JP2006269455A - Laser apparatus and totallized frequency generating method - Google Patents

Laser apparatus and totallized frequency generating method Download PDF

Info

Publication number
JP2006269455A
JP2006269455A JP2005080916A JP2005080916A JP2006269455A JP 2006269455 A JP2006269455 A JP 2006269455A JP 2005080916 A JP2005080916 A JP 2005080916A JP 2005080916 A JP2005080916 A JP 2005080916A JP 2006269455 A JP2006269455 A JP 2006269455A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
laser light
resonator
fundamental wave
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005080916A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4065880B2 (en
Inventor
Shinichi Imai
信一 今井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Advanced Mask Inspection Technology Inc
Original Assignee
Advanced Mask Inspection Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Mask Inspection Technology Inc filed Critical Advanced Mask Inspection Technology Inc
Priority to JP2005080916A priority Critical patent/JP4065880B2/en
Publication of JP2006269455A publication Critical patent/JP2006269455A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4065880B2 publication Critical patent/JP4065880B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a totallized frequency generating method employing a multi-mode, and a laser apparatus used as a laser beam source for generating this totallized frequency. <P>SOLUTION: The apparatus is provided with a laser beam source 200 for generating a fundamental wave 1 having a wavelength of 244 nm; a laser beam source 300 for generating a fundamental wave 2 having a wavelength of 1,064 nm different from the above wavelength by using a multi-mode light; an external resonator 400 for capturing the fundamental wave 1 generated from the laser beam source 200, and resonating the fundamental wave 1; a non-linear crystal 600 provided in the external resonator 400; and an external resonator 500 capturing the fundamental wave 2 generated from the laser beam source 300 to resonate the fundamental wave 2, and arranged so that the captured fundamental wave 2 may pass the non-linear crystal 600. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザー装置或いは和周波発生方法に係り、例えば、半導体製造に用いるマスクや製造されるウェハの検査に用いる光源及びその光の発生方法に関する。   The present invention relates to a laser device or a sum frequency generation method, and, for example, to a light source used for inspection of a mask used for semiconductor manufacturing or a manufactured wafer and a method for generating the light.

近年、LSIの高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン(フォトマスク、マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する)を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができるパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。電子ビーム描画装置については、文献にも記載されている(例えば、特許文献1参照)。或いは、電子ビーム以外にもレーザービームを用いて描画するレーザービーム描画装置の開発が試みられており、文献に開示されている(例えば、特許文献2参照)。   In recent years, the circuit line width required for a semiconductor element has been increasingly narrowed as LSI is highly integrated and has a large capacity. These semiconductor elements use an original pattern pattern (also called a photomask, mask, or reticle; hereinafter collectively referred to as a mask) on which a circuit pattern is formed to expose the pattern on the wafer by a so-called reduction projection exposure apparatus called a stepper. It is manufactured by transferring and forming a circuit. Therefore, a pattern drawing apparatus capable of drawing a fine circuit pattern is used for manufacturing a mask for transferring such a fine circuit pattern onto a wafer. A pattern circuit may be directly drawn on a wafer using such a pattern drawing apparatus. The electron beam drawing apparatus is also described in the literature (see, for example, Patent Document 1). Alternatively, development of a laser beam drawing apparatus for drawing using a laser beam in addition to an electron beam has been attempted and disclosed in the literature (for example, see Patent Document 2).

ここで、1ギガビット級のDRAM(ランダムアクセスメモリ)に代表されるように、大規模集積回路(LSI)を構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。このLSIの製造における歩留まりの低下の大きな原因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクの欠陥があげられる。特に、半導体ウェハ上に形成されるLSIのパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。よって、かかる欠陥を検査する装置の開発が行われている。この装置は、マスクを照明する照明光学系と、マスクの像を検出して画像信号を出力するためのセンサと、出力された画像信号に基づいてマスクパターンを検査する検査装置を有している。   Here, as represented by a 1 gigabit class DRAM (Random Access Memory), a pattern constituting a large scale integrated circuit (LSI) is going to be on the order of submicron to nanometer. One of the major causes of a decrease in yield in the manufacture of LSI is a defect of a mask used when an ultrafine pattern is exposed and transferred onto a semiconductor wafer by a photolithography technique. In particular, with the miniaturization of the pattern dimensions of LSIs formed on semiconductor wafers, the dimensions that must be detected as pattern defects have become extremely small. Therefore, an apparatus for inspecting such a defect has been developed. This apparatus has an illumination optical system for illuminating a mask, a sensor for detecting an image of the mask and outputting an image signal, and an inspection apparatus for inspecting a mask pattern based on the output image signal. .

上述したように、半導体装置の高性能化に伴い、マスクのマスクパターンはますます微細化・高集積化している。これに伴い検査装置には高い分解能を発揮することが求められている。高分解能を実現するためには照明光の波長を短波長化する必要があるため、深紫外域の検査波長をもつレーザー光源を用いる必要がある。   As described above, the mask pattern of the mask is increasingly miniaturized and highly integrated as the performance of semiconductor devices increases. Along with this, inspection apparatuses are required to exhibit high resolution. In order to realize high resolution, it is necessary to shorten the wavelength of the illumination light, and therefore it is necessary to use a laser light source having an inspection wavelength in the deep ultraviolet region.

一般的に、短波長のレーザー遷移ほど蛍光寿命が短く、基本波で発振する深紫外レーザーはほとんどパルスレーザーである。もっとも短波長な、連続出力光源としては、アルゴンイオンレーザーが知られているが、実用的には350.7nmにとどまっている。検査に必要な深紫外領域で、連続光源を得るためには、連続発振する長波長レーザーを基本波とする短波長側への波長変換を行わなければならない。すなわち、連続出力で、所定の波長より長波長の複数のレーザーを基本波とした、和周波発生を行なわなければならない。しかしながら波長変換は、非線形過程であり、変換効率を高めるために高電界が必要である。一方、連続発振は、本質的に低電界を与えるので、その波長変換には特別な変換技術を要する。ここで、非線形媒質中で電界強度を高めるためには、非線形結晶に基本波を閉じ込める共振器構成を採用しなければならない。和周波発生のための共振器構成には、レーザー増幅媒体を共振器内に設置する内部共振器による方法と、基本波発生源を和周波発生用の共振器と独立させた外部共振器による方法とがある。   In general, the deep UV laser that oscillates at the fundamental wave is almost a pulsed laser because the shorter wavelength laser transition has a shorter fluorescence lifetime. As a continuous output light source having the shortest wavelength, an argon ion laser is known, but it is practically only 350.7 nm. In order to obtain a continuous light source in the deep ultraviolet region necessary for inspection, it is necessary to perform wavelength conversion to the short wavelength side using a continuous wave long wavelength laser as a fundamental wave. That is, it is necessary to perform sum frequency generation using a plurality of lasers having a wavelength longer than a predetermined wavelength as a fundamental wave with continuous output. However, wavelength conversion is a non-linear process and requires a high electric field to increase conversion efficiency. On the other hand, since continuous oscillation essentially provides a low electric field, a special conversion technique is required for wavelength conversion. Here, in order to increase the electric field strength in the nonlinear medium, a resonator configuration in which the fundamental wave is confined in the nonlinear crystal must be employed. The resonator configuration for sum frequency generation includes an internal resonator method in which the laser amplification medium is installed in the resonator, and an external resonator method in which the fundamental wave source is independent of the sum frequency generation resonator. There is.

外部共振器による深紫外光発生の方法として、波長373nmの紫外光と波長780nmの赤外光とを、非線形結晶BBOにおいて相互作用させ、波長254nmの光を発生させるものがある。373nm光に関しては共振器長制御で共振器にロックし、780nm光に関しては、発振周波数を共振器長に同調させ、ひとつの共振器で2つの波長のコヒレント光を共鳴させている例がある(例えば、非特許文献1参照)。また、波長266nmの紫外光と波長780nmの赤外光の和周波発生により深紫外波長領域の196.5nmで2.3mWの出力が得られた例が、2001年に米国シアトルで、国際会議Advanced Solid−State Lasers(講演番号WA6)で報告されている。この例は、赤外光として780nmのチタニウムサファイアレーザーを用い、この共振器に非線形結晶を置き、かつこの非線形結晶に対して、紫外光266nmの外部共振器を組んだものである。その他、波長1064nmNd:YAGレーザーを外部共振器で強調させ、この共振器内の非線形結晶CLBOに、共振器外部から波長244nmのアルゴンレーザーの2倍波を注入し、波長199nmの連続光を得た例がある(例えば、特許文献3参照)。以上これらの例では、基本波は全て単一縦モード発振に制御されている。   As a method of generating deep ultraviolet light by an external resonator, there is a method in which ultraviolet light having a wavelength of 373 nm and infrared light having a wavelength of 780 nm are caused to interact in a nonlinear crystal BBO to generate light having a wavelength of 254 nm. There is an example in which the 373 nm light is locked to the resonator by the resonator length control, and for the 780 nm light, the oscillation frequency is tuned to the resonator length, and the coherent light of two wavelengths is resonated by one resonator ( For example, refer nonpatent literature 1). An example in which 2.3 mW output was obtained in 196.5 nm in the deep ultraviolet wavelength region by generating a sum frequency of ultraviolet light having a wavelength of 266 nm and infrared light having a wavelength of 780 nm was shown in Seattle, USA in 2001. It is reported in Solid-State Lasers (lecture number WA6). In this example, a 780 nm titanium sapphire laser is used as infrared light, a nonlinear crystal is placed in the resonator, and an external resonator of ultraviolet light 266 nm is assembled to the nonlinear crystal. In addition, a 1064 nm Nd: YAG laser was emphasized by an external resonator, and a double wave of an argon laser having a wavelength of 244 nm was injected into the nonlinear crystal CLBO inside the resonator from the outside of the resonator to obtain continuous light having a wavelength of 199 nm. There is an example (for example, refer to Patent Document 3). As described above, in these examples, the fundamental waves are all controlled to single longitudinal mode oscillation.

ここで、単一縦モード発振である基本波では、和周波発生された深紫外光も単一縦モード(縦シングルモード)となる。縦シングルモードの深紫外光は、その発振線幅を反映して、光源の線幅が狭帯化されている。照明用光源としては、線幅が狭帯化されている方が、光学系の色収差による悪影響が少ない一方で、照明系の各光学部品において、可干渉性から一定の干渉パターン(スペックル)が干渉ノイズ(スペックルノイズ)として発生してしまうということがある。干渉ノイズが生じると、照明効果が著しく悪化することがある。そこで、縦モード(周波数領域)についてスペクトル幅の広いマルチモードを用いた和周波発生が望まれる。しかし、マルチモードを用いた場合には、複数の周波数に発振モードが分裂しているので、同一出力でも各モードの電界強度が低下してしまうため、周波数変換する際に、縦シングルモードによる周波数変換に比べ著しく変換効率が悪くなってしまうため、光学装置、特に検査装置として必要な光量の深紫外光が得られず、和周波発生させる光源は実用化されていない。ここで、スペクトル幅の広いマルチモードを用いた和周波発生の従来例としては、和周波のきわめて特殊な条件である、二つの同一波長のマルチモード光による和周波発生(第二高調波発生)を行なっている例がある(例えば、特許文献4参照)。この例では、同一波長の和周波発生のため、ひとつの外部共振器で第二高調波を発生させている。
特開2002−237445号公報 米国特許5,386,221号公報 特開2004−55695号公報 米国特許5,696,780号公報 “シリコン原子のレーザー冷却”,レーザー学会学術講演会第22回年次大会講演予稿集(2002大阪)p137
Here, in the fundamental wave which is single longitudinal mode oscillation, the deep ultraviolet light generated with the sum frequency also becomes a single longitudinal mode (longitudinal single mode). The longitudinal single mode deep ultraviolet light has a narrow line width of the light source reflecting its oscillation line width. As a light source for illumination, the narrower line width is less affected by chromatic aberration of the optical system, while each optical component of the illumination system has a certain interference pattern (speckle) due to coherence. It may occur as interference noise (speckle noise). When interference noise occurs, the lighting effect may be significantly deteriorated. Therefore, it is desired to generate a sum frequency using a multimode having a wide spectrum width in the longitudinal mode (frequency domain). However, when the multimode is used, the oscillation mode is split into multiple frequencies, so the electric field strength of each mode decreases even with the same output. Since conversion efficiency is remarkably deteriorated as compared with conversion, deep ultraviolet light having an amount of light necessary for an optical device, particularly an inspection device, cannot be obtained, and a light source for generating a sum frequency has not been put to practical use. Here, as a conventional example of sum frequency generation using a multimode with a wide spectral width, sum frequency generation by two multimode lights of the same wavelength, which is a very special condition of the sum frequency (second harmonic generation) (For example, refer to Patent Document 4). In this example, in order to generate the sum frequency of the same wavelength, the second harmonic is generated by one external resonator.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-237445 US Pat. No. 5,386,221 JP 2004-55695 A US Pat. No. 5,696,780 “Laser cooling of silicon atoms”, Proceedings of the 22nd Annual Conference of the Laser Society of Japan (2002 Osaka) p137

上述したように、照明用光源としては、線幅が狭帯化されている方が、光学系の色収差による悪影響が少ない一方で、照明系の各光学部品において、干渉ノイズが生じ、照明効果が著しく悪化することがある。この干渉ノイズは、ある程度計測系に対策手段を講じることもできるが、計測系設計上大きな制限となり、装置成立上障害となっていた。一方、特許文献4に記載されているようなきわめて特殊な場合を除いて、スペクトル幅の広いマルチモードを用いた和周波発生機構は実用化されていない。   As described above, as the light source for illumination, the narrower line width has less adverse effect due to chromatic aberration of the optical system, while interference noise occurs in each optical component of the illumination system, and the illumination effect is improved. May be significantly worse. Although this interference noise can take measures against the measurement system to some extent, it has become a major limitation on the design of the measurement system and has become an obstacle to the establishment of the apparatus. On the other hand, except for a very special case as described in Patent Document 4, a sum frequency generation mechanism using a multimode with a wide spectrum width has not been put into practical use.

本発明は、上述した問題点を克服し、マルチモードを用いた和周波発生方法を提供し、さらに、かかる和周波を発生させるレーザー光源となるレーザー装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems, to provide a sum frequency generation method using a multimode, and to provide a laser device that serves as a laser light source that generates such a sum frequency.

本発明の一態様の和周波発生方法は、
第1の波長を有する第1のレーザー光を発生する第1のレーザー光発生工程と、
前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2のレーザー光をマルチモード光で発生する第2のレーザー光発生工程と、
前記第1のレーザー光発生工程により発生された第1のレーザー光を第1の外部共振器内に取込んで共振させ、取込まれた第1のレーザー光に非線形結晶を通過させる第1の共振工程と、
前記第2のレーザー光発生工程により発生された第2のレーザー光を第2の外部共振器内に取込んで共振させ、取込まれた前記第2のレーザー光に前記非線形結晶を通過させる第2の共振工程と、
を備えたことを特徴とする。
The sum frequency generation method of one embodiment of the present invention includes:
A first laser beam generating step for generating a first laser beam having a first wavelength;
A second laser light generation step of generating a second laser light having a second wavelength different from the first wavelength by a multimode light;
The first laser light generated in the first laser light generation step is taken into the first external resonator to resonate, and the first laser light taken through the nonlinear crystal is passed through the first crystal. A resonance process;
The second laser beam generated by the second laser beam generation step is taken into a second external resonator to resonate, and the second laser beam is passed through the nonlinear crystal. Two resonance processes;
It is provided with.

そして、かかる和周波発生方法を利用した本発明の一態様のレーザー装置は、
第1の波長を有する第1のレーザー光を発生する第1のレーザー光源と、
前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2のレーザー光をマルチモード光で発生する第2のレーザー光源と、
前記第1のレーザー光源から発生された第1のレーザー光を取込んで共振させる第1の外部共振器と、
前記第1の外部発振器内に設けられた非線形結晶と、
前記第2のレーザー光源から発生された第2のレーザー光を取込んで共振させ、取込まれた前記第2のレーザー光が前記非線形結晶を通過するように配置された第2の外部共振器と、
を備えたことを特徴とする。
And the laser device of one aspect of the present invention using such a sum frequency generation method,
A first laser light source for generating a first laser light having a first wavelength;
A second laser light source for generating a second laser light having a second wavelength different from the first wavelength as a multimode light;
A first external resonator that takes in and resonates with the first laser light generated from the first laser light source;
A non-linear crystal provided in the first external oscillator;
A second external resonator arranged so that the second laser light generated from the second laser light source is taken in and resonated, and the taken-in second laser light passes through the nonlinear crystal; When,
It is provided with.

本発明によれば、第1の外部共振器と第2の外部共振器とを別々に備えたことにより、マルチモード光を第2の外部共振器で共振させることができ、電界強度を高めることができる。よって、和周波発生時のマルチモード光の変換効率を高めることができ、異なる周波数のレーザー光を用いた場合でもマルチモードの和周波を得ることができる。   According to the present invention, since the first external resonator and the second external resonator are separately provided, the multimode light can be resonated by the second external resonator, and the electric field strength is increased. Can do. Therefore, the conversion efficiency of the multimode light when the sum frequency is generated can be increased, and a multimode sum frequency can be obtained even when laser beams having different frequencies are used.

実施の形態1.
以下、図面を用いて説明する。
図1は、実施の形態1におけるレーザー装置の構成を示す概念図である。
図1において、レーザー装置100は、縦シングルモードのレーザー光である基本波1として、波長が、238nm〜400nmの赤外光を発生するレーザー光源200と、縦モード(周波数領域)についてマルチモードのレーザー光である基本波2として、波長が、750nm〜1300nmの紫外光を発生するレーザー光源300と、レーザー光源200から発生した基本波1を取込んで共振させる外部共振器400と、レーザー光源300から発生された基本波2を取込んで共振させる外部共振器500と、外部共振器400,500内に設けられた非線形結晶600とを備えている。すなわち、実施の形態1では、縦モード(周波数領域)について、シングルモード基本波1とマルチモード基本波2を採用し、それぞれに独立な電界強調共振器となる外部共振器400と外部共振器500とを構成する。
外部共振器400は、インピーダンス整合ミラー412、高反射ミラー414,416,418を有し、リング共振器を構成している。そして、外部共振器500は、インピーダンス整合ミラー512、高反射ミラー514,516,518を有し、リング共振器を構成し、さらに、高反射ミラー522,524を有している。各ミラーは、可動ミラーである。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, it demonstrates using drawing.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the laser apparatus in the first embodiment.
In FIG. 1, a laser device 100 includes a laser light source 200 that generates infrared light having a wavelength of 238 nm to 400 nm as a fundamental wave 1 that is a longitudinal single mode laser beam, and a multimode for a longitudinal mode (frequency region). As a fundamental wave 2 that is laser light, a laser light source 300 that generates ultraviolet light having a wavelength of 750 nm to 1300 nm, an external resonator 400 that takes in the fundamental wave 1 generated from the laser light source 200 and resonates, and a laser light source 300 The external resonator 500 which takes in and resonates the fundamental wave 2 produced | generated from this, and the nonlinear crystal 600 provided in the external resonators 400 and 500 are provided. That is, in the first embodiment, the single-mode fundamental wave 1 and the multi-mode fundamental wave 2 are adopted for the longitudinal mode (frequency domain), and the external resonator 400 and the external resonator 500 that are independent electric field enhancement resonators, respectively. And configure.
The external resonator 400 includes an impedance matching mirror 412 and high reflection mirrors 414, 416, and 418, and constitutes a ring resonator. The external resonator 500 includes an impedance matching mirror 512 and high reflection mirrors 514, 516, and 518, constitutes a ring resonator, and further includes high reflection mirrors 522 and 524. Each mirror is a movable mirror.

図2は、基本波1用の外部共振器と基本波2用の外部共振器とを別々に示した図である。
図2では、図1の構成を理解し易くするため、基本波1用の外部共振器と基本波2用の外部共振器とを別々に示した。
FIG. 2 is a diagram showing the external resonator for the fundamental wave 1 and the external resonator for the fundamental wave 2 separately.
In FIG. 2, the external resonator for the fundamental wave 1 and the external resonator for the fundamental wave 2 are shown separately to facilitate understanding of the configuration of FIG. 1.

まず、基本波1のレーザー光発生工程として、レーザー光源200から基本波1を発生する。
一方、基本波2のレーザー光発生工程として、レーザー光源300から基本波2を発生する。
First, the fundamental wave 1 is generated from the laser light source 200 as a laser beam generation process of the fundamental wave 1.
On the other hand, the fundamental wave 2 is generated from the laser light source 300 as the laser beam generation process of the fundamental wave 2.

そして、基本波1の共振工程として、基本波1を外部共振器400内に取込んで共振させ、取込まれた基本波1に非線形結晶600を通過させる。外部共振器400では、レーザー光源200から出力された基本波1をインピーダンス整合ミラー412から外部共振器400内に取込み、高反射ミラー414,416,418で反射させ、さらに、インピーダンス整合ミラー412でも反射させることで共振器を構成している。また、ここでは、高反射ミラー416と高反射ミラー418との間の光路上に非線形結晶600を配置している。   Then, as a resonance process of the fundamental wave 1, the fundamental wave 1 is taken into the external resonator 400 to be resonated, and the nonlinear crystal 600 is passed through the incorporated fundamental wave 1. In the external resonator 400, the fundamental wave 1 output from the laser light source 200 is taken into the external resonator 400 from the impedance matching mirror 412, reflected by the high reflection mirrors 414, 416, 418, and further reflected by the impedance matching mirror 412. By doing so, a resonator is configured. Here, the nonlinear crystal 600 is disposed on the optical path between the high reflection mirror 416 and the high reflection mirror 418.

同様に、基本波2の共振工程として、基本波2を外部共振器500内に取込んで共振させ、取込まれた基本波2に非線形結晶600を通過させる。外部共振器500では、レーザー発振器300から発振された基本波2をインピーダンス整合ミラー512から外部共振器500内に取込み、高反射ミラー514,516,518で反射させ、さらに、インピーダンス整合ミラー512でも反射させることで共振器を構成している。また、ここでは、インピーダンス整合ミラー512と高反射ミラー514との間の光路上に非線形結晶600を配置している。さらに、外部共振器500では、一対の高反射ミラー522と高反射ミラー524とのミラーペアにより、高反射ミラー516で反射された基本波2を繰り返し反射させてから、本来の光路となる高反射ミラー518に基本波2を戻している。   Similarly, as the resonance process of the fundamental wave 2, the fundamental wave 2 is taken into the external resonator 500 to resonate, and the taken-in fundamental wave 2 passes through the nonlinear crystal 600. In the external resonator 500, the fundamental wave 2 oscillated from the laser oscillator 300 is taken into the external resonator 500 from the impedance matching mirror 512, reflected by the high reflection mirrors 514, 516 and 518, and further reflected by the impedance matching mirror 512. By doing so, a resonator is configured. Here, the nonlinear crystal 600 is disposed on the optical path between the impedance matching mirror 512 and the high reflection mirror 514. Further, in the external resonator 500, the fundamental wave 2 reflected by the high reflection mirror 516 is repeatedly reflected by the mirror pair of the pair of high reflection mirrors 522 and 524, and then the high reflection mirror that becomes the original optical path. The fundamental wave 2 is returned to 518.

そして、和周波発生工程として、共振させられ、電界強度が上がった基本波1と基本波2とを非線形結晶600を通過させて和周波発生させて、外部に出力としてかかる和周波を取り出している。   Then, as the sum frequency generation process, the fundamental wave 1 and the fundamental wave 2 which are resonated and have an increased electric field intensity are passed through the nonlinear crystal 600 to generate the sum frequency, and the sum frequency as an output is extracted outside. .

図3は、基本波と和周波との関係を示す図である。
図3(a)に示すように、縦シングルモード光同士の基本波を用いて和周波発生を行なった場合には、出力される和周波も縦シングルモード光となる。従来は、かかる縦シングルモード光同士の基本波を用いて和周波発生を行なっていたため、出力された和周波も線幅が狭帯化され、干渉ノイズが問題となっていた。図3(b)では、縦シングルモード光の基本波とマルチモードの基本波とを用いて和周波発生を行なった場合を示している。かかる場合には、出力される和周波がマルチモード光となり、スペクトル幅を広くすることができる。同様に、図3(c)に示すように、マルチモードの基本波同士を用いて和周波発生を行なった場合も、出力される和周波がマルチモード光となり、スペクトル幅を広くすることができる。
ここで、計測用照明用光源として和周波のような非線形変換による光源を用いた場合には、単一縦モード発振である基本波では、その発振線幅を反映して、光源の線幅が狭帯化される。例えば、波長1064nmNd:YAGレーザーの発振線幅は、1MHzである。また、波長244nmのアルゴンレーザーの2倍波の線幅は14MHzである。これらの和周波による光源の線幅は(142+12)1/2から14MHzとなる。いっぽう、マルチモード発振のレーザー光源の場合には、発振線幅は光源により大きく異なるが通常1GHzから30GHzと広い。よって、スペクトル幅が広く、制御し易いマルチモードを発生するレーザー光源が望まれる。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the fundamental wave and the sum frequency.
As shown in FIG. 3A, when the sum frequency is generated using the fundamental wave between the longitudinal single mode lights, the output sum frequency is also the longitudinal single mode light. Conventionally, since the sum frequency was generated using the fundamental wave of the longitudinal single mode light, the line width of the output sum frequency was narrowed, and interference noise was a problem. FIG. 3B shows a case where sum frequency generation is performed using a fundamental wave of longitudinal single mode light and a fundamental wave of multimode. In such a case, the output sum frequency becomes multimode light, and the spectrum width can be widened. Similarly, as shown in FIG. 3C, when the sum frequency is generated using the multimode fundamental waves, the output sum frequency becomes multimode light, and the spectrum width can be widened. .
Here, when a light source by non-linear conversion such as sum frequency is used as the illumination light source for measurement, the fundamental wave which is single longitudinal mode oscillation reflects the oscillation line width, and the line width of the light source is It is narrowed. For example, the oscillation line width of a 1064 nm Nd: YAG laser is 1 MHz. The line width of the second harmonic of the argon laser having a wavelength of 244 nm is 14 MHz. The line width of the light source by these sum frequencies is from (142 + 12) 1/2 to 14 MHz. On the other hand, in the case of a laser light source of multimode oscillation, the oscillation line width varies greatly depending on the light source, but is usually as wide as 1 GHz to 30 GHz. Therefore, a laser light source that generates a multimode that has a wide spectral width and is easy to control is desired.

図4は、マルチモード基本波をシングルパスさせて和周波発生を行なった場合を説明するための図である。
図4では、縦シングルモード光の基本波とマルチモードの基本波とを用いて和周波発生を行なった場合を示している。そして、後述するように共振構成が組みにくいマルチモード光については、共振器を組まずに非線形結晶を通過させるシングルパスにより、外部共振器により共振させた縦シングルモード光と和周波発生を行なうと、出力光は、電界が小さいマルチモード光に合わせて微量光となってしまう。これでは、光源として用いるレーザー装置としては、不十分となる。よって、マルチモード光についても電界強度を向上させる必要がある。
FIG. 4 is a diagram for explaining a case where sum frequency generation is performed by single-passing a multimode fundamental wave.
FIG. 4 shows a case where sum frequency generation is performed using a fundamental wave of longitudinal single mode light and a fundamental wave of multimode. For multimode light that is difficult to assemble as will be described later, sum frequency generation is performed with longitudinal single-mode light resonated by an external resonator using a single path that passes through a nonlinear crystal without assembling the resonator. The output light becomes a minute amount of light in accordance with the multimode light having a small electric field. This is insufficient as a laser device used as a light source. Therefore, it is necessary to improve the electric field strength for multimode light.

本実施の形態1では、図1で示すように外部共振器500を用いてマルチモード光についても電界強度を向上させることにより、必要な光量の和周波出力を得ることができるようにしている。   In the first embodiment, as shown in FIG. 1, a sum frequency output of a necessary light amount can be obtained by improving the electric field strength of multimode light using an external resonator 500.

本実施の形態1では、基本波のひとつとして、単一縦モードレーザーであるネオジウムを活性物質YAGレーザー(Nd:YAG)の4倍波(波長266nm)を基本波1とする。これは、単一縦モードNd:YAGレーザーを基本波として、2回の2倍高調波発生により得られたものである。この光源の線幅は、10kHzである。
図5は、Nd:YAGの4倍波(波長266nm)を発生させるレーザー光源の構成を示す概念図である。
基本波1を発生するレーザー光源200内では、まず、レーザー光源210から1064nmの波長をもつNd:YAGレーザーを発振し、インピーダンス整合ミラー221と高反射ミラー222,223,224とで構成されるリング共振器220を用いて共振させ、非線形結晶225を通過させる。これにより2倍高調波(532nm)を得ることができる。さらに、2倍高調波(532nm)をインピーダンス整合ミラー231と高反射ミラー232,233,234とで構成されるリング共振器230を用いて共振させ、非線形結晶235を通過させる。これにより4倍高調波(266nm)を得ることができる。
In the first embodiment, as one of the fundamental waves, neodymium, which is a single longitudinal mode laser, is used as a fundamental wave 1 that is a quadruple wave (wavelength 266 nm) of an active substance YAG laser (Nd: YAG). This is obtained by generating the second harmonic twice with a single longitudinal mode Nd: YAG laser as a fundamental wave. The line width of this light source is 10 kHz.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a configuration of a laser light source that generates a fourth harmonic of Nd: YAG (wavelength 266 nm).
In the laser light source 200 that generates the fundamental wave 1, first, an Nd: YAG laser having a wavelength of 1064 nm is oscillated from the laser light source 210 and is composed of an impedance matching mirror 221 and high reflection mirrors 222, 223, and 224. The resonator 220 is used to resonate and pass through the nonlinear crystal 225. Thereby, a double harmonic (532 nm) can be obtained. Further, the second harmonic (532 nm) is resonated using a ring resonator 230 including an impedance matching mirror 231 and high reflection mirrors 232, 233, and 234, and passes through the nonlinear crystal 235. Thereby, a 4th harmonic (266 nm) can be obtained.

次に、他のひとつの基本波として、広帯域(マルチモード)のNd:YAGレーザー(波長1064nm)を用いる。これを基本波2とする。基本波2を発振するレーザー光源300内の共振器内にエタロンをいれて周波数制御を行い、発振線幅を10GHzとした。   Next, a broadband (multimode) Nd: YAG laser (wavelength: 1064 nm) is used as another fundamental wave. This is the fundamental wave 2. An etalon was placed in the resonator in the laser light source 300 that oscillates the fundamental wave 2 to perform frequency control, and the oscillation line width was set to 10 GHz.

図1に示すように、波長266nmの外部共振器400を構成し、外部共振器400内に波長266nmと波長1064nmとにおいて和周波発生条件を満たす位相整合条件下にある非線形結晶600としてCLBO(CsLiB6O10:cesium lithium borate)を設置した。さらに、このCLBOの光路と重なるように、広帯域のNd:YAGレーザー用の外部共振器500を構成し、図1に示すような二重共振器構成をおこなった。広帯域の光源の線幅は、10GHzであった。
ここで、例えば、1064nmを常光、266nmを常光として、和周波213nmを異常光とすると、結晶温度160度のときに、和周波発生条件としてエネルギー保存則:1064(o)+266(o)=213(e)が成立させ、かつ、位相整合条件、すなわち角運動量保存則としての位相整合角θ(結晶入射時の方位角、内角)は、68.5度となる。
As shown in FIG. 1, an external resonator 400 having a wavelength of 266 nm is configured, and CLBO (CsLiB6O10) is formed as a nonlinear crystal 600 in a phase matching condition that satisfies a sum frequency generation condition at wavelengths 266 nm and 1064 nm in the external resonator 400. : Cesium lithium borate). Further, an external resonator 500 for a broadband Nd: YAG laser was configured so as to overlap with the optical path of this CLBO, and a double resonator configuration as shown in FIG. 1 was performed. The line width of the broadband light source was 10 GHz.
Here, for example, assuming that 1064 nm is ordinary light, 266 nm is ordinary light, and the sum frequency 213 nm is abnormal light, the energy conservation law is 1064 (o) +266 (o) = 213 as a sum frequency generation condition at a crystal temperature of 160 degrees. (E) is satisfied, and the phase matching condition, that is, the phase matching angle θ (azimuth angle and internal angle at the time of crystal incidence) as an angular momentum conservation law is 68.5 degrees.

図6は、波長変換の式を示す図である。
基本波1の波長をλ1、基本波2の波長をλ2、和周波の波長をλ3とすると、波長λ1、λ2、λ3との間には、図6に示すような関係が成り立つ。よって、これらの2つの基本波の和周波発生により、深紫外光となるマルチモードのNd:YAGの5倍波(波長213nm)を得ることができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an equation for wavelength conversion.
When the wavelength of the fundamental wave 1 is λ1, the wavelength of the fundamental wave 2 is λ2, and the wavelength of the sum frequency is λ3, the relationship shown in FIG. 6 is established between the wavelengths λ1, λ2, and λ3. Therefore, by generating the sum frequency of these two fundamental waves, it is possible to obtain a multimode Nd: YAG fifth harmonic wave (wavelength 213 nm) that becomes deep ultraviolet light.

ここで、広帯域のマルチモード基本波に対して、外部共振器を構成するためには、外部共振器500が当該基本波2のレーザー光源300内にある共振器の共振器長(実効的光学長)の整数倍の共振器長(実効的光学長)をもつことにより達成することができる。すなわち、外部共振器500とレーザー光源300内にある共振器との二つの共振器が、同等の周波数間隔を持つ共振器長を持てばよい。マルチモード基本波2を発振するレーザー光源300内の共振器が定在波型の共振器であり、共振器光学長がLであるならば、この基本波2に対応する波長変換用の外部共振器500は、一般的には図1に示すようなリング共振器であり、少なくとも2Lの整数倍(2nL)の光学共振器長を持つ共振器を構成することにより達成することができる。   Here, in order to form an external resonator for a broadband multimode fundamental wave, the resonator length (effective optical length) of the resonator in which the external resonator 500 is in the laser light source 300 of the fundamental wave 2 is used. ) Can be achieved by having a resonator length (effective optical length) that is an integral multiple of. That is, the two resonators of the external resonator 500 and the resonator in the laser light source 300 need only have resonator lengths having the same frequency interval. If the resonator in the laser light source 300 that oscillates the multimode fundamental wave 2 is a standing wave type resonator and the optical length of the resonator is L, the external resonance for wavelength conversion corresponding to the fundamental wave 2 The device 500 is generally a ring resonator as shown in FIG. 1 and can be achieved by constructing a resonator having an optical resonator length of at least an integral multiple of 2L (2nL).

ところで、通常、リング共振器は、共振器長として数10cm、例えば、22cmで構成される。一方、マルチモードレーザーとして用いる1W以上の出力をもつレーザーは、共振器の光学長が1m以上であることが多い。とすれば、外部共振器500の共振器長は、少なくとも2m以上となってしまう。しかしながら、共振器長を伸ばすためにリング共振器のミラーの間隔を広げることは光学系の機械的安定性の観点から困難である。すなわち、このような光学長の長い共振器を安定に実現することは、一般的には困難である。そこで、本実施の形態では、共振器長調整手段として、高反射ミラーペアを外部共振器500内に設置し、設置角の調整により、多重反射を生じさせ、実質的な共振器長を調整することができるようにした。これにより、小型で堅牢な、長共振器長を持つ、外部共振器を実現することができる。   By the way, the ring resonator is usually configured with a resonator length of several tens of cm, for example, 22 cm. On the other hand, a laser having an output of 1 W or more used as a multimode laser often has an optical length of the resonator of 1 m or more. If this is the case, the resonator length of the external resonator 500 will be at least 2 m. However, it is difficult from the viewpoint of the mechanical stability of the optical system to increase the distance between the mirrors of the ring resonator in order to extend the resonator length. That is, it is generally difficult to stably realize such a resonator having a long optical length. Therefore, in this embodiment, as a resonator length adjusting means, a high reflection mirror pair is installed in the external resonator 500, and multiple reflections are generated by adjusting the installation angle, thereby adjusting the substantial resonator length. I was able to. Thereby, a small and robust external resonator having a long resonator length can be realized.

図7は、高反射ミラーペアの動作を説明するための図である。
外部共振器500では、一対の高反射ミラー522と高反射ミラー524とのミラーペアにより、高反射ミラー516で反射された基本波2の光束を取込み、互いに相手に繰り返し反射させて光路長を長くしてから、本来の光路となる高反射ミラー518に基本波2を戻している。例えば、図7(a)に示すように、反射回数の少ない状態から、高反射ミラー524の角度θ1と高反射ミラー522の角度θ2とを、図7(b)に示すように、反射回数の多い状態になるように調整することにより、基本波2が共振する設置角に合わせることができる。
例えば、高反射ミラーペアの一例として、基板は、合成石英を用い、形状は、円板上に形成する。但し、矩形でも構わない。また、構成は、反射面同士が向かいあい、平行設置から、数度まで調整できるものであれば好適である。さらに、反射率は当該波長で、99.999%程度のものがより望ましい。また、面精度当該波長で、1/50λ以下がより望ましい。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the high reflection mirror pair.
In the external resonator 500, the light beam of the fundamental wave 2 reflected by the high reflection mirror 516 is taken by the mirror pair of the pair of high reflection mirrors 522 and 524, and is repeatedly reflected on the other side to increase the optical path length. After that, the fundamental wave 2 is returned to the high reflection mirror 518 which is the original optical path. For example, as shown in FIG. 7A, the angle θ1 of the high-reflection mirror 524 and the angle θ2 of the high-reflection mirror 522 are changed from the state where the number of reflections is small, as shown in FIG. By adjusting so that it may be in many states, it can be set to the installation angle at which the fundamental wave 2 resonates.
For example, as an example of a highly reflective mirror pair, the substrate is made of synthetic quartz and the shape is formed on a disk. However, it may be rectangular. Further, the configuration is suitable as long as the reflecting surfaces face each other and can be adjusted from parallel installation to several degrees. Further, the reflectance is more preferably about 99.999% at the wavelength. Further, the surface accuracy is more preferably 1 / 50λ or less at the wavelength.

図8は、実施の形態1におけるレーザー装置の別の構成を示す概念図である。
図8におけるレーザー装置100では、レーザー光源200を配置する位置を図1の構成と異なっている。そのため、外部共振器400を構成するインピーダンス整合ミラー412、高反射ミラー414,416,418を配置する位置も図1の構成と異なっている。図8では、レーザー光源200を配置する位置が図1における位置と比べ、非線形結晶600を軸に約180°回転した場合と同等となっている。かかる構成でも同様に和周波発生を行なうことができる。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing another configuration of the laser apparatus in the first embodiment.
In the laser apparatus 100 in FIG. 8, the position where the laser light source 200 is disposed is different from the configuration in FIG. Therefore, the positions where the impedance matching mirror 412 and the high reflection mirrors 414, 416, and 418 constituting the external resonator 400 are also different from the configuration of FIG. In FIG. 8, the position where the laser light source 200 is arranged is equivalent to the case where the position is rotated about 180 ° about the nonlinear crystal 600 as compared with the position shown in FIG. 1. Even in such a configuration, the sum frequency can be generated similarly.

以上のように、本実施の形態1の構成によれば、縦シングルモード基本波とマルチモード基本波とにより、複雑な構成をとらずに、和周波発生を行なうことができる。その結果、干渉ノイズをもたらさない線幅を制御した高出力な深紫外光を得ることができる。   As described above, according to the configuration of the first embodiment, the sum frequency generation can be performed without using a complicated configuration by the longitudinal single mode fundamental wave and the multimode fundamental wave. As a result, it is possible to obtain high-power deep ultraviolet light with a controlled line width that does not cause interference noise.

実施の形態2.
実施の形態1では、基本波2のすべてのモードに対して、和周波用に外部共振器を形成したが、実施の形態2では、その一部のモードに対して、和周波用に外部共振器を形成する場合について説明する。
まず、実施の形態2では、基本波2としてマルチモードアルゴンレーザーを用いた例を説明する。1W以上の出力をもつアルゴンレーザーは、共振器の光学長は1m以上であることが多い。横モード(空間領域)がシングルモードであっても、周波数制限をおこなわない限り、縦モードはマルチモードとなる。ここで、光学長が1mである共振器の縦モード間隔は、光速/2×1mであり、約150MHzである。使用するアルゴンレーザーの利得幅が15GHzであったとき、約100の縦モードが存在することになる。このすべてのモードに対して、和周波用に外部共振器を形成するには、この外部共振器をリング共振器で構成すると、共振器の光学長を2mにしなければならない。かかる場合には、実施の形態1で説明したような共振器長調整手段を必要とする。
しかし、共振器形成に伴う光学損失を考慮すると、必ずしもすべてのモードに対して共振器で強調する必要が無いこともある。発明者は、基本波2のマルチモードのうち、複数の一部のモードについて、共振させることでも十分な基本波強調が得られる場合があることを見出した。例えば、モード間隔が900MHzの共振器を用いても、十分な基本波強調が得られる結果を得た。かかる場合、リング共振器として、約33cmの共振器長で形成することができ、小型の共振器を形成することができた。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the external resonator is formed for the sum frequency for all the modes of the fundamental wave 2. However, in the second embodiment, the external resonance is performed for the sum frequency for some modes. A case of forming a vessel will be described.
First, in Embodiment 2, an example in which a multimode argon laser is used as the fundamental wave 2 will be described. In an argon laser having an output of 1 W or more, the optical length of the resonator is often 1 m or more. Even if the horizontal mode (spatial region) is a single mode, the vertical mode is a multi-mode unless the frequency is limited. Here, the longitudinal mode interval of the resonator having an optical length of 1 m is the speed of light / 2 × 1 m, which is about 150 MHz. When the gain width of the argon laser used is 15 GHz, there are about 100 longitudinal modes. In order to form an external resonator for the sum frequency for all of these modes, if this external resonator is formed of a ring resonator, the optical length of the resonator must be 2 m. In such a case, the resonator length adjusting means as described in the first embodiment is required.
However, considering the optical loss associated with the formation of the resonator, it may not always be necessary to emphasize all the modes with the resonator. The inventor has found that sufficient fundamental wave emphasis may be obtained by resonating a plurality of partial modes among the multimodes of the fundamental wave 2. For example, even when a resonator having a mode interval of 900 MHz was used, a result that sufficient fundamental wave enhancement was obtained was obtained. In this case, the ring resonator can be formed with a resonator length of about 33 cm, and a small resonator can be formed.

図9は、実施の形態2におけるレーザー装置の構成を示す概念図である。
図9において、レーザー装置110は、図1の構成から一対の高反射ミラー522,524とを除いた以外は、図1の構成と同様である。すなわち、レーザー装置110は、縦シングルモードのレーザー光である基本波1を発生するレーザー光源200と、マルチモードのレーザー光である基本波2を発生するレーザー光源300と、レーザー光源200から発生された基本波1を取込んで共振させる外部共振器400と、レーザー光源300から発生された基本波2を取込んで共振させる外部共振器500と、外部発振器400,500内に設けられた非線形結晶600とを備えている。すなわち、実施の形態1では、シングルモード基本波1とマルチモード基本波2を採用し、それぞれに独立な電界強調共振器となる外部共振器400と外部共振器500とを構成する。
外部共振器400は、インピーダンス整合ミラー412、高反射ミラー414,416,418を有し、リング共振器を構成している。そして、外部共振器500は、インピーダンス整合ミラー512、高反射ミラー514,516,518を有し、リング共振器を構成している。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the configuration of the laser apparatus in the second embodiment.
9, the laser device 110 is the same as the configuration of FIG. 1 except that the pair of high reflection mirrors 522 and 524 is excluded from the configuration of FIG. 1. That is, the laser device 110 is generated from the laser light source 200 that generates the fundamental wave 1 that is the longitudinal single-mode laser light, the laser light source 300 that generates the fundamental wave 2 that is the multi-mode laser light, and the laser light source 200. The external resonator 400 that takes in and resonates the fundamental wave 1, the external resonator 500 that takes in and resonates the fundamental wave 2 generated from the laser light source 300, and the nonlinear crystal provided in the external oscillators 400 and 500. 600. That is, in the first embodiment, the single-mode fundamental wave 1 and the multi-mode fundamental wave 2 are adopted, and the external resonator 400 and the external resonator 500 that are independent electric field enhancement resonators are configured.
The external resonator 400 includes an impedance matching mirror 412 and high reflection mirrors 414, 416, and 418, and constitutes a ring resonator. The external resonator 500 includes an impedance matching mirror 512 and high reflection mirrors 514, 516, and 518, and forms a ring resonator.

図10は、モード間隔と共振器長との関係を説明するための図である。
図10(a)には、マルチモードのレーザー光である基本波2のスペクトルを示している。ここで、モード間隔は、光速c/共振器長Lで示すことができる。したがって、全縦モードのうち、数本ずつ間引くこと、言い換えれば、数本ずつおきに共振させれば、モード間隔が広がることになり、その分、共振器長Lを小さくすることができる。図10(b)に示すように、全縦モードを6本おきに共振させることにより、モード間隔が6倍となり、共振器長Lを1/6にすることができる。よって、本来必要な共振器長2mを約33cmにすることができる。
FIG. 10 is a diagram for explaining the relationship between the mode interval and the resonator length.
FIG. 10A shows a spectrum of the fundamental wave 2 that is a multimode laser beam. Here, the mode interval can be represented by light velocity c / resonator length L. Therefore, by thinning out several of all longitudinal modes, in other words, by resonating every few, the mode interval is widened, and the resonator length L can be reduced accordingly. As shown in FIG. 10B, by resonating all longitudinal modes every six lines, the mode interval can be increased by a factor of 6, and the resonator length L can be reduced to 1/6. Therefore, the originally required resonator length 2 m can be about 33 cm.

発明者は、実験の結果、マルチモード光を用いて干渉ノイズをもたらさない線幅を制御した高出力な深紫外光を得るための外部共振器500の効果は、少なくとも、全縦モード本数の1/10以上のモードを強調すると好適であることを見出した。   As a result of experiments, the inventor has found that the effect of the external resonator 500 for obtaining high-power deep ultraviolet light with controlled line width that does not cause interference noise using multi-mode light is at least 1 of all longitudinal modes. It has been found that it is preferable to emphasize a mode of / 10 or higher.

例えば、縦シングルモード基本波同士の和周波で得られた光源の線幅が、10kHzであり、実施の形態1のようにマルチモード基本波を用いて全縦モードを共振させた和周波で得られた光源の線幅が10GHzとすると、本実施の形態2のように全縦モード本数の1/10以上共振させることにより、光源の線幅が1GHz以上となり、十分、干渉ノイズを抑制することができる。   For example, the line width of the light source obtained at the sum frequency of the longitudinal single mode fundamental waves is 10 kHz, and obtained at the sum frequency obtained by resonating all longitudinal modes using the multimode fundamental wave as in the first embodiment. If the line width of the light source is 10 GHz, the line width of the light source becomes 1 GHz or more by sufficiently resonating the number of all longitudinal modes as in the second embodiment, and the interference noise is sufficiently suppressed. Can do.

実施の形態3.
図11は、検査装置の構成を示す概念図である。
図11では、実施の形態1或いは実施の形態2の光源となるレーザー装置100を搭載した照明系を持つ検査装置で、70nmレベルのマスク欠陥を検査する画像入力装置を含んだ検査装置の構成例を示す。検査装置は、実施の形態1或いは実施の形態2により構成されるレーザー装置である光源100と、光源100から照射された干渉ノイズをもたらさない線幅を制御した高出力な深紫外光をハーフミラー610で基板630側に反射させて、対物レンズ620を介して、マスクやウェハといった被測定物である反射型被検査パターンが形成された基板630に照明する。基板630から反射された光は、対物レンズ620を介してハーフミラー610を透過して、投影レンズ640を介してセンサ650で受光する。そして、プロセッサー660により画像処理を行なうことにより被検査パターンの画像を取得する。言い換えれば、既述の和周波出力をハーフミラーを介して被検査パターンに照射、照明し、その画像をセンサに取り込み、プロセッサーによる信号処理で欠陥の有無を検査している。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is a conceptual diagram showing the configuration of the inspection apparatus.
In FIG. 11, a configuration example of an inspection apparatus including an image input apparatus that inspects a mask defect at a level of 70 nm in an inspection apparatus having an illumination system on which the laser apparatus 100 serving as a light source according to the first or second embodiment is mounted. Indicates. The inspection apparatus includes a light source 100 that is a laser device configured according to the first embodiment or the second embodiment, and a high-power deep ultraviolet light with a controlled line width that does not cause interference noise emitted from the light source 100 as a half mirror. The substrate 630 is reflected on the substrate 630 side by 610, and the substrate 630 on which a reflection type inspection pattern such as a mask or a wafer to be measured is formed is illuminated via the objective lens 620. Light reflected from the substrate 630 passes through the half mirror 610 through the objective lens 620 and is received by the sensor 650 through the projection lens 640. Then, the processor 660 performs image processing to obtain an image of the pattern to be inspected. In other words, the above-described sum frequency output is irradiated and illuminated on the pattern to be inspected via the half mirror, the image is taken into the sensor, and the presence or absence of defects is inspected by signal processing by the processor.

70nmレベルのマスク欠陥を検査するには、200〜257nmの波長のレーザーが必要とされるが、光源となる実施の形態1或いは実施の形態2により構成されるレーザー装置では、波長213nmのである干渉ノイズをもたらさない線幅を制御した高出力な深紫外光を照射することができるので、70nmレベルのマスク欠陥を検査することができる。   In order to inspect the mask defect at the 70 nm level, a laser having a wavelength of 200 to 257 nm is required. In the laser apparatus configured according to the first embodiment or the second embodiment serving as a light source, interference having a wavelength of 213 nm is required. Since high-power deep ultraviolet light with a controlled line width that does not cause noise can be irradiated, it is possible to inspect mask defects at the 70 nm level.

以上のように、実施の形態1或いは実施の形態2によれば、計測用照明として、干渉ノイズを生じさせない、高出力で、発振線幅を制御した光源を得ることができる。さらに、実施の形態3によれば、安定な深紫外光源を搭載した照明装置または検査装置を供し、高速かつ精密な測定を可能とすることができる。また、ここでは、被検査パターンの画像を反射光を用いて取得する反射型の検査装置を説明しているが、被検査パターンの画像を透過光を用いて取得する透過型の検査装置であっても構わないことは言うまでもない。   As described above, according to the first embodiment or the second embodiment, it is possible to obtain a light source with high output and controlled oscillation line width that does not generate interference noise as measurement illumination. Furthermore, according to the third embodiment, it is possible to provide an illumination device or an inspection device equipped with a stable deep ultraviolet light source, thereby enabling high-speed and precise measurement. In addition, here, a reflection type inspection apparatus that acquires an image of a pattern to be inspected using reflected light is described, but this is a transmission type inspection apparatus that acquires an image of a pattern to be inspected using transmitted light. It goes without saying that it doesn't matter.

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。   The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.

さらに、波長の異なるマルチモード基本波同士であっても、それぞれが、反射ミラーペアを搭載した外部共振器を用いれば、同様に、複雑な構成をとらずに、和周波発生を行なうことができる。その結果、干渉ノイズをもたらさない線幅を制御した高出力な深紫外光を得ることができる。   Furthermore, even if multi-mode fundamental waves having different wavelengths are used, if each uses an external resonator equipped with a reflecting mirror pair, sum frequency generation can be similarly performed without taking a complicated configuration. As a result, it is possible to obtain high-power deep ultraviolet light with a controlled line width that does not cause interference noise.

また、インピーダンス整合ミラーや高反射ミラーの制御手法等については説明を省略したが、必要とされる制御手法を適宜選択して用いることができる。同様に、光学系の構成についても必要とされるものを適宜選択して用いることができる。   Further, the description of the control method of the impedance matching mirror and the high reflection mirror is omitted, but the required control method can be appropriately selected and used. Similarly, what is required for the configuration of the optical system can be appropriately selected and used.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての反射ミラー或いは試料検査装置は、本発明の範囲に包含される。   In addition, all reflection mirrors or sample inspection apparatuses that include the elements of the present invention and whose design can be appropriately changed by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

実施の形態1におけるレーザー装置の構成を示す概念図である。1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a laser device in Embodiment 1. FIG. 基本波1用の外部共振器と基本波2用の外部共振器とを別々に示した図である。It is the figure which showed the external resonator for fundamental waves 1 and the external resonator for fundamental waves 2 separately. 基本波と和周波との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a fundamental wave and a sum frequency. マルチモード基本波をシングルパスさせて和周波発生を行なった場合を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where a multimode fundamental wave is single-passed and sum frequency generation is performed. Nd:YAGの4倍波(波長266nm)を発生させるレーザー発振器の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the laser oscillator which generates the 4th harmonic (wavelength 266nm) of Nd: YAG. 波長変換の式を示す図である。It is a figure which shows the type | formula of wavelength conversion. 高反射ミラーペアの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of a highly reflective mirror pair. 実施の形態1におけるレーザー装置の別の構成を示す概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram showing another configuration of the laser apparatus in the first embodiment. 実施の形態2におけるレーザー装置の構成を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a configuration of a laser device in a second embodiment. モード間隔と共振器長との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between a mode space | interval and resonator length. 検査装置の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of an inspection apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

100 レーザー装置
200,300 レーザー光源
400,500 外部共振器
412,512 インピーダンス整合ミラー
600 非線形結晶
414,416,418,514,516,518,522,524 高反射ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Laser apparatus 200,300 Laser light source 400,500 External resonator 412,512 Impedance matching mirror 600 Nonlinear crystal 414,416,418,514,516,518,522,524 High reflection mirror

Claims (6)

第1の波長を有する第1のレーザー光を発生する第1のレーザー光源と、
前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2のレーザー光をマルチモード光で発生する第2のレーザー光源と、
前記第1のレーザー光源から発生された第1のレーザー光を取込んで共振させる第1の外部共振器と、
前記第1の外部発振器内に設けられた非線形結晶と、
前記第2のレーザー光源から発生された第2のレーザー光を取込んで共振させ、取込まれた前記第2のレーザー光が前記非線形結晶を通過するように配置された第2の外部共振器と、
を備えたことを特徴とするレーザー装置。
A first laser light source for generating a first laser light having a first wavelength;
A second laser light source for generating a second laser light having a second wavelength different from the first wavelength as a multimode light;
A first external resonator that takes in and resonates with the first laser light generated from the first laser light source;
A non-linear crystal provided in the first external oscillator;
A second external resonator disposed so that the second laser light generated from the second laser light source may be resonated and the captured second laser light may pass through the nonlinear crystal; When,
A laser apparatus comprising:
前記第2のレーザー光源は、内部に共振器を有し、
前記第2の外部共振器は、前記第2のレーザー光源内の共振器長の2n倍(但し、nは整数)の共振器長に構成されたことを特徴とする請求項1記載のレーザー装置。
The second laser light source has a resonator inside,
2. The laser device according to claim 1, wherein the second external resonator is configured to have a resonator length that is 2n times (where n is an integer) the resonator length in the second laser light source. .
前記レーザー装置は、さらに、前記第2の外部共振器内の光路上の一部に、前記第2の外部共振器に取込まれた前記第2のレーザー光を取込み、繰り返し反射させてから前記第2の外部共振器内の光路上に前記第2のレーザー光を戻す一対のミラーを備えたことを特徴とする請求項1記載のレーザー装置。   The laser device further takes in the second laser light taken into the second external resonator in a part of the optical path in the second external resonator, and repeatedly reflects the second laser light. 2. The laser device according to claim 1, further comprising a pair of mirrors for returning the second laser light on an optical path in the second external resonator. 第1の波長を有する第1のレーザー光を発生する第1のレーザー光発生工程と、
前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2のレーザー光をマルチモード光で発生する第2のレーザー光発生工程と、
前記第1のレーザー光発生工程により発生された第1のレーザー光を第1の外部共振器内に取込んで共振させ、取込まれた第1のレーザー光に非線形結晶を通過させる第1の共振工程と、
前記第2のレーザー光発生工程により発生された第2のレーザー光を第2の外部共振器内に取込んで共振させ、取込まれた前記第2のレーザー光に前記非線形結晶を通過させる第2の共振工程と、
を備えたことを特徴とする和周波発生方法。
A first laser beam generating step for generating a first laser beam having a first wavelength;
A second laser light generation step of generating a second laser light having a second wavelength different from the first wavelength by a multimode light;
The first laser light generated by the first laser light generation step is taken into the first external resonator to resonate, and the first laser light taken through the nonlinear crystal is passed through the first crystal A resonance process;
The second laser beam generated in the second laser beam generation step is taken into a second external resonator to resonate, and the second laser beam is passed through the nonlinear crystal. Two resonance processes;
A sum frequency generation method comprising:
前記第2の共振工程において、一対のミラーを用いて前記第2のレーザー光を互いに相手に繰り返し反射して共振器長を調整することを特徴とする請求項4記載の和周波発生方法。   5. The sum frequency generation method according to claim 4, wherein, in the second resonance step, the resonator length is adjusted by repeatedly reflecting the second laser beam to each other using a pair of mirrors. 前記第2の外部共振器は、前記第2のレーザー光のマルチモードのうち、複数の一部のモードについて、共振させることを特徴とする請求項1記載のレーザー装置。   2. The laser device according to claim 1, wherein the second external resonator resonates in a plurality of partial modes among the multimodes of the second laser light.
JP2005080916A 2005-03-22 2005-03-22 Laser apparatus and sum frequency generation method Active JP4065880B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005080916A JP4065880B2 (en) 2005-03-22 2005-03-22 Laser apparatus and sum frequency generation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005080916A JP4065880B2 (en) 2005-03-22 2005-03-22 Laser apparatus and sum frequency generation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006269455A true JP2006269455A (en) 2006-10-05
JP4065880B2 JP4065880B2 (en) 2008-03-26

Family

ID=37205144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005080916A Active JP4065880B2 (en) 2005-03-22 2005-03-22 Laser apparatus and sum frequency generation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4065880B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010050389A (en) * 2008-08-25 2010-03-04 Sony Corp Laser beam generator
JP2011043548A (en) * 2009-08-19 2011-03-03 Lasertec Corp Light source device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010050389A (en) * 2008-08-25 2010-03-04 Sony Corp Laser beam generator
JP2011043548A (en) * 2009-08-19 2011-03-03 Lasertec Corp Light source device
US8305681B2 (en) 2009-08-19 2012-11-06 Lasertec Corporation Light source apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP4065880B2 (en) 2008-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3514073B2 (en) Ultraviolet laser device and semiconductor exposure device
CN107887778B (en) Solid state laser and inspection system using 193nm laser
JP4361043B2 (en) Pattern inspection device
JP2000223408A (en) Semiconductor manufacturing device, and manufacture of semiconductor device
JP2019082716A (en) Inspection system
JP6775494B2 (en) Laser assembly and inspection system using a single bandwidth throttling device
US6403966B1 (en) Measurement method and apparatus
WO2012154468A2 (en) Deep ultra-violet light sources for wafer and reticle inspection systems
CN112771444B (en) Laser system and method for manufacturing electronic device
JP2010054547A (en) Ultraviolet laser device
JP2007206452A (en) Deep ultraviolet light source, mask inspection device using same, and exposure device
JP2009145791A (en) Wavelength conversion device, inspection device, and wavelength conversion method
US11217962B2 (en) Laser system
JP3271425B2 (en) Foreign matter inspection device and foreign matter inspection method
JP4065880B2 (en) Laser apparatus and sum frequency generation method
US9991670B2 (en) Laser light source device and inspection device
JP5213368B2 (en) Laser light second harmonic generator
JP2006073970A (en) Cw deep ultraviolet ray source
JP2009074802A (en) Inspection device, inspection method, and manufacturing method of pattern substrate
JPH1167623A (en) Exposure light source and exposure device and manufacture of semiconductor device
JP2006179600A (en) Multistage amplification type laser system
JP5454972B2 (en) LASER LIGHT GENERATION DEVICE AND OPTICAL DEVICE USING THE SAME
JP2004055695A (en) Laser apparatus, image-reading apparatus having same, and image-inspecting apparatus
JP5825642B2 (en) Light source device, inspection device, and wavelength conversion method
KR101167983B1 (en) Coupled-cavity type line narrowing device and laser cavity having the same

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070911

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071011

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20071225

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080107

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4065880

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111

Year of fee payment: 3

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111

Year of fee payment: 3

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120111

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130111

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130111

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140111

Year of fee payment: 6

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350