JPH10270781A

JPH10270781A - レーザ光発生方法及びその装置

Info

Publication number: JPH10270781A
Application number: JP7489197A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kaneda; 有史金田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】安定かつ高強度のレーザ光を発生することが
できるレーザ光発生方法、及びその実施の際に使用でき
るレーザ光発生装置を提供すること。【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光発振源１
と、レーザ光発振源１から出射されたレーザ光を複数の
周波数成分に位相変調する位相変調器２と、位相変調器
２によって位相変調されたレーザ光を利得媒質４中で複
数回往復させて強度増幅するレーザ光増幅器３とを有す
るレーザ光発生装置。レーザ光を複数の周波数成分に位
相変調し、この位相変調されたレーザ光を利得媒質中で
複数回往復させて強度増幅するレーザ光発生方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、安定かつ高出力の
レーザ光を発生することができるレーザ光発生装置（例
えば、半導体素子製造の際の微細加工に用いられるステ
ッパ用の半導体露光装置などに適用されるレーザ光の発
生方法とその装置）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子の製造の際に用い
られる露光用レーザ光源の高出力化及びその波長を短波
長化する研究がなされている。波長変換手段によってレ
ーザ光を短波長化する場合、所定の出力を得るために
は、その基本波となるレーザ光の高出力化が必要であ
る。

【０００３】例えば、波長１０６４ｎｍのレーザ光を発
振するネオジム：イットリウム・アルミニウム・ガーネ
ット（以下、Ｎｄ：ＹＡＧと称する。）レーザの第５高
調波、即ち、波長２１３ｎｍのレーザ光は、高いエネル
ギー変換効率を示し、また、その発振装置は小型であ
り、比較的安価にて供給されるため、次世代露光装置の
光源として有望である。また、発振スペクトルの制御
も、例えば注入同期法などにより比較的容易であり、そ
のスペクトル幅が狭いことから色収差が発生しにくいと
いう特長も有している。

【０００４】ところが、現状では、容易に入手可能な、
商品化された形でのパルス周波数の高い、即ち高繰り返
し励起の（即ち、ＯＮ−ＯＦＦの繰り返しが多い）Ｎ
ｄ：ＹＡＧパルスレーザ（いわゆるＱスイッチレーザ）
の基本波の出力は、このレーザ光発振源の性能上の理由
から平均出力で数Ｗ程度（特に１０Ｗ以下：ピーク出力
では１０ｋＷ程度）にとどまっており、また、波長変換
手段によって前記基本波（Ｎｄ：ＹＡＧレーザでは波長
１０６４ｎｍ）を、紫外光（特に波長２１３ｎｍの第５
高調波）に変換する際の効率は、波長変換手段における
レーザ光の光学的損失の点等から、１０％を超えること
は困難であった。即ち、必要とされる平均出力１Ｗ以上
の紫外光を得るためには、基本波の高出力化が課題とな
っていた。

【０００５】これに対して、レーザ光発振器を大型化
（特にレーザ媒質の大型化）して基本波の高出力化を図
る方法が知られているが、この方法では、一般に、出力
のパルス幅が長くなり（即ち、パルス周波数が短くな
り）、そのピークが小さくなる。或いは、鋭いピークが
出にくく、回折限界に絞れない等、出力レーザ光の質
（beam quality）が悪くなる等の欠点があり、波長変換
する際には変換効率を上げられない理由の一つになって
いた。

【０００６】そこで、レーザ光発振器の大型化は図ら
ず、レーザ光として必要な空間的、時間的特徴を有する
出力を、前記発振器外部に設けたレーザ光増幅器を用い
てその強度を増幅し、必要なレーザ光強度を得る方法が
提案されている。

【０００７】このレーザ光増幅器は、入力光強度が高く
なると、増幅率が飽和を示し、その極限は無限大の入力
で無限大の出力、即ち１倍（０ｄＢゲイン）となるが、
一定の励起強度から与えられる有効強度のうち、増幅に
よって出力が増される部分（Extracted power or Extra
cted energy ：即ち、利得）は、入力強度が増すと共に
増加し、その利得を有効パワー或いはエネルギーとして
全て取り出すことができるという性質を持つ。

【０００８】従って、一定の励起強度で、より出力を増
やすためには、実効的な入力（入力強度）を大きくし
て、より多くのエネルギーを増幅器から取り出すことが
重要となる。

【０００９】ここで、レーザ光増幅器を用いて、より大
きな出力を得るための手段として、レーザ光が伝搬する
光路上にこの増幅器を直列に複数個配置する方法が考え
られるが、この方法では、部品点数が増えると共に装置
が大型化するなど、そのシステムが複雑になり、製造コ
ストも大きくなる。

【００１０】そこで、マルチパスアンプが有効となる。
これは、例えば、入力レーザ光がレーザ媒質（利得媒
質）を通過したあとに、反射鏡（例えばレトロリフレク
ター）によって前記媒質内を１往復させることによって
レーザ光の強度を増幅するものである（２パス構造の増
幅器）。利得媒質を往復したレーザ光は、一般には、１
／４波長板やファラデーローテーターなどの偏光回転手
段と偏光ビームスプリッターなどの偏光分離手段との組
み合わせによって入力と出力が分離される。

【００１１】また、さらに別の入出力分離手段（前記偏
光回転手段と前記偏光分離手段との組み合わせ）を用
い、２パス構造の増幅器の出力を更に別の反射鏡（例え
ばレトロリフレクター）を用いて利得媒質に入力するこ
とにより、更に２パス加え、合計４パス構造の増幅器と
し、増幅器の効率（即ち、増幅効率）を更に高くするこ
とができる。

【００１２】図６及び図７に、１パス、２パス及び４パ
ス構造のレーザ光増幅器を有するレーザ光発生装置の概
要を示す。

【００１３】図６（Ａ）は、最も簡単な１パス構造の増
幅器を有するレーザ光発生装置を示す。この装置におい
ては、レーザ光発振器１からの出力レーザ光がレーザ光
増幅器（利得媒質）３ａを通過することによって増幅さ
れ、入力に対して高出力のレーザ光を得ることができ
る。

【００１４】図６（Ｂ）は、２パス構造の増幅器を有す
るレーザ光発生装置を示す。増幅器３ｂ内で、偏光分離
手段６ｃを通過したレーザ光発振器１からの出力レーザ
光は、利得媒質４を通過することによって増幅され、増
幅されたレーザ光は次に偏光回転手段５ｃによって偏光
状態を変えられ、レーザ光反射手段（例えばレトロリフ
レクター）７ｃによって更にもう一度偏光回転手段５ｃ
に入射し、偏光状態が最初の偏光状態と直交する偏光に
変えられ、再度利得媒質４で増幅される。

【００１５】利得媒質４から戻ってきたレーザ光は、入
力のレーザ光とは直交する偏光を持つので、偏光分離手
段６によって分離させることができる。ここで、偏光回
転手段５ｃは、具体的には往復することで偏光を９０°
回転させることがその目的であるから、１／４波長板も
しくは偏光を４５°回転させるファラデーローテータな
どが用いられる。

【００１６】ここで、図６（Ｂ）に示した２パス構造の
レーザ光増幅器におけるレーザ光の分離及び増幅メカニ
ズムについて、更に詳細に説明する。

【００１７】まず、レーザ光発振器１から出射（発振）
したレーザ光は、図中一点鎖線で表されるレーザ光増幅
器３ｂに入射する。

【００１８】入射したレーザ光は、偏光分離手段として
の偏光ビームスプリッター６ｃを通過することにより、
例えばＰ成分のみの直線偏光（即ち、Ｐ偏光）となる。
このＰ偏光を有するレーザ光は、利得媒質４内で第１の
強度増幅がなされる。

【００１９】次に、第１の強度増幅がなされたＰ偏光を
有するレーザ光は、偏光回転手段としての１／４波長板
５ｃを通過することによって例えば位相がπ／２だけず
れて（即ち、位相差がπ／２となり）円偏光（右回りの
円偏光）となる。この右回りの円偏光を有するレーザ光
は、レーザ光反射手段としての反射鏡（例えばレトロリ
フレクター）７ｃで反射されて、回転方向が逆である左
回りの円偏光になり、この左回りの円偏光を有するレー
ザ光は、再び１／４波長板５ｃを通過することによって
位相差がπ／２となることから、Ｓ成分のみの直線偏光
（即ち、Ｓ偏光を有するレーザ光）になる。実際には、
１／４波長板５ｃはその軸が入力の偏光に対して４５度
の角度をなすように配置されており、１／４波長板５ｃ
のそれぞれの軸に沿った成分にπ／２の位相差を生じ
て、円偏光になっている。つまり、相対的に位相が反転
することになる。

【００２０】このＳ偏光を有するレーザ光は、再度、利
得媒質４を通過することによって第２の強度増幅がなさ
れ、始めに透過するＰ偏光とは偏光状態が異なっている
ので、偏光ビームスプリッター６ｃによって反射（分
離）されて、レーザ光増幅器３ｂから出射する。

【００２１】ここで、上述のＰ成分のみを有する直線偏
光（Ｐ偏光）及びＳ成分のみを有する直線偏光（Ｓ偏
光）とは、位相がπだけずれている（即ち、それぞれの
偏光状態が９０°異なる）ものである。従って、上記偏
光ビームスプリッター６ｃは、Ｐ偏光とＳ偏光とを分離
する（Ｐ偏光は通過し、Ｓ偏光は反射する）ための偏光
分離手段である。ここで、上述の「位相がずれている」
とは、入力の偏光成分（例えば、Ｐ偏光／Ｓ偏光、また
は偏光面が水平な偏光／偏光面が垂直な偏光など）と４
５°の方向の偏光成分間の位相差を意味する（以下、同
様）。

【００２２】ここで、図６（Ａ）の１パス構造のレーザ
光増幅器では、蓄積されたエネルギーのうち、増幅によ
って取り出されるエネルギーは比較的小さく、図６
（Ｂ）の２パス構造のレーザ光増幅器とすることによっ
てエネルギーの取り出し量をさらに増加させることがで
きる。

【００２３】従って、一般に増幅器を多パス化すること
によって、１つの利得媒質の下ではより高いエネルギー
を取り出すことができ、また、同一の出力を得ることを
目的とする場合には、増幅器に対する励起エネルギー
（即ち、利得媒質に加えるエネルギー）を減少させるこ
とができる。

【００２４】図７（Ａ）は、更に多パス化を進めた例で
あり、上記２パス構造のレーザ光増幅器に、偏光分離手
段６ｅと偏光回転手段５ｄとレーザ光反射手段７ｅとを
設けることによって、４パス構造の増幅器を実現してい
る。これは本質的には、２パス構造の増幅器を更にダブ
ルパスさせることで４パス構造の増幅器を実現するもの
である。

【００２５】以下、この４パス構造の増幅器を有するレ
ーザ光発生装置におけるレーザ光の分離、増幅のメカニ
ズムを図７（Ｂ）を参照に説明する。

【００２６】まず、レーザ光発振器１から出射したレー
ザ光は、図中一点鎖線で示されたレーザ光増幅器３ｃに
入射する。入射したレーザ光は、第１の偏光分離手段と
しての偏光ビームスプリッター６ｄを通過（この時の偏
光状態は、図中偏光状態ａで表される水平方向にその振
動面を有する偏光状態である。以下、同様に示す。）し
て、第１の偏光回転手段（ここでは、ファラデーローテ
ータと１／２波長板とを組み合わせたもの）５ｄに入射
する。

【００２７】前記第１の偏光回転手段５ｄに入射したレ
ーザ光は、一旦その偏光状態が変化（偏光状態ｂ）する
が、第１の偏光回転手段５ｄから出射ときは、再びもと
の偏光状態（偏光状態ａ）と同様の状態になる（偏光状
態ｃ）。このレーザ光は、第２の偏光分離手段としての
偏光ビームスプリッター６ｅを通過（偏光状態ｃ）し
て、利得媒質４に入射し、第１の強度増幅がなされる。

【００２８】但し、図示省略したが、利得媒質４にはエ
ネルギー供給源（例えば、外部電源）から光エネルギ
ー、電気エネルギーなど所定のエネルギーが供給される
ようになされている（以下、同様）。

【００２９】次いで、第１の強度増幅がなされたレーザ
光（偏光状態ｄ）は、第２の偏光回転手段としての１／
４波長板５ｅを通過し、第１のレーザ光反射手段として
の反射鏡（レトロリフレクター）７ｄで反射され、再び
第２の偏光回転手段５ｅを通過することによって、その
偏光状態が９０°回転（偏光状態ｅ）されて（即ち、位
相がπだけずれて）、利得媒質４に入射し第２の強度増
幅がなされる。

【００３０】次いで、このレーザ光（偏光状態ｆ）は、
その偏光状態が最初の偏光状態と直交するように変えら
れているので、第２の偏光分離手段（偏光ビームスプリ
ッター）６ｅを通過せずに反射されてその光路が分離さ
れる。そして、このレーザ光は、第２のレーザ光反射手
段としての反射鏡（レトロリフレクター）７ｅで反射さ
れ、再び第２の偏光分離手段６ｅで分離（偏光状態ｇ）
されて利得媒質４に入射し、第３の強度増幅がなされ
る。

【００３１】次いで、第３の強度増幅がなされたレーザ
光（偏光状態ｈ）は、前記第１の増幅がなされたレーザ
光と同様に（但し、その偏光状態は異なる）、第２の偏
光回転手段５ｅを通過して第１のレーザ光反射手段７ｄ
で反射され、再び第２の偏光回転手段５ｅを通過するこ
とによって、その偏光状態が９０°回転（偏光状態ｉ）
されて、利得媒質４に入射し第４の強度増幅がなされ
る。

【００３２】この第４の強度増幅がなされたレーザ光
（偏光状態ｊ）は、水平方向にその振動面を有する偏光
であるために（即ち、その偏光状態が偏光状態ｃと同様
であるために）、第２の偏光分離手段６ｅを通過し、通
過したレーザ光は、一旦、第１の偏光回転手段５ｄの１
／２波長板で偏光状態が変化させられ（偏光状態ｋ）、
さらに、ファラデーローテータでその偏光状態が変化
し、最初の偏光状態（偏光状態ａ）と直交する偏光に変
えられて（偏光状態ｌ）、第１の偏光分離手段６ｄでそ
の光路が分離されて、４パス構造のレーザ光増幅器３ｃ
から出射する。

【００３３】ここで、上述の偏光状態ａ、ｃ、ｄ、ｉ及
びｊは、例えば、水平方向にその振動面を有するＰ偏光
（Ｐ成分のみの直線偏光）であり、偏光状態ｅ、ｆ、
ｇ、ｈ及びｌは、垂直方向にその振動面を有するＳ偏光
（Ｓ偏光のみの直線偏光）と考えてよい。

【００３４】次に、１パス、２パス及び４パス構造の増
幅器における平均入力強度と平均出力強度との関係を表
すグラフを図８に示す。これらは同一の利得媒質（ゲイ
ンユニット）をそれぞれ１パス、往復、２往復させた物
である。但し、図８は、レーザ光発振源として、Ｎｄ：
ＹＡＧ発振器を使用し、増幅器として、Ｎｄ：ＹＡＧ増
幅器を用いた場合のシミュレーション結果である。

【００３５】これによれば、利得媒質を通過する回数が
増えるにつれて、入力強度に対する出力強度は大きくな
るが、特に、増幅された出力が飽和を見せる前、即ち、
平均入力強度１Ｗ以下（更にこの範囲で低入力）では４
パス（Quad−Pass）とすることの利点が明らかである。
即ち、出力強度の増幅の割合が、平均入力強度１Ｗを超
えたときの割合より大きくなっている。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体製造
装置などの精密な制御を必要とする産業用のレーザ光源
（レーザ光発生装置）では、その出力が安定である必要
があることはいうまでもない。

【００３７】ここで、先に述べたように、２パス構造の
増幅器の場合（図６（Ｂ））、即ち、偏光回転手段５ｃ
が利得媒質４とレーザ光反射手段（レトロリフレクタ
ー）７ｃとの間に置かれた場合、往路と復路とでその偏
光が９０°異なるために、利得媒質内に定在波パターン
を発生することはない。

【００３８】しかしながら、４パス構造の増幅器の場
合、上述したように、２パス目（図７（Ｂ）のII）と３
パス目（同、III)、１パス目（同、Ｉ）、４パス目
（同、IV）は同じ偏光状態となり、図７（Ｃ）に示すよ
うに、利得媒質内に定在波パターンを発生する可能性が
ある。

【００３９】定在波５２の節５１にあたる部分では、励
起されたエネルギーが有効に取り出されることが無く、
また、図７（Ｃ）の矢印Ａで示すように、この定在波パ
ターンが機械的な振動などによって変化する（即ち、節
（ノード）５１の位置が変化する）に従って、利得に変
化が生じ、増幅された出力強度が時間的に変動を伴うこ
とがある。実際には、その出力は２０〜３０％も変動
し、実使用上問題となっている。

【００４０】また、レーザ光のスペクトル制御のため
に、ここで用いるレーザ光発振器は単一周波数を発振す
る装置であるため、このレーザ光は非常に干渉性が高
く、２パス構造の増幅器では生じなかった出力の変動が
４パス構造の増幅器では生じてしまった。

【００４１】干渉性（可干渉性）が高いと、レーザ光
は、散乱光など伝搬距離の異なる迷光と干渉し、互いに
不規則な位相関係で干渉することで生ずる干渉パターン
に基づいて発生するノイズ、いわゆるスペックルノイズ
を発生させ易い。このようなスペックルノイズは、例え
ば半導体装置を作製する際に用いられる半導体露光装置
のように均一性の高い照明系が要求される装置におい
て、特にその性能を低下させるものであり、レーザ光源
の半導体露光装置への応用を妨げるものとされてきた。

【００４２】即ち、従来の技術による４パス構造の増幅
器では、レーザ光の往路と復路での相互干渉により定在
波が発生し、誘導放出の信号となるレーザ光強度が著し
く低下し、利得媒質内に蓄積されたエネルギーを取り出
せないため、事実上、レーザ光増幅器は２パス構造のも
のまでしか用いることができず、レーザ光増幅器の増幅
率を限定してしまっていた。結果的に、必要な出力を得
るためのエネルギーが高くなり、全体の効率を下げ、経
済性を損ねる結果となっていた。

【００４３】本発明は、上述した従来の実情に鑑みてな
されたものであり、その目的は、安定かつ高強度のレー
ザ光を発生することができるレーザ光発生方法、及びそ
の実施の際に好適なレーザ光発生装置を提供することに
ある。

【００４４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した課
題を解決するべく鋭意検討を重ねた結果、レーザ光を増
幅する際に、その前位にて予めこのレーザ光を複数の周
波数成分に位相変調しておくことによって、高出力のレ
ーザ光を出射できるマルチパス構造の増幅器（例えば、
４パス構造の増幅器）において、定在波の発生による出
力変動を最小限に抑え、安定かつ高強度（高出力）のレ
ーザ光を発生できることを見出した。

【００４５】即ち、本発明は、レーザ光を出射するレー
ザ光発振源と、前記レーザ光発振源から出射されたレー
ザ光を複数の周波数成分に位相変調する位相変調手段
と、前記位相変調手段によって位相変調されたレーザ光
を利得媒質中で複数回往復させて強度増幅するレーザ光
増幅手段とをこの順に有する、レーザ光発生装置に係る
ものである。

【００４６】本発明のレーザ光発生装置によれば、レー
ザ光を出射するレーザ光発振源（例えば、Ｑスイッチ法
で波長１０６４ｎｍのレーザ光を発振するＱスイッチＮ
ｄ：ＹＡＧレーザ光発振器）と、前記レーザ光発振源か
ら出射されたレーザ光を、例えば高周波電気信号によっ
て複数の周波数成分に位相変調する（即ち、前記レーザ
光のスペクトルに幅を持たせる）位相変調手段と、この
位相変調手段によって位相変調されたレーザ光を利得媒
質（又はレーザ媒質、ゲイン媒質）中で複数回往復（即
ち、２ｎ回通過：但しｎは２以上の整数）させて強度増
幅するいわゆるマルチパス構造のレーザ光増幅手段とを
この順に有しているので、例えば、高出力のレーザ光を
出射できる４パス構造の増幅器において、出力の変動を
最小限に抑えることができ、安定かつ高強度（高出力）
のレーザ光を発生することができる。

【００４７】上述したように、従来の４パス構造の増幅
器を有するレーザ光発生装置の問題は、この増幅器に設
けられる利得媒質内で、往路と復路での偏光状態が同一
のレーザ光が互いに干渉し合って定在波を形成し、誘導
放出の信号となるレーザ光の強度がゼロとなり、利得媒
質内部に蓄積されるエネルギーを取り出せない場合があ
って、その出力強度が安定しないことが主な原因であっ
た。

【００４８】これに対して、本発明のレーザ光発生装置
によれば、上記位相変調手段でレーザ光発振源（レーザ
光発振器）からの出力レーザ光のスペクトル幅を広げ、
その干渉性（可干渉性）を許容できる程度まで低下させ
ることができる。即ち、レーザ光が増幅器に導入する前
位にて、このレーザ光を予め位相変調してその干渉性
（即ち、コヒーレント性）をある程度まで低下させ、こ
れによって前記利得媒質内での定在波の発生を防ぐこと
ができる。従って、上述したような２０〜３０％程度の
出力強度の時間的変動の問題を伴うことなく、前記レー
ザ光増幅器を例えば４パス構造（又は８パス構造、更に
はそれ以上のマルチパス構造）とし、前記レーザ光を効
率よく増幅し、安定かつ高強度なレーザ光を発生するこ
とができる。

【００４９】また、前記利得媒質内で定在波が生じて
も、位相変調手段における位相変調度に応じて、これを
最小限に抑えることができる。即ち、レーザ光にある程
度の位相（スペクトル）幅をもたせる（レーザ光をぼや
かす）ことによって、定在波をフラット化し易くするこ
とができる。

【００５０】次に、図１（Ａ）を参照して、本発明に基
づくレーザ光発生装置の例の概略フローを説明する。

【００５１】本発明のレーザ光発生装置は、例えば図１
（Ａ）に示すように、前記レーザ光発振源としてのレー
ザ光発振器１から出射（発振）する基本波レーザ光を、
前記位相変調手段としての位相変調器２で複数の周波数
成分に位相変調し、前記位相変調器２によって位相変調
されたレーザ光を利得媒質中で複数回往復させて強度増
幅するレーザ光増幅手段としてのレーザ光増幅器３とを
有する装置である（以下、同様）。

【００５２】まず、図中（ａ）に示すように、レーザ光
発振器１から出射させるレーザ光の位相（特にスペクト
ル）及び強度は、位相Ｐ₁（但し、Ｐ₁は単一の周波
数、若しくは極めて狭い周波数帯域の位相である。）、
強度Ｔ₁である（例えば、この時のトータル強度（位相
による強度の積分値）を１Ｗとする）。

【００５３】次に、位相Ｐ₁及び強度Ｔ₁を有するレー
ザ光は、位相変調手段２によって、図中（ｂ）に示すよ
うに、前記位相の幅（即ち、位相Ｐ₁のスペクトル幅）
が広げられて、ある程度の位相幅を有する位相Ｐ₂とな
る。この時、理論的には、位相Ｐ₁と強度Ｔ₁との積分
値と、位相Ｐ₂と強度Ｔ₂との積分値とは等しくなる
（但し、位相変調器又は位相変調手段内で強度増幅がな
されておらず、また、位相変調時の光学的損失等がない
場合）。従って、始めのレーザ光のトータル強度が１Ｗ
であれば、この時のトータル強度もほぼ１Ｗとなる。

【００５４】次いで、図中（ｃ）に示すように、レーザ
光増幅器３にてレーザ光の強度増幅がなされて、位相Ｐ
₃（但し、位相Ｐ₃≒位相Ｐ₂）、強度Ｔ₃を有するレ
ーザ光が発生する。ここで、レーザ光増幅器３として４
パス構造の増幅器を用いた場合、上述したように、増幅
器３の前位でレーザ光を位相変調しているため、増幅器
３での定在波の発生を抑えてその出力変動を最小限に、
若しくはゼロにし、安定かつ高出力の増幅を行うことが
でき、例えばトータルの強度が５．２Ｗ程度と高強度の
出力を得ることができる。

【００５５】これに対して、例えば、図１（Ｂ）に示す
比較例のように、レーザ光発振器１から出射（発振）す
るレーザ光を、レーザ光増幅器３にて強度増幅し、次い
で位相変調器２で複数の周波数成分に位相変調すると、
本発明の目的は達成できない。

【００５６】ここでは、図中（ｄ）に示すように、レー
ザ光発振器１から出射するレーザ光の位相及び強度は位
相Ｐ₄及び強度Ｔ₄とする。本発明に基づくレーザ光発
生装置との比較のため、例えば、この時のトータル強度
（強度の積分値）を１Ｗとし、位相Ｐ₄＝位相Ｐ₁、強
度Ｔ₄＝強度Ｔ₁とする。

【００５７】次に、図中（ｅ）に示すように、レーザ光
増幅器３にてレーザ光の強度増幅がなされて、位相
Ｐ₅、強度Ｔ₅を有するレーザ光が発生する。ここで、
レーザ光増幅器３として２パス構造の増幅器を用いた場
合、トータルの強度を３．８Ｗ程度にすることができ
る。

【００５８】上述したように、ここで４パス構造のレー
ザ光増幅器を用いると、定在波が発生するために、出力
変動が２０〜３０％程度生じてしまい、例えば、ステッ
パとしての半導体露光装置などに実際に使用することは
困難である。従って、レーザ光増幅器３は、高々２パス
構造でなければならない。

【００５９】次いで、図中（ｆ）に示すように、位相変
調器２によって位相Ｐ₅の幅（即ち、スペクトル幅）が
広げられて、ある程度の位相幅を有する位相Ｐ₆（Ｐ₆
＝Ｐ₃）となる。この時、上述したように、トータルで
の強度の積分値は変化しないので、前段でのレーザ光の
トータル強度が３．８Ｗであれば、この時のトータル強
度もほぼ３．８Ｗにしかならない。

【００６０】このように、図１（Ａ）に示した本発明に
基づくレーザ光発生装置によれば、４パス以上のマルチ
パス構造の増幅器を使用することができるので、高強度
のレーザ光を発生することができ、また、このような増
幅器を使用しても、定在波の発生を防ぐことができるの
で、安定かつ高強度のレーザ光を発生することができ
る。即ち、同一の増幅器（利得媒質）の下で、より高い
エネルギーを取り出すことができ、同一の出力を得るこ
とを目的とする場合は、増幅器（利得媒質）への供給エ
ネルギーを少なくすることができる。

【００６１】ところで、本発明者は、特願平７−３２０
５５７号（以下、先願発明と称する。）において、スペ
ックルノイズを除去する目的で、位相変調手段によって
色収差が許容できる程度にそのスペクトル幅を広げ、あ
る程度まで干渉性を低下させることを既に提案してい
る。

【００６２】これに対して本発明においては、得られる
レーザ光の強度安定性を損なうことなく、レーザ光増幅
器の効率を向上させることにある。

【００６３】本発明で用いている位相変調手段によるス
ペクトルの広帯域化は、先願発明に示された半導体露光
装置用の上記位相変調手段による特長を生かすことがで
きる。即ち、レーザ光を位相変調してからレーザ光増幅
器で増幅し、この増幅器から出射する出力レーザ光を、
新たに位相変調手段を設けることなくそのまま、例えば
第５高調波の如き紫外光発生のための基本波として用い
ることができるのである。この場合も勿論、先願発明と
同様に、本発明における位相変調手段によってもスペッ
クルノイズの発生を防ぐことが十分に可能である。これ
に反して、図１（Ｂ）のように単一周波数のレーザ光を
増幅してから位相変調を行うと、スペックルノイズは抑
えられてもレーザ光の高出力化は困難である。

【００６４】また、本発明は、レーザ光を複数の周波数
成分に位相変調し、この位相変調されたレーザ光を利得
媒質中で複数回往復させて強度増幅する、レーザ光発生
方法に係るものである。

【００６５】本発明のレーザ光発生方法によれば、レー
ザ光を複数の周波数成分に位相変調（即ち、複数のスペ
クトルに分解）し、この位相変調されたレーザ光を利得
媒質中で複数回往復させて強度増幅するので、例えば、
高出力のレーザ光を出射できる４パス構造の増幅器にお
いて、出力の変動を最小限に抑えることができ、安定か
つ高強度（高出力）のレーザ光を発生することができ
る。

【００６６】上述の本発明のレーザ光発生装置は、本発
明のレーザ光発生方法を再現性よく実施することのでき
る装置である。

【００６７】

【発明の実施の形態】本発明のレーザ光発生方法及び本
発明のレーザ光発生装置（以下、単に「本発明」と称す
ることがある。）によれば、複数の周波数成分からなる
電気信号（特に高周波電気信号）によって前記位相変調
を行うことができる。

【００６８】位相変調を行う位相変調器としては、例え
ば、電界印加による屈折率変化を利用する電気光学効果
（Ｅ／Ｏ）変調器や、媒体中の音響波と光波とのかかわ
り合いを利用する音響光学効果（Ａ／Ｏ）変調器など、
公知の変調器を使用することができる。

【００６９】上述の位相変調は、レーザ光のスペクトル
幅を広げ、次段の増幅器内で定在波の発生を防止するた
めに、可干渉性を低くすることが目的である。この位相
変調の過程においては、レーザ光のスペクトル幅そのも
のが広がるわけではなく、単一のスペクトルが多数のス
ペクトルに分離することにより、それらスペクトル全体
の幅が広がるだけである。このように、スペクトル全体
の幅が広がるために、レーザ光の可干渉性が低くなる
（即ち、レーザ光のコヒーレント長が短くなる）。

【００７０】また、本発明によれば、前記レーザ光増幅
手段として、４パス構造のレーザ光増幅器を用いること
ができる。

【００７１】即ち、前記レーザ光増幅手段において、前
記位相変調手段からのレーザ光が、第１の偏光分離手段
を通過したのち、第１の偏光回転手段に入射してその偏
光方向が回転され、さらに、このレーザ光が第２の偏光
分離手段を通過したのち、前記利得媒質を通過すること
によって第１の強度増幅がなされ、次いで、前記第１の
強度増幅がなされたレーザ光が、第２の偏光回転手段に
入射してその偏光方向が回転され、このレーザ光の光路
上に設けられた第１のレーザ光反射手段によって反射さ
れたのち、再度前記第２の偏光回転手段に入射してその
偏光方向が回転されて、前記利得媒質を通過することに
よって第２の強度増幅がなされ、次いで、前記第２の強
度増幅がなされたレーザ光が、前記第２の偏光分離手段
で分離されて、このレーザ光の光路上に設けられた第２
のレーザ光反射手段によって反射されたのち、再び、前
記第２の偏光分離手段で分離され、前記利得媒質を通過
することによって第３の強度増幅がなされ、次いで、前
記第３の強度増幅がなされたレーザ光が、前記第２の偏
光回転手段に入射してその偏光方向が回転され、前記第
１のレーザ光反射手段によって反射されたのち、前記第
２の偏光回転手段に入射してその偏光方向が回転されて
前記利得媒質を通過することによって第４の強度増幅が
なされ、次いで、前記第４の強度増幅がなされたレーザ
光が、前記第２の偏光分離手段を通過して、前記第１の
偏光回転手段に入射してその偏光方向が回転されたの
ち、前記第１の偏光分離手段で分離されて出射される、
ように、前記レーザ光増幅手段を構成することができ
る。

【００７２】このような増幅を実施することができる装
置の一例を図２及び図３に示す。図２及び図３（Ａ）
は、４パス構造のレーザ光増幅器を有するレーザ光発生
装置の要部概略図である。

【００７３】まず、図２に示すように、本発明に基づく
４パス構造の増幅器を有するレーザ光発生装置は、レー
ザ光発振源１と位相変調器２とレーザ光増幅器３Ａとか
らなるものである。また、このレーザ光発生装置におい
て、レーザ光増幅器３Ａは、偏光分離手段６Ａ及び６Ｂ
と、偏光回転手段５Ａ及び５Ｂと、レーザ光反射手段７
Ａ及び７Ｂと、利得媒質４とを有するものである。

【００７４】この装置において、レーザ光発振源１から
出射（発振）するレーザ光ａは、位相変調手段２で複数
の周波数成分に位相変調され、このように位相変調され
たレーザ光ｂは、レーザ光増幅器３Ａに入射し、増幅器
３Ａ内で、レーザ光が伝搬する光路上に配されている各
装置を経由しながら利得媒質４を４回通過（即ち、２往
復）し、このように増幅されたレーザ光ｃが増幅器３Ａ
から出射するように構成されている。

【００７５】次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照しなが
ら、本発明に基づくレーザ光の増幅メカニズムを説明す
る。

【００７６】図３（Ａ）は、図２に示したレーザ光発生
装置を更に具体的に表したものである。また、図３
（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したレーザ光発生装置におけ
るレーザ光の偏光状態を模式的に示すものである。図３
（Ａ）のレーザ光と図３（Ｂ）の偏光状態とは対応する
ものであって、図３（Ａ）のレーザ光ａの偏光状態は図
３（Ｂ）の偏光状態ａに対応し、以下同様に、レーザ光
ｂは偏光状態ｂに、レーザ光ｃは偏光状態ｃに、レーザ
光ｄは偏光状態ｄに、……レーザ光ｌは偏光状態ｌにそ
れぞれ対応する。但し、図３（Ｂ）に示す偏光状態はこ
れに限定されるものではない。

【００７７】まず、レーザ光発振源としてのレーザ光発
振器１から出射（発振）されたレーザ光ａが位相変調器
２に入射して複数の周波数成分に位相変調される。位相
変調されたレーザ光ａ₁は、始めのレーザ光ａと比べて
スペクトル幅が広がった（但し、各スペクトル幅そのも
のが広がるわけではなく、多数のスペクトルに分離する
ことにより、全スペクトルのトータル幅が広がったこと
を意味する：以下、同様）レーザ光である。

【００７８】次に、位相変調器２からのレーザ光ａ₁が
第１の偏光分離手段としての偏光ビームスプリッター１
１Ａを通過し、第１の偏光回転手段としてのファラデー
ローテータ１２を通過することによってその偏光状態が
変化した後、このレーザ光ｂは１／２波長板１３を通過
することによって、始めのレーザ光ａと同様の偏光状態
のレーザ光ｃとなる。さらに、このレーザ光ｃが第２の
偏光分離手段としての偏光ビームスプリッター１１Ｂを
通過したのち、利得媒質４を通過することによって、ま
ず、第１の強度増幅（Ｉ）がなされる。

【００７９】但し、上記レーザ光ａ（及びレーザ光
ａ₁）の偏光状態は、ある特定の状態（例えば直線偏
光）でなくてもよく、例えば、前記第１の偏光分離手段
（偏光ビームスプリッター）１１Ａをある特定の偏光状
態のみを通過させる偏光分離手段としておけば、この偏
光分離手段を通過するレーザ光を、ある特定の偏光状態
（例えば、水平方向に振動面を有する直線偏光）を有す
るレーザ光とすることができる。

【００８０】次いで、第１の強度増幅がなされたレーザ
光ｄが、第２の偏光回転手段としての１／４波長板１４
に入射してその偏光方向が回転され（レーザ光ｄ₁）、
このレーザ光の光路上に設けられた第１のレーザ光反射
手段としてのレトロリフレクター１５Ａによって反射さ
れたのち（レーザ光ｄ₂）、再度１／４波長板１４に入
射してその偏光方向が回転されて（レーザ光ｅ）、利得
媒質４を通過することによって第２の強度増幅（II）が
なされる。

【００８１】次いで、第２の強度増幅がなされたレーザ
光ｆは、レーザ光ｃとはその偏光状態が異なる（レーザ
光ｃとは偏光方向が９０°異なる）ために、偏光ビーム
スプリッター１１Ｂで分離されて、このレーザ光ｆ₁の
光路上に設けられた第２のレーザ光反射手段としてのレ
トロリフレクター１５Ｂによって反射されたのち（レー
ザ光ｆ₂）、再び、偏光ビームスプリッター１１Ｂで分
離されて利得媒質４に入射することによって（レーザ光
ｇ）、第３の強度増幅（III ）がなされる。

【００８２】次いで、第３の強度増幅がなされたレーザ
光ｈは、前記１／４波長板１４に入射してその偏光方向
が回転され（レーザ光ｈ₁）、前記レトロリフレクター
１５Ａによって反射されたのち（レーザ光ｈ₂）、再び
前記１／４波長板１４に入射してその偏光方向が回転さ
れ（レーザ光ｉ）、利得媒質４を通過することによっ
て、第４の強度増幅（IV）がなされる。

【００８３】次いで、第４の強度増幅がなされたレーザ
光ｊは、その偏光状態がレーザ光ｆ及びレーザ光ｆ₂と
は異なる（偏光方向が９０°異なる）ので、前記偏光ビ
ームスプリッター１１Ｂを通過して、前記１／２波長板
１３に入射してその偏光方向が回転されたのち（レーザ
光ｋ）、更に前記ファラデーローテータ１２にてその偏
光方向が回転される（レーザ光ｌ）。このレーザ光ｌ
は、その偏光状態がレーザ光ａとは異なる（偏光方向が
９０°異なる）ので、偏光ビームスプリッター１１Ａで
分離されて、レーザ光増幅器３Ｂから出力レーザ光ｌ₁
として出射する。

【００８４】ここで、上述したように、本発明によれ
ば、位相変調器２にて、レーザ光発振器１から出射され
るコヒーレントなレーザ光のスペクトル幅を広げて可干
渉性をある程度（色収差が許容できる程度に）低くして
いるので、第１の強度増幅（Ｉ）時の偏光状態と第４の
強度増幅（IV）時の偏光状態、及び第２の強度増幅（I
I）時の偏光状態と第３の強度増幅（III)時の偏光状態
とが同じであるにもかかわらず、前記利得媒質４内での
定在波の発生を防ぐことができ、レーザ光出力の時間的
変動がなく、増幅器を４パス構造（又は８パス構造、更
にはそれ以上のマルチパス構造）とし、前記レーザ光を
効率よく増幅して、安定かつ高強度なレーザ光を発生す
ることができる。

【００８５】また、前記利得媒質４内で定在波が生じて
も、位相変調器２における位相変調度に応じてこれを最
小限に抑えることができる。即ち、レーザ光にある程度
の位相（スペクトル）幅をもたせる（レーザ光をぼやか
す）ことによって、定在波をフラット化し易くする（即
ち、定在波の節が発生しないようにする）ことができ
る。

【００８６】次に、上述した４パス構造の増幅器で用い
た偏光分離手段、偏光回転手段及びレーザ光反射手段の
動作などを説明する。

【００８７】偏光分離手段（上記の第１及び第２の偏光
分離手段）とは、レーザ光の偏光状態によって、通過
（透過）レーザ光と反射レーザ光とに分離する手段であ
る。本発明においては、例えば、直線偏光であるＰ偏光
とＳ偏光とを分離することができる偏光ビームスプリッ
ターなどが使用できる〔但し、Ｐ偏光とＳ偏光とはその
偏光方向（振動面）が互いに９０°異なる（即ち、位相
がπ／２ずれている）偏光である〕。偏光ビームスプリ
ッターとしては、プリズムなどに多層膜を施したものを
使用できる。

【００８８】また、偏光回転手段（上記の第１及び第２
の偏光回転手段）とは、レーザ光の偏光方向を回転（ま
たは、偏光状態によっては無回転）させる手段である。
この偏光回転手段としては、ファラデーローテータ、１
／２波長板（λ／２板）及び１／４波長板（λ／４板）
などを使用できる。

【００８９】例えば、１／２波長板は、互いに垂直方向
に振動する直線偏光間に１／２波長の光路差を生じさせ
るようにその厚みを決められた複屈折結晶板であり、入
射するレーザ光が直線偏光を有するレーザ光であるとそ
の方位が回転し（例えば、Ｐ偏光がＳ偏光になる）、入
射するレーザ光が円偏光の場合、向きが逆転する（例え
ば、右回りの円偏光が左回りの円偏光になる）。また、
１／４波長板とは、例えば、入射するレーザ光が直線偏
光であれば、出射するレーザ光は直交した振動面をもつ
２つの波の位相差がπ／２となって円偏光（または楕円
偏光）となる。また、Ｐ偏光が通過すると右回りの円偏
光となり、左回りの円偏光が通過するとＳ偏光となる。

【００９０】但し、１／２波長板でＰ偏光がＳ偏光にな
るのは波長板の軸が入射偏光に対して４５度の角度を持
っている場合のみである。無条件に偏光が９０度変えら
れるのではなく、波長板の軸に対称に変えることができ
る。従って、軸に対して平行・垂直な偏光が入射した場
合はその偏光は変わらない。１／４波長板に関しても同
様に、波長板の軸の方向が重要である。また、ファラデ
ーローテータは、ファラデー効果を利用したものであ
り、これは印加された磁場の強さと、その物質の長さと
で偏光面の回転角が変わってくるが、これを４５度とな
るようにしたものである。往路では、例えば磁場と同じ
方向に伝搬した光はその偏光面が、例えば時計回りに４
５度回転し、復路では磁場と逆向きに伝搬した光は往路
と逆の反時計回りに回転し、これは往復により９０度の
回転となる。また、このファラデーローテータに関し、
１／４波長板と最も異なる点は、入力の偏光面によら
ず、往復により、レーザ光の偏光面を９０度回転させる
ことができるという点である。

【００９１】また、レーザ光反射手段（上記の第１及び
第２のレーザ光反射手段）とは、レーザ光を反射させる
ためにレーザ光が伝搬する光路（光軸）上に設けられる
反射手段であり、例えば、反射鏡、レトロリフレクター
などを使用することができる。一般に、レーザ光は反射
手段で反射されると、位相がπずれるので、例えば、右
回りの円偏光は左回りの円偏光となり、左回りの円偏光
は右回りの円偏光となる。

【００９２】また、本発明に基づく図２、図３に示した
４パス構造の増幅器を有するレーザ光発生装置において
は、前記利得媒質と前記第２のレーザ光反射手段（レト
ロリフレクター）との距離が、前記位相変調手段によっ
て決定される前記レーザ光のコヒーレント長（可干渉距
離）の半分の長さよりも長い距離になるように構成され
ていることが望ましい。

【００９３】上述した位相変調手段によるレーザ光のス
ペクトルの広帯域化は、そのスペクトル幅を自在に設定
することによって、可干渉距離（コヒーレント長）を制
御できることに特長を有している。

【００９４】そこで、本発明においては、前記レーザ光
増幅器に配されている利得媒質内に定在波を発生させな
いことが主たる目的であることを考慮すると、図２及び
図３において、第２のレーザ光反射手段としての反射鏡
（レトロリフレクター）と前記利得媒質との間の距離
が、予め設計されたコヒーレント長の半分よりも長けれ
ば、干渉性が十分に低下するため、前記利得媒質内では
定在波は発生せず、出力強度の変動の問題をより低減す
ることができる。

【００９５】上述したように、第２のレーザ光反射手段
（反射鏡、レトロリフレクター）を、レーザ光発振源
（レーザ光発振器）から発振される基本波レーザ光が有
するコヒーレント長の半分の長さよりも長い距離になる
ように構成すれば、レーザ光が有するコヒーレント性を
さらに低くすることができる。即ち、前記第２のレーザ
光反射手段の配置を調節することで、さらに干渉性（可
干渉性）を低くすることができる（即ち、定在波の発生
を防ぐことができる）。しかも、この条件では、レーザ
光の実用的な結像性能も保持できる。

【００９６】また、本発明においては、前記レーザ光発
振源を、Ｑスイッチ法によってパルス波を発振する固体
レーザ発振源、または、連続波を発振する固体レーザ発
振源とすることができる。

【００９７】一般に、レーザ光発振源はその出力波形か
ら、一定振幅の連続出力を発生するＣＷレーザ（Contin
uous Wave Laser ）と、断続するパルス波形出力を発生
するパルスレーザとに大別される。本発明においては、
パルスレーザの中でも、ピーク出力が大きく、時間幅の
狭いパルス（ジャイアントパルス）の発振が得られると
いう点からＱスイッチレーザを用いることが望ましい。

【００９８】また、本発明においては、前記レーザ光増
幅手段に入射するレーザ光の平均入力強度を１Ｗ以下と
することが望ましい。

【００９９】図８に示したように、レーザ光増幅器の構
造を１パス、２パス、４パスと増やしていくにつれて、
平均入力強度（入力パワー）に対して得られる平均出力
強度（出力パワー）は大きくなる。特に、平均入力強度
が１Ｗ以下の場合、レーザ光増幅器の構造を１パス、２
パス、４パスと増やしていく際の増幅率が大きく、４パ
ス構造の増幅器を有するレーザ光発生装置を使用する利
点が大きい。これは、４パス以上（例えば８パス構造の
増幅器）でも同様である。

【０１００】また、本発明において、前記レーザ光発振
源が有するレーザ媒質を、ネオジム：イットリウム・バ
ナジウム酸（以下、Ｎｄ：ＹＶＯ₄と称することがあ
る。）とし、かつ、前記レーザ光増幅手段が有する前記
利得媒質を、ネオジム：イットリウム・アルミニウム・
ガーネット（以下、Ｎｄ：ＹＡＧと称することがあ
る。）とすることが好ましい。

【０１０１】また、本発明においては、前記レーザ光発
振源のレーザ媒質及び前記レーザ光増幅手段の利得媒質
が、ネオジム：イットリウム・アルミニウム・ガーネッ
ト（Ｎｄ：ＹＡＧ）、ネオジム：イットリウム・バナジ
ウム酸（Ｎｄ：ＹＶＯ₄）、ネオジムドープガラス、ネ
オジム：イットリウム・ランタン・フルオライドからな
る群より選ばれた１種のレーザ媒質からなることが好ま
しい。

【０１０２】更に、上記レーザ媒質及び利得媒質におい
て、前記レーザ光発振源のレーザ媒質と前記レーザ光増
幅手段が有する利得媒質とが同一の組成を有することが
好ましい。

【０１０３】また、本発明においては、前記ネオジム
（Ｎｄ：Neodymium ）に代えて、エルビウム（Ｅｒ）、
プラセオジム（Ｐｒ：Praseodymium）、イッテルビウム
（Ｙｂ：Ytterbium ）、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム
（Ｈｏ）及びクロム（II）からなる群より選ばれた１種
の原子をドーパントとして用いることもできる。

【０１０４】次に、本発明に基づくレーザ光発振器（オ
シレータ）とレーザ光増幅器（アンプ）とに使用するレ
ーザ媒質（利得媒質）の材料の選択について説明する。

【０１０５】一般に、レーザ光発振器はレーザ媒質の材
料によって決定されるある特定の波長のレーザ光を発振
する。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザならば１０６４ｎｍ
（他にも発振波長があるが、これが最も一般的に用いら
れ、かつ最も強いスペクトルである。）である。これ
は、そのレーザ媒質の特性によって決まっており、他の
波長（特に、その波長にあたる遷移が存在しない限り）
のレーザ増幅（光の誘導放出）は起こらない。この発振
波長はわずかではあるが、その利得に広がりが存在して
いる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの１０６４ｎｍの発
振線の場合、その利得の広がり（スペクトル幅）は周波
数で１４０ＧＨｚ程度で、波長に換算すると、１ｎｍに
満たない。

【０１０６】レーザ発振はレーザ増幅が共振器の中でフ
ィードバックされて起こる現象であり、レーザ発振もレ
ーザ増幅も光の誘導放出による現象であるから、レーザ
発振器の発振波長（つまり利得のある波長）とレーザア
ンプの利得波長とは同じであるか、或いは、離れていて
もその隔たりがアンプの利得の広がり以内になければな
らない。

【０１０７】従って、上述したように、発振器のレーザ
媒質と増幅器の利得媒質とに同じ材料（媒質）を用いる
ことが望ましい。

【０１０８】また、一般に固体レーザで得られるレーザ
光の中心波長はレーザ媒質の温度で多少シフト（１００
ＧＨｚも動かないのが一般的である。）するので、発振
波長の制御用に、最も利得が高くなるように発振器、増
幅器（利得中心波長を制御）の温度をそれぞれ制御する
こともできる。

【０１０９】ところが、一部の上記材料の組み合わせ
（レーザ媒質と利得媒質の材料の組み合わせ）には、材
料が異なるにも関わらず、利得波長が近接したものも存
在する。例えば、上述したＮｄ：ＹＡＧとＮｄ：ＹＶＯ
₄とはその例であり、双方ともに１０６４ｎｍに利得を
持っていて、これらは互いに増幅しあえるものである。

【０１１０】レーザ光発振器として用いる場合、特に半
導体レーザ励起の場合は、Ｎｄ：ＹＶＯ₄の方が効率の
良い発振が得られる。これは励起光の吸収効率が良いこ
とによるものと考えられる。また、Ｎｄ：ＹＶＯ₄をレ
ーザ媒質として用いると、Ｑスイッチパルスを発生する
場合には、レーザ上準位寿命が短いこともあり、短いパ
ルスが得られやすい傾向にある。短いパルスの場合、同
じ平均出力でも尖塔出力は高くなるので、非線形波長変
換を行った際などはその効率も向上する。

【０１１１】次に、Ｎｄ：ＹＶＯ₄発振器−Ｎｄ：ＹＶ
Ｏ₄増幅器の組み合わせと、Ｎｄ：ＹＶＯ₄発振器−Ｎ
ｄ：ＹＡＧ増幅器の組み合わせとを比べてみる。この場
合、利得の中心波長が十分に重なっているならば、Ｎ
ｄ：ＹＡＧの方がレーザ上準位寿命が長いことから、増
幅器の効率が良くなる可能性がある。また、連続波で励
起される増幅器を繰り返しパルスの増幅に用いる場合に
は、一つのパルスと次のパルスとの間で連続して励起さ
れることによって、媒質中にどれだけエネルギーを蓄え
られるかが効率の良いレーザ増幅のポイントとなる。ま
た、レーザ上準位寿命がパルスの繰り返し間隔に比べて
短い場合には、励起されてもその一部の（上準位寿命が
短ければ短いほどたくさんの）エネルギーは非誘導放出
（自然放出）により次のパルスが来るまでに利得媒質か
ら失われ、励起に用いられたエネルギーは、有効にレー
ザ増幅作用に用いられることが少ない。

【０１１２】実際に用いれるパルス繰り返し周波数は、
通常、７ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度で、パルスの間隔は１
００〜１５０μｓとなっている。ここで、Ｎｄ：ＹＡＧ
の上準位寿命（蛍光寿命と称することがある。）が約２
３０μｓ、Ｎｄ：ＹＶＯ₄の上準位寿命が約９０μｓで
あることを考えると、Ｎｄ：ＹＡＧ増幅器が有利である
ことが分かる。

【０１１３】また、本発明においては、前記レーザ光増
幅手段によって強度増幅されたレーザ光の波長を変換す
る波長変換手段を有することが好ましい。

【０１１４】本発明においては、前記レーザ光増幅手段
（レーザ光増幅器）から出射されるレーザ光をこのまま
使用することが可能であるが、このレーザ光を基本波と
して、波長変換手段によって波長変換することも可能で
ある。特に、波長変換手段を用いて前記基本波レーザ光
の波長を変化させる場合、上述したように、この基本波
レーザ光を波長変換する際の変換効率が小さい（高々１
０％程度）ので、本発明を適用し、基本波レーザ光の強
度を予め大きくしておくことで、波長変換後のレーザ光
を所望の強度にすることができる。また、波長変換の
他、位相変換などの様々な光変調を施す場合にも適用で
きる。

【０１１５】また、特に、前記波長変換手段によってレ
ーザ光の高調波成分を得ることができる。例えば、レー
ザ光発振源としてのＮｄ：ＹＡＧレーザから発振される
波長１０６４ｎｍのレーザ光を基本波として、このレー
ザ光の第５高調波である波長２１３ｎｍのレーザ光を、
安定かつ高出力で得ることが可能である。

【０１１６】次に、本発明のレーザ光発生方法及びレー
ザ光発生装置を適用した半導体露光装置について、図４
を参照しながら説明する。

【０１１７】この半導体露光装置は、図４に示すよう
に、レーザ光発振源（発振器）として、例えば縦単一モ
ード発振するパルスレーザ光源として波長１０６４ｎｍ
でインジェクション等の技術によりＱスイッチ法にて縦
シングルモードで発振するＮｄ：ＹＡＧを用いたＮｄ：
ＹＡＧのＱスイッチレーザ装置１’と、Ｎｄ：ＹＡＧの
Ｑスイッチレーザ装置１’からのレーザ光を複数の周波
数成分に位相変調を行う位相変調器２と、レーザ光増幅
器３としての上述の４パス構造の増幅器とからなるレー
ザ光発生装置１０と、ホウ酸リチウム（ＬＢＯ：ＬｉＢ
₃Ｏ₅）やβ−ホウ酸バリウム（β−ＢＢＯ：β−Ｂａ
Ｂ₂Ｏ₄）等からなり、位相変調器２にて位相変調を受
け、増幅器３で増幅された波長１０６４ｎｍのレーザ光
を例えば５倍の周波数である波長２１３ｎｍの紫外レー
ザ光（第５高調波）に変換する波長変換装置８と、光路
差を生起する作用を有する均一照明装置２３と、この均
一照明装置２３からのレーザ光を所定のパターンで基板
上に投影する投影装置２７とを有している。

【０１１８】また、図示しないが、位相変調器２には、
高周波を発生する高周波信号発生器と、この高周波信号
発生器で発生する高周波を増幅して位相変調器２に出力
するための高周波増幅器とが接続されていてもよい。

【０１１９】Ｎｄ：ＹＡＧのＱスイッチレーザ装置１’
から出射された１０６４ｎｍのレーザ光（以下、基本波
レーザ光と称する。）は、位相変調器２に入射する。ま
た、図示しない高周波信号発生器からの複数の周波数成
分を含む電圧信号は、高周波増幅器に送られて増幅さ
れ、位相変調器２に印加されるように構成されていても
よい。

【０１２０】また、位相変調器２において、上記基本波
レーザ光は、後述するように、位相変調器２で発生する
電気信号（特に、高周波電気信号）に応じて位相変調を
受ける。この位相変調により、波長１０６４ｎｍの基本
波レーザ光の全体のスペクトル幅が広げられる。そし
て、この位相変調を受けて全体のスペクトル幅が広げら
れたレーザ光は、レーザ光増幅器３に送られる。次に、
上述したような増幅手段にて強度増幅されたレーザ光は
波長変換装置８に送られる（ここでは、増幅器３の動作
の説明は省略する）。

【０１２１】波長変換装置８は、複数の非線形光学結晶
を備えている。次に、波長変換装置８内で、基本波レー
ザ光から第５高調波を取り出す際の動作を簡単に説明す
る。

【０１２２】まず、レーザ光増幅器３から出射されたレ
ーザ光が非線形光学結晶であるホウ酸リチウム結晶板
（以下、ＬＢＯと称する。）３０を透過する。この際、
第２高調波である波長５３２ｎｍのレーザ光が発生す
る。また、ＬＢＯ３０から出射するレーザ光は波長１０
６４ｎｍと５３２ｎｍとの両方を含んでいる。

【０１２３】次に、ＬＢＯ３０から出射されたレーザ光
は、色分離ミラー３３ａに入射し、波長１０６４ｎｍの
レーザ光は透過し、波長５３２ｎｍのレーザ光は反射
し、光軸が９０°曲げられてそれぞれ分離される。

【０１２４】分離した波長５３２ｎｍのレーザ光は、さ
らに全反射ミラー３３ｂにて反射し、非線形光学結晶で
あるβ−ホウ酸バリウム結晶板（以下、β−ＢＢＯと称
する。）３１を透過して、第４高調波である波長２６６
ｎｍのレーザ光が発生する。この波長２６６ｎｍのレー
ザ光は、全反射ミラー３３ｃと色分離ミラー３３ｄとに
て反射され、β−ＢＢＯ３２に導かれる。

【０１２５】一方、色分離ミラー３３ａを透過した波長
１０６４ｎｍのレーザ光は、色分離ミラー３３ｄを透過
してβ−ＢＢＯ３２に導かれる。

【０１２６】このβ−ＢＢＯ３２において、波長１０６
４ｎｍのレーザ光と波長２６６ｎｍのレーザ光とに基づ
いて、後述する和周波混合がなされ、基本波レーザ光の
第５高調波である２１３ｎｍの紫外レーザ光が発生し、
この波長２１３ｎｍのレーザ光が波長変換装置８より出
射される。このとき、波長変換後の紫外レーザ光のスペ
クトル幅（Δｆ_5W）は、変換前のスペクトル幅（Δ
ｆ_w）の５倍に広がる（Δｆ_5W＝５Δｆ_w）。また、出
射されるレーザ光には、波長２１３ｎｍのレーザ光の他
に、波長１０６４ｎｍやこの第２高調波である波長５３
２ｎｍのレーザ光等様々な波長成分のレーザ光が含まれ
る。

【０１２７】ここで、上記和周波混合について説明す
る。

【０１２８】上記ＬＢＯやβ−ＢＢＯなどの非線形光学
結晶中にレーザ光が入射したとき、外から加えられたレ
ーザ光の電場の大きさに比例しない非線形分極が発生す
る。この非線形分極が生じて２次の非線形感受率が０で
ない場合、例えば周波数ｆ_a、ｆ_bの２つの光が同時に
入射すると、周波数ｆ_c＝ｆ_a＋ｆ_bの非線形分極が結
晶中に励起される。この分極により周波数ｆ_cの光が放
出される。これが和周波混合の原理であり、波長λ_a、
λ_bのレーザ光が入射するとき出射される和周波の波長
λ_cは、１／λ_c＝１／λ_a＋１／λ_b（式（Ａ））の
関係にある。即ち、波長１０６４ｎｍのレーザ光と波長
２６６ｎｍのレーザ光とが、上記式（Ａ）によって和周
波混合し、波長２１３ｎｍの紫外レーザ光（第５高調
波）となる。なお、和周波混合用の非線形光学結晶は、
和周波の発生効率が最大となる方向にレーザ光が伝搬す
るように加工されている。

【０１２９】次に、プリズム２１は、波長変換装置８よ
り出射される波長２１３ｎｍのレーザ光を含むレーザ光
を各波長成分に分離し、波長２１３ｎｍのレーザ光のみ
をスリット２２を介して均一照明装置２３に送る。

【０１３０】均一照明装置２３は、入射される波長２１
３ｎｍの紫外レーザ光を分離し、光路差を生起して再び
合成する作用を有し、また、この作用を受けたレーザ光
はスペックルノイズが発生しない空間的に均一な光とな
る。次いで、このレーザ光が投影装置２７に出射され
る。

【０１３１】投影装置２７は、レチクル２４と投影レン
ズ２５と半導体ウエハ２６とからなる。レチクル２４
は、半導体ウエハ２６に投影すべきパターンが加工され
ているいわゆるフォトレジストである。投影レンズ２５
は、レチクル２４を透過したレーザ光を半導体ウエハ２
６に縮小投影するレンズである。半導体ウエハ２６には
レジストが塗布されており、レジストの感光作用により
レチクル２４に加工されているパターンが半導体装置側
に転写される。

【０１３２】まず、本発明に基づく半導体露光装置に要
求されるコヒーレント長について説明すると、望ましい
コヒーレント長は、色収差の許容範囲と、スペックルノ
イズを除去可能な条件から決定される。

【０１３３】一般に、コヒーレント長が短いレーザ光
は、スペクトル幅が広く単色性が低い。この場合、色収
差が発生し易い。特に、単一の硝材を使用して投影レン
ズ２５を構成する場合、レンズの色消し、即ち色収差補
正の作用が得られない。従って、十分な結像性能を実現
するには、レンズの実用的なＮＡ値（開口数）や倍率を
考慮すると、８０ｍｍ以上のコヒーレント長が要求され
る。

【０１３４】また、複数種のガラス材を使用して投影レ
ンズ２５を構成し、色消しを行う場合、スペクトル幅の
条件が緩くなる。例えば、ＮＡ＝０．６以上の投影レン
ズで、実用的なガラス材を使用する場合、コヒーレント
長は３０ｍｍ以上であれば、十分な結像性能の実現が可
能である。

【０１３５】また、スペックルノイズを除去するには、
コヒーレント長が短い方が有利であり、実用的には１８
０ｍｍ以下のコヒーレント長が望ましい。

【０１３６】上述したように、単一の硝材を用いて投影
レンズを構成する場合、コヒーレント長は８０ｍｍ以
上、１８０ｍｍ以下であることが望ましく、また、複数
種の硝材を用い投影レンズを構成する場合、コヒーレン
ト長は３０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下であることが望まし
い。

【０１３７】一般に、半導体露光装置に使われている投
影光学系である投影レンズ２５は、極めて高い解像力を
持ち、像面内での各種歪みも極限にまで抑えてある。そ
の解像力は、使用する投影光学系の感光基板としての半
導体ウエハ２６側での開口数ＮＡと使用する露光用照明
光の中心波長（波長幅も関連）とで定義され、例えば中
心波長２１３ｎｍのレーザ光の下でＮＡが０．６５の投
影光学系を用いた場合、投影光学系が屈折光学素子のみ
で構成されるか、屈折光学素子と反射光学素子との組み
合わせで構成されるかの差異、あるいは静止方式の露光
か走査方式の露光かの差異はあったとしても、線幅で
０．１〜０．２μｍ程度の解像度が得られるものと予測
されている。

【０１３８】このような性能を得るためには、実用的な
露光フィールドサイズを揃えつつ、軸上色収差量、倍率
色収差量をともに十分に小さく抑えた状態で、中心波長
２１３ｎｍで十分な透過率を持つ石英（ＳｉＯ₂）のみ
をレンズ材（即ち、単一の硝材からなる投影レンズ）と
した投影光学系を設計する場合、投影露光時にレチクル
に照射される紫外レーザ光のコヒーレント長は約１２６
ｍｍ（波長幅としてスペクトルの半値全幅で表すと約
０．３５ｐｍに相当）と計算された。また、複数の石英
レンズと数枚の蛍石（ＣａＦ₂）レンズとを組み合わせ
て（即ち、複数種の硝材からなる投影レンズ）、わずか
な色収差補正を施した場合、紫外レーザ光のコヒーレン
ト長は約４５ｍｍ（スペクトルの半値全幅で約１．０ｐ
ｍに相当）と計算された。

【０１３９】これら数値例は、投影光学系の開口数ＮＡ
だけではなく、露光フィールドサイズ、投影倍率、色収
差補正量等によっても変化するが、単一ガラス材のレン
ズ素子で構成される投影光学系では、均一照明装置２３
の干渉性低減性能に応じて上限値に制限はあるものの、
紫外レーザ光のコヒーレント長として約８０ｍｍ以上が
要求される。複数のガラス材からなるレンズ素子または
屈折素子と反射素子との組み合わせで構成された投影光
学系では、色収差補正の程度に応じて下限値に制限はあ
るものの、紫外レーザ光のコヒーレント長として約８０
ｍｍ以下が妥当なものと考えられる。

【０１４０】次に、上述のコヒーレント長を実現する紫
外光のパワースペクトルについて言及する。

【０１４１】ここで、本発明のレーザ光発生装置を投影
装置２７の光源として実用する際に、スペックルを低減
するためには、コヒーレント長以上の光路差では十分に
可干渉性が消失することが望ましい。また、鮮明度Ｖ
（τ）とパワースペクトルＳ（ｆ）とはフーリエ変換の
関係にあるので、パワースペクトルがローレンツ分布を
とる場合、鮮明度は指数関数的に減少する。即ち、コヒ
ーレント長以上の光路差での可干渉性はほぼ無視するこ
とができる。例えば、スペクトル半値全幅がΔｆ＝４Ｇ
Ｈｚのローレンツ型スペクトルの光源であるならば、コ
ヒーレント長Ｌ_C＝約７５ｍｍ以上の距離でほとんど可
干渉性を無視することができる。また、前記の３０ｍｍ
＜Ｌ_C＜１８０ｍｍのコヒーレント長の条件を満たすに
は、スペクトル半値全幅が２ＧＨｚ＜Δｆ＜１０ＧＨｚ
であることが要求される。

【０１４２】また、前述したように、位相変調において
は、１つのスペクトルが複数のスペクトルに分離するだ
けで、個々のスペクトルの幅は広がらないため、実際に
は、位相変調によって完全なローレンツ型スペクトルを
得ることは不可能である。

【０１４３】従って、実現可能である最も理想に近いス
ペクトルは、多くの狭帯域なスペクトルが、全体として
スペクトル線幅が例えばΔｆ＝４ＧＨｚのローレンツ型
分布の包絡線をなすような形状である。

【０１４４】また、本発明において、Ｎｄ：ＹＡＧのＱ
スイッチレーザ装置１’としてトランスフォームリミテ
ッドのＱスイッチパルスレーザを使用することができ
る。このＱスイッチパルスレーザは、波長２１３ｎｍに
波長変換した後では、１０ｎｓ程度のパルス幅を有する
ものである。このパルス幅と光速とを乗算することで、
１個のパルスの長さＬ_P（Ｌ_P≒３ｍ）が計算される。
また、Ｌ_P以上の光路差の２光束の干渉現象では、異な
るパルス同士の干渉となるので、可干渉性を示さない。
本発明においては、３ｍ、６ｍ、…の光路差で可干渉性
が再び現れても、発振されるレーザ光がパルス光で、１
個のパルスの長さが３ｍ程度なので、結局３ｍ以上の光
路差での可干渉性は消失する。

【０１４５】従って、本発明に基づく位相変調を用いて
スペクトル幅を例えば４ＧＨｚまで広げることにより、
コヒーレント長Ｌ_C＝７５ｍｍを実現することは十分に
可能である。さらに、各々のスペクトル間隔を１００Ｍ
Ｈｚ程度と緻密にすることにより、可干渉性が再現する
距離を３ｍ程度まで十分に遠ざけることもできる。さら
に、Ｑスイッチレーザ光のパルス幅が１０ｎｓ程度なの
で、３ｍ以上の光路差では可干渉性がない。以上から、
コヒーレント長Ｌ_c以上での可干渉性は無視できること
が分かる。

【０１４６】次に、本発明に基づく位相変調手段を用い
て、広い周波数幅、例えばΔｆ＝４ＧＨｚにわたって緻
密に、例えば周波数間隔ｆ_S＝１００ＭＨｚにて分布す
るスペクトルの発生方法について説明する。

【０１４７】本発明において、上述のスペクトルを二つ
の手段を組み合わせて位相変調させることができる。一
方は、波長変換前の基本波レーザ光に位相変調を行う手
段であり、もう一方は、複数の周波数で位相変調を行う
手段である。

【０１４８】まず、基本波レーザ光に位相変調を行う効
果について説明する。

【０１４９】上述したように、ただ紫外レーザ光に対し
て直接位相変調を施すのみでは、例えばスペクトル線幅
が４ＧＨｚである広い帯域にわたりスペクトルを発生さ
せることは極めて困難である。

【０１５０】例えば、 Φ（ｔ）＝ｍ sin２πｆ_mｔ・・・（１）で表される位相変調関数Φ（ｔ）にて位相変調を行う
と、約２ｍ本のスペクトルが新たに発生し、位相変調を
受けたスペクトルはほぼΔｆ＝２ｍｆ_mの周波数幅に広
がる。そこで、Δｆ＝２ｍｆ_m＝４ＧＨｚを実現するに
は、例えばｆ_m＝２００ＭＨｚにて位相変調するとき、
ｍ＝１０の変調振幅が必要となり、かなりの高電圧を位
相変調器に印加しなければならない。

【０１５１】更に、紫外レーザ光を通過させる電気光学
結晶は限られており、例えばリン酸二水素カリウム（Ｋ
Ｈ₂ＰＯ₄）、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ₄Ｈ₂
ＰＯ₄）、β−ホウ酸バリウム（β−ＢＢＯ）等といっ
た、電気光学効果の小さな結晶しか使用することができ
ない。従って、ｍ＝１０の変調振幅を実現するために
は、一般に５ｋＶ以上の振幅の電圧を位相変調装置に加
える必要があるため、この変調振幅の実現は困難であ
る。また、高い周波数、例えばｆ_m＝１ＧＨｚにて位相
変調する場合、ｍ＝２程度で十分だが、この場合は高周
波かつ大振幅の電圧が必要となるため、位相変調の実現
は困難である。

【０１５２】従って、以上のように紫外レーザ光を直接
位相変調するだけで、４ＧＨｚという幅広い帯域にわた
って変調したスペクトルの線幅を広げることは、高電圧
が必要という理由で実現は困難である。

【０１５３】そこで、波長変換及び強度増幅前の波長１
０６４ｎｍである基本波レーザ光に位相変調を施すこと
により、上記の問題を解決することができる。その効果
としては、以下の２つの効果が挙げられる。

【０１５４】第１には、上記基本波レーザ光の波長変換
を行い、第５高調波を発生させることで、スペクトル幅
をほぼ５倍に広げることができる。これは、基本波レー
ザ光において振幅ｍで位相変調した場合、第５高調波で
は振幅５ｍでの位相変調に相当するからである。

【０１５５】第２には、チタン酸リン酸カリウム（ＫＴ
ｉＯＰＯ₄：ＫＴＰ）、チタン酸砒酸カリウム（ＫＴｉ
ＯＡｓＯ₄）、チタン酸砒酸ルビジウム（ＲｂＴｉＯＡ
ｓＯ₄）、チタン酸砒酸セシウム（ＣｓＴｉＯＡｓ
Ｏ₄）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル
酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）等のように、比較的電気光
学定数の高い結晶を電気光学結晶として使用することが
できる。

【０１５６】例えば、β−ＢＢＯと比較してＫＴｉＯＰ
Ｏ₄は、２０倍以上の電気光学変調効率を示す。従っ
て、印加すべき電圧は、同じサイズの結晶を使う場合、
２０分の１以下になる。

【０１５７】上述の２つの効果により、波長変換前の
（即ち、強度増幅前）の例えば波長１０６４ｎｍである
基本波レーザ光を位相変調することにより、より低い電
圧で、波長２１３ｎｍである第５高調波のスペクトル幅
を広げることが可能である。例えば、この第５高調波に
て、４ＧＨｚまでスペクトル幅を広げる場合、基本波レ
ーザ光を８００ＭＨｚのスペクトル幅に広げればよい。
これは、例えば変調周波数ｆ_m＝２００ＭＨｚ、変調指
数ｍ＝２程度で基本波レーザ光を位相変調することによ
り実現可能である。また、この変調指数は、上記位相変
調器２の材料をＫＴＰ（チタン酸リン酸カリウム：以
下、同様）として、レーザ光が結晶中を通過する部分の
長さを６０ｍｍ、電極間距離を１ｍｍとするとき、振幅
ほぼ５０Ｖ、周波数２００ＭＨｚの電気信号をこの位相
変調器２に印加することで実現可能である。

【０１５８】次に、複数の周波数で位相変調を行う効果
について説明する。

【０１５９】先ず、単一の周波数で位相変調を行うと
き、分割されたそれぞれのスペクトルの強度はベッセル
関数の２乗に比例するため、スペクトル全体の形状は限
定される。また、可干渉性が再現する距離をＬ_Sとする
と、このＬ_Sを遠ざけるために、各々の周波数間隔ｆ_S
を小さくし、なおかつ、スペクトルを広げるには、大き
な変調指数ｍが必要となる。例えば、ｆ_S＝１００ＭＨ
ｚで全体のスペクトル幅Δｆ＝８００ＭＨｚまでスペク
トル幅を広げるとき、変調指数はｍ＝４程度となり、上
述のＫＴＰを用いた位相変調器の例では電極間に印加す
る電圧Ｖ_P-P＝１００Ｖという高い電圧が必要となり、
さらにそのときのスペクトルの形状はローレンツ型から
大きく外れたものとなってしまう。

【０１６０】そこで、本発明においては、複数の周波数
で同時に位相変調を行うことにより上記の問題を解決す
ることができる。また、周波数間隔ｆ_Sを小さくし、か
つスペクトル幅を十分に広げ、さらにローレンツ型に近
いスペクトル形状を実現することが可能となる。

【０１６１】ここで、複数の周波数で同時に位相変調し
た場合、既に示したように、ある周波数成分での位相変
調により発生したスペクトルが、さらに他の周波数成分
により分割され、多くのスペクトル線が発生する。例え
ば、周波数帯域ｆ_m1＝２００ＭＨｚ、変調指数ｍ₁＝
２．０程度で位相変調を行い、さらに周波数帯域ｆ_m2＝
９７ＭＨｚ、変調指数ｍ₂＝１．４で位相変調を行う
と、個々のスペクトルの間隔ｆ_Sが９７ＭＨｚ、全体の
スペクトル幅Δｆが８００ＭＨｚのスペクトルが得られ
る。ここでは、２つの周波数の最小公倍数を十分大きく
して、発生するスペクトルが重なり、打ち消し合わない
ようにするため、ｆ_S＝９７ＭＨｚとしている。

【０１６２】このように、１００ＭＨｚの周波数だけで
Δｆ＝８００ＭＨｚまでスペクトル幅を広げる場合に比
べて、半分の位相変調指数で、同程度の効果が得られる
ことが分かる。さらに、多くの周波数成分の信号を適当
な振幅で印加することにより、スペクトルの形状をロー
レンツ型に近づけることが可能である。

【０１６３】また、複数の周波数で位相変調を行う方法
としては、複数の位相変調装置を直列に配置し、それぞ
れに異なる周波数の電圧を印加する方法と、１個の位相
変調装置に複数の周波数成分をもつ信号を印加する方法
とがある。

【０１６４】上述の２つの方法を組み合わせた場合、基
本波レーザ光に複数の周波数で位相変調することによ
り、低い電圧で、広いスペクトル幅にわたって緻密に発
振させることができる。さらに、位相変調された基本波
レーザ光を第５高調波に変換すると、スペクトル幅はそ
のほぼ５倍に広げることができる。また、各周波数成分
の位相変調指数を最適化することにより、第５高調波の
スペクトルの包絡線を最適なローレンツ型に近づけるこ
とができる。従って、そのようなスペクトルを発生させ
ることにより、コヒーレント長を７５ｍｍ程度まで短く
することができる。

【０１６５】また、位相変調器に用いる材料としては、
上述のように近赤外光を透過するすべての電気光学結晶
について使用可能である。

【０１６６】例えば、ＫＴＰを例にとって説明する。Ｋ
ＴＰにおけるＱスイッチパルスレーザによるレーザ媒質
の損傷のしきい値として、２０Ｊ／ｃｍ²という値が報
告されている。一方、上述の紫外線による半導体露光装
置の光源として使用されるＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレー
ザ発振器のパルス強度は１ｍＪ程度である。ビーム直径
を０．３ｍｍとすると、パワー密度は１．４Ｊ／ｃｍ²
であるため、このパワー密度ではレーザ媒質の損傷しき
い値のほぼ１５分の１となり、レーザ媒質の損傷は防が
れる。

【０１６７】また、このとき、位相変調器のクリアアパ
ーチャ（コーティングが施されるなどした有効径）を１
ｍｍ×１ｍｍとすれば回折損失も発生しない。位相変調
指数ｍは、ＫＴＰの電気光学変調定数ｒ、ＫＴＰの屈折
率ｎ、使用波長λ、電極間の距離ｄ、結晶の長さＬ、印
加電圧Ｖにより以下の式（２）に示される。

【０１６８】ｍ＝（πｒｎ³／λ）×（Ｌ／ｄ）×Ｖ・・・式（２）

【０１６９】ここで、式（２）に波長λ＝１０６４ｎ
ｍ、電気光学変調指数ｒ＝３５ｐｍ／Ｖ、屈折率ｎ＝
１．８３、電極間距離ｄ＝１ｍｍを代入し、結晶の長さ
Ｌ＝６０ｍｍ（加工が困難な場合は長さ３０ｍｍの結晶
を２個直列に配置してもよい。）とすることにより、５
０Ｖ程度の印加電圧でｍ＝２の位相変調指数を実現する
ことができる。

【０１７０】また、他に、ＫＴＰは潮解性を示さず、化
学的に安定であるという利点を有する。

【０１７１】ここで、上述の大きさのＫＴＰを用いた位
相変調器の具体的な構成例を図５に示す。

【０１７２】図５の位相変調器においては、電気光学結
晶素子である一対のＫＴＰ４０ａ及び４０ｂがマウント
４１上で所定の位置に配置されている。ここで、図中ｂ
軸をＫＴＰ４０ａ及び４０ｂの長手方向にとり、ｃ軸を
このｂ軸に対して垂直でかつＫＴＰの設置面に対して垂
直方向にとり、ａ軸をｂ軸及びｃ軸に対して垂直方向に
とると、各ＫＴＰ４０ａ及び４０ｂ上に形成される一対
の面で、ａ、ｃ軸で形成されるａ−ｃ面に対して平行な
面の一方同士が対向するように配置されている。

【０１７３】また、両方のＫＴＰ４０ａ及び４０ｂの
ａ、ｂ軸で形成されるａ−ｂ面に対して平行な一対の面
に形成される電極の一方には、電圧増幅器４３からの電
圧信号がコネクタ４４を介して印加され、もう一方の電
極は、接地されている。また、電圧発生器４２は、上記
位相変調周波数を発生し、この発生した電圧信号を電圧
増幅器４３に出力する。電圧増幅器４３は、電圧発生器
４２で発生した電圧信号を増幅して出力できる。

【０１７４】なお、図５に示した位相変調器において、
ＫＴＰとして長手方向ｔ₂がｔ₂＝６０ｍｍである１つ
の結晶が用いられているのではなく、加工の容易さを考
慮して長手方向が３０ｍｍの結晶が２つ直列に配置して
用いられている。また、長手方向と垂直な面４５は一辺
ｔ₁がｔ₁＝１ｍｍの正方形を有している。

【０１７５】図５によれば、基本波レーザ光は、例え
ば、この一辺ｔ₁が１ｍｍの面で外方側に向かっている
面４５から図中矢印Ａ方向に入射される。この入射され
た基本波レーザ光は、ＫＴＰ４０ａ及び４０ｂの内部
で、電圧発生器４２から出力される位相変調周波数にて
位相変調を受ける。この位相変調を受けたレーザ光は、
面４５と反対方向にある面４６から外方側（図中矢印Ｂ
方向）に出力される。

【０１７６】以上、基本波の位相変調及び複数の周波数
での位相変調により、可干渉性の高いＱスイッチＮｄ：
ＹＡＧレーザの第５高調波のコヒーレント長を半導体露
光装置に望ましい３０〜１８０ｍｍ程度まで短くするこ
とができる。

【０１７７】この結果、小型で消費エネルギーが小さ
く、また、毒性もなく、操作や保持が容易なＱスイッチ
Ｎｄ：ＹＡＧレーザを紫外レーザ光による半導体露光装
置の応用に供することが可能となる。また、位相変調手
段として、ＫＴＰ或いはＫＴＰ誘導体等の結晶を用いた
位相変調装置の使用が可能である。

【０１７８】図４に示した半導体露光装置によれば、均
一照明装置に用いるレーザ光を出射する光源として、Ｑ
スイッチレーザ光源１’と、位相変調器２と、レーザ光
増幅器３とで構成されるレーザ光発生装置１０を用いる
ことができる。

【０１７９】また、上記レーザ光発生装置１０におい
て、Ｎｄ：ＹＡＧで構成され縦単一モードで発振するＱ
スイッチレーザ光源を基本波レーザ光源とし、位相変調
器２にて、この基本波レーザ光に対して複数の周波数成
分にて位相変調を行い、さらに増幅器３にて高出力の増
幅を行った後、出力レーザ光を波長変換手段にて第５高
調波（紫外レーザ光）に波長変換することができる。な
お、本発明のレーザ光発生装置は、狭義には図４のレー
ザ光発生装置１０を指し、広義には波長変換装置８等も
含むものとする。

【０１８０】このように、位相変調時に比較的低い振幅
の正弦波を印加することで、スペクトル幅を十分に広
げ、可干渉性を十分に低くすることができると共に、上
記レーザ光発生装置と均一照明装置との組み合わせによ
り、スペックルノイズを除去することができる。そし
て、上述したように、本発明の主たる目的である定在波
の発生を防止できることは勿論である。

【０１８１】上記スペックルノイズ（干渉ノイズ）は、
上記均一照明装置２３の構成によってもｓｎｏ鮮明度
（ビジビリティ）の程度が異なる。例えば、露光用の紫
外レーザ光に用いられる上記レチクル２４上での照射領
域を矩形或いはスリット状にしつつ、その照射領域内で
の強度分布の均一性を数％未満にする光学系として、従
来からフライアイレンズ・インテグレータによって多数
の２次光源（点光源）が面状に分布した２次光源面を作
ることができる。ここで、前記フライアイレンズとは、
ビーム径より小さなレンズを多数並列に、２次元的に配
置したもので、照明の強度の均一化を図るために用いる
ものである。

【０１８２】この場合、フライアイレンズを代表例とす
るオプチカル・インテグレータ（光の強度を均一化する
ための手段）に入射する紫外レーザ光のコヒーレント長
によっては、生成された多数の２次光源のうちの特定の
間隔以内に接近した点光源から進む光同士が互いに干渉
し合うことがある。この干渉によってレチクル２４上や
半導体ウエハ２６上には、オプチカル・インテグレータ
で作られた多数の２次光源の配列方向に対応した１次元
または２次元の干渉縞が現れることがある。この干渉縞
の鮮明度は紫外レーザ光のコヒーレント長に依存する。

【０１８３】このような干渉縞は、周期性を持つために
本来のランダムな干渉現象であるスペックルノイズと区
別されることもあるが、広義に見ればどちらも干渉現象
であることに差異はなく、レーザ光のコヒーレント長が
極めて大きいときはランダムなスペックルパターンと周
期的な干渉縞との両方が大きなビジビリティ（鮮明度）
で発生し、コヒーレント長の低下と共にまずランダムな
スペックルパターンのビジビリティが許容値以下となっ
て消失し、さらにコヒーレント長を低下させることで周
期的な干渉縞のビシビリティも許容値以下となって消失
させることができる。

【０１８４】実際の半導体露光装置の性能を考えた場
合、その干渉縞のコントラストが数％程度あってもレチ
クル２４の回路パターンを半導体ウエハ２６へ転写する
際の像質劣化を引き起こすことがある。その際には、例
えばオプチカル・インテグレータに入射する紫外レーザ
光の入射角をパルス発振と共に振動ミラー等で微小変化
させ、多数の２次光源の間に位相差（光路長差）を与え
てレチクルや半導体ウエハ上の干渉縞をそのピッチ方向
に１／２周期の整数倍に亘って変位させることで半導体
ウエハ上の露光量分布を積算的に均一化する方法を利用
してよい。

【０１８５】また、オプチカル・インテグレータの使用
による半導体ウエハ上に生じる干渉縞の低減方法として
は、オプチカル・インテグレータの前位に紫外レーザ光
をランダムな方向に透過拡散させる円形拡散板（レモン
スキン等）を設け、それを露光動作中は高速回転させる
方法も利用できる。この場合も、半導体ウエハ上の露光
量分布は複数のパルス光毎にランダムな方向に発生する
多数の干渉縞の重畳積算によって平均化される。

【０１８６】なお、露光装置においては、最終的に半導
体ウエハ上での照明むらが均一化されること、即ち、半
導体ウエハ上の１つのショット領域内のどの点にも目標
露光量が±１％程度の精度で与えられることが重要なの
で、上記均一照明装置２３内に上記振動ミラーや円形拡
散板等によるダイナミックな干渉性低減装置が設けられ
る場合は、そのダイナミックな干渉性低減装置での干渉
ノイズの低減性能も考慮して紫外レーザ光のコヒーレン
ト長を決定することになる。

【０１８７】勿論、上記均一照明装置２３として、上記
波長変換装置８からの紫外レーザ光を複数の光束に分割
し、分割された各光束の間に互いに異なる光路長差（位
相差）を与えてから１つの光束に合成することで、干渉
性を低減するスタティックな干渉性低減装置と、上記ダ
イナミックな干渉性低減装置とを併用してもよい。

【０１８８】この場合は、波長変換装置８からの紫外レ
ーザ光のコヒーレント長がかなり大きく（例えば５００
ｍｍ程度まで）なっても対応可能となるといった大きな
利点もある。このように、大きな値のコヒーレント長ま
で許容されるということは、上記高周波信号発生器４２
で作られる位相変調用の高周波信号の実質的な周波数ス
ペクトラム（複数の周波数の分布幅）が小さくできるこ
とを意味し、高周波信号発生器４２の構成が簡単になる
といった利点がある。

【０１８９】

【発明の作用効果】本発明のレーザ光発生装置によれ
ば、レーザ光を出射するレーザ光発振源と、前記レーザ
光発振源から出射されたレーザ光を、例えば高周波電気
信号によって複数の周波数成分に位相変調する（即ち、
前記レーザ光のスペクトルに幅を持たせる）位相変調手
段と、この位相変調手段によって位相変調されたレーザ
光を利得媒質（又はレーザ媒質、ゲイン媒質）中で複数
回往復（即ち、２ｎ回通過：但しｎは２以上の整数）さ
せて強度増幅するマルチパス構造のレーザ光増幅手段と
をこの順に有しているので、例えば、高出力のレーザ光
を出射できる４パス構造の増幅器において、干渉性を低
下させて利得媒質中での定在波の発生を防止し、出力の
変動を最小限に抑えることができ、安定かつ高強度（高
出力）のレーザ光を発生することができる。また、スペ
ックルノイズを低減することも十分に可能である。

【０１９０】また、本発明のレーザ光発生方法によれ
ば、レーザ光を複数の周波数成分に位相変調（即ち、複
数のスペクトルに分解）し、この位相変調されたレーザ
光を利得媒質中で複数回往復させて強度増幅するので、
例えば、高出力のレーザ光を出射できる４パス構造の増
幅器において、出力の変動を最小限に抑えることがで
き、安定かつ高強度（高出力）のレーザ光を発生するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくレーザ光発生装置の概略フロー
図（Ａ）、及び比較例によるレーザ光発生装置の概略フ
ロー図（Ｂ）である。

【図２】本発明に基づく４パス構造の増幅器を有するレ
ーザ光発生装置の要部概略フロー図である。

【図３】同、４パス構造の増幅器を有するレーザ光発生
装置の要部概略図（Ａ）、このレーザ光発生装置を伝搬
するレーザ光の偏光状態を示す模式図（Ｂ）である。

【図４】本発明を適用した半導体露光装置の概略フロー
図である。

【図５】本発明に使用できる位相変調手段としての位相
変調器の概略斜視図である。

【図６】従来技術に基づく１パス構造のレーザ光発生装
置の要部概略フロー図（Ａ）、同、２パス構造のレーザ
光発生装置の要部概略フロー図（Ｂ）である。

【図７】同、４パス構造のレーザ光発生装置の要部概略
フロー図（Ａ）、このレーザ光増幅器を伝搬するレーザ
光の偏光状態を示す模式図（Ｂ）、この増幅器の利得媒
質内での定常波の発生を示す模式図（Ｃ）である。

【図８】１パス構造、２パス構造及び４パス構造のレー
ザ光増幅器を用いたときの入力強度による出力強度の変
化を示すグラフである。

【符号の説明】

１…レーザ光発振源（発振器）、２…位相変調手段（位
相変調器）、３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃ
…レーザ光増幅器、４…利得媒質、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ…
偏光回転手段、６ａ、６Ｂ、６Ｃ、６ｄ、６ｅ…偏光分
離手段、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７ｄ、７ｅ…レーザ光反射
手段、８…波長変換装置、１０…レーザ光発生装置、１
１Ａ、１１Ｂ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…偏光ビームス
プリッター、１２、１２ａ、１２ｂ…ファラデーローテ
ータ、１３、１３ａ、１３ｂ…１／２波長板、１４…１
／４波長板、１５Ａ、１５Ｂ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ
…レトロリフレクター、２１…プリズム、２２…スリッ
ト、２３…均一照明装置、２４…レチクル、２５…レン
ズ、２６…半導体ウェハ、２７…投影装置、３０…ホウ
酸リチウム（ＬＢＯ）結晶板、３１、３２…β−ホウ酸
バリウム結晶板（β−ＢＢＯ）、３３ａ、３３ｄ…色分
離ミラー、３３ｂ、３３ｃ…全反射ミラー、４０ａ、４
０ｂ…チタン酸リン酸カリウム板（ＫＴＰ）、４１…マ
ウント、４２…電圧発生器、４３…電圧増幅器、４４…
コネクタ、４５、４６…面、５１…節、５２…定在波

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を出射するレーザ光発振源と、前記レーザ光発振源から出射されたレーザ光を複数の周
波数成分に位相変調する位相変調手段と、前記位相変調手段によって位相変調されたレーザ光を利
得媒質中で複数回往復させて強度増幅するレーザ光増幅
手段とをこの順に有する、レーザ光発生装置。
【請求項２】複数の周波数成分からなる電気信号によ
って前記位相変調が行われる、請求項１に記載したレー
ザ光発生装置。
【請求項３】前記レーザ光増幅手段において、前記位相変調手段からのレーザ光が、第１の偏光分離手
段を通過したのち、第１の偏光回転手段に入射してその
偏光方向が回転され、さらに、このレーザ光が第２の偏
光分離手段を通過したのち、前記利得媒質を通過するこ
とによって第１の強度増幅がなされ、次いで、前記第１の強度増幅がなされたレーザ光が、第
２の偏光回転手段に入射してその偏光方向が回転され、
このレーザ光の光路上に設けられた第１のレーザ光反射
手段によって反射されたのち、再度前記第２の偏光回転
手段に入射してその偏光方向が回転されて、前記利得媒
質を通過することによって第２の強度増幅がなされ、次いで、前記第２の強度増幅がなされたレーザ光が、前
記第２の偏光分離手段で分離されて、このレーザ光の光
路上に設けられた第２のレーザ光反射手段によって反射
されたのち、再び、前記第２の偏光分離手段で分離さ
れ、前記利得媒質を通過することによって第３の強度増
幅がなされ、次いで、前記第３の強度増幅がなされたレーザ光が、前
記第２の偏光回転手段に入射してその偏光方向が回転さ
れ、前記第１のレーザ光反射手段によって反射されたの
ち、前記第２の偏光回転手段に入射してその偏光方向が
回転されて前記利得媒質を通過することによって第４の
強度増幅がなされ、次いで、前記第４の強度増幅がなされたレーザ光が、前
記第２の偏光分離手段を通過して、前記第１の偏光回転
手段に入射してその偏光方向が回転されたのち、前記第
１の偏光分離手段で分離されて出射される、ように構成
された、請求項１に記載したレーザ光発生装置。
【請求項４】前記第１の偏光分離手段及び前記第２の
偏光分離手段が、偏光ビームスプリッターからなる、請
求項３に記載したレーザ光発生装置。
【請求項５】前記第１の偏光回転手段がファラデーロ
ーテータ及び１／２波長板からなり、前記第２の偏光回
転手段が１／４波長板からなる、請求項３に記載したレ
ーザ光発生装置。
【請求項６】前記第１のレーザ光反射手段及び前記第
２のレーザ光反射手段が反射鏡からなる、請求項３に記
載したレーザ光発生装置。
【請求項７】前記利得媒質と前記第２のレーザ光反射
手段との距離が、前記位相変調手段によって決定される
前記レーザ光のコヒーレント長の半分の長さよりも長い
距離になるように構成されている、請求項３に記載した
レーザ光発生装置。
【請求項８】前記レーザ光発振源が、Ｑスイッチ法に
よってパルス波を発振する固体レーザ発振源、または、
連続波を発振する固体レーザ発振源からなる、請求項１
に記載したレーザ光発生装置。
【請求項９】前記レーザ光増幅手段に入射するレーザ
光の平均入力強度が１Ｗ以下とされる、請求項３に記載
したレーザ光発生装置。
【請求項１０】前記レーザ光発振源が有するレーザ媒
質が、ネオジム：イットリウム・バナジウム酸からな
り、かつ、前記レーザ光増幅手段が有する前記利得媒質
が、ネオジム：イットリウム・アルミニウム・ガーネッ
トからなる、請求項１に記載したレーザ光発生装置。
【請求項１１】前記レーザ光発振源のレーザ媒質及び
前記レーザ光増幅手段の利得媒質が、ネオジム：イット
リウム・アルミニウム・ガーネット、ネオジム：イット
リウム・バナジウム酸、ネオジムドープガラス、ネオジ
ム：イットリウム・ランタン・フルオライドからなる群
より選ばれた１種のレーザ媒質からなる、請求項１に記
載したレーザ光発生装置。
【請求項１２】前記レーザ光発振源のレーザ媒質と前
記レーザ光増幅手段が有する利得媒質とが同一の組成を
有する、請求項１１に記載したレーザ光発生装置。
【請求項１３】前記ネオジムに代えて、エルビウム、
プラセオジム、イッテルビウム、ツリウム、ホルミウム
及びクロムからなる群より選ばれた１種の原子がドーパ
ントとして用いられる、請求項１１に記載したレーザ光
発生装置。
【請求項１４】前記レーザ光増幅手段によって強度増
幅されたレーザ光の波長を変換する波長変換手段を有す
る、請求項１に記載したレーザ光発生装置。
【請求項１５】前記波長変換手段によってレーザ光の
高調波成分が得られる、請求項１４に記載したレーザ光
発生装置。
【請求項１６】レーザ光を複数の周波数成分に位相変
調し、この位相変調されたレーザ光を利得媒質中で複数
回往復させて強度増幅する、レーザ光発生方法。
【請求項１７】複数の周波数成分からなる電気信号に
よって、前記レーザ光を位相変調する、請求項１６に記
載したレーザ光発生方法。
【請求項１８】前記レーザ光を利得媒質中で複数回往
復させて強度増幅するに際し、位相変調された前記レーザ光を、第１の偏光分離手段を
通過させたのち、第１の偏光回転手段に入射させてその
偏光方向の回転を行い、さらに、このレーザ光を第２の
偏光分離手段を通過させたのち、前記利得媒質を通過さ
せて第１の強度増幅を行い、次いで、前記第１の強度増幅がなされたレーザ光を、第
２の偏光回転手段に入射させてその偏光方向の回転を行
い、このレーザ光の光路上に設けられた第１のレーザ光
反射手段によって反射させたのち、再度前記第２の偏光
回転手段に入射させてその偏光方向の回転を行い、前記
利得媒質を通過させることによって第２の強度増幅を行
い、次いで、前記第２の強度増幅がなされたレーザ光を、前
記第２の偏光分離手段で分離して、このレーザ光の光路
上に設けられた第２のレーザ光反射手段によって反射さ
せたのち、再び、前記第２の偏光分離手段で分離して、
前記利得媒質を通過させることによって第３の強度増幅
を行い、次いで、前記第３の強度増幅がなされたレーザ光を、前
記第２の偏光回転手段に入射してその偏光方向の回転を
行い、前記第１のレーザ光反射手段によって反射させた
のち、前記第２の偏光回転手段に入射させてその偏光方
向の回転を行って前記利得媒質を通過させることによっ
て第４の強度増幅を行い、次いで、前記第４の強度増幅がなされたレーザ光を、前
記第２の偏光分離手段を通過させて、前記第１の偏光回
転手段に入射し、その偏光方向の回転を行ったのち、前
記第１の偏光分離手段で分離して出射する、請求項１６
に記載したレーザ光発生方法。
【請求項１９】前記第１の偏光分離手段及び前記第２
の偏光分離手段を、偏光ビームスプリッターとする、請
求項１８に記載したレーザ光発生方法。
【請求項２０】前記第１の偏光回転手段をファラデー
ローテータ及び１／２波長板とし、前記第２の偏光回転
手段を１／４波長板とする、請求項１８に記載したレー
ザ光発生方法。
【請求項２１】前記第１のレーザ光反射手段及び前記
第２のレーザ光反射手段を反射鏡とする、請求項１８に
記載したレーザ光発生方法。
【請求項２２】前記利得媒質と前記第２のレーザ光反
射手段との距離を、前記位相変調手段によって決定され
る前記レーザ光のコヒーレント長の半分の長さよりも長
い距離とする、請求項１８に記載したレーザ光発生方
法。
【請求項２３】複数の周波数成分に位相変調する際の
前記レーザ光を、Ｑスイッチ法によってパルス波を発振
する固体レーザ発振源、または、連続波を発振する固体
レーザ発振源から発振する、請求項１６に記載したレー
ザ光発生方法。
【請求項２４】前記利得媒質中で複数回往復させて強
度増幅する際の前記レーザ光の平均入力強度を１Ｗ以下
とする、請求項１８に記載したレーザ光発生方法。
【請求項２５】複数の周波数成分に位相変調する際の
前記レーザ光をレーザ光発振源から出射させ、このレー
ザ光発振源が有するレーザ媒質を、ネオジム：イットリ
ウム・バナジウム酸とし、かつ、前記利得媒質を、ネオ
ジム：イットリウム・アルミニウム・ガーネットとす
る、請求項１６に記載したレーザ光発生方法。
【請求項２６】複数の周波数成分に位相変調する際の
前記レーザ光をレーザ光発振源から出射させ、このレー
ザ光発振源が有するレーザ媒質、及び前記利得媒質を、
ネオジム：イットリウム・アルミニウム・ガーネット、
ネオジム：イットリウム・バナジウム酸、ネオジムドー
プガラス、ネオジム：イットリウム・ランタン・フルオ
ライドからなる群より選ばれた１種のレーザ媒質とす
る、請求項１６に記載したレーザ光発生方法。
【請求項２７】前記レーザ光発振源のレーザ媒質と前
記レーザ光増幅手段が有する利得媒質とを同一の組成を
有する媒質とする、請求項２６に記載したレーザ光発生
方法。
【請求項２８】前記ネオジムに代えて、エルビウム、
プラセオジム、イッテルビウム、ツリウム、ホルミウム
及びクロムからなる群より選ばれた１種の原子をドーパ
ントとして用いる、請求項２６に記載したレーザ光発生
方法。
【請求項２９】前記利得媒質中で複数回往復させて強
度増幅した後のレーザ光の波長を波長変換手段によって
波長変換する、請求項１６に記載したレーザ光発生方
法。
【請求項３０】前記波長変換手段によってレーザ光の
高調波成分を得る、請求項２９に記載したレーザ光発生
方法。