(57)【要約】波長変換装置であって、以下を含む少なくとも１つの移動装置を備える：Ａ．入射したレーザ光を波長変換して出力する非線形結晶を保持する結晶ホルダ、及び、Ｂ．ボイスコイルモータを含む駆動部であって、結晶ホルダを、少なくともレーザ光の光路軸方向である第１の方向に直交する方向に移動させる駆動部。また、駆動部は、レーザ光の非線形結晶への入射角度を変更するように結晶ホルダを回転させる。駆動部は、以下を含む：平面型ボイスコイルモータを含んで構成された２次元駆動部、及び、円筒型ボイスコイルモータを含んで構成された１次元駆動部。２次元駆動部は、第１の方向に直交する第２の方向への直線駆動と、第１及び第２の方向に直交する第３の方向を中心とした回転駆動とを行う。１次元駆動部は、第３の方向への直線駆動を行う。
2018008142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長変換装置であって、以下を含む少なくとも１つの移動装置を備える：
Ａ．入射したレーザ光を波長変換して出力する非線形結晶を保持する結晶ホルダ；及び
Ｂ．ボイスコイルモータを含む駆動部であって、前記結晶ホルダを、少なくとも前記レーザ光の光路軸方向である第１の方向に直交する方向に移動させる駆動部。
【請求項２】
請求項１に記載の波長変換装置であって、
前記駆動部は、前記レーザ光の前記非線形結晶への入射角度を変更するように前記結晶ホルダを回転させる。
【請求項３】
請求項２に記載の波長変換装置であって、
前記駆動部は、以下を含む：
平面型ボイスコイルモータを含んで構成された２次元駆動部；及び
円筒型ボイスコイルモータを含んで構成された１次元駆動部；
ここで、前記２次元駆動部は、前記第１の方向に直交する第２の方向への直線駆動と、前記第１及び第２の方向に直交する第３の方向を中心とした回転駆動とを行い、
前記１次元駆動部は、前記第３の方向への直線駆動を行う。
【請求項４】
請求項３に記載の波長変換装置であって、
前記１次元駆動部は、前記２次元駆動部に保持されており、
前記結晶ホルダは、前記１次元駆動部に保持されている。
【請求項５】
請求項４に記載の波長変換装置であって、
前記２次元駆動部は、以下を含む：
前記第２の方向へ駆動力を発生する第１及び第２のボイスコイルモータ；及び
前記第１の方向へ駆動力を発生する第３及び第４のボイスコイルモータ；
ここで、前記第１及び第２のボイスコイルモータは、それぞれ同一方向に駆動力を発生することにより、前記第２の方向への直線駆動を行い、
前記第３及び第４のボイスコイルモータは、互いに逆方向に駆動力を発生することにより、前記第３の方向を中心とした回転駆動とを行う。
【請求項６】
請求項５に記載の波長変換装置であって、
前記２次元駆動部は、前記１次元駆動部を保持した可動プレートをさらに含み、
前記可動プレートは、第１〜第４のボイスコイルモータにより駆動される。
【請求項７】
請求項６に記載の波長変換装置であって、
前記２次元駆動部は、前記可動プレートを摺動可能に支持する摺動支持部材をさらに含む。
【請求項８】
請求項３に記載の波長変換装置であって、
前記移動装置は、以下をさらに含む：
Ｃ．前記２次元駆動部を付勢する付勢部材。
【請求項９】
請求項３に記載の波長変換装置であって、
前記駆動部は、平面型ボイスコイルモータに対応して設けられた少なくとも１つのホールセンサをさらに含み、
前記２次元駆動部は、前記ホールセンサから出力される検出信号に基づいて制御される。
【請求項１０】
請求項１に記載の波長変換装置であって、
前記非線形結晶は、ＣＬＢＯ結晶である。
【請求項１１】
請求項３に記載の波長変換装置であって、
前記移動装置は、以下をさらに含む：
Ｄ．前記結晶ホルダ内に配置されたヒータ；及び
Ｅ．前記結晶ホルダ内に配置された温度センサ；
前記ヒータは、前記温度センサから出力される検出信号に基づいて制御される。
【請求項１２】
請求項１１に記載の波長変換装置であって、
前記ヒータ及び前記温度センサに接続された複数のケーブルは、前記円筒型ボイスコイルモータに含まれるヨーク、磁石、及びコイルの内側に挿通されている。
【請求項１３】
請求項４に記載の波長変換装置であって、
前記移動装置は、以下をさらに含む：
Ｆ．容器本体とベローズとにより構成された密封容器；
ここで、前記容器本体は、前記２次元駆動部を収容しており、
前記ベローズは、前記１次元駆動部を収容しており、前記第３の方向に沿って伸縮する。
【請求項１４】
請求項４に記載の波長変換装置であって、
前記移動装置は、以下をさらに含む：
Ｇ．容器本体とベローズとにより構成された容器；及び
Ｈ．チャンバ本体、入射ウィンドウ、及び出射ウィンドウを含むチャンバ；
ここで、前記容器本体は、前記２次元駆動部を収容しており、
前記ベローズは、前記１次元駆動部を収容しており、前記第３の方向に沿って伸縮し、
前記チャンバ本体は、前記結晶ホルダを囲うように前記容器本体に接合されており、
前記入射ウィンドウは、前記レーザ光を透過させて前記非線形結晶に入射させ、
前記出射ウィンドウは、前記非線形結晶から出射されたレーザ光を透過させる。
【請求項１５】
請求項１４に記載の波長変換装置であって、
前記チャンバは、以下をさらに含む：
前記チャンバ本体内にパージガスを導入するガス導入管；及び
前記チャンバ本体内から前記パージガスを排出するガス排出管。
【請求項１６】
請求項１５に記載の波長変換装置であって、
前記非線形結晶は、ＣＬＢＯ結晶であり、
前記パージガスは、ＡｒガスまたはＨｅガスである。
【請求項１７】
請求項１に記載の波長変換システムであって、
前記移動装置は、以下をさらに含む：
Ｉ．前記結晶ホルダを収容するセル。
【請求項１８】
請求項１７に記載の波長変換装置であって、
前記セルは、以下を含む：
前記結晶ホルダを収容するセル本体；
前記レーザ光を透過させて前記非線形結晶に入射させる入射ウィンドウ；
前記非線形結晶から出射されたレーザ光を透過させる出射ウィンドウ；
前記セル本体内にパージガスを導入するガス導入管；及び
前記セル本体内から前記パージガスを排出するガス排出管。
【請求項１９】
請求項１８に記載の波長変換装置であって、
前記非線形結晶は、ＣＬＢＯ結晶であり、
前記パージガスは、ＡｒガスまたはＨｅガスである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ装置に用いられる波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用レーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３．４ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。【０００３】
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけ上の波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。【０００４】
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には、狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール（Line Narrowing Module）が設けられている。この狭帯域化モジュールによりスペクトル線幅の狭帯域化が実現されている。狭帯域化素子は、エタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル線幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。【０００５】
また、露光装置用レーザ装置には、省エネルギの観点から、固体レーザ装置を用いたものがある。固体レーザ装置は、半導体レーザ、非線形結晶等を含んで構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４７２９０９３号公報
【特許文献２】特許第５２２５７１５号公報
【特許文献３】米国特許第６８５９３３５号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１５／１１７８４９号
【特許文献５】特開２０１５−１２９８５５号公報
【概要】
【０００７】
本開示の１つの観点に係る波長変換装置は、以下を含む少なくとも１つの移動装置を備える：
Ａ．入射したレーザ光を波長変換して出力する非線形結晶を保持する結晶ホルダ；及び
Ｂ．ボイスコイルモータを含む駆動部であって、結晶ホルダを、少なくともレーザ光の光路軸方向である第１の方向に直交する方向に移動させる駆動部。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、比較例に係る固体レーザシステムの構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、第１の移動装置を示す斜視図である。
【図３】図３は、比較例に係る固体レーザシステムの課題を説明する図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る移動装置の外観を示す斜視図である。
【図５】図５は、移動装置から第１のヨークを取り外した状態を示す斜視図である。
【図６】図６は、第１及び第２のボイスコイルモータの断面を示す断面図である。
【図７】図７は、第３及び第４のボイスコイルモータの断面を示す断面図である。
【図８】図８Ａは、可動プレートがＶ軸方向に移動する前の初期状態を示す断面図である。図８Ｂは、可動プレートがＶ軸方向に移動した状態を示す断面図である。
【図９】図９Ａは、ヨーク及び結晶ホルダがＨ軸方向に移動する前の初期状態を示す断面図である。図９Ｂは、ヨーク及び結晶ホルダがＨ軸方向に移動した状態を示す断面図である。
【図１０】図１０Ａは、可動プレートがＨ軸を中心として回転する前の初期状態を示す平面図である。図１０Ｂは、可動プレートがＨ軸を中心として回転した状態を示す平面図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態の変形例に係る移動装置を示す平面図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態に係る移動装置を示す断面図である。
【図１３】図１３は、第２の実施形態の変形例に係る移動装置の一部を示す断面図である。
【図１４】図１４は、第３の実施形態に係る移動装置を示す断面図である。
【図１５】図１５は、第４の実施形態に係る移動装置を示す断面図である。
【図１６】図１６は、第１の変形例に係る移動装置を示す断面図である。
【図１７】図１７は、第２の変形例に係る移動装置を示す断面図である。
【実施形態】
【０００９】
＜内容＞
１．比較例
１．１  構成
１．２  動作
１．３  課題
２．第１の実施形態
２．１  構成
２．２  動作
２．３  効果
３．変形例
４．第２の実施形態
４．１  構成及び動作
４．２  効果
５．変形例
６．第３の実施形態
６．１  構成及び動作
６．２  効果
７．第４の実施形態
７．１  構成及び動作
７．２  効果
８．移動装置の変形例
８．１  第１の変形例
８．２  第２の変形例
【００１０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１１】
１．比較例
１．１  構成
図１は、比較例に係る固体レーザシステム１０の構成を概略的に示す。図１において、固体レーザシステム１０は、第１の固体レーザ装置１１と、第２の固体レーザ装置１２と、ダイクロイックミラー１３と、高反射ミラー１４と、波長変換システム１５と、同期回路１６と、制御部１７と、を含む。
【００１２】
第１の固体レーザ装置１１は、第１のシードレーザ２０と、第１の光強度可変部２１と、第１の増幅器２２と、波長変換部２３と、を含む。第１の増幅器２２は、ファイバ増幅器２２ａと、固体増幅器２２ｂと、図示しないＣＷ励起半導体レーザと、を含む。波長変換部２３は、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶２３ａと、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）結晶２３ｂと、を含む。ＬＢＯ結晶２３ａとＣＬＢＯ結晶２３ｂとは、非線形結晶である。
【００１３】
第１のシードレーザ２０は、シングル縦モードであって、波長が約１０３０ｎｍのＣＷ光またはパルス光を第１のシード光として出力する。第１のシードレーザ２０は、例えば、分布帰還型の半導体レーザである。第１の光強度可変部２１は、第１のシードレーザ２０から第１のシード光が入射される半導体素子を含む。第１の光強度可変部２１は、図示しない電流制御部によって、半導体素子にパルス電流を印加することによって、第１のシード光を所定のパルス幅のレーザ光に変換する。以下、第１の光強度可変部２１によって変換された第１のシード光を、第１のシードパルス光という。
【００１４】
ファイバ増幅器２２ａは、Ｙｂがドープされた複数の石英ファイバが多段に接続されたものである。固体増幅器２２ｂは、ＹｂがドープされたＹＡＧ結晶である。ファイバ増幅器２２ａ及び固体増幅器２２ｂは、図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。第１の増幅器２２は、第１の光強度可変部２１から入射する第１のシードパルス光を増幅する。
【００１５】
波長変換部２３は、第１の増幅器２２によって増幅された第１のシードパルス光を、高調波に変換して、第１のパルスレーザ光ＰＬ１として出力する。具体的には、波長変換部２３は、ＬＢＯ結晶２３ａとＣＬＢＯ結晶２３ｂとを含むことにより、第１のシードパルス光を、波長が約２５７．５ｎｍの第４高調波を生成し、第４高調波を第１のパルスレーザ光ＰＬ１として出力する。
【００１６】
第２の固体レーザ装置１２は、第２のシードレーザ３０と、第２の光強度可変部３１と、第２の増幅器３２と、を含む。第２の増幅器３２は、ＥｒとＹｂが共にドープされた複数の石英ファイバが多段に接続された図示しないＥｒファイバ増幅器と、図示しないＣＷ励起半導体レーザと、を含む。
【００１７】
第２のシードレーザ３０は、シングル縦モードであって、波長が約１５５４ｎｍのＣＷ光またはパルス光を第２のシード光として出力する。第２のシードレーザ３０は、例えば、分布帰還型の半導体レーザである。第２の光強度可変部３１は、第２のシードレーザ３０から第２のシード光が入射される半導体素子を含む。第２の光強度可変部３１は、図示しない電流制御部によって、半導体素子にパルス電流を印加することによって、第２のシード光を所定のパルス幅のレーザ光に変換する。以下、第２の光強度可変部３１によって変換された第２のシード光を、第２のシードパルス光という。
【００１８】
第２の増幅器３２に含まれるＥｒファイバ増幅器は、図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。第２の増幅器３２は、第２の光強度可変部３１から入射する第２のシードパルス光を増幅する。第２の増幅器３２は、増幅した第２のシードパルス光を、第２のパルスレーザ光ＰＬ２として出力する。
【００１９】
ダイクロイックミラー１３は、第１の固体レーザ装置１１から出力される第１のパルスレーザ光ＰＬ１が入射する位置に配置されている。高反射ミラー１４は、第２の固体レーザ装置１２から出力される第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高反射し、高反射された第２のパルスレーザ光ＰＬ２がダイクロイックミラー１３に入射するように配置されている。
【００２０】
ダイクロイックミラー１３には、波長が約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光ＰＬ１を高透過し、波長が約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高反射する膜がコートされている。ダイクロイックミラー１３は、高透過した第１のパルスレーザ光ＰＬ１の光路軸と、高反射した第２のパルスレーザ光ＰＬ２の光路軸とが一致するように配置されている。
【００２１】
波長変換システム１５は、第１のＣＬＢＯ結晶４０と、第２のＣＬＢＯ結晶４１と、第１の移動装置４２と、第２の移動装置４３と、第１のダイクロイックミラー４４と、第２のダイクロイックミラー４５と、高反射ミラー４６と、を含む。第１のＣＬＢＯ結晶４０と第２のＣＬＢＯ結晶４１とは、非線形結晶である。
【００２２】
第１のＣＬＢＯ結晶４０と、第１のダイクロイックミラー４４と、第２のＣＬＢＯ結晶４１と、第２のダイクロイックミラー４５とは、この順序で、第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２の光路上に配置されている。第１のＣＬＢＯ結晶４０には、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが入射する。
【００２３】
第１のＣＬＢＯ結晶４０では、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが重なり、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波に対応する波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光ＰＬ３が生成される。第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２は、第１のＣＬＢＯ結晶４０を透過する。
【００２４】
第１のダイクロイックミラー４４は、第１のパルスレーザ光ＰＬ１を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第３のパルスレーザ光ＰＬ３とを高透過する膜がコートされている。第１のダイクロイックミラー４４を高透過した第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３が、第２のＣＬＢＯ結晶４１に入射する。
【００２５】
第２のＣＬＢＯ結晶４１では、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第３のパルスレーザ光ＰＬ３とが重なり、波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍとの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光ＰＬ４が生成される。第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３は、第２のＣＬＢＯ結晶４１を透過する。
【００２６】
第２のダイクロイックミラー４５は、第４のパルスレーザ光ＰＬ４を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第３のパルスレーザ光ＰＬ３とを高透過する膜がコートされている。高反射ミラー４６は、第２のダイクロイックミラー４５により高反射された第４のパルスレーザ光ＰＬ４が高反射されて、波長変換システム１５から出力される位置に配置されている。
【００２７】
第１の移動装置４２は、第１のＣＬＢＯ結晶４０を保持して移動させる。具体的には、図２に示すように、第１の移動装置４２は、結晶ホルダ４２ａと、Ｖステージ４２ｂと、Ｈステージ４２ｃと、θステージ４２ｄと、を含む。結晶ホルダ４２ａは、第１のＣＬＢＯ結晶４０を着脱自在に保持する。Ｖステージ４２ｂは、その上に積載されたＨステージ４２ｃ、θステージ４２ｄ、及び結晶ホルダ４２ａをＶ軸方向に移動させる。Ｈステージ４２ｃは、その上に積載されたθステージ４２ｄ及び結晶ホルダ４２ａをＨ軸方向に移動させる。θステージ４２ｄは、その上に積載された結晶ホルダ４２ａを、Ｈ軸を中心としたθ方向に回転させる。すなわち、第１の移動装置４２は、Ｖ軸方向及びＨ軸方向への直線駆動と、θ方向への回転駆動とを行う。
【００２８】
Ｈ軸、Ｖ軸、及びＺ軸は、互いに直交している。Ｚ軸方向は、波長変換システム１５に入射する第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２の光路軸方向である。Ｈ軸方向は、例えば、鉛直方向である。Ｖステージ４２ｂ、Ｈステージ４２ｃ、及びθステージ４２ｄは、それぞれ図示しないステッピングモータにより構成された駆動部である。
【００２９】
第２の移動装置４３は、第２のＣＬＢＯ結晶４１を保持して移動させる。第２の移動装置４３の構成は、図２に示す第１の移動装置４２の構成と同様である。第２の移動装置４３は、Ｖ軸方向及びＨ軸方向への直線駆動と、θ方向への回転駆動とを行う。
【００３０】
制御部１７は、第１及び第２の移動装置４２，４３と電気的に接続されており、第１及び第２の移動装置４２，４３の移動を制御する。また、制御部１７は、同期回路１６と電気的に接続されている。同期回路１６は、第１及び第２の光強度可変部２１，３１と電気的に接続されている。同期回路１６は、制御部１７から入力されるトリガ信号Ｔｒに基づき、第１及び第２の光強度可変部２１，３１を制御し、第１及び第２のシードパルス光の生成タイミングを同期させる。さらに、制御部１７は、第１及び第２のシードレーザ２０，３０と、第１及び第２の増幅器２２，３２に含まれる各ＣＷ励起半導体レーザと、図示しない信号線を介して電気的に接続されている。
【００３１】
制御部１７は、図示しない露光装置に含まれる外部装置制御部２からレーザ発振準備信号、発光トリガ信号、目標波長データを受信し、第１及び第２の移動装置４２，４３、同期回路１６、第１及び第２のシードレーザ２０，３０等を制御する。
【００３２】
１．２  動作
次に、比較例に係る固体レーザシステム１０の動作を説明する。制御部１７は、外部装置制御部２からレーザ発振準備信号を受信すると、第１及び第２のシードレーザ２０，３０と、第１及び第２の増幅器２２，３２に含まれる各ＣＷ励起半導体レーザとの発振動作を開始させる。
【００３３】
これにより、第１のシードレーザ２０から第１のシード光が出力され、第１の光強度可変部２１に入力される。後述する制御信号が第１の光強度可変部２１に入力されるまでの間は、第１の光強度可変部２１により第１のシード光の増幅が抑制される。同様に、第２のシードレーザ３０から第２のシード光が出力され、第２の光強度可変部３１に入力される。後述する制御信号が第２の光強度可変部３１に入力されるまでの間は、第２の光強度可変部３１により第２のシード光の増幅が抑制される。また、第１及び第２の増幅器２２，３２は、それぞれ図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。
【００３４】
制御部１７は、外部装置制御部２から発光トリガ信号を受信すると、同期回路１６にトリガ信号Ｔｒを同期回路１６に送信する。同期回路１６は、トリガ信号Ｔｒを受信すると、第１及び第２の光強度可変部２１，３１に制御信号をそれぞれ送信する。第１の光強度可変部２１は、制御信号を受信すると、所定の期間のみ第１のシード光を増幅させることにより、所定のパルス幅を有する第１のシードパルス光を生成し、第１の増幅器２２に入射させる。同様に、第２の光強度可変部３１は、制御信号を受信すると、所定の期間のみ第２のシード光を増幅させることにより、所定のパルス幅を有する第２のシードパルス光を生成し、第２の増幅器３２に入射させる。
【００３５】
第１及び第２のシードパルス光は、それぞれ第１及び第２の増幅器２２，３２に入射すると、誘導放出が生じて増幅される。第１の増幅器２２により増幅された第１のシードパルス光は、波長変換部２３に入射する。波長変換部２３に入射された第１のシードパルス光は、第４高調波に変換され、第１のパルスレーザ光ＰＬ１として第１の固体レーザ装置１１から出力される。一方、第２の増幅器３２により増幅された第２のシードパルス光は、第２のパルスレーザ光ＰＬ２として第２の固体レーザ装置１２から出力される。
【００３６】
第１の固体レーザ装置１１から出力された第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、ダイクロイックミラー１３を高透過することにより波長変換システム１５に入射する。第２の固体レーザ装置１２から出力された第２のパルスレーザ光ＰＬ２は、高反射ミラー１４により高反射され、ダイクロイックミラー１３により高反射されることにより波長変換システム１５に入射する。
【００３７】
同期回路１６は、波長変換システム１５に入射した第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２が、ほぼ同時に第１のＣＬＢＯ結晶４０に入射するように、第１及び第２の光強度可変部２１，３１への前述の制御信号の入力タイミングを調節する。
【００３８】
第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２が第１のＣＬＢＯ結晶４０上で重なることにより、両者の和周波光である第３のパルスレーザ光ＰＬ３が生成される。第１のＣＬＢＯ結晶４０を透過した第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、第１のダイクロイックミラー４４により高反射される。第１のＣＬＢＯ結晶４０を透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２と、第３のパルスレーザ光ＰＬ３とは、第１のダイクロイックミラー４４を高透過して第２のＣＬＢＯ結晶４１に入射する。
【００３９】
第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３が第２のＣＬＢＯ結晶４１上で重なることにより、両者の和周波光である第４のパルスレーザ光ＰＬ４が生成される。第２のＣＬＢＯ結晶４１を透過した第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３は、第２のダイクロイックミラー４５を高透過する。一方、第４のパルスレーザ光ＰＬ４は、第２のダイクロイックミラー４５により高反射され、さらに高反射ミラー４６により高反射されることにより、波長変換システム１５から出力される。
【００４０】
波長変換システム１５から出力された第４のパルスレーザ光ＰＬ４は、固体レーザシステム１０から出力され、図示しないＡｒＦエキシマ増幅器によって増幅された後、図示しない露光装置に入力され、露光光として用いられる。
【００４１】
制御部１７は、外部装置制御部２から発光トリガ信号を受信するたびに、同期回路１６にトリガ信号Ｔｒを同期回路１６に送信する。これにより、固体レーザシステム１０から第４のパルスレーザ光ＰＬ４の出力が繰り返し行われる。
【００４２】
制御部１７は、外部装置制御部２からの発光トリガ信号の受信回数をカウントし、カウント値（ショット数）が所定回数となるたびに第１及び第２の移動装置４２，４３を動作させて、レーザ光の光路軸方向に直交する方向に直線駆動させる。具体的には、制御部１７は、Ｖ軸方向とＨ軸方向との少なくとも一方に所定の距離だけ第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１を移動させる。これは、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１の特定の部分に紫外のパルスレーザ光が入射し続けることや、紫外の波長変換光が生成され続けることによる損傷を低減するためである。これにより、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１の結晶寿命を延長することができる。
【００４３】
また、制御部１７は、外部装置制御部２から受信する目標波長データに応じて、第１のシードレーザ２０または第２のシードレーザ３０の発振波長を変更する。さらに、制御部１７は、目標波長データに応じて、第１及び第２の移動装置４２，４３を動作させて、θ方向に回転駆動させる。具体的には、制御部１７は、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１に入射するレーザ光の入射角度が、目標波長に対応した位相整合角となるように第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１をそれぞれθ方向に回転させる。これにより、目標波長が変更された場合においても、レーザ光の入射角度が位相整合角に常に一致し、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１で、強度の強い和周波光が生成される。
【００４４】
１．３  課題
図３は、比較例に係る固体レーザシステム１０の課題を説明する図である。第１及び第２の移動装置４２，４３は、前述のようにステッピングモータにより構成された駆動部を有している。ステッピングモータは、ギアなどの機械構成部品を有していることから、機械構成部品の摩擦等を低減するために、油等の有機物を含む潤滑材が塗布されている。このため、潤滑材に含まれる有機物がアウトガスとして放出されることや、紫外のパルスレーザ光によってアウトガスが光分解されることにより、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１を汚染する恐れがある。
【００４５】
具体的には、図３に示すように、第１及び第２の移動装置４２，４３内の各駆動部から放出されたアウトガスが、紫外のパルスレーザ光によって光分解され、汚染物質として、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１の表面に付着する可能性がある。結晶表面に汚染物質が付着した状態でレーザ光が照射されると、レーザ光の透過率の低下や、結晶表面の損傷を引き起こし、固体レーザシステム１０の動作性能の低下を招いてしまう。
【００４６】
２．第１の実施形態
次に、本開示の第１の実施形態に係る固体レーザ装置について説明する。第１の実施形態に係る固体レーザ装置は、波長変換装置としての波長変換システムに含まれる移動装置の構成が異なること以外は、図１に示した比較例に係る固体レーザ装置の構成と同一である。以下では、図１に示した比較例に係る固体レーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４７】
２．１  構成
図４は、第１の実施形態において、比較例の第１及び第２の移動装置４２，４３に代えて用いられる移動装置の外観を示す斜視図である。図４に示す移動装置５０は、第１のＣＬＢＯ結晶４０を保持して移動させる。第２のＣＬＢＯ結晶４１を保持して移動させる移動装置についても同様の構成である。
【００４８】
移動装置５０は、結晶ホルダ５１と、駆動部としての２次元駆動部５２及び１次元駆動部５３と、を含む。結晶ホルダ５１は、第１のＣＬＢＯ結晶４０を着脱自在に保持する。２次元駆動部５２は、ＶＺ平面内での直線移動及び回転を可能とする駆動ステージである。具体的には、２次元駆動部５２は、その上に積載された１次元駆動部５３及び結晶ホルダ５１のＶ軸方向への直線駆動と、Ｈ軸を中心としたθ方向への回転駆動とを行う。１次元駆動部５３は、その上に積載された結晶ホルダ５１のＨ軸方向への直線駆動を行う。
【００４９】
なお、レーザ光の光軸方向であるＺ方向は、請求の範囲に記載の第１の方向に対応する。Ｖ軸方向は、請求の範囲に記載の第２の方向に対応する。Ｈ軸方向は、請求の範囲に記載の第３の方向に対応する。
【００５０】
２次元駆動部５２は、後述する平面型ボイスコイルモータを含んで構成されており、第１のヨーク６０ａと、第２のヨーク６０ｂとを含む。第１及び第２のヨーク６０ａ，６０ｂは、固設されている。
【００５１】
図５は、２次元駆動部５２の構成を説明するために、移動装置５０から第１のヨーク６０ａを取り外した状態を示す図である。図５において、移動装置５０は、フラットコイル式である第１〜第４のボイスコイルモータ６１〜６４と、可動プレート６５とを含む。第１のボイスコイルモータ６１は、磁石６１ａとコイル６１ｂとを含む。第２のボイスコイルモータ６２は、磁石６２ａとコイル６２ｂとを含む。第３のボイスコイルモータ６３は、磁石６３ａとコイル６３ｂとを含む。第４のボイスコイルモータ６４は、磁石６４ａとコイル６４ｂとを含む。
【００５２】
磁石６１ａ〜６４ａは、第１のヨーク６０ａに固着されている。コイル６１ｂ〜６４ｂは、可動プレート６５に形成された孔部６５ａ〜６５ｄにそれぞれ固着されている。磁石６１ａ〜６４ａは、それぞれコイル６１ｂ〜６４ｂに対向するように配置されている。また、第１及び第２のボイスコイルモータ６１，６２に含まれる磁石６１ａ，６２ａは、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線がＶ軸方向となるように配置されている。一方、第３及び第４のボイスコイルモータ６３，６４に含まれる磁石６３ａ，６４ａは、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線がＺ軸方向となるように配置されている。可動プレート６５は、磁性を有しないアルミニウム等の材料で形成されている。
【００５３】
図６は、移動装置５０を、第１及び第２のボイスコイルモータ６１，６２と、１次元駆動部５３とを通るように、ＶＨ面に沿って切断した断面を示す断面図である。図７は、移動装置５０を、第３及び第４のボイスコイルモータ６３，６４を通るように、ＶＨ面に沿って切断した断面を示す断面図である。
【００５４】
第１のヨーク６０ａのＶ軸方向の中央部に、円形の貫通孔６０ｃが形成されている。１次元駆動部５３は、貫通孔６０ｃに挿通されている。第１及び第２のボイスコイルモータ６１，６２は、貫通孔６０ｃの中心を通るＺ軸に対して、Ｖ軸方向に対称となる位置に配置されている。同様に、第３及び第４のボイスコイルモータ６３，６４は、貫通孔６０ｃの中心を通るＺ軸に対して、Ｖ軸方向に対称となる位置に配置されている。
【００５５】
１次元駆動部５３は、円筒型ボイスコイルモータであり、ヨーク７０と、磁石７１と、コイル７２と、コイルボビン７３と、を含む。コイルボビン７３は、Ｈ軸を中心軸としたほぼ円筒形状に形成されている。コイルボビン７３の上部の外周には、コイル７２が巻かれている。コイルボビン７３の下部は、可動プレート６５の中央部に設けられた円形の孔部６５ｅに挿通されて固着されている。すなわち、１次元駆動部５３は、２次元駆動部５２の可動プレート６５に保持されている。
【００５６】
ヨーク７０は、径の異なる２つの円筒が上部で接合された形状であって、外側円筒部７０ａと、内側円筒部７０ｂとが構成されている。ヨーク７０の上部には、結晶ホルダ５１が固着されている。すなわち、結晶ホルダ５１は、１次元駆動部５３に保持されている。
【００５７】
外側円筒部７０ａと内側円筒部７０ｂとの間には、コイルボビン７３及びコイル７２が挿通されている。外側円筒部７０ａの内面には、コイル７２と対向する位置に、円筒状の磁石７１が固着されている。ヨーク７０とコイルボビン７３とは固着されていないため、ヨーク７０及び磁石７１は、コイル７２及びコイルボビン７３に対して、Ｈ軸方向に移動可能である。
【００５８】
図６及び図７において、可動プレート６５の下部には、孔部６５ａ〜６５ｅを覆うように回路基板６６が固着されている。回路基板６６は、コイル６１ｂ〜６４ｂ及びコイル７２と電気的に接続されている。回路基板６６は、図示しないケーブルを介して、前述の制御部１７と電気的に接続されている。制御部１７は、回路基板６６を介して、コイル６１ｂ〜６４ｂ及びコイル７２に流す電流の値及び方向を制御する。また、回路基板６６上には、コイル６１ｂ〜６４ｂの中央部分に、ホールセンサ６９が配置されている。ホールセンサ６９は、磁界を検出し、検出信号を回路基板６６を介して制御部１７に出力する。
【００５９】
可動プレート６５は、第１のヨーク６０ａ側に配置された３個の第１のボール６７と、第２のヨーク６０ｂ側に配置された３個の第２のボール６８とによってＶＺ平面に沿って摺動可能に支持されている。第１のボール６７は、それぞれ第１のヨーク６０ａに固着された第１のボール受け部６７ａに回転自在に嵌合している。第２のボール６８は、それぞれ第２のヨーク６０ｂに固着された第２のボール受け部６８ａに回転自在に嵌合している。第１及び第２のボール６７，６８は、可動プレート６５に対する摩擦係数が低い材料で形成された摺動支持部材である。
【００６０】
２．２  動作
次に、第１の実施形態に係る固体レーザシステムにおける移動装置５０の動作について説明する。移動装置５０以外の動作については、比較例において説明した動作と同様である。
【００６１】
制御部１７は、比較例と同様に、外部装置制御部２から受信する発光トリガ信号と目標波長データとに基づいて移動装置５０の動作を制御する。制御部１７は、コイル６１ｂ〜６４ｂ及びコイル７２に流す電流を与えることにより、結晶ホルダ５１のＶ軸方向及びＨ軸方向への直線移動と、θ方向への回転とを制御する。
【００６２】
制御部１７は、結晶ホルダ５１をＶ軸方向に直線駆動する場合には、第１及び第２のボイスコイルモータ６１，６２に含まれるコイル６１ｂ，６２ｂのそれぞれに、同一方向に電流を流す。図８Ａは、コイル６１ｂ，６２ｂに電流を流していない初期状態を示している。コイル６１ｂ，６２ｂに電流が流れると、コイル６１ｂ，６２ｂが発生する電界と、磁石６１ａ，６２ａが発生する磁界とにより、Ｖ軸方向にローレンツ力（駆動力）が生じ、図８Ｂに示すように、可動プレート６５がＶ軸方向に移動する。
【００６３】
また、制御部１７は、コイル６１ｂ，６２ｂのそれぞれに対応して設けられたホールセンサ６９から出力される検出信号に基づいて可動プレート６５のＶ軸方向に関する位置を検出する。制御部１７は、検出した可動プレート６５の位置に基づいて、可動プレート６５の移動量が所定量となるようにコイル６１ｂ，６２ｂに流す電流値を制御するフィードバック制御を行う。また、制御部１７は、可動プレート６５の移動方向を逆向きとする場合には、コイル６１ｂ，６２ｂに流す電流の方向を逆向きとする。
【００６４】
制御部１７は、結晶ホルダ５１をＨ軸方向に直線駆動する場合には、１次元駆動部５３に含まれるコイル７２に電流を流す。図９Ａは、コイル７２に電流を流していない初期状態を示している。コイル７２に電流が流れると、コイル７２が発生する電界と、磁石７１が発生する磁界とによりＨ軸方向にローレンツ力（駆動力）が生じ、図９Ｂに示すように、ヨーク７０及び結晶ホルダ５１がＨ軸方向に移動する。
【００６５】
制御部１７は、結晶ホルダ５１の移動量が所定量となるようにコイル７２に流す電流値を制御する。なお、本実施形態では、１次元駆動部５３にはホールセンサを設けていないが、磁石７１の磁界を検出するホールセンサを設け、このホールセンサが出力する検出信号に基づいて、結晶ホルダ５１のＨ軸方向に関する位置を検出してもよい。この場合、制御部１７は、検出した結晶ホルダ５１の位置に基づいて、結晶ホルダ５１の移動量が所定量となるようにコイル７２に流す電流値を制御するフィードバック制御を行えばよい。
【００６６】
制御部１７は、結晶ホルダ５１を、Ｈ軸を中心としたθ方向へ回転駆動する場合には、第３のボイスコイルモータ６３に含まれるコイル６３ｂと、第４のボイスコイルモータ６４に含まれるコイル６４ｂとに、互いに逆方向に電流を流す。図１０Ａは、コイル６３ｂ，６４ｂに電流を流していない初期状態を示している。コイル６３ｂ，６４ｂに、互いに逆方向の電流が流れると、例えば、図１０Ｂに示すように、コイル６３ｂには、Ｚ軸方向に駆動力Ｆ１が生じる。一方、コイル６４ｂには、駆動力Ｆ１とは逆方向の駆動力Ｆ２が生じる。この駆動力Ｆ１，Ｆ２により、可動プレート６５には、Ｈ軸を中心としたθ方向への回転力が生じ、結晶ホルダ５１がθ方向へ回転する。
【００６７】
制御部１７は、コイル６３ｂ，６４ｂのそれぞれに対応して設けられたホールセンサ６９から出力される検出信号に基づいて可動プレート６５のＺ軸方向に関する位置を検出する。制御部１７は、検出した可動プレート６５の位置に基づいて、可動プレート６５の回転量が所定量となるようにコイル６３ｂ，６４ｂに流す電流値を制御するフィードバック制御を行う。また、制御部１７は、可動プレート６５の回転方向を逆向きとする場合には、コイル６３ｂ，６４ｂに流す各電流の方向を逆向きとする。
【００６８】
制御部１７は、コイル６１ｂ〜６４ｂ及びコイル７２に流す電流の値及び方向を制御することにより、結晶ホルダ５１に保持される非線形結晶を、レーザ光の光路軸方向である第１の方向に直交する方向への移動させることができる。また、制御部１７は、コイル６１ｂ〜６４ｂ及びコイル７２に流す電流の値及び方向を制御することにより、レーザ光の非線形結晶への入射角度を変更するように、結晶ホルダ５１を回転させることができる。
【００６９】
２．３  効果
第１の実施形態によれば、移動装置５０は、ギアなどの機械構成部品が用いられていないボイスコイルモータにより駆動部が構成されているので、非線形結晶の汚染の原因となる油成分を含む潤滑材は用いられていない。このため、移動装置５０が、結晶表面に付着する汚染物質の発生が抑制され、固体レーザシステムの動作性能の低下が抑制される。
【００７０】
また、ボイスコイルモータにより駆動部が構成された移動装置５０は、可動部が軽量であることから、応答性が高く、非線形結晶を高速に移動させることができる。さらに、移動装置５０は、平面型ボイスコイルモータにより構成された２次元駆動部５２により、Ｖ軸方向への移動に加えて、Ｈ軸を中心としたθ方向への回転を可能とするため、装置のサイズを小型化することができる。
【００７１】
なお、第１の実施形態では、可動プレート６５を摺動可能に支持する摺動支持部材として、第１及び第２のボール６７，６８を用いているが、第１及び第２のボール６７，６８に代えて、その他の摺動支持部材や摺動支持機構を用いてもよい。例えば、ボールを用いずに、可動プレート６５の一部を、第１及び第２のヨーク６０ａ，６０ｂの各面に、摺動可能に接触させてもよい。
【００７２】
また、第１の実施形態では、第１〜第４のボイスコイルモータ６１〜６４を、図２に示すように配置しているが、これらの配置は、適宜変更可能である。また、第１及び第２のボイスコイルモータ６１，６２に生じる駆動力の方向と、第３及び第４のボイスコイルモータ６３，６４に生じる駆動力の方向とは直交していることが好ましい。また、移動装置５０は、第１及び第２のボイスコイルモータ６１，６２のうちの少なくとも一方と、第３及び第４のボイスコイルモータ６３，６４のうちの少なくとも一方とを有していればよい。
【００７３】
３．変形例
次に、第１の実施形態に係る固体レーザシステムの変形例について説明する。第１の実施形態では、可動プレート６５を摺動支持部材により摺動可能に支持している。本変形例では、可動プレート６５を、摺動支持部材により摺動可能に支持することに加えて、付勢部材により所定の位置に付勢する。
【００７４】
図１１は、本変形例に係る移動装置８０を示す平面図である。図１１では、第１のヨーク６０ａを透明化し、破線により表している。移動装置８０は、付勢部材としての３個のバネ８１を備えること以外は、第１の実施形態に係る移動装置５０と同一の構成である。
【００７５】
各バネ８１は、可動プレート６５と第１のヨーク６０ａとの間に接続されている。バネ８１は、可動プレート６５が、第１のヨーク６０ａ内のほぼ中央部に位置するように付勢する。各バネ８１は、第１〜第４のボイスコイルモータ６１〜６４により可動プレート６５を移動させた際に、伸長または収縮する。
【００７６】
このように、可動プレート６５をバネ８１により付勢することにより、可動プレート６５には、常に第１のヨーク６０ａ内のほぼ中央部に復帰させる力が働くので、第１〜第４のボイスコイルモータ６１〜６４による位置制御がしやすくなる。また、可動プレート６５をバネ８１により付勢することにより、固体レーザシステムの搬送時等に、可動プレート６５が移動して第１のヨーク６０ａ等に接触し、損傷等が生じることを抑制することができる。
【００７７】
なお、本変形例では、各バネ８１を、第１のヨーク６０ａに接続しているが、第１のヨーク６０ａに代えて、第２のヨーク６０ｂ等の固定部に接続してもよい。また、本変形例では、３個のバネ８１を用いて可動プレート６５を付勢しているが、バネ８１の個数や配置箇所は、適宜変更可能である。さらに、本変形例では、付勢部材としてバネ８１を用いているが、バネ８１に代えて、その他の付勢部材を用いてもよい。
【００７８】
４．第２の実施形態
次に、本開示の第２の実施形態に係る固体レーザシステムについて説明する。第１の実施形態によれば、移動装置５０からの汚染物質の発生が抑制されるが、ボイスコイルモータからの微量なアウトガスや、可動プレート６５の摺動により摩耗粉が発生する可能性がある。第２の実施形態では、移動装置５０のうち、２次元駆動部５２及び１次元駆動部５３を密封容器内に封入することにより、結晶ホルダ５１に保持される非線形結晶への汚染物質の付着を抑制する。
【００７９】
４．１  構成及び動作
図１２は、第２の実施形態に係る移動装置９０を示す断面図である。移動装置９０は、結晶ホルダ５１と、２次元駆動部５２と、１次元駆動部５３と、密封容器９１と、を含む。移動装置９０は、密封容器９１を有すること以外は、第１の実施形態に係る移動装置５０と同一の構成である。
【００８０】
密封容器９１は、箱型の容器本体９２と、ベローズ９３と、を含む。容器本体９２は、２次元駆動部５２を収容している。容器本体９２の上面には、第１のヨーク６０ａの貫通孔６０ｃに対応する位置に開口部９２ａが形成されている。開口部９２ａには、ベローズ９３の下端部が、溶接法等により接合されている。ベローズ９３には、１次元駆動部５３が収容されている。ベローズ９３の上端部は、ヨーク７０の上端部に、溶接法等により接合されている。このように、２次元駆動部５２及び１次元駆動部５３は、密封容器９１内に気密に封止されている。
【００８１】
ベローズ９３は、Ｈ軸方向に伸縮自在な構造であり、結晶ホルダ５１のＨ軸方向への移動に伴って伸縮する。また、ベローズ９３は、結晶ホルダ５１のＶ軸方向への移動と、Ｈ軸を中心とした回転とを許容する。ベローズ９３は、結晶ホルダ５１が移動や回転した際に弾性変形する。
【００８２】
容器本体９２の底面には、気密封止構造のコネクタ９４が接合されている。コネクタ９４には、前述の制御部１７と接続された信号ケーブル９４ａが接続されている。また、コネクタ９４には、前述の回路基板６６と接続された信号線９５が接続されている。コネクタ９４の気密封止構造として、例えば、ガラスハーメチックシール法が用いられる。
【００８３】
４．２  効果
第２の実施形態によれば、密封容器９１内に２次元駆動部５２及び１次元駆動部５３を封止しているので、ボイスコイルモータは、結晶ホルダ５１に保持される非線形結晶から空間的に隔離されている。これにより、ボイスコイルモータから発生した微量なアウトガスや、可動プレート６５の摺動による摩耗粉が、汚染物質として非線形結晶に付着することを抑制することができる。
【００８４】
なお、第２の実施形態では、ベローズ９３の上端部を、ヨーク７０の上端部に接合しているが、結晶ホルダ５１の下部に接合してもよい。この場合、ベローズ９３と結晶ホルダ５１とは、ろう付けにより接合することが好ましい。
【００８５】
５．変形例
次に、第２の実施形態に係る固体レーザシステムの変形例について説明する。結晶ホルダ５１に保持される非線形結晶としてのＣＬＢＯ結晶は、潮解性を有することから、非線形結晶に含まれる水分を蒸発させるために、所定の温度に加熱した状態で使用されることが好ましい。本変形例に係る移動装置は、結晶ホルダ５１内に、非線形結晶を加熱するためのヒータ９６が設けられている。
【００８６】
本変形例では、図１３に示すように、結晶ホルダ５１には、底面から非線形結晶としてのＣＬＢＯ結晶４０に近接する位置に達する穴部５１ａが形成されている。また、１次元駆動部５３に含まれるヨーク７０の中心部には、貫通孔７０ｃが形成されている。穴部５１ａと貫通孔７０ｃとは連通している。
【００８７】
ヒータ９６は、穴部５１ａ内で、ＣＬＢＯ結晶４０に近接する位置に配置されている。ヒータ９６には、一対のケーブル９６ａが接続されている。ケーブル９６ａは、穴部５１ａ及び貫通孔７０ｃに挿通され、回路基板６６に接続されている。
【００８８】
また、結晶ホルダ５１には、ＣＬＢＯ結晶４０に近接する位置に温度センサ９７が埋め込まれている。温度センサ９７にはケーブル９７ａが接続されている。ケーブル９７ａは、穴部５１ａ及び貫通孔７０ｃに挿通され、回路基板６６に接続されている。結晶ホルダ５１は、銅等の熱導電性の高い材料で形成されている。
【００８９】
ケーブル９６ａ，９７ａは、ヨーク７０、磁石７１、及びコイル７２の内側に挿通されており、信号線９５、コネクタ９４、及び信号ケーブル９４ａを介して制御部１７に接続されている。制御部１７は、ケーブル９６ａを介してヒータ９６を通電させることにより、ヒータ９６の温度を制御する。また、制御部１７は、ケーブル９７ａを介して温度センサ９７から出力される検出信号を取得し、検出温度が、目標温度となるようにヒータ９６の温度を調整する。目標温度は、例えば１５０℃である。
【００９０】
本変形例では、ヒータ９６及び温度センサ９７が結晶ホルダ５１内に埋め込まれ、ケーブル９６ａ，９７ａは、穴部５１ａ及び貫通孔７０ｃに挿通されているので、ヒータ９６及び温度センサ９７から発生する汚染物質が非線形結晶に付着することを抑制することができる。
【００９１】
なお、本変形例は、第２の実施形態に限られず、第１の実施形態にも適用可能である。すなわち、本変形例は、密封容器９１を有しない移動装置５０にも適用可能である。
【００９２】
６．第３の実施形態
次に、本開示の第３の実施形態に係る固体レーザシステムについて説明する。第２の実施形態では、密封容器９１内に２次元駆動部５２及び１次元駆動部５３を封止している。第３の実施形態では、結晶ホルダ５１をさらにチャンバで囲うことにより、汚染物質が非線形結晶に付着することをさらに抑制する。
【００９３】
６．１  構成及び動作
図１４は、第３の実施形態に係る移動装置１００を示す断面図である。移動装置１００は、結晶ホルダ５１と、２次元駆動部５２と、１次元駆動部５３と、密封容器９１と、チャンバ１０１と、を含む。移動装置１００は、チャンバ１０１を有すること以外は、第２の実施形態に係る移動装置９０と同一の構成である。
【００９４】
チャンバ１０１は、チャンバ本体１０２と、入射ウィンドウ１０３と、出射ウィンドウ１０４と、を含む。チャンバ本体１０２は、底部が開放された箱形状であり、底部がＯリング１０５を介して、密封容器９１の容器本体９２の上面に接合されている。
【００９５】
チャンバ本体１０２には、ＣＬＢＯ結晶４０に入射するレーザ光の経路に対応する位置に入射側開口部１０２ａが形成されている。また、チャンバ本体１０２には、レーザ光がＣＬＢＯ結晶４０から出射されるレーザ光の経路に対応する位置に出射側開口部１０２ｂが形成されている。入射ウィンドウ１０３は、入射側開口部１０２ａを塞ぐように、Ｏリング１０６ａを介してチャンバ本体１０２に接合されている。出射ウィンドウ１０４は、出射側開口部１０２ｂを塞ぐように、Ｏリング１０６ｂを介してチャンバ本体１０２に接合されている。
【００９６】
入射ウィンドウ１０３及び出射ウィンドウ１０４は、ＣａＦ2結晶または合成石英により形成された基板の両面に、図示しない反射抑制膜をコートしたものである。入射ウィンドウ１０３は、レーザ光を透過させてＣＬＢＯ結晶４０に入射させる。出射ウィンドウ１０４は、ＣＬＢＯ結晶４０から出射されたレーザ光を透過させる。
【００９７】
また、チャンバ本体１０２には、チャンバ本体１０２内にパージガスを導入するガス導入管１０７と、チャンバ本体１０２内からパージガスを排出するガス排出管１０８とが接続されている。ガス導入管１０７は、図示しないガスタンクに接続されている。ガス排出管１０８は、大気中にパージガスを放出する。なお、ガス排出管１０８は、図示しない外気連通配管に接続されていてもよい。パージガスは、非線形結晶としてのＣＬＢＯ結晶と反応しにくいガスである。パージガスとして、ＡｒガスまたはＨｅガスを用いることが好ましい。パージガスは、ほぼ一定の流速でチャンバ本体１０２の内部に導入され、排気される。
【００９８】
６．２  効果
第３の実施形態によれば、結晶ホルダ５１が、汚染物質の発生源である２次元駆動部５２及び１次元駆動部５３からチャンバ１０１により隔離されているので、汚染物質が非線形結晶に付着することを抑制することができる。また、チャンバ１０１内を非線形結晶と反応しにくいガスでパージしているので、汚染物質が非線形結晶に付着することをさらに抑制することができる。
【００９９】
また、チャンバ１０１は、１つの結晶ホルダ５１に対して個別に設けられているので、パージガスの使用量が少なくて済むという利点がある。
【０１００】
なお、第３の実施形態では、密封容器９１内に２次元駆動部５２及び１次元駆動部５３を封止しているが、密封容器９１内は必ずしも密封されている必要はなく、容器本体９２の底部や側面に開口が形成されていてもよい。これは、第３の実施形態では、結晶ホルダ５１が、チャンバ本体１０２とベローズ９３と容器本体９２の上面とにより、２次元駆動部５２及び１次元駆動部５３から隔離されているためである。すなわち、次元駆動部５２及び１次元駆動部５３は、密封容器９１に限られず、チャンバ本体１０２に接続されてチャンバ１０１を構成する容器に収納されていればよい。
【０１０１】
７．第４の実施形態
次に、本開示の第４の実施形態に係る固体レーザシステムについて説明する。第４の実施形態では、結晶ホルダ５１をセルの中に封止することにより、汚染物質が非線形結晶に付着することを抑制する。
【０１０２】
７．１  構成及び動作
図１５は、第４の実施形態に係る移動装置１１０を示す断面図である。移動装置１１０は、結晶ホルダ５１と、２次元駆動部５２と、１次元駆動部５３と、セル１１１と、を含む。移動装置１１０は、セル１１１を有すること以外は、第１の実施形態に係る移動装置５０と同一の構成である。
【０１０３】
セル１１１は、１次元駆動部５３に含まれるヨーク７０上に設けられたプレート１１２上に固設されている。セル１１１は、セル本体１１３と、入射ウィンドウ１１４と、出射ウィンドウ１１５と、を含む。セル１１１は、箱形状であり、内部に結晶ホルダ５１を収容している。
【０１０４】
セル本体１１３には、ＣＬＢＯ結晶４０に入射するレーザ光の経路に対応する位置に入射側開口部１１３ａが形成されている。また、セル本体１１３には、ＣＬＢＯ結晶４０から出射されるレーザ光の経路に対応する位置に出射側開口部１１３ｂが形成されている。入射ウィンドウ１１４は、入射側開口部１１３ａを塞ぐように、Ｏリング１１６ａを介してセル本体１１３に接合されている。出射ウィンドウ１１５は、出射側開口部１１３ｂを塞ぐように、Ｏリング１１６ｂを介してセル本体１１３に接合されている。
【０１０５】
入射ウィンドウ１１４及び出射ウィンドウ１１５は、ＣａＦ2結晶または合成石英により形成された基板の両面に、図示しない反射抑制膜をコートしたものである。入射ウィンドウ１１４は、レーザ光を透過させてＣＬＢＯ結晶４０に入射させる。出射ウィンドウ１１５は、ＣＬＢＯ結晶４０から出射されたレーザ光を透過させる。
【０１０６】
また、セル本体１１３には、セル本体１１３内にパージガスを導入するガス導入管１１７と、セル本体１１３内からパージガスを排出するガス排出管１１８とが接続されている。ガス導入管１１７は、図示しないガスタンクに接続されている。ガス排出管１１８は、大気中にパージガスを放出する。なお、ガス排出管１１８は、図示しない外気連通配管に接続されていてもよい。パージガスは、非線形結晶としてのＣＬＢＯ結晶と反応しにくいガスである。パージガスとして、ＡｒガスまたはＨｅガスを用いることが好ましい。パージガスは、ほぼ一定の流速でセル本体１１３の内部に導入され、排気される。
【０１０７】
セル１１１は、２次元駆動部５２及び１次元駆動部５３が作動すると、結晶ホルダ５１とともに駆動される。
【０１０８】
７．２  効果
第４の実施形態によれば、結晶ホルダ５１をセル１１１内をパージガスでパージすることにより、結晶ホルダ５１は、汚染物質の発生源である２次元駆動部５２及び１次元駆動部５３から隔離されているので、汚染物質が非線形結晶に付着することを抑制することができる。
【０１０９】
特に、セル１１１は、第３の実施形態のチャンバ１０１よりもサイズを小さくすることが可能であるため、パージガスの使用量を少なくすることができる。これは、非線形結晶としてＣＬＢＯ結晶を用いる場合には、パージガスとして、安価な窒素ガスを用いることは好ましくなく、ＣＬＢＯ結晶と反応しにくい高価なＡｒガスまたはＨｅガスを用いることが好ましいためである。
【０１１０】
８．移動装置の変形例
第１〜第４の実施形態では、移動装置の駆動部を、ギアなどの機械構成部品が用いられていないボイスコイルモータにより構成している。ギアなどの機械構成部品が用いられていないアクチュエータとして、ボイスコイルモータの他に、ピエゾアクチュエータや超音波モータがある。上記各実施形態において、ボイスコイルモータに代えて、ピエゾアクチュエータや超音波モータにより移動装置の駆動部を構成してもよい。
【０１１１】
８．１  第１の変形例
図１６は、第１の変形例に係る移動装置１２０を示す断面図である。移動装置１２０は、結晶ホルダ５１と、６軸ステージユニット１２１と、チャンバ１３１と、を含む。６軸ステージユニット１２１は、第１のプレート１２２と、第２のプレート１２３と、６個のピエゾアクチュエータ１２４と、を含む。
【０１１２】
結晶ホルダ５１は、第１のプレート１２２上に固設されている。各ピエゾアクチュエータ１２４は、第１のプレート１２２と第２のプレート１２３との間に接続されている。
【０１１３】
ピエゾアクチュエータ１２４は、対向配置された図示しない２個のステータと、２個のステータの間に配置された図示しないスライダとで構成されている。ステータは、図示しない圧電体素子により構成されている。圧電体素子に印加する電圧及びその極性を制御することにより、ピエゾアクチュエータ１２４が伸長または収縮する。ピエゾアクチュエータ１２４の構成については、特開２０１１−２０４９４７号公報に開示されている。
【０１１４】
制御部１７が各ピエゾアクチュエータ１２４の伸縮を制御することにより、第１のプレート１２２及び結晶ホルダ５１を、移動及び回転させる。６軸ステージユニット１２１は、少なくとも、結晶ホルダ５１のＶ軸方向及びＨ軸方向への直線駆動と、Ｈ軸を中心軸としたθ方向への回転駆動とを可能とする。
【０１１５】
チャンバ１３１は、チャンバ本体１３２と、入射ウィンドウ１３３と、出射ウィンドウ１３４と、を含む。チャンバ本体１３２は、箱形状であり、内部に結晶ホルダ５１と６軸ステージユニット１２１とを収容している。。
【０１１６】
チャンバ本体１３２には、ＣＬＢＯ結晶４０に入射するレーザ光の経路に対応する位置に入射側開口部１３２ａが形成されている。また、チャンバ本体１３２には、レーザ光がＣＬＢＯ結晶４０から出射されるレーザ光の経路に対応する位置に出射側開口部１３２ｂが形成されている。入射ウィンドウ１３３は、入射側開口部１３２ａを塞ぐように、Ｏリング１３５ａを介してチャンバ本体１３２に接合されている。出射ウィンドウ１３４は、出射側開口部１３２ｂを塞ぐように、Ｏリング１３５ｂを介してチャンバ本体１３２に接合されている。
【０１１７】
入射ウィンドウ１３３及び出射ウィンドウ１３４は、ＣａＦ2結晶または合成石英により形成された基板の両面に、図示しない反射抑制膜をコートしたものである。入射ウィンドウ１３３は、レーザ光を透過させてＣＬＢＯ結晶４０に入射させる。出射ウィンドウ１３４は、ＣＬＢＯ結晶４０から出射されたレーザ光を透過させる。
【０１１８】
また、チャンバ本体１３２には、チャンバ本体１３２内にパージガスを導入するガス導入管１３６と、チャンバ本体１３２内からパージガスを排出するガス排出管１３７とが接続されている。ガス導入管１３６は、図示しないガスタンクに接続されている。ガス排出管１３７は、大気中にパージガスを放出する。なお、ガス排出管１３７は、図示しない外気連通配管に接続されていてもよい。パージガスは、非線形結晶としてのＣＬＢＯ結晶と反応しにくいガスである。パージガスとして、ＡｒガスまたはＨｅガスを用いることが好ましい。パージガスは、ほぼ一定の流速でチャンバ本体１３２の内部に導入され、排気される。
【０１１９】
ピエゾアクチュエータ１２４は、ギアなどの機械構成部品を含まず、油を含む潤滑材は用いられないので、アウトガス等の汚染物質の発生量が少ない。このため、チャンバ１３１内に６軸ステージユニット１２１を収容した場合であっても、汚染物質が非線形結晶に付着することを抑制することができる。
【０１２０】
８．２  第２の変形例
図１７は、第２の変形例に係る移動装置１４０を示す断面図である。移動装置１４０は、結晶ホルダ５１と、超音波ステージユニット１４１と、チャンバ１３１と、を含む。超音波ステージユニット１４１は、θステージ１４２と、Ｖステージ１４３と、Ｈステージ１４４と、を含む。θステージ１４２、Ｖステージ１４３、及びＨステージ１４４は、下からこの順に積層されている。結晶ホルダ５１は、Ｈステージ１４４に固着されている。
【０１２１】
θステージ１４２は、図示しないロータ、ステータ、及び複数の圧電体素子を含んで構成された超音波モータである。Ｖステージ１４３、及びＨステージ１４４は、それぞれ、図示しないスライダ、ステータ、及び複数の圧電体素子を含んで構成された超音波モータである。
【０１２２】
超音波モータを動作させる際には、圧電体素子に電圧を印加することで圧電体素子を変形させる。この圧電体素子の変形がステータで増幅され、伝搬されることによりステータの表面が波状に変形する。このステータの表面の変形が進行波として移動することにより、ステータと接しているロータまたはステータを駆動する。これにより、θステージ１４２は、Ｈ軸を中心軸としたθ方向へ回転する。Ｖステージ１４３は、Ｖ軸方向へ移動する。Ｈステージ１４４は、Ｈ軸方向へ移動する。
【０１２３】
制御部１７は、超音波モータに含まれる圧電体素子に印加する電圧及びその極性を制御することにより、結晶ホルダ５１のＶ軸方向及びＨ軸方向への直線駆動と、Ｈ軸を中心軸としたθ方向への回転駆動とを可能とする。
【０１２４】
チャンバ１３１は、チャンバ本体１３２と、入射ウィンドウ１３３と、出射ウィンドウ１３４と、を含む。チャンバ本体１３２は、箱形状であり、内部に結晶ホルダ５１と超音波ステージユニット１４１とを収容している。チャンバ１３１は、第１の変形例で説明した構成と同一であるので、説明は領略する。
【０１２５】
θステージ１４２、Ｖステージ１４３、及びＨステージ１４４を構成する超音波モータは、ギアなどの機械構成部品を含まず、油を含む潤滑材は用いられないので、アウトガス等の汚染物質の発生量が少ない。このため、チャンバ１３１内に超音波ステージユニット１４１を収容した場合であっても、汚染物質が非線形結晶に付着することを抑制することができる。
【０１２６】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の各実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０１２７】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【図１】
2018008142.tif 000003
【図２】
2018008142.tif 000004
【図３】
2018008142.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018008142.tif 000009
【図８】
2018008142.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2018008142.tif 000019
【国際調査報告】
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2018008142.tif 000021
2018008142.tif 000022
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