(57)【要約】【課題】耐光強度マップ等の作成に多大な工数を要することなく、波長変換光学素子を効率的に利用可能なレーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ装置ＬＳは、基本波レーザ光Ｌａを出力するレーザ光出力部１と、基本波レーザ光を波長変換して変換光Ｌｖを出力する波長変換部３とを備える。波長変換部３には、波長変換光学素子から放射される光の状態変化を検出することにより、波長変換光学素子のビーム伝播領域で損傷が発生したことを検出して検出信号を出力する損傷検出装置６０（７０）が備えられて構成される。【選択図】図１
2012252289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記波長変換部には、
入射したレーザ光を波長変換して出射する波長変換光学素子と、
前記波長変換光学素子から放射される光の状態変化を検出することにより、前記波長変換光学素子を透過するレーザ光のビーム伝播領域において損傷が発生したことを検出して検出信号を出力する損傷検出手段と
を備えたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記損傷検出手段は、
前記波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビーム径が、波長変換を開始した初期状態のビーム径から増加したときに、当該ビーム径の増加状態を検出して前記検出信号を出力するように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記損傷検出手段は、
前記ビーム伝播領域において散乱光が発生したときに、当該散乱光を検出して前記検出信号を出力するように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記損傷検出手段は、
前記初期状態において前記波長変換光学素子から出射されたレーザ光がそのまま通過し、前記ビーム径の増加状態において前記波長変換光学素子から出射されたレーザ光の外周部が掛かるように設定された開口と、
前記波長変換光学素子から出射され前記開口で反射されたレーザ光を検出する反射光検出器と
からなることを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記波長変換光学素子が、疑似位相整合型の波長変換光学結晶であることを特徴とする請求項２または４に記載のレーザ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項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７】
請求項１〜５のいずれか一項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する検出器と
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、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て構成されるレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置として、露光装置や各種検査装置、光治療装置などに好適に用いられる全固体型のレーザ装置が知られている。このようなレーザ装置は、所定波長の基本波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基本波レーザ光を波長変換する波長変換部とを備えて構成される。波長変換部には波長変換光学素子が設けられており、例えば、赤外領域の基本波レーザ光を複数の波長変換光学素子により順次波長変換し、紫外領域のレーザ光を出力するように構成される（特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたレーザ装置の概要構成を図９に示す。このレーザ装置は、波長１．５μｍ程度の基本波レーザ光を出力するレーザ光出力部９０１と、レーザ光出力部９０１から出力された基本波レーザ光を波長変換して波長２００ｎｍ以下の紫外レーザ光を出力する波長変換部９０３とを備えて構成される。レーザ光出力部９０１には、基本波レーザ光の種光を発生するレーザ光源９１１と、レーザ光源９１１により発生された種光を増幅するファイバ光増幅器９２１とが設けられている。波長変換部９０３には、波長変換光学素子９３１〜９３６、偏光ビームスプリッタやミラー等の光学素子９４１〜９４５、レンズ９５１〜９５８などが設けられている。
【０００４】
レーザ光源９１１により発生されファイバ光増幅器９２１により増幅された波長１．５μｍ程度の基本波レーザ光は、レーザ光出力部９０１から出力され、波長変換部９０３の偏光ビームスプリッタ９４１に入射する。偏光ビームスプリッタ９４１に入射した基本波レーザ光のうち、ｐ偏光成分の光は偏光ビームスプリッタ９４１を透過し、レンズ９５１を介して波長変換光学素子９３１に集光入射する。一方、偏光ビームスプリッタ９４１に入射した基本波レーザ光のうち、ｓ偏光成分の光は偏光ビームスプリッタ９４１により反射され、ミラー９４２，９４３及びレンズ９５６を介して波長変換光学素子９３４に集光入射する。
【０００５】
波長変換光学素子９３１ではｐ偏光の基本波（基本波レーザ光）の第２高調波発生が行われ、波長が基本波の１／２、周波数が基本波の２倍の２倍波（第２高調波）が発生する。波長変換光学素子９３１として、例えばＰＰＬＮ（Periodically  Poled  ＬiＮbＯ3）結晶が用いられる。波長変換光学素子９３１で発生したｐ偏光の２倍波と、波長変換光学素子９３１を透過したｐ偏光の基本波は、レンズ９５２を介して波長変換光学素子９３２に集光入射する。
【０００６】
波長変換光学素子９３２では基本波と２倍波との和周波発生が行われ、３倍波（第３高調波）が発生する。波長変換光学素子９３２として、例えばＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が用いられる。波長変換光学素子９３２で発生したｓ偏光の３倍波と、波長変換光学素子９３２を透過したｐ偏光の２倍波は、２波長波長板９４５を通して２倍波のみ偏光面を回転させ、レンズ９５３を介して波長変換光学素子９３３に集光入射する。
【０００７】
波長変換光学素子９３３では２倍波と３倍波との和周波発生が行われ、５倍波（第５高調波）が発生する。波長変換光学素子９３３として、例えばＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶が用いられる。波長変換光学素子９３３で発生したｐ偏光の５倍波は、レンズ９５４，９５５を介してダイクロイックミラー９４４に入射する。
【０００８】
波長変換光学素子９３４ではｓ偏光の基本波（基本波レーザ光）の第２高調波発生が行われ、２倍波が発生する。波長変換光学素子９３４として、例えばＬＢＯ結晶が用いられる。波長変換光学素子９３４で発生したｐ偏光の２倍波と、波長変換光学素子９３４を透過したｓ偏光の基本波は、レンズ９５７，９５８を介してダイクロイックミラー９４４に入射する。
【０００９】
ダイクロイックミラー９４４は、５倍波の波長帯域の光を透過し、基本波及び２倍波の波長帯域の光を反射するように構成されている。そのため、波長変換光学素子９３３により発生されたｐ偏光の５倍波はダイクロイックミラー９４４を透過して波長変換光学素子９３５に集光入射する。また、波長変換光学素子９３４で発生したｐ偏光の２倍波及び波長変換光学素子９３４を透過したｓ偏光の基本波は、ダイクロイックミラー９４４により反射されて５倍波と同軸に重ね合わされ、波長変換光学素子９３５に集光入射する。
【００１０】
波長変換光学素子９３５では５倍波と２倍波との和周波発生が行われ、７倍波（第７高調波）が発生する。波長変換光学素子９３５で発生したｓ偏光の７倍波と、波長変換光学素子９３５を透過したｓ偏光の基本波は、波長変換光学素子９３６に入射して和周波発生が行われ、波長が基本波の１／８、周波数が基本波の８倍の８倍波（第８高調波）が発生する。波長変換光学素子９３５，９３６として、例えばＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶が用いられる。８倍波は波長が２００ｎｍ以下の紫外領域のレーザ光であり、このようにして発生された紫外レーザ光がレーザ装置から出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−３０８９０８号公報
【特許文献２】特開２００４−８６１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
波長変換光学素子の波長変換効率は、一般的に入射光のパワー密度に比例するため、各波長変換光学素子に入射するレーザ光は集光レンズを介して集光入射される。ところが、レーザ装置に対する高出力化の要請に伴い、波長変換部に入射する基本波レーザ光のパワーを高めてゆくと、レーザ光が透過する波長変換光学素子のビーム伝搬領域で損傷が発生し、その結果、出力光のパワーが低下するという問題が生じていた。
【００１３】
例えば、前述した波長変換部９０３において、基本波を２倍波に変換する波長変換光学素子９３１は、ＰＰＬＮ結晶等の疑似位相整合（ＱＰＭ：Quasi  Phase  Matching）型の波長変換光学素子（以下、ＱＰＭ結晶と称する）が用いられている。このようなＱＰＭ結晶は、入射光のパワー密度が高くなると、フォトリフラクティブ効果によって結晶内部の屈折率が変化する光損傷（optical  damage）が発生する。
【００１４】
また、波長変換光学素子９３２〜９３６は、ＬＢＯ，ＢＢＯ，ＣＬＢＯ等のバルク結晶が用いられるが、これらの結晶では、結晶の育成段階で内包された不純物や結晶構造の不完全性などにより、入射光のパワー密度が高くなってくると、これらの欠陥部で損傷が発生する。欠陥に基づく損傷はＱＰＭ結晶についても同様に発生し得る。
【００１５】
上記のような高パワー領域での損傷の発生は、一般的に、結晶の種類や製造ロット等によって相違するが、同一結晶内でも、比較的短時間のレーザ光入射で損傷が発生する（耐久性が低い）場所と、長時間レーザ光を入射しても損傷が発生しにくい（耐久性が高い）場所とが存在する。
【００１６】
このような状況に対処する手法として、個々の波長変換光学素子について耐久性を予め計測しておき、計測結果に基づいて各波長変換光学素子を入射面内でシフトさせることが考えられる。すなわち、個々の波長変換光学素子について、レーザ光の入射位置を変えて所定パワーのレーザ光を入射し、各位置で損傷が発生するまでの時間（耐久性）を予め計測しておく。そして、計測された各部の耐久性に応じて、所定時間ごとに波長変換光学素子をシフトして（あるいは所定速度で波長変換光学素子を移動させて）、損傷が発生する以前に常に新しい結晶面にレーザ光が入射するように構成する。
【００１７】
しかしながら、仮に波長変換光学素子を一定時間ごとにシフトさせるとすれば、その周期は最も耐久性が低い位置での損傷発生時間以内とする必要があり、比較的高価な波長変換光学素子の効率的な利用が図れない。一方、耐久性が高い場所と低い場所とでシフトさせる周期（若しくは移動速度）を変化させるとすれば、各部の耐久性を比較的細かく計測してマッピングしておく必要があり、多大な工数を要するとともに、波長変換光学素子の継時変化による耐久性の低下に対応することができない。
【００１８】
本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、多大な工数を要することなく、波長変換光学素子を効率的に利用可能なレーザ装置を提供することを目的とする。また、これにより効率的な稼働を可能とした露光装置等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】
【００１９】
上記課題を解決して目的を達成するため、本発明を例示する第１の態様はレーザ装置である。レーザ装置は、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る。波長変換部には、入射したレーザ光を波長変換して出射する波長変換光学素子と、波長変換光学素子から放射される光の状態変化を検出することにより、波長変換光学素子を透過するレーザ光のビーム伝播領域において損傷が発生したことを検出して検出信号を出力する損傷検出手段（例えば、実施形態における損傷検出装置６０，７０）とを備えて構成される。
【００２０】
なお、前記損傷検出手段は、前記波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビーム径が、波長変換を開始した初期状態のビーム径から所定以上増加したときに、当該ビーム径の増加状態を検出して検出信号を出力するように構成することができる。あるいは、前記損傷検出手段は、前記ビーム伝播領域において散乱光が発生したときに、当該散乱光を検出して検出信号を出力するように構成することができる。
【００２１】
ビーム径の増加状態を検出する場合、損傷検出手段は、前記初期状態において波長変換光学素子から出射されたレーザ光がそのまま通過し、前記ビーム径の増加状態において波長変換光学素子から出射されたレーザ光の外周部が掛かるように設定された開口（例えば、実施形態におけるアパーチャ６１の開口）と、波長変換光学素子から出射され開口で反射されたレーザ光を検出する反射光検出器とから構成することができる。なお、ビーム径の増加状態を検出する場合の一つの形態は、波長変換光学素子が疑似位相整合型の波長変換光学結晶である場合である。
【００２２】
本発明を例示する第２の態様は露光装置である。この露光装置は、上記いずれかのレーザ装置と、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。
【００２３】
本発明を例示する第３の態様は検査装置である。この検査装置は、上記いずれかのレーザ装置と、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する検出器とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００２４】
第１の態様のレーザ装置は、波長変換部に、波長変換光学素子から放射される光の状態変化を検出することにより、波長変換光学素子を透過するレーザ光のビーム伝播領域において損傷が発生したことを検出して検出信号を出力する損傷検出手段を備えて構成される。そのため、波長変換光学素子のビーム伝播領域において損傷が発生するまで波長変換光学素子をシフト等させることなく使用することができる。また損傷が発生したときには損傷検出手段から検出信号が出力されるため、当該検出信号に基づいて直ちに波長変換光学素子をシフト等させることができる。従って、個々の波長変換光学素子について予め結晶各部の耐久性を計測してマッピングしておくような多大な工数を要することなく、波長変換光学素子を最大限効率的に利用可能なレーザ装置を提供することができる。
【００２５】
第２の態様の露光装置は、上記のような損傷検出手段を有するレーザ装置を備えて構成される。そのため、波長変換光学素子のビーム伝播領域において損傷が発生するまで波長変換光学素子をシフト等させることなくレーザ装置を使用することができ、損傷が発生したときには損傷検出手段から出力される検出信号に基づいて波長変換光学素子をシフト等させることができる。従って、本露光装置では、レーザ装置において波長変換光学素子を交換するたびに多大な工数を要するようなことがなく、かつ各波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができ、これにより効率的な稼働を可能とした露光装置を提供することができる。
【００２６】
第３の態様の検査装置は、上記のような損傷検出手段を有するレーザ装置を備えて構成される。そのため、波長変換光学素子のビーム伝播領域において損傷が発生するまで波長変換光学素子をシフト等させることなくレーザ装置を使用することができ、損傷が発生したときには損傷検出手段から出力される検出信号に基づいて波長変換光学素子をシフト等させることができる。従って、本検査装置では、レーザ装置において波長変換光学素子を交換するたびに多大な工数を要するようなことがなく、かつ各波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができ、これにより効率的な稼働を可能とした検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】レーザ装置の全体構成を例示する概要構成図である。
【図２】上記レーザ装置における波長変換光学系の概要構成図である。
【図３】第１構成形態の損傷検出装置の概要構成図である。
【図４】波長変換光学素子で損傷が発生する前後におけるビームプロファイルの変化を模式的に表した説明図である。
【図５】第２構成形態の損傷検出装置の概要構成図である。
【図６】波長変換光学素子で損傷が発生する前後における散乱光の発生状況を模式的に表した説明図である。
【図７】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８】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。
【図９】従来のレーザ装置における波長変換光学系の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。図１に本発明を適用したレーザ装置ＬＳの概要構成を示す。レーザ装置ＬＳは、基本波レーザ光を出力するレーザ光出力部１、レーザ光出力部１から出力された基本波レーザ光を所定波長のレーザ光に波長変換して出力する波長変換部３、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などを備えて構成される。
【００２９】
レーザ光出力部１及び波長変換部３は、このレーザ装置ＬＳを用いて構成されるシステムの用途及び機能に応じて適宜に設定可能である。本実施形態では、レーザ光出力部１から波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光Ｌａを出力し、これを波長変換部３において波長変換して、最短波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖを出力する場合を例として説明する。
【００３０】
本実施形態では、レーザ光出力部１を、基本波レーザ光の種光であるシード光を出力するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０にから出力されたシード光を増幅する増幅部２０とにより構成した形態を示す。レーザ光発生部１０には、波長１５４７ｎｍのシード光Ｌsを発生するレーザ光源１１が設けられ、増幅部２０には、レーザ光源１１により発生されたシード光Ｌsを増幅して所定強度の基本波レーザ光Ｌａを出力するファイバ光増幅器２１が設けられている。
【００３１】
レーザ光源１１は、発振波長が１．５μｍ帯の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、ＣＷ発振及びパルス発振させることができ、励起電流を制御することによりパルス波形を高速で制御することができる。またＤＦＢ半導体レーザは、温度制御することにより狭帯域化された波長１５４７ｎｍのシード光を出力させることができる。なお、レーザ光発生部１０にＥＯＭ（Electro  Optic  Modulator）等の外部変調器を設け、ＣＷまたはパルス発振させたＤＦＢ半導体レーザの出力光を外部変調器により切り出して所要波形のパルス光を出力するように構成しても良い。
【００３２】
ファイバ光増幅器２１は、増幅する波長帯域に応じて適宜な媒質がドープされたものを用いることができる。波長１．５μｍ帯のシード光を増幅するファイバ光増幅器として、コアにエルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバー光増幅器（ＥＤＦＡ）を好適に用いることができる。ファイバ光増幅器２１から出射した基本波レーザ光Ｌaはレーザ光出力部１から出力され、波長変換部３に入力される。
【００３３】
波長変換部３には、複数の波長変換光学素子やミラー等からなる波長変換光学系３０が設けられている。波長変換光学系３０の概要構成を図２に示す。図中には、偏光面が紙面に平行なｐ偏光の光を上下方向の矢印で、偏光面が紙面に垂直なｓ偏光の光をドット付きの○印で示す。また、基本波をω、そのｎ次高調波をｎωで示す。
【００３４】
波長変換光学系３０は、レーザ光出力部１から出力された基本波レーザ光Ｌaのうち、第１の基本波レーザ光Ｌa1が入射して伝播する第１系列Ｉ、第２の基本波レーザ光Ｌa2が入射して伝播する第２系列II、及び第１，第２系列を伝播したレーザ光が同軸に重ね合わされて入射し伝播する第３系列IIIからなり、これら３つの系列に配設された波長変換光学素子３１〜３６、偏光ビームスプリッタやミラー等の光学素子４１〜４５、レンズ５１〜５８などにより構成される。
【００３５】
第１系列Ｉでは、波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第１の基本波レーザ光Ｌa1が、この系列に設けられた波長変換光学素子３１，３２，３３により順次ω→２ω→３ω→５ωに波長変換され、発生した５倍波（５倍波）５ωが第３系列IIIに入射する。第２系列IIでは、波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第２の基本波レーザ光Ｌa2が、この系列に設けられた波長変換光学素子３４によってω→２ωに波長変換され、発生した２倍波（第２高調波）２ωと波長変換されずに透過した基本波ωが第３系列IIIに入射する。
【００３６】
第３系列IIIでは、波長変換光学素子３５において、第１系列で発生した５倍波５ωと第２系列で発生した２倍波２ωとの和周波発生により７倍波（第７高調波）７ωが発生し、波長変換光学素子３６において、７倍波７ωと基本波ωとの和周波発生により８倍波（第８高調波）８ωが発生する。そして、このようにして発生した波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖが波長変換部３から出力される。以下、波長変換部３の構成及び各部におけるレーザ光の状態について詳細に説明する。
【００３７】
波長変換部３の入力部には偏光ビームスプリッタ４１が設けられており、波長変換部３に入射した基本波レーザ光Ｌａが、偏光ビームスプリッタ４１によって第１の基本波レーザ光Ｌa1と第２の基本波レーザ光Ｌa2とに分割される。すなわち、波長変換部３に入射した基本波レーザ光Ｌａのうち、ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ４１を透過し、第１の基本波レーザ光Ｌa1となって第１系列Ｉに入射する。また、波長変換部３に入射した基本波レーザ光Ｌａのうち、ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ４１により反射され、第２の基本波レーザ光Ｌa2となって第２系列IIに入射する。
【００３８】
第１系列に入射した第１の基本波レーザ光Ｌａ1は、レンズ５１を介して波長変換光学素子３１に集光入射し、第２高調波発生により２倍波２ωを発生させる。波長変換光学素子３１で発生したｐ偏光の２倍波２ωと、波長変換光学素子３１を透過したｐ偏光の基本波ωは、レンズ５２を介して波長変換光学素子３２に集光入射し、和周波発生によりｓ偏光の３倍波３ωを発生させる。
【００３９】
２倍波発生用の波長変換光学素子３１は、ＰＰＬＮ（Periodically  Poled  ＬiＮbＯ3）結晶や、ＰＰＬＴ（Periodically  Poled  ＬiＴaＯ3）結晶、ＰＰＫＴＰ（Periodically  Poled  ＫＴiＯＰＯ4）結晶等の疑似位相整合型の波長変換結晶（ＱＰＭ結晶）が好適に用いられる。また、３倍波発生用の波長変換光学素子３２は、ＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３１としてＬＢＯ結晶を用いることもできる。
【００４０】
波長変換光学素子３２で発生したｓ偏光の３倍波３ω及び波長変換光学素子３２を透過したｐ偏光の２倍波２ωは、２波長波長板４５を透過させて２倍波２ωのみをｓ偏光に変換する。２波長波長板４５は、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性結晶の平板からなる波長板が用いられる。この波長板は、一方の波長の光（２倍波２ω）に対して偏光面を回転させ、他方の波長の光（３倍波３ω）に対しては偏光面が回転しないように、波長板の厚さを一方の波長の光に対してλ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットすることにより構成される。
【００４１】
ともにｓ偏光になった２倍波２ω及び３倍波３ωは、レンズ５３を介して波長変換光学素子３３に集光入射し、和周波発生により周波数が基本波の５倍、波長が１／５（３０９ｎｍ）の５倍波５ωを発生させる。５倍波発生用の波長変換光学素子３３として、例えばＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３３として、ＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶を用いることも可能である。
【００４２】
ＢＢＯ結晶から出射されたｐ偏光の５倍波５ωは、ウォークオフに起因してビーム断面が楕円形になっているため、シリンドリカルレンズ５４，５５によりビーム断面を円形に整形し、ダイクロイックミラー４４に入射させる。
【００４３】
第２系列IIに入射した第２の基本波レーザ光Ｌa2は、ミラー４２，４３及びレンズ５６を介して波長変換光学素子３４に集光入射し、第２高調波発生により２倍波２ωを発生させる。波長変換光学素子３４としてＬＢＯ結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３４は、前述した波長変換光学素子３１と同様のＱＰＭ結晶を用いることもできる。波長変換光学素子３４で発生したｐ偏光の２倍波２ω、及び波長変換光学素子３４を透過したｓ偏光の基本波ωは、レンズ５７，５８を介してダイクロイックミラー４４に入射させる。
【００４４】
ダイクロイックミラー４４は、５倍波の波長帯域の光を透過し、基本波及び２倍波の波長帯域の光を反射する波長選択性を有して構成される。そのため、波長変換光学素子３３で発生した５倍波５ωはダイクロイックミラー４４を透過して第３系列IIIに入射する。一方、波長変換光学素子３４で発生した２倍波２ω及び波長変換光学素子３４を透過した基本波ωはダイクロイックミラー４４で反射され、５倍波５ωと同軸に重ね合わされて第３系列IIIに入射する。
【００４５】
第３系列IIIには、波長変換光学素子３５と波長変換光学素子３６が配設されている。波長変換光学素子３５では、第１系列Ｉから入射したｐ偏光の５倍波５ωと、第２系列IIから入射したｐ偏光の２倍波２ωの和周波発生が行われ、周波数が基本波の７倍、波長が１／７（２２１ｎｍ）の７倍波７ωが発生する。７倍波発生用の波長変換光学素子３５は、ＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。
【００４６】
波長変換光学素子３５で発生したｓ偏光の７倍波７ωと、第２系列IIから入射して波長変換光学素子３５を透過したｓ偏光の基本波ωは、波長変換光学素子３６に入射し、和周波発生により周波数が基本波の８倍、波長が１／８（１９３ｎｍ）の８倍波８ωが発生する。８倍波発生用の波長変換光学素子３６は、ＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。
【００４７】
そして、波長変換光学素子３６で発生した波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖ（８倍波８ω）が波長変換部３から出力される。
【００４８】
本実施形態に例示するレーザ装置ＬＳでは、レーザ光出力部１から高いパワーレベルの基本波レーザ光Ｌａが出射され、波長変換部３の各波長変換光学素子３１〜３６では、レンズを介して集光入射されるレーザ光のパワー密度（パルス光の場合には、ピークパワーを集光断面積で除した値）がＭＷ／ｃｍ2オーダーの極めて高い値となる。
【００４９】
このようなパワーレベルで用いられる波長変換光学素子では、高いパワー密度のレーザ光が透過するレーザ光の伝播領域で損傷が発生しやすく、損傷が発生するとビームプロファイルの変化や波長変換効率の低下等により紫外レーザ光Ｌｖの出力が低下し得る。一方、波長変換部に設けられた個々の波長変換光学素子について、予め各部の耐久性を計測してマッピングしておき、マップに基づいて波長変換光学素子をシフトするような手法では、多大な工数を要するとともに波長変換光学素子の効率的な利用が図れない。
【００５０】
そこで、レーザ装置ＬＳにおいては、波長変換部３に、波長変換光学素子のビーム伝播領域で損傷が発生したことを検出して検出信号を出力する損傷検出装置が設けられている。損傷検出装置６０，７０は、波長変換光学素子から放射される光の状態変化を検出することによって、波長変換光学素子のビーム伝播領域で損傷が発生したことを検出するように構成される。なお、損傷検出装置６０は後に詳述する第１構成形態の損傷検出装置、損傷検出装置７０は第２構成形態の損傷検出装置である。
【００５１】
「波長変換光学素子から放射される光の状態」は、例えば、波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビームプロファイルや、波長変換光学素子から放出される散乱光の発生状況などをいう。すなわち、損傷検出装置６０，７０は、波長変換光学素子のビーム伝播領域で損傷が発生したときに、損傷の発生に伴って生じる光の状態変化を検出して検出信号を出力するように構成される。
【００５２】
損傷検出装置６０，７０の信号は制御部８に入力されており、制御部８は損傷検出装置６０，７０から検出信号が入力されたときに、所定の対応動作を実行する。対応動作として、例えば、レーザ装置の制御パネルに波長変換光学素子で損傷が発生した旨表示する警報動作や、損傷が発生した波長変換光学素子を、図示省略する結晶シフト機構により所定量移動させて、波長変換光学素子に入射するレーザ光が損傷を受けていない新たな領域を透過するようにシフトさせる結晶シフト動作などが例示される。
【００５３】
図３に第１構成形態の損傷検出装置６０の概要構成図、図５に第２構成形態の損傷検出装置７０の概要構成図を示しており、以下、各構成形態の損傷検出装置について詳細に説明する。
【００５４】
（第１構成形態）
第１構成形態の損傷検出装置６０は、波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビーム径が、波長変換を開始した初期状態のビーム径から所定以上増加したときに、そのビーム径の増加状態を検出して検出信号（ビーム径増加検出信号）を出力するように構成される。図３には、波長変換光学素子３１から出射されたレーザ光の光路上に設けたアパーチャ６１と、このアパーチャ６１で反射されたレーザ光を検出する反射光検出器６５とから損傷検出装置６０を構成した場合を例示する。
【００５５】
本実施形態レーザ装置ＬＳにおいて、波長変換光学素子３１は、ＰＰＬＮあるいはＰＰＬＴ等のＱＰＭ結晶が好適に用いられる。既述したように、ＱＰＭ結晶では、入射光のパワー密度が高くなるとフォトリフラクティブ効果により光損傷（optical  damage）が発生しやすくなる。光損傷が発生すると結晶内部においてビーム伝播領域の屈折率が変化し、これに伴って出力光のビームプロファイルが変化する。
【００５６】
波長変換光学素子３１で光損傷が発生すると、この波長変換光学素子３１における波長変換効率が低下するのみならず、ビームプロファイルの変化に起因して次段以降の波長変換光学素子３２，３３，３５，３６で集光スポット位置やスポット径が変化し、紫外レーザ光Ｌｖの出力が大きく低下する要因となる。
【００５７】
図４は、波長変換光学素子３１で光損傷が発生する前後におけるビームプロファイルの変化を模式的に表したものであり、（ａ）波長変換を開始した初期状態（光損傷が発生する前）の入出射光のビームプロファイルと、（ｂ）光損傷が発生した後の入出射光のビームプロファイルとを示す。（ｂ）の図中には、初期状態の出射光のビームプロファイルを二点鎖線で付記している。図示するように、波長変換光学素子３１において光損傷が発生すると、出射光のビームプロファイルはビーム径が増大する方向に変化する。
【００５８】
損傷検出装置６０のアパーチャ６１は、光損傷が発生する前のレーザ光がそのまま（有意な反射や回折等を生じることなく）通過し、光損傷の発生によりビーム径が増加したときにレーザ光の外周部が開口縁部に掛かる（反射ないし散乱が発生する）ように設定される。
【００５９】
具体的には、アパーチャ６１の開口径は、アパーチャ６１の配設位置における初期状態のビーム径の１．８〜２．２倍程度に設定される。そして、例えば開口径を初期状態のビーム径の２倍としたときには、波長変換光学素子３１から出射される出射光のビーム径が僅かに増大したときにレーザ光の外周部が開口縁部に掛かってレーザ光が反射（散乱）されるようになり、ビーム径が初期状態の１．１倍まで増加する以前に反射光検出器６５によって検出される。反射光検出器６５は、波長変換光学素子３１から出射される基本波及び２倍波の少なくともいずれかの波長の光を検出可能であればよく、例えば、赤外〜可視領域の光に対して検出感度を有するフォトダイオードを用いることができる。
【００６０】
反射光検出器６５により反射光が検出されることは、波長変換光学素子３１から出射されたレーザ光のビーム径が初期状態よりも増大したこと、すなわち波長変換光学素子３１のビーム伝播領域で光損傷が発生したことを意味する。
【００６１】
このように、損傷検出装置６０では、波長変換光学素子３１に代表されるＱＰＭ結晶で光損傷が発生したときに、その状態が直ちに検出され検出信号が出力される。そのため、使用中のビーム伝播領域で損傷が発生するまで波長変換光学素子３１をシフトさせることなく使用することができる。また損傷が発生すると反射光検出器６５から検出信号が出力されるため、当該検出信号に基づいて直ちに波長変換光学素子３１をシフトさせることができる。従って、予め結晶各部の耐久性を計測してマッピングしておくような多大な工数を要することなく、波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができる。
【００６２】
以上では、波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビーム径が初期状態のビーム径から所定以上増加したときに、その増加状態を検出する手段の一例として、アパーチャ６１と、アパーチャ６１からの反射光を検出する反射光検出器６５とを用いた構成を例示した。しかし、本技術はかかる構成例に限定されるものではなく、波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビーム径の増加状態を検出可能な構成であればよい。例えば、所定開口径のアパーチャ６１に変えて所定開口幅のスリットを用い、あるいは出射光の光軸から所定寸法離間した位置に反射針や散乱部材を配置するように構成しても良い。また、出射光の光軸から所定寸法離間した位置にミラーや光ファイバ等を配置して反射光検出器６５に導くように構成しても良い。
【００６３】
（第２構成形態）
第２構成形態の損傷検出装置７０は、波長変換光学素子のビーム伝播領域において散乱光が発生したときに、この散乱光を検出して検出信号（散乱光検出信号）を出力するように構成される。図５は、波長変換光学素子３３に近接して、波長変換光学素子３３のビーム伝播領域で発生した散乱光を検出する散乱光検出器７５を配置した構成を例示する。
【００６４】
本実施形態のレーザ装置ＬＳにおいて、波長変換光学素子３２〜３６はバルク結晶が用いられる。バルク結晶では、結晶の育成段階で内包された不純物や結晶構造の不完全性などにより、入射光のパワー密度が高くなるとこれらの欠陥部で損傷が発生する。また、５倍波発生用の波長変換光学素子３３はＢＢＯ結晶が用いられるが、このＢＢＯ結晶はハイパワーレベルで損傷を受けやすいことが経験的に確認されている。
【００６５】
図６は、波長変換光学素子３３で損傷が発生する前後における散乱光の発生状況を模式的に表したものであり、（ａ）波長変換を開始した初期状態（損傷が発生する前）と、（ｂ）損傷が発生した後の状態とを示している。図示するように、波長変換光学素子３３で損傷が発生すると、その損傷部近傍を透過するレーザ光が散乱を受け、散乱光が周囲に放出される。散乱光の出射方位や強度分布は、発生した損傷の大きさや透過するレーザ光の波長等によって変化するが、一般的には損傷部を中心として広い立体角度範囲に放出される。
【００６６】
散乱光検出器７５は、波長変換光学素子３３のビーム伝播領域で損傷が発生したときに損傷部から放出される散乱光が検出されるように、波長変換光学素子３３に近接して配設される。図６は波長変換光学素子３３の出射面側に近接して散乱光検出器７５を配置した構成例を示す。反射光検出器７５は、波長変換光学素子３３から放出される散乱光を検出可能であればよい。
【００６７】
具体的には、本構成形態において波長変換光学素子３３を透過するレーザ光は、２倍波、３倍波及び５倍波が主体であり、これらのうち少なくともいずれかの波長の光を検出可能な光検出器を用いることができる。このとき、２倍波及び３倍波は可視領域にあることから、可視領域の光に対して検出感度を有するフォトダイオードを用いることができる。これにより簡明且つ低コストで損傷検出装置７０を構成することができる。
【００６８】
このように、損傷検出装置７０では、波長変換光学素子３３に代表されるバルク結晶やＱＰＭ結晶において結晶構造の欠陥に基づく損傷が発生したときに、その状態が直ちに検出され検出信号が出力される。そのため、使用中のビーム伝播領域で損傷が発生するまで波長変換光学素子をシフトさせることなく使用することができる。また損傷が発生すると反射光検出器７５から検出信号が出力されるため、当該検出信号に基づいて直ちに波長変換光学素子をシフトさせることができる。従って、予め結晶各部の耐久性を計測してマッピングしておくような多大な工数を要することなく、波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができる。
【００６９】
なお、実施形態では、損傷検出装置７０を波長変換光学素子３３の損傷検出に適用した場合を例示したが、以上の説明から明らかなように、本構成形態の損傷検出装置７０はバルク結晶であるかＱＰＭ結晶であるかを問わず、他の波長変換光学素子３１，３２，３４〜３６の損傷検出にも適用可能である。
【００７０】
また、以上説明した実施形態では、レーザ光出力部１から出力された基本波レーザ光Ｌａを偏光ビームスプリッタ４１により２分割して波長変換部３の第１，第２系列に入射させた構成を例示した。しかしながら、レーザ光出力部１及び波長変換部３の具体的な構成はレーザ装置の用途や機能等に応じて適宜に偏光することができる。例えば、レーザ光出力部１から第１，第２の基本波レーザ光Ｌa1，Ｌa2を出射させて波長変換部３の第１，第２系列に直接入射させるように構成し、あるいはレーザ光出力部１から第１，第２，第３の基本波レーザ光Ｌa1，Ｌa2，Ｌa3を出射させ、第１系列で発生させた５倍波、第２系列で発生させた２倍波、及び第３の基本波レーザ光Ｌa3を重ね合わせて第３系列に入射させるように構成しても良い。さらに、波長変換部３に波長１．５μｍ帯の基本波レーザ光を入射し波長変換光学系３０で波長１９３ｎｍに波長変換する構成を例示したが、波長変換部３への入出射光の波長や波長変換光学系３０の具体的な構成等は、公知の種々の形態を適用することができる。
【００７１】
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。
【００７２】
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エ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７を参照して説明する。露光装置１００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１１３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１１５に光学的に投影して転写する。
【００７３】
露光装置１００は、上述したレーザ装置ＬＳと、照明光学系１０２と、フォトマスク１１３を保持するマスク支持台１０３と、投影光学系１０４と、露光対象物１１５を保持する露光対象物支持テーブル１０５と、露光対象物支持テーブル１０５を水平面内で移動させる駆動機構１０６とを備えて構成される。照明光学系１０２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、マスク支持部１０３に保持されたフォトマスク１１３に照射する。投影光学系１０４も複数のレンズ群により構成され、フォトマスク１１３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１１５に投影する。
【００７４】
このような構成の露光装置１００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１０２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１０３に保持されたフォトマスク１１３に照射される。フォトマスク１１３を通過した光はフォトマスク１１３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１０４を介して露光対象物支持テーブル１０５に保持された露光対象物１１５の所定位置に照射される。これにより、フォトマスク１１３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１１５の上に所定倍率で結像露光される。
【００７５】
このような露光装置１００によれば、レーザ装置ＬＳにおいて波長変換光学素子を交換するたびに多大な工数を要するようなことがなく、かつ各波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができ、これにより、効率的な稼働を可能とした露光装置を提供することができる。
【００７６】
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８を参照して説明する。図８に例示する検査装置２００は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物２１３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。
【００７７】
検査装置２００は、前述したレーザ装置ＬＳと、照明光学系２０２と、被検物２１３を保持する被検物支持台２０３と、投影光学系２０４と、被検物２１３からの光を検出するＴＤＩ(Time  Delay  and  Integration)センサ２１５と、被検物支持台２０３を水平面内で移動させる駆動機構２０６とを備えて構成される。照明光学系２０２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部２０３に保持された被検物２１３に照射する。投影光学系２０４も複数のレンズ群により構成され、被検物２１３を透過した光をＴＤＩセンサ２１５に投影する。
【００７８】
このような構成の検査装置２００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２０２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２０３に保持されたフォトマスク等の被検物２１３に照射される。被検物２１３からの光（本構成例においては透過光）は、被検物２１３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２０４を介してＴＤＩセンサ２１５に投影され結像する。このとき、駆動機構２０６による被検物支持台２０３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ２１５の転送クロックとは同期して制御される。
【００７９】
そのため、被検物２１３のデバイスパターンの像がＴＤＩセンサ２１５により検出され、このようにして検出された被検物２１３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。
【００８０】
このような検査装置２００によれば、レーザ装置ＬＳにおいて波長変換光学素子を交換するたびに多大な工数を要するようなことがなく、かつ各波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができ、これにより効率的な稼働を可能とした検査装置を提供することができる。なお、被検物２１３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２０４に入射してＴＤＩセンサ２１５に導くことにより、同様に構成することができる。
【符号の説明】
【００８１】
ＬＳ  レーザ装置
Ｌａ  基本波レーザ光
Ｌｖ  紫外レーザ光
１  レーザ光出力部
３  波長変換部
１０  レーザ光発生部
２０  増幅部
３０  波長変換光学系
３１〜３６  波長変換光学素子（３１  疑似位相整合型の波長変換光学結晶）
６０  第１構成形態の損傷検出装置（損傷検出手段）
６１  アパーチャ（開口）
６５  反射光検出器
７０  第２構成形態の損傷検出装置（損傷検出手段）
７５  散乱光検出器
１００  露光装置
１０２  照明光学系
１０３  マスク支持台
１０４  投影光学系
１０５  露光対象物支持テーブル
１１３  フォトマスク
１１５  露光対象物
２００  検査装置
２０２  照明光学系
２０３  被検物支持台
２０４  投影光学系
２１３  被検物
２１５  ＴＤＩセンサ（検出器）
【図１】
2012252289.tif 000003
【図２】
2012252289.tif 000004
【図３】
2012252289.tif 000005
【図４】
2012252289.tif 000006
【図５】
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【図６】
2012252289.tif 000008
【図７】
2012252289.tif 000009
【図８】
2012252289.tif 000010
【図９】
2012252289.tif 000011