(57)【要約】【課題】  室温で動作することが可能な深紫外光を効率良く発生できるレーザ光源を提供することであり、また、この深紫外光レーザ光源により、高い欠陥検出感度を有する小型で安定したマスク検査装置及び露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】  波長０．９０μｍ以上０．９２μｍ以下のレーザ光を出射する固体レーザと、前記固体レーザから取り出された波長０．９０μｍ以上０．９２μｍ以下のレーザ光の第４高調波を発生させる第４高調波発生部と、前記第４高調波発生部で発生した第４高調波と、波長１．３μｍ帯のレーザ光との和周波の光を発生させる和周波発生部とを備える深紫外光源。【選択図】  図１
2007206452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長０．９０μｍ以上０．９２μｍ以下のレーザ光を出射する固体レーザと、
前記固体レーザから取り出された波長０．９０μｍ以上０．９２μｍ以下のレーザ光の第４高調波を発生させる第４高調波発生部と、
前記第４高調波発生部で発生した第４高調波と、波長１．３μｍ帯のレーザ光との和周波の光を発生させる和周波発生部とを備える深紫外光源。
【請求項２】
前記固体レーザから、前記波長１．３μｍ帯のレーザ光を取り出す、請求項１に記載の深紫外光源。
【請求項３】
前記固体レーザとして、ＹＬＦレーザ、ＫＧＷレーザ、又はＹＶＯ４レーザを用いることを特徴とした請求項１又は請求項２に記載の深紫外光源。
【請求項４】
前記固体レーザがパルス発振型固体レーザである、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の深紫外光源。
【請求項５】
ＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザである第１のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光源から取り出されたレーザ光の第４高調波を発生させる第４高調波発生部と、
ＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザ又は、固体レーザである第２のレーザ光源と、
前記第４高調波発生部で発生した第４高調波と、前記第２のレーザ光源から取り出されたレーザ光との和周波の光を発生させる和周波発生部とを備える深紫外光源。
【請求項６】
前記第１のレーザ光源の発振波長は、９００ｎｍ以上９３６ｎｍ以下である、請求項５に記載の深紫外光源。
【請求項７】
前記第２のレーザ光源がＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザであり、
前記第１のレーザ光源と前記第２のレーザ光源とをタイミングが同期されたパルス状の駆動電流によって動作させることを特徴とする請求項５又は請求項６の深紫外光源。
【請求項８】
波長４７６．５ｎｍのレーザ光を出射するアルゴンレーザである第１のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光源から取り出されるレーザ光の第２高調波を発生させる第２高調波発生部と、
波長１．０μｍ帯のレーザ光を出射する、半導体レーザ又は固体レーザである、第２のレーザ光源と、
前記第２のレーザ光源から取り出されるレーザ光と、前記第２高調波発生部から取り出される第２高調波との和周波の光を発生させる和周波発生部とを備える深紫外光源。
【請求項９】
波長４５７．９ｎｍのレーザ光を出射するアルゴンレーザである第１のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光源から取り出されるレーザ光の第２高調波を発生させる第２高調波発生部と、
波長１．３μｍ帯のレーザ光を出射する、半導体レーザ又は固体レーザである、第２のレーザ光源と、
前記第２のレーザ光源から取り出されるレーザ光と、前記第２高調波発生部から取り出される第２高調波との和周波の光を発生させる和周波発生部とを備える深紫外光源。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の深紫外光源を用いたマスク検査装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の深紫外光源を用いた露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深紫外光源及び、その深紫外光源を用いたマスク検査装置及び露光装置に関する。特に、波長２００ｎｍ以下のレーザ装置に関し、半導体製造工程で利用されるフォトマスクの欠陥検出に利用されるマスク検査装置や露光装置に好適な光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にマスクの欠陥検査では、マスクのパターン像を顕微鏡で観察している。その際、観察する部分を光で照明する必要がある。また、このときに用いられるマスク検査光源にはランプを用いる場合とレーザを用いる場合とに大別される。さらに、レーザを用いる検査装置においては、一般に連続のレーザ光が用いられている。
【０００３】
また、半導体の微細化とともに要求される欠陥サイズが年々小さくなっている。従って、欠陥検出感度を高めるために検査光源の短波長化が必要となっている。従来の検査装置において波長３６４ｎｍのアルゴンレーザを光源に用いていたが、最近ではアルゴンレーザにおける最大出力ラインである波長５１４ｎｍの第２高調波である波長２５７ｎｍの連続レーザ光を用いたマスク検査装置（例えば、非特許文献１）が市販されている。また、検出感度の点から検査光源のさらなる短波長化が望まれている。
【０００４】
しかしながら、アルゴンレーザはレーザの中でも電気効率が低いことから、十分なレーザ出力を得るために大型化しなければならず、消費電力も数十ｋＷと高いことが問題になっている。そこで、アルゴンレーザの代わりに、近赤外域でレーザ発振する固体レーザをベースとし、波長変換によって紫外光を発生させた波長変換型の固体レーザをマスク検査光源として用いることも検討されている。例えば、特許文献１には、波長１０６４ｎｍでレーザ発振するＮｄ：ＹＡＧレーザ（三価のＮｄイオンがドープされたＹ３Ａｌ５Ｏ１２結晶を母体とした固体レーザ）の第４高調波（４倍波とも呼ばれる。）の波長２６６ｎｍの紫外光を光源としたマスク検査装置が示されている。
【０００５】
一方、波長２００ｎｍ以下で波長１９０ｎｍ近くの検査光源が望まれている。これは、レンズ材である合成石英が利用できる波長域が波長１９０ｎｍ程度までであり、顕微鏡周辺の光学系をほとんど変更せずに用いるためにはこの深紫外光のレーザが最も有効的である。特に露光用ＡｒＦエキシマレーザの発振波長である波長１９３．４ｎｍでは、ＡｒＦエキシマレーザ用に開発されてきた様々なコーティングがそのまま利用できるため、パルスでしか動作できないＡｒＦエキシマレーザに代わり、波長１９３．４ｎｍの連続のレーザ光源が望まれている。ただし、露光用でなく、狭帯域化されていないＡｒＦエキシマレーザでは、その発振スペクトルは、波長１９３．４ｎｍを中心として、波長幅０．４ｎｍ程度の広がりを有する。
【０００６】
また、マスクのパターン面に付ける半透明膜であるシフタの厚みによって位相差を付ける位相シフトマスクは、ＡｒＦエキシマレーザ用に作成されることが多い。そのシフタの厚みを測定する検査装置では、露光用ＡｒＦエキシマレーザの波長と同じ波長で検査する必要がある。そこで、シフタの検査用光源としては、キセノンランプなど紫外域まで広い発光スペクトルを有するランプが利用されていた。
【０００７】
しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザは有毒ガスであるフッ素ガスを必要とするため、ＡｒＦエキシマレーザを用いずにＡｒＦエキシマレーザの発振波長と同じ１９３．４ｎｍ付近に発振波長を持つレーザが必要とされている。そこで、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と同じ１９３．４ｎｍで連続動作するレーザ光を、固体レーザや半導体レーザ、及び波長変換用の非線形光学結晶などの固体素子で発生させるさまざまな手法が検討されている。それらのいくつかの従来例を以下に説明する。
【０００８】
非特許文献２に示されている従来手法では、図１５（ａ）に示した深紫外光源９００のような構成になる。まず、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ９０１の基本波（ω１と示す。）である波長１０６４ｎｍのレーザ光を非線形光学結晶（ＮＬＯと示す。ＮＬＯはＮｏｎ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃｓである。）９０２に通すことで波長５３２ｎｍの第２高調波（２ω１と示す。）を発生させる。さらに、この波長５３２ｎｍの第２高調波をＮＬＯ９０３に通すことで、４倍波（４ω１と示す。）である波長２６６ｎｍの紫外光が発生する。
【０００９】
次に、最初の波長変換において未変換の基本波か、あるいは別の固体レーザから基本波を取り出し、この基本波（ω１）と上述の波長２６６ｎｍである４倍波（４ω１）とをＮＬＯ９０５に通すことで、これらの和周波数が発生し（ＳＦＧと示す。ＳＦＧはＳｕｍ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎである。）、波長２１３ｎｍである５倍波（５ω１）が発生する。なお、図ではレーザ光を矢印付の太線で示してあるが、実際にＳＦＧがおこるには、２本のレーザ光をダイクロイックミラー等で合成して１本のビームにしてから、ＮＬＯに通す必要がある。また後述する従来例でも同様である。
【００１０】
さらに、固体レーザの基本波をＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎである。）９０４と呼ばれる波長可変である長波長光の発生技術を用いて、波長２１０５ｎｍの赤外光を発生させる。この波長２１０５ｎｍの光と上述の波長２１３ｎｍである５倍波（５ω１）とをＮＬＯ９０６に通すことによってＳＦＧをおこし、波長１９３．４ｎｍの深紫外光が発生する。
【００１１】
また、図１５（ｂ）に示した従来の深紫外光源９１０では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ９１１の波長１０６４ｎｍの基本波（ω１）から、ＮＬＯ９１２により波長５３２ｎｍである２倍波（２ω１）を発生させる。波長５３２ｎｍである２倍波（２ω１）と未変換の波長１０６４ｎｍである基本波（ω１）とをＮＬＯ９１４に通すことでＳＦＧをおこし、波長３５５ｎｍである３倍波（３ω１）の紫外光を発生させる。
【００１２】
さらに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ９１１の波長１０６４ｎｍである基本波（ω１）から、ＮＬＯ９１３により波長５３２ｎｍである２倍波（２ω１）を発生させる。この波長５３２ｎｍである２倍波（２ω１）を励起光源としてレーザ動作するチタンサファイアレーザ（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ  Ｌａｓｅｒ、以下、ＴｉＳレーザと示す。）９１５によって、波長７０８ｎｍにチューニングされた近赤外光を発生させる。ＴｉＳレーザ９１５から発振した波長７０８ｎｍの光（ω２）と上述の波長３５５ｎｍである３倍波（３ω１）とをＮＬＯ９１６に通すことによってＳＦＧを行い、波長２３６ｎｍの紫外光を発生させる。波長２３６ｎｍの紫外光とＮｄ：ＹＡＧレーザの波長１０６４ｎｍである基本波（ω１）とをＮＬＯ９１７によりＳＦＧを行うことで、和周波である波長１９３．４ｎｍの深紫外光が得られる。
【００１３】
以上に説明した従来手法では、固体素子だけでＡｒＦエキシマレーザの発振波長と同じ波長１９３．４ｎｍの深紫外光を発生できるため、装置的に扱いやすいという特長がある。しかしながら、波長１９３．４ｎｍの深紫外光を発生させるまでに、波長変換を４回か５回行う必要があることから、得られるレーザ光のパワーばらつきが極めて大きくなってしまうことが問題であった。これは、ＮＬＯに光を通すことによって波長変換を行うと、得られるレーザ光のパワーがＮＬＯに入射したレーザ光のパワーの二乗に比例するためである。そのため、波長変換の段数が高いほど、パワーのばらつきは増大してしまう。
【００１４】
そこで、従来の方法として波長変換の段数を減らした特許文献２に示された手法がある。この手法においては、図１５（ｃ）に示した深紫外光源９２０のように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ９２１をベースに用いて、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ９２１の波長０．９μｍ帯の発振ラインである９４６ｎｍを用いる。波長９４６ｎｍの基本波（ω１）をＮＬＯ９２２とＮＬＯ９２３とに通すことによって、波長２３６．５ｎｍである第４次高調波（４ω１）を発生させる。波長２３６．５ｎｍである４倍波（４ω１）とＮｄ：ＹＡＧレーザ９２１から発振する波長１０６４ｎｍの光（ω２)とをＮＬＯ９２４に通すことによってＳＦＧを行い、波長１９３．５ｎｍの深紫外光を発生できることが示唆されている。この手法では、波長変換を３回行うことで波長１９３．５ｎｍの深紫外光を得ることができる。
【００１５】
しかしながら、この方法においては波長２３６．５ｎｍの光と波長１０６４ｎｍの光とのＳＦＧを、ＣＬＢＯを用いた場合は室温でおこすことができない。波長２００ｎｍ以下の深紫外光を効率良く発生できるＮＬＯとしては、現状ではＢＢＯとＣＬＢＯが一般に広く利用されている。しかし、波長１９３ｎｍ近傍の光をＢＢＯに通すと吸収量が大きく発生する光量が大きく減少してしまう。また、ＣＬＢＯにおいても、ＳＦＧの際の短波長側のレーザ光の波長λ１が約２３６ｎｍになると、常温では位相整合ができず約−１８０℃に冷却する必要が生じることが報告されている（例えば、非特許文献２）。さらにまた、下記非特許文献によれば、波長１９３ｎｍの光をＣＬＢＯによってＳＦＧで発生させるには、短波長側の光の波長λ１は波長２３４ｎｍ以下でなければならないとされている（例えば非特許文献３）。この問題は、前述の図１５（ｂ）における深紫外光発生においてもおこる問題点である。なお、前記ＢＢＯやＣＬＢＯなどの非線形光学結晶やＳＦＧによる深紫外光の発生に関しては、例えば、非特許文献４において説明されている。
【特許文献１】特開平７−２７０３２８号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３４０８号公報
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５４４６、２００４年、ｐ．２６５−２７８
【非特許文献２】レーザー研究、第２７巻、１９９９年８月号、ｐ．５２５−５３０
【非特許文献３】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｖｏｌ．１９８、２００１年、ｐ．４０３−４０６
【非特許文献４】レーザー研究、第２６巻、１９９８年３月号、ｐ．２１５−２１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ＣＬＢＯを用いて室温で動作することが可能な深紫外光を効率良く発生できるレーザ光源を提供することを目的とする。また、この深紫外光レーザ光源により、高い欠陥検出感度を有する小型で安定したマスク検査装置及び露光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】
【００１７】
本発明の第１の態様に係る深紫外光源は、波長０．９０μｍ以上０．９２μｍ以下のレーザ光を出射する固体レーザと、前記固体レーザから取り出された波長０．９０μｍ以上０．９２μｍ以下のレーザ光の第４高調波を発生させる第４高調波発生部と、前記第４高調波発生部で発生した第４高調波と、波長１．３μｍ帯のレーザ光との和周波の光を発生させる和周波発生部とを備えるものである。このことによって、波長変換を３回行うのみで、１９３．４ｎｍ近傍の波長を有する深紫外光を発生させることができる。
【００１８】
本発明の第２の態様に係る深紫外光源は、前記固体レーザから、前記波長１．３μｍ帯のレーザ光を取り出すものである。このようにすることによって、パルス動作を行う場合に、それら２本のビームのパルスタイミングをまったく同じにすることが可能であるからである。
【００１９】
本発明の第３の態様に係る深紫外光源は、上述の深紫外光源において、前記第１の固体レーザとして、ＹＬＦレーザ、あるいはＫＧＷレーザ、あるいはＹＶＯ４レーザを用いることを特徴としたものである。このことによって、０．９μｍ帯の光の第４高調波がＣＬＢＯの室温における位相整合条件を満たすことができる。
【００２０】
本発明の第４の態様に係る深紫外光源は、上述の深紫外光源において、前記固体レーザがパルス発振型固体レーザであることを特徴とするものである。レーザ光をパルスを用いることによって、パルス毎のパワーが大きいため、波長変換を容易に行うことができる。
【００２１】
本発明の第５の態様に係る深紫外光源は、ＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザである第１のレーザ光源と、前記第１のレーザ光源から取り出されたレーザ光の第４高調波を発生させる第４高調波発生部と、ＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザ又は、固体レーザである第２のレーザ光源と、前記第４高調波発生部で発生した第４高調波と、前記第２のレーザ光源から取り出されたレーザ光との和周波の光を発生させる和周波発生部とを備えるものである。半導体レーザを用いることによって、所望の波長にあわせることができるため、設計自由度を増大させることができる。
【００２２】
本発明の第６の態様に係る深紫外光源は、上述の深紫外光源において、前記第１のレーザ光源の発振波長は、９００ｎｍ以上９３６ｎｍ以下であるものである。このことによって、第１のＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザの第４高調波がＣＬＢＯの室温における位相整合条件を満たすことができる。
【００２３】
本発明の第７の態様に係る深紫外光源は、上述の深紫外光源において、前記第２のレーザ光源がＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザであり、前記第１のレーザ光源と前記第２のレーザ光源とをタイミングが同期されたパルス状の駆動電流によって動作させることを特徴とするものである。このようにすることによって、パルス動作を行う場合に、それら２本のビームのパルスタイミングをまったく同じにすることが可能となり、容易に波長変換を行うことができる。
【００２４】
本発明の第８の態様に係る深紫外光源は、波長４７６．５ｎｍのレーザ光を出射するアルゴンレーザである第１のレーザ光源と、前記第１のレーザ光源から取り出されるレーザ光の第２高調波を発生させる第２高調波発生部と、波長１．０μｍ帯のレーザ光を出射する、半導体レーザ又は固体レーザである、第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光源から取り出されるレーザ光と、前記第２高調波発生部から取り出される第２高調波との和周波の光を発生させる和周波発生部とを備えるものである。この構成にすることによって、２回の波長変換を行うことで、１９３．４ｎｍ近傍の波長を有する深紫外光を発生させることができる。
【００２５】
本発明の第９の態様に係る深紫外光源は、波長４５７．９ｎｍのレーザ光を出射するアルゴンレーザである第１のレーザ光源と、前記第１のレーザ光源から取り出されるレーザ光の第２高調波を発生させる第２高調波発生部と、波長１．３μｍ帯のレーザ光を出射する、半導体レーザ又は固体レーザである、第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光源から取り出されるレーザ光と、前記第２高調波発生部から取り出される第２高調波との和周波の光を発生させる和周波発生部とを備えるものである。この構成にすることによって、２回の波長変換を行うことで、１９３．４ｎｍ近傍の波長を有する深紫外光を発生させることができる。
【００２６】
本発明の第１０の態様に係るマスク検査装置は、上述の深紫外光源を用いたものである。さらに、本発明の第１１の態様に係る露光装置は、上述の深紫外光源を用いたものである。このようにすることによって、検査装置又は露光装置をコンパクトにすることができ、高繰り返しパルス動作も可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る深紫外光源、及びマスク検査装置によれば、波長変換が２〜３回のみで、しかもＣＬＢＯを用いて効率良くＳＦＧを行うことができる。そのため、効率よく深紫外光を発生させることができる深紫外光源及び、その深紫外光源を用いた検査装置や露光装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
第１の実施の形態
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、深紫外光源及び、その深紫外光源を用いたマスク検査装置及び露光装置に適用したものである。まず、本実施の形態にかかる深紫外光源の手法の概念図を図１（ａ）に示す。
【００２９】
図１（ａ）に示されるように、本実施の形態においては、波長０．９μｍ帯の発振ラインが０．９０μｍ以上０．９２μｍ以下である第１の固体レーザ１１と波長１．３μｍ帯の発振ラインを持つ第２の固体レーザ１２を用意する。第１の固体レーザから取り出されるレーザ光の第４高調波（４ω１）をＮＬＯ（ＮＬＯはＮｏｎ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃｓである。）１３とＮＬＯ１４とに２回通すことによって取り出す。また、第２の固体レーザから１．３μｍ帯で発振させたレーザ光（ω２）の基本波を取り出す。そして、上述の２つの波長のレーザ光をＮＬＯ１５に通すことによって、２つの周波数のＳＦＧ（ＳＦＧはＳｕｍ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎである。）をひきおこし、１９３．４ｎｍ近傍の波長を持つ深紫外のレーザ光を取り出すことができる。ここでいう１９３．４ｎｍ近傍の波長とは、１９０ｎｍ以上１９７ｎｍ以下の波長のことである。また、波長１．３μｍ帯とは、１３００ｎｍ〜１３６０ｎｍの波長範囲のことである。
【００３０】
ここで、ＳＦＧによって発生する波長１９３ｎｍ近傍の深紫外光の説明図を図２に示す。図２において、横軸は短波長側の波長λ１を示し、縦軸は長波長側の波長λ２を示す。図２内のラインは、横軸の波長の光と縦軸の波長の光のＳＦＧをおこすことによって、波長１９３ｎｍの光を取り出すことができるλ１とλ２との値を示している。つまり、式１で示されるλ１とλ２とをプロットしたものである。
１／λ１＋１／λ２＝１／１９３・・・式１
また、この図２のライン上に、深紫外光において一般的に用いられるＮＬＯであるＣＬＢＯとＢＢＯのＳＦＧによる深紫外光発生の室温で位相整合することができる限界波長が示されている。ＢＢＯに関しては、波長１９３ｎｍ近傍で吸収が強いので本発明の目的にそぐわないため考慮に入れる必要がない。ＣＬＢＯにおいては、波長２３６ｎｍ近傍のところに限界波長があり、これ以下の光を用いてＳＦＧを行うことによって、波長１９３ｎｍ近傍の深紫外光を発生させることができる。従来技術に示したように、ＣＬＢＯによる波長が１９３ｎｍ近傍の光をＳＦＧで発生させるには、短波長側λ１は波長２３４ｎｍ以下でなければならないとされている。
【００３１】
本実施の形態においては、第１の固体レーザ１１の０．９μｍ帯の発振ラインが０．９０μｍ以上０．９２μｍ以下であるために、この光の第４高調波の波長は２２５ｎｍ以上２３０ｎｍ以下となり、ＣＬＢＯにおける室温で位相整合することができる限界波長以下であるので、ＣＬＢＯによってＳＦＧをおこすことが可能である。また、本実施の形態においては、１本のビームラインから取り出される高調波を用い、最後の波長変換のみＳＦＧを行っているため、ビームラインを合わせることによる光のパワーのロスを少なくすることができる。
【００３２】
さらに、１つの固体レーザから０．９０μｍ以上０．９２μｍ以下のレーザ光と１．３μｍ帯のレーザ光を発生させることが好ましい。すなわち、第１の固体レーザ１１と第２の固体レーザ１２が同一のレーザとなる。これは、１つのレーザによって両方の発振ラインの波長の光を発振できると、パルス動作を行う場合に、それら２本のビームのパルスタイミングが全く同じになり、タイミングがずれることがないためである。その結果、ＳＦＧをおこすときにおいて高い変換効率が得られる。特に連続励起のモードロックによって固体レーザを発振させると、１００ＭＨｚ前後の非常に高い繰り返し数のパルス動作を行わせることも可能であり、その場合は、連続発振させて取り出させた連続レーザ光と同様の利用が可能であり、しかも連続の場合のパワーに比べて、各パルスのピークパワーは高いため、波長変換の効率が高くなる。
【００３３】
さらにまた、第１の固体レーザ１１と第２の固体レーザ１２とは、三価のＮｄイオンがドープされたＬｉＹＦ４結晶による固体レーザであるＮｄ：ＹＬＦレーザ（以下、ＹＬＦレーザと略す。）、三価のＮｄイオンがドープされたＫＧｄ（ＷＯ４）２結晶による固体レーザであるＮｄ：ＫＧＷレーザ（以下、ＫＧＷレーザと略す。）、三価のＮｄイオンがドープされたＹＶＯ４結晶による固体レーザであるＮｄ：ＹＶＯ４レーザ（以下、ＹＶＯ４レーザと略す。）であることが好ましい。
【００３４】
この理由を説明するのに、三価のＮｄイオンがドープされた固体レーザにおけるＮｄイオンのエネルギー準位間のレーザ遷移を図３に示す。４Ｆ３／２から４Ｉ９／２への遷移が波長０．９μｍ帯の発振をおこし、４Ｆ３／２から４Ｉ１３／２への遷移が波長１．３μｍ帯の発振をおこす。また、４Ｆ３／２から４Ｉ１１／２への遷移が波長１．０μｍ帯の発振を引き起こしている。つまり、三価のＮｄイオンがドープされた固体レーザを用いれば、１．３μｍ帯の発振と０．９μｍ帯の発振を一つの固体レーザだけでおこすことができる。
【００３５】
さらに、それぞれのレーザについて考えてみるために、ＹＬＦレーザとＫＧＷレーザとＹＶＯ４レーザとにおける１．０μｍ帯と１．３μｍ帯と０．９μｍ帯の発振波長を示したのが図４である。図４においては、三価のＮｄイオンがドープされたＹ３Ａｌ５Ｏ１２結晶を母体とした固体レーザであるＮｄ：ＹＡＧレーザ（以下、ＹＡＧレーザと略す。）の１．０μｍ帯と１．３μｍ帯と０．９μｍ帯とも示している。図４（ａ）がＹＡＧレーザの場合、図４（ｂ）がＹＬＦレーザの場合、図４（ｃ）がＫＧＷレーザの場合、図４（ｄ）がＹＶＯ４レーザの場合である。
【００３６】
まず、固体レーザとしてＹＡＧレーザを用いた場合、図４（ａ）に示したように、波長０．９μｍ帯のレーザ発振ラインが９４６ｎｍであるため、その第４高調波は、波長２３６．５ｎｍとなる。これは従来技術のところで示したように位相整合条件に適用できず、室温でＳＦＧを行うことができない。
【００３７】
それに対して、固体レーザとしてＹＬＦレーザを用いた場合、図４（ｂ）に示したように、波長０．９μｍ帯のレーザ発振ラインは９０８ｎｍであるため、その第４高調波は、波長２２７ｎｍとなる。この波長２２７ｎｍのレーザ光と、ＹＬＦレーザの波長１．３μｍ帯のレーザ発振ラインである波長１３１４ｎｍ（ただし１３２１ｎｍにも発振ラインがある。）とのＳＦＧが室温付近での角度制御で実現でき、波長約１９３．６ｎｍの深紫外光を発生できる。
【００３８】
また、固体レーザとしてＫＧＷレーザを用いた場合、図４（ｃ）に示したように、波長０．９μｍ帯のレーザ発振ラインは９１１ｎｍであるため、その第４高調波は、波長２２７．８ｎｍとなる。この波長２２７．８ｎｍのレーザ光と、ＫＧＷレーザの波長１．３μｍ帯のレーザ発振ラインである波長１３５１ｎｍとのＳＦＧが室温付近での角度制御で実現でき、波長１９４．９ｎｍの深紫外光を発生できる。
【００３９】
さらに、固体レーザとしてＹＶＯ４レーザを用いた場合は、図４（ｄ）に示したように、波長０．９μｍ帯のレーザ発振ラインは９１４ｎｍであるため、その第４高調波は、波長２２８．５ｎｍとなる。この波長２２８．５ｎｍのレーザ光と、ＹＶＯ４レーザの波長１．３μｍ帯のレーザ発振ラインである波長１３４２ｎｍとのＳＦＧが室温による角度制御で実現でき、波長１９５．３ｎｍの深紫外光を発生できる。
【００４０】
以上に説明した各種の固体レーザにおける本実施の形態に係る深紫外光発生手法による深紫外光の波長をまとめた表を図５に示す。図５に示したように、本実施の形態においては、ＹＬＦレーザとＫＧＷレーザとＹＶＯ４レーザとの場合において、ＳＦＧをおこすことによって１９３．４ｎｍ近傍の深紫外光が得られる。
【００４１】
以上のことから、本実施の形態に係る深紫外レーザ光の発生手法を用いることによって、３回の波長変換で１９３．４ｎｍ近傍の深紫外光を室温で発生させることができる。そのため、波長変換のときに発生する波長幅の増大を減少させることができる。また、波長変換のときに失われるエネルギーを減少させることができる。このことによって、高出力かつパワー変動の小さい深紫外光源を実現できる。また、フッ素ガスなどの有毒なガスを用いない固体レーザのみの構成であるために容易に扱うことのできる光源とすることができる。また、深紫外レーザ光を発生させる結晶を用いた光学系を組むことによって大きな装置を用いる必要がないため、１９３．４ｎｍ近傍の深紫外光を用いた高い欠陥検出感度を有する小型で安定したマスク検査装置を提供することができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、ＡｒＦエキシマレーザの波長の波長１９３．４ｎｍに近傍の深紫外光を発生できるため、波長１９３．４ｎｍの連続光源を用いたマスク検査装置が実現されたと仮定した場合に比べて、欠陥検査感度はほとんど同等である。その理由としては、検出感度は、欠陥のサイズに対する検査光源の波長の割合で定まるため、ある大きさの欠陥のサイズを、１９３．４ｎｍで割った値と、１９０〜１９７ｎｍで割った値とは、ほぼ同等になるからである。
【００４３】
第２の実施の形態
図１（ｂ）に示されるように、本実施の形態においては、第１のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ２１と、第２のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザあるいは固体レーザ２２を使用する。第２のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザあるいは固体レーザ２２は、第１のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ２１から発振されるレーザ光の第４高調波とのＳＦＧが行われることで、１９３．４ｎｍ近傍の光が得られる波長のレーザ光を発振する。ここでいうＩｎＧａＡｓ系半導体レーザとは、活性層がＩｎＧａＡｓから構成されている半導体レーザのことである。
【００４４】
第１のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ２１から取り出されたレーザ光（ω１）をＮＬＯ２３とＮＬＯ２４とに通すことによって、このレーザ光の第４高調波（４ω１）を取り出す。また、第２のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ又は固体レーザ２２から基本波（ω２）を取り出す。そして、上述の２つの波長のレーザ光をＮＬＯ２５に通すことによって、２つの周波数のＳＦＧを行う。これにより、１９３．４ｎｍ近傍の波長を持つ深紫外のレーザ光を取り出すことができる。
【００４５】
本実施の形態においては、半導体レーザを用いているために、ＮＬＯ２５において波長変換することができる波長域のレーザ光を出射するものを選択することができる。また、半導体レーザを用いることによって、ＳＦＧによって１９３．４ｎｍ近傍の光を発生する波長を、半導体レーザの発振波長として選択することができる。このことから、本実施の形態においては、所望の波長のレーザ光を発振することが可能となる。また、本実施の形態においては、１本のビームラインから取り出される高調波を用い、最後の波長変換のみＳＦＧを行っているため、ビームラインをあわせることによる光のパワーのロスを少なくすることができる。
【００４６】
さらに、第１のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ２１の発振波長は、９００ｎｍ以上９３６ｎｍ以下の波長であることが望ましい。これは、９００ｎｍ以上９３６ｎｍ以下の波長を持つレーザ光を発振する半導体レーザであれば、深紫外のレーザ光における波長変換を行う一般的な結晶であるＣＬＢＯを使用することができるからである。これは、図２に示されたＣＬＢＯの位相整合条件から、ＳＦＧを行う短波長側のレーザ光の波長が２３４ｎｍ以下にしなければＣＬＢＯを用いて１９３．４ｎｍ近傍の波長を持つ深紫外光を発生させることができないためである。基本波の波長を９３６ｎｍ以下にすることによって、第４高調波をＣＬＢＯの位相整合条件に合う２３４ｎｍ以下にすることができる。
【００４７】
ここで、図６に各種半導体レーザの発振波長域を示す。上述の９００ｎｍ以上９３６ｎｍ以下の波長領域の光を出すことができるのは、現在発見されている半導体レーザのうち、ＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザだけである。そこで、本実施の形態においては、ＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザから取り出されたレーザ光の第４高調波を短波長側とし、長波長側のレーザ光を固体レーザ又はＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザから取り出すことによって行っている。例えば、短波長側のレーザ光を取り出すためのＩｎＧａＡｓ系半導体レーザとして、０．９３ｎｍの波長のレーザ光を発振する半導体レーザを選択したとすると、１１５０ｎｍの波長のレーザ光を発振する半導体レーザを長波長側の半導体レーザとして選択する。そして、両方のレーザ光のＳＦＧを行うことによって、１９３．４ｎｍの波長のレーザ光を取り出すことができる。
【００４８】
また、長波長側のレーザ光を取り出すためにＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザを選択した場合に、タイミングが同期されたパルス状の駆動電流によって動作させるとよい。これは、短波長のレーザ光と長波長側の同じＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザを選択し、タイミングが同期されていると、ＳＦＧを行う際に位相整合を行いやすくなるためである。
【００４９】
以上のようにすることによって、３回の波長変換で１９３．４ｎｍ近傍の深紫外光を室温で発生させることができる。そのため、波長変換のときに発生する波長幅の増大を減少させることができ、波長変換のときに失われるエネルギーを減少させることができる。このことによって、高出力かつパワー変動の小さい深紫外光源を実現できる。また、フッ素ガスなどの有毒なガスを用いない固体レーザのみの構成であるために容易に扱うことのできる光源とすることができる。また、半導体レーザを用いることによって、所望の波長を選択することが可能となる。さらに、深紫外レーザ光を発生させる結晶を用いた光学系を組むことによって大きな装置を用いる必要がないため、１９３．４ｎｍ近傍の深紫外光を用いた高い欠陥検出感度を有する小型で安定したマスク検査装置を提供することができる。
【００５０】
第３の実施の形態
本実施の形態においては、アルゴンレーザを用いている。図１（ｃ）に示したように、アルゴンレーザ３１から発生する波長４７６．５ｎｍのレーザ光の第２高調波（２ω１）と固体レーザ３２における１．０μｍ帯のレーザ光（ω２）とでＳＦＧを行ったものである。波長４７６．５ｎｍのレーザ光（ω１）をＮＬＯ３３に通すことによって発生した第２高調波（２ω１）は波長２３８．３ｎｍとなる。従って、図２に示された位相整合条件による限界波長よりも高い波長によるＳＦＧを行うことになるが、波長２３８〜２４２ｎｍの紫外光と１．０μｍ帯のレーザ光（ω２）とのＳＦＧは、室温近くで９０度位相整合が実現できることが明らかになっている。そこで、アルゴンレーザ３１から発生した波長４７６．５ｎｍのレーザ光の第２高調波（２ω１）と固体レーザ３２における１．０μｍ帯のレーザ光（ω２）とをＮＬＯ３４に通すことによってＳＦＧを行い、波長１９４．３ｎｍ近傍の深紫外光を発生できる。
【００５１】
また、ここでいう１．０μｍ帯とは１．０μｍ〜１．０５μｍの波長範囲である。さらに、本実施の形態において、固体レーザ３２としては、三価のＮｄイオンがレーザ用結晶にドープされた固体レーザだけでなく、三価のＹｂ（イッテルビウム）イオンがレーザ用結晶にドープされた固体レーザでもよい。
【００５２】
本実施の形態においては、１本のビームラインから取り出される高調波を用い、最後の波長変換のみＳＦＧを行っているため、ビームラインをあわせることによる光のパワーのロスを少なくすることができる。さらに、本実施の形態においては、２回の波長変換を行うことで１９３．４ｎｍ近傍のレーザ光を取り出すことができるため、波長変換の際に失われるレーザ光のパワーを少なくすることができる。
【００５３】
以上のことから、２回の波長変換で１９３．４ｎｍ近傍のレーザ光を取り出すことができ、そのためパワーの強い１９３．４ｎｍのレーザ光を取り出すことができる。このことによって、高出力かつパワー変動の小さい深紫外光源を実現できる。また、フッ素ガスなどの有毒なガスを用いない固体レーザのみの構成であるために容易に扱うことのできる光源とすることができる。また、深紫外レーザ光を発生させる結晶を用いた光学系を組むことによって大きな装置を用いる必要がないため、１９３．４ｎｍ近傍の深紫外光を用いた高い欠陥検出感度を有する小型で安定したマスク検査装置を提供することができる。
【００５４】
第４の実施の形態
本実施の形態においては、アルゴンレーザを用いている。図１（ｄ）に示したように、アルゴンレーザ４１から発生する波長４５７．９ｎｍのレーザ光の第２高調波（２ω１）と固体レーザ４２における１．３μｍ帯のレーザ光（ω２）とでＳＦＧを行ったものである。アルゴンレーザから発振した波長４５７．９ｎｍのレーザ光（ω１）をＮＬＯ４３に通す。ＮＬＯ４３からの第２高調波（２ω１）は、波長２２９．０ｎｍの紫外光になる。従って、図２に示したＣＬＢＯの位相整合条件の制限波長より短い波長にすることができる。そのため、アルゴンレーザから発振した波長４５７．９ｎｍのレーザ光の第２高調波である波長２２９ｎｍの紫外光（２ω１）と、１．３μｍ帯のレーザ光（ω２）とをＮＬＯ４４に通すことによって行うＳＦＧを、室温における位相制御で実現でき、波長１９３．４ｎｍ近傍の深紫外光を発生することができる。また、ここでいう１．３μｍ帯とは、１３００ｎｍ〜１３６０ｎｍの波長範囲である。
【００５５】
本実施の形態においては、１本のビームラインから取り出される高調波を用い、最後の波長変換のみＳＦＧを行っているため、ビームラインをあわせることによる光のパワーのロスを少なくすることができる。さらに、本実施の形態においては、２回の波長変換を行うことで１９３．４ｎｍ近傍のレーザ光を取り出すことができるため、波長変換の際に失われるレーザ光のパワーを少なくすることができる。
【００５６】
以上のことから、２回の波長変換で１９３．４ｎｍ近傍のレーザ光を取り出すことができ、そのためパワーの強い１９３．４ｎｍのレーザ光を取り出すことができる。このことによって、高出力かつパワー変動の小さい深紫外光源を実現できる。また、フッ素ガスなどの有毒なガスを用いない固体レーザのみの構成であるために容易に扱うことのできる光源とすることができる。また、深紫外レーザ光を発生させる結晶を用いた光学系を組むことによって大きな装置を用いる必要がないため、１９３．４ｎｍ近傍の深紫外光を用いた高い欠陥検出感度を有する小型で安定したマスク検査装置を提供することができる。
【００５７】
第１の実施例
第１の実施の形態を具現化する深紫外光源１００の構成を図７に示す。ここではＹＬＦレーザの場合を例として示す。また、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶の励起光源として波長約０．８μｍで発振する半導体レーザ（ＬＤ）を用いる場合を示している。ここでいうＮｄ：ＹＬＦ結晶とは、三価のＮｄイオンがＬｉＹＦ４結晶にドープされたレーザ結晶のことである。
【００５８】
ＬＤ１１０はファイバ１１１と結合しており、ファイバ１１１内を伝播して出射端からの光が取り出される。ＬＤ１１０は、後述するＮｄ：ＹＬＦ結晶１２２を励起するための光源であり、発振波長は０．８μｍである。ファイバ１１１から取り出される光はコリメートレンズ１１２を通過し、波長０．９μｍ帯のレーザ光の第２高調波を発生させるための内部波長変換型のＺ型共振器１２０内に入射する。
【００５９】
Ｚ型共振器１２０は、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、及び凹面ミラー１１６とでＺ字型に配置されている。ダイクロイック凹凸ミラー１１３ａと１１３ｂとの間にＮｄ：ＹＬＦ結晶１２２が配置され、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｃと凹面ミラー１１６との間にＮＬＯ１１７ａが配置されている。ＮＬＯ１１７ａは、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶１２２から取り出される波長９０８ｎｍの光の第２高調波を発生させるものである。また、ＮＬＯ１１７ａとしては、ＬＢＯ、ＢＢＯ、あるいはＢｉＢＯなどが適している。
【００６０】
コリメートレンズ１１２から入射された光はダイクロイック凹凸ミラー１１３ａをほぼ９０％の透過率で通過し、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶１２２のダイクロイック凹凸ミラー１１３ａ側端面より数ミリ内部に入った位置で集光している。Ｚ型共振器１２０を構成するダイクロイック凹凸ミラー１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、及び凹面ミラー１１６は、波長９０８ｎｍにおいて９９％以上の高い反射率を有している。その結果、Ｚ型共振器１２０中では、波長９０８ｎｍのレーザ光が強く発生する。
【００６１】
一方、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｂに関しては、波長１３１４ｎｍにおいて９０％以上の高い透過率になっており、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｂを透過した光のほとんどは、波長１３１４ｎｍの光である。ただし後述するダイクロイック凹凸ミラー１１３ｆに関しては、波長１３１４ｎｍにおいて約８０％の反射率を有するようになっており、その結果、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ａと１１３ｆとで構成される長い共振器内では、波長１３１４ｎｍのレーザ光が共振している。つまり、Ｚ型共振器１２０内の光には、波長９０８ｎｍの他に波長１３１４ｎｍのレーザ光も含んでいる。
【００６２】
Ｚ型共振器１２０内の波長９０８ｎｍのレーザ光は、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｂで高い反射率で反射し、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｃで反射してＮＬＯ１１７ａに入射する。ＮＬＯ１１７ａに入射されるときに、光は絞られながら進みＮＬＯ１１７ａ中で集光する。これによって波長９０８ｎｍの第２高調波が発生する。
【００６３】
また、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｃは波長４５４ｎｍにおいてダイクロイックミラー１１３ｂより高い透過率を有しているため、発生した第２高調波である波長４５４ｎｍのレーザ光はダイクロイック凹凸ミラー１１３ｃからＺ型共振器１２０の外部に取り出される。凹面ミラー１１６は波長４５４ｎｍにおいても高い反射率を有しているため、ＮＬＯ１１７ａから右側に発生する第２高調波は凹面ミラー１１６で反射して、正反対に戻されてから、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｃから取り出される。
【００６４】
次に、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｃから取り出された波長４５４ｎｍのレーザ光は、レンズ１１４ｂで絞られながら、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｄを通過してＮＬＯ１１７ｂに集光する。これによって、波長４５４ｎｍの第２高調波である波長２２７ｎｍのレーザ光が発生する。すなわち、基本波の第４高調波が発生する。ＮＬＯ１１７ｂとしては、ＢＢＯやＣＬＢＯなどが適している。
【００６５】
また、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｅは、波長４５４ｎｍおいて９５％以上の高い反射率を有しているが、波長２２７ｎｍにおいては９０％以上の高い透過率を有している。そのため、ＮＬＯ１１７ｂで発生した波長２２７ｎｍのレーザ光はダイクロイック凹凸ミラー１１３ｅを通過する。また、ＮＬＯ１１７ｂの右方向に発生する波長２２７ｎｍのレーザ光は、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｄで高い反射率で反射して、再びＮＬＯ１１７ｂを通り、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｅを通過する。
【００６６】
ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｅを通過したレーザ光は、レンズ１１４ｃを通り、ミラー１１５ｂで反射される。ミラー１１５ｂで反射した光は、ダイクロイック平面ミラー１１９で反射して、レンズ１１４ｄを通過して絞られながら進み、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｆに入射される。ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｆに入射された光はダイクロイック凹凸ミラー１１３ｆを通過して、ＮＬＯ１１７ｃに集光する。
【００６７】
一方、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｂを通過した波長１３１４ｎｍのレーザ光はレンズ１１４ａを通過して平行ビームになる。この平行ビームはミラー１１５ａ、１１５ｃで反射してレンズ１１４ｅを通って絞られながらダイクロイック凹凸ミラー１１３ｇに入射される。ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｇは、波長１３１４ｎｍにおいて高い透過率を有するため、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｇに入射された光はダイクロイック凹凸ミラー１１３ｇを通過し、ＮＬＯ１１７ｃで集光する。ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｆに当たる。ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｆは、波長１３１４ｎｍにおいて高い反射率を有しており、ダイクロイック凹凸ミラー１１３ｆとダイクロイック凹凸ミラー１１３ｇとの間を通るレーザ光における波長１３１４ｎｍの成分はここで全て反射して、再びＮＬＯ１１７ｃを通過するようになっている。
【００６８】
すなわち、ＮＬＯ１１７ｃには、波長２２７ｎｍのレーザ光と、波長１３１４ｎｍのレーザ光とが集光するようになっており、これらのＳＦＧが行われる。それによって波長１９３．６ｎｍの深紫外光が発生し、この波長で高い透過率を有するダイクロイック凹凸ミラー１１３ｆを通過し、さらにレンズ１１４ｄとダイクロイック平面ミラー１１９を通過して、波長１９３．６ｎｍの深紫外光が取り出される。
【００６９】
図７で示した深紫外光源１００の特徴は、レーザ光を発生させるために、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶１２２が１個用いられているだけであり、ここで波長９０８ｎｍと１３１４ｎｍの２波長を発生させている点である。その結果、深紫外光源１００をパルス動作させるには、Ｚ型共振器１２０中の光路にＱスイッチ１２３を配置すればよい。例えば、超音波Ｑスイッチを用いると、５〜２０ｋＨｚの高繰り返しパルス動作が可能である。これにより、Ｚ型共振器１２０から取り出される波長４５４ｎｍのレーザ光も、波長１３１４ｎｍのレーザ光も、同じタイミングでパルス発振するため、ＮＬＯ１１７ｃにおけるＳＦＧが効率良く行われる。
【００７０】
ただし、パルス動作時に、本実施例のように、ＳＦＧの発生効率を上げるために同一のレーザを用いてもよいが、あるいは、２台のレーザを接近させて並べて、Ｑスイッチだけを１個用いて共用させてもよい。その場合もそれら２台のレーザからのパルス光のタイミングが全く同じになり、効率良くＳＦＧが行える。
【００７１】
このように、本実施例では、波長１９３．６ｎｍにおいて、２０ｋＨｚ程度の高い繰り返しパルス動作の深紫外光も得られることになり、ＡｒＦ露光装置用のＡｒＦエキシマレーザを発振器と増幅器とで構成する場合に、発振器として利用することもできる。つまり、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長は、狭帯域化しないと、約０．３ｎｍもの広い波長範囲に亘って発振する。従ってＡｒＦレーザは、波長１９３．６ｎｍにも利得領域があり、本実施例に係る深紫外光源１００を発振器として用いることが可能である。
【００７２】
第２の実施例
本実施例は、図１（ａ）に示された第１の実施の形態を具現化する、第１の実施例とは異なる実施例である。図８は本実施例に係る深紫外光源２００の構成図である。深紫外光源２００が、図７に示した深紫外光源１００と大きく異なる点としては、固体レーザを２台用いて、最終段で深紫外光を発生させる際のＳＦＧで用いる波長１３１４ｎｍの基本波のＮｄ：ＹＬＦレーザを独立に用いるものである。以下、図面に沿って構成を説明する。
【００７３】
深紫外光源２００では、励起光源として用いられているＬＤ２１０ａに結合されたファイバ２１１ａから取り出される０．８μｍの励起光を、コリメートレンズ２１２ａを通過させ、コリメートレンズ２１２ａによって絞られながら、基本波を発生させるためのレーザ共振器２２０内に入射する。
【００７４】
レーザ共振器２２０は、ダイクロイック凹凸ミラー２１３ａと２１３ｂ、及び凹面ミラー２１６ａと２１６ｂとでＺ字型に形成されている。ＬＤ２１０ａからの励起光はダイクロイック凹凸ミラー２１３ａを９０％以上の高い透過率で通過し、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶２２２ａの左側端面より数ミリ内部に入った位置で集光している。Ｎｄ：ＹＬＦ結晶２２２ａにＬＤ２１０ａからの励起光が入射されることによって、波長９０８ｎｍのレーザ光がＮｄ：ＹＬＦ結晶２２２ａから取り出される。
【００７５】
レーザ共振器２２０を構成するダイクロイック凹凸ミラー２１３ａと２１３ｂ、及び凹面ミラー２１６ａと２１６ｂは、波長９０８ｎｍにおいて９９％以上の高い反射率を有している。特に凹面ミラー２１６ａは、後述する波長９０８ｎｍのレーザ光の第４高調波とＳＦＧを行うレーザ光の波長１３１４ｎｍにおいては、１０％以下の低い反射率になっている。その結果、Ｚ型共振器２２０中では、波長９０８ｎｍのレーザ光が強く発生し、波長１３１４ｎｍのレーザ光は増幅されないため発生しない。
【００７６】
波長９０８ｎｍのレーザ光は、ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｂで高い反射率で反射して絞られながら進み、ＮＬＯ２１７ａ中で集光する。これによって波長９０８ｎｍの第２高調波である波長４５４ｎｍのレーザ光が、ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｂからレーザ共振器２２０の外部に取り出される。ミラー２１６ｂは波長４５４ｎｍにおいても高い反射率を有しているため、ＮＬＯ２１７ａから右側に発生する第２高調波は一度ミラー２１６ｂで反射して、正反対に戻されてから、ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｂから取り出される。また、ＮＬＯ２１７ａとしては、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＢｉＢＯなどが適している。
【００７７】
ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｂから取り出された波長４５４ｎｍのレーザ光は、レンズ２１４ａで絞られながら進み、外部共振器２２１ａ内に入る。外部共振器２２１ａは、ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｃ、２１３ｄとＮＬＯ２１７ｂとピエゾ素子（ＰＺＴ）２１８ａによって構成される。ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｃ、２１３ｄは、波長４５４ｎｍにおいて高い反射率を有している。また、ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｄに取り付けられたＰＺＴ２１８ａによって、これらダイクロイック凹凸ミラー２１３ｃとダイクロイック凹凸ミラー２１３ｄとの間隔を波長４５４ｎｍの整数倍になるように常に微調整されている。その結果、波長４５４ｎｍのレーザ光は、外部共振器２２１ａ内で共振する。
【００７８】
外部共振器２２１ａ内部で共振するレーザ光が集光される位置にＮＬＯ２１７ｂが配置されているため、波長４５４ｎｍの第２高調波である波長２２７ｎｍのレーザ光が発生する。ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｃは、波長２２７ｎｍにおいて１００％近い反射率を有し、ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｄは波長２２７ｎｍにおいて９５％以上の高い反射率を有している。そのため、ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｄから、波長２２７ｎｍのレーザ光が外部共振器２２１ａの外部に取り出される。なお、ＮＬＯ２１７ｂとしては、ＣＬＢＯやＢＢＯなどが適している。
【００７９】
ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｄを透過した波長２２７ｎｍのレーザ光は、外部共振器２２１ｂを構成するダイクロイック凹凸ミラー２１３ｅを通過して外部共振器２２１ｂに入射する。外部共振器２２１ｂは、ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｅとダイクロイック凹凸ミラー２１３ｆとＮＬＯ２１７ｃとＰＺＴ２１８ｂで構成される。外部共振器２２１ｂでは、ダイクロイック凹凸ミラー２１３ｅにＰＺＴ２１８ｂが取り付けられており、共振器長が波長２２７ｎｍの整数倍に調整されている。すなわち、外部共振器２２１ｂでは波長２２７ｎｍのレーザ光が共振するようになっている。
【００８０】
一方、励起光源として用いられているもう１台のＬＤ２１０ｂはファイバ２１１ｂに結合している。ファイバ２１１ｂを介してＬＤ２１０ｂから取り出される０．８μｍの励起光は、２枚の凸レンズで構成されているコリメートレンズ２１２ｂを通過する。そして光はコリメートレンズ２１２ｂを通過することによって、絞られながら進みＮｄ：ＹＬＦ結晶２２２ｂの端部に集光する。Ｎｄ：ＹＬＦ結晶２２２ｂにＬＤ２１０ｂからの励起光が入射されることによって、波長１３１４ｎｍのレーザ光がＮｄ：ＹＬＦ結晶２２２ｂから取り出される。
【００８１】
ダイクロイック凸面ミラー２１３ｇ、２１３ｈ、２１３ｅ、及びミラー２１６ｃは、全て波長１３１４ｎｍのレーザ光が４５度入射した際に、９９％以上の高い反射率で反射するようになっている。その結果、これらの４枚のミラーでは、波長１３１４ｎｍのレーザ光の共振器が構成され、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶２２２ｂから発生するレーザ光の波長は１３１４ｎｍになっている。
【００８２】
一方、ＮＬＯ２１７ｃは、この波長１３１４ｎｍのレーザ光の共振器中に配置されることになるため、ＮＬＯ２１７ｃには、前述したように、波長２２７ｎｍのレーザ光と、波長１３１４ｎｍのレーザ光の両方が通過し、どちらもここで集光されるようになるため、これらの２つの波長のレーザ光においてＳＦＧが行われる。その結果、波長１９３．６ｎｍのレーザ光が発生し、この波長において高い透過率を有するダイクロイック平面ミラー２１３ｈから深紫外光として取り出される。なお、ＮＬＯ２１７ｃとしては、特にＣＬＢＯが適している。
【００８３】
本実施例の特長としては、深紫外光を発生させる際のＳＦＧに必要な波長１３１４ｎｍのレーザ光の発生だけにＮｄ：ＹＬＦレーザが１台利用されており、ＮＬＯ２１７ｃ内における波長１３１４ｎｍのレーザ光の強度を高くでき、その結果、高出力の１９３．６ｎｍの深紫外光が得られる。
【００８４】
なお、以上に説明した２つの実施例におけるＮｄ：ＹＬＦ結晶の代わりに、Ｎｄ：ＫＧＷ結晶やＮｄ：ＹＶＯ４結晶を用いる場合も、図７や図８に示した装置と同様の構成を用いることができる。ただし、最終的にＳＦＧで発生する深紫外光の波長は、それぞれ１９４．９ｎｍ、及び１９５．３ｎｍと多少長めになる。
【００８５】
さらにまた、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶の代わりに、Ｎｄ：ＹＡＰ（ＹＡｌ３Ｏ）結晶を用いてもよい。Ｎｄ：ＹＡＰレーザは、波長０．９３μｍと波長１．３４μｍでレーザ発振することが知られており、前記同様の本発明の手法によって、波長約１９８ｎｍの深紫外光が得られる。
【００８６】
また、図８に示された深紫外光源２００における２台目の固体レーザとして、Ｎｄ：ＹＬＦレーザではなく、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いてもよい。すなわち、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶２２２ｂをＮｄ：ＹＡＧ結晶に変えても良い。ただしその場合、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の１．３μｍ帯の発振波長は１３３８ｎｍであるため、ＳＦＧを行って得られる深紫外光の波長は１９４．１ｎｍとなる。あるいはまた、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の１．３μｍ帯の発振波長として１３１９ｎｍを利用すれば、深紫外光の波長は１９３．７ｎｍとなり、これらの手法を用いてもよい。
【００８７】
第３の実施例
本実施例は、図１（ｂ）に示された第２の実施の形態を具現化する実施例である。図９は本実施例に係る深紫外光源３００の構成図である。深紫外光源３００では、基本波を発生させるレーザとして、ＩｎＧａＡｓ系ＬＤ３０１ａが用いられている。ＬＤ３０１ａでは、活性層がＩｎＧａＡｓ系であるが、これを挟む上下にはＡｌＧａＡｓ系媒質（ただし図示せず。）で挟まれたダブルヘテロ（ＤＨ）構造で分布帰還型（ＤＦＢ）レーザとなっている。ただし数ワットの高出力レーザ光が得られるように、テーパー型パワー増幅器を結合した不安定共振器構造になっている。これにより、波長９２０ｎｍのレーザ光が取り出される。
【００８８】
基本波であるレーザ光は、凹面ミラー３１６ａで反射して、ダイクロイック凹凸ミラー３１３ａで反射し、ＮＬＯ３１７ａに集光する。その結果、第２高調波である波長４６０ｎｍのレーザ光が、ダイクロイック凹凸ミラー３１３ａから取り出される。ただし、ＮＬＯ３１７ａから右側に出射する第２高調波は、凹面ミラー３１６ｂで反射して戻されてから、ダイクロイック凹凸ミラー３１３ａから取り出される。なお、ダイクロイック凹凸ミラー３１３ａは、波長４６０ｎｍにおいて高い透過率を有するが、波長９２０ｎｍにおいて高い反射率を有する特性になっている。また、ＮＬＯ３１７ａとしては、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＢｉＢＯなどが適している。
【００８９】
波長４６０ｎｍのレーザ光は、レンズ３１４ａで絞られながら進み、外部共振器３２１内に入る。外部共振器３２１を構成するダイクロイック凹凸ミラー３１３ｂとダイクロイック凹凸ミラー３１３ｃは、波長４６０ｎｍにおいて高い反射率を有している。また、ダイクロイック凹凸ミラー３１３ｃに取り付けられたＰＺＴ３１８によって、これらダイクロイック凹凸ミラー３１３ｂとダイクロイック凹凸ミラー３１３ｃとの間隔を波長４６０ｎｍの整数倍になるように常に微調整されている。その結果、波長４６０ｎｍのレーザ光は、外部共振器３２１内で共振する。
【００９０】
外部共振器３２１内部で共振するレーザ光が集光される位置にＮＬＯ３１７ｂが配置されているため、波長４６０ｎｍの第２高調波である波長２３０ｎｍのレーザ光が発生する。ダイクロイック凹凸ミラー３１３ｃは、波長２３０ｎｍおいて９５％以上の高い反射率を有しているため、波長２３０ｎｍのレーザ光が外部共振器３２１の外部に取り出される。なお、ＮＬＯ３１７ｂとしては、ＣＬＢＯやＢＢＯなどが適している。
【００９１】
外部共振器３２１の外部に取り出されたレーザ光は、レンズ３１４ｂを通過し、絞られながら進んで、ダイクロイック凹凸ミラー３１３ｄを通過して、ＮＬＯ３１７ｃに入射する。ダイクロイック凹凸ミラー３１３ｄは、波長２３０ｎｍにおいて９５％以上の高い透過率を有すが、ダイクロイック凹凸ミラー３１３ｅは波長２３０ｎｍにおいて９５％以上の高い反射率を有するようになっている。
【００９２】
一方、ＳＦＧを行う際の長波長側のレーザとしては、波長１２１５ｎｍでレーザ発振するように調整されたＩｎＧａＡｓ系ＬＤ３０１ｂが用いられている。ＬＤ３０１ｂから取り出されたレーザ光は、凹面ミラー３１６ｃで反射し、ダイクロイック平凸ミラー３１３ｆで反射して、ダイクロイック凹凸ミラー３１３ｅを透過して、ＮＬＯ３１７ｃ中に集光する。これにより、ＮＬＯ３１７ｃには、波長２３０ｎｍのレーザ光と、波長１２１５ｎｍのレーザ光が通過するため、これらのレーザ光においてＳＦＧが行われる。その結果、波長１９３．４ｎｍのレーザ光が発生し、波長１９３．４ｎｍにおいて高い透過率を有するダイクロイック平凸ミラー３１３ｆから波長１９３．４ｎｍの深紫外光として取り出される。なお、ＮＬＯ３１７ｃとしては、特にＣＬＢＯが適している。
【００９３】
本実施例の特長としては、基本波を発生させるレーザに半導体レーザを用いている点であり、半導体レーザはある程度の波長範囲で自由な波長でレーザ発振できる。したがって、最終的に得られる深紫外光の波長を、正確に１９３．４ｎｍに合わせることが可能である。
【００９４】
また、本実施例では、ＬＤ３０１ａとＬＤ３０１ｂとを駆動する電流源３３０が共有されており、これによってパルス動作を行う際は、ＬＤ３０１ａとＬＤ３０１ｂとに対して、電流源３３０から電源ケーブル３３１ａ、３３１ｂを伝わって供給されるパルス電流のタイミングが全く等しくなり、その結果、それぞれから発生するパルス状のレーザ光のタイミングも全く等しくなることから、ＮＬＯ３１７ｃでのＳＦＧが効率良く行える。
【００９５】
第４の実施例
本実施例は、図１（ｂ）に示された第２の実施の形態を具現化する、第３の実施例と異なる実施例である。図１０は本実施例に係る深紫外光源４００の構成図である。深紫外光源４００では、基本波を発生させるレーザとして、ＩｎＧａＡｓ系ＬＤ４０１が用いられている。ＬＤ４０１は、前述した図９のＬＤ３０１と同様の構造になっているが、発振波長が多少短波長側に設定されており、波長９０４ｎｍのレーザ光が取り出される。
【００９６】
波長９０４ｎｍのレーザ光は、凹面ミラー４１６ａで反射して、ダイクロイック凹凸ミラー４１３ａで反射し、ＮＬＯ４１７ａに集光し、第２高調波である波長４５２ｎｍのレーザ光が、ダイクロイック凹凸ミラー４１３ａから取り出される。ただし、ＮＬＯ４１７ａから右側に出射する第２高調波は、凹面ミラー４１６ｂで反射して戻されてから、ダイクロイック凹凸ミラー４１３ａから取り出される。なお、ダイクロイック凹凸ミラー４１３ａは、波長４５２ｎｍにおいて高い透過率を有するが、波長９０４ｎｍにおいて高い反射率を有する特性になっている。また、ＮＬＯ４１７ａとしては、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＢｉＢＯなどが適している。
【００９７】
波長４５２ｎｍのレーザ光は、レンズ４１４ａで絞られながら進み、外部共振器４２１内に入る。外部共振器４２１を構成するダイクロイック凹凸ミラー４１３ｂとダイクロイック凹凸ミラー４１３ｃは、波長４５２ｎｍにおいて高い反射率を有しているが、ダイクロイック凹凸ミラー４１３ｃに取り付けられたＰＺＴ４１８によって、これらダイクロイック凹凸ミラー４１３ｂとダイクロイック凹凸ミラー４１３ｃとの間隔を波長４５２ｎｍの整数倍になるように常に微調整されており、その結果、波長４５２ｎｍのレーザ光は、外部共振器４２１内で共振する。
【００９８】
外部共振器４２１内部で共振するレーザ光が集光される位置にＮＬＯ４１７ｂが配置されているため、波長４５２ｎｍの第２高調波である波長２２６ｎｍのレーザ光が発生するが、ダイクロイック凹凸ミラー４１３ｃは、波長２２６ｎｍおいて９５％以上の高い反射率を有しているため、波長２２６ｎｍのレーザ光が外部共振器４２１の外部に取り出され、レーザ光となって進む。なお、ＮＬＯ４１７ｂとしては、ＣＬＢＯやＢＢＯなどが適している。
【００９９】
波長２２６ｎｍのレーザ光は、レンズ４１４ｂを通過し、絞られながら進んで、ダイクロイック凹凸ミラー４１３ｄを通過して、ＮＬＯ４１７ｃに入射する。ダイクロイック凹凸ミラー４１３ｄは、波長２２６ｎｍにおいて９５％以上の高い透過率を有すが、ダイクロイック凹凸ミラー４１３ｅは波長２２６ｎｍにおいて９５％以上の高い反射率を有するようになっている。
【０１００】
一方、励起光源として用いられているＬＤ４１０に結合されたファイバ４１１から取り出される０．８μｍの励起光は、２枚の凸レンズで構成されているコリメートレンズ４１２を通過して、絞られながら進み、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶４２２の端部に集光する。
【０１０１】
ところで、ダイクロイック凹凸ミラー４１３ｄ、４１３ｆ、４１３ｇ、及び凹面ミラー４１６ｃは、全て波長１３３８ｎｍのレーザ光を９９％以上の高い反射率で反射するようになっている。その結果、これらの４枚のミラーでは、波長１３３８ｎｍにおける共振器が構成され、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶４２２から発生するレーザ光の波長は１３３８ｎｍになっている。
【０１０２】
一方、ＮＬＯ４１７ｃは、この波長１３３８ｎｍのレーザ光の共振器中に配置されることになる。そのため、ＮＬＯ４１７ｃには、前述したように、波長２２６ｎｍのレーザ光と、波長１３３８ｎｍのレーザ光の両方が通過する。そして、これらのレーザ光においてＳＦＧが行われる。その結果、波長１９３．４ｎｍのレーザ光が発生し、この波長において高い透過率を有するダイクロイック平凸ミラー４１３ｇから波長１９３．４ｎｍの深紫外光として取り出される。なお、ＮＬＯ４１７ｃとしては、特にＣＬＢＯが適している。
【０１０３】
本実施例の特長としては、波長１９３．４ｎｍの深紫外光を発生させる際のＳＦＧに必要な波長１３３８ｎｍのレーザ光の発生だけにＹＡＧレーザの１．３μｍ帯が利用されており、ＮＬＯ４６７ｃ内における波長１３３８ｎｍのレーザ光の強度を高くでき、その結果、高出力の１９３．４ｎｍの深紫外光が得られる。
【０１０４】
第５の実施例．
本実施例は、図１（ｃ）に示された第３の実施の形態を具現化する実施例である。図１１は本実施例に係る深紫外光源５００の構成図である。深紫外光源５００では、Ｚ型共振器構造を有するアルゴンレーザ５０１が用いられている。すなわちアルゴンレーザ５０１の共振器は、放電管５０２の片側に平面ミラー５０３と分散プリズム５０４とが配置され、反対側には、凹面ミラー５１６ａ、ダイクロイック凹凸ミラー５１３ａ、及び凹面ミラー５１６ｂが配置され、アルゴンレーザ５０１は、共振器構成がＺ字型の内部波長変換型になっている。このアルゴンレーザ５０１は分散プリズム５０４によって、基本波として波長４７６．５ｎｍのレーザ光のみが発振するように波長選択されている。
【０１０５】
一方、ダイクロイック凹凸ミラー５１３ａと凹面ミラー５１６ｂとで、基本波のレーザ光集光される位置にＮＬＯ５１７ａが配置しており、これによって波長２３８．３ｎｍの第２高調波が発生し、波長２３８．３ｎｍにおいて高い透過率を有するダイクロイック凹凸ミラー５１３ａから波長２３８．３ｎｍのレーザ光のように取り出されるようになっている。
【０１０６】
ダイクロイック凹凸ミラー５１３ａから取り出されたレーザ光はコリメートレンズ５１２ａを通過して絞られながら進み、ダイクロイック凹凸ミラー５１３ｂを通って、ＮＬＯ５１７ｂで集光する。一方、ＬＤ５１０に直結された光ファイバ５１１から出射する波長０．８μｍ付近の励起光は、コリメートレンズ５１２ｂを通る。この励起光は波長０．８μｍ付近で高い透過率を有するダイクロイック凹凸ミラー５１３ｄを通過する。そして、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶５２２の端面に集光して、これを励起している。
【０１０７】
このダイクロイック凹凸ミラー５１３ｄ、凹面ミラー５１６ｃ、ダイクロイック平面ミラー５１９、及びダイクロイック凹凸ミラー５１３ｂは、波長１０４７ｎｍにおいては高い反射率を有している。その結果、これらのミラーによってＺ字型に構成されている共振器内に配置されているＮｄ：ＹＬＦ結晶５２２からは、波長１．０μｍ帯における強い発振ラインである波長１０４７ｎｍのレーザ光が発生する。
【０１０８】
したがって、ＮＬＯ５１７ｂとして用いられているＣＬＢＯを通過するレーザ光には、波長２３８．３ｎｍと波長１０４７ｎｍが含まれる。そして、これらのＳＦＧである波長１９４．１ｎｍの深紫外光が発生する。図１１で右に進む波長１９４．１ｎｍのレーザ光は、波長１９４．１ｎｍにおいて高い透過率を有するダイクロイック平面ミラー５１９から波長１９４．１ｎｍの深紫外光として取り出される。
【０１０９】
以上に示したように、本実施例の特長としては、使用するＮＬＯがＮＬＯ５１７ａと５１７ｂの２個で済むだけでなく、ＳＦＧを行うＮＬＯ５１７ｂにおける短波長側の波長が２３８．３ｎｍであるため、ＣＬＢＯによる位相整合が室温に近い温度で行われ、効率良く深紫外光を発生できる。
【０１１０】
なお、本実施例におけるＮｄ：ＹＬＦ結晶５２２の代わりに、三価のＹｂイオンがＹ３Ａｌ５Ｏ１２結晶、あるいはＫＧｄ（ＷＯ４）２結晶、あるいはＫＹ（ＷＯ４）２結晶にドープされたＹｂ系の固体レーザを用いてもよい。すなわち、これらＹｂ：ＹＡＧレーザ、Ｙｂ：ＫＧＷレーザ、あるいはＹｂ：ＫＹＷレーザは、それぞれ波長１０３０ｎｍ、１０２６ｎｍ、及び１０２５ｎｍの近赤外光が得られることが知られており、これらのレーザの基本波と、波長２３８．３ｎｍとのＳＦＧによって得られる深紫外光は、それぞれ波長１９３．５ｎｍ、１９３．４ｎｍ、及び１９３．４ｎｍとなるため、露光用ＡｒＦエキシマレーザの波長にさらに近くなる。したがって、露光用ＡｒＦエキシマレーザの波長とほぼ等しい波長でないと利用できない用途、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ増幅器用の発振器や、あるいはＡｒＦマスクの膜厚測定装置などの光源として特に適する。
【０１１１】
第６の実施例．
本実施例は、図１（ｄ）に示された第４の実施の形態を具現化する実施例である。図１２は本実施例に係る深紫外光源６００の構成図である。深紫外光源６００では、Ｚ型共振器構造を有するアルゴンレーザ６０１が用いられている。すなわちアルゴンレーザ６０１の放電管６０２の片側に平面ミラー６０３と分散プリズム６０４とが配置される。その反対側には、凹面ミラー６０５ａ、ダイクロイック平面ミラー６０９、及び凹面ミラー６０５ｂが配置される。アルゴンレーザ６０１は、共振器構成がＺ字型の内部波長変換になっている。このアルゴンレーザ６０１は分散プリズム６０４によって、基本波として波長４５７．９ｎｍのレーザ光のみが発振するように波長選択されている。
【０１１２】
一方、レンズ６０６ａと凹面ミラー６０５ｂとで、基本波のレーザ光集光される位置にＮＬＯ６０７ａが配置されている。ＮＬＯ６０７ａによって波長２２９ｎｍの第２高調波が発生する。そして、波長２２９ｎｍにおいて高い透過率を有するダイクロイック平面ミラー６０９から波長２２９ｎｍのレーザ光が取り出されるようになっている。
【０１１３】
ダイクロイック平面ミラー６０９から取り出されたレーザ光はレンズ６０６ｂを通過して絞られながら進み、ＮＬＯ６０７ｂで集光する。一方、ＬＤ６１０に直結された光ファイバ６１１から出射する波長０．８μｍ付近の励起光は、コリメートレンズ６１２を通る。そして、波長０．８μｍ付近で高い透過率を有するダイクロイック凹凸ミラー６０８ｂを通過する。ダイクロイック凹凸ミラー６０８ｂを通過した光は、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶６１３の端面に集光し、これを励起している。
【０１１４】
これらダイクロイック凹凸ミラー６０８ｂ、６０８ａ、ダイクロイック平面ミラー６０９、凹面ミラー６０５ｃは、波長１３１４ｎｍにおいては高い反射率を有している。その結果、これらのミラーによってＺ字型に構成されている共振器内に配置されているＮｄ：ＹＬＦ結晶６１３は、波長１．３μｍ帯における強い発振ラインである波長１３１４ｎｍでレーザ発振する。したがって、ＮＬＯ６０７ｂとして用いられているＣＬＢＯを通過するレーザ光には、波長２２９ｎｍと波長１３１４ｎｍの両方が含まれる。そして、これらのＳＦＧである波長１９５．０ｎｍの深紫外光が発生する。波長１９５．０ｎｍにおいて高い透過率を有するダイクロイック凹凸ミラー６０８ａから波長１９５．０ｎｍの深紫外光として取り出される。
【０１１５】
以上の本実施例において、使用するＮＬＯがＮＬＯ６０７ａと６０７ｂの２個で済むだけでなく、ＳＦＧを行うＮＬＯ６０７ｂにおける短波長側の波長が２２９ｎｍであるため、ＣＬＢＯによる位相整合が室温で行われ、効率良く深紫外光を発生できる。
【０１１６】
なお、本実施例の特長としては、ＳＦＧを行うＮＬＯ６０７ｂを通過する２つの波長のレーザ光に関して、波長１３１４ｎｍのレーザ光は、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの共振器中に閉じ込められている。一方、波長２２９ｎｍのレーザ光は、この波長で高い反射率を有する凹面ミラー６０５ｂと凹面ミラー６０５ｃとの間に閉じ込められている。したがって、どちらの波長のレーザ光も高いパワーになっており、ＳＦＧが効率良く行える。すなわち、このようにＳＦＧを行う２つのレーザ光のどちらに対しても、ＰＺＴ等で共振器長を正確に制御する必要がある外部共振器を利用していない点に大きな特徴があり、その結果、外乱に強い安定した共振器構造になっている。
【０１１７】
第７の実施例．
次に図１に示された本発明の深紫外光源１００を用いたマスク検査装置７００に関して、図１３を用いて説明する。なお、マスク検査装置７００はマスク７０１のパターン面に発生した欠陥を検出するための装置である。
【０１１８】
深紫外光源１００から取り出された深紫外光は、マスク検査装置７００内に入り、先ずハーフミラー７０２に入射される。ここでは約５０％が透過し、約５０％が反射する。ハーフミラー７０２を反射した深紫外光は、集光レンズ７０３ａを通過して、検査対象であるマスク７０１のパターン面（図で下側の面）に集光する。マスク７０１を出射した深紫外光は対物レンズ７０４ａによって、二次元光検出器７０５ａに入射される。すなわち、深紫外光がマスク７０１に集光した部分のパターン像が、二次元光検出器７０５ａに結像される。なお、本実施例では、二次元光検出器７０５ａ、及び７０５ｂとしては、画素数が２０４８画素×５１２画素（＝１０４８５７６画素）のＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサーが用いられているが、ＣＣＤセンサーを用いてもよい。
【０１１９】
一方、ハーフミラー７０２を透過した深紫外光は、ミラー７０６で反射し、深紫外光は集光レンズ７０３ｂを通過して、検査対象であるマスク７０１のパターン面に集光する。マスク７０１を出射した深紫外光は対物レンズ７０４ｂによって、二次元光検出器７０５ｂに入射される。
【０１２０】
二次元光検出器７０５ａ、及び二次元光検出器７０５ｂでの信号は、それぞれ信号線７０７ａ、７０７ｂによってパターン比較装置７０８に送られる。これによって、Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄｉｅ比較検査が行われる。
【０１２１】
本実施例の特長としては、検査光源に本発明の深紫外光源１００を用いていることから、装置全体がコンパクトになっただけでなく、安定した検査が長時間行えるようになった。
【０１２２】
第８の実施例．
次に、第１の実施例で示した深紫外光源１００を用いたパターン露光装置８００に関して図１４を用いて説明する。図１４は本発明のパターン露光装置８００の構成図である。パターン露光装置８００は、露光光源として、図７に構造が示された本発明の深紫外光源１００を用いており、そこから取り出される波長１９３．６ｎｍの深紫外光によって、ウエハ上にパターンを描画する装置である。
【０１２３】
深紫外光源１００からのレーザ光は、ミラー８０２で反射してから、ミラーデバイス８０３に入射される。ミラーデバイス８０３は、照射されるレーザービームの反射光を、ビーム断面内で二次元的に制御するデバイスであり、例えば、米国のＴＩ社が製品化しているマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等が適している。パターン情報を有する深紫外光は、縮小投影光学系８０４を通って、ＸＹステージ８０５上に載せられたウエハ８０１に入射される。すなわち、縮小投影光学系８０４は、ミラーデバイス８０３を、ウエハ８０１上に縮小投影している。また、ウエハ８０１にはレジストが塗布されているため、そのレジストがパターン状に露光される。
【０１２４】
本実施例の特長としては、ウエハ上のレジストを任意なパターンに露光できる直接露光装置において、その光源に本発明の深紫外光源１００を用いているため、一般的なＡｒＦエキシマレーザを用いる場合に比べて、コンパクトであり、しかもＡｒＦエキシマレーザとは異なり、有毒なフッ素ガスを用いる必要もない。ただし、露光光である深紫外光は、波長１９３．４ｎｍのＡｒＦエキシマレーザとは僅かに異なる波長であるが、僅か０．２ｎｍしかずれていないため、広く市販されているＡｒＦレジストをそのまま利用できる。
【０１２５】
以上のことから、本発明の深紫外光源は、高出力の波長約１９３ｎｍの深紫外光を安定して発生できるため、ＡｒＦマスク用の欠陥検査装置や、ＡｒＦマスク用位相シフタ等の位相差測定器の光源に適している。
【０１２６】
さらに、ＡｒＦエキシマレーザに比べてコンパクトであり、高繰り返しパルス動作も可能であるため、ＡｒＦ露光装置用のＡｒＦエキシマレーザを発振器と増幅器とで構成した場合の発振器にも利用できる。
【０１２７】
また、スループットをそれ程必要としない試作用の露光装置や、パルス光だとダメージが入りやすいマイクロミラーデバイスを用いたパターン露光装置などには、ＡｒＦエキシマレーザを用いずに、本発明の深紫外光源を露光光源として利用できる。
【０１２８】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明における深紫外光源の手法の概念図である。
【図２】ＳＦＧによって波長１９３ｎｍを発生させる位相整合の説明図である。
【図３】三価のＮｄイオンがドープされた固体レーザのレーザ遷移を示す説明図である。
【図４】各種固体レーザのレーザ遷移を示す説明図である。
【図５】各種の固体レーザにおける深紫外光の波長をまとめた表である。
【図６】各種半導体レーザの発振波長帯を示した説明図である。
【図７】深紫外光源１００の構造を示す構成図である。
【図８】深紫外光源２００の構造を示す構成図である。
【図９】深紫外光源３００の構造を示す構成図である。
【図１０】深紫外光源４００の構造を示す構成図である。
【図１１】深紫外光源５００の構造を示す構成図である。
【図１２】深紫外光源６００の構造を示す構成図である。
【図１３】マスク検査装置７００の構成図である。
【図１４】パターン露光装置８００の構成図である。
【図１５】従来提案されてきた様々な深紫外光発生手法を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１１  第１の固体レーザ  １２  第２の固体レーザ  １３、１４、１５  ＮＬＯ
２１  ＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ  ２２  固体レーザ又はＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ
２３、２４、２５  ＮＬＯ
３１  アルゴンレーザ  ３２  固体レーザ  ３３、３４  ＮＬＯ
４１  アルゴンレーザ  ４２  固体レーザ  ４３、４４  ＮＬＯ
１００  深紫外光源
１１０  ＬＤ  １１１  ファイバ  １１２  コリメートレンズ
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｄ、１１３ｄ、１１３ｅ、１１３ｆ、１１３ｇ  ダイクロイック凹凸ミラー
１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ、１１４ｅ  レンズ
１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ  ミラー
１１６  凹面ミラー  １１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ  ＮＬＯ
１１９  ダイクロイック平面ミラー  １２０  レーザ共振器
１２０  Ｚ型共振器  １２２  Ｎｄ：ＹＬＦ結晶  １２３  Ｑスイッチ１９０ｎｍ
２００  深紫外光源  ２１０ａ、２１０ｂ  ＬＤ  ２１１ａ、２１１ｂ  ファイバ
２１２ａ、２１２ｂ  コリメートレンズ
２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、２１３ｄ、２１３ｅ、２１３ｆ  ダイクロイック凹凸ミラー  ２１３ｇ、２１３ｈ  ダイクロイック凹面ミラー
２１４ａ、２１４ｂ  レンズ  ２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ  ミラー
２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ  ＮＬＯ  ２１８  ＰＺＴ
２２０  レーザ共振器  ２２１ａ、２２１ｂ  外部共振器
２２２ａ、２２２ｂ  Ｎｄ：ＹＬＦ結晶
３００  深紫外光源  ３０１ａ、３０１ｂ  ＬＤ
３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ、３１３ｄ、３１３ｅ  ダイクロイック凹凸ミラー
３１３ｆ  ダイクロイック凹凸ミラー  ３１４ａ、３１４ｂ  レンズ
３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ  凹面ミラー
３２１  外部共振器  ３３０  電流源  ３３１ａ、３３１ｂ  電源ケーブル
４００  深紫外光源
４０１、４１０  ＬＤ  ４１１  ファイバ  ４１２  コリメートレンズ
４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ、４１３ｄ、４１３ｅ  ダイクロイック凹凸ミラー
４１３ｇ  ダイクロイック平凸ミラー  ４１４ａ、４１４ｂ  レンズ
４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃ  凹面ミラー  ４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃ  ＮＬＯ
４１８  ＰＺＴ  ４２１  外部共振器  ４２２  Ｎｄ：ＹＡＧ結晶
５００  深紫外光源  ５０１  アルゴンレーザ  ５０２  放電管  ５０３  平面ミラー
５０４  分散プリズム  ５１１  光ファイバ
５１２ａ、５１２ｂ  コリメートレンズ
５１３ａ、５１３ｂ、５１３ｃ、５１３ｄ  ダイクロイック凹凸ミラー
５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃ  凹面ミラー
５１７ａ、５１７ｂ  ＮＬＯ  ５１８  ＰＺＴ  ５１９  ダイクロイック平面ミラー
５２２  Ｎｄ：ＹＬＦ結晶
６００  深紫外光源  ６０１  アルゴンレーザ  ６０２  放電管  ６０３  平面ミラー
６０４  分散プリズム  ６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃ  凹面ミラー
６０６ａ、６０６ｂ  レンズ  ６０７ａ、６０７ｂ  ＮＬＯ
６０８ａ、６０８ｂ  ダイクロイック凹凸ミラー  ６０９  ダイクロイック平面ミラー
６１１  光ファイバ  ６１２  コリメートレンズ  ６１３  Ｎｄ：ＹＬＦ結晶
７００  マスク検査装置  ７０１  マスク  ７０２  ハーフミラー
７０３ａ、７０３ｂ  集光レンズ  ７０４ａ、７０４ｂ  対物レンズ
７０５ａ、７０５ｂ  二次元光検出器  ７０６  ミラー
７０７ａ、７０７ｂ  信号線  ７０８  パターン比較装置
８００  パターン露光装置  ８０１  ウエハ  ８０２  ミラー  ８０３  ミラーデバイス
８０４  縮小投影光学系  ８０５  ステージ
９００  深紫外光源  ９０１  Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
９０２、９０３、９０４、９０５、９０６  ＮＬＯ
９１０  深紫外光源  ９１１  固体レーザ  ９１５  Ｔｉ：Ｓレーザ
９１２、９１３、９１４、９１６、９１７  ＮＬＯ
９２０  深紫外光源  ９２１  Ｎｄ：ＹＡＧレーザ  
９２２、９２３、９２４  ＮＬＯ
【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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【図７】
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【図８】
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【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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