JPH0548187A - 偏光レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定したレーザ出力を得ることができ、ま
た、レーザ光を利用する装置側で複雑な設計を不要と
し、しかも、加工時の方向性をなくすことができるよう
にした偏光レーザ装置を提供する。 【構成】 レーザ共振器外のレーザ出力光８の光軸上に
偏光特性を利用してレーザ出力光８を減衰させる減衰器
および偏光解消素子を有する出力制御偏光解消ユニット
１３を設ける。減衰器にはレーザ出力光軸との垂直軸を
回転軸として逆方向に、かつ同角度に回転する２枚１組
の互いに逆向きに傾斜した石英板を用いる。レーザ出力
光８を出力モニタ９によりモニタし、コントローラ１１
により石英板の回転をコントロールすることにより、レ
ーザ共振器内の動作条件を変化させることなく、出力を
コントロールする。石英板を透過したレーザ出力光８は
偏光解消素子により不偏光にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の微細
加工の露光用光源等として用いる偏光レーザ装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザの中でも紫外領域で高効
率、大出力レーザとして、エキシマレーザが注目されて
いる。エキシマレーザは、特に、半導体集積回路の微細
パターンの露光用光源として期待されている。エキシマ
レーザはレーザ媒質としてクリプトン、キセノン等の希
ガスと、ふっ素、塩素等のハロゲンガスとを組み合わせ
ることにより、３５３ｎｍから１９３ｎｍの間のいくつ
かの波長でパターン露光に十分な出力を有する発振線を
得ることができる。ただし、レーザ光に偏光があると、
パターンの加工方向によりパターンの形状、精度が異な
ることがある。

【０００３】ところで、一般にレーザの出力コントロー
ルを行うには、レーザ媒質を励起するための励起強度を
変化させるか、共振器中の光学素子を調整する方法が採
られている。

【０００４】従来例として、特開昭６３−９１８７号公
報記載の構成について図３に示す概略構成図を参照しな
がら説明する。この従来例におけるレーザは放電励起型
エキシマレーザであり、電源の出力電圧を変えることに
より、励起強度を変化させて出力調整を行っている。

【０００５】図３において、１はレーザ共振器を構成す
る全反射鏡、２はレーザ共振器を構成する半透過鏡であ
る。３はレーザ媒質であり、共振器光路に設けられてい
る。４は充放電励起回路であり、レーザ媒質３を励起す
る。５は充放電励起回路４に電源を供給する高圧電源、
６は光学素子エタロンであり、レーザ共振器で発振する
レーザのスペクトルを狭帯域化する。７はモニタ光学系
であり、レーザ共振器から発振するレーザ出力光８の一
部を分岐する。９は出力モニタであり、モニタ光学系７
によって分岐された一部のレーザ出力光８のモニタを行
い、モニタ信号１０を出力する。１１はコントローラで
あり、モニタ信号１０に応じて高圧電源５の電圧を制御
するフィードバック信号１２を発生する。

【０００６】以上のように構成されたレーザ装置におい
て、以下、その動作について説明する。

【０００７】全反射鏡１と半透過鏡２とで構成されるレ
ーザ共振器から発振され、光学素子エタロン６で狭帯域
化されたレーザ出力光８の一部をモニタ光学系７で出力
モニタ９に導入する。出力モニタ９から出力されるモニ
タ信号１０に応じてコントローラ１１からフィードバッ
ク信号１２を出力し、高圧電源５の電圧をコントロール
する。フィードバック信号１２により高圧電源５の電圧
を変えることにより、レーザ媒質３を励起する励起強度
を変化させることができ、これに伴い、レーザ媒質３を
レーザ光が通過する時に増幅される増幅率が変わるの
で、レーザ出力を制御することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の構成では、レーザ共振器中にあるレーザ媒質を励
起する励起強度を急激に変化させ、また、光学素子を調
整する場合には、この光学素子の使用条件を急激に変化
させるため、レーザ媒質、光学素子の熱的負荷が変化
し、レーザ媒質の定常状態での原子、分子の存在比が変
化し、特に、ガスレーザではガス容器内壁での不純物ガ
スの発生、あるいは吸着等、レーザ共振器内の運転条件
が変化する。その結果、レーザ出力を安定させるのが難
しい。また、偏光をもった光をレーザ加工に応用する
際、加工方向により加工断面に違いが出ることや、Ｓ偏
光、Ｐ偏光の反射率の違いなどの光学的特性を考慮した
光学系の設計をしなければならないという難しさがあっ
た。

【０００９】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ものであり、レーザ共振器中の条件を変化させることな
く、レーザ出力をコントロールするようにして安定した
レーザ出力を得ることができ、また、レーザ光を利用す
る装置側で偏光方向を考慮した複雑な設計を不要とし、
しかも、加工時の方向性をなくしてレーザ光を利用する
装置側に不利益を及ぼさないようにした偏光レーザ装置
を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、レーザ共振器と、前記レーザ共振器から発
振するレーザ出力光をモニタするモニタ手段と、前記レ
ーザ共振器外のレーザ出力光軸上で２枚を１組として互
いに逆向きに傾斜されて設けられ、前記レーザ出力光軸
と交わる平行な垂直線をそれぞれ回転軸として逆方向
に、かつ同角度に回転され、偏光特性を利用してレーザ
光を減衰させる偶数個の石英板からなる減衰器と、前記
レーザ出力光軸上で減衰器に対して前記レーザ共振器と
反対側に設けられた偏光解消素子と、前記モニタ手段か
らのモニタ信号に応じて前記減衰器を回転させて出力を
コントロールするコントロール手段とを備えた偏光レー
ザ装置である。

【００１１】

【作用】本発明は、上記構成により、レーザ共振器から
発振したレーザ出力光をモニタ手段によりモニタしてモ
ニタ信号を出力し、このモニタ信号によりコントロール
手段が互いに逆向きに傾斜された２枚１組の石英板から
なる減衰器をレーザ出力光軸と交わる平行な回転軸によ
り逆方向に、かつ同角度に回転させ、偏光特性を利用し
てレーザ出力光を減衰させ、続いて偏光解消素子により
レーザ出力光を不遍光にすることができる。そして、レ
ーザ出力光のモニタ手段、減衰器および偏光解消素子
（特に偏光解消手段）がすべてレーザ共振器の外部に設
けられているので、レーザ共振器内の運転条件を急激に
変化させる必要がなく、出力をコントロールすることが
可能となる。また、不偏光レーザ光を出力するので、レ
ーザ光を利用する装置側で偏光方向を考慮した複雑な設
計をする煩わしさをなくすることができ、しかも、レー
ザ加工に応用する際に、加工の方向性をなくすることが
できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例における偏光レー
ザ装置を示す概略構成図である。図１において、１はレ
ーザ共振器を構成する全反射鏡、２はレーザ共振器を構
成する半透過鏡である。３はレーザ媒質であり、共振器
光路に設けられている。４は充放電励起回路であり、レ
ーザ媒質３を励起する。５は充放電励起回路４に電源を
供給する高圧電源、６は光学素子エタロンであり、レー
ザ共振器で発振するレーザのスペクトルを狭帯域化す
る。７はモニタ光学系であり、レーザ共振器から発振す
るレーザ出力光８の一部を分岐する。９は出力モニタで
あり、モニタ光学系７によって分岐された一部のレーザ
出力光８のモニタを行い、モニタ信号１０を出力する。
１１はコントローラであり、モニタ信号１０に応じてフ
ィードバック信号１２を発生する。１３は出力制御偏光
解消ユニットであり、レーザ共振器外のレーザ出力光８
の光軸上に設けられ、フィードバッグ信号１２に応じて
制御される減衰器と偏光解消素子とからなる。

【００１４】以上のように構成された偏光レーザ装置に
ついて、以下、その動作と共に更に詳細に説明する。

【００１５】全反射鏡１と半透過鏡２とからなるレーザ
共振器から発振され、光学素子エタロン６で挟帯域化さ
れたレーザ出力光８は、出力制御偏光解消ユニット１３
を透過してモニタ光学系７に達し、レーザ出力光８の一
部が分岐されて出力モニタ９へ導入される。出力モニタ
９で検出されたモニタ信号１０に応じてコントローラ１
１からフィードバッグ信号１２を出力し、出力制御偏光
解消ユニット１３を制御する。出力制御偏光解消ユニッ
ト１３の減衰器が、出力制御偏光解消ユニット１３とと
もにまたは単独で、フィードバック信号１２に応じてレ
ーザ出力光８の光軸に対して垂直な回転軸として回転
し、結果出力を制御し、また、偏光解消素子がレーザ出
力光８を不偏光にする。

【００１６】出力制御偏光解消ユニット１３の詳細につ
いて説明する。図２は出力制御偏光解消ユニット１３を
示す概略斜視図である。図２に示すように、出力制御偏
光解消ユニット１３は減衰器である一対の石英板１４
ａ、１４ｂと、偏光を不偏光にするための光学素子から
なる偏光解消素子１５とを備えている。各石英板１４
ａ、１４ｂは、レーザ出力光８が入射角θをもって入射
するように出力光８の光軸について逆向きで対称的に傾
斜するハの字形に配置され、レーザ出力光８の光軸と垂
直で互いに平行な回転軸１６ａ、１６ｂによりそれぞれ
逆方向に、かつ同角度に連動して回転されるように支持
されている。偏光解消素子１５はレーザ出力光８の光軸
上で石英板１４ａ、１４ｂに対してレーザ共振器と反対
側に設置されている。

【００１７】一般に、石英板に入射する光が偏光である
とき、入射角θに応じて透過率は変化する。つまり、入
射角θを変化させることによりレーザ出力光８を減衰す
ることができる。したがって、発振するレーザ出力光８
が偏光であれば、石英板１４ａ、１４ｂをレーザ出力光
８の光軸と直交するそれぞれ平行な回転軸１６ａ、１６
ｂにより互いに逆方向に、かつ同角度に連動して回転さ
せることにより、入射角θの変化に伴って透過率が変わ
るので、、出力を制御することができる。石英板１４
ａ、１４ｂを透過したレーザ出力光８は偏光解消素子１
５により不偏光にすることができる。

【００１８】以上の制御は、すべてレーザ共振器外部で
行われ、レーザ発振条件に何ら影響しないので、従来の
技術に比べ、より安定した出力制御を行うことができ
る。また、２枚の石英板１４ａ、１４ｂを互いに逆向き
に傾斜するハの字形に設置することにより、レーザ出力
光８の光軸は、出力制御偏光解消ユニット１３の通過前
後でずれないという利点がある。更に、レーザ出力光８
は石英板１４ａ、１４ｂを透過した後、偏光解消素子１
５を透過するので、レーザ出力光８は不偏光になり、レ
ーザ加工の方向性による影響をなくすることができるな
どの利点もある。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザ共振器から発振するレーザ出力光をモニタ手段によ
りモニタしてモニタ信号を出力し、このモニタ信号によ
りコントロール手段がレーザ共振器外のレーザ出力光軸
上で互いに逆向きに傾斜された２枚１組の石英板からな
る減衰器をレーザ出力光と交わる平行な回転軸により逆
方向に、かつ同角度に回転させ、偏光を利用してレーザ
出力光を減衰させるようにしているので、レーザ共振器
内の動作条件を変化させることなく、出力をコントロー
ルすることができる。したがって、安定した出力を得る
ことができる。また、レーザ出力光軸上で減衰器に対し
てレーザ共振器と反対側に設置した偏光解消素子により
レーザ出力光を不遍光にすることができるので、レーザ
光を利用する装置側で偏光方向を考慮した複雑な設計を
不要とし、しかも、加工の方向性をなくすことができ
る。したがって、レーザ光を利用する装置側に不利益を
及ぼさないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における偏光レーザ装置を示
す概略構成図

【図２】同偏光レーザ装置に用いる出力制御偏光解消ユ
ニットを示す概略斜視図

【図３】従来の偏光レーザ装置を示す概略構成図

【符号の説明】

１ 全反射鏡 ２ 半透過鏡 ３ レーザ媒質 ４ 充放電励起回路 ５ 高圧電源 ７ モニタ光学系 ９ 出力モニタ １１ コントローラ １３ 出力制御偏光解消ユニット １４ａ 石英板 １４ｂ 石英板 １５ 偏光解消素子 １６ａ 回転軸 １６ｂ 回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀内 直也 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 山中 圭一郎 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 宮田 威男 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ共振器と、前記レーザ共振器から
   発振するレーザ出力光をモニタするモニタ手段と、前記
   レーザ共振器外のレーザ出力光軸上で２枚を１組として
   互いに逆向きに傾斜されて設けられ、前記レーザ出力光
   軸と交わる平行な垂直線をそれぞれ回転軸として逆方向
   に、かつ同角度に回転され、偏光特性を利用してレーザ
   光を減衰させる偶数個の石英板からなる減衰器と、前記
   レーザ出力光軸上で減衰器に対して前記レーザ共振器と
   反対側に設けられた偏光解消素子と、前記モニタ手段か
   らのモニタ信号に応じて前記減衰器を回転させて出力を
   コントロールするコントロール手段とを備えた偏光レー
   ザ装置。