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JP2012252289A - Laser device, exposure apparatus, and inspection apparatus - Google Patents

Laser device, exposure apparatus, and inspection apparatus Download PDF

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JP2012252289A
JP2012252289A JP2011126908A JP2011126908A JP2012252289A JP 2012252289 A JP2012252289 A JP 2012252289A JP 2011126908 A JP2011126908 A JP 2011126908A JP 2011126908 A JP2011126908 A JP 2011126908A JP 2012252289 A JP2012252289 A JP 2012252289A
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wavelength conversion
optical element
laser
conversion optical
light
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JP2011126908A
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Hitoshi Kawai
斉 河井
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Nikon Corp
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser device capable of efficiently using a wavelength conversion optical element without requiring a considerable man-hour to create a light resistance intensity map or the like.SOLUTION: A laser device LS comprises a laser light output part 1 for outputting fundamental wave laser light La, and a wavelength conversion part 3 for converting a wavelength of the fundamental wave laser light to output conversion light Lv. The wavelength conversion part 3 includes a damage detection device 60(70) for detecting occurence of damage in a beam propagation region of a wavelength conversion optical element by detecting state change of light emitted from the wavelength conversion optical element to output a detection signal.

Description

本発明は、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出力されたレーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備えて構成されるレーザ装置に関する。   The present invention relates to a laser device configured to include a laser light output unit that outputs laser light, and a wavelength conversion unit that converts the wavelength of laser light output from the laser light output unit and outputs the laser light.

上記のようなレーザ装置として、露光装置や各種検査装置、光治療装置などに好適に用いられる全固体型のレーザ装置が知られている。このようなレーザ装置は、所定波長の基本波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出力された基本波レーザ光を波長変換する波長変換部とを備えて構成される。波長変換部には波長変換光学素子が設けられており、例えば、赤外領域の基本波レーザ光を複数の波長変換光学素子により順次波長変換し、紫外領域のレーザ光を出力するように構成される(特許文献1、特許文献2を参照)。   As the laser apparatus as described above, an all-solid-state laser apparatus that is suitably used for an exposure apparatus, various inspection apparatuses, phototherapy apparatuses, and the like is known. Such a laser apparatus includes a laser beam output unit that outputs a fundamental wave laser beam having a predetermined wavelength, and a wavelength conversion unit that converts the wavelength of the fundamental wave laser beam output from the laser beam output unit. The wavelength conversion unit is provided with a wavelength conversion optical element, for example, configured to sequentially convert the wavelength of the fundamental laser beam in the infrared region by a plurality of wavelength conversion optical elements and output the laser beam in the ultraviolet region. (See Patent Document 1 and Patent Document 2).

特許文献1に記載されたレーザ装置の概要構成を図9に示す。このレーザ装置は、波長1.5μm程度の基本波レーザ光を出力するレーザ光出力部901と、レーザ光出力部901から出力された基本波レーザ光を波長変換して波長200nm以下の紫外レーザ光を出力する波長変換部903とを備えて構成される。レーザ光出力部901には、基本波レーザ光の種光を発生するレーザ光源911と、レーザ光源911により発生された種光を増幅するファイバ光増幅器921とが設けられている。波長変換部903には、波長変換光学素子931〜936、偏光ビームスプリッタやミラー等の光学素子941〜945、レンズ951〜958などが設けられている。   FIG. 9 shows a schematic configuration of the laser apparatus described in Patent Document 1. This laser device includes a laser beam output unit 901 that outputs a fundamental laser beam having a wavelength of about 1.5 μm, and an ultraviolet laser beam having a wavelength of 200 nm or less by converting the wavelength of the fundamental laser beam output from the laser beam output unit 901. And a wavelength conversion unit 903 for outputting. The laser light output unit 901 is provided with a laser light source 911 that generates seed light of the fundamental laser light and a fiber optical amplifier 921 that amplifies the seed light generated by the laser light source 911. The wavelength conversion unit 903 is provided with wavelength conversion optical elements 931 to 936, optical elements 941 to 945 such as a polarization beam splitter and a mirror, lenses 951 to 958, and the like.

レーザ光源911により発生されファイバ光増幅器921により増幅された波長1.5μm程度の基本波レーザ光は、レーザ光出力部901から出力され、波長変換部903の偏光ビームスプリッタ941に入射する。偏光ビームスプリッタ941に入射した基本波レーザ光のうち、p偏光成分の光は偏光ビームスプリッタ941を透過し、レンズ951を介して波長変換光学素子931に集光入射する。一方、偏光ビームスプリッタ941に入射した基本波レーザ光のうち、s偏光成分の光は偏光ビームスプリッタ941により反射され、ミラー942,943及びレンズ956を介して波長変換光学素子934に集光入射する。   The fundamental laser beam having a wavelength of about 1.5 μm generated by the laser light source 911 and amplified by the fiber optical amplifier 921 is output from the laser beam output unit 901 and enters the polarization beam splitter 941 of the wavelength conversion unit 903. Of the fundamental laser light that has entered the polarization beam splitter 941, the p-polarized component light is transmitted through the polarization beam splitter 941 and condensed and incident on the wavelength conversion optical element 931 via the lens 951. On the other hand, of the fundamental laser light incident on the polarization beam splitter 941, the light of the s-polarized component is reflected by the polarization beam splitter 941 and condensed and incident on the wavelength conversion optical element 934 via the mirrors 942 and 943 and the lens 956. .

波長変換光学素子931ではp偏光の基本波(基本波レーザ光)の第2高調波発生が行われ、波長が基本波の1/2、周波数が基本波の2倍の2倍波(第2高調波)が発生する。波長変換光学素子931として、例えばPPLN(Periodically Poled LiNbO3)結晶が用いられる。波長変換光学素子931で発生したp偏光の2倍波と、波長変換光学素子931を透過したp偏光の基本波は、レンズ952を介して波長変換光学素子932に集光入射する。 The wavelength conversion optical element 931 generates the second harmonic of the p-polarized fundamental wave (fundamental laser beam), and the wavelength is ½ of the fundamental wave and the frequency is twice the fundamental wave (second wave). Harmonics). As the wavelength converting optical element 931, for example, a PPLN (Periodically Poled LiNbO 3 ) crystal is used. The double wave of the p-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 931 and the fundamental wave of the p-polarization transmitted through the wavelength conversion optical element 931 are condensed and incident on the wavelength conversion optical element 932 via the lens 952.

波長変換光学素子932では基本波と2倍波との和周波発生が行われ、3倍波(第3高調波)が発生する。波長変換光学素子932として、例えばLBO(LiB35)結晶が用いられる。波長変換光学素子932で発生したs偏光の3倍波と、波長変換光学素子932を透過したp偏光の2倍波は、2波長波長板945を通して2倍波のみ偏光面を回転させ、レンズ953を介して波長変換光学素子933に集光入射する。 The wavelength conversion optical element 932 generates a sum frequency of the fundamental wave and the second harmonic, and generates a third harmonic (third harmonic). As the wavelength conversion optical element 932, for example, an LBO (LiB 3 O 5 ) crystal is used. The third wave of the s-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 932 and the second wave of the p-polarized light transmitted through the wavelength conversion optical element 932 rotate the polarization plane only through the two-wavelength wave plate 945 and the lens 953 Then, the light is focused and incident on the wavelength conversion optical element 933.

波長変換光学素子933では2倍波と3倍波との和周波発生が行われ、5倍波(第5高調波)が発生する。波長変換光学素子933として、例えばBBO(β-BaB24)結晶が用いられる。波長変換光学素子933で発生したp偏光の5倍波は、レンズ954,955を介してダイクロイックミラー944に入射する。 The wavelength conversion optical element 933 generates a sum frequency of the second harmonic and the third harmonic, and generates a fifth harmonic (fifth harmonic). As the wavelength converting optical element 933, for example, a BBO (β-BaB 2 O 4 ) crystal is used. The p-polarized fifth harmonic wave generated by the wavelength conversion optical element 933 enters the dichroic mirror 944 via the lenses 954 and 955.

波長変換光学素子934ではs偏光の基本波(基本波レーザ光)の第2高調波発生が行われ、2倍波が発生する。波長変換光学素子934として、例えばLBO結晶が用いられる。波長変換光学素子934で発生したp偏光の2倍波と、波長変換光学素子934を透過したs偏光の基本波は、レンズ957,958を介してダイクロイックミラー944に入射する。   In the wavelength conversion optical element 934, the second harmonic generation of the s-polarized fundamental wave (fundamental laser beam) is performed, and a second harmonic is generated. As the wavelength conversion optical element 934, for example, an LBO crystal is used. The double wave of the p-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 934 and the fundamental wave of the s-polarized light transmitted through the wavelength conversion optical element 934 are incident on the dichroic mirror 944 via the lenses 957 and 958.

ダイクロイックミラー944は、5倍波の波長帯域の光を透過し、基本波及び2倍波の波長帯域の光を反射するように構成されている。そのため、波長変換光学素子933により発生されたp偏光の5倍波はダイクロイックミラー944を透過して波長変換光学素子935に集光入射する。また、波長変換光学素子934で発生したp偏光の2倍波及び波長変換光学素子934を透過したs偏光の基本波は、ダイクロイックミラー944により反射されて5倍波と同軸に重ね合わされ、波長変換光学素子935に集光入射する。   The dichroic mirror 944 is configured to transmit light in the fifth harmonic waveband and reflect light in the fundamental and second harmonic wavebands. Therefore, the 5th harmonic wave of the p-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 933 passes through the dichroic mirror 944 and is condensed and incident on the wavelength conversion optical element 935. Further, the p-polarized double wave generated by the wavelength conversion optical element 934 and the s-polarized fundamental wave transmitted through the wavelength conversion optical element 934 are reflected by the dichroic mirror 944 and superimposed coaxially with the fifth harmonic, thereby converting the wavelength. The light is focused and incident on the optical element 935.

波長変換光学素子935では5倍波と2倍波との和周波発生が行われ、7倍波(第7高調波)が発生する。波長変換光学素子935で発生したs偏光の7倍波と、波長変換光学素子935を透過したs偏光の基本波は、波長変換光学素子936に入射して和周波発生が行われ、波長が基本波の1/8、周波数が基本波の8倍の8倍波(第8高調波)が発生する。波長変換光学素子935,936として、例えばCLBO(CsLiB610)結晶が用いられる。8倍波は波長が200nm以下の紫外領域のレーザ光であり、このようにして発生された紫外レーザ光がレーザ装置から出力される。 The wavelength conversion optical element 935 generates a sum frequency of a fifth harmonic and a second harmonic, and generates a seventh harmonic (seventh harmonic). The 7th harmonic wave of the s-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 935 and the fundamental wave of the s-polarized light transmitted through the wavelength conversion optical element 935 are incident on the wavelength conversion optical element 936 to generate sum frequency, and the wavelength is fundamental. An eighth harmonic wave (eighth harmonic wave) that is 1/8 of the wave and whose frequency is eight times that of the fundamental wave is generated. As the wavelength conversion optical elements 935 and 936, for example, CLBO (CsLiB 6 O 10 ) crystal is used. The eighth harmonic wave is laser light in the ultraviolet region having a wavelength of 200 nm or less, and the ultraviolet laser light generated in this way is output from the laser device.

特開2006−308908号公報JP 2006-308908 A 特開2004−86193号公報JP 2004-86193 A

波長変換光学素子の波長変換効率は、一般的に入射光のパワー密度に比例するため、各波長変換光学素子に入射するレーザ光は集光レンズを介して集光入射される。ところが、レーザ装置に対する高出力化の要請に伴い、波長変換部に入射する基本波レーザ光のパワーを高めてゆくと、レーザ光が透過する波長変換光学素子のビーム伝搬領域で損傷が発生し、その結果、出力光のパワーが低下するという問題が生じていた。   Since the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion optical element is generally proportional to the power density of the incident light, the laser light incident on each wavelength conversion optical element is condensed and incident via the condenser lens. However, as the power of the fundamental laser beam incident on the wavelength conversion unit increases with the demand for higher output for the laser device, damage occurs in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element through which the laser beam is transmitted, As a result, there has been a problem that the power of the output light is reduced.

例えば、前述した波長変換部903において、基本波を2倍波に変換する波長変換光学素子931は、PPLN結晶等の疑似位相整合(QPM:Quasi Phase Matching)型の波長変換光学素子(以下、QPM結晶と称する)が用いられている。このようなQPM結晶は、入射光のパワー密度が高くなると、フォトリフラクティブ効果によって結晶内部の屈折率が変化する光損傷(optical damage)が発生する。   For example, in the wavelength conversion unit 903 described above, the wavelength conversion optical element 931 that converts a fundamental wave into a double wave is a quasi phase matching (QPM) type wavelength conversion optical element (hereinafter, QPM) such as a PPLN crystal. Called crystal). In such a QPM crystal, when the power density of incident light increases, optical damage in which the refractive index inside the crystal changes due to the photorefractive effect occurs.

また、波長変換光学素子932〜936は、LBO,BBO,CLBO等のバルク結晶が用いられるが、これらの結晶では、結晶の育成段階で内包された不純物や結晶構造の不完全性などにより、入射光のパワー密度が高くなってくると、これらの欠陥部で損傷が発生する。欠陥に基づく損傷はQPM結晶についても同様に発生し得る。   The wavelength conversion optical elements 932 to 936 use bulk crystals such as LBO, BBO, and CLBO. However, these crystals are incident due to impurities included in the crystal growth stage or imperfections in the crystal structure. As the power density of light increases, damage occurs at these defects. Damage based on defects can occur in QPM crystals as well.

上記のような高パワー領域での損傷の発生は、一般的に、結晶の種類や製造ロット等によって相違するが、同一結晶内でも、比較的短時間のレーザ光入射で損傷が発生する(耐久性が低い)場所と、長時間レーザ光を入射しても損傷が発生しにくい(耐久性が高い)場所とが存在する。   The occurrence of damage in the high power region as described above generally differs depending on the type of crystal, production lot, etc., but even within the same crystal, damage occurs due to relatively short laser beam incidence (durability). There are places where damage is difficult (high durability) even if laser light is incident for a long time.

このような状況に対処する手法として、個々の波長変換光学素子について耐久性を予め計測しておき、計測結果に基づいて各波長変換光学素子を入射面内でシフトさせることが考えられる。すなわち、個々の波長変換光学素子について、レーザ光の入射位置を変えて所定パワーのレーザ光を入射し、各位置で損傷が発生するまでの時間(耐久性)を予め計測しておく。そして、計測された各部の耐久性に応じて、所定時間ごとに波長変換光学素子をシフトして(あるいは所定速度で波長変換光学素子を移動させて)、損傷が発生する以前に常に新しい結晶面にレーザ光が入射するように構成する。   As a method for dealing with such a situation, it is conceivable to measure the durability of each wavelength conversion optical element in advance and shift each wavelength conversion optical element within the incident plane based on the measurement result. That is, for each wavelength conversion optical element, the laser light having a predetermined power is incident while changing the incident position of the laser light, and the time (durability) until damage occurs at each position is measured in advance. Then, according to the measured durability of each part, the wavelength conversion optical element is shifted every predetermined time (or the wavelength conversion optical element is moved at a predetermined speed), and the crystal plane is always new before damage occurs. The laser beam is configured to be incident on.

しかしながら、仮に波長変換光学素子を一定時間ごとにシフトさせるとすれば、その周期は最も耐久性が低い位置での損傷発生時間以内とする必要があり、比較的高価な波長変換光学素子の効率的な利用が図れない。一方、耐久性が高い場所と低い場所とでシフトさせる周期(若しくは移動速度)を変化させるとすれば、各部の耐久性を比較的細かく計測してマッピングしておく必要があり、多大な工数を要するとともに、波長変換光学素子の継時変化による耐久性の低下に対応することができない。   However, if the wavelength conversion optical element is shifted at regular intervals, the period must be within the damage occurrence time at the position with the lowest durability, and the efficiency of the relatively expensive wavelength conversion optical element can be reduced. Cannot be used effectively. On the other hand, if the period (or moving speed) to be shifted is changed between a place with high durability and a place with low durability, it is necessary to measure and map the durability of each part comparatively finely, which requires a lot of man-hours. In addition, it is impossible to cope with a decrease in durability due to a change over time of the wavelength conversion optical element.

本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、多大な工数を要することなく、波長変換光学素子を効率的に利用可能なレーザ装置を提供することを目的とする。また、これにより効率的な稼働を可能とした露光装置等を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser device that can efficiently use a wavelength conversion optical element without requiring a large number of steps. It is another object of the present invention to provide an exposure apparatus and the like that can operate efficiently.

上記課題を解決して目的を達成するため、本発明を例示する第1の態様はレーザ装置である。レーザ装置は、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出力されたレーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備える。波長変換部には、入射したレーザ光を波長変換して出射する波長変換光学素子と、波長変換光学素子から放射される光の状態変化を検出することにより、波長変換光学素子を透過するレーザ光のビーム伝播領域において損傷が発生したことを検出して検出信号を出力する損傷検出手段(例えば、実施形態における損傷検出装置60,70)とを備えて構成される。   In order to solve the above problems and achieve the object, a first aspect illustrating the present invention is a laser device. The laser device includes a laser light output unit that outputs laser light, and a wavelength conversion unit that converts the wavelength of the laser light output from the laser light output unit and outputs the laser light. The wavelength converter includes a wavelength conversion optical element that converts the wavelength of incident laser light and emits it, and a laser beam that passes through the wavelength conversion optical element by detecting a change in the state of light emitted from the wavelength conversion optical element. And damage detection means (for example, damage detection devices 60 and 70 in the embodiment) that detect that damage has occurred in the beam propagation region and output a detection signal.

なお、前記損傷検出手段は、前記波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビーム径が、波長変換を開始した初期状態のビーム径から所定以上増加したときに、当該ビーム径の増加状態を検出して検出信号を出力するように構成することができる。あるいは、前記損傷検出手段は、前記ビーム伝播領域において散乱光が発生したときに、当該散乱光を検出して検出信号を出力するように構成することができる。   The damage detection means detects an increase state of the beam diameter when the beam diameter of the laser light emitted from the wavelength conversion optical element increases by a predetermined amount or more from the initial beam diameter when the wavelength conversion is started. Thus, the detection signal can be output. Alternatively, the damage detection means can be configured to detect the scattered light and output a detection signal when the scattered light is generated in the beam propagation region.

ビーム径の増加状態を検出する場合、損傷検出手段は、前記初期状態において波長変換光学素子から出射されたレーザ光がそのまま通過し、前記ビーム径の増加状態において波長変換光学素子から出射されたレーザ光の外周部が掛かるように設定された開口(例えば、実施形態におけるアパーチャ61の開口)と、波長変換光学素子から出射され開口で反射されたレーザ光を検出する反射光検出器とから構成することができる。なお、ビーム径の増加状態を検出する場合の一つの形態は、波長変換光学素子が疑似位相整合型の波長変換光学結晶である場合である。   When detecting an increase state of the beam diameter, the damage detection means passes the laser beam emitted from the wavelength conversion optical element in the initial state as it is, and the laser emitted from the wavelength conversion optical element in the increase state of the beam diameter. An aperture (for example, the aperture of the aperture 61 in the embodiment) set so that the outer peripheral portion of the light is applied, and a reflected light detector that detects the laser beam emitted from the wavelength conversion optical element and reflected by the aperture are configured. be able to. One form of detecting an increase in the beam diameter is when the wavelength conversion optical element is a quasi phase matching type wavelength conversion optical crystal.

本発明を例示する第2の態様は露光装置である。この露光装置は、上記いずれかのレーザ装置と、所定の露光パターンが形成されたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する露光対象物支持部と、レーザ装置から出力されたレーザ光をマスク支持部に保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、フォトマスクを透過した光を露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系とを備えて構成される。   A second aspect illustrating the present invention is an exposure apparatus. This exposure apparatus is output from one of the laser apparatuses described above, a mask support section that holds a photomask on which a predetermined exposure pattern is formed, an exposure object support section that holds an exposure object, and a laser apparatus. An illumination optical system for irradiating a photomask held by a mask support with laser light, and a projection optical system for projecting light transmitted through the photomask onto an exposure target held by an exposure target support Is done.

本発明を例示する第3の態様は検査装置である。この検査装置は、上記いずれかのレーザ装置と、被検物を保持する被検物支持部と、レーザ装置から出力されたレーザ光を被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、被検物からの光を検出する検出器とを備えて構成される。   A third aspect illustrating the present invention is an inspection apparatus. This inspection apparatus irradiates the test object held by the test object support part with any one of the above laser apparatuses, the test object support part that holds the test object, and the laser beam output from the laser apparatus. An illumination optical system and a detector that detects light from the test object are provided.

第1の態様のレーザ装置は、波長変換部に、波長変換光学素子から放射される光の状態変化を検出することにより、波長変換光学素子を透過するレーザ光のビーム伝播領域において損傷が発生したことを検出して検出信号を出力する損傷検出手段を備えて構成される。そのため、波長変換光学素子のビーム伝播領域において損傷が発生するまで波長変換光学素子をシフト等させることなく使用することができる。また損傷が発生したときには損傷検出手段から検出信号が出力されるため、当該検出信号に基づいて直ちに波長変換光学素子をシフト等させることができる。従って、個々の波長変換光学素子について予め結晶各部の耐久性を計測してマッピングしておくような多大な工数を要することなく、波長変換光学素子を最大限効率的に利用可能なレーザ装置を提供することができる。   In the laser device according to the first aspect, damage is generated in the beam propagation region of the laser light transmitted through the wavelength conversion optical element by detecting a change in the state of the light emitted from the wavelength conversion optical element in the wavelength conversion unit. Damage detection means for detecting this and outputting a detection signal is provided. Therefore, the wavelength conversion optical element can be used without shifting until damage occurs in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element. Further, when damage occurs, a detection signal is output from the damage detection means, so that the wavelength conversion optical element can be immediately shifted based on the detection signal. Accordingly, a laser apparatus that can use the wavelength conversion optical element to the maximum efficiency without requiring a great amount of man-hours for measuring and mapping the durability of each crystal part in advance for each wavelength conversion optical element is provided. can do.

第2の態様の露光装置は、上記のような損傷検出手段を有するレーザ装置を備えて構成される。そのため、波長変換光学素子のビーム伝播領域において損傷が発生するまで波長変換光学素子をシフト等させることなくレーザ装置を使用することができ、損傷が発生したときには損傷検出手段から出力される検出信号に基づいて波長変換光学素子をシフト等させることができる。従って、本露光装置では、レーザ装置において波長変換光学素子を交換するたびに多大な工数を要するようなことがなく、かつ各波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができ、これにより効率的な稼働を可能とした露光装置を提供することができる。   The exposure apparatus of the second aspect is configured to include a laser apparatus having the damage detection means as described above. Therefore, the laser device can be used without shifting the wavelength conversion optical element until damage occurs in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element, and when the damage occurs, the detection signal output from the damage detection means is used. Based on this, the wavelength conversion optical element can be shifted. Therefore, in this exposure apparatus, each time the wavelength conversion optical element is replaced in the laser apparatus, it does not require a great deal of man-hours, and each wavelength conversion optical element can be used to the maximum efficiency. An exposure apparatus capable of efficient operation can be provided.

第3の態様の検査装置は、上記のような損傷検出手段を有するレーザ装置を備えて構成される。そのため、波長変換光学素子のビーム伝播領域において損傷が発生するまで波長変換光学素子をシフト等させることなくレーザ装置を使用することができ、損傷が発生したときには損傷検出手段から出力される検出信号に基づいて波長変換光学素子をシフト等させることができる。従って、本検査装置では、レーザ装置において波長変換光学素子を交換するたびに多大な工数を要するようなことがなく、かつ各波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができ、これにより効率的な稼働を可能とした検査装置を提供することができる。   The inspection apparatus according to the third aspect includes a laser device having the above-described damage detection means. Therefore, the laser device can be used without shifting the wavelength conversion optical element until damage occurs in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element, and when the damage occurs, the detection signal output from the damage detection means is used. Based on this, the wavelength conversion optical element can be shifted. Therefore, in this inspection apparatus, each time the wavelength conversion optical element is replaced in the laser apparatus, it does not require a large number of man-hours, and each wavelength conversion optical element can be used to the maximum efficiency. An inspection apparatus capable of efficient operation can be provided.

レーザ装置の全体構成を例示する概要構成図である。It is a schematic block diagram which illustrates the whole structure of a laser apparatus. 上記レーザ装置における波長変換光学系の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the wavelength conversion optical system in the said laser apparatus. 第1構成形態の損傷検出装置の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the damage detection apparatus of a 1st structure form. 波長変換光学素子で損傷が発生する前後におけるビームプロファイルの変化を模式的に表した説明図である。It is explanatory drawing which represented typically the change of the beam profile before and after a damage generate | occur | produces with a wavelength conversion optical element. 第2構成形態の損傷検出装置の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the damage detection apparatus of a 2nd structure form. 波長変換光学素子で損傷が発生する前後における散乱光の発生状況を模式的に表した説明図である。It is explanatory drawing which represented typically the generation | occurrence | production state of the scattered light before and after damage generate | occur | produces with a wavelength conversion optical element. レーザ装置を備えたシステムの第1の適用例として示す露光装置の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the exposure apparatus shown as a 1st application example of the system provided with the laser apparatus. レーザ装置を備えたシステムの第2の適用例として示す検査装置の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the test | inspection apparatus shown as the 2nd application example of the system provided with the laser apparatus. 従来のレーザ装置における波長変換光学系の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the wavelength conversion optical system in the conventional laser apparatus.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図1に本発明を適用したレーザ装置LSの概要構成を示す。レーザ装置LSは、基本波レーザ光を出力するレーザ光出力部1、レーザ光出力部1から出力された基本波レーザ光を所定波長のレーザ光に波長変換して出力する波長変換部3、レーザ光出力部1及び波長変換部3の作動を制御する制御部8などを備えて構成される。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a laser apparatus LS to which the present invention is applied. The laser device LS includes a laser beam output unit 1 that outputs a fundamental wave laser beam, a wavelength conversion unit 3 that converts the fundamental wave laser beam output from the laser beam output unit 1 into a laser beam having a predetermined wavelength, and outputs the laser beam. A control unit 8 that controls the operation of the light output unit 1 and the wavelength conversion unit 3 is provided.

レーザ光出力部1及び波長変換部3は、このレーザ装置LSを用いて構成されるシステムの用途及び機能に応じて適宜に設定可能である。本実施形態では、レーザ光出力部1から波長1547nmの基本波レーザ光Laを出力し、これを波長変換部3において波長変換して、最短波長193nmの紫外レーザ光Lvを出力する場合を例として説明する。   The laser light output unit 1 and the wavelength conversion unit 3 can be appropriately set according to the use and function of a system configured using the laser device LS. In the present embodiment, as an example, a fundamental wave laser beam La having a wavelength of 1547 nm is output from the laser beam output unit 1 and wavelength-converted by the wavelength conversion unit 3 to output an ultraviolet laser beam Lv having a shortest wavelength of 193 nm. explain.

本実施形態では、レーザ光出力部1を、基本波レーザ光の種光であるシード光を出力するレーザ光発生部10と、レーザ光発生部10にから出力されたシード光を増幅する増幅部20とにより構成した形態を示す。レーザ光発生部10には、波長1547nmのシード光Lsを発生するレーザ光源11が設けられ、増幅部20には、レーザ光源11により発生されたシード光Lsを増幅して所定強度の基本波レーザ光Laを出力するファイバ光増幅器21が設けられている。   In the present embodiment, the laser light output unit 1 includes a laser light generation unit 10 that outputs seed light that is seed light of the fundamental laser light, and an amplification unit that amplifies the seed light output from the laser light generation unit 10. 20 shows a configuration constituted by 20. The laser light generation unit 10 is provided with a laser light source 11 that generates seed light Ls having a wavelength of 1547 nm, and the amplification unit 20 amplifies the seed light Ls generated by the laser light source 11 to generate a fundamental wave laser having a predetermined intensity. A fiber optical amplifier 21 that outputs light La is provided.

レーザ光源11は、発振波長が1.5μm帯のDFB(Distributed Feedback)半導体レーザを好適に用いることができる。DFB半導体レーザは、CW発振及びパルス発振させることができ、励起電流を制御することによりパルス波形を高速で制御することができる。またDFB半導体レーザは、温度制御することにより狭帯域化された波長1547nmのシード光を出力させることができる。なお、レーザ光発生部10にEOM(Electro Optic Modulator)等の外部変調器を設け、CWまたはパルス発振させたDFB半導体レーザの出力光を外部変調器により切り出して所要波形のパルス光を出力するように構成しても良い。   As the laser light source 11, a DFB (Distributed Feedback) semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.5 μm band can be suitably used. The DFB semiconductor laser can perform CW oscillation and pulse oscillation, and can control the pulse waveform at high speed by controlling the excitation current. Further, the DFB semiconductor laser can output seed light having a wavelength of 1547 nm which is narrowed by controlling the temperature. The laser beam generator 10 is provided with an external modulator such as an EOM (Electro Optic Modulator), and the output light of the CFB or pulse-oscillated DFB semiconductor laser is cut out by the external modulator so as to output pulsed light having a required waveform. You may comprise.

ファイバ光増幅器21は、増幅する波長帯域に応じて適宜な媒質がドープされたものを用いることができる。波長1.5μm帯のシード光を増幅するファイバ光増幅器として、コアにエルビウム(Er)がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバー光増幅器(EDFA)を好適に用いることができる。ファイバ光増幅器21から出射した基本波レーザ光Laはレーザ光出力部1から出力され、波長変換部3に入力される。   The fiber optical amplifier 21 may be one that is doped with an appropriate medium according to the wavelength band to be amplified. An erbium-doped fiber optical amplifier (EDFA) having a core doped with erbium (Er) can be suitably used as a fiber optical amplifier that amplifies seed light having a wavelength of 1.5 μm. The fundamental laser beam La emitted from the fiber optical amplifier 21 is output from the laser beam output unit 1 and input to the wavelength conversion unit 3.

波長変換部3には、複数の波長変換光学素子やミラー等からなる波長変換光学系30が設けられている。波長変換光学系30の概要構成を図2に示す。図中には、偏光面が紙面に平行なp偏光の光を上下方向の矢印で、偏光面が紙面に垂直なs偏光の光をドット付きの○印で示す。また、基本波をω、そのn次高調波をnωで示す。   The wavelength conversion unit 3 is provided with a wavelength conversion optical system 30 including a plurality of wavelength conversion optical elements and mirrors. A schematic configuration of the wavelength conversion optical system 30 is shown in FIG. In the figure, p-polarized light whose polarization plane is parallel to the paper surface is indicated by up and down arrows, and s-polarized light whose polarization surface is perpendicular to the paper surface is indicated by ◯ marks with dots. Further, the fundamental wave is represented by ω, and its n-order harmonic is represented by nω.

波長変換光学系30は、レーザ光出力部1から出力された基本波レーザ光Laのうち、第1の基本波レーザ光La1が入射して伝播する第1系列I、第2の基本波レーザ光La2が入射して伝播する第2系列II、及び第1,第2系列を伝播したレーザ光が同軸に重ね合わされて入射し伝播する第3系列IIIからなり、これら3つの系列に配設された波長変換光学素子31〜36、偏光ビームスプリッタやミラー等の光学素子41〜45、レンズ51〜58などにより構成される。 The wavelength conversion optical system 30 includes a first series I and a second fundamental wave laser in which the first fundamental laser light La 1 is incident and propagated out of the fundamental laser light La output from the laser light output unit 1. The second series II in which the light La 2 is incident and propagated, and the third series III in which the laser light propagated through the first and second series is coaxially superimposed and propagated are arranged in these three series. Wavelength conversion optical elements 31 to 36, optical elements 41 to 45 such as a polarizing beam splitter and a mirror, lenses 51 to 58, and the like.

第1系列Iでは、波長1547nm、周波数ωの第1の基本波レーザ光La1が、この系列に設けられた波長変換光学素子31,32,33により順次ω→2ω→3ω→5ωに波長変換され、発生した5倍波(5倍波)5ωが第3系列IIIに入射する。第2系列IIでは、波長1547nm、周波数ωの第2の基本波レーザ光La2が、この系列に設けられた波長変換光学素子34によってω→2ωに波長変換され、発生した2倍波(第2高調波)2ωと波長変換されずに透過した基本波ωが第3系列IIIに入射する。 In the first series I, the first fundamental laser beam La 1 having a wavelength of 1547 nm and a frequency ω is sequentially converted into ω → 2ω → 3ω → 5ω by the wavelength conversion optical elements 31, 32, 33 provided in this series. Then, the generated fifth harmonic (5th harmonic) 5ω is incident on the third series III. In the second series II, the second fundamental wave laser beam La 2 having a wavelength of 1547 nm and a frequency ω is wavelength-converted from ω → 2ω by the wavelength conversion optical element 34 provided in this series, and the generated second harmonic wave (first wave) (Second harmonic) 2ω and the fundamental wave ω transmitted without wavelength conversion are incident on the third series III.

第3系列IIIでは、波長変換光学素子35において、第1系列で発生した5倍波5ωと第2系列で発生した2倍波2ωとの和周波発生により7倍波(第7高調波)7ωが発生し、波長変換光学素子36において、7倍波7ωと基本波ωとの和周波発生により8倍波(第8高調波)8ωが発生する。そして、このようにして発生した波長193nmの紫外レーザ光Lvが波長変換部3から出力される。以下、波長変換部3の構成及び各部におけるレーザ光の状態について詳細に説明する。   In the third series III, in the wavelength conversion optical element 35, the seventh harmonic (seventh harmonic) 7ω is generated by the sum frequency generation of the fifth harmonic 5ω generated in the first series and the second harmonic 2ω generated in the second series. In the wavelength conversion optical element 36, the eighth harmonic (eighth harmonic) 8ω is generated by the sum frequency generation of the seventh harmonic 7ω and the fundamental wave ω. Then, the ultraviolet laser beam Lv having a wavelength of 193 nm generated in this way is output from the wavelength conversion unit 3. Hereinafter, the configuration of the wavelength conversion unit 3 and the state of the laser beam in each unit will be described in detail.

波長変換部3の入力部には偏光ビームスプリッタ41が設けられており、波長変換部3に入射した基本波レーザ光Laが、偏光ビームスプリッタ41によって第1の基本波レーザ光La1と第2の基本波レーザ光La2とに分割される。すなわち、波長変換部3に入射した基本波レーザ光Laのうち、p偏光成分は偏光ビームスプリッタ41を透過し、第1の基本波レーザ光La1となって第1系列Iに入射する。また、波長変換部3に入射した基本波レーザ光Laのうち、s偏光成分は偏光ビームスプリッタ41により反射され、第2の基本波レーザ光La2となって第2系列IIに入射する。 A polarization beam splitter 41 is provided at the input unit of the wavelength conversion unit 3, and the fundamental laser beam La incident on the wavelength conversion unit 3 is converted into a first fundamental laser beam La 1 and a second one by the polarization beam splitter 41. And the fundamental laser beam La 2 . That is, of the fundamental wave laser light La incident on the wavelength converting portion 3, p-polarized light component transmitted through the polarization beam splitter 41, is incident on the first sequence I is the first fundamental wave laser light La 1. Of the fundamental laser beam La incident on the wavelength converter 3, the s-polarized component is reflected by the polarization beam splitter 41 and becomes the second fundamental laser beam La 2 and enters the second series II.

第1系列に入射した第1の基本波レーザ光La1は、レンズ51を介して波長変換光学素子31に集光入射し、第2高調波発生により2倍波2ωを発生させる。波長変換光学素子31で発生したp偏光の2倍波2ωと、波長変換光学素子31を透過したp偏光の基本波ωは、レンズ52を介して波長変換光学素子32に集光入射し、和周波発生によりs偏光の3倍波3ωを発生させる。 The first fundamental laser beam La 1 incident on the first series is condensed and incident on the wavelength conversion optical element 31 via the lens 51, and the second harmonic 2ω is generated by the second harmonic generation. The p-polarized double wave 2ω generated in the wavelength conversion optical element 31 and the p-polarized fundamental wave ω transmitted through the wavelength conversion optical element 31 are condensed and incident on the wavelength conversion optical element 32 through the lens 52, and the sum. The third generation wave 3ω of s-polarized light is generated by frequency generation.

2倍波発生用の波長変換光学素子31は、PPLN(Periodically Poled LiNbO3)結晶や、PPLT(Periodically Poled LiTaO3)結晶、PPKTP(Periodically Poled KTiOPO4)結晶等の疑似位相整合型の波長変換結晶(QPM結晶)が好適に用いられる。また、3倍波発生用の波長変換光学素子32は、LBO(LiB35)結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子31としてLBO結晶を用いることもできる。 The wavelength conversion optical element 31 for generating a second harmonic is a quasi phase matching type wavelength conversion crystal such as a PPLN (Periodically Poled LiNbO 3 ) crystal, a PPLT (Periodically Poled LiTaO 3 ) crystal, and a PPKTP (Periodically Poled KTiOPO 4 ) crystal. (QPM crystal) is preferably used. The wavelength converting optical element 32 for generating the third harmonic is preferably an LBO (LiB 3 O 5 ) crystal. Note that an LBO crystal can also be used as the wavelength conversion optical element 31.

波長変換光学素子32で発生したs偏光の3倍波3ω及び波長変換光学素子32を透過したp偏光の2倍波2ωは、2波長波長板45を透過させて2倍波2ωのみをs偏光に変換する。2波長波長板45は、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性結晶の平板からなる波長板が用いられる。この波長板は、一方の波長の光(2倍波2ω)に対して偏光面を回転させ、他方の波長の光(3倍波3ω)に対しては偏光面が回転しないように、波長板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。   The third wave 3ω of s-polarized light generated by the wavelength converting optical element 32 and the second wave 2ω of p-polarized light transmitted through the wavelength converting optical element 32 are transmitted through the two-wavelength wave plate 45 and only the second wave 2ω is s-polarized. Convert to As the two-wavelength wave plate 45, for example, a wave plate made of a uniaxial crystal flat plate cut in parallel to the optical axis of the crystal is used. This wave plate rotates the polarization plane with respect to light of one wavelength (second harmonic 2ω), and prevents the polarization plane from rotating with respect to light of the other wavelength (third harmonic 3ω). Is cut to be an integral multiple of λ / 2 for light of one wavelength and to an integral multiple of λ for light of the other wavelength.

ともにs偏光になった2倍波2ω及び3倍波3ωは、レンズ53を介して波長変換光学素子33に集光入射し、和周波発生により周波数が基本波の5倍、波長が1/5(309nm)の5倍波5ωを発生させる。5倍波発生用の波長変換光学素子33として、例えばBBO(β-BaB24)結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子33として、CLBO(CsLiB610)結晶を用いることも可能である。 The second harmonic wave 2ω and the third harmonic wave 3ω, both of which are s-polarized light, are focused and incident on the wavelength conversion optical element 33 via the lens 53, and the frequency is 5 times the fundamental wave and the wavelength is 1/5 due to sum frequency generation. A fifth harmonic 5ω of (309 nm) is generated. For example, a BBO (β-BaB 2 O 4 ) crystal is suitably used as the wavelength converting optical element 33 for generating the fifth harmonic wave. Note that a CLBO (CsLiB 6 O 10 ) crystal can also be used as the wavelength conversion optical element 33.

BBO結晶から出射されたp偏光の5倍波5ωは、ウォークオフに起因してビーム断面が楕円形になっているため、シリンドリカルレンズ54,55によりビーム断面を円形に整形し、ダイクロイックミラー44に入射させる。   The fifth harmonic wave 5ω of p-polarized light emitted from the BBO crystal has an elliptical beam cross section due to the walk-off. Therefore, the beam cross section is shaped into a circular shape by the cylindrical lenses 54 and 55, and the dichroic mirror 44 Make it incident.

第2系列IIに入射した第2の基本波レーザ光La2は、ミラー42,43及びレンズ56を介して波長変換光学素子34に集光入射し、第2高調波発生により2倍波2ωを発生させる。波長変換光学素子34としてLBO結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子34は、前述した波長変換光学素子31と同様のQPM結晶を用いることもできる。波長変換光学素子34で発生したp偏光の2倍波2ω、及び波長変換光学素子34を透過したs偏光の基本波ωは、レンズ57,58を介してダイクロイックミラー44に入射させる。 The second fundamental laser beam La 2 incident on the second series II is condensed and incident on the wavelength conversion optical element 34 via the mirrors 42 and 43 and the lens 56, and the second harmonic 2ω is generated by the second harmonic generation. generate. An LBO crystal is preferably used as the wavelength conversion optical element 34. In addition, the wavelength conversion optical element 34 can also use the QPM crystal similar to the wavelength conversion optical element 31 mentioned above. The p-polarized double wave 2ω generated by the wavelength conversion optical element 34 and the s-polarized fundamental wave ω transmitted through the wavelength conversion optical element 34 are incident on the dichroic mirror 44 through lenses 57 and 58.

ダイクロイックミラー44は、5倍波の波長帯域の光を透過し、基本波及び2倍波の波長帯域の光を反射する波長選択性を有して構成される。そのため、波長変換光学素子33で発生した5倍波5ωはダイクロイックミラー44を透過して第3系列IIIに入射する。一方、波長変換光学素子34で発生した2倍波2ω及び波長変換光学素子34を透過した基本波ωはダイクロイックミラー44で反射され、5倍波5ωと同軸に重ね合わされて第3系列IIIに入射する。   The dichroic mirror 44 is configured to have wavelength selectivity that transmits light in the wavelength band of the fifth harmonic wave and reflects light in the wavelength band of the fundamental wave and the second harmonic wave. Therefore, the fifth harmonic 5ω generated by the wavelength conversion optical element 33 passes through the dichroic mirror 44 and enters the third series III. On the other hand, the second harmonic wave 2ω generated by the wavelength conversion optical element 34 and the fundamental wave ω transmitted through the wavelength conversion optical element 34 are reflected by the dichroic mirror 44 and superimposed on the fifth harmonic wave 5ω and incident on the third series III. To do.

第3系列IIIには、波長変換光学素子35と波長変換光学素子36が配設されている。波長変換光学素子35では、第1系列Iから入射したp偏光の5倍波5ωと、第2系列IIから入射したp偏光の2倍波2ωの和周波発生が行われ、周波数が基本波の7倍、波長が1/7(221nm)の7倍波7ωが発生する。7倍波発生用の波長変換光学素子35は、CLBO結晶が好適に用いられる。   In the third series III, a wavelength conversion optical element 35 and a wavelength conversion optical element 36 are disposed. The wavelength conversion optical element 35 generates a sum frequency of the fifth polarized wave 5ω of p-polarized light incident from the first series I and the second harmonic wave 2ω of p-polarized light incident from the second series II, and the frequency is the fundamental wave. A 7th harmonic wave 7ω having a wavelength 7 times and 1/7 (221 nm) is generated. A CLBO crystal is preferably used for the wavelength conversion optical element 35 for generating the seventh harmonic wave.

波長変換光学素子35で発生したs偏光の7倍波7ωと、第2系列IIから入射して波長変換光学素子35を透過したs偏光の基本波ωは、波長変換光学素子36に入射し、和周波発生により周波数が基本波の8倍、波長が1/8(193nm)の8倍波8ωが発生する。8倍波発生用の波長変換光学素子36は、CLBO結晶が好適に用いられる。   The 7th harmonic wave 7ω of s-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 35 and the fundamental wave ω of s-polarized light incident from the second series II and transmitted through the wavelength conversion optical element 35 are incident on the wavelength conversion optical element 36. The sum frequency generation generates an eighth harmonic wave 8ω having a frequency eight times that of the fundamental wave and a wavelength of 1/8 (193 nm). A CLBO crystal is preferably used as the wavelength conversion optical element 36 for generating the eighth harmonic wave.

そして、波長変換光学素子36で発生した波長193nmの紫外レーザ光Lv(8倍波8ω)が波長変換部3から出力される。   Then, an ultraviolet laser beam Lv (eighth harmonic wave 8ω) having a wavelength of 193 nm generated by the wavelength conversion optical element 36 is output from the wavelength conversion unit 3.

本実施形態に例示するレーザ装置LSでは、レーザ光出力部1から高いパワーレベルの基本波レーザ光Laが出射され、波長変換部3の各波長変換光学素子31〜36では、レンズを介して集光入射されるレーザ光のパワー密度(パルス光の場合には、ピークパワーを集光断面積で除した値)がMW/cm2オーダーの極めて高い値となる。 In the laser apparatus LS exemplified in the present embodiment, a fundamental laser beam La having a high power level is emitted from the laser beam output unit 1, and the wavelength conversion optical elements 31 to 36 of the wavelength conversion unit 3 collect the light through a lens. The power density of the incident laser beam (in the case of pulsed light, the value obtained by dividing the peak power by the condensing cross-sectional area) is an extremely high value on the order of MW / cm 2 .

このようなパワーレベルで用いられる波長変換光学素子では、高いパワー密度のレーザ光が透過するレーザ光の伝播領域で損傷が発生しやすく、損傷が発生するとビームプロファイルの変化や波長変換効率の低下等により紫外レーザ光Lvの出力が低下し得る。一方、波長変換部に設けられた個々の波長変換光学素子について、予め各部の耐久性を計測してマッピングしておき、マップに基づいて波長変換光学素子をシフトするような手法では、多大な工数を要するとともに波長変換光学素子の効率的な利用が図れない。   In the wavelength conversion optical element used at such a power level, damage is likely to occur in the propagation region of the laser beam through which the laser beam having a high power density is transmitted. When the damage occurs, the beam profile changes, the wavelength conversion efficiency decreases, etc. As a result, the output of the ultraviolet laser beam Lv can be reduced. On the other hand, with respect to the individual wavelength conversion optical elements provided in the wavelength conversion unit, the method of measuring and mapping the durability of each part in advance, and shifting the wavelength conversion optical element based on the map, requires a large amount of man-hours. In addition, the wavelength conversion optical element cannot be efficiently used.

そこで、レーザ装置LSにおいては、波長変換部3に、波長変換光学素子のビーム伝播領域で損傷が発生したことを検出して検出信号を出力する損傷検出装置が設けられている。損傷検出装置60,70は、波長変換光学素子から放射される光の状態変化を検出することによって、波長変換光学素子のビーム伝播領域で損傷が発生したことを検出するように構成される。なお、損傷検出装置60は後に詳述する第1構成形態の損傷検出装置、損傷検出装置70は第2構成形態の損傷検出装置である。   Therefore, in the laser device LS, the wavelength conversion unit 3 is provided with a damage detection device that detects that damage has occurred in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element and outputs a detection signal. The damage detection devices 60 and 70 are configured to detect that damage has occurred in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element by detecting a change in the state of light emitted from the wavelength conversion optical element. The damage detection device 60 is a damage detection device according to a first configuration described in detail later, and the damage detection device 70 is a damage detection device according to a second configuration.

「波長変換光学素子から放射される光の状態」は、例えば、波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビームプロファイルや、波長変換光学素子から放出される散乱光の発生状況などをいう。すなわち、損傷検出装置60,70は、波長変換光学素子のビーム伝播領域で損傷が発生したときに、損傷の発生に伴って生じる光の状態変化を検出して検出信号を出力するように構成される。   The “state of light emitted from the wavelength conversion optical element” refers to, for example, the beam profile of laser light emitted from the wavelength conversion optical element, the generation state of scattered light emitted from the wavelength conversion optical element, and the like. That is, when the damage detection devices 60 and 70 are damaged in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element, the damage detection devices 60 and 70 are configured to detect a change in the state of light caused by the occurrence of the damage and output a detection signal. The

損傷検出装置60,70の信号は制御部8に入力されており、制御部8は損傷検出装置60,70から検出信号が入力されたときに、所定の対応動作を実行する。対応動作として、例えば、レーザ装置の制御パネルに波長変換光学素子で損傷が発生した旨表示する警報動作や、損傷が発生した波長変換光学素子を、図示省略する結晶シフト機構により所定量移動させて、波長変換光学素子に入射するレーザ光が損傷を受けていない新たな領域を透過するようにシフトさせる結晶シフト動作などが例示される。   The signals of the damage detection devices 60 and 70 are input to the control unit 8, and the control unit 8 executes a predetermined corresponding operation when the detection signals are input from the damage detection devices 60 and 70. As the corresponding operation, for example, an alarm operation for displaying that the wavelength conversion optical element is damaged on the control panel of the laser apparatus, or the wavelength conversion optical element where the damage is generated is moved by a predetermined amount by a crystal shift mechanism (not shown). Examples include a crystal shift operation for shifting the laser light incident on the wavelength conversion optical element so as to pass through a new area that is not damaged.

図3に第1構成形態の損傷検出装置60の概要構成図、図5に第2構成形態の損傷検出装置70の概要構成図を示しており、以下、各構成形態の損傷検出装置について詳細に説明する。   FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the damage detection device 60 of the first configuration form, and FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the damage detection device 70 of the second configuration mode. Hereinafter, the damage detection device of each configuration mode will be described in detail. explain.

(第1構成形態)
第1構成形態の損傷検出装置60は、波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビーム径が、波長変換を開始した初期状態のビーム径から所定以上増加したときに、そのビーム径の増加状態を検出して検出信号(ビーム径増加検出信号)を出力するように構成される。図3には、波長変換光学素子31から出射されたレーザ光の光路上に設けたアパーチャ61と、このアパーチャ61で反射されたレーザ光を検出する反射光検出器65とから損傷検出装置60を構成した場合を例示する。
(First configuration form)
The damage detection device 60 according to the first configuration form has an increased state of the beam diameter when the beam diameter of the laser light emitted from the wavelength conversion optical element increases by a predetermined amount or more from the initial beam diameter when the wavelength conversion is started. And a detection signal (beam diameter increase detection signal) is output. In FIG. 3, the damage detection device 60 is composed of an aperture 61 provided on the optical path of the laser beam emitted from the wavelength conversion optical element 31 and a reflected light detector 65 for detecting the laser beam reflected by the aperture 61. The case where it comprises is illustrated.

本実施形態レーザ装置LSにおいて、波長変換光学素子31は、PPLNあるいはPPLT等のQPM結晶が好適に用いられる。既述したように、QPM結晶では、入射光のパワー密度が高くなるとフォトリフラクティブ効果により光損傷(optical damage)が発生しやすくなる。光損傷が発生すると結晶内部においてビーム伝播領域の屈折率が変化し、これに伴って出力光のビームプロファイルが変化する。   In the laser device LS of the present embodiment, the wavelength conversion optical element 31 is preferably a QPM crystal such as PPLN or PPLT. As described above, in the QPM crystal, when the power density of incident light is increased, optical damage is likely to occur due to the photorefractive effect. When optical damage occurs, the refractive index of the beam propagation region changes inside the crystal, and the beam profile of the output light changes accordingly.

波長変換光学素子31で光損傷が発生すると、この波長変換光学素子31における波長変換効率が低下するのみならず、ビームプロファイルの変化に起因して次段以降の波長変換光学素子32,33,35,36で集光スポット位置やスポット径が変化し、紫外レーザ光Lvの出力が大きく低下する要因となる。   When light damage occurs in the wavelength conversion optical element 31, not only the wavelength conversion efficiency in the wavelength conversion optical element 31 is lowered but also the wavelength conversion optical elements 32, 33, and 35 in the subsequent stages due to the change in the beam profile. , 36 changes the focused spot position and the spot diameter, which causes a significant decrease in the output of the ultraviolet laser beam Lv.

図4は、波長変換光学素子31で光損傷が発生する前後におけるビームプロファイルの変化を模式的に表したものであり、(a)波長変換を開始した初期状態(光損傷が発生する前)の入出射光のビームプロファイルと、(b)光損傷が発生した後の入出射光のビームプロファイルとを示す。(b)の図中には、初期状態の出射光のビームプロファイルを二点鎖線で付記している。図示するように、波長変換光学素子31において光損傷が発生すると、出射光のビームプロファイルはビーム径が増大する方向に変化する。   FIG. 4 schematically shows changes in the beam profile before and after optical damage occurs in the wavelength conversion optical element 31, and (a) in the initial state where wavelength conversion is started (before optical damage occurs). The beam profile of incoming / outgoing light and (b) the beam profile of incoming / outgoing light after optical damage has occurred are shown. In the figure of (b), the beam profile of the emitted light in the initial state is indicated by a two-dot chain line. As shown in the figure, when light damage occurs in the wavelength conversion optical element 31, the beam profile of the emitted light changes in the direction in which the beam diameter increases.

損傷検出装置60のアパーチャ61は、光損傷が発生する前のレーザ光がそのまま(有意な反射や回折等を生じることなく)通過し、光損傷の発生によりビーム径が増加したときにレーザ光の外周部が開口縁部に掛かる(反射ないし散乱が発生する)ように設定される。   The aperture 61 of the damage detection device 60 passes through the laser light before optical damage occurs (without significant reflection, diffraction, etc.) as it passes, and when the beam diameter increases due to optical damage, The outer peripheral portion is set so as to be applied to the opening edge portion (reflection or scattering occurs).

具体的には、アパーチャ61の開口径は、アパーチャ61の配設位置における初期状態のビーム径の1.8〜2.2倍程度に設定される。そして、例えば開口径を初期状態のビーム径の2倍としたときには、波長変換光学素子31から出射される出射光のビーム径が僅かに増大したときにレーザ光の外周部が開口縁部に掛かってレーザ光が反射(散乱)されるようになり、ビーム径が初期状態の1.1倍まで増加する以前に反射光検出器65によって検出される。反射光検出器65は、波長変換光学素子31から出射される基本波及び2倍波の少なくともいずれかの波長の光を検出可能であればよく、例えば、赤外〜可視領域の光に対して検出感度を有するフォトダイオードを用いることができる。   Specifically, the aperture diameter of the aperture 61 is set to about 1.8 to 2.2 times the initial beam diameter at the position where the aperture 61 is disposed. For example, when the aperture diameter is twice the initial beam diameter, the outer periphery of the laser beam is applied to the aperture edge when the beam diameter of the emitted light emitted from the wavelength conversion optical element 31 slightly increases. Thus, the laser beam is reflected (scattered) and detected by the reflected light detector 65 before the beam diameter increases to 1.1 times the initial state. The reflected light detector 65 only needs to be able to detect light having a wavelength of at least one of the fundamental wave and the second harmonic wave emitted from the wavelength conversion optical element 31, for example, for light in the infrared to visible region. A photodiode having detection sensitivity can be used.

反射光検出器65により反射光が検出されることは、波長変換光学素子31から出射されたレーザ光のビーム径が初期状態よりも増大したこと、すなわち波長変換光学素子31のビーム伝播領域で光損傷が発生したことを意味する。   The fact that the reflected light is detected by the reflected light detector 65 means that the beam diameter of the laser light emitted from the wavelength conversion optical element 31 has increased from the initial state, that is, light in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element 31. Means that damage has occurred.

このように、損傷検出装置60では、波長変換光学素子31に代表されるQPM結晶で光損傷が発生したときに、その状態が直ちに検出され検出信号が出力される。そのため、使用中のビーム伝播領域で損傷が発生するまで波長変換光学素子31をシフトさせることなく使用することができる。また損傷が発生すると反射光検出器65から検出信号が出力されるため、当該検出信号に基づいて直ちに波長変換光学素子31をシフトさせることができる。従って、予め結晶各部の耐久性を計測してマッピングしておくような多大な工数を要することなく、波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができる。   Thus, in the damage detection device 60, when optical damage occurs in the QPM crystal represented by the wavelength conversion optical element 31, the state is immediately detected and a detection signal is output. Therefore, the wavelength conversion optical element 31 can be used without shifting until damage occurs in the beam propagation region in use. When the damage occurs, a detection signal is output from the reflected light detector 65, so that the wavelength conversion optical element 31 can be shifted immediately based on the detection signal. Therefore, the wavelength conversion optical element can be utilized to the maximum efficiency without requiring a great amount of man-hours for measuring and mapping the durability of each part of the crystal in advance.

以上では、波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビーム径が初期状態のビーム径から所定以上増加したときに、その増加状態を検出する手段の一例として、アパーチャ61と、アパーチャ61からの反射光を検出する反射光検出器65とを用いた構成を例示した。しかし、本技術はかかる構成例に限定されるものではなく、波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビーム径の増加状態を検出可能な構成であればよい。例えば、所定開口径のアパーチャ61に変えて所定開口幅のスリットを用い、あるいは出射光の光軸から所定寸法離間した位置に反射針や散乱部材を配置するように構成しても良い。また、出射光の光軸から所定寸法離間した位置にミラーや光ファイバ等を配置して反射光検出器65に導くように構成しても良い。   In the above, when the beam diameter of the laser light emitted from the wavelength conversion optical element has increased by a predetermined amount or more from the initial beam diameter, the aperture 61 and the reflection from the aperture 61 as an example of means for detecting the increased state. The configuration using the reflected light detector 65 that detects light is exemplified. However, the present technology is not limited to such a configuration example, and any configuration that can detect an increase state of the beam diameter of the laser light emitted from the wavelength conversion optical element may be used. For example, a slit having a predetermined opening width may be used instead of the aperture 61 having a predetermined opening diameter, or a reflecting needle or a scattering member may be arranged at a position spaced by a predetermined dimension from the optical axis of the emitted light. Further, a mirror, an optical fiber, or the like may be arranged at a position spaced by a predetermined dimension from the optical axis of the emitted light and guided to the reflected light detector 65.

(第2構成形態)
第2構成形態の損傷検出装置70は、波長変換光学素子のビーム伝播領域において散乱光が発生したときに、この散乱光を検出して検出信号(散乱光検出信号)を出力するように構成される。図5は、波長変換光学素子33に近接して、波長変換光学素子33のビーム伝播領域で発生した散乱光を検出する散乱光検出器75を配置した構成を例示する。
(Second configuration form)
The damage detection apparatus 70 of the second configuration form is configured to detect the scattered light and output a detection signal (scattered light detection signal) when the scattered light is generated in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element. The FIG. 5 illustrates a configuration in which a scattered light detector 75 that detects scattered light generated in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element 33 is disposed in the vicinity of the wavelength conversion optical element 33.

本実施形態のレーザ装置LSにおいて、波長変換光学素子32〜36はバルク結晶が用いられる。バルク結晶では、結晶の育成段階で内包された不純物や結晶構造の不完全性などにより、入射光のパワー密度が高くなるとこれらの欠陥部で損傷が発生する。また、5倍波発生用の波長変換光学素子33はBBO結晶が用いられるが、このBBO結晶はハイパワーレベルで損傷を受けやすいことが経験的に確認されている。   In the laser apparatus LS of the present embodiment, bulk crystals are used for the wavelength conversion optical elements 32 to 36. In a bulk crystal, when the power density of incident light increases due to impurities contained in the crystal growth stage or imperfection of the crystal structure, damage occurs in these defective portions. The wavelength converting optical element 33 for generating the fifth harmonic wave uses a BBO crystal. It has been empirically confirmed that this BBO crystal is easily damaged at a high power level.

図6は、波長変換光学素子33で損傷が発生する前後における散乱光の発生状況を模式的に表したものであり、(a)波長変換を開始した初期状態(損傷が発生する前)と、(b)損傷が発生した後の状態とを示している。図示するように、波長変換光学素子33で損傷が発生すると、その損傷部近傍を透過するレーザ光が散乱を受け、散乱光が周囲に放出される。散乱光の出射方位や強度分布は、発生した損傷の大きさや透過するレーザ光の波長等によって変化するが、一般的には損傷部を中心として広い立体角度範囲に放出される。   FIG. 6 schematically shows the generation state of scattered light before and after damage occurs in the wavelength conversion optical element 33, and (a) an initial state where wavelength conversion is started (before damage occurs); (B) shows a state after damage has occurred. As shown in the figure, when damage occurs in the wavelength conversion optical element 33, the laser light transmitted through the vicinity of the damaged portion is scattered and the scattered light is emitted to the surroundings. The exit direction and intensity distribution of the scattered light vary depending on the magnitude of the damage that has occurred and the wavelength of the transmitted laser light, but are generally emitted in a wide solid angle range centering on the damaged part.

散乱光検出器75は、波長変換光学素子33のビーム伝播領域で損傷が発生したときに損傷部から放出される散乱光が検出されるように、波長変換光学素子33に近接して配設される。図6は波長変換光学素子33の出射面側に近接して散乱光検出器75を配置した構成例を示す。反射光検出器75は、波長変換光学素子33から放出される散乱光を検出可能であればよい。   The scattered light detector 75 is disposed close to the wavelength conversion optical element 33 so that the scattered light emitted from the damaged portion is detected when damage occurs in the beam propagation region of the wavelength conversion optical element 33. The FIG. 6 shows a configuration example in which the scattered light detector 75 is arranged close to the exit surface side of the wavelength conversion optical element 33. The reflected light detector 75 only needs to be able to detect scattered light emitted from the wavelength conversion optical element 33.

具体的には、本構成形態において波長変換光学素子33を透過するレーザ光は、2倍波、3倍波及び5倍波が主体であり、これらのうち少なくともいずれかの波長の光を検出可能な光検出器を用いることができる。このとき、2倍波及び3倍波は可視領域にあることから、可視領域の光に対して検出感度を有するフォトダイオードを用いることができる。これにより簡明且つ低コストで損傷検出装置70を構成することができる。   Specifically, the laser light transmitted through the wavelength conversion optical element 33 in this configuration is mainly a second harmonic, a third harmonic, and a fifth harmonic, and can detect light of at least one of these wavelengths. A simple photodetector can be used. At this time, since the second harmonic and the third harmonic are in the visible region, a photodiode having detection sensitivity with respect to light in the visible region can be used. Thereby, the damage detection apparatus 70 can be comprised simply and at low cost.

このように、損傷検出装置70では、波長変換光学素子33に代表されるバルク結晶やQPM結晶において結晶構造の欠陥に基づく損傷が発生したときに、その状態が直ちに検出され検出信号が出力される。そのため、使用中のビーム伝播領域で損傷が発生するまで波長変換光学素子をシフトさせることなく使用することができる。また損傷が発生すると反射光検出器75から検出信号が出力されるため、当該検出信号に基づいて直ちに波長変換光学素子をシフトさせることができる。従って、予め結晶各部の耐久性を計測してマッピングしておくような多大な工数を要することなく、波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができる。   As described above, in the damage detection apparatus 70, when a damage based on a crystal structure defect occurs in a bulk crystal or a QPM crystal represented by the wavelength conversion optical element 33, the state is immediately detected and a detection signal is output. . Therefore, the wavelength conversion optical element can be used without shifting until damage occurs in the beam propagation region in use. Further, when damage occurs, a detection signal is output from the reflected light detector 75, so that the wavelength conversion optical element can be immediately shifted based on the detection signal. Therefore, the wavelength conversion optical element can be utilized to the maximum efficiency without requiring a great amount of man-hours for measuring and mapping the durability of each part of the crystal in advance.

なお、実施形態では、損傷検出装置70を波長変換光学素子33の損傷検出に適用した場合を例示したが、以上の説明から明らかなように、本構成形態の損傷検出装置70はバルク結晶であるかQPM結晶であるかを問わず、他の波長変換光学素子31,32,34〜36の損傷検出にも適用可能である。   In the embodiment, the case where the damage detection apparatus 70 is applied to the damage detection of the wavelength conversion optical element 33 is exemplified, but as is apparent from the above description, the damage detection apparatus 70 of this configuration form is a bulk crystal. Regardless of whether it is a QPM crystal, it is also applicable to damage detection of other wavelength conversion optical elements 31, 32, 34 to 36.

また、以上説明した実施形態では、レーザ光出力部1から出力された基本波レーザ光Laを偏光ビームスプリッタ41により2分割して波長変換部3の第1,第2系列に入射させた構成を例示した。しかしながら、レーザ光出力部1及び波長変換部3の具体的な構成はレーザ装置の用途や機能等に応じて適宜に偏光することができる。例えば、レーザ光出力部1から第1,第2の基本波レーザ光La1,La2を出射させて波長変換部3の第1,第2系列に直接入射させるように構成し、あるいはレーザ光出力部1から第1,第2,第3の基本波レーザ光La1,La2,La3を出射させ、第1系列で発生させた5倍波、第2系列で発生させた2倍波、及び第3の基本波レーザ光La3を重ね合わせて第3系列に入射させるように構成しても良い。さらに、波長変換部3に波長1.5μm帯の基本波レーザ光を入射し波長変換光学系30で波長193nmに波長変換する構成を例示したが、波長変換部3への入出射光の波長や波長変換光学系30の具体的な構成等は、公知の種々の形態を適用することができる。 In the embodiment described above, the fundamental laser beam La output from the laser beam output unit 1 is divided into two by the polarization beam splitter 41 and is incident on the first and second series of the wavelength conversion unit 3. Illustrated. However, the specific configurations of the laser light output unit 1 and the wavelength conversion unit 3 can be appropriately polarized according to the application and function of the laser device. For example, the first and second fundamental laser beams La 1 and La 2 are emitted from the laser beam output unit 1 and directly incident on the first and second series of the wavelength conversion unit 3, or the laser beam First, second, and third fundamental laser beams La 1 , La 2 , and La 3 are emitted from the output unit 1. The fifth harmonic generated in the first series and the second harmonic generated in the second series. , And the third fundamental laser beam La 3 may be superimposed and incident on the third series. Furthermore, although the fundamental wavelength laser beam with a wavelength of 1.5 μm is incident on the wavelength conversion unit 3 and the wavelength conversion optical system 30 converts the wavelength to a wavelength of 193 nm, the wavelength and wavelength of the incident / exit light to the wavelength conversion unit 3 are exemplified. Various known forms can be applied to the specific configuration and the like of the conversion optical system 30.

以上説明したようなレーザ装置LSは、小型軽量であるとともに取り扱いが容易であり、露光装置や光造形装置等の光加工装置、フォトマスクやウェハ等の検査装置、顕微鏡や望遠鏡等の観察装置、測長器や形状測定器等の測定装置、光治療装置などのシステムに好適に適用することができる。   The laser device LS as described above is small and light and easy to handle, optical processing devices such as exposure devices and stereolithography devices, inspection devices such as photomasks and wafers, observation devices such as microscopes and telescopes, The present invention can be suitably applied to a measuring device such as a length measuring device or a shape measuring device, and a system such as a phototherapy device.

レーザ装置LSを備えたシステムの第1の適用例として、半導体製造や液晶パネル製造のフォトリソグラフィエ程で用いられる露光装置について、その概要構成を示す図7を参照して説明する。露光装置100は、原理的には写真製版と同じであり、石英ガラス製のフォトマスク113に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウェハやガラス基板などの露光対象物115に光学的に投影して転写する。   As a first application example of a system including a laser device LS, an exposure apparatus used in a photolithography process for manufacturing a semiconductor or a liquid crystal panel will be described with reference to FIG. The exposure apparatus 100 is in principle the same as photolithography, and a device pattern precisely drawn on a quartz glass photomask 113 is applied to an exposure object 115 such as a semiconductor wafer or glass substrate coated with a photoresist. Optically project and transfer.

露光装置100は、上述したレーザ装置LSと、照明光学系102と、フォトマスク113を保持するマスク支持台103と、投影光学系104と、露光対象物115を保持する露光対象物支持テーブル105と、露光対象物支持テーブル105を水平面内で移動させる駆動機構106とを備えて構成される。照明光学系102は複数のレンズ群からなり、レーザ装置LSから出力されたレーザ光を、マスク支持部103に保持されたフォトマスク113に照射する。投影光学系104も複数のレンズ群により構成され、フォトマスク113を透過した光を露光対象物支持テーブル上の露光対象物115に投影する。   The exposure apparatus 100 includes the laser apparatus LS, the illumination optical system 102, the mask support table 103 that holds the photomask 113, the projection optical system 104, and the exposure object support table 105 that holds the exposure object 115. And a driving mechanism 106 that moves the exposure object support table 105 in a horizontal plane. The illumination optical system 102 includes a plurality of lens groups, and irradiates the photomask 113 held on the mask support unit 103 with the laser light output from the laser device LS. The projection optical system 104 is also composed of a plurality of lens groups, and projects the light transmitted through the photomask 113 onto the exposure object 115 on the exposure object support table.

このような構成の露光装置100においては、レーザ装置LSから出力されたレーザ光が照明光学系102に入力され、所定光束に調整されたレーザ光がマスク支持台103に保持されたフォトマスク113に照射される。フォトマスク113を通過した光はフォトマスク113に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系104を介して露光対象物支持テーブル105に保持された露光対象物115の所定位置に照射される。これにより、フォトマスク113のデバイスパターンの像が、半導体ウェハや液晶パネル等の露光対象物115の上に所定倍率で結像露光される。   In the exposure apparatus 100 having such a configuration, the laser light output from the laser apparatus LS is input to the illumination optical system 102, and the laser light adjusted to a predetermined light flux is applied to the photomask 113 held on the mask support 103. Irradiated. The light that has passed through the photomask 113 has an image of a device pattern drawn on the photomask 113, and this light of the exposure object 115 held on the exposure object support table 105 via the projection optical system 104. A predetermined position is irradiated. As a result, the image of the device pattern on the photomask 113 is image-exposed at a predetermined magnification on the exposure object 115 such as a semiconductor wafer or a liquid crystal panel.

このような露光装置100によれば、レーザ装置LSにおいて波長変換光学素子を交換するたびに多大な工数を要するようなことがなく、かつ各波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができ、これにより、効率的な稼働を可能とした露光装置を提供することができる。   According to such an exposure apparatus 100, every time the wavelength conversion optical element is replaced in the laser apparatus LS, it does not require a great number of man-hours, and each wavelength conversion optical element can be used to the maximum efficiency. Thus, an exposure apparatus capable of efficient operation can be provided.

次に、レーザ装置LSを備えたシステムの第2の適用例として、フォトマスクや液晶パネル、ウェハ等(被検物)の検査工程で使用される検査装置について、その概要構成を示す図8を参照して説明する。図8に例示する検査装置200は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物213に描かれた微細なデバイスパターンの検査に好適に使用される。   Next, as a second application example of the system including the laser device LS, FIG. 8 showing a schematic configuration of an inspection device used in an inspection process of a photomask, a liquid crystal panel, a wafer, or the like (test object). The description will be given with reference. An inspection apparatus 200 illustrated in FIG. 8 is suitably used for inspecting a fine device pattern drawn on a light-transmitting object 213 such as a photomask.

検査装置200は、前述したレーザ装置LSと、照明光学系202と、被検物213を保持する被検物支持台203と、投影光学系204と、被検物213からの光を検出するTDI(Time Delay and Integration)センサ215と、被検物支持台203を水平面内で移動させる駆動機構206とを備えて構成される。照明光学系202は複数のレンズ群からなり、レーザ装置LSから出力されたレーザ光を、所定光束に調整して被検物支持部203に保持された被検物213に照射する。投影光学系204も複数のレンズ群により構成され、被検物213を透過した光をTDIセンサ215に投影する。   The inspection apparatus 200 includes a laser device LS, an illumination optical system 202, a test object support table 203 that holds the test object 213, a projection optical system 204, and a TDI that detects light from the test object 213. (Time Delay and Integration) A sensor 215 and a drive mechanism 206 that moves the object support base 203 in a horizontal plane are configured. The illumination optical system 202 includes a plurality of lens groups, and adjusts the laser beam output from the laser device LS to a predetermined light flux and irradiates the test object 213 held by the test object support unit 203. The projection optical system 204 is also composed of a plurality of lens groups, and projects the light transmitted through the test object 213 onto the TDI sensor 215.

このような構成の検査装置200においては、レーザ装置LSから出力されたレーザ光が照明光学系202に入力され、所定光束に調整されたレーザ光が被検物支持台203に保持されたフォトマスク等の被検物213に照射される。被検物213からの光(本構成例においては透過光)は、被検物213に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系204を介してTDIセンサ215に投影され結像する。このとき、駆動機構206による被検物支持台203の水平移動速度と、TDIセンサ215の転送クロックとは同期して制御される。   In the inspection apparatus 200 having such a configuration, a laser beam output from the laser apparatus LS is input to the illumination optical system 202, and a laser beam adjusted to a predetermined light flux is held on the object support table 203. The test object 213 such as is irradiated. The light from the object 213 (transmitted light in this configuration example) has an image of a device pattern drawn on the object 213, and this light is transmitted to the TDI sensor 215 via the projection optical system 204. Projected and imaged. At this time, the horizontal movement speed of the test object support table 203 by the drive mechanism 206 and the transfer clock of the TDI sensor 215 are controlled in synchronization.

そのため、被検物213のデバイスパターンの像がTDIセンサ215により検出され、このようにして検出された被検物213の検出画像と、予め設定された所定の参照画像とを比較することにより、被検物に描かれた微細パターンの欠陥が抽出される。   Therefore, an image of the device pattern of the test object 213 is detected by the TDI sensor 215, and by comparing the detection image of the test object 213 detected in this way with a predetermined reference image set in advance, The defect of the fine pattern drawn on the test object is extracted.

このような検査装置200によれば、レーザ装置LSにおいて波長変換光学素子を交換するたびに多大な工数を要するようなことがなく、かつ各波長変換光学素子を最大限効率的に利用することができ、これにより効率的な稼働を可能とした検査装置を提供することができる。なお、被検物213がウェハ等のように光透過性を有さない場合には、被検物からの反射光を投影光学系204に入射してTDIセンサ215に導くことにより、同様に構成することができる。   According to such an inspection apparatus 200, each time the wavelength conversion optical element is exchanged in the laser device LS, it does not require a large number of man-hours, and each wavelength conversion optical element can be used as efficiently as possible. Thus, it is possible to provide an inspection apparatus that enables efficient operation. In the case where the test object 213 does not have optical transparency like a wafer or the like, the reflected light from the test object is incident on the projection optical system 204 and guided to the TDI sensor 215 in the same manner. can do.

LS レーザ装置
La 基本波レーザ光
Lv 紫外レーザ光
1 レーザ光出力部
3 波長変換部
10 レーザ光発生部
20 増幅部
30 波長変換光学系
31〜36 波長変換光学素子(31 疑似位相整合型の波長変換光学結晶)
60 第1構成形態の損傷検出装置(損傷検出手段)
61 アパーチャ(開口)
65 反射光検出器
70 第2構成形態の損傷検出装置(損傷検出手段)
75 散乱光検出器
100 露光装置
102 照明光学系
103 マスク支持台
104 投影光学系
105 露光対象物支持テーブル
113 フォトマスク
115 露光対象物
200 検査装置
202 照明光学系
203 被検物支持台
204 投影光学系
213 被検物
215 TDIセンサ(検出器)
LS laser device La fundamental wave laser beam Lv ultraviolet laser beam 1 laser beam output unit 3 wavelength conversion unit 10 laser beam generation unit 20 amplification unit 30 wavelength conversion optical system 31 to 36 wavelength conversion optical element (31 pseudo phase matching type wavelength conversion Optical crystal)
60 Damage detection apparatus (damage detection means) of the first configuration form
61 Aperture (opening)
65 Reflected light detector 70 Damage detection device (damage detection means) of the second configuration form
75 Scattered light detector 100 Exposure apparatus 102 Illumination optical system 103 Mask support base 104 Projection optical system 105 Exposure object support table 113 Photomask 115 Exposure object 200 Inspection apparatus 202 Illumination optical system 203 Test object support stage 204 Projection optical system 213 Test object 215 TDI sensor (detector)

Claims (7)

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出力されたレーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備え、
前記波長変換部には、
入射したレーザ光を波長変換して出射する波長変換光学素子と、
前記波長変換光学素子から放射される光の状態変化を検出することにより、前記波長変換光学素子を透過するレーザ光のビーム伝播領域において損傷が発生したことを検出して検出信号を出力する損傷検出手段と
を備えたことを特徴とするレーザ装置。
A laser beam output unit that outputs a laser beam, and a wavelength conversion unit that wavelength-converts and outputs the laser beam output from the laser beam output unit,
In the wavelength converter,
A wavelength conversion optical element that converts the wavelength of the incident laser light and emits it;
Damage detection that detects the occurrence of damage in the beam propagation region of the laser light that passes through the wavelength conversion optical element and outputs a detection signal by detecting a change in the state of light emitted from the wavelength conversion optical element And a laser device.
前記損傷検出手段は、
前記波長変換光学素子から出射されるレーザ光のビーム径が、波長変換を開始した初期状態のビーム径から増加したときに、当該ビーム径の増加状態を検出して前記検出信号を出力するように構成される
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。
The damage detection means includes
When the beam diameter of the laser beam emitted from the wavelength conversion optical element is increased from the initial beam diameter when the wavelength conversion is started, the increase state of the beam diameter is detected and the detection signal is output. The laser device according to claim 1, wherein the laser device is configured.
前記損傷検出手段は、
前記ビーム伝播領域において散乱光が発生したときに、当該散乱光を検出して前記検出信号を出力するように構成される
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。
The damage detection means includes
The laser apparatus according to claim 1, wherein when the scattered light is generated in the beam propagation region, the scattered light is detected and the detection signal is output.
前記損傷検出手段は、
前記初期状態において前記波長変換光学素子から出射されたレーザ光がそのまま通過し、前記ビーム径の増加状態において前記波長変換光学素子から出射されたレーザ光の外周部が掛かるように設定された開口と、
前記波長変換光学素子から出射され前記開口で反射されたレーザ光を検出する反射光検出器と
からなることを特徴とする請求項2に記載のレーザ装置。
The damage detection means includes
An opening set so that the laser light emitted from the wavelength conversion optical element in the initial state passes through as it is and the outer periphery of the laser light emitted from the wavelength conversion optical element is applied in the increased beam diameter state; ,
The laser apparatus according to claim 2, further comprising a reflected light detector that detects laser light emitted from the wavelength conversion optical element and reflected by the opening.
前記波長変換光学素子が、疑似位相整合型の波長変換光学結晶であることを特徴とする請求項2または4に記載のレーザ装置。   5. The laser device according to claim 2, wherein the wavelength conversion optical element is a quasi phase matching type wavelength conversion optical crystal. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザ装置と、
所定の露光パターンが形成されたフォトマスクを保持するマスク支持部と、
露光対象物を保持する露光対象物支持部と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、
前記フォトマスクを透過した光を露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系と
を備えたことを特徴とする露光装置。
A laser device according to any one of claims 1 to 5;
A mask support for holding a photomask on which a predetermined exposure pattern is formed;
An exposure object support for holding the exposure object;
An illumination optical system for irradiating the photomask held by the mask support with the laser beam output from the laser device;
An exposure apparatus comprising: a projection optical system that projects light transmitted through the photomask onto an exposure target held by an exposure target support.
請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザ装置と、
被検物を保持する被検物支持部と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、
前記被検物からの光を検出する検出器と
を備えたことを特徴とする検査装置。
A laser device according to any one of claims 1 to 5;
An object support for holding the object;
An illumination optical system for irradiating a test object held by the test object support unit with laser light output from the laser device;
An inspection apparatus comprising: a detector that detects light from the test object.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107863680A (en) * 2017-12-29 2018-03-30 中国工程物理研究院应用电子学研究所 A kind of continuously adjustabe dual-wavelength laser output device
WO2022181676A1 (en) * 2021-02-24 2022-09-01 信弘 梅村 215-222 nm wavelength laser beam generating apparatus
WO2022181677A1 (en) * 2021-02-24 2022-09-01 信弘 梅村 Ultraviolet laser light generation device

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