JP2004086193A - 光源装置及び光照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】波長変換の効率を向上して、出力する光の波長の狭帯域化を図る。
【解決手段】非線形光学結晶１８３Ｄでは、数段階の波長変換（非線形光学結晶１８３Ａ〜１８３Ｃにおける波長変換）を経て出力レベルが減衰した基本波でなく、他の光増幅器１６１２から得られた基本波を用いて各段階の波長変換を実行することができる。そのため、波長の変換効率が向上し、光増幅器１６１１、１６１２のピークパワーを抑制することができ、光増幅器１６１１、１６１２から出力される光の波長をさらに狭帯域化することができる。
【選択図】 図４
【解決手段】非線形光学結晶１８３Ｄでは、数段階の波長変換（非線形光学結晶１８３Ａ〜１８３Ｃにおける波長変換）を経て出力レベルが減衰した基本波でなく、他の光増幅器１６１２から得られた基本波を用いて各段階の波長変換を実行することができる。そのため、波長の変換効率が向上し、光増幅器１６１１、１６１２のピークパワーを抑制することができ、光増幅器１６１１、１６１２から出力される光の波長をさらに狭帯域化することができる。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置及び光照射装置に係り、更に詳しくは、レーザ光源から発せられる単一の波長の光を別の波長の光に波長変換する波長変換器を備える光源装置、及び、該光源装置を備える光照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、物体の微細構造の検査、物体の微細加工、また、視力矯正の治療等に光照射装置が使用されている。例えば、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「基板」又は「ウエハ」という）上に転写するために、光照射装置の一種である露光装置が用いられている。こうした露光装置としては、ステップ・アンド・リピート方式を採用する静止露光型の投影露光装置や、ステップ・アンド・スキャン方式を採用する走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。また、視力矯正のために、角膜表面のアブレーション（ＰＲＫ：Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ）あるいは角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ：Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｒａｓｔｒｏｍａｌ ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ）を行って近視や乱視等の治療をするために、光照射装置の一種であるレーザ治療装置が用いられている。
【０００３】
かかる光照射装置のために、短波長の光を発生する光源について多くの開発がなされてきた。こうした短波長光源の開発の方向は、主に次の２種に大別される。その一つはレーザの発振波長自身が短波長であるエキシマレーザ光源の開発であり、もう一つは赤外又は可視光レーザの高調波発生を利用した短波長光源の開発である。
【０００４】
このうち、前者の方向に沿っては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を使用する光源装置が開発され、現在では、さらに短波長の光源としてＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等を使用する光源装置の開発が進められている。しかし、これらのエキシマレーザは大型であること、扱いに慎重を要するフッ素ガスを使用するため、レーザのメンテナンスが煩雑でかつ費用が高額となるなど、光源装置として不利な点が存在する。
【０００５】
そこで、後者の方向に沿った短波長化の方法として、非線形光学結晶の非線形光学効果を利用して、長波長の光（赤外光、可視光）を、より短波長の紫外光に変換する方法が注目を集めている。かかる方法を使用した光源装置としては、例えば、国際公開公報ＷＯ９９／４６８３５に開示されたもの（以下、単に「従来例」という）がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の非線形光学結晶を使用する短波長化の方法では、非線形光学結晶における非線形光学効果の発生効率によって短波長光の発生効率が決定されるが、入射した波長変換の対象光の輝度（「ピークパワー」の意味を含む）が高い程、その非線形光学効果の発生効率が高くなる。このため、効率良く紫外光を得るためには、高輝度の赤外光又は可視光を非線形光学結晶に入射させる必要がある。そこで、上述の従来例では、半導体レーザ等によって発生した単一波長の赤外光又は可視光を、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素が添加された増幅用光ファイバを有する光ファイバ増幅器で増幅して、非線形光学結晶に入射させている。なお、こうした光ファイバ増幅器では、増幅用光ファイバに励起光を供給して、添加された希土類元素を励起させ、希土類元素の外殻電子のエネルギ準位について反転分布を形成することにより、増幅用光ファイバに光増幅機能を付与している。
【０００７】
上述した従来例の技術のように、長波長の光（赤外光、可視光）をより短波長の紫外光に変換する場合には、非線形光学結晶による非線形光学効果を利用して、その入射光の第２高調波あるいは和周波を発生させることによって波長変換を行っている。このような場合には、以下に示すような不都合があった。
（１） 基本波のｍ倍波（ｍは自然数）を得るのに、ｍ−１倍波がすでに得られている場合には、ｍ−１倍波と基本波との和周波を発生させて所望の波長の光を得ている。通常、この和周波を発生させる場合に用いられる基本波には、高調波に変換されずに前段階の非線形光学結晶を通過してきた基本波が用いられる。しかし、前段階の非線形光学結晶を通過し、最終段階の非線形光学結晶まで到達してきた基本波は、その出力レベルがかなり減衰しており、このような場合には、充分な波長変換効率を得ることができない。
（２） 波長変換に用いられる基本波の波長によって、波長変換可能な波長が、基本波のｍ倍波の波長に限られてしまう。
【０００８】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、波長変換効率の向上が可能な光源装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の第２の目的は、効率良く波長変換された光を物体（照射対象物）に照射することができる光照射装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、所定波長の光を発生させる光源装置（１６、１６’）であって、前記所定波長とは異なる波長の光を出力する複数の光出力装置（１６１ｉ、１９１ｊ）と；前記複数の光出力装置のうちの異なる光出力装置各々から出力された光を基本波とする２つの光を入射光とする波長変換を含む複数段階の波長変換により前記所定波長の光を発生させる波長変換器（１６３）と；を備える光源装置である。
【００１１】
これによれば、所定波長とは異なる波長の光を、所定波長の光に段階的に変換する波長変換器においては、異なる光出力装置各々から出力された光を基本波とする２つの光を入射光とする波長変換が少なくとも１段階実行される。すなわち、本発明の光源装置では、１つの光出力装置から出力された光を唯一の基本波とし、数段階の波長変換を経て出力レベルが減衰した光で、全段階の波長変換を実行するのではなく、他の光出力装置から出力された光を基本波とする光を用いて、少なくとも１段階の波長変換を実行することができるので、波長変換効率を向上することができる。
【００１２】
さらに、本発明の光源装置によれば、２段目以降の基本波を用いた波長変換には、他の光出力装置から得られた基本波を用いることができるので、１段目の波長変換に用いる基本波の出力レベルを２段目以降の波長変換に用いるための高いレベルとする必要がなくなる。したがって、本発明の光源装置では、１段目の波長変換に用いる基本波を出力する光出力装置や、他の段階での波長変換に用いられる基本波を出力する光出力装置の出力のピークパワーを抑制することができる。ピークパワーが抑制されると、光出力装置から出力される光の波長をさらに狭帯域化することができるようになる。
【００１３】
この場合、請求項２に記載の光源装置のごとく、前記複数の光出力装置は、同一波長の光を出力する複数の装置を含むこととすることができる。
【００１４】
上記請求項１又は２に記載の光源装置において、請求項３に記載の光源装置のごとく、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、第１波長の光を出力する第１装置（１９１ｉ）であり、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、前記第１波長の光とは異なる第２波長の光を出力する第２装置（１６１ｊ）であることとすることができる。
【００１５】
これによれば、波長が異なる２つの光を入射光として、単一の波長のｍ倍波以外の波長の光を作り出すことができるようになるので、出力する光の波長の選択範囲を広げることができる。
【００１６】
この場合、請求項４に記載の光源装置のごとく、前記波長変換器における波長変換は、前記第１装置から出力された第１波長の光のｍ倍波（ｍは自然数）と前記第２装置から出力された第２波長の光のｎ倍波（ｎは自然数）とを入射し、前記ｍ倍波及び前記ｎ倍波の和周波を発生させる波長変換を含むこととすることができる。
【００１７】
また、上記請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項５に記載の光源装置のごとく、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、光ファイバ増幅器であることとすることができる。
【００１８】
勿論、光出力装置としては、光ファイバ増幅器に制限されるものではなく、誘導ラマン散乱増幅器、誘導ブリルアン散乱増幅器など様々な増幅器を適用することができる。また、レーザ光源（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源など）等の光源も光出力装置として用いることができ、それらを組合せて用いることも可能である。
【００１９】
また、上記請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項６に記載の光源装置のごとく、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であることとすることができる。なお、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器によって増幅可能な光の波長の帯域幅は、１５３０ｎｍ以上１６００ｎｍ以下である。
【００２０】
上記請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項７に記載の光源装置のごとく、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であることとすることができる。なお、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器によって増幅可能な光の波長の帯域幅は、１０３０ｎｍ以上１１２０ｎｍ以下である。
【００２１】
この場合、請求項８に記載の光源装置のごとく、前記イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器に入力される光の波長は１０６０ｎｍより大きいこととすることができる。このようにすれば、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器は４準位系レーザと同様に動作するので、高出力を得ることができる。
【００２２】
上記請求項３〜８のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項９に記載の光源装置のごとく、前記第１装置は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であり、前記第２装置は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であることとすることができる。
【００２３】
これによれば、波長変換器では、１０３０ｎｍ以上１１２０ｎｍ以下の波長を有する基本波のｍ倍波と、１５３０ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の波長を有する基本波のｎ倍波とを入射光とする波長変換を実施することができるので、出力する光の波長の選択範囲を広げることができる。
【００２４】
上記請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項１０に記載の光源装置のごとく、前記波長変換器は、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長である２４８ｎｍ近傍の波長の光を発生させることとすることができる。
【００２５】
これによれば、メンテナンス等が困難なＫｒＦエキシマレーザ光源に代えて、本発明の光源装置を用いることにより、容易に２４８ｎｍ近傍の波長の光を得ることができる。
【００２６】
上記請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項１１に記載の光源装置のごとく、前記波長変換器は、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長である１９３ｎｍ近傍の波長の光を発生させることとすることができる。
【００２７】
これによれば、メンテナンス等が困難なＡｒＦエキシマレーザ光源に代えて、本発明の光源装置を用いることにより、容易に１９３ｎｍ近傍の波長の光を得ることができる。
【００２８】
上記請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項１２に記載の光源装置のごとく、前記波長変換器は、Ｆ２レーザの発振波長と略同一波長である１５７ｎｍ近傍の波長の光を発生させることとすることができる。
【００２９】
上記請求項３〜５のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項１３に記載の光源装置のごとく、前記第１装置は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であり、前記第２装置は、ツリウム・ドープ・ファイバ増幅器及びホロミウム・ドープ・ファイバ増幅器の少なくとも一方であり、前記波長変換器は、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長である１９３ｎｍ近傍の波長の光を発生させることとすることができる。
【００３０】
請求項１４に記載の発明は、所定波長の光を発生させる光源装置であって、１０９９ｎｍ近傍の波長の光を増幅して基本波として出力するイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器と；前記基本波をその７倍波に変換し、Ｆ２レーザの発振波長と略同一波長である１５７ｎｍ近傍の波長の光を発生させる波長変換器と；を備える光源装置である。
【００３１】
請求項１５に記載の発明は、所定波長の光を発生させる光源装置であって、１０９５ｎｍ近傍の波長の光を増幅して基本波として出力するイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器と；前記基本波をその３倍波に変換し、ｉ線の波長と略同一波長である３６５ｎｍ近傍の波長の光を発生させる波長変換器と；を備える光源装置である。
【００３２】
請求項１６に記載の発明は、所定波長の光を発生させる光源装置であって、１５４７ｎｍ近傍の波長の光を基本波として出力する少なくとも１つの光出力装置と；前記基本波とその６倍波との和周波である２２１ｎｍ近傍の波長の光を発生させる非線形光学素子としてＣｓＢ３Ｏ５結晶が用いられている波長変換器と；を備える光源装置である。
【００３３】
上記請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項１７に記載の光源装置のごとく、前記波長変換器は、複数の非線形光学素子を用いて波長変換を実行することとすることができる。この場合、請求項１８に記載の光源装置のごとく、前記非線形光学素子には、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４結晶であることとすることができる。
【００３４】
上記請求項１７又は１８に記載の光源装置において、請求項１９に記載の光源装置のごとく、前記複数の非線形光学素子のうち、少なくとも１つの非線形光学素子は、擬似位相整合結晶であることとすることができる。この場合、請求項２０に記載の光源装置のごとく、前記擬似位相整合結晶としてＫＴｉＯＰＯ４結晶とＬｉＮｂＯ３結晶との少なくとも一方が用いられることとすることができる。
【００３５】
また、上記請求項１９又は２０に記載の光源装置において、請求項２１に記載の光源装置のごとく、前記擬似位相整合結晶として、ＢａＭｇＦ４結晶が用いられていることとすることができる。この場合、請求項２２に記載の光源装置のごとく、前記ＢａＭｇＦ４結晶は、前記基本波と前記基本波のｍ倍波（ｍは自然数）との和周波を発生させることとすることができる。このようにすれば、擬似位相整合結晶の分極反転周期をできるだけ長くすることができるので、擬似位相整合結晶の製造が容易となる。
【００３６】
上記請求項１〜２２のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項２３に記載の光源装置のごとく、前記各光出力装置のうちの少なくとも一部の装置と、前記波長変換器との間には、その装置から前記波長変換器へ入力される光の進行を所定時間遅延させる遅延装置が挿入されていることとすることができる。
【００３７】
上記請求項１〜９、１７〜２３のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項２４に記載の光源装置のごとく、前記所定波長が９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることとすることができる。
【００３８】
請求項２５に記載の発明は、対象物に光を照射する光照射装置であって、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光源装置と；前記光源装置から射出された光を前記対象物に向けて射出する照射光学系と；を備える光照射装置である。
【００３９】
これによれば、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光源装置から出力された光を、照射光学系を介して対象物に照射するので、効率良く波長変換された光を物体（照射対象物）に照射することができる。
【００４０】
この場合、請求項２６に記載の光照射装置のごとく、前記対象物は、感光物体であることとすることができる。すなわち、本発明の光照射装置は、露光装置であることとすることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。
【００４２】
図１には、本発明に係る光源装置を含んで構成された第１の実施形態に係る光照射装置である露光装置１０の概略構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である。
【００４３】
この露光装置１０は、光源装置１６及び照明光学系１２から成る照明系、この照明系からの露光用照明光（以下、「照明光」または「露光光」という）ＩＬにより照明されるマスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲを介した露光光ＩＬを感光物体としてのウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するＺチルトステージ５８が搭載されたＸＹステージ１４、及びこれらの制御系等を備えている。
【００４４】
前記光源装置１６は、例えば、波長１９３．４ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長）の紫外パルス光を出力する装置である。この光源装置１６は、前記照明光学系１２、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、Ｚチルトステージ５８、ＸＹステージ１４及びこれら各部が搭載された不図示の本体コラム等から成る露光装置本体とともに、温度、圧力、湿度等が高精度に調整されたエンバイロンメンタル・チャンバ（以下、「チャンバ」という）１１内に収納されている。なお、本実施形態では、光源装置１６を全てチャンバ１１内に配置するものとしたが、光源装置１６の一部、例えば後述する波長変換器のみをチャンバ１１内、特に照明光学系１２と同一の架台に設け、その波長変換器と光源装置１６の本体部とを光ファイバ等で接続する構成であってもよい。
【００４５】
図２には、光源装置１６の内部構成が、露光装置１０全体を統括制御する主制御装置５０とともにブロック図にて示されている。図２に示されるように、光源装置１６は、光源部１６Ａ、レーザ制御装置１６Ｂ、及び光量制御装置１６Ｃ等を備えている。
【００４６】
前記光源部１６Ａは、パルス光発生部１６０、光増幅器１６１１、１６１２、波長変換器１６３、ビームモニタ機構１６４及び光分割器１６５等を備えている。
【００４７】
前記パルス光発生部１６０は、レーザ光源１６０Ａ、光カップラＢＳ１、光アイソレータ１６０Ｂ及び光変調器としての電気光学変調器（以下、「ＥＯＭ」という）１６０Ｃ等を有する。なお、レーザ光源１６０Ａから波長変換器１６３までの間の各要素間は、光ファイバ等によって光学的に接続されている。
【００４８】
前記レーザ光源１６０Ａとしては、ここでは、単一波長発振レーザ、例えば、発振波長１．５μｍ近傍、連続波出力（以下「ＣＷ出力」という）２０ｍＷのＩｎＧａＡｓＰ系のＤＦＢ（分布帰還型）半導体レーザが用いられている。以下においては、レーザ光源１６０Ａを適宜「ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａ」とも呼ぶものとする。ここで、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａは、縦モード選択性の低いファブリーペロー型共振器の代わりに、回折格子を半導体レーザ内に作り上げたものであり、どのような状況下であっても単一縦モード発振をするように構成されている。このようなレーザでは、基本的に単一縦モード発振をするため、その発振スペクトル線幅は０．０１ｐｍ以下に抑えられる。
【００４９】
なお、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａは、通常、ヒートシンクの上に設けられ、これらが筺体内に収納されている。本実施形態では、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａに付設されるヒートシンク上に温度調整器（ペルチェ素子など）が設けられており、レーザ制御装置１６Ｂがその温度を制御することにより発振波長が制御（調整）可能な構成となっている。
【００５０】
前記光カップラＢＳ１としては、透過率が９７％程度のものが用いられている。このため、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａからのレーザ光は、光カップラＢＳ１によって２つに分岐され、その９７％程度が次段の光アイソレータ１６０Ｂに向かって進み、残り３％程度がビームモニタ機構１６４に入射するようになっている。
【００５１】
前記ビームモニタ機構１６４は、フォトダイオード等の光電変換素子から成るエネルギモニタ（図示省略）を含んでいる。このエネルギモニタの出力は、レーザ制御装置１６Ｂを介して主制御装置５０に供給されており、主制御装置５０ではエネルギモニタの出力に基づいてレーザ光のエネルギパワーを検出し、レーザ制御装置１６Ｂを介してＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａで発振されるレーザ光の光量を必要に応じて制御する。
【００５２】
前記光アイソレータ１６０Ｂは、光カップラＢＳ１からＥＯＭ１６０Ｃに向かう方向の光のみを通過させ、反対向きの光の通過を阻止する。この光アイソレータ１６０Ｂにより、反射光（戻り光）に起因するＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの発振モードの変化や雑音等が防止される。
【００５３】
前記ＥＯＭ１６０Ｃは、光アイソレータ１６０Ｂを通過したレーザ光（ＣＷ光（連続光））をパルス光に変換するためのものである。ＥＯＭ１６０Ｃとしては、チャープによる波長広がりが小さくなるように、チャープ補正を行った電極構造を持つ電気光学変調器（例えば二電極型変調器）が用いられている。ＥＯＭ１６０Ｃは、光量制御装置１６Ｃから印加される電圧パルスに同期して変調されたパルス光を出力する。なお、ＥＯＭ１６０Ｃから出力される光パルス列は、後述する光増幅器１６１１、１６１２における増幅用光ファイバ１７５における添加元素全体の励起に要する時間よりは短く、増幅用光ファイバ１７５における増幅作用からみれば、連続的な光とみなせるものとなっている。例えば、ＥＯＭ１６０ＣによりＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａで発振されたレーザ光を、パルス幅１ｎｓ、繰り返し周波数１００ｋＨｚ（パルス周期約１０μｓ）のパルス光に変調する。なお、繰り返し周波数は、光ファイバ増幅器におけるＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：自然放出光）ノイズの影響を抑制できる値が選択される。
【００５４】
なお、ＥＯＭ１６０Ｃへの印加電圧とＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａへの供給電流制御とを併用して、出力光のパルス化を行うことが望ましい。かかる場合には、消光比を向上することができる。このようにすれば、ＥＯＭ１６０Ｃのみを用いる場合に比べて、消光比を向上しつつ、パルス幅が狭いパルス光を容易に発生させることが可能になるとともに、パルス光の発振間隔や発振の開始及びその停止などをより簡単に制御することが可能になる。また、ＥＯＭ１６０Ｃに代えて、音響光学変調器（ＡＯＭ）を用いることも可能である。
【００５５】
前記光分割器１６５は、パルス光発生部１６０から出力されたパルス光を２つに分割して、光増幅器１６１１、１６１２に出力する。
【００５６】
前記光増幅器１６１１、１６１２は、光分割器１６５からのパルス光を増幅するものである。図３には、一方の光増幅器１６１１の構成が示されている。この図３に示されるように、光増幅器１６１１は、光分割器１６５からのパルス光を時間順に周期的に振り分けて分岐（例えば、１２８分岐）する光分岐器１６６と、複数の光増幅器としてのファイバ増幅器１６７とを備えている。
【００５７】
光ファイバ増幅器１６７は、図３に示されるように、増幅用媒体としての増幅用光ファイバ１７５、励起光（ポンプ光）を発生する励起用半導体レーザ１７８１、１７８２、上述の光分割器１６５の出力光と励起光とを合成し、こうして得られた合成光を増幅用光ファイバ１７５に供給する波長分割多重化装置（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：ＷＤＭ）１７９１、１７９２を備えている。ここで、励起用半導体レーザ１７８１及びＷＤＭ１７９１は前方励起に使用され、一方、励起用半導体レーザ１７８２及びＷＤＭ１７９２は後方励起に使用されている。これにより、入力光輝度に対する光増幅率の線形性の維持と、光増幅率との向上とを図っている。
【００５８】
前記増幅用光ファイバ１７５としては、シリカガラス又はフォスフェイトガラスを主材とし、コアとクラッドを有し、コアにエルビウム（Ｅｒ）が高密度にドープされた光ファイバが用いられる。すなわち、この光ファイバ増幅器１６７は、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器である。
【００５９】
以上のように構成された光ファイバ増幅器１６７において、増幅用光ファイバ１７５に、励起用半導体レーザ１７８１、１７８２が発生した励起光がＷＤＭ１７９１、１７９２を介して供給された状態で、ＷＤＭ１７９１を介してパルス光が入射し増幅用光ファイバ１７５のコア中を進行すると、誘導放射が発生し、パルス光が増幅される。かかる光増幅にあたって、増幅用光ファイバ１７５は高い増幅率を有するので、波長の単一性が高い高輝度のパルス光が出力される。このため、効率良く狭帯域の光を得ることができる。
【００６０】
前記励起用半導体レーザ１７８１、１７８２は、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａにおける発振波長よりも短い波長の光を励起光として発生する。この励起光がＷＤＭ１７９１、１７９２を介して増幅用光ファイバ１７５に供給され、それによりＥｒの殻外電子が励起され、いわゆるエネルギ準位の反転分布が発生する。なお、励起用半導体レーザ１７８１、１７８２は、光量制御装置１６Ｃによって制御されるようになっている。
【００６１】
各光ファイバ増幅器１６７で出力の一部が分岐され、それぞれの分岐端に設けられた光電変換素子１７１によってそれぞれ光電変換されるようになっている。これらの光電変換素子１７１の出力信号が光量制御装置１６Ｃに供給されるようになっている。
【００６２】
光量制御装置１６Ｃでは、各光ファイバ増幅器１６７からの光出力が一定になるように（即ちバランスするように）、各励起用半導体レーザ１７８１、１７８２のドライブ電流をフィードバック制御するようになっている。他方の光増幅器１６１２も、上述した光増幅器１６１１と同様に構成されている。
【００６３】
図２に戻り、前記波長変換器１６３は、複数の非線形光学結晶を含み、前記増幅されたパルス光（波長１５４６．９ｎｍの光）をその８倍高調波に波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザとほぼ同じ出力波長（１９３．４ｎｍ）のパルス紫外光を発生する。
【００６４】
図４には、この波長変換器１６３の構成例が示されている。ここで、この図４に基づいて波長変換器１６３の具体例について説明する。図４の波長変換器１６３では、基本波（波長１５４６．９ｎｍ）→２倍波（波長７７３．５ｎｍ）→３倍波（波長５１５．６ｎｍ）→６倍波（波長２５７．８ｎｍ）→７倍波（波長２２１．０ｎｍ）→８倍波（波長１９３．４ｎｍ）の順に波長変換が行われる。
【００６５】
これを更に詳述すると、光増幅器１６１１から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７３．５ｎｍ）の２倍波が発生する。
【００６６】
この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ノンクリティカル位相整合、すなわちＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−ＣｒｉｔｉｃａｌＰｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。ＮＣＰＭは、非線形光学結晶内での基本波と第２高調波との角度ずれ（Ｗａｌｋ−ｏｆｆ）が起こらないため高効率で２倍波への変換が可能であり、発生した２倍波はＷａｌｋ−ｏｆｆによるビームの変形も受けないため有利である。
【００６７】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した基本波と、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波とは、次段の波長板１８４でそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられる。そして、基本波のみ、その偏光方向が９０度回転するようになる。これにより、その基本波及び２倍波の偏光方向が一致するようになる。波長板１８４を通過した基本波と２倍波は、集光レンズ１８２Ｂを介した後に、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとして、例えばＬＢＯ結晶が用いられるとともに、そのＬＢＯ結晶は１段目の非線形光学結晶（ＬＢＯ結晶）１８３Ａとは異なる温度でＮＣＰＭによる位相整合が図られる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、１段目の非線形光学結晶１８３Ａで発生した２倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶１８３Ａを透過した基本波との和周波発生により、基本波の３倍波（波長５１５．６ｎｍ）が得られる。
【００６８】
次に、非線形光学結晶１８３Ｂで得られた３倍波は、集光レンズ１８２Ｃを介して、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。そして、この３倍波がこの３段目の非線形光学結晶１８３Ｃを通る際に、その３倍波の２次高調波発生により基本波の周波数ωの６倍、すなわち周波数６ω（波長は１／６の２５７．８ｎｍ）の６倍波が発生する。この３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、例えばβ−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶又はＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。
【００６９】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた６倍波は、集光レンズ１８２Ｄを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、光増幅器１６１２から出力され、集光レンズ１８２Ｅを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。
【００７０】
４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、基本波と６倍波との和周波発生により７倍波（波長２２１．０ｎｍ）が得られる。上記構成において、７倍波発生用ＣＬＢＯ結晶１８３Ｄのかわりに、ＣｓＢ３Ｏ５（ＣＢＯ）結晶を用いることも可能である。
【００７１】
非線形光学結晶１８３Ｄで得られた７倍波とそれを透過した基本波とは、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂにより分離される。ここを透過した基本波は、ミラー１８５Ｃで反射され、集光レンズ１８２Ｆを通過してダイクロイック・ミラー１８５Ｅに至る。そして、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂで反射された７倍波は、ミラー１８５Ｄで反射され、集光レンズ１８２Ｇを通過してダイクロイック・ミラー１８５Ｅに至る。そして、その基本波と７倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅで同軸に合成され、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。なお、７倍波のビーム整形用として、集光レンズ１８２Ｇの代わりにシリンドリカルレンズ対を用いることも可能である。
【００７２】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられ、基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。上記構成において、８倍波発生用ＣＬＢＯ結晶１８３Ｅのかわりに、ＬｉＢ４Ｏ７（ＬＢ４）結晶を用いることも可能である。
【００７３】
以上のように構成された波長変換器１６３において、光増幅器１６１１、１６１２によって増幅された基本波（波長１５４６．９ｎｍ）を５段階で波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【００７４】
図１に戻り、前記照明光学系１２は、オプティカルインテグレータを含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイック・ミラー等（いずれも不図示）を備えている。ここで、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）あるいは回折光学素子等が用いられる。こうした照明光学系１２の構成は、例えば、特開平６−３４９７０１号公報などに開示されている。この照明光学系１２から射出された露光光ＩＬは、ミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域４２Ｒを均一な照度分布で照明する。
【００７５】
前記レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、レチクルステージ駆動部４９によって走査方向（ここでは図１の紙面左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査されるようになっている。この走査中のレチクルステージＲＳＴの位置及び回転量は、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒを介して外部のレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給されるようになっている。
【００７６】
なお、レチクルＲに用いる材質は、露光光ＩＬの波長により定められる。すなわち、本実施形態のように、光源装置１６から出力される露光光が、波長１９３ｎｍの光である場合には合成石英を用いることができるが、後述するように、光源装置１６から出力される露光光が、波長１５７ｎｍの光であった場合には、ホタル石、フッ素がドープされた合成石英、あるいは水晶などで形成する必要がある。
【００７７】
前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する複数枚のレンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、前述の如くして、露光光ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域４２Ｒが照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小投影され、その像が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域４２Ｗに転写される。
【００７８】
前記ＸＹステージ１４は、ウエハステージ駆動部５６によって走査方向であるＹ軸方向及びこれに直交するＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に２次元駆動されるようになっている。このＸＹステージ１４上に搭載されたＺチルトステージ５８上では、ウエハＷが、ウエハホルダ（不図示）を介して真空吸着等により保持されている。Ｚチルトステージ５８は、例えば３つのアクチュエータ（ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど）によってウエハＷのＺ軸方向の位置（フォーカス位置）を調整するとともに、ＸＹ平面（投影光学系ＰＬの像面）に対するウエハＷの傾斜角を調整する機能を有する。また、ＸＹステージ１４の位置は、Ｚチルトステージ５８上に固定された移動鏡５２Ｗを介して外部のレーザ干渉計５４Ｗにより計測され、このレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制御装置５０に供給されるようになっている。
【００７９】
ここで、移動鏡は、実際には、Ｘ軸に垂直な反射面を有するＸ移動鏡とＹ軸に垂直な反射面を有するＹ移動鏡とが存在し、これに対応してレーザ干渉計もＸ軸位置計測用、Ｙ軸位置計測用、及び回転（ヨーイング量、ピッチング量、ローリング量を含む）計測用のものがそれぞれ設けられているが、図１では、これらが代表的に、移動鏡５２Ｗ、レーザ干渉計５４Ｗとして示されている。
【００８０】
Ｚチルトステージ５８上には、後述するレチクルアライメント等を行う際に使用される基準マーク板ＦＭが設けられている。この基準マーク板ＦＭは、その表面がウエハＷの表面とほぼ同一の高さとなるように配設されている。この基準マーク板ＦＭの表面上には、レチクルアライメント用基準マーク、ベースライン計測用基準マーク等の基準マークが形成されている。
【００８１】
また、図１では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、この露光装置１０は、実際にはレチクルアライメントを行うための例えば、画像処理方式のレチクルアライメント系を備えている。
【００８２】
レチクルＲのアライメントを行う場合には、まず主制御装置５０によりレチクルステージ駆動部４９、ウエハステージ駆動部５６を介してレチクルステージＲＳＴ及びＸＹステージ１４が駆動され、前述の露光領域４２Ｗの周辺部に基準マーク板ＦＭ上のレチクルアライメント用基準マークが設定され、その基準マークにレチクルＲ上のレチクルマーク像がほぼ重なるようにレチクルＲとＺチルトステージ５８との相対位置が設定される。この状態で、主制御装置５０によりレチクルアライメント系を用いて両マークが撮像され、主制御装置５０では、その撮像信号を処理して対応する基準マークに対するレチクルマークの投影像のＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置ずれ量を算出する。かかるマークの撮像にあたっては、投影光学系ＰＬを介した像を撮像することになるので、露光光ＩＬの波長とほぼ同一の波長の光が使用される。
【００８３】
また、上記のレチクルのアライメントの結果得られた基準マークの投影像の検出信号（画像信号）に含まれるコントラスト情報に基づいてフォーカスオフセットやレベリングオフセット（投影光学系ＰＬの焦点位置、像面傾斜など）を求めることも可能である。
【００８４】
また、本実施形態では、上記のレチクルアライメント時に、主制御装置５０によって、投影光学系ＰＬの側面に設けられた不図示のウエハ側のオフアクシス・アライメントセンサのベースライン量（レチクル投影位置とアライメントセンサとの相対位置関係）に関する基準マーク板上の所定マークを使用した計測も行われる。
【００８５】
更に、本実施形態の露光装置１０では、図１に示されるように、主制御装置５０によってオン・オフが制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホールまたはスリットの像を形成するための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射光学系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受光光学系６０ｂとからなる斜入射方式の多点焦点位置検出系（フォーカスセンサ）が設けられている。なお、本実施形態と同様の多点焦点位置検出系（フォーカスセンサ）の詳細な構成は、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されている。
【００８６】
走査露光時等に、主制御装置５０では、受光光学系６０ｂからの各計測点について検出されたＺ位置に基づいて、露光領域内に存在するショット領域の一部の表面のＺ位置及び傾斜量を逐次算出しつつ、この算出結果に基づいてＺチルトステージ５８のＺ位置や傾斜角を不図示の駆動系を介して制御することにより、オートフォーカス（自動焦点合わせ）及びオートレベリングが実行される。
【００８７】
前記主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を備えており、これまでに説明した各種の制御を行う他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を制御する。また、本実施形態では、主制御装置５０は、後述するように走査露光の際の露光量の制御を行ったりする等の他、装置全体を統括制御する。
【００８８】
具体的には、主制御装置５０は、例えば走査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶＲ＝Ｖで走査されるのに同期して、ＸＹステージ１４を介してウエハＷが露光領域４２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶＷ＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハＷに対する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部４９、ウエハステージ駆動部５６をそれぞれ介してレチクルステージＲＳＴ、ＸＹステージ１４の位置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置５０はレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハステージ駆動部５６を介してＸＹステージ１４の位置を制御する。
【００８９】
次に、本実施形態の露光装置１０において所定枚数（Ｎ枚）のウエハＷ上にレチクルパターンの露光を行う場合の露光シーケンスについて主制御装置５０の制御動作を中心として説明する。
【００９０】
まず、主制御装置５０は、不図示のレチクルローダを用いて露光対象のレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。
【００９１】
次いで、レチクルアライメント系を用いてレチクルアライメントを行うとともに、ベースライン計測を行う。
【００９２】
次に、主制御装置５０は、不図示のウエハ搬送系にウエハＷの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及びＸＹステージ１４上の不図示のウエハ受け渡し機構によってウエハ交換（ステージ上にウエハが無い場合は、単なるウエハロード）が行われ、次いでいわゆるサーチアライメント及びファインアライメント（ＥＧＡ等）の一連のアライメント工程の処理を行う。これらのウエハ交換、ウエハアライメントは、公知の露光装置と同様に行われるので、ここではこれ以上の詳細な説明は省略する。
【００９３】
次に、上記のアライメント結果及びショットマップデータに基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）にウエハＷを移動させる動作と、前述した走査露光動作とを繰り返し行って、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルパターンを転写する。かかる走査露光中に、主制御装置５０は、露光条件及びレジスト感度に応じて決定された目標積算露光量をウエハＷに与えるため、光量制御装置１６Ｃに指令を与え、露光光量の制御を行う。
【００９４】
１枚目のウエハＷに対する露光が終了すると、主制御装置５０では、不図示のウエハ搬送系にウエハＷの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及びＸＹステージ１４上の不図示のウエハ受け渡し機構によってウエハ交換が行われ、以後上記と同様にしてその交換後のウエハに対してサーチアライメント、ファインアライメントが行われる。
【００９５】
そして、上記と同様に、このウエハＷ上の複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン方式でレチクルパターンが転写される。
【００９６】
なお、露光条件とレチクルパターンとの少なくとも一方の変更によって照度が変化するときは、ウエハＷ（レジスト）に適正な露光量が与えられるように、前述した周波数とピークパワーとの少なくとも一方を制御することが望ましい。このとき、周波数及びピークパワーの少なくとも一方に加えてレチクルＲ及びウエハＷの走査速度を調整するようにしてもよい。
【００９７】
以上詳細に述べたように、本実施形態では、１５４６．９ｎｍの波長の光を段階的に所定波長（１９３．４ｎｍ）の光に変換する波長変換器１６３において、４段目以降の非線形光学結晶１８３Ｄ、１８３Ｅにおける波長変換においては、光増幅器１６１２から出力された光が基本波として用いられる。このため、数段階の波長変換に用いられる非線形光学結晶１８３Ａ〜１８３Ｃを経て出力レベルが減衰した基本波ではなく、光増幅器１６１２から得られる基本波を用いて、４段目以降の波長変換（その基本波と光増幅器１６１１から得られた基本波の６倍波との和周波等）を実行することができる。したがって、本実施形態の光源装置では、従来の光源装置に比べて高い波長変換効率を得ることができる。
【００９８】
逆に言えば、４段目以降の基本波を用いた波長変換には、他の光増幅器１６１２から得られた基本波が用いられるので、光増幅器１６１１の基本波の出力レベルを、４段目以降の波長変換に用いるためのレベルまで上げる必要がなくなる。したがって、本実施形態の光源装置では、１段目の波長変換に用いる光増幅器１６１１の出力のピークパワーを抑制することができる。ピークパワーが抑制されると、光増幅器１６１１から出力される光の波長をさらに狭帯域化することができるようになるというメリットがあり、この光源装置１６は、露光装置１０を始めとする狭帯域の波長の光を要する装置に特に有用となる。
【００９９】
また、本第１の実施形態の露光装置１０によれば、走査露光にあたって高輝度の照明光ＩＬをレチクルＲに照射できるので、レチクルＲに形成されたパターンを精度良く効率的にウエハＷに転写することができる。
【０１００】
なお、上記実施形態では、光源装置１６には、２つの光増幅器１６１１、１６１２のそれぞれの光の供給源として、パルス光発生部１６０が１つだけ備えられているとしたが、２つの光増幅器１６１１、１６１２のそれぞれの光の供給源として、レーザ光源１６０Ａを備えるパルス光発生部１６０を２つ備えていてもよい。その際に、光源装置１６は、光分割器１６５を備える必要がないことはいうまでもない。
【０１０１】
また、上記実施形態では、波長変換器１６３に基本波を出力する光増幅器を光増幅器１６１１、１６１２の２つとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、光増幅器が３つ以上備えられていてもよい。図５には、光増幅器が３つ備えられている場合の波長変換器１６３の構成が示されている。なお、ここでは、光源装置１６が、３番目の光増幅器として光増幅器１６１３をさらに備えているものとする。光増幅器１６１３は、光増幅器１６１１、１６１２と同様に、光分割器１６５において、分岐された光を入力するようにしてもよいし、パルス光発生部１６０とは異なる別のパルス光発生部から出力された光を入力するようにしてもよい。
【０１０２】
図５に示されるように、この波長変換器１６３は、複数の非線形光学結晶を含み、前記増幅されたパルス光（波長１５４６．９ｎｍの光）を、その８倍高調波に波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長（１９３．４ｎｍ）であるパルス紫外光を発生する点においては、図４の波長変換器１６３と同じである。
【０１０３】
図５の波長変換器１６３では、図４に示される波長変換器１６３と同様に、基本波（波長１５４６．９ｎｍ）→２倍波（波長７７３．５ｎｍ）→３倍波（波長５１５．６ｎｍ）→６倍波（波長２５７．８ｎｍ）→７倍波（波長２２１．０ｎｍ）→８倍波（波長１９３．４ｎｍ）の順に波長変換が行われる。そして、図５の波長変換器１６３では、７倍波が得られる非線形光学結晶１８３Ｄまでの各要素の構成および動作は、図４の波長変換器１６３と同一であるため、それらの説明を省略する。
【０１０４】
図５に示されるように、非線形光学結晶１８３Ｄで得られた７倍波は、集光レンズ１８２Ｆを介して、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂで光増幅器１６１３から出力され集光レンズ１８２Ｇを通過した光と同軸に合成され、非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。
【０１０５】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられ、基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１０６】
以上述べたように、図５の波長変換器１６３は、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射される基本波として、光増幅器１６１２から入力され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄを通過した基本波ではなく、光増幅器１６１３から入力された基本波が用いられる。したがって、非線形光学結晶１８３Ｄを経て出力レベルが減衰した基本波ではなく、光増幅器１６１３から得られる基本波を用いて５段目の波長変換を実行することができる。そのため、図５の波長変換器１６３を用いれば、図４の波長変換器１６３を用いるよりもさらに高い波長変換効率を得ることができる。また、図５の波長変換器１６３は、図４の波長変換器１６３に比べ、ダイクロイック・ミラーの数を減らすことができ（図４ではダイクロイック・ミラー１８５Ａ、１８５Ｂ、１８５Ｅの３個→２個）、７倍波に対して基本波を迂回させる経路を設ける必要がなくなるので、簡単な構成とすることができる。なお、前述のように、非線形光学結晶１８３Ｃ、１８３Ｄの後に、Ｗａｌｋ−ｏｆｆ補正用のシリンドリカルレンズ対を用い、ビーム整形を行うことにより、波長変換の効率をさらに高めることが可能となる。その他の光の経路においても、波長板やシリンドリカルレンズ対を適宜用いることができる。
【０１０７】
また、この他にも、波長変換器１６３の構成には、様々な変形例が考えられる。図６には、波長変換器１６３の構成の変形例が示されている。図６（ａ）、図６（ｂ）に示される波長変換器１６３では、基本波（波長１５４６．９ｎｍ）→２倍波（波長７７３．５ｎｍ）→３倍波（波長５１５．６ｎｍ）→４倍波（波長３８６．７ｎｍ）→７倍波（波長２２１．０ｎｍ）→８倍波（波長１９３．４ｎｍ）の順に波長変換が行われる。なお、図６（ａ）の波長変換器１６３では、３倍波が得られる非線形光学結晶１８３Ｂまでの構成は、図４の波長変換器１６３と同一であるため、それらの説明を省略する。
【０１０８】
図６（ａ）に示されるように、非線形光学結晶１８３Ｂで波長変換されずに透過した基本波と、非線形光学結晶１８３Ｂの波長変換で発生した３倍波とは、集光レンズ１８２Ｃを通過して、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。そして、その基本波と３倍波との和周波発生により、基本波の周波数ωの４倍、すなわち周波数４ω（波長は１／４の３８６．７ｎｍ）の４倍波が発生する。この３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、例えばＧｄｘＹ１−ｘＣａ４Ｏ（ＢＯ３）３（ＧｄＹＣＯＢ）結晶が用いられる。ＧｄＹＣＯＢにおいても、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０１０９】
次に、非線形光学結晶１８３Ｃで波長変換されずに透過した３倍波と、非線形光学結晶１８３Ｃの波長変換で発生した４倍波とは、集光レンズ１８２Ｄを介して、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。そして、この３倍波と４倍波とがこの４段目の非線形光学結晶１８３Ｄを通過する際に、その３倍波と４倍波との和周波発生により、基本波の周波数ωの７倍、すなわち周波数７ω（波長は１／７の２２１．０ｎｍ）の７倍波が発生する。この４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、例えばβ−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶が用いられる。
【０１１０】
非線形光学結晶１８３Ｄで得られた７倍波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、光増幅器１６１２から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波と同軸に合成され、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。
【０１１１】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。上記構成において、８倍波発生用ＣＬＢＯ結晶１８３Ｅのかわりに、ＣｓＢ３Ｏ５（ＣＢＯ）結晶を用いることも可能である。
【０１１２】
以上のように構成された図６（ａ）に示される波長変換器１６３において、光増幅器１６１１、１６１２によって増幅された基本波（波長１５４６．９ｎｍ）を波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１１３】
また、図６（ｂ）に示される波長変換器１６３では、６倍波を得るまでの構成及び動作は、図４の波長変換器１６３と同一であるので、それらの説明を省略する。図６（ｂ）に示されるように、光増幅器１６１２から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波は、集光レンズ１８２Ｅを介して４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ｄを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７３．５ｎｍ）の２倍波が発生する。
【０１１４】
この４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０１１５】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた６倍波は、集光レンズ１８２Ｄを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、非線形光学結晶１８３Ｄで発生した２倍波と同軸に合成され、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。
【０１１６】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとして、β−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶が用いられ、その２倍波と６倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１１７】
以上のように構成された図６（ｂ）に示される波長変換器１６３において、光増幅器１６１１、１６１２によって増幅された基本波（波長１５４６．９ｎｍ）を波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１１８】
図７には、波長変換器１６３の構成の他の変形例が示されている。図７（ａ）に示される波長変換器１６３では、基本波（波長１５４６．９ｎｍ）→２倍波（波長７７３．５ｎｍ）→３倍波（波長５１５．６ｎｍ）→７倍波（波長２２１．０ｎｍ）→８倍波（波長１９３．４ｎｍ）の順に波長変換が行われる。図７（ａ）の波長変換器１６３では、光増幅器１６１１から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波を入力するところから３倍波が得られる非線形光学結晶１８３Ｂまでの構成は、図４の波長変換器１６３と同一であるため、それらの説明を省略する。
【０１１９】
一方、上記波長変換とは別に、図７（ａ）、図７（ｂ）の波長変換器では、上述の３倍波（波長５１５．６ｎｍ）から７倍波への変換の際に用いる４倍波（波長３８６．７ｎｍ）を得るために、基本波（波長１５４６．９ｎｍ）→２倍波（波長７７３．５ｎｍ）→４倍波（波長３８６．７ｎｍ）の波長変換も実行される。
【０１２０】
図７（ａ）に示されるように、光増幅器１６１２から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波は、集光レンズ１８２Ｄを介して１段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ｃを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７３．５ｎｍ）の２倍波が発生する。なお、この１段目の非線形光学結晶１８３Ｃとして、ＬＢＯ結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ノンクリティカル位相整合、すなわちＮＣＰＭが使用される。
【０１２１】
そして、この２倍波が２段目の非線形光学結晶１８３Ｄを通過する際に、２次高調波発生により、基本波の周波数ωの４倍、すなわち周波数４ω（波長は１／４の３８６．７ｎｍ）の４倍波が発生する。なお、この非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＬＢＯ結晶が用いられる。
【０１２２】
非線形光学結晶１８３Ｄで得られた４倍波は、集光レンズ１８２Ｆを通過後、ミラー１８５Ｂ及びダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、非線形光学結晶１８３Ｂで得られ集光レンズ１８２Ｃを通過した３倍波と同軸に合成され、３段目の非線形結晶１８３Ｅに入射する。３段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＢＢＯ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｅでは、３倍波と４倍波との和周波発生により７倍波（波長２２１．０ｎｍ）が得られる。
【０１２３】
非線形光学結晶１８３Ｅで得られた７倍波は、集光レンズ１８２Ｈを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｃにより反射され、光増幅器１６１３から出力され、集光レンズ１８２Ｉを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｆに入射する。
【０１２４】
４段目の非線形光学結晶１８３Ｆとしては、ＣＬＢＯ結晶が用いられ、その基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１２５】
以上のように構成された図７（ａ）に示される波長変換器１６３において、光増幅器１６１１、１６１２、１６１３によって増幅された基本波（波長１５４６．９ｎｍ）を波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１２６】
図７（ｂ）に示される波長変換器１６３では、光増幅器１６１１から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波を入力するところから３倍波が得られる非線形光学結晶１８３Ｂまでの構成と、光増幅器１６１２から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波を入力するところから４倍波が得られる非線形光学結晶１８３Ｄまでの構成は、図７（ａ）の波長変換器１６３と同じである。
【０１２７】
２段目の非線形光学結晶１８３Ｄで得られ、集光レンズ１８２Ｆを通過した４倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂ、１８５Ａで反射される。これにより、その４倍波は、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂで得られ、集光レンズ１８２Ｃを通過した３倍波と同軸に合成され、３段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。これにより、３段目の非線形光学結晶１８３Ｅでは、図７（ａ）の波長変換器１６３と同様に、７倍波が得られるようになる。
【０１２８】
一方、光増幅器１６１２から出力され、集光レンズ１８２Ｄ、非線形光学結晶１８３Ｃ、集光レンズ１８２Ｅ、非線形光学結晶１８３Ｄ、集光レンズ１８２Ｆを通過した基本波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂを通過し、ミラー１８５Ｄで反射され、集光レンズ１８２Ｉを通過して、ダイクロイック・ミラー１８５Ｃに至る。
【０１２９】
そして、非線形光学結晶１８３Ｅで得られ、集光レンズ１８２Ｈを通過した７倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｃで反射され、ミラー１８５Ｄより入射した基本波と同軸に合成されて、４段目の非線形光学結晶１８３Ｆに入射する。
【０１３０】
非線形光学結晶１８３Ｆとしては、図７（ａ）の波長変換器と同様に、ＣＬＢＯ結晶が用いられ、その基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１３１】
以上のように構成された図７（ｂ）に示される波長変換器１６３において、光増幅器１６１１、１６１２によって増幅された基本波（波長１５４６．９ｎｍ）を波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１３２】
以上述べたように、図７（ａ）、図７（ｂ）の波長変換器１６３では、非線形光学結晶の４段構成により、１９３．４ｎｍの光を得ることができるので、非線形光学結晶が５段に構成された図６（ａ）、図６（ｂ）の波長変換器１６３よりも高い波長変換効率を得ることができる。
【０１３３】
また、上記実施形態の光源装置は、１９３ｎｍ近傍の波長の光に変換する装置であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｆ２レーザの発振波長と略同一の波長等の他の波長に変換して出力する光源装置にも適用することができる。
【０１３４】
図８には、Ｆ２レーザの発振波長と略同一の波長に変換する波長変換器１６３の構成が示されている。図８に示される波長変換器１６３では、基本波（波長１５７６ｎｍ）→２倍波（波長７８８ｎｍ）→３倍波（波長５２５．３ｎｍ）→６倍波（波長２６２．７ｎｍ）→７倍波（波長２２５．１ｎｍ）→８倍波（波長１９７ｎｍ）→９倍波（波長１７５．１ｎｍ）→１０倍波（波長１５７．６ｎｍ）の順に波長変換が行われる。なお、図８の波長変換器１６３では、８倍波を得るまでの構成及び動作は、図５の波長変換器１６３と同一であるので、それらの説明を省略する。また、図８では、光源装置１６が光増幅器を５つ備えているものとする（光増幅器１６１１〜１６１５）。
【０１３５】
図８に示されるように、非線形光学結晶１８３Ｅで得られ、集光レンズ１８２Ｈを通過した８倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｃで、光増幅器１６１４から出力され、集光レンズ１８２Ｉを通過した光と同軸に合成され、非線形光学結晶１８３Ｆに入射する。
【０１３６】
６段目の非線形光学結晶１８３Ｆとしては、ＣＢＯ結晶又はＫＢＢＦ（ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２：Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ Ｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｏｂｅｒｙｌｌａｔｅ）が用いられ、その結晶に入射した基本波と８倍波との和周波発生により、９倍波（波長１７５．１ｎｍ）が得られる。
【０１３７】
非線形光学結晶１８３Ｆで得られた９倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｄで光増幅器１６１５から出力され、集光レンズ１８２Ｋを通過した光と同軸に合成され、非線形光学結晶１８３Ｇに入射する。７段目の非線形光学結晶１８３Ｇとしては、ＢａＭｇＦ４（ＢＭＦ）結晶が用いられ、基本波と９倍波との和周波発生により、１０倍波（波長１５７．６ｎｍ）が得られる。
【０１３８】
このＢＭＦ結晶は、周期的ドメイン反転構造を有する非線形光学素子（以下、「ＱＰＭ素子」又は「擬似位相整合結晶」という）である。ＢＭＦ結晶は、擬似位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）により、基本波と９倍波との和周波を発生させるので、ＮＣＰＭの場合と同様に、Ｗａｌｋ−ｏｆｆは発生しない。
【０１３９】
図９に示されるように、ＱＰＭ素子１８３’は、光の進行方向に沿って、図９において紙面上下方向の矢印で表される分極方向が互いに反対向きの領域１５０Ａ及び領域１５０Ｂが交互かつ周期的に形成された周期的ドメイン反転構造を有している。
【０１４０】
なお、擬似位相整合結晶では、領域１５０Ａ及び領域１５０Ｂの光の進行方向に沿った幅Λは、以下のように設定されている。
【０１４１】
擬似位相整合結晶を用いて、第２高調波を発生させる場合には、ＱＰＭ素子１８３’内において、入射光の波数ベクトルの絶対値をｋ１とし、生成される第２高調波の波数ベクトルの絶対値をｋ２として、
Λ＝２π／（ｋ２−２ｋ１） ・・・（１）
によって定められる。
【０１４２】
和周波を発生させる場合には、ＱＰＭ素子１８３’内において、入射光の波数ベクトルの絶対値をｋ３、ｋ４とし、生成される和周波の波数ベクトルの絶対値をｋ５として、
Λ＝２π／（ｋ５−（ｋ３＋ｋ４）） ・・・（２）
によって定められる。
【０１４３】
上述したように、図８に示される波長変換器１６３では、ＢａＭｇＦ４（ＢＭＦ）結晶を用いて１０倍波（波長１５７．６ｎｍ）が得るが、その際にＢＭＦ結晶に入射する入射光は、２倍波及び８倍波や、３倍波及び７倍波などではなく、基本波及び９倍波とするのが望ましい。このようにすれば、上述したＢＭＦ結晶の周期Λを約３μｍとすることができ、ＢＭＦ結晶の製造が容易となる。なお、１５７．６ｎｍの波長の光を、例えば、ＢＭＦ結晶において第２高調波発生により発生させようとすると、ＢＭＦ結晶の周期は約１μｍとなる。すなわち、２つの入射光の波長の差を大きくすればするほど、周期Λを長くすることができ、その製造を容易なものとすることができる。
【０１４４】
また、こうしたＱＰＭ素子１８３’としては、周期的ドメイン反転ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）結晶（ＰＰＬＮ結晶）、周期的ドメイン反転ＬＴ（ＬｉＴａＯ３）結晶（ＰＰＬＴ）結晶、周期的ドメイン反転ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）結晶（ＰＰＫＴＰ結晶）及び応力利用により周期的ドメイン反転構造が形成された水晶（以下、「水晶ＱＰＭ素子」という）がある。
【０１４５】
例えば、図４、図５、図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）に示される波長変換器１６３における２倍波、３倍波発生用の非線形光学素子１８３Ａ、１８３Ｂとして、擬似位相整合結晶であるＰＰＫＴＰ結晶やＰＰＬＮ結晶を用いてもよい。かかる結晶は、狭帯域の波長１９３．４ｎｍの光を得るのに適している。すなわち、これらの結晶を用いれば、光増幅器１６１１等のピークパワーを低くしても波長変換効率を保つことができるとともに、エルビウム・ドープ・ファイバ中でのＳＰＭ（自己位相変調）によるスペクトル幅の拡大を抑制することができる。
【０１４６】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について、図１０〜図１８に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用いるとともにその説明を省略するものとする。
【０１４７】
第２の実施形態における露光装置は、光源装置１６の代わりに、光源装置１６’を備えている点が、図１に示される露光装置の構成と異なっている。図１０には、第２の実施形態に係る光源装置１６’の構成が概略的に示されている。図１０に示されるように、光源装置１６’の光源部１６Ａ’は、パルス光発生部１６０に加え、パルス光発生部１９０を備え、光増幅器１６１２の代わりに光増幅器１９１１を新たに備えている点が、図２に示される光源装置１６の光源部１６Ａと異なっている。
【０１４８】
前記パルス光発生部１９０は、レーザ光源１９０Ａ、光カップラＢＳ２、光アイソレータ１９０Ｂ及び光変調器としての電気光学変調器（以下、「ＥＯＭ」という）１９０Ｃ等を有する。なお、レーザ光源１９０Ａから波長変換器１６３までの間の各要素間は、光ファイバ等によって光学的に接続されている。
【０１４９】
レーザ光源１９０Ａ、光カップラＢＳ２、光アイソレータ１９０Ｂ、ＥＯＭ１９０Ｃの構成及び動作は、レーザ光源１６０Ａ、光カップラＢＳ１、光アイソレータ１６０Ｂ、ＥＯＭ１６０Ｃと同じである。但し、レーザ光源１９０Ａとしては、例えば、発振波長１０３０ｎｍ〜１１２０ｎｍの狭帯域イットリビウム（Ｙｂ）添加ＤＦＢファイバレーザ、あるいは単一波長発振ＤＦＢ半導体レーザなどが用いられている。以下においては、レーザ光源１９０Ａを適宜「ＤＦＢ半導体レーザ１９０Ａ」とも呼ぶものとする。
【０１５０】
光増幅器１９１１の構成は、光増幅器１６１１の構成とほぼ同じであるが、内部に備えられる増幅用光ファイバのコアにはエルビウム（Ｅｒ）ではなく、イッテルビウム（Ｙｂ）が高密度にドープされた光ファイバが用いられる。すなわち、この光増幅器１９１１は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器である。なお、この光増幅器１９１１の帯域幅は、１０３０ｎｍ以上１１２０ｎｍ以下である。
【０１５１】
前記ビームモニタ機構１６４は、レーザ光源１６０Ａ及びレーザ光源１９０Ａのエネルギをモニタし、主制御装置５０では、そのエネルギモニタの出力に基づいてそれらのレーザ光のエネルギパワーを検出し、レーザ制御装置１６Ｂを介してＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａ、１９０Ａで発振されるレーザ光の光量を必要に応じて制御する。
【０１５２】
また、光量制御装置１６Ｃでは、光増幅器１６１１、１９１１の各光ファイバ増幅器１６７からの光出力が一定になるように（即ちバランスするように）、光増幅器１６１１、１９１１の各励起用半導体レーザ１７８１、１７８２のドライブ電流をフィードバック制御するようになっている。
【０１５３】
前記波長変換器１６３は、複数の非線形光学結晶を含み、増幅されたパルス光、すなわち波長１１０５ｎｍの光を第１基本波とし、波長１５４６．９ｎｍの光を第２基本波とする波長変換を実行して、ＡｒＦエキシマレーザと同じ出力波長（１９３．４ｎｍ）のパルス紫外光を発生させる。
【０１５４】
なお、図１０では、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器１６１１、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器１９１１だけが図示されているが、これらは、後述する波長変換器１６３の構成に応じて複数備えられていてもよい。なお、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器を複数備える場合には、１６１１、１６１２・・・というように参照番号が付与され、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器を複数備える場合には、１９１１、１９１２・・・というように参照番号が付与されるものとする。また、図１０では、光源装置１６’には、２つの光増幅器１６１１、１９１１のそれぞれの光の供給源として、パルス光発生部１６０、１９０が１つだけ備えられているとしたが、２つの光増幅器１６１１、１６１２・・・、１９１１、１９１２・・・のそれぞれの光の供給源として、レーザ光源１６０Ａ、１９０Ａを備えるパルス光発生部１６０、１９０を複数備えていてもよい。
【０１５５】
図１１、図１２には、この波長変換器１６３の構成の一例が示されている。ここで、これらの図に基づいて波長変換器１６３の具体例について説明する。
【０１５６】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）、図１２（ｂ）の波長変換器１６３では、第１基本波（波長１１０５ｎｍ）の５倍波と第２基本波（波長１５４６．９ｎｍ）との和周波発生により、ＡｒＦエキシマレーザと同じ出力波長（１９３．４ｎｍ）のパルス紫外光が得られる。
【０１５７】
これを更に詳述すると、図１１（ａ）に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この第１基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の２倍、すなわち周波数２ω１（波長は１／２の５５２．５ｎｍ）の２倍波が発生する。
【０１５８】
この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した第１基本波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａで反射されるが、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａを透過し、集光レンズ１８２Ｂを介して非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。
【０１５９】
この２倍波がこの非線形光学結晶１８３Ｂを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の４倍、すなわち周波数４ω１（波長は１／４の２７６．３ｎｍ）の４倍波が発生する。なお、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０１６０】
ダイクロイック・ミラー１８５Ａで反射された第１基本波は、ミラー１８５Ｃで反射され、集光レンズ１８２Ｄを介してダイクロイック・ミラー１８５Ｄを透過する。そして、非線形光学結晶１８３Ｂにおいて発生した４倍波は、ミラー１８５Ｂで反射され、集光レンズ１８２Ｃを介してダイクロイック・ミラー１８５Ｄで反射されて、第１基本波と同軸に合成され、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。
【０１６１】
３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｃでは、第１基本波の４倍波と、第１基本波との和周波発生により第１基本波の５倍波（波長２２１．０ｎｍ）が得られる。
【０１６２】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた５倍波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅにより反射され、光増幅器１６１１から出力され集光レンズ１８２Ｆを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波発生により波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１６３】
また、図１１（ｂ）に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この第１基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、図１１（ａ）の波長変換器１６３と同様に、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０１６４】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した第１基本波と、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波とは、集光レンズ１８２Ｂを介して非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。この２倍波がこの非線形光学結晶１８３Ｂを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の４倍波が発生する。なお、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０１６５】
非線形光学結晶１８３Ｂで得られた４倍波は、集光レンズ１８２Ｃを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、光増幅器１９１２から出力され、集光レンズ１８２Ｄを通過した波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波と同軸に合成され、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｃでは、第１基本波の４倍波と、第１基本波との和周波発生により第１基本波の５倍波（波長２２１．０ｎｍ）が得られる。
【０１６６】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた５倍波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂにより反射され、光増幅器１６１１から出力され、集光レンズ１８２Ｆを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波発生により波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１６７】
また、図１２（ａ）に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この第１基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の２倍、すなわち周波数２ω１（波長は１／２の５５２．５ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０１６８】
非線形光学結晶１８３Ａで得られた第１基本波の２倍波は、集光レンズ１８２Ｂを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、光増幅器１６１１から出力され、集光レンズ１８２Ｃを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとしては、擬似位相整合結晶である前述のＰＰＫＴＰ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、第１基本波の２倍波と第２基本波との和周波発生により、第１基本波の２倍波及び第２基本波の和周波（波長４０７．１ｎｍ）が得られる。
【０１６９】
非線形光学結晶１８３Ｂの波長変換で発生した和周波は、集光レンズ１８２Ｄを介して非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。
【０１７０】
この和周波がこの非線形光学結晶１８３Ｃを通過する際に、第１基本波の４倍波と第２基本波との和周波（波長は２３４．４ｎｍ）が発生する。なお、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、ＢＢＯ結晶が用いられる。
【０１７１】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた第１基本波の４倍波と第２基本波との和周波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂにより反射され、光増幅器１９１２から出力され、集光レンズ１８２Ｆを通過した波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。
【０１７２】
４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１７３】
また、図１２（ｂ）に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この第１基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の２倍、すなわち周波数２ω１（波長は１／２の５５２．５ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０１７４】
非線形光学結晶１８３Ａで得られた第１基本波の２倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａで反射され、集光レンズ１８２Ｂを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｃにより反射され、光増幅器１６１１から出力され、集光レンズ１８２Ｃを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとしては、擬似位相整合結晶である前述のＰＰＫＴＰ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、第１基本波の２倍波と第２基本波との和周波発生により、第１基本波の２倍波及び第２基本波の和周波（波長４０７．１ｎｍ）が得られる。非線形光学結晶１８３Ｂの波長変換で発生した和周波は、集光レンズ１８２Ｄを介して非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。
【０１７５】
この和周波がこの非線形光学結晶１８３Ｃを通過する際に、第１基本波の４倍波と第２基本波との和周波（波長は２３４．４ｎｍ）が発生する。なお、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、ＢＢＯ結晶が用いられる。
【０１７６】
一方、ダイクロイック・ミラー１８５Ａを通過した第１基本波は、ミラー１８５Ｂにより反射され、集光レンズ１８２Ｆを通過して、ダイクロイック・ミラー１８５Ｄに入射する。非線形光学結晶１８３Ｃで得られた第１基本波の４倍波と第２基本波との和周波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、その第１基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１７７】
以上のように構成された波長変換器１６３において、光増幅器１９１１などから出力された第１基本波（波長１１０５．０ｎｍ）と、光増幅器１６１１などから出力された第２基本波（波長１５４６．９ｎｍ）とを入射光として波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１７８】
なお、２段目の非線形光学結晶１８３ＢとしてＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（ＡＤＰ）結晶を用いる場合には、非線形光学結晶１８３Ｂ内で第１基本波とその第２高調波との角度ずれ（Ｗａｌｋ−ｏｆｆ）が起こらないため、図１１（ａ）のダイクロイック・ミラー１８５Ａ→ミラー１８５Ｃ→集光レンズ１８２Ｄ→ダイクロイック・ミラー１８５Ｄの第１基本波迂回用の経路を構成する必要がなくなる。したがって、２段目の非線形光学結晶１８３ＢとしてＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（ＡＤＰ）結晶を用いる場合には、波長変換器１６３を、図１３に示されるような構成とすることができる。
【０１７９】
以上述べたように、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、及び図１３に示されるような波長変換器１６３では、第１基本波（波長１１０５ｎｍ）の５倍波と第２基本波（波長１５４６．９ｎｍ）との和周波発生により、非線形光学結晶の４段構成（４段階の波長変換）によってＡｒＦエキシマレーザと同じ出力波長（１９３．４ｎｍ）のパルス紫外光を得ることができる。したがって、本第２の実施形態では、波長変換の段階数を、図４等に示されるエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器から出力された光だけを基本波とする波長変換の段階数５から４に減らすことができるので、波長変換効率をさらに高くすることができるという利点がある。
【０１８０】
なお、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、及び図１３に示されるような構成を有する波長変換器１６３では、第２基本波として、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器から出力される光の代わりに、Ｔｍ（ツリウム）、若しくはＨｏ（ホロミウム）が添加されたファイバ光増幅器から出力される光を用いても良い。出力波長が前述のように１．５μｍ帯であるエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器でなく、出力波長が２μｍ帯であるツリウム（又はホロミウム）・ドープ・ファイバ光増幅器を適用した場合には、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器から出力される光の波長は、１０７０ｎｍとなり、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器が、この波長域の光を出力する場合には、出力波長が１１０５ｎｍである場合よりも、蛍光の断面積を大きくすることができ、高ピークパワーの増幅に有利となる。
【０１８１】
また、上述した波長変換器１６３は、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一の波長（１９３．４ｎｍ）の光が得られるものであったが、本第２の実施形態では、この波長変換器１６３の構成を変更すれば、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長（２４８ｎｍ近傍）やＦ２レーザの発振波長（１５７ｎｍ近傍）と略同一の波長を得ることもできるようになる。
【０１８２】
図１４には、第１基本波（波長１０９５ｎｍ）の３倍波と、第２基本波（波長１５４６．９ｎｍ）の２倍波との和周波発生により、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一の波長２４８ｎｍを発生して出力する波長変換器１６３の構成が示されている。図１４に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１０９５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この第１基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の２倍、すなわち周波数２ω１（波長は１／２の５４７．５ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０１８３】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した第１基本波と、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生したその２倍波とは、次段の波長板１８４でそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられる。そして、第１基本波のみ、その偏光方向が９０度回転するようになる。これにより、その第１基本波及びその２倍波の偏光方向が一致するようになる。波長板１８４を通過した第１基本波とその２倍波は、集光レンズ１８２Ｂを介した後に、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとして、例えば１段目の非線形光学結晶（ＬＢＯ結晶）１８３Ａとは異なる温度でＮＣＰＭにより位相整合が行われるＬＢＯ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、１段目の非線形光学結晶１８３Ａで発生した２倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶１８３Ａを透過した基本波との和周波発生により、３倍波（波長３６５．０ｎｍ）が得られる。
【０１８４】
光増幅器１６１１から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波は、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。この第２基本波がこの非線形光学結晶１８３Ｃを通過する際に、２次高調波発生により、その第２基本波の周波数ω２の２倍、すなわち周波数２ω２（波長は１／２の７７３．５ｎｍ）の２倍波が発生する。
【０１８５】
非線形光学結晶１８３Ｂで得られた第１基本波の３倍波は、集光レンズ１８２Ｃを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、非線形光学結晶１８３Ｃで発生した第２基本波の２倍波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、第１基本波の３倍波と第２基本波の２倍波との和周波発生により波長２４８．０ｎｍの光が得られる。なお、この波長変換器１６３における波長変換は、３段階と少ないため、高い波長変換効率が得られる。また、耐性の高い結晶のみで波長変換器を構成することができるので、出力レベルの高い光を得ることができる。
【０１８６】
図１５には、第１基本波（波長１１１９ｎｍ）の５倍波と、第２基本波（波長１５９９ｎｍ）の３倍波との和周波発生により、Ｆ２レーザの発振波長と略同一の波長１５７．６ｎｍを発生して出力する波長変換器１６３の構成が示されている。図１５に示されるように、非線形光学結晶１８３Ｄにおいて、第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波発生により波長１９３．４ｎｍの光が得られるまでの構成は、図１１（ａ）に示される波長変換器の構成と同一である。但し、図１５では、光増幅器１９１１から入力される第１基本波の波長は１１１９ｎｍとし、光増幅器１６１１〜１６１３から入力される第２基本波の波長は１５９９ｎｍであるとする。
【０１８７】
非線形光学結晶１８３Ｄで発生した第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波は、集光レンズ１８２Ｇを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｆにより反射され、光増幅器１６１２から出力され集光レンズ１８２Ｈを通過した波長１５９９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。
【０１８８】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＣＢＯ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｅでは、第１基本波の５倍波と第２基本波の２倍波との和周波（波長１７４．８ｎｍ）が得られる。なお、ＣＢＯ結晶１８３Ｅの代わりにＫＢＢＦ結晶を用いることも可能である。
【０１８９】
非線形光学結晶１８３Ｅで発生した第１基本波の５倍波と第２基本波の２倍波との和周波は、集光レンズ１８２Ｉを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｇにより反射され、光増幅器１６１３から出力され集光レンズ１８２Ｊを通過した波長１５９９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、６段目の非線形光学結晶１８３Ｆに入射する。非線形光学結晶１８３Ｆでは、第１基本波の５倍波と第２基本波の３倍波との和周波（波長１５７．６ｎｍ）が得られる。なお、非線形光学結晶１８３Ｆには、擬似位相整合結晶である前述のＢＭＦ結晶が用いられる。なお、ここでも、ＢＭＦ結晶は、第２基本波（１５９９ｎｍ）と、第１基本波の５倍波と第２基本波の２倍波との和周波（１７４．８ｎｍ）という波長が著しく異なる２つの光を入射光としているため、ＢＭＦ結晶の周期Λを３μｍ程度とすることができ、ＢＭＦ結晶の製造が容易となる。
【０１９０】
以上詳細に述べたように、本第２の実施形態の光源装置では、波長が異なる２つの光（第１基本波、第２基本波）を入射光として、それらの波長の高調波以外の波長の光、を作り出すことができるようになるので、出力する光の波長の選択範囲を広げることができる。特に、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一の波長の光は、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器のみ、あるいは、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器のみから出力された光を基本波とする波長変換だけでは、作りだせない波長の光であったが、図１４に示される波長変換器１６３等を用いた波長変換によって、この波長の光を作り出すことが可能となった。
【０１９１】
なお、本実施形態の光源装置では、第１基本波を出力する光出力装置として、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器を用い、第２基本波を出力する光出力装置として、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器を用いた。イッテルビウムはエルビウムに比べて１０倍以上の高濃度添加が可能である。したがって、イッテルビウム・ドープ・ファイバは、エルビウム・ドープ・ファイバよりも短尺化することが可能となる。ファイバが短尺化されると、ラマン散乱、４光波混合が発生しにくくなるので、高いピークパワーを得ることが可能となり、ファイバ中で発生するＳＰＭ（自己位相変調）によるスペクトル拡がりの影響も少なくなる。以上のことから、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器では、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器よりも、発生する光の狭帯域化が容易となる。また、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器は、入射光の波長が１０６０ｎｍ以上では、４準位系に近いふるまいをするので、高出力化に有利である。したがって、本実施形態では、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器のみを用いる構成よりも、はるかに高出力かつ狭帯域の光を得ることが可能となる。
【０１９２】
なお、上述のイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器やエルビウム・ドープ光ファイバ増幅器から出力された光を基本波として波長変換を行う波長変換器１６３の構成の他の例が図１６〜図１８に示されている。
【０１９３】
このうち、図１６には、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器１９１１から出力された光（波長１１０３．２ｎｍ）を基本波として、１５７．６ｎｍの波長の光を出力する波長変換器１６３の構成が示されている。図１６に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１１０３．２ｎｍ（周波数ω）の基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の５５１．６ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０１９４】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した基本波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａで反射されるが、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａを透過し、集光レンズ１８２Ｂを介して非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。
【０１９５】
この２倍波がこの非線形光学結晶１８３Ｂを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの４倍、すなわち周波数４ω（波長は１／４の２７５．８ｎｍ）の４倍波が発生する。なお、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶やＣＢＯ結晶が用いられる。
【０１９６】
非線形光学結晶１８３Ｂで波長変換されずに透過した２倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂ、ミラー１８５Ｄで反射され、集光レンズ１８２Ｃを介してダイクロイック・ミラー１８５Ｅを透過する。また、非線形光学結晶１８３Ｂの波長変換で発生した４倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂを透過し、ミラー１８５Ｃで反射された後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅで反射され、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅを透過した２倍波と同軸に合成され、非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、ＫＢＢＦ（ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２：Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｏｂｅｒｙｌｌａｔｅ）が用いられ、その結晶に入射した２倍波と４倍波との和周波発生により、６倍波（波長１８３．９ｎｍ）が得られる。
【０１９７】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した基本波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａ→ミラー１８５Ｆ→ミラー１８５Ｇで反射され、集光レンズ１８２Ｆを通過して、ダイクロイック・ミラー１８５Ｈを透過する。非線形光学結晶１８３Ｃで得られた６倍波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｈによって、その基本波と同軸に合成され、非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。
【０１９８】
４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、前述のＢａＭｇＦ４（ＢＭＦ）結晶が用いられ、基本波と６倍波との和周波発生により、７倍波（波長１５７．６ｎｍ）が得られる。ここでも、基本波と６倍波とが入射光となっているため、
ＢＭＦ結晶の周期Λを２．３μｍ程度として、その結晶の製造を容易とすることができる。なお、従来のように、４倍波と３倍波とを入射光とする場合には、ＢＭＦ結晶の周期Λを１μｍ程度にしなければならず、非常に製造が困難であった。なお、得られた７倍波は、集光レンズ１８２Ｇを通過し、波長変換器１６３から出力される。
【０１９９】
図１７には、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器１９１１から出力された光（波長１０９５ｎｍ）を基本波として、ｉ線の波長（３６５ｎｍ）の波長の光を出力する波長変換器１６３の構成が示されている。
【０２００】
図１７に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１０９５ｎｍの基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射される。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の５４７．５ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０２０１】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した基本波と、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波とは、次段の波長板１８４でそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられる。そして、基本波のみ、その偏光方向が９０度回転するようになる。これにより、その基本波及び２倍波の偏光方向が一致するようになる。波長板１８４を通過した基本波と２倍波は、集光レンズ１８２Ｂを介した後に、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとして、例えばＬＢＯ結晶やＣＢＯ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、１段目の非線形光学結晶１８３Ａで発生した２倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶１８３Ａを透過した基本波との和周波発生により、３倍波（波長３６５．０ｎｍ）が得られる。そして、高出力かつ狭帯域の３倍波が集光レンズ１８２Ｃを介して出力される。
【０２０２】
図１８には、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器１６１１から出力された光（波長１５４６．９ｎｍ）を基本波として、１９３．４ｎｍの波長の光を出力する波長変換器１６３の構成が示されている。
【０２０３】
図１８に示されるように、光増幅器１６１１から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７３．５ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０２０４】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した基本波と、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波とは、次段の波長板１８４Ａでそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられる。そして、基本波のみ、その偏光方向が９０度回転するようになる。これにより、その基本波及び２倍波の偏光方向が一致するようになる。波長板１８４Ａを通過した基本波と２倍波は、集光レンズ１８２Ｂを介した後に、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射される。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとして、例えばＬＢＯ結晶が用いられるとともに、そのＬＢＯ結晶は１段目の非線形光学結晶（ＬＢＯ結晶）１８３Ａとは異なる温度でＮＣＰＭにより位相整合が行われる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、１段目の非線形光学結晶１８３Ａで発生した２倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶１８３Ａを透過した基本波との和周波発生により、３倍波（波長５１５．６ｎｍ）が得られる。
【０２０５】
次に、非線形光学結晶１８３Ｂで得られた３倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａ、集光レンズ１８２Ｃを介して、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。そして、この３倍波がこの３段目の非線形光学結晶１８３Ｃを通る際に、その３倍波の２次高調波発生により基本波の周波数ωの６倍、すなわち周波数６ω（波長は１／６の２５７．８ｎｍ）の６倍波が発生する。この３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、例えばβ−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶又はＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０２０６】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた６倍波は、ミラー１８５Ｃにより反射されて集光レンズ１８２Ｅを通過する。そして、その６倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａ→ミラー１８５Ｂ→集光レンズ１８２Ｄと迂回してきた基本波とダイクロイック・ミラー１８５Ｄにおいて同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＢ３Ｏ５（ＣＢＯ）結晶が用いられる。
【０２０７】
非線形光学結晶１８３Ｄで得られた７倍波とそれを透過した基本波とは、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅにより分離される。ここを透過した基本波は、ミラー１８５Ｆで反射され、波長板１８４Ｂ、集光レンズ１８２Ｆを通過してダイクロイック・ミラー１８５Ｈを透過する。そして、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅで反射された７倍波は、ミラー１８５Ｇで反射され、集光レンズ１８２Ｇを通過してダイクロイック・ミラー１８５Ｈで反射される。そして、その基本波と７倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｈで同軸に合成され、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。なお、７倍波のビーム整形用として、集光レンズ１８２Ｇの代わりにシリンドリカルレンズ対を用いることも可能である。
【０２０８】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられ、基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０２０９】
なお、上記実施形態では、複数の光増幅器１６１１、１９１１などから出力された光を基本波として用いるため、それらのタイミングを調整する必要がある。そのため、各光増幅器のうちの少なくとも一部の増幅器と、波長変換器１６３との間には、その装置から波長変換器１６３へ入力される光の進行を所定時間遅延させる遅延装置が挿入されるようにしてもよいし、例えば、図１０のレーザ光源１６０Ａとレーザ光源１９０Ａにおいて、波長変換器１６３に入力される各基本波のタイミングを調整できるようにしてもよい。
【０２１０】
また、上記実施形態では、レーザ光源１６０Ａ、１９０Ａを連続光源としたが、パルス光源とすることもできる。かかる場合には、光アイソレータ１６０Ｂ、１９０Ｂと光増幅器１６１１、１９１１との間の電気光学変調器１６０Ｃ、１９０Ｃを配置しなければ、上記の実施形態に係る光源装置１６、１６’と同様の出力光を得ることができる。
【０２１１】
また、上記実施形態では、レーザ光源１６０Ａ、１９０ＡとしてＤＦＢレーザを使用したが、これに限定されるものではなく、他の半導体レーザを使用することができる。例えば、外部共振器構成の半導体レーザを使用することもできるし、また、分布反射型（ＤＢＲ）レーザ等の他の外部共振器構成でない半導体レーザを使用することもできるし、チタンサファイヤレーザや、イッテルビウム・ドープ・ファイバ・レーザ等のファイバ・レーザを使用することもできる。
【０２１２】
また、上記実施形態では、波長変換器から出力される光の波長をＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長、ｉ線の波長など特定の波長としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、波長変換器１６３における非線形光学結晶等の設定や、入射する光の波長の設定を変更することにより、９０ｎｍ〜８００ｎｍの任意の波長の光を出力することができる。その所定波長は、一例として、ウエハＷ上に転写すべきパターンのデザインルール（線幅、ピッチなど）に応じて決定するようにしてもよく、さらにはその決定に際して前述の露光条件や、レチクルＲの種類（位相シフト型か否か）などを考慮してもよい。
【０２１３】
また、上記実施形態では、波長変換器１６３に基本波を出力する光出力装置を全てファイバ光増幅器としたが、本発明はこれに限定されず、所望の波長の光を出力できる装置であれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等のレーザ光源であってもよい。
【０２１４】
また、図３に示される光増幅部１６１１において並列に配置される光ファイバ増幅器１６７の数は任意でよく、本発明に係る光源装置が適用される製品において要求される仕様に応じてその本数を決定すればよい。特に、光源装置として高出力を要求されない場合には、光ファイバ増幅器１６７の数を減らして、構成を簡略化することができる。なお、光ファイバ増幅器１６７を１つのみ含むように簡略化するときは、光分岐器１６６も不要となる。また、上記の実施形態では、光増幅器として光ファイバ増幅器１６７を使用したが、半導体光増幅器を使用することもできる。
【０２１５】
また、上記実施形態では、波長変換器１６３における非線形光学結晶として、ＣＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶などを使用したが、ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶の潮解性が問題となる場合には、周囲雰囲気を窒素や乾燥空気などでパージしたり、ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶を高温に温度調節してやればよい。
【０２１６】
また、上記実施形態では、本発明に係る光源装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、露光装置以外でデバイス製造工程などに用いられる装置、例えば、ウエハ上に形成された回路パターンの一部（ヒューズなど）を切断するために用いられるレーザリペア装置などにも本発明に係る光源装置を適用することができる。また、本発明は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に限らず、静止露光型、例えばステップ・アンド・リピート方式あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナー、例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置などにも適用できる。なお、上記実施形態の露光装置は、例えば特開平１０−２１４７８３号公報や国際公開ＷＯ９８／４０７９１号などに開示されているように、投影光学系を介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置と、ウエハアライメント系によるマーク検出が行われる計測位置（アライメント位置）とにそれぞれウエハステージを配置して、露光動作と計測動作とをほぼ並行して実行可能なツイン・ウエハステージタイプでも良い。
【０２１７】
また、上記実施形態では、本発明に係る光源装置が露光用照明光を発生する光源装置として使用される例を説明したが、露光用照明光とほぼ同一の波長の光を必要とする上述のレチクルアライメント用の光源装置、あるいは投影光学系の物体面又は像面に配置されるマークの投影像を検出して当該投影光学系の光学特性求める空間像検出系の光源装置等として使用することも可能である。
【０２１８】
なお、本発明の光源装置は、露光装置以外にも様々な装置に利用することができる。例えば、レーザ光を角膜に照射して表面のアブレーション（あるいは切開した角膜内部のアブレーション）を行い、角膜の曲率若しくは凹凸を矯正して近眼、乱視などの治療を行うレーザ治療装置に使用される光源装置として利用することができる。また、光学式検査装置等における光源装置としても、本発明の光源装置は利用可能である。
【０２１９】
また、本発明の光源装置は、上記の実施形態における投影光学系のような光学系の光学調整（光軸合わせ等）用又は検査用としても利用可能である。さらには、エキシマレーザを光源として有する各種装置において、エキシマレーザに置き換えて本発明の光源装置を適用できる。
【０２２０】
なお、図２に示された光源装置１６の構成は図１の露光装置１０における使用を前提としたものであって、光源装置１６は、図２の構成に限られるものではない。露光装置では、高精度な波長制御や光量制御等が必要となるが、例えば、露光装置以外で厳密な光量制御等が不要であれば、光量モニタや光量制御装置１６Ｃを設けなくともよい。
【０２２１】
次に、本実施形態の露光装置及び方法を使用したデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造について説明する。
【０２２２】
まず、設計ステップにおいて、デバイスの機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、マスク製作ステップにおいて、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ウエハ製造ステップにおいて、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
【０２２３】
次に、ウエハ処理ステップにおいて、上記のステップで用意されたマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成する。
【０２２４】
このウエハ処理ステップは、例えば、半導体デバイスの製造にあたっては、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打込みステップといったウエハプロセスの各段階の前処理工程と、後述する後処理工程を有している。前処理工程は、ウエハプロセスの各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【０２２５】
ウエハプロセスの各段階において、前処理工程が終了すると、レジスト処理ステップにおいてウエハに感光剤が塗布され、引き続き、露光ステップにおいて上記で説明した露光装置１０によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。次に、現像ステップにおいて露光されたウエハが現像され、引き続き、エッチングステップにおいて、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、レジスト除去ステップにおいて、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
【０２２６】
以上のようにして、前処理工程と、レジスト処理ステップからレジスト除去ステップまでの後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０２２７】
こうしてウエハ処理ステップが終了すると、組立ステップにおいて、ウエハ処理ステップにおいて処理されたウエハを用いてチップ化する。この組み立てには、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）やパッケージング工程（チップ封入）等の工程が含まれる。
【０２２８】
最後に、検査ステップにおいて、組立ステップで作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
【０２２９】
以上のようにして、精度良く微細なパターンが形成されたデバイスが、高い量産性で製造される。
【０２３０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の光源装置によれば、数段階の波長変換を経て出力レベルが減衰した基本波でなく、他の光出力装置から得られた基本波を用いて各段階の波長変換を実行することができるので、波長変換効率が向上し、光出力装置のピークパワーを抑制することができ、光出力装置から出力される光の波長をさらに狭帯域化することができる。
【０２３１】
また、本発明の光照射装置によれば、本発明の光源装置から射出された光を、照射光学系を介して対象物に照射するので、効率良く波長変換された光を対象物に照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の光源装置の内部構成を主制御装置とともに示すブロック図である。
【図３】図２の光増幅器を構成する光ファイバ増幅器及びその周辺部を、波長変換器の一部とともに概略的に示す図である。
【図４】波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図５】波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の他の例を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、波長変換器の構成の変形例（その１）を示す図、図６（ｂ）は、波長変換器の構成の変形例（その２）を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、波長変換器の構成の変形例（その３）を示す図、図７（ｂ）は、波長変換器の構成の変形例（その４）を示す図である。
【図８】波長１５７．６ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図９】ＱＰＭ素子の構造を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の光源装置の内部構成を主制御装置とともに示すブロック図である。
【図１１】図１１（ａ）は、波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例（その１）を示す図、図１１（ｂ）は、波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例（その２）を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例（その３）を示す図、図１２（ｂ）は、波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例（その４）を示す図である。
【図１３】波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例（その５）を示す図である。
【図１４】波長２４８ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図１５】波長１５７．６ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図１６】イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器から出力された光を基本波とし、波長１５７．６ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図１７】波長３６５ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図１８】エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器から出力された光を基本波とし、波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０…露光装置、１６…光源装置、１６’…光源装置、１６１１…光増幅器、１６１２…光増幅器、１９１１…光増幅器、１６３・・・波長変換器、１８３Ａ…非線形光学結晶、１８３Ｂ…非線形光学結晶、１８３Ｃ…非線形光学結晶、１８３Ｄ…非線形光学結晶、１８３Ｅ…非線形光学結晶、１８３Ｆ…非線形光学結晶、１８３’…ＱＰＭ素子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置及び光照射装置に係り、更に詳しくは、レーザ光源から発せられる単一の波長の光を別の波長の光に波長変換する波長変換器を備える光源装置、及び、該光源装置を備える光照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、物体の微細構造の検査、物体の微細加工、また、視力矯正の治療等に光照射装置が使用されている。例えば、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「基板」又は「ウエハ」という）上に転写するために、光照射装置の一種である露光装置が用いられている。こうした露光装置としては、ステップ・アンド・リピート方式を採用する静止露光型の投影露光装置や、ステップ・アンド・スキャン方式を採用する走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。また、視力矯正のために、角膜表面のアブレーション（ＰＲＫ：Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ）あるいは角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ：Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｒａｓｔｒｏｍａｌ ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ）を行って近視や乱視等の治療をするために、光照射装置の一種であるレーザ治療装置が用いられている。
【０００３】
かかる光照射装置のために、短波長の光を発生する光源について多くの開発がなされてきた。こうした短波長光源の開発の方向は、主に次の２種に大別される。その一つはレーザの発振波長自身が短波長であるエキシマレーザ光源の開発であり、もう一つは赤外又は可視光レーザの高調波発生を利用した短波長光源の開発である。
【０００４】
このうち、前者の方向に沿っては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を使用する光源装置が開発され、現在では、さらに短波長の光源としてＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等を使用する光源装置の開発が進められている。しかし、これらのエキシマレーザは大型であること、扱いに慎重を要するフッ素ガスを使用するため、レーザのメンテナンスが煩雑でかつ費用が高額となるなど、光源装置として不利な点が存在する。
【０００５】
そこで、後者の方向に沿った短波長化の方法として、非線形光学結晶の非線形光学効果を利用して、長波長の光（赤外光、可視光）を、より短波長の紫外光に変換する方法が注目を集めている。かかる方法を使用した光源装置としては、例えば、国際公開公報ＷＯ９９／４６８３５に開示されたもの（以下、単に「従来例」という）がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の非線形光学結晶を使用する短波長化の方法では、非線形光学結晶における非線形光学効果の発生効率によって短波長光の発生効率が決定されるが、入射した波長変換の対象光の輝度（「ピークパワー」の意味を含む）が高い程、その非線形光学効果の発生効率が高くなる。このため、効率良く紫外光を得るためには、高輝度の赤外光又は可視光を非線形光学結晶に入射させる必要がある。そこで、上述の従来例では、半導体レーザ等によって発生した単一波長の赤外光又は可視光を、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素が添加された増幅用光ファイバを有する光ファイバ増幅器で増幅して、非線形光学結晶に入射させている。なお、こうした光ファイバ増幅器では、増幅用光ファイバに励起光を供給して、添加された希土類元素を励起させ、希土類元素の外殻電子のエネルギ準位について反転分布を形成することにより、増幅用光ファイバに光増幅機能を付与している。
【０００７】
上述した従来例の技術のように、長波長の光（赤外光、可視光）をより短波長の紫外光に変換する場合には、非線形光学結晶による非線形光学効果を利用して、その入射光の第２高調波あるいは和周波を発生させることによって波長変換を行っている。このような場合には、以下に示すような不都合があった。
（１） 基本波のｍ倍波（ｍは自然数）を得るのに、ｍ−１倍波がすでに得られている場合には、ｍ−１倍波と基本波との和周波を発生させて所望の波長の光を得ている。通常、この和周波を発生させる場合に用いられる基本波には、高調波に変換されずに前段階の非線形光学結晶を通過してきた基本波が用いられる。しかし、前段階の非線形光学結晶を通過し、最終段階の非線形光学結晶まで到達してきた基本波は、その出力レベルがかなり減衰しており、このような場合には、充分な波長変換効率を得ることができない。
（２） 波長変換に用いられる基本波の波長によって、波長変換可能な波長が、基本波のｍ倍波の波長に限られてしまう。
【０００８】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、波長変換効率の向上が可能な光源装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の第２の目的は、効率良く波長変換された光を物体（照射対象物）に照射することができる光照射装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、所定波長の光を発生させる光源装置（１６、１６’）であって、前記所定波長とは異なる波長の光を出力する複数の光出力装置（１６１ｉ、１９１ｊ）と；前記複数の光出力装置のうちの異なる光出力装置各々から出力された光を基本波とする２つの光を入射光とする波長変換を含む複数段階の波長変換により前記所定波長の光を発生させる波長変換器（１６３）と；を備える光源装置である。
【００１１】
これによれば、所定波長とは異なる波長の光を、所定波長の光に段階的に変換する波長変換器においては、異なる光出力装置各々から出力された光を基本波とする２つの光を入射光とする波長変換が少なくとも１段階実行される。すなわち、本発明の光源装置では、１つの光出力装置から出力された光を唯一の基本波とし、数段階の波長変換を経て出力レベルが減衰した光で、全段階の波長変換を実行するのではなく、他の光出力装置から出力された光を基本波とする光を用いて、少なくとも１段階の波長変換を実行することができるので、波長変換効率を向上することができる。
【００１２】
さらに、本発明の光源装置によれば、２段目以降の基本波を用いた波長変換には、他の光出力装置から得られた基本波を用いることができるので、１段目の波長変換に用いる基本波の出力レベルを２段目以降の波長変換に用いるための高いレベルとする必要がなくなる。したがって、本発明の光源装置では、１段目の波長変換に用いる基本波を出力する光出力装置や、他の段階での波長変換に用いられる基本波を出力する光出力装置の出力のピークパワーを抑制することができる。ピークパワーが抑制されると、光出力装置から出力される光の波長をさらに狭帯域化することができるようになる。
【００１３】
この場合、請求項２に記載の光源装置のごとく、前記複数の光出力装置は、同一波長の光を出力する複数の装置を含むこととすることができる。
【００１４】
上記請求項１又は２に記載の光源装置において、請求項３に記載の光源装置のごとく、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、第１波長の光を出力する第１装置（１９１ｉ）であり、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、前記第１波長の光とは異なる第２波長の光を出力する第２装置（１６１ｊ）であることとすることができる。
【００１５】
これによれば、波長が異なる２つの光を入射光として、単一の波長のｍ倍波以外の波長の光を作り出すことができるようになるので、出力する光の波長の選択範囲を広げることができる。
【００１６】
この場合、請求項４に記載の光源装置のごとく、前記波長変換器における波長変換は、前記第１装置から出力された第１波長の光のｍ倍波（ｍは自然数）と前記第２装置から出力された第２波長の光のｎ倍波（ｎは自然数）とを入射し、前記ｍ倍波及び前記ｎ倍波の和周波を発生させる波長変換を含むこととすることができる。
【００１７】
また、上記請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項５に記載の光源装置のごとく、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、光ファイバ増幅器であることとすることができる。
【００１８】
勿論、光出力装置としては、光ファイバ増幅器に制限されるものではなく、誘導ラマン散乱増幅器、誘導ブリルアン散乱増幅器など様々な増幅器を適用することができる。また、レーザ光源（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源など）等の光源も光出力装置として用いることができ、それらを組合せて用いることも可能である。
【００１９】
また、上記請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項６に記載の光源装置のごとく、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であることとすることができる。なお、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器によって増幅可能な光の波長の帯域幅は、１５３０ｎｍ以上１６００ｎｍ以下である。
【００２０】
上記請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項７に記載の光源装置のごとく、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であることとすることができる。なお、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器によって増幅可能な光の波長の帯域幅は、１０３０ｎｍ以上１１２０ｎｍ以下である。
【００２１】
この場合、請求項８に記載の光源装置のごとく、前記イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器に入力される光の波長は１０６０ｎｍより大きいこととすることができる。このようにすれば、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器は４準位系レーザと同様に動作するので、高出力を得ることができる。
【００２２】
上記請求項３〜８のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項９に記載の光源装置のごとく、前記第１装置は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であり、前記第２装置は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であることとすることができる。
【００２３】
これによれば、波長変換器では、１０３０ｎｍ以上１１２０ｎｍ以下の波長を有する基本波のｍ倍波と、１５３０ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の波長を有する基本波のｎ倍波とを入射光とする波長変換を実施することができるので、出力する光の波長の選択範囲を広げることができる。
【００２４】
上記請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項１０に記載の光源装置のごとく、前記波長変換器は、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長である２４８ｎｍ近傍の波長の光を発生させることとすることができる。
【００２５】
これによれば、メンテナンス等が困難なＫｒＦエキシマレーザ光源に代えて、本発明の光源装置を用いることにより、容易に２４８ｎｍ近傍の波長の光を得ることができる。
【００２６】
上記請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項１１に記載の光源装置のごとく、前記波長変換器は、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長である１９３ｎｍ近傍の波長の光を発生させることとすることができる。
【００２７】
これによれば、メンテナンス等が困難なＡｒＦエキシマレーザ光源に代えて、本発明の光源装置を用いることにより、容易に１９３ｎｍ近傍の波長の光を得ることができる。
【００２８】
上記請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項１２に記載の光源装置のごとく、前記波長変換器は、Ｆ２レーザの発振波長と略同一波長である１５７ｎｍ近傍の波長の光を発生させることとすることができる。
【００２９】
上記請求項３〜５のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項１３に記載の光源装置のごとく、前記第１装置は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であり、前記第２装置は、ツリウム・ドープ・ファイバ増幅器及びホロミウム・ドープ・ファイバ増幅器の少なくとも一方であり、前記波長変換器は、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長である１９３ｎｍ近傍の波長の光を発生させることとすることができる。
【００３０】
請求項１４に記載の発明は、所定波長の光を発生させる光源装置であって、１０９９ｎｍ近傍の波長の光を増幅して基本波として出力するイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器と；前記基本波をその７倍波に変換し、Ｆ２レーザの発振波長と略同一波長である１５７ｎｍ近傍の波長の光を発生させる波長変換器と；を備える光源装置である。
【００３１】
請求項１５に記載の発明は、所定波長の光を発生させる光源装置であって、１０９５ｎｍ近傍の波長の光を増幅して基本波として出力するイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器と；前記基本波をその３倍波に変換し、ｉ線の波長と略同一波長である３６５ｎｍ近傍の波長の光を発生させる波長変換器と；を備える光源装置である。
【００３２】
請求項１６に記載の発明は、所定波長の光を発生させる光源装置であって、１５４７ｎｍ近傍の波長の光を基本波として出力する少なくとも１つの光出力装置と；前記基本波とその６倍波との和周波である２２１ｎｍ近傍の波長の光を発生させる非線形光学素子としてＣｓＢ３Ｏ５結晶が用いられている波長変換器と；を備える光源装置である。
【００３３】
上記請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項１７に記載の光源装置のごとく、前記波長変換器は、複数の非線形光学素子を用いて波長変換を実行することとすることができる。この場合、請求項１８に記載の光源装置のごとく、前記非線形光学素子には、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４結晶であることとすることができる。
【００３４】
上記請求項１７又は１８に記載の光源装置において、請求項１９に記載の光源装置のごとく、前記複数の非線形光学素子のうち、少なくとも１つの非線形光学素子は、擬似位相整合結晶であることとすることができる。この場合、請求項２０に記載の光源装置のごとく、前記擬似位相整合結晶としてＫＴｉＯＰＯ４結晶とＬｉＮｂＯ３結晶との少なくとも一方が用いられることとすることができる。
【００３５】
また、上記請求項１９又は２０に記載の光源装置において、請求項２１に記載の光源装置のごとく、前記擬似位相整合結晶として、ＢａＭｇＦ４結晶が用いられていることとすることができる。この場合、請求項２２に記載の光源装置のごとく、前記ＢａＭｇＦ４結晶は、前記基本波と前記基本波のｍ倍波（ｍは自然数）との和周波を発生させることとすることができる。このようにすれば、擬似位相整合結晶の分極反転周期をできるだけ長くすることができるので、擬似位相整合結晶の製造が容易となる。
【００３６】
上記請求項１〜２２のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項２３に記載の光源装置のごとく、前記各光出力装置のうちの少なくとも一部の装置と、前記波長変換器との間には、その装置から前記波長変換器へ入力される光の進行を所定時間遅延させる遅延装置が挿入されていることとすることができる。
【００３７】
上記請求項１〜９、１７〜２３のいずれか一項に記載の光源装置において、請求項２４に記載の光源装置のごとく、前記所定波長が９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることとすることができる。
【００３８】
請求項２５に記載の発明は、対象物に光を照射する光照射装置であって、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光源装置と；前記光源装置から射出された光を前記対象物に向けて射出する照射光学系と；を備える光照射装置である。
【００３９】
これによれば、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光源装置から出力された光を、照射光学系を介して対象物に照射するので、効率良く波長変換された光を物体（照射対象物）に照射することができる。
【００４０】
この場合、請求項２６に記載の光照射装置のごとく、前記対象物は、感光物体であることとすることができる。すなわち、本発明の光照射装置は、露光装置であることとすることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。
【００４２】
図１には、本発明に係る光源装置を含んで構成された第１の実施形態に係る光照射装置である露光装置１０の概略構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である。
【００４３】
この露光装置１０は、光源装置１６及び照明光学系１２から成る照明系、この照明系からの露光用照明光（以下、「照明光」または「露光光」という）ＩＬにより照明されるマスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲを介した露光光ＩＬを感光物体としてのウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するＺチルトステージ５８が搭載されたＸＹステージ１４、及びこれらの制御系等を備えている。
【００４４】
前記光源装置１６は、例えば、波長１９３．４ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長）の紫外パルス光を出力する装置である。この光源装置１６は、前記照明光学系１２、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、Ｚチルトステージ５８、ＸＹステージ１４及びこれら各部が搭載された不図示の本体コラム等から成る露光装置本体とともに、温度、圧力、湿度等が高精度に調整されたエンバイロンメンタル・チャンバ（以下、「チャンバ」という）１１内に収納されている。なお、本実施形態では、光源装置１６を全てチャンバ１１内に配置するものとしたが、光源装置１６の一部、例えば後述する波長変換器のみをチャンバ１１内、特に照明光学系１２と同一の架台に設け、その波長変換器と光源装置１６の本体部とを光ファイバ等で接続する構成であってもよい。
【００４５】
図２には、光源装置１６の内部構成が、露光装置１０全体を統括制御する主制御装置５０とともにブロック図にて示されている。図２に示されるように、光源装置１６は、光源部１６Ａ、レーザ制御装置１６Ｂ、及び光量制御装置１６Ｃ等を備えている。
【００４６】
前記光源部１６Ａは、パルス光発生部１６０、光増幅器１６１１、１６１２、波長変換器１６３、ビームモニタ機構１６４及び光分割器１６５等を備えている。
【００４７】
前記パルス光発生部１６０は、レーザ光源１６０Ａ、光カップラＢＳ１、光アイソレータ１６０Ｂ及び光変調器としての電気光学変調器（以下、「ＥＯＭ」という）１６０Ｃ等を有する。なお、レーザ光源１６０Ａから波長変換器１６３までの間の各要素間は、光ファイバ等によって光学的に接続されている。
【００４８】
前記レーザ光源１６０Ａとしては、ここでは、単一波長発振レーザ、例えば、発振波長１．５μｍ近傍、連続波出力（以下「ＣＷ出力」という）２０ｍＷのＩｎＧａＡｓＰ系のＤＦＢ（分布帰還型）半導体レーザが用いられている。以下においては、レーザ光源１６０Ａを適宜「ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａ」とも呼ぶものとする。ここで、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａは、縦モード選択性の低いファブリーペロー型共振器の代わりに、回折格子を半導体レーザ内に作り上げたものであり、どのような状況下であっても単一縦モード発振をするように構成されている。このようなレーザでは、基本的に単一縦モード発振をするため、その発振スペクトル線幅は０．０１ｐｍ以下に抑えられる。
【００４９】
なお、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａは、通常、ヒートシンクの上に設けられ、これらが筺体内に収納されている。本実施形態では、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａに付設されるヒートシンク上に温度調整器（ペルチェ素子など）が設けられており、レーザ制御装置１６Ｂがその温度を制御することにより発振波長が制御（調整）可能な構成となっている。
【００５０】
前記光カップラＢＳ１としては、透過率が９７％程度のものが用いられている。このため、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａからのレーザ光は、光カップラＢＳ１によって２つに分岐され、その９７％程度が次段の光アイソレータ１６０Ｂに向かって進み、残り３％程度がビームモニタ機構１６４に入射するようになっている。
【００５１】
前記ビームモニタ機構１６４は、フォトダイオード等の光電変換素子から成るエネルギモニタ（図示省略）を含んでいる。このエネルギモニタの出力は、レーザ制御装置１６Ｂを介して主制御装置５０に供給されており、主制御装置５０ではエネルギモニタの出力に基づいてレーザ光のエネルギパワーを検出し、レーザ制御装置１６Ｂを介してＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａで発振されるレーザ光の光量を必要に応じて制御する。
【００５２】
前記光アイソレータ１６０Ｂは、光カップラＢＳ１からＥＯＭ１６０Ｃに向かう方向の光のみを通過させ、反対向きの光の通過を阻止する。この光アイソレータ１６０Ｂにより、反射光（戻り光）に起因するＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの発振モードの変化や雑音等が防止される。
【００５３】
前記ＥＯＭ１６０Ｃは、光アイソレータ１６０Ｂを通過したレーザ光（ＣＷ光（連続光））をパルス光に変換するためのものである。ＥＯＭ１６０Ｃとしては、チャープによる波長広がりが小さくなるように、チャープ補正を行った電極構造を持つ電気光学変調器（例えば二電極型変調器）が用いられている。ＥＯＭ１６０Ｃは、光量制御装置１６Ｃから印加される電圧パルスに同期して変調されたパルス光を出力する。なお、ＥＯＭ１６０Ｃから出力される光パルス列は、後述する光増幅器１６１１、１６１２における増幅用光ファイバ１７５における添加元素全体の励起に要する時間よりは短く、増幅用光ファイバ１７５における増幅作用からみれば、連続的な光とみなせるものとなっている。例えば、ＥＯＭ１６０ＣによりＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａで発振されたレーザ光を、パルス幅１ｎｓ、繰り返し周波数１００ｋＨｚ（パルス周期約１０μｓ）のパルス光に変調する。なお、繰り返し周波数は、光ファイバ増幅器におけるＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：自然放出光）ノイズの影響を抑制できる値が選択される。
【００５４】
なお、ＥＯＭ１６０Ｃへの印加電圧とＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａへの供給電流制御とを併用して、出力光のパルス化を行うことが望ましい。かかる場合には、消光比を向上することができる。このようにすれば、ＥＯＭ１６０Ｃのみを用いる場合に比べて、消光比を向上しつつ、パルス幅が狭いパルス光を容易に発生させることが可能になるとともに、パルス光の発振間隔や発振の開始及びその停止などをより簡単に制御することが可能になる。また、ＥＯＭ１６０Ｃに代えて、音響光学変調器（ＡＯＭ）を用いることも可能である。
【００５５】
前記光分割器１６５は、パルス光発生部１６０から出力されたパルス光を２つに分割して、光増幅器１６１１、１６１２に出力する。
【００５６】
前記光増幅器１６１１、１６１２は、光分割器１６５からのパルス光を増幅するものである。図３には、一方の光増幅器１６１１の構成が示されている。この図３に示されるように、光増幅器１６１１は、光分割器１６５からのパルス光を時間順に周期的に振り分けて分岐（例えば、１２８分岐）する光分岐器１６６と、複数の光増幅器としてのファイバ増幅器１６７とを備えている。
【００５７】
光ファイバ増幅器１６７は、図３に示されるように、増幅用媒体としての増幅用光ファイバ１７５、励起光（ポンプ光）を発生する励起用半導体レーザ１７８１、１７８２、上述の光分割器１６５の出力光と励起光とを合成し、こうして得られた合成光を増幅用光ファイバ１７５に供給する波長分割多重化装置（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：ＷＤＭ）１７９１、１７９２を備えている。ここで、励起用半導体レーザ１７８１及びＷＤＭ１７９１は前方励起に使用され、一方、励起用半導体レーザ１７８２及びＷＤＭ１７９２は後方励起に使用されている。これにより、入力光輝度に対する光増幅率の線形性の維持と、光増幅率との向上とを図っている。
【００５８】
前記増幅用光ファイバ１７５としては、シリカガラス又はフォスフェイトガラスを主材とし、コアとクラッドを有し、コアにエルビウム（Ｅｒ）が高密度にドープされた光ファイバが用いられる。すなわち、この光ファイバ増幅器１６７は、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器である。
【００５９】
以上のように構成された光ファイバ増幅器１６７において、増幅用光ファイバ１７５に、励起用半導体レーザ１７８１、１７８２が発生した励起光がＷＤＭ１７９１、１７９２を介して供給された状態で、ＷＤＭ１７９１を介してパルス光が入射し増幅用光ファイバ１７５のコア中を進行すると、誘導放射が発生し、パルス光が増幅される。かかる光増幅にあたって、増幅用光ファイバ１７５は高い増幅率を有するので、波長の単一性が高い高輝度のパルス光が出力される。このため、効率良く狭帯域の光を得ることができる。
【００６０】
前記励起用半導体レーザ１７８１、１７８２は、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａにおける発振波長よりも短い波長の光を励起光として発生する。この励起光がＷＤＭ１７９１、１７９２を介して増幅用光ファイバ１７５に供給され、それによりＥｒの殻外電子が励起され、いわゆるエネルギ準位の反転分布が発生する。なお、励起用半導体レーザ１７８１、１７８２は、光量制御装置１６Ｃによって制御されるようになっている。
【００６１】
各光ファイバ増幅器１６７で出力の一部が分岐され、それぞれの分岐端に設けられた光電変換素子１７１によってそれぞれ光電変換されるようになっている。これらの光電変換素子１７１の出力信号が光量制御装置１６Ｃに供給されるようになっている。
【００６２】
光量制御装置１６Ｃでは、各光ファイバ増幅器１６７からの光出力が一定になるように（即ちバランスするように）、各励起用半導体レーザ１７８１、１７８２のドライブ電流をフィードバック制御するようになっている。他方の光増幅器１６１２も、上述した光増幅器１６１１と同様に構成されている。
【００６３】
図２に戻り、前記波長変換器１６３は、複数の非線形光学結晶を含み、前記増幅されたパルス光（波長１５４６．９ｎｍの光）をその８倍高調波に波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザとほぼ同じ出力波長（１９３．４ｎｍ）のパルス紫外光を発生する。
【００６４】
図４には、この波長変換器１６３の構成例が示されている。ここで、この図４に基づいて波長変換器１６３の具体例について説明する。図４の波長変換器１６３では、基本波（波長１５４６．９ｎｍ）→２倍波（波長７７３．５ｎｍ）→３倍波（波長５１５．６ｎｍ）→６倍波（波長２５７．８ｎｍ）→７倍波（波長２２１．０ｎｍ）→８倍波（波長１９３．４ｎｍ）の順に波長変換が行われる。
【００６５】
これを更に詳述すると、光増幅器１６１１から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７３．５ｎｍ）の２倍波が発生する。
【００６６】
この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ノンクリティカル位相整合、すなわちＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−ＣｒｉｔｉｃａｌＰｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。ＮＣＰＭは、非線形光学結晶内での基本波と第２高調波との角度ずれ（Ｗａｌｋ−ｏｆｆ）が起こらないため高効率で２倍波への変換が可能であり、発生した２倍波はＷａｌｋ−ｏｆｆによるビームの変形も受けないため有利である。
【００６７】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した基本波と、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波とは、次段の波長板１８４でそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられる。そして、基本波のみ、その偏光方向が９０度回転するようになる。これにより、その基本波及び２倍波の偏光方向が一致するようになる。波長板１８４を通過した基本波と２倍波は、集光レンズ１８２Ｂを介した後に、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとして、例えばＬＢＯ結晶が用いられるとともに、そのＬＢＯ結晶は１段目の非線形光学結晶（ＬＢＯ結晶）１８３Ａとは異なる温度でＮＣＰＭによる位相整合が図られる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、１段目の非線形光学結晶１８３Ａで発生した２倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶１８３Ａを透過した基本波との和周波発生により、基本波の３倍波（波長５１５．６ｎｍ）が得られる。
【００６８】
次に、非線形光学結晶１８３Ｂで得られた３倍波は、集光レンズ１８２Ｃを介して、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。そして、この３倍波がこの３段目の非線形光学結晶１８３Ｃを通る際に、その３倍波の２次高調波発生により基本波の周波数ωの６倍、すなわち周波数６ω（波長は１／６の２５７．８ｎｍ）の６倍波が発生する。この３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、例えばβ−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶又はＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。
【００６９】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた６倍波は、集光レンズ１８２Ｄを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、光増幅器１６１２から出力され、集光レンズ１８２Ｅを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。
【００７０】
４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、基本波と６倍波との和周波発生により７倍波（波長２２１．０ｎｍ）が得られる。上記構成において、７倍波発生用ＣＬＢＯ結晶１８３Ｄのかわりに、ＣｓＢ３Ｏ５（ＣＢＯ）結晶を用いることも可能である。
【００７１】
非線形光学結晶１８３Ｄで得られた７倍波とそれを透過した基本波とは、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂにより分離される。ここを透過した基本波は、ミラー１８５Ｃで反射され、集光レンズ１８２Ｆを通過してダイクロイック・ミラー１８５Ｅに至る。そして、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂで反射された７倍波は、ミラー１８５Ｄで反射され、集光レンズ１８２Ｇを通過してダイクロイック・ミラー１８５Ｅに至る。そして、その基本波と７倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅで同軸に合成され、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。なお、７倍波のビーム整形用として、集光レンズ１８２Ｇの代わりにシリンドリカルレンズ対を用いることも可能である。
【００７２】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられ、基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。上記構成において、８倍波発生用ＣＬＢＯ結晶１８３Ｅのかわりに、ＬｉＢ４Ｏ７（ＬＢ４）結晶を用いることも可能である。
【００７３】
以上のように構成された波長変換器１６３において、光増幅器１６１１、１６１２によって増幅された基本波（波長１５４６．９ｎｍ）を５段階で波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【００７４】
図１に戻り、前記照明光学系１２は、オプティカルインテグレータを含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイック・ミラー等（いずれも不図示）を備えている。ここで、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）あるいは回折光学素子等が用いられる。こうした照明光学系１２の構成は、例えば、特開平６−３４９７０１号公報などに開示されている。この照明光学系１２から射出された露光光ＩＬは、ミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域４２Ｒを均一な照度分布で照明する。
【００７５】
前記レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、レチクルステージ駆動部４９によって走査方向（ここでは図１の紙面左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査されるようになっている。この走査中のレチクルステージＲＳＴの位置及び回転量は、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒを介して外部のレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給されるようになっている。
【００７６】
なお、レチクルＲに用いる材質は、露光光ＩＬの波長により定められる。すなわち、本実施形態のように、光源装置１６から出力される露光光が、波長１９３ｎｍの光である場合には合成石英を用いることができるが、後述するように、光源装置１６から出力される露光光が、波長１５７ｎｍの光であった場合には、ホタル石、フッ素がドープされた合成石英、あるいは水晶などで形成する必要がある。
【００７７】
前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する複数枚のレンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、前述の如くして、露光光ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域４２Ｒが照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小投影され、その像が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域４２Ｗに転写される。
【００７８】
前記ＸＹステージ１４は、ウエハステージ駆動部５６によって走査方向であるＹ軸方向及びこれに直交するＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に２次元駆動されるようになっている。このＸＹステージ１４上に搭載されたＺチルトステージ５８上では、ウエハＷが、ウエハホルダ（不図示）を介して真空吸着等により保持されている。Ｚチルトステージ５８は、例えば３つのアクチュエータ（ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど）によってウエハＷのＺ軸方向の位置（フォーカス位置）を調整するとともに、ＸＹ平面（投影光学系ＰＬの像面）に対するウエハＷの傾斜角を調整する機能を有する。また、ＸＹステージ１４の位置は、Ｚチルトステージ５８上に固定された移動鏡５２Ｗを介して外部のレーザ干渉計５４Ｗにより計測され、このレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制御装置５０に供給されるようになっている。
【００７９】
ここで、移動鏡は、実際には、Ｘ軸に垂直な反射面を有するＸ移動鏡とＹ軸に垂直な反射面を有するＹ移動鏡とが存在し、これに対応してレーザ干渉計もＸ軸位置計測用、Ｙ軸位置計測用、及び回転（ヨーイング量、ピッチング量、ローリング量を含む）計測用のものがそれぞれ設けられているが、図１では、これらが代表的に、移動鏡５２Ｗ、レーザ干渉計５４Ｗとして示されている。
【００８０】
Ｚチルトステージ５８上には、後述するレチクルアライメント等を行う際に使用される基準マーク板ＦＭが設けられている。この基準マーク板ＦＭは、その表面がウエハＷの表面とほぼ同一の高さとなるように配設されている。この基準マーク板ＦＭの表面上には、レチクルアライメント用基準マーク、ベースライン計測用基準マーク等の基準マークが形成されている。
【００８１】
また、図１では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、この露光装置１０は、実際にはレチクルアライメントを行うための例えば、画像処理方式のレチクルアライメント系を備えている。
【００８２】
レチクルＲのアライメントを行う場合には、まず主制御装置５０によりレチクルステージ駆動部４９、ウエハステージ駆動部５６を介してレチクルステージＲＳＴ及びＸＹステージ１４が駆動され、前述の露光領域４２Ｗの周辺部に基準マーク板ＦＭ上のレチクルアライメント用基準マークが設定され、その基準マークにレチクルＲ上のレチクルマーク像がほぼ重なるようにレチクルＲとＺチルトステージ５８との相対位置が設定される。この状態で、主制御装置５０によりレチクルアライメント系を用いて両マークが撮像され、主制御装置５０では、その撮像信号を処理して対応する基準マークに対するレチクルマークの投影像のＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置ずれ量を算出する。かかるマークの撮像にあたっては、投影光学系ＰＬを介した像を撮像することになるので、露光光ＩＬの波長とほぼ同一の波長の光が使用される。
【００８３】
また、上記のレチクルのアライメントの結果得られた基準マークの投影像の検出信号（画像信号）に含まれるコントラスト情報に基づいてフォーカスオフセットやレベリングオフセット（投影光学系ＰＬの焦点位置、像面傾斜など）を求めることも可能である。
【００８４】
また、本実施形態では、上記のレチクルアライメント時に、主制御装置５０によって、投影光学系ＰＬの側面に設けられた不図示のウエハ側のオフアクシス・アライメントセンサのベースライン量（レチクル投影位置とアライメントセンサとの相対位置関係）に関する基準マーク板上の所定マークを使用した計測も行われる。
【００８５】
更に、本実施形態の露光装置１０では、図１に示されるように、主制御装置５０によってオン・オフが制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホールまたはスリットの像を形成するための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射光学系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受光光学系６０ｂとからなる斜入射方式の多点焦点位置検出系（フォーカスセンサ）が設けられている。なお、本実施形態と同様の多点焦点位置検出系（フォーカスセンサ）の詳細な構成は、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されている。
【００８６】
走査露光時等に、主制御装置５０では、受光光学系６０ｂからの各計測点について検出されたＺ位置に基づいて、露光領域内に存在するショット領域の一部の表面のＺ位置及び傾斜量を逐次算出しつつ、この算出結果に基づいてＺチルトステージ５８のＺ位置や傾斜角を不図示の駆動系を介して制御することにより、オートフォーカス（自動焦点合わせ）及びオートレベリングが実行される。
【００８７】
前記主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を備えており、これまでに説明した各種の制御を行う他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を制御する。また、本実施形態では、主制御装置５０は、後述するように走査露光の際の露光量の制御を行ったりする等の他、装置全体を統括制御する。
【００８８】
具体的には、主制御装置５０は、例えば走査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶＲ＝Ｖで走査されるのに同期して、ＸＹステージ１４を介してウエハＷが露光領域４２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶＷ＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハＷに対する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部４９、ウエハステージ駆動部５６をそれぞれ介してレチクルステージＲＳＴ、ＸＹステージ１４の位置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置５０はレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハステージ駆動部５６を介してＸＹステージ１４の位置を制御する。
【００８９】
次に、本実施形態の露光装置１０において所定枚数（Ｎ枚）のウエハＷ上にレチクルパターンの露光を行う場合の露光シーケンスについて主制御装置５０の制御動作を中心として説明する。
【００９０】
まず、主制御装置５０は、不図示のレチクルローダを用いて露光対象のレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。
【００９１】
次いで、レチクルアライメント系を用いてレチクルアライメントを行うとともに、ベースライン計測を行う。
【００９２】
次に、主制御装置５０は、不図示のウエハ搬送系にウエハＷの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及びＸＹステージ１４上の不図示のウエハ受け渡し機構によってウエハ交換（ステージ上にウエハが無い場合は、単なるウエハロード）が行われ、次いでいわゆるサーチアライメント及びファインアライメント（ＥＧＡ等）の一連のアライメント工程の処理を行う。これらのウエハ交換、ウエハアライメントは、公知の露光装置と同様に行われるので、ここではこれ以上の詳細な説明は省略する。
【００９３】
次に、上記のアライメント結果及びショットマップデータに基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）にウエハＷを移動させる動作と、前述した走査露光動作とを繰り返し行って、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルパターンを転写する。かかる走査露光中に、主制御装置５０は、露光条件及びレジスト感度に応じて決定された目標積算露光量をウエハＷに与えるため、光量制御装置１６Ｃに指令を与え、露光光量の制御を行う。
【００９４】
１枚目のウエハＷに対する露光が終了すると、主制御装置５０では、不図示のウエハ搬送系にウエハＷの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及びＸＹステージ１４上の不図示のウエハ受け渡し機構によってウエハ交換が行われ、以後上記と同様にしてその交換後のウエハに対してサーチアライメント、ファインアライメントが行われる。
【００９５】
そして、上記と同様に、このウエハＷ上の複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン方式でレチクルパターンが転写される。
【００９６】
なお、露光条件とレチクルパターンとの少なくとも一方の変更によって照度が変化するときは、ウエハＷ（レジスト）に適正な露光量が与えられるように、前述した周波数とピークパワーとの少なくとも一方を制御することが望ましい。このとき、周波数及びピークパワーの少なくとも一方に加えてレチクルＲ及びウエハＷの走査速度を調整するようにしてもよい。
【００９７】
以上詳細に述べたように、本実施形態では、１５４６．９ｎｍの波長の光を段階的に所定波長（１９３．４ｎｍ）の光に変換する波長変換器１６３において、４段目以降の非線形光学結晶１８３Ｄ、１８３Ｅにおける波長変換においては、光増幅器１６１２から出力された光が基本波として用いられる。このため、数段階の波長変換に用いられる非線形光学結晶１８３Ａ〜１８３Ｃを経て出力レベルが減衰した基本波ではなく、光増幅器１６１２から得られる基本波を用いて、４段目以降の波長変換（その基本波と光増幅器１６１１から得られた基本波の６倍波との和周波等）を実行することができる。したがって、本実施形態の光源装置では、従来の光源装置に比べて高い波長変換効率を得ることができる。
【００９８】
逆に言えば、４段目以降の基本波を用いた波長変換には、他の光増幅器１６１２から得られた基本波が用いられるので、光増幅器１６１１の基本波の出力レベルを、４段目以降の波長変換に用いるためのレベルまで上げる必要がなくなる。したがって、本実施形態の光源装置では、１段目の波長変換に用いる光増幅器１６１１の出力のピークパワーを抑制することができる。ピークパワーが抑制されると、光増幅器１６１１から出力される光の波長をさらに狭帯域化することができるようになるというメリットがあり、この光源装置１６は、露光装置１０を始めとする狭帯域の波長の光を要する装置に特に有用となる。
【００９９】
また、本第１の実施形態の露光装置１０によれば、走査露光にあたって高輝度の照明光ＩＬをレチクルＲに照射できるので、レチクルＲに形成されたパターンを精度良く効率的にウエハＷに転写することができる。
【０１００】
なお、上記実施形態では、光源装置１６には、２つの光増幅器１６１１、１６１２のそれぞれの光の供給源として、パルス光発生部１６０が１つだけ備えられているとしたが、２つの光増幅器１６１１、１６１２のそれぞれの光の供給源として、レーザ光源１６０Ａを備えるパルス光発生部１６０を２つ備えていてもよい。その際に、光源装置１６は、光分割器１６５を備える必要がないことはいうまでもない。
【０１０１】
また、上記実施形態では、波長変換器１６３に基本波を出力する光増幅器を光増幅器１６１１、１６１２の２つとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、光増幅器が３つ以上備えられていてもよい。図５には、光増幅器が３つ備えられている場合の波長変換器１６３の構成が示されている。なお、ここでは、光源装置１６が、３番目の光増幅器として光増幅器１６１３をさらに備えているものとする。光増幅器１６１３は、光増幅器１６１１、１６１２と同様に、光分割器１６５において、分岐された光を入力するようにしてもよいし、パルス光発生部１６０とは異なる別のパルス光発生部から出力された光を入力するようにしてもよい。
【０１０２】
図５に示されるように、この波長変換器１６３は、複数の非線形光学結晶を含み、前記増幅されたパルス光（波長１５４６．９ｎｍの光）を、その８倍高調波に波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長（１９３．４ｎｍ）であるパルス紫外光を発生する点においては、図４の波長変換器１６３と同じである。
【０１０３】
図５の波長変換器１６３では、図４に示される波長変換器１６３と同様に、基本波（波長１５４６．９ｎｍ）→２倍波（波長７７３．５ｎｍ）→３倍波（波長５１５．６ｎｍ）→６倍波（波長２５７．８ｎｍ）→７倍波（波長２２１．０ｎｍ）→８倍波（波長１９３．４ｎｍ）の順に波長変換が行われる。そして、図５の波長変換器１６３では、７倍波が得られる非線形光学結晶１８３Ｄまでの各要素の構成および動作は、図４の波長変換器１６３と同一であるため、それらの説明を省略する。
【０１０４】
図５に示されるように、非線形光学結晶１８３Ｄで得られた７倍波は、集光レンズ１８２Ｆを介して、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂで光増幅器１６１３から出力され集光レンズ１８２Ｇを通過した光と同軸に合成され、非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。
【０１０５】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられ、基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１０６】
以上述べたように、図５の波長変換器１６３は、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射される基本波として、光増幅器１６１２から入力され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄを通過した基本波ではなく、光増幅器１６１３から入力された基本波が用いられる。したがって、非線形光学結晶１８３Ｄを経て出力レベルが減衰した基本波ではなく、光増幅器１６１３から得られる基本波を用いて５段目の波長変換を実行することができる。そのため、図５の波長変換器１６３を用いれば、図４の波長変換器１６３を用いるよりもさらに高い波長変換効率を得ることができる。また、図５の波長変換器１６３は、図４の波長変換器１６３に比べ、ダイクロイック・ミラーの数を減らすことができ（図４ではダイクロイック・ミラー１８５Ａ、１８５Ｂ、１８５Ｅの３個→２個）、７倍波に対して基本波を迂回させる経路を設ける必要がなくなるので、簡単な構成とすることができる。なお、前述のように、非線形光学結晶１８３Ｃ、１８３Ｄの後に、Ｗａｌｋ−ｏｆｆ補正用のシリンドリカルレンズ対を用い、ビーム整形を行うことにより、波長変換の効率をさらに高めることが可能となる。その他の光の経路においても、波長板やシリンドリカルレンズ対を適宜用いることができる。
【０１０７】
また、この他にも、波長変換器１６３の構成には、様々な変形例が考えられる。図６には、波長変換器１６３の構成の変形例が示されている。図６（ａ）、図６（ｂ）に示される波長変換器１６３では、基本波（波長１５４６．９ｎｍ）→２倍波（波長７７３．５ｎｍ）→３倍波（波長５１５．６ｎｍ）→４倍波（波長３８６．７ｎｍ）→７倍波（波長２２１．０ｎｍ）→８倍波（波長１９３．４ｎｍ）の順に波長変換が行われる。なお、図６（ａ）の波長変換器１６３では、３倍波が得られる非線形光学結晶１８３Ｂまでの構成は、図４の波長変換器１６３と同一であるため、それらの説明を省略する。
【０１０８】
図６（ａ）に示されるように、非線形光学結晶１８３Ｂで波長変換されずに透過した基本波と、非線形光学結晶１８３Ｂの波長変換で発生した３倍波とは、集光レンズ１８２Ｃを通過して、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。そして、その基本波と３倍波との和周波発生により、基本波の周波数ωの４倍、すなわち周波数４ω（波長は１／４の３８６．７ｎｍ）の４倍波が発生する。この３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、例えばＧｄｘＹ１−ｘＣａ４Ｏ（ＢＯ３）３（ＧｄＹＣＯＢ）結晶が用いられる。ＧｄＹＣＯＢにおいても、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０１０９】
次に、非線形光学結晶１８３Ｃで波長変換されずに透過した３倍波と、非線形光学結晶１８３Ｃの波長変換で発生した４倍波とは、集光レンズ１８２Ｄを介して、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。そして、この３倍波と４倍波とがこの４段目の非線形光学結晶１８３Ｄを通過する際に、その３倍波と４倍波との和周波発生により、基本波の周波数ωの７倍、すなわち周波数７ω（波長は１／７の２２１．０ｎｍ）の７倍波が発生する。この４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、例えばβ−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶が用いられる。
【０１１０】
非線形光学結晶１８３Ｄで得られた７倍波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、光増幅器１６１２から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波と同軸に合成され、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。
【０１１１】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。上記構成において、８倍波発生用ＣＬＢＯ結晶１８３Ｅのかわりに、ＣｓＢ３Ｏ５（ＣＢＯ）結晶を用いることも可能である。
【０１１２】
以上のように構成された図６（ａ）に示される波長変換器１６３において、光増幅器１６１１、１６１２によって増幅された基本波（波長１５４６．９ｎｍ）を波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１１３】
また、図６（ｂ）に示される波長変換器１６３では、６倍波を得るまでの構成及び動作は、図４の波長変換器１６３と同一であるので、それらの説明を省略する。図６（ｂ）に示されるように、光増幅器１６１２から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波は、集光レンズ１８２Ｅを介して４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ｄを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７３．５ｎｍ）の２倍波が発生する。
【０１１４】
この４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０１１５】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた６倍波は、集光レンズ１８２Ｄを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、非線形光学結晶１８３Ｄで発生した２倍波と同軸に合成され、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。
【０１１６】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとして、β−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶が用いられ、その２倍波と６倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１１７】
以上のように構成された図６（ｂ）に示される波長変換器１６３において、光増幅器１６１１、１６１２によって増幅された基本波（波長１５４６．９ｎｍ）を波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１１８】
図７には、波長変換器１６３の構成の他の変形例が示されている。図７（ａ）に示される波長変換器１６３では、基本波（波長１５４６．９ｎｍ）→２倍波（波長７７３．５ｎｍ）→３倍波（波長５１５．６ｎｍ）→７倍波（波長２２１．０ｎｍ）→８倍波（波長１９３．４ｎｍ）の順に波長変換が行われる。図７（ａ）の波長変換器１６３では、光増幅器１６１１から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波を入力するところから３倍波が得られる非線形光学結晶１８３Ｂまでの構成は、図４の波長変換器１６３と同一であるため、それらの説明を省略する。
【０１１９】
一方、上記波長変換とは別に、図７（ａ）、図７（ｂ）の波長変換器では、上述の３倍波（波長５１５．６ｎｍ）から７倍波への変換の際に用いる４倍波（波長３８６．７ｎｍ）を得るために、基本波（波長１５４６．９ｎｍ）→２倍波（波長７７３．５ｎｍ）→４倍波（波長３８６．７ｎｍ）の波長変換も実行される。
【０１２０】
図７（ａ）に示されるように、光増幅器１６１２から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波は、集光レンズ１８２Ｄを介して１段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ｃを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７３．５ｎｍ）の２倍波が発生する。なお、この１段目の非線形光学結晶１８３Ｃとして、ＬＢＯ結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ノンクリティカル位相整合、すなわちＮＣＰＭが使用される。
【０１２１】
そして、この２倍波が２段目の非線形光学結晶１８３Ｄを通過する際に、２次高調波発生により、基本波の周波数ωの４倍、すなわち周波数４ω（波長は１／４の３８６．７ｎｍ）の４倍波が発生する。なお、この非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＬＢＯ結晶が用いられる。
【０１２２】
非線形光学結晶１８３Ｄで得られた４倍波は、集光レンズ１８２Ｆを通過後、ミラー１８５Ｂ及びダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、非線形光学結晶１８３Ｂで得られ集光レンズ１８２Ｃを通過した３倍波と同軸に合成され、３段目の非線形結晶１８３Ｅに入射する。３段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＢＢＯ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｅでは、３倍波と４倍波との和周波発生により７倍波（波長２２１．０ｎｍ）が得られる。
【０１２３】
非線形光学結晶１８３Ｅで得られた７倍波は、集光レンズ１８２Ｈを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｃにより反射され、光増幅器１６１３から出力され、集光レンズ１８２Ｉを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｆに入射する。
【０１２４】
４段目の非線形光学結晶１８３Ｆとしては、ＣＬＢＯ結晶が用いられ、その基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１２５】
以上のように構成された図７（ａ）に示される波長変換器１６３において、光増幅器１６１１、１６１２、１６１３によって増幅された基本波（波長１５４６．９ｎｍ）を波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１２６】
図７（ｂ）に示される波長変換器１６３では、光増幅器１６１１から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波を入力するところから３倍波が得られる非線形光学結晶１８３Ｂまでの構成と、光増幅器１６１２から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波を入力するところから４倍波が得られる非線形光学結晶１８３Ｄまでの構成は、図７（ａ）の波長変換器１６３と同じである。
【０１２７】
２段目の非線形光学結晶１８３Ｄで得られ、集光レンズ１８２Ｆを通過した４倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂ、１８５Ａで反射される。これにより、その４倍波は、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂで得られ、集光レンズ１８２Ｃを通過した３倍波と同軸に合成され、３段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。これにより、３段目の非線形光学結晶１８３Ｅでは、図７（ａ）の波長変換器１６３と同様に、７倍波が得られるようになる。
【０１２８】
一方、光増幅器１６１２から出力され、集光レンズ１８２Ｄ、非線形光学結晶１８３Ｃ、集光レンズ１８２Ｅ、非線形光学結晶１８３Ｄ、集光レンズ１８２Ｆを通過した基本波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂを通過し、ミラー１８５Ｄで反射され、集光レンズ１８２Ｉを通過して、ダイクロイック・ミラー１８５Ｃに至る。
【０１２９】
そして、非線形光学結晶１８３Ｅで得られ、集光レンズ１８２Ｈを通過した７倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｃで反射され、ミラー１８５Ｄより入射した基本波と同軸に合成されて、４段目の非線形光学結晶１８３Ｆに入射する。
【０１３０】
非線形光学結晶１８３Ｆとしては、図７（ａ）の波長変換器と同様に、ＣＬＢＯ結晶が用いられ、その基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１３１】
以上のように構成された図７（ｂ）に示される波長変換器１６３において、光増幅器１６１１、１６１２によって増幅された基本波（波長１５４６．９ｎｍ）を波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１３２】
以上述べたように、図７（ａ）、図７（ｂ）の波長変換器１６３では、非線形光学結晶の４段構成により、１９３．４ｎｍの光を得ることができるので、非線形光学結晶が５段に構成された図６（ａ）、図６（ｂ）の波長変換器１６３よりも高い波長変換効率を得ることができる。
【０１３３】
また、上記実施形態の光源装置は、１９３ｎｍ近傍の波長の光に変換する装置であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｆ２レーザの発振波長と略同一の波長等の他の波長に変換して出力する光源装置にも適用することができる。
【０１３４】
図８には、Ｆ２レーザの発振波長と略同一の波長に変換する波長変換器１６３の構成が示されている。図８に示される波長変換器１６３では、基本波（波長１５７６ｎｍ）→２倍波（波長７８８ｎｍ）→３倍波（波長５２５．３ｎｍ）→６倍波（波長２６２．７ｎｍ）→７倍波（波長２２５．１ｎｍ）→８倍波（波長１９７ｎｍ）→９倍波（波長１７５．１ｎｍ）→１０倍波（波長１５７．６ｎｍ）の順に波長変換が行われる。なお、図８の波長変換器１６３では、８倍波を得るまでの構成及び動作は、図５の波長変換器１６３と同一であるので、それらの説明を省略する。また、図８では、光源装置１６が光増幅器を５つ備えているものとする（光増幅器１６１１〜１６１５）。
【０１３５】
図８に示されるように、非線形光学結晶１８３Ｅで得られ、集光レンズ１８２Ｈを通過した８倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｃで、光増幅器１６１４から出力され、集光レンズ１８２Ｉを通過した光と同軸に合成され、非線形光学結晶１８３Ｆに入射する。
【０１３６】
６段目の非線形光学結晶１８３Ｆとしては、ＣＢＯ結晶又はＫＢＢＦ（ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２：Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ Ｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｏｂｅｒｙｌｌａｔｅ）が用いられ、その結晶に入射した基本波と８倍波との和周波発生により、９倍波（波長１７５．１ｎｍ）が得られる。
【０１３７】
非線形光学結晶１８３Ｆで得られた９倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｄで光増幅器１６１５から出力され、集光レンズ１８２Ｋを通過した光と同軸に合成され、非線形光学結晶１８３Ｇに入射する。７段目の非線形光学結晶１８３Ｇとしては、ＢａＭｇＦ４（ＢＭＦ）結晶が用いられ、基本波と９倍波との和周波発生により、１０倍波（波長１５７．６ｎｍ）が得られる。
【０１３８】
このＢＭＦ結晶は、周期的ドメイン反転構造を有する非線形光学素子（以下、「ＱＰＭ素子」又は「擬似位相整合結晶」という）である。ＢＭＦ結晶は、擬似位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）により、基本波と９倍波との和周波を発生させるので、ＮＣＰＭの場合と同様に、Ｗａｌｋ−ｏｆｆは発生しない。
【０１３９】
図９に示されるように、ＱＰＭ素子１８３’は、光の進行方向に沿って、図９において紙面上下方向の矢印で表される分極方向が互いに反対向きの領域１５０Ａ及び領域１５０Ｂが交互かつ周期的に形成された周期的ドメイン反転構造を有している。
【０１４０】
なお、擬似位相整合結晶では、領域１５０Ａ及び領域１５０Ｂの光の進行方向に沿った幅Λは、以下のように設定されている。
【０１４１】
擬似位相整合結晶を用いて、第２高調波を発生させる場合には、ＱＰＭ素子１８３’内において、入射光の波数ベクトルの絶対値をｋ１とし、生成される第２高調波の波数ベクトルの絶対値をｋ２として、
Λ＝２π／（ｋ２−２ｋ１） ・・・（１）
によって定められる。
【０１４２】
和周波を発生させる場合には、ＱＰＭ素子１８３’内において、入射光の波数ベクトルの絶対値をｋ３、ｋ４とし、生成される和周波の波数ベクトルの絶対値をｋ５として、
Λ＝２π／（ｋ５−（ｋ３＋ｋ４）） ・・・（２）
によって定められる。
【０１４３】
上述したように、図８に示される波長変換器１６３では、ＢａＭｇＦ４（ＢＭＦ）結晶を用いて１０倍波（波長１５７．６ｎｍ）が得るが、その際にＢＭＦ結晶に入射する入射光は、２倍波及び８倍波や、３倍波及び７倍波などではなく、基本波及び９倍波とするのが望ましい。このようにすれば、上述したＢＭＦ結晶の周期Λを約３μｍとすることができ、ＢＭＦ結晶の製造が容易となる。なお、１５７．６ｎｍの波長の光を、例えば、ＢＭＦ結晶において第２高調波発生により発生させようとすると、ＢＭＦ結晶の周期は約１μｍとなる。すなわち、２つの入射光の波長の差を大きくすればするほど、周期Λを長くすることができ、その製造を容易なものとすることができる。
【０１４４】
また、こうしたＱＰＭ素子１８３’としては、周期的ドメイン反転ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）結晶（ＰＰＬＮ結晶）、周期的ドメイン反転ＬＴ（ＬｉＴａＯ３）結晶（ＰＰＬＴ）結晶、周期的ドメイン反転ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）結晶（ＰＰＫＴＰ結晶）及び応力利用により周期的ドメイン反転構造が形成された水晶（以下、「水晶ＱＰＭ素子」という）がある。
【０１４５】
例えば、図４、図５、図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）に示される波長変換器１６３における２倍波、３倍波発生用の非線形光学素子１８３Ａ、１８３Ｂとして、擬似位相整合結晶であるＰＰＫＴＰ結晶やＰＰＬＮ結晶を用いてもよい。かかる結晶は、狭帯域の波長１９３．４ｎｍの光を得るのに適している。すなわち、これらの結晶を用いれば、光増幅器１６１１等のピークパワーを低くしても波長変換効率を保つことができるとともに、エルビウム・ドープ・ファイバ中でのＳＰＭ（自己位相変調）によるスペクトル幅の拡大を抑制することができる。
【０１４６】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について、図１０〜図１８に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用いるとともにその説明を省略するものとする。
【０１４７】
第２の実施形態における露光装置は、光源装置１６の代わりに、光源装置１６’を備えている点が、図１に示される露光装置の構成と異なっている。図１０には、第２の実施形態に係る光源装置１６’の構成が概略的に示されている。図１０に示されるように、光源装置１６’の光源部１６Ａ’は、パルス光発生部１６０に加え、パルス光発生部１９０を備え、光増幅器１６１２の代わりに光増幅器１９１１を新たに備えている点が、図２に示される光源装置１６の光源部１６Ａと異なっている。
【０１４８】
前記パルス光発生部１９０は、レーザ光源１９０Ａ、光カップラＢＳ２、光アイソレータ１９０Ｂ及び光変調器としての電気光学変調器（以下、「ＥＯＭ」という）１９０Ｃ等を有する。なお、レーザ光源１９０Ａから波長変換器１６３までの間の各要素間は、光ファイバ等によって光学的に接続されている。
【０１４９】
レーザ光源１９０Ａ、光カップラＢＳ２、光アイソレータ１９０Ｂ、ＥＯＭ１９０Ｃの構成及び動作は、レーザ光源１６０Ａ、光カップラＢＳ１、光アイソレータ１６０Ｂ、ＥＯＭ１６０Ｃと同じである。但し、レーザ光源１９０Ａとしては、例えば、発振波長１０３０ｎｍ〜１１２０ｎｍの狭帯域イットリビウム（Ｙｂ）添加ＤＦＢファイバレーザ、あるいは単一波長発振ＤＦＢ半導体レーザなどが用いられている。以下においては、レーザ光源１９０Ａを適宜「ＤＦＢ半導体レーザ１９０Ａ」とも呼ぶものとする。
【０１５０】
光増幅器１９１１の構成は、光増幅器１６１１の構成とほぼ同じであるが、内部に備えられる増幅用光ファイバのコアにはエルビウム（Ｅｒ）ではなく、イッテルビウム（Ｙｂ）が高密度にドープされた光ファイバが用いられる。すなわち、この光増幅器１９１１は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器である。なお、この光増幅器１９１１の帯域幅は、１０３０ｎｍ以上１１２０ｎｍ以下である。
【０１５１】
前記ビームモニタ機構１６４は、レーザ光源１６０Ａ及びレーザ光源１９０Ａのエネルギをモニタし、主制御装置５０では、そのエネルギモニタの出力に基づいてそれらのレーザ光のエネルギパワーを検出し、レーザ制御装置１６Ｂを介してＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａ、１９０Ａで発振されるレーザ光の光量を必要に応じて制御する。
【０１５２】
また、光量制御装置１６Ｃでは、光増幅器１６１１、１９１１の各光ファイバ増幅器１６７からの光出力が一定になるように（即ちバランスするように）、光増幅器１６１１、１９１１の各励起用半導体レーザ１７８１、１７８２のドライブ電流をフィードバック制御するようになっている。
【０１５３】
前記波長変換器１６３は、複数の非線形光学結晶を含み、増幅されたパルス光、すなわち波長１１０５ｎｍの光を第１基本波とし、波長１５４６．９ｎｍの光を第２基本波とする波長変換を実行して、ＡｒＦエキシマレーザと同じ出力波長（１９３．４ｎｍ）のパルス紫外光を発生させる。
【０１５４】
なお、図１０では、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器１６１１、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器１９１１だけが図示されているが、これらは、後述する波長変換器１６３の構成に応じて複数備えられていてもよい。なお、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器を複数備える場合には、１６１１、１６１２・・・というように参照番号が付与され、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器を複数備える場合には、１９１１、１９１２・・・というように参照番号が付与されるものとする。また、図１０では、光源装置１６’には、２つの光増幅器１６１１、１９１１のそれぞれの光の供給源として、パルス光発生部１６０、１９０が１つだけ備えられているとしたが、２つの光増幅器１６１１、１６１２・・・、１９１１、１９１２・・・のそれぞれの光の供給源として、レーザ光源１６０Ａ、１９０Ａを備えるパルス光発生部１６０、１９０を複数備えていてもよい。
【０１５５】
図１１、図１２には、この波長変換器１６３の構成の一例が示されている。ここで、これらの図に基づいて波長変換器１６３の具体例について説明する。
【０１５６】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）、図１２（ｂ）の波長変換器１６３では、第１基本波（波長１１０５ｎｍ）の５倍波と第２基本波（波長１５４６．９ｎｍ）との和周波発生により、ＡｒＦエキシマレーザと同じ出力波長（１９３．４ｎｍ）のパルス紫外光が得られる。
【０１５７】
これを更に詳述すると、図１１（ａ）に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この第１基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の２倍、すなわち周波数２ω１（波長は１／２の５５２．５ｎｍ）の２倍波が発生する。
【０１５８】
この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した第１基本波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａで反射されるが、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａを透過し、集光レンズ１８２Ｂを介して非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。
【０１５９】
この２倍波がこの非線形光学結晶１８３Ｂを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の４倍、すなわち周波数４ω１（波長は１／４の２７６．３ｎｍ）の４倍波が発生する。なお、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０１６０】
ダイクロイック・ミラー１８５Ａで反射された第１基本波は、ミラー１８５Ｃで反射され、集光レンズ１８２Ｄを介してダイクロイック・ミラー１８５Ｄを透過する。そして、非線形光学結晶１８３Ｂにおいて発生した４倍波は、ミラー１８５Ｂで反射され、集光レンズ１８２Ｃを介してダイクロイック・ミラー１８５Ｄで反射されて、第１基本波と同軸に合成され、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。
【０１６１】
３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｃでは、第１基本波の４倍波と、第１基本波との和周波発生により第１基本波の５倍波（波長２２１．０ｎｍ）が得られる。
【０１６２】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた５倍波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅにより反射され、光増幅器１６１１から出力され集光レンズ１８２Ｆを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波発生により波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１６３】
また、図１１（ｂ）に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この第１基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、図１１（ａ）の波長変換器１６３と同様に、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０１６４】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した第１基本波と、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波とは、集光レンズ１８２Ｂを介して非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。この２倍波がこの非線形光学結晶１８３Ｂを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の４倍波が発生する。なお、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０１６５】
非線形光学結晶１８３Ｂで得られた４倍波は、集光レンズ１８２Ｃを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、光増幅器１９１２から出力され、集光レンズ１８２Ｄを通過した波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波と同軸に合成され、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｃでは、第１基本波の４倍波と、第１基本波との和周波発生により第１基本波の５倍波（波長２２１．０ｎｍ）が得られる。
【０１６６】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた５倍波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂにより反射され、光増幅器１６１１から出力され、集光レンズ１８２Ｆを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波発生により波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１６７】
また、図１２（ａ）に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この第１基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の２倍、すなわち周波数２ω１（波長は１／２の５５２．５ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０１６８】
非線形光学結晶１８３Ａで得られた第１基本波の２倍波は、集光レンズ１８２Ｂを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、光増幅器１６１１から出力され、集光レンズ１８２Ｃを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとしては、擬似位相整合結晶である前述のＰＰＫＴＰ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、第１基本波の２倍波と第２基本波との和周波発生により、第１基本波の２倍波及び第２基本波の和周波（波長４０７．１ｎｍ）が得られる。
【０１６９】
非線形光学結晶１８３Ｂの波長変換で発生した和周波は、集光レンズ１８２Ｄを介して非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。
【０１７０】
この和周波がこの非線形光学結晶１８３Ｃを通過する際に、第１基本波の４倍波と第２基本波との和周波（波長は２３４．４ｎｍ）が発生する。なお、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、ＢＢＯ結晶が用いられる。
【０１７１】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた第１基本波の４倍波と第２基本波との和周波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂにより反射され、光増幅器１９１２から出力され、集光レンズ１８２Ｆを通過した波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。
【０１７２】
４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１７３】
また、図１２（ｂ）に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１１０５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この第１基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の２倍、すなわち周波数２ω１（波長は１／２の５５２．５ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０１７４】
非線形光学結晶１８３Ａで得られた第１基本波の２倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａで反射され、集光レンズ１８２Ｂを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｃにより反射され、光増幅器１６１１から出力され、集光レンズ１８２Ｃを通過した波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとしては、擬似位相整合結晶である前述のＰＰＫＴＰ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、第１基本波の２倍波と第２基本波との和周波発生により、第１基本波の２倍波及び第２基本波の和周波（波長４０７．１ｎｍ）が得られる。非線形光学結晶１８３Ｂの波長変換で発生した和周波は、集光レンズ１８２Ｄを介して非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。
【０１７５】
この和周波がこの非線形光学結晶１８３Ｃを通過する際に、第１基本波の４倍波と第２基本波との和周波（波長は２３４．４ｎｍ）が発生する。なお、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、ＢＢＯ結晶が用いられる。
【０１７６】
一方、ダイクロイック・ミラー１８５Ａを通過した第１基本波は、ミラー１８５Ｂにより反射され、集光レンズ１８２Ｆを通過して、ダイクロイック・ミラー１８５Ｄに入射する。非線形光学結晶１８３Ｃで得られた第１基本波の４倍波と第２基本波との和周波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、その第１基本波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０１７７】
以上のように構成された波長変換器１６３において、光増幅器１９１１などから出力された第１基本波（波長１１０５．０ｎｍ）と、光増幅器１６１１などから出力された第２基本波（波長１５４６．９ｎｍ）とを入射光として波長変換することにより、目的の波長１９３．４ｎｍの光が得られる。
【０１７８】
なお、２段目の非線形光学結晶１８３ＢとしてＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（ＡＤＰ）結晶を用いる場合には、非線形光学結晶１８３Ｂ内で第１基本波とその第２高調波との角度ずれ（Ｗａｌｋ−ｏｆｆ）が起こらないため、図１１（ａ）のダイクロイック・ミラー１８５Ａ→ミラー１８５Ｃ→集光レンズ１８２Ｄ→ダイクロイック・ミラー１８５Ｄの第１基本波迂回用の経路を構成する必要がなくなる。したがって、２段目の非線形光学結晶１８３ＢとしてＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（ＡＤＰ）結晶を用いる場合には、波長変換器１６３を、図１３に示されるような構成とすることができる。
【０１７９】
以上述べたように、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、及び図１３に示されるような波長変換器１６３では、第１基本波（波長１１０５ｎｍ）の５倍波と第２基本波（波長１５４６．９ｎｍ）との和周波発生により、非線形光学結晶の４段構成（４段階の波長変換）によってＡｒＦエキシマレーザと同じ出力波長（１９３．４ｎｍ）のパルス紫外光を得ることができる。したがって、本第２の実施形態では、波長変換の段階数を、図４等に示されるエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器から出力された光だけを基本波とする波長変換の段階数５から４に減らすことができるので、波長変換効率をさらに高くすることができるという利点がある。
【０１８０】
なお、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、及び図１３に示されるような構成を有する波長変換器１６３では、第２基本波として、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器から出力される光の代わりに、Ｔｍ（ツリウム）、若しくはＨｏ（ホロミウム）が添加されたファイバ光増幅器から出力される光を用いても良い。出力波長が前述のように１．５μｍ帯であるエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器でなく、出力波長が２μｍ帯であるツリウム（又はホロミウム）・ドープ・ファイバ光増幅器を適用した場合には、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器から出力される光の波長は、１０７０ｎｍとなり、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器が、この波長域の光を出力する場合には、出力波長が１１０５ｎｍである場合よりも、蛍光の断面積を大きくすることができ、高ピークパワーの増幅に有利となる。
【０１８１】
また、上述した波長変換器１６３は、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一の波長（１９３．４ｎｍ）の光が得られるものであったが、本第２の実施形態では、この波長変換器１６３の構成を変更すれば、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長（２４８ｎｍ近傍）やＦ２レーザの発振波長（１５７ｎｍ近傍）と略同一の波長を得ることもできるようになる。
【０１８２】
図１４には、第１基本波（波長１０９５ｎｍ）の３倍波と、第２基本波（波長１５４６．９ｎｍ）の２倍波との和周波発生により、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一の波長２４８ｎｍを発生して出力する波長変換器１６３の構成が示されている。図１４に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１０９５ｎｍ（周波数ω１）の第１基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この第１基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その第１基本波の周波数ω１の２倍、すなわち周波数２ω１（波長は１／２の５４７．５ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０１８３】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した第１基本波と、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生したその２倍波とは、次段の波長板１８４でそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられる。そして、第１基本波のみ、その偏光方向が９０度回転するようになる。これにより、その第１基本波及びその２倍波の偏光方向が一致するようになる。波長板１８４を通過した第１基本波とその２倍波は、集光レンズ１８２Ｂを介した後に、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとして、例えば１段目の非線形光学結晶（ＬＢＯ結晶）１８３Ａとは異なる温度でＮＣＰＭにより位相整合が行われるＬＢＯ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、１段目の非線形光学結晶１８３Ａで発生した２倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶１８３Ａを透過した基本波との和周波発生により、３倍波（波長３６５．０ｎｍ）が得られる。
【０１８４】
光増幅器１６１１から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波は、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。この第２基本波がこの非線形光学結晶１８３Ｃを通過する際に、２次高調波発生により、その第２基本波の周波数ω２の２倍、すなわち周波数２ω２（波長は１／２の７７３．５ｎｍ）の２倍波が発生する。
【０１８５】
非線形光学結晶１８３Ｂで得られた第１基本波の３倍波は、集光レンズ１８２Ｃを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ａにより反射され、非線形光学結晶１８３Ｃで発生した第２基本波の２倍波と同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｄでは、第１基本波の３倍波と第２基本波の２倍波との和周波発生により波長２４８．０ｎｍの光が得られる。なお、この波長変換器１６３における波長変換は、３段階と少ないため、高い波長変換効率が得られる。また、耐性の高い結晶のみで波長変換器を構成することができるので、出力レベルの高い光を得ることができる。
【０１８６】
図１５には、第１基本波（波長１１１９ｎｍ）の５倍波と、第２基本波（波長１５９９ｎｍ）の３倍波との和周波発生により、Ｆ２レーザの発振波長と略同一の波長１５７．６ｎｍを発生して出力する波長変換器１６３の構成が示されている。図１５に示されるように、非線形光学結晶１８３Ｄにおいて、第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波発生により波長１９３．４ｎｍの光が得られるまでの構成は、図１１（ａ）に示される波長変換器の構成と同一である。但し、図１５では、光増幅器１９１１から入力される第１基本波の波長は１１１９ｎｍとし、光増幅器１６１１〜１６１３から入力される第２基本波の波長は１５９９ｎｍであるとする。
【０１８７】
非線形光学結晶１８３Ｄで発生した第１基本波の５倍波と第２基本波との和周波は、集光レンズ１８２Ｇを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｆにより反射され、光増幅器１６１２から出力され集光レンズ１８２Ｈを通過した波長１５９９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。
【０１８８】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＣＢＯ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｅでは、第１基本波の５倍波と第２基本波の２倍波との和周波（波長１７４．８ｎｍ）が得られる。なお、ＣＢＯ結晶１８３Ｅの代わりにＫＢＢＦ結晶を用いることも可能である。
【０１８９】
非線形光学結晶１８３Ｅで発生した第１基本波の５倍波と第２基本波の２倍波との和周波は、集光レンズ１８２Ｉを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｇにより反射され、光増幅器１６１３から出力され集光レンズ１８２Ｊを通過した波長１５９９ｎｍ（周波数ω２）の第２基本波と同軸に合成され、６段目の非線形光学結晶１８３Ｆに入射する。非線形光学結晶１８３Ｆでは、第１基本波の５倍波と第２基本波の３倍波との和周波（波長１５７．６ｎｍ）が得られる。なお、非線形光学結晶１８３Ｆには、擬似位相整合結晶である前述のＢＭＦ結晶が用いられる。なお、ここでも、ＢＭＦ結晶は、第２基本波（１５９９ｎｍ）と、第１基本波の５倍波と第２基本波の２倍波との和周波（１７４．８ｎｍ）という波長が著しく異なる２つの光を入射光としているため、ＢＭＦ結晶の周期Λを３μｍ程度とすることができ、ＢＭＦ結晶の製造が容易となる。
【０１９０】
以上詳細に述べたように、本第２の実施形態の光源装置では、波長が異なる２つの光（第１基本波、第２基本波）を入射光として、それらの波長の高調波以外の波長の光、を作り出すことができるようになるので、出力する光の波長の選択範囲を広げることができる。特に、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一の波長の光は、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器のみ、あるいは、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器のみから出力された光を基本波とする波長変換だけでは、作りだせない波長の光であったが、図１４に示される波長変換器１６３等を用いた波長変換によって、この波長の光を作り出すことが可能となった。
【０１９１】
なお、本実施形態の光源装置では、第１基本波を出力する光出力装置として、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器を用い、第２基本波を出力する光出力装置として、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器を用いた。イッテルビウムはエルビウムに比べて１０倍以上の高濃度添加が可能である。したがって、イッテルビウム・ドープ・ファイバは、エルビウム・ドープ・ファイバよりも短尺化することが可能となる。ファイバが短尺化されると、ラマン散乱、４光波混合が発生しにくくなるので、高いピークパワーを得ることが可能となり、ファイバ中で発生するＳＰＭ（自己位相変調）によるスペクトル拡がりの影響も少なくなる。以上のことから、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器では、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器よりも、発生する光の狭帯域化が容易となる。また、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器は、入射光の波長が１０６０ｎｍ以上では、４準位系に近いふるまいをするので、高出力化に有利である。したがって、本実施形態では、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器のみを用いる構成よりも、はるかに高出力かつ狭帯域の光を得ることが可能となる。
【０１９２】
なお、上述のイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器やエルビウム・ドープ光ファイバ増幅器から出力された光を基本波として波長変換を行う波長変換器１６３の構成の他の例が図１６〜図１８に示されている。
【０１９３】
このうち、図１６には、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器１９１１から出力された光（波長１１０３．２ｎｍ）を基本波として、１５７．６ｎｍの波長の光を出力する波長変換器１６３の構成が示されている。図１６に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１１０３．２ｎｍ（周波数ω）の基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の５５１．６ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０１９４】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した基本波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａで反射されるが、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａを透過し、集光レンズ１８２Ｂを介して非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。
【０１９５】
この２倍波がこの非線形光学結晶１８３Ｂを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの４倍、すなわち周波数４ω（波長は１／４の２７５．８ｎｍ）の４倍波が発生する。なお、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶やＣＢＯ結晶が用いられる。
【０１９６】
非線形光学結晶１８３Ｂで波長変換されずに透過した２倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂ、ミラー１８５Ｄで反射され、集光レンズ１８２Ｃを介してダイクロイック・ミラー１８５Ｅを透過する。また、非線形光学結晶１８３Ｂの波長変換で発生した４倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｂを透過し、ミラー１８５Ｃで反射された後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅで反射され、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅを透過した２倍波と同軸に合成され、非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、ＫＢＢＦ（ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２：Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｏｂｅｒｙｌｌａｔｅ）が用いられ、その結晶に入射した２倍波と４倍波との和周波発生により、６倍波（波長１８３．９ｎｍ）が得られる。
【０１９７】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した基本波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａ→ミラー１８５Ｆ→ミラー１８５Ｇで反射され、集光レンズ１８２Ｆを通過して、ダイクロイック・ミラー１８５Ｈを透過する。非線形光学結晶１８３Ｃで得られた６倍波は、集光レンズ１８２Ｅを通過後、ダイクロイック・ミラー１８５Ｈによって、その基本波と同軸に合成され、非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。
【０１９８】
４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、前述のＢａＭｇＦ４（ＢＭＦ）結晶が用いられ、基本波と６倍波との和周波発生により、７倍波（波長１５７．６ｎｍ）が得られる。ここでも、基本波と６倍波とが入射光となっているため、
ＢＭＦ結晶の周期Λを２．３μｍ程度として、その結晶の製造を容易とすることができる。なお、従来のように、４倍波と３倍波とを入射光とする場合には、ＢＭＦ結晶の周期Λを１μｍ程度にしなければならず、非常に製造が困難であった。なお、得られた７倍波は、集光レンズ１８２Ｇを通過し、波長変換器１６３から出力される。
【０１９９】
図１７には、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器１９１１から出力された光（波長１０９５ｎｍ）を基本波として、ｉ線の波長（３６５ｎｍ）の波長の光を出力する波長変換器１６３の構成が示されている。
【０２００】
図１７に示されるように、光増幅器１９１１から出力された波長１０９５ｎｍの基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射される。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の５４７．５ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０２０１】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した基本波と、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波とは、次段の波長板１８４でそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられる。そして、基本波のみ、その偏光方向が９０度回転するようになる。これにより、その基本波及び２倍波の偏光方向が一致するようになる。波長板１８４を通過した基本波と２倍波は、集光レンズ１８２Ｂを介した後に、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射する。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとして、例えばＬＢＯ結晶やＣＢＯ結晶が用いられる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、１段目の非線形光学結晶１８３Ａで発生した２倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶１８３Ａを透過した基本波との和周波発生により、３倍波（波長３６５．０ｎｍ）が得られる。そして、高出力かつ狭帯域の３倍波が集光レンズ１８２Ｃを介して出力される。
【０２０２】
図１８には、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器１６１１から出力された光（波長１５４６．９ｎｍ）を基本波として、１９３．４ｎｍの波長の光を出力する波長変換器１６３の構成が示されている。
【０２０３】
図１８に示されるように、光増幅器１６１１から出力された波長１５４６．９ｎｍ（周波数ω）の基本波は、集光レンズ１８２Ａを介して、１段目の非線形光学結晶１８３Ａに入射する。この基本波がこの非線形光学結晶１８３Ａを通過する際に、２次高調波発生により、その基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７３．５ｎｍ）の２倍波が発生する。この１段目の非線形光学結晶１８３Ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶が用いられ、その基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が使用される。
【０２０４】
非線形光学結晶１８３Ａで波長変換されずに透過した基本波と、非線形光学結晶１８３Ａの波長変換で発生した２倍波とは、次段の波長板１８４Ａでそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられる。そして、基本波のみ、その偏光方向が９０度回転するようになる。これにより、その基本波及び２倍波の偏光方向が一致するようになる。波長板１８４Ａを通過した基本波と２倍波は、集光レンズ１８２Ｂを介した後に、２段目の非線形光学結晶１８３Ｂに入射される。２段目の非線形光学結晶１８３Ｂとして、例えばＬＢＯ結晶が用いられるとともに、そのＬＢＯ結晶は１段目の非線形光学結晶（ＬＢＯ結晶）１８３Ａとは異なる温度でＮＣＰＭにより位相整合が行われる。この非線形光学結晶１８３Ｂでは、１段目の非線形光学結晶１８３Ａで発生した２倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶１８３Ａを透過した基本波との和周波発生により、３倍波（波長５１５．６ｎｍ）が得られる。
【０２０５】
次に、非線形光学結晶１８３Ｂで得られた３倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａ、集光レンズ１８２Ｃを介して、３段目の非線形光学結晶１８３Ｃに入射する。そして、この３倍波がこの３段目の非線形光学結晶１８３Ｃを通る際に、その３倍波の２次高調波発生により基本波の周波数ωの６倍、すなわち周波数６ω（波長は１／６の２５７．８ｎｍ）の６倍波が発生する。この３段目の非線形光学結晶１８３Ｃとしては、例えばβ−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶又はＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられる。
【０２０６】
非線形光学結晶１８３Ｃで得られた６倍波は、ミラー１８５Ｃにより反射されて集光レンズ１８２Ｅを通過する。そして、その６倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ａ→ミラー１８５Ｂ→集光レンズ１８２Ｄと迂回してきた基本波とダイクロイック・ミラー１８５Ｄにおいて同軸に合成され、４段目の非線形光学結晶１８３Ｄに入射する。４段目の非線形光学結晶１８３Ｄとしては、ＣｓＢ３Ｏ５（ＣＢＯ）結晶が用いられる。
【０２０７】
非線形光学結晶１８３Ｄで得られた７倍波とそれを透過した基本波とは、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅにより分離される。ここを透過した基本波は、ミラー１８５Ｆで反射され、波長板１８４Ｂ、集光レンズ１８２Ｆを通過してダイクロイック・ミラー１８５Ｈを透過する。そして、ダイクロイック・ミラー１８５Ｅで反射された７倍波は、ミラー１８５Ｇで反射され、集光レンズ１８２Ｇを通過してダイクロイック・ミラー１８５Ｈで反射される。そして、その基本波と７倍波は、ダイクロイック・ミラー１８５Ｈで同軸に合成され、５段目の非線形光学結晶１８３Ｅに入射する。なお、７倍波のビーム整形用として、集光レンズ１８２Ｇの代わりにシリンドリカルレンズ対を用いることも可能である。
【０２０８】
５段目の非線形光学結晶１８３Ｅとしては、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶が用いられ、基本波と７倍波との和周波発生により、８倍波（波長１９３．４ｎｍ）が得られる。
【０２０９】
なお、上記実施形態では、複数の光増幅器１６１１、１９１１などから出力された光を基本波として用いるため、それらのタイミングを調整する必要がある。そのため、各光増幅器のうちの少なくとも一部の増幅器と、波長変換器１６３との間には、その装置から波長変換器１６３へ入力される光の進行を所定時間遅延させる遅延装置が挿入されるようにしてもよいし、例えば、図１０のレーザ光源１６０Ａとレーザ光源１９０Ａにおいて、波長変換器１６３に入力される各基本波のタイミングを調整できるようにしてもよい。
【０２１０】
また、上記実施形態では、レーザ光源１６０Ａ、１９０Ａを連続光源としたが、パルス光源とすることもできる。かかる場合には、光アイソレータ１６０Ｂ、１９０Ｂと光増幅器１６１１、１９１１との間の電気光学変調器１６０Ｃ、１９０Ｃを配置しなければ、上記の実施形態に係る光源装置１６、１６’と同様の出力光を得ることができる。
【０２１１】
また、上記実施形態では、レーザ光源１６０Ａ、１９０ＡとしてＤＦＢレーザを使用したが、これに限定されるものではなく、他の半導体レーザを使用することができる。例えば、外部共振器構成の半導体レーザを使用することもできるし、また、分布反射型（ＤＢＲ）レーザ等の他の外部共振器構成でない半導体レーザを使用することもできるし、チタンサファイヤレーザや、イッテルビウム・ドープ・ファイバ・レーザ等のファイバ・レーザを使用することもできる。
【０２１２】
また、上記実施形態では、波長変換器から出力される光の波長をＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長、ｉ線の波長など特定の波長としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、波長変換器１６３における非線形光学結晶等の設定や、入射する光の波長の設定を変更することにより、９０ｎｍ〜８００ｎｍの任意の波長の光を出力することができる。その所定波長は、一例として、ウエハＷ上に転写すべきパターンのデザインルール（線幅、ピッチなど）に応じて決定するようにしてもよく、さらにはその決定に際して前述の露光条件や、レチクルＲの種類（位相シフト型か否か）などを考慮してもよい。
【０２１３】
また、上記実施形態では、波長変換器１６３に基本波を出力する光出力装置を全てファイバ光増幅器としたが、本発明はこれに限定されず、所望の波長の光を出力できる装置であれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等のレーザ光源であってもよい。
【０２１４】
また、図３に示される光増幅部１６１１において並列に配置される光ファイバ増幅器１６７の数は任意でよく、本発明に係る光源装置が適用される製品において要求される仕様に応じてその本数を決定すればよい。特に、光源装置として高出力を要求されない場合には、光ファイバ増幅器１６７の数を減らして、構成を簡略化することができる。なお、光ファイバ増幅器１６７を１つのみ含むように簡略化するときは、光分岐器１６６も不要となる。また、上記の実施形態では、光増幅器として光ファイバ増幅器１６７を使用したが、半導体光増幅器を使用することもできる。
【０２１５】
また、上記実施形態では、波長変換器１６３における非線形光学結晶として、ＣＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶などを使用したが、ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶の潮解性が問題となる場合には、周囲雰囲気を窒素や乾燥空気などでパージしたり、ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶を高温に温度調節してやればよい。
【０２１６】
また、上記実施形態では、本発明に係る光源装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、露光装置以外でデバイス製造工程などに用いられる装置、例えば、ウエハ上に形成された回路パターンの一部（ヒューズなど）を切断するために用いられるレーザリペア装置などにも本発明に係る光源装置を適用することができる。また、本発明は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に限らず、静止露光型、例えばステップ・アンド・リピート方式あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナー、例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置などにも適用できる。なお、上記実施形態の露光装置は、例えば特開平１０−２１４７８３号公報や国際公開ＷＯ９８／４０７９１号などに開示されているように、投影光学系を介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置と、ウエハアライメント系によるマーク検出が行われる計測位置（アライメント位置）とにそれぞれウエハステージを配置して、露光動作と計測動作とをほぼ並行して実行可能なツイン・ウエハステージタイプでも良い。
【０２１７】
また、上記実施形態では、本発明に係る光源装置が露光用照明光を発生する光源装置として使用される例を説明したが、露光用照明光とほぼ同一の波長の光を必要とする上述のレチクルアライメント用の光源装置、あるいは投影光学系の物体面又は像面に配置されるマークの投影像を検出して当該投影光学系の光学特性求める空間像検出系の光源装置等として使用することも可能である。
【０２１８】
なお、本発明の光源装置は、露光装置以外にも様々な装置に利用することができる。例えば、レーザ光を角膜に照射して表面のアブレーション（あるいは切開した角膜内部のアブレーション）を行い、角膜の曲率若しくは凹凸を矯正して近眼、乱視などの治療を行うレーザ治療装置に使用される光源装置として利用することができる。また、光学式検査装置等における光源装置としても、本発明の光源装置は利用可能である。
【０２１９】
また、本発明の光源装置は、上記の実施形態における投影光学系のような光学系の光学調整（光軸合わせ等）用又は検査用としても利用可能である。さらには、エキシマレーザを光源として有する各種装置において、エキシマレーザに置き換えて本発明の光源装置を適用できる。
【０２２０】
なお、図２に示された光源装置１６の構成は図１の露光装置１０における使用を前提としたものであって、光源装置１６は、図２の構成に限られるものではない。露光装置では、高精度な波長制御や光量制御等が必要となるが、例えば、露光装置以外で厳密な光量制御等が不要であれば、光量モニタや光量制御装置１６Ｃを設けなくともよい。
【０２２１】
次に、本実施形態の露光装置及び方法を使用したデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造について説明する。
【０２２２】
まず、設計ステップにおいて、デバイスの機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、マスク製作ステップにおいて、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ウエハ製造ステップにおいて、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
【０２２３】
次に、ウエハ処理ステップにおいて、上記のステップで用意されたマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成する。
【０２２４】
このウエハ処理ステップは、例えば、半導体デバイスの製造にあたっては、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打込みステップといったウエハプロセスの各段階の前処理工程と、後述する後処理工程を有している。前処理工程は、ウエハプロセスの各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【０２２５】
ウエハプロセスの各段階において、前処理工程が終了すると、レジスト処理ステップにおいてウエハに感光剤が塗布され、引き続き、露光ステップにおいて上記で説明した露光装置１０によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。次に、現像ステップにおいて露光されたウエハが現像され、引き続き、エッチングステップにおいて、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、レジスト除去ステップにおいて、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
【０２２６】
以上のようにして、前処理工程と、レジスト処理ステップからレジスト除去ステップまでの後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０２２７】
こうしてウエハ処理ステップが終了すると、組立ステップにおいて、ウエハ処理ステップにおいて処理されたウエハを用いてチップ化する。この組み立てには、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）やパッケージング工程（チップ封入）等の工程が含まれる。
【０２２８】
最後に、検査ステップにおいて、組立ステップで作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
【０２２９】
以上のようにして、精度良く微細なパターンが形成されたデバイスが、高い量産性で製造される。
【０２３０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の光源装置によれば、数段階の波長変換を経て出力レベルが減衰した基本波でなく、他の光出力装置から得られた基本波を用いて各段階の波長変換を実行することができるので、波長変換効率が向上し、光出力装置のピークパワーを抑制することができ、光出力装置から出力される光の波長をさらに狭帯域化することができる。
【０２３１】
また、本発明の光照射装置によれば、本発明の光源装置から射出された光を、照射光学系を介して対象物に照射するので、効率良く波長変換された光を対象物に照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の光源装置の内部構成を主制御装置とともに示すブロック図である。
【図３】図２の光増幅器を構成する光ファイバ増幅器及びその周辺部を、波長変換器の一部とともに概略的に示す図である。
【図４】波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図５】波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の他の例を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、波長変換器の構成の変形例（その１）を示す図、図６（ｂ）は、波長変換器の構成の変形例（その２）を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、波長変換器の構成の変形例（その３）を示す図、図７（ｂ）は、波長変換器の構成の変形例（その４）を示す図である。
【図８】波長１５７．６ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図９】ＱＰＭ素子の構造を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の光源装置の内部構成を主制御装置とともに示すブロック図である。
【図１１】図１１（ａ）は、波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例（その１）を示す図、図１１（ｂ）は、波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例（その２）を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例（その３）を示す図、図１２（ｂ）は、波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例（その４）を示す図である。
【図１３】波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例（その５）を示す図である。
【図１４】波長２４８ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図１５】波長１５７．６ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図１６】イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器から出力された光を基本波とし、波長１５７．６ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図１７】波長３６５ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【図１８】エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器から出力された光を基本波とし、波長１９３．４ｎｍの光が得られる波長変換器の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０…露光装置、１６…光源装置、１６’…光源装置、１６１１…光増幅器、１６１２…光増幅器、１９１１…光増幅器、１６３・・・波長変換器、１８３Ａ…非線形光学結晶、１８３Ｂ…非線形光学結晶、１８３Ｃ…非線形光学結晶、１８３Ｄ…非線形光学結晶、１８３Ｅ…非線形光学結晶、１８３Ｆ…非線形光学結晶、１８３’…ＱＰＭ素子。
Claims (26)
- 所定波長の光を発生させる光源装置であって、
前記所定波長とは異なる波長の光を出力する複数の光出力装置と；
前記複数の光出力装置のうちの異なる光出力装置各々から出力された光を基本波とする２つの光を入射光とする波長変換を含む複数段階の波長変換により前記所定波長の光を発生させる波長変換器と；を備える光源装置。 - 前記複数の光出力装置は、同一波長の光を出力する複数の装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、第１波長の光を出力する第１装置であり、前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、前記第１波長の光とは異なる第２波長の光を出力する第２装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
- 前記波長変換器における波長変換は、
前記第１装置から出力された第１波長の光のｍ倍波（ｍは自然数）と前記第２装置から出力された第２波長の光のｎ倍波（ｎは自然数）とを入射し、前記ｍ倍波及び前記ｎ倍波の和周波を発生させる波長変換を含むことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。 - 前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、光ファイバ増幅器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記複数の光出力装置のうちの少なくとも１つの装置は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器に入力される光の波長は１０６０ｎｍより大きいことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
- 前記第１装置は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であり、前記第２装置は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記波長変換器は、ＫｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長である２４８ｎｍ近傍の波長の光を発生させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記波長変換器は、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長である１９３ｎｍ近傍の波長の光を発生させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記波長変換器は、Ｆ２レーザの発振波長と略同一波長である１５７ｎｍ近傍の波長の光を発生させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記第１装置は、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器であり、前記第２装置は、ツリウム・ドープ・ファイバ増幅器及びホロミウム・ドープ・ファイバ増幅器の少なくとも一方であり、
前記波長変換器は、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一波長である１９３ｎｍ近傍の波長の光を発生させることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の光源装置。 - 所定波長の光を発生させる光源装置であって、
１０９９ｎｍ近傍の波長の光を増幅して基本波として出力するイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器と；
前記基本波をその７倍波に変換し、Ｆ２レーザの発振波長と略同一波長である１５７ｎｍ近傍の波長の光を発生させる波長変換器と；を備える光源装置。 - 所定波長の光を発生させる光源装置であって、
１０９５ｎｍ近傍の波長の光を増幅して基本波として出力するイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器と；
前記基本波をその３倍波に変換し、ｉ線の波長と略同一波長である３６５ｎｍ近傍の波長の光を発生させる波長変換器と；を備える光源装置。 - 所定波長の光を発生させる光源装置であって、
１５４７ｎｍ近傍の波長の光を基本波として出力する少なくとも１つの光出力装置と；
前記基本波とその６倍波との和周波である２２１ｎｍ近傍の波長の光を発生させる非線形光学素子としてＣｓＢ３Ｏ５結晶が用いられている波長変換器と；を備える光源装置。 - 前記波長変換器は、
複数の非線形光学素子を用いて波長変換を実行することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記複数の非線形光学素子のうち、少なくとも１つの非線形光学素子は、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４結晶であることを特徴とする請求項１７に記載の光源装置。
- 前記複数の非線形光学素子のうち、少なくとも１つの非線形光学素子は、擬似位相整合結晶であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の光源装置。
- 前記擬似位相整合結晶としてＫＴｉＯＰＯ４結晶とＬｉＮｂＯ３結晶との少なくとも一方が用いられることを特徴とする請求項１９に記載の光源装置。
- 前記擬似位相整合結晶として、ＢａＭｇＦ４結晶が用いられていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の光源装置。
- 前記ＢａＭｇＦ４結晶は、前記基本波と前記基本波のｍ倍波（ｍは自然数）との和周波を発生させることを特徴とする請求項２１に記載の光源装置。
- 前記各光出力装置のうちの少なくとも一部の装置と、前記波長変換器との間には、その装置から前記波長変換器へ入力される光の進行を所定時間遅延させる遅延装置が挿入されていることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記所定波長が９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９、１７〜２３のいずれか一項に記載の光源装置。
- 対象物に光を照射する光照射装置であって、
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光源装置と；
前記光源装置から射出された光を前記対象物に向けて射出する照射光学系と；を備える光照射装置。 - 前記対象物は、感光体であることを特徴とする請求項２５に記載の光照射装置。
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