(57)【要約】【課題】停電等による予期せぬ電源遮断に対し、簡明な構成で反射防止膜等の損傷を抑制し得る手段を提供する。【解決手段】結晶ホルダ１００は、波長変換光学素子３１を保持する第１ホルダ部材１１０と、第１ホルダ部材１１０を介して波長変換光学素子３１を保持する第２ホルダ部材１２０と、第２ホルダ部材１２０の外側部を覆う第３ホルダ部材１３０と、波長変換光学素子３１を加熱するヒータ１４０とを有して構成される。第１ホルダ部材１１０は、熱伝導率が高く熱容量密度が低い高熱拡散材料により形成され、第２ホルダ部材１２０は、熱伝導率が低く熱容量密度が高い低熱拡散材料により形成され、第３ホルダ部材１３０は、熱伝導率及び熱容量密度がともに低い断熱材料により形成される。【選択図】図２
2014029384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長変換光学素子を保持する第１ホルダ部材と、前記第１ホルダ部材を介して前記波長変換光学素子を保持する第２ホルダ部材と、前記第２ホルダ部材の外側部を覆う第３ホルダ部材と、前記波長変換光学素子を加熱及び／または冷却するための温度調整器とを有し、
前記第１ホルダ部材は、熱伝導率が高く熱容量密度が低い高熱拡散材料により形成され、
前記第２ホルダ部材は、第１ホルダ部材と対比して熱伝導率が低く熱容量密度が高い低熱拡散材料により形成され、
前記第３ホルダ部材は、熱伝導率及び熱容量密度が共に低い断熱材料により形成されることを特徴とする波長変換光学素子ホルダ。
【請求項２】
前記第２ホルダ部材と前記第３ホルダ部材との間に、気体からなる断熱層を有することを特徴とする請求項１に記載の波長変換光学素子ホルダ。
【請求項３】
前記温度調整器は、前記第２ホルダ部材に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換光学素子ホルダ。
【請求項４】
前記波長変換光学素子はＬＢＯ結晶であ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波長変換光学素子ホルダ。
【請求項５】
前記波長変換光学素子における位相整合は非臨界位相整合であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換光学素子ホルダ。
【請求項６】
レーザ光を出力するレーザ光出力部と、前記レーザ光出力部から出力されたレーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備えたレーザ装置であって、
前記波長変換部に、請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長変換光学素子ホルダに保持された波長変換光学素子を備えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ装置と、
所定の露光パターンが形成されたフォトマスクを保持するマスク支持部と、
露光対象物を保持する露光対象物支持部と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、
前記フォトマスクを透過した光を露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系と
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項６に記載のレーザ装置と、
被検物を保持する被検物支持部と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、
前記被検物からの光を検出器に投影する投影光学系と
を備えたことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換光学素子を加熱及び／または冷却する温度調整器を有する波長変換光学素子ホルダ、このような波長変換光学素子ホルダを有するレーザ装置に関する。また、このようなレーザ装置を備えた露光装置及び検査装置等のレーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置は、例えば顕微鏡や形状測定装置、露光装置、検査装置などのレーザシステムの光源として用いられている。レーザ装置の出力波長は、組み込まれるシステムの用途及び機能に応じて設定され、レーザ光出力部から出力する基本波レーザ光の波長や、波長変換部に設ける波長変換光学素子の種別及び組み合わせが、上記用途及び機能に応じて適宜設定される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
よく知られるように、波長変換光学素子（非線形光学結晶）により波長変換を行うためには、波長変換過程における位相整合条件を満たす必要がある。例えば、位相整合が非臨界位相整合（ＮＣＰＭ：Non-Critical  Phase  Matching）の場合には、所定の入射環境（波長変換光学素子の光学軸に対するレーザ光の入射角度が９０度または０度の状態）において、結晶温度が所定の位相整合温度と合致するように、波長変換光学素子の温度を調整設定する。位相整合が臨界位相整合（ＣＰＭ：Critical  Phase  Matching）の場合には、所定の温度環境において波長変換光学素子の光学軸に対するレーザ光の入射角度が所定の位相整合角と合致するように、レーザ光に対して波長変換光学素子の角度位置を調整設定する（例えば、特許文献２、特許文献３を参照）。
【０００４】
そのため、レーザ装置で用いられる波長変換光学素子の中には、例えばペルチェ素子やヒータのような波長変換光学素子を加熱及び／または冷却する温度調整器を備えた波長変換光学素子ホルダに保持され、温度コントローラ等により一定温度に制御された状態で使用されるものがある。このような波長変換光学素子を用いるレーザ装置では、レーザ装置から常に安定したレーザ光を出力するため、一般的には、波長変換光学素子の着脱交換時を除いて、波長変換光学素子が常時一定温度に保持されるようになっている。すなわち、温度コントローラには、レーザ装置の稼働／非稼働に拘わらず常に電力が供給され、波長変換光学素子が常時一定温度に保持されるように制御されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８６１９３号公報
【特許文献２】特開２００２−９０７８７号公報
【特許文献３】特開２００８−１２２７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
確かに、レーザ装置の稼働／非稼働に拘わらず、温度コントローラに常時電力が供給されていれば、波長変換光学素子は一定温度に保持することができる。しかしながら、自然災害や電源設備の故障等に伴う予期せぬ停電、レーザ装置の緊急な電源遮断等が生じた場合には、温度コントローラへの電力供給が遮断され、波長変換光学素子の温度は急速に変化する。
【０００７】
波長変換光学素子におけるレーザ光の入射面及び出射面には、一般的に、レーザ光の反射を防止する反射防止膜や保護膜等の薄膜がコーティングされている。しかし、波長変換光学素子（非線形光学結晶）と反射防止膜等の薄膜材料とは熱膨張係数が異なっている。そのため、波長変換光学素子の温度が急速に変化すると、両者の熱膨張係数の差から反射防止膜にストレスが掛かり、膜が剥離したりクラックが入ったりする場合がある。特に、波長変換光学素子として広く用いられるＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶は、結晶の軸方向ごとに熱膨張係数が大きく異なるため、急速な温度変化が生じると反射防止膜に大きなストレスが掛かり、損傷を受けやすいという問題があった。
【０００８】
このような問題に対し、いわゆる無停電電源をレーザ装置内に設けて温度コントローラを接続し、予期せぬ停電や緊急な電源遮断等が生じた場合に、バッテリの電力で結晶温度を徐々に低下させるように制御する手段が考えられる。しかしながら、このような手段では、レーザ装置の構成が複雑化し、高額化するという課題がある。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みて成されたものであり、停電等による予期せぬ電源遮断に対し、簡明な構成で反射防止膜等の損傷を抑制し得る手段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】
【００１０】
本発明を例示する第１の態様は、波長変換光学素子ホルダである。この波長変換光学素子ホルダは、波長変換光学素子を保持する第１ホルダ部材と、第１ホルダ部材を介して波長変換光学素子を保持する第２ホルダ部材と、第２ホルダ部材の外側部を覆う第３ホルダ部材と、波長変換光学素子を加熱及び／または冷却するための温度調整器とを有して構成される。第１ホルダ部材は、熱伝導率が高く熱容量密度が低い高熱拡散材料により形成され、第２ホルダ部材は、第１ホルダ材と対比して熱伝導率が低く熱容量密度が高い低熱拡散材料により形成され、第３ホルダ部材は、熱伝導率及び熱容量密度がともに低い断熱材料により形成される。
【００１１】
なお、第２ホルダ部材と第３ホルダ部材との間に気体からなる断熱層を設けて構成することができる。また、温度調整器を第２ホルダ部材に設けることができる。
【００１２】
波長変換光学素子はＬＢＯ結晶とすることができる。また、波長変換光学素子における位相整合は非臨界位相整合とすることができる。
【００１３】
本発明を例示する第２の態様は、レーザ光を出力するレーザ光出力部と、レーザ光出力部から出力されたレーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備えたレーザ装置である。このレーザ装置は、波長変換部に、上記いずれかに記載の波長変換光学素子ホルダに保持された波長変換光学素子を備えて構成される。
【００１４】
本発明を例示する第３の態様は露光装置である。この露光装置は、第２の態様のレーザ装置と、所定の露光パターンが形成されたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する露光対象物支持部と、レーザ装置から出力されたレーザ光をマスク支持部に保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、フォトマスクを透過した光を露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系とを備えて構成される。
【００１５】
本発明を例示する第４の態様は検査装置である。この検査装置は、第２の態様のレーザ装置と、被検物を保持する被検物支持部と、レーザ装置から出力されたレーザ光を被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、被検物からの光を検出器に投影する投影光学系とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１６】
第１の態様の波長変換光学素子ホルダは、第１，第２，第３ホルダ部材と温度調整器とを有して構成される。これらのホルダ部材のうち、波長変換光学素子を直接保持する第１ホルダ部材は高熱拡散材料により形成され、第１ホルダ部材を介して波長変換光学素子を保持する第２ホルダ部材は低熱拡散材料により形成され、その外側部を覆う第３ホルダ部材は断熱材料により形成される。
【００１７】
第１ホルダ部材は、熱伝導率が高く熱容量密度が低い高熱拡散材料により形成されることから、第１ホルダ部材の一部に作用した熱は速やかに部材全体に拡散する。そのため、第１ホルダ部材に直接保持される波長変換光学素子は、結晶部位による温度偏差が小さくなり、第１ホルダ部材は素子全体の温度の均一性を高めるように作用する。一方、第２ホルダ部材は、熱伝導率が低く熱容量密度が高い低熱拡散材料により形成されることから、第２ホルダ部材は熱の拡散に伴う温度変化が少ない。すなわち、第２ホルダ部材は、加熱または冷却が停止されたときの温度変化を緩やかにする作用を発揮する。そのため、第１ホルダ部材を介して第２ホルダ部材に保持された波長変換光学素子は、温度調整器による加熱または冷却が停止されたときの温度変化が緩やかになり、素子全体の温度の均一性が保持された状態で緩やかに変化する。第３ホルダ部材は、熱伝導率及び熱容量密度がともに低い断熱材料により形成される。すなわち、第３ホルダ部材は、第２ホルダ部材による温度変化率の抑制作用をさらに高めるように作用する。また、第２ホルダ部材と波長変換光学素子ホルダ外部との温度差が大きい場合、外部への放熱量（加熱の場合）もしくは外部からの吸熱量（冷却の場合）を減らすことができ、省電力で温度制御を行なえるように作用する。
【００１８】
そのため、このような第１，第２，第３ホルダ部材を有する波長変換光学素子ホルダに保持された波長変換光学素子は、温度調整器による加熱または冷却が停止されたときの温度変化が極めて緩やかになり、素子全体の温度の均一性が保持された状態でゆっくりと変化する。このため、仮に停電等による予期せぬ電源遮断が発生しても、波長変換光学素子の温度が急速に変化するようなことが無く、簡明な構成で反射防止膜等の損傷を抑制可能な手段を提供することができる。なお、波長変換光学素子を加熱及び／または冷却するための温度調整器は、第１ホルダ部材、第２ホルダ部材、あるいはこれらのホルダ部材の間等に設けることができる。
【００１９】
第２の態様のレーザ装置は上記のような波長変換光学素子ホルダに保持された波長変換光学素子を備えて構成される。そのため、停電等による予期せぬ電源遮断が発生しても、波長変換光学素子の温度が急速に変化するようなことが無く、簡明な装置構成で反射防止膜等の損傷を抑制することができる。
【００２０】
第３の態様の露光装置、第４の態様の検査装置は、第２の態様のレーザ装置を備えて構成される。そのため、簡明な構成で反射防止膜等の損傷が抑制されており、レーザ装置を含めたシステムの簡明化、低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の適用例として示すレーザ装置の概要構成図である。
【図２】本発明を適用した結晶ホルダの構成例として示す、光軸に直交する断面の模式的な断面図である。
【図３】上記結晶ホルダにおける、光軸に沿った断面の模式的な断面図である。
【図４】結晶ホルダの他の構成例として示す、光軸に直交する断面の模式的な断面図である。
【図５】結晶ホルダの実施例として示す、各ホルダ部材を形成する具体的な材料の物性をまとめた図表である。
【図６】上記レーザ装置を備えたシステムの第１の適用例として示す露光装置の概要構成図である。
【図７】上記レーザ装置を備えたシステムの第２の適用例として示す検査装置の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。本発明の態様として例示するレーザ装置ＬＳの概要構成図を図１に示す。レーザ装置ＬＳは、レーザ光Ｌaを出力するレーザ光出力部１と、レーザ光出力部１から出力されたレーザ光を波長変換する波長変換部３と、レーザ光出力部１及び波長変換部３の作動を制御する制御部８とを備えて構成される。以降では、レーザ光出力部１から出力されるレーザ光Ｌaを基本波レーザ光と称し、波長変換部３により波長変換されて出力されるレーザ光Ｌvを変換レーザ光と称して説明する。
【００２３】
レーザ光出力部１や波長変換部３の具体的な構成は、特許文献１にも開示されているように多種多様な形態がある。本実施形態においては、レーザ光出力部１から出力する基本波レーザ光Ｌaの波長を１０６４ｎｍ、波長変換部から出力する変換レーザ光Ｌvの波長を３５５ｎｍとした場合を例として説明する。
【００２４】
レーザ光出力部１は、シード光を出射する光源部１０と、光源部１０から出射されたシード光を増幅する増幅部２０とから構成される。
【００２５】
光源部１０は、基本波波長のレーザ光を発生する信号光源１１を主体として構成される。信号光源１１は、発振波長が１０６４ｎｍ近傍のＤＦＢ（Distributed  Feedback）半導体レーザを好適に用いることができる。ＤＦＢ半導体レーザは、ペルチェ素子等を利用した温度調整器によって温度制御することにより発振波長を所定範囲で調整設定できるとともに、設定後には狭帯域化された単一波長のシード光を発生させることができる。また、ＤＦＢ半導体レーザは、励起電流を波形制御することにより任意強度でＣＷ発振またはパルス発振させることができる。
【００２６】
本構成例では、信号光源１１の出射端部に、電気光学変調器（ＥＯＭ：Electro  Optic  Modulator）等の外部変調器１５を設け、パルス発振させた信号光源１１の出力光を外部変調器１５により切り出して、所要パルス波形のシード光Ｌsを増幅部２０に出力する形態を示す。
【００２７】
増幅部２０は、光源部１０から出力されたシード光Ｌsを増幅するファイバ増幅器を主体として構成される。図１には、三つのファイバ増幅器２１，２２，２３を直列に接続した構成例を示す。ファイバ増幅器２１，２２，２３として、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＹＤＦＡ）を好適に用いることができる。
【００２８】
ファイバ増幅器２１は、コアにイッテルビウム（Ｙｂ）がドープされた増幅用ファイバ２１ａと、増幅用ファイバに励起光を供給してイッテルビウムを励起する励起光源２１ｂとを主体として構成される。ファイバ増幅器２２及び２３についても同様であり、各々増幅用ファイバ２２ａ，２３ａ、励起光源２２ｂ，２３ｂを有して構成される。励起光源２１ｂ，２２ｂ，２３ｂは、例えば半導体レーザやラマンレーザが用いられる。
【００２９】
イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器は、波長が１０００〜１１００ｎｍの帯域に利得を有する。そのため、波長が１０６４ｎｍのシード光Ｌsを効率的に増幅することができる。各ファイバ増幅器のゲインは、増幅用ファイバを励起する励起光のパワーを制御すること、具体的には励起光源２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの駆動電力（励起電力）を制御することにより調整することができる。
【００３０】
増幅部２０に入射したシード光Ｌsは、まず１段目のファイバ増幅器２１に入射して増幅され、続いて２段目のファイバ増幅器２２、３段目のファイバ増幅器２３に入射して順次増幅される。これら３段のファイバ増幅器によって増幅されたシード光、すなわち基本波レーザ光Ｌaは、レーザ光出力部１から出力され、波長変換部３に入射する。レーザ光出力部１から出力される基本波レーザ光Ｌaのパワーは５０〜１００Ｗ程度と高く、高出力の基本波レーザ光Ｌaが波長変換部３に入射する。
【００３１】
なお、本構成例では高パワーの基本波レーザ光Ｌaを出力する場合の構成として、増幅部２０に３段のファイバ増幅器を設けた構成を例示したが、所要のパワーに応じて単段、２段等適宜な構成にすることができる。また、レーザ光出力部１は、所要パワーの基本波レーザ光を出力可能な構成であれば良く、例えば、ファイバ増幅器の入出射端に共振器を組み込んだファイバレーザ（Ｙｂファイバレーザ）や、ＹＡＧレーザ等により構成しても良い。
【００３２】
波長変換部３には、レーザ光出力部１から出力された基本波レーザ光Ｌaが入射して伝播する波長変換光学系３０が設けられている。波長変換光学系３０は、二つの波長変換光学素子３１，３２を主体とし、図示省略するレンズやカプラ、波長板等を有して構成される。波長変換部３に入射した基本波レーザ光Ｌaは、レンズを介して波長変換光学素子３１に集光入射する。
【００３３】
波長変換光学素子３１は、第２高調波発生（ＳＨＧ：Second  Harmonic  Generation）により基本波レーザ光Ｌaの第２高調波を発生させる非線形光学結晶である。波長変換光学素子３１に入射した波長１０６４ｎｍの基本波レーザ光Ｌaは、この波長変換光学素子３１を透過する過程で波長変換され、基本波レーザ光Ｌaの第２高調波である波長５３２ｎｍのレーザ光（以下、５３２ｎｍ光という）が発生する。本構成形態においては、波長変換光学素子３１としてＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶を用いる。ＬＢＯ結晶を用いた場合には、５３２ｎｍ光発生の波長変換における位相整合を、非臨界位相整合（ＮＣＰＭ：Non-Critical  Phase  Matching）とすることができる。
【００３４】
具体的には、ＬＢＯ結晶の入射面に、基本波レーザ光Ｌaを略垂直に入射させ、結晶温度が非臨界位相整合（ＮＣＰＭ）の位相整合条件を満たす温度（例えば１４６℃）になるように調整設定することで位相整合を取ることができる。そのため、波長変換光学素子３１を保持する波長変換光学素子ホルダ（以下、「結晶ホルダ」と称する）１００にはヒータが設けられており、ヒータの作動を制御する温度コントローラ１５０によって結晶温度が常時所定の位相整合温度になるように制御される。結晶ホルダ１００の構成については後に詳述する。
【００３５】
位相整合が非臨界位相整合の場合には、発生する５３２ｎｍ光にウォークオフが生じない。そのため、十分な相互作用長を確保して効率的に波長変換を行うことができる。また、出力される５３２ｎｍ光のビーム断面が楕円化するようなことがないため、シリンドリカルレンズ等の整形光学素子を設ける必要がなく、次段の波長変換光学素子３２において効率的に波長変換することができる。
【００３６】
なお、５３２ｎｍ光発生用の波長変換光学素子３１としては、結晶に入射する基本波レーザ光Ｌaのパワー等に応じて、ＰＰＬＮ（Periodically  Poled  ＬiＮbＯ3）結晶や、ＰＰＬＴ（Periodically  Poled  ＬiＴaＯ3）結晶、ＰＰＫＴＰ（Periodically  Poled  ＫＴiＯＰＯ4）結晶、ＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶などを用いることもできる。波長変換光学素子３１で発生した５３２ｎｍ光と、波長変換光学素子３１を透過した基本波レーザ光は、不図示の２波長波長板を通して何れか一方のレーザ光のみ偏向面を９０℃回転させ、レンズを介して波長変換光学素子３２に集光入射する。
【００３７】
波長変換光学素子３２は、和周波発生（ＳＦＧ：Sum  Frequency  Generation）により基本波レーザ光Ｌaと５３２ｎｍ光との和周波を発生させる非線形光学結晶である。波長変換光学素子３２に入射した基本波レーザ光Ｌa及び５３２ｎｍ光は、波長変換光学素子３２を透過する過程で波長変換され、基本波レーザ光Ｌaの第３高調波である波長３５４．６ｎｍのレーザ光（変換レーザ光、便宜的に３５５ｎｍ光とも称する）Ｌvが発生する。波長変換光学素子３２としてＬＢＯ結晶を好適に用いることができる。ＬＢＯ結晶による３５５ｎｍ光発生の波長変換における位相整合は、タイプＩの臨界位相整合（ＣＰＭ：Critical  Phase  Matching）である。
【００３８】
具体的には、波長変換光学素子３２の温度を５０〜１００℃の所定温度（例えば８０℃程度）に設定し、当該温度において、結晶の光学軸に対する基本波レーザ光及び５３２ｎｍ光の入射角度が臨界位相整合（ＣＰＭ）の位相整合条件を満たすように、波長変換光学素子３２の角度位置を調整設定することで位相整合を取ることができる。そのため、波長変換光学素子３２は、波長変換光学素子３１と同様の結晶ホルダ１００に保持されて所定温度に温度制御されるとともに、結晶ホルダ１００の角度位置を調整設定可能な結晶角度アジャスタを介して波長変換部に設けられている。なお、３５５ｎｍ光発生用の波長変換光学素子３２としては、ＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶やＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶を用いても良い。
【００３９】
波長変換光学素子３２で発生した３５５ｎｍ光は波長変換部３から出射され、変換レーザ光Ｌvとしてレーザ装置ＬＳから出力される。
【００４０】
制御部８は、信号光源１１や外部変調器１５、ファイバ増幅器２１〜２３、温度コントローラ１５０などを含むレーザ装置全体の作動を制御するコントロールユニットである。制御部８には、詳細図示を省略するが、レーザ装置ＬＳの制御プログラムや各種パラメータが格納された記憶部、制御プログラムに基づいて演算処理を実行する演算処理部、各部を駆動するドライバなどが設けられている。また、レーザ装置のオペレータが操作するキーボードや各種のスイッチ類、制御プログラムの実行状態や各種アラーム等を表示する表示パネルやランプ類などが操作盤に設けられている。
【００４１】
以上のように構成されるレーザ装置ＬＳにあって、波長変換光学素子３１，３２は、それぞれ所定の温度条件下において適切に動作する。例えば、波長変換光学素子３１における５３２ｎｍ光発生の波長変換は、位相整合が非臨界位相整合（ＮＣＰＭ）であり、レーザ光が透過する部位の結晶温度が所定の位相整合温度（１４６℃）に合致したときに位相整合条件を満たし、当該温度を維持した状態で波長変換効率が最大になる。
【００４２】
そのため、波長変換光学素子３１を保持する結晶ホルダ１００には、波長変換光学素子３１を加熱するヒータ、及び波長変換光学素子３１の温度を検出する温度センサが設けられている。そして、温度センサにより検出される温度に基づいて温度コントローラ１５０によりヒータの作動を制御することによって、波長変換光学素子３１の温度が常時所定の位相整合温度に維持されるようになっている。この温度制御は、レーザ装置ＬＳが稼働中であるか否かに拘わらず（すなわち年間を通じて）維持されるようになっている。波長変換光学素子３２を保持する結晶ホルダ１００についても、設定温度の具体値が異なる点を除いて同様である。
【００４３】
従って、温度コントローラ１５０に電力が供給されていれば、波長変換光学素子３１，３２は、常に各々の所定温度に維持される。しかしながら、自然災害や電源設備の故障等に伴う予期せぬ停電やレーザ装置の緊急な電源遮断等が生じ、温度コントローラへの電力供給が遮断されたような場合には、波長変換光学素子３１，３２の温度を維持することが困難になる。
【００４４】
ここで、波長変換光学素子３１，３２の入射面及び出射面には、それぞれ入出射するレーザ光の反射を防止する反射防止膜がコーティングされている。波長変換光学素子３１，３２と反射防止膜の薄膜材料（例えばＭｇＦ2）とは熱膨張係数が異なっているため、仮に、波長変換光学素子３１，３２の温度が急速に変化すると、熱膨張係数の差から反射防止膜にストレスが掛かり、膜が剥離したりクラックが入ったりするおそれがある。特に、波長変換光学素子３１，３２は共にＬＢＯ結晶であり、結晶の軸方向ごとに熱膨張係数が大きく異なるため、急速な温度変化が生じると反射防止膜に大きなストレスが掛かり、損傷を受けやすい。
【００４５】
このとき、無停電電源をレーザ装置内に設けて温度コントローラ１５０を接続し、予期せぬ停電や緊急な電源遮断等が生じた場合に、バッテリの電力を利用して波長変換光学素子３１，３２の温度を徐々に低下させる制御を行う手段が考えられる。しかし、このような手段では、レーザ装置が大型化するとともに構成が複雑化し、高額化する。
【００４６】
レーザ装置ＬＳにおいては、より簡明かつ安価な構成で、反射防止膜等の損傷を抑制し得る手段として、以下に説明する結晶ホルダ１００が用いられている。波長変換光学素子３１を保持する結晶ホルダ１００を例として、入出射光の光軸に直交する断面の模式的な断面図を図２に示し、入出射光の光軸CLを含む光軸に沿った断面の模式的な断面図を図３に示す。
【００４７】
図示する構成例の結晶ホルダ１００は、概観視において光軸方向(紙面直交方向)に延びる直方体状ないし角柱状をなし、光軸と交差する一方の面に、基本波レーザ光Ｌaを波長変換光学素子３１に導入する入射口１０１、他方の面に波長変換光学素子３１から出射した基本波レーザ光Ｌa及び５３２ｎｍ光を導出する出射口１０２が開口している。
【００４８】
結晶ホルダ１００は、波長変換光学素子３１を直接保持する第１ホルダ部材１１０と、第１ホルダ部材１１０を介して波長変換光学素子３１を保持する第２ホルダ部材１２０と、第２ホルダ部材１２０の外側部を覆う第３ホルダ部材１３０とを有して構成される。
【００４９】
波長変換光学素子３１を保持する第１ホルダ部材１１０は、波長変換光学素子３１における入出射面以外の外側面と面接触して熱伝達可能に構成される。図示する構成例では、波長変換光学素子３１は、入出射面が一辺３〜１０mm程度、長さが５〜２０mm程度の直方体に切り出されており、第１ホルダ部材１１０は、入出射面を除く４つの外側面（上側面３１us、下側面３１bs、左側面３１ls、右側面３１rs）と面接触して、広い接触面積で熱的に接続するように構成される。
【００５０】
波長変換光学素子３１の４つの外側面と面接触する構成として、第１ホルダ部材１１０を複数に分割し、分割された複数の分割ホルダ部材を波長変換光学素子３１の各外側面に面接触させる構成が例示される。例えば、第１ホルダ部材１１０を波長変換光学素子３１の対角位置で２分割し、これら２つの分割ホルダ部材で波長変換光学素子３１を挟み込むように付勢配設する。これにより、一方の分割ホルダ部材が波長変換光学素子３１の２つの外側面（例えば上側面３１usと左側面３１ls）と面接触し、他方の分割ホルダ部材が波長変換光学素子３１の他の２つの外側面（例えば下側面３１bsと右側面３１rs）と面接触する。なお、第１ホルダ部材１１０として、全体的に見た外形形状が円柱状の構成を例示したが、第１ホルダ部材の外形形状は、円柱の外側面を内側面と平行に面取りした形状や角柱状などであってもよい。
【００５１】
第２ホルダ部材１２０は、第１ホルダ部材１１０の外側面と面接触して第１ホルダ部材を保持し、第１ホルダ部材１１０を介して波長変換光学素子３１と熱伝達可能に構成される。図示する構成例において、第１ホルダ部材１１０の外側面１１０osは、全体として円柱の外周面状になっており、第２ホルダ部材１２０は、その内側面１２０isが第１ホルダ部材の外側面１１０osと面接触して熱的に接続するように構成される。このような構成として、第２ホルダ部材１２０は、第１ホルダ部材１１０の外径と同一またはそれよりも僅かに大きめの内径を有する円筒状とし、これを周方向に複数に分割した分割ホルダ部材によって構成することができる。
【００５２】
第２ホルダ部材１２０には、波長変換光学素子３１を加熱するヒータ１４０が光軸方向に延びて配設されるとともに、第１ホルダ部材１１０に波長変換光学素子３１の温度を検出するための温度センサ１４５が設けられ、これらが温度コントローラ１５０に接続されている。温度コントローラ１５０は、温度センサ１４５により検出される温度に基づいて波長変換光学素子３１が所定の位相整合温度になるようにヒータ１４０の作動を制御する。すなわち、ヒータ１４０、温度センサ１４５及び温度コントローラ１５０は、波長変換光学素子３１の温度を所定温度に調整する温度調整装置を構成する。
【００５３】
第３ホルダ部材１３０は、第２ホルダ部材１２０の外周を覆い、第１，第２ホルダ部材を保持するように構成される。図示する構成例において、第３ホルダ部材１３０の内径は、第２ホルダ部材１２０の外径よりも大きく形成されており、第２ホルダ部材の外側面１２０osと第３ホルダ部材の内側面１３０isとの間に、気体からなる断熱層１３５が形成される。断熱層１３５を形成する気体は、波長変換光学素子３１が配設される領域の雰囲気でよく、例えば空気や窒素などが例示される。
【００５４】
図示する構成例では、第２ホルダ部材１２０と第３ホルダ部材１３０とが光軸方向に延びる１本の接線で接触し、この接線上に設けられたねじ等の固定手段により第２ホルダ部材１２０が第３ホルダ部材１３０に固定保持される構成を示す。これにより、簡明な構成で第２ホルダ部材１２０と第３ホルダ部材１３０との接触面を介した熱伝導を抑制することができる。なお、図４に光軸直交方向の断面図を示すように、ピン、ねじ、あるいは突起等の支持部材１３２によって第３ホルダ部材１３０の中央部に第２ホルダ部材１２０を保持し、厚さが一定の断熱層１３５を形成するように構成しても良い。このような構成によれば、第２ホルダ部材１２０と第３ホルダ部材１３０との接触による熱伝達（伝導伝熱）をさらに抑制することができる。
【００５５】
なお、第２ホルダ部材１２０及び第３ホルダ部材１３０の内外側面の形状は、第１ホルダ部材１１０と同様に、各々保持するホルダ部材の形状等に応じて、角柱状など任意の形状とすることができる。
【００５６】
第３ホルダ部材１３０は、波長変換光学素子３１への基本波レーザ光の入射位置を調整するためのステージ、波長変換光学素子３１の角度位置を調整するための結晶角度アジャスタ等を介して波長変換部３に固定保持される。
【００５７】
このような結晶ホルダ１００において、第１ホルダ部材１１０は、熱伝導率が高く熱容量密度が低い高熱拡散材料により形成され、第２ホルダ部材１２０は、第１ホルダ部材と対比して熱伝導率が低く熱容量密度が高い低熱拡散材料により形成され、第３ホルダ部材１３０は、熱伝導率及び熱容量密度がともに低い断熱材料により形成される。
【００５８】
まず、波長変換光学素子３１の外側面と面接触して波長変換光学素子３１を直接保持する第１ホルダ部材１１０は、熱伝導率が高く熱容量密度が低い高熱拡散材料により形成される。このような特性を有する高熱拡散材料として、例えば、銅やアルミニウム、これらの合金等の金属材料が例示される。波長変換光学素子３１に温度ムラができると屈折率分布が発生し、波長変換効率の低下やビーム品質の劣化を引き起こす。第１ホルダ部材１１０を上記のような低熱容量の高熱拡散材料で形成することにより、波長変換光学素子３１の温度を均一化し、波長変換効率及びビーム品質を向上させることができる。
【００５９】
第１ホルダ部材１１０の外側面と面接触して第１ホルダ部材を保持する第２ホルダ部材１２０は、第１ホルダ部材１１０を形成する高熱拡散材料と比較して、熱伝導率が低く熱容量密度が高い低熱拡散材料により形成される。このような特性を有する低熱拡散材料として、例えば、鉄やチタン、これらの合金等の金属材料が例示される。第２ホルダ部材１２０を上記のような高熱容量の低熱拡散材料で形成することにより、与えられた熱量を保持し熱の拡散による温度変化を抑制することができる。
【００６０】
すなわち、第２ホルダ部材１２０は、入熱量の変化に伴う温度変化を緩やかにする作用を発揮する。そのため、第１ホルダ部材１１０を介して第２ホルダ部材１２０に保持された波長変換光学素子３１は、予期せぬ停電等により温度コントローラ１５０への電力供給が遮断され、ヒータ１４０による加熱が停止された場合であっても、結晶温度の変化が緩やかになり、第１ホルダ部材１１０により波長変換光学素子３１全体の温度の均一性が保持された状態で緩やかに低下する。
【００６１】
また、本構成例においては、ヒータ１４０を第２ホルダ部材１２０に設けている。これにより、ヒータ１４０がオンになったときの波長変換光学素子３１の急激な温度上昇を抑制するとともに、一定体積下で相対的に第２ホルダ部材１２０の容積（すなわち第２ホルダ部材が有する熱容量）を増大させて、電源遮断時の波長変換光学素子３１の温度変化をより緩やかに低減する効果を達成している。
【００６２】
第２ホルダ部材１２０の外側面を覆う第３ホルダ部材１３０は、第１，第２ホルダ部材を形成する材料と比較して、熱伝導率及び熱容量密度がともに低い断熱材料により形成される。第３ホルダ部材に好適な断熱材料の例として、ジルコニアやステアタイト等のセラミックやガラスなどの無機材料が例示される。第２ホルダ部材１２０の外側面を、このような断熱材料製の第３ホルダ部材１３０で覆うことにより、第２ホルダ部材１２０から外部への熱の拡散を抑制することができ、第２ホルダ部材１２０による温度変化率の抑制効果を高めることができる。
【００６３】
さらに、結晶ホルダ１００においては、第２ホルダ部材１２０と第３ホルダ部材１３０との間に気体からなる断熱層１３５を設け、第２ホルダ部材１２０から第３ホルダ部材１３０への伝導伝熱を抑制した構成としている。そのため、断熱層１３５を介して第３ホルダ部材１３０に覆われた第２ホルダ部材１２０は、熱の出入りが抑制されて結晶ホルダ内で保温された状態になり、これにより第２ホルダ部材１２０による波長変換光学素子３１の温度変化率の抑制効果を大幅に高めることができる。
【００６４】
なお、第２ホルダ部材の外側面１２０osと対向する第３ホルダ部材の内側面１３０isに、アルミニウム等の金属材料の膜を蒸着形成する等により、第２ホルダ部材１２０から第３ホルダ部材１３０への熱輻射による輻射伝熱を抑制することができ、これにより上記効果をさらに高めることも可能である。
【００６５】
次に、結晶ホルダ１００の実施例について、各ホルダ部材を形成する具体的な材料の物性をまとめた図５を参照して説明する。図中に示すＡ５０５２，Ｃ１０２０，ＳＵＳ３０４等の材質名は、ＪＩＳ規格に規定するアルミニウム合金、無酸素銅、ステンレス合金等の材料記号である。
【００６６】
第１ホルダ部材１１０に好適な、熱伝導率が高く熱容量密度が低い高熱拡散材料の例として、アルミニウム合金Ａ５０５２と無酸素銅Ｃ１０２０を例示する。図示するように、アルミニウム合金Ａ５０５２は、熱伝導率が１３８．１[J/(s・m・K)]と高く、熱容量密度が２．４７[J/(cm3・K)と低く、これにより熱拡散率が５５．９×１０-6[m2/s]と高い低熱容量の高熱拡散材料である。無酸素銅Ｃ１０２０は、熱伝導率が３８５[J/(s・m・K)]と高く、熱容量密度が３．４４[J/(cm3・K)と低く、これにより熱拡散率が１１１．９×１０-6[m2/s]と高い低熱容量の高熱拡散材料である。アルミニウム合金Ａ５０５２は、軽量であり、機械加工性が良好であることから、小型軽量な第１ホルダ部材１１０を低コストに製作することができる。なお、５０００番台のアルミニウム合金と対比すると機械加工性は劣るが、より熱伝導率が高い１０００番台のアルミニウム合金（純アルミ）を用いてもよい。
【００６７】
第２ホルダ部材１２０に好適な、熱伝導率が低く熱容量密度が高い低熱拡散材料の例として、ステンレス合金ＳＵＳ３０４とチタン合金Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを例示する。ステンレス合金ＳＵＳ３０４は、熱伝導率が１６．７[J/(s・m・K)]と比較的低く、熱容量密度が４[J/(cm3・K)と高く、これにより熱拡散率が４．１６×１０-6[m2/s]と低い高熱容量の低熱拡散材料である。チタン合金Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖも、熱伝導率が６．７[J/(s・m・K)]と低く、熱容量密度が２．３３[J/(cm3・K)と比較的高く、これにより熱拡散率が２．８７×１０-6[m2/s]と低い高熱容量の低熱拡散材料である。ステンレス合金ＳＵＳ３０４は、市場性が高く、一般的な機械加工性を有することから、所定熱容量の第２ホルダ部材１２０を低コストに製作することができる。
【００６８】
第３ホルダ部材１３０に好適な、熱伝導率及び熱容量密度がともに低い断熱材料の例として、マシナブルセラミックと板ガラスを例示する。図中には、マシナブルセラミックの代表例として、コーニング・インコーポレイテッド社のマコール（登録商標）の物性を示す。例示するマシナブルセラミックは、熱伝導率が１．６７[J/(s・m・K)]と低く、熱容量密度も１．９[J/(cm3・K)と低く、これによって熱拡散率が０．８８×１０-6[m2/s]と極めて低い断熱材料である。また、板ガラスも、熱伝導率が０．７６[J/(s・m・K)]と低く、熱容量密度も１．９[J/(cm3・K)と低く、これによって熱拡散率が０．４×１０-6[m2/s]と極めて低い断熱材料である。マシナブルセラミックは、機械加工性を有するセラミックであることから、所望形状の第３ホルダ部材１３０を比較的容易に製作することができる。
【００６９】
なお、第３ホルダ部材１３０の外形形状は任意であり、第２ホルダ部材１２０と第３ホルダ部材１３０との間に気体からなる断熱層１３５を設けたことから、第３ホルダ部材１３０の内径の寸法精度を低くすることができる。すなわち、結晶ホルダ１００においては、第３ホルダ部材１３０の機械加工面を限定的にすることができるため、ジルコニアやステアタイト等、低熱伝導率及び低熱容量密度のセラミックを用いて第３ホルダ部材を製作することも可能になっている。
【００７０】
このような構成の結晶ホルダ１００に保持された波長変換光学素子３１，３２は、ヒータ１４０による加熱が停止されたときの温度変化が極めて緩やかになり、素子全体の温度の均一性が保持された状態でゆっくりと変化する。このため、仮に停電等による予期せぬ電源遮断が発生しても、波長変換光学素子３１，３２の温度が急速に変化するようなことが無く、簡明な構成で反射防止膜等の損傷を抑制することができる。
【００７１】
以上では、波長変換光学素子を所定温度に調整する温度調整器として、ヒータを用いた構成を例示したが、温度調整器は、調整すべき温度や熱量に応じて適宜な機器を用いることができる。例えば、ペルチェ素子を利用した温度調整器によって、波長変換光学素子を加熱及び／または冷却するように構成してもよい。
【００７２】
また、レーザ光出力部１から波長１０６４ｎｍの基本波レーザ光を出力し、波長変換部３に設けられた二つの波長変換光学素子３１，３２で波長３５５ｎｍの変換レーザ光に波長変換して出力する構成を例示したが、基本波レーザ光及び変換レーザ光の波長、波長変換光学素子の個数や配置、何れの波長変換光学素子に本技術の結晶ホルダを適用するか等は任意である。例えば、レーザ光出力部１から波長１．５μｍ帯の基本波レーザ光を出力し、複数の波長変換光学素子で波長１９３ｎｍの変換レーザ光に波長変換して出力するようなレーザ装置において、所定温度以上（例えば６０℃以上）に加熱される波長変換光学素子や、波長変換光学素子がＬＢＯ結晶である部位等に、本技術の結晶ホルダを選択的に適用することもできる。
【００７３】
以上説明したようなレーザ装置ＬＳは、小型軽量であるとともに取り扱いが容易であり、露光装置や光造形装置等の光加工装置、フォトマスクやウェハ等の検査装置、顕微鏡や望遠鏡等の観察装置、測長器や形状測定器等の測定装置、光治療装置などのシステムに好適に適用することができる。
【００７４】
レーザ装置ＬＳを備えたシステムの第１の適用例として、半導体製造や液晶パネル製造のフォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置について、その概要構成を示す図６を参照して説明する。露光装置５００は、原理的には写真製版と同じであり、石英ガラス製のフォトマスク５１３に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウェハやガラス基板などの露光対象物５１５に光学的に投影して転写する。
【００７５】
露光装置５００は、上述したレーザ装置ＬＳと、照明光学系５０２と、フォトマスク５１３を保持するマスク支持台５０３と、投影光学系５０４と、露光対象物５１５を保持する露光対象物支持テーブル５０５と、露光対象物支持テーブル５０５を水平面内で移動させる駆動機構５０６とを備えて構成される。照明光学系５０２は複数のレンズ群からなり、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光を、マスク支持台５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射する。投影光学系５０４も複数のレンズ群により構成され、フォトマスク５１３を透過した光を露光対象物支持テーブル上の露光対象物５１５に投影する。
【００７６】
このような構成の露光装置５００においては、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光が照明光学系５０２に入力され、所定光束に調整されたレーザ光がマスク支持台５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射される。フォトマスク５１３を通過した光はフォトマスク５１３に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系５０４を介して露光対象物支持テーブル５０５に保持された露光対象物５１５の所定位置に照射される。これにより、フォトマスク５１３のデバイスパターンの像が、半導体ウェハや液晶パネル等の露光対象物５１５の上に所定倍率で結像露光される。
【００７７】
このような露光装置５００によれば、簡明な構成で反射防止膜等の損傷が抑制されたレーザ装置ＬＳを備えている。そのため、レーザ装置を含めた露光装置のシステムを簡明化、低価格化することができる。
【００７８】
次に、レーザ装置ＬＳを備えたシステムの第２の適用例として、フォトマスクや液晶パネル、ウェハ等（被検物）の検査工程で使用される検査装置について、その概要構成を示す図７を参照して説明する。図７に例示する検査装置６００は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物６１３に描かれた微細なデバイスパターンの検査に好適に使用される。
【００７９】
検査装置６００は、前述したレーザ装置ＬＳと、照明光学系６０２と、被検物６１３を保持する被検物支持台６０３と、投影光学系６０４と、被検物６１３からの光を検出するＴＤＩ(Time  Delay  Integration)センサ６１５と、被検物支持台６０３を水平面内で移動させる駆動機構６０６とを備えて構成される。照明光学系６０２は複数のレンズ群からなり、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光を、所定光束に調整して被検物支持台６０３に保持された被検物６１３に照射する。投影光学系６０４も複数のレンズ群により構成され、被検物６１３を透過した光をＴＤＩセンサ６１５に投影する。
【００８０】
このような構成の検査装置６００においては、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光が照明光学系６０２に入力され、所定光束に調整されたレーザ光が被検物支持台６０３に保持されたフォトマスク等の被検物６１３に照射される。被検物６１３からの光（本構成例においては透過光）は、被検物６１３に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系６０４を介してＴＤＩセンサ６１５に投影され結像する。このとき、駆動機構６０６による被検物支持台６０３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ６１５の転送クロックとは同期して制御される。
【００８１】
そのため、被検物６１３のデバイスパターンの像がＴＤＩセンサ６１５により検出され、このようにして検出された被検物６１３の検出画像と、予め設定された所定の参照画像とを比較することにより、被検物に描かれた微細パターンの欠陥が抽出される。なお、被検物６１３がウェハ等のように光透過性を有さない場合には、被検物からの反射光を投影光学系６０４に入射してＴＤＩセンサ６１５に導くことにより、同様に構成することができる。
【００８２】
このような検査装置６００によれば、簡明な構成で反射防止膜等の損傷が抑制されたレーザ装置ＬＳを備えている。そのため、レーザ装置を含めた露光装置のシステムを簡明化、低価格化することができる。
【符号の説明】
【００８３】
ＬＳ  レーザ装置
１  レーザ光出力部
３  波長変換部
３１，３２波長変換光学素子
１００  結晶ホルダ（波長変換光学素子ホルダ）
１１０  第１ホルダ部材
１２０  第２ホルダ部材
１３０  第３ホルダ部材
１３５  断熱層
１４０  ヒータ（温度調整器）
１４５  温度センサ
１５０  温度コントローラ
５００  露光装置
５０２  照明光学系                          ５０３  マスク支持台
５０４  投影光学系                          ５０５  露光対象物支持テーブル
５１３  フォトマスク                        ５１５  露光対象物
６００  検査装置
６０２  照明光学系                          ６０３  被検物支持台
６０４  投影光学系                          ６１３  被検物
６１５  ＴＤＩセンサ
【図１】
2014029384.tif 000003
【図２】
2014029384.tif 000004
【図３】
2014029384.tif 000005
【図４】
2014029384.tif 000006
【図５】
2014029384.tif 000007
【図６】
2014029384.tif 000008
【図７】
2014029384.tif 000009