JP4565207B1 - Wavelength conversion device, wavelength conversion method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】変換効率を向上させ、かつ、安定した出力が得られる波長変換装置及び波長変換方法並びに半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる波長変換装置は、基本波光を発生するレーザー光源１と、基本波光及びその高調波光のうち少なくともいずれか一方を入射光として波長変換光１２を発生する非線形光学結晶７と、非線形光学結晶７への入射光の出力を調整する出力可変手段５と、非線形光学結晶７の温度を調整する温度調整器１１とを有する。さらに、波長変換装置は、出力可変手段５を制御して、波長変換光１２の出力が略一定になるように入射光の出力を調整しながら、温度調整器１１を制御して、入射光の出力が１回の温度調整期間において最小となるように非線形光学結晶７の温度を調整する制御部９を有する。
【選択図】図１A wavelength conversion device, a wavelength conversion method, and a semiconductor device manufacturing method capable of improving the conversion efficiency and obtaining a stable output.
A wavelength conversion device according to the present invention includes a laser light source 1 that generates fundamental light, and a nonlinear optical crystal 7 that generates wavelength converted light 12 using at least one of the fundamental light and its harmonic light as incident light. And an output variable means 5 for adjusting the output of incident light to the nonlinear optical crystal 7, and a temperature regulator 11 for adjusting the temperature of the nonlinear optical crystal 7. Furthermore, the wavelength conversion device controls the temperature adjuster 11 while controlling the output variable means 5 to adjust the output of the incident light so that the output of the wavelength converted light 12 becomes substantially constant, thereby controlling the incident light. A control unit 9 is provided for adjusting the temperature of the nonlinear optical crystal 7 so that the output is minimized in one temperature adjustment period.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は波長変換装置及び波長変換方法並びに半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion device, a wavelength conversion method, and a semiconductor device manufacturing method.
微細化が進む半導体露光用フォトマスク原板の製造過程では、原板内の微小な欠陥を測定することが必要である。また、微細な露光パターンが描かれたレチクルに対しては、実際のパターンが正しく描かれているか、パターン上に欠陥が無いかを測定する必要もある。このような目的には、連続ないし高繰返しパルス出力の光を被測定対象物に照射して、その散乱等による強度変化を捉えて比較する半導体欠陥検査装置が用いられている。 In the process of manufacturing a photomask original plate for semiconductor exposure that is becoming finer, it is necessary to measure minute defects in the original plate. Further, for a reticle on which a fine exposure pattern is drawn, it is necessary to measure whether the actual pattern is drawn correctly or whether there is no defect on the pattern. For this purpose, a semiconductor defect inspection apparatus is used that irradiates an object to be measured with light of continuous or high repetition pulse output, and captures and compares intensity changes due to scattering or the like.
その方法は多岐に渡るが、概して光源の波長を短波長化する程に分解能が向上するので、近年では紫外域の光源が利用されている。このような用途の紫外光源として波長５１５ｎｍ、ないし４８８ｎｍで発振するアルゴンイオンレーザーの第２高調波（波長２５７、２４４ｎｍ）が古くから使われている。アルゴンレーザーは、低効率で大電力を必要とする上、装置の寿命が短く、頻繁な交換や調整作業が必要になるという課題を抱えている。このため、２４時間稼動を前提とする半導体製造工場等では、長寿命な固体レーザー光源の利用が望まれ続けている。 There are a variety of methods, but since the resolution generally improves as the wavelength of the light source is shortened, a light source in the ultraviolet region has been used in recent years. As an ultraviolet light source for such applications, the second harmonic (wavelengths 257 and 244 nm) of an argon ion laser that oscillates at a wavelength of 515 nm to 488 nm has long been used. Argon lasers have the problems of low efficiency, high power consumption, short device life, and frequent replacement and adjustment. For this reason, the use of a long-life solid-state laser light source is continuously desired in semiconductor manufacturing factories and the like that operate 24 hours a day.
固体レーザーによる紫外光源としては、Ｎｄ：ＹＡＧないしＮｄ：ＹＶＯ４レーザー（波長１０６４ｎｍ）の第４次高調波（波長２６６ｎｍ）が広く利用されつつある。第４次高調波は、１０６４ｎｍの光の第２高調波（波長５３２ｎｍ）を入射光として非線形光学結晶によって更に半分の波長の２６６ｎｍに変換して発生させる。このための実用的な非線形光学結晶として、ＢＢＯ結晶及びＣＬＢＯ結晶が知られている。また、波長２６６ｎｍの光にさらに波長１０６４ｎｍの光を和周波混合させると、波長２１３ｎｍの第５次高調波が発生し、同様の目的に利用できる。第５次高調波発生用の非線形光学結晶としてもＢＢＯ結晶ないしＣＬＢＯ結晶が利用される。 As an ultraviolet light source using a solid-state laser, a fourth harmonic (wavelength 266 nm) of an Nd: YAG or Nd: YVO 4 laser (wavelength 1064 nm) is being widely used. The fourth harmonic is generated by converting the second harmonic of the 1064 nm light (wavelength 532 nm) into 266 nm of half the wavelength by the nonlinear optical crystal as incident light. BBO crystals and CLBO crystals are known as practical nonlinear optical crystals for this purpose. Further, when the light having a wavelength of 1064 nm is further sum-frequency mixed with the light having a wavelength of 266 nm, a fifth-order harmonic having a wavelength of 213 nm is generated and can be used for the same purpose. A BBO crystal or a CLBO crystal is also used as the nonlinear optical crystal for generating the fifth harmonic.
実用的な出力の第４次、第５次高調波を発生させるためには、ＢＢＯ結晶もＣＬＢＯ結晶も、位相整合条件と呼ばれる入射光と発生光に対する屈折率の関係を精密に保つ必要がある。屈折率には、温度依存性がある。ここで、長さ１０ｎｍのＣＬＢＯ結晶による第４次高調波発生の場合の発生出力の温度依存性の計算例を図７に示す。図７において、縦軸は波長変換光出力の最大を１．０とした場合の波長変換光出力の割合、横軸は波長変換光出力が最大となる温度から変化した温度（℃）を表す。図７に示されるように、波長変換光出力が最大となる温度に対して１．７５℃変動すると、波長変換光出力は２０％低下してしまう。従って、非線形光学結晶は、ヒーターやペルチェ素子によって温度調整が可能な保持金具に取り付けると共に、温度調整器を用いて一定温度に保つ必要がある。 In order to generate the 4th and 5th harmonics of practical output, it is necessary for both the BBO crystal and the CLBO crystal to maintain a precise relationship between the incident light and the refractive index with respect to the generated light, which is called a phase matching condition. . The refractive index has temperature dependence. Here, FIG. 7 shows a calculation example of the temperature dependence of the generated output in the case of the fourth harmonic generation by the CLBO crystal having a length of 10 nm. In FIG. 7, the vertical axis represents the ratio of the wavelength converted light output when the maximum wavelength converted light output is 1.0, and the horizontal axis represents the temperature (° C.) changed from the temperature at which the wavelength converted light output is maximum. As shown in FIG. 7, when the wavelength converted light output fluctuates by 1.75 ° C. with respect to the maximum temperature, the wavelength converted light output decreases by 20%. Therefore, it is necessary to attach the nonlinear optical crystal to a holding metal fitting whose temperature can be adjusted by a heater or a Peltier element, and to keep it at a constant temperature using a temperature regulator.
第４次高調波発生では、非線形光学結晶に対して、高強度の波長５３２ｎｍ（２ω）の光を入射させることで波長２６６ｎｍ（４ω）の光に変換される。これと同時に、入射光と発生光の２光子吸収過程により、そのエネルギーの和６ωの光も発せられる。また、第５次高調波発生では、非線形光学結晶内において、波長１０６４ｎｍ（ω）及び２６６ｎｍ（４ω）の入射光と、波長２１３ｎｍ（５ω）の発生光が混在する。このため、発生した５ωの光と、通常、波長２６６ｎｍの光より強度が強い波長１０６４ｎｍ（ω）の光との２光子吸収により、やはり６ωの光子が生成される。 In the fourth harmonic generation, light having a high intensity of 532 nm (2ω) is incident on the nonlinear optical crystal to be converted to light having a wavelength of 266 nm (4ω). At the same time, light having a sum of 6 ω is also emitted by the two-photon absorption process of incident light and generated light. In the fifth harmonic generation, incident light having wavelengths of 1064 nm (ω) and 266 nm (4ω) and generated light having a wavelength of 213 nm (5ω) are mixed in the nonlinear optical crystal. For this reason, 6ω photons are also generated by two-photon absorption of the generated 5ω light and light having a wavelength of 1064 nm (ω), which is usually stronger than light having a wavelength of 266 nm.
６ωは波長１７７ｎｍに相当し、ＢＢＯ結晶（短波長吸収端１９０ｎｍ）やＣＬＢＯ結晶（同１８０ｎｍ）ではほとんど透過できない波長であるため、これらの非線形光学結晶を加熱することになる。Ｙｂ３＋ファイバーレーザー等で発生可能な波長１０８０ｎｍを基本波としても、６ωは１８０ｎｍに相当するのでやはり吸収されてしまう。このため、非線形光学結晶周囲の温度を一定に保ったとしても、波長変換光の発生に伴って、特に、非線形光学結晶のビームが通過する中心付近の温度が上昇する。従って、屈折率が変化し、位相整合が保てなくなる。また、非線形光学結晶内の不純物に起因して生成されるカラーセンターによる吸収も、同様に位相整合を破壊する原因となりうる。 6ω corresponds to a wavelength of 177 nm, and is a wavelength that can hardly be transmitted by a BBO crystal (short wavelength absorption edge 190 nm) or a CLBO crystal (180 nm), so that these nonlinear optical crystals are heated. Even if the wavelength of 1080 nm that can be generated by a Yb 3+ fiber laser or the like is used as a fundamental wave, 6ω corresponds to 180 nm and is absorbed. For this reason, even if the temperature around the nonlinear optical crystal is kept constant, the temperature around the center through which the beam of the nonlinear optical crystal passes increases particularly as the wavelength-converted light is generated. Therefore, the refractive index changes and phase matching cannot be maintained. In addition, absorption by the color center generated due to impurities in the nonlinear optical crystal can also cause the phase matching to be broken.
局所的にでも温度が上昇して位相整合が破壊された場合、波長変換光の出力が低下する。また、波長変換光の出力を一定にしようとして入射光の強度を上げると、上述の各位相整合破壊要因は更に増加する。このため、一定の波長変換光出力を保つために加速度的に入射光の強度を増加させてゆく必要が生じ、この制御はいずれ破綻してしまうという問題がある。このような温度上昇による位相整合の破壊が生じた際は、ペルチェ素子やヒーターの駆動パワーを下げて結晶の周囲温度を下げると、ビーム中央付近の温度が本来の位相整合温度に戻せる。このことから、波長変換光出力の低下をある程度抑制、回復させることはできる。 When the temperature rises locally and the phase matching is destroyed, the output of the wavelength-converted light decreases. Further, when the intensity of the incident light is increased so as to make the output of the wavelength converted light constant, each of the above-mentioned phase matching destruction factors further increases. For this reason, in order to maintain a constant wavelength-converted light output, it is necessary to increase the intensity of incident light at an accelerated speed, and this control will eventually fail. When the phase matching is destroyed due to such temperature rise, the temperature near the center of the beam can be returned to the original phase matching temperature by lowering the driving temperature of the Peltier element or heater to lower the ambient temperature of the crystal. From this, it is possible to suppress and recover a decrease in the wavelength converted light output to some extent.
本課題と類似の問題を指摘し対策を提案した公知技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、波長１μｍ帯の半導体レーザー光をニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶による第２高調波発生によって波長０．５μｍの可視光を発生させている。この際、光誘起屈折率変化（フォトリフラクティブ損傷）という現象が生じて位相整合を満足する温度が変化するという問題がある。このため、適宜温度調整器における目標温度を設定し直す必要があることを指摘している。ちなみにフォトリフラクティブ損傷は、ＬｉＮｂＯ３結晶では顕著であるとされるが、ＢＢＯ結晶やＣＬＢＯ結晶では発明者等の知る限り紫外光発生の課題として報告されていない。
A known technique that points out a problem similar to this problem and proposes a countermeasure is disclosed in
特許文献１では、位相整合を取り戻すために半導体レーザーを一定の電流で駆動させ、非線形光学結晶を加熱又は冷却させながら波長変換光の強度を測定している。すなわち、非線形光学結晶への入射光出力を一定にして、非線形光学結晶の温度を変化させている。そして、非線形光学結晶の温度に対する波長変換光の強度関係を求め、その強度関係に基づいて非線形光学結晶の最適な保持温度を設定している。
In
しかしながら、この方法では、一日２４時間稼動を前提とした半導体検査応用に使われる波長２６６ｎｍや２１３ｎｍという紫外光源に適用することは困難である。その理由の一つは、温度調整を行っている際に波長変換光の出力が変動してしまうので、２４時間稼動を前提とする上記応用には使えないということである。これは致命的な問題である。また、２光子吸収は波長変換光が発生して初めて現れる吸収であり、波長変換光出力を変更するたびに最適温度は変化し測定し直さなければならなくなる。 However, this method is difficult to apply to an ultraviolet light source having a wavelength of 266 nm or 213 nm, which is used for semiconductor inspection applications on the premise of operating 24 hours a day. One of the reasons is that the output of the wavelength-converted light fluctuates during temperature adjustment, so that it cannot be used for the above-mentioned application premised on 24-hour operation. This is a fatal problem. In addition, the two-photon absorption is absorption that appears only after the wavelength-converted light is generated, and the optimum temperature changes every time the wavelength-converted light output is changed and must be measured again.
更に、例えばＣＬＢＯ結晶には吸湿性が高く不安定という結晶特有の問題があり、最適な位相整合温度を変化させる原因は２光子吸収以外にも複雑な要因が混合している。従って、その最適温度が常時といってよい程に変化し続けるということを発明者等は経験的に見出した。このため、特許文献１の技術では、安定な紫外光源を実現することは困難であると考えられる。
Furthermore, for example, the CLBO crystal has a problem specific to the crystal that it is highly hygroscopic and unstable, and the cause of changing the optimum phase matching temperature is a mixture of complex factors other than two-photon absorption. Accordingly, the inventors have empirically found that the optimum temperature keeps changing as much as possible. For this reason, it is thought that it is difficult to realize a stable ultraviolet light source with the technique of
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、変換効率を向上させ、かつ、安定した出力が得られる波長変換装置及び波長変換方法並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a wavelength conversion device, a wavelength conversion method, and a semiconductor device manufacturing method capable of improving conversion efficiency and obtaining a stable output. Objective.
本発明にかかる波長変換装置は、基本波光を発生するレーザー光源と、前記基本波光及びその高調波光のうち少なくともいずれか一方を入射光として波長変換光を発生する第１非線形光学結晶と、前記第１非線形光学結晶への前記入射光の出力を調整する出力可変手段と、前記第１非線形光学結晶の温度を調整する温度調整器と、前記出力可変手段を制御して、前記波長変換光の出力が略一定になるように前記入射光の出力を調整しながら、前記温度調整器を制御して、前記入射光の出力が１回の温度調整期間において最小となるように前記非線形光学結晶の温度を調整する制御部とを有するものである。これにより、変換効率を向上させ、かつ、安定した出力が得られる。 A wavelength conversion device according to the present invention includes a laser light source that generates fundamental light, a first nonlinear optical crystal that generates wavelength converted light using at least one of the fundamental light and its harmonic light as incident light, An output variable means for adjusting the output of the incident light to one nonlinear optical crystal; a temperature regulator for adjusting the temperature of the first nonlinear optical crystal; and the output variable means for controlling the output of the wavelength-converted light. The temperature of the nonlinear optical crystal is controlled so that the output of the incident light is minimized in one temperature adjustment period by controlling the temperature adjuster while adjusting the output of the incident light so that is substantially constant. And a control unit for adjusting. Thereby, the conversion efficiency is improved and a stable output can be obtained.
また、上記の波長変換装置は、前記波長変換光は、波長１９０ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の深紫外光であることを特徴とするものである。 The wavelength conversion device is characterized in that the wavelength-converted light is deep ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or more and 270 nm or less.
そして、上記の波長変換装置は、波長２７０ｎｍ以下の光を発生して前記第１非線形光学結晶に入射させる第２非線形光学結晶をさらに有し、前記温度調整器は、前記第１非線形光学結晶及び前記第２非線形光学結晶それぞれに対して温度を調整することを特徴とするものである。 The wavelength converter further includes a second nonlinear optical crystal that generates light having a wavelength of 270 nm or less and makes the light incident on the first nonlinear optical crystal, and the temperature regulator includes the first nonlinear optical crystal and the first nonlinear optical crystal. The temperature is adjusted for each of the second nonlinear optical crystals.
さらに、上記の波長変換装置は、前記第１非線形光学結晶及び前記第２非線形光学結晶のうち少なくともいずれか一方は、長さ５ｍｍ以上のβバリウムボーレート（ＢＢＯ）、又は長さ１０ｍｍ以上のセシウムリチウムボーレート（ＣＬＢＯ）であることを特徴とするものである。 Further, in the above wavelength conversion device, at least one of the first nonlinear optical crystal and the second nonlinear optical crystal has a β-barium borate (BBO) length of 5 mm or more or a cesium lithium length of 10 mm or more. It is characterized by a baud rate (CLBO).
また、上記の波長変換装置は、前記基本波光の波長は１０３０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下であり、前記波長変換光の波長は前記基本波光の第４次高調波に相当する２５７．５ｎｍ以上２７０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。あるいは、上記の波長変換装置は、前記基本波光の波長は１０３０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下であり、前記波長変換光は、前記基本波光と波長２５７．５ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の第４次高調波光の和周波混合による波長２０６ｎｍ以上２１６ｎｍ以下の第５次高調波光であることを特徴とするものである。 In the above wavelength converter, the wavelength of the fundamental wave light is from 1030 nm to 1080 nm, and the wavelength of the wavelength converted light is from 257.5 nm to 270 nm corresponding to the fourth harmonic of the fundamental light. It is characterized by. Alternatively, in the wavelength conversion device, the wavelength of the fundamental wave light is 1030 nm or more and 1080 nm or less, and the wavelength conversion light is obtained by sum frequency mixing of the fundamental wave light and the fourth harmonic light having a wavelength of 257.5 nm or more and 270 nm or less. The fifth-order harmonic light has a wavelength of 206 nm or more and 216 nm or less.
他方、本発明にかかる波長変換方法は、基本波光及びその高調波光のうち少なくともいずれか一方を入射光として非線形光学結晶によって波長変換光を発生させる波長変換方法であって、前記非線形光学結晶からの前記波長変換光の出力が略一定になるように、前記非線形光学結晶への前記入射光の出力を調整するステップと、前記非線形光学結晶への前記入射光の出力が、１回の温度調整期間において最小となるように、前記非線形光学結晶の温度を調整して結晶温度を設定するステップとを並行して行うものである。 On the other hand, the wavelength conversion method according to the present invention is a wavelength conversion method for generating wavelength-converted light by a nonlinear optical crystal using at least one of the fundamental wave light and its harmonic light as incident light. Adjusting the output of the incident light to the nonlinear optical crystal so that the output of the wavelength-converted light is substantially constant; and the output of the incident light to the nonlinear optical crystal is a single temperature adjustment period. The step of adjusting the temperature of the non-linear optical crystal and setting the crystal temperature is performed in parallel so that the temperature is minimized.
また、上記の波長変換方法であって、前記結晶温度を設定するステップでは、前記非線形光学結晶の温度を所定の温度変化量、前記入射光の出力が減少する方向に変化させるステップと、前記入射光の出力が減少から増加に転じるまで、前記非線形光学結晶の温度を所定の温度変化量ずつ、同一の方向に順次変化させるステップと、前記入射光の出力が減少から増加に転じる直前の温度を前記結晶温度に設定するステップとを有してもよい。 Further, in the wavelength conversion method described above, in the step of setting the crystal temperature, the step of changing the temperature of the nonlinear optical crystal in a direction in which the output of the incident light decreases by a predetermined temperature change amount, The step of sequentially changing the temperature of the nonlinear optical crystal in the same direction by a predetermined temperature change amount until the output of the incident light changes from decrease to increase, and the temperature immediately before the output of the incident light changes from increase to decrease. And setting to the crystal temperature.
そして、上記の波長変換方法であって、前記温度変化量は、０．５℃以下であってもよい。 And it is said wavelength conversion method, Comprising: The said temperature change amount may be 0.5 degrees C or less.
さらに、上記の波長変換方法であって、前記結晶温度を設定するステップは、前記結晶温度の設定を行ってから３時間以上の一定時間が経過したときに行われてもよい。前記結晶温度を設定するステップは、前記結晶温度の設定を行った直後の入射光の出力に対して前記入射光の出力が一定割合以上上昇したときに行われてもよい。前記結晶温度を設定するステップは、前記波長変換光出力を変更した後に行われてもよい。前記結晶温度を設定するステップは、前記非線形光学結晶を空間的に平行移動した後に行われてもよい。このように、定期的に結晶温度の設定を行うことにより、長時間でも安定した出力を得ることができる。 Furthermore, in the wavelength conversion method described above, the step of setting the crystal temperature may be performed when a fixed time of 3 hours or more has elapsed since the setting of the crystal temperature. The step of setting the crystal temperature may be performed when the output of the incident light is increased by a certain rate or more with respect to the output of the incident light immediately after the setting of the crystal temperature. The step of setting the crystal temperature may be performed after changing the wavelength-converted light output. The step of setting the crystal temperature may be performed after spatially translating the nonlinear optical crystal. In this way, stable output can be obtained even for a long time by periodically setting the crystal temperature.
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、上記の波長変換方法を用いて出力された前記波長変換光を照射するステップを有するものである。 Moreover, the manufacturing method of the semiconductor device concerning this invention has a step which irradiates the said wavelength conversion light output using said wavelength conversion method.
本発明によれば、長時間、長期間にわたって常に安定した出力が得られる波長変換装置及び波長変換方法並びに半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wavelength conversion device, a wavelength conversion method, and a method for manufacturing a semiconductor device, which can always provide a stable output over a long period of time .
実施の形態１
本実施の形態にかかる波長変換装置は、例えば、半導体検査装置に光源として用いられる。なお、半導体検査装置とは、半導体自体を検査する装置に限らず、半導体を製造する際に用いられる部材を検査する装置を含むものとする。例えば、波長変換装置からの出力光は、半導体装置の製造に用いられるフォトマスク原板、レチクル等に照射される。これにより、フォトマスク原板、レチクル等の欠陥検出が行われる。まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる波長変換装置について説明する。図１は、波長変換装置の構成を示す概略図である。
The wavelength conversion device according to this embodiment is used as a light source in a semiconductor inspection device, for example. Note that the semiconductor inspection apparatus is not limited to an apparatus for inspecting a semiconductor itself, but includes an apparatus for inspecting a member used in manufacturing a semiconductor. For example, output light from the wavelength conversion device is applied to a photomask original plate, a reticle, or the like used for manufacturing a semiconductor device. Thereby, defects such as a photomask original plate and a reticle are detected. First, the wavelength converter according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion device.
レーザー光源１としては、例えば、固体レーザー発振器を用いることができる。本実施の形態では、レーザー光源１として、Ｑスイッチ動作のＮｄ：ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）を用いる。すなわち、基本波の波長は、１０６４ｎｍとなる。また、レーザー光源１は、非線形光学結晶を有してもよい。この場合、レーザー光源１から発生されるレーザー光２には、基本波光及びその高調波光が含まれる。
As the
レーザー光２は、光出力可変手段５に入射する。光出力可変手段５は、後述する非線形光学結晶７への入射光の出力を調整するものである。光出力可変手段５は、１／２波長板３と偏光子４を有する。１／２波長板３は、偏光子４のレーザー光源１側に設けられる。レーザー光２は、１／２波長板３を通過することにより、偏光方向が変化する。１／２波長板３は、駆動装置１７によって駆動される。駆動装置１７は、例えば、モーターを備える回転駆動機構であり、１／２波長板３を回転させる。１／２波長板３の回転角度を制御することにより、１／２波長板３を通過するレーザー光２の偏光方向を制御することができる。
The
偏光子４は、１／２波長板３を通過したレーザー光２の偏光方向によって通過する光量が変化する光学素子である。従って、１／２波長板３を回転させてレーザー光２の偏光方向を調整することにより、偏光子４を通過するレーザー光２の光量を変化させることができる。すなわち、１／２波長板３及び偏光子４を通過することによって、レーザー光２の出力を可変させることができる。
The
光出力可変手段５を通過したレーザー光２は、光分岐手段６に入射する。光分岐手段６は、例えば部分反射ミラーである。光分岐手段６は、一部のレーザー光２を透過させ、その他のレーザー光２を反射させる。これにより、光分岐手段６に入射したレーザー光２が２方向に分岐する。光分岐手段６によって分岐された一方のレーザー光２は非線形光学結晶７に入力され、他方のレーザー光２は光検出器８に入力される。
The
具体的には、光分岐手段６を透過したレーザー光２は非線形光学結晶７に入射し、光分岐手段６によって反射されたレーザー光２は光検出器８に入射する。光検出器８は、光分岐手段６によって反射されたレーザー光２の強度を検出する。また、光分岐手段６は、所定の反射率及び透過率を有する。従って、光検出器８によって光分岐手段６を反射したレーザー光２の強度を測定することにより、光分岐手段６を透過したレーザー光２の強度が測定できる。すなわち、非線形光学結晶７への入射光出力を測定できる。
Specifically, the
非線形光学結晶７は、基本波及びその高調波のうち少なくともいずれか一方を入射光として、さらに短波長に変換された波長変換光を発生する。非線形光学結晶７としては、βバリウムボーレート（ＢＢＯ）結晶、セシウムリチウムボーレート（ＣＬＢＯ）結晶等を用いることができる。また、非線形光学結晶は、結晶長が長いほど波長変換光の強度が強くなる。このため、非線形光学結晶７としてＢＢＯ結晶を用いた場合は結晶長５ｍｍ以上、ＣＬＢＯ結晶を用いた場合は結晶長１０ｍｍ以上とすることが好ましい。
The nonlinear
非線形光学結晶７は、結晶保持装置１０に固定される。結晶保持装置１０は、ペルチェ素子、ヒーター等の熱源（冷熱源を含む）、及び温度センサ等の温度検出器を有する。熱源によって、非線形光学結晶７の加熱や冷却が可能となっている。また、結晶保持装置１０は、温度調整器１１によって温度が調整される。例えば、温度調整器１１によって熱源としてのペルチェ素子に流す電流を制御してペルチェ素子の温度を調整する。これにより、非線形光学結晶７の温度が調整される。
The nonlinear
非線形光学結晶７からは、波長変換されずに残存した基本波光（残存基本波光１３）と、波長変換された高調波光（波長変換光１２）とが発生される。これら残存基本波光１３及び波長変換光１２は、ダイクロイックミラー１４によって分離される。ダイクロイックミラー１４とは、薄膜による光の干渉を利用して、特定の波長領域の光を透過し、残りの波長領域を反射するミラーである。具体的には、残存基本波光１３は、ダイクロイックミラー１４を透過する。また、波長変換光１２は、ダイクロイックミラー１４を反射する。
The nonlinear
ダイクロイックミラー１４によって反射された波長変換光１２は、反射ミラー１８を介して、光分岐手段１５に入射する。光分岐手段１５は、例えば部分反射ミラーである。光分岐手段１５によって一部の波長変換光１２を透過させ、その他の波長変換光１２を反射させる。これにより、光分岐手段１５に入射した波長変換光１２が２方向に分岐する。光分岐手段１５によって分岐された一方の波長変換光１２は外部に出力され、他方の波長変換光１２は光検出器１６に入力される。具体的には、光分岐手段１５を透過した波長変換光１２は外部に出射し、検査対象物等に照射される。また、光分岐手段１５によって反射された波長変換光１２は光検出器１６に入射する。
The wavelength-converted
光検出器１６は、光分岐手段１５によって反射された波長変換光１２の強度を検出する。また、光分岐手段６と同様、光分岐手段１５は、所定の反射率及び透過率を有する。すなわち、光検出器１６によって光分岐手段１５を反射した波長変換光１２の強度を測定することにより、光分岐手段１５を透過した波長変換光１２の強度が測定できる。すなわち、波長変換装置からの波長変換光出力が測定できる。
The
光検出器（光出力測定器）８、１６は、フォトダイオード等で構成され、光出力を電気信号に変換する。光検出器８、１６からの出力は、制御部９に入力される。制御部９は、Ａ／Ｄ変換器等を備えるパーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。Ａ／Ｄ変換器によって出力電流はデジタル信号に変換され、所定の演算処理が行われる。
The photodetectors (light output measuring devices) 8 and 16 are constituted by photodiodes or the like, and convert the light output into an electrical signal. Outputs from the
また、制御部９は、駆動装置１７にも接続され、１／２波長板３を回転させる。すなわち、制御部９は、１／２波長板３の回転角度を制御している。これにより、レーザー光２の出力を変化させ、非線形光学結晶７への入射光出力を調整している。また、制御部９は、温度調整器１１にも接続されており、結晶保持装置１０の温度を調整することにより、非線形光学結晶７の温度を調整している。そして、制御部９は、光出力可変手段５を制御して、波長変換光出力が略一定になるように入射光出力を調整する。これと並行させながら、制御部９は、温度調整器１１を制御して、入射光出力が１回の温度調整期間において最小となるように非線形光学結晶７の温度を調整する。本実施の形態にかかる波長変換装置は、以上のように構成される。
The
例えば、レーザー光源１からはレーザー光２として、波長１０６４ｎｍの基本波光及び波長５３２ｎｍの第２高調波光が発生する。レーザー光２は、光出力可変手段５及び光分岐手段６を介して非線形光学結晶７に入射する。これにより、波長５３２ｎｍの第２高調波は、波長２６６ｎｍの第４次高調波に変換される。すなわち、非線形光学結晶７は、波長１０６４ｎｍの基本波光及び波長５３２ｎｍの第２高調波光を入射光として、波長２６６ｎｍの波長変換光１２を発生させる。そして、波長２６６ｎｍの波長変換光１２と波長１０６４ｎｍの残存基本波光１３は、ダイクロイックミラー１４によって分離される。
For example, the
上記の例では、波長変換光１２としての波長２６６ｎｍの第４次高調波光を発生させたがこれに限られない。波長変換光１２としては、波長１９０ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の深紫外光であってもよい。このように短波長の波長変換光１２を発生させる場合、非線形光学結晶７の最適温度は変動しやすく変換効率も変動しやすい。このような場合でも、本実施の形態によれば、非線形光学結晶７の変換効率を向上させることができる。また、通常、波長が短くなるほど分解能は向上するので、本実施の形態によれば欠陥検査等を正確に行うことができる。
In the above example, the fourth harmonic light having a wavelength of 266 nm is generated as the wavelength converted
また、波長１０６４ｎｍの基本波光を例に挙げて説明したがこれに限られない。基本波光としては、波長１０３０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の光を適用してもよい。すなわち、レーザー光源１として、長寿命な固体レーザーを用いることができる。この場合、波長変換光１２の波長は、この基本波光の第４次高調波に相当する２５７．５ｎｍ以上２７０ｎｍ以下としてもよい。
Further, the fundamental wave light having a wavelength of 1064 nm has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. As the fundamental wave light, light having a wavelength of 1030 nm to 1080 nm may be applied. That is, a solid-state laser having a long life can be used as the
次に、図２を参照して、本実施の形態にかかる波長変換装置の動作について説明する。すなわち、波長変換方法について説明する。図２は、波長変換装置の動作を示す説明図である。図２において、縦軸は光出力及び結晶温度、横軸は時間を表す。 Next, the operation of the wavelength conversion device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. That is, a wavelength conversion method will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of the wavelength converter. In FIG. 2, the vertical axis represents light output and crystal temperature, and the horizontal axis represents time.
波長変換装置は、２つの制御ルーチンを並行して実行する。すなわち、２つの制御ルーチンを別個独立して実行する。第１の制御ルーチンでは、非線形光学結晶７からの波長変換光出力４１が略一定になるように、非線形光学結晶７への入射光出力４２を調整する。すなわち、波長変換装置を動作させている間、波長変換光出力４１は常に略一定にする。換言すると、図１に示された光分岐手段１５を透過した波長変換光１２の出力を常に略一定にする。
The wavelength conversion device executes two control routines in parallel. That is, the two control routines are executed separately and independently. In the first control routine, the incident
例えば、目的とする応用に適した出力を制御部９に設定する。光分岐手段１５を透過した波長変換光１２と、光分岐手段１５を反射した波長変換光１２との強度比から、光検出器１６により検出すべき目標値が決定される。そして、制御部９によって、光検出器１６による実際の測定値が上記の目標値と略等しくなるよう、非線形光学結晶７への入射光（レーザー光２）の出力を制御する。すなわち、制御部９によって駆動装置１７を動作させて１／２波長板３の回転角度を調整し、入射光出力４２を制御する。このいわゆるフィードバック安定化制御は、よく行われている。このフィードバック制御は、以下に述べる第２の制御ルーチンとは独立して常に動作し続ける。
For example, an output suitable for the intended application is set in the
第２の制御ルーチンでは、結晶温度設定値４０を制御する。まず、温度調整を開始させ、第１回目の温度最適化３０を開始する。温度調整を開始させたら、結晶温度設定値４０を変化させ、非線形光学結晶７の温度を変化させる。そして、温度変化の前後で非線形光学結晶７への入射光出力４２を比較する。上記のように、波長変換光出力４１は常に略一定なので、温度変化前に比べて温度変化後の入射光出力４２が減少すれば、設定された波長変換光出力４１を発生させるのに必要な入射光出力４２が減少したことになる。すなわち、位相整合が回復して、変換効率が増加したことになる。この場合、直前の温度変化方向と同一の温度変化方向に最適な位相整合温度（最適温度）があることが判る。
In the second control routine, the crystal temperature set
一方、温度変化前に比べて温度変化後の入射光出力４２が増加すれば、設定された波長変換光出力４１を発生させるのに必要な入射光出力４２が増加したことになる。すなわち、変換効率は、減少したことになる。この場合、直前の温度変化方向と反対の温度変化方向に最適温度があることが判る。このため、入射光出力４２の変化に応じて、非線形光学結晶の温度を変化させて結晶温度を最適化する。すなわち、非線形光学結晶７への入射光出力４２が、１回の温度調整期間（温度最適化期間）において最小となるように、非線形光学結晶７の温度を調整して結晶温度を設定する。
On the other hand, if the incident
具体的には、制御部９によって光検出器８により測定される入射光出力４２（レーザー光２の出力）を測定した後、温度調整器１１に対して結晶保持装置１０の設定温度を０．５℃低下させるように指令を与える。すなわち、結晶温度設定値４０を０．５℃低下させる。そして、結晶保持装置１０に取り付けられた温度検出器による非線形光学結晶７の実測温度が０．５℃低下した時点で、光検出器８により測定される入射光出力４２を再度測定する。ここで、温度低下前と比較して、光検出器８による測定値が上昇すれば、変換効率が低下したことになる。この場合、最適な結晶温度は高い温度側にあることが判るので、次に制御部９により結晶温度設定値４０を０．５℃上げるように指令する。すなわち、直前の温度変化方向とは反対方向に温度を変化させる。そして、同様に温度変化前後の入射光出力４２を比較する。
Specifically, after the incident light output 42 (output of the laser light 2) measured by the
一方、温度低下前と比較して、光検出器８による測定値が低下すれば、変換効率が増加したことになる。この場合、制御部９により結晶温度設定値４０をさらに０．５℃下げるように指令する。すなわち、直前の温度変化方向とは同じ方向に温度を変化させる。そして、同様に温度変化前後の入射光出力４２を比較する。図２においては、結晶温度設定値４０が低下し、非線形光学結晶７の温度が低下すると、入射光出力４２が低下する。このため、温度変化前後の入射光出力４２を比較しながら、温度を逐次下げていく。温度最適化３０の前半では、結晶温度設定値４０の下降に従い、入射光出力４２が減少している。
On the other hand, if the measured value by the
そして、入射光出力４２が低下から増加に転じれば、変換効率が上昇から低下に転じるので、最適化温度を超えたことが判る。具体的には、結晶温度設定値４０を下げすぎて、変換効率が減少する。すなわち、入射光出力４２が増加に転じる直前の結晶温度設定値４０が変換効率を最大とする最適化温度ということが判る。
Then, if the incident
つまり、この直前の結晶温度設定値４０が、非線形光学結晶７への入射光出力４２が最小となる結晶温度ということになる。また、本実施の形態では、所定の温度間隔をおいてそれぞれの結晶温度設定値４０に対応する入射光出力４２を測定している。この場合、実際に測定された入射光出力４２の中で最小となっていればよい。また、温度最適化が複数回行われたとしても、そのとき行っている温度最適化（ここでは第１の温度最適化３０）の期間において入射光出力４２が最小となるようにすればよい。
That is, the crystal
そして、この直前の結晶温度設定値４０に戻して制御を停止する。このように、結晶温度の設定では、まず、非線形光学結晶７の温度を所定の温度変化量、入射光出力４２が減少する方向に変化させる。そして、入射光出力４２が減少から増加に転じるまで、非線形光学結晶７の温度を所定の温度変化量ずつ、同一の方向に順次変化させる。そして、入射光出力４２が減少から増加に転じる直前の温度を結晶温度に設定する。これにより、温度調整が終了し、１回目の温度最適化３０が完了する。
Then, the control is stopped by returning to the crystal temperature set
温度最適化３０が終了したら、一定温度駆動３１を開始させる。具体的には、温度最適化３０が終了した後、しばらく結晶温度設定値４０を一定にして動作させる。例えば、結晶保持装置１０に取り付けられた温度センサの出力が一定となるようにペルチェ素子に流す電流をフィードバック制御させる。しかし、非線形光学結晶７の吸収増加等に伴い、再び変換効率が低下する。すなわち、入射光出力４２の増加が進むので、ある時点で再び結晶温度設定値４０の最適化を行い、再び変換効率を最大とする結晶温度を見出している。すなわち、一定温度駆動３１を終了させて、温度調整を開始させ、２回目の温度最適化３２を開始させる。そして、１回目の温度最適化３０と同様の動作を行い、結晶温度を設定する。以上のような２つの制御ルーチンを並行して実行するマルチタスク処理は、近年のパーソナルコンピュータであれば容易に実現可能である。
When the
また図２を参照して説明した動作を続けていると、非線形光学結晶７での光の吸収量が増加して位相整合温度が初期の温度とは大きく変化することがありえる。さらに吸収量が増加すると温度最適化３０、３２を行っても十分な変換効率が得られなくなる。その場合、その非線形光学結晶７をリニアステージ等により空間的に平行移動させて、それまで使用されていなかった位置を光が通過するようにすれば初期の位相整合温度に戻すことができる。
If the operation described with reference to FIG. 2 is continued, the amount of light absorbed by the nonlinear
ここで、光の吸収量により非線形光学結晶７の位相整合温度が大きく変化した後に、非線形光学結晶７を平行移動させると、平行移動前後で非線形光学結晶７の位相整合温度が大きく異なる。この場合、温度最適化３０、３２に要する時間が長くなるという問題が発生する。
Here, when the nonlinear
したがって、非線形光学結晶７での光の吸収量の増加があまり大きく変化しない内に非線形光学結晶７を平行移動させてもよい。すなわち、非線形光学結晶７の位相整合温度が初期の温度から大きく変化しない内に非線形光学結晶７を平行移動させてもよい。例えば、図２における温度最適化３０、３２が行なわれる前に適宜非線形光学結晶７を平行移動させてもよい。これにより、最適位相整合温度の変化量は常に小さく抑えることができるので、温度最適化３０、３２に必要な時間を常に短く抑えることができる。
Accordingly, the nonlinear
以上のように、本実施の形態によれば、発生出力を略一定に保ったまま、温度調整を行う。すなわち、発生出力を常に略一定に保ったまま、その最適位相整合温度の変動を補償する。このため、温度最適化３０、３２を正確に行うことができ、波長変換効率を向上させることができる。また、温度最適化３０、３２の際でも、発生出力は略一定であるので光源として使用することができる。すなわち、長時間連続的に安定な紫外出力を発生させることができる。このため、本実施の形態にかかる波長変換装置は、２４時間稼動を前提とする半導体検査装置等に用いることに適している。この半導体検査装置を用いることにより、生産性が向上し、性能がよい半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, temperature adjustment is performed while the generated output is kept substantially constant. That is, the variation in the optimum phase matching temperature is compensated while the generated output is always kept substantially constant. For this reason, the
なお、長波長の波長変換光を発生させる場合と比較して、短波長の波長変換光を発生させる場合には、非線形光学結晶７の最適温度の変動が大きくなることが多い。例えば、短波長の波長変換光を発生させる場合には２光子吸収という短波長特有の現象が発生し、この場合、波長変換光出力が変化すると最適温度も変化する。また、例えばＣＬＢＯ結晶の場合、吸湿性が高く不安定であるといった結晶特有の問題がある。従って、本実施の形態で用いられる、ＢＢＯ結晶やＣＬＢＯ結晶等の非線形光学結晶７は、様々な特性変化要因により最適な位相整合温度が常時といってよい程に変化し続ける。
Note that when the short wavelength wavelength-converted light is generated, the variation in the optimum temperature of the nonlinear
ここで、経過時間と結晶設定温度との関係を示すグラフを図３に示す。図３において縦軸は波長変換効率最大温度（℃）、すなわち温度最適化により設定された結晶温度を表す。また、図３において横軸は経過時間（日）を表す。ここでは、非線形光学結晶７に対する入射光の波長は１０６４ｎｍと２６６ｎｍ、非線形光学結晶７からの発生光の波長は２１３ｎｍである。すなわち、図１に示されるレーザー光２として波長１０６４ｎｍの基本波光及び波長２６６ｎｍの第４次高調波光が非線形光学結晶７に入射する。そして、波長変換光１２として波長２１３ｎｍの第５次高調波光が非線形光学結晶７から出射される。また、非線形光学結晶７としては、長さ１０ｍｍのＣＬＢＯ結晶が用いられている。
Here, the graph which shows the relationship between elapsed time and crystal setting temperature is shown in FIG. In FIG. 3, the vertical axis represents the wavelength conversion efficiency maximum temperature (° C.), that is, the crystal temperature set by temperature optimization. In FIG. 3, the horizontal axis represents elapsed time (days). Here, the wavelengths of incident light with respect to the nonlinear
図３に示すように、温度最適化で設定された結晶温度は、常に一定ではなく、時間の経過に伴い変動している。すなわち、ＣＬＢＯ結晶の最適温度が変化する。また、最適温度は、一方的に低下するとは限らない。すなわち、最適温度の変動は、一定の挙動を示すのではなく、予測が困難である。この理由は、上記のように、ＣＬＢＯ結晶の最適温度を決める要因が複雑であることや、結晶周囲の微小な温度変化にも影響されることが考えられる。また、ＢＢＯ結晶でも同様の現象が認められる。このように、最適温度が変化する場合でも、結晶温度を適宜補正し、最適な位相整合温度とすることができる。また、本実施の形態にかかる波長変換装置は、非線形光学結晶の種類や最適温度の変化の方向に関わらず適用することができる。 As shown in FIG. 3, the crystal temperature set by the temperature optimization is not always constant, and fluctuates with the passage of time. That is, the optimum temperature of the CLBO crystal changes. Further, the optimum temperature does not always decrease unilaterally. That is, the fluctuation of the optimum temperature does not show a certain behavior and is difficult to predict. The reason for this is considered to be that the factors that determine the optimum temperature of the CLBO crystal are complicated as described above, and that it is also influenced by minute temperature changes around the crystal. A similar phenomenon is also observed in the BBO crystal. Thus, even when the optimum temperature changes, the crystal temperature can be corrected as appropriate to obtain the optimum phase matching temperature. In addition, the wavelength conversion device according to the present embodiment can be applied regardless of the type of nonlinear optical crystal and the direction of change in optimum temperature.
また、温度最適化は、一定時間毎に定期的に行ってもよい。すなわち、結晶温度を設定してから一定時間が経過したときに行ってもよい。ここで、一定時間とは、３時間、４時間、１２時間等の３時間以上にすることが好ましい。また、温度最適化は、温度最適化を行った直後の入射光出力４２に対して実際の入射光出力４２が一定割合以上上昇したときに行ってもよい。換言すると、温度最適化は、変換効率が一定割合（例えば５％）低下したときに行ってもよい。また、一定とする電気信号出力の目標値を変更した後に行ってもよい。すなわち、光検出器１６からの出力の目標値を変更した後に行ってもよい。換言すると、波長変換光出力４１を変更した後に行ってもよい。
Further, the temperature optimization may be performed periodically at regular intervals. That is, it may be performed when a certain time has elapsed after setting the crystal temperature. Here, the fixed time is preferably 3 hours or more such as 3 hours, 4 hours, 12 hours or the like. Further, the temperature optimization may be performed when the actual incident
また、上記のように、非線形光学結晶７を空間的に平行移動させる場合、温度最適化は、非線形光学結晶７を空間的に平行移動した後に行ってもよい。ある使用位置（光が通過する位置）での光の吸収量があまり大きくならない内に非線形光学結晶７を平行移動させれば、位相整合温度があまり変化しない内に使用位置が移動することになる。この場合、移動後直ぐに温度最適化をすれば、調整の温度変化量を小さく保つことができる。したがって、温度最適化に要する時間を短くすることができ、長期間の運用に有利になるというリットがある。また一度使用した位置も、あまり損傷が進まない内に移動したことになるので、非線形光学結晶７を往復運動させれば何回も使用可能である。
As described above, when the nonlinear
また、温度最適化を行う条件としては、上記の４つの条件のうち、１つのみを選択してもよいし、複数の条件を組みあせてもよい。複数の条件を組み合わせた場合、これら複数の条件のうち、いずれかの条件を満たしたときに温度最適化を行う。 Moreover, as a condition for performing temperature optimization, only one of the above four conditions may be selected, or a plurality of conditions may be combined. When a plurality of conditions are combined, temperature optimization is performed when any one of the plurality of conditions is satisfied.
また、本実施の形態では、１回あたりの温度変化量を０．５℃としたが、０．５℃以下であれば適用することができる。発明者等は、半導体検査に必要な数１０ｍＷ〜数１００ｍＷの紫外光を発生させるためには、ＣＬＢＯ結晶であれば長さ１０ｍｍ以上、ＢＢＯ結晶であれば５ｍｍ以上が必要であると実験的に確認している。結晶長が長ければ長いほど、波長変換光出力の温度依存性は敏感となる。 In this embodiment, the amount of temperature change per time is 0.5 ° C., but it can be applied if it is 0.5 ° C. or less. The inventors experimentally stated that in order to generate ultraviolet light of several tens mW to several hundreds mW necessary for semiconductor inspection, a length of 10 mm or more is necessary for CLBO crystal and a length of 5 mm or more is necessary for BBO crystal. I have confirmed. The longer the crystal length, the more sensitive the temperature dependence of the wavelength converted light output.
例えば、長さ１０ｍｍのＣＬＢＯ結晶は、図７に示されるような波長変換光出力の温度依存性を有する。本発明を実現するのに最大の温度幅（温度変化量）は、０．５℃であることを発明者は実験的に見出した。これより大きく温度を変化させると、波長変換光１２の出力が大きく変化し、出力安定化のフィードバックが追随できずに出力が安定化できない場合がありうる。もちろん、温度幅は、０．５℃に限られることなく、０．５℃以下であれば、０．２℃、０．０５℃等のより小さい温度幅とすることもできる。ただし、例えば０．００１℃のように温度幅が小さすぎると、最適温度を見出すのに時間がかかり過ぎてしまい、実用的ではない。
For example, a CLBO crystal having a length of 10 mm has a temperature dependence of wavelength converted light output as shown in FIG. The inventor has experimentally found that the maximum temperature range (temperature change amount) for realizing the present invention is 0.5 ° C. If the temperature is changed more than this, the output of the wavelength-converted
また、温度幅は、常に一定としてもよいし、変化させてもよい。例えば、温度変化前後の入射光出力の変化量が小さいときは温度幅を大きくし、温度変化前後の入射光出力の変化量が大きいときは温度幅を小さくしてもよい。このように、温度幅を変化させるときも、最適温度付近では、温度幅を０．５℃以下とする。 The temperature width may be always constant or may be changed. For example, the temperature width may be increased when the change amount of the incident light output before and after the temperature change is small, and the temperature width may be decreased when the change amount of the incident light output before and after the temperature change is large. Thus, even when changing the temperature range, the temperature range is set to 0.5 ° C. or less near the optimum temperature.
なお、本実施の形態では、入射光出力を１／２波長板３及び偏光子４を組み合わせた光出力可変手段５によって変化させたがこれに限られない。例えば、レーザー光源１への消費電力を可変することでも可能である。すなわち、光出力可変手段として、レーザー光源１へ供給する電力を制御する制御手段を用いてもよい。また、非線形光学結晶７への入射光の強度（入射光出力）を光検出器８によって測定しているがこれに限られない。例えば、１／２波長板３の回転角度から非線形光学結晶７への入射光出力を把握してもよい。この場合、光分岐手段６及び光検出器８を設ける必要はない。
In the present embodiment, the incident light output is changed by the light output variable means 5 in which the half-
なお、上記のように、レーザー光源１は非線形光学結晶を有する場合があるが、この非線形光学結晶は、長波長の波長変換光を発生させるので比較的安定である。このため、最適温度も変動しにくく、例えば、結晶保持装置の温度検出器の温度を常に一定にするなど一般的な方法を用いて結晶温度を設定することができる。
As described above, the
実施の形態２．
実施の形態１では、１つの非線形光学結晶を有するのに対して、本実施の形態では２つの非線形光学結晶を有する。なお、実施の形態１と重複する説明は、適宜省略又は簡略化する。まず、図４を参照して、本実施の形態にかかる波長変換装置の構成について説明する。図４は、本実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示す概略図である。
The first embodiment has one nonlinear optical crystal, whereas the present embodiment has two nonlinear optical crystals. Note that description overlapping with that in
本実施の形態にかかる波長変換装置は、図１に示される波長変換装置に、非線形光学結晶７ｂ及び結晶保持装置１０ｂが追加された構成を有する。非線形光学結晶７ｂは、非線形光学結晶７とダイクロイックミラー１４との間に設けられる。すなわち、非線形光学結晶７からの発生光１９は、非線形光学結晶７ｂに入射してさらに波長変換され、波長変換光１２を発生する。また、非線形光学結晶７及び非線形光学結晶７ｂは、いずれも２７０ｎｍ以下の深紫外光を発生させる。
The wavelength conversion device according to the present embodiment has a configuration in which a nonlinear
また、２つの非線形光学結晶７、７ｂは、同じ波長の波長変換光を発生させてもよい。同じ波長の波長変換光を発生する２つの非線形光学結晶を連続的に配置して、変換効率の向上を図ることは公知の技術である。例えば、基本光源としてのレーザー光源１にＱスイッチ動作のＮｄ：ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）を用いる。また、レーザー光源１は、非線形光学結晶を有し、波長１０６４ｎｍの基本波を波長５３２ｎｍの第２高調波に変換する。そして、２つの非線形光学結晶７、７ｂは、波長５３２ｎｍの第２高調波から波長２６６ｎｍの第４次高調波に波長変換を行う。これにより、高効率化を図ることができる。この場合、波長変換光１２として、波長２６６ｎｍの第４次高調波光が出力される。
The two nonlinear
これに限らず、２つの非線形光学結晶７、７ｂは、異なる波長の波長変換光を発生させてもよい。すなわち、非線形光学結晶７ｂによって、非線形光学結晶７からの波長変換光をさらに短波長の光に変換してもよい。この場合でも上記と同様の構成とすることができる。前段の非線形光学結晶７には、例えば、波長１０６４ｎｍの基本波光及び波長５３２ｎｍの第２高調波光が入射する。そして、非線形光学結晶７によって、波長５３２ｎｍの第２高調波から波長２６６ｎｍの第４次高調波に波長変換される。後段の非線形光学結晶７ｂには、非線形光学結晶７からの発生光１９が入射する。そして、非線形光学結晶７ｂによって、波長２６６ｎｍの第４次高調波と波長１０６４ｎｍの基本波とが和周波混合され、波長２１３ｎｍの第５次高調波が発生する。この場合、波長変換光１２として、波長２１３ｎｍの第５次高調波光が出力される。また、非線形光学結晶７、７ｂの長さは、同じでもよいし異なっていてもよい。
Not limited to this, the two nonlinear
非線形光学結晶７ｂは、結晶保持装置１０ｂに保持される。また、結晶保持装置１０と同様、結晶保持装置１０ｂも熱源と温度検出器を有する。また、結晶保持装置１０ｂは、温度調整器１１によって温度が調整される。すなわち、温度調整器１１は、結晶保持装置１０、１０ｂの温度を別々に調整する。なお、温度調整器１１は１つとしてもよいし、結晶保持装置１０、１０ｂに対応して２つとしてもよい。
The nonlinear
また、ダイクロイックミラー１４及び光分岐手段１５は、発生目的の光の波長に合わせて設計されている。例えば、上記のように、後段の非線形光学結晶７ｂから２１３ｎｍの波長変換光１２が発生される場合、発生目的の光の波長は２１３ｎｍである。この場合、波長２１３ｎｍの光を反射し、それ以外の波長の光を透過させる特性を有するダイクロイックミラー１４を用いる。そして、光分岐手段１５は、波長２１３ｎｍの波長変換光１２のうち、一部の波長変換光１２を透過させ、その他の波長変換光１２を反射させる。本実施の形態にかかる波長変換装置は、以上のような構成を有する。
Further, the
本実施の形態においては、最初に非線形光学結晶７の温度最適化を行い、引き続き非線形光学結晶７ｂの温度最適化を行えばよい。すなわち、後段の非線形光学結晶７ｂの結晶温度設定値を一定にしたまま、実施の形態１で説明したように、前段の非線形光学結晶７の温度最適化を行う。具体的には、光検出器８に入射する光出力が最小となるように、前段の非線形光学結晶７の温度を変化させる。すなわち、非線形光学結晶７への入射光出力が最小になるように、非線形光学結晶７の温度を調整して結晶温度を設定する。
In the present embodiment, the temperature of the nonlinear
次に、前段の非線形光学結晶７の結晶温度設定値を一定にしたまま、後段の非線形光学結晶７ｂの温度最適化を行う。具体的には、前段の非線形光学結晶７の設定温度を温度最適化によって設定された結晶温度に保ったまま、光検出器８に入射する光出力が最小となるように、後段の非線形光学結晶７ｂの温度を変化させる。すなわち、非線形光学結晶７ｂへの入射光出力が最小になるように、非線形光学結晶７ｂの温度を調整して結晶温度を設定する。
Next, the temperature of the subsequent nonlinear
本実施の形態によっても実施の形態１と同様の効果を奏することができる。また、複数の非線形光学結晶７、７ｂを用いることにより、実施の形態１と比較して、波長変換光１２をさらに短波長にしたり、変換効率をさらに向上させたりすることができる。また、実施の形態１における波長変換装置に、非線形光学結晶７ｂ及び結晶保持装置１０ｂを追加すればよく、構成を複雑にする必要がない。
According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, by using the plurality of nonlinear
なお、本実施の形態では、まず前段の非線形光学結晶７の温度最適化を行い、次に後段の非線形光学結晶７ｂの温度最適化を行ったがこれに限られない。例えば、まず後段の非線形光学結晶７ｂの温度最適化を行い、次に前段の非線形光学結晶７の温度最適化を行ってもよい。場合によっては、後段の非線形光学結晶７ｂのみを対象にして温度最適化を行ってもよい。
In the present embodiment, the temperature optimization of the first-stage nonlinear
また、上記の例では、波長変換光１２として、波長２６６ｎｍの第４次高調波光と波長１０６４ｎｍの基本波光とを和周波混合し、波長２１３ｎｍの第５次高調波光が発生させたがこれに限られない。基本波光の波長は１０３０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下であり、波長変換光１２は、基本波光と波長２５７．５ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の第４次高調波の和周波混合による波長２０６ｎｍ以上２１６ｎｍ以下の第５次高調波光としてもよい。
In the above example, the fourth-order harmonic light having a wavelength of 266 nm and the fundamental wave light having a wavelength of 1064 nm are sum-frequency mixed as the wavelength-converted
実施の形態３．
実施の形態２では前段の非線形光学結晶からの発生光のみが後段の非線形光学結晶に入射されるのに対して、本実施の形態では前段の非線形光学結晶からの発生光及びレーザー光源からの基本波光が後段の非線形光学結晶に入射される。なお、実施の形態２と重複する説明は、適宜省略又は簡略化する。まず、図５を参照して、本実施の形態にかかる波長変換装置の構成について説明する。図５は、本実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示す概略図である。
In the second embodiment, only the light generated from the first-stage nonlinear optical crystal is incident on the second-stage nonlinear optical crystal. In the second embodiment, the light generated from the first-stage nonlinear optical crystal and the basic light from the laser light source are used. Wave light is incident on the subsequent nonlinear optical crystal. Note that description overlapping with that in
レーザー光源１と光出力可変手段５との間には、ダイクロイックミラー２０が設けられる。ダイクロイックミラー２０は、レーザー光源１から発生した基本波光２ｂとその高調波光２ｃとを分離する。具体的には、ダイクロイックミラー２０は、高調波光２ｃを透過し、基本波光２ｂを反射させる。ダイクロイックミラー２０を透過した高調波光２ｃは、光出力可変手段５に入射する。ダイクロイックミラー２０を反射した基本波光２ｂは、反射ミラー２１、２１ｂによって反射され、ダイクロイックミラー２０ｂに入射する。
A
ダイクロイックミラー２０ｂは、非線形光学結晶７と非線形光学結晶７ｂとの間に設けられる。ダイクロイックミラー２０ｂには、レーザー光源１から発生した基本波光２ｂに加えて、非線形光学結晶７からの発生光１９も入射される。ダイクロイックミラー２０ｂは、非線形光学結晶７からの波長変換光を透過し、基本波光２ｂを反射する。これにより、基本波光２ｂは、非線形光学結晶７からの波長変換光と同軸に戻される。また、ダイクロイックミラー２０、２０ｂの透過反射の特性は、本構成例に限る必要はない。本実施の形態では、光出力可変手段５及び光分岐手段６は、レーザー光源１から発生する高調波光２ｃに対して作用する。すなわち、光出力可変手段５は、高調波光２ｃの出力を可変させる。そして、光出力可変手段５によって、非線形光学結晶７や非線形光学結晶７ｂへの入射光出力を調整することができる。本実施の形態にかかる波長変換装置は、以上のように構成される。
The
本実施の形態のように、光出力可変手段５は、レーザー光源１と光分岐手段６との間に設けられていればよい。また、実施の形態１で説明したように、光分岐手段６を設けない場合、光出力可変手段５は、レーザー光源１と非線形光学結晶７との間に設けられていればよい。本実施の形態によっても実施の形態２と同様の効果を奏することができる。
As in the present embodiment, the light output varying means 5 only needs to be provided between the
実施の形態４．
実施の形態２では前段及び後段の非線形光学結晶からの発生光の出力を１つの光検出器によって評価したが、本実施の形態では２つの光検出器によって評価する。なお、実施の形態２と重複する説明は、適宜省略又は簡略化する。まず、図６を参照して、本実施の形態にかかる波長変換装置の構成について説明する。図６は、本実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示す概略図である。
In the second embodiment, the output of the generated light from the first-stage and rear-stage nonlinear optical crystals is evaluated by one photodetector, but in the present embodiment, it is evaluated by two photodetectors. Note that description overlapping with that in
非線形光学結晶７と非線形光学結晶７ｂとの間に光分岐手段１５ｂを設ける。光分岐手段１５ｂは、例えば部分反射ミラーである。光分岐手段１５ｂは、一部の発生光１９を透過させ、その他の発生光１９を反射させる。これにより、光分岐手段１５ｂに入射した発生光１９が２方向に分岐する。光分岐手段１５ｂによって分岐された一方の発生光１９は非線形光学結晶７ｂに入力され、他方の発生光１９は光検出器１６ｂに入力される。
An optical branching
具体的には、光分岐手段１５ｂを透過した発生光１９は非線形光学結晶７ｂに入射し、光分岐手段１５ｂによって反射された発生光１９は光検出器１６ｂに入射する。なお、ここでは図示を省略するが、光分岐手段１５ｂによって反射された発生光１９は、ダイクロイックミラー等のフィルタを通して光検出器１６ｂに入射される。これにより、光検出器１６ｂには、基本波光が入射せず、非線形光学結晶７からの波長変換光のみ入射する。また、光分岐手段１５ｂは、所定の反射率及び透過率を有する。従って、光検出器１６ｂによって光分岐手段１５ｂを反射した波長変換光の強度を測定することにより、光分岐手段１５ｂを透過した波長変換光の強度が測定できる。本実施の形態にかかる波長変換装置は、以上のように構成される。
Specifically, the generated light 19 transmitted through the
本実施の形態では、前段の非線形光学結晶７の結晶温度は、光検出器１６ｂの測定値に対する光検出器８の測定値を最小とする温度とする。具体的には、非線形光学結晶７からの波長変換光出力が略一定になるように、非線形光学結晶７への入射光出力を調整する。そして、非線形光学結晶７への入射光出力が最小となるように、非線形光学結晶７の温度を調整して結晶温度を設定する。
In the present embodiment, the crystal temperature of the first-stage nonlinear
また、後段の非線形光学結晶７ｂの最適温度は、光検出器１６の測定値に対する光検出器１６ｂの測定値を最小とする温度とする。具体的には、非線形光学結晶７ｂからの波長変換光出力が略一定になるように、非線形光学結晶７ｂへの入射光出力を調整する。そして、非線形光学結晶７ｂへの入射光出力が最小となるように、非線形光学結晶７ｂの温度を調整して結晶温度を設定する。
The optimum temperature of the subsequent nonlinear
本実施の形態によっても、実施の形態２と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施の形態によれば、前段の非線形光学結晶７の温度最適化の際に非線形光学結晶７ｂによる影響を排除できるため、より正確に測定できる。なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
Also according to the present embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be obtained. Furthermore, according to the present embodiment, the influence of the nonlinear
１ レーザー光源、２ レーザー光、２ｂ 基本波光、２ｃ 高調波光、
３ １／２波長板、４ 偏光子、５ 光出力可変手段、６ 光分岐手段、
７ 非線形光学結晶、７ｂ 非線形光学結晶、８ 光検出器、９ 制御部、
１０ 結晶保持装置、１０ｂ 結晶保持装置、１１ 温度調整器、１２ 波長変換光、
１３ 残存基本波光、１４ ダイクロイックミラー、１５ 光分岐手段、
１５ｂ 光分岐手段、１６ 光検出器、１６ｂ 光検出器、１７ 駆動装置、
１８ 反射ミラー、１９ 発生光、２０ ダイクロイックミラー、
２０ｂ ダイクロイックミラー、２１ 反射ミラー、２１ｂ 反射ミラー、
３０ 温度最適化、３１ 一定温度駆動、３２ 温度最適化、４０ 結晶温度設定値、
４１ 波長変換光出力、４２ 入射光出力
1 laser light source, 2 laser light, 2b fundamental light, 2c harmonic light,
3 1/2 wavelength plate, 4 polarizer, 5 optical output variable means, 6 optical branching means,
7 nonlinear optical crystal, 7b nonlinear optical crystal, 8 photodetector, 9 controller,
10 crystal holding device, 10b crystal holding device, 11 temperature regulator, 12 wavelength conversion light,
13 residual fundamental light, 14 dichroic mirror, 15 light branching means,
15b light branching means, 16 light detector, 16b light detector, 17 driving device,
18 reflection mirror, 19 generated light, 20 dichroic mirror,
20b dichroic mirror, 21 reflection mirror, 21b reflection mirror,
30 temperature optimization, 31 constant temperature drive, 32 temperature optimization, 40 crystal temperature set value,
41 Wavelength converted light output, 42 Incident light output
Claims (14)
前記基本波光及びその高調波光のうち少なくともいずれか一方を入射光として紫外域の波長変換光を発生する、βバリウムボーレート（ＢＢＯ）又はセシウムリチウムボーレート（ＣＬＢＯ）から選ばれる第１非線形光学結晶と、
前記第１非線形光学結晶への前記入射光の出力を調整する出力可変手段と、
前記第１非線形光学結晶の温度を調整する温度調整器と、
前記第１非線形光学結晶を平行移動させ、当該第１非線形光学結晶の前記入射光の入射位置を温度が異なる位置に変化させる駆動部と、
前記出力可変手段を制御して、前記波長変換光の出力が略一定になるように前記入射光の出力を調整しながら、前記温度調整器を制御して、前記入射光の出力が複数の温度調整期間のそれぞれにおいて最小となるように、前記駆動部により移動された前記第１非線形光学結晶の温度を調整する制御部と、
を有する波長変換装置。 A laser light source that generates fundamental light;
A first nonlinear optical crystal selected from β-barium baud rate (BBO) or cesium lithium baud rate (CLBO) that generates wavelength-converted light in the ultraviolet region using at least one of the fundamental wave light and its harmonic light as incident light;
Output variable means for adjusting the output of the incident light to the first nonlinear optical crystal;
A temperature regulator for adjusting the temperature of the first nonlinear optical crystal;
A drive unit that translates the first nonlinear optical crystal and changes the incident position of the incident light of the first nonlinear optical crystal to a position having a different temperature ;
While controlling the output variable means and adjusting the output of the incident light so that the output of the wavelength-converted light becomes substantially constant, the output of the incident light is controlled at a plurality of temperatures by controlling the temperature regulator. A control unit for adjusting the temperature of the first nonlinear optical crystal moved by the driving unit so as to be minimum in each of the adjustment periods;
A wavelength conversion device.
前記温度調整器は、前記第１非線形光学結晶及び前記第２非線形光学結晶それぞれに対して温度を調整することを特徴とする請求項３に記載の波長変換装置。 A second nonlinear optical crystal that generates light having a wavelength of 270 nm or less and makes it incident on the first nonlinear optical crystal;
The wavelength converter according to claim 3, wherein the temperature adjuster adjusts the temperature for each of the first nonlinear optical crystal and the second nonlinear optical crystal.
前記波長変換光の波長は前記基本波光の第４次高調波に相当する２５７．５ｎｍ以上２７０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の波長変換装置。 The wavelength of the fundamental light is from 1030 nm to 1080 nm,
5. The wavelength conversion device according to claim 3, wherein a wavelength of the wavelength conversion light is 257.5 nm or more and 270 nm or less corresponding to a fourth harmonic of the fundamental wave light.
前記波長変換光は、前記基本波光と波長２５７．５ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の第４次高調波光の和周波混合による波長２０６ｎｍ以上２１６ｎｍ以下の第５次高調波光であることを特徴とする請求項３又は４に記載の波長変換装置。 The wavelength of the fundamental light is from 1030 nm to 1080 nm,
Said wavelength converted light, according to claim 3 or wherein a fundamental wave light and the fifth harmonic light of higher wavelength 206 nm 216 nm or less by sum frequency mixing of the fourth harmonic beam having a wavelength of 257.5nm or 270nm or less 4. The wavelength converter according to 4 .
前記非線形光学結晶から発生する紫外域の前記波長変換光の出力が略一定になるように、前記非線形光学結晶への前記入射光の出力を調整するステップと、
前記第１非線形光学結晶を平行移動させ、当該第１非線形光学結晶の前記入射光の入射位置を温度が異なる位置に変化させるステップと、
前記非線形光学結晶への前記入射光の出力が、複数の温度調整期間のそれぞれにおいて最小となるように、前記駆動部により移動された前記非線形光学結晶の温度を調整して結晶温度を設定するステップとを並行して行う波長変換方法。 A wavelength conversion method for generating wavelength-converted light by a nonlinear optical crystal selected from β-barium baud rate (BBO) or cesium lithium baud rate (CLBO), using at least one of fundamental wave light and its harmonic light as incident light,
Adjusting the output of the incident light to the nonlinear optical crystal so that the output of the wavelength converted light in the ultraviolet region generated from the nonlinear optical crystal is substantially constant;
Translating the first nonlinear optical crystal and changing the incident position of the incident light of the first nonlinear optical crystal to a position where the temperature is different ;
Setting the crystal temperature by adjusting the temperature of the nonlinear optical crystal moved by the drive unit so that the output of the incident light to the nonlinear optical crystal is minimized in each of a plurality of temperature adjustment periods. Wavelength conversion method to perform in parallel.
前記非線形光学結晶の温度を所定の温度変化量、前記入射光の出力が減少する方向に変化させるステップと、
前記入射光の出力が減少から増加に転じるまで、前記非線形光学結晶の温度を所定の温度変化量ずつ、同一の方向に順次変化させるステップと、
前記入射光の出力が減少から増加に転じる直前の温度を前記結晶温度に設定するステップとを有する請求項７に記載の波長変換方法。 In the step of setting the crystal temperature,
Changing the temperature of the nonlinear optical crystal by a predetermined temperature change amount, in a direction in which the output of the incident light decreases;
Sequentially changing the temperature of the nonlinear optical crystal by a predetermined temperature change amount in the same direction until the output of the incident light turns from decreasing to increasing;
The wavelength conversion method according to claim 7 , further comprising a step of setting a temperature immediately before the output of the incident light starts to increase from a decrease to the crystal temperature.
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