(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１パルス光と、前記第１パルス光の強度が増加する際には強度が減少し前記第１パルス光の強度が減少する際には強度が増加する第２パルス光と、が合波されて入射し内部を伝播する第１光ファイバと、
前記第１光ファイバから出射した前記第１パルス光を受けて内部を伝播し増幅する第２光ファイバと、を備え、
前記第１光ファイバにおいて前記第２パルス光からの相互位相変調により前記第１パルス光に位相変調が発生し、
前記第２光ファイバにおいて前記第１パルス光に発生する自己位相変調は、前記第１光ファイバにおいて発生した位相変調によって減殺され、
前記第２パルス光は、前記第１パルス光の最大強度より大きな最大強度を有する構成とする、パルス光生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパルス光生成装置において、
前記第２パルス光は、前記第１パルス光の強度が最大となる時点の前および後の時点にそれぞれ極大値を有する、パルス光生成装置。
【請求項３】
請求項１に記載のパルス光生成装置において、
前記第２光ファイバに入射する際の前記第２パルス光の前記最大強度は、前記第２光ファイバに入射する際の前記第１パルス光の最大値より小さいか、またはゼロである、パルス光生成装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの間に配置され、前記第１パルス光と前記第２パルス光とを分離する分離素子をさらに有する、パルス光生成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記第１パルス光を出射する第１レーザ光源と、
前記第２パルス光を出射する第２レーザ光源と、をさらに有するパルス光生成装置。
【請求項６】
請求項４に従属する請求項５に記載のパルス光生成装置において、
前記第１パルス光と前記第２パルス光とは互いに波長が異なり、
前記分離素子は波長選択フィルタである、パルス光生成装置。
【請求項７】
請求項４に従属する請求項５に記載のパルス光生成装置において、
前記第１パルス光と前記第２パルス光とは互いに偏光方向が異なり、
前記分離素子は偏光ビームスプリッタである、パルス光生成装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
第３パルス光を出射する第３レーザ光源と、
前記第３パルス光を第１光路と第２光路とに分波して伝播させる分波素子と、
前記第１光路に配置されて前記第１パルス光を生成する第１変調素子と、
前記第２光路に配置されて前記第２パルス光を生成する第２変調素子と、
前記第１光路を伝播する前記第１パルス光と前記第２光路を伝播する前記第２パルス光とを合波させて第３光路に伝播させる合波素子と、
をさらに有し、
前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバは前記第３光路に配置され、
前記第１光ファイバと前記第２光ファイバの間に、偏光ビームスプリッタが配置される、パルス光生成装置。
【請求項９】
請求項８に記載のパルス光生成装置において、
前記第２光路に、第２パルス光を増幅する第３光ファイバが配置された、パルス光生成装置。
【請求項１０】
請求項８に記載のパルス光生成装置において、
前記第１光路に部分反射素子が配置された、パルス光生成装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記第２光ファイバから出射した前記第１パルス光が入射して伝播し、前記第１パルス光の波長を変換する波長変換部をさらに有する、パルス光生成装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のパルス光生成装置において、
前記波長変換部は、複数の非線形光学結晶を含み、前記第１パルス光の波長を紫外領域の波長に変換する、パルス光生成装置。
【請求項１３】
第１パルス光と、前記第１パルス光の強度が増加する際には強度が減少し前記第１パルス光の強度が減少する際には強度が増加する第２パルス光と、を合波した後に第１光ファイバに入射させて内部を伝播させ、
前記第１光ファイバから出射した前記第１パルス光を第２光ファイバに入射させ内部を伝播させて増幅し、
前記第２光ファイバにおいて自己位相変調による発生する前記第１パルス光の位相変調を、前記第１光ファイバにおいて前記第２パルス光からの相互位相変調により記第１パルス光に発生する位相変調により減殺し、
前記第２パルス光は、前記第１パルス光の最大強度より大きな最大強度を有する、パルス光生成方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のパルス光生成方法において、
前記第２パルス光は、前記第１パルス光の強度が最大となる時点より前および後の時点にそれぞれ極大値を有する、パルス光生成方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載のパルス光生成方法において、
前記第２光ファイバに入射する際の前記第２パルス光の最大強度は、前記第２光ファイバに入射する際の前記第１パルス光の最大値より小さいか、またはゼロである、パルス光生成方法。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの間に配置された分離素子により、前記第１パルス光と前記第２パルス光とを分離する、パルス光生成方法。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
第１レーザ光源から前記第１パルス光を生成し、
第２レーザ光源から前記第２パルス光を生成する、パルス光生成方法。
【請求項１８】
請求項１６に従属する請求項１７に記載のパルス光生成方法において、
前記第１パルス光と前記第２パルス光とは互いに波長が異なり、
前記分離素子は波長選択フィルタである、パルス光生成方法。
【請求項１９】
請求項１６に従属する請求項１７に記載のパルス光生成方法において、
前記第１パルス光と前記第２パルス光とは互いに偏光方向が異なり、
前記分離素子は偏光ビームスプリッタである、パルス光生成方法。
【請求項２０】
請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
第３レーザ光源から第３パルス光を出射させ、
前記第３パルス光を第１光路と第２光路と分波して伝播させ、
前記第１光路に前記第１パルス光を生成し、
前記第２光路に前記第２パルス光を生成し、
前記第１パルス光と前記第２パルス光とを合波し、
前記第１光ファイバと前記第２光ファイバの間で、偏光ビームスプリッタにより前記第１パルス光と前記第２パルス光とを分離する、パルス光生成方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載のパルス光生成方法において、
前記第２パルス光を第３光ファイバにより増幅する、パルス光生成方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載のパルス光生成方法において、
前記第１パルス光を前記第１光路から部分的に反射させて前記第１パルス光のピーク強度を小さくする、パルス光生成方法。
【請求項２３】
請求項１３〜２２のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第２光ファイバから出射した前記第１パルス光を波長変換部に入射させて内部を伝播させ、前記第１パルス光の波長を変換する、パルス光生成方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載のパルス光生成方法において、
前記第１パルス光の波長を、前記波長変換部に含まれる複数の非線形光学結晶により紫外領域の波長に変換する、パルス光生成方法。
【請求項２５】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のパルス光生成装置と、
露光対象物を保持する露光対象物支持部と、
前記パルス光生成装置から出力されたパルス光を所定のパターン光に形成するパターン形成部と、
前記パターン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、を備えた露光装置。
【請求項２６】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のパルス光生成装置と、
被検物を保持する被検物支持部と、
前記パルス光生成装置から出力されたパルス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、を備えた検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光生成装置、パルス光生成方法、パルス光生成装置を備えた露光装置および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ等から出射したパルス光を検査装置や加工装置の光源として用いるためには、パルス光の強度が大きく、かつ、波長スペクトル幅が小さいことが要求される。強度の大きなパルス光を得るためには、半導体レーザから出射したパルス光を光ファイバ増幅器により増幅する必要がある。しかし、増幅する過程でパルス光には自己位相変調による位相変調が発生し、その結果、パルス光の波長スペクトルが拡がるという問題がある。【０００３】
特許文献１には、光通信システムにおいて信号光を通信する際に、２値信号データに対応して強度変調された信号光と、その２値信号データを反転した反転２値信号に対応して強度変調された反転信号光とを合波して光ファイバ伝送路を通して送信することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開平８−１２５６０５号公報
【発明の概要】
【０００５】
特許文献１に開示された光通信システムでは、パルス光を、波長スペクトルの拡がりを抑えつつ大きな強度に増幅することができない。
【０００６】
本発明の第１の態様によるパルス光生成装置は、第１パルス光と、前記第１パルス光の強度が増加する際には強度が減少し前記第１パルス光の強度が減少する際には強度が増加する第２パルス光と、が合波されて入射し内部を伝播する第１光ファイバと、前記第１光ファイバから出射した前記第１パルス光を受けて内部を伝播し増幅する第２光ファイバと、を備え、前記第１光ファイバにおいて前記第２パルス光からの相互位相変調により前記第１パルス光に位相変調が発生し、前記第２光ファイバにおいて前記第１パルス光に発生する自己位相変調は、前記第１光ファイバにおいて発生した位相変調によって減殺され、前記第２パルス光は、前記第１パルス光の最大強度より大きな最大強度を有する構成である。
本発明の第２の態様によるパルス光生成方法は、第１パルス光と、前記第１パルス光の強度が増加する際には強度が減少し前記第１パルス光の強度が減少する際には強度が増加する第２パルス光と、を合波した後に第１光ファイバに入射させて内部を伝播させ、前記第１光ファイバから出射した前記第１パルス光を第２光ファイバに入射させ内部を伝播させて増幅し、前記第２光ファイバにおいて自己位相変調による発生する前記第１パルス光の位相変調を、前記第１光ファイバにおいて前記第２パルス光からの相互位相変調により記第１パルス光に発生する位相変調により減殺し、前記第２パルス光は、前記第１パルス光の最大強度より大きな最大強度を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図２】主パルス光の時間強度変化と副パルス光の時間強度変化との関係を示す概念図である。
【図３】第２の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図４】シミュレーションに用いた主パルス光および副パルス光のそれぞれの波形を示す模式図である。
【図５】シミュレーションにおいて第１光ファイバに入射する時点での主パルス光の波長スペクトルを示すグラフである。
【図６】第１光ファイバを伝播する主パルス光の周波数スペクトルのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】第２光ファイバを伝播する主パルス光の周波数スペクトルのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】第２光ファイバを出射する時点での主パルス光の波長スペクトルのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】第１光ファイバ１を配置しない構成における主パルス光の波長スペクトルのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】第３の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１１】第４の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１２】第５の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１３】第６の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１４】第７の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１５】第８の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１６】波長変換部の具体的構成の一例を示す概略図である。
【図１７】パルス光生成装置を備えたシステムの第１の適用例として例示する露光装置の概要構成図である。
【図１８】パルス光生成装置を備えたシステムの第２の適用例として例示する露光装置の概要構成図である。
【図１９】パルス光生成装置を備えたシステムの第３の適用例として例示する露光装置の概要構成図である。
【図２０】パルス光生成装置を備えたシステムの第４の適用例として例示する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】
【０００８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係るパルス光生成装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。図１に示すように、パルス光生成装置１００は、時間強度変化の異なる第１パルス光と第２パルス光との合波光が入射する第１光ファイバ１と、第１光ファイバ１の下流側に配置され、第１光ファイバ１から出射した第１パルス光が入射し増幅されて出射する第２光ファイバ２を有する。第１パルス光は、第２光ファイバ２において増幅するパルス光であり、以後、主パルス光と記載する。第２パルス光は、第１光ファイバ１において、相互位相変調により主パルス光に位相変調を発生させるパルス光であり、以後、副パルス光と記載する。
【０００９】
主パルス光は、例えば、ＤＦＢレーザ（Distributed Feedback Laser）等（不図示）から出射したパルス光または連続光を、所望のパルス長（pulse duration）とパルス間隔を有するように変調器（不図示）により変調することで生成される。副パルス光は、例えば、ＤＦＢレーザ等から出射したパルス光または連続光を、主パルス光をは異なる所望の時間強度波形を有するように変調器（不図示）により変調することで生成される。主パルス光と副パルス光とを合波する合波素子としては、例えば、波長分割多重方式（ＷＤＭ）の合波器を用いることができる。
【００１０】
図２は、主パルス光の時間強度変化と副パルス光の時間強度変化との関係を示す概念図である。図２に示すように、主パルス光と副パルス光とは互いに次のような関係となるよう同期されて出射される。すなわち、主パルス光の強度が増加する（立ち上がる）期間においては、副パルス光の強度は減少し（立ち下がり）、主パルス光の強度が減少する（立ち下がる）期間においては、副パルス光の強度は増加する（立ち上がる）。副パルス光は、主パルス光の立ち上がりが開始されるより前の時点で立ち上がりが完了しているので、主パルス光が立ち上がる期間において副パルス光を立ち下げることができる。また、副パルス光は、主パルス光の立ち下がり完了した後の時点で立ち下がりが完了する。
【００１１】
言い換えると、副パルス光は２個のピークを有する一対のパルスの組（１回目のパルスと２回目のパルス）からなり、その中央部の時間強度変化は、主パルス光の時間強度変化と相補的な関係をなす。図２では、副パルス光の一対のパルスの組の間の強度はゼロとなっている。この部分の強度がゼロとなることは好ましいが、ゼロであることは必須ではなく、前後の強度に比べて充分に小さければよい。
【００１２】
第１光ファイバ１に入射する時点において、主パルス光のピーク強度は、副パルス光のピーク強度に比べて充分に小さいことが好ましい。例えば、主パルス光のピーク強度は、副パルス光のピーク強度の１／１０００以下であることが好ましい。
【００１３】
ここで、パルス光が光ファイバを伝播する際に発生する波長スペクトルの拡がりについて説明する。パルス光が光ファイバを伝播するとパルス光の自らの強度変化により自己位相変調（ＳＰＭ：Self-Phase Modulation）による位相変調φＳＰＭが発生する。この位相変調φＳＰＭはパルス光の波長スペクトルの拡がりをもたらす。この波長スペクトルの拡がりはチャープ（chirp）と呼ばれる。従って、チャープを抑制するためには上記の位相変調を小さくする必要がある。
【００１４】
パルス光が光ファイバを伝播する際に、このパルス光とは別のパルス光が同時に光ファイバを伝播する場合には、上記のＳＰＭによる位相変調φＳＰＭに加えて、別のパルス光の強度変化による相互位相変調（ＸＰＭ：Cross-Phase Modulation）により位相変調φＸＰＭが発生する。位相変調φＸＰＭもパルス光の波長スペクトルの拡がりをもたらす。すなわち、パルス光が光ファイバを伝播する際の波長スペクトルの拡がりは、位相変調φＳＰＭ＋φＸＰＭに依存する。
【００１５】
図１に示すパルス光生成装置１００において、主パルス光と副パルス光とは合波された後、第１光ファイバ１に入射しその内部を伝播する。上記説明の通り、第１光ファイバ１において、主パルス光には、ＳＰＭによる位相変調φＳＰＭ１と共に、副パルス光からのＸＰＭによる位相変調φＸＰＭ１が発生する。第１光ファイバ１を伝播することにより主パルス光が受ける位相変調の合計φ１はφ１＝φＳＰＭ１＋φＸＰＭ１と表すことができる。ここで、主パルス光の時間強度変化と副パルス光の時間強度変化とは互いに逆向きとなるように、主パルス光と副パルス光とは同期されている。すなわち、主パルス光の強度が増加する際には副パルス光の強度は減少し、主パルス光の強度が減少する際には副パルス光の強度は増加する。このため、φＳＰＭ１とφＸＰＭ１とは位相変調の方向が逆、すなわち、φＳＰＭ１とφＸＰＭ１とでは符号が逆となる（ただし、ここでは、波長スペクトルの拡がりに寄与しないＤＣ的な位相のオフセットは無視して考えている）。
【００１６】
第１光ファイバ１を出射した主パルス光は第２光ファイバ２に入射してその内部を伝播する。第２光ファイバ２に入射させる際には、副パルス光のピーク強度は、ゼロ、すなわち副パルス光は第２光ファイバ２には入射しないか、または、非常に小さな強度とする必要がある。このような状態を実現するために、例えば、第１光ファイバ１において副パルス光を吸収されてもよいし、第１光ファイバ１と第２光ファイバ２との間で副パルス光を分離してもよい。第２光ファイバ２は主パルス光を増幅するためのものなので、主パルス光以外の増幅帯域内の光が第２光ファイバ２に入射すると、その光を増幅するために第２光ファイバ２の増幅ゲインが費やされ、その分だけ主パルス光の増幅効率が低下する。
【００１７】
第２光ファイバ２において、主パルス光には、自らの強度変化に伴って発生するＳＰＭにより位相変調φＳＰＭ２が発生する。上記の通り、第２光ファイバ２に入射する副パルス光の強度はゼロまたは非常に小さいので、副パルス光の強度変化に伴うＸＰＭにより主パルス光に発生する位相変化は無視できる。従って、第２光ファイバ２を伝播することに伴って主パルス光に発生する位相変調の合計φ２は、φ２＝φＳＰＭ２と表すことができる。
【００１８】
以上より、第１光ファイバ１と第２光ファイバ２とを伝播した主パルス光に発生する合計位相変調φＴＯＴ（＝φ１＋φ２）は、
φＴＯＴ＝φＳＰＭ１＋φＸＰＭ１＋φＳＰＭ２             （１）
と表せる。式（１）において、φＳＰＭ１およびφＳＰＭ２の符号は、φＸＰＭ１の符号と逆である。従って、φＳＰＭ１＋φＳＰＭ２の絶対値とφＸＰＭ１の絶対値とが等しければ、合計位相変調φＴＯＴはゼロとなる（ここでも、主パルス光の波長スペクトルの拡がりに寄与しないＤＣ的な位相のオフセットは無視して考えている。この点については、以下の記載についても同様である）。すなわち、主パルス光の時間強度変化、副パルス光の時間強度変化（波形）、第１光ファイバ１の長さ、第２光ファイバ２の長さを主とする各パラメータを調整して、合計位相変調φＴＯＴを実質的にゼロとすることができる。その結果、主パルス光の波長スペクトルが拡がることを抑制できる。
【００１９】
第１光ファイバ１に主パルス光と副パルス光とが入射する時点において、主パルス光のピーク強度が副パルス光のピーク強度に比べて充分に小さい場合には、φＳＰＭ１の値は小さい。φＳＰＭ１≒０と見做せる場合には、φ１≒φＸＰＭ１となり、式（１）は次に示す式（２）のように表すことができる。
φＴＯＴ＝φＸＰＭ１＋φＳＰＭ２              （２）
上記の通り、φＸＰＭ１とφＳＰＭ２とは符号が逆なので、φＸＰＭ１の絶対値φＳＰＭ２の絶対値とが等しければ、合計位相変調φＴＯＴはゼロとなる。すなわち、第２光ファイバ２において主パルス光を増幅する際に発生するＳＰＭによる位相変調と、第１光ファイバ１において副パルス光からのＸＰＭにより主パルス光に発生する位相変調とを相殺させることができる。
【００２０】
本実施の形態のパルス光発生装置によれば、波長スペクトルの拡がりを抑えつつ、大きな強度にパルス光を増幅することができる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
図３に、本発明の第２の実施の形態に係るパルス光生成装置２００の概念図を示す。パルス光生成装置２００においては、第１光ファイバ１と第２光ファイバ２との間に、主パルス光と副パルス光とを分離するための分離素子３が設けられている。このような構成とすることにより、主パルス光と副パルス光とをより確実に分離して、副パルス光が第２光ファイバ２に入射しないようにすることができる。なお、図３において、パルス光生成装置１００と同様の構成については同じ符号を用いている。
【００２２】
パルス光生成装置２００においては、主パルス光の波長と副パルス光の波長とは互いに異なる。例えば、主パルス光の波長は１０６４ｎｍ、副パルス光の波長は１０５８ｎｍである。また、主パルス光のピーク強度は１０ｍＷ程度、副パルス光のピーク強度は８０Ｗ程度である。すなわち、副パルス光のピーク強度は主パルス光のピーク強度に比べて非常に大きく、強度比は８０００倍程度である。第１光ファイバ１としては、石英ガラスを主材料とするシングルモードの光ファイバを用いることができる。第２光ファイバ２としては、１０６４ｎｍの波長を増幅する光ファイバ増幅器であるＹＤＦＡ（Ytterbium Doped Fiber Amplifier）を用いることができる。第１光ファイバ１と第２光ファイバ２との間には、分離素子として、波長１０６４ｎｍの主パルス光は透過させ、波長１０５８ｎｍの副パルス光は透過させない波長選択フィルタ（バンドパスフィルタ）３を備える。
【００２３】
波長１０６４ｎｍの主パルス光と波長１０５８ｎｍの副パルス光とは合波された後、第１光ファイバ１に入射してその内部を伝播する。第１光ファイバ１において、副パルス光からのＸＰＭにより主パルス光には位相変調φＸＰＭ１が発生する。第１光ファイバ１におけるＳＰＭによる主パルス光の位相変調φＳＰＭ１については、主パルス光のピーク強度が１０ｍＷと非常に小さいので無視できる程度に小さい値となる。第１光ファイバ１を出射した主パルス光と副パルス光とは、バンドパスフィルタ３に入射する。バンドパスフィルタ３は、上記の通り、波長１０６４ｎｍの主パルス光は透過させ、波長１０５８ｎｍの副パルス光は透過させない。従って、波長１０５８ｎｍの副パルス光はバンドパスフィルタ３に吸収または反射され、波長１０６４ｎｍの主パルス光のみが第２光ファイバ２に入射する。
【００２４】
第２光ファイバ２に入射した主パルス光は第２光ファイバ２を伝播して増幅される過程において、主パルス光にはＳＰＭによる位相変調φＳＰＭ２が発生する。位相変調φＸＰＭ１と位相変調φＳＰＭ２とは、強度変化の向きが逆であるため符号は逆である。従って、位相変調φＸＰＭ１と位相変調φＳＰＭ２とが相殺するように、第１光ファイバ１と第２光ファイバ２の長さを調整することで、合計位相変調を実質的にゼロとすることができ、その結果、波長スペクトルの拡がりを抑制して主パルス光を増幅することができる。なお、増幅後の主パルス光のピーク強度は仕様により設定されるので、これにより第２光ファイバ２の長さがまず設定される。それにより位相変調φＳＰＭ２が算出され、次いで、位相変調φＸＰＭ１と位相変調φＳＰＭ２とが相殺するように、第１光ファイバ１の長さを設定することができる。
【００２５】
上記のパルス光生成装置２００においては、分離素子としてバンドパスフィルタ３を用いたが、分離素子として、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム等を用いてもよい。
【００２６】
（シミュレーション）
波長スペクトルの拡がりについてのシミュレーション結果を示す。図４は、シミュレーションに用いた主パルス光および副パルス光のそれぞれの波形（時間強度変化）を示す模式図である。上側は主パルス光の波形を示し、下側は副パルス光の波形を示す。主パルス光の縦軸スケールは副パルス光の縦軸スケールの８０００倍に拡大して表示している。主パルス光は、波長１０６４ｎｍ、ピーク強度１０ｍＷ（０．０１Ｗ）、パルス長４０ｐｓである。副パルス光は、波長１０５８ｎｍ、ピーク強度８０Ｗである。すなわち、副パルス光のピーク強度は主パルス光のピーク強度よりはるかに大きく、副パルス光のピーク強度は主パルス光のピーク強度の８０００倍である。
【００２７】
図４から明らかなように、副パルス光の中央部の時間強度は、主パルス光の時間強度とは逆に変化する一対のパルスの組により構成されていることがわかる。すなわち、副パルス光は、主パルス光の強度が増加する際には強度が減少し、主パルス光の強度が減少する際には強度が増加する。副パルス光の強度は、主パルス光の強度がピークに達する時点より前と後にそれぞれピークを有するように、主パルス光と副パルス光とは同期されている。
【００２８】
第１光ファイバ１は、長さ２０ｍ、モード径（ＭＦＤ）６．６μｍ、非線形屈折率ｎ２＝３．０×１０−２０ｍ２／Ｗ、分散β２＝０．０２ｐｓ２／ｍとする。第１光ファイバ１を伝播する主パルス光の波長スペクトルの拡がりを解析する。光ファイバ内におけるパルス光の伝播は、公知の非線形シュレディンガー方程式で記述される。非線形屈折率ｎ２および分散β２のみ考慮すると、パルス光の緩変動振幅Ａ（ｚ，ｔ）（slowly varying amplitude）の伝播は、次に示す式（３）で記述される。
【数１】
0006662453.tif 000002
ここで、
【数２】
0006662453.tif 000003
である。また、Ａeffは第１光ファイバ１のモード断面積である。ｚは光ファイバに沿って設定した座標である。
【００２９】
第１光ファイバ１に入射する時点における主パルス光および副パルス光の振幅は次に示す式（４）で表すことができる。
【数３】
0006662453.tif 000004
ここで、Ａ１およびＡ２は、それぞれ主パルス光および副パルス光の包絡線（envelope）を示し、ω０は、主パルス光と副パルス光の周波数の差を示す。なお、主パルス光および副パルス光は共に、第１光ファイバ１に入射する時点では位相変調がない（チャープはない）と考え、Ａ１およびＡ２は共に実数とする。
【００３０】
図５は、上記シミュレーションにおいて、第１光ファイバ１に入射させる時点における主パルス光の波長スペクトルを示すグラフである。主パルス光はトランスフォームリミットパルス（Transform-Limit Pulse）であり、その波長スペクトル幅は約３５ｐｍ（０．０３５ｎｍ）である。第１光ファイバ１を伝播する主パルス光の周波数スペクトルは、式（４）を式（３）に入力してＺ方向に積分することにより算出される。
【００３１】
図６は、上記の要領で算出した、第１光ファイバ１を伝播する主パルス光の周波数スペクトルを２ｍごとに示すグラフである。図６から、主パルス光が第１光ファイバ１を伝播するのに伴って、主パルス光の周波数スペクトルが拡がる様子がわかる。周波数スペクトルの拡がりは波長スペクトル幅の拡がりに相当する。この周波数スペクトルの拡がりは、副パルス光からのＸＰＭにより主パルス光に位相変調が発生し、それにより主パルス光の周波数スペクトルが拡がったことを示すものである。なお、第１光ファイバ１におけるＳＰＭによる主パルス光の周波数スペクトル（波長スペクトル）の拡がりは殆どない。これは、第１光ファイバ１に入射させる主パルス光のピーク強度が充分に小さいため、ＳＰＭによる位相変調は非常に小さいからである。
【００３２】
第１光ファイバ１を出射した主パルス光および副パルス光は、バンドパスフィルタ３に入射する。バンドパスフィルタ３は主パルス光のみ透過させる。バンドパスフィルタを出射した主パルス光は第２光ファイバ２に入射して内部を伝播し増幅される。第２光ファイバ２を伝播する主パルス光のＳＰＭによる周波数スペクトルの変化を算出する。第２光ファイバ２は、長さ３ｍモード径２０μｍ、非線形屈折率ｎ２＝３．０×１０−２０ｍ２／Ｗ、分散β２＝０．０２ｐｓ２／ｍとする。  ここでの計算では、簡単のため増幅過程は扱わず、光ファイバ中でのピーク強度は９．２ｋＷで一定としている。この場合の非線形位相変調は１５．７ｒａｄ である（ＳＰＭによる非線形位相変調φＳＰＭ２の最大値は、ピーク強度が一定の場合、およそγ２ＰｍＬ２で与えられる。ここで、γ２、Ｌ２  は第２光ファイバ２の非線形性および長さ、Ｐｍは主パルス光のピーク強度である）。上記の非線形位相変調の１５．７ｒａｄという値は、上記の光ファイバを用いて０．０１Ｗから１５ｋＷまで増幅する場合の非線形位相変調と概ね等しい。
【００３３】
第２光ファイバ２は、複数の光ファイバにより構成してもよい。すなわち、第２光ファイバ２を複数段の光ファイバ（要素光ファイバ）を直列に配置して構成してもよい。これにより、１個の第２光ファイバ２により主パルス光のピーク強度を０．０１Ｗ程度から１０ｋＷ程度まで増幅する代わりに、複数段の要素光ファイバにより主パルス光のピーク強度を段階的に増幅することができる。例えば、２段の要素光ファイバにより第２光ファイバ２を構成し、１段目（初段）の要素光ファイバにより主パルス光のピーク強度を０．０１Ｗ程度から１００Ｗ程度まで増幅し、２段目（最終段）の要素光ファイバにより１０ｋＷ程度まで増幅する。パルス長が４０ｐｓ程度より大きいパルス光であれば、分散の影響は無視できる程度に小さい。
【００３４】
なお、上記説明では、第２光ファイバ２を２段の要素光ファイバにより構成したが、段数は２段より多くてもよい。例えば、１段目および２段目の要素光ファイバにより主パルス光の強度を、０．１Ｗ程度から１００Ｗ程度まで順次増幅し、その後、３段目（最終段）の要素光ファイバにより主パルス光の強度を１０ｋＷ程度まで増幅してもよい。
【００３５】
図７は、上記の式（３）により算出した、第２光ファイバ２を伝播する主パルス光の周波数スペクトルを０．３ｍごとに示すグラフである。図７から、主パルス光が第２光ファイバ２を伝播するに従って、拡がっていた主パルス光の周波数スペクトルが縮小する様子がわかる。これは、ＳＰＭにより主パルス光に位相変調が発生し、この位相変調が、第１光ファイバ１において副パルス光からのＸＰＭにより発生した主パルス光の位相変調を減少させることを示している。
【００３６】
図８は、第２光ファイバ２を出射する時点での主パルス光の波長スペクトルを示すグラフである。波長スペクトル幅は約５５ｐｍである。図５に示した通り、第１光ファイバ１に入射する時点における主パルスの波長スペクトル幅は３５ｐｍなので、主パルス光の増幅による波長スペクトル幅の拡がりは非常に小さく抑えられることがわかる。また、図示はしていないが、第２光ファイバ２を出射する時点における主パルス光の時間波形には乱れが殆ど生じない。すなわち、第１光ファイバ１および第２光ファイバ２を通過後でも、主パルス光の時間波形の劣化は非常に小さい。
【００３７】
図９は、比較のために、第１光ファイバ１を持たない構成において算出した波長スペクトルを示すグラフである。図９から明らかなように、第２光ファイバ２のみにより主パルス光を増幅した場合、増幅後の主パルス光のスペクトル幅は６７０ｐｍであり、顕著に拡がっていることがわかる。これは、ＳＰＭにより主パルス光に大きな位相変調が発生し、それにより主パルス光の波長スペクトルが大きく広がってしまったことを意味する。すなわち、増幅時に発生するＳＰＭによる位相変調を相殺する機能を果たす第１光ファイバ１が配置されない場合、主パルス光の波長スペクトルは大きく拡がる。
【００３８】
図４に示した副パルス光および主パルス光に関して、副パルス光が主パルス光に及ぼすＸＰＭの位相変調φＸＰＭ１の絶対値は、およそ２γ1ＰｓＬ１で与えられる。ここで、γ1  は第１光ファイバ１の非線形性（式（３））、Ｐｓは副パルス光のピーク強度、Ｌ１は第１光ファイバ１のファイバ長である。上記シミュレーションにおいて用いられた各パラメータの値によれば、φＸＰＭ１の値はおよそ１６ｒａｄとなる。既に記載した通り、第２光ファイバ２での非線形位相変調φＳＰＭ２はおよそ１６ｒａｄであるから、第１光ファイバ１におけるＸＰＭによるφＸＰＭ１により第２光ファイバ２におけるＳＰＭによるφＳＰＭ２を相殺できることがわかる。なお、第２光ファイバ２における主パルス光のピーク強度（約１０ｋＷ）と比較して、第１光ファイバ１での副パルス光のピーク強度（８０Ｗ）は顕著に小さい。すなわち、小さなピーク強度の副パルス光によるＸＰＭにより、大きなピーク強度の主パルス光のＳＰＭを相殺することが可能である。これは、第１光ファイバ１のファイバ長（２０ｍ）が第２光ファイバ２のファイバ長（３ｍ）より長く、かつ、第１光ファイバ１のモード径（６．６μｍ）が第２光ファイバ２のモード径（２０μｍ）より小さいことによる。
【００３９】
本実施の形態のパルス光発生装置は、第１の実施の形態のパルス光発生装置の構成に加えて、主パルス光と副パルス光とを分離するための分離素子（波長選択フィルタ）３を備える。このような構成により、波長スペクトルの拡がりを抑えつつ、大きな強度にパルス光を増幅することができ、増幅されたパルス光をより確実に分離できる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
第２の実施の形態では、主パルス光と副パルス光と分離するための分離素子として波長選択フィルタ３を備える構成としたが、別の構成でも主パルス光と副パルス光とを分離することが可能である。
【００４１】
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係るパルス光生成装置３００の概念図である。パルス光生成装置３００では、主パルス光と副パルス光とは共に直線偏光であり、それぞれの偏光方向は互いに異なる。例えば、主パルス光と副パルス光とは偏光方向が９０°異なる。主パルス光のピーク強度は１０ｍＷ、副パルス光のピーク強度は８０Ｗである。第１光ファイバ１および第２光ファイバ２は、第２の実施の形態に用いたものと同様である。図１０において、パルス光生成装置２００と同様の構成については同じ符号を用いている。
【００４２】
上記の通り、偏光方向が互いに９０°異なる主パルス光と副パルス光とを分離するための分離素子として、第１光ファイバ１と第２光ファイバ２との間に偏光ビームスプリッタ４を配置する。偏光ビームスプリッタ４は、主パルス光を透過させ副パルス光を反射させるように調整されている。
【００４３】
パルス光生成装置３００において、主パルス光と副パルス光とは合波された後、第１光ファイバ１に入射しその内部を伝播する。第１光ファイバ１を出射した主パルス光と副パルス光とは、偏光ビームスプリッタ４に入射する。偏光ビームスプリッタ４は、主パルス光を第２光ファイバ２に向けて透過し、副パルス光は主パルス光とは異なる方向に反射する。これにより主パルス光のみが第２光ファイバ２に入射する。第２光ファイバ２に入射した主パルス光は第２光ファイバ２を伝播して増幅される。
【００４４】
第１光ファイバ１においてＸＰＭにより発生する主パルス光の位相変調と、第２光ファイバ２においてＳＰＭにより発生する主パルス光の位相変調とが相殺されることについては、第２の実施の形態に関して記載した説明と同様なので、ここでは説明を省略する。パルス光生成装置３００のような構成によっても、波長スペクトルが拡がることなく主パルス光を増幅できる。
【００４５】
本実施の形態のパルス光発生装置は、第１の実施の形態のパルス光発生装置の構成に加えて、主パルス光と副パルス光とを分離するための分離素子（偏光ビームスプリッタ）を備える。このような構成により、波長スペクトルの拡がりを抑えつつ、大きな強度にパルス光を増幅することができ、増幅されたパルス光をより確実に分離できる。
【００４６】
（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係るパルス光生成装置４００の概念図である。パルス光生成装置４００は、パルス光生成装置２００における第２光ファイバ２を複数段の光ファイバ（要素光ファイバ）により置き換えて構成したものである。すなわち、第２光ファイバ２は２個の第１要素光ファイバ２１および第２要素光ファイバ２２により構成されている。パルス光生成装置４００において、主パルス光の強度は、第１要素光ファイバ２１により０．０１Ｗから１０Ｗ程度まで増幅され、第２要素光ファイバ２２により１０ｋＷ程度まで増幅される。このような構成により、より確実に、波長スペクトルが拡がることなく主パルス光を増幅できる。
【００４７】
第２光ファイバ２を複数段の要素光ファイバにより構成することは、第３の実施の形態に係るパルス光発生装置３００にも適用できる。
【００４８】
（第５の実施の形態）
図１２は、本発明の第５の実施の形態に係るパルス光生成装置５００の概念図である。パルス光生成装置５００は、互いに波長の異なる２個のレーザ光源を有し、それぞれのレーザ光源から主パルス光と副パルス光とを出射する。パルス光生成装置５００は、波長１０６４ｎｍの主パルス光を出射する第１レーザ光源５１と、波長１０５８ｎｍの副パルス光を出射する第２レーザ光源５２とを備える。第１レーザ光源５１および第２レーザ光源５２は共に変調器を備え、それぞれの波長の光を主パルス光および副パルス光に変調して出射する。主パルス光および副パルス光のそれぞれのピーク強度は共に１０ｍＷである。
【００４９】
パルス光生成装置５００はさらに、第１レーザ光源５１から出射した主パルス光を伝播させる第３光ファイバ５３と、第２レーザ光源５２を出射した副パルス光を伝播させる第４光ファイバ５４とを備える。第３光ファイバ５３を出射した主パルス光と第４光ファイバ５４を出射した副パルス光とは合波素子５５に入射して合波される。第４光ファイバ５４は副パルス光のピーク強度を１０ｍＷ程度から８０Ｗ程度に増幅する。第３ファイバ５３は、合波素子５５において、主パルス光を副パルス光に同期させるために光路長を調整するために配置される。
【００５０】
主パルス光を副パルス光に同期させるとは、主パルス光の強度が増加する際には副パルス光の強度は減少し、主パルス光の強度が減少する際には副パルス光の強度は増加する状態とするようにタイミングを調整することを指す。すなわち、主パルス光と副パルス光とでは時間強度変化が逆の関係となる。なお、第４光ファイバ５４は１個により構成してもよいし、複数段の光ファイバにより構成してもよい。
【００５１】
第１光ファイバ１、第２光ファイバ２、およびバンドパスフィルタ３は第２の実施の形態に係るパルス光発生装置２００に装備されたものと同様である。また、主パルス光と副パルス光とが合波された後、第１光ファイバ１に入射されることもパルス光発生装置２００と同様である。主パルス光を、波長スペクトルの拡がりを抑えて増幅する作用についてはパルス光生成装置２００と同様である。なお、本実施の形態においても、第２光ファイバ２を複数段の要素光ファイバで構成することができる。
【００５２】
本実施の形態のパルス光発生装置は、適切な波長差を有する２個のレーザ光源からそれぞれ主パルス光と副パルス光とを出射し、主パルス光と副パルス光とを分離するための分離素子として波長選択フィルタ３を備える。このような構成により、波長スペクトルの拡がりを抑えつつ、大きな強度にパルス光を増幅することができ、増幅されたパルス光をより確実に分離できる。
【００５３】
（第６の実施の形態）
図１３は、本発明の第６の実施の形態に係るパルス光生成装置６００の概念図である。パルス光生成装置６００は、波長１０６４ｎｍの直線偏光のパルス光または連続光を出射する第３レーザ光源６１と、第３レーザ光源から出射したパルス光または連続光を第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２とに分波して伝播させる分波素子６２とを備える。また、パルス光生成装置６００は、第１光路Ｌ１に配置されて主パルス光を生成する第１変調素子６３と第２光路Ｌ２に配置されて副パルス光とを生成する第２変調素子６４とを備える。さらに、パルス光生成装置６００は、第１光路Ｌ１を伝播する主パルス光と第２光路Ｌ２を伝播する副パルス光とを合波して第３光路Ｌ３に伝播させる合波素子６５を備える。分波素子６２としては１：９９分岐カプラ（１％ポートを光路Ｌ１に接続し、９９％ポートを光路Ｌ２に接続する）、合波素子６５としては偏光ビームスプリッタを用いることができる。
【００５４】
パルス光生成装置６００において、第３レーザ光源６１は直線偏光のパルス光または連続光を出射する。このパルス光または連続光は分波素子６２により分波されて、それぞれ第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２を伝播する。第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２にはそれぞれ第１変調素子６３および第２変調素子６４が配置されている。第１変調素子６３は第１光路Ｌ１を伝播するパルス光を変調して主パルス光を生成する。第２変調素子６４は第２光路Ｌ２を伝播するパルス光を変調して副パルス光を生成する。第１変調素子６３および第２変調素子６４には電気光学変調器（ＥＯ変調器）を用いることができるが、電気光学変調器以外の変調器（例えば、音響光学変調器等）も用いることができる。
【００５５】
主パルス光と副パルス光とは合波素子６５で合波されて第３光路Ｌ３を伝播し、第１光ファイバ１に入射する。合波後の主パルス光および副パルス光の伝播経路については、図１０を参照して説明した第３の実施の形態におけるパルス光生成装置３００と同様である。
【００５６】
本実施の形態のパルス光発生装置は、１個のレーザ光源から出射させたパルス光から主パルス光と副パルス光とを生成し、主パルス光と副パルス光とが互いに偏光方向が異なる状態とした後、分離素子として偏光ビームスプリッタにより両者を分離する構成を備える。このような構成により、波長スペクトルの拡がりを抑えつつ、大きな強度にパルス光を増幅することができ、増幅されたパルス光をより確実に分離できる。
【００５７】
（第７の実施の形態）
図１４は、本発明の第７の実施の形態に係るパルス光生成装置７００の概念図である。パルス光生成装置７００は、パルス光生成装置６００の構成に加えて、第２光路Ｌ２に第３の光ファイバ７１を配置した構成となっている。図１４においては、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２の近傍の構成のみ示し、それ以外の部分の構成については図示を省略している。主パルス光と副パルス光とが合波されて第１光ファイバ１に入射される時点において、副パルス光のピーク強度は主パルス光のピーク強度に比べて充分に大きいことが好ましい。そのため、パルス光生成装置７００は、第２光路Ｌ２に副パルス光を増幅するための第３光ファイバ７１を備えている。
【００５８】
パルス光生成装置７００において、第３レーザ光源６１から出射されたパルス光または連続光は、分波素子６２により第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２に分波されてそれぞれの光路を伝播する。分波素子６２としては５０：５０分岐カプラを用いることができる。第１光路Ｌ１では第１変調素子６３により主パルス光が生成され、第２光路Ｌ２では第２変調素子６４により副パルス光が生成される。生成された時点における主パルス光および副パルス光のピーク強度は共に１０ｍＷ程度である。第２光路Ｌ２において、副パルス光は第３光ファイバ７１により８０Ｗ程度に増幅される。第３光ファイバ７１としては、１０６４ｎｍの波長を増幅する光ファイバ増幅器であるＹＤＦＡを用いることができる。主パルス光と副パルス光とは合波素子６５により合波されて第３光路Ｌ３を伝播する。合波素子６５としては偏光ビームスプリッタを用いることができる。合波後の主パルス光および副パルス光の伝播経路については、図１０を参照して説明した第３の実施の形態におけるパルス光生成装置３００と同様である。
【００５９】
第７の実施の形態のパルス光発生装置は、主パルス光のピーク強度を副パルス光のピーク強度に比べて小さくするように構成される。このような構成により、波長スペクトルの拡がりを抑えつつ、大きな強度にパルス光を増幅することができる。
【００６０】
第７の実施の形態によれば、第３レーザ光源６１から出射されるパルス光または連続光の強度を、最終的に第２光ファイバ２で増幅するための最適な値に調整することができる。
【００６１】
（第８の実施の形態）
図１５は、本発明の第８の実施の形態に係るパルス光生成装置８００の概念図である。パルス光生成装置８００は、第２光ファイバ２から出射した増幅後の主パルス光の波長をより短い波長に変換する。パルス光生成装置８００は、パルス光生成装置５００の構成に加えて、第２光ファイバ２の下流側に波長変換部８１をさらに加えて構成される。第２光ファイバ２を伝播し増幅されて出射した主パルス光は、波長変換部８１に入射する。波長変換部８１は複数の非線形光学結晶を有しており、主パルス光の波長を紫外領域の波長に変換して出射する。すなわち、パルス光生成装置８００は紫外パルス光を出力する。
【００６２】
図１６は、波長変換部８１の具体的構成の一例を示す概略図である。図１６において、上下方向の矢印は偏光方向が紙面に平行な直線偏光（Ｐ偏光）を表し、二重丸印は、紙面に垂直方向の偏光方向（Ｓ偏光）を表す。また、縦長の楕円は主パルス光の形状を成形するためのレンズを表し、ωは主パルス光の周波数を表す。第２光ファイバ２を出射した波長１０６４ｎｍの主パルス光は波長変換部８１に入射する。波長変換部８１に入射時の主パルス光はＰ偏光である。
【００６３】
波長変換部８１に入射したＰ偏光の主パルス光（以降、基本波とも呼ぶ）は、非線形光学結晶１０１に入射して伝播し、基本波の２倍高調波（Ｓ偏光で周波数２ω）が発生する。非線形光学結晶１０１としてはＬＢＯ結晶を用いることができる。非線形光学結晶１０１で発生したＳ偏光の２倍高調波と非線形光学結晶１０１を透過したＰ偏光の基本波は、波長板１０３に入射する。波長板１０３は、２倍高調波の偏光方向を９０°変化させてＳ偏光からＰ偏光に変化させる。Ｐ偏光の２倍高調波およびＰ偏光の基本波は、非線形光学結晶１０２に入射して伝播する。非線形光学結晶１０２では和周波発生により、Ｓ偏光の３倍高調波（周波数３ω）が発生する。非線形光学結晶１０２としてはＬＢＯ結晶を用いることができる。
【００６４】
非線形光学結晶１０２で発生したＳ偏光の３倍高調波と非線形光学結晶１０２を透過したＰ偏光の２倍高調波およびＰ偏光の基本波は、ダイクロイックミラー１０４に入射する。ダイクロイックミラー１０４は、Ｓ偏光の３倍高調波のみを反射させ、それ以外のＰ偏光の２倍高調波、およびＰ偏光の基本波は透過させる。これにより、Ｓ偏光の３倍高調波が分離される。３倍高調波の波長は紫外領域の３５５ｎｍである。
【００６５】
上記では、波長変換部８１に入射する主パルス光はＰ偏光として説明したが、主パルス光はＳ偏光であってもよく、図１６に示した構成により紫外領域の主パルス光を得ることができる。
【００６６】
なお、第６の実施の形態は、パルス光生成装置５００に加えて、波長変換部９１をさらに備えた構成としたが、パルス光生成装置６００、７００、または８００に加えて波長変換部９１をさらに備えた構成としてもよい。
【００６７】
本実施の形態のパルス光生成装置によれば、主パルス光を、波長スペクトルの拡がりを抑えつつ大きな強度に増幅し、さらに、紫外域の波長に波長変換することができる。このようなパルス光生成装置は、高密度の集積回路の露光装置や検査装置等の光源として好適に用いることができる。
【００６８】
上記のパルス光生成装置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１７を参照して説明する。露光装置９００は、原理的には写真製版と同様であり、パターン形成部としての石英ガラス製のフォトマスク９１３に精密に描かれたパターンを、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９１５に光学的に投影して転写する。
【００６９】
露光装置９００は、上述したパルス光生成装置ＰＤ（例えば、パルス光生成装置８００）と、照明光学系９０２と、フォトマスク９１３を保持するマスク支持台９０３と、投影光学系９０４と、露光対象物９１５を保持する露光対象物支持テーブル９０５と、露光対象物支持テーブル９０５を水平面内で移動させる駆動機構９０６とを備えて構成される。照明光学系９０２は複数のレンズ群からなり、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を、マスク支持台９０３に保持されたフォトマスク９１３に照射する。投影光学系９０４は複数のレンズ群により構成され、フォトマスク９１３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９１５に投影する。
【００７０】
露光装置９００においては、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光が照明光学系９０２に入力され、所定光束に調整された紫外パルス光がマスク支持台９０３に保持されたフォトマスク９１３に照射される。フォトマスク９１３に描かれたパターン像は投影光学系９０４を介して露光対象物支持テーブル９０５に保持された露光対象物９１５の所定位置に結像する。これにより、フォトマスク９１３のパターンの像が、半導体ウェハや液晶パネル用ガラス基板等の露光対象物９１５の上に所定倍率で露光される。
【００７１】
露光装置９００は、比較的簡明な構成で、高出力、高ビーム品質の紫外パルス光を出力可能なパルス光生成装置ＰＤを備えているので、フォトリソグラフィ工程におけるスループットの向上や加工品質向上に寄与するものと期待される。
【００７２】
上記したパルス光生成装置を備えたシステムの第２の適用例として、パターン形成部としての可変成形マスクを用いた露光装置について、その概要構成を示す図１８を参照して説明する。露光装置９２０は、フォトマスクに変えて可変成形マスクを備える点を除いて、基本的には上述した第１の適用例の露光装置９００と同様である。露光装置９２０においては、可変成形マスクにより生成された任意パターンの像を、フォトレジストを塗布したガラス基板や半導体ウェハなどの露光対象物９３５に光学的に投影して転写する（例えば、本出願人に係る日本国特許第５２１１４８７号公報、日本国特開２０１２−５４５００号公報、日本国特開２０１１−４９２９６号公報等を参照）。
【００７３】
露光装置９２０は、上述したパルス光生成装置ＰＤ（例えば、パルス光生成装置８００）と、照明光学系９２２と、可変成形マスク９３３と、投影光学系９２４と、露光対象物９３５を保持する露光対象物支持テーブル９２５と、露光対象物支持テーブル９２５を水平面内で移動させる駆動機構９２６とを備えて構成される。照明光学系９２２は複数のレンズ群からなり、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を、ミラー９２３を介して可変成形マスク９３３に照射する。投影光学系９２４は複数のレンズ群により構成され、可変成形マスク９３３により生成された任意パターンの光を、露光対象物テーブル９２５に保持された露光対象物９３５に投影する。
【００７４】
可変成形マスク９３３は、複数の可動ミラーを有して任意パターンの反射光を生成可能に構成される。可変成形マスク９３３としては、例えば、複数の可動ミラーを二次元状に配列したＤＭＤ（Digital Micromirror Device、あるいはDeformable Micromirror Device）が好適に用いられる。複数の可動ミラーのそれぞれは、独立に反射面の向きを変化させることが可能に設けられており、図示省略するＤＭＤ駆動装置により、各可動ミラーの向きをオン位置とオフ位置とに切り換え制御する。また、パターン形成部は、各可動ミラーの反射面の向きを変えずに、反射光に位相差のみを与えることによりオン位置とオフ位置とを切り替える構造のマイクロミラーデバイスを用いてもよい。
【００７５】
ＤＭＤ駆動装置により可動ミラーがオン位置となるように制御された場合、照明光学系９２２から出射して可動ミラーで反射された光は、投影光学系９２４に入射して露光対象物９３５の露光面に結像する。一方、ＤＭＤ駆動装置により可動ミラーがオフ位置となるように制御された場合、照明光学系９２２から出射して可動ミラーで反射された光は投影光学系９２４に入射せず、反射光路上に設けられたダンパにより吸収される。そのため、所定位置の可動ミラーをオン位置となるように制御し、それ以外の可動ミラーをオフ位置となるように制御することにより、任意パターンの光を生成して露光することができる。
【００７６】
露光装置９２０においては、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光が照明光学系９２２に入射し、所定光束に調整された紫外パルス光はミラー９２３を介して可変成形マスク９３３に照射される。可変成形マスク９３３により所定パターンが生成された紫外パルス光は投影光学系９２４に入射し、露光対象物支持テーブル９２５に保持された露光対象物９３５の所定位置に照射される。これにより、露光パターンに応じた露光光が、半導体ウェハや液晶パネル等の露光対象物９３５に所定倍率で結像される。
【００７７】
上述したように、パルス光生成装置ＰＤは紫外パルス光を高速にオン／オフ制御することができる。そのため、可変成形マスクを用いた露光装置において特に重要となる紫外パルス光そのものを高精度に制御することができ、精度が高い露光を実現することができる。
【００７８】
上述したパルス光生成装置ＰＤを備えたシステムの第３の適用例として、直接描画タイプの露光装置について、図１９を参照して説明する。この露光装置９４０のパターン形成部は、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を偏向手段により偏向して露光対象物９５５上を走査させ、予め設定された任意パターンの像を露光対象物に直接描画する。本適用例では、偏向手段としてポリゴンミラーを用いた構成を例示する。
【００７９】
露光装置９４０は、上述したパルス光生成装置ＰＤ（例えば、パルス光生成装置８００）と、整形光学系９４２と、ポリゴンミラー９５３と、対物光学系９４４と、露光対象物９５５を保持する露光対象物支持テーブル９４５と、露光対象物支持テーブル９４５を水平面内で移動させる駆動機構９４６とを備えて構成される。整形光学系９４２はコリメートレンズを含む複数のレンズ群からなり、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を整形し、ミラー９４３を介してポリゴンミラー９５３に入射させる。ポリゴンミラー９５３は回転多面鏡である。図１９では、平面視において正六角形のポリゴンミラーがミラー駆動機構により紙面に直交する軸廻りに回転駆動される構成を例示する。対物光学系９４４はｆθレンズや集光レンズ等の複数のレンズ群により構成され、ポリゴンミラー９５３により走査される紫外パルス光を、露光対象物テーブル９４５に保持された露光対象物９５５上に結像させる。露光対象物テーブル９４５は、露光対象物９５５をポリゴンミラー９５３からの紫外パルス光の走査方向と直交する方向（図において紙面直交方向）に移動させる。
【００８０】
パルス光生成装置ＰＤ、ポリゴンミラー９５３および露光対象物テーブル９４５の動作は、図示省略する制御装置により制御される。制御装置には、露光対象物９５５に描画するパターンのデータが予め記憶されており、制御装置は、記憶されたパターンのデータに応じてパルス光生成装置ＰＤ、ポリゴンミラー９５３および露光対象物テーブル９４５の動作を制御する。これにより、露光対象物テーブル９４５に保持された露光対象物９５５に予め設定されたパターンの像が露光形成される。
【００８１】
上述したように、パルス光生成装置ＰＤは紫外パルス光を高速にオン／オフ制御することができる。そのため、マスクを用いずに紫外パルス光で直接描画する本適用例の露光装置において特に重要となる紫外パルス光そのものを高精度に制御することができ、精度が高い露光を実現することができる。
【００８２】
なお、本適用例では、偏向手段としてポリゴンミラー９５３を例示したが、偏向手段としては他の構成を用いることもできる。例えば、ポリゴンミラー９５３に代えて、ガルバノミラーを用いることができる。あるいは、２つのガルバノミラーを直交する二軸方向に組み合わせて、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を露光対象物９５５上で二軸方向に走査させるように構成することもできる。
【００８３】
パルス光生成装置ＰＤを備えたシステムの第４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２０を参照して説明する。検査装置９６０は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物９７３に描かれた微細なパターンの検査に好適に使用される。
【００８４】
検査装置９６０は、前述したパルス光生成装置ＰＤと、照明光学系９６２と、被検物９７３を保持する被検物支持台９６３と、投影光学系９６４と、被検物９７３からの光を検出するＴＤＩ(Time Delay Integration)センサ９７５と、被検物支持台９６３を水平面内で移動させる駆動機構９６６とを備えて構成される。照明光学系９６２は複数のレンズ群からなり、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を、所定光束に調整して被検物支持台９６３に保持された被検物９７３に照射する。投影光学系９６４は複数のレンズ群により構成され、被検物９７３を透過した光をＴＤＩセンサ９７５に投影する。
【００８５】
検査装置９６０においては、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光が照明光学系９６２に入力され、所定光束に調整された紫外パルス光が被検物支持台９６３に保持されたフォトマスク等の被検物９７３に照射される。被検物９７３からの光（本適用例においては透過光）は、被検物９７３に描かれたパターンの像を有しており、この光が投影光学系９６４を介してＴＤＩセンサ９７５に投影され結像する。このとき、駆動機構９６６による被検物支持台９６３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ９７５の転送クロックとは同期して制御される。
【００８６】
これにより、被検物９７３のパターンの像はＴＤＩセンサ９７５により検出され、検出された画像と、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、被検物に描かれたパターンに欠陥がある場合には、これを抽出することができる。なお、被検物９７３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９６４に入射してＴＤＩセンサ９７５に導くことにより、同様に構成することができる。
【００８７】
検査装置９６０は、比較的簡明な構成で、高出力、高ビーム品質の紫外パルス光を出力するパルス光生成装置ＰＤを備えているので、検査工程における検査精度の向上や検査時間の短縮に寄与するものと期待される。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施の形態の組み合わせも本発明に含まれる。
【００８９】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１６年第１０５６１２号（２０１６年５月２６日出願）
【符号の説明】
【００９０】
１  第１光ファイバ
２  第２光ファイバ
３  波長選択フィルタ
４  偏光ビームスプリッタ
５１  第１レーザ光源
５２  第２レーザ光源
５５、６５  合波素子
６２  分波素子
６３  第１変調素子
６４  第２変調素子
８１  波長変換部
１０１、１０２  非線形光学結晶
【図１】
0006662453.tif 000005
【図２】
0006662453.tif 000006
【図３】
0006662453.tif 000007
【図４】
0006662453.tif 000008
【図５】
0006662453.tif 000009
【図６】
0006662453.tif 000010
【図７】
0006662453.tif 000011
【図８】
0006662453.tif 000012
【図９】
0006662453.tif 000013
【図１０】
0006662453.tif 000014
【図１１】
0006662453.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0006662453.tif 000018
【図１５】
0006662453.tif 000019
【図１６】
0006662453.tif 000020
【図１７】
0006662453.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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