JP2007287886A - レーザー装置及びそのレーザー装置を用いた検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】波長変換効率を変化させずに、発生させる縦モードの本数を変えられることができるレーザー装置を提供する。
【解決手段】第1の共振器で共振したレーザー光を発振するレーザー発振器10と、レーザー発振器10から取り出されたレーザー光の波長を変換するために用いられ、第2の共振器24で共振したレーザー光を出射する外部共振器型波長変換器20とを有するレーザー装置1であって、第1の共振器の共振器長が、第2の共振器24の共振器長の1/15以下であることを特徴とするレーザー装置。
【選択図】 図1
【解決手段】第1の共振器で共振したレーザー光を発振するレーザー発振器10と、レーザー発振器10から取り出されたレーザー光の波長を変換するために用いられ、第2の共振器24で共振したレーザー光を出射する外部共振器型波長変換器20とを有するレーザー装置1であって、第1の共振器の共振器長が、第2の共振器24の共振器長の1/15以下であることを特徴とするレーザー装置。
【選択図】 図1
Description
本発明は、レーザー装置及びそのレーザー装置を用いた検査装置に関する。特に、波長変換型レーザーの構成、及びその波長変換型レーザーを用いた検査装置に関する。
半導体の進歩に伴う半導体の微細化と共に、半導体における欠陥検出の要求されるサイズが年々小さくなってきている。そのため、欠陥検出感度を高めるためにも検査光源には短波長化が必要となる。そこで、検査用光源を短波長化するために、波長変換技術を用いることがある。一例としては、基本波1064nmのYAGレーザーを用いて波長変換を行い、第4高調波の波長266nmの紫外レーザー光が得られる。
現在、マスク基板表面の欠陥検査には、連続で発振するレーザー(CWレーザー)を用いられる場合がある(例えば非特許文献1)。そこで、CWレーザーにより発振したレーザー光を波長変換することが必要となってきている。半導体の微細化に伴い、検査光源に用いられるレーザー光を集光させ、スポット径を小さくする必要がある。スポット径を小さくするためには、レーザー光の横モードと縦モードとを単一のものを用いるようにするとよいと考えられる。
しかしながら、レーザー光の横モードと縦モードの両方を単一モードにすると、干渉性が非常に高くなり、スペックルとよばれる明暗のまだら模様が発生し、検査装置における画像上のノイズになってしまうという問題点があった。そこで、集光性に関する横モードのみを単一モードにし、縦モードをマルチモードにすることでこの問題点を解決する方法がある。
以上のようなことから、マルチ縦モードを有するレーザー光を波長変換するための波長変換型レーザーが必要となってきている。一般的な波長変換型レーザーは、波長変換結晶が共振器内部に配置された内部波長変換型である(例えば特許文献1)。この内部波長変換型レーザーにおいては、CWレーザーを効率良く波長変換することができる。
しかしながら、縦モードが複数本存在するマルチ縦モードのCWレーザー光を効率良く波長変換するには、全ての縦モードにおいて共振器間に定在波が発生するような制約が波長変換器に対して必要となる。これは、シングル縦モードの場合の単純な外部共振器とは異なる。そのため、内部波長変換型のレーザーでマルチ縦モードの基本波を発生させると、外部に取り出される第二高調波には光強度的なビートが発生するなどの問題が生じてしまう(例えば非特許文献2)。
これらのことから、一度発生したマルチ縦モードの基本波レーザーを共振器外部で波長変換を行うのが好ましい。ただし、波長変換結晶中で基本波のパワーを高めるために、外部共振器を適用する必要がある。
ここで、従来の一般的な波長変換型レーザー装置の構成を簡単に説明する。図6に示された従来の波長変換型レーザー装置900は、レーザー発振器901と外部共振器型波長変換器902とで構成され、外部共振器型波長変換器902はボウタイ型と呼ばれる形状になっている。
レーザー発振器901は、レーザー媒質としてYAG結晶903が用いられており、出力鏡904と全反射鏡905とで共振器が組まれている。外部共振器型波長変換器902は、部分透過鏡907と、2枚のミラー908a、908b、及びダイクロイックミラー909とで構成されている。
レーザー発振器901内で発振した基本波のレーザー光は出力鏡904から取り出される。このレーザー光は、レンズ906を通り外部共振器型波長変換器902における部分透過鏡907から共振器内部に入射する。ビームが集光される位置にSHG結晶910が配置している。ここで、SHGとは第2高調波のことであり、SHG結晶は、非線形光学結晶、非線形光学素子、波長変換結晶、波長変換素子とも呼ばれる。発生する第2高調波のレーザー光は、ダイクロイックミラー909から外部に取り出される。
ところが、マルチ縦モードのレーザー光を効率良く波長変換するには、外部共振器の共振器長を全ての縦モードにおける波長の整数倍に合わせる必要がある。この理由を以下に説明する。共振器で発振する基本波レーザー光の各縦モードの正確な波長は、共振器間で定在波が形成されることを考慮すると、基本波の共振器長L1を整数で割った値になる。したがって、各モードは定在波の数で区別できる。例えば、ある整数をmとすると、m、(m+1)、(m+2)・・・で区別できる。したがって、各縦モードの正確な波長λm、λm+1、λm+2・・・は、L1/m、L1/(m+1)、L1/(m+2)・・・で求まる。
外部共振器の共振器長L2は、これら基本波の各縦モードの波長の整数倍の場合に効率良く各モードが波長変換する。すなわち、L2は、各縦モードの波長λm、λm+1、λm+2・・・の整数倍になる必要があり、L2/L1・m、L2/L1・(m+1)、L2/L1・(m+2)・・・が整数になる必要がある。つまり、L2/L1の値が整数になれば、mの値に依存せずに、L2は各縦モードの波長の整数倍になる。したがって、L2がL1の整数倍であれば良い。
USP5,696,780
Journal of Optical Society of America, B, Vol.3, No.9, pp.1175-1180, 1986.
Proceedings of SPIE Vol.5256, pp.556-565, 2003.
しかしながら、従来のマルチ縦モードのレーザー光に対する波長変換方法においては、基本波レーザー光の共振器長を変化させたときに、外部共振器の共振器長も変化させる必要が生じ、外部共振器自体を設計しなおさなければならないという問題点がある。これは、スペックルをなくす等の理由のために発生させたい縦モードの本数を変える場合に、基本波レーザー光の縦モード本数を変える場合があるためである。このときに基本波レーザー光の共振器長を変化させる必要がある。
特に従来例として図6に示された波長変換型レーザー装置900の外部共振器型波長変換器902の形状から判るように、その共振器長を簡単に変えることは困難であり、しかも構成するミラー類は全て、あるいは少なくともSHG結晶910の両側のミラーは凹面状になっている必要があるため、共振器長を変える場合、各ミラーの配置位置だけでなく、それら凹面の曲率も変更する必要がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、生じさせる縦モードの本数を簡単に変えられることができる波長変換型レーザーを提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に係るレーザー装置においては、第1の共振器で共振したレーザー光を発振するレーザー発振器と、当該レーザー発振器から取り出されたレーザー光の波長を変換するために用いられ、第2の共振器で共振したレーザー光を出射する外部共振器型波長変換器とを有するレーザー装置であって、前記第2の共振器の共振器長が、前記第1の共振器の共振器長の1/15以下であることを特徴とするものである。このレーザー装置においては、第2の共振器の共振器長を第1の共振器の共振器長の1/15以下にすることによって、生じさせるモードの数を変化させても、波長変換効率を下げることなく波長変換を行うことができる。
本発明の第2の態様に係るレーザー装置においては、上述のレーザー装置であって、前記外部共振器型波長変換器における前記第2の共振器は、2枚の対向するミラーと、前記2枚の対向するミラーの間に位置し、波長変換を行う非線形結晶とを有することを特徴とするものである。本発明の第3の態様に係るレーザー装置においては、第2の態様に係るレーザー装置であって、前記2枚の対向するミラーの一方が、凹面鏡に一部の光を透過させる部分透過膜を設けた第1のミラーであり、前記2枚の対向するミラーの他方が、凹面鏡に波長に応じて反射率の異なるダイクロイック膜を設けた第2のミラーであることを特徴とするものである。このようにすることによって、非常にコンパクトな外部共振器を形成することができる。
本発明の第4の態様に係るレーザー装置においては、第2の態様に係るレーザー装置であって、前記外部共振器型波長変換器は、2枚の半凸型レンズと当該半凸型レンズによって狭持された前記非線形結晶とを有し、前記一方の前記半凸型レンズは、レンズ面に一部の光を透過させる部分透過膜を設け、他方の前記半凸型レンズは、レンズ面に所定の波長に応じて反射率の異なるダイクロイック膜を設けていることを特徴とするものである。このようにすることによって、非常にコンパクトな外部共振器を形成することができ、レーザー装置としても非常に小さくすることが可能である。
本発明の第5の態様に係るレーザー装置においては、第2の態様に係るレーザー装置であって、前記外部共振器型波長変換器は、前記非線形結晶を有し、前記非線形結晶は、対向する二端面が凸型の形状をしており、前記凸型の形状をした二端面の一方の端面上に、一部の光を透過させる部分透過膜を設け、他方の端面上に波長に応じて反射率の異なるダイクロイック膜を設けていることを特徴とするものである。このようにすることによって、非常にコンパクトな外部共振器を形成することができる。また、非線形結晶に膜を設けた外部共振器であるために、他のレンズやミラー等を必要とせずコストを抑えることができる。
本発明の第6の態様に係るレーザー装置においては、第2の態様に係るレーザー装置であって、前記外部共振器波長変換器は、前記非線形結晶と前記非線形結晶の端面に当接されたレンズとを有し、前記非線形結晶におけるレーザー光の入射面と出射面は、前記レンズが当接された端面に対して鋭角であり、前記入射面上に一部の光を透過させる部分透過膜を設け、出射面上に波長に応じて反射率の異なるダイクロイック膜を設けており、前記レンズのレンズ面には、光を全反射する反射膜を設けていることを特徴とするものである。このようにすることによって、入射側にレーザー光が反射することをなくすことができる。
本発明の第7の態様に係るレーザー装置においては、上述のレーザー装置であって、前記レーザー発振器は、YAGレーザーであり、前記レーザー発振器の共振器長が0.3m以上であることを特徴とするものである。
本発明の第8の態様に係る検査装置においては、上述のレーザー装置を光源として用いた検査装置である。この検査装置を用いることによって、スペックルノイズをなくすことができるので、高感度の欠陥検出を行うことができる。
本発明に係るレーザー装置及びそのレーザー装置を用いたマスク検査装置によれば、外部共振器の共振器長を基本波のレーザー発振器の共振器長の1/15以下にすることによって、波長変換効率を落とさずに縦モードの本数を変化させることができる。また、縦モードをマルチモードとして波長変換することができるために、集光することによってスポット径を小さくしても、検査装置において欠陥検出感度に悪影響を及ぼすスペックルが生じることがない光源を提供することができる。
実施の形態1.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、レーザー装置及びそのレーザー装置を用いたマスク検査装置に適用したものである。本実施の形態に係るレーザー装置においては、レーザー発振器とその外部に設けられた共振器型波長変換器を備え、その共振器型波長変換器内に設けられた共振器の共振器長をレーザー発振器の共振器長の1/15以下にしている。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、レーザー装置及びそのレーザー装置を用いたマスク検査装置に適用したものである。本実施の形態に係るレーザー装置においては、レーザー発振器とその外部に設けられた共振器型波長変換器を備え、その共振器型波長変換器内に設けられた共振器の共振器長をレーザー発振器の共振器長の1/15以下にしている。
このことから、レーザー発振器の共振器長を変えることで、波長変換効率を落とさずに、波長変換されるレーザー光の縦モードの本数を自由に変えることが可能なマルチ縦モードのレーザー装置を提供できる。また、本実施の形態におけるレーザー装置においては、波長変換器内に設けられた共振器長を短くすることができるため、レーザー装置をコンパクトにすることが可能である。本実施の形態においては、レーザー発振器としてYAGレーザーを例として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1に、本実施の形態に係るレーザー装置1の概略構成図を示す。レーザー装置1は、レーザー発振器10と外部共振器型波長変換器20とを有している。図1においては、レーザー発振器10から外部共振器型波長変換器20に光を入射するためにミラー30を用いているものを示している。
また、レーザー発振器10は、レーザー光源であるLD11、光ファイバ12、コリメートレンズ13、穴付き反射鏡14、YAG結晶15、出力鏡16、全反射鏡17、及び1/4波長板18を有している。LD11は、YAG結晶15の励起光源として、例えば波長808nmの半導体レーザーが用いられている。
LD11から発振された波長808nmのレーザー光は、光ファイバ12中を通過する。光ファイバ12から出射された光は、コリメートレンズ13によって集光されながら進み、穴付き反射鏡によって反射してYAG結晶15の端面に集光して入射される。これによって、出力鏡16と全反射鏡17とによる共振器中に基本波1064nmのレーザー光が発生する。共振器中に配置されている1/4波長板18は、YAG結晶15の熱による偏光の乱れを補正するためのものである。
出力鏡16から取り出された基本波のレーザー光は、ミラー30で反射する。ミラー30で反射した光は、外部共振器型波長変換器20に入射される。外部共振器型波長変換器20に入射されたレーザー光は、偏光ビームスプリッタ21で反射する。偏光ビームスプリッタ21で反射したレーザー光は、入射されたレーザー光の偏光方向を45度回転させることができるローテーター22を通過し、レンズ23を通って絞られながら進む。そして、部分透過鏡242とダイクロイックミラー243とで構成されている外部共振器24内に配置されたSHG結晶241内で集光する。
部分透過鏡242は、基本波の波長1064nmに対して約80%の反射率を有し、ダイクロイックミラー243は、基本波1064nmに対して99%以上の反射率を有している。ダイクロイックミラー243には、PZT(ピエゾ)素子244が設けられており、ダイクロイックミラー243の光軸方向位置を数ナノメートルの精度で微調整できるようになっている。
一方、外部共振器24内に入った基本波のレーザー光が部分透過鏡242からレンズ23の方向に戻されると、再びローテーター22を通過するため偏光方向がさらに45度回転し、ミラー30から入射されたレーザー光の偏光方向から90度回転した偏光方向を有するレーザー光となる。そのため、偏光ビームスプリッタ21を透過して、光検出器25に入射される。
また、光検出器25で計測されるレーザーパワーを最小にするように、PZT素子244に信号26を送ってダイクロイックミラー243の光軸方向の位置を微調整する。これによって、外部共振器24内で基本波のレーザー光が定在波を形成するようになる。
また、部分透過鏡242は波長532nmに対して99%以上の高い反射率になっており、また、ダイクロイックミラー243は波長532nmに対して99%以上の高い透過率になっている。その結果、SHG結晶241中で発生した第2高調波は外部共振器24から外部に取り出される。
本実施の形態に係るレーザー装置1においては、外部共振器型波長変換器20内の部分透過鏡242とダイクロイックミラー243とで構成されている外部共振器24の共振器長が、レーザー発振器10内の出力鏡16と全反射鏡17で構成される共振器の共振器長の1/15以下となっている。その理由について以下に説明する。
まず、レーザー発振器10内の共振器の共振器長はL1とし、外部共振器型波長変換器20内における共振器の共振器長はL2とする。基本波の各縦モードに対して、それらの第2高調波が共振する条件は、ある整数mに用いてL2=m・L1で表される。以下にその理由を説明する。まず、モードm、m+1、m+2におけるレーザー光の波長は、
λm=L1/m、λm+1=L1/(m+1)、λm+2=L1/(m+2)
となる。
λm=L1/m、λm+1=L1/(m+1)、λm+2=L1/(m+2)
となる。
また、L2の条件は、L2/λm、L2/λm+1、及びL2/λm+2が整数となればよい。どのようなmに対しても上述のL2の条件にあてはまるためには、L2はL1の整数倍となる必要がある。ただし、L2をL1の整数倍に合わせるだけではなく、波長レベルの微調整が必要である。外部共振器の共振器長L2が、これに入射する基本波レーザー光の波長λの半分の整数倍からずれる場合、そのずれをΔL(ただし絶対値とする。)とすると、ΔLをλで割った値は0から1までの値になる。
ここで、外部共振器の共振器長L2が、これに入射する基本波レーザー光の波長λの半分の整数倍からずれる場合、そのずれをΔLとする。ある縦モードmに対して、共振器長L2の定在波からのずれΔLmは、
ΔLm=L2−INT(L2/λm)・λm
と表され、このΔLmが0となるように共振器長L2を微調整する。このときの縦モードmにおいては、L2=n・λm(n:整数)の関係が成り立つ。
ΔLm=L2−INT(L2/λm)・λm
と表され、このΔLmが0となるように共振器長L2を微調整する。このときの縦モードmにおいては、L2=n・λm(n:整数)の関係が成り立つ。
このときに縦モードm+1における定在波からのずれΔLm+1は、
ΔLm+1=L2−INT(L2/λm+1)・λm+1
=L2−[n+INT(n/m)]・λm+1
=[L2/L1−INT(n/m)]・λm+1
となる。ここで、INTは整数化の関数であり、INTのあとの括弧内の数字の小数点以下の数を切り捨てにして整数にする関数である。すなわち、L2/L1−INT(n/m)は、L2/L1の小数点以下の部分の数を表している。このL2/L1の小数点以下の部分の数が、縦モードm+1において、共振器長L2の端面における定在波からのずれの波長λm+1に対する割合になる。
ΔLm+1=L2−INT(L2/λm+1)・λm+1
=L2−[n+INT(n/m)]・λm+1
=[L2/L1−INT(n/m)]・λm+1
となる。ここで、INTは整数化の関数であり、INTのあとの括弧内の数字の小数点以下の数を切り捨てにして整数にする関数である。すなわち、L2/L1−INT(n/m)は、L2/L1の小数点以下の部分の数を表している。このL2/L1の小数点以下の部分の数が、縦モードm+1において、共振器長L2の端面における定在波からのずれの波長λm+1に対する割合になる。
また、外部共振器24の共振器長に対する要求精度は、共振器における干渉縞の鮮鋭さを示すフィネスFを用いて表される。すなわち、上述の式におけるL2/L1の小数点以下の部分の数が1/Fよりも小さければこの共振器において、その縦モードのレーザー光を発振することができる。これは、共振器においてレーザー光が発振される波長において許容される幅を有しており、そのピーク幅をモード間の波長幅で割ったものがフィネスとなっているからである。すなわち、外部共振器24の共振器長は、レーザー発振器10内の共振器の共振器長L1の整数倍に共振器長L1の1/Fだけ誤差を有しても外部共振器24によって、2倍波を共振させることができる。
さらに、外部共振器型波長変換器20内の外部共振器24において、基本波が最初に入射するハーフミラーにおいて、基本波に対して80%以上の反射率を有し、それ以外のミラーでは、基本波を全反射させるミラーが用いられる。その結果、外部共振器における基本波に対するフィネスは14以上になる。
そこで、本実施の形態に係るレーザー装置1においては、外部共振器24の共振器長L2をレーザー発振器10の共振器の共振器長の1/15以下としている。これは、外部共振器24の共振器長L2は上述の許容されるずれの分の長さにしている。すなわち、外部共振器24の共振器長L2が許容される範囲は、レーザー発振器10内の共振器の共振器長L1の整数倍から共振器長L1の1/F増減した値内の範囲であるために、本実施の形態に係るレーザー装置1における外部共振器24の共振器長L2は、レーザー発振器10内の共振器の共振器長L1の0倍に共振器長L1の1/F加算した値としている。そのため、本実施の形態に係るレーザー装置1における外部共振器24の共振器長L2を、レーザー発振器10の共振器の共振器長の1/15以下としている。
このような構成のレーザー装置1を用いることによって、外部共振器型波長変換器20内の共振器長L2がレーザー発振器10の共振器長L1に依存しないために、発生させたい縦モードを増減させたとしても外部共振器型波長変換器20内の共振器長L2を変化させる必要がなくなる。
上述のことを図2で説明する。図2においては、レーザー発振器10の共振器長L1を1mとして、L2の長さに対する縦モードmとm+1の波の位相を示している。外部共振器の共振器長L2が、これに入射する基本波レーザー光の波長λの半分の整数倍からずれる場合、そのずれをΔL(ただし絶対値とする。)とすると、ΔLをλで割った値がそれぞれの波の位相となり、0から1までの値になる。この位相が0か1の近傍に存在しているときのL2の長さであればその縦モードが共振しうると考えられる。そのため、L2を微調整することによって、縦モードmとm+1両方の波の位相が0か1の近傍に存在させることできれば、その両方の波を共振させることができる。図2においては、その0か1の近傍を斜線のハッチで示している。
図2(a)はL2=100cm近傍のときの図である。レーザー発振器10の共振器長L1と略同じ共振器長L2を外部共振器24が有していれば、縦モードmとm+1の波は略同位相を有する。そのため、縦モードmの波の位相が斜線のハッチの位置にある長さに外部共振器24の共振器長L2をすることによって、隣接するモードの波を共振させることができる外部共振器24を形成することができる。
図2(b)はL2=50cm近傍のときの図である。この場合においては、縦モードmとm+1の波の位相は逆位相となってしまい、隣接するモードにおいて共振することができない。そのため、外部共振器の共振器長L2を0.5m近傍にすることはできないことになる。
図2(c)はL2=101cm近傍のときの図である。この場合においては、縦モードmとm+1の波の位相はずれを生じている。しかしながら、このずれを有している場合においても、モードmとm+1の波の位相が斜線のハッチの位置内に入る長さを外部共振器の共振器長とすることができる。つまり、複数の縦モードを含むことができる外部共振器24を形成できることになる。
以上のことから、レーザー発振器10の共振器長L1の整数倍に小さいずれを生じさせたとしても複数の縦モードを共振させることができる外部共振器24を形成することができる。複数の縦モードを共振させることができるような小さいずれは、1/Fの程度であり、そのため、本実施の形態に係るレーザー装置1においては、外部共振器24の共振器長をレーザー発振器10の共振器長L1の1/Fとしている。一般的に用いられる外部共振器内のミラーの反射率が80%程度であることから、本実施の形態に係る外部共振器24の共振器長L2をレーザー発振器10の共振器長L1の1/15以下としている。
ここで、レーザー発振器10の共振器長L1を例として1mとする。YAGレーザーの基本波1064.14nm周辺の縦モード間隔Δλは
Δλ≒λ2/2・L1≒0.566pm
となる。YAGレーザーのゲイン幅は約0.01nmであることから、17本の縦モードが同時に発振できることになる。
Δλ≒λ2/2・L1≒0.566pm
となる。YAGレーザーのゲイン幅は約0.01nmであることから、17本の縦モードが同時に発振できることになる。
一方、外部共振器24の共振器長L2を4mmとする。その結果、L2/L1=250である。つまり、外部共振器24が、あるモードmにおいて定在波が形成される場合、隣り合う縦モードm+1が定在波からずれる割合はΔLm+1/λm+1=1/250となる。その結果、17個離れた縦モードに対しては、定在波からずれる割合は、ΔLm+16/λm+16=16/250〜1/16となる。したがって、17個離れた縦モードの光におけるずれ量が1/15以下になるため、この17本の縦モード全てを効率良く波長変換することができる。
なお、本実施の形態に係るレーザー装置1は、YAGレーザーの第2高調波を発生させるものとして説明しているが、さらに外部共振器型波長変換器を追加して、第4高調波を発生させるように構成する場合も、その第4高調波用の外部共振器の共振器長も前記同様にすれば、第2高調波の各縦モードを全て効率良く波長変換できる。このように、YAGレーザーの第2高調波を発生させることに本発明は限定させるものではない。
次に、レーザー装置1における外部共振器24に関して、同様に短い共振器を実現できる他の外部共振器の構造例を図3に示す。図3(a)は、図1に示されたレーザー装置1における外部共振器24と同様の標準的な外部共振器40になっている。構造は、SHG結晶41の両側に一対の凹面鏡42a、42bを配置したものである。また、部分透過膜43とダイクロイック膜44とが凹面鏡42a、42bの内側にコーティングされている。すなわち、部分透過膜43がコーティングされた面から基本波のレーザー光が入射し、ダイクロイック膜44がコーティングされた面から、第2高調波のレーザー光が出射する構造になっている。ただし、SHG結晶41の両端面には基本波と第2高調波との両方に対する反射防止コーティング(ARコート)を施す必要がある。
図3(b)に示されている外部共振器50は、半凸型レンズ52a、52bがSHG結晶51の端面にオプティカルコンタクトによって密着している。半凸型レンズ52a、52bのSHG結晶51と密着している面と対向する面には、部分透過膜53とダイクロイック膜54とが表面にコーティングされている。部分透過膜53側から基本波のレーザー光が入射し、ダイクロイック膜54側から第2高調波のレーザー光が出射する構造である。この構造の特長は、図3(a)に示した外部共振器40とは異なり、SHG結晶51の両端面にダメージが生じやすいARコートを施す必要がないことである。
図3(c)に示されている外部共振器60は、SHG結晶61に部分透過膜62とダイクロイック膜63とを設けているものである。SHG結晶61の両端面は凸面形状をしている。それらの表面に部分透過膜62とダイクロイック膜63とをコーティングしている。部分透過膜62側から基本波のレーザー光が入射し、ダイクロイック膜63側から第2高調波のレーザー光が出射する構造である。
この構造の特長としては、共振器長を特に短くできることである。ただし、共振器長の制御に関しては、SHG結晶61自体が伸縮できないため、設置角度(水平方向や垂直方向の向き)を微妙に変化させることで共振させることができる。あるいは、屈折率が温度依存性を有することから、SHG結晶61の温度をコントロールすることでも共振の制御が可能である。
図3(d)に示された外部共振器70は、SHG結晶71中でレーザー光の光路が三角形のようにループを形成するような構造になっている。SHG結晶71の端面は、レーザー光の光路が三角形になるようにレーザー光を屈折するような面となっている。部分透過膜72とダイクロイック膜73とはSHG結晶71の端面に設けられており、どちらも平面になっている。また、レンズ74をSHG結晶71の部分透過膜72とダイクロイック膜73とが設けられた端面と異なる端面に密着させている。このレンズ74の外側面は凸面鏡となっており、反射膜75がコーティングされている。このレンズ74が密着された端面と、部分透過膜72とダイクロイック膜73が設けられた端面とは、鋭角になっている。
このことによって、SHG結晶71に入射された基本波のレーザー光は、部分透過膜
72とダイクロイック膜73とで共振器を形成し、第2高調波が発生する。このときのレーザー光の光路は、部分透過膜72からレンズ74を通過し反射膜75で反射してから、ダイクロイック膜73に到達する。この構造の特長は、SHG結晶71中でのレーザー光路をループ状にすることで、SHG結晶71中から再び外部に戻される基本波のレーザー光が、正反対方向、すなわち基本波のレーザー発振器の方向に戻されることがない。
72とダイクロイック膜73とで共振器を形成し、第2高調波が発生する。このときのレーザー光の光路は、部分透過膜72からレンズ74を通過し反射膜75で反射してから、ダイクロイック膜73に到達する。この構造の特長は、SHG結晶71中でのレーザー光路をループ状にすることで、SHG結晶71中から再び外部に戻される基本波のレーザー光が、正反対方向、すなわち基本波のレーザー発振器の方向に戻されることがない。
以上のことから、本実施の形態に係るレーザー装置においては、レーザー発振器の共振器長を変えたり、使用する縦モードの数を増減させたとしても、波長変換効率を落とさずに外部共振器の共振器長を変化させずに波長変換することができる。また、本実施の形態におけるレーザー装置においては、外部共振器内に設けられた共振器長を短くすることができるため、レーザー装置をコンパクトにすることが可能である。さらに、本実施の形態に係るレーザー装置では、任意の本数の縦モードで短波長のレーザー光を発生できるため、微小スポットに集光する必要がありかつ干渉を抑制したい応用分野に最適である。したがって、本発明のマスク検査装置のように微細な欠陥を検出する装置だけでなく、光記録にも適用できる。
実施の形態2.
第2の実施の形態においては、レーザー発振器をアルゴンイオンレーザーとし、アルゴンイオンレーザーの第2高調波の発生をするレーザー装置を説明する。アルゴンイオンレーザーにおいて、広く知られているようにグリーン領域に多数の発振ラインを有するが、各発振ライン、例えば、波長514.5nmのラインのみに関しても、数本から十数本の縦モードで同時に発振する。これらの複数の縦モードの光を同時に波長変換することができるレーザー装置に関してである。構成要素や動作原理で実施の形態1と同様のものは省略する。
第2の実施の形態においては、レーザー発振器をアルゴンイオンレーザーとし、アルゴンイオンレーザーの第2高調波の発生をするレーザー装置を説明する。アルゴンイオンレーザーにおいて、広く知られているようにグリーン領域に多数の発振ラインを有するが、各発振ライン、例えば、波長514.5nmのラインのみに関しても、数本から十数本の縦モードで同時に発振する。これらの複数の縦モードの光を同時に波長変換することができるレーザー装置に関してである。構成要素や動作原理で実施の形態1と同様のものは省略する。
本実施の形態に係るレーザー装置100の構成図を図4に示す。本実施の形態に係るレーザー装置100は、アルゴンイオンレーザー110を有している。アルゴンイオンレーザー110は、両端にブリュースターウインド112a、112bが取り付けられたレーザー管111と出力鏡113と全反射鏡114とを有している。レーザー管112の内部にはアルゴンガスが封入されている。レーザー管112を放電することでレーザー発振する。このレーザー発振においては、波長514.5nmのレーザー光が発生し、出力鏡113と全反射鏡114との間で共振している。
出力鏡113から取り出されたレーザー光は、偏光ビームスプリッタ121とローテーター122を透過する。ローテーター122を通過した光は、レンズ123を通って絞られながら進む。レンズ123によって絞られた光は、外部共振器130に入射する。
外部共振器130は、SHG結晶131と部分透過膜132とダイクロイック膜133とを有している。SHG結晶131は、図2(c)に示したSHG結晶61と同様に、両端部凸面形状をしている。また、SHG結晶131の端面には部分透過膜132とダイクロイック膜133が直接コーティングされている。
外部共振器130内で発生する第2高調波はダイクロイック膜133から取り出される。外部共振器内で未変換の基本波は、部分透過膜132側とダイクロイック膜133側とに出射される。部分透過膜132側に出射された光は、レンズ123とローテーター122とを逆方向に進み、偏光ビームスプリッタ121で反射して光検出器140で受光される。
一方、レーザー装置100では、出力鏡113にPZT素子115が取り付けられている。このPZT素子115は、光検出器140で受光される光量が最小になるように、出力鏡113の位置を微調整している。すなわち、SHG結晶131の共振器長を微調整できないことから、基本波の共振器長を微調整している。それによって、発生する基本波のレーザー光の波長を微調整して、外部共振器内で第2高調波が共振するようになっている。
本実施の形態に係るレーザー装置100は、第2高調波の共振器長を微調整する必要が無いため外部共振器長を極端に短くできる。また、共振させる反射膜132、133が直接コーティングされたSHG結晶131が利用できるようになった。
以上のことから、本実施の形態に係るレーザー装置においては、レーザー発振器の共振器長を変えたり、使用する縦モードの数を増減させたとしても、波長変換効率を落とさずに外部共振器の共振器長を変化させずに波長変換することができる。また、本実施の形態におけるレーザー装置においては、外部共振器内に設けられた共振器長を短くすることができるため、レーザー装置をコンパクトにすることが可能である。
実施の形態3.
実施の形態1.及び実施の形態2.では、レーザー装置について説明したが、本実施の形態においては、この実施の形態1.及び実施の形態2.のレーザー装置を用いた検査装置について説明する。構成要素や動作原理で実施の形態1.及び実施の形態2.と同様のものは省略する。
実施の形態1.及び実施の形態2.では、レーザー装置について説明したが、本実施の形態においては、この実施の形態1.及び実施の形態2.のレーザー装置を用いた検査装置について説明する。構成要素や動作原理で実施の形態1.及び実施の形態2.と同様のものは省略する。
本実施の形態に係る検査装置200の概略構造図を図5に示す。検査装置200では、図1に示されたレーザー装置1と、さらに設けた外部共振器を用いたレーザー装置を光源として用いている。すなわち、第4高調波を発生させたレーザー装置を光源210としている。したがって、多数の縦モードを含んだ波長266nmである紫外域のレーザー光が得られ、これを光源に用いている。
検査装置200は、光源210と検査部220とを有している。光源210から検査部220に入射された紫外レーザー光における横モードはシングルモードになっている。この紫外レーザー光は、検査部220内の偏光ビームスプリッタ221で反射するような偏光方向で入射される。
この紫外レーザー光は、偏光ビームスプリッタ221で反射し、ポリゴンミラー222で反射される。ポリゴンミラー222で反射したレーザー光は、リレーレンズ223を通過し、1/4波長板224を通過する。1/4波長板224を通過したレーザー光は、対物レンズ225に入射され、マスク基板230上で集光される。
マスク基板230で反射したレーザー光は、対物レンズ225、1/4波長板224、リレーレンズ223、及びポリゴンミラー222の順に通過し、偏光ビームスプリッタ221に入射する。この偏光ビームスプリッタ221に入射した光は、1/4波長板224を2回通過しているため、偏光方向が90度回転した状態になっている。そのため、偏光ビームスプリッタ221において透過することになる。この偏光ビームスプリッタ221を透過したレーザー光は、投影レンズ226を通って光検出器227に入射される。
マスク基板230上に欠陥が存在するとその欠陥に集光されたレーザー光の反射光の強度変化が生じ、光検出器227で識別される。つまりマスク基板230上に小さなスポットで集光できる必要がある。そのため、用いられる紫外レーザー光は、集光性能が高いシングル横モードになっている。ところが、縦モードに関してもシングルであるならば、非常に干渉性が高くなることから、マスク基板230上に欠陥が存在しない場合でも、反射光の強度に変化が生じることがある。したがって、出来る限り干渉性の低いレーザー光を用いる必要がある。
そこで本実施の形態に係る検査装置200では、光源に本発明のレーザー装置を用いていることから、多数の縦モードを含んだシングル横モードのレーザー光をもちいることができる。そのため、マスク基板上に小さなスポットで集光でき、しかも干渉性が低く、擬似欠陥の発生確率を大幅に低下することが可能になる。
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、基本波レーザーに波長405nmの紫外域の半導体レーザー(UV−LD)を用いた場合に、その第2高調波によって波長202.5nmの紫外光が得られる。このとき、外部共振器によって多数の縦モードで発振できるようにすれば、コンパクトなマルチ縦モードの紫外光源が実現できる。
1 レーザー装置
10 レーザー発振器 11 LD 12 光ファイバ 13 コリメートレンズ
14 反射鏡 15 YAG結晶 16 出力鏡 17 全反射鏡 18 1/4波長板
20 外部共振器型波長変換器 21 偏光ビームスプリッタ 22 ローテーター
23 レンズ
24 外部共振器 241 SHG結晶 242 部分透過鏡
243 ダイクロイックミラー 244 PZT素子
25 光検出器 26 信号30 ミラー
40 外部共振器 41 SHG結晶 42 凹面鏡 43 部分透過膜
44 ダイクロイック膜
50 外部共振器 51 SHG結晶 52 半凸型レンズ 53 部分透過膜
54 ダイクロイック膜
60 外部共振器 61 SHG結晶 62 部分透過膜 63 ダイクロイック膜
70 外部共振器 71 SHG結晶 72 部分透過膜 73 ダイクロイック膜
74 レンズ 75 反射膜
100 レーザー装置 110 アルゴンイオンレーザー
111 レーザー管 112 ブリュースターウインド 113 出力鏡
114 全反射鏡 115 PZT素子 121 偏光ビームスプリッタ
122 ローテーター 123 レンズ 130 外部共振器 131 SHG結晶
132 部分透過膜 133 ダイクロイック膜 140 光検出器
200 検査装置 210 光源 220 検査部
221 偏光ビームスプリッタ 222 ポリゴンミラー 223 リレーレンズ
224 1/4波長板 225 対物レンズ 227 投影レンズ 228 光検出器
230 マスク基板
900 波長変換型レーザー装置 901 レーザー発振器
902 外部共振器型波長変換器
903 YAG結晶 904 出力鏡 905 全反射鏡 906 レンズ
907 部分透過鏡 908 ミラー 909 ダイクロイックミラー
910 SHG結晶
10 レーザー発振器 11 LD 12 光ファイバ 13 コリメートレンズ
14 反射鏡 15 YAG結晶 16 出力鏡 17 全反射鏡 18 1/4波長板
20 外部共振器型波長変換器 21 偏光ビームスプリッタ 22 ローテーター
23 レンズ
24 外部共振器 241 SHG結晶 242 部分透過鏡
243 ダイクロイックミラー 244 PZT素子
25 光検出器 26 信号30 ミラー
40 外部共振器 41 SHG結晶 42 凹面鏡 43 部分透過膜
44 ダイクロイック膜
50 外部共振器 51 SHG結晶 52 半凸型レンズ 53 部分透過膜
54 ダイクロイック膜
60 外部共振器 61 SHG結晶 62 部分透過膜 63 ダイクロイック膜
70 外部共振器 71 SHG結晶 72 部分透過膜 73 ダイクロイック膜
74 レンズ 75 反射膜
100 レーザー装置 110 アルゴンイオンレーザー
111 レーザー管 112 ブリュースターウインド 113 出力鏡
114 全反射鏡 115 PZT素子 121 偏光ビームスプリッタ
122 ローテーター 123 レンズ 130 外部共振器 131 SHG結晶
132 部分透過膜 133 ダイクロイック膜 140 光検出器
200 検査装置 210 光源 220 検査部
221 偏光ビームスプリッタ 222 ポリゴンミラー 223 リレーレンズ
224 1/4波長板 225 対物レンズ 227 投影レンズ 228 光検出器
230 マスク基板
900 波長変換型レーザー装置 901 レーザー発振器
902 外部共振器型波長変換器
903 YAG結晶 904 出力鏡 905 全反射鏡 906 レンズ
907 部分透過鏡 908 ミラー 909 ダイクロイックミラー
910 SHG結晶
Claims (8)
- 第1の共振器で共振したレーザー光を発振するレーザー発振器と、
当該レーザー発振器から取り出されたレーザー光の波長を変換するために用いられ、第2の共振器で共振したレーザー光を出射する外部共振器型波長変換器とを有するレーザー装置であって、
前記第2の共振器の共振器長が、前記第1の共振器の共振器長の1/15以下であることを特徴とするレーザー装置。 - 前記外部共振器型波長変換器における前記第2の共振器は、2枚の対向するミラーと、前記2枚の対向するミラーの間に位置し、波長変換を行う非線形結晶とを有することを特徴とする請求項1に記載のレーザー装置。
- 前記2枚の対向するミラーの一方が、凹面鏡に一部の光を透過させる部分透過膜を設けた第1のミラーであり、
前記2枚の対向するミラーの他方が、凹面鏡に波長に応じて反射率の異なるダイクロイック膜を設けた第2のミラーであることを特徴とする請求項2に記載のレーザー装置。 - 前記外部共振器型波長変換器は、2枚の半凸型レンズと当該半凸型レンズによって狭持された前記非線形結晶とを有し、
前記一方の前記半凸型レンズは、レンズ面に一部の光を透過させる部分透過膜を設け、
他方の前記半凸型レンズは、レンズ面に所定の波長に応じて反射率の異なるダイクロイック膜を設けていることを特徴とする請求項2に記載のレーザー装置。 - 前記外部共振器型波長変換器は、前記非線形結晶を有し、
前記非線形結晶は、対向する二端面が凸型の形状をしており、前記凸型の形状をした二端面の一方の端面上に、一部の光を透過させる部分透過膜を設け、他方の端面上に波長に応じて反射率の異なるダイクロイック膜を設けていることを特徴とする請求項2に記載のレーザー装置。 - 前記外部共振器波長変換器は、前記非線形結晶と前記非線形結晶の端面に当接されたレンズとを有し、
前記非線形結晶におけるレーザー光の入射面と出射面は、前記レンズが当接された端面に対して鋭角であり、前記入射面上に一部の光を透過させる部分透過膜を設け、出射面上に波長に応じて反射率の異なるダイクロイック膜を設けており、
前記レンズのレンズ面には、光を全反射する反射膜を設けていることを特徴とする請求項2に記載のレーザー装置。 - 前記レーザー発振器は、YAGレーザーであり、前記レーザー発振器の共振器長が0.3m以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のレーザー装置。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のレーザー装置を光源に用いた検査装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006112576A JP2007287886A (ja) | 2006-04-14 | 2006-04-14 | レーザー装置及びそのレーザー装置を用いた検査装置 |
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JP2006112576A JP2007287886A (ja) | 2006-04-14 | 2006-04-14 | レーザー装置及びそのレーザー装置を用いた検査装置 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2006112576A Pending JP2007287886A (ja) | 2006-04-14 | 2006-04-14 | レーザー装置及びそのレーザー装置を用いた検査装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11147141B2 (en) | 2019-08-29 | 2021-10-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Lighting system and method of controlling lighting system |
US11206725B2 (en) | 2019-08-29 | 2021-12-21 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Lighting system and method of controlling lighting system |
-
2006
- 2006-04-14 JP JP2006112576A patent/JP2007287886A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11147141B2 (en) | 2019-08-29 | 2021-10-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Lighting system and method of controlling lighting system |
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