JP2020076853A - Wavelength conversion device, inspection device, and wavelength conversion method - Google Patents
Wavelength conversion device, inspection device, and wavelength conversion method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020076853A JP2020076853A JP2018209639A JP2018209639A JP2020076853A JP 2020076853 A JP2020076853 A JP 2020076853A JP 2018209639 A JP2018209639 A JP 2018209639A JP 2018209639 A JP2018209639 A JP 2018209639A JP 2020076853 A JP2020076853 A JP 2020076853A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength conversion
- incident light
- light
- wavelength
- conversion element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、波長変換装置、検査装置、及び波長変換方法に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion device, an inspection device, and a wavelength conversion method.
特許文献1には、非線形光学結晶を用いた波長変換レーザ装置が開示されている。特許文献1の波長変換レーザ装置では、非線形光学結晶の位相整合方向と直交な方向にレーザ光を集光する円筒レンズ(シリンドリカルレンズ)が用いられている。 Patent Document 1 discloses a wavelength conversion laser device using a nonlinear optical crystal. In the wavelength conversion laser device of Patent Document 1, a cylindrical lens (cylindrical lens) that condenses laser light in a direction orthogonal to the phase matching direction of the nonlinear optical crystal is used.
特許文献2には、波長変換素子を用いたレーザ光波長変換装置が開示されている。特許文献2の装置では、光ビームの断面形状を楕円形にする円筒レンズが用いられている。 Patent Document 2 discloses a laser light wavelength conversion device using a wavelength conversion element. The device of Patent Document 2 uses a cylindrical lens that makes the cross-sectional shape of the light beam elliptical.
このような波長変換装置では、非線形光学結晶に入射するレーザ光強度が高いほど、高い変換効率が得られる。しかしながら、レーザ光強度が高くなるほど、結晶の劣化が促進されてしまう。特に、CWレーザ光を用いた場合、高い変換効率を得るためには、強く集光する必要があり、結晶が速く劣化してしまう。
非線形光学結晶においてレーザ光のスポットが劣化した場合、次のスポットへ結晶をシフトする運用が行われている。これにより、実質的な寿命を延ばすことができる。しかしながら、概して結晶シフト後の再調整が必要となるため、余り頻繁なシフトは望ましくない。
In such a wavelength conversion device, the higher the laser light intensity incident on the nonlinear optical crystal, the higher the conversion efficiency obtained. However, the higher the laser light intensity is, the more the crystal deterioration is promoted. In particular, when CW laser light is used, it is necessary to focus light strongly in order to obtain high conversion efficiency, and the crystal deteriorates quickly.
When a laser beam spot deteriorates in a nonlinear optical crystal, the crystal is shifted to the next spot. Thereby, the substantial life can be extended. However, less frequent shifts are not desirable, as they generally require readjustment after the crystal shift.
また、外部共振器を用いたレーザ光は光学鏡での反射を繰り返して、外部共振器内を循環している。したがって、特許文献1、2のようにシリンドリカルレンズを用いた場合、レーザ光が複数回シリンドリカルレンズを通過することになる。よって、レンズ界面で損失が発生してしまう。つまり、レンズにレーザ光が入射する時と、レンズからレーザ光が出射するときにレーザ光に損失が生じる。外部共振器での光の増幅度は、光の損失に大きく依存している。外部共振器内でのレーザ光の損失によって、波長変換光の出力が低下してしまう。 The laser light using the external resonator is repeatedly reflected by the optical mirror and circulates in the external resonator. Therefore, when the cylindrical lens is used as in Patent Documents 1 and 2, the laser light passes through the cylindrical lens a plurality of times. Therefore, a loss occurs at the lens interface. That is, a loss occurs in the laser light when the laser light is incident on the lens and when the laser light is emitted from the lens. The degree of amplification of light in the external resonator largely depends on the loss of light. The output of the wavelength-converted light is reduced due to the loss of the laser light in the external resonator.
本開示は、このような事情を背景としてなされたものであり、長時間安定して波長変換光を出力することができる波長変換装置、及び波長変換方法を提供するものである。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and provides a wavelength conversion device and a wavelength conversion method capable of stably outputting wavelength-converted light for a long time.
本実施形態の一態様にかかる波長変換装置は、外部共振器と、前記外部共振器内に配置され、入射光の波長を変換して出力する波長変換素子と、を備え、前記外部共振器は、前記入射光の光軸と直交する平面において、第1の方向における曲率が、前記第1の方向と直交する第2の方向における曲率よりも大きい第1の凹面鏡を含み、前記第1の凹面鏡は、前記波長変換素子において、前記入射光の断面形状が、前記第1の方向を短手方向とし、前記第2の方向を長手方向とするように前記入射光を集光する、ものである。 A wavelength conversion device according to one aspect of the present embodiment includes an external resonator, and a wavelength conversion element that is disposed in the external resonator and converts and outputs a wavelength of incident light. A first concave mirror including a first concave mirror having a curvature in a first direction larger than a curvature in a second direction orthogonal to the first direction on a plane orthogonal to the optical axis of the incident light. In the wavelength conversion element, the incident light is condensed so that the cross-sectional shape of the incident light is the lateral direction of the first direction and the longitudinal direction of the second direction. ..
上記の波長変換装置において、前記入射光の光軸と直交する平面において、前記第2の方向が前記波長変換素子の結晶軸方向に対応する方向であることが好ましい。 In the above wavelength conversion device, it is preferable that, in a plane orthogonal to the optical axis of the incident light, the second direction is a direction corresponding to a crystal axis direction of the wavelength conversion element.
上記の波長変換装置において、前記波長変換素子での入射光の集光位置において、前記第2の方向における前記入射光のビームサイズが、前記第1の方向における前記入射光のビームサイズの1倍以上50倍以下であることが好ましい。 In the above wavelength converter, the beam size of the incident light in the second direction is 1 times the beam size of the incident light in the second direction at a position where the incident light is condensed by the wavelength conversion element. It is preferably 50 times or less.
上記の波長変換装置において、前記波長変換素子から拡がりながら伝搬する光を前記第1の方向に集光する第2の凹面鏡とを備えていてもよい。 The above wavelength conversion device may include a second concave mirror that collects light propagating while expanding from the wavelength conversion element in the first direction.
上記の波長変換装置において、前記第1の凹面鏡が前記第1の方向を集光方向とし、前記第2の方向を軸方向とするシリンドリカルミラーであってもよい。 In the above wavelength conversion device, the first concave mirror may be a cylindrical mirror having the first direction as a focusing direction and the second direction as an axial direction.
上記の波長変換装置において、前記第1の凹面鏡が前記第1の方向の曲率が前記第2の方向の曲率よりも大きいトロイダルミラーであってもよい。 In the above wavelength conversion device, the first concave mirror may be a toroidal mirror in which the curvature in the first direction is larger than the curvature in the second direction.
上記の波長変換装置において、前記入射光がCW(Continuous Wave)レーザ光であってもよい。 In the above wavelength conversion device, the incident light may be CW (Continuous Wave) laser light.
本実施の形態に係る検査装置は、上記の波長変換装置を有する光源装置と、前記光源装置からの光を用いて、検査対象を検査するものである。 The inspection device according to the present embodiment inspects an inspection target using a light source device having the wavelength conversion device described above and light from the light source device.
本実施形態の一態様にかかる波長変換方法は、外部共振器と、前記外部共振器内に配置され、入射光の波長を変換して出力する波長変換素子と、を備えた波長変換装置における波長変換方法であって、前記入射光の光軸と直交する平面において、第1の方向における曲率が、前記第1の方向と直交する第2の方向における曲率よりも大きい第1の凹面鏡によって、前記入射光を反射するステップと、前記第1の凹面鏡で集光された前記入射光を、前記第1の方向を短手方向とし、前記第2の方向を長手方向とするスポット形状として、前記波長変換素子に入射させるステップと、を備えたものである。 A wavelength conversion method according to an aspect of the present embodiment is a wavelength in a wavelength conversion device including an external resonator and a wavelength conversion element that is disposed in the external resonator and that converts and outputs the wavelength of incident light. In the conversion method, in a plane orthogonal to the optical axis of the incident light, the curvature in the first direction is larger than the curvature in the second direction orthogonal to the first direction by the first concave mirror, The step of reflecting the incident light, and the incident light condensed by the first concave mirror is formed into a spot shape having the first direction as the lateral direction and the second direction as the longitudinal direction, and the wavelength A step of causing the light to enter the conversion element.
上記の波長変換方法において、前記入射光の光軸と直交する平面において、前記第2の方向が前記波長変換素子の結晶軸方向に対応する方向であることが好ましい。 In the above wavelength conversion method, it is preferable that the second direction is a direction corresponding to a crystal axis direction of the wavelength conversion element on a plane orthogonal to the optical axis of the incident light.
上記の波長変換方法において、前記波長変換素子での入射光の集光位置において、前記第2の方向における前記入射光のビームサイズが、前記第1の方向における前記入射光のビームサイズの1倍以上50倍以下であることが好ましい。 In the wavelength conversion method, the beam size of the incident light in the second direction is 1 times the beam size of the incident light in the second direction at a position where the incident light is condensed by the wavelength conversion element. It is preferably 50 times or less.
上記の波長変換方法において、前記外部共振器が前記波長変換素子から拡がりながら伝搬する光を前記第1の方向に集光する第2の凹面鏡とを備えていてもよい。 In the above wavelength conversion method, the external resonator may include a second concave mirror that collects light propagating while expanding from the wavelength conversion element in the first direction.
上記の波長変換方法において、前記第1の凹面鏡が前記第1の方向を集光方向とし、前記第2の方向を軸方向とするシリンドリカルミラーであってもよい。 In the above wavelength conversion method, the first concave mirror may be a cylindrical mirror having the first direction as a condensing direction and the second direction as an axial direction.
上記の波長変換方法において、前記第1の凹面鏡が前記第1の方向の曲率が前記第2の方向の曲率よりも大きいトロイダルミラーであってもよい。 In the above wavelength conversion method, the first concave mirror may be a toroidal mirror in which the curvature in the first direction is larger than the curvature in the second direction.
上記の波長変換方法において、前記入射光がCW(Continuous Wave)レーザ光であってもよい。 In the above wavelength conversion method, the incident light may be CW (Continuous Wave) laser light.
本開示によれば長時間安定して波長変換光を出力することができる波長変換装置、及び波長変換方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a wavelength conversion device and a wavelength conversion method capable of stably outputting wavelength-converted light for a long time.
以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施形態を示すものであって、本発明の技術的範囲が以下の実施形態に限定されるものではない。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description shows preferred embodiments of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited to the following embodiments. In each drawing, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and for the sake of clarity of explanation, duplicated description will be omitted as necessary.
実施の形態1.
本実施の形態にかかる波長変換装置10の構成について、図1を用いて説明する。図1は、波長変換装置10の構成を模式的に示す図である。波長変換装置10は、外部共振器20と、波長変換素子27と、を備えている。
Embodiment 1.
The configuration of the
外部共振器20は、4つの光学鏡21〜24を有するリング型の外部共振器である。光学鏡21〜24は、例えば、高反射ミラーである。外部共振器20の内部に波長変換素子27が配置されている。
The
レーザ発振器(不図示)で発生した基本波のレーザ光L1は、部分反射ミラーである光学鏡21の裏面から、外部共振器20内に導かれる。外部共振器20内に導入されたレーザ光L1は、光学鏡21、光学鏡22、光学鏡23、光学鏡24での反射を順番に繰り返していく。これにより、レーザ光L1が外部共振器20内を循環するため、レーザ光L1が共振する。よって、レーザ光L1の強度を高くすることができる。
The fundamental-wave laser light L1 generated by a laser oscillator (not shown) is guided into the
レーザ光L1の波長は420nm〜600nmとなっている。具体的には、レーザ光L1は、波長532nm又は波長488nmの連続出力のレーザ光である。つまり、レーザ光L1は連続発振のCW(Continuous Wave)レーザ光である。レーザ光L1は縦シングルモード光又は縦マルチモード光である。レーザ光L1が、後述する波長変換素子27に入射する入射光となる。
The wavelength of the laser light L1 is 420 nm to 600 nm. Specifically, the laser light L1 is a continuous output laser light having a wavelength of 532 nm or a wavelength of 488 nm. That is, the laser light L1 is a continuous wave CW (Continuous Wave) laser light. The laser light L1 is vertical single-mode light or vertical multi-mode light. The laser light L1 becomes incident light that enters the
さらに、光学鏡23から光学鏡24までの光路中には、波長変換素子27が配置されている。波長変換素子27は、例えば、BBO(β−BaB2O4)結晶、LBO(LiB3O5)結晶、又は、CLBO(CsLiB6O10)結晶などの非線形光学結晶である。波長変換素子27は、入射光であるレーザ光L1を波長変換して、波長変換光L2を発生させる。ここでは、波長変換素子27としてBBO結晶を用いている。波長変換素子27は、レーザ光L1の第2高調波を波長変換光L2として発生する。
Further, a
レーザ光L1の波長は420nm〜600nmである場合、波長変換光L2の波長は210nm〜300nmとなる、具体的には、レーザ光L1が波長532nmの場合、波長変換光L2は波長266nmの紫外レーザ光となる。また、レーザ光L1が波長488nmの場合、波長変換光L2は波長244nmの紫外レーザ光となる。波長変換素子27の角度と温度を適切に維持することで第2高調波発生に対する位相整合条件が満たされる。なお、波長変換の種類としては、第2高調波発生、和周波発生等がある。また、アクチュエータ等により光学鏡22を駆動させることで、共振が保たれる。これにより、外部共振器20内では、レーザ光L1のパワーが増強される。また、波長変換素子27は、ブリュースター角で配置されている。
When the wavelength of the laser light L1 is 420 nm to 600 nm, the wavelength of the wavelength converted light L2 is 210 nm to 300 nm. Specifically, when the wavelength of the laser light L1 is 532 nm, the wavelength converted light L2 is an ultraviolet laser having a wavelength of 266 nm. Become light. When the laser light L1 has a wavelength of 488 nm, the wavelength conversion light L2 is an ultraviolet laser light having a wavelength of 244 nm. By properly maintaining the angle and temperature of the
波長変換素子27で発生した波長変換光L2は、光学鏡24から取り出される。光学鏡24には、例えば、第1のレーザ光L1の波長(420nm〜600nm)に対して高反射、波長変換光L2の波長(210nm〜300nm)に対して反射防止の膜が施されている。なお、光学鏡24として、レーザ光L1を反射して、波長変換光L2を透過するダイクロイックミラー等を用いてもよい。波長変換光L2は、フォトマスクなどの光学検査装置に用いられる。
The wavelength converted light L2 generated by the
光学鏡21〜光学鏡24は凹面鏡となっている。よって、レーザ光L1は、光学鏡21〜24で反射されることで、集光される。具体的には、光学鏡21、及び光学鏡22は、球面ミラーとなっており、光学鏡23、及び光学鏡24は、シリンドリカルミラーとなっている。シリンドリカルミラーは、第1の方向における曲率と、第1の方向と直交する第2の方向における曲率が異なる非球面ミラーとなっている。
The optical mirrors 21 to 24 are concave mirrors. Therefore, the laser light L1 is condensed by being reflected by the
光学鏡23は、波長変換素子27に向けて、レーザ光L1を集光する第1の凹面鏡となっている。光学鏡23で反射されたレーザ光L1は、波長変換素子27に焦点を形成する。また、光学鏡24は、波長変換素子27からのレーザ光L1を集光する第2の凹面鏡となっている。光軸と直交する平面において、光学鏡24の集光方向は光学鏡23の集光方向(後述するX方向)と同じになっている。波長変換素子27から拡がりながら伝搬するレーザ光L1は、光学鏡24で円形のスポット形状に戻る。レーザ光L1が光学鏡24で反射されると、発散角が小さくなる。このように、本実施の形態では、波長変換素子27の前段と後段とに配置された光学鏡23、24がシリンドリカルミラーになっている。つまり、2つのシリンドリカルミラーの間に波長変換素子27が配置されている。
The
ここで、図2を用いて、光学鏡23によって集光されたレーザ光L1のスポット形状について説明する。図2は、波長変換素子27におけるレーザ光L1のスポット形状を模式的に示すXY断面図である。図2に示すように、光軸(Z軸)と直交する平面をXY平面とする。第1の方向であるX方向と、第2の方向であるY方向は直交する方向とする。
Here, the spot shape of the laser beam L1 condensed by the
光学鏡23は、X方向にレーザ光L1を集光し、Y方向にはレーザ光L2を集光しない。つまり、光学鏡23は、X方向を集光方向とし、Y方向を軸方向とする円柱形状となっている。光学鏡23では、X方向の曲率半径が有限値となっており、Y方向の曲率半径が無限大となっている。図2に示すように、レーザ光L1の断面形状は楕円状となっている。光学鏡23は、波長変換素子27において、レーザ光L1の断面形状が、X方向を短手方向とし、Y方向を長手方向とするように、レーザ光L1を集光する。レーザ光L1は、光学鏡23によって、波長変換素子27に集光される。つまり、光学鏡23によるレーザ光L1の焦点は、波長変換素子27中に形成される。
The
ここで、Y方向が、波長変換素子27の結晶軸方向に対応する方向となっている。つまり、波長変換素子27の結晶軸方向は、レーザ光L1のスポット形状の長手方向と一致している。このように、レーザ光L1を結晶軸方向に広げて、波長変換素子27に照射することで、波長変換光L2を長時間安定して発生させることができる。ウォークオフ方向にビームを広げることで、変換効率を下げることなく、ビームの断面積を大きくすることができる。よって、高い変換効率で動作させた場合でも、波長変換素子27の劣化を低減することができる。
Here, the Y direction is the direction corresponding to the crystal axis direction of the
図3に、波長変換光L2の変換効率のグラフA〜Cを示す。図3では、スポット形状が結晶軸方向(Y方向)を長手方向とする楕円形の場合をグラフA、X方向とY方向のサイズが同じである円形の場合をグラフB、結晶軸方向と直交する方向(X方向)を長手方向とする楕円形の場合をグラフCとして示している。横軸は、XY平面におけるレーザ光の断面積を示し、縦軸は変換効率を示している。具体的には、横軸の最小値(2800μm2)は、長手方向と短手方向の比が1:1の場合を示している。そして、グラフAは、Y方向にレーザ光L1のスポット形状を広くして、面積を大きくした場合を示している。グラフBは、X方向及びY方向にレーザ光L1のスポット形状を広くして、面積を大きくした場合を示している。グラフCは、X方向にレーザ光L1のスポット形状を広くして、面積を大きくした場合を示している。なお、グラフA〜Cではレーザ光L1の強度を同じとした場合の計算結果を示している。 FIG. 3 shows graphs A to C of the conversion efficiency of the wavelength converted light L2. In FIG. 3, a spot shape is an elliptical shape having a longitudinal direction in the crystal axis direction (Y direction), a graph B is a spot shape having a circle having the same size in the X and Y directions, and a graph B is orthogonal to the crystal axis direction. The case of an ellipse whose longitudinal direction is the direction (X direction) is shown as a graph C. The horizontal axis represents the cross-sectional area of the laser light on the XY plane, and the vertical axis represents the conversion efficiency. Specifically, the minimum value (2800 μm 2 ) on the horizontal axis indicates the case where the ratio between the longitudinal direction and the lateral direction is 1: 1. Graph A shows the case where the spot shape of the laser beam L1 is widened in the Y direction to increase the area. Graph B shows the case where the spot shape of the laser beam L1 is widened in the X direction and the Y direction to increase the area. Graph C shows the case where the spot shape of the laser beam L1 is widened in the X direction to increase the area. Note that graphs A to C show calculation results when the intensities of the laser light L1 are the same.
グラフB、及びグラフCでは、レーザ光L1の断面積が大きくなると、変換効率が大きく低下してしまう。グラフB、及びグラフCに比べて、グラフAでは、断面積が大きくなった場合でも、変換効率の低下が小さい。つまり、レーザ光L1の断面形状の長手方向を結晶軸方向と平行にして、レーザ光L1を波長変換素子27に照射することで、変換効率の低下を抑制することができる。
In graphs B and C, if the cross-sectional area of the laser beam L1 becomes large, the conversion efficiency will drop significantly. Compared to the graphs B and C, in the graph A, even if the cross-sectional area is large, the decrease in conversion efficiency is small. That is, by irradiating the
なお、レーザ光L1の集光位置において、レーザ光L1の長手方向(Y方向)におけるサイズは、短手方向(X方向)におけるサイズの1倍以上、50倍以下程度にすることが好ましい。波長変換素子27中の焦点となるXY平面において、レーザ光L1は、長軸と短軸の比が1〜50の楕円形状となっている。このようにすることで、長時間安定して、高出力の波長変換光L2を発生させることができる。つまり、高い変換効率を得ることができるとともに、波長変換素子27の結晶の劣化を抑制することができる。なお、XY平面におけるレーザ光L1の長手方向は、結晶軸方向と完全に平行になっていなくてもよい。つまり、XY平面におけるレーザ光L1の長手方向は、結晶軸方向から傾いていてもよい。
At the focusing position of the laser light L1, the size of the laser light L1 in the longitudinal direction (Y direction) is preferably about 1 to 50 times the size in the lateral direction (X direction). On the XY plane, which is the focal point in the
光学鏡23の焦点距離が、光学鏡24の焦点距離と異なっていることが好ましい。例えば、光学鏡23の焦点距離が、光学鏡24の焦点距離よりも長くなっている。つまり、光学鏡23から、波長変換素子27に形成される焦点までの距離が、焦点から光学鏡24までの距離よりも長くなっている。あるいは、光学鏡23の焦点距離が、光学鏡24の焦点距離よりも短くなっていることが好ましい。つまり、光学鏡23から、波長変換素子27に形成される焦点までの距離が、焦点から光学鏡24までの距離よりも短くなっている。このようにすることで、外部共振器の安定度を高くすることができる。
The focal length of the
光学鏡21、及び光学鏡22がX方向、及びY方向にレーザ光L1を集光する球面鏡となっている。光学鏡21によって、Y方向におけるレーザ光L1の焦点が形成される。よって、レーザ光L1が外部共振器20内で反射を繰り返して、長距離を伝搬した場合でも、レーザ光L1の拡がりによる損失を低減することができる。
The
さらに、本実施の形態では、光学鏡23、及び光学鏡24としてシリンドリカルミラーを用いているため、シリンドリカルレンズを用いる必要がなくなる。これにより、光学部品の部品点数を減らすことができる。さらに、レンズによるレーザ光L1の損失を抑制することができる。また、本実施の形態では、トロイダルミラーよりも安価なシリンドリカルミラー、及び球面ミラーにより、外部共振器を構成することができる。
Furthermore, in the present embodiment, since the cylindrical mirror is used as the
レーザ光L1がCWレーザ光の場合、波長変換素子27が特に劣化しやすい。しかしながら、本実施の形態の構成を用いることで、波長変換素子27の劣化を抑制することができる。また、波長変換素子27の劣化により変換効率が低下した場合、波長変換素子27をX方向にシフトする。このようにすることで、レーザ光L1が波長変換素子27の劣化していない箇所に入射するため、長時間動作が可能となる。
When the laser light L1 is a CW laser light, the
実施の形態2.
実施の形態2にかかる波長変換装置10について、図4を用いて説明する。図4は、波長変換装置10の構成を示す図である。本実施の形態にかかる波長変換装置10の基本的な構成、及び配置は、実施の形態1と同様であるため、適宜説明を重複する。例えば、波長変換素子27は、実施の形態1と同様であるため、詳細な説明を省略する。
Embodiment 2.
The
本実施の形態では、光学鏡21〜24のそれぞれの構成が異なっている。具体的には、光学鏡21、及び光学鏡22が平面鏡になっている。光学鏡23、24は、トロイダルミラーとなっている。トロイダルミラーは、X方向の曲率とY方向の曲率が異なる非球面ミラーである。トロイダルミラーである光学鏡23によってレーザ光L1は、X方向、及びY方向に集光されて、楕円状のスポット形状となる。
In this embodiment, the
光学鏡23はレーザ光L1を波長変換素子27に集光する第1の凹面鏡となっている。具体的には、光学鏡23では、X方向における曲率がY方向における曲率よりも大きくなっている。換言すると、X方向における曲率半径がY方向における曲率半径よりも小さくなっている。よって、図2と同様に、レーザ光L1のスポット形状は、Y方向を長手方向とし、X方向を短手方向とする楕円形状となる。波長変換素子27において、レーザ光L1のスポット形状の長手方向(Y方向)は、結晶軸方向と一致する。本実施の形態の構成においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
The
同様に、光学鏡24は、X方向における曲率がY方向における曲率よりも大きくなっている。波長変換素子27から拡がりながら伝搬するレーザ光L1は、光学鏡24で円形のスポット形状に戻る。レーザ光L1が光学鏡24で反射されると、発散角が小さくなる。
Similarly, the
光学鏡23の焦点距離が、光学鏡24の焦点距離と異なっていることが好ましい。例えば、光学鏡23の焦点距離が、光学鏡24の焦点距離よりも長くなっている。つまり、光学鏡23から、波長変換素子27に形成される焦点までの距離が、焦点から光学鏡24までの距離よりも長くなっている。あるいは、光学鏡23の焦点距離が、光学鏡24の焦点距離よりも短くなっている。つまり、光学鏡23から、波長変換素子27に形成される焦点までの距離が、焦点から光学鏡24までの距離よりも短くなっている。このようにすることで、外部共振器の安定度を高くすることができる。
The focal length of the
本実施の形態で、光学鏡23、光学鏡24にX方向、及びY方向に集光するトロイダルミラーが用いられている。つまり、光学鏡23によって、X方向、及びY方向におけるレーザ光L1の焦点が形成される。レーザ光L1が外部共振器20内で反射を繰り返して、長距離を伝搬した場合でも、レーザ光L1の拡がりによる損失を低減することができる。また、本実施の形態では、光学鏡23、光学鏡24にトロイダルミラーを用いているため、光学鏡21、及び光学鏡22を平面鏡とすることができる。
In this embodiment, toroidal mirrors that collect light in the X and Y directions are used as the
実施の形態3.
本実施の形態3にかかる波長変換装置10について、図5を用いて説明する。図5は、波長変換装置10の構成を示す図である。本実施の形態では、実施の形態1、2とは異なり、外部共振器20が6つの光学鏡21〜26を備えている。なお、波長変換素子27については、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
Embodiment 3.
The
基本波のレーザ光L1は、部分反射ミラーである光学鏡21の裏面から、外部共振器20内に導かれる。外部共振器20内に導入されたレーザ光L1は、光学鏡21、光学鏡22、光学鏡23、光学鏡24、光学鏡25、光学鏡26での反射を順番に繰り返していく。これにより、レーザ光L1が外部共振器20内を循環するため、レーザ光L1が共振する。よって、レーザ光L1の強度を高くすることができる。
The fundamental-wave laser light L1 is guided into the
光学鏡24から光学鏡25までの光路中には、波長変換素子27が配置されている。波長変換素子27で発生した波長変換光L2は、光学鏡25から取り出される。光学鏡25には、例えば、第1のレーザ光L1の波長(420nm〜600nm)に対して高反射、波長変換光L2の波長(210nm〜300nm)に対して反射防止の膜が施されている。なお、光学鏡25として、レーザ光L1を反射して、波長変換光L2を透過するダイクロイックミラー等を用いてもよい。波長変換光L2は、フォトマスクなどの光学検査装置に用いられる。
A
光学鏡21、及び光学鏡22は、平面鏡となっている。光学鏡23〜光学鏡26は、シリンドリカルミラーとなっている。具体的には、光学鏡23、及び光学鏡26は、Y方向にレーザ光L1を集光して、X方向には集光しない。光学鏡24、及び光学鏡25は、X方向にレーザ光L1を集光して、Y方向には集光しない。
The
光学鏡24、及び光学鏡25は、X方向を集光方向とし、Y方向を軸方向とする円柱形状となっている。光学鏡23、及び光学鏡26は、Y方向を集光方向とし、X方向を軸方向とする円柱形状となっている。光学鏡23、及び光学鏡24の順で反射されたレーザ光L1は、図2と同様に、X方向を短手方向とし、Y方向(結晶軸方向)を長手方向とする楕円形状となっている。よって、実施の形態1、2と同様に、高い出力波長変換光L2を長時間安定して発生させることができる。
The
また、光学鏡24によって、X方向におけるレーザ光L1の焦点が形成される。また、光学鏡23によって、Y方向におけるレーザ光L1の焦点が形成される。波長変換素子27から拡がりながら伝搬するレーザ光L1は、光学鏡26で円形のスポット形状に戻る。光学鏡25、及び光学鏡26での反射によって、レーザ光L1の発散角が小さくなる。本実施の形態では、高価なトロイダルミラーを用いずに、長手方向と短手方向のサイズを調整することができる。
In addition, the
(検査装置)
次に、本実施の形態1〜3にかかる光源装置100を用いた検査装置の構成について、図6を用いて説明する。図6は、検査装置300の全体構成を示す図である。図5に示す検査装置300は、半導体製造の露光工程に用いられるマスクの検査装置である。なお、検査対象であるフォトマスクは、主に193nmのDUV光を露光波長とするリソグラフィーに用いられる。もちろん、検査対象はフォトマスクに限定されるものではない。
(Inspection device)
Next, the configuration of the inspection device using the
図6に示すように、検査装置300は、光源装置100、レンズ302a〜302d、均一化光学系303a、303b、λ/2波長板304、偏光ビームスプリッタ305、λ/4波長板306、対物レンズ307、結像レンズ311、二次元光検出器312、ハーフミラー313a、ミラー313b〜313c、コンデンサーレンズ314、3λ/4波長板315を有している。
As shown in FIG. 6, the
光源装置100はP波である照明光L111を発生する。照明光L111は、図1の波長変換光L2に相当する。あるいは、波長変換光L2をさらに波長変換素子に入射させることで、発生した波長変換光を照明光として用いてもよい。つまり、光源装置100は、波長変換装置10を有している。照明光L111はハーフミラー313aにより2本の照明光に分岐される。ここで、ハーフミラー313aを透過した照明光L111は、反射照明用レーザ光L301となり、ハーフミラー313aで反射した照明光L111は、透過照明用レーザ光L306となる。
The
反射照明用レーザ光L301は、レンズ302aで集光され、均一化光学系303aに入射する。均一化光学系303aには、例えば、ロッド型インテグレータと呼ばれるものなどが適する。
The laser light L301 for reflective illumination is condensed by the
均一化光学系303aから、空間的に強度分布が均一化された反射照明用レーザ光L301が出射する。反射照明用レーザ光L301は、レンズ302bを通り、λ/2波長板304を通ることによって偏光方向が90度回転してS波となる。そして、S波となった反射照明用レーザ光L301は、偏光ビームスプリッタ305に入射し、反射照明用レーザ光L302のように図5の下方に反射する。反射照明用レーザ光L302は、λ/4波長板306を通って円偏光の反射照明用レーザ光L303になる。反射照明用レーザ光L303は、対物レンズ307を通ってマスク308のパターン面309内の観察領域310を照明する。なお、以上は反射照明と呼ばれる照明系である。そして、マスク308のパターン面309で反射して上方に進む反射光がレーザ光L304となる。
From the homogenizing
一方、光源装置100から供給された透過照明用レーザ光L306は、ミラー313bで反射される。ミラー313bで反射した透過照明用レーザ光L306は、レンズ302cで集光され、均一化光学系303bに入射する。均一化光学系303b内を進むことで、空間的に強度分布が均一化された透過照明用レーザ光L307が出射する。透過照明レーザ光L307はレンズ302dを通過し、ミラー313cで反射し、3/4波長板315を通過して、円偏光の透過照明レーザ光L308のようになる。そして、透過照明用レーザ光L308は、コンデンサーレンズ314を通り、マスク308のパターン面309内の観察領域310を照射する。なお、以上は透過照明と呼ばれる照明系である。マスク308を通過して、上方に進む透過光は、レーザ光L304となる。
On the other hand, the laser light L306 for transmitted illumination supplied from the
マスク308を反射したレーザ光L304、又はマスク308を透過したレーザ光L304は、対物レンズ307を通過後、λ/4波長板306を通過して直線偏光に戻る。上方に進むレーザ光L304は、下方に進む透過照明用レーザ光L302とは偏光方向が直交するP波となり、偏光ビームスプリッタ305を透過する。その結果、レーザ光L305のように進んで結像レンズ311を通過して二次元光検出器312に当たる。したがって、二次元光検出器312は、波長変換光により照明されたマスク308を撮像する。観察領域310を二次元光検出器312上に拡大投影させて、パターン検査する。なお、二次元光検出器312としては、CCDセンサ、CMOSセンサ、又はTDIセンサなどの撮像装置を用いることができる。
The laser light L304 reflected by the
上記のように、光源装置100は、波長変換光L2である照明光L111を安定して発生させることができる。よって、高い精度で欠陥を検出することができる。さらに、光源装置100が、波長変換光L2をさらに波長変換した光を発生してもよい。例えば、光源装置100が波長変換光L2の第2高調波を発生する場合、波長変換光L2の第2高調波を照明光L111として用いてもよい。
As described above, the
本実施形態によれば、波長変換素子27を用いてレーザ光を短波長化した光源装置100において、安定した波長変換光出力を実現することができる。半導体検査用の光源装置100においては、被測定物への照射光量が多少でも変動すると、測定データにばらつきが生じ、正確な検査結果が得られなくなる。また、長期間に渡っての出力安定性も求められる。このため、本実施形態に係る光源装置100によって、レーザ光の光量を安定化させることができる。よって、光源装置100からの波長変換光L2によって、検査対象を照明することで、安定した検査が可能となる。
According to this embodiment, a stable wavelength-converted light output can be realized in the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention includes appropriate modifications without impairing the objects and advantages thereof, and is not limited by the above embodiments.
10 波長変換装置
20 外部共振器
21〜26 光学鏡
27 波長変換素子
10
Claims (15)
前記外部共振器内に配置され、入射光の波長を変換して出力する波長変換素子と、を備え、
前記外部共振器は、前記入射光の光軸と直交する平面において、第1の方向における曲率が、前記第1の方向と直交する第2の方向における曲率よりも大きい第1の凹面鏡を含み、
前記第1の凹面鏡は、前記波長変換素子において、前記入射光の断面形状が、前記第1の方向を短手方向とし、前記第2の方向を長手方向とするように前記入射光を集光する、波長変換装置。 An external resonator,
A wavelength conversion element that is disposed in the external resonator and that converts the wavelength of incident light and outputs the converted wavelength.
The external resonator includes a first concave mirror whose curvature in a first direction is larger than curvature in a second direction orthogonal to the first direction on a plane orthogonal to the optical axis of the incident light,
In the wavelength conversion element, the first concave mirror collects the incident light such that the cross-sectional shape of the incident light has the first direction as a lateral direction and the second direction as a longitudinal direction. Wavelength converter.
前記光源装置からの光を用いて、検査対象を検査する検査装置。 A light source device comprising the wavelength conversion device according to claim 1.
An inspection device that inspects an inspection target using light from the light source device.
前記外部共振器内に配置され、入射光の波長を変換して出力する波長変換素子と、を備えた波長変換装置における波長変換方法であって、
前記入射光の光軸と直交する平面において、第1の方向における曲率が、前記第1の方向と直交する第2の方向における曲率よりも大きい第1の凹面鏡によって、前記入射光を反射するステップと、
前記第1の凹面鏡で集光された前記入射光を、前記第1の方向を短手方向とし、前記第2の方向を長手方向とするスポット形状として、前記波長変換素子に入射させるステップと、を備えた波長変換方法。 An external resonator,
A wavelength conversion method in a wavelength conversion device provided in the external resonator, the wavelength conversion element converting the wavelength of incident light and outputting the wavelength,
Reflecting the incident light by a first concave mirror whose curvature in a first direction is larger than curvature in a second direction orthogonal to the first direction on a plane orthogonal to the optical axis of the incident light. When,
Making the incident light condensed by the first concave mirror enter the wavelength conversion element in the form of a spot having the first direction as a lateral direction and the second direction as a longitudinal direction; A wavelength conversion method including.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018209639A JP2020076853A (en) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Wavelength conversion device, inspection device, and wavelength conversion method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018209639A JP2020076853A (en) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Wavelength conversion device, inspection device, and wavelength conversion method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020076853A true JP2020076853A (en) | 2020-05-21 |
Family
ID=70724030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018209639A Pending JP2020076853A (en) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Wavelength conversion device, inspection device, and wavelength conversion method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020076853A (en) |
-
2018
- 2018-11-07 JP JP2018209639A patent/JP2020076853A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6382417B2 (en) | CW DUV laser with improved stability | |
CN107887778B (en) | Solid state laser and inspection system using 193nm laser | |
JP6529511B2 (en) | Laser and method of generating deep UV laser radiation | |
JP6671358B2 (en) | 183nm laser and inspection system | |
KR102127030B1 (en) | A 193nm laser and an inspection system using a 193nm laser | |
CN106688151B (en) | Laser assembly and inspection system using monolithic bandwidth narrowing equipment | |
KR20140069239A (en) | Solid-state laser and inspection system using 193nm laser | |
JP2020076853A (en) | Wavelength conversion device, inspection device, and wavelength conversion method | |
JP2006308908A (en) | Duv light source device and laser machining apparatus | |
JP2008129035A (en) | Light source device for mask inspection, and mask inspection device | |
JP5825642B2 (en) | Light source device, inspection device, and wavelength conversion method | |
JP7132455B1 (en) | Light source device, inspection device, and adjustment method | |
JP6716086B2 (en) | Light source device, inspection device, and method for controlling light source device | |
JP2009156728A (en) | Inspection light source apparatus and defect inspection apparatus | |
JP2008191476A (en) | Mask inspection light source device and mask inspection apparatus | |
JP7046613B2 (en) | Light source device, inspection device, and control method of light source device | |
JP2008051595A (en) | Deep ultraviolet light source and mask inspection device | |
JP2012137799A (en) | Laser beam generator and optical device using the same |