波長変換素子、波長変換光学系、波長変換方法、光源装置、露光装置、マスク検査装置及び高分子結晶の加工装置
【課題】長時間にわたって使用可能な波長変換素子を提供する。
【解決手段】非線形光学結晶により入射レーザ光の波長変換を行う波長変換素子であって、 前記非線形光学結晶は、前記入射レーザ光の光軸方向に沿って直列に配置された入射側結晶と出射側結晶との２つの部分からなり、前記入射側結晶と前記出射側結晶とは、光軸方向に所定の間隔Ｌを維持しつつ、相対位置を変化可能に構成され、前記所定の間隔Ｌは、前記出射側結晶の入射面において、前記入射側結晶を透過した入射レーザ光の位相と前記入射側結晶によって波長変換された光の位相の差が０又はπであるように設定されていることを特徴とする波長変換素子。
【解決手段】非線形光学結晶により入射レーザ光の波長変換を行う波長変換素子であって、 前記非線形光学結晶は、前記入射レーザ光の光軸方向に沿って直列に配置された入射側結晶と出射側結晶との２つの部分からなり、前記入射側結晶と前記出射側結晶とは、光軸方向に所定の間隔Ｌを維持しつつ、相対位置を変化可能に構成され、前記所定の間隔Ｌは、前記出射側結晶の入射面において、前記入射側結晶を透過した入射レーザ光の位相と前記入射側結晶によって波長変換された光の位相の差が０又はπであるように設定されていることを特徴とする波長変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子及び光学系、さらにはこれらの波長変換素子及び光学系を有する光源装置、露光装置、マスク検査装置、高分子結晶の加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光は近年において種々の用途に用いられており、例えば、金属の切断や加工を行ったり、半導体製造装置におけるフォトリソグラフィ装置の光源として用いられたり、各種測定装置に用いられたり、外科、眼科、歯科等の手術及び治療装置に用いられたりしている。
【０００３】
特に最近において、レーザ光を角膜に照射して角膜表面のアブレーション（ＰＲＫ）あるいは切開した角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ）を行い、角膜の曲率及び凹凸を矯正して近視、遠視、乱視の治療を行うことが注目されており、一部実用化されつつある。このような角膜治療装置としては、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を角膜に照射して、角膜表面のアブレーション（削り取り）を行うものが知られている。
【０００４】
ところが、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は、チャンバー内にアルゴンガス、フッ素ガス、ネオンガス等を封入して構成されるものであり、これらガスを密封する必要がある。さらに、各ガスの充填、回収を行う必要もあり、装置が大型化且つ複雑化しやすいという問題がある。また、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は所定のレーザ光発生性能を保持するために、定期的に内部ガスの交換を行ったり、オーバーホールを行ったりする必要があるという問題もある。
【０００５】
よって、レーザ光源としてはこのような気体レーザでなく、固体レーザを用いることが好ましい。ところが、固体レーザから放出されるレーザ光の波長は、通常、上記波長に比べて長波長であり、例えば角膜治療装置に使用するには向いていない。そこで、このような固体レーザから放出される長波長の光を、非線形光学素子を用いることにより短波長の紫外光に変換して用いる方法が開発され、例えば特開２００１−３５３１７６号公報（特許文献１）に記載されている。このような目的に用いられる非線形光学素子としては、ＬＢＯ素子、ＳＢＢＯ素子等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５３１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に高周波（短波長）の波長変換に使用され紫外領域の光を受けることが多い波長変換素子は、長時間使用するとダメージを受けて変換効率が低下するという問題点がある。
【０００８】
本発明はこのような事象に鑑みてなされたものであり、長時間にわたって使用可能な波長変換素子及び波長変換光学系、それらを使用した光源装置、さらには、この光源装置を利用した露光装置、マスク検査装置、高分子結晶の加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を達成するための第１の態様は、非線形光学結晶により入射レーザ光の波長変換を行う波長変換素子であって、前記非線形光学結晶は、前記入射レーザ光の光軸方向に沿って直列に配置された入射側結晶と出射側結晶との２つの部分からなり、前記入射側結晶と前記出射側結晶とは、光軸方向に所定の間隔Ｌを維持しつつ相対位置を変化可能に構成され、前記所定の間隔Ｌは、前記出射側結晶の入射面において、前記入射側結晶を透過した入射レーザ光の位相と前記入射側結晶によって波長変換された光の位相の差が０又はπであるように設定されていることを特徴とする波長変換素子である。
【００１０】
前記課題を達成するための第２の態様は、第１の入射レーザ光と第２の入射レーザ光との和周波発生により波長変換を行う第１の態様に記載の波長変換素子であって、前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、前記入射側結晶を透過した第１の入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶を透過した第２の入射レーザ光の波数ｋ2と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（１）式又は（２）式を満たすことを特徴とする波長変換素子である。
【００１１】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （１）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （２）
前記課題を達成するための第３の態様は、入射レーザ光の第二高調波発生により波長変換を行う第１の態様に記載の波長変換素子であって、前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、 前記入射側結晶を透過した入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（３）式又は（４）式を満たすことを特徴とする波長変換素子である。
【００１２】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝２πｎ （３）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （４）
前記課題を達成するための第４の態様は、第１の入射レーザ光と第２の入射レーザ光との差周波発生により波長変換を行う第１の態様に記載の波長変換素子であって、前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、前記入射側結晶を透過した第１の入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶を透過した第２の入射レーザ光の波数ｋ2と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（５）式又は（６）式を満たすことを特徴とする波長変換素子である。
【００１３】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （５）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （６）
前記課題を達成するための第５の態様は、第１〜４の態様のいずれか１つに記載の波長変換素子において、前記出射側結晶の入射面の面積は、前記入射側結晶の出射面の面積よりも大きいことを特徴とする波長変換素子である。
【００１４】
前記課題を達成するための第６の態様は、第１〜５の態様のいずれか１つに記載の波長変換素子において、出射側の非線形光学結晶は、光軸と垂直な平面上を移動可能に構成されていることを特徴とする波長変換素子である。
【００１５】
前記課題を達成するための第７の態様は、第１〜６の態様のいずれか１つに記載の波長変換素子を含む波長変換光学系である。
【００１６】
前記課題を達成するための第８の態様は、前記入射レーザ光を発生するレーザ光源と第７の態様に記載の波長変換光学系とを有する光源装置である。
【００１７】
前記課題を達成するための第９の態様は、第８の態様に記載の光源装置と、所定の露光パターンが設けら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対象物保持部と、前記光源装置から出射される紫外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させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されてここを通過した照射光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系とを備えて構成されることを特徴とする露光装置である。
【００１８】
前記課題を達成するための第１０の態様は、第８の態様に記載の光源装置と、所定のパターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、前記パターンの投影像を検出する検出器と、前記光源装置から出射される紫外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させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されて、通過した照明光を前記検出器に投影させる投影光学系とを有することを特徴とするマスク欠陥検査装置である。
【００１９】
前記課題を達成するための第１１の態様は、高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、第８の態様に記載の光源装置と、当該光源装置から放出されるレーザ光を、被加工物である高分子結晶に導き、当該高分子結晶の被加工物場所に集光させる光学系と、前記光学系と前記高分子結晶の相対位置を変化させる機構を有することを特徴とする高分子結晶の加工装置である。
【００２０】
前記課題を達成するための第１２の態様は、前記レーザ光が集光される位置を、前記高分子結晶と同時に観測する観測装置、又は測定する測定装置を有することを特徴とする第１１の態様に記載の高分子結晶の加工装置である。
【００２１】
前記課題を達成するための第１３の態様は、前記観測装置、又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置又は光学的測定装置であり、これら観測装置、測定装置は、前記光学系と機械的に固定された関係にあり、前記観測装置、測定装置の基準点と、前記レーザ光が集光される位置が一致しており、前記観測装置、測定装置の基準点位置を観測又は測定することにより、間接的に、前記レーザ光が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とする第１２の態様に記載の高分子結晶の加工装置である。
【００２２】
前記課題を達成するための第１４の態様は、第１〜６の態様のいずれか１項に記載の波長変換素子によって入射レーザ光の波長を変換する方法であって、前記入射レーザ光を前記波長変換素子へ入射する工程と、出射光の出力を検出する工程と、検出された出射光の出力が所定の値以下になると、前記出射側結晶の未使用部分を使用するように、前記出射側結晶の入射側結晶に対する相対位置を変化させる工程とを有することを特徴とする波長変換方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の波長変換素子は、入射レーザ光に対して直列に配置された入射側結晶と出射側結晶の２つの部分からなり、入射側結晶に対する出射側結晶の相対位置が変化可能に構成されている。このため、出射側結晶が光によるダメージを受けた場合、光軸に対する波長変換素子全体の配置を固定したまま出射側結晶の位置のみを変化させることが可能になり、出射側結晶におけるビームスポットを出射側結晶の未使用部分に移動させることで、出射側結晶のダメージによる波長変換効率の低下や出射光強度の低下を容易に回復させることができる。また、波長変換素子の寿命が従来よりも長くなるといった効果も有する。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
波長変換素子によって波長変換された光の強度は、光軸方向の波長変換素子の長さの二乗に比例して増大する。そのため、波長変換後の光によって引き起こされる波長変換素子のダメージは、光の出射側に集中して発生する。本発明者は、この事象に注目し、２つの部分から構成される非線形光学結晶を用い、それぞれを光によるダメージが集中する部分と集中しない部分とに配置し、ダメージが集中する部分に配置した非線形光学結晶がダメージを受けた際に、非線形光学結晶の相対位置を変化させ、未使用部分を使用することによって波長変換素子の長寿命化を実現した。
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施の形態の例を、図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態である波長変換素子の概略図である。本実施形態において波長変換素子２１０を構成する非線形光学結晶は、入射レーザ光２１の光軸方向に沿って直列に配置された入射側結晶１１と出射側結晶１２との２つの部分からなる。出射側結晶１２の入射面１４の面積は入射側結晶１１の出射面１３の面積よりも大きくなるように設定されており、出射側結晶１２は図示しない移動手段により、入射側結晶１１に対して間隔Ｌを維持したまま相対位置が変化可能に構成されている。
【００２５】
前述のとおり波長変換素子のダメージは出射側に集中して発生し易いが、本実施形態の波長変換素子は出射側結晶１２の位置を光軸に対して独立に変化させ得るので、出射側結晶１２にダメージが生じた際に、波長変換素子全体の配置を光軸に対して固定したまま、ダメージを生じた結晶部位を光路から外し、未使用の結晶部分を光路上に移動させることができる。このため出射側に生じたダメージのために波長変換素子全体を交換する必要が無くなり、従来の波長変換素子と比べてランニングコストを低減することができる。
【００２６】
次に、本実施形態における入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔Ｌについて説明する。入射レーザ光２１が入射側結晶１１に入射すると、光２２が入射側結晶１１から出射する。このとき、光２２には、入射レーザ光２１のうち入射側結晶１１で波長変換されずにそのまま透過した光と、入射側結晶１１によって波長変換された光とが含まれている。そして、光２２は出射側結晶１２に入射し、出射側結晶１２から光２３が出射する。光２３には、入射側結晶１１及び出射側結晶１２のいずれにおいても波長変換されなかった光と、入射側結晶１１で波長変換された光と、出射側結晶１２で波長変換された光が含まれている。
【００２７】
ここで、出射側結晶１２に入射する光２２に着目する。非線形光学結晶を利用する波長変換素子では位相整合が行われているのが普通であるから、本実施形態の入射側結晶１１においても通常の技術により位相整合が施されているとすれば、少なくとも入射側結晶１１の出射面１３において、光２２に含まれる光の位相は整合されている。しかしながら本実施形態の非線形光学結晶は入射側結晶１１と出射側結晶１２の二つの部分からなり、かつ両者の相対位置が変化可能に構成されているため、入射側結晶１１の出射面１３と出射側結晶１２の入射面１４の間に必然的に空隙を有しており、入射側結晶１１から射出した光２２は空隙中を進行する。この際、空隙が例えば窒素で満たされている場合には、光２２に含まれる波長が異なる複数の光は、それぞれの波長における窒素の屈折率に応じて異なる位相速度で進行するため、再び出射側結晶１２に入射するまでの間に位相差を生じることになる。そして出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致していないと、出射側結晶１２において通常の技術により位相整合が施されているとしても、出射側結晶１１によって波長変換された光の位相と、出射側結晶１２によって波長変換された光の位相とに不整合を生じ、波長変換の効率が低下する。よって、波長変換効率の向上のためには、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致している必要がある。入射側結晶１１と出射側結晶１２の間において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と波長変換された光の位相は、ある間隔で周期的に一致している。そこで、本実施形態の波長変換素子において、入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔Ｌは、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する位置に出射側結晶１２の入射面１４が位置するように設定されている。
【００２８】
以上の説明は出射側結晶１２の有効非線形定数の符号が正である場合について述べたものである。出射側結晶１２の有効非線形定数の符号が負である場合は、入射レーザ光２１の位相と出射側結晶１２によって波長変換された光の位相の差がπとなる。よって、波長変換効率の向上のためには、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相の差をπとすることが好ましい。そこで、出射側結晶１２の有効非線形定数の符号が負である場合は、入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔Ｌを、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相の差がπである位置に出射側結晶１２の入射面１４が位置するように設定すれば良い。
【００２９】
図２は、より具体的な本実施形態の構成例を示す概略図である。図２の波長変換素子２１１は全体がベース部材４１上に構成されている。出射側結晶１２は、ベース部材４１上に取り付けられたステージ３１に固定されており、ステージ３１を駆動することによってＹ軸方向に所望の距離だけ自由に移動することができる。また、入射側結晶１１は、光軸２４の高さを調整するための支持部材４２を介してベース部材４１に固定されている。
【００３０】
本実施形態の入射側結晶１１及び出射側結晶１２としては、波長変換機能を有する公知の非線形光学結晶を用いることができ、具体的には、ＫＴＰ結晶、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶、ＫＤＰ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＳＢＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶等の非線形光学結晶を用いることができる。これらの非線形光学結晶のうちＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶等は波長２００ｎｍ以下の紫外線発生に用いることができるので特に好ましい。
【００３１】
これらの非線形光学結晶は、それぞれの結晶内において、入射光と波長変換後の光の位相が整合するように、位相整合が施されていることが好ましい。位相整合の方法としては、複屈折を利用した方法や擬似位相整合等の方法を特に制限なく用いることができる。入射側結晶１１と出射側結晶１２とは同じ波長変換特性を備えていても良い。
【００３２】
本実施形態の出射側結晶１２の入射面１４の面積は入射側結晶１１の出射面１３の面積に比べて大きくなるように設定することが好ましい。これは、間隔Ｌを維持したまま入射側結晶１１と出射側結晶１２を相対移動させた際、出射側結晶１２の使用可能な面積が大きくなるからである。出射側結晶１２が波長変換された光によってダメージを受けた場合は、入射側結晶１１と出射側結晶１２とを相対移動させて、出射側結晶１２への光２２の入射位置を変え、出射側結晶１２のダメージを受けていない部分を使用することにより、波長変換素子の寿命が長くなるという効果を奏する。波長変換された光のエネルギーは結晶の光軸方向の長さの２乗に比例して増大するので、例えば、入射側結晶１１と出射側結晶１２の光軸方向の長さの比が１：１である場合、出射面１３と出射側結晶１２の出射端における波長変換された光のエネルギーの比は１：４となる。結晶のダメージが波長変換された光のエネルギーに比例する場合、出射側結晶１２の出射端は入射側結晶１１の出射端に対して４倍のダメージを受ける。この際、入射面１４の面積を出射面１３の面積の４倍にしておけば、出射側結晶１２がダメージを受けても、出射側結晶１２への光２２の入射位置を変えることによって、少なくとも４回波長変換効率を回復させることができ、入射側結晶１１と出射側結晶１２の寿命は同じになる。したがって入射面１４と出射面１３の面積比は少なくとも４倍程度あることが好ましい。
【００３３】
なお、図２の構成例では、光軸２４をＸ方向とした場合に、ステージ３１がＹ方向に一次元駆動されるものとしたが、これをＹ方向及びＺ方向の二次元駆動されるものとしても良い。この場合は出射側結晶１２上のビームスポットを二次元的に移動させることが可能になり、出射側結晶１２の使用可能な面積が増大することにより、波長変換素子２１１の寿命をより延長することが可能である。
【００３４】
次に、和周波発生、第二高調波発生及び差周波発生の各場合について、本実施形態の波長変換素子の構成例を説明する。
○和周波発生
和周波発生により波長変換を行う波長変換素子の基本構成は、図１に示したとおりである。和周波発生では、第１の入射レーザ光と、これとは波長の異なる第２の入射レーザ光とを入射側結晶１１に入射させる。すると、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光と、入射側結晶１１によって波長変換された光とを含んだ光２２が入射側結晶１１から出射する。そして、入射側結晶１１から出射した光２２は出射側結晶に入射し、出射側結晶から、第１の入射レーザ光と、第２の入射レーザ光と、波長変換された光とを含んだ光２３が出射する。
【００３５】
和周波発生においては、入射側結晶１１と出射側結晶１２との間隔Ｌと、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の波数ｋ1と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の波数ｋ2と、入射側結晶１１によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（１）式を満たすように設定することにより、入射側結晶１１の出射面１３における光２２の位相と、出射側結晶１２の入射面１４における光２２の位相とは同じになる。
【００３６】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （１）
このため、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが入射側結晶１１の出射面１３において一致していれば、（１）式を満たすように間隔Ｌを維持する限り、出射側結晶１２の入射側結晶１１に対する相対位置を変化させても、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。
【００３７】
具体的には、例えば非線形光学結晶にＣＬＢＯ結晶を用い、基本波である第１の入射レーザ光（波長：１５４７ｎｍ）と、７倍波の第２の入射レーザ光（波長：２２１ｎｍ）から和周波発生により８倍波の光（波長：１９３ｎｍ）を生成する場合は、（１）式より、
【００３８】
【数１】
【００３９】
となる。
ここで、
ｎ1：入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の波長における窒素の屈折率
ω1：入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の周波数
λ1：入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の波長
ｎ2：入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の波長における窒素の屈折率
ω2：入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の周波数
ｎ3：入射側結晶１１によって波長変換された光の波長における窒素の屈折率
ω3：入射側結晶１１によって波長変換された光の周波数
である。
【００４０】
６．１８６１[ｒａｄ／ｃｍ]・Ｌ[ｃｍ]の値が２πの整数倍になる距離、すなわち１．０２ｃｍの整数倍の距離ごとに、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。したがって、入射側結晶１１の出射面１３において、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致している場合には、入射側結晶１１と出射側結晶１２との間隔Ｌを１．０２ｃｍの整数倍に設定すれば、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。
【００４１】
また、上記の構成例では入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が同符号である場合について説明したが、入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が異符号である場合は（２）式を満たすように入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔を設定すればよい。
【００４２】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （２）
つまり、６．１８６１［ｒａｄ／ｃｍ］・Ｌ［ｃｍ］の値がπの奇数倍になる距離、すなわち０．５１ｃｍの奇数倍の間隔で入射側結晶１１と出射側結晶１２を配置すればよい。
【００４３】
なお、上記の計算はΔｋ・Ｌが厳密に２πｎ又は（２ｎ−１）πとなる条件を求めたも
のであるが、構成部材の製造精度などによって生じる誤差を考慮すると、現実に本発明の効果を得るためには少なくともΔｋ・Ｌを２πｎ±０．２５π又は（２ｎ−１）π±０．
２５πの範囲とすることが好ましい。
○第二高調波発生
第二高調波発生により波長変換を行う波長変換素子の基本構成も、図１に示したとおりであり、入射レーザ光が入射側結晶１１に入射する。すると、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光と、入射側結晶１１によって波長変換された光とを含んだ光２２が入射側結晶１１から出射する。そして、入射側結晶１１から出射した光２２は出射側結晶に入射し、出射側結晶から、入射レーザ光と、波長変換された光とを含んだ光２３が出射する。
【００４４】
入射側結晶１１と出射側結晶１２との間隔Ｌと、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の波数ｋ1と、入射側結晶１１によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（３）式を満たすように設定することにより、入射側結晶１１の出射面１３における光２２の位相と、出射側結晶１２の入射面１４における光２２の位相とは同じになる。
【００４５】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝２πｎ （３）
このため入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが入射側結晶１１の出射面１３において一致していれば、（３）式を満たすように間隔Ｌを維持する限り、出射側結晶１２の入射側結晶１１に対する相対位置を変化させても、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過したレーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。
【００４６】
具体的には、例えば非線形光学結晶にＫＢＢＦを用い、波長３８６ｎｍの入射光から２倍波（波長：１９３ｎｍ）を生成すると、（３）式より、
【００４７】
【数２】
【００４８】
となる。
ここで、
ｎ1：入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の波長における窒素の屈折率
ω1：入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の周波数
λ1：入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の波長
ｎ3：入射側結晶１１によって波長変換された光の波長における窒素の屈折率
ω3：入射側結晶１１によって波長変換された光の周波数
である。
【００４９】
１３．２７９３[ｒａｄ／ｃｍ]・Ｌ[ｃｍ]の値が２πの整数倍になる距離、すなわち０．４７ｃｍの整数倍の距離ごとに、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。したがって、入射側結晶１１の出射面１３において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致している場合には、入射側結晶１１と出射側結晶１２との間隔Ｌを０．４７ｃｍの整数倍に設定すれば、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。
【００５０】
また、上記の構成例では入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が同符号である場合について説明したが、入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が異符号である場合は（４）式を満たすように入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔を設定すればよい。
【００５１】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （４）
つまり、１３．２７９３［ｒａｄ／ｃｍ］・Ｌ［ｃｍ］の値がπの奇数倍になる距離、すなわち０．２４ｃｍの奇数倍の間隔で入射側結晶１１と出射側結晶１２を配置すればよい。
【００５２】
なお、上記の計算はΔｋ・Ｌが厳密に２πｎ又は（２ｎ−１）πとなる条件を求めたも
のであるが、構成部材の製造精度などによって生じる誤差を考慮すると、現実に本発明の効果を得るためには少なくともΔｋ・Ｌを２πｎ±０．２５π又は（２ｎ−１）π±０．
２５πの範囲とすることが好ましい。
【００５３】
以上説明した本実施形態の波長変換素子によれば、出射側結晶１２の入射面１４において、入射レーザ光と波長変換された光の位相が一致するように間隔Ｌが設定されているので、入射側結晶と出射側結晶の２つの部分からなる非線形光学結晶を備えた波長変換素子においても、出射側結晶から出射する波長変換された光の出力を最大とすることが可能になる。また、出射側結晶１２が波長変換された光によってダメージを受けた場合は、入射側結晶１１と出射側結晶１２とを相対移動させて、出射側結晶１２への光２２の入射位置を変え、出射側結晶１２のダメージを受けていない部分を使用することにより、波長変換素子の長寿命化が可能である。
○差周波発生
差周波発生により波長変換を行う波長変換素子の基本構成も、図１に示したとおりであり、入射レーザ光が入射側結晶１１に入射する。すると、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光と、入射側結晶１１によって波長変換された光とを含んだ光２２が入射側結晶１１から出射する。そして、入射側結晶１１から出射した光２２は出射側結晶に入射し、出射側結晶から、入射レーザ光と、波長変換された光とを含んだ光２３が出射する。
【００５４】
入射側結晶１１と出射側結晶１２との間隔Ｌと、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の波数ｋ1と、入射側結晶１１によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（５）式を満たすように設定することにより、入射側結晶１１の出射面１３における光２２の位相と、出射側結晶１２の入射面１４における光２２の位相とは同じになる。
【００５５】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （５）
このため入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが入射側結晶１１の出射面１３において一致していれば、（５）式を満たすように間隔Ｌを維持する限り、出射側結晶１２の入射側結晶１１に対する相対位置を変化させても、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過したレーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。
【００５６】
また、上記の構成例では入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が同符号である場合について説明したが、入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が異符号である場合は（６）式を満たすように入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔を設定すればよい。
【００５７】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （６）
この構成は公知の差周波発生により波長変換を行う波長変換素子に用いることができ、出射側結晶１２が波長変換された光によってダメージを受けた場合は、入射側結晶１１と出射側結晶１２とを相対移動させて、出射側結晶１２への光２２の入射位置を変え、出射側結晶１２のダメージを受けていない部分を使用することにより、波長変換素子の長寿命化が可能である。
【００５８】
本発明では入射レーザ光の種類を限定するものではなく、上述した条件を満足させている限り、レーザ光の波長やレーザ光源の種類を問わずに用いることができる。
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態の波長変換素子と、出射光の出力を検出する検出装置と、出射側結晶の位置を制御する制御装置を備えた波長変換光学系に関するものである。図３に示す本実施形態の波長変換光学系は第１の実施形態の波長変換素子２１１と、ハーフミラー３２と、検出装置としての光量モニタリング装置３３と、制御装置３４とを備えている。
【００５９】
図３に示す波長変換光学系においては、入射レーザ光２１が波長変換素子２１１によって波長変換される。そして、その出射光は、ハーフミラー３２によりその一部が反射され、光量モニタリング装置３３に導かれる。光量モニタリング装置３３は、出射される光のパワーをモニタリングし、その出力を制御装置３４に伝送する。制御装置３４は、出射される光のパワーが予め設定された限界値まで下がるとステージ３１に指令を出し、出射側結晶１２の未使用部分を使用するようにステージ３１の移動を制御する。
【００６０】
光による波長変換素子のダメージは、光の出射側に集中して発生する。入射側結晶１１と出射側結晶１２はそれぞれ、光によるダメージが集中しない部分と集中する部分に配置されているので、ある程度の時間が経過すると出射側結晶１２はダメージを受けて使用できなくなる。そのため、ステージ３１を移動させ、出射側結晶１２の未使用部分が使用可能に設定されている。
【００６１】
以上説明したように、出射側結晶の未使用部分を使用することで波長変換素子の寿命が長くなる。また、出射側結晶の未使用部分がなくなった場合は、結晶を交換する必要があるが、光によるダメージが集中しない部分に配置された入射側結晶１１は交換しなくても良く、ダメージが集中する部分に配置された出射側結晶１２のみを交換すれば良いので、従来よりも結晶の交換領域が少ないといった効果もある。
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態は、第１の実施形態の波長変換素子を含む波長変換光学系である。図４は本実施形態の波長変換光学系の一例を示す概略図である。図４に示した波長変換光学系は波長１５４７ｎｍのレーザ光の波長変換を行う。図４において、楕円形で示されるのはコリメータレンズや集光レンズであり、その説明を省略する。また、Ｐ偏光を矢印で、Ｓ偏光を○中に点のある印で示し、基本波をω、ｎ倍波をｎωで示す。
【００６２】
この実施の形態においては、図示しないＤＦＢレーザから放出される基本波（波長１５４７ｎｍ）を、第１のＥＤＦＡ増幅器１と第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅しているが、一つのＥＤＦＡ増幅器で増幅した光を、偏光ビームスプリッタによりＰ偏光とＳ偏光の２つに分けて使用することも可能である。
【００６３】
第１の実施形態の波長変換素子は紫外光を発生して損傷を受けやすい波長変換素子に用いることが有効である。そこで図４の例においては、２２１ｎｍと１９３ｎｍの波長の光を発生する波長変換素子に第１の実施形態の波長変換素子を用いている。すなわち２２１ｎｍの波長の光を発生する７倍波形成波長変換素子１５と１９３ｎｍの波長の光を発生する８倍波形成波長変換素子１６に第１の実施の形態の波長変換素子を用いている。しかし、第１の実施形態の波長変換素子の使用はこれらに限られず、本実施形態における全ての結晶に使用することが可能である。また、これらの波長変換素子を、第２の実施形態に示した検出装置及び制御装置を備えた波長変換光学系に置き換えてもかまわない。
【００６４】
図４（ａ）に示すように、第１のＥＤＦＡ増幅器１で増幅されたＰ偏光の基本波は、第１の２倍波形成波長変換素子（ＰＰＬＮ結晶）３に入射し、第１の２倍波形成波長変換素子３からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。この基本波と２倍波を、３倍波形成波長変換素子（ＬＢＯ結晶）４に入射させる。３倍波形成波長変換素子４からは、基本波と２倍波と共に、Ｓ偏光の３倍波が発生する。なお、２倍波形成波長変換素子３としては、ＰＰＬＮ結晶に限らず、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＡＡＮＰ結晶等を用いることもできる。
【００６５】
これらの光を、２波長波長板５を通すことにより、２倍波だけをＳ偏光に変換する。２波長波長板として、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。一方の波長の光（２倍波）に対しては、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は、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。そして、共にＳ偏光となった２倍波と３倍波を、５倍波形成波長変換素子（ＬＢＯ結晶）６に入射させる。５倍波形成波長変換素子６からは、２倍波と３倍波と共にＰ偏光の５倍波が発生する。なお、Ｐ偏光の基本波はそのまま５倍波形成波長変換素子６を透過する。
【００６６】
５倍波形成波長変換素子６から発生する５倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ７、８により、この楕円形の断面形状を円形に整形する。なお、５倍波形成波長変換素子６としては、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることもできる。
【００６７】
一方、第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅されたＳ偏光の基本波は、ミラーＭを介して（ミラーＭは必ずしも必要ない）第２の２倍波形成波長変換素子（ＬＢＯ結晶）９に入射し、第２の２倍波形成波長変換素子９からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。なお、ＬＢＯ結晶の代わりにｏｏｅ変換のＰＰＬＮ結晶を使用してもよい。この基本波と２倍波を、前述のＰ偏光の５倍波と、ダイクロイックミラー１０により合成する。この例では、ダイクロイックミラー１０は、基本波と２倍波を反射し、５倍波を透過できるようなものとなっている。この光の合成には、バルク型光学素子を用いることが可能であり、例えば、色分解・合成ミラー（ダイクロイックミラー）、反射型及び透過型回折光学素子を用いることが可能である。
【００６８】
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、７倍波形成波長変換素子（ＣＬＢＯ結晶）１５に入射し、７倍波形成波長変換素子１５からは、これらの光と共に、Ｓ偏光の７倍波が発生する。これらの光は、８倍波形成波長変換素子（ＣＬＢＯ結晶）１６に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が合成されてＰ偏光の８倍波が発生する。もし、８倍波のみを８倍波形成光学素子１６から放出される他の波長の光から分離したい場合は、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ、プリズムを使用することにより、これらを分離すればよい。
【００６９】
また、図４（ａ）に示す光学系において、耐久性向上の観点からダイクロイックミラー１０を図４（ｂ）又は図４（ｃ）に示すようなものに置き換えることが好ましい。図４（ａ）のダイクロイックミラー１０は、５倍波を透過し、基本波及び２倍波を反射するが、図４（ｂ）のダイクロイックプリズム（ダイクロイックミラーのキューブ型）１７は、５倍波を反射し、基本波及び２倍波が透過する。また、図４（ｃ）は、５倍波を反射し、基本波及び２倍波を透過するダイクロイックミラー１８と、基本波及び２倍波の光路上に分散補償用平行平板１９が配置されている。分散補償用平行平板１９は、基本波及び２倍波がダイクロイックミラー１８を透過することによりそれぞれ生じる光軸シフトを予め補正するためのものである。
【００７０】
以上の波長変換光学系の構成例は、本発明の実施形態の一例を示すものであって、本発明の波長変換光学系は上記の構成に限定されるものではない。
【００７１】
本実施形態の波長変換光学系は、波長変換素子として第１の実施形態の波長変換素子を用いているので、短波長の光によって波長変換素子の出射側結晶がダメージを受けた場合には、それぞれの出射側結晶の未使用部分を光軸上に再配置することが容易であり、波長変換素子自体を交換することなく変換効率を回復させることができる。また、出射側結晶を電動ステージ等に固定しておけば、出射側結晶の位置変更を外部から容易に行なうことができるので、非線形光学結晶のダメージによる停止時間を短縮することができるという効果を有する。
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態は、第３の実施形態の波長変換光学系を備えた露光装置である。図５に示す露光装置１００において、光源装置２０はレーザ光源と第３の実施形態の波長変換光学系とから構成されている。光リソグラフィ工程で使用される露光装置は、原理的には写真製版と同じであり、フォトマスク（レチクル）上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エハやガラス基板などの上に光学的に投影して転写する。この露光装置１００は、上述した光源装置２０と、照明光学系１０２と、フォトマスク（レチクル）１１０を支持するマスク支持台１０３と、投影光学系１０４と、露光対象物たる半導体ウエハ１１５を載置保持する載置台１０５と、載置台１０５を水平移動させる駆動装置１０６とを備えて構成される。
【００７２】
この露光装置１００においては、上述したレーザ装置２０から出力されるレーザ光が、複数のレンズから構成される照明光学系１０２に入力され、ここを通ってマスク支持台１０３に支持されたフォトマスク１１０の全面に照射される。このように照射されてフォトマスク１１０を透過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１０４を介して載置台１０５に載置された半導体、ウエハ１１５の上に縮小されて結像露光される。
【００７３】
本実施形態の露光装置は、第３の実施形態の波長変換光学系を光源装置に用いているので、短波長の光によって波長変換素子の出射側結晶がダメージを受けた場合には、それぞれの出射側結晶の未使用部分を光軸上に再配置することが容易であり、波長変換素子自体を交換することなく露光光の強度を回復させることができる。また、出射側結晶を電動ステージ等に固定しておけば、出射側結晶の位置変更を外部から容易に行なうことができるので、波長変換素子の劣化に起因するダウンタイムが短くなるといった効果がある。
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態は、第３の実施形態の波長変換光学系を備えたマスク欠陥検査装置である。図６のマスク欠陥検査装置は、フォトマスク上に精密に描かれたデバイスパターンをＴＤＩセンサ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）上に光学的に投影し、センサ画像と所定の参照画像とを比較し、その差からパターンの欠陥を抽出する。マスク欠陥検査装置１２０は、第４の実施形態と同一の光源装置２０と、照明光学系１１２と、フォトマスク１１０を支持するマスク支持台１１３と、マスク支持台を水平移動させる駆動装置１１６と、投影光学系１１４と、ＴＤＩセンサ１２５とを備えて構成される。このマスク欠陥検査装置１２０においては、上述した光源装置２０から出力される光源が、複数のレンズから構成される照明光学系１１２に入力され、ここを通ってマスク支持台１１３に支持されたフォトマスク１１０を透過した光は、フォトマスク１１０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１１４を介してＴＤＩセンサ１２５の所定の位置に結像される。なお、マスク支持台１１３の水平移動速度と、ＴＤＩ１２５の転送クロックとは同期している。被検物はマスクに限られず、ウエハ、液晶パネル等の検査にも用いられる。
【００７４】
本実施形態のマスク欠陥検査装置は、第３の実施形態の波長変換光学系を光源装置に用いているので、短波長の光によって波長変換素子の出射側結晶がダメージを受けた場合には、それぞれの出射側結晶の未使用部分を光軸上に再配置することが容易であり、波長変換素子自体を交換することなく照明光の強度を回復させることができる。また、出射側結晶を電動ステージ等に固定しておけば、出射側結晶の位置変更を外部から容易に行なうことができるので、波長変換素子の劣化に起因するダウンタイムが短くなるといった効果がある。
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態は、第３の実施形態の波長変換光学系を備えた高分子結晶の加工装置である。
【００７５】
図７は第４の実施形態と同一の光源装置２０を用いて構成される高分子結晶の加工装置の概要図である。光源装置２０から放出された紫外短パルスレーザ光１３９は、シャッタ１３２、強度調整素子１３３、照射位置制御機構１３４、集光光学系１３５を介して試料容器１３６中に入れられた高分子結晶１３８に集光照射される。試料容器１３６は、ステージ１３７に搭載され、光軸方向をｚ軸として、ｘ−ｙ−ｚ直行座標系でｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３次元方向の移動が可能とされているとともに、ｚ軸の周りに回転可能となっている。高分子結晶１３８の表面に集光照射されたレーザ光により、高分子結晶の加工が行われる。
【００７６】
ところで、高分子結晶である被加工物を加工する場合、レーザ光が被加工物の何処に照射されているかを確認する必要がある。しかし、レーザ光は、通常可視光でないことが多く、目視することができないので、光学顕微鏡と組み合わせて使用することが好ましい。
【００７７】
その例を図８に示す。紫外短パルスレーザシステム１４１（図７の符号２０、１３２〜１３４に対応）からのレーザ光を、集光光学系１３５を介して所定の点に集光する。ステージ１３７は図７において説明したような機能を有しており、高分子結晶１３８の入った試料容器１３６がステージ１３７上に載置されている。照明光源１４２からの可視光は、反射光１４３で反射され、試料容器１３６をケーラー照明する。高分子結晶１３８は、光学顕微鏡の対物レンズ１４４、接眼レンズ１４５を介して眼１４６により目視される。
【００７８】
光学顕微鏡の光軸位置には、十字状のマークが形成されており、光軸位置が目視できるようになっている。そして、光学顕微鏡の焦点位置（合焦位置、すなわち目視したときピントが合う物面）は固定とされている。集光光学系１３５により集光されたレーザ光は、光学顕微鏡の光軸位置で、かつ光学顕微鏡の焦点位置に集光されるようになっている。よって、ステージ１３７上に被加工物を載置し、光学顕微鏡でその像を観察した場合、ピントが合っており、かつ十字マークの中心にある位置に、レーザシステム１４１からのレーザ光が集光されるようになっている。なお、レーザシステム１４１、集光光学系１３５、及び光学顕微鏡部の相対位置関係は固定されており、ステージ１３７のみがこれらの固定系に対して相対的に移動可能とされている。
【００７９】
よって、加工を行いたい場所が光学顕微鏡の光軸位置でかつ合焦位置となるようにステージ１３７を移動させながら加工を行うことにより、所望の場所の加工、及び所望の形状の加工を行うことができる。もし、自動的に加工を行わせたいのであれば、光学顕微鏡に自動焦点調整装置をつけてステージ１３７をその指令により駆動すると共に、ステージ１３７の予め定められた所定部分が光学顕微鏡の光軸になるように、ステージ１３７を駆動するようにすればよい。または、初めに基準となる位置を合わせた後、サーボ機構によりステージ１３７を２次元又は３次元に駆動するようにしてもよい。
【００８０】
本実施形態の加工装置は、第３の実施形態の波長変換光学系を光源装置に用いているので、短波長の光によって波長変換素子の出射側結晶がダメージを受けた場合には、それぞれの出射側結晶の未使用部分を光軸上に再配置することが容易であり、波長変換素子自体を交換することなく照射光の強度を回復させることができる。また、出射側結晶を電動ステージ等に固定しておけば、出射側結晶の位置変更を外部から容易に行なうことができるので、波長変換素子の劣化に起因するダウンタイムが短くなるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態の例である波長変換素子の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態の例である波長変換素子の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態の例である波長変換素子、制御装置、検出装置からなる波長変換光学系を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態の例である８倍波発生に用いる波長変換光学系を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態の例である露光装置の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の例であるマスク検査装置の概要を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の例である高分子結晶の加工装置の概要を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の例である高分子結晶の加工装置を、光学顕微鏡と組み合わせた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
３ ２倍波形成波長変換素子
４ ３倍波形成波長変換素子
６ ５倍波形成波長変換素子
９ ２倍波形成波長変換素子
１１ 入射側結晶
１２ 出射側結晶
１３ 入射側結晶の出射面
１４ 出射側結晶の入射面
１５ ７倍波形成波長変換素子
１６ ８倍波形成波長変換素子
２０ 光源装置
２１ 入射レーザ光
２２ 入射側結晶からの出射光
２３ 出射側結晶からの出射光
３１ ステージ
３２ ハーフミラー
３３ 光量モニタリング装置
３４ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子及び光学系、さらにはこれらの波長変換素子及び光学系を有する光源装置、露光装置、マスク検査装置、高分子結晶の加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光は近年において種々の用途に用いられており、例えば、金属の切断や加工を行ったり、半導体製造装置におけるフォトリソグラフィ装置の光源として用いられたり、各種測定装置に用いられたり、外科、眼科、歯科等の手術及び治療装置に用いられたりしている。
【０００３】
特に最近において、レーザ光を角膜に照射して角膜表面のアブレーション（ＰＲＫ）あるいは切開した角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ）を行い、角膜の曲率及び凹凸を矯正して近視、遠視、乱視の治療を行うことが注目されており、一部実用化されつつある。このような角膜治療装置としては、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を角膜に照射して、角膜表面のアブレーション（削り取り）を行うものが知られている。
【０００４】
ところが、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は、チャンバー内にアルゴンガス、フッ素ガス、ネオンガス等を封入して構成されるものであり、これらガスを密封する必要がある。さらに、各ガスの充填、回収を行う必要もあり、装置が大型化且つ複雑化しやすいという問題がある。また、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は所定のレーザ光発生性能を保持するために、定期的に内部ガスの交換を行ったり、オーバーホールを行ったりする必要があるという問題もある。
【０００５】
よって、レーザ光源としてはこのような気体レーザでなく、固体レーザを用いることが好ましい。ところが、固体レーザから放出されるレーザ光の波長は、通常、上記波長に比べて長波長であり、例えば角膜治療装置に使用するには向いていない。そこで、このような固体レーザから放出される長波長の光を、非線形光学素子を用いることにより短波長の紫外光に変換して用いる方法が開発され、例えば特開２００１−３５３１７６号公報（特許文献１）に記載されている。このような目的に用いられる非線形光学素子としては、ＬＢＯ素子、ＳＢＢＯ素子等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５３１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に高周波（短波長）の波長変換に使用され紫外領域の光を受けることが多い波長変換素子は、長時間使用するとダメージを受けて変換効率が低下するという問題点がある。
【０００８】
本発明はこのような事象に鑑みてなされたものであり、長時間にわたって使用可能な波長変換素子及び波長変換光学系、それらを使用した光源装置、さらには、この光源装置を利用した露光装置、マスク検査装置、高分子結晶の加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を達成するための第１の態様は、非線形光学結晶により入射レーザ光の波長変換を行う波長変換素子であって、前記非線形光学結晶は、前記入射レーザ光の光軸方向に沿って直列に配置された入射側結晶と出射側結晶との２つの部分からなり、前記入射側結晶と前記出射側結晶とは、光軸方向に所定の間隔Ｌを維持しつつ相対位置を変化可能に構成され、前記所定の間隔Ｌは、前記出射側結晶の入射面において、前記入射側結晶を透過した入射レーザ光の位相と前記入射側結晶によって波長変換された光の位相の差が０又はπであるように設定されていることを特徴とする波長変換素子である。
【００１０】
前記課題を達成するための第２の態様は、第１の入射レーザ光と第２の入射レーザ光との和周波発生により波長変換を行う第１の態様に記載の波長変換素子であって、前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、前記入射側結晶を透過した第１の入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶を透過した第２の入射レーザ光の波数ｋ2と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（１）式又は（２）式を満たすことを特徴とする波長変換素子である。
【００１１】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （１）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （２）
前記課題を達成するための第３の態様は、入射レーザ光の第二高調波発生により波長変換を行う第１の態様に記載の波長変換素子であって、前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、 前記入射側結晶を透過した入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（３）式又は（４）式を満たすことを特徴とする波長変換素子である。
【００１２】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝２πｎ （３）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （４）
前記課題を達成するための第４の態様は、第１の入射レーザ光と第２の入射レーザ光との差周波発生により波長変換を行う第１の態様に記載の波長変換素子であって、前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、前記入射側結晶を透過した第１の入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶を透過した第２の入射レーザ光の波数ｋ2と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（５）式又は（６）式を満たすことを特徴とする波長変換素子である。
【００１３】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （５）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （６）
前記課題を達成するための第５の態様は、第１〜４の態様のいずれか１つに記載の波長変換素子において、前記出射側結晶の入射面の面積は、前記入射側結晶の出射面の面積よりも大きいことを特徴とする波長変換素子である。
【００１４】
前記課題を達成するための第６の態様は、第１〜５の態様のいずれか１つに記載の波長変換素子において、出射側の非線形光学結晶は、光軸と垂直な平面上を移動可能に構成されていることを特徴とする波長変換素子である。
【００１５】
前記課題を達成するための第７の態様は、第１〜６の態様のいずれか１つに記載の波長変換素子を含む波長変換光学系である。
【００１６】
前記課題を達成するための第８の態様は、前記入射レーザ光を発生するレーザ光源と第７の態様に記載の波長変換光学系とを有する光源装置である。
【００１７】
前記課題を達成するための第９の態様は、第８の態様に記載の光源装置と、所定の露光パターンが設けら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対象物保持部と、前記光源装置から出射される紫外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させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されてここを通過した照射光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系とを備えて構成されることを特徴とする露光装置である。
【００１８】
前記課題を達成するための第１０の態様は、第８の態様に記載の光源装置と、所定のパターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、前記パターンの投影像を検出する検出器と、前記光源装置から出射される紫外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させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されて、通過した照明光を前記検出器に投影させる投影光学系とを有することを特徴とするマスク欠陥検査装置である。
【００１９】
前記課題を達成するための第１１の態様は、高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、第８の態様に記載の光源装置と、当該光源装置から放出されるレーザ光を、被加工物である高分子結晶に導き、当該高分子結晶の被加工物場所に集光させる光学系と、前記光学系と前記高分子結晶の相対位置を変化させる機構を有することを特徴とする高分子結晶の加工装置である。
【００２０】
前記課題を達成するための第１２の態様は、前記レーザ光が集光される位置を、前記高分子結晶と同時に観測する観測装置、又は測定する測定装置を有することを特徴とする第１１の態様に記載の高分子結晶の加工装置である。
【００２１】
前記課題を達成するための第１３の態様は、前記観測装置、又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置又は光学的測定装置であり、これら観測装置、測定装置は、前記光学系と機械的に固定された関係にあり、前記観測装置、測定装置の基準点と、前記レーザ光が集光される位置が一致しており、前記観測装置、測定装置の基準点位置を観測又は測定することにより、間接的に、前記レーザ光が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とする第１２の態様に記載の高分子結晶の加工装置である。
【００２２】
前記課題を達成するための第１４の態様は、第１〜６の態様のいずれか１項に記載の波長変換素子によって入射レーザ光の波長を変換する方法であって、前記入射レーザ光を前記波長変換素子へ入射する工程と、出射光の出力を検出する工程と、検出された出射光の出力が所定の値以下になると、前記出射側結晶の未使用部分を使用するように、前記出射側結晶の入射側結晶に対する相対位置を変化させる工程とを有することを特徴とする波長変換方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の波長変換素子は、入射レーザ光に対して直列に配置された入射側結晶と出射側結晶の２つの部分からなり、入射側結晶に対する出射側結晶の相対位置が変化可能に構成されている。このため、出射側結晶が光によるダメージを受けた場合、光軸に対する波長変換素子全体の配置を固定したまま出射側結晶の位置のみを変化させることが可能になり、出射側結晶におけるビームスポットを出射側結晶の未使用部分に移動させることで、出射側結晶のダメージによる波長変換効率の低下や出射光強度の低下を容易に回復させることができる。また、波長変換素子の寿命が従来よりも長くなるといった効果も有する。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
波長変換素子によって波長変換された光の強度は、光軸方向の波長変換素子の長さの二乗に比例して増大する。そのため、波長変換後の光によって引き起こされる波長変換素子のダメージは、光の出射側に集中して発生する。本発明者は、この事象に注目し、２つの部分から構成される非線形光学結晶を用い、それぞれを光によるダメージが集中する部分と集中しない部分とに配置し、ダメージが集中する部分に配置した非線形光学結晶がダメージを受けた際に、非線形光学結晶の相対位置を変化させ、未使用部分を使用することによって波長変換素子の長寿命化を実現した。
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施の形態の例を、図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態である波長変換素子の概略図である。本実施形態において波長変換素子２１０を構成する非線形光学結晶は、入射レーザ光２１の光軸方向に沿って直列に配置された入射側結晶１１と出射側結晶１２との２つの部分からなる。出射側結晶１２の入射面１４の面積は入射側結晶１１の出射面１３の面積よりも大きくなるように設定されており、出射側結晶１２は図示しない移動手段により、入射側結晶１１に対して間隔Ｌを維持したまま相対位置が変化可能に構成されている。
【００２５】
前述のとおり波長変換素子のダメージは出射側に集中して発生し易いが、本実施形態の波長変換素子は出射側結晶１２の位置を光軸に対して独立に変化させ得るので、出射側結晶１２にダメージが生じた際に、波長変換素子全体の配置を光軸に対して固定したまま、ダメージを生じた結晶部位を光路から外し、未使用の結晶部分を光路上に移動させることができる。このため出射側に生じたダメージのために波長変換素子全体を交換する必要が無くなり、従来の波長変換素子と比べてランニングコストを低減することができる。
【００２６】
次に、本実施形態における入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔Ｌについて説明する。入射レーザ光２１が入射側結晶１１に入射すると、光２２が入射側結晶１１から出射する。このとき、光２２には、入射レーザ光２１のうち入射側結晶１１で波長変換されずにそのまま透過した光と、入射側結晶１１によって波長変換された光とが含まれている。そして、光２２は出射側結晶１２に入射し、出射側結晶１２から光２３が出射する。光２３には、入射側結晶１１及び出射側結晶１２のいずれにおいても波長変換されなかった光と、入射側結晶１１で波長変換された光と、出射側結晶１２で波長変換された光が含まれている。
【００２７】
ここで、出射側結晶１２に入射する光２２に着目する。非線形光学結晶を利用する波長変換素子では位相整合が行われているのが普通であるから、本実施形態の入射側結晶１１においても通常の技術により位相整合が施されているとすれば、少なくとも入射側結晶１１の出射面１３において、光２２に含まれる光の位相は整合されている。しかしながら本実施形態の非線形光学結晶は入射側結晶１１と出射側結晶１２の二つの部分からなり、かつ両者の相対位置が変化可能に構成されているため、入射側結晶１１の出射面１３と出射側結晶１２の入射面１４の間に必然的に空隙を有しており、入射側結晶１１から射出した光２２は空隙中を進行する。この際、空隙が例えば窒素で満たされている場合には、光２２に含まれる波長が異なる複数の光は、それぞれの波長における窒素の屈折率に応じて異なる位相速度で進行するため、再び出射側結晶１２に入射するまでの間に位相差を生じることになる。そして出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致していないと、出射側結晶１２において通常の技術により位相整合が施されているとしても、出射側結晶１１によって波長変換された光の位相と、出射側結晶１２によって波長変換された光の位相とに不整合を生じ、波長変換の効率が低下する。よって、波長変換効率の向上のためには、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致している必要がある。入射側結晶１１と出射側結晶１２の間において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と波長変換された光の位相は、ある間隔で周期的に一致している。そこで、本実施形態の波長変換素子において、入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔Ｌは、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する位置に出射側結晶１２の入射面１４が位置するように設定されている。
【００２８】
以上の説明は出射側結晶１２の有効非線形定数の符号が正である場合について述べたものである。出射側結晶１２の有効非線形定数の符号が負である場合は、入射レーザ光２１の位相と出射側結晶１２によって波長変換された光の位相の差がπとなる。よって、波長変換効率の向上のためには、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相の差をπとすることが好ましい。そこで、出射側結晶１２の有効非線形定数の符号が負である場合は、入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔Ｌを、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光２１の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相の差がπである位置に出射側結晶１２の入射面１４が位置するように設定すれば良い。
【００２９】
図２は、より具体的な本実施形態の構成例を示す概略図である。図２の波長変換素子２１１は全体がベース部材４１上に構成されている。出射側結晶１２は、ベース部材４１上に取り付けられたステージ３１に固定されており、ステージ３１を駆動することによってＹ軸方向に所望の距離だけ自由に移動することができる。また、入射側結晶１１は、光軸２４の高さを調整するための支持部材４２を介してベース部材４１に固定されている。
【００３０】
本実施形態の入射側結晶１１及び出射側結晶１２としては、波長変換機能を有する公知の非線形光学結晶を用いることができ、具体的には、ＫＴＰ結晶、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶、ＫＤＰ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＳＢＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶等の非線形光学結晶を用いることができる。これらの非線形光学結晶のうちＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶等は波長２００ｎｍ以下の紫外線発生に用いることができるので特に好ましい。
【００３１】
これらの非線形光学結晶は、それぞれの結晶内において、入射光と波長変換後の光の位相が整合するように、位相整合が施されていることが好ましい。位相整合の方法としては、複屈折を利用した方法や擬似位相整合等の方法を特に制限なく用いることができる。入射側結晶１１と出射側結晶１２とは同じ波長変換特性を備えていても良い。
【００３２】
本実施形態の出射側結晶１２の入射面１４の面積は入射側結晶１１の出射面１３の面積に比べて大きくなるように設定することが好ましい。これは、間隔Ｌを維持したまま入射側結晶１１と出射側結晶１２を相対移動させた際、出射側結晶１２の使用可能な面積が大きくなるからである。出射側結晶１２が波長変換された光によってダメージを受けた場合は、入射側結晶１１と出射側結晶１２とを相対移動させて、出射側結晶１２への光２２の入射位置を変え、出射側結晶１２のダメージを受けていない部分を使用することにより、波長変換素子の寿命が長くなるという効果を奏する。波長変換された光のエネルギーは結晶の光軸方向の長さの２乗に比例して増大するので、例えば、入射側結晶１１と出射側結晶１２の光軸方向の長さの比が１：１である場合、出射面１３と出射側結晶１２の出射端における波長変換された光のエネルギーの比は１：４となる。結晶のダメージが波長変換された光のエネルギーに比例する場合、出射側結晶１２の出射端は入射側結晶１１の出射端に対して４倍のダメージを受ける。この際、入射面１４の面積を出射面１３の面積の４倍にしておけば、出射側結晶１２がダメージを受けても、出射側結晶１２への光２２の入射位置を変えることによって、少なくとも４回波長変換効率を回復させることができ、入射側結晶１１と出射側結晶１２の寿命は同じになる。したがって入射面１４と出射面１３の面積比は少なくとも４倍程度あることが好ましい。
【００３３】
なお、図２の構成例では、光軸２４をＸ方向とした場合に、ステージ３１がＹ方向に一次元駆動されるものとしたが、これをＹ方向及びＺ方向の二次元駆動されるものとしても良い。この場合は出射側結晶１２上のビームスポットを二次元的に移動させることが可能になり、出射側結晶１２の使用可能な面積が増大することにより、波長変換素子２１１の寿命をより延長することが可能である。
【００３４】
次に、和周波発生、第二高調波発生及び差周波発生の各場合について、本実施形態の波長変換素子の構成例を説明する。
○和周波発生
和周波発生により波長変換を行う波長変換素子の基本構成は、図１に示したとおりである。和周波発生では、第１の入射レーザ光と、これとは波長の異なる第２の入射レーザ光とを入射側結晶１１に入射させる。すると、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光と、入射側結晶１１によって波長変換された光とを含んだ光２２が入射側結晶１１から出射する。そして、入射側結晶１１から出射した光２２は出射側結晶に入射し、出射側結晶から、第１の入射レーザ光と、第２の入射レーザ光と、波長変換された光とを含んだ光２３が出射する。
【００３５】
和周波発生においては、入射側結晶１１と出射側結晶１２との間隔Ｌと、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の波数ｋ1と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の波数ｋ2と、入射側結晶１１によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（１）式を満たすように設定することにより、入射側結晶１１の出射面１３における光２２の位相と、出射側結晶１２の入射面１４における光２２の位相とは同じになる。
【００３６】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （１）
このため、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが入射側結晶１１の出射面１３において一致していれば、（１）式を満たすように間隔Ｌを維持する限り、出射側結晶１２の入射側結晶１１に対する相対位置を変化させても、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。
【００３７】
具体的には、例えば非線形光学結晶にＣＬＢＯ結晶を用い、基本波である第１の入射レーザ光（波長：１５４７ｎｍ）と、７倍波の第２の入射レーザ光（波長：２２１ｎｍ）から和周波発生により８倍波の光（波長：１９３ｎｍ）を生成する場合は、（１）式より、
【００３８】
【数１】
【００３９】
となる。
ここで、
ｎ1：入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の波長における窒素の屈折率
ω1：入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の周波数
λ1：入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の波長
ｎ2：入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の波長における窒素の屈折率
ω2：入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の周波数
ｎ3：入射側結晶１１によって波長変換された光の波長における窒素の屈折率
ω3：入射側結晶１１によって波長変換された光の周波数
である。
【００４０】
６．１８６１[ｒａｄ／ｃｍ]・Ｌ[ｃｍ]の値が２πの整数倍になる距離、すなわち１．０２ｃｍの整数倍の距離ごとに、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。したがって、入射側結晶１１の出射面１３において、入射側結晶１１を透過した第１の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致している場合には、入射側結晶１１と出射側結晶１２との間隔Ｌを１．０２ｃｍの整数倍に設定すれば、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１を透過した第２の入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。
【００４１】
また、上記の構成例では入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が同符号である場合について説明したが、入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が異符号である場合は（２）式を満たすように入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔を設定すればよい。
【００４２】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （２）
つまり、６．１８６１［ｒａｄ／ｃｍ］・Ｌ［ｃｍ］の値がπの奇数倍になる距離、すなわち０．５１ｃｍの奇数倍の間隔で入射側結晶１１と出射側結晶１２を配置すればよい。
【００４３】
なお、上記の計算はΔｋ・Ｌが厳密に２πｎ又は（２ｎ−１）πとなる条件を求めたも
のであるが、構成部材の製造精度などによって生じる誤差を考慮すると、現実に本発明の効果を得るためには少なくともΔｋ・Ｌを２πｎ±０．２５π又は（２ｎ−１）π±０．
２５πの範囲とすることが好ましい。
○第二高調波発生
第二高調波発生により波長変換を行う波長変換素子の基本構成も、図１に示したとおりであり、入射レーザ光が入射側結晶１１に入射する。すると、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光と、入射側結晶１１によって波長変換された光とを含んだ光２２が入射側結晶１１から出射する。そして、入射側結晶１１から出射した光２２は出射側結晶に入射し、出射側結晶から、入射レーザ光と、波長変換された光とを含んだ光２３が出射する。
【００４４】
入射側結晶１１と出射側結晶１２との間隔Ｌと、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の波数ｋ1と、入射側結晶１１によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（３）式を満たすように設定することにより、入射側結晶１１の出射面１３における光２２の位相と、出射側結晶１２の入射面１４における光２２の位相とは同じになる。
【００４５】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝２πｎ （３）
このため入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが入射側結晶１１の出射面１３において一致していれば、（３）式を満たすように間隔Ｌを維持する限り、出射側結晶１２の入射側結晶１１に対する相対位置を変化させても、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過したレーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。
【００４６】
具体的には、例えば非線形光学結晶にＫＢＢＦを用い、波長３８６ｎｍの入射光から２倍波（波長：１９３ｎｍ）を生成すると、（３）式より、
【００４７】
【数２】
【００４８】
となる。
ここで、
ｎ1：入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の波長における窒素の屈折率
ω1：入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の周波数
λ1：入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の波長
ｎ3：入射側結晶１１によって波長変換された光の波長における窒素の屈折率
ω3：入射側結晶１１によって波長変換された光の周波数
である。
【００４９】
１３．２７９３[ｒａｄ／ｃｍ]・Ｌ[ｃｍ]の値が２πの整数倍になる距離、すなわち０．４７ｃｍの整数倍の距離ごとに、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。したがって、入射側結晶１１の出射面１３において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致している場合には、入射側結晶１１と出射側結晶１２との間隔Ｌを０．４７ｃｍの整数倍に設定すれば、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。
【００５０】
また、上記の構成例では入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が同符号である場合について説明したが、入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が異符号である場合は（４）式を満たすように入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔を設定すればよい。
【００５１】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （４）
つまり、１３．２７９３［ｒａｄ／ｃｍ］・Ｌ［ｃｍ］の値がπの奇数倍になる距離、すなわち０．２４ｃｍの奇数倍の間隔で入射側結晶１１と出射側結晶１２を配置すればよい。
【００５２】
なお、上記の計算はΔｋ・Ｌが厳密に２πｎ又は（２ｎ−１）πとなる条件を求めたも
のであるが、構成部材の製造精度などによって生じる誤差を考慮すると、現実に本発明の効果を得るためには少なくともΔｋ・Ｌを２πｎ±０．２５π又は（２ｎ−１）π±０．
２５πの範囲とすることが好ましい。
【００５３】
以上説明した本実施形態の波長変換素子によれば、出射側結晶１２の入射面１４において、入射レーザ光と波長変換された光の位相が一致するように間隔Ｌが設定されているので、入射側結晶と出射側結晶の２つの部分からなる非線形光学結晶を備えた波長変換素子においても、出射側結晶から出射する波長変換された光の出力を最大とすることが可能になる。また、出射側結晶１２が波長変換された光によってダメージを受けた場合は、入射側結晶１１と出射側結晶１２とを相対移動させて、出射側結晶１２への光２２の入射位置を変え、出射側結晶１２のダメージを受けていない部分を使用することにより、波長変換素子の長寿命化が可能である。
○差周波発生
差周波発生により波長変換を行う波長変換素子の基本構成も、図１に示したとおりであり、入射レーザ光が入射側結晶１１に入射する。すると、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光と、入射側結晶１１によって波長変換された光とを含んだ光２２が入射側結晶１１から出射する。そして、入射側結晶１１から出射した光２２は出射側結晶に入射し、出射側結晶から、入射レーザ光と、波長変換された光とを含んだ光２３が出射する。
【００５４】
入射側結晶１１と出射側結晶１２との間隔Ｌと、入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の波数ｋ1と、入射側結晶１１によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（５）式を満たすように設定することにより、入射側結晶１１の出射面１３における光２２の位相と、出射側結晶１２の入射面１４における光２２の位相とは同じになる。
【００５５】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （５）
このため入射側結晶１１を透過した入射レーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが入射側結晶１１の出射面１３において一致していれば、（５）式を満たすように間隔Ｌを維持する限り、出射側結晶１２の入射側結晶１１に対する相対位置を変化させても、出射側結晶１２の入射面１４において、入射側結晶１１を透過したレーザ光の位相と、入射側結晶１１によって波長変換された光の位相とが一致する。
【００５６】
また、上記の構成例では入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が同符号である場合について説明したが、入射側結晶１１と出射側結晶１２の有効非線形定数が異符号である場合は（６）式を満たすように入射側結晶１１と出射側結晶１２の間隔を設定すればよい。
【００５７】
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （６）
この構成は公知の差周波発生により波長変換を行う波長変換素子に用いることができ、出射側結晶１２が波長変換された光によってダメージを受けた場合は、入射側結晶１１と出射側結晶１２とを相対移動させて、出射側結晶１２への光２２の入射位置を変え、出射側結晶１２のダメージを受けていない部分を使用することにより、波長変換素子の長寿命化が可能である。
【００５８】
本発明では入射レーザ光の種類を限定するものではなく、上述した条件を満足させている限り、レーザ光の波長やレーザ光源の種類を問わずに用いることができる。
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態の波長変換素子と、出射光の出力を検出する検出装置と、出射側結晶の位置を制御する制御装置を備えた波長変換光学系に関するものである。図３に示す本実施形態の波長変換光学系は第１の実施形態の波長変換素子２１１と、ハーフミラー３２と、検出装置としての光量モニタリング装置３３と、制御装置３４とを備えている。
【００５９】
図３に示す波長変換光学系においては、入射レーザ光２１が波長変換素子２１１によって波長変換される。そして、その出射光は、ハーフミラー３２によりその一部が反射され、光量モニタリング装置３３に導かれる。光量モニタリング装置３３は、出射される光のパワーをモニタリングし、その出力を制御装置３４に伝送する。制御装置３４は、出射される光のパワーが予め設定された限界値まで下がるとステージ３１に指令を出し、出射側結晶１２の未使用部分を使用するようにステージ３１の移動を制御する。
【００６０】
光による波長変換素子のダメージは、光の出射側に集中して発生する。入射側結晶１１と出射側結晶１２はそれぞれ、光によるダメージが集中しない部分と集中する部分に配置されているので、ある程度の時間が経過すると出射側結晶１２はダメージを受けて使用できなくなる。そのため、ステージ３１を移動させ、出射側結晶１２の未使用部分が使用可能に設定されている。
【００６１】
以上説明したように、出射側結晶の未使用部分を使用することで波長変換素子の寿命が長くなる。また、出射側結晶の未使用部分がなくなった場合は、結晶を交換する必要があるが、光によるダメージが集中しない部分に配置された入射側結晶１１は交換しなくても良く、ダメージが集中する部分に配置された出射側結晶１２のみを交換すれば良いので、従来よりも結晶の交換領域が少ないといった効果もある。
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態は、第１の実施形態の波長変換素子を含む波長変換光学系である。図４は本実施形態の波長変換光学系の一例を示す概略図である。図４に示した波長変換光学系は波長１５４７ｎｍのレーザ光の波長変換を行う。図４において、楕円形で示されるのはコリメータレンズや集光レンズであり、その説明を省略する。また、Ｐ偏光を矢印で、Ｓ偏光を○中に点のある印で示し、基本波をω、ｎ倍波をｎωで示す。
【００６２】
この実施の形態においては、図示しないＤＦＢレーザから放出される基本波（波長１５４７ｎｍ）を、第１のＥＤＦＡ増幅器１と第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅しているが、一つのＥＤＦＡ増幅器で増幅した光を、偏光ビームスプリッタによりＰ偏光とＳ偏光の２つに分けて使用することも可能である。
【００６３】
第１の実施形態の波長変換素子は紫外光を発生して損傷を受けやすい波長変換素子に用いることが有効である。そこで図４の例においては、２２１ｎｍと１９３ｎｍの波長の光を発生する波長変換素子に第１の実施形態の波長変換素子を用いている。すなわち２２１ｎｍの波長の光を発生する７倍波形成波長変換素子１５と１９３ｎｍの波長の光を発生する８倍波形成波長変換素子１６に第１の実施の形態の波長変換素子を用いている。しかし、第１の実施形態の波長変換素子の使用はこれらに限られず、本実施形態における全ての結晶に使用することが可能である。また、これらの波長変換素子を、第２の実施形態に示した検出装置及び制御装置を備えた波長変換光学系に置き換えてもかまわない。
【００６４】
図４（ａ）に示すように、第１のＥＤＦＡ増幅器１で増幅されたＰ偏光の基本波は、第１の２倍波形成波長変換素子（ＰＰＬＮ結晶）３に入射し、第１の２倍波形成波長変換素子３からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。この基本波と２倍波を、３倍波形成波長変換素子（ＬＢＯ結晶）４に入射させる。３倍波形成波長変換素子４からは、基本波と２倍波と共に、Ｓ偏光の３倍波が発生する。なお、２倍波形成波長変換素子３としては、ＰＰＬＮ結晶に限らず、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＡＡＮＰ結晶等を用いることもできる。
【００６５】
これらの光を、２波長波長板５を通すことにより、２倍波だけをＳ偏光に変換する。２波長波長板として、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。一方の波長の光（２倍波）に対しては、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は、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。そして、共にＳ偏光となった２倍波と３倍波を、５倍波形成波長変換素子（ＬＢＯ結晶）６に入射させる。５倍波形成波長変換素子６からは、２倍波と３倍波と共にＰ偏光の５倍波が発生する。なお、Ｐ偏光の基本波はそのまま５倍波形成波長変換素子６を透過する。
【００６６】
５倍波形成波長変換素子６から発生する５倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ７、８により、この楕円形の断面形状を円形に整形する。なお、５倍波形成波長変換素子６としては、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることもできる。
【００６７】
一方、第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅されたＳ偏光の基本波は、ミラーＭを介して（ミラーＭは必ずしも必要ない）第２の２倍波形成波長変換素子（ＬＢＯ結晶）９に入射し、第２の２倍波形成波長変換素子９からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。なお、ＬＢＯ結晶の代わりにｏｏｅ変換のＰＰＬＮ結晶を使用してもよい。この基本波と２倍波を、前述のＰ偏光の５倍波と、ダイクロイックミラー１０により合成する。この例では、ダイクロイックミラー１０は、基本波と２倍波を反射し、５倍波を透過できるようなものとなっている。この光の合成には、バルク型光学素子を用いることが可能であり、例えば、色分解・合成ミラー（ダイクロイックミラー）、反射型及び透過型回折光学素子を用いることが可能である。
【００６８】
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、７倍波形成波長変換素子（ＣＬＢＯ結晶）１５に入射し、７倍波形成波長変換素子１５からは、これらの光と共に、Ｓ偏光の７倍波が発生する。これらの光は、８倍波形成波長変換素子（ＣＬＢＯ結晶）１６に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が合成されてＰ偏光の８倍波が発生する。もし、８倍波のみを８倍波形成光学素子１６から放出される他の波長の光から分離したい場合は、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ、プリズムを使用することにより、これらを分離すればよい。
【００６９】
また、図４（ａ）に示す光学系において、耐久性向上の観点からダイクロイックミラー１０を図４（ｂ）又は図４（ｃ）に示すようなものに置き換えることが好ましい。図４（ａ）のダイクロイックミラー１０は、５倍波を透過し、基本波及び２倍波を反射するが、図４（ｂ）のダイクロイックプリズム（ダイクロイックミラーのキューブ型）１７は、５倍波を反射し、基本波及び２倍波が透過する。また、図４（ｃ）は、５倍波を反射し、基本波及び２倍波を透過するダイクロイックミラー１８と、基本波及び２倍波の光路上に分散補償用平行平板１９が配置されている。分散補償用平行平板１９は、基本波及び２倍波がダイクロイックミラー１８を透過することによりそれぞれ生じる光軸シフトを予め補正するためのものである。
【００７０】
以上の波長変換光学系の構成例は、本発明の実施形態の一例を示すものであって、本発明の波長変換光学系は上記の構成に限定されるものではない。
【００７１】
本実施形態の波長変換光学系は、波長変換素子として第１の実施形態の波長変換素子を用いているので、短波長の光によって波長変換素子の出射側結晶がダメージを受けた場合には、それぞれの出射側結晶の未使用部分を光軸上に再配置することが容易であり、波長変換素子自体を交換することなく変換効率を回復させることができる。また、出射側結晶を電動ステージ等に固定しておけば、出射側結晶の位置変更を外部から容易に行なうことができるので、非線形光学結晶のダメージによる停止時間を短縮することができるという効果を有する。
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態は、第３の実施形態の波長変換光学系を備えた露光装置である。図５に示す露光装置１００において、光源装置２０はレーザ光源と第３の実施形態の波長変換光学系とから構成されている。光リソグラフィ工程で使用される露光装置は、原理的には写真製版と同じであり、フォトマスク（レチクル）上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エハやガラス基板などの上に光学的に投影して転写する。この露光装置１００は、上述した光源装置２０と、照明光学系１０２と、フォトマスク（レチクル）１１０を支持するマスク支持台１０３と、投影光学系１０４と、露光対象物たる半導体ウエハ１１５を載置保持する載置台１０５と、載置台１０５を水平移動させる駆動装置１０６とを備えて構成される。
【００７２】
この露光装置１００においては、上述したレーザ装置２０から出力されるレーザ光が、複数のレンズから構成される照明光学系１０２に入力され、ここを通ってマスク支持台１０３に支持されたフォトマスク１１０の全面に照射される。このように照射されてフォトマスク１１０を透過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１０４を介して載置台１０５に載置された半導体、ウエハ１１５の上に縮小されて結像露光される。
【００７３】
本実施形態の露光装置は、第３の実施形態の波長変換光学系を光源装置に用いているので、短波長の光によって波長変換素子の出射側結晶がダメージを受けた場合には、それぞれの出射側結晶の未使用部分を光軸上に再配置することが容易であり、波長変換素子自体を交換することなく露光光の強度を回復させることができる。また、出射側結晶を電動ステージ等に固定しておけば、出射側結晶の位置変更を外部から容易に行なうことができるので、波長変換素子の劣化に起因するダウンタイムが短くなるといった効果がある。
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態は、第３の実施形態の波長変換光学系を備えたマスク欠陥検査装置である。図６のマスク欠陥検査装置は、フォトマスク上に精密に描かれたデバイスパターンをＴＤＩセンサ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）上に光学的に投影し、センサ画像と所定の参照画像とを比較し、その差からパターンの欠陥を抽出する。マスク欠陥検査装置１２０は、第４の実施形態と同一の光源装置２０と、照明光学系１１２と、フォトマスク１１０を支持するマスク支持台１１３と、マスク支持台を水平移動させる駆動装置１１６と、投影光学系１１４と、ＴＤＩセンサ１２５とを備えて構成される。このマスク欠陥検査装置１２０においては、上述した光源装置２０から出力される光源が、複数のレンズから構成される照明光学系１１２に入力され、ここを通ってマスク支持台１１３に支持されたフォトマスク１１０を透過した光は、フォトマスク１１０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１１４を介してＴＤＩセンサ１２５の所定の位置に結像される。なお、マスク支持台１１３の水平移動速度と、ＴＤＩ１２５の転送クロックとは同期している。被検物はマスクに限られず、ウエハ、液晶パネル等の検査にも用いられる。
【００７４】
本実施形態のマスク欠陥検査装置は、第３の実施形態の波長変換光学系を光源装置に用いているので、短波長の光によって波長変換素子の出射側結晶がダメージを受けた場合には、それぞれの出射側結晶の未使用部分を光軸上に再配置することが容易であり、波長変換素子自体を交換することなく照明光の強度を回復させることができる。また、出射側結晶を電動ステージ等に固定しておけば、出射側結晶の位置変更を外部から容易に行なうことができるので、波長変換素子の劣化に起因するダウンタイムが短くなるといった効果がある。
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態は、第３の実施形態の波長変換光学系を備えた高分子結晶の加工装置である。
【００７５】
図７は第４の実施形態と同一の光源装置２０を用いて構成される高分子結晶の加工装置の概要図である。光源装置２０から放出された紫外短パルスレーザ光１３９は、シャッタ１３２、強度調整素子１３３、照射位置制御機構１３４、集光光学系１３５を介して試料容器１３６中に入れられた高分子結晶１３８に集光照射される。試料容器１３６は、ステージ１３７に搭載され、光軸方向をｚ軸として、ｘ−ｙ−ｚ直行座標系でｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３次元方向の移動が可能とされているとともに、ｚ軸の周りに回転可能となっている。高分子結晶１３８の表面に集光照射されたレーザ光により、高分子結晶の加工が行われる。
【００７６】
ところで、高分子結晶である被加工物を加工する場合、レーザ光が被加工物の何処に照射されているかを確認する必要がある。しかし、レーザ光は、通常可視光でないことが多く、目視することができないので、光学顕微鏡と組み合わせて使用することが好ましい。
【００７７】
その例を図８に示す。紫外短パルスレーザシステム１４１（図７の符号２０、１３２〜１３４に対応）からのレーザ光を、集光光学系１３５を介して所定の点に集光する。ステージ１３７は図７において説明したような機能を有しており、高分子結晶１３８の入った試料容器１３６がステージ１３７上に載置されている。照明光源１４２からの可視光は、反射光１４３で反射され、試料容器１３６をケーラー照明する。高分子結晶１３８は、光学顕微鏡の対物レンズ１４４、接眼レンズ１４５を介して眼１４６により目視される。
【００７８】
光学顕微鏡の光軸位置には、十字状のマークが形成されており、光軸位置が目視できるようになっている。そして、光学顕微鏡の焦点位置（合焦位置、すなわち目視したときピントが合う物面）は固定とされている。集光光学系１３５により集光されたレーザ光は、光学顕微鏡の光軸位置で、かつ光学顕微鏡の焦点位置に集光されるようになっている。よって、ステージ１３７上に被加工物を載置し、光学顕微鏡でその像を観察した場合、ピントが合っており、かつ十字マークの中心にある位置に、レーザシステム１４１からのレーザ光が集光されるようになっている。なお、レーザシステム１４１、集光光学系１３５、及び光学顕微鏡部の相対位置関係は固定されており、ステージ１３７のみがこれらの固定系に対して相対的に移動可能とされている。
【００７９】
よって、加工を行いたい場所が光学顕微鏡の光軸位置でかつ合焦位置となるようにステージ１３７を移動させながら加工を行うことにより、所望の場所の加工、及び所望の形状の加工を行うことができる。もし、自動的に加工を行わせたいのであれば、光学顕微鏡に自動焦点調整装置をつけてステージ１３７をその指令により駆動すると共に、ステージ１３７の予め定められた所定部分が光学顕微鏡の光軸になるように、ステージ１３７を駆動するようにすればよい。または、初めに基準となる位置を合わせた後、サーボ機構によりステージ１３７を２次元又は３次元に駆動するようにしてもよい。
【００８０】
本実施形態の加工装置は、第３の実施形態の波長変換光学系を光源装置に用いているので、短波長の光によって波長変換素子の出射側結晶がダメージを受けた場合には、それぞれの出射側結晶の未使用部分を光軸上に再配置することが容易であり、波長変換素子自体を交換することなく照射光の強度を回復させることができる。また、出射側結晶を電動ステージ等に固定しておけば、出射側結晶の位置変更を外部から容易に行なうことができるので、波長変換素子の劣化に起因するダウンタイムが短くなるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態の例である波長変換素子の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態の例である波長変換素子の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態の例である波長変換素子、制御装置、検出装置からなる波長変換光学系を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態の例である８倍波発生に用いる波長変換光学系を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態の例である露光装置の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の例であるマスク検査装置の概要を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の例である高分子結晶の加工装置の概要を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の例である高分子結晶の加工装置を、光学顕微鏡と組み合わせた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
３ ２倍波形成波長変換素子
４ ３倍波形成波長変換素子
６ ５倍波形成波長変換素子
９ ２倍波形成波長変換素子
１１ 入射側結晶
１２ 出射側結晶
１３ 入射側結晶の出射面
１４ 出射側結晶の入射面
１５ ７倍波形成波長変換素子
１６ ８倍波形成波長変換素子
２０ 光源装置
２１ 入射レーザ光
２２ 入射側結晶からの出射光
２３ 出射側結晶からの出射光
３１ ステージ
３２ ハーフミラー
３３ 光量モニタリング装置
３４ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形光学結晶により入射レーザ光の波長変換を行う波長変換素子であって、
前記非線形光学結晶は、前記入射レーザ光の光軸方向に沿って直列に配置された入射側結晶と出射側結晶との２つの部分からなり、
前記入射側結晶と前記出射側結晶とは、光軸方向に所定の間隔Ｌを維持しつつ、相対位置を変化可能に構成され、
前記所定の間隔Ｌは、前記出射側結晶の入射面において、前記入射側結晶を透過した入射レーザ光の位相と前記入射側結晶によって波長変換された光の位相の差が０又はπであるように設定されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
第１の入射レーザ光と第２の入射レーザ光との和周波発生により波長変換を行う請求項１に記載の波長変換素子であって、
前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、前記入射側結晶を透過した第１の入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶を透過した第２の入射レーザ光の波数ｋ2と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（１）式又は（２）式を満たすことを特徴とする波長変換素子。
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （１）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （２）
【請求項３】
入射レーザ光の第二高調波発生により波長変換を行う請求項１に記載の波長変換素子であって、
前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、前記入射側結晶を透過した入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（３）式又は（４）式を満たすことを特徴とする波長変換素子。
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝２πｎ （３）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （４）
【請求項４】
第１の入射レーザ光と第２の入射レーザ光との差周波発生により波長変換を行う請求項１に記載の波長変換素子であって、
前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、前記入射側結晶を透過した第１の入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶を透過した第２の入射レーザ光の波数ｋ2と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（５）式又は（６）式を満たすことを特徴とする波長変換素子。
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （５）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （６）
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長変換素子において、前記出射側結晶の入射面の面積は、前記入射側結晶の出射面の面積よりも大きいことを特徴とする波長変換素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長変換素子において、
前記出射側結晶は、光軸と垂直な平面上を移動可能に構成されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換素子を含む波長変換光学系。
【請求項８】
前記入射レーザ光を発生するレーザ光源と請求項７に記載の波長変換光学系とを有する光源装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光源装置と、
所定の露光パターンが設けら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対象物保持部と、
前記レーザ装置から出射される紫外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させる照明光学系と、
前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されてここを通過した照射光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系とを備えて構成されることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光源装置と、
所定のパターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、
前記パターンの投影像を検出する検出器と、
前記光源装置から出射される紫外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させる照明光学系と、
前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されて、
通過した照明光を前記検出器に投影させる投影光学系とを有することを特徴とするマスク欠陥検査装置。
【請求項１１】
高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、
請求項８に記載の光源装置と、当該光源装置から放出されるレーザ光を、被加工物である高分子結晶に導き、
当該高分子結晶の被加工物場所に集光させる光学系と、
前記光学系と前記高分子結晶の相対位置を変化させる機構を有することを特徴とする高分子結晶の加工装置。
【請求項１２】
前記レーザ光が集光される位置を、前記高分子結晶と同時に観測する観測装置、又は測定する測定装置を有することを特徴とする請求項１１に記載の高分子結晶の加工装置。
【請求項１３】
前記観測装置、又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置又は光学的測定装置であり、これら観測装置、測定装置は、前記光学系と機械的に固定された関係にあり、
前記観測装置、測定装置の基準点と、前記レーザ光が集光される位置が一致しており、
前記観測装置、測定装置の基準点位置を観測又は測定することにより、
間接的に、前記レーザ光が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とする請求項１２に記載の高分子結晶の加工装置。
【請求項１４】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換素子によって入射レーザ光の波長を変換する方法であって、
前記入射レーザ光を前記波長変換素子へ入射する工程と、
出射光の出力を検出する工程と、
検出された出射光の出力が所定の値以下になったとき、
前記出射側結晶の未使用部分を使用するように、前記出射側結晶の入射側結晶に対する相対位置を変化させる工程とを有することを特徴とする波長変換方法。
【請求項１】
非線形光学結晶により入射レーザ光の波長変換を行う波長変換素子であって、
前記非線形光学結晶は、前記入射レーザ光の光軸方向に沿って直列に配置された入射側結晶と出射側結晶との２つの部分からなり、
前記入射側結晶と前記出射側結晶とは、光軸方向に所定の間隔Ｌを維持しつつ、相対位置を変化可能に構成され、
前記所定の間隔Ｌは、前記出射側結晶の入射面において、前記入射側結晶を透過した入射レーザ光の位相と前記入射側結晶によって波長変換された光の位相の差が０又はπであるように設定されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
第１の入射レーザ光と第２の入射レーザ光との和周波発生により波長変換を行う請求項１に記載の波長変換素子であって、
前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、前記入射側結晶を透過した第１の入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶を透過した第２の入射レーザ光の波数ｋ2と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（１）式又は（２）式を満たすことを特徴とする波長変換素子。
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （１）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1−ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （２）
【請求項３】
入射レーザ光の第二高調波発生により波長変換を行う請求項１に記載の波長変換素子であって、
前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、前記入射側結晶を透過した入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（３）式又は（４）式を満たすことを特徴とする波長変換素子。
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝２πｎ （３）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−２ｋ1）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （４）
【請求項４】
第１の入射レーザ光と第２の入射レーザ光との差周波発生により波長変換を行う請求項１に記載の波長変換素子であって、
前記入射側結晶と出射側結晶の間の光路における、前記入射側結晶を透過した第１の入射レーザ光の波数ｋ1と、前記入射側結晶を透過した第２の入射レーザ光の波数ｋ2と、前記入射側結晶によって波長変換された光の波数ｋ3とが、整数をｎとして、（５）式又は（６）式を満たすことを特徴とする波長変換素子。
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝２πｎ （５）
Δｋ・Ｌ＝（ｋ3−ｋ1＋ｋ2）・Ｌ＝（２ｎ−１）π （６）
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長変換素子において、前記出射側結晶の入射面の面積は、前記入射側結晶の出射面の面積よりも大きいことを特徴とする波長変換素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長変換素子において、
前記出射側結晶は、光軸と垂直な平面上を移動可能に構成されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換素子を含む波長変換光学系。
【請求項８】
前記入射レーザ光を発生するレーザ光源と請求項７に記載の波長変換光学系とを有する光源装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光源装置と、
所定の露光パターンが設けら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対象物保持部と、
前記レーザ装置から出射される紫外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させる照明光学系と、
前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されてここを通過した照射光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系とを備えて構成されることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光源装置と、
所定のパターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、
前記パターンの投影像を検出する検出器と、
前記光源装置から出射される紫外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させる照明光学系と、
前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されて、
通過した照明光を前記検出器に投影させる投影光学系とを有することを特徴とするマスク欠陥検査装置。
【請求項１１】
高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、
請求項８に記載の光源装置と、当該光源装置から放出されるレーザ光を、被加工物である高分子結晶に導き、
当該高分子結晶の被加工物場所に集光させる光学系と、
前記光学系と前記高分子結晶の相対位置を変化させる機構を有することを特徴とする高分子結晶の加工装置。
【請求項１２】
前記レーザ光が集光される位置を、前記高分子結晶と同時に観測する観測装置、又は測定する測定装置を有することを特徴とする請求項１１に記載の高分子結晶の加工装置。
【請求項１３】
前記観測装置、又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置又は光学的測定装置であり、これら観測装置、測定装置は、前記光学系と機械的に固定された関係にあり、
前記観測装置、測定装置の基準点と、前記レーザ光が集光される位置が一致しており、
前記観測装置、測定装置の基準点位置を観測又は測定することにより、
間接的に、前記レーザ光が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とする請求項１２に記載の高分子結晶の加工装置。
【請求項１４】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換素子によって入射レーザ光の波長を変換する方法であって、
前記入射レーザ光を前記波長変換素子へ入射する工程と、
出射光の出力を検出する工程と、
検出された出射光の出力が所定の値以下になったとき、
前記出射側結晶の未使用部分を使用するように、前記出射側結晶の入射側結晶に対する相対位置を変化させる工程とを有することを特徴とする波長変換方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−９９９４１（Ｐ２０１１−９９９４１Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５３６００（Ｐ２００９−２５３６００）
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【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５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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