レーザ装置、露光装置及び検査装置
【課題】出力光のパワー制御を安定的に行うことができるレーザ装置を提供する。
【解決手段】レーザ装置は、波長が紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部Ｉと、波長が可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部II,IIIと、ＵＶ光出力部Ｉから出力されたＵＶレーザ光とＶＩＲ光出力部から出力されたＶＩＲレーザ光とから、波長変換により波長がＵＶレーザ光よりも短いＤＵＶレーザ光を発生して出力するＤＵＶ光変換部IVと、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部の作動を制御する制御部８とを備える。制御部８は、ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、ＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、ＶＩＲレーザ光のパワーを変化させる制御を行うように構成される。
【解決手段】レーザ装置は、波長が紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部Ｉと、波長が可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部II,IIIと、ＵＶ光出力部Ｉから出力されたＵＶレーザ光とＶＩＲ光出力部から出力されたＶＩＲレーザ光とから、波長変換により波長がＵＶレーザ光よりも短いＤＵＶレーザ光を発生して出力するＤＵＶ光変換部IVと、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部の作動を制御する制御部８とを備える。制御部８は、ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、ＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、ＶＩＲレーザ光のパワーを変化させる制御を行うように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部と、可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、ＵＶレーザ光及びＶＩＲレーザ光から波長変換によりＵＶレーザ光よりも短波長のＤＵＶレーザ光を発生するＤＵＶ光変換部と、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部の作動を制御する制御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は、顕微鏡や形状測定装置、各種の検査装置、露光装置などに好適な光源として知られている（特許文献１、特許文献２を参照）。特許文献１に記載されたレーザ装置ＬＳ９の概要構成を図７に示す。
【０００３】
レーザ装置ＬＳ９は、紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部Ｉと、可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、ＵＶレーザ光及びＶＩＲレーザ光から波長変換によりＤＵＶレーザ光を発生するＤＵＶ光変換部IVと、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部を含む各部の作動を制御する制御部９０８とを備えて構成される。ＶＩＲ光出力部は、可視〜赤外領域の第１ＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部IIと、可視〜赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光を出力する第２ＶＩＲ光出力部IIIとから構成される。
【０００４】
本構成例において、ＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIには共通の光源からシード光が供給される。すなわち、シード光発生部９１０から出射されたシード光は３分割されてＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIにそれぞれ入射する。シード光発生部９１０から出射されるシード光は、可視〜赤外領域の所定波長を有するレーザ光であり、例えば波長１５４４ｎｍの赤外レーザ光である。シード光は、基本波を有するレーザ光である。
【０００５】
ＵＶ光出力部Ｉは、シード光を増幅するファイバ光増幅器９２１、波長変換光学素子９３１，９３２，９３３などを備えて構成される。なお、図７において各光路上に楕円形で示すものは、各波長変換光学素子にレーザ光を集光入射させるためのレンズである。シード光発生部９１０から出射されたシード光はファイバ光増幅器９２１により増幅され、増幅されたシード光すなわち基本波レーザ光が波長変換光学素子９３１に集光入射する。
【０００６】
波長変換光学素子９３１では基本波の第２高調波発生（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）が行われる。すなわち、波長が基本波の１／２、周波数が２倍の第２高調波が発生する。波長変換光学素子９３１で発生した第２高調波と波長変換光学素子９３１を透過した基本波は、波長変換光学素子９３２に集光入射する。波長変換光学素子９３２では基本波と第２高調波の和周波発生（Sum Frequency Generation：ＳＦＧ）が行われる。すなわち、波長が基本波の１／３、周波数が３倍の第３高調波が発生する。
【０００７】
波長変換光学素子９３２で発生した第３高調波と、波長変換光学素子９３２を透過した第２高調波は、波長変換光学素子９３３に集光入射する。波長変換光学素子９３３では第２高調波と第３高調波の和周波発生が行われる。すなわち、波長が基本波の１／５、周波数が５倍の第５高調波が発生する。波長変換光学素子９３３で発生した第５高調波は、波長が３０９ｎｍであり紫外領域のＵＶレーザ光である。波長変換光学素子９３３で発生した第５高調波であるＵＶレーザ光はＵＶ光出力部Ｉから出射され、ダイクロイックミラー９４１に入射する。
【０００８】
第１ＶＩＲ光出力部IIは、シード光を増幅するファイバ光増幅器９２２及び波長変換光学素子９３４を備えて構成される。シード光発生部９１０から出射されたシード光はファイバ光増幅器９２２により増幅される。増幅されたシード光すなわち基本波レーザ光は波長変換光学素子９３４に集光入射する。波長変換光学素子９３４では、第２高調波発生が行われ、基本波に対して、波長が１／２、周波数が２倍の第２高調波が発生する。波長変換光学素子９３４で発生した第２高調波は、波長が７７２ｎｍであり可視領域の第１ＶＩＲレーザ光である。波長変換光学素子９３４で発生した第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光は第１ＶＩＲ光出力部IIから出射され、ダイクロイックミラー９４２に入射する。
【０００９】
第２ＶＩＲ光出力部IIIは、シード光を増幅するファイバ光増幅器９２３を備える。第２ＶＩＲ光出力部IIIには波長変換光学素子は設けられない。シード光発生部９１０から出射されたシード光はファイバ光増幅器９２３により増幅される。増幅されたシード光すなわち基本波レーザ光は、第２ＶＩＲレーザ光として第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される。第２ＶＩＲレーザ光の波長は１５４４ｎｍであり、赤外領域のレーザ光である。第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された第２ＶＩＲレーザ光はダイクロイックミラー９４２に入射する。
【００１０】
ダイクロイックミラー９４２は、基本波の波長帯域の光を透過し第２高調波の波長帯域の光を反射するように構成される。また、ダイクロイックミラー９４１は、基本波及び第２高調波の波長帯域の光を透過し第５高調波の波長帯域の光を反射するように構成される。そのため、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射された第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光と、第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された基本波である第２ＶＩＲレーザ光は、ダイクロイックミラー９４２により同軸上に重ね合わされ、さらにＵＶ光出力部Ｉから出射された第５高調波であるＵＶレーザ光がダイクロイックミラー９４１により同軸上に重ね合わされて、これら３つの異なる波長のレーザ光がＤＵＶ光変換部IVに入射する。
【００１１】
ＤＵＶ光変換部IVには、波長変換光学素子９３５，９３６が設けられている。波長変換光学素子９３５では、ＵＶ光出力部Ｉから出射された第５高調波であるＵＶレーザ光と、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射された第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生が行われる。すなわち、波長が基本波の１／７、周波数が７倍の第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光が発生する。第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された基本波である第２ＶＩＲレーザ光は波長変換光学素子９３５を透過し、波長変換光学素子９３５で発生した第１ＤＵＶレーザ光とともに波長変換光学素子９３６に入射する。波長変換光学素子９３６では、基本波である第２ＶＩＲレーザ光と第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光との和周波発生が行われる。すなわち、波長が基本波の１／８、周波数が８倍の第８高調波である第２ＤＵＶレーザ光が発生する。
【００１２】
波長変換光学素子９３５で発生した第１ＤＵＶレーザ光、及び波長変換光学素子９３６で発生した第２ＤＵＶレーザ光は、各々波長が２２１ｎｍ，１９３ｎｍであり、ともにＵＶ光出力部Ｉから出射されたＵＶレーザ光よりも波長が短い紫外領域のレーザ光である。波長変換光学素子９３６で発生した第２ＤＵＶレーザ光がレーザ装置ＬＳ９から出力される。
【００１３】
このようなレーザ装置にあって、レーザ装置ＬＳ９から出力する第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させる場合に、従来では、目標とするパワーに応じて、ＵＶ光出力部Ｉから出射されるＵＶレーザ光のパワー、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射される第１ＶＩＲレーザ光のパワー、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される第２ＶＩＲレーザ光のパワーを、制御部９０８がそれぞれ変化させる制御を行うように構成されていた。
【００１４】
例えば、目標とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーが高い場合と低い場合のそれぞれの場合に必要なＵＶレーザ光、第１ＶＩＲレーザ光、及び第２ＶＩＲレーザ光のそれぞれのパワーを予め計測しておく。制御部９０８は目標とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて、ＵＶレーザ光、第１ＶＩＲレーザ光、及び第２ＶＩＲレーザ光がそれぞれ適切なパワーで出射されるように、ＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIの作動を制御する。具体的には、制御部９０８は、ＵＶ光出力部Ｉに設けられたファイバ光増幅器９２１の励起光強度、第１ＶＩＲ光出力部IIに設けられたファイバ光増幅器９２２の励起光強度、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIに設けられたファイバ光増幅器９２３の励起光強度の各々が、目標とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じた励起光強度となるように制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１０−３７７１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】
【００１６】
しかしながら、目標とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて、ファイバ光増幅器９２１，９２２，９２３のファイバ光増幅器を励起するための各々の励起光強度を変化させる場合、制御部の構成が複雑化する。一方、レーザ装置ＬＳ９の出力光である第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させる場合に、そのパワーの変化を実現するためのファイバ光増幅器９２１の励起光強度の変化量、ファイバ光増幅器９２２の励起光強度の変化量、及びファイバ光増幅器９２３の励起光強度の変化量の組み合わせは複数存在する。
【００１７】
例えば、第２ＤＵＶレーザ光のパワーを２００ｍＷから４００ｍＷに変化させるためには、ファイバ光増幅器９２２及び９２３の励起光強度の変化率はそれぞれ＋１００％であるのに対して、ファイバ光増幅器９２１の励起光強度の変化率は＋４０％である。すなわち、出力光である第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるには、ファイバ光増幅器９２１の励起光強度を変化させるのが最も効率がよい。そこで、第２ＤＵＶレーザ光のパワーを１００〜４００ｍＷの範囲で変化させようとする場合に、ファイバ光増幅器９２２及び９２３の励起光強度は、第２ＤＵＶレーザ光のパワーを４００ｍＷとする場合と同様の値に設定しておき、ファイバ光増幅器９２１の励起光強度のみを変化させるようにすれば、第２ＤＵＶレーザ光のパワーを効率よく制御することができる。
【００１８】
上記観点に基づいて、発明者らは、紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部Ｉと、可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部II及び第２ＶＩＲ光出力部IIIと、ＵＶレーザ光及びＶＩＲレーザ光から、波長変換によりＵＶレーザ光よりも短波長のＤＵＶレーザ光を発生するＤＵＶ光変換部と、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部の作動を制御する制御部とを備え、制御部が、ＤＵＶ光変換部から出力するＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、ＶＩＲ光出力部から出力するＶＩＲレーザ光のパワーを略一定とし、ＵＶ光出力部から出力するＵＶレーザ光のパワーを変化させる制御を行うレーザ装置を考案した。
【００１９】
ところが、既述した従来のレーザ装置、及び発明者らが考案したレーザ装置では、ＤＵＶレーザ光の安定性を高く保持することが難しいことが分かってきた。ＵＶ光出力部から出射されるＵＶレーザ光は波長が紫外領域の光である。紫外光を伝播する光学素子は、紫外光の吸収による発熱等に起因した問題が発生しやすい。例えば、既述したレーザ装置において、ＵＶ光出力部の波長変換光学素子９３３から出射される第５高調波であるＵＶレーザ光は、波長が３０９ｎｍで深紫外領域に近く、波長変換光学素子９３３において吸収による発熱の問題が発生しやすい。波長変換光学素子９３３の結晶内部で発熱があると位相不整合が生じ、波長変換効率の低下やビームポインティングの変動が発生する。
【００２０】
波長変換光学素子９３３から出射されるＵＶレーザ光のビームポインティングが変動すると、波長変換光学素子９３５において、第５高調波であるＵＶレーザ光と第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光の重ね合わせ状態が悪化し、第１ＤＵＶレーザ光への波長変換効率や安定性が低下する。結果として、レーザ装置の出力光である第２ＤＵＶレーザ光の波長変換効率やパワーの安定性が低下することになる。波長変換光学素子９３３から出射された第５高調波を波長変換光学素子９３５に導くレンズやミラー等についても同様の問題を生じる。
【００２１】
そのため、レーザ装置の出力光である第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させる際にＵＶレーザ光のパワーを変化させる手法では、ＵＶレーザ光のパワー変化によって各部で吸収による発熱の変化、及びこれに伴う波長変換効率の低下やビームポインティングの変動が発生し、安定的に出力光である第２ＤＵＶレーザ光のパワー制御を行うことが難しい、という課題が把握された。
【００２２】
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、レーザ装置の出力光であるＤＵＶレーザ光のパワー制御を安定的に行うことができるレーザ装置を提供することを目的とする。併せて、安定したパワー制御により安定性を向上した露光装置、検査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】
【００２３】
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、波長が紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部と、波長が可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光とＶＩＲ光出力部から出力されたＶＩＲレーザ光とから、波長変換により波長がＵＶレーザ光よりも短いＤＵＶレーザ光を発生して出力するＤＵＶ光変換部と、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部の作動を制御する制御部とを備える。そして、このレーザ装置の制御部は、ＤＵＶ光変換部から出力するＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、ＵＶ光出力部から出力するＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、ＶＩＲ光出力部から出力するＶＩＲレーザ光のパワーを変化させる制御を行うように構成される。
【００２４】
なお、前記ＶＩＲ光出力部は、波長が可視〜赤外領域の第１ＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部と、波長が可視〜赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光を出力する第２ＶＩＲ光出力部とを有し、前記ＤＵＶ光変換部は、ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光と第１ＶＩＲ光出力部から出力された第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生により第１ＤＵＶレーザ光を発生する第１波長変換光学素子（例えば、第１構成形態における波長変換光学素子３５、第２構成形態における波長変換光学素子１３５）と、第１波長変換光学素子から出力された第１ＤＵＶレーザ光と第２ＶＩＲ光出力部から出力された第２ＶＩＲレーザ光との和周波発生により第２ＤＵＶレーザ光を発生する第２波長変換光学素子（例えば、第１構成形態における波長変換光学素子３６、第２構成形態における波長変換光学素子１３６）とを有し、前記制御部は、ＤＵＶ光変換部から出力する第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、ＵＶ光出力部から出力するＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、第１ＶＩＲ光出力部から出力する第１ＶＩＲレーザ光及び第２ＶＩＲ光出力部から出力する第２ＶＩＲレーザ光の少なくとも一方のパワーを変化させる制御を行うように構成することができる。
【００２５】
また、前記ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部に各々可視〜赤外領域のレーザ光を増幅するファイバ光増幅器を有し、前記ＵＶ光出力部に、可視〜赤外領域のレーザ光を紫外領域のＵＶレーザ光に変換する波長変換光学素子を有し、前記制御部は、ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器、及びＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器の作動を制御することにより、ＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、かつ、ＶＩＲレーザ光のパワーを変化させるように構成することができる。
【００２６】
この場合において、前記ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器及び前記ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器は、ともに所定波長の基本波のレーザ光を増幅する増幅器であり、ＵＶ光出力部は、当該ＵＶ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波から、その第５高調波であるＵＶレーザ光を発生して出力するように構成され、ＶＩＲ光出力部は、当該ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波から、その第２高調波であるＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、前記ＤＵＶ光変換部は、ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光とＶＩＲ光出力部から出力されたＶＩＲレーザ光とから、和周波発生により前記基本波の第７高調波を発生するように構成することができる。
【００２７】
また、前記ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器、前記第１ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器及び前記第２ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器は、いずれも所定波長の基本波のレーザ光を増幅する増幅器であり、ＵＶ光出力部は、当該ＵＶ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波の第５高調波である前記ＵＶレーザ光を発生して出力するように構成され、第１ＶＩＲ光出力部は、当該第１ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波の第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、第２ＶＩＲ光出力部は、当該第２ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波である前記第２ＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、前記第１波長変換光学素子は、ＵＶレーザ光と第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生により前記基本波の第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光を発生し、前記第２波長変換光学素子は、第１波長変換光学素子から出力された第１ＤＵＶレーザ光と第２ＶＩＲ光出力部から出力された第２ＶＩＲレーザ光との和周波発生により前記基本波の第８高調波である第２ＤＵＶレーザ光を発生するように構成することもできる。
【００２８】
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、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。
【００２９】
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、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６１５）とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００３０】
第１の態様のレーザ装置においては、レーザ装置の制御部が、ＤＵＶ光変換部から出力するＤＵＶレーザ光（出力光）のパワーを変化させるときに、ＵＶ光出力部から出力するＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、ＶＩＲ光出力部から出力するＶＩＲレーザ光のパワーを変化させる制御を行うように構成される。すなわち、第１の態様のレーザ装置では、出力光のパワーを変化させるときに、ＵＶ光出力部から出力される紫外領域のＵＶレーザ光のパワーが略一定に保持され、ＶＩＲ光出力部から出力される可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光のパワーを変化させるように制御される。
【００３１】
このため、出力光としてのＤＵＶレーザ光を変化させるパワー制御を行っても、ＵＶレーザ光のパワーを変化させるパワー制御に比べて、波長変換素子等での吸収による発熱量の変化が少なく、これに伴う波長変換効率の低下やビームポインティングの変動が小さい。従って、出力光のパワー制御を安定的に行うことができるレーザ装置を提供することができる。
【００３２】
第２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。従って、安定したパワー制御により安定性を向上した露光装置を提供することができる。
【００３３】
第３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。従って、安定したパワー制御により安定性を向上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】
【００３４】
【図１】本発明の適用例として示す第１形態の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パワー制御を主体とした制御系のブロック図である。
【図３】上記レーザ装置におけるファイバ光増幅器の概略図である。
【図４】本発明の適用例として示す第２形態のレーザ装置の概要構成図である。
【図５】本発明のレーザ装置を備えた露光装置の概要構成図である。
【図６】本発明のレーザ装置を備えた検査装置の概要構成図である。
【図７】従来のレーザ装置を説明するための概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（第１構成形態）
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。本発明を適用したレーザ装置ＬＳの例として、第１構成形態のレーザ装置ＬＳ１の概要構成を図１に示す。また、レーザ装置ＬＳ１におけるパワー制御を主体とした制御系のブロック図を図２に示す。レーザ装置ＬＳ１は、制御部による制御形態の相違を除いて、既述したレーザ装置ＬＳ９と同様のものである。以下、各部の構成を含めて詳細に説明する。なお、以下の各図において各光路上に楕円形で示すものは、各波長変換光学素子にレーザ光を集光入射させるためのレンズであり、詳細説明を省略する。
【００３６】
レーザ装置ＬＳ１は、紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部Ｉと、可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、ＵＶレーザ光及びＶＩＲレーザ光から波長変換によってＵＶレーザ光よりも短波長のＤＵＶレーザ光を発生するＤＵＶ光変換部IVと、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部を含む各部の作動を制御する制御部８とを備えて構成される。ＶＩＲ光出力部は、可視領域の第１ＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部IIと、赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光を出力する第２ＶＩＲ光出力部IIIとから構成される。
【００３７】
レーザ装置ＬＳ１において、ＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIに対して、基本波の波長のシード光を発生するシード光発生部１０からシード光が供給される。すなわち、シード光発生部１０から出射されたシード光は３分割されてＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIにそれぞれ入射する。シード光発生部１０は、詳細図示を省略するが、可視〜赤外領域の所定波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を切り出すことにより所定波形のパルス状のシード光を出力する電気光学変調器（ＥＯＭ）とを備えて構成される。
【００３８】
レーザ装置ＬＳ１では、レーザ光源としてＤＦＢ半導体レーザを用いて波長１５４７ｎｍのレーザ光を発生させ、電気光学変調器によりその一部を切り出して、繰り返し周波数１ＭＨｚ、オン時間１〜数ｎsecのパルス状のシード光を出力する。シード光発生部１０から出射されたシード光は、図示省略するスプリッタ（カプラ）により３分割され、各々ＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIに入射する。
【００３９】
ＵＶ光出力部Ｉは、シード光を増幅するファイバ光増幅器２１、増幅された基本波のレーザ光を順次波長変換する波長変換光学素子３１，３２，３３などを主体として構成される。
【００４０】
ファイバ光増幅器２１は、図３に概略図を示すように、コアにレーザ媒質がドープされた増幅用ファイバ２１ａと、増幅用ファイバ２１ａにドープされたレーザ媒質を励起するための励起光を出射する励起光源２１ｂと、励起光源２１ｂから出射された励起光を増幅用ファイバ２１ａに導く導光用ファイバ２１ｃ及びコンバイナ２１ｄなどから構成される。ファイバ光増幅器２１は可視〜赤外領域のシード光の波長帯域の光を増幅する光増幅器であり、例えば増幅用ファイバ２１ａのコアにエルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）が好適に用いられる。ファイバ光増幅器２２，２３も同様に構成される。
【００４１】
ファイバ光増幅器２１の作動は制御部８により制御される。すなわち、制御部８は、励起光源２１ｂへの供給電力を制御することで、ファイバ光増幅器２１のコアにドープされたレーザ媒質を励起するための励起光の強度を制御する。ファイバ光増幅器２１により増幅されたシード光すなわち基本波レーザ光Ｌａ1は、ファイバ光増幅器２１から出射して波長変換光学素子３１に集光入射する。
【００４２】
波長変換光学素子３１では、この素子に入射する基本波の第２高調波発生が行われ、周波数が基本波の２倍、波長が１／２（７７４ｎｍ）の第２高調波が発生する。波長変換光学素子３１で発生した第２高調波と波長変換光学素子３１を透過した基本波は、波長変換光学素子３２に集光入射する。波長変換光学素子３２では、基本波と第２高調波の和周波発生が行われ、周波数が基本波の３倍、波長が１／３（５１６ｎｍ）の第３高調波が発生する。
【００４３】
第２高調波発生用の波長変換光学素子３１としてはＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）結晶が好適に用いられる。また、第３高調波発生用の波長変換光学素子３２としてはＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３１としては、ＰＰＬＴ（Periodically Poled ＬiＴaＯ3）結晶やＰＰＫＴＰ（Periodically Poled ＬiＴaＯ3）結晶などの疑似位相整合結晶（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）やＬＢＯ結晶を用いることもできる。
【００４４】
波長変換光学素子３２で発生した第３高調波と波長変換光学素子３２を透過した第２高調波は、波長変換光学素子３３に集光入射する。波長変換光学素子３３では、第２高調波と第３高調波の和周波発生が行われ、周波数が基本波の５倍、波長が１／５（３０９ｎｍ）の第５高調波が発生する。第５高調波発生用の波長変換光学素子３３としてはＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶が好適に用いられる。なお、ＬＢＯ結晶やＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶を用いることもできる。
【００４５】
波長変換光学素子３３で発生した第５高調波はＵＶ光出力部Ｉから出射され、ダイクロイックミラー４１で反射されてＤＵＶ光変換部IVの波長変換光学素子３５に集光入射する。ＵＶ光出力部Ｉから出射される第５高調波は、波長が３０９ｎｍであり紫外領域のレーザ光である。本明細書においては、ＵＶ光出力部Ｉから出射される波長が紫外領域のレーザ光を「ＵＶレーザ光」という。
【００４６】
第１ＶＩＲ光出力部IIは、シード光を増幅するファイバ光増幅器２２、増幅された基本波レーザ光を波長変換する波長変換光学素子３４、及び後述するタイミング調整器４５を備えて構成される。シード光発生部１０から出射されたシード光はファイバ光増幅器２２により増幅され、増幅された基本波レーザ光Ｌａ2は波長変換光学素子３４に集光入射する。ファイバ光増幅器２２の構成及び作用は、既述したファイバ光増幅器２１と同様であり、ファイバ光増幅器２２の励起光強度は制御部８により制御される。
【００４７】
波長変換光学素子３４では、基本波の第２高調波発生が行われ、周波数が基本波の２倍、波長が１／２（７７４ｎｍ）の第２高調波が発生する。第２高調波発生用の波長変換光学素子３４としては、ＰＰＬＮ結晶またはＱＰＭ結晶等を用いることができる。波長変換光学素子３４で発生した第２高調波は、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射され、ダイクロイックミラー４２，４１を介してＤＵＶ光変換部IVの波長変換光学素子３５に集光入射する。第１ＶＩＲ光出力部IIから出射される第２高調波は、波長が７７４ｎｍであり可視領域のレーザ光である。本明細書においては、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射される波長が可視〜赤外領域のレーザ光を「第１ＶＩＲレーザ光」という。
【００４８】
第２ＶＩＲ光出力部IIIは、シード光すなわち基本レーザ光を増幅するファイバ光増幅器２３及び後述するタイミング調整器４６を備えて構成される。シード光発生部１０から出射されたシード光はファイバ光増幅器２３により増幅され、増幅されたシード光すなわち基本波レーザ光Ｌａ3は第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される。ファイバ光増幅器２３の構成及び作用は、既述したファイバ光増幅器２１，２２と同様であり、ファイバ光増幅器２３の励起光強度は制御部８により制御される。
【００４９】
第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された基本波レーザ光は、ダイクロイックミラー４２，４１及び波長変換光学素子３５を透過して波長変換光学素子３６に集光入射する。第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される基本波レーザ光は、波長が１５４７ｎｍであり、赤外領域のレーザ光である。本明細書においては、第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される波長が可視〜赤外領域のレーザ光を「第２ＶＩＲレーザ光」という。
【００５０】
ダイクロイックミラー４２は、基本波の波長帯域の光を透過し第２高調波の波長帯域の光を反射するように構成される。また、ダイクロイックミラー４１は、基本波及び第２高調波の波長帯域の光を透過し第５高調波の波長帯域の光を反射するように構成される。そのため、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射された第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光と、第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された基本波である第２ＶＩＲレーザ光は、ダイクロイックミラー４２により同軸上に重ね合わされ、さらにＵＶ光出力部Ｉから出射された第５高調波であるＵＶレーザ光がダイクロイックミラー４１により同軸上に重ね合わされて、これら３つの異なる波長のレーザ光がＤＵＶ光変換部IVに入射する。
【００５１】
ＤＵＶ光変換部IVには、波長変換光学素子３５及び３６が設けられている。波長変換光学素子３５では、ＵＶ光出力部Ｉから出射された第５高調波であるＵＶレーザ光と、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射された第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生が行われる。すなわち、周波数が基本波の７倍、波長が１／７（２２１ｎｍ）の第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光が発生する。第７高調波発生用の波長変換光学素子３５としてはＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された基本波は波長変換光学素子３５を透過し、波長変換光学素子３５で発生した第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光とともに波長変換光学素子３６に入射する。
【００５２】
波長変換光学素子３６では、基本波である第２ＶＩＲレーザ光と第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光の和周波発生が行われ、周波数が基本波の８倍、波長が１／８（１９３ｎｍ）の第８高調波が発生する。第８高調波発生用の波長変換光学素子３６としてはＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。波長変換光学素子３６で発生した第８高調波であるＤＵＶレーザ光はＤＵＶ光変換部IVから出射され、レーザ装置ＬＳ１から出力される。
【００５３】
ＤＵＶ光変換部IVにおいて発生する第７高調波及び第８高調波は、各々波長が２２１ｎｍ及び１９３ｎｍであり、いずれもＵＶ光出力部Ｉから出射されるＵＶレーザ光よりも波長が短い紫外領域のレーザ光である。本明細書においては、ＤＵＶ光変換部IVにおいて発生するＵＶレーザ光よりも波長が短い紫外領域のレーザ光をＤＵＶレーザ光という。また、本構成例のように、ＤＵＶ光変換部IVにおいて発生するＤＵＶレーザ光が複数あるような場合に、これらを識別するときは、最初に発生したＤＵＶレーザ光（第７高調波）を第１ＤＵＶレーザ光、次に発生したＤＵＶレーザ光（第８高調波）を第２ＤＵＶレーザ光という。
【００５４】
第１ＶＩＲ光出力部IIに設けられたタイミング調整器４５と第２ＶＩＲ光出力部IIIに設けられたタイミング調整器４６は、ともにファイバ光増幅器２２及び２３に入射するシード光のタイミングを調整する機器である。タイミング調整器４５によりタイミングを調整することで、波長変換光学素子３５における第５高調波であるＵＶレーザ光と第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光の時間的な重ね合わせを調整する。また、タイミング調整器４６によりタイミングを調整することで、波長変換光学素子３６における第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光と基本波である第２ＶＩＲレーザ光の時間的な重ね合わせを調整する。
【００５５】
この点について少し説明を行う。シード光発生部１０により発生されたシード光が、第５高調波であるＵＶレーザ光としてＵＶ光出力部Ｉから出射して波長変換光学素子３５に到達するまでの実質的な光路長と、第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光として第１ＶＩＲ光出力部IIから出射して波長変換光学素子３５に到達するまでの実質的な光路長とは一般に同一ではない。従って、ＵＶレーザ光と第１ＶＩＲレーザ光のタイミングとは一致しない。そのため、シード光がオン時間の短いパルス光の場合、波長変換光学素子３５及び波長変換光学素子３６においてＤＵＶレーザ光を高効率で発生させるには、上記のタイミング調整が必要となる。
【００５６】
タイミング調整器４５は、入射したシード光に遅延を与える。すなわち、第５高調波であるＵＶレーザ光が波長変換光学素子３５に入射するタイミングと一致するように、第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光が波長変換光学素子３５に入射するタイミングを遅らせることにより、波長変換光学素子３５におけるＵＶレーザ光と第１ＶＩＲレーザ光の時間的な重ね合わせを行う。タイミング調整器４６についても同様であり、第１ＤＵＶレーザ光が波長変換光学素子３６に入射するタイミングと一致するように、基本波である第２ＶＩＲレーザ光が波長変換光学素子３６に入射するタイミングを遅らせることにより、波長変換光学素子３６における第１ＤＵＶレーザ光と第２ＶＩＲレーザ光の時間的な重ね合わせを行う。
【００５７】
このタイミング調整器４５，４６により、波長変換光学素子３５において第５高調波と第２高調波とを時間的に重ね合わせ、波長変換光学素子３６において第７高調波と基本波とを時間的に重ね合わせることで、波長１９３ｎｍのＤＵＶレーザ光を高効率で発生させ出射させることができる。また、波長変換光学素子３５における第５高調波と第２高調波、波長変換光学素子３６における第７高調波と基本波が時間的に重ならないようにずらすことで、第８高調波の発生を抑止しレーザ装置からのＤＵＶレーザ光の出射をオフにすることができる。
【００５８】
タイミング調整器４５，４６は、光路長が異なる複数の遅延ファイバと、シード光が伝播する遅延ファイバを切り換えるＥＯＭ等により構成することができる。タイミング調整器４５，４６の作動は制御部８により制御される。これにより、レーザ装置ＬＳ１から出力するＤＵＶレーザ光を高速でオン／オフすることができる。
【００５９】
このように構成されるレーザ装置ＬＳ１では、レーザ装置ＬＳ１から出力する第２ＤＵＶレーザ光（第８高調波）のパワーを変化させるために、ＵＶ光出力部Ｉから出力するＵＶレーザ光（第５高調波）のパワーを略一定とし、第１ＶＩＲ光出力部IIから出力する第１ＶＩＲレーザ光（第２高調波）及び第２ＶＩＲ光出力部IIIから出力する第２ＶＩＲレーザ光（基本波）の少なくとも一方のパワーを変化させる制御を行う。以下では第２高調波と基本波の両方のパワーを変化させる構成例を説明する。
【００６０】
制御部８には、レーザ装置ＬＳ１のパワー制御を行うパワーコントローラ８０が設けられている。パワーコントローラ８０は、制御プログラムや各種パラメータが格納されたメモリー８２、制御プログラムに基づいて演算処理を実行する処理回路８３、処理回路８３からの指令に基づいてファイバ光増幅器を駆動する光増幅器駆動回路８５（８５ａ，８５ｂ，８５ｃ）などから構成される。
【００６１】
メモリー８２には、レーザ装置ＬＳ１から出力すべき波長１９３ｎｍの第２ＤＵＶレーザ光のパワーに必要なファイバ光増幅器２１，２２，２３の励起光強度がパラメータ（励起光強度パラメータ）として記憶されている。励起光強度パラメータは、ファイバ光増幅器２１に対するNo.1パラメータ値、ファイバ光増幅器２２に対するNo.2パラメータ値、ファイバ光増幅器２３に対するNo.3パラメータ値からなり、それぞれのパラメータ値は第２ＤＵＶレーザ光のパワーに対応してマップ状に設定されている。
【００６２】
処理回路８３は、レーザ装置ＬＳ１の操作パネル８１等からＩ／Ｏボード（不図示）を介して入力されるレーザ装置ＬＳ１のパワー設定に応じた励起光強度パラメータ（No.1〜No.3パラメータ値の一組）をメモリー８２から読み出し、各パラメータ値に対応する駆動指令信号を光増幅器駆動回路８５ａ，８５ｂ，８５ｃに出力する。
【００６３】
光増幅器駆動回路８５ａ，８５ｂ，８５ｃは、それぞれファイバ光増幅器２１，２２，２３に対応して設けられた励起光源の駆動回路であり、処理回路８３から出力されたNo.1〜No.3パラメータ値に応じた励起電力を、ファイバ光増幅器２１，２２，２３の励起光源にそれぞれ供給して駆動する。
【００６４】
メモリー８２に記憶された励起光強度パラメータは以下のように設定される。レーザ装置ＬＳ１から出力すべき第２ＤＵＶレーザ光のパワーレンジを１００〜４００ｍＷの範囲に制御するものとする。この場合ファイバ光増幅器２１の励起光強度を規定するNo.1パラメータ値は、レーザ装置ＬＳ１から出力すべき第２ＤＵＶレーザ光のパワーによらず一定値に設定される。
【００６５】
一方、ファイバ光増幅器２２の励起光強度を規定するNo.2パラメータ値、及びファイバ光増幅器２３の励起光強度を規定するNo.3パラメータ値は、第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて変化するように設定される。例えば、レーザ装置ＬＳ１のパワー設定が２００ｍＷのときには、２００ｍＷの第２ＤＵＶレーザ光を出力するために必要なパワーの第１ＶＩＲレーザ光（第２高調波）が第１ＶＩＲ光出力部IIから出力されるようにNo.2パラメータ値が設定される。また、２００ｍＷの第２ＤＵＶレーザ光を出力するために必要なパワーの第２ＶＩＲレーザ光（基本波）が第２ＶＩＲ光出力部IIIから出力されるようにNo.3パラメータ値が設定される。
【００６６】
そのため、レーザ装置ＬＳ１においては、レーザ装置ＬＳ１から出力する第２ＤＵＶレーザ光がオンの状態では、ＵＶ光出力部Ｉから常時一定パワーのＵＶレーザ光（第５高調波）が出射される。一方、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射される第１ＶＩＲレーザ光（第２高調波）のパワー、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される第２ＶＩＲレーザ光（基本波）のパワーは、必要とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて、それぞれ変化させる。
【００６７】
ＵＶ光出力部Ｉから出射されるＵＶレーザ光は、波長が３０９ｎｍで深紫外領域に近い波長域であるため波長変換素子等でのＵＶレーザ光の吸収が比較的大きい。従って、ＵＶレーザ光のパワーを変動させるような従来の構成のレーザ装置では、波長変換素子等での発熱の変動による影響が大きい。この点に関して、本構成のレーザ装置ＬＳ１では、第２ＤＵＶレーザ光の出力を変化させる場合においても、ＵＶ光出力部ＩにおけるＵＶレーザ光のパワーは常時一定であるため、ＵＶ光出力部Ｉの波長変換光学素子３３やＵＶレーザ光を導くレンズ、また、ダイクロイックミラー４１等は熱的に一定状態に保持される。その結果、これらの光学素子はＵＶレーザ光の吸収による発熱量の変化がなく、それに伴う波長変換効率の低下やビームポインティングの変動が発生しないので、第２ＤＵＶレーザ光のパワー制御を安定的に行うことができる。
【００６８】
以上では、第２ＤＵＶレーザ光のパワー制御にあたり、第１ＶＩＲ光出力部IIから出力する第１ＶＩＲレーザ光（第２高調波）と、第２ＶＩＲ光出力部IIIから出力する第２ＶＩＲレーザ光（基本波）の両方のパワーを変化させる構成を例示したが、パワー制御に際して変化させるのは第１ＶＩＲレーザ光及び第２ＶＩＲレーザ光のうちのいずれか一方とすることもできる。
【００６９】
この場合において、第２ＶＩＲ光出力部IIIから出力する基本波である第２ＶＩＲレーザ光のパワーのみを変動させることで、第８高調波である第２ＤＵＶレーザ光のパワーを制御する構成では、波長変換光学素子３５で発生する波長２２１ｎｍの第１ＤＵＶレーザ光（第７高調波）のパワーを略一定に保持することができる。このような構成によれば、波長変換光学素子３３やレンズ、ダイクロイックミラー４１等に加えて波長変換光学素子３５を熱的に一定状態に保持することができ、レーザ装置ＬＳ１から出射される第２ＤＵＶレーザ光のパワー制御を更に安定的に行うことができる。
【００７０】
（第２構成形態）
次に、第２構成形態のレーザ装置ＬＳ２について、その概要構成を示す図４を参照しながら説明する。
【００７１】
レーザ装置ＬＳ２は、紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部XIと、赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、ＵＶレーザ光及びＶＩＲレーザ光から波長変換によってＵＶレーザ光よりも短波長のＤＵＶレーザ光を発生するＤＵＶ光変換部XIVと、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部を含む各部の作動を制御する制御部１０８とを備えて構成される。ＶＩＲ光出力部は、赤外領域の第１ＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部XIIと、赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光を出力する第２ＶＩＲ光出力部XIIIとから構成される。
【００７２】
レーザ装置ＬＳ２において、ＵＶ光出力部XIは、第１基本波のシード光を発生するシード光発生部１１１、発生した第１基本波のシード光を増幅するファイバ光増幅器１２１、増幅された第１基本波のレーザ光Ｌａ11を波長変換する波長変換光学素子１３１，１３２などを主体として構成される。
【００７３】
シード光発生部１１１は、詳細図示を省略するが、波長１０６３ｎｍのレーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を切り出すことにより所定波形のパルス状のシード光を出力する電気光学変調器（ＥＯＭ）とを備えて構成される。レーザ光源は、上記波長を発振帯域に含むＤＦＢ半導体レーザが用いられる。
【００７４】
ファイバ光増幅器１２１は、基本的構成において既述したファイバ光増幅器２１と同様である。すなわち、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ための励起光を出射する励起光源と、励起光源から出射された励起光を増幅用ファイバに導く導光用ファイバ及びコンバイナなどから構成される。この基本構成は、ファイバ光増幅器１２２，１２３についても同様である。
【００７５】
ファイバ光増幅器１２１は、波長１０６３ｎｍの第１基本波のシード光を増幅する光増幅器である。ファイバ光増幅器１２１としては、この波長帯域で高い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。なお、シード光発生部１１１及びファイバ光増幅器１２１からなる第１基本波のレーザ光出力部を、ＦＢＧを用いたＹｂファイバレーザ等により構成しても良い。
【００７６】
ファイバ光増幅器１２１の励起光の強度（励起光源への供給電力）は、制御部１０８により制御される。ファイバ光増幅器１２１により増幅されたシード光、すなわち波長が１０６３ｎｍの第１基本波のレーザ光Ｌａ11は、ファイバ光増幅器１２１から出射して波長変換光学素子１３１に集光入射する。
【００７７】
波長変換光学素子１３１では、この素子に入射する第１基本波の第２高調波発生が行われ、周波数が第１基本波の２倍、波長が第１基本波の１／２（５３２ｎｍ）の第２高調波が発生する。波長変換光学素子１３１で発生した第２高調波は波長変換光学素子１３２に集光入射する。波長変換光学素子１３２では、波長変換光学素子１３１で発生した第２高調波の第２高調波発生が行われ、周波数が第１基本波の４倍、波長が第１基本波の１／４（２６６ｎｍ）の第４高調波が発生する。第２高調波発生用の波長変換光学素子１３１としてはＬＢＯ結晶、第４高調波発生用の波長変換光学素子１３２としてはＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。
【００７８】
波長変換光学素子１３２で発生した第１基本波の第４高調波はＵＶ光出力部XIから出射され、ダイクロイックミラー１４１を介してＤＵＶ光変換部XIVの波長変換光学素子１３５に集光入射する。ＵＶ光出力部XIから出射される第１基本波の第４高調波は、波長が２６６ｎｍであり紫外領域（深紫外領域）のＵＶレーザ光である。
【００７９】
第１ＶＩＲ光出力部XIIは、第２基本波のシード光を発生するシード光発生部１１２、発生した第２基本波のシード光を増幅するファイバ光増幅器１２２を主体として構成される。
【００８０】
シード光発生部１１２は、波長２０００ｎｍのレーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を切り出すことにより所定波形のパルス状のシード光を出力する電気光学変調器（ＥＯＭ）とを備えて構成される。レーザ光源は、上記波長を発振帯域に含むＤＦＢ半導体レーザが用いられる。
【００８１】
ファイバ光増幅器１２２は、シード光発生部１１２から出射された波長２０００ｎｍの第２基本波のシード光を増幅する光増幅器である。ファイバ光増幅器１２２としては、この波長帯域で高い利得を有するツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＴＤＦＡ）が好適に用いられる。なお、シード光発生部１１２及びファイバ光増幅器１２２からなる第２基本波のレーザ光出力部を、ＦＢＧを用いたＴｍファイバレーザを用いて構成しても良い。
【００８２】
ファイバ光増幅器１２２の励起光強度は、制御部１０８により制御される。ファイバ光増幅器１２２により増幅されたシード光、すなわち波長が２０００ｎｍの第２基本波のレーザ光Ｌａ12は、第１ＶＩＲ光出力部XIIから出射され、ミラー１４３及びダイクロイックミラー１４２，１４１を介してＤＵＶ光変換部XIVの波長変換光学素子１３５に集光入射する。第１ＶＩＲ光出力部XIIから出射される第２基本波は、波長が２０００ｎｍであり赤外領域の第１ＶＩＲレーザ光である。
【００８３】
第２ＶＩＲ光出力部XIIIは、第３基本波のシード光を発生するシード光発生部１１３、発生したシード光を増幅するファイバ光増幅器１２３を主体として構成される。
【００８４】
シード光発生部１１３は、波長１１０２ｎｍのレーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を切り出すことにより所定波形のパルス状のシード光を出力する電気光学変調器（ＥＯＭ）とを備えて構成される。レーザ光源は、上記波長を発振帯域に含むＤＦＢ半導体レーザが用いられる。
【００８５】
ファイバ光増幅器１２３は、シード光発生部１１３から出射された波長１１０２ｎｍの第３基本波のシード光を増幅する光増幅器である。ファイバ光増幅器１２３としては、この波長帯域で高い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。なお、シード光発生部１１３及びファイバ光増幅器１２３からなる第３基本波のレーザ光出力部を、ＦＢＧを用いたＹｂファイバレーザ等により構成しても良い。
【００８６】
ファイバ光増幅器１２３の励起光強度も、ファイバ光増幅器１２１，１２２と同様に、制御部１０８により制御される。ファイバ光増幅器１２３により増幅されたシード光、すなわち波長が１１０２ｎｍの第３基本波のレーザ光Ｌａ13は、第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射され、ダイクロイックミラー１４２，１４１を介してＤＵＶ光変換部XIVの波長変換光学素子１３６に集光入射する。第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射される第３基本波は、波長が１１０２ｎｍであり赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光である。
【００８７】
ダイクロイックミラー１４２は、波長２０００ｎｍの第２基本波の波長帯域の光を透過し、波長１１０２ｎｍの第３基本波の波長帯域の光を反射するように構成される。また、ダイクロイックミラー１４１は、第２基本波及び第３基本波の波長帯域の光を透過し、波長２６６ｎｍの第１基本波の第４高調波の波長帯域の光を反射するように構成される。そのため、第１ＶＩＲ光出力部XIIから出射された第１ＶＩＲレーザ光（第２基本波）と、第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射された第２ＶＩＲレーザ光（第３基本波）とが、ダイクロイックミラー１４２により同軸上に重ね合わされ、さらにＵＶ光出力部XIから出射されたＵＶレーザ光（第１基本波の第４高調波）がダイクロイックミラー１４１により同軸上に重ね合わされて、これら３つの波長の光がＤＵＶ光変換部XIVに入射する。
【００８８】
ＤＵＶ光変換部XIVには、波長変換光学素子１３５及び１３６が設けられている。波長変換光学素子１３５では、ＵＶ光出力部XIから出射されたＵＶレーザ光（波長２６６ｎｍの第１基本波の第４高調波）と、第１ＶＩＲ光出力部XIIから出射された第１ＶＩＲレーザ光（波長２０００ｎｍの第２基本波）との和周波発生が行われ、波長が２３５ｎｍの第１ＤＵＶレーザ光が発生する。波長変換光学素子１３５としてはＬＢＯ結晶が好適に用いられる。第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射された第２ＶＩＲレーザ光（第３基本波）は波長変換光学素子１３５を透過し、波長変換光学素子１３５で発生した第１ＤＵＶレーザ光とともに波長変換光学素子１３６に入射する。
【００８９】
波長変換光学素子１３６では、波長変換光学素子１３５で発生した波長２３５ｎｍの第１ＤＵＶレーザ光と、第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射された波長１１０２ｎｍの第３基本波の和周波発が行われ、波長が１９３ｎｍの第２ＤＵＶレーザ光が発生する。波長変換光学素子１３６としてはＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。波長変換光学素子１３６で発生した波長１９３ｎｍの第２ＤＵＶレーザ光はＤＵＶ光変換部XIVから出射され、レーザ装置ＬＳ２から出力される。
【００９０】
なお、レーザ装置ＬＳ２においては、ＵＶ光出力部XI、第１ＶＩＲ光出力部XII、及び第２ＶＩＲ光出力部XIIIに、それぞれシード光発生部１１１，１１２，１１３が設けられている。このため、制御部１０８が各シード光発生部１１１，１１２，１１３において発生させる第１，第２，第３シード光の発生タイミングを制御することによって、波長変換光学素子１３５におけるＵＶレーザ光と第１ＶＩＲレーザ光との重ね合わせを適切に調整することができる。同様の理由により、波長変換光学素子１３６における第１ＤＵＶレーザ光と第２ＶＩＲレーザ光との重ね合わせを適切に調整することができる。
【００９１】
このように構成されるレーザ装置ＬＳ２において、レーザ装置ＬＳ２から出力する第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させる場合、ＵＶ光出力部XIから出力するＵＶレーザ光（第１基本波の第４高調波）のパワーを略一定とし、第１ＶＩＲ光出力部XIIから出力する第１ＶＩＲレーザ光（第２基本波）及び第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出力する第２ＶＩＲレーザ光（第３基本波）の少なくとも一方のパワーを変化させる制御を行う。このとき、制御部１０８の構成及び作用は、基本的には前述したレーザ装置ＬＳ１の制御部８と同様である。そこで、以下では、第２基本波及び第３基本波のうち、第３基本波のパワーを変化させる構成例について概要を説明する。
【００９２】
制御部１０８には、第１構成形態と同様のパワーコントローラ８０が設けられている。パワーコントローラ８０は、第１構成形態と同様のメモリー８２、処理回路８３、光増幅器駆動回路８５（８５ａ，８５ｂ，８５ｃ）などから構成される（図２を参照）。
【００９３】
メモリー８２には、レーザ装置ＬＳ２から出力すべき波長１９３ｎｍの第２ＤＵＶレーザ光のパワーに必要なファイバ光増幅器１２１，１２２，１２３の励起光強度が励起光強度パラメータとして記憶されている。励起光強度パラメータは、ファイバ光増幅器１２１に対するNo.1パラメータ値、ファイバ光増幅器１２２に対するNo.2パラメータ値、ファイバ光増幅器１２３に対するNo.3パラメータ値からなり、それぞれのパラメータ値は第２ＤＵＶレーザ光のパワーに対応してマップ状に設定されている。
【００９４】
処理回路８３は、レーザ装置ＬＳ２の操作パネル８１等から入力されるレーザ装置ＬＳ２のパワー設定に応じて記憶されたNo.1〜No.3パラメータ値の一組をメモリー８２から読み出し、各パラメータ値に対応する駆動指令信号を光増幅器駆動回路８５ａ，８５ｂ，８５ｃに出力する。光増幅器駆動回路８５ａ，８５ｂ，８５ｃは、それぞれ処理回路８３から出力されたNo.1〜No.3パラメータ値に応じた励起電力を、ファイバ光増幅器１２１，１２２，１２３の励起光源にそれぞれ供給して駆動する。
【００９５】
励起光強度パラメータのうち、ファイバ光増幅器１２１の励起光強度を規定するNo.1パラメータ値、及びファイバ光増幅器１２２の励起光強度を規定するNo.2パラメータ値は、レーザ装置ＬＳ２から出力すべき第２ＤＵＶレーザ光のパワーによらず一定値に設定される。
【００９６】
一方、ファイバ光増幅器１２３の励起光強度を規定するNo.3パラメータ値は、レーザ装置ＬＳ２から出力すべき第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて変化するように設定される。例えば、レーザ装置ＬＳ２のパワー設定が３００ｍＷのときには、３００ｍＷの第２ＤＵＶレーザ光を出力するために必要なパワーの第２ＶＩＲレーザ光（第３基本波）が第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出力されるようにNo.3パラメータ値が設定される。すなわち、No.3パラメータ値として、必要とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて増減した値が設定される。
【００９７】
そのため、レーザ装置ＬＳ２においては、レーザ装置ＬＳ２から出力する第２ＤＵＶレーザ光がオンの状態では、ＵＶ光出力部XIから常時一定パワーのＵＶレーザ光（第１基本波の第４高調波）が出射され、第１ＶＩＲ光出力部XIIから常時一定パワーの第１ＶＩＲレーザ光（第２基本波）が出射される。一方、第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射される第２ＶＩＲレーザ光（第３基本波）のパワーは、必要とする第２ＤＵＶレーザ光パワーに応じて変化させる。
【００９８】
ＵＶ光出力部XIから出射されるＵＶレーザ光は波長が２６６ｎｍであり、また、波長変換光学素子１３５で発生される第１ＤＵＶレーザ光は波長が２３５ｎｍであり、これらのレーザ光はともに深紫外領域にあるため波長変換素子等でのＵＶレーザ光の吸収が比較的大きい。従って、ＵＶレーザ光のパワーを変動させるような従来の構成のレーザ装置では、波長変換素子等での発熱の変動による影響が大きい。この点に関して、本構成のレーザ装置ＬＳ２においては、第２ＤＵＶレーザ光の出力を変化させる場合においても、ＵＶ光出力部XIにおけるＵＶレーザ光のパワーは常時一定であるため、レーザ装置ＬＳ２から出力する第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるような制御を行っても、ＵＶ光出力部XIの波長変換光学素子１３２、ＵＶレーザ光を導くレンズやダイクロイックミラー１４１、波長変換光学素子１３５は、熱的に一定状態に保持される。その結果、これらの光学素子はＵＶレーザ光の吸収による発熱量の変化がなく、それに伴う波長変換効率の低下やビームポインティングの変動が発生しないので、第２ＤＵＶレーザ光のパワー制御を安定的に行うことができる。
【００９９】
以上説明したようなレーザ装置ＬＳ（ＬＳ１，ＬＳ２）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。
【０１００】
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５を参照して説明する。露光装置５００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５１３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５１５に光学的に投影して転写する。
【０１０１】
露光装置５００は、上述したレーザ装置ＬＳ（ＬＳ１またはＬＳ２）と、照明光学系５０２と、フォトマスク５１３を保持するマスク支持台５０３と、投影光学系５０４と、露光対象物５１５を保持する露光対象物支持テーブル５０５と、露光対象物支持テーブル５０５を水平面内で移動させる駆動機構５０６とを備えて構成される。照明光学系５０２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５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射する。投影光学系５０４も複数のレンズ群により構成され、フォトマスク５１３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５１５に投影する。
【０１０２】
このような構成の露光装置５００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５０２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５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射される。フォトマスク５１３を通過した光はフォトマスク５１３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５０４を介して露光対象物支持テーブル５０５に保持された露光対象物５１５の所定位置に照射される。これにより、フォトマスク５１３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５１５の上に所定倍率で結像露光される。
【０１０３】
このような露光装置５００によれば、レーザ装置から出力するＤＵＶレーザ光の出力を変化させるパワー制御を行っても、ＵＶ光出力部の光学素子で吸収や発熱量の変化がなく、ＤＵＶレーザ光のパワー制御を安定的に行うことができる。そのため、安定したパワー制御により安定性を向上した露光装置を提供することができる。
【０１０４】
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６を参照して説明する。図６に例示する検査装置６００は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物６１３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。
【０１０５】
検査装置６００は、前述したレーザ装置ＬＳ（ＬＳ１またはＬＳ２）と、照明光学系６０２と、被検物６１３を保持する被検物支持台６０３と、投影光学系６０４と、被検物６１３からの光を検出するＴＤＩ(Time Delay Integration)センサ６１５と、被検物支持台６０３を水平面内で移動させる駆動機構６０６とを備えて構成される。照明光学系６０２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６０３に保持された被検物６１３に照射する。投影光学系６０４も複数のレンズ群により構成され、被検物６１３を透過した光をＴＤＩセンサ６１５に投影する。
【０１０６】
このような構成の検査装置６００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６０２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６０３に保持されたフォトマスク等の被検物６１３に照射される。被検物６１３からの光（本構成例においては透過光）は、被検物６１３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６０４を介してＴＤＩセンサ６１５に投影され結像する。このとき、駆動機構６０６による被検物支持台６０３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ６１５の転送クロックとは同期して制御される。
【０１０７】
そのため、被検物６１３のデバイスパターンの像がＴＤＩセンサ６１５により検出され、このようにして検出された被検物６１３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。なお、被検物６１３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６０４に入射してＴＤＩセンサ６１５に導くことにより、同様に構成することができる。
【０１０８】
このような検査装置６００によれば、レーザ装置から出力するＤＵＶレーザ光の出力を変化させるパワー制御を行っても、ＵＶ光出力部の光学素子で吸収や発熱量の変化がなく、ＤＵＶレーザ光のパワー制御を安定的に行うことができる。従って、安定したパワー制御により安定性を向上した検査装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
ＬＳ（ＬＳ１，ＬＳ２） レーザ装置
ＬＳ１ 第１構成形態のレーザ装置
Ｉ ＵＶ光出力部
II 第１ＶＩＲ光出力部（ＶＩＲ光出力部）
III 第２ＶＩＲ光出力部（ＶＩＲ光出力部）
IV ＤＵＶ光変換部
８ 制御部
１０ シード光発生部
２１，２２，２３ ファイバ光増幅器
３１〜３６ 波長変換光学素子（３５ 第１波長変換光学素子、３６ 第２波長変換光学素子）
８０ パワーコントローラ
ＬＳ２ 第２構成形態のレーザ装置
XI ＵＶ光出力部
XII 第１ＶＩＲ光出力部（ＶＩＲ光出力部）
XIII 第２ＶＩＲ光出力部（ＶＩＲ光出力部）
XIV ＤＵＶ光変換部
１０８ 制御部
１１０（１１１，１１２，１１３） シード光発生部
１２１，１２２，１２３ ファイバ光増幅器
１３１，１３２，１３５，１３６ 波長変換光学素子（１３５ 第１波長変換光学素子、１３６ 第２波長変換光学素子）
５００ 露光装置
５０２ 照明光学系
５０３ マスク支持台
５０４ 投影光学系
５０５ 露光対象物支持テーブル
５１３ フォトマスク
５１５ 露光対象物
６００ 検査装置
６０２ 照明光学系
６０３ 被検物支持台
６０４ 投影光学系
６１３ 被検物
６１５ ＴＤＩセンサ（検出器）
ＬＳ９ 従来のレーザ装置
９１０ シード光発生部
９２１〜９２３ ファイバ光増幅器
９３１〜９３６ 波長変換光学素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部と、可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、ＵＶレーザ光及びＶＩＲレーザ光から波長変換によりＵＶレーザ光よりも短波長のＤＵＶレーザ光を発生するＤＵＶ光変換部と、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部の作動を制御する制御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は、顕微鏡や形状測定装置、各種の検査装置、露光装置などに好適な光源として知られている（特許文献１、特許文献２を参照）。特許文献１に記載されたレーザ装置ＬＳ９の概要構成を図７に示す。
【０００３】
レーザ装置ＬＳ９は、紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部Ｉと、可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、ＵＶレーザ光及びＶＩＲレーザ光から波長変換によりＤＵＶレーザ光を発生するＤＵＶ光変換部IVと、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部を含む各部の作動を制御する制御部９０８とを備えて構成される。ＶＩＲ光出力部は、可視〜赤外領域の第１ＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部IIと、可視〜赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光を出力する第２ＶＩＲ光出力部IIIとから構成される。
【０００４】
本構成例において、ＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIには共通の光源からシード光が供給される。すなわち、シード光発生部９１０から出射されたシード光は３分割されてＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIにそれぞれ入射する。シード光発生部９１０から出射されるシード光は、可視〜赤外領域の所定波長を有するレーザ光であり、例えば波長１５４４ｎｍの赤外レーザ光である。シード光は、基本波を有するレーザ光である。
【０００５】
ＵＶ光出力部Ｉは、シード光を増幅するファイバ光増幅器９２１、波長変換光学素子９３１，９３２，９３３などを備えて構成される。なお、図７において各光路上に楕円形で示すものは、各波長変換光学素子にレーザ光を集光入射させるためのレンズである。シード光発生部９１０から出射されたシード光はファイバ光増幅器９２１により増幅され、増幅されたシード光すなわち基本波レーザ光が波長変換光学素子９３１に集光入射する。
【０００６】
波長変換光学素子９３１では基本波の第２高調波発生（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）が行われる。すなわち、波長が基本波の１／２、周波数が２倍の第２高調波が発生する。波長変換光学素子９３１で発生した第２高調波と波長変換光学素子９３１を透過した基本波は、波長変換光学素子９３２に集光入射する。波長変換光学素子９３２では基本波と第２高調波の和周波発生（Sum Frequency Generation：ＳＦＧ）が行われる。すなわち、波長が基本波の１／３、周波数が３倍の第３高調波が発生する。
【０００７】
波長変換光学素子９３２で発生した第３高調波と、波長変換光学素子９３２を透過した第２高調波は、波長変換光学素子９３３に集光入射する。波長変換光学素子９３３では第２高調波と第３高調波の和周波発生が行われる。すなわち、波長が基本波の１／５、周波数が５倍の第５高調波が発生する。波長変換光学素子９３３で発生した第５高調波は、波長が３０９ｎｍであり紫外領域のＵＶレーザ光である。波長変換光学素子９３３で発生した第５高調波であるＵＶレーザ光はＵＶ光出力部Ｉから出射され、ダイクロイックミラー９４１に入射する。
【０００８】
第１ＶＩＲ光出力部IIは、シード光を増幅するファイバ光増幅器９２２及び波長変換光学素子９３４を備えて構成される。シード光発生部９１０から出射されたシード光はファイバ光増幅器９２２により増幅される。増幅されたシード光すなわち基本波レーザ光は波長変換光学素子９３４に集光入射する。波長変換光学素子９３４では、第２高調波発生が行われ、基本波に対して、波長が１／２、周波数が２倍の第２高調波が発生する。波長変換光学素子９３４で発生した第２高調波は、波長が７７２ｎｍであり可視領域の第１ＶＩＲレーザ光である。波長変換光学素子９３４で発生した第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光は第１ＶＩＲ光出力部IIから出射され、ダイクロイックミラー９４２に入射する。
【０００９】
第２ＶＩＲ光出力部IIIは、シード光を増幅するファイバ光増幅器９２３を備える。第２ＶＩＲ光出力部IIIには波長変換光学素子は設けられない。シード光発生部９１０から出射されたシード光はファイバ光増幅器９２３により増幅される。増幅されたシード光すなわち基本波レーザ光は、第２ＶＩＲレーザ光として第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される。第２ＶＩＲレーザ光の波長は１５４４ｎｍであり、赤外領域のレーザ光である。第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された第２ＶＩＲレーザ光はダイクロイックミラー９４２に入射する。
【００１０】
ダイクロイックミラー９４２は、基本波の波長帯域の光を透過し第２高調波の波長帯域の光を反射するように構成される。また、ダイクロイックミラー９４１は、基本波及び第２高調波の波長帯域の光を透過し第５高調波の波長帯域の光を反射するように構成される。そのため、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射された第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光と、第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された基本波である第２ＶＩＲレーザ光は、ダイクロイックミラー９４２により同軸上に重ね合わされ、さらにＵＶ光出力部Ｉから出射された第５高調波であるＵＶレーザ光がダイクロイックミラー９４１により同軸上に重ね合わされて、これら３つの異なる波長のレーザ光がＤＵＶ光変換部IVに入射する。
【００１１】
ＤＵＶ光変換部IVには、波長変換光学素子９３５，９３６が設けられている。波長変換光学素子９３５では、ＵＶ光出力部Ｉから出射された第５高調波であるＵＶレーザ光と、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射された第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生が行われる。すなわち、波長が基本波の１／７、周波数が７倍の第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光が発生する。第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された基本波である第２ＶＩＲレーザ光は波長変換光学素子９３５を透過し、波長変換光学素子９３５で発生した第１ＤＵＶレーザ光とともに波長変換光学素子９３６に入射する。波長変換光学素子９３６では、基本波である第２ＶＩＲレーザ光と第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光との和周波発生が行われる。すなわち、波長が基本波の１／８、周波数が８倍の第８高調波である第２ＤＵＶレーザ光が発生する。
【００１２】
波長変換光学素子９３５で発生した第１ＤＵＶレーザ光、及び波長変換光学素子９３６で発生した第２ＤＵＶレーザ光は、各々波長が２２１ｎｍ，１９３ｎｍであり、ともにＵＶ光出力部Ｉから出射されたＵＶレーザ光よりも波長が短い紫外領域のレーザ光である。波長変換光学素子９３６で発生した第２ＤＵＶレーザ光がレーザ装置ＬＳ９から出力される。
【００１３】
このようなレーザ装置にあって、レーザ装置ＬＳ９から出力する第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させる場合に、従来では、目標とするパワーに応じて、ＵＶ光出力部Ｉから出射されるＵＶレーザ光のパワー、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射される第１ＶＩＲレーザ光のパワー、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される第２ＶＩＲレーザ光のパワーを、制御部９０８がそれぞれ変化させる制御を行うように構成されていた。
【００１４】
例えば、目標とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーが高い場合と低い場合のそれぞれの場合に必要なＵＶレーザ光、第１ＶＩＲレーザ光、及び第２ＶＩＲレーザ光のそれぞれのパワーを予め計測しておく。制御部９０８は目標とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて、ＵＶレーザ光、第１ＶＩＲレーザ光、及び第２ＶＩＲレーザ光がそれぞれ適切なパワーで出射されるように、ＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIの作動を制御する。具体的には、制御部９０８は、ＵＶ光出力部Ｉに設けられたファイバ光増幅器９２１の励起光強度、第１ＶＩＲ光出力部IIに設けられたファイバ光増幅器９２２の励起光強度、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIに設けられたファイバ光増幅器９２３の励起光強度の各々が、目標とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じた励起光強度となるように制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１０−３７７１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】
【００１６】
しかしながら、目標とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて、ファイバ光増幅器９２１，９２２，９２３のファイバ光増幅器を励起するための各々の励起光強度を変化させる場合、制御部の構成が複雑化する。一方、レーザ装置ＬＳ９の出力光である第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させる場合に、そのパワーの変化を実現するためのファイバ光増幅器９２１の励起光強度の変化量、ファイバ光増幅器９２２の励起光強度の変化量、及びファイバ光増幅器９２３の励起光強度の変化量の組み合わせは複数存在する。
【００１７】
例えば、第２ＤＵＶレーザ光のパワーを２００ｍＷから４００ｍＷに変化させるためには、ファイバ光増幅器９２２及び９２３の励起光強度の変化率はそれぞれ＋１００％であるのに対して、ファイバ光増幅器９２１の励起光強度の変化率は＋４０％である。すなわち、出力光である第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるには、ファイバ光増幅器９２１の励起光強度を変化させるのが最も効率がよい。そこで、第２ＤＵＶレーザ光のパワーを１００〜４００ｍＷの範囲で変化させようとする場合に、ファイバ光増幅器９２２及び９２３の励起光強度は、第２ＤＵＶレーザ光のパワーを４００ｍＷとする場合と同様の値に設定しておき、ファイバ光増幅器９２１の励起光強度のみを変化させるようにすれば、第２ＤＵＶレーザ光のパワーを効率よく制御することができる。
【００１８】
上記観点に基づいて、発明者らは、紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部Ｉと、可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部II及び第２ＶＩＲ光出力部IIIと、ＵＶレーザ光及びＶＩＲレーザ光から、波長変換によりＵＶレーザ光よりも短波長のＤＵＶレーザ光を発生するＤＵＶ光変換部と、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部の作動を制御する制御部とを備え、制御部が、ＤＵＶ光変換部から出力するＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、ＶＩＲ光出力部から出力するＶＩＲレーザ光のパワーを略一定とし、ＵＶ光出力部から出力するＵＶレーザ光のパワーを変化させる制御を行うレーザ装置を考案した。
【００１９】
ところが、既述した従来のレーザ装置、及び発明者らが考案したレーザ装置では、ＤＵＶレーザ光の安定性を高く保持することが難しいことが分かってきた。ＵＶ光出力部から出射されるＵＶレーザ光は波長が紫外領域の光である。紫外光を伝播する光学素子は、紫外光の吸収による発熱等に起因した問題が発生しやすい。例えば、既述したレーザ装置において、ＵＶ光出力部の波長変換光学素子９３３から出射される第５高調波であるＵＶレーザ光は、波長が３０９ｎｍで深紫外領域に近く、波長変換光学素子９３３において吸収による発熱の問題が発生しやすい。波長変換光学素子９３３の結晶内部で発熱があると位相不整合が生じ、波長変換効率の低下やビームポインティングの変動が発生する。
【００２０】
波長変換光学素子９３３から出射されるＵＶレーザ光のビームポインティングが変動すると、波長変換光学素子９３５において、第５高調波であるＵＶレーザ光と第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光の重ね合わせ状態が悪化し、第１ＤＵＶレーザ光への波長変換効率や安定性が低下する。結果として、レーザ装置の出力光である第２ＤＵＶレーザ光の波長変換効率やパワーの安定性が低下することになる。波長変換光学素子９３３から出射された第５高調波を波長変換光学素子９３５に導くレンズやミラー等についても同様の問題を生じる。
【００２１】
そのため、レーザ装置の出力光である第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させる際にＵＶレーザ光のパワーを変化させる手法では、ＵＶレーザ光のパワー変化によって各部で吸収による発熱の変化、及びこれに伴う波長変換効率の低下やビームポインティングの変動が発生し、安定的に出力光である第２ＤＵＶレーザ光のパワー制御を行うことが難しい、という課題が把握された。
【００２２】
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、レーザ装置の出力光であるＤＵＶレーザ光のパワー制御を安定的に行うことができるレーザ装置を提供することを目的とする。併せて、安定したパワー制御により安定性を向上した露光装置、検査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】
【００２３】
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、波長が紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部と、波長が可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光とＶＩＲ光出力部から出力されたＶＩＲレーザ光とから、波長変換により波長がＵＶレーザ光よりも短いＤＵＶレーザ光を発生して出力するＤＵＶ光変換部と、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部の作動を制御する制御部とを備える。そして、このレーザ装置の制御部は、ＤＵＶ光変換部から出力するＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、ＵＶ光出力部から出力するＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、ＶＩＲ光出力部から出力するＶＩＲレーザ光のパワーを変化させる制御を行うように構成される。
【００２４】
なお、前記ＶＩＲ光出力部は、波長が可視〜赤外領域の第１ＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部と、波長が可視〜赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光を出力する第２ＶＩＲ光出力部とを有し、前記ＤＵＶ光変換部は、ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光と第１ＶＩＲ光出力部から出力された第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生により第１ＤＵＶレーザ光を発生する第１波長変換光学素子（例えば、第１構成形態における波長変換光学素子３５、第２構成形態における波長変換光学素子１３５）と、第１波長変換光学素子から出力された第１ＤＵＶレーザ光と第２ＶＩＲ光出力部から出力された第２ＶＩＲレーザ光との和周波発生により第２ＤＵＶレーザ光を発生する第２波長変換光学素子（例えば、第１構成形態における波長変換光学素子３６、第２構成形態における波長変換光学素子１３６）とを有し、前記制御部は、ＤＵＶ光変換部から出力する第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、ＵＶ光出力部から出力するＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、第１ＶＩＲ光出力部から出力する第１ＶＩＲレーザ光及び第２ＶＩＲ光出力部から出力する第２ＶＩＲレーザ光の少なくとも一方のパワーを変化させる制御を行うように構成することができる。
【００２５】
また、前記ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部に各々可視〜赤外領域のレーザ光を増幅するファイバ光増幅器を有し、前記ＵＶ光出力部に、可視〜赤外領域のレーザ光を紫外領域のＵＶレーザ光に変換する波長変換光学素子を有し、前記制御部は、ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器、及びＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器の作動を制御することにより、ＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、かつ、ＶＩＲレーザ光のパワーを変化させるように構成することができる。
【００２６】
この場合において、前記ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器及び前記ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器は、ともに所定波長の基本波のレーザ光を増幅する増幅器であり、ＵＶ光出力部は、当該ＵＶ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波から、その第５高調波であるＵＶレーザ光を発生して出力するように構成され、ＶＩＲ光出力部は、当該ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波から、その第２高調波であるＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、前記ＤＵＶ光変換部は、ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光とＶＩＲ光出力部から出力されたＶＩＲレーザ光とから、和周波発生により前記基本波の第７高調波を発生するように構成することができる。
【００２７】
また、前記ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器、前記第１ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器及び前記第２ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器は、いずれも所定波長の基本波のレーザ光を増幅する増幅器であり、ＵＶ光出力部は、当該ＵＶ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波の第５高調波である前記ＵＶレーザ光を発生して出力するように構成され、第１ＶＩＲ光出力部は、当該第１ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波の第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、第２ＶＩＲ光出力部は、当該第２ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波である前記第２ＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、前記第１波長変換光学素子は、ＵＶレーザ光と第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生により前記基本波の第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光を発生し、前記第２波長変換光学素子は、第１波長変換光学素子から出力された第１ＤＵＶレーザ光と第２ＶＩＲ光出力部から出力された第２ＶＩＲレーザ光との和周波発生により前記基本波の第８高調波である第２ＤＵＶレーザ光を発生するように構成することもできる。
【００２８】
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、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。
【００２９】
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、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６１５）とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００３０】
第１の態様のレーザ装置においては、レーザ装置の制御部が、ＤＵＶ光変換部から出力するＤＵＶレーザ光（出力光）のパワーを変化させるときに、ＵＶ光出力部から出力するＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、ＶＩＲ光出力部から出力するＶＩＲレーザ光のパワーを変化させる制御を行うように構成される。すなわち、第１の態様のレーザ装置では、出力光のパワーを変化させるときに、ＵＶ光出力部から出力される紫外領域のＵＶレーザ光のパワーが略一定に保持され、ＶＩＲ光出力部から出力される可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光のパワーを変化させるように制御される。
【００３１】
このため、出力光としてのＤＵＶレーザ光を変化させるパワー制御を行っても、ＵＶレーザ光のパワーを変化させるパワー制御に比べて、波長変換素子等での吸収による発熱量の変化が少なく、これに伴う波長変換効率の低下やビームポインティングの変動が小さい。従って、出力光のパワー制御を安定的に行うことができるレーザ装置を提供することができる。
【００３２】
第２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。従って、安定したパワー制御により安定性を向上した露光装置を提供することができる。
【００３３】
第３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。従って、安定したパワー制御により安定性を向上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】
【００３４】
【図１】本発明の適用例として示す第１形態の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パワー制御を主体とした制御系のブロック図である。
【図３】上記レーザ装置におけるファイバ光増幅器の概略図である。
【図４】本発明の適用例として示す第２形態のレーザ装置の概要構成図である。
【図５】本発明のレーザ装置を備えた露光装置の概要構成図である。
【図６】本発明のレーザ装置を備えた検査装置の概要構成図である。
【図７】従来のレーザ装置を説明するための概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（第１構成形態）
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。本発明を適用したレーザ装置ＬＳの例として、第１構成形態のレーザ装置ＬＳ１の概要構成を図１に示す。また、レーザ装置ＬＳ１におけるパワー制御を主体とした制御系のブロック図を図２に示す。レーザ装置ＬＳ１は、制御部による制御形態の相違を除いて、既述したレーザ装置ＬＳ９と同様のものである。以下、各部の構成を含めて詳細に説明する。なお、以下の各図において各光路上に楕円形で示すものは、各波長変換光学素子にレーザ光を集光入射させるためのレンズであり、詳細説明を省略する。
【００３６】
レーザ装置ＬＳ１は、紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部Ｉと、可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、ＵＶレーザ光及びＶＩＲレーザ光から波長変換によってＵＶレーザ光よりも短波長のＤＵＶレーザ光を発生するＤＵＶ光変換部IVと、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部を含む各部の作動を制御する制御部８とを備えて構成される。ＶＩＲ光出力部は、可視領域の第１ＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部IIと、赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光を出力する第２ＶＩＲ光出力部IIIとから構成される。
【００３７】
レーザ装置ＬＳ１において、ＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIに対して、基本波の波長のシード光を発生するシード光発生部１０からシード光が供給される。すなわち、シード光発生部１０から出射されたシード光は３分割されてＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIにそれぞれ入射する。シード光発生部１０は、詳細図示を省略するが、可視〜赤外領域の所定波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を切り出すことにより所定波形のパルス状のシード光を出力する電気光学変調器（ＥＯＭ）とを備えて構成される。
【００３８】
レーザ装置ＬＳ１では、レーザ光源としてＤＦＢ半導体レーザを用いて波長１５４７ｎｍのレーザ光を発生させ、電気光学変調器によりその一部を切り出して、繰り返し周波数１ＭＨｚ、オン時間１〜数ｎsecのパルス状のシード光を出力する。シード光発生部１０から出射されたシード光は、図示省略するスプリッタ（カプラ）により３分割され、各々ＵＶ光出力部Ｉ、第１ＶＩＲ光出力部II、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIに入射する。
【００３９】
ＵＶ光出力部Ｉは、シード光を増幅するファイバ光増幅器２１、増幅された基本波のレーザ光を順次波長変換する波長変換光学素子３１，３２，３３などを主体として構成される。
【００４０】
ファイバ光増幅器２１は、図３に概略図を示すように、コアにレーザ媒質がドープされた増幅用ファイバ２１ａと、増幅用ファイバ２１ａにドープされたレーザ媒質を励起するための励起光を出射する励起光源２１ｂと、励起光源２１ｂから出射された励起光を増幅用ファイバ２１ａに導く導光用ファイバ２１ｃ及びコンバイナ２１ｄなどから構成される。ファイバ光増幅器２１は可視〜赤外領域のシード光の波長帯域の光を増幅する光増幅器であり、例えば増幅用ファイバ２１ａのコアにエルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）が好適に用いられる。ファイバ光増幅器２２，２３も同様に構成される。
【００４１】
ファイバ光増幅器２１の作動は制御部８により制御される。すなわち、制御部８は、励起光源２１ｂへの供給電力を制御することで、ファイバ光増幅器２１のコアにドープされたレーザ媒質を励起するための励起光の強度を制御する。ファイバ光増幅器２１により増幅されたシード光すなわち基本波レーザ光Ｌａ1は、ファイバ光増幅器２１から出射して波長変換光学素子３１に集光入射する。
【００４２】
波長変換光学素子３１では、この素子に入射する基本波の第２高調波発生が行われ、周波数が基本波の２倍、波長が１／２（７７４ｎｍ）の第２高調波が発生する。波長変換光学素子３１で発生した第２高調波と波長変換光学素子３１を透過した基本波は、波長変換光学素子３２に集光入射する。波長変換光学素子３２では、基本波と第２高調波の和周波発生が行われ、周波数が基本波の３倍、波長が１／３（５１６ｎｍ）の第３高調波が発生する。
【００４３】
第２高調波発生用の波長変換光学素子３１としてはＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）結晶が好適に用いられる。また、第３高調波発生用の波長変換光学素子３２としてはＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３１としては、ＰＰＬＴ（Periodically Poled ＬiＴaＯ3）結晶やＰＰＫＴＰ（Periodically Poled ＬiＴaＯ3）結晶などの疑似位相整合結晶（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）やＬＢＯ結晶を用いることもできる。
【００４４】
波長変換光学素子３２で発生した第３高調波と波長変換光学素子３２を透過した第２高調波は、波長変換光学素子３３に集光入射する。波長変換光学素子３３では、第２高調波と第３高調波の和周波発生が行われ、周波数が基本波の５倍、波長が１／５（３０９ｎｍ）の第５高調波が発生する。第５高調波発生用の波長変換光学素子３３としてはＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶が好適に用いられる。なお、ＬＢＯ結晶やＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶を用いることもできる。
【００４５】
波長変換光学素子３３で発生した第５高調波はＵＶ光出力部Ｉから出射され、ダイクロイックミラー４１で反射されてＤＵＶ光変換部IVの波長変換光学素子３５に集光入射する。ＵＶ光出力部Ｉから出射される第５高調波は、波長が３０９ｎｍであり紫外領域のレーザ光である。本明細書においては、ＵＶ光出力部Ｉから出射される波長が紫外領域のレーザ光を「ＵＶレーザ光」という。
【００４６】
第１ＶＩＲ光出力部IIは、シード光を増幅するファイバ光増幅器２２、増幅された基本波レーザ光を波長変換する波長変換光学素子３４、及び後述するタイミング調整器４５を備えて構成される。シード光発生部１０から出射されたシード光はファイバ光増幅器２２により増幅され、増幅された基本波レーザ光Ｌａ2は波長変換光学素子３４に集光入射する。ファイバ光増幅器２２の構成及び作用は、既述したファイバ光増幅器２１と同様であり、ファイバ光増幅器２２の励起光強度は制御部８により制御される。
【００４７】
波長変換光学素子３４では、基本波の第２高調波発生が行われ、周波数が基本波の２倍、波長が１／２（７７４ｎｍ）の第２高調波が発生する。第２高調波発生用の波長変換光学素子３４としては、ＰＰＬＮ結晶またはＱＰＭ結晶等を用いることができる。波長変換光学素子３４で発生した第２高調波は、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射され、ダイクロイックミラー４２，４１を介してＤＵＶ光変換部IVの波長変換光学素子３５に集光入射する。第１ＶＩＲ光出力部IIから出射される第２高調波は、波長が７７４ｎｍであり可視領域のレーザ光である。本明細書においては、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射される波長が可視〜赤外領域のレーザ光を「第１ＶＩＲレーザ光」という。
【００４８】
第２ＶＩＲ光出力部IIIは、シード光すなわち基本レーザ光を増幅するファイバ光増幅器２３及び後述するタイミング調整器４６を備えて構成される。シード光発生部１０から出射されたシード光はファイバ光増幅器２３により増幅され、増幅されたシード光すなわち基本波レーザ光Ｌａ3は第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される。ファイバ光増幅器２３の構成及び作用は、既述したファイバ光増幅器２１，２２と同様であり、ファイバ光増幅器２３の励起光強度は制御部８により制御される。
【００４９】
第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された基本波レーザ光は、ダイクロイックミラー４２，４１及び波長変換光学素子３５を透過して波長変換光学素子３６に集光入射する。第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される基本波レーザ光は、波長が１５４７ｎｍであり、赤外領域のレーザ光である。本明細書においては、第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される波長が可視〜赤外領域のレーザ光を「第２ＶＩＲレーザ光」という。
【００５０】
ダイクロイックミラー４２は、基本波の波長帯域の光を透過し第２高調波の波長帯域の光を反射するように構成される。また、ダイクロイックミラー４１は、基本波及び第２高調波の波長帯域の光を透過し第５高調波の波長帯域の光を反射するように構成される。そのため、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射された第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光と、第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された基本波である第２ＶＩＲレーザ光は、ダイクロイックミラー４２により同軸上に重ね合わされ、さらにＵＶ光出力部Ｉから出射された第５高調波であるＵＶレーザ光がダイクロイックミラー４１により同軸上に重ね合わされて、これら３つの異なる波長のレーザ光がＤＵＶ光変換部IVに入射する。
【００５１】
ＤＵＶ光変換部IVには、波長変換光学素子３５及び３６が設けられている。波長変換光学素子３５では、ＵＶ光出力部Ｉから出射された第５高調波であるＵＶレーザ光と、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射された第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生が行われる。すなわち、周波数が基本波の７倍、波長が１／７（２２１ｎｍ）の第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光が発生する。第７高調波発生用の波長変換光学素子３５としてはＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射された基本波は波長変換光学素子３５を透過し、波長変換光学素子３５で発生した第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光とともに波長変換光学素子３６に入射する。
【００５２】
波長変換光学素子３６では、基本波である第２ＶＩＲレーザ光と第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光の和周波発生が行われ、周波数が基本波の８倍、波長が１／８（１９３ｎｍ）の第８高調波が発生する。第８高調波発生用の波長変換光学素子３６としてはＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。波長変換光学素子３６で発生した第８高調波であるＤＵＶレーザ光はＤＵＶ光変換部IVから出射され、レーザ装置ＬＳ１から出力される。
【００５３】
ＤＵＶ光変換部IVにおいて発生する第７高調波及び第８高調波は、各々波長が２２１ｎｍ及び１９３ｎｍであり、いずれもＵＶ光出力部Ｉから出射されるＵＶレーザ光よりも波長が短い紫外領域のレーザ光である。本明細書においては、ＤＵＶ光変換部IVにおいて発生するＵＶレーザ光よりも波長が短い紫外領域のレーザ光をＤＵＶレーザ光という。また、本構成例のように、ＤＵＶ光変換部IVにおいて発生するＤＵＶレーザ光が複数あるような場合に、これらを識別するときは、最初に発生したＤＵＶレーザ光（第７高調波）を第１ＤＵＶレーザ光、次に発生したＤＵＶレーザ光（第８高調波）を第２ＤＵＶレーザ光という。
【００５４】
第１ＶＩＲ光出力部IIに設けられたタイミング調整器４５と第２ＶＩＲ光出力部IIIに設けられたタイミング調整器４６は、ともにファイバ光増幅器２２及び２３に入射するシード光のタイミングを調整する機器である。タイミング調整器４５によりタイミングを調整することで、波長変換光学素子３５における第５高調波であるＵＶレーザ光と第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光の時間的な重ね合わせを調整する。また、タイミング調整器４６によりタイミングを調整することで、波長変換光学素子３６における第７高調波である第１ＤＵＶレーザ光と基本波である第２ＶＩＲレーザ光の時間的な重ね合わせを調整する。
【００５５】
この点について少し説明を行う。シード光発生部１０により発生されたシード光が、第５高調波であるＵＶレーザ光としてＵＶ光出力部Ｉから出射して波長変換光学素子３５に到達するまでの実質的な光路長と、第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光として第１ＶＩＲ光出力部IIから出射して波長変換光学素子３５に到達するまでの実質的な光路長とは一般に同一ではない。従って、ＵＶレーザ光と第１ＶＩＲレーザ光のタイミングとは一致しない。そのため、シード光がオン時間の短いパルス光の場合、波長変換光学素子３５及び波長変換光学素子３６においてＤＵＶレーザ光を高効率で発生させるには、上記のタイミング調整が必要となる。
【００５６】
タイミング調整器４５は、入射したシード光に遅延を与える。すなわち、第５高調波であるＵＶレーザ光が波長変換光学素子３５に入射するタイミングと一致するように、第２高調波である第１ＶＩＲレーザ光が波長変換光学素子３５に入射するタイミングを遅らせることにより、波長変換光学素子３５におけるＵＶレーザ光と第１ＶＩＲレーザ光の時間的な重ね合わせを行う。タイミング調整器４６についても同様であり、第１ＤＵＶレーザ光が波長変換光学素子３６に入射するタイミングと一致するように、基本波である第２ＶＩＲレーザ光が波長変換光学素子３６に入射するタイミングを遅らせることにより、波長変換光学素子３６における第１ＤＵＶレーザ光と第２ＶＩＲレーザ光の時間的な重ね合わせを行う。
【００５７】
このタイミング調整器４５，４６により、波長変換光学素子３５において第５高調波と第２高調波とを時間的に重ね合わせ、波長変換光学素子３６において第７高調波と基本波とを時間的に重ね合わせることで、波長１９３ｎｍのＤＵＶレーザ光を高効率で発生させ出射させることができる。また、波長変換光学素子３５における第５高調波と第２高調波、波長変換光学素子３６における第７高調波と基本波が時間的に重ならないようにずらすことで、第８高調波の発生を抑止しレーザ装置からのＤＵＶレーザ光の出射をオフにすることができる。
【００５８】
タイミング調整器４５，４６は、光路長が異なる複数の遅延ファイバと、シード光が伝播する遅延ファイバを切り換えるＥＯＭ等により構成することができる。タイミング調整器４５，４６の作動は制御部８により制御される。これにより、レーザ装置ＬＳ１から出力するＤＵＶレーザ光を高速でオン／オフすることができる。
【００５９】
このように構成されるレーザ装置ＬＳ１では、レーザ装置ＬＳ１から出力する第２ＤＵＶレーザ光（第８高調波）のパワーを変化させるために、ＵＶ光出力部Ｉから出力するＵＶレーザ光（第５高調波）のパワーを略一定とし、第１ＶＩＲ光出力部IIから出力する第１ＶＩＲレーザ光（第２高調波）及び第２ＶＩＲ光出力部IIIから出力する第２ＶＩＲレーザ光（基本波）の少なくとも一方のパワーを変化させる制御を行う。以下では第２高調波と基本波の両方のパワーを変化させる構成例を説明する。
【００６０】
制御部８には、レーザ装置ＬＳ１のパワー制御を行うパワーコントローラ８０が設けられている。パワーコントローラ８０は、制御プログラムや各種パラメータが格納されたメモリー８２、制御プログラムに基づいて演算処理を実行する処理回路８３、処理回路８３からの指令に基づいてファイバ光増幅器を駆動する光増幅器駆動回路８５（８５ａ，８５ｂ，８５ｃ）などから構成される。
【００６１】
メモリー８２には、レーザ装置ＬＳ１から出力すべき波長１９３ｎｍの第２ＤＵＶレーザ光のパワーに必要なファイバ光増幅器２１，２２，２３の励起光強度がパラメータ（励起光強度パラメータ）として記憶されている。励起光強度パラメータは、ファイバ光増幅器２１に対するNo.1パラメータ値、ファイバ光増幅器２２に対するNo.2パラメータ値、ファイバ光増幅器２３に対するNo.3パラメータ値からなり、それぞれのパラメータ値は第２ＤＵＶレーザ光のパワーに対応してマップ状に設定されている。
【００６２】
処理回路８３は、レーザ装置ＬＳ１の操作パネル８１等からＩ／Ｏボード（不図示）を介して入力されるレーザ装置ＬＳ１のパワー設定に応じた励起光強度パラメータ（No.1〜No.3パラメータ値の一組）をメモリー８２から読み出し、各パラメータ値に対応する駆動指令信号を光増幅器駆動回路８５ａ，８５ｂ，８５ｃに出力する。
【００６３】
光増幅器駆動回路８５ａ，８５ｂ，８５ｃは、それぞれファイバ光増幅器２１，２２，２３に対応して設けられた励起光源の駆動回路であり、処理回路８３から出力されたNo.1〜No.3パラメータ値に応じた励起電力を、ファイバ光増幅器２１，２２，２３の励起光源にそれぞれ供給して駆動する。
【００６４】
メモリー８２に記憶された励起光強度パラメータは以下のように設定される。レーザ装置ＬＳ１から出力すべき第２ＤＵＶレーザ光のパワーレンジを１００〜４００ｍＷの範囲に制御するものとする。この場合ファイバ光増幅器２１の励起光強度を規定するNo.1パラメータ値は、レーザ装置ＬＳ１から出力すべき第２ＤＵＶレーザ光のパワーによらず一定値に設定される。
【００６５】
一方、ファイバ光増幅器２２の励起光強度を規定するNo.2パラメータ値、及びファイバ光増幅器２３の励起光強度を規定するNo.3パラメータ値は、第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて変化するように設定される。例えば、レーザ装置ＬＳ１のパワー設定が２００ｍＷのときには、２００ｍＷの第２ＤＵＶレーザ光を出力するために必要なパワーの第１ＶＩＲレーザ光（第２高調波）が第１ＶＩＲ光出力部IIから出力されるようにNo.2パラメータ値が設定される。また、２００ｍＷの第２ＤＵＶレーザ光を出力するために必要なパワーの第２ＶＩＲレーザ光（基本波）が第２ＶＩＲ光出力部IIIから出力されるようにNo.3パラメータ値が設定される。
【００６６】
そのため、レーザ装置ＬＳ１においては、レーザ装置ＬＳ１から出力する第２ＤＵＶレーザ光がオンの状態では、ＵＶ光出力部Ｉから常時一定パワーのＵＶレーザ光（第５高調波）が出射される。一方、第１ＶＩＲ光出力部IIから出射される第１ＶＩＲレーザ光（第２高調波）のパワー、及び第２ＶＩＲ光出力部IIIから出射される第２ＶＩＲレーザ光（基本波）のパワーは、必要とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて、それぞれ変化させる。
【００６７】
ＵＶ光出力部Ｉから出射されるＵＶレーザ光は、波長が３０９ｎｍで深紫外領域に近い波長域であるため波長変換素子等でのＵＶレーザ光の吸収が比較的大きい。従って、ＵＶレーザ光のパワーを変動させるような従来の構成のレーザ装置では、波長変換素子等での発熱の変動による影響が大きい。この点に関して、本構成のレーザ装置ＬＳ１では、第２ＤＵＶレーザ光の出力を変化させる場合においても、ＵＶ光出力部ＩにおけるＵＶレーザ光のパワーは常時一定であるため、ＵＶ光出力部Ｉの波長変換光学素子３３やＵＶレーザ光を導くレンズ、また、ダイクロイックミラー４１等は熱的に一定状態に保持される。その結果、これらの光学素子はＵＶレーザ光の吸収による発熱量の変化がなく、それに伴う波長変換効率の低下やビームポインティングの変動が発生しないので、第２ＤＵＶレーザ光のパワー制御を安定的に行うことができる。
【００６８】
以上では、第２ＤＵＶレーザ光のパワー制御にあたり、第１ＶＩＲ光出力部IIから出力する第１ＶＩＲレーザ光（第２高調波）と、第２ＶＩＲ光出力部IIIから出力する第２ＶＩＲレーザ光（基本波）の両方のパワーを変化させる構成を例示したが、パワー制御に際して変化させるのは第１ＶＩＲレーザ光及び第２ＶＩＲレーザ光のうちのいずれか一方とすることもできる。
【００６９】
この場合において、第２ＶＩＲ光出力部IIIから出力する基本波である第２ＶＩＲレーザ光のパワーのみを変動させることで、第８高調波である第２ＤＵＶレーザ光のパワーを制御する構成では、波長変換光学素子３５で発生する波長２２１ｎｍの第１ＤＵＶレーザ光（第７高調波）のパワーを略一定に保持することができる。このような構成によれば、波長変換光学素子３３やレンズ、ダイクロイックミラー４１等に加えて波長変換光学素子３５を熱的に一定状態に保持することができ、レーザ装置ＬＳ１から出射される第２ＤＵＶレーザ光のパワー制御を更に安定的に行うことができる。
【００７０】
（第２構成形態）
次に、第２構成形態のレーザ装置ＬＳ２について、その概要構成を示す図４を参照しながら説明する。
【００７１】
レーザ装置ＬＳ２は、紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部XIと、赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、ＵＶレーザ光及びＶＩＲレーザ光から波長変換によってＵＶレーザ光よりも短波長のＤＵＶレーザ光を発生するＤＵＶ光変換部XIVと、ＵＶ光出力部及びＶＩＲ光出力部を含む各部の作動を制御する制御部１０８とを備えて構成される。ＶＩＲ光出力部は、赤外領域の第１ＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部XIIと、赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光を出力する第２ＶＩＲ光出力部XIIIとから構成される。
【００７２】
レーザ装置ＬＳ２において、ＵＶ光出力部XIは、第１基本波のシード光を発生するシード光発生部１１１、発生した第１基本波のシード光を増幅するファイバ光増幅器１２１、増幅された第１基本波のレーザ光Ｌａ11を波長変換する波長変換光学素子１３１，１３２などを主体として構成される。
【００７３】
シード光発生部１１１は、詳細図示を省略するが、波長１０６３ｎｍのレーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を切り出すことにより所定波形のパルス状のシード光を出力する電気光学変調器（ＥＯＭ）とを備えて構成される。レーザ光源は、上記波長を発振帯域に含むＤＦＢ半導体レーザが用いられる。
【００７４】
ファイバ光増幅器１２１は、基本的構成において既述したファイバ光増幅器２１と同様である。すなわち、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ための励起光を出射する励起光源と、励起光源から出射された励起光を増幅用ファイバに導く導光用ファイバ及びコンバイナなどから構成される。この基本構成は、ファイバ光増幅器１２２，１２３についても同様である。
【００７５】
ファイバ光増幅器１２１は、波長１０６３ｎｍの第１基本波のシード光を増幅する光増幅器である。ファイバ光増幅器１２１としては、この波長帯域で高い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。なお、シード光発生部１１１及びファイバ光増幅器１２１からなる第１基本波のレーザ光出力部を、ＦＢＧを用いたＹｂファイバレーザ等により構成しても良い。
【００７６】
ファイバ光増幅器１２１の励起光の強度（励起光源への供給電力）は、制御部１０８により制御される。ファイバ光増幅器１２１により増幅されたシード光、すなわち波長が１０６３ｎｍの第１基本波のレーザ光Ｌａ11は、ファイバ光増幅器１２１から出射して波長変換光学素子１３１に集光入射する。
【００７７】
波長変換光学素子１３１では、この素子に入射する第１基本波の第２高調波発生が行われ、周波数が第１基本波の２倍、波長が第１基本波の１／２（５３２ｎｍ）の第２高調波が発生する。波長変換光学素子１３１で発生した第２高調波は波長変換光学素子１３２に集光入射する。波長変換光学素子１３２では、波長変換光学素子１３１で発生した第２高調波の第２高調波発生が行われ、周波数が第１基本波の４倍、波長が第１基本波の１／４（２６６ｎｍ）の第４高調波が発生する。第２高調波発生用の波長変換光学素子１３１としてはＬＢＯ結晶、第４高調波発生用の波長変換光学素子１３２としてはＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。
【００７８】
波長変換光学素子１３２で発生した第１基本波の第４高調波はＵＶ光出力部XIから出射され、ダイクロイックミラー１４１を介してＤＵＶ光変換部XIVの波長変換光学素子１３５に集光入射する。ＵＶ光出力部XIから出射される第１基本波の第４高調波は、波長が２６６ｎｍであり紫外領域（深紫外領域）のＵＶレーザ光である。
【００７９】
第１ＶＩＲ光出力部XIIは、第２基本波のシード光を発生するシード光発生部１１２、発生した第２基本波のシード光を増幅するファイバ光増幅器１２２を主体として構成される。
【００８０】
シード光発生部１１２は、波長２０００ｎｍのレーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を切り出すことにより所定波形のパルス状のシード光を出力する電気光学変調器（ＥＯＭ）とを備えて構成される。レーザ光源は、上記波長を発振帯域に含むＤＦＢ半導体レーザが用いられる。
【００８１】
ファイバ光増幅器１２２は、シード光発生部１１２から出射された波長２０００ｎｍの第２基本波のシード光を増幅する光増幅器である。ファイバ光増幅器１２２としては、この波長帯域で高い利得を有するツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＴＤＦＡ）が好適に用いられる。なお、シード光発生部１１２及びファイバ光増幅器１２２からなる第２基本波のレーザ光出力部を、ＦＢＧを用いたＴｍファイバレーザを用いて構成しても良い。
【００８２】
ファイバ光増幅器１２２の励起光強度は、制御部１０８により制御される。ファイバ光増幅器１２２により増幅されたシード光、すなわち波長が２０００ｎｍの第２基本波のレーザ光Ｌａ12は、第１ＶＩＲ光出力部XIIから出射され、ミラー１４３及びダイクロイックミラー１４２，１４１を介してＤＵＶ光変換部XIVの波長変換光学素子１３５に集光入射する。第１ＶＩＲ光出力部XIIから出射される第２基本波は、波長が２０００ｎｍであり赤外領域の第１ＶＩＲレーザ光である。
【００８３】
第２ＶＩＲ光出力部XIIIは、第３基本波のシード光を発生するシード光発生部１１３、発生したシード光を増幅するファイバ光増幅器１２３を主体として構成される。
【００８４】
シード光発生部１１３は、波長１１０２ｎｍのレーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を切り出すことにより所定波形のパルス状のシード光を出力する電気光学変調器（ＥＯＭ）とを備えて構成される。レーザ光源は、上記波長を発振帯域に含むＤＦＢ半導体レーザが用いられる。
【００８５】
ファイバ光増幅器１２３は、シード光発生部１１３から出射された波長１１０２ｎｍの第３基本波のシード光を増幅する光増幅器である。ファイバ光増幅器１２３としては、この波長帯域で高い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。なお、シード光発生部１１３及びファイバ光増幅器１２３からなる第３基本波のレーザ光出力部を、ＦＢＧを用いたＹｂファイバレーザ等により構成しても良い。
【００８６】
ファイバ光増幅器１２３の励起光強度も、ファイバ光増幅器１２１，１２２と同様に、制御部１０８により制御される。ファイバ光増幅器１２３により増幅されたシード光、すなわち波長が１１０２ｎｍの第３基本波のレーザ光Ｌａ13は、第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射され、ダイクロイックミラー１４２，１４１を介してＤＵＶ光変換部XIVの波長変換光学素子１３６に集光入射する。第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射される第３基本波は、波長が１１０２ｎｍであり赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光である。
【００８７】
ダイクロイックミラー１４２は、波長２０００ｎｍの第２基本波の波長帯域の光を透過し、波長１１０２ｎｍの第３基本波の波長帯域の光を反射するように構成される。また、ダイクロイックミラー１４１は、第２基本波及び第３基本波の波長帯域の光を透過し、波長２６６ｎｍの第１基本波の第４高調波の波長帯域の光を反射するように構成される。そのため、第１ＶＩＲ光出力部XIIから出射された第１ＶＩＲレーザ光（第２基本波）と、第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射された第２ＶＩＲレーザ光（第３基本波）とが、ダイクロイックミラー１４２により同軸上に重ね合わされ、さらにＵＶ光出力部XIから出射されたＵＶレーザ光（第１基本波の第４高調波）がダイクロイックミラー１４１により同軸上に重ね合わされて、これら３つの波長の光がＤＵＶ光変換部XIVに入射する。
【００８８】
ＤＵＶ光変換部XIVには、波長変換光学素子１３５及び１３６が設けられている。波長変換光学素子１３５では、ＵＶ光出力部XIから出射されたＵＶレーザ光（波長２６６ｎｍの第１基本波の第４高調波）と、第１ＶＩＲ光出力部XIIから出射された第１ＶＩＲレーザ光（波長２０００ｎｍの第２基本波）との和周波発生が行われ、波長が２３５ｎｍの第１ＤＵＶレーザ光が発生する。波長変換光学素子１３５としてはＬＢＯ結晶が好適に用いられる。第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射された第２ＶＩＲレーザ光（第３基本波）は波長変換光学素子１３５を透過し、波長変換光学素子１３５で発生した第１ＤＵＶレーザ光とともに波長変換光学素子１３６に入射する。
【００８９】
波長変換光学素子１３６では、波長変換光学素子１３５で発生した波長２３５ｎｍの第１ＤＵＶレーザ光と、第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射された波長１１０２ｎｍの第３基本波の和周波発が行われ、波長が１９３ｎｍの第２ＤＵＶレーザ光が発生する。波長変換光学素子１３６としてはＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。波長変換光学素子１３６で発生した波長１９３ｎｍの第２ＤＵＶレーザ光はＤＵＶ光変換部XIVから出射され、レーザ装置ＬＳ２から出力される。
【００９０】
なお、レーザ装置ＬＳ２においては、ＵＶ光出力部XI、第１ＶＩＲ光出力部XII、及び第２ＶＩＲ光出力部XIIIに、それぞれシード光発生部１１１，１１２，１１３が設けられている。このため、制御部１０８が各シード光発生部１１１，１１２，１１３において発生させる第１，第２，第３シード光の発生タイミングを制御することによって、波長変換光学素子１３５におけるＵＶレーザ光と第１ＶＩＲレーザ光との重ね合わせを適切に調整することができる。同様の理由により、波長変換光学素子１３６における第１ＤＵＶレーザ光と第２ＶＩＲレーザ光との重ね合わせを適切に調整することができる。
【００９１】
このように構成されるレーザ装置ＬＳ２において、レーザ装置ＬＳ２から出力する第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させる場合、ＵＶ光出力部XIから出力するＵＶレーザ光（第１基本波の第４高調波）のパワーを略一定とし、第１ＶＩＲ光出力部XIIから出力する第１ＶＩＲレーザ光（第２基本波）及び第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出力する第２ＶＩＲレーザ光（第３基本波）の少なくとも一方のパワーを変化させる制御を行う。このとき、制御部１０８の構成及び作用は、基本的には前述したレーザ装置ＬＳ１の制御部８と同様である。そこで、以下では、第２基本波及び第３基本波のうち、第３基本波のパワーを変化させる構成例について概要を説明する。
【００９２】
制御部１０８には、第１構成形態と同様のパワーコントローラ８０が設けられている。パワーコントローラ８０は、第１構成形態と同様のメモリー８２、処理回路８３、光増幅器駆動回路８５（８５ａ，８５ｂ，８５ｃ）などから構成される（図２を参照）。
【００９３】
メモリー８２には、レーザ装置ＬＳ２から出力すべき波長１９３ｎｍの第２ＤＵＶレーザ光のパワーに必要なファイバ光増幅器１２１，１２２，１２３の励起光強度が励起光強度パラメータとして記憶されている。励起光強度パラメータは、ファイバ光増幅器１２１に対するNo.1パラメータ値、ファイバ光増幅器１２２に対するNo.2パラメータ値、ファイバ光増幅器１２３に対するNo.3パラメータ値からなり、それぞれのパラメータ値は第２ＤＵＶレーザ光のパワーに対応してマップ状に設定されている。
【００９４】
処理回路８３は、レーザ装置ＬＳ２の操作パネル８１等から入力されるレーザ装置ＬＳ２のパワー設定に応じて記憶されたNo.1〜No.3パラメータ値の一組をメモリー８２から読み出し、各パラメータ値に対応する駆動指令信号を光増幅器駆動回路８５ａ，８５ｂ，８５ｃに出力する。光増幅器駆動回路８５ａ，８５ｂ，８５ｃは、それぞれ処理回路８３から出力されたNo.1〜No.3パラメータ値に応じた励起電力を、ファイバ光増幅器１２１，１２２，１２３の励起光源にそれぞれ供給して駆動する。
【００９５】
励起光強度パラメータのうち、ファイバ光増幅器１２１の励起光強度を規定するNo.1パラメータ値、及びファイバ光増幅器１２２の励起光強度を規定するNo.2パラメータ値は、レーザ装置ＬＳ２から出力すべき第２ＤＵＶレーザ光のパワーによらず一定値に設定される。
【００９６】
一方、ファイバ光増幅器１２３の励起光強度を規定するNo.3パラメータ値は、レーザ装置ＬＳ２から出力すべき第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて変化するように設定される。例えば、レーザ装置ＬＳ２のパワー設定が３００ｍＷのときには、３００ｍＷの第２ＤＵＶレーザ光を出力するために必要なパワーの第２ＶＩＲレーザ光（第３基本波）が第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出力されるようにNo.3パラメータ値が設定される。すなわち、No.3パラメータ値として、必要とする第２ＤＵＶレーザ光のパワーに応じて増減した値が設定される。
【００９７】
そのため、レーザ装置ＬＳ２においては、レーザ装置ＬＳ２から出力する第２ＤＵＶレーザ光がオンの状態では、ＵＶ光出力部XIから常時一定パワーのＵＶレーザ光（第１基本波の第４高調波）が出射され、第１ＶＩＲ光出力部XIIから常時一定パワーの第１ＶＩＲレーザ光（第２基本波）が出射される。一方、第２ＶＩＲ光出力部XIIIから出射される第２ＶＩＲレーザ光（第３基本波）のパワーは、必要とする第２ＤＵＶレーザ光パワーに応じて変化させる。
【００９８】
ＵＶ光出力部XIから出射されるＵＶレーザ光は波長が２６６ｎｍであり、また、波長変換光学素子１３５で発生される第１ＤＵＶレーザ光は波長が２３５ｎｍであり、これらのレーザ光はともに深紫外領域にあるため波長変換素子等でのＵＶレーザ光の吸収が比較的大きい。従って、ＵＶレーザ光のパワーを変動させるような従来の構成のレーザ装置では、波長変換素子等での発熱の変動による影響が大きい。この点に関して、本構成のレーザ装置ＬＳ２においては、第２ＤＵＶレーザ光の出力を変化させる場合においても、ＵＶ光出力部XIにおけるＵＶレーザ光のパワーは常時一定であるため、レーザ装置ＬＳ２から出力する第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるような制御を行っても、ＵＶ光出力部XIの波長変換光学素子１３２、ＵＶレーザ光を導くレンズやダイクロイックミラー１４１、波長変換光学素子１３５は、熱的に一定状態に保持される。その結果、これらの光学素子はＵＶレーザ光の吸収による発熱量の変化がなく、それに伴う波長変換効率の低下やビームポインティングの変動が発生しないので、第２ＤＵＶレーザ光のパワー制御を安定的に行うことができる。
【００９９】
以上説明したようなレーザ装置ＬＳ（ＬＳ１，ＬＳ２）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。
【０１００】
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５を参照して説明する。露光装置５００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５１３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５１５に光学的に投影して転写する。
【０１０１】
露光装置５００は、上述したレーザ装置ＬＳ（ＬＳ１またはＬＳ２）と、照明光学系５０２と、フォトマスク５１３を保持するマスク支持台５０３と、投影光学系５０４と、露光対象物５１５を保持する露光対象物支持テーブル５０５と、露光対象物支持テーブル５０５を水平面内で移動させる駆動機構５０６とを備えて構成される。照明光学系５０２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５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射する。投影光学系５０４も複数のレンズ群により構成され、フォトマスク５１３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５１５に投影する。
【０１０２】
このような構成の露光装置５００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５０２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５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射される。フォトマスク５１３を通過した光はフォトマスク５１３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５０４を介して露光対象物支持テーブル５０５に保持された露光対象物５１５の所定位置に照射される。これにより、フォトマスク５１３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５１５の上に所定倍率で結像露光される。
【０１０３】
このような露光装置５００によれば、レーザ装置から出力するＤＵＶレーザ光の出力を変化させるパワー制御を行っても、ＵＶ光出力部の光学素子で吸収や発熱量の変化がなく、ＤＵＶレーザ光のパワー制御を安定的に行うことができる。そのため、安定したパワー制御により安定性を向上した露光装置を提供することができる。
【０１０４】
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６を参照して説明する。図６に例示する検査装置６００は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物６１３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。
【０１０５】
検査装置６００は、前述したレーザ装置ＬＳ（ＬＳ１またはＬＳ２）と、照明光学系６０２と、被検物６１３を保持する被検物支持台６０３と、投影光学系６０４と、被検物６１３からの光を検出するＴＤＩ(Time Delay Integration)センサ６１５と、被検物支持台６０３を水平面内で移動させる駆動機構６０６とを備えて構成される。照明光学系６０２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６０３に保持された被検物６１３に照射する。投影光学系６０４も複数のレンズ群により構成され、被検物６１３を透過した光をＴＤＩセンサ６１５に投影する。
【０１０６】
このような構成の検査装置６００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６０２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６０３に保持されたフォトマスク等の被検物６１３に照射される。被検物６１３からの光（本構成例においては透過光）は、被検物６１３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６０４を介してＴＤＩセンサ６１５に投影され結像する。このとき、駆動機構６０６による被検物支持台６０３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ６１５の転送クロックとは同期して制御される。
【０１０７】
そのため、被検物６１３のデバイスパターンの像がＴＤＩセンサ６１５により検出され、このようにして検出された被検物６１３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。なお、被検物６１３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６０４に入射してＴＤＩセンサ６１５に導くことにより、同様に構成することができる。
【０１０８】
このような検査装置６００によれば、レーザ装置から出力するＤＵＶレーザ光の出力を変化させるパワー制御を行っても、ＵＶ光出力部の光学素子で吸収や発熱量の変化がなく、ＤＵＶレーザ光のパワー制御を安定的に行うことができる。従って、安定したパワー制御により安定性を向上した検査装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
ＬＳ（ＬＳ１，ＬＳ２） レーザ装置
ＬＳ１ 第１構成形態のレーザ装置
Ｉ ＵＶ光出力部
II 第１ＶＩＲ光出力部（ＶＩＲ光出力部）
III 第２ＶＩＲ光出力部（ＶＩＲ光出力部）
IV ＤＵＶ光変換部
８ 制御部
１０ シード光発生部
２１，２２，２３ ファイバ光増幅器
３１〜３６ 波長変換光学素子（３５ 第１波長変換光学素子、３６ 第２波長変換光学素子）
８０ パワーコントローラ
ＬＳ２ 第２構成形態のレーザ装置
XI ＵＶ光出力部
XII 第１ＶＩＲ光出力部（ＶＩＲ光出力部）
XIII 第２ＶＩＲ光出力部（ＶＩＲ光出力部）
XIV ＤＵＶ光変換部
１０８ 制御部
１１０（１１１，１１２，１１３） シード光発生部
１２１，１２２，１２３ ファイバ光増幅器
１３１，１３２，１３５，１３６ 波長変換光学素子（１３５ 第１波長変換光学素子、１３６ 第２波長変換光学素子）
５００ 露光装置
５０２ 照明光学系
５０３ マスク支持台
５０４ 投影光学系
５０５ 露光対象物支持テーブル
５１３ フォトマスク
５１５ 露光対象物
６００ 検査装置
６０２ 照明光学系
６０３ 被検物支持台
６０４ 投影光学系
６１３ 被検物
６１５ ＴＤＩセンサ（検出器）
ＬＳ９ 従来のレーザ装置
９１０ シード光発生部
９２１〜９２３ ファイバ光増幅器
９３１〜９３６ 波長変換光学素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部と、
波長が可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、
前記ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光と前記ＶＩＲ光出力部から出力されたＶＩＲレーザ光とから、波長変換により波長が前記ＵＶレーザ光よりも短いＤＵＶレーザ光を発生して出力するＤＵＶ光変換部と、
前記ＵＶ光出力部及び前記ＶＩＲ光出力部の作動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ＤＵＶ光変換部から出力する前記ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、前記ＵＶ光出力部から出力する前記ＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、前記ＶＩＲ光出力部から出力する前記ＶＩＲレーザ光のパワーを変化させる制御を行うように構成されることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記ＶＩＲ光出力部は、波長が可視〜赤外領域の第１ＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部と、波長が可視〜赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光を出力する第２ＶＩＲ光出力部とを有し、
前記ＤＵＶ光変換部は、前記ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光と前記第１ＶＩＲ光出力部から出力された第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生により第１ＤＵＶレーザ光を発生する第１波長変換光学素子と、前記第１波長変換光学素子から出力された前記第１ＤＵＶレーザ光と前記第２ＶＩＲ光出力部から出力された前記第２ＶＩＲレーザ光との和周波発生により第２ＤＵＶレーザ光を発生する第２波長変換光学素子とを有し、
前記制御部は、前記ＤＵＶ光変換部から出力する前記第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、前記ＵＶ光出力部から出力する前記ＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、前記第１ＶＩＲ光出力部から出力する前記第１ＶＩＲレーザ光及び前記第２ＶＩＲ光出力部から出力する前記第２ＶＩＲレーザ光の少なくとも一方のパワーを変化させる制御を行う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ＵＶ光出力部及び前記ＶＩＲ光出力部に、各々可視〜赤外領域のレーザ光を増幅するファイバ光増幅器を有し、
前記ＵＶ光出力部に、可視〜赤外領域のレーザ光を紫外領域の前記ＵＶレーザ光に変換する波長変換光学素子を有し、
前記制御部は、前記ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器、及び前記ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器の作動を制御することにより、前記ＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、かつ、前記ＶＩＲレーザ光のパワーを変化させる
ように構成され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ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器及び前記ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器は、ともに所定波長の基本波のレーザ光を増幅する増幅器であり、
前記ＵＶ光出力部は、当該ＵＶ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波から、その第５高調波である前記ＵＶレーザ光を発生して出力するように構成され、
前記ＶＩＲ光出力部は、当該ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波から、その第２高調波である前記ＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、
前記ＤＵＶ光変換部は、前記ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光と前記ＶＩＲ光出力部から出力されたＶＩＲレーザ光とから、和周波発生により前記基本波の第７高調波を発生するように構成されることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器、前記第１ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器及び前記第２ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器は、いずれも所定波長の基本波のレーザ光を増幅する増幅器であり、
前記ＵＶ光出力部は、当該ＵＶ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波の第５高調波である前記ＵＶレーザ光を発生して出力するように構成され、
前記第１ＶＩＲ光出力部は、当該第１ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波の第２高調波である前記第１ＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、
前記第２ＶＩＲ光出力部は、当該第２ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波である前記第２ＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、
前記第１波長変換光学素子は、前記ＵＶレーザ光と前記第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生により前記基本波の第７高調波である前記第１ＤＵＶレーザ光を発生し、前記第２波長変換光学素子は、前記第１波長変換光学素子から出力された前記第１ＤＵＶレーザ光と前記第２ＶＩＲ光出力部から出力された前記第２ＶＩＲレーザ光との和周波発生により前記基本波の第８高調波である第２ＤＵＶレーザ光を発生するように構成されることを特徴とする請求項３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。
【請求項１】
波長が紫外領域のＵＶレーザ光を出力するＵＶ光出力部と、
波長が可視〜赤外領域のＶＩＲレーザ光を出力するＶＩＲ光出力部と、
前記ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光と前記ＶＩＲ光出力部から出力されたＶＩＲレーザ光とから、波長変換により波長が前記ＵＶレーザ光よりも短いＤＵＶレーザ光を発生して出力するＤＵＶ光変換部と、
前記ＵＶ光出力部及び前記ＶＩＲ光出力部の作動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ＤＵＶ光変換部から出力する前記ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、前記ＵＶ光出力部から出力する前記ＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、前記ＶＩＲ光出力部から出力する前記ＶＩＲレーザ光のパワーを変化させる制御を行うように構成されることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記ＶＩＲ光出力部は、波長が可視〜赤外領域の第１ＶＩＲレーザ光を出力する第１ＶＩＲ光出力部と、波長が可視〜赤外領域の第２ＶＩＲレーザ光を出力する第２ＶＩＲ光出力部とを有し、
前記ＤＵＶ光変換部は、前記ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光と前記第１ＶＩＲ光出力部から出力された第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生により第１ＤＵＶレーザ光を発生する第１波長変換光学素子と、前記第１波長変換光学素子から出力された前記第１ＤＵＶレーザ光と前記第２ＶＩＲ光出力部から出力された前記第２ＶＩＲレーザ光との和周波発生により第２ＤＵＶレーザ光を発生する第２波長変換光学素子とを有し、
前記制御部は、前記ＤＵＶ光変換部から出力する前記第２ＤＵＶレーザ光のパワーを変化させるときに、前記ＵＶ光出力部から出力する前記ＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、前記第１ＶＩＲ光出力部から出力する前記第１ＶＩＲレーザ光及び前記第２ＶＩＲ光出力部から出力する前記第２ＶＩＲレーザ光の少なくとも一方のパワーを変化させる制御を行う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ＵＶ光出力部及び前記ＶＩＲ光出力部に、各々可視〜赤外領域のレーザ光を増幅するファイバ光増幅器を有し、
前記ＵＶ光出力部に、可視〜赤外領域のレーザ光を紫外領域の前記ＵＶレーザ光に変換する波長変換光学素子を有し、
前記制御部は、前記ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器、及び前記ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器の作動を制御することにより、前記ＵＶレーザ光のパワーを略一定とし、かつ、前記ＶＩＲレーザ光のパワーを変化させる
ように構成され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ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器及び前記ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器は、ともに所定波長の基本波のレーザ光を増幅する増幅器であり、
前記ＵＶ光出力部は、当該ＵＶ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波から、その第５高調波である前記ＵＶレーザ光を発生して出力するように構成され、
前記ＶＩＲ光出力部は、当該ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波から、その第２高調波である前記ＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、
前記ＤＵＶ光変換部は、前記ＵＶ光出力部から出力されたＵＶレーザ光と前記ＶＩＲ光出力部から出力されたＶＩＲレーザ光とから、和周波発生により前記基本波の第７高調波を発生するように構成されることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記ＵＶ光出力部に設けられたファイバ光増幅器、前記第１ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器及び前記第２ＶＩＲ光出力部に設けられたファイバ光増幅器は、いずれも所定波長の基本波のレーザ光を増幅する増幅器であり、
前記ＵＶ光出力部は、当該ＵＶ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波の第５高調波である前記ＵＶレーザ光を発生して出力するように構成され、
前記第１ＶＩＲ光出力部は、当該第１ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波の第２高調波である前記第１ＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、
前記第２ＶＩＲ光出力部は、当該第２ＶＩＲ光出力部のファイバ光増幅器により増幅された前記基本波である前記第２ＶＩＲレーザ光を発生して出力するように構成され、
前記第１波長変換光学素子は、前記ＵＶレーザ光と前記第１ＶＩＲレーザ光との和周波発生により前記基本波の第７高調波である前記第１ＤＵＶレーザ光を発生し、前記第２波長変換光学素子は、前記第１波長変換光学素子から出力された前記第１ＤＵＶレーザ光と前記第２ＶＩＲ光出力部から出力された前記第２ＶＩＲレーザ光との和周波発生により前記基本波の第８高調波である第２ＤＵＶレーザ光を発生するように構成されることを特徴とする請求項３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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７９３１（Ｐ２０１３−７９３１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１２２２（Ｐ２０１１−１４１２２２）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【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１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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