(57)【要約】【課題】長時間安定して動作することができる波長変換装置、検査装置、及び波長変換方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様にかかる波長変換装置１０は、外部共振器２０と、外部共振器２０内に配置され、入射光の波長を変換して出力する波長変換素子２７と、を備えている。外部共振器２０は、入射光の光軸と直交するＸＹ平面において、Ｘ方向における曲率が、Ｘ方向と直交するＹ方向における曲率よりも大きい第１の凹面鏡を含んでいる。第１の凹面鏡は、波長変換素子２７において、入射光の断面形状が、Ｘ方向を短手方向とし、Ｙ方向を長手方向とするように入射光を集光する。【選択図】図１
2020076853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部共振器と、
前記外部共振器内に配置され、入射光の波長を変換して出力する波長変換素子と、を備え、
前記外部共振器は、前記入射光の光軸と直交する平面において、第１の方向における曲率が、前記第１の方向と直交する第２の方向における曲率よりも大きい第１の凹面鏡を含み、
前記第１の凹面鏡は、前記波長変換素子において、前記入射光の断面形状が、前記第１の方向を短手方向とし、前記第２の方向を長手方向とするように前記入射光を集光する、波長変換装置。
【請求項２】
前記入射光の光軸と直交する平面において、前記第２の方向が前記波長変換素子の結晶軸方向に対応する方向である請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記波長変換素子での入射光の集光位置において、前記第２の方向における前記入射光のビームサイズが、前記第１の方向における前記入射光のビームサイズの１倍以上５０倍以下である請求項１、又は２に記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記波長変換素子から拡がりながら伝搬する光を前記第１の方向に集光する第２の凹面鏡を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記第１の凹面鏡が前記第１の方向を集光方向とし、前記第２の方向を軸方向とするシリンドリカルミラーである請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項６】
前記第１の凹面鏡が前記第１の方向の曲率が前記第２の方向の曲率よりも大きいトロイダルミラーである請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項７】
前記入射光がＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザ光である請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長変換装置を有する光源装置と、
前記光源装置からの光を用いて、検査対象を検査する検査装置。
【請求項９】
外部共振器と、
前記外部共振器内に配置され、入射光の波長を変換して出力する波長変換素子と、を備えた波長変換装置における波長変換方法であって、
前記入射光の光軸と直交する平面において、第１の方向における曲率が、前記第１の方向と直交する第２の方向における曲率よりも大きい第１の凹面鏡によって、前記入射光を反射するステップと、
前記第１の凹面鏡で集光された前記入射光を、前記第１の方向を短手方向とし、前記第２の方向を長手方向とするスポット形状として、前記波長変換素子に入射させるステップと、を備えた波長変換方法。
【請求項１０】
前記入射光の光軸と直交する平面において、前記第２の方向が前記波長変換素子の結晶軸方向に対応する方向である請求項９に記載の波長変換方法。
【請求項１１】
前記波長変換素子での入射光の集光位置において、前記第２の方向における前記入射光のビームサイズが、前記第１の方向における前記入射光のビームサイズの１倍以上５０倍以下である請求項９、又は１０に記載の波長変換方法。
【請求項１２】
前記外部共振器が前記波長変換素子から拡がりながら伝搬する光を前記第１の方向に集光する第２の凹面鏡を備える請求項９〜１１のいずれか１項に記載の波長変換方法。
【請求項１３】
前記第１の凹面鏡が前記第１の方向を集光方向とし、前記第２の方向を軸方向とするシリンドリカルミラーである請求項９〜１２のいずれか１項に記載の波長変換方法。
【請求項１４】
前記第１の凹面鏡が前記第１の方向の曲率が前記第２の方向の曲率よりも大きいトロイダルミラーである請求項９〜１２のいずれか１項に記載の波長変換方法。
【請求項１５】
前記入射光がＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザ光である請求項９〜１４のいずれか１項に記載の波長変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換装置、検査装置、及び波長変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、非線形光学結晶を用いた波長変換レーザ装置が開示されている。特許文献１の波長変換レーザ装置では、非線形光学結晶の位相整合方向と直交な方向にレーザ光を集光する円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）が用いられている。
【０００３】
特許文献２には、波長変換素子を用いたレーザ光波長変換装置が開示されている。特許文献２の装置では、光ビームの断面形状を楕円形にする円筒レンズが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−５５３６８号公報
【特許文献２】特開平５―１１２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような波長変換装置では、非線形光学結晶に入射するレーザ光強度が高いほど、高い変換効率が得られる。しかしながら、レーザ光強度が高くなるほど、結晶の劣化が促進されてしまう。特に、ＣＷレーザ光を用いた場合、高い変換効率を得るためには、強く集光する必要があり、結晶が速く劣化してしまう。
非線形光学結晶においてレーザ光のスポットが劣化した場合、次のスポットへ結晶をシフトする運用が行われている。これにより、実質的な寿命を延ばすことができる。しかしながら、概して結晶シフト後の再調整が必要となるため、余り頻繁なシフトは望ましくない。
【０００６】
また、外部共振器を用いたレーザ光は光学鏡での反射を繰り返して、外部共振器内を循環している。したがって、特許文献１、２のようにシリンドリカルレンズを用いた場合、レーザ光が複数回シリンドリカルレンズを通過することになる。よって、レンズ界面で損失が発生してしまう。つまり、レンズにレーザ光が入射する時と、レンズからレーザ光が出射するときにレーザ光に損失が生じる。外部共振器での光の増幅度は、光の損失に大きく依存している。外部共振器内でのレーザ光の損失によって、波長変換光の出力が低下してしまう。
【０００７】
本開示は、このような事情を背景としてなされたものであり、長時間安定して波長変換光を出力することができる波長変換装置、及び波長変換方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態の一態様にかかる波長変換装置は、外部共振器と、前記外部共振器内に配置され、入射光の波長を変換して出力する波長変換素子と、を備え、前記外部共振器は、前記入射光の光軸と直交する平面において、第１の方向における曲率が、前記第１の方向と直交する第２の方向における曲率よりも大きい第１の凹面鏡を含み、前記第１の凹面鏡は、前記波長変換素子において、前記入射光の断面形状が、前記第１の方向を短手方向とし、前記第２の方向を長手方向とするように前記入射光を集光する、ものである。
【０００９】
上記の波長変換装置において、前記入射光の光軸と直交する平面において、前記第２の方向が前記波長変換素子の結晶軸方向に対応する方向であることが好ましい。
【００１０】
上記の波長変換装置において、前記波長変換素子での入射光の集光位置において、前記第２の方向における前記入射光のビームサイズが、前記第１の方向における前記入射光のビームサイズの１倍以上５０倍以下であることが好ましい。
【００１１】
上記の波長変換装置において、前記波長変換素子から拡がりながら伝搬する光を前記第１の方向に集光する第２の凹面鏡とを備えていてもよい。
【００１２】
上記の波長変換装置において、前記第１の凹面鏡が前記第１の方向を集光方向とし、前記第２の方向を軸方向とするシリンドリカルミラーであってもよい。
【００１３】
上記の波長変換装置において、前記第１の凹面鏡が前記第１の方向の曲率が前記第２の方向の曲率よりも大きいトロイダルミラーであってもよい。
【００１４】
上記の波長変換装置において、前記入射光がＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザ光であってもよい。
【００１５】
本実施の形態に係る検査装置は、上記の波長変換装置を有する光源装置と、前記光源装置からの光を用いて、検査対象を検査するものである。
【００１６】
本実施形態の一態様にかかる波長変換方法は、外部共振器と、前記外部共振器内に配置され、入射光の波長を変換して出力する波長変換素子と、を備えた波長変換装置における波長変換方法であって、前記入射光の光軸と直交する平面において、第１の方向における曲率が、前記第１の方向と直交する第２の方向における曲率よりも大きい第１の凹面鏡によって、前記入射光を反射するステップと、前記第１の凹面鏡で集光された前記入射光を、前記第１の方向を短手方向とし、前記第２の方向を長手方向とするスポット形状として、前記波長変換素子に入射させるステップと、を備えたものである。
【００１７】
上記の波長変換方法において、前記入射光の光軸と直交する平面において、前記第２の方向が前記波長変換素子の結晶軸方向に対応する方向であることが好ましい。
【００１８】
上記の波長変換方法において、前記波長変換素子での入射光の集光位置において、前記第２の方向における前記入射光のビームサイズが、前記第１の方向における前記入射光のビームサイズの１倍以上５０倍以下であることが好ましい。
【００１９】
上記の波長変換方法において、前記外部共振器が前記波長変換素子から拡がりながら伝搬する光を前記第１の方向に集光する第２の凹面鏡とを備えていてもよい。
【００２０】
上記の波長変換方法において、前記第１の凹面鏡が前記第１の方向を集光方向とし、前記第２の方向を軸方向とするシリンドリカルミラーであってもよい。
【００２１】
上記の波長変換方法において、前記第１の凹面鏡が前記第１の方向の曲率が前記第２の方向の曲率よりも大きいトロイダルミラーであってもよい。
【００２２】
上記の波長変換方法において、前記入射光がＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザ光であってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本開示によれば長時間安定して波長変換光を出力することができる波長変換装置、及び波長変換方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の形態１にかかる波長変換装置の構成を示す模式図である。
【図２】ＸＹ断面におけるレーザ光Ｌ１のスポット形状を模式的に示す図である、
【図３】波長変換光の変換効率を示すグラフである。
【図４】本実施の形態２にかかる波長変換装置の構成を示す模式図である。
【図５】本実施の形態３にかかる波長変換装置の構成を示す模式図である。
【図６】本実施の形態にかかる波長変換装置を用いた検査装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施形態を示すものであって、本発明の技術的範囲が以下の実施形態に限定されるものではない。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。
【００２６】
実施の形態１．
本実施の形態にかかる波長変換装置１０の構成について、図１を用いて説明する。図１は、波長変換装置１０の構成を模式的に示す図である。波長変換装置１０は、外部共振器２０と、波長変換素子２７と、を備えている。
【００２７】
外部共振器２０は、４つの光学鏡２１〜２４を有するリング型の外部共振器である。光学鏡２１〜２４は、例えば、高反射ミラーである。外部共振器２０の内部に波長変換素子２７が配置されている。
【００２８】
レーザ発振器（不図示）で発生した基本波のレーザ光Ｌ１は、部分反射ミラーである光学鏡２１の裏面から、外部共振器２０内に導かれる。外部共振器２０内に導入されたレーザ光Ｌ１は、光学鏡２１、光学鏡２２、光学鏡２３、光学鏡２４での反射を順番に繰り返していく。これにより、レーザ光Ｌ１が外部共振器２０内を循環するため、レーザ光Ｌ１が共振する。よって、レーザ光Ｌ１の強度を高くすることができる。
【００２９】
レーザ光Ｌ１の波長は４２０ｎｍ〜６００ｎｍとなっている。具体的には、レーザ光Ｌ１は、波長５３２ｎｍ又は波長４８８ｎｍの連続出力のレーザ光である。つまり、レーザ光Ｌ１は連続発振のＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザ光である。レーザ光Ｌ１は縦シングルモード光又は縦マルチモード光である。レーザ光Ｌ１が、後述する波長変換素子２７に入射する入射光となる。
【００３０】
さらに、光学鏡２３から光学鏡２４までの光路中には、波長変換素子２７が配置されている。波長変換素子２７は、例えば、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶、又は、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）結晶などの非線形光学結晶である。波長変換素子２７は、入射光であるレーザ光Ｌ１を波長変換して、波長変換光Ｌ２を発生させる。ここでは、波長変換素子２７としてＢＢＯ結晶を用いている。波長変換素子２７は、レーザ光Ｌ１の第２高調波を波長変換光Ｌ２として発生する。
【００３１】
レーザ光Ｌ１の波長は４２０ｎｍ〜６００ｎｍである場合、波長変換光Ｌ２の波長は２１０ｎｍ〜３００ｎｍとなる、具体的には、レーザ光Ｌ１が波長５３２ｎｍの場合、波長変換光Ｌ２は波長２６６ｎｍの紫外レーザ光となる。また、レーザ光Ｌ１が波長４８８ｎｍの場合、波長変換光Ｌ２は波長２４４ｎｍの紫外レーザ光となる。波長変換素子２７の角度と温度を適切に維持することで第２高調波発生に対する位相整合条件が満たされる。なお、波長変換の種類としては、第２高調波発生、和周波発生等がある。また、アクチュエータ等により光学鏡２２を駆動させることで、共振が保たれる。これにより、外部共振器２０内では、レーザ光Ｌ１のパワーが増強される。また、波長変換素子２７は、ブリュースター角で配置されている。
【００３２】
波長変換素子２７で発生した波長変換光Ｌ２は、光学鏡２４から取り出される。光学鏡２４には、例えば、第１のレーザ光Ｌ１の波長（４２０ｎｍ〜６００ｎｍ）に対して高反射、波長変換光Ｌ２の波長（２１０ｎｍ〜３００ｎｍ）に対して反射防止の膜が施されている。なお、光学鏡２４として、レーザ光Ｌ１を反射して、波長変換光Ｌ２を透過するダイクロイックミラー等を用いてもよい。波長変換光Ｌ２は、フォトマスクなどの光学検査装置に用いられる。
【００３３】
光学鏡２１〜光学鏡２４は凹面鏡となっている。よって、レーザ光Ｌ１は、光学鏡２１〜２４で反射されることで、集光される。具体的には、光学鏡２１、及び光学鏡２２は、球面ミラーとなっており、光学鏡２３、及び光学鏡２４は、シリンドリカルミラーとなっている。シリンドリカルミラーは、第１の方向における曲率と、第１の方向と直交する第２の方向における曲率が異なる非球面ミラーとなっている。
【００３４】
光学鏡２３は、波長変換素子２７に向けて、レーザ光Ｌ１を集光する第１の凹面鏡となっている。光学鏡２３で反射されたレーザ光Ｌ１は、波長変換素子２７に焦点を形成する。また、光学鏡２４は、波長変換素子２７からのレーザ光Ｌ１を集光する第２の凹面鏡となっている。光軸と直交する平面において、光学鏡２４の集光方向は光学鏡２３の集光方向（後述するＸ方向）と同じになっている。波長変換素子２７から拡がりながら伝搬するレーザ光Ｌ１は、光学鏡２４で円形のスポット形状に戻る。レーザ光Ｌ１が光学鏡２４で反射されると、発散角が小さくなる。このように、本実施の形態では、波長変換素子２７の前段と後段とに配置された光学鏡２３、２４がシリンドリカルミラーになっている。つまり、２つのシリンドリカルミラーの間に波長変換素子２７が配置されている。
【００３５】
ここで、図２を用いて、光学鏡２３によって集光されたレーザ光Ｌ１のスポット形状について説明する。図２は、波長変換素子２７におけるレーザ光Ｌ１のスポット形状を模式的に示すＸＹ断面図である。図２に示すように、光軸（Ｚ軸）と直交する平面をＸＹ平面とする。第１の方向であるＸ方向と、第２の方向であるＹ方向は直交する方向とする。
【００３６】
光学鏡２３は、Ｘ方向にレーザ光Ｌ１を集光し、Ｙ方向にはレーザ光Ｌ２を集光しない。つまり、光学鏡２３は、Ｘ方向を集光方向とし、Ｙ方向を軸方向とする円柱形状となっている。光学鏡２３では、Ｘ方向の曲率半径が有限値となっており、Ｙ方向の曲率半径が無限大となっている。図２に示すように、レーザ光Ｌ１の断面形状は楕円状となっている。光学鏡２３は、波長変換素子２７において、レーザ光Ｌ１の断面形状が、Ｘ方向を短手方向とし、Ｙ方向を長手方向とするように、レーザ光Ｌ１を集光する。レーザ光Ｌ１は、光学鏡２３によって、波長変換素子２７に集光される。つまり、光学鏡２３によるレーザ光Ｌ１の焦点は、波長変換素子２７中に形成される。
【００３７】
ここで、Ｙ方向が、波長変換素子２７の結晶軸方向に対応する方向となっている。つまり、波長変換素子２７の結晶軸方向は、レーザ光Ｌ１のスポット形状の長手方向と一致している。このように、レーザ光Ｌ１を結晶軸方向に広げて、波長変換素子２７に照射することで、波長変換光Ｌ２を長時間安定して発生させることができる。ウォークオフ方向にビームを広げることで、変換効率を下げることなく、ビームの断面積を大きくすることができる。よって、高い変換効率で動作させた場合でも、波長変換素子２７の劣化を低減することができる。
【００３８】
図３に、波長変換光Ｌ２の変換効率のグラフＡ〜Ｃを示す。図３では、スポット形状が結晶軸方向（Ｙ方向）を長手方向とする楕円形の場合をグラフＡ、Ｘ方向とＹ方向のサイズが同じである円形の場合をグラフＢ、結晶軸方向と直交する方向（Ｘ方向）を長手方向とする楕円形の場合をグラフＣとして示している。横軸は、ＸＹ平面におけるレーザ光の断面積を示し、縦軸は変換効率を示している。具体的には、横軸の最小値（２８００μｍ２）は、長手方向と短手方向の比が１：１の場合を示している。そして、グラフＡは、Ｙ方向にレーザ光Ｌ１のスポット形状を広くして、面積を大きくした場合を示している。グラフＢは、Ｘ方向及びＹ方向にレーザ光Ｌ１のスポット形状を広くして、面積を大きくした場合を示している。グラフＣは、Ｘ方向にレーザ光Ｌ１のスポット形状を広くして、面積を大きくした場合を示している。なお、グラフＡ〜Ｃではレーザ光Ｌ１の強度を同じとした場合の計算結果を示している。
【００３９】
グラフＢ、及びグラフＣでは、レーザ光Ｌ１の断面積が大きくなると、変換効率が大きく低下してしまう。グラフＢ、及びグラフＣに比べて、グラフＡでは、断面積が大きくなった場合でも、変換効率の低下が小さい。つまり、レーザ光Ｌ１の断面形状の長手方向を結晶軸方向と平行にして、レーザ光Ｌ１を波長変換素子２７に照射することで、変換効率の低下を抑制することができる。
【００４０】
なお、レーザ光Ｌ１の集光位置において、レーザ光Ｌ１の長手方向（Ｙ方向）におけるサイズは、短手方向（Ｘ方向）におけるサイズの１倍以上、５０倍以下程度にすることが好ましい。波長変換素子２７中の焦点となるＸＹ平面において、レーザ光Ｌ１は、長軸と短軸の比が１〜５０の楕円形状となっている。このようにすることで、長時間安定して、高出力の波長変換光Ｌ２を発生させることができる。つまり、高い変換効率を得ることができるとともに、波長変換素子２７の結晶の劣化を抑制することができる。なお、ＸＹ平面におけるレーザ光Ｌ１の長手方向は、結晶軸方向と完全に平行になっていなくてもよい。つまり、ＸＹ平面におけるレーザ光Ｌ１の長手方向は、結晶軸方向から傾いていてもよい。
【００４１】
光学鏡２３の焦点距離が、光学鏡２４の焦点距離と異なっていることが好ましい。例えば、光学鏡２３の焦点距離が、光学鏡２４の焦点距離よりも長くなっている。つまり、光学鏡２３から、波長変換素子２７に形成される焦点までの距離が、焦点から光学鏡２４までの距離よりも長くなっている。あるいは、光学鏡２３の焦点距離が、光学鏡２４の焦点距離よりも短くなっていることが好ましい。つまり、光学鏡２３から、波長変換素子２７に形成される焦点までの距離が、焦点から光学鏡２４までの距離よりも短くなっている。このようにすることで、外部共振器の安定度を高くすることができる。
【００４２】
光学鏡２１、及び光学鏡２２がＸ方向、及びＹ方向にレーザ光Ｌ１を集光する球面鏡となっている。光学鏡２１によって、Ｙ方向におけるレーザ光Ｌ１の焦点が形成される。よって、レーザ光Ｌ１が外部共振器２０内で反射を繰り返して、長距離を伝搬した場合でも、レーザ光Ｌ１の拡がりによる損失を低減することができる。
【００４３】
さらに、本実施の形態では、光学鏡２３、及び光学鏡２４としてシリンドリカルミラーを用いているため、シリンドリカルレンズを用いる必要がなくなる。これにより、光学部品の部品点数を減らすことができる。さらに、レンズによるレーザ光Ｌ１の損失を抑制することができる。また、本実施の形態では、トロイダルミラーよりも安価なシリンドリカルミラー、及び球面ミラーにより、外部共振器を構成することができる。
【００４４】
レーザ光Ｌ１がＣＷレーザ光の場合、波長変換素子２７が特に劣化しやすい。しかしながら、本実施の形態の構成を用いることで、波長変換素子２７の劣化を抑制することができる。また、波長変換素子２７の劣化により変換効率が低下した場合、波長変換素子２７をＸ方向にシフトする。このようにすることで、レーザ光Ｌ１が波長変換素子２７の劣化していない箇所に入射するため、長時間動作が可能となる。
【００４５】
実施の形態２．
実施の形態２にかかる波長変換装置１０について、図４を用いて説明する。図４は、波長変換装置１０の構成を示す図である。本実施の形態にかかる波長変換装置１０の基本的な構成、及び配置は、実施の形態１と同様であるため、適宜説明を重複する。例えば、波長変換素子２７は、実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００４６】
本実施の形態では、光学鏡２１〜２４のそれぞれの構成が異なっている。具体的には、光学鏡２１、及び光学鏡２２が平面鏡になっている。光学鏡２３、２４は、トロイダルミラーとなっている。トロイダルミラーは、Ｘ方向の曲率とＹ方向の曲率が異なる非球面ミラーである。トロイダルミラーである光学鏡２３によってレーザ光Ｌ１は、Ｘ方向、及びＹ方向に集光されて、楕円状のスポット形状となる。
【００４７】
光学鏡２３はレーザ光Ｌ１を波長変換素子２７に集光する第１の凹面鏡となっている。具体的には、光学鏡２３では、Ｘ方向における曲率がＹ方向における曲率よりも大きくなっている。換言すると、Ｘ方向における曲率半径がＹ方向における曲率半径よりも小さくなっている。よって、図２と同様に、レーザ光Ｌ１のスポット形状は、Ｙ方向を長手方向とし、Ｘ方向を短手方向とする楕円形状となる。波長変換素子２７において、レーザ光Ｌ１のスポット形状の長手方向（Ｙ方向）は、結晶軸方向と一致する。本実施の形態の構成においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
同様に、光学鏡２４は、Ｘ方向における曲率がＹ方向における曲率よりも大きくなっている。波長変換素子２７から拡がりながら伝搬するレーザ光Ｌ１は、光学鏡２４で円形のスポット形状に戻る。レーザ光Ｌ１が光学鏡２４で反射されると、発散角が小さくなる。
【００４９】
光学鏡２３の焦点距離が、光学鏡２４の焦点距離と異なっていることが好ましい。例えば、光学鏡２３の焦点距離が、光学鏡２４の焦点距離よりも長くなっている。つまり、光学鏡２３から、波長変換素子２７に形成される焦点までの距離が、焦点から光学鏡２４までの距離よりも長くなっている。あるいは、光学鏡２３の焦点距離が、光学鏡２４の焦点距離よりも短くなっている。つまり、光学鏡２３から、波長変換素子２７に形成される焦点までの距離が、焦点から光学鏡２４までの距離よりも短くなっている。このようにすることで、外部共振器の安定度を高くすることができる。
【００５０】
本実施の形態で、光学鏡２３、光学鏡２４にＸ方向、及びＹ方向に集光するトロイダルミラーが用いられている。つまり、光学鏡２３によって、Ｘ方向、及びＹ方向におけるレーザ光Ｌ１の焦点が形成される。レーザ光Ｌ１が外部共振器２０内で反射を繰り返して、長距離を伝搬した場合でも、レーザ光Ｌ１の拡がりによる損失を低減することができる。また、本実施の形態では、光学鏡２３、光学鏡２４にトロイダルミラーを用いているため、光学鏡２１、及び光学鏡２２を平面鏡とすることができる。
【００５１】
実施の形態３．
本実施の形態３にかかる波長変換装置１０について、図５を用いて説明する。図５は、波長変換装置１０の構成を示す図である。本実施の形態では、実施の形態１、２とは異なり、外部共振器２０が６つの光学鏡２１〜２６を備えている。なお、波長変換素子２７については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００５２】
基本波のレーザ光Ｌ１は、部分反射ミラーである光学鏡２１の裏面から、外部共振器２０内に導かれる。外部共振器２０内に導入されたレーザ光Ｌ１は、光学鏡２１、光学鏡２２、光学鏡２３、光学鏡２４、光学鏡２５、光学鏡２６での反射を順番に繰り返していく。これにより、レーザ光Ｌ１が外部共振器２０内を循環するため、レーザ光Ｌ１が共振する。よって、レーザ光Ｌ１の強度を高くすることができる。
【００５３】
光学鏡２４から光学鏡２５までの光路中には、波長変換素子２７が配置されている。波長変換素子２７で発生した波長変換光Ｌ２は、光学鏡２５から取り出される。光学鏡２５には、例えば、第１のレーザ光Ｌ１の波長（４２０ｎｍ〜６００ｎｍ）に対して高反射、波長変換光Ｌ２の波長（２１０ｎｍ〜３００ｎｍ）に対して反射防止の膜が施されている。なお、光学鏡２５として、レーザ光Ｌ１を反射して、波長変換光Ｌ２を透過するダイクロイックミラー等を用いてもよい。波長変換光Ｌ２は、フォトマスクなどの光学検査装置に用いられる。
【００５４】
光学鏡２１、及び光学鏡２２は、平面鏡となっている。光学鏡２３〜光学鏡２６は、シリンドリカルミラーとなっている。具体的には、光学鏡２３、及び光学鏡２６は、Ｙ方向にレーザ光Ｌ１を集光して、Ｘ方向には集光しない。光学鏡２４、及び光学鏡２５は、Ｘ方向にレーザ光Ｌ１を集光して、Ｙ方向には集光しない。
【００５５】
光学鏡２４、及び光学鏡２５は、Ｘ方向を集光方向とし、Ｙ方向を軸方向とする円柱形状となっている。光学鏡２３、及び光学鏡２６は、Ｙ方向を集光方向とし、Ｘ方向を軸方向とする円柱形状となっている。光学鏡２３、及び光学鏡２４の順で反射されたレーザ光Ｌ１は、図２と同様に、Ｘ方向を短手方向とし、Ｙ方向（結晶軸方向）を長手方向とする楕円形状となっている。よって、実施の形態１、２と同様に、高い出力波長変換光Ｌ２を長時間安定して発生させることができる。
【００５６】
また、光学鏡２４によって、Ｘ方向におけるレーザ光Ｌ１の焦点が形成される。また、光学鏡２３によって、Ｙ方向におけるレーザ光Ｌ１の焦点が形成される。波長変換素子２７から拡がりながら伝搬するレーザ光Ｌ１は、光学鏡２６で円形のスポット形状に戻る。光学鏡２５、及び光学鏡２６での反射によって、レーザ光Ｌ１の発散角が小さくなる。本実施の形態では、高価なトロイダルミラーを用いずに、長手方向と短手方向のサイズを調整することができる。
【００５７】
（検査装置）
次に、本実施の形態１〜３にかかる光源装置１００を用いた検査装置の構成について、図６を用いて説明する。図６は、検査装置３００の全体構成を示す図である。図５に示す検査装置３００は、半導体製造の露光工程に用いられるマスクの検査装置である。なお、検査対象であるフォトマスクは、主に１９３ｎｍのＤＵＶ光を露光波長とするリソグラフィーに用いられる。もちろん、検査対象はフォトマスクに限定されるものではない。
【００５８】
図６に示すように、検査装置３００は、光源装置１００、レンズ３０２ａ〜３０２ｄ、均一化光学系３０３ａ、３０３ｂ、λ／２波長板３０４、偏光ビームスプリッタ３０５、λ／４波長板３０６、対物レンズ３０７、結像レンズ３１１、二次元光検出器３１２、ハーフミラー３１３ａ、ミラー３１３ｂ〜３１３ｃ、コンデンサーレンズ３１４、３λ／４波長板３１５を有している。
【００５９】
光源装置１００はＰ波である照明光Ｌ１１１を発生する。照明光Ｌ１１１は、図１の波長変換光Ｌ２に相当する。あるいは、波長変換光Ｌ２をさらに波長変換素子に入射させることで、発生した波長変換光を照明光として用いてもよい。つまり、光源装置１００は、波長変換装置１０を有している。照明光Ｌ１１１はハーフミラー３１３ａにより２本の照明光に分岐される。ここで、ハーフミラー３１３ａを透過した照明光Ｌ１１１は、反射照明用レーザ光Ｌ３０１となり、ハーフミラー３１３ａで反射した照明光Ｌ１１１は、透過照明用レーザ光Ｌ３０６となる。
【００６０】
反射照明用レーザ光Ｌ３０１は、レンズ３０２ａで集光され、均一化光学系３０３ａに入射する。均一化光学系３０３ａには、例えば、ロッド型インテグレータと呼ばれるものなどが適する。
【００６１】
均一化光学系３０３ａから、空間的に強度分布が均一化された反射照明用レーザ光Ｌ３０１が出射する。反射照明用レーザ光Ｌ３０１は、レンズ３０２ｂを通り、λ／２波長板３０４を通ることによって偏光方向が９０度回転してＳ波となる。そして、Ｓ波となった反射照明用レーザ光Ｌ３０１は、偏光ビームスプリッタ３０５に入射し、反射照明用レーザ光Ｌ３０２のように図５の下方に反射する。反射照明用レーザ光Ｌ３０２は、λ／４波長板３０６を通って円偏光の反射照明用レーザ光Ｌ３０３になる。反射照明用レーザ光Ｌ３０３は、対物レンズ３０７を通ってマスク３０８のパターン面３０９内の観察領域３１０を照明する。なお、以上は反射照明と呼ばれる照明系である。そして、マスク３０８のパターン面３０９で反射して上方に進む反射光がレーザ光Ｌ３０４となる。
【００６２】
一方、光源装置１００から供給された透過照明用レーザ光Ｌ３０６は、ミラー３１３ｂで反射される。ミラー３１３ｂで反射した透過照明用レーザ光Ｌ３０６は、レンズ３０２ｃで集光され、均一化光学系３０３ｂに入射する。均一化光学系３０３ｂ内を進むことで、空間的に強度分布が均一化された透過照明用レーザ光Ｌ３０７が出射する。透過照明レーザ光Ｌ３０７はレンズ３０２ｄを通過し、ミラー３１３ｃで反射し、３／４波長板３１５を通過して、円偏光の透過照明レーザ光Ｌ３０８のようになる。そして、透過照明用レーザ光Ｌ３０８は、コンデンサーレンズ３１４を通り、マスク３０８のパターン面３０９内の観察領域３１０を照射する。なお、以上は透過照明と呼ばれる照明系である。マスク３０８を通過して、上方に進む透過光は、レーザ光Ｌ３０４となる。
【００６３】
マスク３０８を反射したレーザ光Ｌ３０４、又はマスク３０８を透過したレーザ光Ｌ３０４は、対物レンズ３０７を通過後、λ／４波長板３０６を通過して直線偏光に戻る。上方に進むレーザ光Ｌ３０４は、下方に進む透過照明用レーザ光Ｌ３０２とは偏光方向が直交するＰ波となり、偏光ビームスプリッタ３０５を透過する。その結果、レーザ光Ｌ３０５のように進んで結像レンズ３１１を通過して二次元光検出器３１２に当たる。したがって、二次元光検出器３１２は、波長変換光により照明されたマスク３０８を撮像する。観察領域３１０を二次元光検出器３１２上に拡大投影させて、パターン検査する。なお、二次元光検出器３１２としては、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、又はＴＤＩセンサなどの撮像装置を用いることができる。
【００６４】
上記のように、光源装置１００は、波長変換光Ｌ２である照明光Ｌ１１１を安定して発生させることができる。よって、高い精度で欠陥を検出することができる。さらに、光源装置１００が、波長変換光Ｌ２をさらに波長変換した光を発生してもよい。例えば、光源装置１００が波長変換光Ｌ２の第２高調波を発生する場合、波長変換光Ｌ２の第２高調波を照明光Ｌ１１１として用いてもよい。
【００６５】
本実施形態によれば、波長変換素子２７を用いてレーザ光を短波長化した光源装置１００において、安定した波長変換光出力を実現することができる。半導体検査用の光源装置１００においては、被測定物への照射光量が多少でも変動すると、測定データにばらつきが生じ、正確な検査結果が得られなくなる。また、長期間に渡っての出力安定性も求められる。このため、本実施形態に係る光源装置１００によって、レーザ光の光量を安定化させることができる。よって、光源装置１００からの波長変換光Ｌ２によって、検査対象を照明することで、安定した検査が可能となる。
【００６６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。
【符号の説明】
【００６７】
１０  波長変換装置
２０  外部共振器
２１〜２６  光学鏡
２７  波長変換素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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