティ等の特性を測定される。残りのレーザ光２１は、ビームスプリッタ２２を透過し、図示しない露光機等の加工機に入射し、加工用光源となる。
【００３６】
また分散プリズムユニット２８は、図１に示すように、ボックス３１に取着された回転ステージ４２上に搭載されている。回転ステージ４２は、レーザコントローラ２９の指示に基づいて、回転中心４３を中心として、回転自在となっている。
回転ステージ４２上には、位置決め用の位置決めピン４０が突出しており、分散プリズムユニット２８は、押しバネ３９によって位置決めピン４０に押しつけられて位置決めされている。また回転ステージ４２上の分散プリズムユニット２８の両側には、先端にネジの切られた２本のロッド４５，４５が突出している。分散プリズムユニット２８は、ロッド４５、固定プレート４４及びナット４６によって、上方から回転ステージ４２に押しつけられて固定されている。
【００３７】
レーザ発振を行なうと、レーザチャンバ１２から発生する熱の影響によってボックス３１が歪み、レーザ光２１の光軸に対する分散プリズムユニット２８の位置関係が変化することがある。また、レーザ光２１を吸収して温度が上昇した分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃの屈折率が変化して、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃの内部を透過する際にレーザ光２１が歪められることがある。その結果、例えば短いライン光が増幅されて狭帯域化がうまくゆかなかったり、出射したレーザ光２１の出力やポインティングスタビリティが変動したりすることがある。
これを防ぐために、レーザコントローラ２９は、出射したレーザ光２１の中心位置や出力をモニタ４８によって常にモニタリングし、回転ステージ４２を回転させることにより、これらが正常になるように制御する。
【００３８】
また回転ステージ４２は、その下部に図示しないあおり機構を備えており、第３の分散プリズム部３５Ｃの反射面３８Ｃと水平面とが交わるあおり中心軸４７を中心として、回動自在となっている。これにより、全反射コーティングの施された反射面３８Ｃを、レーザ光２１の光軸に対してあおり、光軸合わせを行なうことができるようになっている。
【００３９】
尚、図１においては、第１〜第３の分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを備えるようにしたが、これに限られるものではなく、第１の分散プリズム部３５Ａを備えずに、レーザチャンバ１２から出射したレーザ光２１が、直接第２の分散プリズム部３５Ｂに入射するようにしてもよい。
【００４０】
図３に、レーザチャンバ１２を外した状態における、フッ素分子レーザ装置１１の共振器の斜視図を示す。図３に示すように、フッ素分子レーザ装置１１のベース６２上には、２本のレール５６，５６が、図３中手前から奥方向に向けて固定されている。
レール５６には、キャビティ孔５５，５５が図３中手前と奥にそれぞれ設けられ、光学部品を支持するキャビティロッド５４，５４が貫通している。キャビティ孔５５の内径は、キャビティロッド５４の外径よりもわずかに大きく、キャビティロッド５４はその長手方向に摺動自在となっている。
【００４１】
キャビティロッド５４，５４の両端部には、前後のキャビティ板５３Ａ，５３Ｂが、それぞれ図示しないネジ等で固定されている。キャビティ板５３Ａ，５３Ｂの上部には、さらに１本のキャビティロッド５４が、レーザ光２１の光軸と直交する面内において、他のキャビティロッド５４，５４とそれぞれ三角形の頂点に位置するように配置されて固定されている。
レーザチャンバ１２は、その下部に車輪６１を備えており、この車輪６１をレール５６上に滑らせて、奥へ押し込む。そして、レール５６上に固定されたブラケット５７，５７の固定孔５９，５９と、レーザチャンバ１２に固定されたブラケット５８，５８の固定孔６０，６０とを、図示しないボルト等で締結して固定する。
【００４２】
キャビティロッド５４はインバー等の熱膨張率が非常に低い材質からなっており、上述したようにレール５６に対して摺動自在となっている。従って、レーザチャンバ１２がパルス放電によって熱膨張を起こしても、キャビティ板５３Ａ，５３Ｂは動くことがなく、キャビティ板５３Ａ，５３Ｂ同士の相対的な位置関係が保たれるようになっている。
レーザチャンバ１２前方（図３中右方）のキャビティ板５３Ａには、フロントミラー１６が固定されている。また、レーザチャンバ１２後方のキャビティ板５３Ｂには、内部に分散プリズムユニット２８を設置したボックス３１が、固定されている。
【００４３】
或いは、このようにボックス３１の内部に回転ステージ４２及びあおり機構（図示せず）を設けるのではなく、ボックス３１全体を動かして光軸の調整を行なうようにしてもよい。即ち、ボックス３１とキャビティ板５３Ａ，５３Ｂとをベローズ等によって接続し、ボックス３１全体をマイクロメータ等で駆動することにより、光軸に対する位置合わせを行なうようにすることも可能である。
このように、本実施形態では、分散プリズムユニット２８を一体化しているので、分散プリズムユニット２８全体を動かすことで、光軸に対する位置合わせが可能となっており、位置合わせの煩雑さが軽減される。
【００４４】
以上説明したように、第１実施形態によれば、分散プリズムユニット２８は、レーザ光２１をその波長に応じた角度に屈折させる複数の分散プリズム部３５を、固定部３６に一体に形成している。
これにより、レーザ光２１の光路の外にある固定部３６を押さえて分散プリズムユニット２８を固定することができるので、分散プリズムユニット２８を固定する力が分散プリズム部３５にかかることがない。従って、固定時に分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃの内部の歪みによる複屈折が起きたり、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを通ったレーザ光２１の波面が乱れたりするようなことがない。
【００４５】
尚、本実施形態においては、分散プリズム部３５と分散プリズム部３５との境界が、鋭い谷間になっているように描画したが、図２に破線６４で示したように、入射面３７と出射面３８とを曲面によって繋げるようにしてもよい。これにより、分散プリズムユニット２８に力がかかっても、分散プリズム部３５同士の境目で割れるようなことが起きにくい。
【００４６】
また、分散プリズムユニット２８が、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃと固定部３６とを一体化されている。従って、１箇所の固定部３６を固定するだけで、複数の分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを所定の位置に固定可能であり、固定のための空間が小さくてすむ。その結果、フッ素分子レーザ装置１１が小型化するとともに、レーザ光２１の共振器長が短くなり、回折損失が低減されてレーザ光２１の出力が増加する。
【００４７】
さらに、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃ同士が互いに位置関係を固定されているので、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃ相互の位置合わせを行なう必要がなく、位置合わせの際には、分散プリズムユニット２８全体を動かせばよい。従って、レーザ光２１の光軸に対する位置合わせが容易になる。
また、接着剤等の有機物を分散プリズム部３５同士の固定に用いると、真空紫外領域のレーザ光２１によって分解して不純物を発生し、分散プリズムユニット２８等の光学部品表面を汚損する。本発明においては、分散プリズム部３５が固定部３６に一体となっており、分散プリズム部３５同士を固定するために接着剤等を用いる必要がないので、不純物の発生が少なく、光学部品の汚損が起きにくい。
【００４８】
図４に、第１実施形態に係るフッ素分子レーザ装置１１の、他の実施例を示す。図４において、分散プリズムユニット２８は、第１、第２の分散プリズム部３５Ａ，３５Ｂと固定部３６とを備えている。そして、第３の入射面３７Ｃに、レーザ光２１を全反射する全反射コーティングが施されている。これにより、レーザ光２１は第３の入射面３７Ｃで反射され、レーザチャンバ１２に戻る。
このようにすることにより、フロントミラー１６と全反射コーティングとの間の共振器長が短くなるので、レーザ光２１の出力が増大する。
【００４９】
図５に、第１実施形態によるフッ素分子レーザ装置の、第３の実施例を示す。説明のために、ボックス３１及び回転ステージ４２は省略する。
図５において、分散プリズムユニット２８は、第１、第２の分散プリズム部３５Ａ，３５Ｂと固定部３６とを備えている。また、分散プリズムユニット２８の後方には、レーザ光２１を全反射するリアミラー１８が固定されている。レーザ光２１は、分散プリズム部３５Ａ，３５Ｂを透過した後、リアミラー１８で全反射されて、同一経路をレーザチャンバ１２に戻る。
このように、リアミラー１８を別途備えても、同様に良好なレーザ発振が行なわれる。
【００５０】
次に、第２実施形態を説明する。
図６に、第２実施形態に係る分散プリズムユニット２８の構成図を示す。図６に示すように、本実施形態に係る分散プリズムユニット２８は、分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃと固定部３６Ａ〜３６Ｃとがそれぞれ一体になった、３つの分散プリズム２８Ａ〜２８Ｃを組み合わせて構成されている。
【００５１】
図６において、破線４９Ａ〜４９Ｃは、それぞれの分散プリズム２８Ａ〜２８Ｃを構成するフッ化カルシウム結晶の劈開面を示している。そして、レーザ光２１が、この劈開面４９Ａ〜４９Ｃに対して略垂直に透過するように、分散プリズムユニット２８を構成している。特にこのとき、レーザ光２１のうち、発振を所望する強いライン光が、劈開面４９Ａ〜４９Ｃに対してなるべく正確に垂直となるように、分散プリズムユニット２８を構成するのがよい。
【００５２】
これにより、レーザ光２１が分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを通る際に、結晶の劈開面４９Ａ〜４９Ｃに対して垂直に透過するので、複屈折が生じにくくなる。従って、レーザ光２１の光路が偏光によって分かれるということがなく、ビームプロファイルが乱れたり、意図しない波長のレーザ光２１が発振するということがない。
【００５３】
また、第１実施形態と同様に、分散プリズムユニット２８を固定する際に、固定部３６Ａ〜３６Ｃで押さえることにより、図示しない固定プレートの圧力が分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃにかからず、レーザ光２１が分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃの歪みの影響を受けることがない。また、３個の分散プリズム２８Ａ〜２８Ｃを１箇所でまとめて押さえているので、固定のための空間が狭くてすみ、共振器長が短くなってレーザ光２１の出力が増大する。
尚、図６では、固定部３６Ａ〜３６Ｃ同士を直接接触させるようにしたが、何らかの位置決め用治具を介して接触させてもよい。
【００５４】
さらに、図６に示した分散プリズム２８Ａ〜２８Ｃを、互いにオプティカルコンタクトによって接合して一体化すると、尚良い。オプティカルコンタクトとは、精密研磨した結晶表面を互いに接触させることにより、分子レベルの強固な接合を可能にするものである。結晶表面には、水を塗って接合してもよいが、レーザ光２１が真空紫外領域にあるため、塗った水が不純物として発生する場合もある。従って、分散プリズム２８Ａ〜２８Ｃを真空雰囲気に置き、精密研磨した結晶表面を加熱して互いを接合するオプティカルコンタクトが、さらに好ましい。
【００５５】
これにより、図６に示したものと同様に、レーザ光２１に複屈折が起こらない。これに加え、複数の分散プリズム２８Ａ〜２８Ｃ同士を、オプティカルコンタクトによって接合しているので、図１に示したものと同様に互いの位置関係がずれることがない。また、分散プリズムユニット２８を回転ステージ（図示せず）に固定する際も、取り扱いが容易である。
【００５６】
次に、第３実施形態について、説明する。
図７に、第３実施形態に係る分散プリズムユニット２８を用いた、フッ素分子レーザ装置１１の構成図を示す。図７において、フッ素分子レーザ装置１１は、レーザチャンバ１２の後方（図７中右方）にレーザ光２１を全反射するリアミラー１８を、前方に分散プリズムユニット２８を、それぞれ備えている。
分散プリズムユニット２８は、第１〜第３の分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを備えており、第３の出射面３８Ｃには、コーティングは施されていない。分散プリズムユニット２８は、図１に示すように一体化したものでもよく、分散プリズム部３５と固定部３６とを備えた分散プリズム２８Ａ〜２８Ｃを、図６に示すように組み合わせたものでもよく、或いはこれらを接合したものでもよい。
【００５７】
レーザチャンバ１２の内部でパルス放電によって発生したレーザ光２１は、後方のリアミラー１８で反射され、レーザチャンバ１２を通過して、前方の分散プリズムユニット２８に入射する。レーザ光２１は、第１〜第３の分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを透過し、第３の分散プリズム部３５Ｃの出射面３８Ｃに垂直に入射する。その一部は、第３の出射面３８Ｃでのフレネル反射によって、同一経路でレーザチャンバ１２に戻る。レーザ光２１の残りの部分は、第３の出射面３８Ｃを透過して出射する。
【００５８】
このときレーザ光２１は、第１〜第３の分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃの内部を通過する際に、第１、第２実施形態と同様に弱いライン光のみが光路をずらされる。これにより、弱いライン光は、スリット２６，２７、及び分散プリズムユニット２８の前方に配置されたスリット５１によって遮られ、レーザ光２１は狭帯域化される。
レーザ光２１の光軸と、分散プリズムユニット２８との位置合わせは、リアミラー１８を動かして行なう。
【００５９】
以上説明したように第３実施形態によれば、分散プリズムユニット２８にコーティングを施さないようにすることにより、第３入射面３７Ｃが、レーザ光２１を部分透過するフロントミラーを形成する。その結果、レーザチャンバ１２内部で発生したレーザ光２１のすべての成分が、出射する前に必ず分散プリズムユニット２８の分散プリズム部３５Ａ〜３５Ｃを通過することになる。
【００６０】
即ち、第１、第２実施形態においては、ごく一部のレーザ光２１がレーザチャンバ１２から直接フロントミラー１６を透過して出射したため、出射するレーザ光２１に、狭帯域化されない成分が混じることがあった。これに対して、第３実施形態ではレーザ光２１のすべてが分散プリズムユニット２８を通り、ここで狭帯域化されるため、出射光に不純な成分が混じらず、スペクトル純度が高純度となる。
尚このとき、第３の出射面３８Ｃに、レーザ光２１を一部反射するコーティングを施してもよい。
【００６１】
次に、第４実施形態を説明する。
図８に、第４実施形態に係るフッ素分子レーザ装置１１の構成図を示す。図８において、フッ素分子レーザ装置１１は、レーザ光２１のビーム幅を拡大するエキスパンダプリズムユニット３２と、その後方にグレーティング３３とを備えている。
図８に示すように、エキスパンダプリズムユニット３２は第１〜第３のエキスパンダプリズム部５２Ａ〜５２Ｃ及び固定部３６を備えている。レーザ光２１は、これらのエキスパンダプリズム部５２Ａ〜５２Ｃの入射面３７Ａ〜３７Ｃに対してレーザチャンバ１２側から斜めに入射し、出射面３８Ａ〜３８Ｃから垂直に出射して、ビーム幅を広げられる。
ビーム幅を広げられたレーザ光２１は、グレーティング３３に入射して回折され、所定の中心波長を中心とするスペクトル線幅の狭いレーザ光２１に狭帯域化される。
【００６２】
このように、エキスパンダプリズムユニット３２についても、固定のために必要な空間が小さくなる。従って、グレーティング３３とフロントミラー１６との間の共振器長が短縮され、レーザ光２１の出力が増加する。
尚、上記各実施形態の説明は、フッ素分子レーザ装置を例にとって行なったが、ＡｒＦエキシマレーザ装置等の他のエキシマレーザ装置でも、同様に応用が可能である。
【００６３】
次に、第５実施形態を説明する。
図９に、第５実施形態に係るプリズムユニットを用いた、分光器の例を示す。図９において、プリズムユニットは、被測定対象である測定光６５の幅を広げるエキスパンダプリズム部５２と、測定光６５の波長に応じた屈折角で測定光６５を屈折させる分散プリズム部３５とを備えている。エキスパンダプリズム部５２と分散プリズム部３５とは、固定部３６と一体となっている。
【００６４】
測定光６５は、エキスパンダプリズム部５２によってビーム幅を広げられ、分散プリズム部３５で波長に応じた角度で屈折させられる。測定光６５は、レンズ６７によって、分散プリズム２８部の後方に設けられたラインセンサ６６に集光される。このとき、測定光６５は、実線で示した測定光６５Ａと、破線で示した測定光６５Ｂとに示すように、波長ごとに異なる位置に集光する。
【００６５】
よって、ラインセンサ６６によって、集光位置を測定することにより、測定光６５の屈折角を測定し、測定光６５の波長を検出することが可能である。即ち、本発明に係るエキスパンダプリズム部５２によって、測定光６５のビーム幅を広げることにより、コンパクトな構成で、分光の解像度を上げることができる。
このように、本発明のプリズムユニットは、レーザ装置１１のみでなく、複数個のプリズム部３５，５２を用いるような光学装置に対して応用が可能である。
【００６６】
尚、上記に示した各実施形態において、プリズム部３５，５２と固定部３６とを一体に形成したように説明したが、これに限られるものではなく、オプティカルコンタクト等によって接合してもよい。
また、第１実施形態のように複数のプリズム部３５に対して固定部３６を１個のみ形成する場合と、或いは第２実施形態のように個々のプリズム部３５に対してそれぞれ固定部３６を形成する場合とを説明したが、これに限られるものではない。例えば２個のプリズム部３５と１個の固定部３６とを一体に形成し、これに１個のプリズム部３５と１個の固定部３６とを備えたものを、接合又は接触させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る分散プリズムユニットを用いたフッ素分子レーザ装置の構成図。
【図２】第１実施形態に係る分散プリズムユニットの拡大図
【図３】第１実施形態に係るフッ素分子レーザ装置の斜視図。
【図４】第１実施形態に係るフッ素分子レーザ装置の、他の実施例を示す説明図。
【図５】第１実施形態によるフッ素分子レーザ装置の、第３の実施例を示す説明図。
【図６】第２実施形態に係る分散プリズムユニットの構成図。
【図７】第３実施形態に係る分散プリズムユニットを用いた、フッ素分子レーザ装置の構成図。
【図８】第４実施形態に係るフッ素分子レーザ装置の構成図。
【図９】第５実施形態に係るプリズムユニットを用いた、分光器の構成図。
【図１０】従来技術に係るエキシマレーザ装置の構成図。
【符号の説明】
１１：フッ素分子レーザ装置、１２：レーザチャンバ、１３：熱交換器、１４：放電電極、１５：放電電極、１６：フロントミラー、１７：フロントウィンドウ、１８：リアミラー、１９：リアウィンドウ、２１：レーザ光、２２：ビームスプリッタ、２６：フロントスリット、２７：リアスリット、２８：分散プリズムユニット、２９：レーザコントローラ、３１：ボックス、３２：エキスパンダプリズムユニット、３３：グレーティング、３５：分散プリズム部、３６：固定部、３７：入射面、３８：出射面、３９：押しバネ、４０：位置決めピン、４２：回転ステージ、４３：回転中心、４４：固定プレート、４５：ロッド、４６：ナット、４７：あおり中心軸、４８：センサ、４９：劈開面、５０：分散プリズム、５１：スリット、５２：エキスパンダプリズム部、５３：キャビティ板、５４：キャビティロッド、５５：キャビティ孔、５６：レール、５７：ブラケット、５８：ブラケット、５９：固定孔、６０：固定孔、６１：車輪、６２：ベース、６３：分光プリズムユニット、６５：測定光、６６：センサ、６７：レンズ。
【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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【図９】
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【図１０】
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