JPH01223786A - レーザ発振器 - Google Patents

レーザ発振器

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JPH01223786A
JPH01223786A JP4764388A JP4764388A JPH01223786A JP H01223786 A JPH01223786 A JP H01223786A JP 4764388 A JP4764388 A JP 4764388A JP 4764388 A JP4764388 A JP 4764388A JP H01223786 A JPH01223786 A JP H01223786A
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Tatsumasa Nakamura
達政 中村
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/0305Selection of materials for the tube or the coatings thereon

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、主としテKrF XeF ArF HeFそ
の他のフッ素元素等を含むレーザ媒質を用いたレーザ発
振器に係り、好ましくはエキシマレーザ発振器に関する
「従来の技術」 従来より例えば第1図に示すように、混合ガスその他の
レーザ媒質を封入したレーザ管lの両端側に、レーザ光
線をほぼ10oz反射する高反射ミラー3と所望の反射
率を有する出力ミラー4とを配し、前記レーザ管l内に
設けた励起手段2により励起したレーザ光を前記ミラー
間で複数回往復させながら増幅した後、所定出力レベル
のレーザ光を前記出力ミラー4より出力するようにした
レーザ発振器は公知であり、この種のレーザ発振器にお
いては、希ガスとハロゲンパスとを混合したガス、例え
ばKrF XeF ArF等の混合ガスをレーザ媒質と
して使用し、励起状態で形成された前記両ガスの結合分
子が基低状態に落ちて解離する際に発光するエキシマレ
ーザを利用したレーザ発振器が近年開発されている。
かかるエキシマレーザはエネルギー変換効率が高い点に
加えて、コヒーレンス長が極端に短くほとんど干渉が起
きない、紫外域や真空紫外域で強力な発振線(特定波長
における発振レーザ光線)を有する、単一発振線での線
幅が広い等の優れた特性を有する為に、近年印写工学や
レーザ加工分野に加えて特に光リソグラフィ、CVO,
アニール、ドーピング等の半導体プロセス分野への利用
が急速に浸透しつつある。
例えば、ウェハ上に集積回路パターンを描画する光リン
グラフィ技術においては、VLS 1時代を迎え、より
微細な線幅の描画を回走にする為に、露光波長(光源)
の短波長化が要請されているが、該短波長化を実現しつ
つ光干渉の防止と広い回路パターン部分の一様照射が回
走等の機能を実現し得るものとしては現在の所、エキシ
マレーザ以外には見当たらない。
しかしながら、前記エキシマレーザ用発振器内に組込ま
れるミラーその他の光学系を従来の光学ガラスを用いて
形成すると、使用波長が365n■(i線)付近より光
透iM率が急激に低下して光吸収による発熱が生じせし
めるとともに、特に多数回の繰り返し反射によりその利
得増幅を図る前記一対のミラ一部材等においては、前記
繰り返し反射による発熱温度上昇により前記光学系自体
の破壊や変形が生じる場合がある。
この為前記ミラーその他の発振器内に組込まれる光学系
に石英ガラスを用いる事が提案されている。
「発明が解決しようとする課題」 一方前記エキシマレーザを含むレーザ発振器においては
、前記レーザ管1や励起手段2として機能する放電電極
が前記発振動作中にレーザ媒質として使用されるハロゲ
ンガスと反応し、有機金属の不純物が発生する場合があ
る。
そしてこのような不純物の発生は従来多用されている窒
素ガスレーザ発振器においては前記ガスがフロー型で前
記ガスが1回の使用によりそのまま廃棄される為に特に
問題とならないが、エキシマレーザ発振器においては前
記ガスを一旦チャンパ内に封じ込め、循環させて使用す
る構成を採る為に繰り返し使用の都度、前記不純物がf
lliiされてガス浸度の変化や水分発生等の各種障害
を引き起こす。
特に前記水分の発生は単に前記各光学系に結露となって
付着するのみならず、レーザ媒質中のフッ素ガスと反応
してフッ酸を生成し、該フッ酸が石英ガラスで形成され
た光学系を浸食してしまうという問題が生じる。
又前記フッ酸は石英ガラス自体のみならず、前記光学系
に所望の反射率又は所望の透過特性を付与するコート層
をも浸食し、共振器自体の性濠劣化とともに耐久性を大
幅に低減させる事になる。
この為、前記フッ素ガス以外のハロゲンガスを用いたレ
ーザ媒質も検討されているが、前記のように出力レーザ
の短波長化を図るにはKrF(248n■)、ArF(
113nm)等ツー2素混合ガス以外のレーザ媒質は現
在の所、見い出せない。
本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、前記フッ酸の生
成に起因する光学系の浸食を阻止し、これにより共振器
自体の共振性上劣化や耐久性を大幅に向上し得るレーザ
発振器を提供する事を目的とする。
「課題を解決する為の手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、前記レーザ
媒質に直接接触する恐れのある一又は複数の部材を石英
ガラス材で形成するとともに、該部材の前記レーザ媒質
中に含まれるフッ素元素と対面する側の少なくとも一部
に、立方墨糸はたる右横造材からなる薄膜保護層を設け
る事により前記従来技術の欠点の解消を図った点にある
以下本発明の構成及びその作用を詳細に説明する。
■先ず本発明はフッ素元素その他のハロゲンガスを含む
レーザ媒質を用いたレーザ発振器に適用される点を前提
条件とするものである。
即ち本発明はKrF XeF ArF HeF等のフッ
素元素を含むレーザ媒質を用いたレーザ発振器、特にエ
キシマレーザ発振器において特に好ましい効果を達成す
るものであるが、これ以外でもフッ素元素を含む固体又
は液体からなるレーザ媒質を用いたレーザ発振器、又X
eCl等のハロゲンガスを用いたエキシマレーザ発振器
等に本発明を適用した場合でも従前の装置以上の耐久性
を得る事が回部である。
・■次に第1の構成要件として前記レーザ媒質に直接又
は間接的に接触する恐れのある一又は複数の部材を後記
する「はたる石目体」で形成する事なく1合成且つ加工
の容易な石英ガラス材で形成した点にある。
ここでレーザ媒質に間接的に接触する恐れのある部材と
は、レーザ媒質の漏洩による接触に加えて所定反射率又
は透過率を得る為にコーティングされ、該コート層を介
して前記レーザ媒質と接触する場合を含む。
そしてこのようなレーザ媒質に間接的に接触する恐れの
ある部材には、第1図に示すように前記レーザ媒質を密
封するレーザ管l、前記レーザ媒質を励起して得られる
レーザ光を複数回往復させて総合的に長い相互作用長を
確保する高反射ミラー3と出力ミラー4、前記レーザ光
より一又は複数の特定波長を選択するプリズム5その他
の特定波長選択素子、前記選択された波長の線幅を狭帯
化するエタロン、若しくは前記レーザ管lその他に取付
けられた窓部材等が含まれる。
0)更に第2の構成要件とする所は、前記石英ガラスで
形成された部材の内、前記レーザ媒質と対面する側の少
なくとも一部に、立方晶系はたる面構造材からなる薄膜
保護層6を設けた点にある。
即ち、例えば一部の区域にのみ前記励起レーザが透過又
は反射するミラ一部材やプリズム5等の場合は、レーザ
媒質と対面する母材全面に薄膜保護層6を設ける必要は
なく、前記励起レーザが透過又は反射する区域にのみ薄
膜保護層8を設ければよい。
又、前記立方晶系はたる面構造材とは天然のほたる石の
みに限定される事なく、蒸着その他の手段により人口的
に形成されるCa F 2 、 Card F 2等を
用いる事が出来る。
尚、前記保護層の形成手段は特に限定されず、前記石英
ガラスで形成された部材の使用目的に合わせて適宜決定
すればよい、 例えば薄膜化したほたる石の薄層を前記
部材に接着又は融着させてもよく、又後記実施例で示す
ように蒸着又はエピタキシャル手段により薄膜保護層6
を形成してもよい。
「作用」 A9本発明によれば前記部材に光学ガラスや蛍石ではな
く石英ガラスを用いたが故に次のような第1の利点を有
する。
即ち前記光学ガラスは前述したようにミラ一部材やプリ
ズム5等に励起レーザが縁り返し透過又は反射した場合
発熱温度上昇により前記光学系自体の破壊や変形が生じ
る事は前述した通りである。
かかる欠点を解消する為にレーザの短波長化に対応し得
る部材としては石英ガラス材の他にほたる石が挙げられ
るが、はたる石目体は結晶性であり、且つその物理的性
質が脆く且つ貝殻状に破開する性質を有する為に、所望
形状に加工又は研磨するのが困難であるとともに機械的
強度に問題が多く残されており、更には合成で形成し得
ない為に天然のものに依存しなければならず、この為高
純度のものを得る事が困難であるとともに、特に集積回
路パターンの高集積化に伴ない、レーザビームの広幅化
に対応し得る大口径で且つ均一純度(屈折率の均一性)
のミラ一部材3,4やプリズム5を得る事が不可能であ
る。
一方石英ガラスは、四塩化珪素等を原料とするシリカ合
成法に基づいて高純度で且つ均質な光学特性を有する所
望の大きさの部材として容易に形成し得るとともに、そ
の加工性、研磨性及びその機械的強度がほたる石に比較
して極めて大であり、前記欠点を一挙に解決し得る。
B、又本発明は前記石英ガラス製部材の前記レーザ媒質
と対面する区域に立方晶系はたる面構造材からなる薄膜
保護層6を設けた為に、前記エキシマレーザ発振器内で
発生した水分に起因してレーザ媒質中に含まれるフッ素
ガスよりフッ酸が生成した場合であっても該フッ酸と石
英ガラス材自体又はフッ酸と石英ガラス材表面に形成し
たコート層との接触を絶つ事が出来、これらの部材の浸
食を完全に阻止し、これによりこれにより共振器自体の
共振性能劣化や耐久性を大幅に向上させる事が出来る。
又、前記はたる石構造材は部材自体に用いるのではなく
、特定区域の薄膜被覆層として用いるのであるから例え
天然のほたる石でも高純度のものが容易に得られるとと
もに、又加工性や機械的強度製も特に問題にする事はな
い。
又特に前記保護層はほたる石自体ではなくほたる石構造
材である為に、蒸着その他の手段により人口的にも容易
に形成出来、特に光反射性及び光透過性を問題にする個
所においては後記するように分子蒸着によりCa F 
2 、CaCd F 2等の被膜を形成すれば、前記光
学的特性を劣化する事もない。
「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記俄かない限りは、この発明の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
第1図は本発明の実施例に係るエキマレーザ発振器の要
部を示す基本構成図を示す。
1は、Kr Ne又はAr等のるガスとフッ素ガスから
なるレーザ媒質が封入されているレーザ管、20は該レ
ーザ¥fl内に軸方向に沿って配置されたレーザ励起手
段2として機鮨する電極群で、軸方向に速段する一対の
石英ガラス製支持部材21により支持されるとともに、
外部の高圧電源23及びサイラトロンその他が組込まれ
た放電回路22と電気的に接続されている。
3.4は前記レーザ管1の両端側に配置された一対のミ
ラ一部材で、前記レーザ媒質を励起して得られるレーザ
光を複数回往復させて総合的に長い相互作用長を確保す
る高反射ミラー3と出力ミラー4として機能させている
。又、高反射ミラー3と励起手段2間には、前記レーザ
光より一又は複数の特定波長を選択すプリズム5が配設
されている。
そして前記一対のミラ一部材3.4とプリズム5は後記
するように石英ガラス材で製造するとともに、その表面
の所定区域に立方晶系はたる右横造の薄膜が蒸着されて
いる。
次にかかる部材の製造方法について詳細に説明する。
先ず、公知のように四塩化珪素を合成バーナに導入しつ
つ酸水素炎中で燃焼−反応させて製造した合成石英ガラ
スインゴットをアニール処理して高純度の石英ガラス母
材を製造した後、該母材を所定形状に切断、加工及び研
磨処理を行った後、その表面に所望の反射率又は透過率
を得る為に表面に誘電体多R膜コーティング50を施す
そしてかかるコーティング7処理を施し且つ清浄化した
前記ミラ一部材3,4.5等を真空室内に装入した後、
レーザ媒質と対面する側に位置するミツ一部材3.4の
各反射面31.41とプリズム5の入出射面51.52
の励起レーザが透過する区域に、所定温度に制御された
分子線オーブンよりCaF2のビームを衝突させ約0.
24履の膜厚を有する立方晶系はたる石構造材からなる
a膜保:a層6を蒸着する。
尚、前記保護層6は精密な格子整合が得られるようにす
るにはCaF2及びGd F 2を入れた各オーブンか
らの同時の分子線により成長する約4011JF2 、
130%のCaF2の混合物からなるほたる石構造材を
形成するのがよい、この場合前記2つの物質の混合比率
はオーブンの温度を違わせる事により容易に制御出来る
そしてこのようにして構成されたレーザ発振器によれば
本発明の作用効果を円滑に達成し得る。
尚、前記保護層8はコーティング7を行う前に直接部材
3,4.5上の反射面31.41及び人出射面51.5
2上に形成する事も可能である。
「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば、前記レーザ媒質と対
面する所定区域に立方晶系はたる石構造材からなる′F
!J膜保護層を設けた為に、前記エキシマレーザ発振器
内で発生した水分に起因してレーザ媒質中に含まれるフ
ッ素ガスよりフッ酸が生成した場合であっても該フッ酸
と石英ガラス材で形成した部材等との接触を絶つ事が出
来、これらの部材の浸食を完全に阻■ヒし、これにより
これにより共振器自体の共振性能劣化や耐久性を大幅に
向−ヒさせる事が出来るや 又本発明は前記部材自体にはほたる石を用いる事なく石
英ガラス材を用いたが故に励起レーザの短波長化に対応
し得几つ加工性及び機械的強度も良好である為に所望の
レーザ発振器用各種部材の形成が容易である2等の種々
の著効を有す。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第2図は本発明の実施例に係るエキマレーザ
発振器を示し第1図はその要部構成を示す概略図、第2
図(A) (B)は前記装置内に組み込まれたプリズム
の横断面図と縦断面図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. フッ素元素その他のハロゲンガスを含むレーザ媒質を用
    いたレーザ発振器において、前記レーザ媒質に直接又は
    間接的に接触する恐れのある一又は複数の部材を石英ガ
    ラス材で形成するとともに、該部材の内前記レーザ媒質
    と対面する側の少なくとも一部の区域に、立方晶系ほた
    る石構造材からなる薄膜保護層を設けた事を特徴とする
    レーザ発振器
JP63047643A 1988-03-02 1988-03-02 レーザ発振器 Expired - Fee Related JPH088378B2 (ja)

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