レーザ装置、疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法、露光装置及び検査装置
【課題】疑似位相整合型の波長変換光学素子におけるフォトリフラクティブ効果を抑制し得る手法を提供し、同効果に起因した問題を解決可能なレーザ装置等を提供する。
【解決手段】レーザ装置ＬＳは、レーザ光を出力するレーザ光出力部１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３とを備える。波長変換部３には、波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換する疑似位相整合型の波長変換光学素子３１を備え、この波長変換光学素子３１の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ〜λ／ｎ（ｎ≧３）の光の反射率を低減する反射率低減コーティングが施されて構成される。
【解決手段】レーザ装置ＬＳは、レーザ光を出力するレーザ光出力部１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３とを備える。波長変換部３には、波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換する疑似位相整合型の波長変換光学素子３１を備え、この波長変換光学素子３１の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ〜λ／ｎ（ｎ≧３）の光の反射率を低減する反射率低減コーティングが施されて構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疑似位相整合型の波長変換光学素子におけるフォトリフラクティブ効果の抑制方法、疑似位相整合型の波長変換光学素子を備えたレーザ装置、露光装置及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
疑似位相整合型の波長変換光学素子を備えたレーザ装置として、例えば、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（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００３】
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。近年では、バルク結晶では得ることが困難な高い変換効率を有し、ウォークオフを生じない高いビーム品質が得られることなどから、波長変換光学素子として疑似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）型の波長変換光学素子が用いられるようになってきている（例えば、特許文献３、特許文献４を参照）。
【０００４】
波長がλのレーザ光を、波長がλ／２のレーザ光に波長変換する疑似位相整合型の波長変換光学素子として、例えば、ＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）、ＰＰＬＴ（Periodically Poled ＬiＴaＯ3）、ＰＰＫＴＰ（Periodically Poled ＫＴiＯＰＯ4）、水晶の疑似位相整合結晶などが知られている。疑似位相整合結晶、例えばＰＰＬＮは、大きな非線形光学定数を有するＬiＮbＯ3結晶に、所定周期の分極反転構造を形成することにより構成される。疑似位相整合型の波長変換光学素子は、ＱＰＭ結晶あるいはＱＰＭ素子などとも称される。本明細書においては、適宜ＱＰＭ結晶と称して説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２２７８５号公報
【特許文献２】特開２０１０−９３２１０号公報
【特許文献３】特開２００２−３５０９１４号公報
【特許文献４】特開２００２−１２２８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、これらのＱＰＭ結晶のうち、ＰＰＬＮ結晶、ＰＰＬＴ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（photorefractive effect）を顕著に発生することが明らかになっている。フォトリフラクティブ効果は、入射光の空間的強度分布に応じた屈折率分布が結晶内に誘起される現象であり、一般的には可視光以下（短波長側）の領域で発現する。フォトリフラクティブ効果が発生すると、結晶を透過する光のビームパターンにひずみを生じさせ、出射光のビームプロファイルが変化する。
【０００７】
そのため、ＱＰＭ結晶により波長変換された光を、順次光学素子に入射して伝搬させるような場合、例えば、次段以降の波長変換光学素子に順次集光入射させるような場合に、集光スポット位置やスポットサイズ等が変化して波長変換効率や出力ビームが変化するという問題があり、高出力化を妨げる要因になっているという課題があった。
【０００８】
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、ＱＰＭ結晶におけるフォトリフラクティブ効果を抑制し得る手法を提供し、フォトリフラクティブ効果に起因した問題を解決可能なレーザ装置、及び露光装置等の光学システム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】
【０００９】
上記課題を解決するに当たり、発明者はＱＰＭ結晶において発生するフォトリフラクティブ効果について鋭意研究を重ね、以下に示す知見を得た。
【００１０】
発明者は、ＱＰＭ結晶の代表例として、波長１５４７ｎｍの入射光を波長７７４ｎｍに変換するＰＰＬＮ結晶を用い、この第２高調波発生用のＰＰＬＮ結晶に、波長１５４７ｎｍのパルス状の基本波を集光入射して出力光を観察した。
【００１１】
ＰＰＬＮ結晶から出射する光は、入射光のパワー密度（入射光がパルス光である場合には、パルス光のピークパワーを集光断面積で除した値。本明細書においてピークインテンシィティと称する。）がｋＷ／ｃｍ2オーダーの状態では、波長変換により発生した波長７７４ｎｍの２倍波（第２高調波）２ωと、波長変換されずに透過した波長１５４７ｎｍの基本波ωとが見られた。
【００１２】
ところが、入射光のパワーを上昇させ、入射光のパワー密度（ピークインテンシィティ）が数ＭＷ／ｃｍ2程度になると、上記基本波と２倍波に加えて、波長が５１６ｎｍの３倍波（第３高調波）３ωが見られるようになった。そして、入射光のパワーをさらに上昇させ、パワー密度が４〜５ＭＷ／ｃｍ2程度以上になると、基本波、２倍波、３倍波に加えて、波長が３８９ｎｍの４倍波（第４高調波）４ωも見出されるようになった。
【００１３】
次に、発明者はフォトリフラクティブ効果の波長依存性について検討した。その結果は以下の通りである。波長が７７４ｎｍの２倍波については、ＰＰＬＮ結晶から出射した２倍波のパワー密度（ピークインテンシィティ）が数十ＭＷ／ｃｍ2の状態において、数百時間の時間軸スケールで、出射光のビームパターンが徐々に変化した。このときビームパターンの変形度は僅かなものであった。一方、波長５１６ｎｍの３倍波については、ＰＰＬＮ結晶から出射した３倍波のパワー密度（ピークインテンシィティ）が数ＭＷ／ｃｍ2の状態において、数十時間の時間軸スケールで、出射光のビームパターンが急激に且つ大きく変化した。このことから、ＱＰＭ結晶で発生するフォトリフラクティブ効果は、強い波長依存性を有し、波長が短い光（高次高調波）に対して感度が高いことが分かった。
【００１４】
すなわち、ＱＰＭ結晶に入射する入射光のパワー密度（ピークインテンシィティ）がＭＷ／ｃｍ2オーダーの高いパワー密度状態になると３次以上の高次高調波が発生し、この高次高調波によるフォトリフラクティブ効果が顕著に現れるようになっていたのである。
【００１５】
ところで、赤外〜可視領域の波長変換光学素子は、一般的に、素子の入射面及び出射面に、ＡＲコート（Anti Reflection coating：反射防止膜あるいは反射率低減コーティング）と称される薄膜を形成したものが用いられる。ＡＲコートは、波長変換光学素子に入射する波長変換前の光、及び波長変換光学素子で発生された波長変換後の光の、入出射面での反射損失を低減する目的で行われる。例えば、波長λの基本波を入射し、波長λ／２の２倍波を発生させる第２高調波発生用の波長変換光学素子では、波長がλ近傍、λ／２近傍の帯域の光に対して反射率を低減したＡＲコートが入射面及び出射面に施される。このことは、波長変換光学素子がバルク結晶の場合も、ＱＰＭ結晶の場合も同様である。
【００１６】
換言すれば、第２高調波発生用のＱＰＭ結晶の入出射面に形成されるＡＲコートは、波長がλである基本波近傍、λ／２である２倍波近傍の帯域の光に対しては反射率が充分に低減されているが、それ以外の波長帯域の光に対しては規定されていない。波長変換光学素子メーカが公表するＡＲコートの反射率特性データから、波長がλ／３の３倍波や波長がλ／４の４倍波の波長帯域では反射率が低減されておらず、相当程度高くなっているものと考えられる。
【００１７】
そうすると、ＱＰＭ結晶で発生した３倍波、４倍波は、ＱＰＭ結晶の出射面、入射面で反射される割合が増え、図５に示すように入出射面間で多重反射して、結晶内部での各成分光のパワー密度を増大させることになる。このことは、高次高調波に起因したフォトリフラクティブ効果を、より効率的に（高い感度で）発生させる要因になっていると考えられる。
【００１８】
以上の知見に基づき、発明者は以下に示す発明を完成させた。
【００１９】
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、入射した波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出射する疑似位相整合型の波長変換光学素子（例えば、実施形態における波長変換光学素子３１，３４）を備え、この波長変換光学素子の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングが施されて構成される。
【００２０】
なお、前記反射率低減コーティングは、波長λ及び波長λ／２の光に対する反射率を１％以下とし、波長λ／３の光に対する反射率を１０％以下とすることができ、さらに波長λ／４の光に対する反射率を１０％以下とすることができる。
【００２１】
また、前記疑似位相整合型の波長変換光学素子に入射する波長λのレーザ光は、パワー密度がＭＷ／ｃｍ2オーダーであるように構成することができる。前記疑似位相整合型の波長変換光学素子はＰＰＬＮ結晶またはＰＰＬＴ結晶とすることができる。
【００２２】
また、前記波長変換部に、疑似位相整合型の波長変換光学素子から出射された波長λ／２のレーザ光をさらに波長変換する波長変換光学素子（例えば、実施形態における波長変換光学素子３２，３３，３５，３６）を有し、波長変換部から紫外領域のレーザ光が出力されるように構成することができる。
【００２３】
本発明を例示する第２の態様は、疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法である。この方法は、入射した波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出射する疑似位相整合型の波長変換光学素子（例えば、実施形態における波長変換光学素子３１，３４）の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングを施し、波長変換の過程で付随的に発生する波長がλ／２よりも短い高次高調波を素子外部に出射させるように構成される。
【００２４】
なお、前記反射率低減コーティングは、波長λ及び波長λ／２の光に対する反射率を１％以下とし、波長λ／３の光に対する反射率を１０％以下とすることができ、さらに波長λ／４の光に対する反射率を１０％以下とすることができる。
【００２５】
また、前記疑似位相整合型の波長変換光学素子に入射する波長λのレーザ光は、パワー密度がＭＷ／ｃｍ2オーダーであるように構成することができる。前記疑似位相整合型の波長変換光学素子はＰＰＬＮ結晶またはＰＰＬＴ結晶とすることができる。
【００２６】
また、前記波長変換部に、疑似位相整合型の波長変換光学素子から出射された波長λ／２のレーザ光をさらに波長変換する波長変換光学素子（例えば、実施形態における波長変換光学素子３２，３３，３５，３６）を有し、波長変換部から紫外領域のレーザ光が出力されるように構成することができる。
【００２７】
本発明を例示する第３の態様は露光装置である。露光装置は、第１の態様のレーザ装置と、所定の露光パターンが形成されたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する露光対象物支持部（例えば、実施形態における露光対象物支持テーブル１０５）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。
【００２８】
本発明を例示する第３の態様は検査装置である。検査装置は、第１の態様のレーザ装置と、被検物を保持する被検物支持部と、レーザ装置から出力されたレーザ光を被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、被検物からの光を検出する検出器（例えば、実施形態におけるＴＤＩセンサ１２５）とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００２９】
第１の態様のレーザ装置は、波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換する疑似位相整合型の波長変換光学素子を備え、この波長変換光学素子の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングが施されて構成される。このような構成によれば、２倍波発生用の疑似位相整合型の波長変換光学素子（ＱＰＭ結晶）において３倍波以上の高次高調波が発生したとしても、発生した高次高調波が入出射面間を往復せずに素子外部に放出される。これにより、ＱＰＭ結晶において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、同効果の発現に起因した種々の問題を解決可能なレーザ装置を提供することができる。
【００３０】
第２の態様の疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法は、波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出力する疑似位相整合型の波長変換光学素子の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングを施し、波長変換の過程で付随的に発生する波長がλ／２よりも短い高次高調波を素子外部に出射させるように構成される。このような構成によれば、２倍波発生用の疑似位相整合型の波長変換光学素子（ＱＰＭ結晶）において３倍波以上の高次高調波が発生しても、発生した高次高調波が入出射面間を往復せずに素子外部に放出される。これにより、ＱＰＭ結晶において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、同効果の発現に起因した種々の問題を解決可能な手段を提供することができる。
【００３１】
第３の態様の露光装置は、第１の態様のレーザ装置を備えて構成される。このため、レーザ装置の波長変換部にＱＰＭ結晶を有する露光装置において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、同効果の発現に起因した種々の問題を解決可能な露光装置を提供することができる。
【００３２】
第４の態様の検査装置は、第１の態様のレーザ装置を備えて構成される。このため、レーザ装置の波長変換部にＱＰＭ結晶を有する検査装置において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、同効果の発現に起因した種々の問題を解決可能な検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の態様として例示するレーザ装置の概要図である。
【図２】上記レーザ装置における波長変換部の構成例を示す概要構成図である。
【図３】上記レーザ装置を備えたシステムの第１の適用例として示す露光装置の概要構成図である。
【図４】上記レーザ装置を備えたシステムの第２の適用例として示す検査装置の概要構成図である。
【図５】ＱＰＭ結晶の入出射面で高次高調波が多重反射する様子を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。本発明の態様として例示するレーザ装置ＬＳを図１に示す。レーザ装置ＬＳは、所定波長のレーザ光を出力するレーザ光出力部１と、レーザ光出力部１から出力されたレーザ光を波長変換して出力する波長変換部３と、レーザ光出力部１及び波長変換部３の作動を制御する制御部８とを備えて構成される。本実施形態においては、レーザ光出力部１から赤外〜可視領域の基本波レーザ光Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3）を出力し、波長変換部３において紫外領域のレーザ光Ｌｖに波長変換して出力する構成を例として説明する。
【００３５】
例示するレーザ装置ＬＳにおいて、レーザ光出力部１は、第１の基本波レーザ光Ｌａ1を出力する第１レーザ光出力部１ａと、第２の基本波レーザ光Ｌａ2を出力する第２レーザ光出力部１ｂと、第３の基本波レーザ光Ｌａ3を出力する第３レーザ光出力部１ｃとにより構成される。ここで、第１レーザ光出力部１ａから出力する第１の基本波レーザ光Ｌａ1の波長、第２レーザ光出力部１ｂから出力する第２の基本波レーザ光Ｌａ2の波長、及び第３レーザ光出力部１ｃから出力する第３の基本波レーザ光Ｌａ3の波長は、レーザ装置ＬＳから出力するレーザ光Ｌｖの波長や波長変換部３の構成に応じて適宜設定することができる。
【００３６】
また、図１では、レーザ光出力部１を、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から出力されたシード光を増幅する光増幅部２０とにより構成した形態を示す。レーザ光発生部１０には、第１基本波のシード光Ｌs1を発生する第１レーザ光源１１、第２基本波のシード光Ｌs2を発生する第２レーザ光源１２、及び第３基本波のシード光Ｌs3を発生する第３レーザ光源１３が設けられる。
【００３７】
光増幅部２０には、第１レーザ光源１１から出力された第１基本波のシード光Ｌs1を増幅する第１ファイバ光増幅器２１、第２レーザ光源１２から出力された第２基本波のシード光Ｌs2を増幅する第２ファイバ光増幅器２２、及び第３レーザ光源１３から出力された第３基本波のシード光Ｌs3を増幅する第３ファイバ光増幅器２３が設けられている。
【００３８】
すなわち、本構成形態のレーザ光出力部１は、第１レーザ光出力部１ａにおいて、第１レーザ光源１１から出力された第１基本波のシード光Ｌs1が第１ファイバ光増幅器２１により増幅され、増幅された第１の基本波レーザ光Ｌa1が波長変換部３に出力される。また、第２レーザ光出力部１ｂにおいて、第２レーザ光源１２から出力された第２基本波のシード光Ｌs2が第２ファイバ光増幅器２２により増幅され、増幅された第２の基本波レーザ光Ｌa2が波長変換部３に出力される。同様に、第３レーザ光出力部１ｃにおいて、第３レーザ光源１３から出力された第３基本波のシード光Ｌs3が第３ファイバ光増幅器２３により増幅され、増幅された第３の基本波レーザ光Ｌa3が波長変換部３に出力される。
【００３９】
なお、第１，第２,第３の各ファイバ光増幅器２１，２２，２３は、各々を単段のファイバ光増幅器で構成することも、複数のファイバ光増幅器を直列に接続して複数段からなるファイバ光増幅器群として構成することもできる。また、第１，第２，第３の基本波レーザ光Ｌａ1，Ｌa2，Ｌａ3のうち、波長が同一のものがある場合には、シード光を発生するレーザ光源を共通化し、レーザ光源から出力された基本波のシード光を光分割器等により並列分岐して、複数のファイバ光増幅器に入射させるように構成しても良い。例えば、第１〜第３の基本波レーザ光Ｌａ1〜Ｌａ3の波長が全て同一の場合には、単一のレーザ光源から出力された基本波のシード光（例えば第２レーザ光源１２から出力された第２基本波のシード光Ｌs2）を光分割器等により３つに並列分岐して、第１〜第３ファイバ光増幅器２１〜２３に入射させるように構成することができる。
【００４０】
本構成形態においては、第１，第２，第３レーザ光源１１，１２，１３として、いずれも波長１５４７ｎｍの赤外領域のシード光Ｌｓ（Ｌｓ1，Ｌｓ2，Ｌｓ3）を発生するレーザ光源１１〜１３を用い、各々対応するファイバ光増幅器２１〜２３により増幅して波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光を出力する構成とする。
【００４１】
このとき、第１〜第３レーザ光源１１〜１３として、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、ペルチェ素子等を利用した温度調整器により温度制御した状態で発振させることにより、波長１５４７ｎｍの単一波長のシード光を発生させることができる。ＤＦＢ半導体レーザは、励起電流を波形制御することにより任意強度でＣＷ発振またはパルス発振させることができる。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パルス変調して、レーザ光発生部１０からパルス光を出力するように構成しても良い。
【００４２】
波長１５４７ｎｍの赤外光を増幅する第１〜第３ファイバ光増幅器２１〜２３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。第１〜第３レーザ光源１１〜１３及び第１〜第３ファイバ光増幅器２１〜２３の作動は、制御部８により制御される。
【００４３】
第１ファイバ光増幅器２１から出射された第１の基本波レーザ光Ｌa1、第２ファイバ光増幅器２２から出射された第２の基本波レーザ光Ｌa2、及び第３ファイバ光増幅器２３から出射された第３の基本波レーザ光Ｌa3は、レーザ光出力部１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から出力され、波長変換部３に入力される。
【００４４】
なお、以上は、レーザ光出力部１を、レーザ光発生部１０（第１〜第３レーザ光源１１〜１３）と光増幅部２０（第１〜第３ファイバ光増幅器２１〜２３）とにより構成した形態を例示したが、レーザ光出力部１を、ファイバレーザ（第１〜第３ファイバレーザ）により構成しても良い。
【００４５】
波長変換部３には、複数の波長変換光学素子及び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２において、光路上に楕円形で示すものはコリメータレンズや集光レンズであり個々の説明を省略する。また図中には、偏光面が紙面に平行なｐ偏光を上下方向の矢印で、偏光面が紙面に垂直なｓ偏光をドット付きの○印で示す。また、基本波をω、第２高調波を２ω、第３次以上のｎ次高調波をｎωで示す。なお、本構成形態においては、第１の基本波レーザ光Ｌa1及び第２の基本波レーザ光Ｌa2をp偏光、第３の基本波レーザ光Ｌa3をｓ偏光としているが、第１，第２の基本波レーザ光Ｌa1及びＬa2をs偏光、第３の基本波レーザ光Ｌa3をp偏光とする構成としてもよい。
【００４６】
本構成例の波長変換光学系３０は、第１ファイバ光増幅器２１から出射された第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ファイバ光増幅器２２から出射された第２の基本波レーザ光Ｌa2が入射して伝播する第２系列II、第３ファイバ光増幅器２３から出射された第３の基本波レーザ光Ｌａ3が入射して伝播する第３系列III、及び第１，第２，第３系列を伝播したレーザ光が重ね合わされて伝播する第４系列IVからなり、各系列に設けられた６つの波長変換光学素子３１〜３６を主体として構成される。まず、この波長変換光学系３０の概要について説明する。
【００４７】
第１系列Ｉに入射した波長１５４７ｎｍ、角周波数ωの第１の基本波レーザ光Ｌa1は、この系列に設けられた波長変換光学素子３１〜３３により順次ω→２ω→３ω→５ωに波長変換され、発生した５倍波５ωが第４系列IVに入射する。第２系列IIに入射した波長１５４７ｎｍ、角周波数ωの第２の基本波レーザ光Ｌa2は、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倍波が第４系列IVに入射する。第３系列IIIに入射した波長１５４７ｎｍ、角周波数ωの第３の基本波レーザ光Ｌａ3は、波長変換されることなく第４系列IVに入射する。
【００４８】
第４系列IV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の和周波発生により７倍波７ωが発生され、波長変換光学素子３６において、７倍波７ωと第３系列IIIから入射した基本波ω（第３の基本波レーザ光Ｌa3）との和周波発生により、角周波数が基本波ωの８倍、波長が基本波の１／８である波長１９３ｎｍの８倍波８ωが生成される。以下、各系列の波長変換光学素子を含め波長変換光学系３０の詳細構成を説明する。
【００４９】
第１系列Ｉには波長変換光学素子３１，３２，３３が配設されている。第１系列に入射した第１の基本波レーザ光Ｌａ1は波長変換光学素子３１に集光入射し、この波長変換光学素子３１において第２高調波発生により角周波数が基本波の２倍、波長が１／２（７７４ｎｍ）の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は波長変換光学素子３２に集光入射し、和周波発生により角周波数が基本波の３倍、波長が１／３（５１６ｎｍ）の３倍波３ωを発生させる。２倍波発生用の波長変換光学素子３１として疑似位相整合（ＱＰＭ： Quasi Phase Matching）結晶、３倍波発生用の波長変換光学素子３２としてＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。
【００５０】
２倍波発生用のＱＰＭ結晶３１は、この波長帯域の光に対して高い非線形光学定数を有する強誘電体結晶、例えばＬiＮbＯ3結晶やＬiＴaＯ3結晶に周期分極反転構造を形成したＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）結晶や、ＰＰＬＴ（Periodically Poled ＬiＴaＯ3）結晶等を好適に用いることができる。なお、他のＱＰＭ結晶としてＰＰＫＴＰ（Periodically Poled ＫＴiＯＰＯ4）結晶、バルク結晶ではＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００５１】
波長変換光学素子３２において発生したｓ偏光の３倍波３ωと、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だけをｓ偏光に変換する。２波長波長板は、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の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）に対して偏光面を回転させ、他方の波長の光（３倍波）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。
【００５２】
ともにｓ偏光になった２倍波２ω及び３倍波３ωは波長変換光学素子３３に集光入射し、和周波発生により角周波数が基本波の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。このとき、位相整合はTypeＩ角度位相整合である。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。ＢＢＯ結晶から出射される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、２枚のシリンドリカルレンズ４６v，４６hによりビーム断面を円形に整形し、ミラー４１に入射させる。
【００５３】
ミラー４１は、基本波ω及び２倍波２ωの波長帯域のレーザ光を透過し、５倍波５ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、このミラー（ダイクロイックミラー）４１で反射されたｐ偏光の５倍波５ωは、第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００５４】
第２系列IIには波長変換光学素子３４が配設されている。第２系列に入射した第２の基本波レーザ光Ｌa2は波長変換光学素子３４に集光入射し、ｐ偏光の２倍波２ωを発生させる。２倍波発生用の波長変換光学素子３４として、波長変換光学素子３１と同様のＱＰＭ結晶（ＰＰＬＮ結晶等）またはバルク結晶（ＬＢＯ結晶等）を用いることができる。波長変換光学素子３４において発生したｐ偏光の２倍波２ωは、ミラー４２に入射させる。
【００５５】
ミラー４２は、基本波ωの波長帯域のレーザ光を透過し、２倍波２ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、ミラー（ダイクロイックミラー）４２で反射されたｐ偏光の２倍波２ωは、ミラー４１を透過して５倍波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００５６】
第３系列IIIには波長変換光学素子が設けられていない。第３系列に入射した第３の基本波レーザ光Ｌａ3は、波長変換されることなくミラー４３に入射する。そして、ミラー４３で反射されたｓ偏光の基本波ωは、ミラー４２及びミラー４１を透過して、ミラー４２で反射された２倍波２ω及びミラー４１で反射された５倍波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００５７】
第４系列IV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。また、既述した基本波ω、２倍波２ω、５倍波５ωの各光路には、波長変換光学素子３５，３６に所定のスポットサイズで各波長の光が集光入射するように設定されたレンズが設けられている。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とによる和周波発生が行われ、角周波数が基本波の７倍、波長が１／７（２２１ｎｍ）の７倍波７ωが発生される。７倍波発生用の波長変換光学素子３５は、ＣＬＢＯ結晶がTypeＩ角度位相整合で用いられる。
【００５８】
波長変換光学素子３５で発生したｓ偏光の７倍波７ωと、波長第３系列III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、和周波発生により角周波数が基本波の８倍、波長が１／８（１９３ｎｍ）の８倍波８ωが発生される。８倍波発生用の波長変換光学素子３６は、ＣＬＢＯ結晶がTypeＩ角度位相整合で用いられる。
【００５９】
そして、波長変換光学素子３６において発生した波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌｖが波長変換部３から出力される。
【００６０】
以上のように構成されるレーザ装置ＬＳにおいて、波長１５４７ｎｍの基本波ωが集光入射され、第２高調波発生により波長７７４ｎｍの２倍波２ωを発生する波長変換光学素子３１，３４は、ＰＰＬＮ結晶，ＰＰＬＴ結晶等のＱＰＭ結晶が好適に用いられる。
【００６１】
これらの波長変換光学素子３１，３４から出射する光は、基本的には、波長変換により発生した波長７７４ｎｍの２倍波と、波長変換されずに透過した波長１５４７ｎｍの基本波である。しかしながら、入射する基本波のパワー密度（ピークインテンシィティ）が増大すると、相対的なパワーレベルは低いながらも、波長５１６ｎｍの３倍波、波長３８７ｎｍの４倍波も発生するようになる。具体的なパワーレベルは、波長変換光学素子３１としてＰＰＬＮ結晶を用いた場合に、３倍波のパワーレベルが２倍波よりも３桁程度低く、４倍波のパワーレベルは２倍波よりも４桁程度低いものであった。
【００６２】
一方、既述したように、フォトリフラクティブ効果は強い波長依存性を有し、２倍波でフォトリフラクティブ効果が観測されない場合であっても、３倍波では２倍波の１／１０程度のパワー密度（ピークインテンシィティ）で顕著なフォトリフラクティブ効果が観測される。そのため、波長変換光学素子３１，３４で発生した３倍波や４倍波が、これらの素子の入出射面で多重反射するとフォトリフラクティブ効果を発生させる要因になる。
【００６３】
そこで、レーザ装置ＬＳにおいては、波長変換光学素子３１，３４の出射面及び入射面の少なくともいずれかに、波長が基本波のλ〜ｎ倍波のλ／ｎ（ｎ≧３）の光の反射率を低減する広帯域の反射率低減コーティング（ＡＲコート）を施している。すなわち、波長変換光学素子３１，３４で発生し得る３倍波以上の高次高調波を能動的に素子外部に出射させるように構成している。
【００６４】
ＱＰＭ結晶の出射面及び入射面のいずれかに上記のようなＡＲコートを施すことにより、高次高調波の多重反射を防止してフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、出射面及び入射面の両方に上記ＡＲコートを施すことにより、発生した高次高調波を直ちに外部に放出してフォトリフラクティブ効果の抑制効果をさらに向上させることができる。
【００６５】
また、波長が基本波〜３倍波の波長帯域の光の反射率を低減するＡＲコートを施すことにより、ＱＰＭ結晶で付随的に発生する高次高調波のうち最もパワーが高い３倍波を外部に放出してフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、反射率の低減帯域を基本波〜４倍波以上とすることにより、上記効果をさらに高めることができる。
【００６６】
換言すれば、波長変換光学素子３１，３４の入出射面の少なくともいずれかに、波長λ〜λ／ｎ（ｎ≧３）の広帯域ＡＲコートを施すことにより、波長変換光学素子３１，３４から出射される出力ビームを高いパワー領域まで安定化させることができる。これにより、フォトリフラクティブ効果に起因した種々の問題を解決し、レーザ装置の高出力化を実現することが可能となる。
【００６７】
なお、以上では、波長が基本波のλ〜ｎ倍波のλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率を低減する広帯域のＡＲコートを施した構成を例示したが、波長がλ，λ／２，λ／３の光に対する反射率を低減した３波長低減タイプのＡＲコート、波長がλ，λ／２，λ／３，λ／４の光に対する反射率を低減した４波長低減タイプのＡＲコート等としても良い。
【００６８】
以上のような、ＡＲコートは、反射率を低減する波長を基本波から３倍波とした場合に、基本波及び２倍波光に対する反射率が１％以下（例えば０．５％程度）、３倍波に対する反射率が１０％以下（例えば５％程度）となるように構成することが好適である。また、反射率を低減する波長を基本波から４倍波とした場合には、上記に加えて４倍波に対する反射率が１０％以下となるように構成することが好適である。
【００６９】
ＡＲコートは、薄膜の多層コーティングにより形成される。そのため、反射率低減帯域を広く、反射率を低くしようとすると、薄膜形成が難しくなり（高コストになり）、耐光強度も低下する。波長変換光学素子３１，３４に施すＡＲコートの反射率低減特性を上記のように設定にすることにより、一般的な薄膜形成設備を用いてＡＲコートを施すことができ、かつ、高い耐光強度を保持しつつフォトリフラクティブ効果の抑制効果を発揮させることができる。
【００７０】
以上では、波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出射する疑似位相整合型の波長変換光学素子（ＱＰＭ結晶）の一例として、レーザ光出力部１から出力された波長λ＝１５４７ｎｍの基本波を、波長λ／２＝７７４（７７３．５）ｎｍの２倍波に波長変換する波長変換光学素子３１，３４に適用した構成を示した。しかしながら、以上の説明から明らかなように、本技術は上記波長に限られるものではなく、任意の波長領域において第２高調波発生を行うＱＰＭ結晶に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、波長変換部３にＱＰＭ結晶を備えたレーザ装置の一例として、レーザ光出力部１から波長１５４７ｎｍの基本波を出力し、ＱＰＭ結晶である波長変換光学素子３１，３４及び他の波長変換光学素子３２，３５，３６により順次波長変換して、波長１９３ｎｍの紫外領域（深紫外領域）のレーザ光を出力する構成を示した。しかしながら、本技術は波長変換部にＱＰＭ結晶を備えていれば適用することができ、波長変換部に入射するレーザ光の波長や、波長変換部の構成（波長変換光学素子の数量や配置等）、波長変換部から出力されるレーザ光の波長等は、レーザ装置の用途や機能等に応じて（例えば既述した特許文献等に開示された構成を利用して）適宜に設定することができる。
【００７２】
さらに、ＱＰＭ結晶の一例として、ＰＰＬＮ結晶、ＰＰＬＴ結晶を例示したが、結晶に入射するレーザ光の波長やパワー密度等に応じて、適宜な強誘電体結晶に、変換波長に合致した周期の分極反転構造を形成したＱＰＭ結晶を用いることができる。
【００７３】
以上説明したようなレーザ装置ＬＳは、小型軽量であるとともに取り扱いが容易であり、露光装置や光造形装置等の光加工装置、フォトマスクやウェハ等の検査装置、顕微鏡や望遠鏡等の観察装置、測長器や形状測定器等の測定装置、光治療装置などのシステムに好適に適用することができる。
【００７４】
次に、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３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。
【００７５】
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、マスク支持台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。
【００７６】
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。
【００７７】
このような露光装置１００によれば、レーザ装置の波長変換部にＱＰＭ結晶を有する露光装置において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制し、高い出力及びビームの安定度を有し、高出力の露光装置を提供することができる。
【００７８】
次に、レーザ装置ＬＳを備えたシステムの第２の適用例として、フォトマスクや液晶パネル、ウェハ等（被検物）の検査工程で使用される検査装置について、その概要構成を示す図４を参照して説明する。図４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。
【００７９】
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台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(Time Delay Integration)センサ２１５に投影する。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
このような検査装置２００によれば、レーザ装置の波長変換部にＱＰＭ結晶を有する露光装置において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制し、高い出力及びビームの安定度を有し、広い検査面積を高速・高精度で検査可能な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】
【００８３】
ＬＳ レーザ装置
１ レーザ光出力部 ３ 波長変換部
１０ レーザ光発生部 ２０ 光増幅部
３０ 波長変換光学系 ３１〜３６ 波長変換光学素子
（３１，３４ 疑似位相整合型の波長変換光学素子）
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）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疑似位相整合型の波長変換光学素子におけるフォトリフラクティブ効果の抑制方法、疑似位相整合型の波長変換光学素子を備えたレーザ装置、露光装置及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
疑似位相整合型の波長変換光学素子を備えたレーザ装置として、例えば、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（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００３】
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。近年では、バルク結晶では得ることが困難な高い変換効率を有し、ウォークオフを生じない高いビーム品質が得られることなどから、波長変換光学素子として疑似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）型の波長変換光学素子が用いられるようになってきている（例えば、特許文献３、特許文献４を参照）。
【０００４】
波長がλのレーザ光を、波長がλ／２のレーザ光に波長変換する疑似位相整合型の波長変換光学素子として、例えば、ＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）、ＰＰＬＴ（Periodically Poled ＬiＴaＯ3）、ＰＰＫＴＰ（Periodically Poled ＫＴiＯＰＯ4）、水晶の疑似位相整合結晶などが知られている。疑似位相整合結晶、例えばＰＰＬＮは、大きな非線形光学定数を有するＬiＮbＯ3結晶に、所定周期の分極反転構造を形成することにより構成される。疑似位相整合型の波長変換光学素子は、ＱＰＭ結晶あるいはＱＰＭ素子などとも称される。本明細書においては、適宜ＱＰＭ結晶と称して説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２２７８５号公報
【特許文献２】特開２０１０−９３２１０号公報
【特許文献３】特開２００２−３５０９１４号公報
【特許文献４】特開２００２−１２２８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、これらのＱＰＭ結晶のうち、ＰＰＬＮ結晶、ＰＰＬＴ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（photorefractive effect）を顕著に発生することが明らかになっている。フォトリフラクティブ効果は、入射光の空間的強度分布に応じた屈折率分布が結晶内に誘起される現象であり、一般的には可視光以下（短波長側）の領域で発現する。フォトリフラクティブ効果が発生すると、結晶を透過する光のビームパターンにひずみを生じさせ、出射光のビームプロファイルが変化する。
【０００７】
そのため、ＱＰＭ結晶により波長変換された光を、順次光学素子に入射して伝搬させるような場合、例えば、次段以降の波長変換光学素子に順次集光入射させるような場合に、集光スポット位置やスポットサイズ等が変化して波長変換効率や出力ビームが変化するという問題があり、高出力化を妨げる要因になっているという課題があった。
【０００８】
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、ＱＰＭ結晶におけるフォトリフラクティブ効果を抑制し得る手法を提供し、フォトリフラクティブ効果に起因した問題を解決可能なレーザ装置、及び露光装置等の光学システム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】
【０００９】
上記課題を解決するに当たり、発明者はＱＰＭ結晶において発生するフォトリフラクティブ効果について鋭意研究を重ね、以下に示す知見を得た。
【００１０】
発明者は、ＱＰＭ結晶の代表例として、波長１５４７ｎｍの入射光を波長７７４ｎｍに変換するＰＰＬＮ結晶を用い、この第２高調波発生用のＰＰＬＮ結晶に、波長１５４７ｎｍのパルス状の基本波を集光入射して出力光を観察した。
【００１１】
ＰＰＬＮ結晶から出射する光は、入射光のパワー密度（入射光がパルス光である場合には、パルス光のピークパワーを集光断面積で除した値。本明細書においてピークインテンシィティと称する。）がｋＷ／ｃｍ2オーダーの状態では、波長変換により発生した波長７７４ｎｍの２倍波（第２高調波）２ωと、波長変換されずに透過した波長１５４７ｎｍの基本波ωとが見られた。
【００１２】
ところが、入射光のパワーを上昇させ、入射光のパワー密度（ピークインテンシィティ）が数ＭＷ／ｃｍ2程度になると、上記基本波と２倍波に加えて、波長が５１６ｎｍの３倍波（第３高調波）３ωが見られるようになった。そして、入射光のパワーをさらに上昇させ、パワー密度が４〜５ＭＷ／ｃｍ2程度以上になると、基本波、２倍波、３倍波に加えて、波長が３８９ｎｍの４倍波（第４高調波）４ωも見出されるようになった。
【００１３】
次に、発明者はフォトリフラクティブ効果の波長依存性について検討した。その結果は以下の通りである。波長が７７４ｎｍの２倍波については、ＰＰＬＮ結晶から出射した２倍波のパワー密度（ピークインテンシィティ）が数十ＭＷ／ｃｍ2の状態において、数百時間の時間軸スケールで、出射光のビームパターンが徐々に変化した。このときビームパターンの変形度は僅かなものであった。一方、波長５１６ｎｍの３倍波については、ＰＰＬＮ結晶から出射した３倍波のパワー密度（ピークインテンシィティ）が数ＭＷ／ｃｍ2の状態において、数十時間の時間軸スケールで、出射光のビームパターンが急激に且つ大きく変化した。このことから、ＱＰＭ結晶で発生するフォトリフラクティブ効果は、強い波長依存性を有し、波長が短い光（高次高調波）に対して感度が高いことが分かった。
【００１４】
すなわち、ＱＰＭ結晶に入射する入射光のパワー密度（ピークインテンシィティ）がＭＷ／ｃｍ2オーダーの高いパワー密度状態になると３次以上の高次高調波が発生し、この高次高調波によるフォトリフラクティブ効果が顕著に現れるようになっていたのである。
【００１５】
ところで、赤外〜可視領域の波長変換光学素子は、一般的に、素子の入射面及び出射面に、ＡＲコート（Anti Reflection coating：反射防止膜あるいは反射率低減コーティング）と称される薄膜を形成したものが用いられる。ＡＲコートは、波長変換光学素子に入射する波長変換前の光、及び波長変換光学素子で発生された波長変換後の光の、入出射面での反射損失を低減する目的で行われる。例えば、波長λの基本波を入射し、波長λ／２の２倍波を発生させる第２高調波発生用の波長変換光学素子では、波長がλ近傍、λ／２近傍の帯域の光に対して反射率を低減したＡＲコートが入射面及び出射面に施される。このことは、波長変換光学素子がバルク結晶の場合も、ＱＰＭ結晶の場合も同様である。
【００１６】
換言すれば、第２高調波発生用のＱＰＭ結晶の入出射面に形成されるＡＲコートは、波長がλである基本波近傍、λ／２である２倍波近傍の帯域の光に対しては反射率が充分に低減されているが、それ以外の波長帯域の光に対しては規定されていない。波長変換光学素子メーカが公表するＡＲコートの反射率特性データから、波長がλ／３の３倍波や波長がλ／４の４倍波の波長帯域では反射率が低減されておらず、相当程度高くなっているものと考えられる。
【００１７】
そうすると、ＱＰＭ結晶で発生した３倍波、４倍波は、ＱＰＭ結晶の出射面、入射面で反射される割合が増え、図５に示すように入出射面間で多重反射して、結晶内部での各成分光のパワー密度を増大させることになる。このことは、高次高調波に起因したフォトリフラクティブ効果を、より効率的に（高い感度で）発生させる要因になっていると考えられる。
【００１８】
以上の知見に基づき、発明者は以下に示す発明を完成させた。
【００１９】
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、入射した波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出射する疑似位相整合型の波長変換光学素子（例えば、実施形態における波長変換光学素子３１，３４）を備え、この波長変換光学素子の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングが施されて構成される。
【００２０】
なお、前記反射率低減コーティングは、波長λ及び波長λ／２の光に対する反射率を１％以下とし、波長λ／３の光に対する反射率を１０％以下とすることができ、さらに波長λ／４の光に対する反射率を１０％以下とすることができる。
【００２１】
また、前記疑似位相整合型の波長変換光学素子に入射する波長λのレーザ光は、パワー密度がＭＷ／ｃｍ2オーダーであるように構成することができる。前記疑似位相整合型の波長変換光学素子はＰＰＬＮ結晶またはＰＰＬＴ結晶とすることができる。
【００２２】
また、前記波長変換部に、疑似位相整合型の波長変換光学素子から出射された波長λ／２のレーザ光をさらに波長変換する波長変換光学素子（例えば、実施形態における波長変換光学素子３２，３３，３５，３６）を有し、波長変換部から紫外領域のレーザ光が出力されるように構成することができる。
【００２３】
本発明を例示する第２の態様は、疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法である。この方法は、入射した波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出射する疑似位相整合型の波長変換光学素子（例えば、実施形態における波長変換光学素子３１，３４）の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングを施し、波長変換の過程で付随的に発生する波長がλ／２よりも短い高次高調波を素子外部に出射させるように構成される。
【００２４】
なお、前記反射率低減コーティングは、波長λ及び波長λ／２の光に対する反射率を１％以下とし、波長λ／３の光に対する反射率を１０％以下とすることができ、さらに波長λ／４の光に対する反射率を１０％以下とすることができる。
【００２５】
また、前記疑似位相整合型の波長変換光学素子に入射する波長λのレーザ光は、パワー密度がＭＷ／ｃｍ2オーダーであるように構成することができる。前記疑似位相整合型の波長変換光学素子はＰＰＬＮ結晶またはＰＰＬＴ結晶とすることができる。
【００２６】
また、前記波長変換部に、疑似位相整合型の波長変換光学素子から出射された波長λ／２のレーザ光をさらに波長変換する波長変換光学素子（例えば、実施形態における波長変換光学素子３２，３３，３５，３６）を有し、波長変換部から紫外領域のレーザ光が出力されるように構成することができる。
【００２７】
本発明を例示する第３の態様は露光装置である。露光装置は、第１の態様のレーザ装置と、所定の露光パターンが形成されたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する露光対象物支持部（例えば、実施形態における露光対象物支持テーブル１０５）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。
【００２８】
本発明を例示する第３の態様は検査装置である。検査装置は、第１の態様のレーザ装置と、被検物を保持する被検物支持部と、レーザ装置から出力されたレーザ光を被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、被検物からの光を検出する検出器（例えば、実施形態におけるＴＤＩセンサ１２５）とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００２９】
第１の態様のレーザ装置は、波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換する疑似位相整合型の波長変換光学素子を備え、この波長変換光学素子の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングが施されて構成される。このような構成によれば、２倍波発生用の疑似位相整合型の波長変換光学素子（ＱＰＭ結晶）において３倍波以上の高次高調波が発生したとしても、発生した高次高調波が入出射面間を往復せずに素子外部に放出される。これにより、ＱＰＭ結晶において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、同効果の発現に起因した種々の問題を解決可能なレーザ装置を提供することができる。
【００３０】
第２の態様の疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法は、波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出力する疑似位相整合型の波長変換光学素子の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングを施し、波長変換の過程で付随的に発生する波長がλ／２よりも短い高次高調波を素子外部に出射させるように構成される。このような構成によれば、２倍波発生用の疑似位相整合型の波長変換光学素子（ＱＰＭ結晶）において３倍波以上の高次高調波が発生しても、発生した高次高調波が入出射面間を往復せずに素子外部に放出される。これにより、ＱＰＭ結晶において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、同効果の発現に起因した種々の問題を解決可能な手段を提供することができる。
【００３１】
第３の態様の露光装置は、第１の態様のレーザ装置を備えて構成される。このため、レーザ装置の波長変換部にＱＰＭ結晶を有する露光装置において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、同効果の発現に起因した種々の問題を解決可能な露光装置を提供することができる。
【００３２】
第４の態様の検査装置は、第１の態様のレーザ装置を備えて構成される。このため、レーザ装置の波長変換部にＱＰＭ結晶を有する検査装置において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、同効果の発現に起因した種々の問題を解決可能な検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の態様として例示するレーザ装置の概要図である。
【図２】上記レーザ装置における波長変換部の構成例を示す概要構成図である。
【図３】上記レーザ装置を備えたシステムの第１の適用例として示す露光装置の概要構成図である。
【図４】上記レーザ装置を備えたシステムの第２の適用例として示す検査装置の概要構成図である。
【図５】ＱＰＭ結晶の入出射面で高次高調波が多重反射する様子を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。本発明の態様として例示するレーザ装置ＬＳを図１に示す。レーザ装置ＬＳは、所定波長のレーザ光を出力するレーザ光出力部１と、レーザ光出力部１から出力されたレーザ光を波長変換して出力する波長変換部３と、レーザ光出力部１及び波長変換部３の作動を制御する制御部８とを備えて構成される。本実施形態においては、レーザ光出力部１から赤外〜可視領域の基本波レーザ光Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3）を出力し、波長変換部３において紫外領域のレーザ光Ｌｖに波長変換して出力する構成を例として説明する。
【００３５】
例示するレーザ装置ＬＳにおいて、レーザ光出力部１は、第１の基本波レーザ光Ｌａ1を出力する第１レーザ光出力部１ａと、第２の基本波レーザ光Ｌａ2を出力する第２レーザ光出力部１ｂと、第３の基本波レーザ光Ｌａ3を出力する第３レーザ光出力部１ｃとにより構成される。ここで、第１レーザ光出力部１ａから出力する第１の基本波レーザ光Ｌａ1の波長、第２レーザ光出力部１ｂから出力する第２の基本波レーザ光Ｌａ2の波長、及び第３レーザ光出力部１ｃから出力する第３の基本波レーザ光Ｌａ3の波長は、レーザ装置ＬＳから出力するレーザ光Ｌｖの波長や波長変換部３の構成に応じて適宜設定することができる。
【００３６】
また、図１では、レーザ光出力部１を、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から出力されたシード光を増幅する光増幅部２０とにより構成した形態を示す。レーザ光発生部１０には、第１基本波のシード光Ｌs1を発生する第１レーザ光源１１、第２基本波のシード光Ｌs2を発生する第２レーザ光源１２、及び第３基本波のシード光Ｌs3を発生する第３レーザ光源１３が設けられる。
【００３７】
光増幅部２０には、第１レーザ光源１１から出力された第１基本波のシード光Ｌs1を増幅する第１ファイバ光増幅器２１、第２レーザ光源１２から出力された第２基本波のシード光Ｌs2を増幅する第２ファイバ光増幅器２２、及び第３レーザ光源１３から出力された第３基本波のシード光Ｌs3を増幅する第３ファイバ光増幅器２３が設けられている。
【００３８】
すなわち、本構成形態のレーザ光出力部１は、第１レーザ光出力部１ａにおいて、第１レーザ光源１１から出力された第１基本波のシード光Ｌs1が第１ファイバ光増幅器２１により増幅され、増幅された第１の基本波レーザ光Ｌa1が波長変換部３に出力される。また、第２レーザ光出力部１ｂにおいて、第２レーザ光源１２から出力された第２基本波のシード光Ｌs2が第２ファイバ光増幅器２２により増幅され、増幅された第２の基本波レーザ光Ｌa2が波長変換部３に出力される。同様に、第３レーザ光出力部１ｃにおいて、第３レーザ光源１３から出力された第３基本波のシード光Ｌs3が第３ファイバ光増幅器２３により増幅され、増幅された第３の基本波レーザ光Ｌa3が波長変換部３に出力される。
【００３９】
なお、第１，第２,第３の各ファイバ光増幅器２１，２２，２３は、各々を単段のファイバ光増幅器で構成することも、複数のファイバ光増幅器を直列に接続して複数段からなるファイバ光増幅器群として構成することもできる。また、第１，第２，第３の基本波レーザ光Ｌａ1，Ｌa2，Ｌａ3のうち、波長が同一のものがある場合には、シード光を発生するレーザ光源を共通化し、レーザ光源から出力された基本波のシード光を光分割器等により並列分岐して、複数のファイバ光増幅器に入射させるように構成しても良い。例えば、第１〜第３の基本波レーザ光Ｌａ1〜Ｌａ3の波長が全て同一の場合には、単一のレーザ光源から出力された基本波のシード光（例えば第２レーザ光源１２から出力された第２基本波のシード光Ｌs2）を光分割器等により３つに並列分岐して、第１〜第３ファイバ光増幅器２１〜２３に入射させるように構成することができる。
【００４０】
本構成形態においては、第１，第２，第３レーザ光源１１，１２，１３として、いずれも波長１５４７ｎｍの赤外領域のシード光Ｌｓ（Ｌｓ1，Ｌｓ2，Ｌｓ3）を発生するレーザ光源１１〜１３を用い、各々対応するファイバ光増幅器２１〜２３により増幅して波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光を出力する構成とする。
【００４１】
このとき、第１〜第３レーザ光源１１〜１３として、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、ペルチェ素子等を利用した温度調整器により温度制御した状態で発振させることにより、波長１５４７ｎｍの単一波長のシード光を発生させることができる。ＤＦＢ半導体レーザは、励起電流を波形制御することにより任意強度でＣＷ発振またはパルス発振させることができる。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パルス変調して、レーザ光発生部１０からパルス光を出力するように構成しても良い。
【００４２】
波長１５４７ｎｍの赤外光を増幅する第１〜第３ファイバ光増幅器２１〜２３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。第１〜第３レーザ光源１１〜１３及び第１〜第３ファイバ光増幅器２１〜２３の作動は、制御部８により制御される。
【００４３】
第１ファイバ光増幅器２１から出射された第１の基本波レーザ光Ｌa1、第２ファイバ光増幅器２２から出射された第２の基本波レーザ光Ｌa2、及び第３ファイバ光増幅器２３から出射された第３の基本波レーザ光Ｌa3は、レーザ光出力部１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から出力され、波長変換部３に入力される。
【００４４】
なお、以上は、レーザ光出力部１を、レーザ光発生部１０（第１〜第３レーザ光源１１〜１３）と光増幅部２０（第１〜第３ファイバ光増幅器２１〜２３）とにより構成した形態を例示したが、レーザ光出力部１を、ファイバレーザ（第１〜第３ファイバレーザ）により構成しても良い。
【００４５】
波長変換部３には、複数の波長変換光学素子及び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２において、光路上に楕円形で示すものはコリメータレンズや集光レンズであり個々の説明を省略する。また図中には、偏光面が紙面に平行なｐ偏光を上下方向の矢印で、偏光面が紙面に垂直なｓ偏光をドット付きの○印で示す。また、基本波をω、第２高調波を２ω、第３次以上のｎ次高調波をｎωで示す。なお、本構成形態においては、第１の基本波レーザ光Ｌa1及び第２の基本波レーザ光Ｌa2をp偏光、第３の基本波レーザ光Ｌa3をｓ偏光としているが、第１，第２の基本波レーザ光Ｌa1及びＬa2をs偏光、第３の基本波レーザ光Ｌa3をp偏光とする構成としてもよい。
【００４６】
本構成例の波長変換光学系３０は、第１ファイバ光増幅器２１から出射された第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ファイバ光増幅器２２から出射された第２の基本波レーザ光Ｌa2が入射して伝播する第２系列II、第３ファイバ光増幅器２３から出射された第３の基本波レーザ光Ｌａ3が入射して伝播する第３系列III、及び第１，第２，第３系列を伝播したレーザ光が重ね合わされて伝播する第４系列IVからなり、各系列に設けられた６つの波長変換光学素子３１〜３６を主体として構成される。まず、この波長変換光学系３０の概要について説明する。
【００４７】
第１系列Ｉに入射した波長１５４７ｎｍ、角周波数ωの第１の基本波レーザ光Ｌa1は、この系列に設けられた波長変換光学素子３１〜３３により順次ω→２ω→３ω→５ωに波長変換され、発生した５倍波５ωが第４系列IVに入射する。第２系列IIに入射した波長１５４７ｎｍ、角周波数ωの第２の基本波レーザ光Ｌa2は、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倍波が第４系列IVに入射する。第３系列IIIに入射した波長１５４７ｎｍ、角周波数ωの第３の基本波レーザ光Ｌａ3は、波長変換されることなく第４系列IVに入射する。
【００４８】
第４系列IV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の和周波発生により７倍波７ωが発生され、波長変換光学素子３６において、７倍波７ωと第３系列IIIから入射した基本波ω（第３の基本波レーザ光Ｌa3）との和周波発生により、角周波数が基本波ωの８倍、波長が基本波の１／８である波長１９３ｎｍの８倍波８ωが生成される。以下、各系列の波長変換光学素子を含め波長変換光学系３０の詳細構成を説明する。
【００４９】
第１系列Ｉには波長変換光学素子３１，３２，３３が配設されている。第１系列に入射した第１の基本波レーザ光Ｌａ1は波長変換光学素子３１に集光入射し、この波長変換光学素子３１において第２高調波発生により角周波数が基本波の２倍、波長が１／２（７７４ｎｍ）の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は波長変換光学素子３２に集光入射し、和周波発生により角周波数が基本波の３倍、波長が１／３（５１６ｎｍ）の３倍波３ωを発生させる。２倍波発生用の波長変換光学素子３１として疑似位相整合（ＱＰＭ： Quasi Phase Matching）結晶、３倍波発生用の波長変換光学素子３２としてＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。
【００５０】
２倍波発生用のＱＰＭ結晶３１は、この波長帯域の光に対して高い非線形光学定数を有する強誘電体結晶、例えばＬiＮbＯ3結晶やＬiＴaＯ3結晶に周期分極反転構造を形成したＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）結晶や、ＰＰＬＴ（Periodically Poled ＬiＴaＯ3）結晶等を好適に用いることができる。なお、他のＱＰＭ結晶としてＰＰＫＴＰ（Periodically Poled ＫＴiＯＰＯ4）結晶、バルク結晶ではＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００５１】
波長変換光学素子３２において発生したｓ偏光の３倍波３ωと、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だけをｓ偏光に変換する。２波長波長板は、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の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）に対して偏光面を回転させ、他方の波長の光（３倍波）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。
【００５２】
ともにｓ偏光になった２倍波２ω及び３倍波３ωは波長変換光学素子３３に集光入射し、和周波発生により角周波数が基本波の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。このとき、位相整合はTypeＩ角度位相整合である。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。ＢＢＯ結晶から出射される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、２枚のシリンドリカルレンズ４６v，４６hによりビーム断面を円形に整形し、ミラー４１に入射させる。
【００５３】
ミラー４１は、基本波ω及び２倍波２ωの波長帯域のレーザ光を透過し、５倍波５ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、このミラー（ダイクロイックミラー）４１で反射されたｐ偏光の５倍波５ωは、第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００５４】
第２系列IIには波長変換光学素子３４が配設されている。第２系列に入射した第２の基本波レーザ光Ｌa2は波長変換光学素子３４に集光入射し、ｐ偏光の２倍波２ωを発生させる。２倍波発生用の波長変換光学素子３４として、波長変換光学素子３１と同様のＱＰＭ結晶（ＰＰＬＮ結晶等）またはバルク結晶（ＬＢＯ結晶等）を用いることができる。波長変換光学素子３４において発生したｐ偏光の２倍波２ωは、ミラー４２に入射させる。
【００５５】
ミラー４２は、基本波ωの波長帯域のレーザ光を透過し、２倍波２ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、ミラー（ダイクロイックミラー）４２で反射されたｐ偏光の２倍波２ωは、ミラー４１を透過して５倍波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００５６】
第３系列IIIには波長変換光学素子が設けられていない。第３系列に入射した第３の基本波レーザ光Ｌａ3は、波長変換されることなくミラー４３に入射する。そして、ミラー４３で反射されたｓ偏光の基本波ωは、ミラー４２及びミラー４１を透過して、ミラー４２で反射された２倍波２ω及びミラー４１で反射された５倍波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００５７】
第４系列IV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。また、既述した基本波ω、２倍波２ω、５倍波５ωの各光路には、波長変換光学素子３５，３６に所定のスポットサイズで各波長の光が集光入射するように設定されたレンズが設けられている。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とによる和周波発生が行われ、角周波数が基本波の７倍、波長が１／７（２２１ｎｍ）の７倍波７ωが発生される。７倍波発生用の波長変換光学素子３５は、ＣＬＢＯ結晶がTypeＩ角度位相整合で用いられる。
【００５８】
波長変換光学素子３５で発生したｓ偏光の７倍波７ωと、波長第３系列III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、和周波発生により角周波数が基本波の８倍、波長が１／８（１９３ｎｍ）の８倍波８ωが発生される。８倍波発生用の波長変換光学素子３６は、ＣＬＢＯ結晶がTypeＩ角度位相整合で用いられる。
【００５９】
そして、波長変換光学素子３６において発生した波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌｖが波長変換部３から出力される。
【００６０】
以上のように構成されるレーザ装置ＬＳにおいて、波長１５４７ｎｍの基本波ωが集光入射され、第２高調波発生により波長７７４ｎｍの２倍波２ωを発生する波長変換光学素子３１，３４は、ＰＰＬＮ結晶，ＰＰＬＴ結晶等のＱＰＭ結晶が好適に用いられる。
【００６１】
これらの波長変換光学素子３１，３４から出射する光は、基本的には、波長変換により発生した波長７７４ｎｍの２倍波と、波長変換されずに透過した波長１５４７ｎｍの基本波である。しかしながら、入射する基本波のパワー密度（ピークインテンシィティ）が増大すると、相対的なパワーレベルは低いながらも、波長５１６ｎｍの３倍波、波長３８７ｎｍの４倍波も発生するようになる。具体的なパワーレベルは、波長変換光学素子３１としてＰＰＬＮ結晶を用いた場合に、３倍波のパワーレベルが２倍波よりも３桁程度低く、４倍波のパワーレベルは２倍波よりも４桁程度低いものであった。
【００６２】
一方、既述したように、フォトリフラクティブ効果は強い波長依存性を有し、２倍波でフォトリフラクティブ効果が観測されない場合であっても、３倍波では２倍波の１／１０程度のパワー密度（ピークインテンシィティ）で顕著なフォトリフラクティブ効果が観測される。そのため、波長変換光学素子３１，３４で発生した３倍波や４倍波が、これらの素子の入出射面で多重反射するとフォトリフラクティブ効果を発生させる要因になる。
【００６３】
そこで、レーザ装置ＬＳにおいては、波長変換光学素子３１，３４の出射面及び入射面の少なくともいずれかに、波長が基本波のλ〜ｎ倍波のλ／ｎ（ｎ≧３）の光の反射率を低減する広帯域の反射率低減コーティング（ＡＲコート）を施している。すなわち、波長変換光学素子３１，３４で発生し得る３倍波以上の高次高調波を能動的に素子外部に出射させるように構成している。
【００６４】
ＱＰＭ結晶の出射面及び入射面のいずれかに上記のようなＡＲコートを施すことにより、高次高調波の多重反射を防止してフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、出射面及び入射面の両方に上記ＡＲコートを施すことにより、発生した高次高調波を直ちに外部に放出してフォトリフラクティブ効果の抑制効果をさらに向上させることができる。
【００６５】
また、波長が基本波〜３倍波の波長帯域の光の反射率を低減するＡＲコートを施すことにより、ＱＰＭ結晶で付随的に発生する高次高調波のうち最もパワーが高い３倍波を外部に放出してフォトリフラクティブ効果を抑制することができ、反射率の低減帯域を基本波〜４倍波以上とすることにより、上記効果をさらに高めることができる。
【００６６】
換言すれば、波長変換光学素子３１，３４の入出射面の少なくともいずれかに、波長λ〜λ／ｎ（ｎ≧３）の広帯域ＡＲコートを施すことにより、波長変換光学素子３１，３４から出射される出力ビームを高いパワー領域まで安定化させることができる。これにより、フォトリフラクティブ効果に起因した種々の問題を解決し、レーザ装置の高出力化を実現することが可能となる。
【００６７】
なお、以上では、波長が基本波のλ〜ｎ倍波のλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率を低減する広帯域のＡＲコートを施した構成を例示したが、波長がλ，λ／２，λ／３の光に対する反射率を低減した３波長低減タイプのＡＲコート、波長がλ，λ／２，λ／３，λ／４の光に対する反射率を低減した４波長低減タイプのＡＲコート等としても良い。
【００６８】
以上のような、ＡＲコートは、反射率を低減する波長を基本波から３倍波とした場合に、基本波及び２倍波光に対する反射率が１％以下（例えば０．５％程度）、３倍波に対する反射率が１０％以下（例えば５％程度）となるように構成することが好適である。また、反射率を低減する波長を基本波から４倍波とした場合には、上記に加えて４倍波に対する反射率が１０％以下となるように構成することが好適である。
【００６９】
ＡＲコートは、薄膜の多層コーティングにより形成される。そのため、反射率低減帯域を広く、反射率を低くしようとすると、薄膜形成が難しくなり（高コストになり）、耐光強度も低下する。波長変換光学素子３１，３４に施すＡＲコートの反射率低減特性を上記のように設定にすることにより、一般的な薄膜形成設備を用いてＡＲコートを施すことができ、かつ、高い耐光強度を保持しつつフォトリフラクティブ効果の抑制効果を発揮させることができる。
【００７０】
以上では、波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出射する疑似位相整合型の波長変換光学素子（ＱＰＭ結晶）の一例として、レーザ光出力部１から出力された波長λ＝１５４７ｎｍの基本波を、波長λ／２＝７７４（７７３．５）ｎｍの２倍波に波長変換する波長変換光学素子３１，３４に適用した構成を示した。しかしながら、以上の説明から明らかなように、本技術は上記波長に限られるものではなく、任意の波長領域において第２高調波発生を行うＱＰＭ結晶に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、波長変換部３にＱＰＭ結晶を備えたレーザ装置の一例として、レーザ光出力部１から波長１５４７ｎｍの基本波を出力し、ＱＰＭ結晶である波長変換光学素子３１，３４及び他の波長変換光学素子３２，３５，３６により順次波長変換して、波長１９３ｎｍの紫外領域（深紫外領域）のレーザ光を出力する構成を示した。しかしながら、本技術は波長変換部にＱＰＭ結晶を備えていれば適用することができ、波長変換部に入射するレーザ光の波長や、波長変換部の構成（波長変換光学素子の数量や配置等）、波長変換部から出力されるレーザ光の波長等は、レーザ装置の用途や機能等に応じて（例えば既述した特許文献等に開示された構成を利用して）適宜に設定することができる。
【００７２】
さらに、ＱＰＭ結晶の一例として、ＰＰＬＮ結晶、ＰＰＬＴ結晶を例示したが、結晶に入射するレーザ光の波長やパワー密度等に応じて、適宜な強誘電体結晶に、変換波長に合致した周期の分極反転構造を形成したＱＰＭ結晶を用いることができる。
【００７３】
以上説明したようなレーザ装置ＬＳは、小型軽量であるとともに取り扱いが容易であり、露光装置や光造形装置等の光加工装置、フォトマスクやウェハ等の検査装置、顕微鏡や望遠鏡等の観察装置、測長器や形状測定器等の測定装置、光治療装置などのシステムに好適に適用することができる。
【００７４】
次に、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３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。
【００７５】
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、マスク支持台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。
【００７６】
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。
【００７７】
このような露光装置１００によれば、レーザ装置の波長変換部にＱＰＭ結晶を有する露光装置において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制し、高い出力及びビームの安定度を有し、高出力の露光装置を提供することができる。
【００７８】
次に、レーザ装置ＬＳを備えたシステムの第２の適用例として、フォトマスクや液晶パネル、ウェハ等（被検物）の検査工程で使用される検査装置について、その概要構成を示す図４を参照して説明する。図４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。
【００７９】
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台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(Time Delay Integration)センサ２１５に投影する。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
このような検査装置２００によれば、レーザ装置の波長変換部にＱＰＭ結晶を有する露光装置において問題であったフォトリフラクティブ効果を抑制し、高い出力及びビームの安定度を有し、広い検査面積を高速・高精度で検査可能な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】
【００８３】
ＬＳ レーザ装置
１ レーザ光出力部 ３ 波長変換部
１０ レーザ光発生部 ２０ 光増幅部
３０ 波長変換光学系 ３１〜３６ 波長変換光学素子
（３１，３４ 疑似位相整合型の波長変換光学素子）
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）
【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、入射した波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出射する疑似位相整合型の波長変換光学素子を備え、
前記波長変換光学素子の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングが施されている
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記反射率低減コーティングは、波長λ及び波長λ／２の光に対する反射率が１％以下であり、波長λ／３の光に対する反射率が１０％以下である
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】
前記反射率低減コーティングは、波長λ／４の光に対する反射率が１０％以下である
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記疑似位相整合型の波長変換光学素子に入射する波長λのレーザ光は、パワー密度がＭＷ／ｃｍ2オーダーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記疑似位相整合型の波長変換光学素子がＰＰＬＮ結晶またはＰＰＬＴ結晶である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記波長変換部に、前記疑似位相整合型の波長変換光学素子から出射された波長λ／２のレーザ光をさらに波長変換する波長変換光学素子を有し、前記波長変換部から紫外領域のレーザ光が出力されるように構成した
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
入射した波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出射する疑似位相整合型の波長変換光学素子の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、
波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングを施し、
前記波長変換の過程で付随的に発生する波長がλ／２よりも短い高次高調波を素子外部に出射させるように構成した
ことを特徴とする疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法。
【請求項８】
前記反射率低減コーティングは、波長λ及び波長λ／２の光に対する反射率が１％以下であり、波長λ／３の光に対する反射率が１０％以下である
ことを特徴とする請求項７に記載の疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法。
【請求項９】
前記反射率低減コーティングは、波長λ／４の光に対する反射率が１０％以下である
ことを特徴とする請求項８に記載の疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法。
【請求項１０】
前記疑似位相整合型の波長変換光学素子に入射する波長λのレーザ光は、パワー密度がＭＷ／ｃｍ2オーダーであることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法。
【請求項１１】
前記疑似位相整合型の波長変換光学素子がＰＰＬＮ結晶またはＰＰＬＴ結晶である
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法。
【請求項１２】
請求項１〜６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１３】
請求項１〜６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。
【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、入射した波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出射する疑似位相整合型の波長変換光学素子を備え、
前記波長変換光学素子の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングが施されている
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記反射率低減コーティングは、波長λ及び波長λ／２の光に対する反射率が１％以下であり、波長λ／３の光に対する反射率が１０％以下である
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】
前記反射率低減コーティングは、波長λ／４の光に対する反射率が１０％以下である
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記疑似位相整合型の波長変換光学素子に入射する波長λのレーザ光は、パワー密度がＭＷ／ｃｍ2オーダーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記疑似位相整合型の波長変換光学素子がＰＰＬＮ結晶またはＰＰＬＴ結晶である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記波長変換部に、前記疑似位相整合型の波長変換光学素子から出射された波長λ／２のレーザ光をさらに波長変換する波長変換光学素子を有し、前記波長変換部から紫外領域のレーザ光が出力されるように構成した
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
入射した波長λのレーザ光を波長λ／２のレーザ光に波長変換して出射する疑似位相整合型の波長変換光学素子の入射面及び出射面の少なくともいずれかに、
波長がλ、λ／２の光に加えて、波長がλ／ｎ（ｎ≧３）の光に対する反射率をも低減する反射率低減コーティングを施し、
前記波長変換の過程で付随的に発生する波長がλ／２よりも短い高次高調波を素子外部に出射させるように構成した
ことを特徴とする疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法。
【請求項８】
前記反射率低減コーティングは、波長λ及び波長λ／２の光に対する反射率が１％以下であり、波長λ／３の光に対する反射率が１０％以下である
ことを特徴とする請求項７に記載の疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法。
【請求項９】
前記反射率低減コーティングは、波長λ／４の光に対する反射率が１０％以下である
ことを特徴とする請求項８に記載の疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法。
【請求項１０】
前記疑似位相整合型の波長変換光学素子に入射する波長λのレーザ光は、パワー密度がＭＷ／ｃｍ2オーダーであることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法。
【請求項１１】
前記疑似位相整合型の波長変換光学素子がＰＰＬＮ結晶またはＰＰＬＴ結晶である
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の疑似位相整合型の波長変換光学素子のフォトリフラクティブ効果抑制方法。
【請求項１２】
請求項１〜６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１３】
請求項１〜６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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−４４７６４（Ｐ２０１３−４４７６４Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８０２０１（Ｐ２０１１−１８０２０１）
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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