レーザ装置
【課題】光出力を正確に制御して長期的に安定した運用が可能な構成のレーザ装置を提供する。
【解決手段】レーザ装置は、レーザ光をモニタ光と出力光とに分離する部分反射ミラー５７と、部分反射ミラー５７からのモニタ光の強度を検出する光出力モニタ装置６０と、光出力モニタ装置６０の検出値に基づいてレーザ光源の出力を制御して部分反射ミラー５７からの出力光の強度を制御する制御部８０と、所定の校正時期において部分反射ミラー５７からの出力光の強度を検出するパワーメータ装置７２とを備え、制御部８０は、パワーメータ装置７２の検出値に基づいて光出力モニタ装置６０の出力を校正するようになっている。
【解決手段】レーザ装置は、レーザ光をモニタ光と出力光とに分離する部分反射ミラー５７と、部分反射ミラー５７からのモニタ光の強度を検出する光出力モニタ装置６０と、光出力モニタ装置６０の検出値に基づいてレーザ光源の出力を制御して部分反射ミラー５７からの出力光の強度を制御する制御部８０と、所定の校正時期において部分反射ミラー５７からの出力光の強度を検出するパワーメータ装置７２とを備え、制御部８０は、パワーメータ装置７２の検出値に基づいて光出力モニタ装置６０の出力を校正するようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力をモニタするとともに当該モニタ結果に応じて光出力を一定に制御する機能を備えた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、例えば、半導体デバイスに微細構造を形成する露光装置や、微細構造を観察する各種光学式検査装置、眼科治療等に用いるレーザ治療装置などの光源として用いられており、例えば、半導体レーザにより生成され光増幅器により増幅された赤外波長領域のレーザ光を、複数の波長変換素子を備える波長変換装置において順次波長変換し、最終的にＡｒＦエキシマレーザの発振波長と同じ波長λ＝１９３ｎｍの紫外光として出力する構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
レーザ装置においては、レーザ光の光出力の安定化を図るために、レーザ光の光出力を光出力モニタ装置（一般的にフォトダイオード等の受光素子）により検出し、光出力をモニタしながら所望の光出力が得られるように半導体レーザへの駆動電流をフィードバック制御する手段（APC：Automatic Power Control）が種々提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−４２３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の構成において、深紫外レーザ光や高出力レーザ光を長期に亘り運用する場合、光出力モニタ装置が損傷により劣化して検出感度が低下し、光出力モニタ装置によって光出力を正確に検出することができなくなる。そのため、上記のようにフィードバック制御された光出力が本来の設定値から大きくずれてしまい、光出力を一定に制御することができなくなるという課題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光出力を正確に制御して長期的に安定した運用が可能な構成のレーザ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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、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のレーザ光をモニタ光と出力光とに分離する光分離部と、光分離部からのモニタ光の強度を検出する光出力モニタ部と、光出力モニタ部の検出値に基づいてレーザ光出力部の出力を制御して光分離部からの出力光の強度を制御する光出力制御部と、所定の校正時期において光分離部からの出力光の強度を検出する光強度検出部とを備え、光出力制御部は、光強度検出部の検出値に基づいて光出力モニタ部の出力を校正するようになっている。
【０００８】
なお、上述の構成において、レーザヘッド部が、基本波レーザ光を発生するレーザ光発生部と、レーザ光発生からの基本波レーザ光を波長変換して所定の高調波を含むレーザ光として光分離部へ出力する波長変換部とを有して構成されることが好ましい。また、上記所定の高調波が、波長２００ｎｍ以下の深紫外光であることは本発明の好ましい態様である。さらに、波長変換部から出力されるレーザ光から所定の高調波のレーザ光のみを抽出して光分離部へ出力する光抽出部を更に備えて構成されることも好ましい態様である。
【０００９】
また、上述の構成において、光分離部および光抽出部の少なくとも一方が、予め設定された時間ごとにレーザ光の受光位置を所定量シフトさせることが好ましい。さらに、光分離部および光抽出部を一体として所定量シフトさせるシフト機構を更に備えた構成も好ましい態様である。また、光分離部、光出力モニタ部、光強度検出部、光抽出部、およびシフト機構のうちの少なくとも１つが、レーザ光出力部からのレーザ光を導入する入射口および出力光を導出する出射口を有する筐体内に収容されて、筐体を１つの単位としてレーザ装置に交換可能となる構成も好ましい態様である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光出力モニタ部が劣化等により検出感度を変動させた場合でも、光強度検出部が検出する光出力の絶対値に基づいて、制御部により光出力モニタ部の出力が校正されるため、光出力を正確に制御して長期的に安定した運用を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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レーザヘッドの概要構成図である。
【図３】上記レーザ装置における波長変換部の概要構成図である。
【図４】上記レーザ装置におけるパワーコントロールユニットの概要構成図である。
【図５】上記パワーコントロールユニットの変形例を示す概要構成図ある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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の代表例として、レクチルのパターンを基板に転写する露光装置の光源装置として用いられるレーザ装置１の概要構成を図１に示すとともに、このレーザ装置１におけるレーザヘッド２の概要構成を図２に示しており、まず始めに、これらの図面を参照しながらレーザ装置１について概要説明する。
【００１３】
レーザ装置１は、この装置を光源装置として利用するレーザシステムへの適用上の便宜から、深紫外光を出力する出力機能を有しレーザシステムへの組み込みを容易化した小型箱状のレーザヘッド２と、レーザヘッド２の制御機能を備えレーザヘッド２と別置される筐体状の制御ラック３とからなり、レーザヘッド２と制御ラック３とが、種々の電気ケーブルや、励起光伝送用の光ファイバ、パージガス供給用ガスチューブ、冷却水配管等のインターフェース４により相互接続されて構成される。
【００１４】
レーザヘッド２は、赤外〜可視領域の基本波レーザ光を射出するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０から射出された基本波レーザ光を深紫外光に波長変換する波長変換部２０とを備え、その出力端から深紫外光が出力されるように構成されている。
【００１５】
レーザ光発生部１０は、種光となるレーザ光（シード光）Ｌｓを発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１により発生されたシード光Ｌｓを増幅する光増幅器１２，１３とを備えて構成される。レーザ光源１１及び光増幅器１２，１３は、このレーザ装置１を用いるレーザシステムの用途及び機能に応じ、適宜な発振波長、増幅率のものが用いられる。このようなレーザ光源１１として、波長λ＝１．５４７［μｍ］の単一波長のレーザ光を発生する分布帰還半導体レーザ（ＤＦＢ半導体レーザ）を用い、第１段目の光増幅器１２として半導体レーザ励起のエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバー光増幅器（ＥＤＦＡ）、第２段目の光増幅器１３として、ラマン・レーザ励起のＥＤＦＡを用いた構成が例示される。なお、レーザ光発生部１０からの出力は、光増幅器１３に供給されるラマン・レーザの励起光出力によって制御される。
【００１６】
波長変換部２０は、レーザ光発生部１０から射出されたレーザ光（光増幅器１２，１３により増幅された基本波レーザ光）Ｌｒを、所定波長の深紫外光に波長変換する。レーザ装置１においては、レーザ光発生部１０から射出された波長λ＝１．５４７［μｍ］の基本波レーザ光を、複数の波長変換光学素子によって順次波長変換し、最終的に基本波の８倍波（第８次高調波）でＡｒＦエキシマレーザと同一波長である波長λ＝１９３［ｎｍ］の深紫外光を出力する。
【００１７】
このように、赤外領域（あるいは可視領域）の基本波レーザ光Ｌｒを深紫外光に波長変換する波長変換部の構成（波長変換光学素子の種別や組み合わせ）には、種々の公知の形態がある。本実施形態では、波長変換部の一例として、レーザ光発生部１０において、１つのレーザ光源から射出された基本波レーザ光を３つに分岐して各々２段の光増幅器１２，１３により増幅し、増幅された３つの基本波レーザ光Ｌｒ（Ｌｒ1，Ｌｒ2，Ｌｒ3）を波長変換部２０に入射させて、基本波、２倍波（λ＝７７４［ｎｍ］）および５倍波（λ＝３０９［ｎｍ］）を生成し、これらの和周波発生により７倍波（λ＝２２１［ｎｍ］）、８倍波（λ＝１９３［ｎｍ］）を発生させる構成例を図３に示しており、この波長変換部２０の構成について図３を追加参照して概要説明する。
【００１８】
まず、Ｐ偏光で入射される第１の基本波レーザ光Ｌｒ1は、レンズ３１により波長変換光学素子２１に集光入射され、第２高調波発生（ＳＨＧ）により周波数が基本波（ω）の２倍（２ω）、波長λが半分の２倍波を発生させる。波長変換光学素子２１により発生されたＰ偏光の２倍波、および波長変換光学素子２１を透過したＰ偏光の基本波は、レンズ３２により波長変換光学素子２２に集光入射され、和周波発生（ω＋２ω）により周波数が基本波の３倍（３ω）の倍波を発生させる。これらの波長変換光学素子２１，２２は、例えば、２倍波発生用の波長変換光学素子２１としてＰＰＬＮ結晶、３倍波発生用の波長変換光学素子２２としてＬＢＯ結晶が用いられる。なお、波長変換光学素子２１として、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００１９】
波長変換光学素子２２により発生されたＳ偏光の３倍波と、波長変換光学素子２２を透過したＰ偏光の基本波および２倍波は、２波長波長板４１を透過させて２倍波だけをＳ偏光に変換する。２波長波長板４１として、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４１は、一方の波長の光（２倍波）に対して偏光を回転させ、他方の波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）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。
【００２０】
ともにＳ偏光になった２倍波および３倍波は、レンズ３３により波長変換光学素子２３に集光入射され、和周波発生（２ω＋３ω）により５倍波（５ω）を発生させる。波長変換光学素子２３からは、この波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波と、波長変換光学素子２３を透過したＳ偏光の２倍波および３倍波、並びにＰ偏光の基本波が射出される。なお、５倍波を発生させる波長変換光学素子２３として、例えばＬＢＯ結晶が用いられるが、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることも可能である。ここで、波長変換光学素子２３から射出される５倍波は、ウォークオフのため断面が楕円形になっている。そこで、２枚のシリンドリカルレンズ３４ｖ，３４ｈにより、楕円形の断面形状を円形に整形し、ダイクロイックミラー４４に入射させる。
【００２１】
一方、Ｐ偏光で入射される第２の基本波レーザ光Ｌｒ2は、レンズ３５により波長変換光学素子２４に集光入射され、第２高調波発生により２倍波を発生させる。波長変換光学素子２４からは、この波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波と基本波が射出され、レンズ３６，３７を介してダイクロイックミラー４５に入射される。なお、波長変換光学素子２４として、ＰＰＬＮ結晶を用いることができるほか、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いてもよい。
【００２２】
また、Ｓ偏光で入射される第３の基本波レーザ光Ｌｒ3は、レンズ３８を介してダイクロイックミラー４５に入射される。ダイクロイックミラー４５は、基本波の波長帯域の光を透過し、２倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４５に入射するＳ偏光の基本波と、波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波とが同軸上に合成される。
【００２３】
上記合成されたＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波は、ダイクロイックミラー４４に入射される。ダイクロイックミラー４４は、基本波および２倍波の波長帯域の光を透過し、５倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４４に入射したＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波と、波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波とが同軸上に合成される。
【００２４】
このように同軸上に合成されたＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波は、波長変換光学素子２５に入射される。ここで、基本波、２倍波、５倍波の各光路には各々レンズ（３４ｖ，３４ｈ，３６，３７，３８）が設けられており、同軸上に合成された各波長の光が波長変換光学素子２５に集光入射するようになっている。波長変換光学素子２５では、Ｐ偏光の２倍波とＰ偏光の５倍波による和周波発生（２ω＋５ω）が行われて７倍波（７ω）が発生される。波長変換光学素子２５からは、この波長変換光学素子２５により発生されたＳ偏光の７倍波とともに、波長変換光学素子２５を透過した各波長の光が射出される。７倍波を発生させる波長変換光学素子２５としては、例えばＣＬＢＯ結晶が用いられる。
【００２５】
これらの光は、波長変換光学素子２６に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が和周波発生（ω＋７ω）により合成され、Ｐ偏光の８倍波（８ω）が発生される。８倍波を発生させる波長変換光学素子２６として、例えばＣＬＢＯ結晶が用いられる。波長変換光学素子２６からは、この波長変換光学素子２６により発生された８倍波とともに、波長変換光学素子２６を透過した各波長の光が射出され、その光路上に配置されたパワーコントロールユニット５０に入射する。
【００２６】
それでは、パワーコントロールユニット５０の構成について、図４を追加参照しながら説明する。パワーコントロールユニット５０は、図４に示すように、ユニットケース５１、分散プリズム５４，５５、光吸収体５６、部分反射ミラー５７、シフト機構５８、減光フィルタ５９、光出力モニタ装置６０、駆動機構７０、全反射ミラー７１、およびパワーメータ装置７２を備えて構成されており、このユニットの基体となるベースプレート（不図示）にアライメントされた状態で配設されている。このパワーコントロールユニット５０は、ユニット単位でレーザヘッド２に着脱可能（交換可能）に構成されている。
【００２７】
ユニットケース５１は、全体として矩形箱形状を呈しており、波長変換光学素子２６から射出されたレーザ光を内部へ導入するための入射口５２と、８倍波たる深紫外レーザ光Ｌｖを外部へ導出するための出射口５３とを有している。ユニットケース５１の入射口５２から導入されたレーザ光は分散プリズム５４，５５に入射する。
【００２８】
分散プリズム５４，５５には、波長変換光学素子２６により発生された８倍波以外に、波長変換光学素子２６を透過した基本波や２倍波等の他の波長成分の光も入射されるが、この分散プリズム５４，５５内において８倍波は他の波長成分の光よりも大きく屈折するため（プリズム５４，５５内では波長の短いほうが屈折率は大きいため）、８倍波と他の波長成分の光とを分離することができる。なお、本実施形態においては、８倍波を略９０度折り曲げて出射口へと導くために、２つの分散プリズム５４，５５を配置した場合を例示したが、これに限定されるものではなく、１つまたは３つ以上の分散プリズムを配置して構成してもよい。
【００２９】
分散プリズム５４，５５で分離された８倍波以外の他の波長成分の光は、例えばシリコンナノチップ等から構成される光吸収体５６に入射し、この光吸収体５６内で多重反射によって吸収される。一方、分散プリズム５４，５５で分離された８倍波は、部分反射ミラー５７に入射する。
【００３０】
部分反射ミラー５７は、入射される８倍波の一部をモニタ光（モニタ用微弱光）として部分的に取り出すための反射鏡である。なお、分散プリズム５４，５５と部分反射ミラー５７はシフト機構５８を介してベースプレートに取り付けられている。シフト機構５８は、光軸に直交する１軸方向（例えば、図４において紙面に直交する方向）に移動自在な微細駆動ステージ等から構成されており、後述する制御ラック３の制御部８０から出力されるステージ駆動信号に基づいて、予め設定された時間ごとに分散プリズム５４，５５および部分反射ミラー５７を所定シフト量だけシフトさせて、レーザ光の受光位置を変更させる。ここで、所定シフト量としては、例えば、ビーム直径と同じ程度の値が例示される。
【００３１】
部分反射ミラー５７は、その反射率に応じて８倍波の一部（例えば、１％以下の光）をモニタ光として反射して、このモニタ光を光量調整用の減光フィルタ５９を介して光出力モニタ装置６０へ導く。なお、部分反射ミラー５７としては、コーティングなしで光の入射偏光方向をＰ偏光とすることで低反射率としたものや、低反射率のコーティング処理を施したものが例示される。
【００３２】
減光フィルタ５９は、光出力モニタ装置６０として一般的に適用されるフォトダイオードが微弱な光のみを検出することが可能であることに鑑みて配置されている。
【００３３】
光出力モニタ装置６０は、例えばフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）等の受光素子を備えて構成されており、部分反射ミラー５７によって送られてきた８倍波の一部（モニタ光）を受光して、この受光量（モニタ光の強度）に応じた電流信号に変換する。光出力モニタ装置６０に内蔵された不図示の増幅回路によって、この電流信号は電圧信号に変換されて、任意設定可能なゲイン（Ｇａｉｎ）で増幅された電圧信号として制御ラック３の制御部８０へ出力される。
【００３４】
制御ラック３には、レーザ装置１を構成する各部の作動を統括的に制御してレーザヘッド２による紫外レーザ光Ｌｖの出力を制御する制御部８０、パワーコントロールユニット５０等のレーザ装置１の各部にインターフェース４を通るガスチューブ（不図示）を介してＮ2ガス等の不活性ガスを供給するガス供給部９０、光増幅部１２，１３を励起する励起光源部（不図示）などが設けられている。
【００３５】
制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オン・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなる所謂マイクロコンピュータを有して構成されており、光出力モニタ装置６０から送出される電圧信号に基づいて、この電圧値が予め設定された制御指令値と一致するように（すなわち、レーザ光の出力が一定となるように）、光増幅器１３に供給する励起光出力をフィードバック制御する。
【００３６】
このとき、光出力モニタ装置６０の代表例であるフォトダイオードは、サーモパイル等の熱電変換型ディテクタに比して高感度・高速応答であるという特徴を有する反面、８倍波である深紫外レーザ光Ｌｖに長時間晒されると容易に損傷を受けて検出感度が変動する虞があり、その結果として、光増幅器１３へのフィードバック制御としての適正な励起光出力を供給できず、光出力を一定に制御することができないという問題がある。そこで、本実施形態においては、ユニットケース５１内に駆動機構７０、全反射ミラー７１およびパワーメータ装置７２が備えられており、制御部８０によって光出力モニタ装置６０の出力（出力電圧値）に対して校正を行う機能を有している。
【００３７】
部分反射ミラー５７を透過した深紫外レーザ光Ｌｖは、レーザ装置１の出力光としてユニットケース５１の出射口５３から外部へ射出される。一方で、部分反射ミラー５７と出射口５３との間の光路上には、例えば、電磁ソレノイド等の駆動機構７０によって当該光路に対して進退自在に構成された全反射ミラー７１が設けられている。駆動機構７０は、制御部８０から出力される駆動制御信号に基づいて、深紫外レーザ光Ｌｖを外部へ射出する場合には全反射ミラー７１を上記光路上から退避させ、光出力モニタ装置６０の出力を校正する場合には予め設定された所定時間（例えば、２４時間）ごとに全反射ミラー７１を短時間（例えば、パワーメータ装置７２の応答速度に応じた時間）だけ上記光路上に挿入する。全反射ミラー７１が上記光路上に配置されると、出射口５３へ向かう深紫外レーザ光Ｌｖが全反射ミラー７１によって略９０度折り曲げられるように反射されて熱電変換型のパワーメータ装置７２に導入される。
【００３８】
パワーメータ装置７２は、前述のフォトダイオードとは異なり、レーザ光の光出力（強度）を温度（熱エネルギ）によって検出する光出力検出手段であり、深紫外レーザ光Ｌｖの強度の絶対値を検出することができる。パワーメータ装置７２としては例えばサーモパイル（Ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ）等が例示され、このサーモパイルは一般に複数の熱電対を直列に接続した構造となっており、レーザ光の受光面が温接点で、この温接点に対し熱絶縁を介して周囲温度測定のための冷接点が設けられる。パワーメータ装置７２は、レーザ光を受光することにより吸収した熱エネルギ（温接点と冷接点との温度差）に応じた起電力（電圧信号）を制御部８０へ出力する。
【００３９】
制御部８０は、パワーメータ装置７２より測定される光出力信号に基づいて、光出力モニタ装置６０のゲインおよびオフセット値を調節する。より具体的には、レーザ装置１から深紫外レーザ光Ｌｖを外部へ出力する前の初期状態において、光出力モニタ装置６０の出力電圧値とパワーメータ装置７２の光出力値とが対応付けられた正確な相関関係（換算式の係数）を算定しておくことで、光出力モニタ装置６０の出力を校正する場合、上記相関関係に従ってパワーメータ装置７２の光出力値に対応した光出力モニタ装置６０の光出力値となるように、光出力モニタ装置６０の出力電圧値を光出力値に変換するための式のゲインおよびオフセット値を決定する。例えば、パワーメータ装置７２の光出力値が初期値に対して同一値を示しているのに対して、光出力モニタ装置６０の光出力値が初期値の半分の値となっているときには、光出力モニタ装置６０の換算式の（フォトダイオードの増幅回路）のゲイン値を２倍に調節する。また、上記相関関係に基づいて、光出力モニタ装置６０のオフセット値を、光入力がない場合における光出力モニタ装置６０の光出力値がゼロとならないように調節する。これにより、光出力モニタ装置６０の光出力値が適正に校正されることになる。
【００４０】
そして、制御部８０は、光出力モニタ装置６０から送出される、上記校正された電圧信号に基づいて、光増幅器１３へ供給する励起光出力を正確にフィードバック制御して、深紫外レーザ光Ｌｖの出力を一定に制御する。
【００４１】
このようにレーザ装置１において、光出力モニタ装置（フォトダイオード）６０が長時間に亘って深紫外レーザ光Ｌｖに晒されて劣化等により検出感度が変動したり、部分反射ミラー５７の劣化により、その反射率に変動が生じた場合でも、所定のタイミングで光出力の絶対値を検出するパワーメータ装置７２の検出値に基づいて光出力モニタ装置６０の出力が正確に校正されるため、光増幅器１３へのフィードバック制御としての適正な励起光出力を供給して、レーザ装置１の光出力を安定化させることができる。従って、以上説明したレーザ装置１によれば、光出力を正確に制御して長期的に安定した運用を実現することが可能である。
【００４２】
また、分散プリズム５４，５５や部分反射ミラー５７も８倍波（深紫外光）に晒されることで損傷を受けて劣化する虞があるが、上述のように、分散プリズム５４，５５および部分反射ミラー５７はシフト機構５８によって一定時間ごとにシフトされ８倍波の受光位置を変更する（未使用の領域で８倍波を受光する）構成であるため、これらの素子の長寿命化を図ることができるとともに、損傷による劣化によって光出力やビームの品質の劣化を防止することができる。
【００４３】
さらに、分散プリズム５４，５５および部分反射ミラー５７は、共に一つのシフト機構５８にマウントされて全体的にシフトされるため、両者の相対位置の変動を防止するとともに、効率的な運用を図ることができる。
【００４４】
また、光出力モニタ装置６０や部分反射ミラー５７等の実使用時間が所定の規定時間を経過して交換を要する場合でも、パワーコントロールユニット５０の各構成部品はユニットケース５１内に全て収容され、ユニット単位で容易に交換できるため、交換後短時間のうちにレーザ光を再投入することができ、パワーコントロールユニット５０の交換後のレーザ装置１の立ち上げ時間を短縮することが可能になる。
【００４５】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、パワーコントロールユニットの変形例として図５に示すように、パワーコントロールユニット１５０に入射する各波長の光から８倍波のみを抽出する光抽出部として、分散プリズム（上述の実施形態における分散プリズム５４，５５）の代わりに波長選択用ミラー１５４を設けて構成してもよい。この波長選択ミラー１５４としては、最終出力波長の８倍波に対しては全反射（ほぼ反射率１００％）で、８倍波以外の他の波長成分の光に対しては全透過（ほぼ透過率１００％）となる所定のコーティングが施された構成が例示される。
【００４６】
また同様に図５に示すように、全反射ミラー（上述の実施形態における全反射ミラー７１）を設けることなく、例えば電磁ソレノイド等の駆動機構１７０によってパワーメータ装置７２自体を直接、部分反射ミラー５７と出射口５３との間の光路に対して進退自在に構成してもよい。
【００４７】
また、上述の実施形態では、分散プリズム５４，５５、光吸収体５６、部分反射ミラー５７、シフト機構５８、減光フィルタ５９、光出力モニタ装置６０、駆動機構７０、全反射ミラー７１、パワーメータ装置７２等がユニットケース５１内に全て収容され、１つの単位としてパワーコントロールユニット５０を構成する形態を例示したが、これに限定されるものではなく、これらの一部を各々一つの単位としてユニットで構成してもよい。このような構成によれば、交換時間（消耗時間）が素子ごとに異なるような場合に合理的である。
【００４８】
また、上述の実施形態では、レーザ光発生部１０において、レーザ光源１１により発生されたレーザ光（シード光）Ｌｓを、直列接続した２段の光増幅器１２，１３によって増幅し、増幅されたレーザ光Ｌｒを波長変換部２０に入射させる構成を例示したが、レーザ光源１１の出力や増幅率に応じて光増幅器を１段もしくは３段以上とし、または光増幅器を設けることなく波長変換部２０に直接入射させるように構成してもよく、波長変換部２０の構成に応じて、レーザ光源１１から出射されるレーザ光を複数に分割し並列に設けた複数の光増幅器で増幅することなく、単列の光増幅器で構成してもよい。また、説明簡略化のため記載を省略したが、レーザ光源１１と光増幅器１２との間、光増幅器１２と波長変換部２０との間に、光パルスを切り出すＥＯＭ等の光変調器や、単色光を高める狭帯域フィルタ等が適宜設けられる。
【００４９】
また、レーザ装置１からの出力光の波長は１９３ｎｍに限定されるものではなく、ＫｒＦエキシマレーザやＦ２レーザ等と同様の波長帯域であってもよい。さらに、本発明によるレーザ装置の適用例としては露光装置に限らず、各種の光学式検査装置や、レーザ治療装置など、他の種々の装置においても用いることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ レーザ装置
２ レーザヘッド
３ 制御ラック
１０ レーザ光発生部
１１ レーザ光源
２０ 波長変換部
５０ パワーコントロールユニット
５１ ユニットケース
５４ 分散プリズム
５５ 分散プリズム
５７ 部分反射ミラー
５８ シフト機構
６０ 光出力モニタ装置
７１ 全反射ミラー
７２ パワーメータ装置
８０ 制御部
１５０ パワーコントロールユニット（変形例）
１５４ 波長選択用ミラー
１５８ シフト機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力をモニタするとともに当該モニタ結果に応じて光出力を一定に制御する機能を備えた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、例えば、半導体デバイスに微細構造を形成する露光装置や、微細構造を観察する各種光学式検査装置、眼科治療等に用いるレーザ治療装置などの光源として用いられており、例えば、半導体レーザにより生成され光増幅器により増幅された赤外波長領域のレーザ光を、複数の波長変換素子を備える波長変換装置において順次波長変換し、最終的にＡｒＦエキシマレーザの発振波長と同じ波長λ＝１９３ｎｍの紫外光として出力する構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
レーザ装置においては、レーザ光の光出力の安定化を図るために、レーザ光の光出力を光出力モニタ装置（一般的にフォトダイオード等の受光素子）により検出し、光出力をモニタしながら所望の光出力が得られるように半導体レーザへの駆動電流をフィードバック制御する手段（APC：Automatic Power Control）が種々提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−４２３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の構成において、深紫外レーザ光や高出力レーザ光を長期に亘り運用する場合、光出力モニタ装置が損傷により劣化して検出感度が低下し、光出力モニタ装置によって光出力を正確に検出することができなくなる。そのため、上記のようにフィードバック制御された光出力が本来の設定値から大きくずれてしまい、光出力を一定に制御することができなくなるという課題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光出力を正確に制御して長期的に安定した運用が可能な構成のレーザ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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、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のレーザ光をモニタ光と出力光とに分離する光分離部と、光分離部からのモニタ光の強度を検出する光出力モニタ部と、光出力モニタ部の検出値に基づいてレーザ光出力部の出力を制御して光分離部からの出力光の強度を制御する光出力制御部と、所定の校正時期において光分離部からの出力光の強度を検出する光強度検出部とを備え、光出力制御部は、光強度検出部の検出値に基づいて光出力モニタ部の出力を校正するようになっている。
【０００８】
なお、上述の構成において、レーザヘッド部が、基本波レーザ光を発生するレーザ光発生部と、レーザ光発生からの基本波レーザ光を波長変換して所定の高調波を含むレーザ光として光分離部へ出力する波長変換部とを有して構成されることが好ましい。また、上記所定の高調波が、波長２００ｎｍ以下の深紫外光であることは本発明の好ましい態様である。さらに、波長変換部から出力されるレーザ光から所定の高調波のレーザ光のみを抽出して光分離部へ出力する光抽出部を更に備えて構成されることも好ましい態様である。
【０００９】
また、上述の構成において、光分離部および光抽出部の少なくとも一方が、予め設定された時間ごとにレーザ光の受光位置を所定量シフトさせることが好ましい。さらに、光分離部および光抽出部を一体として所定量シフトさせるシフト機構を更に備えた構成も好ましい態様である。また、光分離部、光出力モニタ部、光強度検出部、光抽出部、およびシフト機構のうちの少なくとも１つが、レーザ光出力部からのレーザ光を導入する入射口および出力光を導出する出射口を有する筐体内に収容されて、筐体を１つの単位としてレーザ装置に交換可能となる構成も好ましい態様である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光出力モニタ部が劣化等により検出感度を変動させた場合でも、光強度検出部が検出する光出力の絶対値に基づいて、制御部により光出力モニタ部の出力が校正されるため、光出力を正確に制御して長期的に安定した運用を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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レーザヘッドの概要構成図である。
【図３】上記レーザ装置における波長変換部の概要構成図である。
【図４】上記レーザ装置におけるパワーコントロールユニットの概要構成図である。
【図５】上記パワーコントロールユニットの変形例を示す概要構成図ある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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の代表例として、レクチルのパターンを基板に転写する露光装置の光源装置として用いられるレーザ装置１の概要構成を図１に示すとともに、このレーザ装置１におけるレーザヘッド２の概要構成を図２に示しており、まず始めに、これらの図面を参照しながらレーザ装置１について概要説明する。
【００１３】
レーザ装置１は、この装置を光源装置として利用するレーザシステムへの適用上の便宜から、深紫外光を出力する出力機能を有しレーザシステムへの組み込みを容易化した小型箱状のレーザヘッド２と、レーザヘッド２の制御機能を備えレーザヘッド２と別置される筐体状の制御ラック３とからなり、レーザヘッド２と制御ラック３とが、種々の電気ケーブルや、励起光伝送用の光ファイバ、パージガス供給用ガスチューブ、冷却水配管等のインターフェース４により相互接続されて構成される。
【００１４】
レーザヘッド２は、赤外〜可視領域の基本波レーザ光を射出するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０から射出された基本波レーザ光を深紫外光に波長変換する波長変換部２０とを備え、その出力端から深紫外光が出力されるように構成されている。
【００１５】
レーザ光発生部１０は、種光となるレーザ光（シード光）Ｌｓを発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１により発生されたシード光Ｌｓを増幅する光増幅器１２，１３とを備えて構成される。レーザ光源１１及び光増幅器１２，１３は、このレーザ装置１を用いるレーザシステムの用途及び機能に応じ、適宜な発振波長、増幅率のものが用いられる。このようなレーザ光源１１として、波長λ＝１．５４７［μｍ］の単一波長のレーザ光を発生する分布帰還半導体レーザ（ＤＦＢ半導体レーザ）を用い、第１段目の光増幅器１２として半導体レーザ励起のエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバー光増幅器（ＥＤＦＡ）、第２段目の光増幅器１３として、ラマン・レーザ励起のＥＤＦＡを用いた構成が例示される。なお、レーザ光発生部１０からの出力は、光増幅器１３に供給されるラマン・レーザの励起光出力によって制御される。
【００１６】
波長変換部２０は、レーザ光発生部１０から射出されたレーザ光（光増幅器１２，１３により増幅された基本波レーザ光）Ｌｒを、所定波長の深紫外光に波長変換する。レーザ装置１においては、レーザ光発生部１０から射出された波長λ＝１．５４７［μｍ］の基本波レーザ光を、複数の波長変換光学素子によって順次波長変換し、最終的に基本波の８倍波（第８次高調波）でＡｒＦエキシマレーザと同一波長である波長λ＝１９３［ｎｍ］の深紫外光を出力する。
【００１７】
このように、赤外領域（あるいは可視領域）の基本波レーザ光Ｌｒを深紫外光に波長変換する波長変換部の構成（波長変換光学素子の種別や組み合わせ）には、種々の公知の形態がある。本実施形態では、波長変換部の一例として、レーザ光発生部１０において、１つのレーザ光源から射出された基本波レーザ光を３つに分岐して各々２段の光増幅器１２，１３により増幅し、増幅された３つの基本波レーザ光Ｌｒ（Ｌｒ1，Ｌｒ2，Ｌｒ3）を波長変換部２０に入射させて、基本波、２倍波（λ＝７７４［ｎｍ］）および５倍波（λ＝３０９［ｎｍ］）を生成し、これらの和周波発生により７倍波（λ＝２２１［ｎｍ］）、８倍波（λ＝１９３［ｎｍ］）を発生させる構成例を図３に示しており、この波長変換部２０の構成について図３を追加参照して概要説明する。
【００１８】
まず、Ｐ偏光で入射される第１の基本波レーザ光Ｌｒ1は、レンズ３１により波長変換光学素子２１に集光入射され、第２高調波発生（ＳＨＧ）により周波数が基本波（ω）の２倍（２ω）、波長λが半分の２倍波を発生させる。波長変換光学素子２１により発生されたＰ偏光の２倍波、および波長変換光学素子２１を透過したＰ偏光の基本波は、レンズ３２により波長変換光学素子２２に集光入射され、和周波発生（ω＋２ω）により周波数が基本波の３倍（３ω）の倍波を発生させる。これらの波長変換光学素子２１，２２は、例えば、２倍波発生用の波長変換光学素子２１としてＰＰＬＮ結晶、３倍波発生用の波長変換光学素子２２としてＬＢＯ結晶が用いられる。なお、波長変換光学素子２１として、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００１９】
波長変換光学素子２２により発生されたＳ偏光の３倍波と、波長変換光学素子２２を透過したＰ偏光の基本波および２倍波は、２波長波長板４１を透過させて２倍波だけをＳ偏光に変換する。２波長波長板４１として、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４１は、一方の波長の光（２倍波）に対して偏光を回転させ、他方の波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）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。
【００２０】
ともにＳ偏光になった２倍波および３倍波は、レンズ３３により波長変換光学素子２３に集光入射され、和周波発生（２ω＋３ω）により５倍波（５ω）を発生させる。波長変換光学素子２３からは、この波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波と、波長変換光学素子２３を透過したＳ偏光の２倍波および３倍波、並びにＰ偏光の基本波が射出される。なお、５倍波を発生させる波長変換光学素子２３として、例えばＬＢＯ結晶が用いられるが、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることも可能である。ここで、波長変換光学素子２３から射出される５倍波は、ウォークオフのため断面が楕円形になっている。そこで、２枚のシリンドリカルレンズ３４ｖ，３４ｈにより、楕円形の断面形状を円形に整形し、ダイクロイックミラー４４に入射させる。
【００２１】
一方、Ｐ偏光で入射される第２の基本波レーザ光Ｌｒ2は、レンズ３５により波長変換光学素子２４に集光入射され、第２高調波発生により２倍波を発生させる。波長変換光学素子２４からは、この波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波と基本波が射出され、レンズ３６，３７を介してダイクロイックミラー４５に入射される。なお、波長変換光学素子２４として、ＰＰＬＮ結晶を用いることができるほか、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いてもよい。
【００２２】
また、Ｓ偏光で入射される第３の基本波レーザ光Ｌｒ3は、レンズ３８を介してダイクロイックミラー４５に入射される。ダイクロイックミラー４５は、基本波の波長帯域の光を透過し、２倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４５に入射するＳ偏光の基本波と、波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波とが同軸上に合成される。
【００２３】
上記合成されたＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波は、ダイクロイックミラー４４に入射される。ダイクロイックミラー４４は、基本波および２倍波の波長帯域の光を透過し、５倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４４に入射したＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波と、波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波とが同軸上に合成される。
【００２４】
このように同軸上に合成されたＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波は、波長変換光学素子２５に入射される。ここで、基本波、２倍波、５倍波の各光路には各々レンズ（３４ｖ，３４ｈ，３６，３７，３８）が設けられており、同軸上に合成された各波長の光が波長変換光学素子２５に集光入射するようになっている。波長変換光学素子２５では、Ｐ偏光の２倍波とＰ偏光の５倍波による和周波発生（２ω＋５ω）が行われて７倍波（７ω）が発生される。波長変換光学素子２５からは、この波長変換光学素子２５により発生されたＳ偏光の７倍波とともに、波長変換光学素子２５を透過した各波長の光が射出される。７倍波を発生させる波長変換光学素子２５としては、例えばＣＬＢＯ結晶が用いられる。
【００２５】
これらの光は、波長変換光学素子２６に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が和周波発生（ω＋７ω）により合成され、Ｐ偏光の８倍波（８ω）が発生される。８倍波を発生させる波長変換光学素子２６として、例えばＣＬＢＯ結晶が用いられる。波長変換光学素子２６からは、この波長変換光学素子２６により発生された８倍波とともに、波長変換光学素子２６を透過した各波長の光が射出され、その光路上に配置されたパワーコントロールユニット５０に入射する。
【００２６】
それでは、パワーコントロールユニット５０の構成について、図４を追加参照しながら説明する。パワーコントロールユニット５０は、図４に示すように、ユニットケース５１、分散プリズム５４，５５、光吸収体５６、部分反射ミラー５７、シフト機構５８、減光フィルタ５９、光出力モニタ装置６０、駆動機構７０、全反射ミラー７１、およびパワーメータ装置７２を備えて構成されており、このユニットの基体となるベースプレート（不図示）にアライメントされた状態で配設されている。このパワーコントロールユニット５０は、ユニット単位でレーザヘッド２に着脱可能（交換可能）に構成されている。
【００２７】
ユニットケース５１は、全体として矩形箱形状を呈しており、波長変換光学素子２６から射出されたレーザ光を内部へ導入するための入射口５２と、８倍波たる深紫外レーザ光Ｌｖを外部へ導出するための出射口５３とを有している。ユニットケース５１の入射口５２から導入されたレーザ光は分散プリズム５４，５５に入射する。
【００２８】
分散プリズム５４，５５には、波長変換光学素子２６により発生された８倍波以外に、波長変換光学素子２６を透過した基本波や２倍波等の他の波長成分の光も入射されるが、この分散プリズム５４，５５内において８倍波は他の波長成分の光よりも大きく屈折するため（プリズム５４，５５内では波長の短いほうが屈折率は大きいため）、８倍波と他の波長成分の光とを分離することができる。なお、本実施形態においては、８倍波を略９０度折り曲げて出射口へと導くために、２つの分散プリズム５４，５５を配置した場合を例示したが、これに限定されるものではなく、１つまたは３つ以上の分散プリズムを配置して構成してもよい。
【００２９】
分散プリズム５４，５５で分離された８倍波以外の他の波長成分の光は、例えばシリコンナノチップ等から構成される光吸収体５６に入射し、この光吸収体５６内で多重反射によって吸収される。一方、分散プリズム５４，５５で分離された８倍波は、部分反射ミラー５７に入射する。
【００３０】
部分反射ミラー５７は、入射される８倍波の一部をモニタ光（モニタ用微弱光）として部分的に取り出すための反射鏡である。なお、分散プリズム５４，５５と部分反射ミラー５７はシフト機構５８を介してベースプレートに取り付けられている。シフト機構５８は、光軸に直交する１軸方向（例えば、図４において紙面に直交する方向）に移動自在な微細駆動ステージ等から構成されており、後述する制御ラック３の制御部８０から出力されるステージ駆動信号に基づいて、予め設定された時間ごとに分散プリズム５４，５５および部分反射ミラー５７を所定シフト量だけシフトさせて、レーザ光の受光位置を変更させる。ここで、所定シフト量としては、例えば、ビーム直径と同じ程度の値が例示される。
【００３１】
部分反射ミラー５７は、その反射率に応じて８倍波の一部（例えば、１％以下の光）をモニタ光として反射して、このモニタ光を光量調整用の減光フィルタ５９を介して光出力モニタ装置６０へ導く。なお、部分反射ミラー５７としては、コーティングなしで光の入射偏光方向をＰ偏光とすることで低反射率としたものや、低反射率のコーティング処理を施したものが例示される。
【００３２】
減光フィルタ５９は、光出力モニタ装置６０として一般的に適用されるフォトダイオードが微弱な光のみを検出することが可能であることに鑑みて配置されている。
【００３３】
光出力モニタ装置６０は、例えばフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）等の受光素子を備えて構成されており、部分反射ミラー５７によって送られてきた８倍波の一部（モニタ光）を受光して、この受光量（モニタ光の強度）に応じた電流信号に変換する。光出力モニタ装置６０に内蔵された不図示の増幅回路によって、この電流信号は電圧信号に変換されて、任意設定可能なゲイン（Ｇａｉｎ）で増幅された電圧信号として制御ラック３の制御部８０へ出力される。
【００３４】
制御ラック３には、レーザ装置１を構成する各部の作動を統括的に制御してレーザヘッド２による紫外レーザ光Ｌｖの出力を制御する制御部８０、パワーコントロールユニット５０等のレーザ装置１の各部にインターフェース４を通るガスチューブ（不図示）を介してＮ2ガス等の不活性ガスを供給するガス供給部９０、光増幅部１２，１３を励起する励起光源部（不図示）などが設けられている。
【００３５】
制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オン・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなる所謂マイクロコンピュータを有して構成されており、光出力モニタ装置６０から送出される電圧信号に基づいて、この電圧値が予め設定された制御指令値と一致するように（すなわち、レーザ光の出力が一定となるように）、光増幅器１３に供給する励起光出力をフィードバック制御する。
【００３６】
このとき、光出力モニタ装置６０の代表例であるフォトダイオードは、サーモパイル等の熱電変換型ディテクタに比して高感度・高速応答であるという特徴を有する反面、８倍波である深紫外レーザ光Ｌｖに長時間晒されると容易に損傷を受けて検出感度が変動する虞があり、その結果として、光増幅器１３へのフィードバック制御としての適正な励起光出力を供給できず、光出力を一定に制御することができないという問題がある。そこで、本実施形態においては、ユニットケース５１内に駆動機構７０、全反射ミラー７１およびパワーメータ装置７２が備えられており、制御部８０によって光出力モニタ装置６０の出力（出力電圧値）に対して校正を行う機能を有している。
【００３７】
部分反射ミラー５７を透過した深紫外レーザ光Ｌｖは、レーザ装置１の出力光としてユニットケース５１の出射口５３から外部へ射出される。一方で、部分反射ミラー５７と出射口５３との間の光路上には、例えば、電磁ソレノイド等の駆動機構７０によって当該光路に対して進退自在に構成された全反射ミラー７１が設けられている。駆動機構７０は、制御部８０から出力される駆動制御信号に基づいて、深紫外レーザ光Ｌｖを外部へ射出する場合には全反射ミラー７１を上記光路上から退避させ、光出力モニタ装置６０の出力を校正する場合には予め設定された所定時間（例えば、２４時間）ごとに全反射ミラー７１を短時間（例えば、パワーメータ装置７２の応答速度に応じた時間）だけ上記光路上に挿入する。全反射ミラー７１が上記光路上に配置されると、出射口５３へ向かう深紫外レーザ光Ｌｖが全反射ミラー７１によって略９０度折り曲げられるように反射されて熱電変換型のパワーメータ装置７２に導入される。
【００３８】
パワーメータ装置７２は、前述のフォトダイオードとは異なり、レーザ光の光出力（強度）を温度（熱エネルギ）によって検出する光出力検出手段であり、深紫外レーザ光Ｌｖの強度の絶対値を検出することができる。パワーメータ装置７２としては例えばサーモパイル（Ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ）等が例示され、このサーモパイルは一般に複数の熱電対を直列に接続した構造となっており、レーザ光の受光面が温接点で、この温接点に対し熱絶縁を介して周囲温度測定のための冷接点が設けられる。パワーメータ装置７２は、レーザ光を受光することにより吸収した熱エネルギ（温接点と冷接点との温度差）に応じた起電力（電圧信号）を制御部８０へ出力する。
【００３９】
制御部８０は、パワーメータ装置７２より測定される光出力信号に基づいて、光出力モニタ装置６０のゲインおよびオフセット値を調節する。より具体的には、レーザ装置１から深紫外レーザ光Ｌｖを外部へ出力する前の初期状態において、光出力モニタ装置６０の出力電圧値とパワーメータ装置７２の光出力値とが対応付けられた正確な相関関係（換算式の係数）を算定しておくことで、光出力モニタ装置６０の出力を校正する場合、上記相関関係に従ってパワーメータ装置７２の光出力値に対応した光出力モニタ装置６０の光出力値となるように、光出力モニタ装置６０の出力電圧値を光出力値に変換するための式のゲインおよびオフセット値を決定する。例えば、パワーメータ装置７２の光出力値が初期値に対して同一値を示しているのに対して、光出力モニタ装置６０の光出力値が初期値の半分の値となっているときには、光出力モニタ装置６０の換算式の（フォトダイオードの増幅回路）のゲイン値を２倍に調節する。また、上記相関関係に基づいて、光出力モニタ装置６０のオフセット値を、光入力がない場合における光出力モニタ装置６０の光出力値がゼロとならないように調節する。これにより、光出力モニタ装置６０の光出力値が適正に校正されることになる。
【００４０】
そして、制御部８０は、光出力モニタ装置６０から送出される、上記校正された電圧信号に基づいて、光増幅器１３へ供給する励起光出力を正確にフィードバック制御して、深紫外レーザ光Ｌｖの出力を一定に制御する。
【００４１】
このようにレーザ装置１において、光出力モニタ装置（フォトダイオード）６０が長時間に亘って深紫外レーザ光Ｌｖに晒されて劣化等により検出感度が変動したり、部分反射ミラー５７の劣化により、その反射率に変動が生じた場合でも、所定のタイミングで光出力の絶対値を検出するパワーメータ装置７２の検出値に基づいて光出力モニタ装置６０の出力が正確に校正されるため、光増幅器１３へのフィードバック制御としての適正な励起光出力を供給して、レーザ装置１の光出力を安定化させることができる。従って、以上説明したレーザ装置１によれば、光出力を正確に制御して長期的に安定した運用を実現することが可能である。
【００４２】
また、分散プリズム５４，５５や部分反射ミラー５７も８倍波（深紫外光）に晒されることで損傷を受けて劣化する虞があるが、上述のように、分散プリズム５４，５５および部分反射ミラー５７はシフト機構５８によって一定時間ごとにシフトされ８倍波の受光位置を変更する（未使用の領域で８倍波を受光する）構成であるため、これらの素子の長寿命化を図ることができるとともに、損傷による劣化によって光出力やビームの品質の劣化を防止することができる。
【００４３】
さらに、分散プリズム５４，５５および部分反射ミラー５７は、共に一つのシフト機構５８にマウントされて全体的にシフトされるため、両者の相対位置の変動を防止するとともに、効率的な運用を図ることができる。
【００４４】
また、光出力モニタ装置６０や部分反射ミラー５７等の実使用時間が所定の規定時間を経過して交換を要する場合でも、パワーコントロールユニット５０の各構成部品はユニットケース５１内に全て収容され、ユニット単位で容易に交換できるため、交換後短時間のうちにレーザ光を再投入することができ、パワーコントロールユニット５０の交換後のレーザ装置１の立ち上げ時間を短縮することが可能になる。
【００４５】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、パワーコントロールユニットの変形例として図５に示すように、パワーコントロールユニット１５０に入射する各波長の光から８倍波のみを抽出する光抽出部として、分散プリズム（上述の実施形態における分散プリズム５４，５５）の代わりに波長選択用ミラー１５４を設けて構成してもよい。この波長選択ミラー１５４としては、最終出力波長の８倍波に対しては全反射（ほぼ反射率１００％）で、８倍波以外の他の波長成分の光に対しては全透過（ほぼ透過率１００％）となる所定のコーティングが施された構成が例示される。
【００４６】
また同様に図５に示すように、全反射ミラー（上述の実施形態における全反射ミラー７１）を設けることなく、例えば電磁ソレノイド等の駆動機構１７０によってパワーメータ装置７２自体を直接、部分反射ミラー５７と出射口５３との間の光路に対して進退自在に構成してもよい。
【００４７】
また、上述の実施形態では、分散プリズム５４，５５、光吸収体５６、部分反射ミラー５７、シフト機構５８、減光フィルタ５９、光出力モニタ装置６０、駆動機構７０、全反射ミラー７１、パワーメータ装置７２等がユニットケース５１内に全て収容され、１つの単位としてパワーコントロールユニット５０を構成する形態を例示したが、これに限定されるものではなく、これらの一部を各々一つの単位としてユニットで構成してもよい。このような構成によれば、交換時間（消耗時間）が素子ごとに異なるような場合に合理的である。
【００４８】
また、上述の実施形態では、レーザ光発生部１０において、レーザ光源１１により発生されたレーザ光（シード光）Ｌｓを、直列接続した２段の光増幅器１２，１３によって増幅し、増幅されたレーザ光Ｌｒを波長変換部２０に入射させる構成を例示したが、レーザ光源１１の出力や増幅率に応じて光増幅器を１段もしくは３段以上とし、または光増幅器を設けることなく波長変換部２０に直接入射させるように構成してもよく、波長変換部２０の構成に応じて、レーザ光源１１から出射されるレーザ光を複数に分割し並列に設けた複数の光増幅器で増幅することなく、単列の光増幅器で構成してもよい。また、説明簡略化のため記載を省略したが、レーザ光源１１と光増幅器１２との間、光増幅器１２と波長変換部２０との間に、光パルスを切り出すＥＯＭ等の光変調器や、単色光を高める狭帯域フィルタ等が適宜設けられる。
【００４９】
また、レーザ装置１からの出力光の波長は１９３ｎｍに限定されるものではなく、ＫｒＦエキシマレーザやＦ２レーザ等と同様の波長帯域であってもよい。さらに、本発明によるレーザ装置の適用例としては露光装置に限らず、各種の光学式検査装置や、レーザ治療装置など、他の種々の装置においても用いることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ レーザ装置
２ レーザヘッド
３ 制御ラック
１０ レーザ光発生部
１１ レーザ光源
２０ 波長変換部
５０ パワーコントロールユニット
５１ ユニットケース
５４ 分散プリズム
５５ 分散プリズム
５７ 部分反射ミラー
５８ シフト機構
６０ 光出力モニタ装置
７１ 全反射ミラー
７２ パワーメータ装置
８０ 制御部
１５０ パワーコントロールユニット（変形例）
１５４ 波長選択用ミラー
１５８ シフト機構
【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のレーザ光をモニタ光と出力光とに分離する光分離部と、
前記光分離部からのモニタ光の強度を検出する光出力モニタ部と、
前記光出力モニタ部の検出値に基づいて前記レーザ光出力部の出力を制御して前記光分離部からの出力光の強度を制御する光出力制御部と、
所定の校正時期において前記光分離部からの出力光の強度を検出する光強度検出部とを備え、
前記光出力制御部は、前記光強度検出部の検出値に基づいて前記光出力モニタ部の出力を校正することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記レーザ光出力部が、基本波レーザ光を発生するレーザ光発生部と、前記レーザ光発生部からの基本波レーザ光を波長変換して所定の高調波を含むレーザ光として前記光分離部へ出力する波長変換部とを有して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】
前記所定の高調波が、波長２００ｎｍ以下の深紫外光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】
前記波長変換部から出力されるレーザ光から前記所定の高調波のレーザ光のみを抽出して前記光分離部へ出力する光抽出部を更に備えて構成されることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記光分離部および前記光抽出部の少なくとも一方が、予め設定された時間ごとにレーザ光の受光位置を所定量シフトさせることを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記光分離部および前記光抽出部を一体として前記所定量シフトさせるシフト機構を更に備えて構成されることを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記光分離部、前記光出力モニタ部、前記光強度検出部、前記光抽出部、および前記シフト機構のうちの少なくとも１つが、前記レーザ光出力部からのレーザ光を導入する入射口および出力光を導出する出射口を有する筐体内に収容されて、前記筐体を１つの単位として前記レーザ装置に交換可能に構成されることを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
【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のレーザ光をモニタ光と出力光とに分離する光分離部と、
前記光分離部からのモニタ光の強度を検出する光出力モニタ部と、
前記光出力モニタ部の検出値に基づいて前記レーザ光出力部の出力を制御して前記光分離部からの出力光の強度を制御する光出力制御部と、
所定の校正時期において前記光分離部からの出力光の強度を検出する光強度検出部とを備え、
前記光出力制御部は、前記光強度検出部の検出値に基づいて前記光出力モニタ部の出力を校正することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記レーザ光出力部が、基本波レーザ光を発生するレーザ光発生部と、前記レーザ光発生部からの基本波レーザ光を波長変換して所定の高調波を含むレーザ光として前記光分離部へ出力する波長変換部とを有して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】
前記所定の高調波が、波長２００ｎｍ以下の深紫外光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】
前記波長変換部から出力されるレーザ光から前記所定の高調波のレーザ光のみを抽出して前記光分離部へ出力する光抽出部を更に備えて構成されることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記光分離部および前記光抽出部の少なくとも一方が、予め設定された時間ごとにレーザ光の受光位置を所定量シフトさせることを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記光分離部および前記光抽出部を一体として前記所定量シフトさせるシフト機構を更に備えて構成されることを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記光分離部、前記光出力モニタ部、前記光強度検出部、前記光抽出部、および前記シフト機構のうちの少なくとも１つが、前記レーザ光出力部からのレーザ光を導入する入射口および出力光を導出する出射口を有する筐体内に収容されて、前記筐体を１つの単位として前記レーザ装置に交換可能に構成されることを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１４２１８７（Ｐ２０１１−１４２１８７Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５０９（Ｐ２０１０−１５０９）
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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