(57)【要約】【課題】波長変換光学素子の交換直後に稼働できるレーザ装置を提供する。【解決手段】昇温状態で使用される波長変換光学素子がヒータとともにケースに収容されて一体の素子ユニットが形成される。制御ラックには、ユニット保管部８０が設けられ予備の素子ユニット５０´が保管される。制御部７０は、レーザヘッド１０で使用中の素子ユニットの使用時間が交換推奨時間に到達する以前に、予備の素子ユニット５０´に対するＮ2ガスの供給および波長変換光学素子の温度調整を開始させ、使用時間が交換推奨時間に到達したときに、予備の素子ユニット５０´の波長変換光学素子が、予め設定された準備時間Ｎ2ガスの供給下で所定温度に保持された状態となるように制御する。【選択図】図１
2010204176.tif 000002
【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生部、およびヒータにより所定温度に加熱された昇温状態で使用される波長変換光学素子を含み前記レーザ光発生部から出射されたレーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部を備えたレーザヘッドと、
前記波長変換部に不活性気体を供給するガス供給部、および前記レーザヘッドによる前記紫外光の出射を制御する制御部が設けられた制御ラックと
からなるレーザ装置において、
前記昇温状態で使用される波長変換光学素子および前記ヒータがケースに収容されて素子ユニットが形成され、前記素子ユニットが前記レーザヘッドに着脱可能に構成され、
前記制御ラックには、予備の前記素子ユニットである予備ユニットを保管するユニット保管部が設けられるとともに、前記ユニット保管部に保管された前記予備ユニットに前記不活性気体を供給するガス供給手段、および前記予備ユニットの前記波長変換光学素子を前記所定温度に調整する温度調整手段が設けられ、
前記制御部は、前記レーザヘッドに取り付けられた前記素子ユニットの使用時間に基づいて、前記素子ユニットについて予め設定された交換推奨時間に到達する以前に、前記ユニット保管部に保管された前記予備ユニットに対する前記ガス供給手段による前記不活性気体の供給および前記温度調整手段による前記波長変換光学素子の温度調整を開始させ、前記使用時間が前記交換推奨時間に到達したときに、前記予備ユニットの前記波長変換光学素子が、予め設定された所定の準備時間前記不活性気体の供給下で前記所定温度に保持された状態となるように構成したことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記ユニット保管部に保管された前記予備ユニットを除湿する除湿手段を有し、
前記ガス供給手段による前記不活性気体の供給および前記温度調整手段による前記波長変換光学素子の温度調整を開始する以前は、前記ユニット保管部に保管された前記予備ユニットが、前記除湿手段により除湿された状態で保管されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記昇温状態で使用される波長変換光学素子が、潮解性を有する光学素子であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記ケースに、レーザ光を導入する入射口および波長変換されたレーザ光を導出する出射口が開口形成されるとともに、前記入射口を開閉する入射口開閉部材および前記出射口を開閉する出射口開閉部材が設けられ、
入射口開閉部材および出射口開閉部材は、前記素子ユニットが前記レーザヘッドに取り付けられたときに前記入射口および前記出射口を各々開放し、前記素子ユニットが前記レーザヘッドから取り外されたときに前記入射口および前記出射口を各々閉止するように構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定温度に加熱された昇温状態で使用される波長変換光学素子を含みレーザ光発生部から出射されたレーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部を備えたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような波長変換部を備え紫外光を出力するレーザ装置は、例えば、レチクルのパターンを基板に転写する露光装置や、各種光学式検査装置、レーザ治療装置などの光源として用いられており、例えば、半導体レーザにより生成され光増幅器により増幅された赤外波長領域のレーザ光を、複数の波長変換光学素子からなる波長変換部において順次波長変換し、最終的にＡｒＦエキシマレーザの発振波長と同じ波長λ＝１９３ｎｍの紫外光として出力するような構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
波長変換部の構成、具体的には波長変換部に用いる非線形光学結晶等の波長変換光学素子の種別や組み合わせには種々の形態があるが、非線形光学結晶に入射する光の位相整合として温度位相整合を利用する場合には、非線形光学結晶をその結晶種別及び整合条件に応じた所定温度に加熱した昇温状態で温度制御する必要がある。また、波長変換光学素子として、ＣｓＬｉＢ6Ｏ10（ＣＬＢＯ）結晶のような潮解性を有する光学素子を用いる場合には、大気中に含まれる水分吸収を防止する必要があり、１５０℃程度に加熱した昇温状態に保持することが求められる（例えば、特許文献２を参照）。そのため、このような波長変換光学素子を用いるレーザ装置では、昇温状態で使用される波長変換光学素子を加熱するヒータが設けられ、常時所定温度に加熱された状態で保持されるように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【特許文献２】特開２００６−４７５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
波長変換光学素子には、投入されるレーザ光の波長やパワーに応じた寿命があり、高品質の紫外光出力を安定的に得るためには、各波長変換光学素子について規定された所定の交換推奨時間ごとに新品に交換することが求められる。昇温状態で使用される波長変換光学素子については、レーザ光を投入するときに当該素子が所定温度に安定保持されている必要があり、波長変換光学素子の交換後、素子温度が安定するまでヒータに通電した状態で待機する必要があるという課題があった。
【０００６】
さらに、交換対象の波長変換光学素子が、前述したＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）結晶のような潮解性を有する光学素子の場合には、使用を開始する前に、素子表面に吸着した水分や素子内部に吸蔵された水分を放出させるベーキング（Baking）を行っておく必要がある。例えば、紫外領域の光を波長変換するＣＬＢＯ結晶のベーキングは、窒素ガスをパージした雰囲気中において１５０℃程度に加熱した状態で１０日程度保持することが求められる。このため、レーザ装置に休止期間を生じさせることなく交換後直ちに稼働できるように、別途ベーキング装置を設け、推定される交換時期よりも数日程度前からベーキングを開始するような運用がなされており、波長変換光学素子の管理が煩雑であるとともに、長期間の昇温保存は非効率的な電力消費に繋がるという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、波長変換光学素子の交換直後に稼働でき、効率的な運用が可能なレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、レーザヘッドと制御ラックとからなり、レーザヘッドは、レーザ光を出射するレーザ光発生部、およびヒータにより所定温度に加熱された昇温状態で使用される波長変換光学素子を含み、レーザ光発生部から出射されたレーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部を備えて構成され、制御ラックは、波長変換部に不活性気体を供給するガス供給部、およびレーザヘッドによる紫外光の出射を制御する制御部が設けられて構成される。前記昇温状態で使用される波長変換光学素子（例えば、実施形態における波長変換光学素子２５，２６）およびヒータがケースに収容されて素子ユニットが形成され、素子ユニットがレーザヘッドに着脱可能に構成される。前記制御ラックには、予備の素子ユニットである予備ユニットを保管するユニット保管部が設けられるとともに、ユニット保管部に保管された予備ユニットに不活性気体を供給するガス供給手段（例えば、実施形態におけるガス供給部７２、庫内ガスチューブ６６）、および予備ユニットの波長変換光学素子を所定温度に調整する温度調整手段（例えば、実施形態における温度調整部７１、庫内電気ケーブル６５）が設けられる。そして、前記制御部は、レーザヘッドに取り付けられた素子ユニットの使用時間に基づいて、素子ユニットについて予め設定された交換推奨時間に到達する以前に、ユニット保管部に保管された予備ユニットに対するガス供給手段による不活性気体の供給および温度調整手段による波長変換光学素子の温度調整を開始させ、使用時間が交換推奨時間に到達したときに、予備ユニットの波長変換光学素子が、予め設定された所定の準備時間不活性気体の供給下で所定温度に保持された状態となるように構成される。なお、本明細書にいう「不活性気体」とは、希ガスを含めて反応性に乏しい乾燥気体をいい、例えば、窒素ガスなどを含む概念である。
【０００９】
本発明において、前記ユニット保管部に保管された予備ユニットを除湿する除湿手段（例えば、実施形態における除湿器８５）を有し、前記ガス供給手段による不活性気体の供給および前記温度調整手段による波長変換光学素子の温度調整を開始する以前は、ユニット保管部に保管された予備ユニットが、除湿手段により除湿された状態で保管されるように構成することが好ましい。前記昇温状態で使用される波長変換光学素子が潮解性を有する光学素子であることは本発明の好ましい構成態様である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、昇温状態で使用される波長変換光学素子が組み込まれた素子ユニットについて、制御装置は、使用中の素子ユニットが交換推奨時間に到達する以前に、素子ユニットの使用時間に基づいて、予備ユニットに対する不活性気体の供給および波長変換光学素子の温度調整を開始させ、使用時間が交換推奨時間に到達したときに、予備ユニットの波長変換光学素子が所定の準備時間不活性気体の供給下で所定温度に保持された状態となるように構成される。すなわち、使用中の素子ユニットが交換推奨時間になったときに、予備の素子ユニットのベーキングが完了するように構成される。このため、本発明によれば、波長変換光学素子（素子ユニット）の交換後ただちに稼働することができるとともに、電力消費を抑制して効率的な運用が可能なレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るレーザ装置の概要構成図である。
【図２】上記レーザ装置におけるレーザヘッドの概要構成である。
【図３】上記レーザ装置における波長変換部の構成図である。
【図４】上記レーザ装置に用いられる素子ユニットの外観斜視図である。
【図５】上記素子ユニットにおける入射口の開閉構造を模式的に示す側断面図であり、 (ａ)は素子ユニットがレーザヘッドに取り付けられて入射口が開放された状態、(ｂ)は素子ユニットがレーザヘッドから取り外されて入射口が閉止された状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。本発明を適用したレーザ装置の代表例として、レチクルのパターンを基板に転写する露光装置の光源装置として用いられるレーザ装置１の概要構成を図１に示すとともに、このレーザ装置１におけるレーザヘッド２の概要構成を図２に示しており、まずこれらの図面を参照しながら、レーザ装置１について概要説明する。
【００１３】
レーザ装置１は、この装置を光源装置として利用するレーザシステムへの適用上の便宜から、紫外光を出力する出力機能を有しレーザシステムへの組み込みを容易化した小型箱状のレーザヘッド２と、レーザヘッド２の制御機能を備えレーザヘッド２と別置される大型筺体状の制御ラック３とからなり、レーザヘッド２と制御ラック３とが、種々の電気ケーブルや、励起光伝送用の光ファイバー、パージガス供給用のガスチューブ、冷却水配管等のインターフェース４により相互接続されて構成される。
【００１４】
レーザヘッド２は、レーザ光を出射するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０から出射された基本波のレーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部２０とを備えて構成される。
【００１５】
レーザ光発生部１０は、種光となるレーザ光（シード光）Ｌsを発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１により発生されたシード光Ｌsを増幅する光増幅器１２，１３とから構成される。レーザ光源１１および光増幅器１２，１３は、このレーザ装置１を用いるレーザシステムの用途および機能に応じ、適宜な発振波長、増幅率のものが用いられる。このようなレーザ光源１１として、波長λ＝１．５４７[μｍ]の単一波長のレーザ光を発生する分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ半導体レーザ）を用い、第１段目の光増幅器１２として半導体レーザ励起のエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバー光増幅器（ＥＤＦＡ）、第２段目の光増幅器１３として、ラマン・レーザ励起のＥＤＦＡを用いた構成が例示される。
【００１６】
波長変換部２０は、レーザ光発生部１０から出射されたレーザ光（光増幅器により増幅された基本波レーザ光）Ｌrを、所定波長の紫外光に波長変換する。レーザ装置１においては、レーザ光発生部１０から出射された波長λ＝１．５４７[μｍ]の基本波レーザ光を、複数の波長変換光学素子によって順次波長変換し、最終的に基本波の８倍波（第８次高調波）でＡｒＦエキシマレーザと同一波長である波長λ＝１９３[ｎｍ]の紫外光を出力する。
【００１７】
このように、赤外領域（あるいは可視領域）の基本波レーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部の構成（波長変換光学素子の種別や組み合わせ）には、種々の公知の形態がある。本発明はヒータにより所定温度に加熱された昇温状態で使用される波長変換光学素子を含むものであればいずれの形態の波長変換部にも適用可能である。実施形態では、波長変換部の一例として、レーザ光発生部１０において、１つのレーザ光源１１から出射された基本波レーザ光を３つに分岐して各々２段の光増幅器１２、１３により増幅し、増幅された３つの基本波レーザ光Ｌr（Ｌr1，Ｌr2，Ｌr3）を波長変換部２０に入射させて、基本波、２倍波（λ＝７７４[ｎｍ]）および５倍波（λ＝３０９[ｎｍ]）を生成し、これらの和周波発生により７倍波（λ＝２２１[ｎｍ]）、８倍波（λ＝１９３[ｎｍ]）を発生させる構成例を図３に示しており、この７倍波生成用の波長変換光学素子、および８倍波生成用の波長変換光学素子に、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）結晶を用いた波長変換部の構成について説明する。
【００１８】
まず、Ｐ偏光で入射される第１の基本波レーザ光Ｌr1は、レンズ３１により波長変換光学素子２１に集光入射させ、第２高調波発生（ＳＨＧ）により周波数が基本波（ω）の２倍（２ω）、波長λが半分の２倍波を発生させる。波長変換光学素子３１により発生されたＰ偏光の２倍波、および波長変換光学素子３１を透過したＰ偏光の基本波は、レンズ３２により波長変換光学素子２２に集光入射させ、和周波発生（ω＋２ω）により周波数が基本波の３倍（３ω）の倍波を発生させる。これらの波長変換光学素子２１，２２は、例えば、２倍波発生用の波長変換光学素子２１としてＰＰＬＮ結晶、３倍波発生用の波長変換光学素子２２としてＬＢＯ結晶が用いられる。なお、波長変換光学素子２１として、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００１９】
波長変換光学素子２２により発生されたＳ偏光の３倍波と、波長変換光学素子２２を透過したＰ偏光の基本波および２倍波は、２波長波長板４１を透過させて２倍波だけをＳ偏光に変換する。２波長波長板として、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。この波長板は、一方の波長の光（２倍波）に対して偏光を回転させ、他方の波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）の厚さを一方の波長の光に対してλ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットすることにより構成される。
【００２０】
ともにＳ偏光になった２倍波および３倍波は、レンズ３３により波長変換光学素子２３に集光入射させ、和周波発生（２ω＋３ω）により５倍波（５ω）を発生させる。波長変換光学素子２３からは、この波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波と、波長変換光学素子２３を透過したＳ偏光の２倍波および３倍波、並びにＰ偏光の基本波が出射される。なお、５倍波を発生させる波長変換光学素子２３として、例えばＬＢＯ結晶が用いられるが、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることも可能である。ここで、波長変換光学素子２３から出射される５倍波は、ウォークオフのため断面が楕円形になっている。そこで、２枚のシリンドリカルレンズ３４v，３４hにより、楕円形の断面形状を円形に整形し、ダイクロイックミラー４４に入射させる。
【００２１】
一方、Ｐ偏光で入射される第２の基本波レーザ光Ｌr2は、レンズ３５により波長変換光学素子２４に集光入射させ、第２高調波発生により２倍波を発生させる。波長変換光学素子２４からは、この波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波と基本波が出射され、レンズ３６，３７を介してダイクロイックミラー４５に入射される。なお、波長変換光学素子２４として、ＰＰＬＮ結晶を用いることができるほか、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いてもよい。
【００２２】
また、Ｓ偏光で入射される第３の基本波レーザ光Ｌr3は、レンズ３８を介してダイクロイックミラー４５に入射させる。ダイクロイックミラー４５は、基本波の波長帯域の光を透過し、２倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４５に入射するＳ偏光の基本波と、波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波とが同軸上に合成される。
【００２３】
合成したＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波は、ダイクロイックミラー４４に入射させる。ダイクロイックミラー４４は、基本波および２倍波の波長帯域の光を透過し、５倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４４に入射したＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波と、波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波とが同軸上に合成される。
【００２４】
このように同軸上に合成したＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波を、波長変換光学素子２５に入射させる。ここで、基本波、２倍波、５倍波の各光路には各々レンズ（３４v，３４h，３６，３７，３８）が設けられており、同軸上に合成された各波長の光が波長変換光学素子２５に集光入射するようになっている。波長変換光学素子２５では、Ｐ偏光の２倍波とＰ偏光の５倍波による和周波発生（２ω＋５ω）が行われ７倍波（７ω）が発生される。波長変換光学素子２５からは、この波長変換光学素子２５により発生されたＳ偏光の７倍波とともに、波長変換光学素子２３を透過した上記各波長の光が出射される。７倍波を発生させる波長変換光学素子２５として、ＣＬＢＯ結晶が用いられる。
【００２５】
これらの光は、波長変換光学素子２６に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が和周波発生（ω＋７ω）により合成され、Ｐ偏光の８倍波（８ω）が発生される。８倍波を発生させる波長変換光学素子２６として、ＣＬＢＯ結晶が用いられる。なお、波長変換光学素子２６からは、この波長変換光学素子２６により発生された８倍波以外に、波長変換光学素子２６を透過した基本波、２倍波等の他の波長成分の光が出射されるが、波長変換部２０（レーザ装置１）から８倍波のみを出力させる場合には、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ、プリズムを使用することにより、これらを分離すればよい。
【００２６】
このように構成される波長変換部２０にあって、７倍波発生用の波長変換光学素子２５、および８倍波発生用の波長変換光学素子２６は、いずれもＣＬＢＯ結晶であり潮解性を有している。このため、波長変換光学素子２５，２６については、ヒータで１５０℃程度に加熱した昇温状態に保持する必要がある。レーザ装置１では、このような昇温状態を安定的に保持するとともに、波長変換光学素子２５，２６の交換作業を容易化するため、波長変換光学素子２５，２６と、波長変換光学素子２５，２６を加熱するヒータとをケースに収容して一体の素子ユニット５０を形成し、ユニット単位でレーザヘッド２に着脱可能に構成している。
【００２７】
素子ユニット５０は、その外観斜視図を図４に示すように、全体として矩形箱状をなし、外周を覆うケース５１の内部に、波長変換光学素子２５，２６を含み、図３において二点鎖線で囲む符号５０で示す部分が、このユニットの基体となるベースプレート（不図示）にアライメントされた状態で配設されている。
【００２８】
素子ユニット内部の構成については詳細図示を省略するが、波長変換光学素子２５，２６は、それぞれレーザ光の入出射面を除く外周全体を覆う金属材料性の素子ホルダに装着され、この素子ホルダを光軸に直行する二軸方向に移動させるステージを介してベースプレートに取り付けられている。素子ホルダには、加熱用のヒータおよび温度検出用の温度センサが設けられており、後述する温度調整部７１により、波長変換光学素子２５，２６が予め設定された１５０℃程度の所定温度に保持されるようになっている。
【００２９】
ケース５１には、図４における正面側に、素子ユニット５０の内部にレーザ光（同軸上に合成された基本波、２倍波、５倍波）を導入する入射口５２、図４における後面側に、波長変換された紫外レーザ光Ｌvを導出する出射口５３（図３を参照）が設けられ、レーザヘッド２への素子ユニット５０の着脱に応じて開閉部材５４により入射口５２および出射口５３をそれぞれ開閉する開閉構造５５が設けられている。
【００３０】
図５(ａ)(ｂ)に、入射口側の開閉構造５５の側断面図を模式的に示すように、ケース５１の前面側には、上下貫通する角筒状のゲート収容部５６が設けられ、このゲート収容部５６の前後の壁面に同一軸上に開口形成された入射開口５２ａ，５２ｂにより入射口５２が形成される。開閉部材５４は、上端にストッパブロック５４ａその下側に柱状部５４ｂを有する角柱状に形成され、柱状部５４ｂの下部領域には入射開口５２ａ，５２ｂと略同一径の挿通開口５７が柱状部５４ｂを前後貫通して開口形成されている。
【００３１】
開閉部材５４は、ゲート収容部５６に上下に摺動可能に嵌挿されるとともに図示省略するバネにより常時下方に付勢されており、外力が作用しない状態では、図５(ｂ)に示すように、ストッパブロック５４ａがゲート収容部５６の上端に当接し、柱状部５４ｂの下面が素子ユニット５０の下面と略同の一となる高さ位置（閉止位置という）に保持される。挿通開口５７は、この閉止位置において、入射開口５２ａ，５２ｂよりも開口の直径程度分下方に位置し、柱状部５４ｂが前後の入射開口５２ａ，５２ｂを遮断するような高さ位置に形成されており、入射口５２が開閉部材５４によって閉止された閉止状態に保持される。出射口５３側についても同様に構成されており、開閉部材５４に外力が作用しない状態では、出射口５３が開閉部材５４により閉止された閉止状態に保持される。なお、柱状部５４ｂを自重で降下するようにゲート収容部を加工することでバネを省略することも可能である。
【００３２】
一方、レーザヘッド２側には、取り付け状態において素子ユニット５０の入射口、出射口の各開閉構造５５と整合する位置に、平面視においてゲート収容部５６よりも小さく、閉止部材５４の下端部と係脱可能な凸部５８が上方に突出して設けられている。凸部５８の突出高さは、閉止位置における入射開口５２ａ，５２ｂと挿通開口５７との上下方向のずれ量に合わせて形成されている。そのため、素子ユニット５０をレーザヘッド２に取り付けると、入射口、出射口の各開閉構造５５に対応する凸部５８がそれぞれ閉止部材５４の下端部と係合してばねの付勢力に抗して閉止部材５４を上方に移動させ、素子ユニット５０が取り付けられた状態では、図５(ａ)に示すように、入射開口５２ａ，５２ｂと挿通開口５７とが同一軸上に連通して、入射口５２、出射口５３が開放される。
【００３３】
なお、レーザヘッド２の素子ユニット取付部には、素子ユニット５０を位置決めするための複数の位置決めピンが設けられ、素子ユニット５０のベースプレートには、これらの位置決めピンと嵌脱自在な複数の位置決め穴が設けられており、素子ユニット５０をレーザヘッド２に取り付けたときに、上記凸部５８により入射口５２、出射口５３が開放されるとともに、素子ユニット内の波長変換光学素子２５，２６が波長変換部２０の光軸上に位置決めされた状態で配設されるようになっている。
【００３４】
ケース５１の上部には、波長変換光学素子２５，２６を加熱するヒータや素子温度を検出する温度センサ、波長変換光学素子を光軸と直行方向に移動させるステージなどの制御信号を入出力するための電気コネクタ６１が設けられるとともに、大気との接触を遮断して波長変換光学素子２５，２６を常に乾燥状態に維持するため、Ｎ2ガス等の不活性気体をケース５１内に供給するためのガスコネクタ６２が設けられている。レーザヘッド２には、電気コネクタ６１と嵌脱自在なコネクタを有する電気ケーブル６３、および、ガスコネクタ６２と嵌脱自在なコネクタを有するガスチューブ６４が設けられ、インターフェース４を通る電気ケーブル６３およびガスチューブ６４を介して上記制御信号等、およびＮ2ガスが制御ラック３側から供給されるようになっている。
【００３５】
制御ラック３には、レーザ装置１を構成する各部の作動を統括的に制御してレーザヘッド２による紫外光Ｌvの出射を制御する制御部７０、素子ユニット５０の波長変換光学素子２５，２６をはじめとし、昇温状態で使用する光学素子（例えば、温度位相整合で使用する波長変換光学素子２１，２２等）の温度を調整する温度調整部７１、ガスコネクタ６２により接続される上記素子ユニット５０のほか、レーザ装置１の各部にＮ2ガスを供給するガス供給部７２、第２段目の光増幅器１３を励起するラマン・レーザ（不図示）などが設けられる（図１を参照）。
【００３６】
また、制御ラック３には、レーザヘッド２に取り付けられた素子ユニット（使用中の素子ユニット）５０と同一構成の素子ユニットであって、波長変換光学素子２５，２６の使用時間が所定の推奨交換時間になったときに、交換して使用するための予備の素子ユニット（予備ユニットという）５０´を保管するユニット保管庫８０が設けられている。
【００３７】
ユニット保管庫８０は、予備ユニット（予備の素子ユニット）５０´を収容する収容空間８１、およびこの収容空間８１の前方を覆って開閉可能に設けられた開閉扉８２を有し、収容した予備ユニット５０´を外気と遮断した状態で保持可能に形成される。ユニット保管庫８０には除湿器８５が併設されており、この保管庫内が常に所定の低湿度（例えば相対湿度１０％未満の低湿度）に維持されるようになっている。なお、除湿器に変えてエアドライヤを設け、ユニット保管庫８０の収容空間８１にドライエアを供給して、庫内湿度が上記所定の低湿度になるように構成してもよい。
【００３８】
ユニット保管庫８０の内部には、端部に電気コネクタ６１と嵌脱自在なコネクタを有し基端側が温度調整部７１に接続された庫内電気ケーブル６５、および、端部にガスコネクタ６２と嵌脱自在なコネクタを有し基端側がガス供給部７２に接続された庫内ガスチューブ６６が配設されている。このため、これらを予備ユニット５０´の各コネクタ６１，６２に接続することにより、予備ユニット５０´のケース内にＮ2ガスを供給してパージし、予備ユニット内の波長変換光学素子２５，２６を加熱して所定温度の昇温状態にすることができる。
【００３９】
制御部７０には、制御部内のメモリに素子ユニット５０の推奨交換時間Ｔc、予備ユニットについて使用を開始する前に波長変換光学素子２５，２６を加熱乾燥させる時間として規定されたベーキング時間Ｔbなどが予め設定されるとともに、レーザヘッド２に取り付けられた素子ユニット５０の使用時間Ｔu、すなわち、使用中の素子ユニット５０が波長変換に用いられた時間がレーザ装置１の稼働に伴って順次積算されて記憶されている。制御部７０は、予め設定された制御プログラムに基づいて、ユニット保管庫８０に収容された予備ユニット５０´について、以下のような環境制御を実行する。なお、ベーキング時間Ｔbには１５０℃程度の所定温度に上昇させるまでの時間を加味して設定することができる。
【００４０】
制御部７０は、素子ユニット５０の推奨交換時間Ｔcから、使用中の素子ユニット５０の使用時間Ｔuを減算して残余の使用可能時間Ｔxを求め、この残余の使用可能時間Ｔxとベーキング時間Ｔbとを比較する。そして、残余の使用可能時間Ｔxがベーキング時間Ｔbよりも大きいとき（Ｔx＞Ｔbのとき）には、予備ユニット５０´について、ガス供給部７２によるＮ2ガスの供給、および温度調整部７１による波長変換光学素子２５，２６の温度制御（ヒータ加熱）を行わない。
【００４１】
例えば、素子ユニット５０の推奨交換時間ＴcをＴc＝５０００[Hr]、波長変換光学素子２５，２６のベーキング時間ＴbをＴb＝２５０[Hr]としたときに、現在使用中の素子ユニット５０の使用時間ＴuがＴu＝３５００[Hr]の場合には、残余の使用時間Ｔx＝５０００−３５００＝１５００[Hr]となり、ベーキング時間Ｔbよりも大である。よって、この場合には、予備ユニット５０´について、Ｎ2ガスの供給、および波長変換光学素子２５，２６の温度制御は行われない。
【００４２】
既述したように、ユニット保管庫８０の収容空間８１は、除湿器８５により所定の低湿度に維持され、素子ユニット５０´は、この低湿度状態の収容空間８１に収容保持されている。このため、波長変換光学素子２５，２６は、ユニット保管庫８０に、常温（室温）・低湿度状態で保管される。
【００４３】
レーザヘッド２に取り付けられた素子ユニット５０の使用時間Ｔuが増加し、推奨交換時間Ｔcから実使用時間Ｔuを差し引いた残余の使用可能時間Ｔxがベーキング時間Ｔbに等しくなったとき（Ｔx＝Ｔbのとき）、制御部７０は、ガス供給部７２からガスコネクタ６２を介して予備ユニット５０´へのＮ2ガスの供給を開始させるとともに、温度調整部７３から電気コネクタ６１を介してヒータに電力を供給し、波長変換光学素子２５，２６を１５０℃程度の所定温度まで上昇させる。
【００４４】
例えば、上記具体例において、素子ユニット５０の使用時間ＴuがＴu＝４７５０[Hr]になったときに、残余の使用時間Ｔx＝５０００−４７５０＝２５０[Hr]となり、残余の使用可能時間Ｔxとベーキング時間Ｔbとが等しくなる。このとき、予備ユニット５０´にＮ2ガスの供給が開始され、ヒータによる波長変換光学素子２５，２６の加熱が開始される。
【００４５】
残余の使用可能時間Ｔxがベーキング時間Ｔb以下となった状態では、ガス供給部７２によるＮ2ガスの供給下において、波長変換光学素子２５，２６が温度調整部７３により所定温度（例えば前述した１５０℃）の昇温状態で温度保持され、波長変換光学素子２５，２６のベーキング（Baking）が実施される。なお、収容空間８１は、逆止弁を有する排気ラインを介して外部に開放されており、ベーキングにより波長変換光学素子から放出された水分は、Ｎ2ガスとともに庫外に排出される。
【００４６】
波長変換光学素子２５，２６のベーキングを開始すると、制御部７０は、レーザ装置１の作動操作を行う操作パネル（あるいはレーザ装置１が光源として用いられる露光装置等の操作パネル）の液晶画面等に、逐次状況を表示させる。例えば、予備ユニット５０´について「ベーキングを実施中」である旨表示するとともに、残余の使用時間Ｔxを「推奨交換時間まであと＊＊時間」のように表示する。これにより、オペレータは予備ユニット５０´についてベーキングが開始されたこと、どのくらいの時間経過後に素子ユニット５０の交換を実施する必要があるかを正確に認識することができる。
【００４７】
また、制御部７０は、オペレータが新たな加工プログラム（例えば露光プログラム）を実行しようとしたとき（例えば加工プログラムのスタートボタンが操作されたとき）に、この加工プログラムを終了するまでに使用される素子ユニット５０の予定使用時間を算出する。そして、予定使用時間が残余の使用時間Ｔxを超えている場合には、加工プログラムの制御フローを一時停止させ、「加工プログラムを実行すると、素子ユニット５０の使用時間が推奨交換時間を超える」旨のワーニングを表示させて、加工プログラムを実行するか否かを確認する。なお、推奨交換時間には、一般的に、ある程度のマージンが設けられており、超過時間がそのマージンの範囲内であれば、実行指令に基づいて当該加工プログラムを実行させる。
【００４８】
残余の使用時間Ｔxがゼロになり、素子ユニット５０の実使用時間Ｔuが推奨交換時間Ｔcに到達したとき、あるいは推奨交換時間を超えたときには、制御部７０は、素子ユニット５０について「推奨交換時間に達した」旨の表示を行い、素子ユニット５０の交換を促す。このとき、ユニット保管庫内の予備ユニット５０´については、Ｎ2ガスの供給下において、予め設定された所定温度、所定ベーキング時間Ｔbのベーキングが完了した状態になっている。
【００４９】
オペレータは、レーザヘッド２に取り付けられていた素子ユニット５０を取り外し、ユニット保管庫８０においてベーキングが終了した予備ユニット５０´をレーザヘッド２に取り付ける。このとき、予備ユニット５０´のガスコネクタ６２に接続されていた庫内ガスチューブ６６を取り外すが、入射口５２および出射口５３が開閉部材５４により閉止されているため、ケース内にＮ2ガスが充満された状態で保持される。
【００５０】
また、制御ラック２には、端部に電気コネクタ６１と嵌脱自在なコネクタを有し基端側が温度調整部７１に接続された移設用電気ケーブル６７が設けられている。この移設用電気ケーブル６７は、レーザヘッド２と制御ラック３との間隔に応じた長さに設定されており、移設用電気ケーブル６７のコネクタを電気コネクタ６１に接続した状態で、レーザヘッド２と制御ラックとの間を搬送可能になっている。
【００５１】
そのため、庫内電気ケーブル６５を移設用電気ケーブル６７につなぎ換え、庫内ガスチューブ６６を取り外して予備ユニット５０´をユニット保管庫８０から取り出すことにより、ケース内部がＮ2ガスで満たされ外気との接触を遮断した状態で、波長変換光学素子２５，２６を所定温度（１５０℃）の昇温状態に保持したまま、予備ユニット５０´をレーザヘッド２に移動させることができる。そして、レーザヘッド側において、予備ユニット５０´を取り付け、ガスコネクタ６２にガスチューブ６４を接続し、移設用電気ケーブル６７を電気ケーブル６３につなぎ換えることでより、Ｎ2ガスの供給下で波長変換光学素子２５，２６が所定温度の昇温状態に保持される。
【００５２】
レーザヘッドに新たに取り付けられた素子ユニット（予備ユニット５０´）は、すでに所定時間、所定温度のベーキングが完了し、かつ、移動中にも温度が保持されているため、交換後ただちにレーザ光を投入して波長変換を行わせることができる。
【００５３】
このように、レーザ装置１においては、使用中の素子ユニット５０が交換推奨時間になったときに、予備ユニット５０´のベーキングが完了するように構成されるため、レーザ装置１に休止期間を生じさせたり、これを回避するために煩雑な管理を要したりすることがなく、波長変換光学素子２５，２６の交換後ただちにレーザ装置１を稼働することができる。従って、以上説明したレーザ装置１によれば、無駄な電力消費や管理工数を削減して効率的な運用を実現することができる。
【００５４】
以上では、ヒータにより所定温度に加熱された昇温状態で使用される波長変換光学素子のうち、特に効果的な例として、潮解性を有し長時間のベーキングが必要とされるＣＬＢＯ結晶を例示したが、潮解性を有する他種の波長変換光学素子についても同様に適用し同様の効果を得ることができる。また、潮解性を有しないが所定温度に加熱された状態で使用される波長変換光学素子、例えば、温度位相整合を利用して使用される波長変換光学素子（本実施形態における波長変換光学素子２１，２２）に適用してもよく、これにより波長変換光学素子を所定温度で安定させるまでの時間を短縮して、波長変換光学素子交換後のレーザ装置の立ち上げ時間を短縮することができる。
【００５５】
また、実施形態では、ベーキングが必要な波長変換光学素子２５，２６（図３において二点鎖線で囲み符号５０で示す部分）を一つの単位として素子ユニットを構成する形態を示したが、各波長変換光学素子２５，２６を各々一つの単位として素子ユニットを構成し、あるいは波長変換光学素子２５，２６を含む波長変換部２０全体を一つの単位として素子ユニットを構成してもよい。前者によれば、推奨交換時間が波長変換光学素子ごとに異なるような場合に合理的であり、後者によれば、波長変換部を構成する波長変換光学素子の推奨交換時間が略同一であるような場合に交換作業を容易化、迅速化することができる。
【００５６】
なお、レーザ光発生部１０において、レーザ光源１１により発生されたレーザ光（シード光）Ｌsを、直列接続した２段の光増幅器１２，１３によって増幅し、増幅されたレーザ光Ｌrを波長変換部２０に入射させる構成を例示したが、レーザ光源１１の出力や増幅率に応じて光増幅器を１段もしくは３段以上とし、または光増幅器を設けることなく波長変換部２０に直接入射させるように構成してもよく、波長変換部２０の構成に応じて、レーザ光源１１から出射されるレーザ光を複数に分割し並列に設けた複数の光増幅器で増幅することなく、短列の光増幅器で構成してもよい。また、説明簡明化のため記載を省略したが、レーザ光源１１と光増幅器１２との間、光増幅器１２と波長変換部２０との間に、光パルスを切り出すＥＯＭ等の光変調器や、単色性を高める狭帯域機フィルタ等が適宜設けられる。
【符号の説明】
【００５７】
１  レーザ装置
２  レーザヘッド
３  制御ラック
１０  レーザ光発生部
２０  波長変換部
２１〜２６  波長変換光学素子
５０  素子ユニット
５０´  予備ユニット（予備の素子ユニット）
５２  入射口
５３  出射口
５４  開閉部材
６１  電気コネクタ
６２  ガスコネクタ
６５  庫内電気ケーブル
６６  庫内ガスチューブ
７０  制御部
７１  温度調整部
７２  ガス供給部
８０  ユニット保管庫
８５  除湿器
【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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