JP4532378B2

JP4532378B2 - レーザ光源運用方法

Info

Publication number: JP4532378B2
Application number: JP2005281108A
Authority: JP
Inventors: 一人松木
Original assignee: アドバンスド・マスク・インスペクション・テクノロジー株式会社
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: JP2007093825A; US7539222B2; US20070071042A1

Description

本発明は、各種検査、計測、加工に使用されるレーザ光源の運用方法に係り、特に、非線形結晶を用いた深紫外域でのレーザ光源の運用方法に関する。

レーザ光は、一般に、電波よりも周波数が高いので、情報収容能力が大きく、また、波長が同一であり位相が揃っているので単色性や指向性に優れ、通常の光線にみられない干渉性を持っており、さらに極めて細く収束できるため、微小な面積にエネルギーを集中して、局部的、習慣的に高温、高圧を実現できるなどの特徴を有しており、通信および情報関係、計測関係、加工技術への応用、医学面への応用など、多方面に応用されている。
上記、各種用途に使用されるレーザの中で、特に短波長が要求される用途には深紫外域でのレーザが用いられる。しかし、深紫外域では、レーザ媒質の制限、励起源の制限があり、レーザ発振が困難になる。そこで、この深紫外域のレーザ光源としては、比較的安定な近赤外から可視域のレーザ出力を波長変換する方法を用いるものが多い。すなわち、非線形結晶を用いた高調波発生や和周波発生を利用する方法である。
高調波発生の場合は、周波数ωのレーザ光を非線形光学結晶に入力することにより、周波数が２ωや３ωなどの、整数倍の周波数のレーザ出力、すなわち入力波長λに対し、λ／２やλ／３と短くなった波長のレーザ出力を得ることができる。
また、和周波発生の場合には、異なる２つの周波数であるω１とω２の周波数のレーザ光を非線形結晶に入力することにより、周波数がω３（＝ω１＋ω２）であるレーザ出力、すなわち、入力波長λ１とλ２に対し、１／λ３＝１／λ１＋１／λ２の関係を満たす、入力波長λ１とλ２のいずれの波長よりも短いλ３の波長のレーザ出力を得ることができる。

もっとも、深紫外域の和周波発生や高調波発生に用いられる非線形結晶であるＢＢＯ結晶（ＢａＢ_２Ｏ_４）やＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０）は、光や周辺水分による損傷が生じやすい。そして、非線形結晶の損傷が生ずると、結果的にレーザ光の出力の低下や強度分布の変化がする。そうすると、レーザ光による検査、計測や加工において、測定精度や加工品質が劣化するという問題が生ずる。

そこで、一般に、非線形結晶を長期に運用する場合には、ある程度大きい結晶を使用し、損傷が生じた時点で非線形結晶を移動させ、損傷を受けていない部分を利用するようにしている。このため、非線形結晶は微動機構上に設置されている。また、非線形結晶は周囲雰囲気をパージできるような空間に設置され、水分による損傷を防ぐためヒーター等で一定温度になるよう熱している。

上記のように、非線形結晶に損傷が生じるごとに、非線形結晶を移動させる運用方法では、損傷の有無の判定を行うことが不可欠になる。
例えば、別途行われた損傷評価結果に基づき、一定時間を設け、レーザ光源の使用時間がその時間を越えた場合、結晶を移動させるという運用方法をとっている。しかし、この運用方法では、通常、損傷に対する十分なマージンを設定するため、現実にはレーザ出力の劣化が生じていないにも関わらず結晶を移動することになり、高価な非線形結晶の寿命を有効に利用できないという問題がある。また、結果的にレーザ装置のメンテナンス頻度が上がり、レーザ装置の効率的活用が図れないという問題も生ずる。

そこで、非線形結晶を用いたレーザ装置において、被加工物に照射するレーザ光の一部を分離して、その分離したレーザ光を観測することにより非線形結晶の損傷をモニタする方法が特許文献１に開示されている。図８は、この従来技術のレーザ装置を示す構成図である。図８において、レーザ電源８９から供給される電力によりレーザ発振器８２からレーザ光が出力される。そして、レーザ発振器から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタ８８により分割される。そして、分離されたレーザ光の一方のレーザ光強度が受光センサ８４で測定される。このレーザ光強度の変化をモニタすることによって、レーザ光強度の低下、すなわち、非線形結晶の損傷の有無を判断する。

確かに、この従来技術によれば、レーザ加工と同時に出力されるレーザ光の変化をモニタすることによって、レーザ発振器で使われる非線形結晶の損傷をモニタすることができる。しかし、レーザ光の出力には、必ず、非線形結晶が損傷することにより生ずる散乱光が重なっている。そのため、非線形結晶の損傷に起因するレーザ光の出力低下と、散乱光の増加のオーダーが等しくなってくると、両者が相殺され、真に非線形結晶の損傷の有無を判断することが困難になってくるという問題がある。
特開２００３−４６１７３号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、レーザ光源に使用される非線形結晶の損傷を、精度よくモニタし、レーザ光を安定供給することができるレーザ光源の運用方法を提供することにある。

本発明の一態様のレーザ光源運用方法は、
２波長のレーザ光を非線形結晶に入力して和周波の波長を出力する波長変換装置を備えるレーザ光源の運用方法であって、
前記レーザ光源による和周波の波長の出力光の試料への照射を前記非線形結晶の損傷状態をモニタするために中断するステップ、
前記２波長のレーザ光のうち、一方の波長のレーザ光のみを前記非線形結晶に入力するステップ、
前記和周波の波長の出力光の光軸上に設置された受光センサにより、前記一方の波長のレーザ光の散乱光の強度を測定するステップ、
予め決定された結晶損傷程度の限界を示す散乱光の強度の閾値と、前記測定により得られた測定値を比較することにより、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップとを有することを特徴とする。

そして、本発明の一態様のレーザ光源運用方法は、
２波長のレーザ光を非線形結晶に入力して和周波の波長を出力する波長変換装置を備えるレーザ光源の運用方法であって、
前記レーザ光源による和周波の波長の出力光の試料への照射を前記非線形結晶の損傷状態をモニタするために中断するステップ、
前記２波長のレーザ光のうち、一方の波長のレーザ光のみを前記非線形結晶に入力するステップ、
前記和周波の波長の出力光の光軸上に設置された受光センサにより、前記一方の波長のレーザ光の散乱光の強度を測定するステップ、
前記一方の波長のレーザ光と異なる、他方の波長のレーザ光のみを前記非線形結晶に入力するステップ、
前記和周波の波長の出力光の光軸上に設置された受光センサにより、前記他方の波長のレーザ光の散乱光の強度を測定するステップ、
予め決定された結晶損傷程度の限界を示す散乱光の強度の閾値と、前記一方の波長のレーザ光の散乱光の強度の測定の結果および前記他方の波長のレーザ光の散乱光の強度の測定の結果の双方を比較することにより、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光源に使用される非線形結晶の損傷を、精度よくモニタし、レーザ光を安定供給することができるレーザ光源の運用方法を提供することが可能となる。

以下、本発明に係わるレーザ装置の運用方法について、添付図面に基づき説明する。

[実施の形態１]
まず、本発明の実施の形態１として、２波長のレーザ光を非線形結晶に入力して和周波の波長を出力する波長変換装置を備えるレーザ光源の運用方法であって、レーザ光源の定常使用を任意の間隔をおいて中断するステップ、２波長のレーザ光のうち、一方の波長のレーザ光のみを前記非線形結晶に入力するステップ、和周波の波長の出力光の光軸上に設置された受光センサにより、一方の波長のレーザ光の散乱光の強度を測定するステップ、
散乱光の強度の測定により得られた測定値に基づき、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップとを有することを特徴とするレーザ光源運用方法について説明する。

（装置構成）
図１は、実施の形態１の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。
本実施の形態のレーザ装置１００はレーザ光源１０１を備えている。レーザ光源１０１は、λ１の波長のレーザ光を発生する第１のレーザ発振器２、λ２の波長のレーザ光を発生する第２のレーザ発振器３、第１のレーザ発振器２から出力される波長λ１のレーザ光を遮断する第１のシャッター９、第２のレーザ発振器３から出力される波長λ２のレーザ光を遮断する第２のシャッター１０、入力された波長λ１とλ２のレーザ光の和周波混合により波長λ３のレーザ光を発生させるための波長変換素子である非線形結晶１、非線形結晶１に損傷が発生した場合に結晶を移動させる微動装置７を具備している。
また、本実施の形態のレーザ装置１００は、レーザ光源１０１から出力されたλ３のレーザ光の光軸上に配置される受光センサ４、受光センサ４で得られた測定値に基づき非線形結晶の損傷状態を判断する判断回路５、レーザ光源１０１から出力されたλ３のレーザ光が照射される被照射試料６、被照射試料へのレーザ光照射時に光路を変化させる可動式のミラー８を備えている。
図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。レーザ装置１００およびレーザ光源１０１には、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。

ここで、例えば、第１のレーザ発振器２はネオジウムを活性物質とする波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ発振器を用い、第２のレーザ発振器３として２４４ｎｍの２倍高調波を発生するアルゴンレーザ発振器を用いる。そして、波長変換素子の非線形結晶１としてＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０）を用いる。そうすると、和周波として、波長１９８．５ｎｍ（＝１／（１／１０６４＋１／２４４））のレーザ光出力が、レーザ光源１０１から得られることになる。このような、深紫外域のレーザ光を用いると、例えば、レーザ装置１００が、被照射試料６を半導体リソグラフィー用のマスクパターンとする欠陥検査装置であった場合、次世代半導体製品である６５ｎｍデザインルール品のマスクであっても十分な解像特性を得ることができ、検査対象とすることが可能となる。

ここで、第１のレーザ発振器２、第２のレーザ発振器３は、特にＹＡＧレーザやアルゴンレーザ発振器に限られることなく、和周波混合によって和周波のレーザ光を発生しうるものであれば、ルビーレーザ、チタニウムサファイアレーザ、その他のレーザ発振器であってもかまわない。また、非線形結晶１についてもＣＬＢＯ結晶でなくとも、和周波のレーザ光を発生させる結晶であれば、ＢＢＯ結晶（ＢａＢ_２Ｏ_４）、ＬＢＯ結晶（ＬｉＢ_３Ｏ_５）、その他の結晶であってもかまわない。そして、受光センサ４は、レーザ光の強度モニタが可能であればよく、例えば、フォトダイオードを受光素子とし、受光面が受光した総エネルギーを測定するパワーメーターであっても良いし、２次元に規則的に配置された複数のＣＣＤセンサを受光素子とするビームプロファイラであっても良い。さらに、レーザ装置１００についても、レーザ光を被照射試料６に照射する装置であればマスク欠陥検査装置に限られることなく、例えば、半導体露光装置（ステッパ）、光ディスク装置、レーザ干渉を用いた測長装置、レーザ加工装置、その他の装置であってもかまわない。また、ここでは、被照射試料にレーザ光を照射する際に可動式のミラー８を設けて、レーザ光の光路を変更させる構成としたが、必ずしもこの構成に限られることなく、例えば、従来技術のように固定式のハーフミラーを用いてレーザ光を試料照射用と受光センサ４用に分離してもよい。あるいは、レーザ光をモニタする際にのみ、可動式の受光センサをレーザ光の光路上に挿入する構成としてもよい。

（運用方法）
図２は、上記レーザ光源の運用方法を説明する図面である。
レーザ光源の定常使用（被照射試料６へのレーザ出力光照射による検査・測定・加工等のルーチン使用）を、非線形結晶１の損傷状態をモニタするために、任意の間隔をおいて中断する。例えば、モニタのための中断というのは、各使用ごと、数回〜数十回の使用ごと、あるいは、レーザ光源使用の一定の積算時間ごとに、モニタを行うために中断してもよい。
非線形結晶１の損傷状態をモニタする際に、入力されるλ１とλ２の２波長のレーザ光のうち、一方、ここではλ１の波長のレーザ光を、第１のシャター９により遮断する。この場合、λ２の波長のレーザ光が非線形結晶１に入力されても、和周波の波長λ３のレーザ出力光は発生しないため、通常は、λ３のレーザ出力光の光軸上に設置された受光センサ４に入力される光の強度はゼロである。もっとも、非線形結晶１は、レーザ光源の使用中に入出力される光や、周辺水分による損傷が生じやすい。そして、結晶の損傷とは、結晶格子の歪や結晶の非晶質化であることから、損傷部にλ２の波長のレーザ光が入力されると、損傷部から回りに対して散乱光が発生する。そのため、受光センサ４に対しても、この散乱光が入力されることになる。この散乱光の強度は、非線形結晶１の損傷度合いと正の相関関係を有する。したがって、予め結晶損傷程度の限界を示す散乱光の強度を閾値として決定しておくことにより、受光センサ４の測定値をもとに、非線形結晶１の移動時期を判断回路５において判断することが可能となる。そして、判断回路５において、非線形結晶１の移動時期であると判断されれば、微動装置７を用いて、入力される２波長のレーザ光が結晶の損傷のない領域に受光されるよう、非線形結晶１の位置を移動する。そして、損傷のない領域が非線形結晶１に、もはや存在しない場合には、非線形結晶１を交換する。

ここで、散乱光の強度のモニタは、一方の波長のレーザ光のみについて行う場合は、２波長の内、短波長のレーザ光について行うほうが、散乱が生じやすいため望ましい。
また、一方のレーザ光のみでなく、両方の波長の散乱光を交互に受光センサ４でモニタし、両方の測定結果に基づき、結晶の移動時期を判断するほうが、情報量が多くなり、判定精度があがるためより望ましい。

（効果）
本実施の形態により、従来のレーザ出力光のモニタでは、散乱光の影響で精度が上がらなかった非線形結晶の損傷判断が、散乱光の強度のみに基づいて判断するという運用方法により、より高い精度でできるようになる。そして、高い精度での損傷判断により、非線形結晶を移動させることで、従来に比べ、レーザ光をより安定に供給することが可能になる。また、通常、レーザ光源から出力されるレーザ光の強度をモニタする受光センサは、レーザ装置に備わっているため、本実施の形態の運用方法を適用するに際し、あらたな受光センサを設ける必要はなく、装置構成を複雑化させることもない。

[実施の形態２]
次に、本発明の実施の形態２として、２波長のレーザ光を非線形結晶に入力して和周波の波長を出力する波長変換装置を備えるレーザ光源の運用方法であって、レーザ光源の定常使用を任意の間隔をおいて自動的に中断し、入力される２波長のレーザ光のうち、一方の波長のレーザ光のみを非線形結晶に入力するステップと、和周波の波長の出力光の光軸上に設置された受光センサにより、一方の波長のレーザ光の散乱光の強度を測定するステップと、散乱光の測定により得られた測定値に基づき、非線形結晶の損傷状態を判断するステップと、入力されるレーザ光が、非線形結晶の損傷のない領域で受光されるよう非線形結晶を自動的に移動させるステップを有するレーザ光源運用方法について説明する。

（装置構成）
図３は、実施の形態２の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。
判断回路５から入力を受け、自動的に微動装置７を制御する微動装置制御回路１１、第１のシャター９，第２のシャター１０を制御するシャター遮断回路１７を備える点において実施の形態１と異なっている。

（運用方法）

レーザ光源の定常使用（被照射試料６へのレーザ出力光照射による検査・測定・加工等のルーチン使用）を、非線形結晶１の損傷状態をモニタするために、任意の間隔をおいて中断する。この中断は予め決められた間隔またはタイミングで自動的に行われるようにする。そして、定常使用がモニタのため自動的に中断されると、シャター遮断回路１７により、第１のシャター９が遮断される。その後、受光センサ４からの測定値に基づいて、判断回路５で非線形結晶１の移動時期を判断する点については、実施の形態１と同様である。ここで、判断回路５で結晶の移動時期と判断された場合、その情報が微動装置制御回路１１に自動的に入力される。そして、微動装置制御装置１１から出力される信号に基づき、レーザ入力光が結晶の損傷のない領域に受光されるよう、微動装置７により自動的に非線形結晶１の位置を移動する。この際、既に、非線形結晶１に損傷のない領域が残っていなければ、自動的に結晶交換の警告を発生させるような運用方法であれば、より好ましい。
（効果）

実施の形態１の効果に加え、自動的に定常使用を中断し、かつ、非線形結晶１の移動時期と判断された場合に、結晶の移動が自動化されているため、作業者が手動で移動を行う場合に比べ、時間的なロスを減少させ、装置の稼働率を向上することが可能となる。

[実施の形態３]
次に、本発明の実施の形態３として、波長変換素子である非線形結晶と、非線形結晶を一定温度に保つヒーターを有する波長変換装置を備えるレーザ光源運用方法であって、ヒーターへの供給電力を測定するステップ、供給電力の測定により得られた測定値に基づき、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップとを有することを特徴とするレーザ光源運用方法について説明する。

（装置構成）
図４は、実施の形態３の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。
本実施の形態のレーザ装置１００はレーザ光源１０１を備えている。レーザ光源１０１は、λ１の波長のレーザ光を発生する第１のレーザ発振器２、λ２の波長のレーザ光を発生する第２のレーザ発振器３、波長λ１とλ２のレーザ光の和周波混合により波長λ３のレーザ光を発生させるための波長変換素子である非線形結晶１、非線形結晶１に損傷が発生した場合に結晶を移動させる微動装置７を具備している。さらに、非線形結晶１の周辺水分の吸湿による損傷を防止し、かつ、レーザ出力光の特性の温度による変動を抑制するため、非線形結晶１を一定温度に保つためのヒーター１３、温度センサ１２を備えている。
また、本実施の形態のレーザ装置１００は、非線形結晶１の温度保持機構として、温度センサ１２からの情報に基づき、ヒーター１３の温度をコントロールする温度制御回路１４と、ヒーター１３への電力供給源である電源１５を備えている。また、ヒーター１３への供給電力をモニタする電力計１６と、電力計１６から得られた測定値に基づき非線形結晶の損傷状態を判断する判断回路５、レーザ光源１０１から出力されたλ３のレーザ光が照射される被照射試料６、被照射試料６へのレーザ光照射時に光路を変化させるミラー８を備えている。
図４では、本実施の形態３を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。レーザ装置１００およびレーザ光源１０１には、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。

ここで、例えば、第１のレーザ発振器２はネオジウムを活性物質とする波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ発振器を用い、第２のレーザ発振器３として２４４ｎｍの２倍高調波を発生するアルゴンレーザ発振器を用いれば、波長１９８．５ｎｍのレーザ光出力が、レーザ光源１０１から得られる。そして、このような、深紫外域のレーザ光を用いると、例えば、次世代半導体製品である６５ｎｍデザインルール品のマスクの検査が可能となることは実施の形態１と同様である。

ここで、第１のレーザ発振器２、第２のレーザ発振器３は、特にＹＡＧレーザやアルゴンレーザ発振器に限られることなく、和周波混合によって和周波のレーザ光を発生しうるものであれば、ルビーレーザ、チタニウムサファイアレーザ、その他のレーザであってもかまわない。また、非線形結晶１についてもＣＬＢＯ結晶でなくとも、和周波のレーザ光を発生させる結晶であれば、ＢＢＯ結晶（ＢａＢ_２Ｏ_４）、ＬＢＯ結晶（ＬｉＢ_３Ｏ_５）、その他の結晶であってもかまわない。そして、ヒーター１３への供給電力を電力計１６によりモニタするとしたが、電源１５からヒーター１３への供給電力量をモニタできるのであれば、必ずしも、電力計でなくとも電流計等の測定装置であってもかまわない。さらに、レーザ装置１００についても、レーザを被照射試料６に照射する装置であればマスク欠陥検査装置に限られることなく、例えば、レーザ干渉を用いる測長装置、レーザ加工装置、その他の装置であってもかまわない。また、ここでは、被照射試料にレーザ光を照射する際にミラー８を設けて、レーザ光の光路を変更させる構成としたが、必ずしもこの構成に限られることなく、例えば、光路を曲げずに直接被照射試料に照射してもかまわないし、複数のミラーにより光路を変更してもかまわない。

（運用方法）
通常、非線形結晶１においては、入力光の一部が熱に変換されるため、ヒーター１５への供給電力と入力光のパワーは一定の負の相関関係を有している。図５は、非線形結晶１に入力される２つの波長のレーザ光の一方のパワーを固定し、他方のパワーを変動させてレーザ出力光のパワーを制御する場合の、入力光のパワーとヒーターへの供給電力の関係を示す模式図である。図の黒丸に非線形結晶１に損傷が生じていない場合の両者の関係を示す。図からも明らかなように、入力光のパワーをあげると、非線形結晶１の温度を一定に保つために必要なヒーターへの供給電力量は減少する。もっとも、レーザ光源１０１の長期使用により、非線形結晶１に損傷が生ずると、損傷部で通常より多くの光−熱変換が生じる。そこで、非線形結晶１を一定温度に保つためのヒーター１３への供給電力は減少し、図５の白丸で示すように、非線形結晶１に損傷がない場合の相関関係から外れることになる。
本実施の形態の運用方法においては、あらかじめ、使用するレーザ入力光のパワーに対し、非線形結晶１を一定温度に保つために必要なヒーター１３への供給電力をキャリブレーションしておく。そして、そのキャリブレーションから、非線形結晶１が結晶を移動させるべき程度に損傷を受けたと判断する供給電力の閾値、すなわち、入力光のパワーとヒーターへの供給電力の相関関係から有意に外れていると判断される値を決定しておき、判断回路５に判断閾値として入力しておく。
そして、電力計１６により、レーザ光源１０１使用中に電源１５からヒーターに供給される電力をモニタし、判断回路５においてその測定値と閾値を比較して、非線形結晶１の移動時期を判断回路５において判断することが可能となる。そして、判断回路５において、非線形結晶１の移動時期であると判断されれば、微動装置７を用いて、入力される２波長のレーザ光が非線形結晶１の損傷のない領域に受光される位置にまで、非線形結晶１を移動する。そして、損傷のない領域が非線形結晶１に、もはや存在しない場合には、非線形結晶１を交換する。
なお、非線形結晶１の移動時期の判断は、必ずしも、設定温度を固定した、入力光のパワーのみを変数とする１変数の相関関数からの供給電力のズレに基づく方法だけに限られず、例えば、結晶の受光位置によって設定温度をチューニングするような場合に、入力光のパワーと設定温度の２変数の相関関数からの供給電力のズレに基づく方法等であってもかまわない。

（効果）
本実施の形態により、従来のレーザ出力光のモニタでは、散乱光の影響で精度が上がらなかった非線形結晶の損傷判断が、ヒーターへの供給電力の変動に基づいて判断するという運用方法により、より高い精度でできるようになる。そして、高い精度での損傷判断により、非線形結晶を移動させることで、従来に比べ、レーザ光をより安定に供給することが可能になる。また、定常使用状態で、非線形結晶１の損傷状態がモニタできるので、モニタのための時間を特別に設ける必要がなく、装置の効率的利用が図れる。さらに、本実施の形態の運用方法の適用に当たり、通常、レーザ装置に備わっている温度保持機構を流用するため、電力計の付加、判断回路の構成の変更等、新たな装置構成の変更は限定的であり、装置構成を複雑化させることもない。

[実施の形態３の変形例]
次に、本発明の実施の形態３の変形例として、高調波を発生するレーザ光源に、ヒーターへの供給電力の変動に基づいて、非線形結晶損傷の判断を行う運用方法を適用する場合について説明する。

（装置構成）
図６は、実施の形態３の変形例の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。
レーザ光源に和周波を発生するレーザ光源でなく、高調波を発生するレーザ光源を用いる以外は、構成は実施の形態３と同様である。
レーザ光源１０１は、λ１の波長を発生する第１のレーザ発振器２、波長λ１の高調波である波長λ２のレーザ光を発生させるための波長変換素子である非線形結晶１を具備している。

ここで、例えば、レーザ発振器２はネオジウムを活性物質とする波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ発振器を用いる。そして、波長変換素子の非線形結晶１としてＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）を用いる。そうすると、波長１０６４ｎｍのレーザ光の第２高調波として、波長５３２ｎｍ（＝１／（１／１０６４＋１／１０６４））のレーザ光出力が、レーザ光源１０１から得られることになる。

なお、レーザ発振器２は、特にＹＡＧレーザ発振器に限られることなく、非線形結晶に入射することにより高調波のレーザ光を発生しうるものであれば、ルビーレーザ、チタニウムサファイアレーザ、その他のレーザであってもかまわない。また、レーザ発振器２から出力された基本波を高調波に変換したものを、さらに短波長の高調波に変換するために非線形結晶１に入力する態様でもかまわない。そして、非線形結晶１についてもＣＬＢＯ結晶でなくとも、高調波のレーザ光を発生させる結晶であれば、ＢＢＯ結晶（ＢａＢ_２Ｏ_４）、ＬＢＯ結晶（ＬｉＢ_３Ｏ_５）、その他の結晶であってもかまわない。
（運用方法）

本実施の形態の変形例における運用方法は、キャリブレーションの際、非線形結晶１に入射されるレーザ光が１波長のみであること以外は、実施の形態３と同様である。
（効果）

本実施の形態の変形例により、従来のレーザ出力光のモニタでは、散乱光の影響で精度が上がらなかった高調波発生に用いられる非線形結晶の損傷判断が、ヒーターへの供給電力の変動に基づいて判断するという運用方法により、より高い精度での損傷判断ができるようになる。そして、高い精度での損傷判断により、非線形結晶を移動させることで、従来に比べ、レーザ光をより安定に供給することが可能になる。また、レーザ装置の効率的活用が図れる点や、装置構成が複雑にならない点は、実施の形態３と同様である。

[実施の形態４]
次に、本発明の実施の形態４として、波長変換素子である非線形結晶と、その非線形結晶を一定温度に保つ保温機構を有する波長変換装置を備えるレーザ光源運用方法であって、保温機構でのヒーターへの入力パラメータを測定するステップと、その測定により得られた測定値に基づき、非線形結晶の損傷状態を判断するステップと、入力されるレーザ光が、非線形結晶の損傷のない領域で受光されるよう非線形結晶を自動的に移動させるステップを有するレーザ光源運用方法について説明する。

（装置構成）
図７は、実施の形態４の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。
判断回路５から入力を受け、自動的に微動装置７を制御する微動装置制御回路１１を備える点で、実施の形態３と異なっている。
なお、レーザ光源１０１は、図７では和周波としているが、必ずしも和周波を用いるものでも、高調波を用いるものであっても、かまわない。

（運用方法）

電力計１６からの測定値に基づいて、判断回路５で非線形結晶１の移動時期を判断する点については、実施の形態１と同様である。ここで、判断回路５で結晶の移動時期と判断された場合、その情報が微動装置制御回路１１に自動的に入力される。そして、微動装置制御回路１１から出力される信号に基づき、入力されるレーザ光が非線形結晶１の損傷のない領域に受光される位置にまで、微動装置７により自動的に非線形結晶が移動される。この際、既に、非線形結晶１に損傷のない領域が残っていなければ、自動的に結晶交換の警告を発生させるような運用方法であれば、より好ましい。
（効果）

実施の形態３の効果に加え、非線形結晶１の移動時期と判断された場合に、結晶の移動が自動化されているため、作業者が手動で移動を行う場合に比べ、時間的なロスを減少させ、装置の稼働率を向上することが可能となる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、装置構成や制御手法等で、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのレーザ光源の運用方法は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。実施の形態１における運用方法を説明するための図である。実施の形態２の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。実施の形態３の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。入力光とヒーターへの供給電力の関係を示す図である。実施の形態３の変形例の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。実施の形態４の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。従来技術のレーザ装置の構成を示す概念図である。

符号の説明

１非線形結晶
２第１のレーザ発振器
３第２のレーザ発振器
４受光センサ
５判断回路
６被照射試料
７微動装置
８ミラー
９第１のシャター
１０第２のシャター
１１微動装置制御回路
１２温度センサ
１３ヒーター
１４温度制御回路
１５電源
１６電力計
１７シャター遮断回路
１００レーザ装置
１０１レーザ光源

Claims

２波長のレーザ光を非線形結晶に入力して和周波の波長を出力する波長変換装置を備えるレーザ光源の運用方法であって、
前記レーザ光源による和周波の波長の出力光の試料への照射を前記非線形結晶の損傷状態をモニタするために中断するステップ、
前記２波長のレーザ光のうち、一方の波長のレーザ光のみを前記非線形結晶に入力するステップ、
前記和周波の波長の出力光の光軸上に設置された受光センサにより、前記一方の波長のレーザ光の散乱光の強度を測定するステップ、
予め決定された結晶損傷程度の限界を示す散乱光の強度の閾値と、前記測定により得られた測定値を比較することにより、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップとを有することを特徴とするレーザ光源運用方法。
前記一方の波長のレーザ光とは、前記２波長のレーザ光のうち、波長の短い方のレーザ光であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源運用方法。
２波長のレーザ光を非線形結晶に入力して和周波の波長を出力する波長変換装置を備えるレーザ光源の運用方法であって、
前記レーザ光源による和周波の波長の出力光の試料への照射を前記非線形結晶の損傷状態をモニタするために中断するステップ、
前記２波長のレーザ光のうち、一方の波長のレーザ光のみを前記非線形結晶に入力するステップ、
前記和周波の波長の出力光の光軸上に設置された受光センサにより、前記一方の波長のレーザ光の散乱光の強度を測定するステップ、
前記一方の波長のレーザ光と異なる、他方の波長のレーザ光のみを前記非線形結晶に入力するステップ、
前記和周波の波長の出力光の光軸上に設置された受光センサにより、前記他方の波長のレーザ光の散乱光の強度を測定するステップ、
予め決定された結晶損傷程度の限界を示す散乱光の強度の閾値と、前記一方の波長のレーザ光の散乱光の強度の測定の結果および前記他方の波長のレーザ光の散乱光の強度の測定の結果の双方を比較することにより、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップとを有することを特徴とするレーザ光源運用方法。