JP2002223018A

JP2002223018A - レーザ波長の制御システム、及び、レーザ波長の制御方法

Info

Publication number: JP2002223018A
Application number: JP2001019134A
Authority: JP
Inventors: Susumu Miki; 晋三木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】波長又はスペクトル幅を測定する測定用光学系
に損傷を与えないこと。その測定用光学系の配置に制限
を与えないこと。【解決手段】レーザー発振器３から出力されるレーザー
６を高次高調波１３に変換する。高次高調波１３の物理
的性質に対応するレーザー６の物理的性質を測定するこ
とにより、高次高調波１３の物理的性質を間接的に測定
することができる。高次高調波の高いエネルギーを測定
器に入射させずにすむので、測定光学機器の損傷を防止
することができる。高調波は、多様に生成され、高調波
の物理的性質を測定することにより、より高精度に最終
出力高調波の物理的性質を間接的に測定することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ波長の制御
システム、及び、レーザ波長の制御方法に関し、特に、
基本波レーザーを高調波に変換してより短い波長のレー
ザーに変換するレーザ波長の制御システム、及び、レー
ザ波長の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザービームのより精細な集光が、レ
ーザー加工のために求められている。半導体集積回路
は、その高集積密度化が求められている。精細な集光と
高密度化のためには、レーザーの短波長化が必要であ
る。高集積密度化のためには、露光工程での高解像度化
が必須である。その高解像度化のためには、水銀ランプ
のｉ線（波長３６５ｎｍ）に代わることができるより波
長が短い露光装置用光源が必要である。そのような短波
長光源として、ＫｒＦエキシマ・レーザーが知られ、こ
のレーザーを用いたステッパが既に実用化されている。
ＫｒＦエキシマ・レーザーの波長は、２４８ｎｍであ
る。

【０００３】高気圧・放電励起ガス・レーザーである露
光用光源としてのエキシマ・レーザーは、そのガスの劣
化、励起管の電極の消耗、励起管・ガス循環系中の不純
物の堆積を回避することが困難であり、このため、メン
テナンスコストが非常に高い。更に、レーザー発振媒質
として使用されるフッ素ガスを安全管理するための排ガ
ス管理設備のメインテナンスコストが追加的にかかるだ
けでなく、メインテナンスのための放電チャンバーの開
放の際に放出される放電スパッター、塵がそのクリーン
ルームのクリーン度を低下させるという問題がある。

【０００４】２５６Ｍｂｉｔの次世代の１Ｇｂｉｔ容量
に対応する露光装置の光源用として開発が進められてい
るＡｒＦエキシマ・レーザーにも、既述の問題点が当然
にある。このような問題点を解決するために、最近は、
可視光〜近赤外光を発生する固体レーザーを基本波とし
て、非線形光学素子による波長変換を行うことにより、
紫外線レーザーを発生させるシステムの開発が進められ
ている。そのようなシステムは、特開２０００−１４７
５８３号で知られているように、基本波レーザーの高調
波、又は、さまざまな次数の高調波の和周波数混合によ
る高調波を生成する。

【０００５】このような紫外線レーザーがエキシマ・レ
ーザーに代替されるためには、その波長がエキシマ・レ
ーザーの波長２４８ｎｍに高精度に一致し、且つ、狭い
スペクトル幅を持つことが重要である。このような要請
に応じるために、インジェクション・シーディング法が
用いられる。インジェクション・シーディング法は、基
本波レーザのスペクトル幅を種光レーザ２の狭いスペク
トル幅に一致させる技術である。このような技術により
得られるスペクトル幅が狭いパルスレーザーは、これが
高精度に利用されるためには、その波長とスペクトル幅
が定常的に測定されモニタされる必要がある。露光機に
用いられるエキシマレーザーでは、波長校正用の蒸気ラ
ンプとスペクトル幅測定用のエタロンの組合せによる光
学的測定系でそのスペクトル幅がモニタされている。

【０００６】スペクトル幅と波長をモニタする公知技術
は、図４に示されるように、エキシマレーザーのような
紫外線レーザーを発振させる紫外レーザー装置１０１か
ら出力される紫外線レーザーを２つのビームスプリッタ
１０２，１０３で部分的に取り出して、それらをスペク
トル幅測定装置１０４、波長測定装置１０５に入射させ
て、そのスペクトル幅と波長をそれぞれに測定する。

【０００７】このような公知技術は、その光子エネルギ
ーが大きい紫外光がそのモニタ装置１０２，１０３を構
成する光学部品と検出素子に損傷を与え、高額である光
学部品と検出素子の寿命を強く制限する。このような制
限は、それらを頻繁に交換する手間の点で更に設備コス
トを向上させている。更に、紫外光は、光ファイバー中
の吸収損失が大きく、その光ファイバーに損傷を与え
る。波長測定用のマイケルソン干渉計、スペクトル幅測
定用のエタロン等から構成されるモニタ装置は、理想的
な環境に置かれる必要がある。そのような理想的な環境
は、レーザ発生装置に直結せずに、測定器の温度がロー
カルにコントロールされた場所に独立に配置されること
が好ましい。特に、光ファイバ伝送が困難な紫外レーザ
光を用いる場合、その理想的環境をレーザ発振器から離
れて設置することが困難になる。

【０００８】波長又はスペクトル幅を測定する測定用光
学系に損傷を与えないことが求められる。更に、その測
定用光学系の配置に制限を与えないことが求められる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、波長
又はスペクトル幅を測定する測定用光学系に損傷を与え
ないレーザ波長の制御システム、及び、レーザ波長の制
御方法提供することにある。本発明の他の課題は、その
測定用光学系の配置に制限を与えないレーザ波長の制御
システム、及び、レーザ波長の制御方法を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。

【００１１】本発明によるレーザ波長の制御システム
は、レーザー発振器（３）と、レーザー発振器（３）か
ら出力されるレーザー（６）を高次高調波（１３）に変
換する変換器（１２）と、高次高調波（１３）の物理的
性質に対応するレーザー（６）の物理的性質を測定する
測定器（８）とから構成されている。高次高調波（１
３）より波長が長い基本波又はより低次側の高調波の物
理的性質を測定することにより、高次高調波（１３）の
その物理的性質を間接的に測定することができ、測定器
の光学的損傷を抑制することができる。その物理的性質
は、レーザーの物理的諸性質のうちで特に重要な性質で
ある波長又はスペクトル幅である。

【００１２】レーザー発振器は、基本波レーザー（６）
を出力する基本波レーザー発振器（３）と、基本波レー
ザー（６）の物理的性質を誘導放出的に制御する種レー
ザー（２）を出力する種レーザー発振器（１）とを備え
ている。測定器（５）が種レーザー（１）の物理的性
質、特に、その波長を測定し、測定器（８）が基本波レ
ーザー（６）のスペクトル幅を測定することは好まし
い。

【００１３】変換器は、基本波レーザー（６）を高次高
調波（２８）よりも低次である低次高調波（２５）に変
換する第１変換器（９）と、低次高調波（２５）を高次
高調波（２８）に変換する第２変換器（２６）とを備え
ている。測定器（８ｂ）は、低次高調波（２５）の物理
的性質特にスペクトル幅を測定する。基本波よりも低次
である高調波の物理的性質は、基本波の物理的性質より
も、出力波である高次高調波（２８）の物理的性質によ
り近い。

【００１４】レーザー発振器は、基本波レーザー（６
Ａ，６Ｂ）を出力する基本波レーザー発振器（３Ａ，３
Ｂ）と、基本波レーザー（６Ａ，６Ｂ）の物理的性質
（特にその波長）を誘導放出的に制御する種レーザー
（２Ａ，２Ｂ）を出力する種レーザー発振器（１Ａ，１
Ｂ）とを備えている。基本波レーザー発振器（３Ａ，３
Ｂ）は、第１基本波レーザー（６Ａ）を発生する第１基
本波レーザー発振器（３Ａ）と、第２基本波レーザー
（６Ｂ）を発生する第２基本波レーザー発振器（３Ｂ）
とを備えている。種レーザー発振器は、第１基本波レー
ザー（６Ａ）の物理的性質（特に波長）を誘導放出的に
制御する第１種レーザー（２Ａ）を出力する第１種レー
ザー発振器（１Ａ）と、第２基本波レーザー（６Ｂ）の
物理的性質（特に波長）を誘導放出的に制御する第２種
レーザー（２Ｂ）を出力する第２種レーザー発振器（１
Ｂ）を備えている。出力波である高次高調波（２８）
は、第１基本波レーザー（６Ａ）の高調波（２７）と第
２基本波レーザー（６Ｂ）又はその高調波（図示され
ず）との和周波数混合により形成されることが好まし
い。第１基本波レーザー（６Ａ）の高調波は、第２基本
波レーザー発振器（３Ｂ）を励起することが同期性を担
保する点で好ましい。この場合、測定器（８Ｂ）は、第
２基本波レーザー（６Ｂ）の物理的性質（特に、スペク
トル幅）を測定することが特に好ましい。

【００１５】変換器は、第１基本波レーザー（６Ａ）を
第２高調波（２５）に変換する第１変換器（９）と、第
２高調波（２５）を第３高調波（２７）に変換する第２
変換器（２３）とを備え、高次高調波（２８）は、第３
高調波（２７）と第２基本波レーザー（６Ｂ）又はそれ
の高調波（図示されず）の和周波数混合により形成され
ている。この場合にも、測定器（８Ａ）は、第１基本波
の物理的性質（特にスペクトル幅）を測定することが特
に好ましい。

【００１６】レーザー発振器の出力の一部を測定器
（５，８）に伝送する光ファイバー（３４，３７）が追
加される。光ファイバー（３４）は、種レーザー（２）
の一部を波長測定器（５）に伝送し、光ファイバー（３
７）は、基本波レーザー（６）の一部をスペクトル幅測
定器（８）に伝送する。光ファイバー（３４，３７）
は、波長測定器（５）とスペクトル幅測定器（８）とを
最もよい離隔的環境に置くために好都合である。

【００１７】本発明によるレーザ波長の制御方法は、レ
ーザー（６）を高調波（１３）に変換すること、そのレ
ーザー（６）の物理的性質を測定することとから構成さ
れている。高調波（１３）の物理的性質の測定でなく基
本波であるレーザー（６）の対応物理的性質を測定する
ことにより、低エネルギーレーザーの物理的性質の測定
により、光学素子の損傷を抑制することができる。種レ
ーザーにより誘導して基本波レーザーを誘導放出し、基
本波レーザーを高調波に変換し、高調波を更に高次高調
波に変換する。種レーザーの物理的性質を測定する。種
レーザーの物理的性質は、高次高調波の物理的性質に量
的に対応している。物理的性質は、特には、波長又はス
ペクトル幅である。

【００１８】第１種レーザー（２Ａ）により誘導して第
１基本波レーザー（６Ａ）を誘導放出すること、第２種
レーザー（２Ｂ）により誘導して第２基本波レーザー
（６Ｂ）を誘導放出すること、第１基本波レーザー（６
Ａ）を高調波（２５）に変換すること、高調波（２５）
を高次高調波（２７）に変換すること、高次高調波（２
７）と第２基本波レーザー（６Ｂ）とに基づく和周波数
混合により紫外線レーザー（２８）を発生することが追
加される。この場合、第１種レーザー（２Ａ）と高調波
（２５）と高次高調波（２７）から選択される波の物理
的性質が量的に測定される。２基本波レーザー（６Ｂ）
の物理的性質も量的に測定される。

【００１９】

【発明の実施の形態】図に対応して、本発明によるレー
ザ波長の制御システムの実施の形態は、レーザ発振器が
種光レーザ発振器とともに設けられている。その種光レ
ーザ発振器１から出力される種光レーザ２は、図１に示
されるように、固体レーザ発振器である基本波レーザ発
振器３にその光軸線上で入射する。種光レーザ発振器１
は、波長安定性が優れた連続波レーザを出力する半導体
レーザ発振器であり、基本波レーザ発振器３はパルスレ
ーザをＱスイッチにより発振して瞬時的に出力する固体
レーザ発振器である。種光レーザ発振器１と基本波レー
ザ発振器３との間の種光レーザ２の光軸に、ビームスプ
リッタ４が介設され、種光レーザ２の一部分が基本波レ
ーザ発振器３に入射する。

【００２０】ビームスプリッタ４で分割される種光レー
ザ２の他の部分は、連続波波長測定器５に入射する。連
続波波長測定器５として、高性能波長測定が可能である
公知のマイケルソン型干渉計が好適に用いられ得る。基
本波レーザ発振器３の発振光軸に一致して同軸に注入さ
れる種光レーザ２の波長と基本波レーザ発振器３の共振
器長とが共振可能関係にあり、且つ、両レーザの波長域
が完全にオーバーラップしているとき、インジェクショ
ン・シーディング法と呼ばれる公知技術により、基本波
レーザ発振器３の出力レーザ波長を種光レーザ光２の波
長と一致させるとともに、基本波レーザ発振器３が出力
するレーザを単一モード化して狭いスペクトル幅にする
ことができる。

【００２１】このように同軸性と共振性と波長の同一性
が充足されていれば、基本波レーザ発振器３をＱスイッ
チ法でパルス動作させることにより、基本波レーザ発振
器３から種光レーザ２の波長とスペクトル幅にそれぞれ
に一致する波長とスペクトル幅を持った単一縦モードの
パルスレーザを基本波レーザ発振器３により発振させる
ことができる。

【００２２】基本波レーザ発振器３から出力しスペクト
ル幅が狭いパルスレーザ６は、その光路上に配置されて
いるビームスプリッタ７によりその一部分が取り出され
て、スペクトル幅測定器８に入射する。スペクトル幅測
定器８は、高精度にそのスペクトル幅を検出することが
できる公知のエタロン板型スペクトル幅検出器が好適に
用いられ得る。そのエタロン板型スペクトル幅検出器
は、２枚の高反射率・高平行度を持った２枚の対向ミラ
ーで構成され、ミラー間で多重反射するレーザ波が形成
する複数の干渉縞の幅と間隔に基づいて、そのスペクト
ル幅を計算により検出する公知装置である。

【００２３】ビームスプリッタ７を透過するパルスレー
ザ６の大部分は、第１段目高調波発生用結晶素子９に入
射する。高調波発生素子は、高調波発生用非線形結晶に
より形成されている。高調波発生用非線形結晶は、入射
光の波長を素子内で２分の１波長等に変換して出力する
ことができる公知の非線形光学素子である。第１段目高
調波発生用結晶素子９により波長変換を受けた第２高調
波化レーザ１１は、次段の第２段目高調波発生用結晶素
子１２に入射して更に２分の１波長に変換され、図１
（ａ）に示されるように、第４高調波化レーザ１３を出
力する。

【００２４】同図（ｂ）に示されるように、第１段目高
調波発生用結晶素子９から出力される第２高調波化レー
ザ１１に基本波レーザ発振器３が直接に出力する基本波
レーザであるパルスレーザ６を第２段目高調波発生用結
晶素子１２に導入して第２高調波化レーザ１１とパルス
レーザ６とを重合すれば、第２段目高調波発生用結晶素
子１２から第３高調波化レーザ１４が出力される。同図
（ｃ）に示されるように、第２段目高調波発生用結晶素
子１２の次段に第３段目高調波発生用結晶素子１５が更
に追加され、第３高調波化レーザ１４にパルスレーザ６
が更に重合されれば、第３高調波化レーザ１４とパルス
レーザ６とが重合されて、第３段目高調波発生用結晶素
子１５から第５高調波化レーザ１６が出力される。な
お、いずれの図においても、結晶に入射した高調波変換
前の未変換光の残りが変換後の高調波と共に混合して出
力される。これらの残り光が次の高調波変換に使用され
ない場合には、そのまま、高調波として分離して捨て去
ることになる。このような波長の異なる光を分離するに
は波長毎にミラーの透過と反射で光分離を行うダイクロ
イックミラーが使われるが、ここではその表記は省略さ
れている。

【００２５】基本波レーザーであるパルスレーザ６とし
て、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーが用いられる場合、このレー
ザーは、その波長が１０６４ｎｍであり、赤外レーザー
である。波長が１０６４ｎｍである赤外レーザーのパル
スレーザー６は、第１段目高調波発生用結晶素子９に入
射し第２高調波化レーザ１１になって第１段目高調波発
生用結晶素子９から出力する。第２高調波化レーザ１１
の波長は、パルスレーザー６の波長の２分の１であり、
５３２ｎｍである。波長が５３２ｎｍである青緑のレー
ザーの第２高調波化レーザ１１は、第２段目高調波発生
用結晶素子１２に入射し、第４高調波化レーザ１３にな
って第２段目高調波発生用結晶素子１２から出力する。
第４高調波化レーザ１３の波長は、第２高調波化レーザ
１１の波長の２分の１であり、２６６ｎｍであり、紫外
光である。

【００２６】このように正確に整数倍化される物理量
は、波長ではなく振動数である。入射光の振動数νｃｏ
ｎｖと変換光の振動数νｉｎの関係は、次式で表され
る。 νｃｏｎｖ＝２νｉｎ大気中では、入射光の波長と変換光の波長との間には、
厳密な整数倍関係はない。屈折率を持つ大気中では、入
射光の波長λｉｎと入射光の振動数νｉｎとの間には、
次式の関係がある。 λｉｎ＝ｃ／ｎｉｎνｉｎ屈折率を持つ大気中では、変換光の波長λｃｏｎｖと変
換光の振動数νｃｏｎｖとの間には、次式の関係があ
る。 λｃｏｎｖ＝ｃ／ｎｃｏｎｖνｃｏｎｖここで、ｃは光速である。波長毎の大気屈折率が分かっ
ていれば、入射光の波長と変換光の波長は、正確に知ら
れる。このような屈折率の波長依存は、実際には、大気
圧、温度、湿度等の環境パラメータにより影響される
が、公開されている高精度のデータベースのデータに基
づいて、波長の構成を行うことが可能である。

【００２７】図１（ｂ）に示されるように、第１段目高
調波発生用結晶素子９に入射するパルスレーザ６の一部
は、第１段目高調波発生用結晶素子９から出射して第２
段目高調波発生用結晶素子１２に入射する。第１段目高
調波発生用結晶素子９から出力する第２高調波化レーザ
１１は、第２段目高調波発生用結晶素子１２でパルスレ
ーザ６と和周波混合する。即ち、第２高調波化レーザ１
１の振動数とパルスレーザ６の振動数の和である振動数
を持った和周波混合レーザーが、第３高調波化レーザ１
４として第２段目高調波発生用結晶素子１２から出力す
る。第３高調波化レーザ１４の振動数ν’ｃｏｎｖは、
第２高調波化レーザ１１の振動数νｉｎ１とパルスレー
ザ６の振動数νｉｎ２との和として、次式で表される。

【００２８】ν’ｃｏｎｖ＝νｉｎ１＋νｉｎ２真空中では、第３高調波化レーザ１４の波長λ’ｃｏｎ
ｖは、次式で表される。 λ’ｃｏｎｖ＝λｉｎ１・λｉｎ２／（λｉｎ１＋λｉ
ｎ２）パルスレーザ６として既述の１０６４ｎｍが用いられる
場合、第３高調波化レーザ１４の波長λ’は、上式から
３５５ｎｍが計算される。

【００２９】図１（ｃ）に示されるように、第３高調波
化レーザ１４とパルスレーザ６とが和周波混合して、第
３段目高調波発生用結晶素子１５から第５高調波化レー
ザ１６が出力する。第５高調波化レーザ１６の波長は、
既述の式から計算され得て、基本波長１０６４ｎｍの５
分の１の２１３ｎｍである（１／５＝１／｛１／（１／
２）＋１／（１／３）｝。

【００３０】波長変換後のレーザーのスペクトル幅は、
波長変換前のレーザーのスペクトル幅に対して、その入
力光の強度、非線形結晶の波長の広がりに対する許容値
により変化する。そのような変化に対する校正は、厳密
な予測計算、変換前後のスペクトル幅の測定に基づいて
可能であるが、極めて高い測定精度を要求される場合、
紫外変換後のスペクトル幅をモニタすることは回避しが
たい。しかしながら、スペクトル幅に関する要求として
は、それがある許容値範囲に入っていれば、使用可能で
あることが多い。スペクトル幅を光周波数のばらつきで
ある波長誤差を考慮して、入射２波長の光周波数の分散
をδνｉｎ１と、δνｉｎ２で表して、それらの２ビー
ムの足し合わせ時の変換ビームのスペクトル幅は、それ
らの分散を用いて、次式で表されるように概算的に見積
もることができる。

【００３１】 δνｃｏｎｖ＝（δνｉｎ１^２＋δνｉｎ２^２）^１／２このような概算的見積もりは、変換効率の非線形性と結
晶の波長許容幅を考慮すれば、波長変換後のスペクトル
幅よりも広くなる傾向があることが本発明者により確認
されている。既述の分散に基づく概算は、安全再度の見
積もりである。種光レーザ２のスペクトル幅の測定と、
パルスレーザ６のスペクトル幅の測定とは、最終的な波
長変換の後の紫外光の波長とスペクトル幅の計測の省略
を可能にする。

【００３２】基本波レーザ発振器３としては、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザー、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓレーザー、Ｎｄ：ＹＬ
Ｆ、Ｎｄ：ＹＶＯ４のようなＮｄレーザー、Ｅｒ：ＹＡ
Ｇ、Ｅｒ：ＧｌａｓｓのようなＥｒレーザー、又は、ア
レキサンドライドレーザー、Ｔｉ−Ｓレーザー、ＯＰＯ
レーザーのような広域波長変換可能であるチューナブル
レーザーが好適に用いられ得る。

【００３３】半導体素子製造のために開発が進んでいる
波長２４８ｎｍ、又は、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザーに代替して本発明による波長変換レーザーを用いる
場合、基本波レーザ発振器３としては、波長可変である
Ｔｉ−Ｓレーザー又はアレキサンドライドレーザーが好
適である。Ｔｉ−Ｓレーザーは、６７０〜１０７０ｎｍ
程度の範囲でレーザー発振が可能であり、アレキサンド
ライドレーザーでは、７００〜８１８ｎｍ程度の範囲で
レーザー発振が可能である。どちらのレーザーを用いる
場合にも、７４４ｎｍのレーザー発振を行うことにより
その３倍高調波として２４８ｎｍを得ることができ、７
７２ｎｍのレーザー発振を行うことによりその４倍高調
波として１９３ｎｍの紫外光を得ることができる。

【００３４】このように生成される高調波の紫外レーザ
ーの波長とスペクトル幅は、直接には測定されず、紫外
領域よりも赤外領域により近い波長領域のレーザーの波
長とスペクトル幅が直接に測定される。種光、より低次
の高調波の物理的性質である波長とスペクトル幅は、よ
り高次の高調波の物理的性質である波長とスペクトル幅
に高精度に量的に対応する。紫外領域よりも赤外領域に
より近い波長領域のレーザーの波長とスペクトル幅の直
接的測定は、紫外領域のレーザーの波長とスペクトル幅
の間接的測定である。このような直接的測定は、その間
接的測定に高精度に量的に対応する。

【００３５】このような測定を断続的に継続することに
より、紫外出力レーザーの波長とスペクトル幅をモニタ
ーすることができる。種光は連続発振により出力されて
いるので、種光のモニタは、連続的であり得る。モニタ
リングにより、波長とスペクトルが不適正範囲にある時
間帯では、オペレータは基本波レーザーを発振させず、
又は、発振させた基本波レーザーをシャッターで止めて
使用しない。波長とスペクトルの微妙な変動があった場
合に、その波長とスペクトル幅を矯正する公知の波長．
スペクトル幅一定化光学装置にその変動分をフィードバ
ックすることは可能である。

【００３６】図２は、本発明によるレーザ波長の制御シ
ステムの実施の他の形態を示し、特に、和周波混合の実
施例を示している。本実施の形態は、特開２０００−１
４７５８３号の改良である。本実施の形態の第１種光レ
ーザ発振器１Ａ、第１種光レーザー２Ａ、第１基本波レ
ーザ発振器３Ａ、第１ビームスプリッタ４Ａ、第１連続
波波長測定器５Ａ、第１パルスレーザ６Ａ、第２ビーム
スプリッタ７Ａ、第１スペクトル幅測定器８Ａ、第１段
目高調波発生用結晶素子９は、それぞれにそのままで、
図１の既述の種光レーザ発振器１、種光レーザー２、基
本波レーザ発振器３、ビームスプリッタ４、連続波波長
測定器５、パルスレーザ６、ビームスプリッタ７、スペ
クトル幅測定器８、第１段目高調波発生用結晶素子９に
一致し、光学的接続関係で対応している。

【００３７】第２種光レーザ発振器１Ｂが、第３ビーム
スプリッタ４Ｂとともに追加されている。第２種光レー
ザ発振器１Ｂは、第２種光レーザー２Ｂを出力する。第
２種光レーザー２Ｂの一部は、第３ビームスプリッタ４
Ｂで分割され、追加されている第２連続波波長測定器５
Ｂに入射する。本実施の形態では、第２基本波レーザ発
振器３Ｂが、更に追加されている。第２種光レーザ２Ｂ
の他の部分は、追加されている第４ビームスプリッタ２
１を透過して、第２基本波レーザ発振器３Ｂに入射す
る。第２基本波レーザ発振器３Ｂは、第２基本波である
第２パルスレーザ６Ｂを出力する。

【００３８】第１パルスレーザ６Ａの他の一部は、第２
ビームスプリッタ７Ａを透過して第１段目高調波発生用
結晶素子９に入射する。第１パルスレーザ６Ａの他のそ
の一部は、第１段目高調波発生用結晶素子９を通過して
通過第２パルスレーザー２４として第１段目高調波発生
用結晶素子９からそのままに出力される。第１段目高調
波発生用結晶素子９は、第１パルスレーザ６Ａの更に他
の一部を第２高調波化レーザ２５に変換し、第２高調波
化レーザ２５は第１段目高調波発生用結晶素子９から出
力される。

【００３９】第１段目高調波発生用結晶素子９は、第１
和周波数混合第３高調波発生用結晶素子２３に第５ビー
ムスプリッタ２２を介して光学的に接続している。通過
第２パルスレーザー２４と第２高調波化レーザ２５と
は、第５ビームスプリッタ２２を透過して、第１和周波
数混合第３高調波発生用結晶素子２３に入射する。通過
第２パルスレーザー２４と第２高調波化レーザ２５と
は、第１和周波数混合第３高調波発生用結晶素子２３で
和周波数混合する（それらの振動数が足し加えられ
る。）。

【００４０】本実施の形態では、更に、第２和周波数混
合高調波発生用結晶素子２６が追加されている。第１和
周波数混合第３高調波発生用結晶素子２３は、第６ビー
ムスプリッタ３１を介して、第２和周波数混合高調波発
生用結晶素子２６に光学的に接続している。第１和周波
数混合第３高調波発生用結晶素子２３で和周波数混合し
た第１和周波数混合レーザー２７は、第６ビームスプリ
ッタ３１を透過して、第２和周波数混合高調波発生用結
晶素子２６に入射する。

【００４１】第２高調波化レーザ２５の一部又は通過第
２パルスレーザー２４の一部は、第５ビームスプリッタ
２２で分割され第４ビームスプリッタ２１で反射して、
第２基本波レーザ発振器３Ｂに入射する。第２基本波レ
ーザ発振器３Ｂは、第２基本波である第２パルスレーザ
６Ｂを出力する。本実施の形態では、第２スペクトル幅
測定器８Ｂが更に追加されている。第２パルスレーザ６
Ｂの一部は、第７ビームスプリッタ７Ｂで反射し分割さ
れて第２スペクトル幅測定器８Ｂに入射する。

【００４２】第２パルスレーザ６Ｂの他の一部は、第７
ビームスプリッタ７Ｂを透過し、第６ビームスプリッタ
３１で反射し、第１和周波数混合レーザー２７に合流し
て第２和周波数混合高調波発生用結晶素子２６に入射す
る。第２パルスレーザ６Ｂの一部と第１和周波数混合レ
ーザー２７は、第２和周波数混合高調波発生用結晶素子
２６で和周波混合する。第２和周波数混合高調波発生用
結晶素子２６は、第２パルスレーザ６Ｂと第１和周波数
混合レーザー２７とが和周波混合した第２和周波数混合
レーザー２８を出力する。

【００４３】第１基本波レーザ発振器３Ａとして、出力
波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザーが好適に用いられて
いる。第２基本波レーザ発振器３Ｂとして、ＯＰＯレー
ザー又はＴｉ−Ｓレーザーが用いられている。第１種光
レーザ発振器１Ａとして、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレ
ーザーが用いられている。第２種光レーザ発振器１Ｂと
して、波長８２８ｎｍのＯＰＯレーザーが用いられてい
る。インジェクション・シーディング法により、第２基
本波レーザ発振器３Ｂの出力レーザのスペクトル幅は、
第２種光レーザ発振器１Ｂの狭いスペクトル幅に一致
し、且つ、第２基本波レーザ発振器３Ｂが出力するレー
ザは単一モード化している。

【００４４】第２基本波レーザ発振器３Ｂの励起には、
第５ビームスプリッタ２２と第４ビームスプリッタ２１
とを介して第２基本波レーザ発振器３Ｂに入力する第２
高調波化レーザ２５又は通過第２パルスレーザー２４が
用いられている。第１種光レーザー２Ａの波長を第１連
続波波長測定器５Ａが測定することにより、第１パルス
レーザ６Ａの波長が間接的に、且つ、高精度に測定され
る。第２種光レーザー２Ｂの波長を第２連続波波長測定
器５Ｂが測定することにより、第２パルスレーザ６Ｂの
波長が間接的に、且つ、高精度に測定される。

【００４５】第２スペクトル幅測定器８Ｂは、第５ビー
ムスプリッタ２２と第４ビームスプリッタ２１と介して
第２基本波レーザ発振器３Ｂに入力し、第２基本波レー
ザ発振器３Ｂで発生する波長８２８ｎｍの第２基本波６
Ｂのスペクトル幅を測定する。第２和周波数混合レーザ
ー２８のスペクトル幅は、第２スペクトル幅測定器８Ｂ
の測定と第１パルスレーザ６Ａを第１スペクトル幅測定
器８Ａが測定することによって間接的に測定され得る。
このような測定により、第２和周波数混合高調波発生用
結晶素子２６の波長測定は省略され得る。

【００４６】５３２ｎｍの第２高調波化レーザ２５と１
０６４ｎｍの通過第２パルスレーザー２４との和周波数
混合により、３５５ｎｍの第１和周波数混合レーザー２
７が第１和周波数混合第３高調波発生用結晶素子２３で
生成される。第１和周波数混合第３高調波発生用結晶素
子２３で生成される第１和周波数混合レーザー２７は、
第２和周波数混合高調波発生用結晶素子２６で８２８ｎ
ｍの第２パルスレーザ６Ｂに和周波混合して、第２和周
波数混合高調波発生用結晶素子２６は２４８ｎｍ（＝３
５５・８２８／（３５５＋８２８））の紫外線パルス２
８を出力する。第２連続波波長測定器５Ｂは、第１連続
波波長測定器５Ａにより兼用され得る。

【００４７】複数の基本波レーザーと複数の種レーザー
を用いることにより、波長とスペクトル幅をより高精度
に安定化することができ、且つ、高調波発生器で発生す
るエネルギーロス分を補充して、出力を増大させること
ができる。一方の基本波又はその高調波を他方の基本波
の励起用に用いることにより、和周波数混合の同期性を
担保することができる。

【００４８】図３は、本発明によるレーザ波長の制御シ
ステムの実施の更に他の形態を示している。種光レーザ
発振器１から出力される種光レーザ２が基本波レーザ発
振器３に入射し、種光レーザ発振器１と基本波レーザ発
振器３との間の種光レーザ２の光軸にビームスプリッタ
４が介設され、種光レーザ２の一部分が基本波レーザ発
振器３に入射し、ビームスプリッタ４で分割される種光
レーザ２の他の部分が連続波波長測定器５に入射する点
は、図１に示される既述の実施の形態に同じである。基
本波レーザ発振器３が出力するパルスレーザ６の一部が
ビームスプリッタ７により分割されスペクトル幅測定器
８に入射し、種光レーザ２の他の部分が連続波波長測定
器５に入射する点は、図１に示される既述の実施の形態
に同じである。

【００４９】ビームスプリッタ４と連続波波長測定器５
との間の光学路として、第１光ファイバー３４が用いら
れている点は、既述の実施の形態と異なる。第１光ファ
イバー３４の両端には、光学的接続器３２，３３が固着
されている。種光レーザ２の一部は、ビームスプリッタ
４で反射して光学的接続器３２に入射し、第１光ファイ
バー３４に案内されて光学的接続器３３から連続波波長
測定器５に入射する。

【００５０】ビームスプリッタ７とスペクトル幅測定器
８との間の光学路として、第２光ファイバー３７が用い
られている点は、既述の実施の形態と異なる。第２光フ
ァイバー３７の両端には、光学的接続器３５，３６が固
着されている。パルスレーザ６の一部は、ビームスプリ
ッタ７で反射して光学的接続器３５に入射し、第２光フ
ァイバー３７に案内されて光学的接続器３６からスペク
トル幅測定器８に入射する。

【００５１】紫外光は、光ファイバー内でその吸収損失
が大きいが、赤外光は光ファイバー内でその吸収損失が
より小さい。連続波波長測定器５とスペクトル幅測定器
８は、それらが配置される環境によりそれらの高精度測
定能力が劣化する。エタロン板、マイケルソン干渉計等
から構成される連続波波長測定器５とスペクトル幅測定
器８は、温度、湿度、振動などの点で非常に安定した環
境に置かれる必要がある。種光レーザ発振器１、基本波
レーザ発振器３、第２段目高調波発生用結晶素子１２等
から構成される高調波生成光学系は、第４高調波化レー
ザ１３が用いられるレーザ発振器本体もしくは生産・加
工位置の近辺に置かれる。連続波波長測定器５とスペク
トル幅測定器８が置かれている安定環境エリア３８は、
通常、第２段目高調波発生用結晶素子１２から離れて設
置が可能である。共に赤外光であるパルスレーザ６と種
光レーザ２は、吸収損失が小さい光ファイバー３４，３
７を通して離れて設置した安定環境エリア３８まで低損
失で伝送される。

【００５２】このような紫外線レーザーは、既述の露光
機のため以外にも高出力加工機への適用が求められてい
る。

【００５３】

【発明の効果】本発明によるレーザ波長の制御システ
ム、及び、レーザ波長の制御方法は、高調波化レーザー
の物理的性質の測定が、種光レーザー又は基本波レーザ
ーの物理的性質の測定により間接的に行われ、高調波化
レーザーの物理的性質を直接に測定する光学機器を損傷
することから免れることができる。更には、種光レーザ
ーの物理的性質はより正確に測定することができ、種光
レーザーが基本波レーザーを誘導放出的に発振させるの
で、基本波レーザーの物理的性質は高精度に種光レーザ
ーの物理的性質に対応している。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるレーザ波長の制御システ
ムの実施の形態を示す光学的回路図である。

【図２】図２は、本発明によるレーザ波長の制御システ
ムの実施の他の形態を示す光学的回路図である。

【図３】図３は、本発明によるレーザ波長の制御システ
ムの実施の更に他の形態を示す光学的回路図である。

【図４】図４は、公知の光学装置を示す光学的回路図で
ある。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ…種レーザー発振器２，２Ａ，２Ｂ…種レーザー発振器３，３Ａ，３Ｂ…基本波レーザー発振器５…測定器（波長測定器）６，６Ａ，６Ｂ…レーザー（基本波レーザー）８，８Ｂ，８Ａ…測定器（スペクトル幅測定器）９…第１変換器１２…変換器１３…高調波（高次高調波）２５…高調波（低次高調波、第２高調波）２６…第２変換器２７…高調波（第３高調波）２８…高次高調波（紫外線レーザー）３４，３７…光ファイバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー発振器と、前記レーザー発振器から出力されるレーザーを高次高調
波に変換する変換器と、前記高次高調波の物理的性質に対応する前記レーザーの
物理的性質を測定する測定器とを含むレーザ波長の制御
システム。
【請求項２】前記物理的性質は、前記レーザーの波長又
は前記レーザーのスペクトル幅である請求項１のレーザ
波長の制御システム。
【請求項３】前記レーザー発振器は、基本波レーザーを出力する基本波レーザー発振器と、前記基本波レーザーの前記物理的性質を誘導放出的に制
御する種レーザーを出力する種レーザー発振器とを備
え、前記測定器は、前記種レーザーの物理的性質を測定する
請求項１又は２のレーザ波長の制御システム。
【請求項４】前記変換器は、前記基本波レーザーを前記高次高調波よりも低次である
低次高調波に変換する第１変換器と、前記低次高調波を前記高次高調波に変換する第２変換器
とを備え、前記測定器は、前記低次高調波の前記物理的性質を測定
する請求項１又は２のレーザ波長の制御システム。
【請求項５】前記レーザー発振器は、基本波レーザーを出力する基本波レーザー発振器と、前記基本波レーザーの前記物理的性質を誘導放出的に制
御する種レーザーを出力する種レーザー発振器とを備
え、前記基本波レーザー発振器は、第１基本波レーザーを発生する第１基本波レーザー発振
器と、第２基本波レーザーを発生する第２基本波レーザー発振
器とを備え、前記種レーザー発振器は、前記第１基本波レーザーの前記物理的性質を誘導放出的
に制御する第１種レーザーを出力する第１種レーザー発
振器と、前記第２基本波レーザーの前記物理的性質を誘導放出的
に制御する第２種レーザーを出力する第２種レーザー発
振器を備え、前記高次高調波は、前記第１基本波レーザーの高調波と
前記第２基本波レーザー又は前記第２基本波レーザーの
高調波との和周波数混合により形成されている請求項１
又は２のレーザ波長の制御システム。
【請求項６】前記第１基本波レーザーの高調波は、前記
第２基本波レーザー発振器を励起する請求項５のレーザ
波長の制御システム。
【請求項７】前記測定器は、前記第２基本波レーザーの
高調波の前記物理的性質を測定する請求項６のレーザ波
長の制御システム。
【請求項８】前記変換器は、第１基本波レーザーを第２高調波に変換する第１変換器
と、前記第２高調波を第３高調波に変換する第２変換器とを
備え、前記高次高調波は、前記第３高調波と前記第２基本波レ
ーザーの和周波数混合により形成されている請求項６の
レーザ波長の制御システム。
【請求項９】前記測定器は、前記第１基本波の前記物理
的性質を測定する請求項８のレーザ波長の制御システ
ム。
【請求項１０】前記測定器は、第２基本波レーザーの前
記物理的性質を測定する請求項８又は９のレーザ波長の
制御システム。
【請求項１１】前記レーザー発振器の出力の一部を前記
測定器に伝送する光ファイバーを更に含む請求項１又は
２のレーザ波長の制御システム。
【請求項１２】前記種レーザーの一部を前記測定器に伝
送する光ファイバーを更に含む請求項３のレーザ波長の
制御システム。
【請求項１３】レーザーを高調波に変換すること、前記レーザーの物理的性質を測定することとを含むレー
ザ波長の制御方法。
【請求項１４】種レーザーにより誘導して基本波レーザ
ーを誘導放出すること、前記基本波レーザーを高調波に変換すること、前記高調波を高次高調波に変換すること、前記種レーザーの物理的性質を測定することとを含み、前記種レーザーの物理的性質は、前記高次高調波の物理
的性質に量的に対応しているレーザ波長の制御方法。
【請求項１５】前記物理的性質は、波長又はスペクトル
幅である請求項１４のレーザ波長の制御方法。
【請求項１６】第１種レーザーにより誘導して第１基本
波レーザーを誘導放出すること、第２種レーザーにより誘導して第２基本波レーザーを誘
導放出すること、前記第１基本波レーザーを高調波に変換すること、前記高調波を高次高調波に変換すること、前記高次高調波と前記第２基本波レーザーとに基づく和
周波数混合により紫外線レーザーを発生すること、前記第１種レーザーと前記高調波と前記高次高調波から
選択される波の物理的性質を量的に測定すること、前記第２基本波レーザーの前記物理的性質を量的に測定
することとを含むレーザ波長の制御方法。