波長変換光源装置及び波長変換方法
【目的】波長変換に用いる非線形結晶の寿命を長くすることが可能な波長変換光源装置を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の波長変換光源装置１００は、基本波２０を発生する基本波光源１０と、基本波２０の照射を受けて前記基本波２０を通過させ、前記基本波２０の波長を変換する非線形結晶１４と、前記非線形結晶１４が配置され、前記非線形結晶１４中を通過する前記基本波２０の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶１４を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させるｙ軸ステージ３０及びｘ軸ステージ３４と、を備えたことを特徴とする。
【構成】本発明の一態様の波長変換光源装置１００は、基本波２０を発生する基本波光源１０と、基本波２０の照射を受けて前記基本波２０を通過させ、前記基本波２０の波長を変換する非線形結晶１４と、前記非線形結晶１４が配置され、前記非線形結晶１４中を通過する前記基本波２０の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶１４を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させるｙ軸ステージ３０及びｘ軸ステージ３４と、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換光源装置及び波長変換方法に係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパタン欠陥を検査するパタン検査用の照明光等の紫外領域の光を発生させる光源装置および波長変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パタンが形成された原画パタン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパタンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パタンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パタンを描画することができるパタン描画装置を用いる。かかるパタン描画装置を用いてウェハに直接パタン回路を描画することもある。パタン描画装置については、電子ビームやレーザビームを用いて描画する装置の開発が試みられている。
【０００３】
そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパタンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パタンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパタン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパタン寸法の微細化に伴って、パタン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパタン検査装置の高精度化が必要とされている。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）は、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のパタンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパタン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパタン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査するパタン検査装置の開発も急務となってきている。
【０００５】
ここで、従来のパタン検査装置では、リソグラフィマスク等の試料上に形成されているパタンを撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パタンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行うことが知られている。例えば、パタン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パタンを撮像した光学画像同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ検査」や、パタン設計されたＣＡＤデータをマスクにパタンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データを検査装置に入力して、これをベースに参照画像を生成して、それとパタンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、照明装置及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、光学画像と参照画像とを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パタン欠陥有りと判定する。
【０００６】
ここで、上述したような微細なパタンの欠陥を検査するパタン検査装置の照明光としては、紫外領域の光が必要となる。かかる紫外光を発生させるには非線形結晶に基本波を通過させて波長変換させ、より波長が短い光を発生させる波長変換光源装置が必要となる。
【０００７】
しかし、非線形結晶に長時間紫外線を照射し続けると非線形結晶の表面に光学損傷が生じて、波長変換出力が低下してしまう。そのため、従来、光学損傷が結晶表面に生じたことを確認した時点で非線形結晶への照射位置をずらすことが行われている。
【０００８】
図１１は、従来の照射位置のずらし方を説明するための概念図である。図１１では、波長変換用の非線形結晶８０への基本波の照射面を示している。図１１において、スポットサイズ８２は、照射される基本波のエネルギーの８６％を含むサイズを示している。また、領域８４は、スポットサイズの２倍の径であり、照射される基本波のエネルギーの９９．７％を含むサイズを示している。基本波をある１点に長時間照射し続けると、スポットサイズ８２のみならずそれより広い領域８４全体がすべて上述した光学損傷が生じてしまう。そのため、かかる領域８４内に基本波を通過させても波長変換出力が低下してしまうことになる。
【０００９】
図１２は、従来の波長変換出力と時間との関係を示す図である。上述したように、基本波をある１点に長時間照射し続けると、波長変換出力が低下してしまうことになる。図１２に示すように、かかる例では照射開始から除所に波長変換出力が経時的に低下してしまうことがわかる。そのため、図１１に示したように、結晶全体を位相整合状態に保存したまま、１０時間ごとに平行移動させ、劣化の影響がない部位まで変移させて、使用していた。このように、従来、例えば１０時間毎に基本波の照射位置を変更して波長変換出力を元に戻し、また、かかる表面が劣化するまで照射し続けることを繰り返していた。従って、図１２に示したように、従来、例えば１０時間ごとに出力が復帰するような鋸の歯状の出力特性を示していた。連続照射時間は、非線形結晶の種類等に応じてことなり、例えば、２４時間毎に照射位置を移動する例などもあり得る。
【００１０】
また、従来から波長変換用の非線形結晶のマウントに、移動手段（結晶シフター機能）を設けて、結晶劣化部から光路を外す手法は知られており、例えば、ＤＵＶ光源製品には、結晶シフターが組み込まれているものもある（例えば、非特許文献１参照）。また、出力パワーとビーム形状の変化を抑制するために結晶中の光路を変える提案がある（例えば、特許文献１参照）が、本質的な機能は、まったく同一である。
【００１１】
非線形結晶８０として、例えば、５ｍｍ角のＫＴＰを使用した場合、端部は使用できないので、有効断面は、４ｍｍ角となる。そして、基本波の広がり角を０．５ｍｒａｄ（全角）とし、集光レンズの焦点距離を２５０ｍｍとすると、ＫＴＰ上のスポットサイズは直径０．１２５ｍｍとなる。そして、上述した光学損傷が生じてしまっている結晶劣化の影響のない部分まで結晶を平行移動するには、実際にはスポットサイズ８２の３倍の平行移動が必要であった。すなわち、１０時間ごとに０．３７５ｍｍの移動をさせる必要があった。４ｍｍ角の有効面では、たて、よこ１１点の結晶移動が可能であり、これらの点すべてを用いた場合、図１１に示したように、１０時間ごとに出力復帰させる場合には、１２１０時間（約５０日間）結晶を使用し続けると、その結晶は交換せざるを得ないことになる。
【００１２】
そして、かかる使用後の結晶表面を発明者等が観察した際、各点ごとの使用痕が観察され、表面に劣化による影響層が形成されたことがわかった。これにより全点を使用した場合、その結晶は交換せざるを得ないこともわかった。
【００１３】
以上のように、従来は、基本波のスポットサイズよりさらに大きい領域以上の定期的なステップ移動により、劣化した箇所を避けて、性能低下を防ぐものであった。しかし、このような運用によると、長時間同一場所を基本波が照射し、波長変換光が発生するので、使用箇所が光学的損傷を生じ、またその照射痕が残り、結晶表面からその影響層部がスポットサイズ以上となる不良表面が発生していた。そのため、１回の連続照射により広い範囲で使用できなくなり、照射位置を移動させるにも使用できる箇所が結晶表面の面積により制限されることになるという問題があった。また、それぞれの箇所の経時的劣化により、移動後出力特性が経時的に変化することが、問題となっていた。
【００１４】
その他、非線形結晶については、上述した結晶表面の光学的損傷を与える前であれば、ある条件下でアニール処理を行うことで結晶の劣化を修復する技術が文献に開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２５２５７０号公報
【特許文献２】特許第４１０９８６９号公報
【非特許文献１】２００１年コヒレントレーザカタログ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、波長変換に用いる非線形結晶の寿命を長くすることが可能な波長変換光源装置および方法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】
【００１６】
本発明の一態様の波長変換光源装置は、
基本波を発生する基本波光源と、
前記基本波の照射を受けて前記基本波を通過させ、前記基本波の波長を変換する非線形結晶と、
前記非線形結晶が配置され、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる移動部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の他の態様の波長変換光源装置は、
基本波を発生する基本波光源と、
前記基本波の照射を受けて前記基本波を通過させ、前記基本波の波長を変換する非線形結晶と、
前記非線形結晶が配置され、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき前記基本波のスポットサイズ以下の距離だけ移動させる移動部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様の波長変換方法は、
基本波を非線形結晶に照射して、前記基本波を通過させることで前記基本波の波長を変換する工程と、
前記基本波が前記非線形結晶に照射されている間、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の他の態様の波長変換方法は、
基本波を非線形結晶に照射して、前記基本波を通過させることで前記基本波の波長を変換する工程と、
前記基本波が前記非線形結晶に照射されている間、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき前記基本波のスポットサイズ以下の距離だけ移動させる工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様によれば、波長変換出力の経時低下が始まる前であって非線形結晶の表面に光学損傷を与える前に基本波の照射位置を移動させることができる。また、照射位置の移動の際、先の照射により生じた結晶内部の劣化を修復することができる。その結果、非線形結晶の寿命を大幅に延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。図１において、波長変換光源装置１００は、基本波光源１０、集光レンズ１２、非線形結晶１４、コリメータレンズ１６、ヒートシンク１８、ｙ軸ステージ３０、ｙ軸モータ３２、ｘ軸ステージ３４、ｘ軸モータ３６、及び制御回路３８を備えている。基本波光源１０は、内部に図示しない共振器を有している。よって、図１に示す波長変換光源装置１００は、共振器外波長変換を行う光源装置の一例となる。基本波光源１０、ｙ軸モータ３２、及びｘ軸モータ３６は、制御回路３８により制御される。また、ｙ軸ステージ３０及びｘ軸ステージ３４内にヒートシンク１８が構成され、ヒートシンク１８内に非線形結晶１４が配置される。ヒートシンク１８は、使用する結晶の温度を熱伝導がよく、温度一定化を可能にする。例えば、ペルチエ素子上にヒーターが組み込まれた銅ブロックに結晶をマウントする。このように、銅ブロック上に結晶素子を載せてもよいし、光路を確保し、結晶を銅のすり割り形状のブロックに埋め込み、かつ同ブロックにヒーターを埋め込んでも好適である。或いはヒーターの代わりに水路を設けても好適である。また、非線形結晶１４として、ＫＴＰを用いて、第二高調波として波長５３２ｎｍのコヒレント光を発生させる場合、銅ブロックの温度は１００℃程度に制御されると好適である。
【００２２】
基本波光源１０は、基本波２０を発生する。そして、かかる基本波光源１０から出力された基本波２０を、集光レンズ１２で２倍高調発生の位相整合条件に設置された波長変換用の非線形結晶１４に照射する。そして、非線形結晶１４は、基本波２０の照射を受けて基本波２０を通過させ、その際、基本波２０の波長を変換して、２倍高調波２２を発生させる。そして、発生した２倍高調波２２をコリメータレンズ１６で平行光に戻し、外部に出力する。これにより波長変換された紫外光を得ることができる。
【００２３】
基本波光源１０として、例えば、平均出力１００Ｗ、パルス幅１００ｎｓ、繰り返し周波数５ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いると好適である。かかるレーザを用いた場合、２倍高調波出力として波長５３２ｎｍの光が５０Ｗ得られた。かかる波長変換用の非線形結晶１４としてＫＴＰ結晶を用いることができる。
【００２４】
その他、非線形結晶１４として、例えば、ＣＬＢＯを用いた場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波を基本波２０とした、５３２ｎｍの２倍高調波による２６６ｎｍ光の発生をさせても好適である。或いは、非線形結晶１４として、ＢＢＯを用いた場合には、アレキサンドライトレーザの３倍高調発生、すなわちアレキサンドライトレーザの２倍高調波と基本波との和周波の発生等を行っても好適である。
【００２５】
ここで、非線形結晶１４にそのまま基本波２０を照射し続けると、上述したように結晶表面に光学損傷による劣化が生じて、波長変換出力が経時的に低下してしまう。そこで、実施の形態１では、以下のように非線形結晶１４への基本波２０の照射位置を移動させる。すなわち、非線形結晶１４中を通過する基本波２０の通過経路が変更されるように、非線形結晶１４を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる。或いは、非線形結晶１４を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき基本波２０のスポットサイズ以下の距離だけステップ移動させる。移動は、制御回路３８により制御されたｙ軸モータ３２の駆動によりｙ軸ステージ３０がｙ軸方向に、ｘ軸モータ３６の駆動によりｘ軸ステージ３４がｘ軸方向にそれぞれ非線形結晶１４を移動させる。よって、ｙ軸ステージ３０及びｘ軸ステージ３４は非線形結晶１４を移動させる移動部の一例となる。ここでは、光軸方向をｚ軸として、ｚ軸に直交する方向をｘ、ｙ軸とする。
【００２６】
ここで、発明者等は、非線形結晶１４を連続的に移動させることにより、上述したように結晶表面の光学損傷が生じないことを見出した。また、同様に、波長変換出力の経時低下がないことを見出した。この現象は、非線形結晶１４を所定の期間毎に１回につき基本波２０のスポットサイズ以下の距離だけステップ移動させた場合にも同様であることを見出した。
【００２７】
図２は、実施の形態１における照射位置の移動の仕方を説明するための概念図である。まず、ある１点に基本波２０が照射されると、かかる照射によるスポットサイズ４０ａのさらに中心部に非線形結晶１４内部の光路欠陥４４ａが生じる。かかる光路欠陥４４ａは、結晶表面に生じる光学損傷と異なり物理的なクラック等の傷痕が生じるわけではなく、電子欠陥或いはカラーセンター発生等と想定される。すなわち、基本波２０のエネルギーの８６％を含むスポットサイズ４０ａより小さい範囲で結晶内部の光路欠陥４４ａが生じる。言い換えれば、基本波２０のエネルギー強度分布４６ａのトップ付近、すなわち、エネルギー強度が非常に高くなる部分にまず結晶内部の光路欠陥４４ａが生じる。ましてや、照射される基本波のエネルギーの９９．７％を含む領域４２ａにまで初めから結晶内部の光路欠陥４４ａが生じるものではない。この段階ではまだ波長変換出力の経時低下が始まってはいない。そして、この状態からさらに照射をし続けると結晶内部の光路欠陥４４であっても波長変換出力の経時低下が始まることが想定される。そして、さらに、照射をし続けて閾値を超えると、光路欠陥４４ａが生じた箇所を基点に結晶表面の光学損傷が起こると共に加速度的に結晶表面の光学損傷が広がり、従来のようなスポットサイズの２倍以上の領域まで使用不能になってしまう。そこで、実施の形態１では、まだ、波長変換出力の経時低下が始まる前であって結晶表面の光学損傷に至る前の段階で非線形結晶１４への基本波２０の照射位置をずらすことで使用不能な領域が加速度的に拡散してしまうことを防止する。これにより、波長変換出力の経時低下を起こさないようにすると共に非線形結晶１４表面の使用不能になる面積を小さくすることができる。
【００２８】
さらに、発明者等は、非線形結晶１４の種類や非線形結晶１４の製造過程での諸条件によっては、結晶内部に生じた光路欠陥４４ａの部位が基本波２０のエネルギー強度分布４６ｂのトップ付近より小さいエネルギーの照射を受けると光路欠陥４４ａが修復されることを見出した。すなわち、従来のように照射位置を大きく移動させるのではなく、移動後の位置が基本波２０のスポットサイズ以下の位置となるように移動させる。これにより、移動前の照射により生じた光路欠陥４４ａが移動後の基本波のエネルギーの９９．７％を含む領域４２ｂ内に留まることになる。これにより、光路欠陥４４ａが生じた部位が、光路欠陥４４ａが生じるエネルギーよりも弱いエネルギーの照射を受けることになる。かかる弱いエネルギーの照射により結晶内部の光路欠陥４４ａを修復することができる。かかる弱いエネルギーの照射による修復現象は、セルフアニールの効果であると考えられる。
【００２９】
以上のように、一度劣化した結晶について、劣化の度合いが結晶表面に光学的損失を与えるほどの劣化ではない場合、劣化後のアニールにより出力特性の復帰が認められたことを示している。すなわち、光学的な損傷を与える以前に、吸収発生などを引き起こす結晶欠陥（光路欠陥）を、初期のうちに基本波２０或いは波長変換光の照射により、アニールし修復するものであると考えられる。また、この現象は、ＫＴＰによるＮｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波発生だけでなく、他の非線形結晶による波長変換でも有効であることを発明者等は確かめている。
【００３０】
そして、修復に用いるエネルギーは、光路欠陥４４ａが生じるエネルギーよりも弱いエネルギーであればよく、基本波２０のエネルギーの８６％を含むスポットサイズ４０ａ内の位置であっても照射されるエネルギーが光路欠陥４４ａを生じさせるエネルギーよりも弱いエネルギーであれば構わない。かかる修復に用いるエネルギーの値は、非線形結晶１４の種類や製造過程での諸条件等によって異なり、それぞれに適当な範囲を設定すればよい。その結果を基に、かかる修復効果が得られるように、１ステップの移動距離およびステップ待機期間や連続移動の際の移動速度を設定すればよい。例えば、ステップ移動時の単位距離が、１μｍから１５μｍまでの値であると好適である。
【００３１】
また、移動後の中心部でも同様に結晶内部の光路欠陥４４ｂが生じることになるが、さらに次の移動によりかかる光路欠陥４４ｂも同様に修復されることになる。以上のように光路欠陥４４ａを修復できれば、非線形結晶１４を従来のように結晶表面の光学損傷による理由で交換する必要が無くなる。
【００３２】
ここで、図示しない反射率１％の部分反射鏡を第二高調波の出力側に設置して波長変換出力をモニタしても好適である。そして、波長変換後の出力のモニタ値を、制御回路３８が入力し、波長変換後の出力に経時低下が現れた場合、非線形結晶１４の移動スピードを加速してもよい。発明者等の実験によれば、非線形結晶１４のある部位に関してそれまでの結晶移動速度では波長変換出力の１％／時間の低下が見られた場合、移動速度を２倍にすることで、かかる波長変換出力の低下が防ぐことができた。この移動速度は、出力低下傾向がなくなるまで速度を可変させることで最適な速度を見つけるというアルゴリズムを採用することで、制御することができる。以上のように、波長変換出力の観察値を用いて、移動速度を設定しても好適である。
【００３３】
図３は、実施の形態１における波長変換出力と時間との関係を示す図である。図１に示した構成において、非線形結晶１４の移動を、１０分ごとに非線形結晶１４が設置されたステージをパルスモーターの単位駆動距離０．００２ｍｍずつ継続して移動させた結果、図３における出力経時特性に示されるように、非線形結晶１４として用いたＫＴＰによる波長変換出力の経時的低下はほとんど認められなかった。このとき、ＫＴＰ表面には、使用痕が観察されなかった。
【００３４】
図４は、実施の形態１における非線形結晶表面での照射位置の経路（軌跡）の一例を示す図である。上述した結晶内部の光路欠陥４４が修復可能な非線形結晶１４を用いた場合、図４に示すように、結晶設置ステージを制御して、基本波２０の照射位置の移動経路２４が、例えば、楕円状のような端部のない閉じた経路（軌跡）とすることで非線形結晶１４の同じ位置を複数回波長変換に用いることができる。その結果、非線形結晶１４の寿命を大きく延ばすことができる。また、例えば、非線形結晶１４を連続移動させる場合、急激な角度で曲がることは困難であるので基本波２０の照射位置の移動経路２４が楕円状のような曲線を含むようにすると連続移動を容易にすることができる。
【００３５】
ここで、発明者等の実験によれば、図４に示したように楕円状の経路で常に結晶を移動させたところ、結晶劣化は認められなかった。結晶劣化による出力低下ではなく、励起光源等他の要因での故障と同じレベルになり、ＫＴＰは消耗部品ではなくなった。
【００３６】
図５は、実施の形態１における非線形結晶表面での照射位置の経路（軌跡）の他の例を示す図である。上述した結晶内部の光路欠陥４４が修復可能ではない非線形結晶１４を用いた場合、結晶設置ステージを制御して、基本波２０の照射位置の移動経路２６が、図５に示すように、例えば、曲線を含む一筆書き状の経路になるようにすると好適である。上述したように、例えば、非線形結晶１４を連続移動させる場合、急激な角度で曲がることは困難であるので基本波２０の照射位置の移動経路２４が曲線を含むようにすると連続移動を容易にすることができる。また、実施の形態１では、結晶内部の光路欠陥４４が修復可能ではない非線形結晶１４を用いた場合であっても、従来のように非線形結晶１４表面の使用不能の箇所がスポットサイズの２倍とはなっていない。そのため、波長変換に用いることができる非線形結晶１４表面の面積を従来よりも大きくすることができる。よって、使用した箇所を再度使用しない場合であっても従来よりも非線形結晶１４の寿命を延ばすことができる。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態１では、共振器外波長変換を行う光源装置について説明したが、これに限るものではない。実施の形態２では、共振器内波長変換を行う構成について説明する。以下に説明する内容以外は実施の形態１と同様である。
【００３８】
図６は、実施の形態２における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。図６において、波長変換光源装置１００は、レーザ活性媒質６０、高反射ミラー６２，６６、出力結合ミラー６４、非線形結晶１４、ヒートシンク１８、ｙ軸ステージ３０、ｙ軸モータ３２、ｘ軸ステージ３４、ｘ軸モータ３６、及び制御回路３８を備えている。共振器長で配置された高反射ミラー６２と出力結合ミラー６４とで共振器を構成する。また、レーザ活性媒質６０、高反射ミラー６２，６６、及び出力結合ミラー６４とで基本波光源を構成する。そして、非線形結晶１４は、共振器を構成する高反射ミラー６２と出力結合ミラー６４の間に配置されている。よって、図６に示す波長変換光源装置１００は、共振器内波長変換を行う光源装置の一例となる。レーザ活性媒質６０からふく射光を発生され、高反射ミラー６６を介して高反射ミラー６２と出力結合ミラー６４の間で共振し、ふく射光を誘導放出光２１にする。そして、誘導放出光２１は、２倍高調発生の位相整合条件に設置された非線形結晶１４に照射される。そして、非線形結晶１４は、基本波となる誘導放出光２１の照射を受けて誘導放出光２１を通過させ、その際、誘導放出光２１の波長を変換して、２倍高調波２３を発生させる。そして、発生した２倍高調波２３の一部が出力結合ミラー６４から出力される。これにより波長変換された紫外光を得ることができる。
【００３９】
かかる共振器内波長変換を行なう場合でも、実施の形態１と同様、非線形結晶１４にそのまま誘導放出光２１を照射し続けると、上述したように結晶表面に光学損傷による劣化が生じて、波長変換出力が経時的に低下してしまう。そこで、実施の形態２でも、実施の形態１と同様、非線形結晶１４への誘導放出光２１の照射位置を移動させる。すなわち、非線形結晶１４中を通過する誘導放出光２１の通過経路が変更されるように、非線形結晶１４を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる。或いは、非線形結晶１４を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき誘導放出光２１のスポットサイズ以下の距離だけステップ移動させる。移動の仕方や速度等は実施の形態１と同様である。
【００４０】
以上のように、共振器内波長変換を行なう場合でも、実施の形態１と同様の非線形結晶の移動をさせることで、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
実施の形態３．
上述した実施の形態１では、図４，５に示したような移動経路になるように非線形結晶の移動をさせることを説明した。また、これは実施の形態２でも同様である。しかしながら、非線形結晶１４の均質性において、結晶育成上および波長変換素子としての結晶加工研磨の影響で、一部の部位に、図４に示すように、波長変換特性の低下した劣化箇所５０となる部位があることも判明した。かかる劣化箇所５０を考慮せずに照射位置の移動経路を設定してしまうと照射位置の移動経路２４上にかかる劣化箇所５０が位置してしまうこともあり得る。劣化箇所５０に基本波を照射してしまうと波長変換出力が低下してしまうことになる。
【００４２】
そこで、実施の形態３では、波長変換特性の低下した劣化箇所５０が照射位置の移動経路上に含まれないようにする構成について説明する。
【００４３】
図７は、実施の形態３における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。図７において、波長変換光源装置１００は、図６の構成に、プローブ光出射ユニット７０（プローブ光源の一例）、平行平板７２、及び散乱光検出モニタ７４をさらに備えた点と、高反射ミラー６６の代わりにプローブ光導入ミラー６７を備えた点以外は、図６と同様である。プローブ光導入ミラー６７は、共振器内にあるため、ふく射光、誘導放出光２１及び２倍高調波２３を共振器内の光軸上に反射することは言うまでもない。
【００４４】
実施の形態３では、プローブ光７１を非線形結晶１４に照射して、波長変換出力が低下する非線形結晶１４の劣化箇所５０を特定する。プローブ光出射ユニット７０から発生させられたプローブ光７１は、平行平板７２を通って、共振器内のプローブ光導入ミラー６７を通過して、非線形結晶１４に照射される。そして、非線形結晶１４を移動させた際に、プローブ光７１が劣化箇所５０に照射されるとプローブ光７１が散乱し、散乱光を散乱光検出モニタ７４が検出する。このように、散乱光を散乱光検出モニタ７４で散乱光を検出した箇所を劣化箇所５０とすることで波長変換特性の低下した劣化箇所５０を特定することができる。
【００４５】
プローブ光７１は、共振器の発振とは無関係な波長のレーザ光を用いると異常を検出しやすい。すなわち、活性物質としてＮｄをドープしたＹＡＧを用いて１０６４ｎｍで基本波が発振し、５３２ｎｍ光が第２高調波として発生するものであり、非線形結晶１４をＫＴＰとすると、プローブ光７１として６３０ｎｍのレーザダイオード出力とすることができる。レーザダイオードの発光部と、出力のコリメータ部を一体として図７のプローブ光出射ユニット７０とすればよい。
【００４６】
第１の手法として、波長変換光源装置１００で基本波の波長変換を行う前に、使用時よりも高速で非線形結晶１４が配置されたステージを動かし、プローブ光７１で非線形結晶１４表面を走査する。そして、非線形結晶１４からのプローブ光７１の出力光を用いて異常点の有無を調べ、劣化箇所５０が避けられるように、ステージ制御をプログラムする。例えば、図４に示したような楕円軌跡を形成する場合において、異常点を避けるように、劣化箇所５０に移動する前に楕円長径、短径を変化させても良い。また、円状の軌跡を使用する場合には、運用時には劣化箇所５０を避けるように円弧状の軌跡の半径相当を変化させ、運用時に安定な波長変換を行わせることが可能である。さらに、一部の波長変換出力が他の部分よりも低下する部位に軌跡が重なる場合、その影響を最小限にするために、かかる部位についてのみ、結晶移動速度を速めてもよい。発明者等の実験により結晶移動速度を速めることで、その影響を最小限にできることもわかった。
【００４７】
よって、プローブ光の走査により予め非線形結晶１４の劣化箇所５０を特定しておき、その上で、照射位置の移動経路上に含まれないように、図４に示すような楕円軌道にすると好適である。これにより、より安定な波長変換を行わせしめ、安定な出力を得ることができる。
【００４８】
また、例えば楕円軌跡を経路とする場合において、波長変換光源装置１００で基本波の波長変換を行う前に、プローブ光７１の走査により予め非線形結晶１４の劣化箇所５０を特定しておき、劣化箇所５０の部位に移動する前に楕円長径、短径を変化させても良い。
【００４９】
上述した第１の手法により、非線形結晶１４の照射面全面にプローブ光７１を走査させて、波長変換光源装置１００で基本波の波長変換を行う前に、予め、非線形結晶１４の劣化箇所５０を全て特定しておいてもよいが、これに限るものではない。第２の手法として、波長変換光源装置１００で基本波の波長変換を行ないながらリアルタイムで非線形結晶１４の劣化箇所５０を特定してもよい。
【００５０】
第２の手法では、図７に示すように、プローブ光７１の光軸を基本波光軸よりも先行させる軌道を取るためにオフセットさせる。そして、平行平板７２の姿勢を制御することで常にプローブ光７１が基本波の照射位置の先行位置に位置するように制御する。そして、先行したプローブ光７１により散乱光が発生し、散乱光を散乱光検出モニタ７４で検知された場合、該当箇所を波長変換光軸が通過しないように、楕円軌道の長径、または半径を変化させてしまう。
【００５１】
図８は、実施の形態３における照射位置の経路の一例を示す図である。図８に示すように、先行するプローブ光７１により非線形結晶１４への基本波の照射位置の経路２８上に非線形結晶１４の劣化箇所５０があることが検知された際には、劣化箇所５０を避けるように経路２９を変更する。この変化は、制御回路３８により制御されたｙ軸モータ３２の駆動によりｙ軸ステージ３０がｙ軸方向に、ｘ軸モータ３６の駆動によりｘ軸ステージ３４がｘ軸方向にそれぞれ非線形結晶１４を移動させることで制御することができる。このような動作により、散乱が発生した部位を避けることができる。
【００５２】
かかる例では、新たに、結晶異常部位を光源運転中に探索するため、結晶利用箇所を共振器内光軸が通過する以前にプローブビームを設け、プローブビームで異常と判断された部位を避けるように、図８に示すように軌跡を変化させ、波長変換光源を運転し続けるものである。図７の例では、共振器内の折り曲げミラー裏面から波長の異なるプローブビームを導入したものである。
【００５３】
また、図７と同様の構成で、プローブ光による干渉計を組み透過波面を確認しながら異常部位を避けるようにしても好適である。なお、このようなアルゴリズムは、結晶異常部位の領域が、図８に示されるように点在する場合に特に有効である。
【００５４】
以上のように、プローブ光で劣化箇所を事前に特定することで、波長変換出力の低下を避けることができる。
【００５５】
実施の形態４．
実施の形態３では、共振器内波長変換を行う光源装置にプローブ光で劣化箇所を事前に特定する機能を搭載した場合について説明したが、これに限るものではない。実施の形態４では、共振器外波長変換を行う構成にプローブ光で劣化箇所を事前に特定する機能を搭載した構成について説明する。以下に説明する内容以外は実施の形態１と同様である。
【００５６】
図９は、実施の形態４における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。図９において、波長変換光源装置１００は、図１の構成に、プローブ光出射ユニット７０（プローブ光源の一例）、平行平板７２、プローブ光導入ミラー７６及び散乱光検出モニタ７４をさらに備えた点以外は、図１と同様である。
【００５７】
実施の形態４でも、実施の形態３と同様、プローブ光７１を非線形結晶１４に照射して、波長変換出力が低下する非線形結晶１４の劣化箇所５０を特定する。プローブ光出射ユニット７０から発生させられたプローブ光７１は、平行平板７２を通って、プローブ光導入ミラー６７で反射して、非線形結晶１４に照射される。そして、非線形結晶１４を移動させた際に、プローブ光７１が劣化箇所５０に照射されるとプローブ光７１が散乱し、散乱光を散乱光検出モニタ７４が検出する。このように、散乱光検出モニタ７４で散乱光を検出した箇所を劣化箇所５０とすることで波長変換特性の低下した劣化箇所５０を特定することができる。プローブ光導入ミラー６７は、基本波２０を非線形結晶１４側に通過させることは言うまでもない。
【００５８】
図９に示した構成にしても、実施の形態３で説明した第１と第２の手法の両方とも同様に用いることができる。よって、実施の形態４でも、実施の形態３と同様、プローブ光で劣化箇所を事前に特定することで、波長変換出力の低下を避けることができる。
【００５９】
上述した実施の形態３，４において、散乱光検出モニタ７４で散乱光を検出することで劣化箇所５０を特定する場合について説明したが、光学的に同軸上に部分反射ミラーを設置して、プローブビームの結晶透過率変化や、ビーム変移を検出して異常部位を判別することもできる。
【００６０】
図１０は、プローブ光を用いた異常検出の手法を説明するための波長変換光源装置の構成の一部を示す概念図である。非線形結晶１４の出力側に部分反射ミラー７５を配置して、プローブ光７１の一部を反射させる。そして、検出器７８でプローブ光７１の結晶透過率変化をモニタし、結晶透過率が変化した箇所を劣化箇所５０とすることで波長変換特性の低下した劣化箇所５０を特定することができる。
【００６１】
或いは、部分反射ミラー７５として、ブリュースタ配置の透明板を設置する。このブリュースタ配置は、基本波の発振器に対してＰ偏光に設置され、共振器損失は無視できるほど大きい。一方、プローブ光として、このブリュースタ配置に対してＳ偏光とすることで、１５％と高い反射率を得ることができて、プローブ光７１を検出器７８に導入する。検出器７８として、位置センサをもちいるとビームの遷移が判別でき既述の屈折率異常点を検出することができ、この検出器７８をパワーモニタとすることで、透過パワーの変化を検出することができ、非線形結晶の透過率のモニタとすることができる。そして、屈折率異常点となった箇所を劣化箇所５０とすることで波長変換特性の低下した劣化箇所５０を特定することができる。
【００６２】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、図６，７において、出力結合ミラー６４を、左端のミラーとしたが、これを高反射鏡とし、プローブ光導入ミラー６７，７６に出力結合を兼ねさせる構成でも、構わないことは、言うまでもない。
【００６３】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
【００６４】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパタン検査装置或いはパタン検査装置用の照明装置は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１における照射位置の移動の仕方を説明するための概念図である。
【図３】実施の形態１における波長変換出力と時間との関係を示す図である。
【図４】実施の形態１における非線形結晶表面での照射位置の経路（軌跡）の一例を示す図である。
【図５】実施の形態１における非線形結晶表面での照射位置の経路（軌跡）の他の例を示す図である。
【図６】実施の形態２における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。
【図７】実施の形態３における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。
【図８】実施の形態３における照射位置の経路の一例を示す図である。
【図９】実施の形態４における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。
【図１０】プローブ光を用いた異常検出の手法を説明するための波長変換光源装置の構成の一部を示す概念図である。
【図１１】従来の照射位置のずらし方を説明するための概念図である。
【図１２】従来の波長変換出力と時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 基本波光源、１２ 集光レンズ、１４，８０ 非線形結晶、１６ コリメータレンズ、１８ ヒートシンク、２０ 基本波、２１ 誘導放出光、２２，２３ ２倍高調波、２４，２６ 移動経路、３０ ｙ軸ステージ、３２ ｙ軸モータ、３４ ｘ軸ステージ、３６ ｘ軸モータ、３８ 制御回路、４０，８２ スポットサイズ、４２，８４ 領域、４４ 光路欠陥、４６ エネルギー強度分布、５０ 劣化箇所、６０ レーザ活性媒質、６２，６６ 高反射ミラー、６４ 出力結合ミラー、６７，７６ プローブ光導入ミラー、７０ プローブ光出射ユニット、７２ 平行平板、７４ 散乱光検出モニタ、７５ 部分反射ミラー、７８ 検出器、１００ 波長変換光源装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換光源装置及び波長変換方法に係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパタン欠陥を検査するパタン検査用の照明光等の紫外領域の光を発生させる光源装置および波長変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パタンが形成された原画パタン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパタンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パタンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パタンを描画することができるパタン描画装置を用いる。かかるパタン描画装置を用いてウェハに直接パタン回路を描画することもある。パタン描画装置については、電子ビームやレーザビームを用いて描画する装置の開発が試みられている。
【０００３】
そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパタンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パタンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパタン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパタン寸法の微細化に伴って、パタン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパタン検査装置の高精度化が必要とされている。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）は、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のパタンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパタン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパタン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査するパタン検査装置の開発も急務となってきている。
【０００５】
ここで、従来のパタン検査装置では、リソグラフィマスク等の試料上に形成されているパタンを撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パタンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行うことが知られている。例えば、パタン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パタンを撮像した光学画像同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ検査」や、パタン設計されたＣＡＤデータをマスクにパタンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データを検査装置に入力して、これをベースに参照画像を生成して、それとパタンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、照明装置及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、光学画像と参照画像とを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パタン欠陥有りと判定する。
【０００６】
ここで、上述したような微細なパタンの欠陥を検査するパタン検査装置の照明光としては、紫外領域の光が必要となる。かかる紫外光を発生させるには非線形結晶に基本波を通過させて波長変換させ、より波長が短い光を発生させる波長変換光源装置が必要となる。
【０００７】
しかし、非線形結晶に長時間紫外線を照射し続けると非線形結晶の表面に光学損傷が生じて、波長変換出力が低下してしまう。そのため、従来、光学損傷が結晶表面に生じたことを確認した時点で非線形結晶への照射位置をずらすことが行われている。
【０００８】
図１１は、従来の照射位置のずらし方を説明するための概念図である。図１１では、波長変換用の非線形結晶８０への基本波の照射面を示している。図１１において、スポットサイズ８２は、照射される基本波のエネルギーの８６％を含むサイズを示している。また、領域８４は、スポットサイズの２倍の径であり、照射される基本波のエネルギーの９９．７％を含むサイズを示している。基本波をある１点に長時間照射し続けると、スポットサイズ８２のみならずそれより広い領域８４全体がすべて上述した光学損傷が生じてしまう。そのため、かかる領域８４内に基本波を通過させても波長変換出力が低下してしまうことになる。
【０００９】
図１２は、従来の波長変換出力と時間との関係を示す図である。上述したように、基本波をある１点に長時間照射し続けると、波長変換出力が低下してしまうことになる。図１２に示すように、かかる例では照射開始から除所に波長変換出力が経時的に低下してしまうことがわかる。そのため、図１１に示したように、結晶全体を位相整合状態に保存したまま、１０時間ごとに平行移動させ、劣化の影響がない部位まで変移させて、使用していた。このように、従来、例えば１０時間毎に基本波の照射位置を変更して波長変換出力を元に戻し、また、かかる表面が劣化するまで照射し続けることを繰り返していた。従って、図１２に示したように、従来、例えば１０時間ごとに出力が復帰するような鋸の歯状の出力特性を示していた。連続照射時間は、非線形結晶の種類等に応じてことなり、例えば、２４時間毎に照射位置を移動する例などもあり得る。
【００１０】
また、従来から波長変換用の非線形結晶のマウントに、移動手段（結晶シフター機能）を設けて、結晶劣化部から光路を外す手法は知られており、例えば、ＤＵＶ光源製品には、結晶シフターが組み込まれているものもある（例えば、非特許文献１参照）。また、出力パワーとビーム形状の変化を抑制するために結晶中の光路を変える提案がある（例えば、特許文献１参照）が、本質的な機能は、まったく同一である。
【００１１】
非線形結晶８０として、例えば、５ｍｍ角のＫＴＰを使用した場合、端部は使用できないので、有効断面は、４ｍｍ角となる。そして、基本波の広がり角を０．５ｍｒａｄ（全角）とし、集光レンズの焦点距離を２５０ｍｍとすると、ＫＴＰ上のスポットサイズは直径０．１２５ｍｍとなる。そして、上述した光学損傷が生じてしまっている結晶劣化の影響のない部分まで結晶を平行移動するには、実際にはスポットサイズ８２の３倍の平行移動が必要であった。すなわち、１０時間ごとに０．３７５ｍｍの移動をさせる必要があった。４ｍｍ角の有効面では、たて、よこ１１点の結晶移動が可能であり、これらの点すべてを用いた場合、図１１に示したように、１０時間ごとに出力復帰させる場合には、１２１０時間（約５０日間）結晶を使用し続けると、その結晶は交換せざるを得ないことになる。
【００１２】
そして、かかる使用後の結晶表面を発明者等が観察した際、各点ごとの使用痕が観察され、表面に劣化による影響層が形成されたことがわかった。これにより全点を使用した場合、その結晶は交換せざるを得ないこともわかった。
【００１３】
以上のように、従来は、基本波のスポットサイズよりさらに大きい領域以上の定期的なステップ移動により、劣化した箇所を避けて、性能低下を防ぐものであった。しかし、このような運用によると、長時間同一場所を基本波が照射し、波長変換光が発生するので、使用箇所が光学的損傷を生じ、またその照射痕が残り、結晶表面からその影響層部がスポットサイズ以上となる不良表面が発生していた。そのため、１回の連続照射により広い範囲で使用できなくなり、照射位置を移動させるにも使用できる箇所が結晶表面の面積により制限されることになるという問題があった。また、それぞれの箇所の経時的劣化により、移動後出力特性が経時的に変化することが、問題となっていた。
【００１４】
その他、非線形結晶については、上述した結晶表面の光学的損傷を与える前であれば、ある条件下でアニール処理を行うことで結晶の劣化を修復する技術が文献に開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２５２５７０号公報
【特許文献２】特許第４１０９８６９号公報
【非特許文献１】２００１年コヒレントレーザカタログ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、波長変換に用いる非線形結晶の寿命を長くすることが可能な波長変換光源装置および方法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】
【００１６】
本発明の一態様の波長変換光源装置は、
基本波を発生する基本波光源と、
前記基本波の照射を受けて前記基本波を通過させ、前記基本波の波長を変換する非線形結晶と、
前記非線形結晶が配置され、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる移動部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の他の態様の波長変換光源装置は、
基本波を発生する基本波光源と、
前記基本波の照射を受けて前記基本波を通過させ、前記基本波の波長を変換する非線形結晶と、
前記非線形結晶が配置され、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき前記基本波のスポットサイズ以下の距離だけ移動させる移動部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様の波長変換方法は、
基本波を非線形結晶に照射して、前記基本波を通過させることで前記基本波の波長を変換する工程と、
前記基本波が前記非線形結晶に照射されている間、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の他の態様の波長変換方法は、
基本波を非線形結晶に照射して、前記基本波を通過させることで前記基本波の波長を変換する工程と、
前記基本波が前記非線形結晶に照射されている間、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき前記基本波のスポットサイズ以下の距離だけ移動させる工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様によれば、波長変換出力の経時低下が始まる前であって非線形結晶の表面に光学損傷を与える前に基本波の照射位置を移動させることができる。また、照射位置の移動の際、先の照射により生じた結晶内部の劣化を修復することができる。その結果、非線形結晶の寿命を大幅に延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。図１において、波長変換光源装置１００は、基本波光源１０、集光レンズ１２、非線形結晶１４、コリメータレンズ１６、ヒートシンク１８、ｙ軸ステージ３０、ｙ軸モータ３２、ｘ軸ステージ３４、ｘ軸モータ３６、及び制御回路３８を備えている。基本波光源１０は、内部に図示しない共振器を有している。よって、図１に示す波長変換光源装置１００は、共振器外波長変換を行う光源装置の一例となる。基本波光源１０、ｙ軸モータ３２、及びｘ軸モータ３６は、制御回路３８により制御される。また、ｙ軸ステージ３０及びｘ軸ステージ３４内にヒートシンク１８が構成され、ヒートシンク１８内に非線形結晶１４が配置される。ヒートシンク１８は、使用する結晶の温度を熱伝導がよく、温度一定化を可能にする。例えば、ペルチエ素子上にヒーターが組み込まれた銅ブロックに結晶をマウントする。このように、銅ブロック上に結晶素子を載せてもよいし、光路を確保し、結晶を銅のすり割り形状のブロックに埋め込み、かつ同ブロックにヒーターを埋め込んでも好適である。或いはヒーターの代わりに水路を設けても好適である。また、非線形結晶１４として、ＫＴＰを用いて、第二高調波として波長５３２ｎｍのコヒレント光を発生させる場合、銅ブロックの温度は１００℃程度に制御されると好適である。
【００２２】
基本波光源１０は、基本波２０を発生する。そして、かかる基本波光源１０から出力された基本波２０を、集光レンズ１２で２倍高調発生の位相整合条件に設置された波長変換用の非線形結晶１４に照射する。そして、非線形結晶１４は、基本波２０の照射を受けて基本波２０を通過させ、その際、基本波２０の波長を変換して、２倍高調波２２を発生させる。そして、発生した２倍高調波２２をコリメータレンズ１６で平行光に戻し、外部に出力する。これにより波長変換された紫外光を得ることができる。
【００２３】
基本波光源１０として、例えば、平均出力１００Ｗ、パルス幅１００ｎｓ、繰り返し周波数５ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いると好適である。かかるレーザを用いた場合、２倍高調波出力として波長５３２ｎｍの光が５０Ｗ得られた。かかる波長変換用の非線形結晶１４としてＫＴＰ結晶を用いることができる。
【００２４】
その他、非線形結晶１４として、例えば、ＣＬＢＯを用いた場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波を基本波２０とした、５３２ｎｍの２倍高調波による２６６ｎｍ光の発生をさせても好適である。或いは、非線形結晶１４として、ＢＢＯを用いた場合には、アレキサンドライトレーザの３倍高調発生、すなわちアレキサンドライトレーザの２倍高調波と基本波との和周波の発生等を行っても好適である。
【００２５】
ここで、非線形結晶１４にそのまま基本波２０を照射し続けると、上述したように結晶表面に光学損傷による劣化が生じて、波長変換出力が経時的に低下してしまう。そこで、実施の形態１では、以下のように非線形結晶１４への基本波２０の照射位置を移動させる。すなわち、非線形結晶１４中を通過する基本波２０の通過経路が変更されるように、非線形結晶１４を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる。或いは、非線形結晶１４を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき基本波２０のスポットサイズ以下の距離だけステップ移動させる。移動は、制御回路３８により制御されたｙ軸モータ３２の駆動によりｙ軸ステージ３０がｙ軸方向に、ｘ軸モータ３６の駆動によりｘ軸ステージ３４がｘ軸方向にそれぞれ非線形結晶１４を移動させる。よって、ｙ軸ステージ３０及びｘ軸ステージ３４は非線形結晶１４を移動させる移動部の一例となる。ここでは、光軸方向をｚ軸として、ｚ軸に直交する方向をｘ、ｙ軸とする。
【００２６】
ここで、発明者等は、非線形結晶１４を連続的に移動させることにより、上述したように結晶表面の光学損傷が生じないことを見出した。また、同様に、波長変換出力の経時低下がないことを見出した。この現象は、非線形結晶１４を所定の期間毎に１回につき基本波２０のスポットサイズ以下の距離だけステップ移動させた場合にも同様であることを見出した。
【００２７】
図２は、実施の形態１における照射位置の移動の仕方を説明するための概念図である。まず、ある１点に基本波２０が照射されると、かかる照射によるスポットサイズ４０ａのさらに中心部に非線形結晶１４内部の光路欠陥４４ａが生じる。かかる光路欠陥４４ａは、結晶表面に生じる光学損傷と異なり物理的なクラック等の傷痕が生じるわけではなく、電子欠陥或いはカラーセンター発生等と想定される。すなわち、基本波２０のエネルギーの８６％を含むスポットサイズ４０ａより小さい範囲で結晶内部の光路欠陥４４ａが生じる。言い換えれば、基本波２０のエネルギー強度分布４６ａのトップ付近、すなわち、エネルギー強度が非常に高くなる部分にまず結晶内部の光路欠陥４４ａが生じる。ましてや、照射される基本波のエネルギーの９９．７％を含む領域４２ａにまで初めから結晶内部の光路欠陥４４ａが生じるものではない。この段階ではまだ波長変換出力の経時低下が始まってはいない。そして、この状態からさらに照射をし続けると結晶内部の光路欠陥４４であっても波長変換出力の経時低下が始まることが想定される。そして、さらに、照射をし続けて閾値を超えると、光路欠陥４４ａが生じた箇所を基点に結晶表面の光学損傷が起こると共に加速度的に結晶表面の光学損傷が広がり、従来のようなスポットサイズの２倍以上の領域まで使用不能になってしまう。そこで、実施の形態１では、まだ、波長変換出力の経時低下が始まる前であって結晶表面の光学損傷に至る前の段階で非線形結晶１４への基本波２０の照射位置をずらすことで使用不能な領域が加速度的に拡散してしまうことを防止する。これにより、波長変換出力の経時低下を起こさないようにすると共に非線形結晶１４表面の使用不能になる面積を小さくすることができる。
【００２８】
さらに、発明者等は、非線形結晶１４の種類や非線形結晶１４の製造過程での諸条件によっては、結晶内部に生じた光路欠陥４４ａの部位が基本波２０のエネルギー強度分布４６ｂのトップ付近より小さいエネルギーの照射を受けると光路欠陥４４ａが修復されることを見出した。すなわち、従来のように照射位置を大きく移動させるのではなく、移動後の位置が基本波２０のスポットサイズ以下の位置となるように移動させる。これにより、移動前の照射により生じた光路欠陥４４ａが移動後の基本波のエネルギーの９９．７％を含む領域４２ｂ内に留まることになる。これにより、光路欠陥４４ａが生じた部位が、光路欠陥４４ａが生じるエネルギーよりも弱いエネルギーの照射を受けることになる。かかる弱いエネルギーの照射により結晶内部の光路欠陥４４ａを修復することができる。かかる弱いエネルギーの照射による修復現象は、セルフアニールの効果であると考えられる。
【００２９】
以上のように、一度劣化した結晶について、劣化の度合いが結晶表面に光学的損失を与えるほどの劣化ではない場合、劣化後のアニールにより出力特性の復帰が認められたことを示している。すなわち、光学的な損傷を与える以前に、吸収発生などを引き起こす結晶欠陥（光路欠陥）を、初期のうちに基本波２０或いは波長変換光の照射により、アニールし修復するものであると考えられる。また、この現象は、ＫＴＰによるＮｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波発生だけでなく、他の非線形結晶による波長変換でも有効であることを発明者等は確かめている。
【００３０】
そして、修復に用いるエネルギーは、光路欠陥４４ａが生じるエネルギーよりも弱いエネルギーであればよく、基本波２０のエネルギーの８６％を含むスポットサイズ４０ａ内の位置であっても照射されるエネルギーが光路欠陥４４ａを生じさせるエネルギーよりも弱いエネルギーであれば構わない。かかる修復に用いるエネルギーの値は、非線形結晶１４の種類や製造過程での諸条件等によって異なり、それぞれに適当な範囲を設定すればよい。その結果を基に、かかる修復効果が得られるように、１ステップの移動距離およびステップ待機期間や連続移動の際の移動速度を設定すればよい。例えば、ステップ移動時の単位距離が、１μｍから１５μｍまでの値であると好適である。
【００３１】
また、移動後の中心部でも同様に結晶内部の光路欠陥４４ｂが生じることになるが、さらに次の移動によりかかる光路欠陥４４ｂも同様に修復されることになる。以上のように光路欠陥４４ａを修復できれば、非線形結晶１４を従来のように結晶表面の光学損傷による理由で交換する必要が無くなる。
【００３２】
ここで、図示しない反射率１％の部分反射鏡を第二高調波の出力側に設置して波長変換出力をモニタしても好適である。そして、波長変換後の出力のモニタ値を、制御回路３８が入力し、波長変換後の出力に経時低下が現れた場合、非線形結晶１４の移動スピードを加速してもよい。発明者等の実験によれば、非線形結晶１４のある部位に関してそれまでの結晶移動速度では波長変換出力の１％／時間の低下が見られた場合、移動速度を２倍にすることで、かかる波長変換出力の低下が防ぐことができた。この移動速度は、出力低下傾向がなくなるまで速度を可変させることで最適な速度を見つけるというアルゴリズムを採用することで、制御することができる。以上のように、波長変換出力の観察値を用いて、移動速度を設定しても好適である。
【００３３】
図３は、実施の形態１における波長変換出力と時間との関係を示す図である。図１に示した構成において、非線形結晶１４の移動を、１０分ごとに非線形結晶１４が設置されたステージをパルスモーターの単位駆動距離０．００２ｍｍずつ継続して移動させた結果、図３における出力経時特性に示されるように、非線形結晶１４として用いたＫＴＰによる波長変換出力の経時的低下はほとんど認められなかった。このとき、ＫＴＰ表面には、使用痕が観察されなかった。
【００３４】
図４は、実施の形態１における非線形結晶表面での照射位置の経路（軌跡）の一例を示す図である。上述した結晶内部の光路欠陥４４が修復可能な非線形結晶１４を用いた場合、図４に示すように、結晶設置ステージを制御して、基本波２０の照射位置の移動経路２４が、例えば、楕円状のような端部のない閉じた経路（軌跡）とすることで非線形結晶１４の同じ位置を複数回波長変換に用いることができる。その結果、非線形結晶１４の寿命を大きく延ばすことができる。また、例えば、非線形結晶１４を連続移動させる場合、急激な角度で曲がることは困難であるので基本波２０の照射位置の移動経路２４が楕円状のような曲線を含むようにすると連続移動を容易にすることができる。
【００３５】
ここで、発明者等の実験によれば、図４に示したように楕円状の経路で常に結晶を移動させたところ、結晶劣化は認められなかった。結晶劣化による出力低下ではなく、励起光源等他の要因での故障と同じレベルになり、ＫＴＰは消耗部品ではなくなった。
【００３６】
図５は、実施の形態１における非線形結晶表面での照射位置の経路（軌跡）の他の例を示す図である。上述した結晶内部の光路欠陥４４が修復可能ではない非線形結晶１４を用いた場合、結晶設置ステージを制御して、基本波２０の照射位置の移動経路２６が、図５に示すように、例えば、曲線を含む一筆書き状の経路になるようにすると好適である。上述したように、例えば、非線形結晶１４を連続移動させる場合、急激な角度で曲がることは困難であるので基本波２０の照射位置の移動経路２４が曲線を含むようにすると連続移動を容易にすることができる。また、実施の形態１では、結晶内部の光路欠陥４４が修復可能ではない非線形結晶１４を用いた場合であっても、従来のように非線形結晶１４表面の使用不能の箇所がスポットサイズの２倍とはなっていない。そのため、波長変換に用いることができる非線形結晶１４表面の面積を従来よりも大きくすることができる。よって、使用した箇所を再度使用しない場合であっても従来よりも非線形結晶１４の寿命を延ばすことができる。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態１では、共振器外波長変換を行う光源装置について説明したが、これに限るものではない。実施の形態２では、共振器内波長変換を行う構成について説明する。以下に説明する内容以外は実施の形態１と同様である。
【００３８】
図６は、実施の形態２における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。図６において、波長変換光源装置１００は、レーザ活性媒質６０、高反射ミラー６２，６６、出力結合ミラー６４、非線形結晶１４、ヒートシンク１８、ｙ軸ステージ３０、ｙ軸モータ３２、ｘ軸ステージ３４、ｘ軸モータ３６、及び制御回路３８を備えている。共振器長で配置された高反射ミラー６２と出力結合ミラー６４とで共振器を構成する。また、レーザ活性媒質６０、高反射ミラー６２，６６、及び出力結合ミラー６４とで基本波光源を構成する。そして、非線形結晶１４は、共振器を構成する高反射ミラー６２と出力結合ミラー６４の間に配置されている。よって、図６に示す波長変換光源装置１００は、共振器内波長変換を行う光源装置の一例となる。レーザ活性媒質６０からふく射光を発生され、高反射ミラー６６を介して高反射ミラー６２と出力結合ミラー６４の間で共振し、ふく射光を誘導放出光２１にする。そして、誘導放出光２１は、２倍高調発生の位相整合条件に設置された非線形結晶１４に照射される。そして、非線形結晶１４は、基本波となる誘導放出光２１の照射を受けて誘導放出光２１を通過させ、その際、誘導放出光２１の波長を変換して、２倍高調波２３を発生させる。そして、発生した２倍高調波２３の一部が出力結合ミラー６４から出力される。これにより波長変換された紫外光を得ることができる。
【００３９】
かかる共振器内波長変換を行なう場合でも、実施の形態１と同様、非線形結晶１４にそのまま誘導放出光２１を照射し続けると、上述したように結晶表面に光学損傷による劣化が生じて、波長変換出力が経時的に低下してしまう。そこで、実施の形態２でも、実施の形態１と同様、非線形結晶１４への誘導放出光２１の照射位置を移動させる。すなわち、非線形結晶１４中を通過する誘導放出光２１の通過経路が変更されるように、非線形結晶１４を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる。或いは、非線形結晶１４を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき誘導放出光２１のスポットサイズ以下の距離だけステップ移動させる。移動の仕方や速度等は実施の形態１と同様である。
【００４０】
以上のように、共振器内波長変換を行なう場合でも、実施の形態１と同様の非線形結晶の移動をさせることで、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
実施の形態３．
上述した実施の形態１では、図４，５に示したような移動経路になるように非線形結晶の移動をさせることを説明した。また、これは実施の形態２でも同様である。しかしながら、非線形結晶１４の均質性において、結晶育成上および波長変換素子としての結晶加工研磨の影響で、一部の部位に、図４に示すように、波長変換特性の低下した劣化箇所５０となる部位があることも判明した。かかる劣化箇所５０を考慮せずに照射位置の移動経路を設定してしまうと照射位置の移動経路２４上にかかる劣化箇所５０が位置してしまうこともあり得る。劣化箇所５０に基本波を照射してしまうと波長変換出力が低下してしまうことになる。
【００４２】
そこで、実施の形態３では、波長変換特性の低下した劣化箇所５０が照射位置の移動経路上に含まれないようにする構成について説明する。
【００４３】
図７は、実施の形態３における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。図７において、波長変換光源装置１００は、図６の構成に、プローブ光出射ユニット７０（プローブ光源の一例）、平行平板７２、及び散乱光検出モニタ７４をさらに備えた点と、高反射ミラー６６の代わりにプローブ光導入ミラー６７を備えた点以外は、図６と同様である。プローブ光導入ミラー６７は、共振器内にあるため、ふく射光、誘導放出光２１及び２倍高調波２３を共振器内の光軸上に反射することは言うまでもない。
【００４４】
実施の形態３では、プローブ光７１を非線形結晶１４に照射して、波長変換出力が低下する非線形結晶１４の劣化箇所５０を特定する。プローブ光出射ユニット７０から発生させられたプローブ光７１は、平行平板７２を通って、共振器内のプローブ光導入ミラー６７を通過して、非線形結晶１４に照射される。そして、非線形結晶１４を移動させた際に、プローブ光７１が劣化箇所５０に照射されるとプローブ光７１が散乱し、散乱光を散乱光検出モニタ７４が検出する。このように、散乱光を散乱光検出モニタ７４で散乱光を検出した箇所を劣化箇所５０とすることで波長変換特性の低下した劣化箇所５０を特定することができる。
【００４５】
プローブ光７１は、共振器の発振とは無関係な波長のレーザ光を用いると異常を検出しやすい。すなわち、活性物質としてＮｄをドープしたＹＡＧを用いて１０６４ｎｍで基本波が発振し、５３２ｎｍ光が第２高調波として発生するものであり、非線形結晶１４をＫＴＰとすると、プローブ光７１として６３０ｎｍのレーザダイオード出力とすることができる。レーザダイオードの発光部と、出力のコリメータ部を一体として図７のプローブ光出射ユニット７０とすればよい。
【００４６】
第１の手法として、波長変換光源装置１００で基本波の波長変換を行う前に、使用時よりも高速で非線形結晶１４が配置されたステージを動かし、プローブ光７１で非線形結晶１４表面を走査する。そして、非線形結晶１４からのプローブ光７１の出力光を用いて異常点の有無を調べ、劣化箇所５０が避けられるように、ステージ制御をプログラムする。例えば、図４に示したような楕円軌跡を形成する場合において、異常点を避けるように、劣化箇所５０に移動する前に楕円長径、短径を変化させても良い。また、円状の軌跡を使用する場合には、運用時には劣化箇所５０を避けるように円弧状の軌跡の半径相当を変化させ、運用時に安定な波長変換を行わせることが可能である。さらに、一部の波長変換出力が他の部分よりも低下する部位に軌跡が重なる場合、その影響を最小限にするために、かかる部位についてのみ、結晶移動速度を速めてもよい。発明者等の実験により結晶移動速度を速めることで、その影響を最小限にできることもわかった。
【００４７】
よって、プローブ光の走査により予め非線形結晶１４の劣化箇所５０を特定しておき、その上で、照射位置の移動経路上に含まれないように、図４に示すような楕円軌道にすると好適である。これにより、より安定な波長変換を行わせしめ、安定な出力を得ることができる。
【００４８】
また、例えば楕円軌跡を経路とする場合において、波長変換光源装置１００で基本波の波長変換を行う前に、プローブ光７１の走査により予め非線形結晶１４の劣化箇所５０を特定しておき、劣化箇所５０の部位に移動する前に楕円長径、短径を変化させても良い。
【００４９】
上述した第１の手法により、非線形結晶１４の照射面全面にプローブ光７１を走査させて、波長変換光源装置１００で基本波の波長変換を行う前に、予め、非線形結晶１４の劣化箇所５０を全て特定しておいてもよいが、これに限るものではない。第２の手法として、波長変換光源装置１００で基本波の波長変換を行ないながらリアルタイムで非線形結晶１４の劣化箇所５０を特定してもよい。
【００５０】
第２の手法では、図７に示すように、プローブ光７１の光軸を基本波光軸よりも先行させる軌道を取るためにオフセットさせる。そして、平行平板７２の姿勢を制御することで常にプローブ光７１が基本波の照射位置の先行位置に位置するように制御する。そして、先行したプローブ光７１により散乱光が発生し、散乱光を散乱光検出モニタ７４で検知された場合、該当箇所を波長変換光軸が通過しないように、楕円軌道の長径、または半径を変化させてしまう。
【００５１】
図８は、実施の形態３における照射位置の経路の一例を示す図である。図８に示すように、先行するプローブ光７１により非線形結晶１４への基本波の照射位置の経路２８上に非線形結晶１４の劣化箇所５０があることが検知された際には、劣化箇所５０を避けるように経路２９を変更する。この変化は、制御回路３８により制御されたｙ軸モータ３２の駆動によりｙ軸ステージ３０がｙ軸方向に、ｘ軸モータ３６の駆動によりｘ軸ステージ３４がｘ軸方向にそれぞれ非線形結晶１４を移動させることで制御することができる。このような動作により、散乱が発生した部位を避けることができる。
【００５２】
かかる例では、新たに、結晶異常部位を光源運転中に探索するため、結晶利用箇所を共振器内光軸が通過する以前にプローブビームを設け、プローブビームで異常と判断された部位を避けるように、図８に示すように軌跡を変化させ、波長変換光源を運転し続けるものである。図７の例では、共振器内の折り曲げミラー裏面から波長の異なるプローブビームを導入したものである。
【００５３】
また、図７と同様の構成で、プローブ光による干渉計を組み透過波面を確認しながら異常部位を避けるようにしても好適である。なお、このようなアルゴリズムは、結晶異常部位の領域が、図８に示されるように点在する場合に特に有効である。
【００５４】
以上のように、プローブ光で劣化箇所を事前に特定することで、波長変換出力の低下を避けることができる。
【００５５】
実施の形態４．
実施の形態３では、共振器内波長変換を行う光源装置にプローブ光で劣化箇所を事前に特定する機能を搭載した場合について説明したが、これに限るものではない。実施の形態４では、共振器外波長変換を行う構成にプローブ光で劣化箇所を事前に特定する機能を搭載した構成について説明する。以下に説明する内容以外は実施の形態１と同様である。
【００５６】
図９は、実施の形態４における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。図９において、波長変換光源装置１００は、図１の構成に、プローブ光出射ユニット７０（プローブ光源の一例）、平行平板７２、プローブ光導入ミラー７６及び散乱光検出モニタ７４をさらに備えた点以外は、図１と同様である。
【００５７】
実施の形態４でも、実施の形態３と同様、プローブ光７１を非線形結晶１４に照射して、波長変換出力が低下する非線形結晶１４の劣化箇所５０を特定する。プローブ光出射ユニット７０から発生させられたプローブ光７１は、平行平板７２を通って、プローブ光導入ミラー６７で反射して、非線形結晶１４に照射される。そして、非線形結晶１４を移動させた際に、プローブ光７１が劣化箇所５０に照射されるとプローブ光７１が散乱し、散乱光を散乱光検出モニタ７４が検出する。このように、散乱光検出モニタ７４で散乱光を検出した箇所を劣化箇所５０とすることで波長変換特性の低下した劣化箇所５０を特定することができる。プローブ光導入ミラー６７は、基本波２０を非線形結晶１４側に通過させることは言うまでもない。
【００５８】
図９に示した構成にしても、実施の形態３で説明した第１と第２の手法の両方とも同様に用いることができる。よって、実施の形態４でも、実施の形態３と同様、プローブ光で劣化箇所を事前に特定することで、波長変換出力の低下を避けることができる。
【００５９】
上述した実施の形態３，４において、散乱光検出モニタ７４で散乱光を検出することで劣化箇所５０を特定する場合について説明したが、光学的に同軸上に部分反射ミラーを設置して、プローブビームの結晶透過率変化や、ビーム変移を検出して異常部位を判別することもできる。
【００６０】
図１０は、プローブ光を用いた異常検出の手法を説明するための波長変換光源装置の構成の一部を示す概念図である。非線形結晶１４の出力側に部分反射ミラー７５を配置して、プローブ光７１の一部を反射させる。そして、検出器７８でプローブ光７１の結晶透過率変化をモニタし、結晶透過率が変化した箇所を劣化箇所５０とすることで波長変換特性の低下した劣化箇所５０を特定することができる。
【００６１】
或いは、部分反射ミラー７５として、ブリュースタ配置の透明板を設置する。このブリュースタ配置は、基本波の発振器に対してＰ偏光に設置され、共振器損失は無視できるほど大きい。一方、プローブ光として、このブリュースタ配置に対してＳ偏光とすることで、１５％と高い反射率を得ることができて、プローブ光７１を検出器７８に導入する。検出器７８として、位置センサをもちいるとビームの遷移が判別でき既述の屈折率異常点を検出することができ、この検出器７８をパワーモニタとすることで、透過パワーの変化を検出することができ、非線形結晶の透過率のモニタとすることができる。そして、屈折率異常点となった箇所を劣化箇所５０とすることで波長変換特性の低下した劣化箇所５０を特定することができる。
【００６２】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、図６，７において、出力結合ミラー６４を、左端のミラーとしたが、これを高反射鏡とし、プローブ光導入ミラー６７，７６に出力結合を兼ねさせる構成でも、構わないことは、言うまでもない。
【００６３】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
【００６４】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパタン検査装置或いはパタン検査装置用の照明装置は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１における照射位置の移動の仕方を説明するための概念図である。
【図３】実施の形態１における波長変換出力と時間との関係を示す図である。
【図４】実施の形態１における非線形結晶表面での照射位置の経路（軌跡）の一例を示す図である。
【図５】実施の形態１における非線形結晶表面での照射位置の経路（軌跡）の他の例を示す図である。
【図６】実施の形態２における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。
【図７】実施の形態３における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。
【図８】実施の形態３における照射位置の経路の一例を示す図である。
【図９】実施の形態４における波長変換光源装置の構成を示す概念図である。
【図１０】プローブ光を用いた異常検出の手法を説明するための波長変換光源装置の構成の一部を示す概念図である。
【図１１】従来の照射位置のずらし方を説明するための概念図である。
【図１２】従来の波長変換出力と時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 基本波光源、１２ 集光レンズ、１４，８０ 非線形結晶、１６ コリメータレンズ、１８ ヒートシンク、２０ 基本波、２１ 誘導放出光、２２，２３ ２倍高調波、２４，２６ 移動経路、３０ ｙ軸ステージ、３２ ｙ軸モータ、３４ ｘ軸ステージ、３６ ｘ軸モータ、３８ 制御回路、４０，８２ スポットサイズ、４２，８４ 領域、４４ 光路欠陥、４６ エネルギー強度分布、５０ 劣化箇所、６０ レーザ活性媒質、６２，６６ 高反射ミラー、６４ 出力結合ミラー、６７，７６ プローブ光導入ミラー、７０ プローブ光出射ユニット、７２ 平行平板、７４ 散乱光検出モニタ、７５ 部分反射ミラー、７８ 検出器、１００ 波長変換光源装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波を発生する基本波光源と、
前記基本波の照射を受けて前記基本波を通過させ、前記基本波の波長を変換する非線形結晶と、
前記非線形結晶が配置され、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる移動部と、
を備えたことを特徴とする波長変換光源装置。
【請求項２】
基本波を発生する基本波光源と、
前記基本波の照射を受けて前記基本波を通過させ、前記基本波の波長を変換する非線形結晶と、
前記非線形結晶が配置され、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき前記基本波のスポットサイズ以下の距離だけ移動させる移動部と、
を備えたことを特徴とする波長変換光源装置。
【請求項３】
前記基本波光源は、共振器を有し、
前記非線形結晶は、前記共振器内に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の波長変換光源装置。
【請求項４】
前記基本波光源は、共振器を有し、
前記非線形結晶は、前記共振器外に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の波長変換光源装置。
【請求項５】
前記非線形結晶に照射される基本波の照射位置の移動経路が曲線を含むように、前記非線形結晶は移動させられることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の波長変換光源装置。
【請求項６】
前記非線形結晶に照射される基本波の照射位置の移動経路が端部のない閉じた経路となるように、前記非線形結晶は移動させられることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の波長変換光源装置。
【請求項７】
前記非線形結晶の移動速度は、波長変換出力が低下しない速度であることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の波長変換光源装置。
【請求項８】
前記基本波とは波長が異なるプローブ光を発生させるプローブ光源をさらに備え、
前記非線形結晶は、前記非線形結晶に照射される基本波の照射位置の先行位置に前記プローブ光の照射を受け、
前記非線形結晶を通過したプローブ光を用いて、波長変換出力が低下する前記非線形結晶の劣化箇所を避けるように、前記非線形結晶は移動させられることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の波長変換光源装置。
【請求項９】
基本波を非線形結晶に照射して、前記基本波を通過させることで前記基本波の波長を変換する工程と、
前記基本波が前記非線形結晶に照射されている間、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる工程と、
を備えたことを特徴とする波長変換方法。
【請求項１０】
基本波を非線形結晶に照射して、前記基本波を通過させることで前記基本波の波長を変換する工程と、
前記基本波が前記非線形結晶に照射されている間、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき前記基本波のスポットサイズ以下の距離だけ移動させる工程と、
を備えたことを特徴とする波長変換方法。
【請求項１１】
プローブ光を前記非線形結晶に照射して、波長変換出力が低下する前記非線形結晶の劣化箇所を特定する工程をさらに備え、
前記非線形結晶に照射される基本波の照射位置が前記非線形結晶の劣化箇所を避けるように、前記非線形結晶は移動させられることを特徴とする請求項９又は１０記載の波長変換方法。
【請求項１】
基本波を発生する基本波光源と、
前記基本波の照射を受けて前記基本波を通過させ、前記基本波の波長を変換する非線形結晶と、
前記非線形結晶が配置され、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる移動部と、
を備えたことを特徴とする波長変換光源装置。
【請求項２】
基本波を発生する基本波光源と、
前記基本波の照射を受けて前記基本波を通過させ、前記基本波の波長を変換する非線形結晶と、
前記非線形結晶が配置され、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき前記基本波のスポットサイズ以下の距離だけ移動させる移動部と、
を備えたことを特徴とする波長変換光源装置。
【請求項３】
前記基本波光源は、共振器を有し、
前記非線形結晶は、前記共振器内に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の波長変換光源装置。
【請求項４】
前記基本波光源は、共振器を有し、
前記非線形結晶は、前記共振器外に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の波長変換光源装置。
【請求項５】
前記非線形結晶に照射される基本波の照射位置の移動経路が曲線を含むように、前記非線形結晶は移動させられることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の波長変換光源装置。
【請求項６】
前記非線形結晶に照射される基本波の照射位置の移動経路が端部のない閉じた経路となるように、前記非線形結晶は移動させられることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の波長変換光源装置。
【請求項７】
前記非線形結晶の移動速度は、波長変換出力が低下しない速度であることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の波長変換光源装置。
【請求項８】
前記基本波とは波長が異なるプローブ光を発生させるプローブ光源をさらに備え、
前記非線形結晶は、前記非線形結晶に照射される基本波の照射位置の先行位置に前記プローブ光の照射を受け、
前記非線形結晶を通過したプローブ光を用いて、波長変換出力が低下する前記非線形結晶の劣化箇所を避けるように、前記非線形結晶は移動させられることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の波長変換光源装置。
【請求項９】
基本波を非線形結晶に照射して、前記基本波を通過させることで前記基本波の波長を変換する工程と、
前記基本波が前記非線形結晶に照射されている間、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で連続移動させる工程と、
を備えたことを特徴とする波長変換方法。
【請求項１０】
基本波を非線形結晶に照射して、前記基本波を通過させることで前記基本波の波長を変換する工程と、
前記基本波が前記非線形結晶に照射されている間、前記非線形結晶中を通過する前記基本波の通過経路が変更されるように、前記非線形結晶を位相整合条件が乱されない平面内で１回につき前記基本波のスポットサイズ以下の距離だけ移動させる工程と、
を備えたことを特徴とする波長変換方法。
【請求項１１】
プローブ光を前記非線形結晶に照射して、波長変換出力が低下する前記非線形結晶の劣化箇所を特定する工程をさらに備え、
前記非線形結晶に照射される基本波の照射位置が前記非線形結晶の劣化箇所を避けるように、前記非線形結晶は移動させられることを特徴とする請求項９又は１０記載の波長変換方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１２８１１９（Ｐ２０１０−１２８１１９Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０１８４０（Ｐ２００８−３０１８４０）
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（３０５００８９８３）アドバンスド・マスク・インスペクション・テクノロジー株式会社 (105)
【出願人】（５９７０３６５８１）株式会社メガオプト (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（３０５００８９８３）アドバンスド・マスク・インスペクション・テクノロジー株式会社 (105)
【出願人】（５９７０３６５８１）株式会社メガオプト (15)
【Ｆターム（参考）】
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