(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電励起可能なレーザガスが密封され、光軸方向両端部に光軸に対してブリュースター角をなす窓材を備えたブリュースター窓部を有し、光軸に沿って相互に対向して平行に配置されその間に放電領域を形成する一対の主放電用電極を有するレーザチェンバと、このレーザチェンバの一方のブリュースター窓部からの光が入射しこの光を狭帯域化する狭帯域化手段とを備えた放電励起ガスレーザ装置において、
前記狭帯域化手段は、光の入射側から順に１個以上の拡大プリズムと回折格子とを備え、
前記一方のブリュースター窓部の窓材と前記狭帯域化手段との間にスリットが配置され、前記拡大プリズムの中最もスリットに近い拡大プリズムの入射面とブリュースター窓部の窓材の出射面とが光軸に垂直な面に対して同じ向きに傾いていると共に、前記スリットは前記一方のブリュースター窓部の窓材の出射面と略平行に配置されていることを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
【請求項２】
放電励起可能なレーザガスが密封され、光軸方向両端部に光軸に対してブリュースター角をなす窓材を備えたブリュースター窓部を有し、光軸に沿って相互に対向して平行に配置されその間に放電領域を形成する一対の主放電用電極を有するレーザチェンバと、このレーザチェンバの一方のブリュースター窓部からの光が入射しこの光を狭帯域化する狭帯域化手段とを備えた放電励起ガスレーザ装置において、
前記狭帯域化手段は、光の入射側から順に１個以上の拡大プリズムと回折格子とを備え、
前記一方のブリュースター窓部の窓材と前記狭帯域化手段との間にスリットが配置され、前記拡大プリズムの中最もスリットに近い拡大プリズムの入射面とブリュースター窓部の窓材の出射面とが光軸に垂直な面に対して同じ向きに傾いていると共に、前記スリットは前記拡大プリズムの中最も前記スリットに近い拡大プリズムの入射面と略平行に配置されていることを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電励起ガスレーザ装置に関し、特に、エキシマレーザ装置等においてレーザ共振器の短共振器化を可能にして利得を向上させるものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、投影露光装置においては解像力の向上が要請されており、このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、次世代の半導体リソグラフィー用光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ装置や波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ2 ）レーザ装置等の放電励起ガスレーザ装置が有力である。
【０００３】
図４に、露光用光源として用いられる放電励起ガスレーザ装置の一構成例を示す。
【０００４】
ＡｒＦエキシマレーザ装置においては、レーザチェンバ１内にフッ素（Ｆ2 ）やアルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）等のレーザガスが数百ｋＰａで封入されている。また、フッ素レーザ装置においては、レーザチェンバ１内にフッ素（Ｆ2 ）やヘリウム（Ｈｅ）等のレーザガスが数百ｋＰａで封入されている。
【０００５】
レーザチェンバ１内部には、レーザ光軸（点線）に平行な方向に延び、レーザ光軸を挟んで所定間隔だけ離間して対向した一対の主放電用電極２（以下、電極２と言う。）が配置されている（図４においては、一対の電極２の中一方のみが図示されており、放電方向は紙面に垂直な方向である。）。この電極２間に、図示を省いた高電圧パルス発生装置より立上りの早い高電圧パルスを印加して放電を発生させることにより、レーザチェンバ１内に封入されたレーザ媒質であるレーザガスが励起される。
【０００６】
レーザチェンバ１の光軸方向両端部には、レーザ光を通過させる窓部６が設けられ、この窓部６は所定の直線偏光（Ｐ偏光）に対して反射損が最小となるように、ＣａＦ2 等からなる窓材が光軸に対してブリュースター角をなすように取り付けられており、この窓部６はブリュースター窓部となっている。
【０００７】
レーザチェンバ１のブリュースター窓部の前後には、出力鏡７と、露光装置の投影光学系における色収差の問題を回避するためにレーザ光のスペクトル幅を狭帯域化し、中心波長の波長安定化を実現するための狭帯域化光学系３とがそれぞれ配置され、この出力鏡７と狭帯域化光学系３によりレーザ共振器が構成されている。電極２間の放電によりレーザガスが励起され、レーザチェンバ１から放出される光はこのレーザ共振器中を往復することにより増幅され、レーザ光としてレーザ共振器の出力鏡７より取り出される。
【０００８】
上記狭帯域化光学系３は、例えば、波長選択素子であるリトロー配置のグレーティング（反射型回折格子）３１と、１個若しくは複数個のビーム拡大プリズム３２とから構成され、狭帯域化ボックス４内に収容される。また、狭帯域化されるレーザ光のスペクトル線幅をさらに細くするために、拡大プリズム３２の光入射側の光路上に、スリット５が配置される。
【０００９】
上記した放電励起ガスレーザ装置が放出するレーザ光は、波長２００ｎｍ以下の短波長であるので、レーザ光が通過する光路中に空気があると、空気中の酸素とレーザ光により有害なオゾンが発生する。そのため、レーザ光路は、筒状包囲体８で包囲され、筒状包囲体８、狭帯域化ボックス４内は清浄な不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ2 ））によりパージされる。なお、狭帯域化ボックス４内の不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ2 ））によるパージは、狭帯域化光学系３を構成する光学部品にダストを堆積させない役割も有する。
【００１０】
このような放電励起ガスレーザ装置から効率良くレーザ光を発振させるには、主放電用電極２間で一様な放電を発生させることが必要であるが、数百ｋＰａの高圧ガス雰囲気中で一様な放電を発生させるために、通常、主放電用電極２近傍に設けたコロナ放電器等からなる予備電離手段により、主放電開始前に主放電電極間の主放電空間に存在するレーザガスを予備電離することが一般的である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上記のようなＡｒＦエキシマレーザ装置やフッ素レーザ装置は、利得が小さい。また、電極２間の放電安定持続時間が短く、レーザパルス幅が短いという特性を有する。そのため、放電によりレーザ媒質が励起されても、誘導放出によりレーザ光がビルドアップする前に、ＡＳＥ（amplified spontaneous emission）として共振器外へ放出される部分が多くなる。
【００１２】
そのため、利得空間（放電空間）にできるだけ長く存在するフォトンの数を多くすることが望ましい。すなわち、利得空間を挟んだレーザ共振器の共振器長をできるだけ短くし、フォトンが安定持続時間が短い放電空間をできるだけ多く往復するようにすると、レーザ出力が増大することになる。レーザ共振器の短共振器化は、レーザ共振器の回折損失も減少させ、レーザ発振効率の向上にも繋がる。
【００１３】
しかしながら、図４に示すように、これらの放電励起ガスレーザ装置は、レーザチェンバ１の端部はブリュースター窓部６が構成され、その周囲が筒状包囲体８に包囲され、さらに、狭帯域化光学系３を収容する狭帯域化ボックス４が筒状包囲体８を介してレーザチェンバ１と接続されている構成であるので、レーザー共振器の短共振器化には、構成上ある程度の限界があった。
【００１４】
本発明は従来技術のこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ共振器の短共振器化が可能なＡｒＦエキシマレーザ装置、フッ素レーザ装置等の放電励起ガスレーザ装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の放電励起ガスレーザ装置は、放電励起可能なレーザガスが密封され、光軸方向両端部に光軸に対してブリュースター角をなす窓材を備えたブリュースター窓部を有し、光軸に沿って相互に対向して平行に配置されその間に放電領域を形成する一対の主放電用電極を有するレーザチェンバと、このレーザチェンバの一方のブリュースター窓部からの光が入射しこの光を狭帯域化する狭帯域化手段とを備えた放電励起ガスレーザ装置において、
前記狭帯域化手段は、光の入射側から順に１個以上の拡大プリズムと回折格子とを備え、
前記一方のブリュースター窓部の窓材と前記狭帯域化手段との間にスリットが配置され、前記拡大プリズムの中最もスリットに近い拡大プリズムの入射面とブリュースター窓部の窓材の出射面とが光軸に垂直な面に対して同じ向きに傾いていると共に、前記スリットは前記一方のブリュースター窓部の窓材の出射面と略平行に配置されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明のもう１つの放電励起ガスレーザ装置は、放電励起可能なレーザガスが密封され、光軸方向両端部に光軸に対してブリュースター角をなす窓材を備えたブリュースター窓部を有し、光軸に沿って相互に対向して平行に配置されその間に放電領域を形成する一対の主放電用電極を有するレーザチェンバと、このレーザチェンバの一方のブリュースター窓部からの光が入射しこの光を狭帯域化する狭帯域化手段とを備えた放電励起ガスレーザ装置において、
前記狭帯域化手段は、光の入射側から順に１個以上の拡大プリズムと回折格子とを備え、
前記一方のブリュースター窓部の窓材と前記狭帯域化手段との間にスリットが配置され、前記拡大プリズムの中最もスリットに近い拡大プリズムの入射面とブリュースター窓部の窓材の出射面とが光軸に垂直な面に対して同じ向きに傾いていると共に、前記スリットは前記拡大プリズムの中最も前記スリットに近い拡大プリズムの入射面と略平行に配置されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明においては、拡大プリズムの中最もスリットに近い拡大プリズムの入射面とブリュースター窓部の窓材の出射面とが光軸に垂直な面に対して同じ向きに傾いていると共に、スリットが一方のブリュースター窓部の窓材の出射面と略平行に配置されているか、狭帯域化手段の拡大プリズムの中最もスリットに近い拡大プリズムの入射面と略平行に配置されているので、光軸に斜めに配置されるブリュースター窓部の窓材による光軸方向のデットスペース、あるいは、狭帯域化手段の拡大プリズムの中最もスリットに近い拡大プリズムの入射面が光軸に斜めに配置されることによる光軸方向のデットスペース中に、発振されるレーザ光の狭帯域化に寄与するスリットが配置されるため、レーザ共振器の共振器長の短縮化が図れ、放電励起ガスレーザ装置の利得を向上させることができ、レーザ出力を増大させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の放電励起ガスレーザ装置の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に、本発明の１実施例の放電励起ガスレーザ装置の構成を示す断面図を示す。装置の主要部は、図４の従来例と同様であるが、重複をいとわず詳細に説明する。
【００２０】
ＡｒＦエキシマレーザ装置においては、レーザチェンバ１内にフッ素（Ｆ2 ）やアルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）等のレーザガスが数百ｋＰａで封入されている。また、フッ素レーザ装置においては、レーザチェンバ１内にフッ素（Ｆ2 ）やヘリウム（Ｈｅ）等のレーザガスが数百ｋＰａで封入されている。
【００２１】
レーザチェンバ１内部には、レーザ光軸（点線）に平行な方向に延び、レーザ光軸を挟んで所定間隔だけ離間して対向した一対の主放電用電極２（以下、電極２と言う。）が配置されている（図１においては、一対の電極２の中一方のみが図示されており、放電方向は紙面に垂直な方向である。）。この電極２間に、図示を省いた高電圧パルス発生装置より立上りの早い高電圧パルスを印加して放電を発生させることにより、レーザチェンバ１内に封入されたレーザ媒質であるレーザガスが励起される。
【００２２】
レーザチェンバ１の光軸方向両端部には、レーザ光を通過させる窓部６が設けられ、この窓部６は所定の直線偏光（Ｐ偏光）に対して反射損が最小となるように、ＣａＦ2 等からなる窓材が光軸に対してブリュースター角をなすように取り付けられており、この窓部６はブリュースター窓部となっている。
【００２３】
レーザチェンバ１のブリュースター窓部の前後には、出力鏡７と、露光装置の投影光学系における色収差の問題を回避するためにレーザ光のスペクトル幅を狭帯域化し、中心波長の波長安定化を実現するための狭帯域化光学系３とがそれぞれ配置され、この出力鏡７と狭帯域化光学系３によりレーザ共振器が構成されている。電極２間の放電によりレーザガスが励起され、レーザチェンバ１から放出される光はこのレーザ共振器中を往復することにより増幅され、レーザ光としてレーザ共振器の出力鏡７より取り出される。
【００２４】
上記狭帯域化光学系３は、例えば、波長選択素子であるリトロー配置のグレーティング（反射型回折格子）３１と、１個若しくは複数個のビーム拡大プリズム３２とから構成され、狭帯域化ボックス４内に収容される。また、狭帯域化されるレーザ光のスペクトル線幅をさらに細くするために、拡大プリズム３２の光入射側の光路上に、スリット５が配置される。
【００２５】
上記した放電励起ガスレーザ装置が放出するレーザ光は、波長２００ｎｍ以下の短波長であるので、レーザ光が通過する光路中に空気があると、空気中の酸素とレーザ光により有害なオゾンが発生する。そのため、レーザ光路は、筒状包囲体８で包囲され、筒状包囲体８、狭帯域化ボックス４内は清浄な不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ2 ））によりパージされる。なお、狭帯域化ボックス４内の不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ2 ））によるパージは、狭帯域化光学系３を構成する光学部品にダストを堆積させない役割も有する。
【００２６】
このような構成において、図４の従来例との相違点は、レーザ光のスペクトル線幅をさらに細くするために用いるスリット５が、狭帯域化光学系３の入射側の最初の拡大プリズム３２の入射面、若しくは、ブリュースター窓部６の出射面に略平行に、あるいは、拡大プリズム３２の入射面とブリュースター窓部６の出射面とがなす角度の間の角度であって光軸に斜めに配置されている点である。
【００２７】
図２に、図４の従来例と本発明の要部とを比較した図を示す。図２中、（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明においてスリット５を拡大プリズム３２の入射面と略平行に配置した例、（ｃ）は本発明においてスリット５をブリュースター窓部６の窓材の出射面に略平行に配置した例を示す。この窓材としてＣａＦ2 を用いる場合、ブリュースター角は５６．３°であり、また、拡大プリズム３２に同様の材料を用いる場合、拡大率にもよるが、拡大プリズム３２の入射面の入射角は例えば７０°〜７５°に設定されるので、光軸に対する傾き角は通常拡大プリズム３２の入射面の方が大きい。図中、点線で示したレーザ光軸が、レーザチェンバ１の端部に突出したブリュースター窓部６の底部が接続された壁部と、狭帯域化光学系３の入射側の最初の拡大プリズム３２の入射面と交差する距離ａ，ｂ，ｃに着目すると、図２から明らかなように、（ａ）の従来例における距離ａより、本発明による配置の場合の距離ｂ，ｃの方が短くなっている。したがって、図１、図２（ｂ）、（ｃ）のように、ブリュースター窓部６と狭帯域化光学系３との間に配置するスリット５を、狭帯域化光学系３の入射側の最初の拡大プリズム３２の入射面、若しくは、ブリュースター窓部６の出射面に略平行に、あるいは、拡大プリズム３２の入射面とブリュースター窓部６の出射面とがなす角度の間の角度に配置することにより、レーザ共振器の共振器長のより短縮化が図れる。
【００２８】
図３に、ＡｒＦエキシマレーザ装置において、本発明による上記のようなスリット５の配置により、共振器長を１００ｍｍ短くしたときの出力結果を示す。レーザ条件は以下の通りである。
【００２９】
0003767674.tif 000002
図３の結果から明らかなように、本発明に基づいて、共振器長を１１５０ｍｍから１０５０ｍｍに短共振器化を行うことで、レーザ出力が向上している。これは、前記したように、利得空間を挟んだレーザ共振器の共振器長が短くなったため、フォトンが安定持続時間が短い放電空間をより多く往復するようになって、ラウンドトリップの回数がより多くなったため、レーザ出力が増大したものと考えられる。また、短共振器化によるレーザ共振器での回折損失の減少も、これに寄与しているものと考えられる。
【００３０】
以上の実施例においては、ＡｒＦエキシマレーザ装置について説明してきたが、同様な放電励起ガスレーザ装置であるフッ素レーザ装置においても、このような利点を得られるのは明らかである。
【００３１】
以上、本発明の放電励起ガスレーザ装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の放電励起ガスレーザ装置によると、拡大プリズムの中最もスリットに近い拡大プリズムの入射面とブリュースター窓部の窓材の出射面とが光軸に垂直な面に対して同じ向きに傾いていると共に、スリットが一方のブリュースター窓部の窓材の出射面と略平行に配置されているか、狭帯域化手段の拡大プリズムの中最もスリットに近い拡大プリズムの入射面と略平行に配置されているので、光軸に斜めに配置されるブリュースター窓部の窓材による光軸方向のデットスペース、あるいは、狭帯域化手段の拡大プリズムの中最もスリットに近い拡大プリズムの入射面が光軸に斜めに配置されることによる光軸方向のデットスペース中に、発振されるレーザ光の狭帯域化に寄与するスリットが配置されるため、レーザ共振器の共振器長の短縮化が図れ、放電励起ガスレーザ装置の利得を向上させることができ、レーザ出力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の放電励起ガスレーザ装置の構成を示す断面図である。
【図２】図４の従来例と本発明の要部とを比較した図である。
【図３】本発明によるスリットの配置により共振器長を短くしたときの出力結果を示す図である。
【図４】露光用光源として用いられる従来の放電励起ガスレーザ装置の一構成例を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザチェンバ
２…主放電用電極
３…狭帯域化光学系
４…狭帯域化ボックス
５…スリット
６…ブリュースター窓部
７…出力鏡
８…筒状包囲体
３１…グレーティング（反射型回折格子）
３２…ビーム拡大プリズム
【図１】
0003767674.tif 000003
【図２】
0003767674.tif 000004
【図３】
0003767674.tif 000005
【図４】
0003767674.tif 000006