JP2001044550A - 超狭帯域化レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エタロンを用いることなく、１ラインのみで
発振し、しかもそのラインの波長幅を約０．２ｐｍ程度
に狭帯域化できる超狭帯域化レーザ装置を提供する。 【解決手段】 ウエッジ板１５は、入射面１５ａと出射
面１５ｂとのなす角αが約４．４度のウエッジになって
いる。またウエッジ板１５は、入射面１５ａ及び出射面
１５ｂ共にノーコートのフッ化カルシウム基板で形成さ
れている。レーザ光Ｌ１のウエッジ板１５内へ入る際に
屈折する角度は、入射面１５ａの垂線に対して約３７．
１度になる。ウエッジ角αが約４．４度なので、ウエッ
ジ板１５内でレーザ光が出射面１５ｂに当たるときの角
度は約３２．７度になる。従って、出射面１５ｂから出
射する出射光の角度θ３は、ブリュースタ角である約５
７度（ａｒｃｓｉｎ（１．５５８６５＊ｓｉｎ３２．
７））になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザチャンバか
らの発振レーザ光を狭帯域化して、露光装置へ露光光源
として供給する狭帯域化レーザ装置に関し、特にフッ素
レーザ又はこのレーザよりも波長の短いレーザのレーザ
光を狭帯域化する超狭帯域化レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リソグラフィ用の露光機に要求される性
能としては、解像度、アライメント精度、処理能力、装
置信頼性など種々のものが存在する。その中でも、パタ
ーンの微細化に直接つながる解像度Ｒは、Ｒ＝ｋ・λ／
ＮＡ（ｋ：定数、λ：露光波長、ＮＡ：投影レンズの開
口数）によって表される。従って良好な解像度を得るた
めには、露光波長λが短い程有利になる。

【０００３】そこで、従来の露光機においては、水銀ラ
ンプのｉ線（波長：３６５ｎｍ）や、波長が２４８ｎｍ
のクリプトンフッ素（ＫｒＦ）エキシマレーザが露光機
光源として利用されている。これらはそれぞれｉ線露光
機及びＫｒＦ露光機と呼ばれており、これらｉ線露光機
及びＫｒＦ露光機で用いられている投影光学系として
は、石英ガラスから成るレンズを多数組み合わせた縮小
投影レンズが広く用いられている。

【０００４】また微細な加工を行うための次世代露光機
として、波長が１９３ｎｍのアルゴンフッ素（ＡｒＦ）
エキシマレーザを露光光源に用いた露光機が用いられ始
めており、これはＡｒＦ露光機と呼ばれる。ＡｒＦ露光
機では、波長幅が約０．６ｐｍまで狭帯域化されたＡｒ
Ｆエキシマレーザが用いられており、また縮小投影光学
系には、二種類の材質から成る色消しレンズが用いられ
ている。

【０００５】なお、ＡｒＦエキシマレーザの波長幅を約
０．６ｐｍまで狭帯域化する狭帯域化素子としては、エ
タロン、モードセレクタが知られている。

【０００６】このモードセレクタは、干渉計型波長選択
素子とも呼ばれ、レーザ共振器の一部を干渉計と同等の
光学系で構成する手法であり、全反射膜が施された２枚
のミラーと、部分反射膜が施された１枚のビームスプリ
ッタとから構成される。

【０００７】このような干渉計型波長選択素子について
は、例えば「ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＯＦ ＴＨＥ ＩＥＥ
Ｅ，ＶＯＬ．６０，ＮＯ．４，ＡＰＲＩＬ １９７２，
ｐｐ．４２２−４４１」に記載されている。

【０００８】更に、上述したＡｒＦ露光機の次世代のリ
ソグラフィ用露光機としては、光源に波長が約１５７ｎ
ｍのフッ素レーザを用いたフッ素露光機が検討されてい
る。

【０００９】このフッ素レーザでは、波長と光強度が異
なる２本の発振線（発振ラインとも呼ばれる）があり、
波長はそれぞれ１５７．５２３３ｎｍと１５７．６２９
９ｎｍであり、それぞれの発振線の波長幅は１〜２ｐｍ
程度であると言われている。

【００１０】そのフッ素レーザを露光に利用するには、
一般に強度の大きい波長（１５７．６２９９ｎｍ）のラ
インのみ１本を選択して用いる（以下、１ライン化とい
う）のが有利とされており、従来においては、その１ラ
イン化には、プリズムが１〜２個用いられていた。

【００１１】なお、フッ素レーザの２ライン化に関して
は、例えば、「ＣＡＮ．Ｊ．ＰＨＹＳ．ＶＯＬ．６３，
１９８５，ｐｐ２１７−２１８」に記載されている。

【００１２】また、フッ素レーザの１ライン化に関して
は、例えば、「ＳＰＩＥ、２４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｌｉｏ
ｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｆｅｂ．１９９９．」において実
験結果が報告されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、フッ素露光
機では、それまで（すなわちＡｒＦ露光機まで）の露光
機で一般に用いられてきたレンズのみによる屈折型の縮
小投影光学系が適用困難になる。

【００１４】その理由としては、波長が１５７ｎｍで
は、石英ガラスにおける透過率が極めて低くなり、フッ
化カルシウム等のごく限られた材質しか利用できなくな
る。

【００１５】そのため、フッ化カルシウムのみによる単
色レンズを用いて縮小投影レンズを構成した場合には、
フッ素レーザを１ライン化しても狭帯域化は不十分であ
り、その１ラインに対して、さらにその１／１０程度の
波長幅（約０．２ｐｍ）まで狭帯域化する必要があると
言われている。

【００１６】このようにフッ素レーザの１ラインに対し
て０．２ｐｍ以下の狭帯域化が困難であったことから、
縮小投影光学系として、レンズのみによる全屈折型光学
系より１０倍広い波長幅で利用できるとされている反射
屈折型縮小投影光学系（カタディオプトリク型とも呼ば
れる）を適用する必要があると考えられていた。

【００１７】なお従来、フッ素レーザにおいて、１ライ
ン化されたレーザ光を、例えばエタロンを用いて、さら
に狭帯域化すること（以下、超狭帯域化という）は、下
記の理由から困難であった。

【００１８】一般に、エタロンでは部分反射膜が必要に
なる。ところが、フッ素レーザにおける１５７ｎｍの波
長においては、耐光強度の高い部分反射膜を施すことが
困難であった。

【００１９】すなわち、波長が１５７ｎｍの真空紫外域
では、多くの光学材における吸収率が高いため、この光
学材におけるレーザ光の吸収による温度上昇により、部
分反射膜にダメージが生じ易くなる。

【００２０】しかもフッ素レーザでは、パルス幅が５〜
１０ｎｓであり、エキシマレーザの半分程度と短いこと
から、パルスレーザ光のピークパワーが高くなり、この
ためコーティング材においてダメージが生じ易くなる。

【００２１】そこで、本発明の課題は、エタロンを用い
ることなく、１発振線のみで発振し、しかもその発振線
の波長幅を約０．２ｐｍ程度に狭帯域化できる超狭帯域
化レーザ装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段、作用および効果】上記課
題を解決するため、本発明の第１発明ではフッ素レーザ
又はこのレーザよりも波長の短いレーザのレーザ光を発
振するレーザチャンバを備え、該レーザチャンバからの
レーザ光を狭帯域化して、露光装置へ露光光源として供
給する超狭帯域化レーザ装置であって、ビーム分割面を
有する干渉計型波長選択素子を備え、前記干渉計型波長
選択素子は、前記レーザチャンバから発振されるレーザ
光の前記ビーム分割面への入射角がブリュースタ角より
も大きい角度になるように配置されていることを特徴と
する。

【００２３】また、第２発明では、第１発明において、
前記干渉計型波長選択素子は、全反射面の機能を有する
２つの反射材と、前記ビーム分割面の機能を有しコーテ
ィング処理が施されていない所定のウエッジ板とから構
成されていることを特徴とする。

【００２４】また、第３発明では、第１発明において、
前記干渉計型波長選択素子は、全反射面の機能を有する
１つの反射材と、全反射面及びビーム分割面の機能を有
しコーティング処理が施されていない所定のウエッジ板
とから構成されていることを特徴とする。

【００２５】また、第４発明では、第２発明又は第３発
明において、前記所定のウエッジ板は、前記レーザチャ
ンバから発振されるレーザ光をブリュースタ角よりも大
きい角度の入射角をもって前記ビーム分割面に入射させ
たときに、前記ビーム分割面とは反対側に位置する出射
面から出射する当該レーザ光の光軸と該出射面に対する
垂線との成す角の角度がブリュースタ角となるべく、光
学素子で形成されていることを特徴とする。

【００２６】また、第５発明では、第２発明又は第３発
明において、前記干渉計型波長選択素子から出射される
レーザ光を透過させ、且つ前記所定のウエッジ板と同一
の機能を有しコーティング処理が施されていない第２の
ウエッジ板を備え、前記第２のウエッジ板のエッジが、
前記干渉計型波長選択素子からのレーザ光の光軸を基準
にして、前記所定のウエッジ板のエッジの位置とは反対
側に位置するように、前記第２のウエッジ板が配置され
ていることを特徴とする。

【００２７】次に上記第１及び第２発明および第４及び
第５発明について、図１及び図２を参照して説明する。

【００２８】図１に示すように、干渉計型波長選択素子
１２は、レーザ光を分割する部分反射面（ビーム分割
面）を有するビームスプリッタとしてのウエッジ板１５
と、このウエッジ板１５の部分反射面で反射するレーザ
光が共振するように配置される２枚のミラー１４ａ、１
４ｂとで構成されている。

【００２９】ウエッジ板１５は、部分反射面（つまりフ
レネル反射する面）の機能を有する入射面１５ａと、出
射面１５ｂとのなす角（ウエッジ角）αが約４．４度の
ウエッジになっている。

【００３０】またウエッジ板１５は、表面及び裏面とも
に（すなわち入射面１５ａ及び出射面１５ｂ）、コーテ
ィングが施されていないフッ化カルシウム（ＣａＦ２）
基板で形成されている。

【００３１】さらに図２に示すように、ウエッジ板１７
は、ウエッジ板１５と同様の構成及び機能を果たすもの
であるが、レーザ光の光軸に対して、エッジの位置がウ
エッジ板１５の場合と反対の方向に配置されている。

【００３２】ところで、レーザ光Ｌ１はウエッジ板１５
内へ入る際に屈折するが、その屈折する角度は、入射面
１５ａの垂線に対して約３７．１度（これをθ２とす
る）になる（図２参照）。

【００３３】また、ウエッジ板１５のウエッジ角αが約
４．４度であることから、ウエッジ板１５内でレーザ光
が出射面１５ｂに当たるときの角度は約３２．７度（つ
まり４７．１−４．４＝３２．７）になる。

【００３４】従って、出射面１５ｂから出射する出射光
の光軸と出射面１５ｂに対する垂線との成す角（以下、
出射角という）の角度θ３は約５７度（つまりａｒｃｓ
ｉｎ（１．５５８６５＊ｓｉｎ３２．７）＝５７）にな
る（図２参照）。つまり出射角の角度θ３は、ほぼブリ
ュースタ角θBになる。

【００３５】そしてこのレーザ光Ｌ２がウエッジ板１７
を透過することにより、レーザ光Ｌ３の進行方向は、レ
ーザ光Ｌ１の進行方向と平行になる。

【００３６】以上説明したように第１発明、第２発明及
び第４発明によれば、エタロンを用いることなく、１発
振線のみで発振し、しかもその発振線の波長幅を約０．
２ｐｍ程度に狭帯域化できる。

【００３７】また、入射角をブリュースタ角よりも大き
くなるようにしているので、ビーム分割面における反射
率が高まり、全反射する反射材を配置することができ
る。

【００３８】また、ビーム分割面における反射率が高ま
るので、該ビーム分割面における部分反射膜を施す必要
がない。

【００３９】さらに、ウエッジ板を使用しているので、
ビーム分割面（つまり入射面）と反対側の出射面におけ
る出射光の角度を約５７度のブリュースタ角に合わせる
ことができることとなり、よってウエッジ板の出射面に
無反射コーティングを施す必要がない。

【００４０】すなわち、ビーム分割面としての機能を有
するウエッジ板においては、部分反射膜及び無反射コー
ティングを施すことなく、ウエッジ板のダメージを抑制
（軽減）することができる。また、上述した第５発明に
よれば、エタロンを用いることなく、１発振線のみで発
振し、しかもその発振線の波長幅を約０．２ｐｍ程度に
狭帯域化できる。

【００４１】また、干渉計型波長選択素子は、互いにエ
ッジの位置がレーザ光の光軸に対して反対の位置になる
ように配置された２つのウエッジ板を有しているので、
これら２つのウエッジ板におけるレーザ光の屈折方向が
反対になるので、干渉計型波長選択素子に入射するレー
ザ光の進行方向と、干渉計型波長選択素子から出射する
するレーザ光の進行方向とを平行にすることができる。

【００４２】次に第３発明について図５を参照して説明
する。

【００４３】図５に示すように、干渉計型波長選択素子
２０は、２つの反射面２１ａ、２１ｂと１つの部分反射
面２２ａとを有する波長選択素子であるが、１つの反射
面２１ａと部分反射面２２ａとが同一のウエッジ板２３
に形成されている。

【００４４】このウエッジ板２３は、レーザチャンバ１
３（図１参照）からのレーザ光Ｌ１をブリュースタ角θ
B（約５７度）よりも大きい角度（例えば７０度）の入
射角θ１をもってウエッジ板２３の部分反射面２２ａに
入射させたときに、部分反射面２２ａとは反対側に位置
する出射面（ブリュースタ面）２２ｂから出射する当該
レーザ光の光軸と該出射面に対する垂線とのなす角（出
射角）の角度がブリュースタ角θBとなるべく、光学部
品で形成され配置されている。

【００４５】このウエッジ板２３は、表面及び裏面とも
に（すなわち部分反射面２２ａ及び出射面２２ｂ）、コ
ーティングが施されていないフッ化カルシウム（ＣａＦ
２）基板で形成されている。

【００４６】上述した第３発明によれば、エタロンを用
いることなく、１発振線のみで発振し、しかもその発振
線の波長幅を約０．２ｐｍ程度に狭帯域化できる。

【００４７】また、干渉計型波長選択素子においては、
全反射面の機能を有する１つの反射材と、ウエッジ板に
おける全反射面との間の光学距離を短く（例えば約１０
ｍｍ前後）することができる。

【００４８】また、第６発明では、第２発明において、
前記干渉計型波長選択素子は、マイケルソン型の干渉計
型波長選択素子であることを特徴とする。

【００４９】次に、第６発明について、図６を参照して
説明する。

【００５０】干渉計型波長選択素子３０は、マイケルソ
ン干渉計を利用したタイプであり、２つの反射面と１つ
の部分反射面とを有する。すなわち、干渉計型波長選択
素子３０は、２つのミラー３４ａ、３４ｂとウエッジ板
３５とで構成されている。分散プリズム３３ｂを透過し
たレーザ光は、ノーコートのウエッジ板３５に対して、
約８５度の角度で入射するようになっている。

【００５１】上述したように、第６発明によれば、エタ
ロンを用いることなく、１発振線のみで発振し、しかも
その発振線の波長幅を約０．２ｐｍ程度に狭帯域化でき
る。

【００５２】また、入射角をブリュースタ角よりも大き
くなるようにしているので、ビーム分割面における反射
率が高まり、全反射する反射材を配置することができ
る。

【００５３】さらに、ウエッジ板を使用しているので、
ビーム分割面（つまり入射面）と反対側の出射面におけ
る出射光の角度を約５７度のブリュースタ角に合わせる
ことができることとなり、よってウエッジ板の出射面に
無反射コーティングを施す必要がない。

【００５４】また、第７発明では、第２発明において、
前記干渉計型波長選択素子は、マイケルソン型の干渉計
型波長選択素子であって、当該所定のウエッジ板は分散
プリズムで形成されていることを特徴とする。

【００５５】次に、第７発明について、図９を参照して
説明する。

【００５６】ウエッジ板として利用される１つの分散プ
リズム３３ｂと２つのミラー３４ａ、３４ｂとで、マイ
ケルソン干渉計タイプの干渉計型波長選択素子５０が形
成されている。すなわち、フッ素レーザを１ライン化す
るために用いられている分散プリズム３３ａ、３３ｂの
うち、分散プリズム３３ｂにおける分散プリズム３３ａ
側の表面（ビーム分割面に相当）で、ビームを分割する
ようにしている。

【００５７】またその面（ビーム分割面に相当）におい
て反射率が約５０％程度になるように、約８５度という
大きな角度の入射角で、分散プリズム３３ａからのレー
ザ光が入射されるように、分散プリズム３３ｂが配置さ
れている。

【００５８】上述したように、第７発明によれば、エタ
ロンを用いることなく、１発振線のみで発振し、しかも
その発振線の波長幅を約０．２ｐｍ程度に狭帯域化でき
る。

【００５９】また、ブリュースタ角（約５７度）よりも
大きな角度（例えば約８５度）の入射角をもって入射光
が入射するようにしているので、分散プリズムの表面反
射が大きくなるものの、その表面反射によるレーザ光を
干渉計型波長選択素子で用いるようにしているので、そ
の表面反射は損失にならない。

【００６０】すなわち、１ライン化されたレーザ光をさ
らに狭帯域化するために利用されることとなり、分散プ
リズムの表面反射によるレーザ光を有効に利用すること
ができる。

【００６１】また、第８発明では、第６発明又は第７発
明において、前記干渉計型波長選択素子は、前記所定の
ウエッジ板を透過したレーザ光を反射させる反射面と当
該ウエッジ板との間に、前記所定のウエッジ板と同一の
機能を有しコーティング処理が施されていない第２のウ
エッジ板が更に設けられ、前記第２のウエッジ板及び所
定のウエッジ板は、前記所定のウエッジ板からのレーザ
光の光軸を基準にして、これら２つのエッジが互いに反
対側に位置するように配置されていることを特徴とす
る。

【００６２】次に、第８発明について、図８を参照して
説明する。

【００６３】この干渉計型波長選択素子４０もマイケル
ソン干渉計を利用したタイプであり、２枚のミラー４１
ａ、４１ｂと２つのウエッジ板４２、４３で構成されて
いる。

【００６４】ウエッジ板４２は、干渉計型波長選択素子
３０おけるウエッジ板３５と同様に、ウエッジ角αが約
１８度になっている。また、ウエッジ板４２は、レーザ
光Ｌ４１の入射角がブリュースタ角よりも大きい角度を
もって入射するように配置されている。

【００６５】一方、第２のウエッジ板４３は、ウエッジ
板４２とミラー４１との間に、例えばレーザ光Ｌ４２に
対して、そのエッジの位置がウエッジ板４２の場合と反
対の方向になるように配置されている。

【００６６】以上説明したように、第８発明によれば、
エタロンを用いることなく、１発振線のみで発振し、し
かもその発振線の波長幅を約０．２ｐｍ程度に狭帯域化
できる。

【００６７】また、干渉計型波長選択素子は、互いにエ
ッジの位置がレーザ光の光軸に対して反対の位置になる
ように配置された２つのウエッジ板を有しているので、
これら２つのウエッジ板におけるレーザ光の屈折方向が
反対になるので、これら２つのウエッジ板に温度変化が
発生した場合であっても、レーザ光の屈折方向は一定と
なり、よって干渉計型波長選択素子としての選択波長を
安定化させることができる。

【００６８】さらに、第９発明では、第１発明におい
て、前記干渉計型波長選択素子は、全反射面の機能を有
する１つの反射材と、前記ビーム分割面及び部分反射面
の機能を有しコーティング処理が施されていないウエッ
ジ板とから構成され、前記ウエッジ板は、前記レーザチ
ャンバから発振されるレーザ光がブリュースタ角よりも
大きい角度の入射角をもって前記ビーム分割面に入射し
たときに、自己のウエッジ板を透過するレーザ光が前記
部分反射面に対し垂直に出射されるように形成されてい
ることを特徴とする。

【００６９】次に、第９発明について、図１１を参照し
て説明する。

【００７０】干渉計型波長選択素子７０は、ウエッジ板
７１とミラー７１とから構成されており、ウエッジ板７
１の部分反射面７１ａ、７１ｂが共にコーティングが施
されていないフッ化カルシウム（ＣａＦ２）基板で形成
されている。

【００７１】ウエッジ板７１は、部分反射面７１ａに対
する入射角がブリュースタ角よりも大きい約７０度の角
度をもって入射光が入射されるときに、ウエッジ板７１
内部を透過中の透過光が、部分反射面７１ｂに対し垂直
に出射されるように形成され、配置されている。

【００７２】さらにウエッジ板７１の部分反射面７１ｂ
は部分反射面の機能を有するものの、出力鏡としての役
目を果たしている。

【００７３】以上説明したように、第９発明によれば、
エタロンを用いることなく、１発振線のみで発振し、し
かもその発振線の波長幅を約０．２ｐｍ程度に狭帯域化
できる。

【００７４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて添付図面を参照して説明する。

【００７５】図１は、超狭帯域化フッ素レーザ装置１０
０の構成を示す構成図である。

【００７６】同図に示すように、超狭帯域化フッ素レー
ザ装置１００においては、全反射鏡１１と、干渉計型波
長選択素子１２とで共振器が構成されており、この共振
器間にレーザチャンバ１３が配置されている。

【００７７】干渉計型波長選択素子１２は、レーザ光を
分割する部分反射面（つまりビーム分割面）を有するビ
ームスプリッタとしてのウエッジ板１５と、このウエッ
ジ板１５の部分反射面で反射するレーザ光が共振するよ
うに配置される２枚のミラー１４ａ、１４ｂとで構成さ
れている。

【００７８】ウエッジ板１５は、部分反射面（つまりフ
レネル反射する面）の機能を有する入射面１５ａと、こ
の入射面とは反対側に位置する出射面１５ｂとのなす角
（ウエッジ角）αが約４．４度のウエッジになってい
る。

【００７９】またウエッジ板１５は、表面及び裏面とも
に（すなわち入射面１５ａ及び出射面１５ｂ）、コーテ
ィングが施されていないフッ化カルシウム（ＣａＦ２）
基板で形成されている。

【００８０】さらに、レーザチャンバ１３からのレーザ
光Ｌ１がブリュースタ角θB（約５７度）よりも大きい
角度の入射角をもってウエッジ板１５の入射面１５ａへ
入射されるように、ウエッジ板１５が配置されている。

【００８１】このような干渉計型波長選択素子１２を拡
大した様子を図２に示す。この図２においては、干渉計
型波長選択素子１２に加えて、ミラー１４ａに配置され
たピエゾ素子１６と、ウエッジ板１７とが示されてい
る。

【００８２】ピエゾ素子１６は、図示しない制御装置の
移動制御に従ってミラー１４ａを微少に前後に移動させ
る。ミラー１４ａが前後に移動すると、この移動に伴っ
てミラー１４ａとミラー１４ｂとの間隔（光学距離）が
変化するため、干渉計型選択素子１２による選択波長が
変化する。このようにピエゾ素子１６を制御して光学距
離を調整することにより、波長の安定化を図るようにし
ている。

【００８３】ここでは、ミラー１４ａとミラー１４ｂと
の間の光学距離を約２０ｍｍになるように設定されてい
る。

【００８４】何故ならば、フッ素レーザ（１５７ｎｍ）
において、仮に、反射率が極大となる波長の間隔（以
下、ＦＳＲという）が０．５ｐｍ以下になると、約１ｐ
ｍの元の波長幅のラインの中心に、選択波長の中心を合
わせても、両サイドの選択波長も１ｐｍの波長幅の中に
入ってしまうことになり、結果として、１ラインが、３
本の細いラインになって発振することになる。

【００８５】そこで、これを防止するためにはＦＳＲを
０．５ｐｍより大きくする必要があり、このため干渉計
型波長選択素子１２の２つの反射面の間隔（光学距離）
を約２４ｍｍ未満（この根拠については後述する）にし
なければならないので、本実施形態では、当該光学距離
を約２０ｍｍに設定している。

【００８６】ウエッジ板１７は、ウエッジ板１５と同様
の構成及び機能を果たすものであるが、レーザ光Ｌ２の
光軸に対して、そのエッジの位置がウエッジ板１５の場
合と反対の方向に配置されている。つまり、ウエッジ板
１５のエッジはミラー１４ｂ側に位置しているのに対
し、ウエッジ１７のエッジはミラー１４ａ側に位置して
いる。さらに、レーザ光Ｌ２の入射角がブリュースタ角
θB（約５７度）となるようにウエッジ板１７が配置さ
れている。

【００８７】係るウエッジ板１７は、詳細については後
述するが、干渉計型波長選択素子１２からのレーザ光Ｌ
２をレーザ光Ｌ１の光軸と平行にするために用いられ
る。

【００８８】ところで、超狭帯域化フッ素レーザ装置１
００において発生されるレーザ光はＰ波であり、また、
ウエッジ板１５への入射角θ１が約７０度になるように
ウエッジ板１５が配置されているため、ウエッジ板１５
における反射率は、図３に示すグラフから分かるよう
に、約５％である。また、干渉計型波長選択素子１２全
体としての反射率は、図４に示すように、特定の波長に
おいて高反射率を有するカーブになる。この図４におい
てはＦＳＲは約０．６ｐｍになっている。

【００８９】ここで、反射率が極大となる波長の間隔で
あるＦＳＲは、数式１で表される。

【００９０】ＦＳＲ＝λ＾２／２ｄ…（１） ただし、λは波長であり、ｄはレーザ光が共振する２つ
の反射面間の光学距離であり、＾はべき剰である。

【００９１】この実施形態では、ミラー１４ａとミラー
１４ｂとの間の光学距離が約２０ｍｍに設定されている
ので、λ＝１５７．６２９９ｎｍ、ｄ＝２０ｍｍを上記
数式１に代入して、この数式１を演算すると、ＦＳＲ≒
０．６ｐｍになる。これは、図４から分かるように、約
０．６ｐｍおきに高い反射率になっているということと
一致する。

【００９２】ここで、１ラインが３本の細いラインにな
って発振することを防止するためにはＦＳＲを０．５ｐ
ｍより大きくする必要があり、そのために光学距離ｄを
２４ｍｍ未満にしなけらばならない根拠について説明す
る。

【００９３】上記数式１を変形することにより、光学距
離ｄは、数式２で表される。

【００９４】ｄ＝λ＾２／（２・ＦＳＲ）…（２） ここで、λ＝１５７．６２９９ｎｍ、ＦＳＲ＝０．５ｐ
ｍを上記数式２に代入して、この数式２を演算すると、
ｄ≒２４ｍｍになる。この光学距離ｄはＦＳＲとは反比
例の関係にあるので、ＦＳＲを０．５ｐｍより大きくす
るためには、光学距離ｄを２４ｍｍ未満にしなければな
らないことになる。

【００９５】ところで、フッ素レーザでは、エキシマレ
ーザに比べてゲインが非常に高いことが知られており、
そのため本実施形態においては、出力鏡（干渉計型波長
選択素子１２全体）の反射率が１％程度以上でレーザ発
振する。一方、反射率が約１％以下ではレーザ発振が抑
制される。

【００９６】このレーザ発振する約１％以上の反射率の
領域においては、図４に示す様に、ＦＳＲ（約０．６ｐ
ｍ）の１／４の約０．１５ｐｍの波長幅になる。よって
元の波長幅（約１ｐｍ）の１ラインは１／６程度に狭帯
域化されることになる。

【００９７】なお、出力鏡の機能を果たす干渉計型波長
選択素子１２においては、レーザ光Ｌ１はウエッジ板１
５内へ入る際に屈折するが、その屈折する角度は、入射
面１５ａの垂線に対して約３７．１度（これをθ２とす
る）になる（図２参照）。

【００９８】また、ウエッジ板１５のウエッジ角αが約
４．４度であることから、ウエッジ板１５内でレーザ光
が出射面１５ｂに当たるときの角度は約３２．７度（つ
まり３７．１−４．４＝３２．７）になる。

【００９９】従って、出射面１５ｂから出射する出射光
の光軸と出射面１５ｂに対する垂線との成す角（以下、
出射角という）の角度θ３は約５７度（つまりａｒｃｓ
ｉｎ（１．５５８６５＊ｓｉｎ３２．７）＝５７）にな
る（図２参照）。つまり出射角の角度θ３は、ほぼブリ
ュースタ角θBになる。

【０１００】このように出射角がブリュースタ角θBの
角度をもって出射面１５ｂからレーザ光Ｌ２が出射する
場合には、出射面１５ｂにおいては反射は殆ど生じな
い。

【０１０１】このレーザ光Ｌ２の光軸とレーザ光Ｌ１の
光軸とは平行になっている方が良いのであるが、実際に
は、これら２つの光軸は平行になっていない。

【０１０２】そこで、レーザ光Ｌ２をウエッジ板１７に
透過させると、エッジの位置がウエッジ板１５の場合と
反対の方向に配置されているウエッジ板１７において
は、屈折特性がウエッジ板１５の場合と反対になるの
で、結果として、ウエッジ板１７から出射されるレーザ
光Ｌ３は、レーザ光Ｌ１の光軸と平行になる。

【０１０３】次に係る構成の超狭帯域化フッ素レーザ装
置１００の動作について、図１及び図２を参照して説明
する。

【０１０４】レーザチャンバ１３から出射されたレーザ
光Ｌ１がウエッジ板１５に入射すると、一部のレーザ光
はウエッジ板１５の入射面１５ａに反射し、他のレーザ
光はウエッジ板１５を透過する。この透過したレーザ光
は出射角がブリュースタ角θBの角度をもった方向にレ
ーザ光Ｌ２として出射される。

【０１０５】これに対し、ウエッジ板１５の入射面１５
ａに反射したレーザ光は、ミラー１４ｂに反射してウエ
ッジ板１５を透過した後、ミラー１４ａに反射する。こ
のミラー１４ａに反射したレーザ光は、ウエッジ板１５
の出射面１５ｂに反射してレーザ光Ｌ２として出射され
ると共に、ウエッジ板１５を透過する。

【０１０６】このウエッジ板１５を透過したレーザ光
は、ミラー１４ｂに反射して更にウエッジ板１５の入射
面１５ａに反射した後、レーザチャンバ１３内部に進
む。

【０１０７】そして、ウエッジ板１５をブリュースタ角
θBをもって出射したレーザ光Ｌ２が、さらにウエッジ
板１７を透過することにより、ウエッジ板１７からは、
レーザ光Ｌ１の光軸と平行なレーザ光Ｌ３が出射され
る。この出射されるレーザ光Ｌ３は、波長幅が約０．２
ｐｍ程度まで狭帯域化されている。

【０１０８】なお、上述した実施形態では、フッ素レー
ザの狭帯域化について説明したが、本発明はこれに限定
されることなく、フッ素レーザよりも波長の短いレー
ザ、例えば波長が１２６ｎｍの希ガス分子レーザ＝アル
ゴンダイマ（Ａｒ２）レーザを狭帯域化する場合にも適
用できる。

【０１０９】この場合、同一の干渉計型波長選択素子１
２を採用する際には、ミラー１４ａとミラー１４ｂとの
間隔（光学距離ｄ＝２０ｍｍ）を変更する必要がある。

【０１１０】すなわち、λ＝１２６ｎｍ、ＦＳＲ＝０．
５ｐｍを上記数式２に代入して、この数式２を演算する
と、ｄ≒１６ｍｍになる。したがって、光学距離ｄを１
６ｍｍ未満に設定すればよい。

【０１１１】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、以下のような作用効果を奏する。

【０１１２】（ａ）干渉計型波長選択素子で用いられる
ビームスプリッタとしてノーコートのウエッジ板を用
い、しかも入射角をブリュースタ角よりも大きい角度に
なるようにウエッジ板を配置するようにしたので、特定
の選択的波長においてフッ素レーザを発振させるために
最適な反射率を得ることがでるので、ウエッジ板の部分
反射面には、部分反射膜を施す必要がない。

【０１１３】（ｂ）また、出射角がブリュースタ角θB
の角度（約５７度）をもって出射面１５ｂからレーザ光
Ｌ２が出射されるので、この出射面１５ｂにおいては反
射は殆ど生じないこととなり、よってウエッジ板の出射
面における無反射コーティングを施す必要がない。

【０１１４】換言すれば、ウエッジ板に対して部分反射
膜及び無反射コーティングを施す必要がないので、ウエ
ッジ板のダメージを抑制することができる。よってウエ
ッジ板、さらには干渉計型波長選択素子の寿命を延ばす
ことができる。

【０１１５】（ｃ）また、エッジの位置がウエッジ板１
５の場合と反対の方向に配置されているウエッジ板１７
にレーザ光Ｌ２を透過させることにより、レーザ光Ｌ３
を、レーザ光Ｌ１の光軸と平行に戻すことができる。
（ｄ）さらに、エタロンを用いることなく、１発振線の
みで発振し、しかもその発振線の波長幅を約０．２ｐｍ
程度に狭帯域化できる。

【０１１６】［第２の実施の形態］図５は、図１に示し
た干渉計型波長選択素子１２の他の実施の形態に係る干
渉計型波長選択素子２０の構成を示す構成図である。

【０１１７】同図に示すように、干渉計型波長選択素子
２０は、２つの反射面２１ａ、２１ｂと１つの部分反射
面（ビーム分割面）２２ａとを有する波長選択素子であ
るが、１つの反射面２１ａと部分反射面２２ａとが同一
のウエッジ板２３に形成されている。

【０１１８】このウエッジ板２３は、レーザチャンバ１
３（図１参照）からのレーザ光Ｌ１をブリュースタ角θ
B（約５７度）よりも大きい角度（例えば７０度）の入
射角θ１をもってウエッジ板２３の部分反射面２２ａに
入射させたときに、部分反射面２２ａとは反対側に位置
する出射面（ブリュースタ面）２２ｂから出射する当該
レーザ光の光軸と該出射面に対する垂線とのなす角（出
射角）の角度がブリュースタ角θBとなるべく、光学部
品で形成され配置されている。

【０１１９】このウエッジ板２３は、表面及び裏面とも
に（すなわち部分反射面２ａ及び出射面２２ｂ）、コー
ティングが施されていないフッ化カルシウム（ＣａＦ
２）基板で形成されている。

【０１２０】かかる構成の干渉計型波長選択素子２０に
入射するレーザ光は、反射面２１ａと反射面２１ｂとの
間で共振するようになっている。

【０１２１】なお、図５には示されていないが、上記干
渉計型波長選択素子１２と同様に、ピエゾ素子が、反射
面２１ｂと反対側の面に配置され、図示しない制御装置
の移動制御にしたがって、微少に前後に移動されるよう
になっている。

【０１２２】ところで、干渉計型波長選択素子２０にお
いては、上述した干渉計型波長選択素子１２（図２参
照）におけるミラー１４ａとミラー１４ｂとの間の光学
距離と比較して、反射面２１ａと反射面２１ｂとの間の
光学距離を短くし易い特徴を持っている。

【０１２３】何故ならば、ウエッジ板２３には、図５に
示すように、１つの反射面２１ａと部分反射面２２ａと
が形成され、且つ、入射角が約７０度になるようにウエ
ッジ板を傾斜させているので、レーザ光Ｌ１を、部分反
射面２２ａにおける反射面２１ａの近傍に入射させるこ
とができ、しかも、当該部分反射面２２ａに反射したレ
ーザ光を、反射面２２ａと反射面２２ｂとの間で共振さ
せることができるからである。

【０１２４】ここで、特にフッ素レーザの１ラインを更
に狭帯域化するならば、上述したように干渉計型波長選
択素子２０における２つの反射面の間隔（光学距離）を
２０ｍｍ以下にする必要がある。

【０１２５】すなわち、第１の実施形態で説明したよう
に、フッ素レーザ（１５７ｎｍ）においてＦＳＲが０．
５ｐｍ以下になると、１ラインが、３本の細いラインに
なって発振することになるので、ＦＳＲを０．５ｐｍよ
り大きくする必要があり、よって干渉計型波長選択素子
２０の２つの反射面の間隔（光学距離）を約２４ｍｍ未
満にしなければならない。

【０１２６】望ましくは、この光学距離を約１２ｍｍに
設定した方が良い。何故ならば、λ＝１５７．６２９９
ｎｍ、ｄ＝１２ｍｍを上記数式１に代入し、この数式１
を演算すると、ＦＳＲは約１ｐｍになることから、１ラ
インをさらに狭帯域化し易くなる。

【０１２７】次に係る構成の干渉計型波長選択素子２０
の動作について、図５を参照して説明する。

【０１２８】最初に、レーザ光Ｌ１がウエッジ板２３の
部分反射面２２ａに入射すると、レーザ光Ｌ１は、部分
反射面２２ａで反射されると共に、ウエッジ板２３を透
過する。この透過したレーザ光は、出射面（ブリュース
タ面）２２ｂから出射角＝ブリュースタ角θBをもって
レーザ光Ｌ２として出射される。

【０１２９】一方、部分反射面２２ａで反射したレーザ
光は、ミラー２４の反射面２１ｂに反射してウエッジ板
２３を透過した後、反射面２１ａで反射する。この反射
面２１ａで反射したレーザ光は、ウエッジ板２３を透過
すると共に、部分反射面２２ａに反射して出射面２２ｂ
に進む。

【０１３０】この出射面２２ｂまで進だレーザ光は、出
射面２２ｂからブリュースタ角θBをもってレーザ光Ｌ
２として出射される。この出射されるレーザ光Ｌ２は、
波長幅が約０．２ｐｍ程度まで狭帯域化されている。

【０１３１】一方、反射面２１ａで反射してウエッジ板
２３を透過したレーザ光は、ミラー２４の反射面２１ｂ
に反射して、さらに部分反射面２２ａに反射した後、レ
ーザチャンバ１３の内部に進む。

【０１３２】なお、上記実施形態において、レーザ光Ｌ
２側に、ウエッジ板２３と同様の構成及び機能を果たす
ウエッジ板を配置し、かつそのウエッジ板を、レーザ光
Ｌ２の光軸に対して、そのエッジの位置がウエッジ板２
３の場合と反対の方向に配置するようにしても良い。こ
れによりレーザ光Ｌ２をレーザ光Ｌ１と平行にすること
ができる。

【０１３３】また、上述した実施形態では、フッ素レー
ザの狭帯域化について説明したが、本発明はこれに限定
されることなく、フッ素レーザよりも波長の短いレー
ザ、例えば波長が１２６ｎｍのＡｒ２レーザを狭帯域化
する場合にも適用できる。

【０１３４】以上説明したように、第２の実施形態によ
れば、上述した第１の実施形態の作用効果を期待するこ
とができることは勿論のこと、１つのウエッジ板２３に
反射面２１ａ及び部分反射面２２ａを形成することによ
り、干渉計型波長選択素子４０における２つの反射面の
光学的間隔を短くし易くなる。

【０１３５】［第３の実施の形態］図６は、超狭帯域化
フッ素レーザ装置２００の構成を示す構成図である。

【０１３６】同図に示すように、超狭帯域化フッ素レー
ザ装置２００においては、出力鏡３１と干渉計型波長選
択素子３０とで共振器が構成されている。すなわち、干
渉計型波長選択素子３０が全反射鏡として機能してい
る。この共振器中には、レーザチャンバ３２と、フッ素
レーザを１ライン化するために２個の分散プリズム３３
ａ、３３ｂが配置されている。

【０１３７】干渉計型波長選択素子３０は、マイケルソ
ン干渉計を利用したタイプであり、２つの反射面と１つ
の部分反射面とを有する。すなわち、干渉計型波長選択
素子３０は、２つのミラー３４ａ、３４ｂとウエッジ板
３５とで構成されている。

【０１３８】この実施形態の特徴としては、ウエッジ板
３５の部分反射面（入射面）３５ａからミラー３４ａま
での光学距離と、ウエッジ板３５の出射面（ブリュース
タ面）３５ｂからミラー３４ｂまでの光学距離との差に
よって、選択波長の周期であるＦＳＲが定まることか
ら、ＦＳＲを０．５ｐｍより大きくすることが容易であ
る。

【０１３９】本実施形態では、分散プリズム３３ｂを透
過したレーザ光は、ノーコートのウエッジ板３５に対し
て、約８５度の角度で入射するようになっている。この
ように入射角が８５度の場合には、図３に示した反射率
のグラフから分かるように、ウエッジ板３５における反
射率は約５０％となる。

【０１４０】マイケルソン干渉計型の干渉計型波長選択
素子３０の全体としての反射率特性においては、部分反
射率が５０％の場合、図７に示すように、反射と透過が
交互に現れ、波長選択特性が最も良くなっている。

【０１４１】また、ウエッジ板３５のウエッジ角αは、
約１８度になっている。これにより、８５度の入射角を
もってウエッジ板３５に入射したレーザ光は、約５７度
のブリュースタ角θBでウエッジ板３５を出射していく
ことになることから、ウエッジ板３５の出射面３５ｂで
は反射損失は生じない。

【０１４２】次に係る構成の超狭帯域化フッ素レーザ装
置２００の動作について、図６を参照して説明する。

【０１４３】レーザチャンバ３２から発振されたレーザ
光が分散プリズム３３ａ、３３ｂを透過することによ
り、このレーザ光は１イラン化される。

【０１４４】この１ライン化されたレーザ光がウエッジ
板３５の入射面３５ａに入射すると、ウエッジ板３５を
透過すると共に、入射面３５ａで反射する。この入射面
３５ａに反射したレーザ光は、ミラー３４ａに反射し
て、再度、入射面３５ａに反射した後、分散プリズム３
３ｂ、３３ａを透過する。

【０１４５】一方、ウエッジ板３５を透過したレーザ光
は、出射面３５ｂからブリュースタ角θBをもって出射
して、ミラー３４ｂで全反射された後、ウエッジ板３
５、分散プリズム３３ｂ、３３ａを透過する。

【０１４６】こうして分散プリズム３３ａを透過したレ
ーザ光は、レーザチャンバ３２を通過して、出力鏡３１
から出射される。この出射されるレーザ光は、波長幅が
約０．２ｐｍ程度まで狭帯域化されている。なお、上述
した実施形態では、フッ素レーザの狭帯域化について説
明したが、本発明はこれに限定されることなく、フッ素
レーザよりも波長の短いレーザ、例えば波長が１２６ｎ
ｍのＡｒ２レーザを狭帯域化する場合にも適用できる。

【０１４７】以上説明したように、第３の実施形態によ
れば、上述した第１の実施形態の作用効果を期待するこ
とができる。

【０１４８】また、干渉計型波長選択素子がマイケルソ
ン干渉計型の場合には、ウエッジ板３５に対して約８５
度の角度でレーザ光が入射するように設定すれば、ウエ
ッジ板３５の入射面３５ａ側の部分に対する部分反射の
コーティングが不要になる。さらに、ウエッジ角を約１
８度に設定することで、ウエッジ板３５の出射面３５ｂ
での反射損失をなくすことができる。

【０１４９】［第４の実施の形態］図８は、上述した干
渉計型波長選択素子３０の代替としての干渉計型波長選
択素子４０の構成を示す構成図である。

【０１５０】この干渉計型波長選択素子４０もマイケル
ソン干渉計を利用したタイプであり、２枚のミラー４１
ａ、４１ｂ、ウエッジ板４２及び第２のウエッジ板４３
とで構成されている。２つのウエッジ板４２、４３は共
にフッ化カルシウム（ＣａＦ２）で形成されている。

【０１５１】ウエッジ板４２は、干渉計型波長選択素子
３０おけるウエッジ板３５と同様に、ウエッジ角αが約
１８度になっている。また、ウエッジ板４２は、レーザ
光Ｌ４１の入射角がブリュースタ角θBよりも大きい角
度をもって入射するように配置されている。

【０１５２】一方、第２のウエッジ板４３は、ウエッジ
板４２の形状と相似形（勿論同一の形状でも良い）にな
っており、またウエッジ板４２と同様の機能を有してい
る。

【０１５３】さらに、ウエッジ板４３の配置角度として
は、レーザ光Ｌ４２に対して、そのエッジ位置がウエッ
ジ板４２のエッジ位置と反対側にあるだけでなく、ウエ
ッジ板４３の中心軸（図８中の点線で示した部分）が、
レーザ光Ｌ４２に対して、約５７度のブリュースタ角に
なっている。このためウエッジ板４３におけるレーザ光
の入射面及び出射面での反射損失が約０．１％と小さく
なっている。

【０１５４】なお、ミラー４１ｂは、ウエッジ板４３か
ら出射されるレーザ光Ｌ４３が、９０度（垂直）の入射
角をもって入射するように配置されている。

【０１５５】次に、干渉計型波長選択素子４０おける第
２のウエッジ板４３の機能について説明する。

【０１５６】ウエッジ板４２においては、分散プリズム
３３ｂ（図６参照）からのレーザ光Ｌ４１が通過するこ
とによる温度上昇により、ウエッジ板４２での屈折角度
が微妙に変化する。

【０１５７】これは、ウエッジ板４２の材質であるフッ
化カルシウム（ＣａＦ２）の屈折率が温度依存性を有す
るからである。このためウエッジ板４２の温度変化に伴
って、レーザ光Ｌ４２の進行方向が微妙にズレる。同様
にウエッジ板４３の温度変化に伴って、レーザ光Ｌ４３
の進行方向が微妙にズレることになる。

【０１５８】ところが本実施形態では、ウエッジ板４３
も同様に温度上昇するが、ウエッジ板４３の配置が、図
８に示すように、レーザ光Ｌ４２に対して、そのエッジ
の位置がウエッジ板４２の場合と反対方向であるため、
ウエッジ板４３でのレーザ光の屈折方向が、ウエッジ板
４２の場合と反対になる。

【０１５９】すなわち、透過光及び出射光の屈折方向
が、屈折前のレーザ光の光軸に対し、ウエッジ板４２で
は、仰角又は俯角の角度の方向に屈折していた関係が、
ウエッジ板４３においては、それとは反対に、俯角又は
仰角の角度の方向に屈折することを意味する。

【０１６０】従って、レーザ光Ｌ４３の進行方向は、温
度の変化に関係無く、ほとんど一定になることから、ミ
ラー４１ｂへの入射角は常に垂直になり、干渉計型波長
選択素子４０としての選択波長は殆どズレないようにな
る。

【０１６１】次に係る構成の干渉計型波長選択素子４０
の動作について、図８を参照して説明する。

【０１６２】まず、分散プリズム３３ｂ（図６参照）を
透過したレーザ光Ｌ４１は、ウエッジ板４２の部分反射
面（入射面）４２ａに入射すると、一部のレーザ光は、
この部分反射面４２ａに反射してミラー４１ａに反射し
て、更に部分反射面４２ａに反射した後、分散プリズム
３３ｂへ進む。

【０１６３】一方、部分反射面４２ａに入射したレーザ
光Ｌ４１における他のレーザ光は、２つのウエッジ板４
２、４３を透過した後、ミラー４１ｂで全反射し、再
度、２つのウエッジ板４３、４２を透過した後、分散プ
リズム３３ｂへ進む。

【０１６４】こうして分散プリズム３３へ進んだレーザ
光は、分散プリズム３３ａ、レーザチャンバ３２を通過
して、出力鏡３１から出射される。この出射されるレー
ザ光は、波長幅が約０．２ｐｍ程度まで狭帯域化されて
いる。

【０１６５】なお、上述した実施形態では、フッ素レー
ザの狭帯域化について説明したが、本発明はこれに限定
されることなく、フッ素レーザよりも波長の短いレー
ザ、例えば波長が１２６ｎｍのＡｒ２レーザを狭帯域化
する場合にも適用できる。

【０１６６】以上説明したように、第４の実施形態によ
れば、ウエッジ板４２とウエッジ板４３の配置関係を、
レーザ光Ｌ４２に対して、そのエッジの位置が互いに反
対側に位置するように配置しているので、ウエッジ板４
２、４３による温度上昇に伴う屈折方向の変化に関係な
く、レーザ光Ｌ４３の進行方向は、ほとんど一定にな
り、しかもミラー４１ｂへの入射角は常に垂直になるの
で、干渉計型波長選択素子４０としての選択波長はズレ
ることはない。すなわち、安定した選択波長を得ること
ができる。

【０１６７】また、第２のウエッジ板４３の中心軸（点
線で示した線）が、レーザ光Ｌ４２に対して、約５７度
のブリュースタ角になっているように配置しているの
で、ウエッジ板４３におけるレーザ光の入射面及び出射
面での反射損失（約０．１％）を抑制することができ
る。

【０１６８】［第５の実施の形態］図９は、超狭帯域化
フッ素レーザ装置３００の構成を示す構成図である。

【０１６９】同図に示す超狭帯域化フッ素レーザ装置３
００は、図６に示した構成において、ウエッジ板３５を
削除し、２つのミラー３４ａ、３４ｂの配置を変更した
構成になっている。なお、図６に示した構成要素と同様
の機能を果たす部分には同一の符号を付している。

【０１７０】図９の例では、ウエッジ板として利用され
る１つの分散プリズム３３ｂと２つのミラー３４ａ、３
４ｂとで、マイケルソン干渉計タイプの干渉計型波長選
択素子５０が形成されている。

【０１７１】すなわち、フッ素レーザを１ライン化する
ために用いられている分散プリズム３３ａ、３３ｂのう
ち、分散プリズム３３ｂにおける分散プリズム３３ａ側
の表面（ビーム分割面に相当）で、ビームを分割するよ
うにしている。またその面（ビーム分割面に相当）にお
いて反射率が約５０％程度になるように、約８５度とい
う大きな角度の入射角で、分散プリズム３３ａからのレ
ーザ光が入射されるように、分散プリズム３３ｂが配置
されている。

【０１７２】この実施形態の特徴としては、干渉計型波
長選択素子５０に必要なビーム分割面を分散プリズム３
３ｂの表面で代替しているので、フッ素レーザの１ライ
ン化に必要な、分散プリズム３３ａ、３３ｂ及びミラー
３４ｂの各光学部品に加えて、１ライン化されたレーザ
光をさらに狭帯域化するための干渉計型波長選択素子を
構成するために必要な光学部品としては、ミラー３４ａ
のみを追加するだけで良い。

【０１７３】次に係る構成の超狭帯域化フッ素レーザ装
置３００の動作について、図９を参照して説明する。

【０１７４】レーザチャンバ３２から発振されたレーザ
光が分散プリズム３３ａを透過し、分散プリズム３３ｂ
に入射すると、一部のレーザ光は分散プリズム３３ｂに
反射し、他のレーザ光は分散プリズム３３ｂを透過す
る。

【０１７５】分散プリズム３３ｂに反射したレーザ光
は、ミラー３４ａに反射して、再度、分散プリズム３３
ｂに反射した後、分散プリズム３３ａを透過する。

【０１７６】一方、分散プリズム３３ｂを透過したレー
ザ光は、ミラー３４ｂに反射した後、２つの分散プリズ
ム３３ｂ、３３ａを透過する。

【０１７７】こうして分散プリズム３３ａを透過したレ
ーザ光は、レーザチャンバ３２を通過して、出力鏡３１
から出射される。この出射されるレーザ光は、波長幅が
約０．２ｐｍ程度まで狭帯域化されている。

【０１７８】なお、上述した実施形態では、フッ素レー
ザの狭帯域化について説明したが、本発明はこれに限定
されることなく、フッ素レーザよりも波長の短いレー
ザ、例えば波長が１２６ｎｍのＡｒ２レーザを狭帯域化
する場合にも適用できる。

【０１７９】以上説明したように、第５の実施形態によ
れば、ビーム分割面として機能する分散プリズム３３ｂ
における分散プリズム３３ａ側の表面において、反射率
を約５０％程度とすべく、約８５度という大きな入射角
度でレーザ光を入射させるようにしているので、分散プ
リズム３３ｂによる分散の効果が大きくなる。

【０１８０】すなわち、分散プリズムはフッ素レーザの
２本のラインを１本化するために用いられるが、一般に
分散プリズムでは、レーザ光の入射角度が大きくなる
と、波長の違いによる屈折角度の差が大きくなる。

【０１８１】なお、一般に、レーザ共振器に分散プリズ
ムを用いる場合、これによるレーザ光の損失が少なくな
るように、レーザ光の入射角度をブリュースタ角θBで
ある約５７度にする場合が多かった。

【０１８２】これに対して、本実施形態では、約５７度
より遙かに大きな角度（約８５度）の入射角をもって入
射光が入射するようにしているので、分散プリズムの表
面反射が大きくなるものの、その表面反射によるレーザ
光を干渉計型波長選択素子で用いるようにしているの
で、その表面反射は損失にならない。

【０１８３】すなわち、１ライン化されたレーザ光をさ
らに狭帯域化するために利用されることとなり、分散プ
リズムの表面反射によるレーザ光は有効利用されること
となる。

【０１８４】［第６の実施の形態］図１０は、超狭帯域
化フッ素レーザ装置４００の構成を示す構成図である。

【０１８５】同図に示す超狭帯域化フッ素レーザ装置４
００は、図９に示した構成において、ミラー６１を追加
した構成になっている。なお、図９に示した構成要素と
同様の機能を果たす部分には同一の符号を付している。

【０１８６】超狭帯域化フッ素レーザ装置４００は、図
９に示した超狭帯域化フッ素レーザ装置３００と同様
に、マイケルソン干渉計タイプの干渉計型波長選択素子
６０を用いており、その中のビーム分割面に、分散プリ
ズムを利用している。

【０１８７】ただし、本実施形態の干渉計型波長選択素
子６０では、干渉計型波長選択素子がダブルになってい
る。また、２つの分散プリズム３３ａ、３３ｂは、共に
エッジ角度αが７２度になるように形成されている。

【０１８８】すなわち、超狭帯域化フッ素レーザ４００
において、１ライン化するための２個の分散プリズム３
３ａ、３３ｂのいずれも干渉計型波長選択素子６０のビ
ーム分割面の働きをしている。つまり、分散プリズム３
３ｂと２つのミラー３４ａ、３４ｂとで第１のマイケル
ソン干渉計が構成されており、また分散プリズム３３ａ
とミラー６１とで第２のマイケルソン干渉計が構成され
ている。

【０１８９】なお、２つの分散プリズム３３ａ、３３ｂ
へは、第５の実施形態と同様に、それぞれの部分反射面
に相当する面において反射率を約５０％程度とすべく、
約８５度という大きな入射角度でレーザ光を入射させる
ようにしている。

【０１９０】次に係る構成の超狭帯域化フッ素レーザ装
置４００における干渉計型波長選択素子６０は、２段の
マイケルソン干渉計で構成されているものの、基本的な
動作は、干渉計型波長選択素子５０と同様なので、ここ
ではその説明を省略する。

【０１９１】なお、上述した実施形態では、フッ素レー
ザの狭帯域化について説明したが、本発明はこれに限定
されることなく、フッ素レーザよりも波長の短いレー
ザ、例えば波長が１２６ｎｍのＡｒ２レーザを狭帯域化
する場合にも適用できる。

【０１９２】以上説明したように、第６の実施形態によ
れば、１ライン化するために用いる２個の分散プリズム
のいずれにも、干渉計型波長選択素子の働きを持たせる
ことにより、狭帯域化の効果を大きくできる。

【０１９３】［第７の実施の形態］図１１は、超狭帯域
化フッ素レーザ装置５００の構成を示す構成図である。

【０１９４】同図に示す超狭帯域化フッ素レーザ装置５
００は、図９に示した構成において、ミラー３４ａ、３
４ｂ及び出力鏡３１を削除し、この出力鏡３１に代わっ
て干渉計型波長選択素子７０を追加し、またミラー３４
ａに代わって全反射鏡７３を追加した構成になってい
る。なお、図６に示した構成要素と同様の機能を果たす
部分には同一の符号を付している。

【０１９５】超狭帯域化フッ素レーザ装置５００におい
ては、全反射鏡７３と干渉計型波長選択素子７０とで共
振器が構成されている。この共振器中には、レーザチャ
ンバ３２と、フッ素レーザを１ライン化するための２個
の分散プリズム３３ａ、３３ｂが配置されている。干渉
計型波長選択素子７０は、出力鏡としての機能も有して
いる。

【０１９６】干渉計型波長選択素子７０は、ウエッジ板
７１とミラー７２とから構成されており、ウエッジ板７
１の部分反射面７１ａ、７１ｂが共にコーティングが施
されていないＣａＦ２基板で形成されている。

【０１９７】ウエッジ板７１は、部分反射面７１ａに対
する入射角がブリュースタ角θＢよりも大きい約７０度
の角度をもって入射光が入射したときに、ウエッジ板７
１を透過するレーザ光が、部分反射面７１ｂに対し垂直
（９０度）に出射されるように形成され、配置されてい
る。

【０１９８】さらにウエッジ板７１の部分反射面７１ｂ
は部分反射面の機能を有するものの、出力鏡としての役
目を果たしている。

【０１９９】上述したようにウエッジ板７１への入射角
が約７０度になっているので、ウエッジ板７１における
反射率は、図３に示したグラフから分かるように、約５
％である。このため、干渉計型波長選択素子７０の全体
としての反射率は、図１２に示すように、透過と反射が
交互に現れ、波長選択特性が最も良くなっている。

【０２００】次に係る構成の超狭帯域化フッ素レーザ装
置５００の動作について、図１１を参照して説明する。

【０２０１】レーザチャンバ３２から出射されたレーザ
光は、分散プリズム３３ａ、３３ｂを透過して全反射鏡
７３に反射した後、分散プリズム３３ｂ、３３ａを透過
し、さらにレーザチャンバ３２を通過し、干渉計型波長
選択素子７０へ入射する。

【０２０２】そしてこのレーザ光が、ウエッジ板７１の
部分反射面７１ａに入射すると、一部のレーザ光はウエ
ッジ板７１に透過し、一方、他のレーザ光は、部分反射
面７１ａに反射した後、更にミラー７２に反射して部分
反射面７１ａに戻る。こうして戻ったレーザ光は、部分
反射面７１ａに反射して、再度、レーザチャンバ３２の
内部に進む。

【０２０３】ウエッジ板７１を透過する一部のレーザ光
は、部分反射面７１ｂに反射して元に戻り、さらに部分
反射面７１ａを透過してレーザチャンバ３２へ進む。
一方、他のレーザ光は、部分反射面７１ｂ（出力鏡）に
対し垂直に出射される。この出射されるレーザ光は、波
長幅が約０．２ｐｍ程度まで狭帯域化されている。

【０２０４】なお、上述した実施形態では、フッ素レー
ザの狭帯域化について説明したが、本発明はこれに限定
されることなく、フッ素レーザよりも波長の短いレー
ザ、例えば波長が１２６ｎｍのＡｒ２レーザを狭帯域化
する場合にも適用できる。

【０２０５】以上説明したように、第７の実施形態によ
れば、上述した第１の実施形態と同様の作用効果を期待
することができる。

【０２０６】［第８の実施の形態］図１３は、超狭帯域
化フッ素レーザ装置を用いたフッ素露光機７００の構成
を示す構成図である。

【０２０７】このフッ素露光機７００は、大別して、図
１に示した超狭帯域化フッ素レーザ装置１００と、露光
機本体６００とから構成されている。

【０２０８】露光機本体６００は、クリーンルーム内の
グレーチング８１上に配置されており、超狭帯域化フッ
素レーザ装置１００は、グレーチング８１の下のフロア
ー（一般に床下と呼ばれるフロアー）の床８２の上に配
置されている。

【０２０９】超狭帯域化フッ素レーザ装置１００から取
り出された波長幅が約０．２ｐｍの強いライン（発振
線）のみのレーザ光Ｌ２０は、ミラー８３ａに反射して
上方に進み、グレーチング８１における開口部８４を通
過して、露光機本体６００内に進む。

【０２１０】レーザ光Ｌ２０は、レンズ８５で絞られ、
さらにフッ化カルシウムから成るガラスロッド８６内を
進み、この内部で全反射を繰り返すことで、ビーム強度
分布が均一化されたレーザ光Ｌ２１として出射される。

【０２１１】このレーザ光Ｌ２１は、ミラー８３ｂに反
射して、ビーム整形器８７を通ることによりビーム断面
が拡げられ、さらにミラー８３ｃに反射してコンデンサ
レンズ８８を通ってレチクル８９を照射する。

【０２１２】レチクル８９を出射したレーザ光Ｌ２２
は、縮小投影レンズ９０を通り、ウエハー９１に当た
る。すなわち、レチクル８９内のパターンが、縮小投影
レンズ９０によって、ウエハー９１上に転写されること
で、レチクル８９でのパターン状に露光される。なお、
ウエハー９１はステージ９２に搭載されている。

【０２１３】この実施形態のフッ素露光機７００では、
縮小投影光学系として、縮小投影レンズ９０が用いられ
ており、この縮小投影レンズ９０はフッ化カルシウムか
ら成る単色レンズで構成されている。

【０２１４】上述したようにレンズのみの縮小投影光学
系の利用が可能になったのは、超狭帯域化フッ素レーザ
装置１００から取り出されるレーザ光Ｌ２０の波長幅が
約０．２ｐｍと、従来のフッ素レーザの約１／５と狭い
ため、縮小投影レンズ９０における色収差が無視できる
からである。

【０２１５】従って露光機本体６００の構成としては、
従来のＫｒＦ露光機のものと同等になる。大きな違いと
しては、レンズの材質が石英からフッ化カルシウムに変
更されただけであることから、縮小投影レンズの設計と
しては、従来のものと同様になり、設計に掛かるコスト
を大幅に低減することができる。

【０２１６】以上説明したように、第８の実施形態によ
れば、フッ素露光機においては、フッ素レーザ装置（超
狭帯域化フッ素レーザ装置）の価格が大幅に上昇した
り、レーザの効率が大きく悪化することなく、全屈折型
縮小投影光学系を利用することができる。

【０２１７】すなわち縮小投影光学系として、従来のＫ
ｒＦ露光機のものと同様な設計にすることができる。つ
まり、シミュレーションツールとしては従来と同様のも
のを用いることができることとなり、短期間で縮小投影
光学系を設計でき、しかも人件費も大幅に削減すること
ができるので、短期間で安価に製品化されたフッ素露光
機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１の実施の形態に係る超狭帯域化フッ
素レーザ装置１００の構成を示す構成図である。

【図２】図２は超狭帯域化フッ素レーザ装置１００の干
渉計型波長選択素子１２を構成を拡大して表した構成図
である。

【図３】図３はノーコートＣａＦ２の反射率特性を示す
グラフである。

【図４】図４は干渉計型波長選択素子１２の反射率特性
を示すグラフである。

【図５】図５は第２の実施の形態に係る干渉計型波長選
択素子２０の構成を示す構成図である。

【図６】図６は第３の実施の形態に係る超狭帯域化フッ
素レーザ装置２００の構成を示す構成図である。

【図７】図７は干渉計型波長選択素子３０の反射率特性
を示すグラフである。

【図８】図８は第４の実施の形態に係る干渉計型波長選
択素子４０の構成を示す構成図である。

【図９】図９は第５の実施の形態に係る超狭帯域化フッ
素レーザ装置３００の構成を示す構成図である。

【図１０】図１０は第６の実施の形態に係る超狭帯域化
フッ素レーザ装置４００の構成を示す構成図である。

【図１１】図１１は第７の実施の形態に係る超狭帯域化
フッ素レーザ装置５００の構成を示す構成図である。

【図１２】図１２は干渉計型波長選択素子７０の反射率
特性を示すグラフである。

【図１３】図１３は第８の実施の形態に係るフッ素露光
機７００の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１１、７３ 全反射鏡 １２、２０、３０、４０、５０、６０、７０ 干渉計型
波長選択素子 １４ａ、１４ｂ、２４、３４ａ、３４ｂ、４１ａ、４１
ｂ、６１、７２ ミラー１５、２３、３５、４２、４
３、７１ ウエッジ板 ３３ａ、３３ｂ 分散プリズム １００、２００、３００、４００、５００ 超狭帯域化
フッ素レーザ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 泰明 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 永井 伸治 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 Ｆターム(参考） 5F071 AA04 HH05 JJ08 5F072 AA04 HH05 JJ08 JJ13 RR05 YY09

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フッ素レーザ又はこのレーザよりも波長の
   短いレーザのレーザ光を発振するレーザチャンバを備
   え、該レーザチャンバからのレーザ光を狭帯域化して、
   露光装置へ露光光源として供給する超狭帯域化レーザ装
   置であって、 ビーム分割面を有する干渉計型波長選択素子を備え、 前記干渉計型波長選択素子は、 前記レーザチャンバから発振されるレーザ光の前記ビー
   ム分割面への入射角がブリュースタ角よりも大きい角度
   になるように配置されていることを特徴とする超狭帯域
   化レーザ装置。
2. 【請求項２】前記干渉計型波長選択素子は、 全反射面の機能を有する２つの反射材と、前記ビーム分
   割面の機能を有しコーティング処理が施されていない所
   定のウエッジ板とから構成されていることを特徴とする
   請求項１記載の超狭帯域化レーザ装置。
3. 【請求項３】前記干渉計型波長選択素子は、 全反射面の機能を有する１つの反射材と、全反射面及び
   ビーム分割面の機能を有しコーティング処理が施されて
   いない所定のウエッジ板とから構成されていることを特
   徴とする請求項１記載の超狭帯域化レーザ装置。
4. 【請求項４】前記所定のウエッジ板は、 前記レーザチャンバから発振されるレーザ光をブリュー
   スタ角よりも大きい角度の入射角をもって前記ビーム分
   割面に入射させたときに、前記ビーム分割面とは反対側
   に位置する出射面から出射する当該レーザ光の光軸と該
   出射面に対する垂線との成す角の角度がブリュースタ角
   となるべく、光学素子で形成されていることを特徴とす
   る請求項２又は３記載の超狭帯域化レーザ装置。
5. 【請求項５】前記干渉計型波長選択素子から出射される
   レーザ光を透過させ、且つ前記所定のウエッジ板と同一
   の機能を有しコーティング処理が施されていない第２の
   ウエッジ板を備え、 前記第２のウエッジ板のエッジが、前記干渉計型波長選
   択素子からのレーザ光の光軸を基準にして、前記所定の
   ウエッジ板のエッジの位置とは反対側に位置するよう
   に、前記第２のウエッジ板が配置されていることを特徴
   とする請求項２又は３記載の超狭帯域化レーザ装置。
6. 【請求項６】前記干渉計型波長選択素子は、マイケルソ
   ン型の干渉計型波長選択素子であることを特徴とする請
   求項２記載の超狭帯域化レーザ装置。
7. 【請求項７】前記干渉計型波長選択素子は、マイケルソ
   ン型の干渉計型波長選択素子であって、当該所定のウエ
   ッジ板は分散プリズムで形成されていることを特徴とす
   る請求項２記載の超狭帯域化レーザ装置。
8. 【請求項８】前記干渉計型波長選択素子は、 前記所定のウエッジ板を透過したレーザ光を反射させる
   反射面と当該ウエッジ板との間に、前記所定のウエッジ
   板と同一の機能を有しコーティング処理が施されていな
   い第２のウエッジ板が更に設けられ、 前記第２のウエッジ板及び所定のウエッジ板は、前記所
   定のウエッジ板からのレーザ光の光軸を基準にして、こ
   れら２つのエッジが互いに反対側に位置するように配置
   されていることを特徴とする請求項６又は７記載の超狭
   帯域化レーザ装置。
9. 【請求項９】前記干渉計型波長選択素子は、 全反射面の機能を有する１つの反射材と、前記ビーム分
   割面及び部分反射面の機能を有しコーティング処理が施
   されていないウエッジ板とから構成され、 前記ウエッジ板は、 前記レーザチャンバから発振されるレーザ光がブリュー
   スタ角よりも大きい角度の入射角をもって前記ビーム分
   割面に入射したときに、自己のウエッジ板を透過するレ
   ーザ光が前記部分反射面に対し垂直に出射されるように
   形成されていることを特徴とする請求項１記載の超狭帯
   域化レーザ装置。