JPH11233867A - Pulse laser light generator - Google Patents
Pulse laser light generatorInfo
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- JPH11233867A JPH11233867A JP10028475A JP2847598A JPH11233867A JP H11233867 A JPH11233867 A JP H11233867A JP 10028475 A JP10028475 A JP 10028475A JP 2847598 A JP2847598 A JP 2847598A JP H11233867 A JPH11233867 A JP H11233867A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】AO−Qスイッチの利点を生かしたままで、ス
イッチング時間をより早くしてより高い出力が可能なパ
ルスレーザ光発生装置を実現する。
【解決手段】半導体レーザ1、励起用光学系2、レーザ
結晶3、AO−Qスイッチ4及びレーザ出力ミラー5を
備える従来のレーザ共振器において、レーザ結晶3での
ビーム径を変えずにQスイッチ4内部のレーザ光のビー
ム径のみを小さくするために、対となる凸レンズ9及び
凹レンズ10を、レーザ結晶3とQスイッチ4との間及
びQスイッチ4とレーザ出力ミラー5との間にそれぞれ
配置する。
(57) [Summary] To provide a pulse laser light generator capable of achieving a higher output with a shorter switching time while taking advantage of an AO-Q switch. In a conventional laser resonator including a semiconductor laser 1, an excitation optical system 2, a laser crystal 3, an AO-Q switch 4, and a laser output mirror 5, a Q switch is performed without changing a beam diameter in the laser crystal 3. In order to reduce only the beam diameter of the laser light inside 4, a pair of convex lens 9 and concave lens 10 are arranged between the laser crystal 3 and the Q switch 4 and between the Q switch 4 and the laser output mirror 5, respectively. I do.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、パルスレーザ光発
生装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse laser light generator.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、数nsから数十nsのパルス時間
幅を持つパルスレーザ光発生装置には、パルス光発生の
ための光学素子としてQスイッチが用いられてきた。こ
れは、レーザ共振器内部の内部損失を一時的に大きくす
ることにより、レーザ発振を止め反転分布を成長させ
る。そして、レーザ共振器の内部損失を急激に小さくす
ることにより、急激に発振させレーザ媒質に溜まったエ
ネルギーをパルス光として取り出す。2. Description of the Related Art Conventionally, a Q switch has been used as an optical element for generating pulsed light in a pulsed laser light generator having a pulse time width of several ns to several tens of ns. This temporarily stops increasing the internal loss inside the laser resonator, thereby stopping the laser oscillation and growing the population inversion. Then, by rapidly reducing the internal loss of the laser resonator, the laser light is rapidly oscillated and energy stored in the laser medium is extracted as pulsed light.
【0003】Qスイッチには、大別して2種類のものが
ある。1つは、音響光学効果を用いたAO−Qスイッ
チ、電気光学効果を用いたEO−Qスイッチである。There are roughly two types of Q switches. One is an AO-Q switch using an acousto-optic effect and an EO-Q switch using an electro-optic effect.
【0004】AO−Qスイッチは、レーザ共振器内部に
挿入したガラス等の材質中に共振器内部の循環光とほぼ
垂直方向に超音波の波を発生させて、ブラッグ散乱を起
こさせる。これにより、レーザ共振器内部の循環光は往
復することが出来なくなり、レーザ発振が一時的に止ま
りレーザ媒質での反転分布がたまる。この超音波を瞬間
的にオフにすることにより、パルスレーザ発振を実現す
る。The AO-Q switch generates an ultrasonic wave in a material such as glass inserted into the laser resonator in a direction substantially perpendicular to the circulating light inside the resonator, thereby causing Bragg scattering. As a result, the circulating light inside the laser resonator cannot reciprocate, the laser oscillation is temporarily stopped, and the population inversion in the laser medium is accumulated. By instantaneously turning off the ultrasonic waves, pulsed laser oscillation is realized.
【0005】超音波は、ガラス等の材質にピエゾ素子を
張り付け、これに数十Mhz程度のRFシグナルを印加
することにより発生させる。超音波による散乱効率は、
RFパワーにもより高々40%程度であるが、レーザ発
振を止めるには十分である。[0005] Ultrasonic waves are generated by attaching a piezo element to a material such as glass and applying an RF signal of about several tens Mhz thereto. The scattering efficiency by ultrasound is
Although the RF power is at most about 40%, it is enough to stop laser oscillation.
【0006】AO−Qスイッチの特徴としては、装置が
簡易で、数十から数百kHz程度の繰り返しでパルス発
振させることが出来る。また、経済的なコストも低い。As a feature of the AO-Q switch, the device is simple and can oscillate pulses at repetition of several tens to several hundreds kHz. Also, the economic cost is low.
【0007】しかし、AO―Qスイッチをオンオフする
スイッチング時間は、超音波がQスイッチ媒体での共振
器内部循環光を横切る時間に大きく依存し、レーザビー
ム径500μm、音速6000m/sで約54nsとな
ってしまう。なお、本明細書では特にことわらない限り
「ビーム径」はビームの直径あるいは指定された方向に
おけるビーム幅を指すものとする。利得の大きいレーザ
発振器ではパルス発振タイミングが早くなるので、Qス
イッチ内部の超音波が完全になくなって共振器内部損失
が十分に小さくなる前にレーザ発振が起きる。このた
め、残存する内部損失によってレーザ出力が小さくなる
という欠点がある。However, the switching time for turning on and off the AO-Q switch greatly depends on the time for the ultrasonic wave to cross the circulating light inside the resonator in the Q switch medium, and is about 54 ns at a laser beam diameter of 500 μm and a sound speed of 6000 m / s. turn into. In this specification, "beam diameter" indicates a beam diameter or a beam width in a designated direction unless otherwise specified. Since the pulse oscillation timing is advanced in the laser oscillator having a large gain, the laser oscillation occurs before the ultrasonic wave inside the Q switch completely disappears and the internal loss of the resonator becomes sufficiently small. Therefore, there is a disadvantage that the laser output is reduced due to the remaining internal loss.
【0008】このスイッチング時間が遅いという欠点を
解決するために、レーザ共振器内部のすべてのビーム径
を小さくするという対策が考えられる。こうすると、Q
スイッチ内部におけるビーム径を小さくすることが出来
るが、同時にレーザ媒質中のビーム径も小さくなってし
まう。半導体レーザの光による端面励起方式を考える
と、励起光のスポット径が限られているため、レーザビ
ーム径をある程度以上小さくすることは、励起効率を下
げることになってしまう。また、仮に励起効率を保った
ままビーム径のみを小さく出来ても、レーザの利得が大
きくなるためパルス光の発振タイミングが早くなり、そ
の効果を相殺してしまう。In order to solve the disadvantage that the switching time is slow, a measure to reduce all the beam diameters inside the laser resonator can be considered. Then, Q
Although the beam diameter inside the switch can be reduced, the beam diameter in the laser medium also decreases at the same time. Considering the end-pumping method using the light of the semiconductor laser, the spot diameter of the excitation light is limited. Therefore, if the laser beam diameter is reduced to a certain degree or more, the pumping efficiency is reduced. Even if it is possible to reduce only the beam diameter while maintaining the pumping efficiency, the laser beam gain increases, so that the oscillation timing of the pulsed light is advanced, thereby canceling the effect.
【0009】一方、EO−Qスイッチは電気光学効果を
起こす結晶からなり、この結晶に電圧を印加することに
より4分の1または2分の1波長板の役割を果たす。レ
ーザ共振器内部には、EO−Qスイッチに加えて偏光
板、あるいはブリュースターカットされたレーザ結晶な
どの偏光子がある。例えば、EO−Qスイッチ結晶が、
電圧の印加された状態で4分の1波長板の役割を果たす
場合を考える。通常、EO−Qスイッチ結晶に電圧を印
加していない時には、偏光した内部循環光が往復する。
電圧印加に、レーザ共振器内部で1往復した内部循環光
の偏光方向が90度回転するようにEO−Qスイッチ結
晶を配置する。そうすると、レーザ媒質でのフィードバ
ックが掛からなくなりレーザ発振が止まることになる。
従って、結晶に印加する電圧のオンオフでQスイッチの
働きを実現することになる。On the other hand, the EO-Q switch is made of a crystal that causes an electro-optic effect, and plays a role of a quarter-wave plate or a half-wave plate by applying a voltage to the crystal. Inside the laser resonator, there is a polarizer such as a polarizing plate or a Brewster-cut laser crystal in addition to the EO-Q switch. For example, an EO-Q switch crystal
Consider a case where a quarter-wave plate plays a role in a state where a voltage is applied. Usually, when no voltage is applied to the EO-Q switch crystal, the polarized internal circulating light reciprocates.
The EO-Q switch crystal is arranged so that the polarization direction of the internal circulating light that has reciprocated once inside the laser resonator is rotated by 90 degrees when a voltage is applied. Then, the feedback in the laser medium is not applied, and the laser oscillation stops.
Therefore, the function of the Q switch is realized by turning on and off the voltage applied to the crystal.
【0010】EO−Qスイッチの特徴としては、Qスイ
ッチのスイッチング時間が、Qスイッチ内部のビーム径
の大きさに依存せず、数ns程度と非常に高速な点であ
る。ただし、この駆動には1kV程度の高電圧のオンオ
フ電圧を用いる必要があり、高繰り返しレーザ、例えば
数十kHzから数百kHz程度のものにはあまり用いら
れない。また、Qスイッチの小型化も、必要な電気光学
効果を起こすためにある程度の結晶の大きさが必要なた
め、非常に難しい。従って、EO−Qスイッチは、主に
高出力で大型なパルスレーザ装置に使われて来た。The characteristic of the EO-Q switch is that the switching time of the Q switch does not depend on the size of the beam diameter inside the Q switch, and is very high, about several ns. However, it is necessary to use a high on-off voltage of about 1 kV for this drive, and it is not often used for a high repetition laser, for example, a laser of about several tens to several hundreds kHz. It is also very difficult to reduce the size of the Q switch because a certain crystal size is required to generate the necessary electro-optic effect. Therefore, the EO-Q switch has been mainly used for a high-output and large-sized pulse laser device.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】従来のパルスレーザ装
置で用いられてきたAO−Qスイッチは、数十kHzか
ら数百kHz程度の高繰り返し可能で、小型で経済的な
コストも低く、EO−Qスイッチのように高電圧を必要
としない利点があった。しかし、そのスイッチング時間
が数十ns程度と遅く、高利得レーザでは出力の低下が
起きた。The AO-Q switch used in the conventional pulse laser device has a high repetition rate of several tens of kHz to several hundreds of kHz, is small in size, has a low economic cost, and has an EO-switch. There is an advantage that a high voltage is not required unlike the Q switch. However, the switching time is as slow as several tens of ns, and the output of the high-gain laser is reduced.
【0012】本発明は、前記のAO−Qスイッチの利点
を生かしたままで、スイッチング時間をより早くして従
来よりも高い出力が可能なレーザ共振器およびそれを備
えるパルスレーザ光発生装置を実現することを目的とす
る。The present invention realizes a laser resonator capable of providing a higher output than conventional ones by shortening the switching time while utilizing the advantages of the above-described AO-Q switch, and a pulsed laser light generator including the same. The purpose is to:
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第1の態様では、2つの反射面と、その2つ
の反射面の間に配置されたレーザ媒質と超音波による音
響光学効果を利用したQスイッチとを少なくとも備えた
パルスレーザ発生部と、Qスイッチ内部に伝搬する超音
波の伝搬方向でのレーザビーム径をレーザ媒質内部より
もQスイッチ内部で小さくするためのビ一ム変換手段と
を備える。In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there are provided two reflecting surfaces, a laser medium disposed between the two reflecting surfaces, and acousto-optic by ultrasonic waves. A pulse laser generator having at least a Q switch utilizing the effect, and a beam for reducing the laser beam diameter in the propagation direction of the ultrasonic wave propagating inside the Q switch inside the Q switch inside the laser medium. Conversion means.
【0014】本発明では、少なくともQスイッチ内部で
の超音波の進行方向におけるレーザビームの径が小さく
なればよいので、超音波の進行万向以外におけるレーザ
ビーム径も同時に小さくなってもいっこうに構わない。In the present invention, since the diameter of the laser beam in the traveling direction of the ultrasonic wave at least inside the Q switch only needs to be reduced, the laser beam diameter in all directions other than the traveling direction of the ultrasonic wave may be reduced at the same time. Absent.
【0015】また、本発明におけるビーム変換手段は、
レーザ媒質から射出されたレーザビーム径を縮小する光
学系を、パルスレーザ発生部の2つの反射面の間に備え
ることで得ても良く、光学系として球面または非球面レ
ンズ、またはシリンドリカルレンズを用いて構成されて
も良い。Further, the beam converting means in the present invention comprises:
An optical system for reducing the diameter of the laser beam emitted from the laser medium may be obtained by providing between the two reflection surfaces of the pulsed laser generator, using a spherical or aspherical lens, or a cylindrical lens as the optical system. May be configured.
【0016】他にも、本発明におけるビ一ム変換手段と
して、2つの反射面の少なくとも一方の面、または2つ
の反射面の間に備えられた部材の端面の少なくとも一つ
が、レーザビ一ム径を縮小するように形成するにしても
良く、それらの面形状としては、球面形状や非球面形状
またはシリンドリカルレンズの様な形状でも構わない。In addition, at least one of the two reflecting surfaces or at least one of the end surfaces of the members provided between the two reflecting surfaces is used as a beam converting means in the present invention. May be formed so as to be reduced, and their surface shape may be a spherical shape, an aspherical shape, or a shape such as a cylindrical lens.
【0017】また、これら以外にも本発明におけるビー
ム変換手段としては、2つの反射面の少なくとも一方の
面、または2つの反射面の間に備えられた部材の端面の
少なくとも一つがレーザビーム径を縮小するように形成
され、かつ2つの反射面の間にレーザ媒体から射出され
たビーム径を縮小する光学系とで構成しても構わない。In addition to the above, as a beam converting means in the present invention, at least one of two reflecting surfaces or at least one of end surfaces of members provided between the two reflecting surfaces has a laser beam diameter. An optical system formed so as to be reduced and configured to reduce the diameter of a beam emitted from the laser medium between the two reflecting surfaces may be used.
【0018】このような構成によれば、2つの反射面の
間であるレーザ共振器内部において、レーザ媒質でのビ
ーム径を変えずに、Qスイッチ内部のレーザ光のビーム
径のみを小さくして、AO−Qスイッチのスイッチング
時間を従来よりも高速にし、出力のより大きなレーザ光
を得ることが可能となる。According to such a configuration, in the laser resonator between the two reflecting surfaces, the beam diameter of the laser light in the Q switch is reduced without changing the beam diameter in the laser medium. , The switching time of the AO-Q switch can be made faster than before, and a laser beam with a larger output can be obtained.
【0019】また、上記発明のパルスレーザ光発生装置
に波長変換手段を追加してレーザ要素を構成し、該レー
ザ要素を複数本束ねることによって、紫外パルスレーザ
光を発生可能な紫外パルスレーザ光発生装置を構成して
もよい。Further, a wavelength conversion means is added to the pulse laser light generator of the present invention to constitute a laser element, and a plurality of the laser elements are bundled to generate an ultraviolet pulse laser light capable of generating an ultraviolet pulse laser light. The device may be configured.
【0020】さらに、投影露光装置において、上記紫外
パルスレーザ光発生装置を光源として利用する構成とし
てもよい。Further, in the projection exposure apparatus, the ultraviolet pulse laser light generator may be used as a light source.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
レーザ光発生装置について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a laser light generator according to an embodiment of the present invention will be described.
【0022】本実施形態では、半導体レーザによる端面
励起方式の固体レーザを例として挙げる。本実施形態の
レーザ共振器は、図2に示すように、励起用半導体レー
ザ1、励起光学系2、固体レーザ結晶3、凸レンズ9、
凹レンズ10、AO−Qスイッチ4、凹レンズ10、凸
レンズ9、および、レーザ出力ミラー5を備えて構成さ
れる。In this embodiment, a solid-state laser of an end face pumping type using a semiconductor laser will be described as an example. As shown in FIG. 2, the laser resonator of this embodiment includes a semiconductor laser 1 for excitation, an excitation optical system 2, a solid-state laser crystal 3, a convex lens 9,
It comprises a concave lens 10, an AO-Q switch 4, a concave lens 10, a convex lens 9, and a laser output mirror 5.
【0023】本実施形態のレーザ共振器は、固体レーザ
結晶3およびAO−Qスイッチ4を内部に具備したレー
ザ共振器の構成において、AO−Qスイッチ4内での超
音波の進行方向と平行あるいは略平行な方向におけるレ
ーザビーム径が、固体レーザ結晶3内部よりもAO−Q
スイッチ4内部で小さくなるように、レーザビームの形
状を変換するため凸レンズ9と凹レンズ10からなるビ
ーム変換手段を備えるものである。The laser resonator according to the present embodiment has a configuration in which the solid-state laser crystal 3 and the AO-Q switch 4 are internally provided, and the laser resonator is parallel to the traveling direction of the ultrasonic wave in the AO-Q switch 4. The laser beam diameter in the substantially parallel direction is AO-Q
In order to convert the shape of the laser beam so as to reduce the size inside the switch 4, a beam converting means including a convex lens 9 and a concave lens 10 is provided.
【0024】本実施形態では前記ビーム変換手段は、図
2に示すように、対となる凸レンズ9および凹レンズ1
0を、レーザ結晶3とAO−Qスイッチ4との間及びA
O−Qスイッチ4とレーザ出力ミラー5との間にそれぞ
れ配することで実現している。なお、本発明によるビー
ム変換手段を実現する光学素子の形状及び個数は図2の
例に限定されるものではなく、例えば1個の屈折光学素
子や回折光学素子からなる光学系で実現する構成として
もよい。In this embodiment, as shown in FIG. 2, the beam converting means comprises a pair of convex lens 9 and concave lens 1.
0 between the laser crystal 3 and the AO-Q switch 4 and A
This is realized by disposing each between the OQ switch 4 and the laser output mirror 5. The shape and the number of optical elements for realizing the beam converting means according to the present invention are not limited to the example shown in FIG. 2, but may be, for example, a configuration realized by an optical system including one refractive optical element or diffractive optical element. Is also good.
【0025】本実施形態の比較例として、本発明の特徴
を具備しないレーザ光発生装置を挙げて説明する。なお
比較例のレーザ共振器の具体的な構成例について以下に
説明する。As a comparative example of this embodiment, a laser light generator not having the features of the present invention will be described. A specific configuration example of the laser resonator of the comparative example will be described below.
【0026】図1は、比較例でのレーザ共振器の構成を
示している。図1において、3は固体レーザ結晶Nd:
YVO4(Nd濃度約1%)で発振波長約1064n
m、光軸方向の厚みは2mmである。1は励起用半導体
レーザで、材質はGaAlAs系であり固体レーザ結晶
3の吸収に合わせて中心波長が809nmとなってい
る。その発光面は、非対称で500μm×1μmであ
る。2は球面レンズ、シリンドリカルレンズ等から成る
励起用光学系で、半導体レーザ1から励起光6を効率良
く、しかも円形に整形して、レーザ結晶3の内部に集光
する働きを持つ。FIG. 1 shows the configuration of a laser resonator in a comparative example. In FIG. 1, 3 is a solid-state laser crystal Nd:
Oscillation wavelength of about 1064 n with YVO 4 (Nd concentration about 1%)
m, the thickness in the optical axis direction is 2 mm. Reference numeral 1 denotes a semiconductor laser for excitation, which is made of GaAlAs and has a center wavelength of 809 nm in accordance with the absorption of the solid-state laser crystal 3. The light-emitting surface is asymmetric and 500 μm × 1 μm. Reference numeral 2 denotes an excitation optical system including a spherical lens, a cylindrical lens, and the like. The excitation optical system 2 has a function of efficiently shaping the excitation light 6 from the semiconductor laser 1 into a circular shape and condensing it inside the laser crystal 3.
【0027】レーザ結晶3の端面31には、励起光の波
長809nmに対して透過、レーザ光1064nmに対
しては100%反射するようなコーティングが施されて
いる。また、もう1方の端面32には波長1064nm
の光に対してAR(Anti Reflection)コーティングが
施されている。The end face 31 of the laser crystal 3 is coated so as to transmit the excitation light at a wavelength of 809 nm and reflect 100% of the laser light at 1064 nm. The other end face 32 has a wavelength of 1064 nm.
AR (Anti Reflection) coating is applied to this light.
【0028】5は、曲率半径1mの凹面ミラーである。
この端面51には反射率70%の部分反射コーティング
が施されて、この面51とレーザ結晶端面31の距離は
60mm離れており、この両面によりレーザ共振器が構
成され、波長1064nmの光7が共振器内部で循環
し、その一部がレーザ光8として出力される。Reference numeral 5 denotes a concave mirror having a radius of curvature of 1 m.
The end face 51 is provided with a partially reflective coating having a reflectivity of 70%, and the distance between the face 51 and the laser crystal end face 31 is 60 mm apart. The laser light circulates inside the resonator, and a part thereof is output as laser light 8.
【0029】また、図中の4はAO−Qスイッチであ
り、光軸方向の厚みは20mmである。AO−Qスイッ
チ4は、レーザ共振器の中央に置かれ、従ってレーザ出
力ミラー端面51とAO−Qスイッチ端面42の距離は
20mmである。その材質は溶融石英で、端面41、4
2には、レーザ光の波長1064nmの光に対してAR
コーティングが施されている。AO−Qスイッチ4は、
レ一ザ共振器内部の循環光7を散乱させレ一ザ共振器の
内部損失を大きくしたり、そのまま透過させてレ一ザ共
振器の内部損失を小さくするための部材である。このA
O−Qスイッチ4で与えられるレ一ザ共振器の内部損失
の変化でもって、Qスイッチパルス発振を実現する。ま
た、溶融石英中に印加するRFの周波数は80MHzと
なっている。Reference numeral 4 in the drawing denotes an AO-Q switch, and its thickness in the optical axis direction is 20 mm. The AO-Q switch 4 is located at the center of the laser resonator, so that the distance between the laser output mirror end face 51 and the AO-Q switch end face 42 is 20 mm. The material is fused quartz and the end faces 41, 4
2 has an AR for a laser beam having a wavelength of 1064 nm.
Coated. The AO-Q switch 4
This is a member for scattering the circulating light 7 inside the laser resonator to increase the internal loss of the laser resonator, or to transmit the laser light as it is to reduce the internal loss of the laser resonator. This A
The Q-switch pulse oscillation is realized by the change in the internal loss of the laser resonator given by the O-Q switch 4. The frequency of RF applied to the fused quartz is 80 MHz.
【0030】レーザ共振器内のビームの半径を、ABC
D行列を解くことにより求める。レーザ共振器内部のモ
ードがTEM00のガウシアンであるとすると、Qスイ
ッチ端面41、42でのビーム半径は、それぞれ276
μm、278μmであり、AO―Qスイッチ4内部でも
ほぼ端面と等しいビーム半径である。また、固体レーザ
結晶端面31でのビーム半径は275μmであり、これ
は同時に共振器内部でのビームウエストにもなる。The radius of the beam in the laser cavity is given by ABC
It is obtained by solving the D matrix. Assuming that the mode inside the laser cavity is Gaussian of TEM00, the beam radii at the Q-switch end faces 41 and 42 are 276
μm, 278 μm, and the beam radius is almost equal to the end face inside the AO-Q switch 4. The beam radius at the end face 31 of the solid-state laser crystal is 275 μm, which also serves as a beam waist inside the resonator.
【0031】AO−Qスイッチのスイッチング時間tr
は、一般に下記の数1で求められる。The switching time tr of the AO-Q switch
Is generally obtained by the following equation (1).
【0032】 tr=1.3d/2v・・・・・・・・・(数1) ここで、dはレーザビームの直径であり、vは溶融石英
中での超音波の速度で毎秒5960mである。従って、
Qスイッチ4でのビーム直径554μm(=端面41、
42での半径平均値×2)を上記数1に代入するとスイ
ッチング時間は、約60nsとなる。Tr = 1.3d / 2v (Equation 1) where d is the diameter of the laser beam, and v is the speed of the ultrasonic wave in the fused quartz at 5960 m / s. is there. Therefore,
The beam diameter at the Q switch 4 is 554 μm (= the end face 41,
By substituting the radius average value at 42 × 2) into Equation 1, the switching time is about 60 ns.
【0033】上記数1によると、Qスイッチ4における
ビーム径を小さくすれば、そのスイッチング時間を小さ
くすることが出来る。例えば図1の場合、出力ミラーの
曲率半径を小さくすること等により可能である。なお、
本明細書では特にことわらない限り「ビーム径」は、ビ
ームの直径あるいは指定された方向におけるビーム幅を
指すものとする。According to the above formula 1, if the beam diameter at the Q switch 4 is reduced, the switching time can be shortened. For example, in the case of FIG. 1, it is possible to reduce the radius of curvature of the output mirror. In addition,
In this specification, the term “beam diameter” refers to a beam diameter or a beam width in a specified direction unless otherwise specified.
【0034】しかし、励起パワーを大幅に損失させるこ
となく半導体レーザ1のスポット半径を250μm程度
以上小さくすることは不可能であるため、レーザビーム
径をこれ以上小さくすることには限界がある。However, since it is impossible to reduce the spot radius of the semiconductor laser 1 by about 250 μm or more without significantly reducing the pumping power, there is a limit to reducing the laser beam diameter further.
【0035】また、仮に励起パワーをロスすることなく
半導体レーザのスポット径を小さくすることが出来たと
しても、励起光密度が向上するためレーザの利得が大き
くなって、その結果、パルス発振タイミングが早くな
る。従って、共振器内部損失が残っている段階で発振し
てしまう。このため、スイッチング時間が速くなって
も、その効果を相殺してしまう。Further, even if the spot diameter of the semiconductor laser can be reduced without losing the pump power, the gain of the laser increases because the pumping light density is improved, and as a result, the pulse oscillation timing is reduced. Be faster. Therefore, oscillation occurs when the internal loss of the resonator remains. Therefore, even if the switching time is shortened, the effect is offset.
【0036】本発明は、上述したような点を考慮してな
されたもので、その一実施形態において、図2に示すよ
うな構成のレーザ共振器を備える。図2に示す本実施形
態のレーザ共振器において、励起用半導体レーザ1、励
起光学系2、励起光6は、図1と同じものである。The present invention has been made in view of the above points, and in one embodiment, is provided with a laser resonator having a configuration as shown in FIG. In the laser resonator of the present embodiment shown in FIG. 2, the semiconductor laser for excitation 1, the excitation optical system 2, and the excitation light 6 are the same as those in FIG.
【0037】また、固体レーザ結晶3、AO−Qスイッ
チ4は、図1とほぼ同様のものである。ただし、固体レ
ーザ結晶3の端面31には、曲率半径1.21mの凸面
加工が施されている。5はレーザ出力ミラーで同様に曲
率半径1.21mである。レーザ結晶端面31、32と
レーザ出力ミラー端面51には、図1と同様のコーティ
ングが施されている。そして、レーザ結晶端面31とレ
ーザ出力ミラー端面51の距離は60mmで、これによ
りレーザ共振器を構成する。また、AO−Qスイッチ4
は図1と同様のもので、当該レーザ共振器の中央に置か
れている。The solid-state laser crystal 3 and the AO-Q switch 4 are substantially the same as those in FIG. However, the end face 31 of the solid-state laser crystal 3 is subjected to a convex processing with a radius of curvature of 1.21 m. Reference numeral 5 denotes a laser output mirror having a radius of curvature of 1.21 m. Coatings similar to those in FIG. 1 are applied to the laser crystal end faces 31 and 32 and the laser output mirror end face 51. The distance between the laser crystal end face 31 and the laser output mirror end face 51 is 60 mm, thereby forming a laser resonator. AO-Q switch 4
Is similar to FIG. 1 and is located at the center of the laser resonator.
【0038】また、図2中の薄肉な凸レンズ9は焦点距
離20mm、薄肉な凹レンズ10は焦点距離10mmで
あり、それぞれQスイッチ4に関して対称な位置に置か
れている。Qスイッチ端面41、42から凸レンズ9ま
では約5mm、凸レンズ9と薄肉凹レンズ10の間隔は
約10mmである。Further, the thin convex lens 9 in FIG. 2 has a focal length of 20 mm, and the thin concave lens 10 has a focal length of 10 mm. The distance from the Q switch end faces 41 and 42 to the convex lens 9 is about 5 mm, and the distance between the convex lens 9 and the thin concave lens 10 is about 10 mm.
【0039】レーザ共振器内のレーザビームの半径をA
BCD行列を解くことにより求めると、AO−Qスイッ
チ4における固体レーザ結晶3から光が通過する端面4
1、42でのビーム半径は130μmとなる。また、固
体レーザ結晶端面31でのビーム半径も上記図1の比較
例と等しく257μmである。Let the radius of the laser beam in the laser resonator be A
By solving the BCD matrix, the end face 4 through which light passes from the solid-state laser crystal 3 in the AO-Q switch 4 is obtained.
The beam radius at 1, 42 is 130 μm. The beam radius at the end face 31 of the solid-state laser crystal is 257 μm, which is the same as in the comparative example of FIG.
【0040】本実施形態による共振器内部でのビーム径
のプロファイルを図3に示す。図中の縦線は、図2の光
学素子あるいは光学素子端面に対応している。また、図
中のビーム径は、横軸のスケールに比べて大きくプロッ
トしてある。比較例での共振器と同様に、Qスイッチ内
部と端面41、42ではほとんどビーム径が等しく、Q
スイッチ4におけるビーム径をその端面でのビーム径で
代表させても問題ない。FIG. 3 shows the profile of the beam diameter inside the resonator according to the present embodiment. The vertical line in the figure corresponds to the optical element or the end face of the optical element in FIG. Further, the beam diameter in the figure is plotted larger than the scale on the horizontal axis. As in the resonator of the comparative example, the beam diameter is almost equal between the inside of the Q switch and the end faces 41 and 42,
There is no problem if the beam diameter at the switch 4 is represented by the beam diameter at the end face.
【0041】このような共振器構成によれば、レーザ結
晶3内部でのビーム径、共振器全体の長さは変えずに、
Qスイッチ4内部でのビーム径をレーザ結晶3の内部で
のビーム径の約半分にすることが出来る。According to such a resonator configuration, the beam diameter inside the laser crystal 3 and the overall length of the resonator are not changed.
The beam diameter inside the Q switch 4 can be reduced to about half of the beam diameter inside the laser crystal 3.
【0042】本実施形態では、レーザ結晶3内部で比較
例のレーザ共振器と同じビーム径を実現するため、パル
ス発振タイミングに変化はないことになる。また、パル
スレーザのパルス時間幅は、レーザ共振器の共振器長に
も依存するが、本実施形態では、共振器長も変わらない
ため従来の共振器と同じパルス時間幅を実現することが
出来る。In this embodiment, since the same beam diameter as that of the laser resonator of the comparative example is realized inside the laser crystal 3, there is no change in the pulse oscillation timing. Further, the pulse time width of the pulse laser also depends on the resonator length of the laser resonator, but in the present embodiment, the same pulse time width as that of a conventional resonator can be realized because the resonator length does not change. .
【0043】次に、本実施形態のパルスレーザ光発生装
置によるQスイッチのスイッチング時間が、比較例の約
2分の1になった場合の影響を図4を参照して説明す
る。Next, the effect when the switching time of the Q switch by the pulse laser light generator of the present embodiment is reduced to about half that of the comparative example will be described with reference to FIG.
【0044】図4は、本実施形態のパルスレーザ光発生
装置によるレーザ共振器と比較例でのレーザ共振器につ
いて、共振器内部損失の時間変化をプロットしたグラフ
である。ここで、グラフ横軸は時間、縦軸は共振器内部
損失である。また、時間原点は、AO−Qスイッチ4の
スイッチング開始時とし、パルス発振タイミングは、レ
ーザの利得等によるが、スイッチング開始後30nsと
仮定する。また、共振器内部損失は、AO−Qスイッチ
4による散乱以外にも共振器内での散乱やレーザ結晶中
での損失なども考えられるが、AO−Qスイッチ4によ
る散乱に比べて小さいので無視する。FIG. 4 is a graph plotting the change over time in the internal loss of the laser in the laser resonator according to the present embodiment and the laser resonator in the comparative example. Here, the horizontal axis of the graph is time, and the vertical axis is the internal loss of the resonator. The time origin is the time when the switching of the AO-Q switch 4 is started, and the pulse oscillation timing is 30 ns after the start of the switching, although it depends on the gain of the laser and the like. In addition to the scattering by the AO-Q switch 4, the scattering inside the resonator and the loss in the laser crystal can be considered as the internal loss of the resonator, but it is ignored because it is smaller than the scattering by the AO-Q switch 4. I do.
【0045】図4に示すように、AO−Qスイッチ4の
散乱効率の変化はほぼ線形と近似出来る。このため、比
較例でのレーザ共振器において、内部損失20%の時に
パルス発振が起きる場合でも、本実施形態によれば、内
部損失がほとんど0となる時に発振することになる。As shown in FIG. 4, the change in the scattering efficiency of the AO-Q switch 4 can be approximated to be almost linear. For this reason, in the laser resonator of the comparative example, even when pulse oscillation occurs when the internal loss is 20%, oscillation occurs when the internal loss becomes almost zero according to the present embodiment.
【0046】上述したように、超音波発生源を停止した
後でもAO―Qスイッチ4内に残存する超音波が原因
で、パルスレーザ発振時に共振器内部損失が存在してい
たが、レーザビーム径を超音波の伝搬方向に縮小させる
ことで、共振器内部損失の変化する時間(例えば、図4
で示すように共振器内部損失が0となるまでの時間)が
短くなり、励起光の出力に対して発振するパルスレ一ザ
光の出力を大きくすることができる。また、仮にパルス
発振タイミングが本実施形態におけるものより早い場合
でも、比較例でのレーザ共振器に比べて2分の1の内部
損失時にパルス発振が起きるため、出力パワーの向上の
効果は存在する。As described above, the internal loss of the resonator at the time of pulsed laser oscillation was caused by the ultrasonic waves remaining in the AO-Q switch 4 even after the ultrasonic source was stopped. Is reduced in the propagation direction of the ultrasonic wave, so that the time during which the internal loss of the resonator changes (for example, FIG.
The time required for the internal loss of the resonator to become zero as shown by (2) is shortened, and the output of the pulse laser light oscillating with respect to the output of the pump light can be increased. Further, even if the pulse oscillation timing is earlier than that in the present embodiment, the pulse oscillation occurs when the internal loss is one half of that in the laser resonator of the comparative example, so that the effect of improving the output power exists. .
【0047】本発明はまた、以下に説明するような他の
実施形態によっても実現される。The present invention is also realized by other embodiments as described below.
【0048】例えば、上記図2の実施形態において、固
体レーザ結晶3の端面31をレンズ加工する代わりに、
レーザ出力ミラー5と同様の曲率半径を持ち、固体レー
ザ結晶端面31と同様のコーティングの凹面ミラーを配
置しても良い。その時、レーザ結晶3の両端面を平面と
し、波長1064nmの光に対するARコーティングを
施しておく。このような構成によっても、上記図2の実
施形態と同様に、AO−Qスイッチ4内部のビーム径だ
けを小さくすることができ、同様の効果が期待される。For example, in the embodiment of FIG. 2, instead of processing the end face 31 of the solid-state laser crystal 3 by a lens,
A concave mirror having the same radius of curvature as the laser output mirror 5 and having the same coating as the solid-state laser crystal end face 31 may be provided. At this time, both end faces of the laser crystal 3 are flat, and an AR coating is applied to light having a wavelength of 1064 nm. With such a configuration, as in the embodiment of FIG. 2, only the beam diameter inside the AO-Q switch 4 can be reduced, and the same effect can be expected.
【0049】また、上記図2の実施形態において、共振
器内部に挿入した薄肉凸レンズ9、薄肉凹レンズ10を
それぞれ薄肉凸シリンドリカルレンズ、薄肉凹シリンド
リカルレンズに置き変える構成としてもよい。 AO−
Qスイッチ内部の超音波は、光軸に垂直となる1方向に
のみ進行する。したがって、この方向におけるビーム径
だけを小さくすれば、上記図2の実施形態と同様の効果
が期待出来る。In the embodiment of FIG. 2, the thin convex lens 9 and the thin concave lens 10 inserted into the resonator may be replaced with a thin convex cylindrical lens and a thin concave cylindrical lens, respectively. AO-
Ultrasonic waves inside the Q-switch travel only in one direction perpendicular to the optical axis. Therefore, if only the beam diameter in this direction is reduced, the same effect as the embodiment of FIG. 2 can be expected.
【0050】また、上記図2の実施形態において、固体
レーザ結晶3の端面31をレンズ加工する代わりに、レ
ーザ出力ミラー5と同様の曲率半径を持ち、固体レーザ
結晶端面31と同様のコーティングの凹面ミラーを配置
し、固体レーザ結晶3の両端面を平面とし、その凹面ミ
ラーに波長1064nmの光に対するARコーティング
を施す。さらに、薄肉凸レンズ9の代わりにレーザ結晶
端面32、レーザ出力ミラー5の両端面の曲率をそれぞ
れ変えてレンズ作用を持たせる。さらに加えて、薄肉凹
レンズ10の代わりにAO−Qスイッチ4の端面41、
42の端面の曲率をそれぞれ変えて、レンズ作用を持た
せるように構成してもよい。また、これらの一部のみを
実施しても良い。このような構成により、上記図2の実
施形態と同様に、Qスイッチ内部のビーム径だけを小さ
くすることができ、同様の効果が期待出来る。そして、
レンズを挿入した場合に比べて共振器内部の損失が小さ
くなり、パワーの向上が期待できる。In the embodiment shown in FIG. 2, instead of processing the end face 31 of the solid-state laser crystal 3 into a lens, the end face 31 of the solid-state laser crystal 3 has the same radius of curvature as that of the laser output mirror 5, and has the same coating concave face as the solid-state laser crystal end face 31. A mirror is arranged, and both end faces of the solid-state laser crystal 3 are flat, and the concave mirror is coated with an AR coating for light having a wavelength of 1064 nm. Further, instead of the thin convex lens 9, the curvature of the laser crystal end face 32 and the curvature of both end faces of the laser output mirror 5 are respectively changed to provide a lens function. In addition, instead of the thin concave lens 10, the end face 41 of the AO-Q switch 4,
The curvature of the end surface of each may be changed so as to have a lens function. Also, only some of these may be implemented. With such a configuration, similarly to the embodiment of FIG. 2, only the beam diameter inside the Q switch can be reduced, and the same effect can be expected. And
The loss inside the resonator is smaller than when a lens is inserted, and an improvement in power can be expected.
【0051】また、上述した光学素子の端面にレンズ作
用を持たせるようにした実施形態において、共振器内部
に挿入した薄肉凸レンズ9、薄肉凹レンズ10のレンズ
作用を置き換えるように、薄肉凸シリンドリカルレンズ
加工、薄肉凹シリンドリカルレンズ加工を、レーザ結晶
端面32、レーザ出力ミラー端面、Qスイッチ端面4
1、42の端面にそれぞれ施すように構成してもよい。
また、これらの一部のみを実施してもよい。Further, in the above-described embodiment in which the end surface of the optical element has a lens function, the thin convex cylindrical lens processing is performed so as to replace the lens function of the thin convex lens 9 and the thin concave lens 10 inserted inside the resonator. , Thin concave cylindrical lens processing, laser crystal end face 32, laser output mirror end face, Q switch end face 4
It may be configured to apply to the end faces of 1, 42 respectively.
Also, only some of these may be implemented.
【0052】次に、本発明のレーザ共振器を備えるパル
スレーザ光発生装置の一実施形態について図5を参照し
て説明する。Next, one embodiment of a pulsed laser light generating apparatus having the laser resonator of the present invention will be described with reference to FIG.
【0053】本実施形態のパルスレーザ光発生装置は、
図5に示すように、10本×10本で計100本のレー
ザー要素から構成されている。各レーザ要素は、可視光
あるいは赤外光の長波長光を発生するレーザ光発生部1
00と、発生したレーザ光を紫外光へ変換する波長変換
部104とを有する。The pulse laser light generator of this embodiment is
As shown in FIG. 5, it is composed of a total of 100 laser elements of 10 × 10. Each laser element has a laser light generating unit 1 for generating long-wavelength light of visible light or infrared light.
00 and a wavelength converter 104 for converting the generated laser light into ultraviolet light.
【0054】レーザ光発生部100は、励起用の半導体
レーザ101、光ファイバ102、及び、図2に示す固
体レーザ媒体3、凸レンズ9、凹レンズ10、AO−Q
スイッチ4、レーザ出力ミラー5からなるレーザ共振器
103を有する。The laser light generator 100 includes a semiconductor laser 101 for excitation, an optical fiber 102, a solid laser medium 3, a convex lens 9, a concave lens 10, and an AO-Q shown in FIG.
A laser resonator 103 including a switch 4 and a laser output mirror 5 is provided.
【0055】波長変換部104は、波長を変換する非線
形光学結晶、例えば、2倍波への変換用の非線形光学結
晶と4倍波への変換用の非線形光学結晶とを含んで構成
される。The wavelength conversion unit 104 includes a nonlinear optical crystal for converting a wavelength, for example, a nonlinear optical crystal for converting to a second harmonic and a nonlinear optical crystal for converting to a fourth harmonic.
【0056】半導体レーザ101を除く、各レーザ要素
の断面の寸法は、例えば5mm×5mm程度である。ま
た、ここでは、レーザ要素を100本組み合わせた構成
を例としているが、レーザー要素の数はこれに限定され
るものではない。The cross-sectional dimension of each laser element except for the semiconductor laser 101 is, for example, about 5 mm × 5 mm. Further, here, a configuration in which 100 laser elements are combined is taken as an example, but the number of laser elements is not limited to this.
【0057】本実施形態では、半導体レーザ101から
の励起光は、光ファイバ102を通してレーザ共振器1
03に導かれ、レーザ結晶3(図2参照)を励起する。
なお、光ファイバ102を用いずに、上記図2の実施形
態で行われたように励起用光学系2で集光して、レーザ
共振器103まで導く構成としても良い。In this embodiment, the excitation light from the semiconductor laser 101 is transmitted through the optical fiber 102 to the laser resonator 1.
03, and excites the laser crystal 3 (see FIG. 2).
Note that, instead of using the optical fiber 102, the light may be condensed by the excitation optical system 2 and guided to the laser resonator 103 as in the embodiment of FIG. 2 described above.
【0058】レーザ共振器103には、音響光学効果に
よるQスイッチ4が内蔵されており、波長1064nm
のパルス光を発生する。レーザ共振器103から出力さ
れたパルス光はピーク出力が大きいので、効率の高い波
長変換が行われる。The laser resonator 103 has a built-in Q switch 4 based on the acousto-optic effect, and has a wavelength of 1064 nm.
Of pulsed light. Since the pulsed light output from the laser resonator 103 has a large peak output, highly efficient wavelength conversion is performed.
【0059】レーザ共振器103から出射された基本波
が1064nmであるとすると、最初の非線形光学結晶
(例えばKTP:化学式KTiOPO4)で532nm
の2倍波にされ、2個目の非線形光学結晶(例えばBB
O:化学式BaB2O4)で4倍波の266nmの紫外光
に変換される。さらに、BBO結晶によって、基本波と
4倍波の和周波発生を行い、213nmの紫外光の発生
も可能である。また、他にも、レーザ共振器から出射さ
れた基本波の波長を772nmとし、最初の非線形光学
結晶(例えば、LBO:化学式LiB3O5)で386n
mの波長の2倍波にされ、2個目の非線形光学結晶(例
えば、SBBO:化学式Sr2Be2B2O7)で4倍波の
193nmの紫外光に変換することでも良い。また、波
長の変換効率をさらに上げるために、集光レンズを設
け、レーザ光を集光した後に非線形光学結晶に光を通す
構成としても良い。Assuming that the fundamental wave emitted from the laser resonator 103 is 1064 nm, the first nonlinear optical crystal (for example, KTP: chemical formula KTiOPO 4 ) has a wavelength of 532 nm.
And a second nonlinear optical crystal (eg, BB
O: chemical formula BaB 2 O 4 ), which is converted into a fourth harmonic of 266 nm ultraviolet light. Further, the BBO crystal generates a sum frequency of a fundamental wave and a fourth harmonic, and can generate 213 nm ultraviolet light. In addition, the wavelength of the fundamental wave emitted from the laser resonator is set to 772 nm, and the first nonlinear optical crystal (for example, LBO: chemical formula LiB 3 O 5 ) has a wavelength of 386 nm.
Alternatively, the second nonlinear optical crystal (for example, SBBO: chemical formula Sr 2 Be 2 B 2 O 7 ) may convert the light into a 193 nm ultraviolet light of the fourth harmonic. In order to further increase the wavelength conversion efficiency, a condensing lens may be provided to condense laser light and then pass the light through the nonlinear optical crystal.
【0060】本実施形態の構成によれば、上記構成のレ
ーザ要素を複数本束ねることによって、光出力を足し合
わせて高出力にする事ができると共に、互いに独立した
レーザ要素から光を出力することで、時間的及び空間的
なコヒーレンスを減少させることができ、各々のレーザ
要素を制御することで波長幅の狭帯域化が可能となる。According to the configuration of the present embodiment, by bundling a plurality of laser elements having the above-described configuration, it is possible to add light outputs to achieve high output, and to output light from independent laser elements. Thus, temporal and spatial coherence can be reduced, and the wavelength band can be narrowed by controlling each laser element.
【0061】さらに、レーザ要素を複数本束ねること
で、各レーザ要素からの出力を大きくする必要がない。
このため、波長変換部104の非線形光学結晶への負担
を低減することで、その劣化を最低限に抑えることがで
き、よって、装置の寿命を長くすることができる。ま
た、それぞれのレーザ要素は交換可能に独立に設けられ
ているため、劣化してしまったレーザ要素のみを交換す
ることができる。この様にメンテナンスの点についても
容易となる。Further, by bundling a plurality of laser elements, it is not necessary to increase the output from each laser element.
For this reason, by reducing the load on the nonlinear optical crystal of the wavelength conversion unit 104, the deterioration can be minimized, and the life of the device can be prolonged. Further, since each laser element is provided independently so as to be exchangeable, only the deteriorated laser element can be exchanged. In this way, maintenance becomes easier.
【0062】次に、上記図5の実施形態のパルスレーザ
光発生装置を光源として用いた投影露光装置の実施形態
について、図6を参照して説明する。Next, an embodiment of a projection exposure apparatus using the pulse laser beam generator of the embodiment shown in FIG. 5 as a light source will be described with reference to FIG.
【0063】本実施形態による投影露光装置は、図6に
示すように、上記図5の紫外パルスレーザ光を発生させ
ることが可能なパルスレーザ光発生装置から構成される
レーザ光源61と、レーザ光源61から射出された光を
拡散させるための回転拡散板62と、レーザ光源61か
らの光を下方のフライアイレンズ(またはインテグレー
タレンズ)65に照射させるための反射板64と、フラ
イアイレンズ65と、照明レンズ系66と、露光パター
ンが描画されたマスク67を設置するためのマスク支持
部671と、マスク67に描画されたパターンを半導体
基板(またはウェハー)691上に結像させるための対
物レンズ68と、基板691を載置するための移動ステ
ージ692とを備えている。そして、回転拡散板62
は、図示されていない拡散板回転装置によって回転する
ことができる。また、移動ステージ692は、移動ステ
ージ692を支持する移動ステージ支持部693と、移
動ステージを駆動するためのステージ駆動部695と、
ステージ駆動部695で発生した動力を移動ステージ支
持部693に伝達するための伝達部材694とによっ
て、移動可能となっている。As shown in FIG. 6, the projection exposure apparatus according to the present embodiment comprises a laser light source 61 comprising a pulse laser light generator capable of generating the ultraviolet pulse laser light shown in FIG. A rotating diffuser 62 for diffusing the light emitted from 61, a reflector 64 for irradiating the light from the laser light source 61 to a lower fly-eye lens (or integrator lens) 65, and a fly-eye lens 65. An illumination lens system 66, a mask support 671 for placing a mask 67 on which an exposure pattern is drawn, and an objective lens for imaging the pattern drawn on the mask 67 on a semiconductor substrate (or wafer) 691 68 and a moving stage 692 for mounting the substrate 691. Then, the rotating diffusion plate 62
Can be rotated by a diffuser rotating device (not shown). The moving stage 692 includes a moving stage support 693 for supporting the moving stage 692, a stage driving unit 695 for driving the moving stage,
It can be moved by a transmission member 694 for transmitting the power generated by the stage driving section 695 to the moving stage support section 693.
【0064】この投影露光装置では、レーザ光源61か
らでたビームを回転拡散板62に当て、ビームを拡散す
る。拡散板が回転移動し、拡散板上のビーム位置が変化
することにより、拡散された光の強度分布や位相分布が
変化する。これによってマスクパターンを照射時に生ず
るスペックルを常時変化させて、露光時間中に平均化さ
せることによってスペックルによる悪影響(照度ムラ)
を除去する。この拡散板は、スペックル除去を完全にす
るために2枚にすることもできる。その場合、一方は固
定拡散板にしても良い。両方を異なる方向に動かしても
よい。In this projection exposure apparatus, a beam emitted from a laser light source 61 is applied to a rotating diffusion plate 62 to diffuse the beam. When the diffuser rotates and the beam position on the diffuser changes, the intensity distribution and phase distribution of the diffused light change. As a result, speckles generated during irradiation of the mask pattern are constantly changed and averaged during the exposure time, thereby causing an adverse effect of speckles (illuminance unevenness).
Is removed. The number of the diffusion plates may be two in order to completely remove speckles. In that case, one may be a fixed diffusion plate. Both may be moved in different directions.
【0065】この拡散光をレンズ63でほぼ並行ビーム
の状態にしてから、フライアイレンズ65に入射する。
フライアイレンズ65では、ビームの強度の均一化が行
われ、複数のレンズよりなる照明レンズ系66によって
マスク(またはレチクル)67を照明する。The diffused light is made into a substantially parallel beam state by the lens 63 and then enters the fly-eye lens 65.
In the fly-eye lens 65, the beam intensity is made uniform, and a mask (or reticle) 67 is illuminated by an illumination lens system 66 including a plurality of lenses.
【0066】照明されたマスク67上の回路パターン
は、投影レンズ68によって半導体基板(またはウェハ
ー)691に所定の倍率(1倍〜1/5倍)で縮小投影
される。基板691は移動ステージ692上に置かれて
おり、ステージの移動によってステップ・アンド・リピ
ートや、マスク支持部671にマスク67を移動させる
ための移動機構を設けることで、マスクとの同期した移
動によってスキャン露光が行われる。The illuminated circuit pattern on the mask 67 is reduced and projected by a projection lens 68 onto a semiconductor substrate (or wafer) 691 at a predetermined magnification (1 to 1/5). The substrate 691 is placed on a moving stage 692, and by providing a moving mechanism for moving the mask 67 to the mask supporting portion 671 by step-and-repeat by moving the stage, and moving in synchronization with the mask. Scan exposure is performed.
【0067】本実施形態による投影露光装置によれば、
エキシマレーザでは必要であったガス交換やウィンドウ
交換が必要なくなるために、半導体製造におけるスルー
プットを向上させることができる。その上に更に光源自
体、先に述べたように個々のレーザ要素から出射される
レーザ光の出力を高めているため、ウエハーへの露光時
間の短縮化をはかることができる。このことからも半導
体製造におけるスループットの向上がはかれる。According to the projection exposure apparatus of the present embodiment,
Since gas exchange and window exchange, which are required in the excimer laser, are not required, throughput in semiconductor manufacturing can be improved. In addition, the light source itself further increases the output of the laser light emitted from each laser element as described above, so that the exposure time to the wafer can be shortened. This also improves the throughput in semiconductor manufacturing.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
AO−Qスイッチでも従来より高速のスイッチングが可
能であり高出力のパルスレーザ光出力を得ることが出来
る。As described above, according to the present invention,
Even with the AO-Q switch, higher-speed switching than before can be performed, and a high-output pulsed laser light output can be obtained.
【図1】従来技術のAO−Qスイッチを用いたパルスレ
ーザ共振器の一例を説明する説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a pulse laser resonator using an AO-Q switch according to the related art.
【図2】本発明の一実施形態の構成を示す説明図であ
る。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
【図3】図2の実施形態の要部の構成を示す説明図であ
る。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a main part of the embodiment of FIG. 2;
【図4】本発明の効果を説明するための内部損失と時間
との関係を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between internal loss and time for explaining the effect of the present invention.
【図5】本発明による紫外レーザ光源の一実施形態の構
成を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of an ultraviolet laser light source according to the present invention.
【図6】本発明による投影露光装置の一実施形態の構成
を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.
1…半導体レーザ、 2…励起光学系、 3…レーザ結晶Nd:YVO4(Nd濃度約1%)、 31、32…レーザ結晶端面、 4…AO−Qスイッチ、 41、42…Qスイッチ端面、 5…レーザ出力ミラー、 51…レーザ出力ミラー端面、 6…励起光(波長809nm)、 7…レーザ共振器内部循環光(波長1064nm)、 8…レーザ光(波長1064nm)、 9…薄肉凸レンズ、 10…薄肉凹レンズ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 2 ... Excitation optical system, 3 ... Laser crystal Nd: YVO4 (Nd concentration about 1%), 31, 32 ... Laser crystal end face, 4 ... AO-Q switch, 41, 42 ... Q switch end face, 5 ... Laser output mirror, 51 ... Laser output mirror end face, 6 ... Excitation light (wavelength 809 nm), 7 ... Laser cavity internal circulation light (wavelength 1064 nm), 8 ... Laser light (wavelength 1064 nm), 9 ... Thin convex lens, 10 ... Thin wall concave lens.
Claims (8)
配置されたレーザ媒質及び超音波による音響光学効果を
利用したQスイッチとを少なくとも備えたパルスレーザ
発生部と、 前記Qスイッチ内部に伝搬する超音波の伝搬方向でのレ
ーザビーム径を前記レーザ媒質内部よりも前記Qスイッ
チ内部で小さくするためのビーム変換手段とを備えたこ
とを特徴とするパルスレーザ光発生装置。A pulse laser generator including at least two reflecting surfaces and a Q switch utilizing an acousto-optic effect of a laser medium and ultrasonic waves disposed between the two reflecting surfaces; and the Q switch. A pulsed laser light generator, comprising: a beam converting means for reducing a laser beam diameter in a propagation direction of an ultrasonic wave propagating inside the Q switch inside the laser medium as compared with the inside of the laser medium.
ら射出された前記レーザビーム径を縮小する光学系を、
前記パルスレーザ発生部の2つの反射面の間に備えたこ
とを特徴とする請求項1記載のパルスレーザ光発生装
置。2. An optical system for reducing a diameter of the laser beam emitted from the laser medium.
The pulse laser light generator according to claim 1, wherein the pulse laser light generator is provided between two reflection surfaces of the pulse laser generator.
いて構成されていることを特徴とする請求項2記載のパ
ルスレーザ光発生装置。3. The pulse laser beam generator according to claim 2, wherein said optical system is constituted by using a spherical or aspherical lens.
いて構成されることを特徴とする請求項2記載のパルス
レーザ光発生装置。4. The pulse laser light generator according to claim 2, wherein said optical system is constituted by using a cylindrical lens.
の少なくとも一方の面、または前記2つの反射面の間に
備えられた部材の端面の少なくとも一つが、前記レ―ザ
ビーム径を縮小するように、形成されていることを特徴
とする請求項1記載のパルスレーザ光発生装置。5. The beam conversion means according to claim 1, wherein at least one of the two reflecting surfaces or at least one of the end surfaces of the members provided between the two reflecting surfaces has the laser beam diameter. The pulse laser light generator according to claim 1, wherein the pulse laser light generator is formed so as to be reduced.
または前記2つの反射面の間に備えられた部材の端面の
少なくとも一つが、球面又は非球面形状であることを特
徴とする請求項5記載のパルスレーザ光発生装置。6. A surface of at least one of the two reflecting surfaces,
6. The pulse laser light generator according to claim 5, wherein at least one of the end faces of the member provided between the two reflection surfaces has a spherical or aspherical shape.
または前記2つの反射面の間に備えれた部材の端面の少
なくとも一つが、シリンドリカルレンズと同様な形状で
あることを特徴とする請求項5記載のパルスレーザ光発
生装置。7. At least one of the two reflecting surfaces,
6. The pulse laser beam generator according to claim 5, wherein at least one of the end faces of the member provided between the two reflecting surfaces has a shape similar to a cylindrical lens.
の少なくとも一方の面、または前記2つの反射面の間に
備えられた部材の端面の少なくとも一つが前記レーザビ
一ム径を縮小するように形成され、かつ前記2つの反射
面の間に前記レーザ媒体から射出されたビーム径を縮小
する光学系が備えられたことを特徴とする請求項1記載
のパルスレーザ光発生装置。8. The beam conversion means according to claim 1, wherein at least one of said two reflection surfaces or at least one of end surfaces of members provided between said two reflection surfaces reduces said laser beam diameter. 2. The pulse laser light generator according to claim 1, further comprising an optical system formed to reduce the diameter of a beam emitted from the laser medium between the two reflecting surfaces.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10028475A JPH11233867A (en) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | Pulse laser light generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10028475A JPH11233867A (en) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | Pulse laser light generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11233867A true JPH11233867A (en) | 1999-08-27 |
Family
ID=12249682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10028475A Pending JPH11233867A (en) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | Pulse laser light generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11233867A (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US12512641B2 (en) * | 2022-05-25 | 2025-12-30 | Gigaphoton Inc. | Extreme ultraviolet light generation apparatus and electronic device manufacturing method |
-
1998
- 1998-02-10 JP JP10028475A patent/JPH11233867A/en active Pending
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