レーザ装置、該レーザ装置を備えた露光装置及び検査装置
【課題】複数段のファイバ光増幅器を備えたレーザ装置において、ファイバ光増幅器の励起を下流側から停止させ、意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制する。
【解決手段】レーザ装置は、信号光を出力する信号光出力部１０と、複数のファイバ光増幅器２１〜２３を有し信号光を順次増幅して増幅光を出力する増幅部２０とを備える。ファイバ光増幅器２１〜２３は、各々増幅用ファイバ(添え字ａ)と、励起光源(添え字ｂ)と、励起光源により発生された励起光を増幅用ファイバに伝送する伝送用ファイバ(添え字ｃ)とを備える。ファイバ光増幅器２１〜２３は、各段の伝送用ファイバのファイバ長を上流側からＬ1，Ｌ2，Ｌ3としたときに、Ｌ1＞Ｌ2＞Ｌ3となるように構成される。
【解決手段】レーザ装置は、信号光を出力する信号光出力部１０と、複数のファイバ光増幅器２１〜２３を有し信号光を順次増幅して増幅光を出力する増幅部２０とを備える。ファイバ光増幅器２１〜２３は、各々増幅用ファイバ(添え字ａ)と、励起光源(添え字ｂ)と、励起光源により発生された励起光を増幅用ファイバに伝送する伝送用ファイバ(添え字ｃ)とを備える。ファイバ光増幅器２１〜２３は、各段の伝送用ファイバのファイバ長を上流側からＬ1，Ｌ2，Ｌ3としたときに、Ｌ1＞Ｌ2＞Ｌ3となるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光を出力する信号光出力部と、複数のファイバ光増幅器を有し信号光出力部から出力された信号光を順次増幅して増幅光を出力する増幅部とを備えたレーザ装置に関する。また、このようなレーザ装置を備えた露光装置及び検査装置等のレーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置は、例えば顕微鏡や形状測定装置、露光装置、検査装置などのレーザシステムの光源として用いられている。レーザ装置の出力波長は、組み込まれるシステムの用途及び機能に応じて設定され、当該出力波長に応じた信号光出力部及びファイバ光増幅器が用いられる。ファイバ光増幅器として、例えば、石英系の光ファイバに、エルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）、イッテルビウム（Ｙｂ）がドープされたイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）などが知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−５０８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ファイバ光増幅器は、コアにドープされたレーザ媒質に応じた増幅特性を有している。例えば、ＹＤＦＡ（イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器）の増幅帯域は、主に１０３０〜１１００ｎｍである。但し、ＹＤＦＡによりＮｄ−ＹＡＧレーザの発振波長と同じ１０６４ｎｍの増幅光を出力させようとした場合に、波長１０３０ｎｍ付近の寄生発振が発生しやすい。これは、ＹＤＦＡの利得分布は、増幅帯域のなかでも短波長側で利得が高く、長波長側で利得が低くなっており、波長λ＝１０６４ｎｍよりもλ＝１０３０ｎｍ付近の方が利得が顕著に高いためである。
【０００５】
この結果、例えば信号光出力部を構成する機器の損傷等により、ＹＤＦＡが励起された状態でファイバに入射する信号光の強度が大きく低下しあるいは０になると、イッテルビウムの反転分布密度が急激に上昇し、増幅器の利得が非常に高くなる。このとき、ファイバの入出射面や融着点、ファイバ部品等の微少な反射率を有する面で共振器が構成され、自然放出光が増幅されて波長１０３０ｎｍ付近で意図しない発振が起こることがある。その結果、ファイバ光増幅器の１０６４ｎｍ光の出力が概ね数Ｗ以上の高出力機の場合、高いパワーのＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光がファイバ内を伝播して出射され、ファイバ光増幅器自身や周辺のファイバ部品、励起光源等が損傷するおそれがある。
【０００６】
また、励起状態にあるＹＤＦＡの増幅部外に何らかの反射体があった場合、例えば、増幅光を導くファイバの入出射面や、増幅部から出射された光を波長変換する波長変換光学素子等の入出射面等に微少な反射があった場合に、ファイバから出射した自然放出光が反射してファイバ内に戻り、これがシード光となって１０３０ｎｍ付近で発振することもある。この場合にも、上記と同様にファイバ内を伝播し出射されるＡＳＥ光が高パワーになり、ファイバ光増幅器自身や周辺の光学素子が損傷するおそれがある。
【０００７】
特に、複数のファイバ光増幅器が直列接続された構成のレーザ装置では、各段での高い利得によってＡＳＥ光のパワーが高くなり、増幅光が出射される下流側のファイバ光増幅器ほど大幅にパワーが高くなる。そのため、上記のような意図しない発振に基づく機器の損傷を防ぐためには、上流側で信号光の強度が低下するような問題（例えば、信号光出力部の損傷、励起光源の損傷、伝送用ファイバの折損、増幅用ファイバの折損等）が発生したときに、下流側のファイバ光増幅器で励起を停止させる必要がある。
【０００８】
しかしながら、多段構成のファイバ光増幅器の場合、どの段で問題が発生するか明確ではない。また、電気回路の断線やシステム全体の緊急停止、停電等により電力供給が遮断される可能性もある。このような場合に、電気的なシーケンスでファイバ光増幅器の励起光源を確実に下流側から停止させることは難しいという課題があった。
【０００９】
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、複数段のファイバ光増幅器を備えたレーザ装置において、ファイバ光増幅器の励起を確実に下流側から順に停止させることができ、これにより意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制可能なレーザ装置を提供することを目的とする。また、レーザ装置の損傷を抑制することにより、稼働率を向上させた露光装置、検査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】
【００１０】
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、信号光を出力する信号光出力部と、複数のファイバ光増幅器を有し信号光出力部から出力された信号光を順次増幅して増幅光を出力する増幅部とを備える。上記複数のファイバ光増幅器は、各々コアにレーザ媒質がドープされた増幅用ファイバと、レーザ媒質を励起する励起光を発生する励起光源と、励起光源により発生された励起光を増幅用ファイバに伝送する伝送用ファイバとを備える。そして、複数のファイバ光増幅器を、信号光が入射する上流側から順に第１段、第２段・・・第ｎ段（ｎ≧２）とし、各段の伝送用ファイバのファイバ長をＬ1，Ｌ2・・・Ｌnとしたときに、Ｌ1＞Ｌ2＞・・・＞Ｌnとなるように構成される。
【００１１】
なお、前記信号光の波長は、ファイバ光増幅器における利得が最も高い波長と異なる波長とすることができる。例えば、前記ファイバ光増幅器はイッテルビウムをレーザ媒質とするイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器を用い、信号光の波長は１．０６μｍ帯とすることができる。
【００１２】
また、前記増幅部から出力された増幅光の波長を変換する波長変換部を備え、増幅部から出力された赤外〜可視領域の増幅光が、波長変換部により紫外領域のレーザ光に波長変換されて出力されるように構成することができる。
【００１３】
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、上記のようなレーザ装置と、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。
【００１４】
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、上記のようなレーザ装置と、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器に投影する投影光学系とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１５】
第１の態様のレーザ装置は、増幅部が複数のファイバ光増幅器からなるレーザ装置において、ファイバ光増幅器を信号光が入射する上流側から順に第１段、第２段・・・第ｎ段（ｎ≧２）とし、各段のファイバ光増幅器における励起光の伝送用ファイバのファイバ長をＬ1，Ｌ2・・・Ｌnとしたときに、Ｌ1＞Ｌ2＞・・・＞Ｌnとなるように構成される。このため、例えば信号光出力部での異常発生に基づいて励起光源をオフにしたような場合はもとより、たとえ電気回路の断線や緊急停止、停電等により電力供給が遮断されたような場合であっても、増幅用ファイバに入射する励起光が下流側から順にオフになり、励起状態にあったファイバ光増幅器を確実に下流側から停止させることができる。そのため、ＡＳＥ光のパワー増大を抑制することができ、これにより意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制したレーザ装置を提供することができる。
【００１６】
第２の態様の露光装置は、意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制したレーザ装置を備えている。そのため、ランニングコストを低減し、稼働率を向上させた露光装置を提供することができる。
【００１７】
第３の態様の検査装置は、意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制したレーザ装置を備えている。そのため、ランニングコストを低減し、稼働率を向上させた検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の適用例として示すレーザ装置の概要構成図である。
【図２】上記レーザ装置における増幅部の概要構成図である。
【図３】信号光出力部から出力される信号光と、各段の増幅用ファイバに入射する励起光との関係を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】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５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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の概要構成図を示す。レーザ装置ＬＳは、信号光を出力する信号光出力部１０と、信号光出力部から出力された信号光を増幅して出射する増幅部２０と、増幅部から出力された増幅光を波長変換して出力する波長変換部３０と、これらの作動を制御する制御部５０とを備えて構成される。
【００２０】
信号光出力部１０は、シード光を発生する信号光源１１と、信号光源１１から出射されたシード光の一部を切り出して出力する電気光学変調器（ＥＯＭ）１５とを主体として構成される。信号光源１１は、レーザ装置ＬＳの用途及び機能に応じて適宜な波長帯域の光源を用いることができる。本構成形態においては、波長１０６４ｎｍの光を出力可能なＤＦＢ半導体レーザを用いた構成を例示する。ＤＦＢ半導体レーザは、励起電流を制御することによりＣＷまたはパルス発振させることができ、また温度制御することにより所定の波長範囲で狭帯域化された単一波長のシード光を出射させることができる。なおＹＡＧレーザやガラスレーザ等の固体レーザを用いても良い。
【００２１】
電気光学変調器１５は、信号光源１１から出射されたシード光の一部を切り出してパルス状の信号光Ｌsを出力する。電気光学変調器１５は、例えば、マッハツェンダ型の光変調器を用いることができる。電気光学変調器１５により切り出され、信号光出力部１０から出力された信号光Ｌsは増幅部２０に入射する。
【００２２】
増幅部２０は、信号光出力部１０から出力された信号光を増幅するファイバ光増幅器を主体として構成される。本構成例では、三つのファイバ光増幅器２１，２２，２３を直列に接続した場合を示す。波長１０６４ｎｍの信号光を増幅するファイバ光増幅器２１，２２，２３として、１０００〜１１００ｎｍの波長帯域に利得を有するイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）が好適に用いられる。
【００２３】
増幅部２０に入射した信号光Ｌsは、まず１段目のファイバ光増幅器２１に入射して増幅され、続いて２段目のファイバ光増幅器２２、３段目のファイバ光増幅器２３に入射して順次増幅される。これら３段のファイバ光増幅器によって増幅された信号光(増幅光という)Ｌaは増幅部２０から出力され、波長変換部３０に入射する。
【００２４】
波長変換部３０は、増幅部２０から出力された増幅光Ｌaを波長変換して出力する。波長変換部３０は、レーザ装置ＬＳが用いられるシステムの用途や機能等に応じて適宜に構成でき、例えば波長３５５ｎｍの紫外光や、波長１９３ｎｍの紫外光を出力するように構成することができる。本実施形態では、波長変換部３０に設けた二つの波長変換光学素子３１，３２により、波長１０６４ｎｍの増幅光Ｌaを波長３５５ｎｍの紫外光Ｌvに波長変換して出力する構成例を説明する。
【００２５】
波長変換部３０に入射した増幅光Ｌaは、レンズを介して波長変換光学素子３１に集光入射する。波長変換光学素子３１では、増幅光Ｌa(基本波)の第２高調波発生が行われ、波長が５３２ｎｍの２倍波(第２高調波)が発生する。波長変換光学素子３１として、例えば、ＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。なお、ＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶やＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）結晶等を用いても良い。波長変換光学素子３１で発生した２倍波と、波長変換光学素子３１を透過した基本波は、レンズを介して波長変換光学素子３２に集光入射する。
【００２６】
波長変換光学素子３２では、波長変換光学素子３１で発生した２倍波と、波長変換光学素子３１を透過した基本波の和周波発生が行われ、波長が３５５ｎｍの３倍波(第３高調波)が発生する。発生した３倍波は波長変換部３０から出射され、波長３５５ｎｍの紫外光Ｌvがレーザ装置ＬＳから出力される。
【００２７】
制御部５０は、信号光源１１や電気光学変調器１５、ファイバ光増幅器２１〜２３、を含むレーザ装置全体の作動を制御するコントロールユニットである。制御部５０には、詳細図示を省略するが、レーザ装置ＬＳの制御プログラムや各種パラメータが格納された記憶部、制御プログラムに基づいて演算処理を実行する演算処理部、各部を駆動するドライバなどが設けられている。また、レーザ装置のオペレータが操作するキーボードや各種のスイッチ類、制御プログラムの実行状態や各種アラーム等を表示する表示パネルやランプ類などが操作盤に設けられている。
【００２８】
例示するレーザ装置ＬＳにおいて、制御部５０は、信号光源１１から繰り返し周波数１ＭＨｚ、オン時間が１０ｎsec程度の長パルス状のシード光を発生させ、これを電気光学変調器１５により切り出してオン時間が１ｎsec程度の短パルス状の信号光Ｌsを出力させる。このとき、ファイバ光増幅器２１〜２３のそれぞれの励起光源２１ｂ〜２３ｂに電力を供給してファイバ光増幅器２１〜２３の増幅用ファイバ２１ａ〜２３ａを励起状態とし、増幅部２０に入射した信号光Ｌsを増幅して増幅光Ｌａを出力させる。本構成例の場合、増幅光Ｌａのパワーは数Ｗ以上の高出力になり、例えば数十〜数百Ｗである。増幅光Ｌａは波長変換部３０により波長変換され、波長３５５ｎｍの紫外光Ｌvがレーザ装置ＬＳから出力される。
【００２９】
このように概要構成されるレーザ装置ＬＳにおいては、増幅部２０のファイバ光増幅器２１〜２３は以下のように構成される。増幅部２０の概要構成を図２に示す。
【００３０】
ファイバ光増幅器２１は、コアにイッテルビウム（Ｙｂ）がドープされた増幅用ファイバ２１ａ、イッテルビウムを励起する励起光源２１ｂ、増幅用ファイバ２１ａと励起光源２１ｂとの間をつなぎ励起光源２１ｂから出射された励起光を増幅用ファイバ２１ａに導く伝送用ファイバ２１ｃ、及び、伝送用ファイバ２１ｃを増幅用ファイバ２１ａに結合するポンプコンバイナ２１ｄなどから構成される。ファイバ光増幅器２２，２３についても同様であり、増幅用ファイバ２２ａ，２３ａ、励起光源２２ｂ，２３ｂ、伝送用ファイバ２２ｃ，２３ｃ、ポンプコンバイナ２２ｄ，２３ｄなどから構成される。励起光源２１ｂ，２２ｂ，２３ｂは、例えば半導体レーザやラマンレーザが用いられる。
【００３１】
但し、第１段のファイバ光増幅器２１、第２段のファイバ光増幅器２２、第３段のファイバ光増幅器２３では、伝送用ファイバの長さが異なっている。第１段の伝送用ファイバ２１ｃの長さをＬ1、第２段の伝送用ファイバ２２ｃの長さをＬ2、第３段の伝送用ファイバ２３ｃの長さをＬ3としたときに、各伝送用ファイバのファイバ長がＬ1＞Ｌ2＞Ｌ3の関係を有して構成される。
【００３２】
この構成により、励起光源が同時にオフとなってしまった場合、第３段→第２段→第１段の順に励起光が消光して増幅用ファイバが励起状態から基底状態に緩和される。なお、励起光源をオンにするときには、上記伝送用ファイバのファイバ長を考慮して、第１段→第２段→第３段の順に励起光が各増幅用ファイバに到達するようにタイミング制御される。
【００３３】
そのため、レーザ装置ＬＳやレーザ装置が搭載されたシステムの緊急停止、停電等によって電力供給が遮断されたような場合に、増幅用ファイバに入射する励起光が下流側の第３段のファイバ光増幅器２３から上流側の第１段のファイバ光増幅器２１に向けて順にオフになり、励起状態にあったファイバ光増幅器が確実に下流側から停止される。このことは、もしもＡＳＥ光が発生すればパワーが最も高くなる第３段の増幅用ファイバ２３ａが最初に励起状態から基底状態になることを意味し、ＡＳＥ光のパワーが高いファイバ光増幅器から順に基底状態に遷移することを意味する。これにより意図しない発振に基づく機器の損傷を効果的に抑制することができる。
【００３４】
ここで、レーザ装置ＬＳにおいては、伝送用ファイバ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃの光路差が、信号光Ｌsのパルス光の概略１周期分となる構成を例示する。すなわち、信号光Ｌsの繰り返し周期を１ＭＨｚとしたときに、第２段の伝送用ファイバ２２ｃのファイバ長Ｌ2は、第３段の伝送用ファイバ２３ｃのファイバ長Ｌ3に比べて約３００ｍ長く、第１段の伝送用ファイバ２１ｃのファイバ長Ｌ1は、第３段の伝送用ファイバ２３ｃのファイバ長Ｌ3に比べて約６００ｍ長く設定している。換言すれば、第１段に約６００ｍ、第２段に約３００ｍ、第３段に０ｍの遅延ファイバが接続されて各伝送用ファイバ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが構成されている。
【００３５】
信号光出力部１０から出力される信号光Ｌsと、各段の増幅用ファイバに入射する励起光との関係を時間的な説明するためのタイミングチャートを図３に示す。図３に上下４段に示す各線図は、上から、（１）信号光出力部１０から出力される信号光Ｌsのオン／オフ状態、（２）第１段の増幅用ファイバ２１aに入射する励起光のオン／オフ状態、（３）第２段の増幅用ファイバ２２ａに入射する励起光のオン／オフ状態、(４)第３段の増幅用ファイバ２３ａに入射する励起光のオン／オフ状態であり、横軸は時間である。
【００３６】
なお、図示する例は、時刻ｔ0に異常（例えば、信号光源１１の損傷や電気光学変調器１５の破損、波長変換光学素子３１，３２の損傷等）が発生し、制御部５０により励起光源２１ｂ，２２ｂ，２３ｂがオフにされたような場合を示す。また、増幅用ファイバ２１ａ，２２ａ，２３ａのファイバ長は、伝送用ファイバ２２ｃ，２３ｃのファイバ長と比較して短い（例えば数ｍ〜数十ｍ程度である）ため、これらのファイバによる光の遅延は無視して表記している。
【００３７】
図示するように、時刻ｔ0に異常が発生して励起光源２１ｂ，２２ｂ，２３ｂがオフになると、まず第３段の増幅用ファイバ２３ａに入射する励起光が時刻ｔ1にオフになる。次いで、時刻ｔ1から信号光Ｌsの光パルス１個分遅れた時刻ｔ2に、第２段の増幅用ファイバ２２ａに入射する励起光がオフになり、時刻ｔ2からさらに光パルス１個分遅れた時刻ｔ3に、第１段の増幅用ファイバ２１ａに入射する励起光がオフになる。
【００３８】
そのため、ゲインが最も高い（ＡＳＥ光が発生した場合にパワーが最も高くなる）第３段の増幅用ファイバ２３ａが最初に基底状態になり、その後、パルス光の１パルスごとにＡＳＥ光のパワーが高い方から順に基底状態に遷移してゆく。これにより、高パワーのＡＳＥ光発生を抑制することができ、意図しない発振に基づく機器の損傷を効果的に抑制することができる。
【００３９】
なお、異常発生がレーザ装置ＬＳの波長変換部３０や周辺機器等であるような場合には、信号光出力部１０からの信号光Ｌsの出力を時刻ｔ3まで（あるいはそれ以降の所定時刻または所定操作まで）停止しないように構成することもできる。このような構成によれば、図３（１）に点線でパルス波形を示すように、第１段の増幅用ファイバ２１ａに入射する励起光がオフになるまで増幅部２０に信号光Ｌsが供給される(本例ではパルス光がオフとなるタイミングで信号光Ｌsの供給を停止している)。そのため、第３段→第２段→第１段の順に励起光がオフになる過程においても増幅用ファイバ２１ａ，２２ａ，２３ａに信号光が供給され、パルス光の周期以上の無信号状態を排除することができる。これにより、ファイバ光増幅器２１，２２，２３でのＡＳＥ光の発生を完全に抑止することができ、意図しない発振に基づく機器の損傷を確実に抑止することができる。
【００４０】
以上の説明では、増幅部２０としてイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）を３段直列に接続した構成を例示したが、ファイバ光増幅器の種別や段数は、レーザ装置が用いられるシステムの用途や機能に応じて適宜変更して使用することができる。また、波長変換部３０として、波長１０６４ｎｍの赤外光（増幅光）を二つの波長変換光学素子で波長３５５ｎｍの紫外光に変換して出力する構成を例示したが、入出射光の波長や波長変換光学素子の組み合わせ等は任意である。例えば、増幅部から出力された波長１５４７ｎｍの赤外光を、複数の波長変換光学素子で波長１９３ｎｍの紫外光に変換して出力する構成でもよい。
【００４１】
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。
【００４２】
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工程で用いられる露光装置について、その概要構成を示す図４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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
このような露光装置１００によれば、意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制したレーザ装置を備えている。そのため、ランニングコストを低減し、稼働率を向上させた露光装置を提供することができる。
【００４６】
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５を参照して説明する。図５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。
【００４７】
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 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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
このような検査装置２００によれば意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制したレーザ装置を備えている。そのため、ランニングコストを低減し、稼働率を向上させた露光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】
【００５１】
ＬＳ レーザ装置
１０ 信号光出力部 ２０ 増幅部
２１ 第１段のファイバ光増幅器 ２２ 第２段のファイバ光増幅器
２３ 第３段のファイバ光増幅器 ２１ａ，２２ａ，２３ａ 増幅用ファイバ
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ 励起光源 ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ 伝送用ファイバ
３０ 波長変換部 ３１，３２ 波長変換光学素子
Ｌs 信号光 Ｌa 増幅光
Ｌv 紫外光
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光を出力する信号光出力部と、複数のファイバ光増幅器を有し信号光出力部から出力された信号光を順次増幅して増幅光を出力する増幅部とを備えたレーザ装置に関する。また、このようなレーザ装置を備えた露光装置及び検査装置等のレーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置は、例えば顕微鏡や形状測定装置、露光装置、検査装置などのレーザシステムの光源として用いられている。レーザ装置の出力波長は、組み込まれるシステムの用途及び機能に応じて設定され、当該出力波長に応じた信号光出力部及びファイバ光増幅器が用いられる。ファイバ光増幅器として、例えば、石英系の光ファイバに、エルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）、イッテルビウム（Ｙｂ）がドープされたイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）などが知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−５０８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ファイバ光増幅器は、コアにドープされたレーザ媒質に応じた増幅特性を有している。例えば、ＹＤＦＡ（イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器）の増幅帯域は、主に１０３０〜１１００ｎｍである。但し、ＹＤＦＡによりＮｄ−ＹＡＧレーザの発振波長と同じ１０６４ｎｍの増幅光を出力させようとした場合に、波長１０３０ｎｍ付近の寄生発振が発生しやすい。これは、ＹＤＦＡの利得分布は、増幅帯域のなかでも短波長側で利得が高く、長波長側で利得が低くなっており、波長λ＝１０６４ｎｍよりもλ＝１０３０ｎｍ付近の方が利得が顕著に高いためである。
【０００５】
この結果、例えば信号光出力部を構成する機器の損傷等により、ＹＤＦＡが励起された状態でファイバに入射する信号光の強度が大きく低下しあるいは０になると、イッテルビウムの反転分布密度が急激に上昇し、増幅器の利得が非常に高くなる。このとき、ファイバの入出射面や融着点、ファイバ部品等の微少な反射率を有する面で共振器が構成され、自然放出光が増幅されて波長１０３０ｎｍ付近で意図しない発振が起こることがある。その結果、ファイバ光増幅器の１０６４ｎｍ光の出力が概ね数Ｗ以上の高出力機の場合、高いパワーのＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光がファイバ内を伝播して出射され、ファイバ光増幅器自身や周辺のファイバ部品、励起光源等が損傷するおそれがある。
【０００６】
また、励起状態にあるＹＤＦＡの増幅部外に何らかの反射体があった場合、例えば、増幅光を導くファイバの入出射面や、増幅部から出射された光を波長変換する波長変換光学素子等の入出射面等に微少な反射があった場合に、ファイバから出射した自然放出光が反射してファイバ内に戻り、これがシード光となって１０３０ｎｍ付近で発振することもある。この場合にも、上記と同様にファイバ内を伝播し出射されるＡＳＥ光が高パワーになり、ファイバ光増幅器自身や周辺の光学素子が損傷するおそれがある。
【０００７】
特に、複数のファイバ光増幅器が直列接続された構成のレーザ装置では、各段での高い利得によってＡＳＥ光のパワーが高くなり、増幅光が出射される下流側のファイバ光増幅器ほど大幅にパワーが高くなる。そのため、上記のような意図しない発振に基づく機器の損傷を防ぐためには、上流側で信号光の強度が低下するような問題（例えば、信号光出力部の損傷、励起光源の損傷、伝送用ファイバの折損、増幅用ファイバの折損等）が発生したときに、下流側のファイバ光増幅器で励起を停止させる必要がある。
【０００８】
しかしながら、多段構成のファイバ光増幅器の場合、どの段で問題が発生するか明確ではない。また、電気回路の断線やシステム全体の緊急停止、停電等により電力供給が遮断される可能性もある。このような場合に、電気的なシーケンスでファイバ光増幅器の励起光源を確実に下流側から停止させることは難しいという課題があった。
【０００９】
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、複数段のファイバ光増幅器を備えたレーザ装置において、ファイバ光増幅器の励起を確実に下流側から順に停止させることができ、これにより意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制可能なレーザ装置を提供することを目的とする。また、レーザ装置の損傷を抑制することにより、稼働率を向上させた露光装置、検査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】
【００１０】
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、信号光を出力する信号光出力部と、複数のファイバ光増幅器を有し信号光出力部から出力された信号光を順次増幅して増幅光を出力する増幅部とを備える。上記複数のファイバ光増幅器は、各々コアにレーザ媒質がドープされた増幅用ファイバと、レーザ媒質を励起する励起光を発生する励起光源と、励起光源により発生された励起光を増幅用ファイバに伝送する伝送用ファイバとを備える。そして、複数のファイバ光増幅器を、信号光が入射する上流側から順に第１段、第２段・・・第ｎ段（ｎ≧２）とし、各段の伝送用ファイバのファイバ長をＬ1，Ｌ2・・・Ｌnとしたときに、Ｌ1＞Ｌ2＞・・・＞Ｌnとなるように構成される。
【００１１】
なお、前記信号光の波長は、ファイバ光増幅器における利得が最も高い波長と異なる波長とすることができる。例えば、前記ファイバ光増幅器はイッテルビウムをレーザ媒質とするイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器を用い、信号光の波長は１．０６μｍ帯とすることができる。
【００１２】
また、前記増幅部から出力された増幅光の波長を変換する波長変換部を備え、増幅部から出力された赤外〜可視領域の増幅光が、波長変換部により紫外領域のレーザ光に波長変換されて出力されるように構成することができる。
【００１３】
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、上記のようなレーザ装置と、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。
【００１４】
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、上記のようなレーザ装置と、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器に投影する投影光学系とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１５】
第１の態様のレーザ装置は、増幅部が複数のファイバ光増幅器からなるレーザ装置において、ファイバ光増幅器を信号光が入射する上流側から順に第１段、第２段・・・第ｎ段（ｎ≧２）とし、各段のファイバ光増幅器における励起光の伝送用ファイバのファイバ長をＬ1，Ｌ2・・・Ｌnとしたときに、Ｌ1＞Ｌ2＞・・・＞Ｌnとなるように構成される。このため、例えば信号光出力部での異常発生に基づいて励起光源をオフにしたような場合はもとより、たとえ電気回路の断線や緊急停止、停電等により電力供給が遮断されたような場合であっても、増幅用ファイバに入射する励起光が下流側から順にオフになり、励起状態にあったファイバ光増幅器を確実に下流側から停止させることができる。そのため、ＡＳＥ光のパワー増大を抑制することができ、これにより意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制したレーザ装置を提供することができる。
【００１６】
第２の態様の露光装置は、意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制したレーザ装置を備えている。そのため、ランニングコストを低減し、稼働率を向上させた露光装置を提供することができる。
【００１７】
第３の態様の検査装置は、意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制したレーザ装置を備えている。そのため、ランニングコストを低減し、稼働率を向上させた検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の適用例として示すレーザ装置の概要構成図である。
【図２】上記レーザ装置における増幅部の概要構成図である。
【図３】信号光出力部から出力される信号光と、各段の増幅用ファイバに入射する励起光との関係を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】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５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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の概要構成図を示す。レーザ装置ＬＳは、信号光を出力する信号光出力部１０と、信号光出力部から出力された信号光を増幅して出射する増幅部２０と、増幅部から出力された増幅光を波長変換して出力する波長変換部３０と、これらの作動を制御する制御部５０とを備えて構成される。
【００２０】
信号光出力部１０は、シード光を発生する信号光源１１と、信号光源１１から出射されたシード光の一部を切り出して出力する電気光学変調器（ＥＯＭ）１５とを主体として構成される。信号光源１１は、レーザ装置ＬＳの用途及び機能に応じて適宜な波長帯域の光源を用いることができる。本構成形態においては、波長１０６４ｎｍの光を出力可能なＤＦＢ半導体レーザを用いた構成を例示する。ＤＦＢ半導体レーザは、励起電流を制御することによりＣＷまたはパルス発振させることができ、また温度制御することにより所定の波長範囲で狭帯域化された単一波長のシード光を出射させることができる。なおＹＡＧレーザやガラスレーザ等の固体レーザを用いても良い。
【００２１】
電気光学変調器１５は、信号光源１１から出射されたシード光の一部を切り出してパルス状の信号光Ｌsを出力する。電気光学変調器１５は、例えば、マッハツェンダ型の光変調器を用いることができる。電気光学変調器１５により切り出され、信号光出力部１０から出力された信号光Ｌsは増幅部２０に入射する。
【００２２】
増幅部２０は、信号光出力部１０から出力された信号光を増幅するファイバ光増幅器を主体として構成される。本構成例では、三つのファイバ光増幅器２１，２２，２３を直列に接続した場合を示す。波長１０６４ｎｍの信号光を増幅するファイバ光増幅器２１，２２，２３として、１０００〜１１００ｎｍの波長帯域に利得を有するイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）が好適に用いられる。
【００２３】
増幅部２０に入射した信号光Ｌsは、まず１段目のファイバ光増幅器２１に入射して増幅され、続いて２段目のファイバ光増幅器２２、３段目のファイバ光増幅器２３に入射して順次増幅される。これら３段のファイバ光増幅器によって増幅された信号光(増幅光という)Ｌaは増幅部２０から出力され、波長変換部３０に入射する。
【００２４】
波長変換部３０は、増幅部２０から出力された増幅光Ｌaを波長変換して出力する。波長変換部３０は、レーザ装置ＬＳが用いられるシステムの用途や機能等に応じて適宜に構成でき、例えば波長３５５ｎｍの紫外光や、波長１９３ｎｍの紫外光を出力するように構成することができる。本実施形態では、波長変換部３０に設けた二つの波長変換光学素子３１，３２により、波長１０６４ｎｍの増幅光Ｌaを波長３５５ｎｍの紫外光Ｌvに波長変換して出力する構成例を説明する。
【００２５】
波長変換部３０に入射した増幅光Ｌaは、レンズを介して波長変換光学素子３１に集光入射する。波長変換光学素子３１では、増幅光Ｌa(基本波)の第２高調波発生が行われ、波長が５３２ｎｍの２倍波(第２高調波)が発生する。波長変換光学素子３１として、例えば、ＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。なお、ＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶やＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）結晶等を用いても良い。波長変換光学素子３１で発生した２倍波と、波長変換光学素子３１を透過した基本波は、レンズを介して波長変換光学素子３２に集光入射する。
【００２６】
波長変換光学素子３２では、波長変換光学素子３１で発生した２倍波と、波長変換光学素子３１を透過した基本波の和周波発生が行われ、波長が３５５ｎｍの３倍波(第３高調波)が発生する。発生した３倍波は波長変換部３０から出射され、波長３５５ｎｍの紫外光Ｌvがレーザ装置ＬＳから出力される。
【００２７】
制御部５０は、信号光源１１や電気光学変調器１５、ファイバ光増幅器２１〜２３、を含むレーザ装置全体の作動を制御するコントロールユニットである。制御部５０には、詳細図示を省略するが、レーザ装置ＬＳの制御プログラムや各種パラメータが格納された記憶部、制御プログラムに基づいて演算処理を実行する演算処理部、各部を駆動するドライバなどが設けられている。また、レーザ装置のオペレータが操作するキーボードや各種のスイッチ類、制御プログラムの実行状態や各種アラーム等を表示する表示パネルやランプ類などが操作盤に設けられている。
【００２８】
例示するレーザ装置ＬＳにおいて、制御部５０は、信号光源１１から繰り返し周波数１ＭＨｚ、オン時間が１０ｎsec程度の長パルス状のシード光を発生させ、これを電気光学変調器１５により切り出してオン時間が１ｎsec程度の短パルス状の信号光Ｌsを出力させる。このとき、ファイバ光増幅器２１〜２３のそれぞれの励起光源２１ｂ〜２３ｂに電力を供給してファイバ光増幅器２１〜２３の増幅用ファイバ２１ａ〜２３ａを励起状態とし、増幅部２０に入射した信号光Ｌsを増幅して増幅光Ｌａを出力させる。本構成例の場合、増幅光Ｌａのパワーは数Ｗ以上の高出力になり、例えば数十〜数百Ｗである。増幅光Ｌａは波長変換部３０により波長変換され、波長３５５ｎｍの紫外光Ｌvがレーザ装置ＬＳから出力される。
【００２９】
このように概要構成されるレーザ装置ＬＳにおいては、増幅部２０のファイバ光増幅器２１〜２３は以下のように構成される。増幅部２０の概要構成を図２に示す。
【００３０】
ファイバ光増幅器２１は、コアにイッテルビウム（Ｙｂ）がドープされた増幅用ファイバ２１ａ、イッテルビウムを励起する励起光源２１ｂ、増幅用ファイバ２１ａと励起光源２１ｂとの間をつなぎ励起光源２１ｂから出射された励起光を増幅用ファイバ２１ａに導く伝送用ファイバ２１ｃ、及び、伝送用ファイバ２１ｃを増幅用ファイバ２１ａに結合するポンプコンバイナ２１ｄなどから構成される。ファイバ光増幅器２２，２３についても同様であり、増幅用ファイバ２２ａ，２３ａ、励起光源２２ｂ，２３ｂ、伝送用ファイバ２２ｃ，２３ｃ、ポンプコンバイナ２２ｄ，２３ｄなどから構成される。励起光源２１ｂ，２２ｂ，２３ｂは、例えば半導体レーザやラマンレーザが用いられる。
【００３１】
但し、第１段のファイバ光増幅器２１、第２段のファイバ光増幅器２２、第３段のファイバ光増幅器２３では、伝送用ファイバの長さが異なっている。第１段の伝送用ファイバ２１ｃの長さをＬ1、第２段の伝送用ファイバ２２ｃの長さをＬ2、第３段の伝送用ファイバ２３ｃの長さをＬ3としたときに、各伝送用ファイバのファイバ長がＬ1＞Ｌ2＞Ｌ3の関係を有して構成される。
【００３２】
この構成により、励起光源が同時にオフとなってしまった場合、第３段→第２段→第１段の順に励起光が消光して増幅用ファイバが励起状態から基底状態に緩和される。なお、励起光源をオンにするときには、上記伝送用ファイバのファイバ長を考慮して、第１段→第２段→第３段の順に励起光が各増幅用ファイバに到達するようにタイミング制御される。
【００３３】
そのため、レーザ装置ＬＳやレーザ装置が搭載されたシステムの緊急停止、停電等によって電力供給が遮断されたような場合に、増幅用ファイバに入射する励起光が下流側の第３段のファイバ光増幅器２３から上流側の第１段のファイバ光増幅器２１に向けて順にオフになり、励起状態にあったファイバ光増幅器が確実に下流側から停止される。このことは、もしもＡＳＥ光が発生すればパワーが最も高くなる第３段の増幅用ファイバ２３ａが最初に励起状態から基底状態になることを意味し、ＡＳＥ光のパワーが高いファイバ光増幅器から順に基底状態に遷移することを意味する。これにより意図しない発振に基づく機器の損傷を効果的に抑制することができる。
【００３４】
ここで、レーザ装置ＬＳにおいては、伝送用ファイバ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃの光路差が、信号光Ｌsのパルス光の概略１周期分となる構成を例示する。すなわち、信号光Ｌsの繰り返し周期を１ＭＨｚとしたときに、第２段の伝送用ファイバ２２ｃのファイバ長Ｌ2は、第３段の伝送用ファイバ２３ｃのファイバ長Ｌ3に比べて約３００ｍ長く、第１段の伝送用ファイバ２１ｃのファイバ長Ｌ1は、第３段の伝送用ファイバ２３ｃのファイバ長Ｌ3に比べて約６００ｍ長く設定している。換言すれば、第１段に約６００ｍ、第２段に約３００ｍ、第３段に０ｍの遅延ファイバが接続されて各伝送用ファイバ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが構成されている。
【００３５】
信号光出力部１０から出力される信号光Ｌsと、各段の増幅用ファイバに入射する励起光との関係を時間的な説明するためのタイミングチャートを図３に示す。図３に上下４段に示す各線図は、上から、（１）信号光出力部１０から出力される信号光Ｌsのオン／オフ状態、（２）第１段の増幅用ファイバ２１aに入射する励起光のオン／オフ状態、（３）第２段の増幅用ファイバ２２ａに入射する励起光のオン／オフ状態、(４)第３段の増幅用ファイバ２３ａに入射する励起光のオン／オフ状態であり、横軸は時間である。
【００３６】
なお、図示する例は、時刻ｔ0に異常（例えば、信号光源１１の損傷や電気光学変調器１５の破損、波長変換光学素子３１，３２の損傷等）が発生し、制御部５０により励起光源２１ｂ，２２ｂ，２３ｂがオフにされたような場合を示す。また、増幅用ファイバ２１ａ，２２ａ，２３ａのファイバ長は、伝送用ファイバ２２ｃ，２３ｃのファイバ長と比較して短い（例えば数ｍ〜数十ｍ程度である）ため、これらのファイバによる光の遅延は無視して表記している。
【００３７】
図示するように、時刻ｔ0に異常が発生して励起光源２１ｂ，２２ｂ，２３ｂがオフになると、まず第３段の増幅用ファイバ２３ａに入射する励起光が時刻ｔ1にオフになる。次いで、時刻ｔ1から信号光Ｌsの光パルス１個分遅れた時刻ｔ2に、第２段の増幅用ファイバ２２ａに入射する励起光がオフになり、時刻ｔ2からさらに光パルス１個分遅れた時刻ｔ3に、第１段の増幅用ファイバ２１ａに入射する励起光がオフになる。
【００３８】
そのため、ゲインが最も高い（ＡＳＥ光が発生した場合にパワーが最も高くなる）第３段の増幅用ファイバ２３ａが最初に基底状態になり、その後、パルス光の１パルスごとにＡＳＥ光のパワーが高い方から順に基底状態に遷移してゆく。これにより、高パワーのＡＳＥ光発生を抑制することができ、意図しない発振に基づく機器の損傷を効果的に抑制することができる。
【００３９】
なお、異常発生がレーザ装置ＬＳの波長変換部３０や周辺機器等であるような場合には、信号光出力部１０からの信号光Ｌsの出力を時刻ｔ3まで（あるいはそれ以降の所定時刻または所定操作まで）停止しないように構成することもできる。このような構成によれば、図３（１）に点線でパルス波形を示すように、第１段の増幅用ファイバ２１ａに入射する励起光がオフになるまで増幅部２０に信号光Ｌsが供給される(本例ではパルス光がオフとなるタイミングで信号光Ｌsの供給を停止している)。そのため、第３段→第２段→第１段の順に励起光がオフになる過程においても増幅用ファイバ２１ａ，２２ａ，２３ａに信号光が供給され、パルス光の周期以上の無信号状態を排除することができる。これにより、ファイバ光増幅器２１，２２，２３でのＡＳＥ光の発生を完全に抑止することができ、意図しない発振に基づく機器の損傷を確実に抑止することができる。
【００４０】
以上の説明では、増幅部２０としてイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）を３段直列に接続した構成を例示したが、ファイバ光増幅器の種別や段数は、レーザ装置が用いられるシステムの用途や機能に応じて適宜変更して使用することができる。また、波長変換部３０として、波長１０６４ｎｍの赤外光（増幅光）を二つの波長変換光学素子で波長３５５ｎｍの紫外光に変換して出力する構成を例示したが、入出射光の波長や波長変換光学素子の組み合わせ等は任意である。例えば、増幅部から出力された波長１５４７ｎｍの赤外光を、複数の波長変換光学素子で波長１９３ｎｍの紫外光に変換して出力する構成でもよい。
【００４１】
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。
【００４２】
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工程で用いられる露光装置について、その概要構成を示す図４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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
このような露光装置１００によれば、意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制したレーザ装置を備えている。そのため、ランニングコストを低減し、稼働率を向上させた露光装置を提供することができる。
【００４６】
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５を参照して説明する。図５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。
【００４７】
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 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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
このような検査装置２００によれば意図しない発振に基づく機器の損傷を抑制したレーザ装置を備えている。そのため、ランニングコストを低減し、稼働率を向上させた露光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】
【００５１】
ＬＳ レーザ装置
１０ 信号光出力部 ２０ 増幅部
２１ 第１段のファイバ光増幅器 ２２ 第２段のファイバ光増幅器
２３ 第３段のファイバ光増幅器 ２１ａ，２２ａ，２３ａ 増幅用ファイバ
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ 励起光源 ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ 伝送用ファイバ
３０ 波長変換部 ３１，３２ 波長変換光学素子
Ｌs 信号光 Ｌa 増幅光
Ｌv 紫外光
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を出力する信号光出力部と、
複数のファイバ光増幅器を有し、前記信号光出力部から出力された信号光を順次増幅して増幅光を出力する増幅部とを備え、
前記複数のファイバ光増幅器は、各々コアにレーザ媒質がドープされた増幅用ファイバと、前記レーザ媒質を励起する励起光を発生する励起光源と、前記励起光源により発生された励起光を前記増幅用ファイバに伝送する伝送用ファイバとを備え、
前記複数のファイバ光増幅器を前記信号光が入射する上流側から順に第１段、第２段・・・第ｎ段（ｎ≧２）とし、各段の前記伝送用ファイバのファイバ長をＬ1，Ｌ2・・・Ｌnとしたときに、
前記各段の伝送用ファイバのファイバ長が、Ｌ1＞Ｌ2＞・・・＞Ｌnであることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記信号光の波長は、前記ファイバ光増幅器における利得が最も高い波長と異なる波長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】
前記ファイバ光増幅器はイッテルビウムをレーザ媒質とするイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器であり、前記信号光の波長は１．０６μｍ帯であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第ｎ段のファイバ光増幅器から出力される増幅光のパワーが数Ｗ以上の高出力であることを特徴とする請求項請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記信号光がパルス光である場合において、前記各段の伝送用ファイバの光路差が前記パルス光の１周期分程度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】
前記増幅部から出力された増幅光の波長を変換する波長変換部を備え、
前記増幅部から出力された赤外〜可視領域の増幅光が、前記波長変換部により紫外領域のレーザ光に波長変換されて出力される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】
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８】
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器に投影する投影光学系とを備えたことを特徴とする検査装置。
【請求項１】
信号光を出力する信号光出力部と、
複数のファイバ光増幅器を有し、前記信号光出力部から出力された信号光を順次増幅して増幅光を出力する増幅部とを備え、
前記複数のファイバ光増幅器は、各々コアにレーザ媒質がドープされた増幅用ファイバと、前記レーザ媒質を励起する励起光を発生する励起光源と、前記励起光源により発生された励起光を前記増幅用ファイバに伝送する伝送用ファイバとを備え、
前記複数のファイバ光増幅器を前記信号光が入射する上流側から順に第１段、第２段・・・第ｎ段（ｎ≧２）とし、各段の前記伝送用ファイバのファイバ長をＬ1，Ｌ2・・・Ｌnとしたときに、
前記各段の伝送用ファイバのファイバ長が、Ｌ1＞Ｌ2＞・・・＞Ｌnであることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記信号光の波長は、前記ファイバ光増幅器における利得が最も高い波長と異なる波長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】
前記ファイバ光増幅器はイッテルビウムをレーザ媒質とするイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器であり、前記信号光の波長は１．０６μｍ帯であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第ｎ段のファイバ光増幅器から出力される増幅光のパワーが数Ｗ以上の高出力であることを特徴とする請求項請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記信号光がパルス光である場合において、前記各段の伝送用ファイバの光路差が前記パルス光の１周期分程度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】
前記増幅部から出力された増幅光の波長を変換する波長変換部を備え、
前記増幅部から出力された赤外〜可視領域の増幅光が、前記波長変換部により紫外領域のレーザ光に波長変換されて出力される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】
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８】
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器に投影する投影光学系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２０１３−４５９７（Ｐ２０１３−４５９７Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１８４４（Ｐ２０１１−１３１８４４）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【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１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]