JP2009169444A - Method for operating laser light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種検査、計測、加工に使用されるレーザ光源の運用方法に係り、特に、非線形結晶を用いた深紫外域でのレーザ光源の運用方法に関する。 The present invention relates to a method for operating a laser light source used for various inspections, measurements, and processing, and more particularly to a method for operating a laser light source in the deep ultraviolet region using a nonlinear crystal.
レーザ光は、一般に、電波よりも周波数が高いので、情報収容能力が大きく、また、波長が同一であり位相が揃っているので単色性や指向性に優れ、通常の光線にみられない干渉性を持っており、さらに極めて細く収束できるため、微小な面積にエネルギーを集中して、局部的、習慣的に高温、高圧を実現できるなどの特徴を有しており、通信および情報関係、計測関係、加工技術への応用、医学面への応用など、多方面に応用されている。
上記、各種用途に使用されるレーザの中で、特に短波長が要求される用途には深紫外域でのレーザが用いられる。しかし、深紫外域では、レーザ媒質の制限、励起源の制限があり、レーザ発振が困難になる。そこで、この深紫外域のレーザ光源としては、比較的安定な近赤外から可視域のレーザ出力を波長変換する方法を用いるものが多い。すなわち、非線形結晶を用いた高調波発生や和周波発生を利用する方法である。
高調波発生の場合は、周波数ωのレーザ光を非線形光学結晶に入力することにより、周波数が2ωや3ωなどの、整数倍の周波数のレーザ出力、すなわち入力波長λに対し、λ/2やλ/3と短くなった波長のレーザ出力を得ることができる。
また、和周波発生の場合には、異なる2つの周波数であるω1とω2の周波数のレーザ光を非線形結晶に入力することにより、周波数がω3(=ω1+ω2)であるレーザ出力、すなわち、入力波長λ1とλ2に対し、1/λ3=1/λ1+1/λ2の関係を満たす、入力波長λ1とλ2のいずれの波長よりも短いλ3の波長のレーザ出力を得ることができる。
Laser light generally has a higher frequency than radio waves, so it has a large capacity for information, and has the same wavelength and the same phase, so it has excellent monochromaticity and directivity. It has the characteristics that it can be converged very finely, so that energy can be concentrated in a small area and high temperature and high pressure can be realized locally and customarily. It is applied to various fields such as processing technology and medical applications.
Among the lasers used for various applications described above, lasers in the deep ultraviolet region are used particularly for applications where a short wavelength is required. However, in the deep ultraviolet region, there are limitations on the laser medium and the excitation source, making laser oscillation difficult. Therefore, many of these laser sources in the deep ultraviolet region use a method for converting the wavelength of laser output from the relatively stable near infrared to visible region. That is, it is a method using harmonic generation or sum frequency generation using a nonlinear crystal.
In the case of harmonic generation, by inputting laser light having a frequency ω to the nonlinear optical crystal, λ / 2 or λ with respect to a laser output having an integer multiple frequency such as 2ω or 3ω, that is, an input wavelength λ. A laser output with a wavelength shortened to / 3 can be obtained.
In the case of sum frequency generation, laser light having a frequency of ω3 (= ω1 + ω2) is input by inputting laser light having two different frequencies ω1 and ω2 into the nonlinear crystal, that is, an input wavelength λ1. And λ2, a laser output having a wavelength of λ3 shorter than any of the input wavelengths λ1 and λ2 that satisfies the relationship of 1 / λ3 = 1 / λ1 + 1 / λ2 can be obtained.
もっとも、深紫外域の和周波発生や高調波発生に用いられる非線形結晶であるBBO結晶(BaB2O4)やCLBO結晶(CsLiB6O10)は、光や周辺水分による損傷が生じやすい。そして、非線形結晶の損傷が生ずると、結果的にレーザ光の出力の低下や強度分布の変化がする。そうすると、レーザ光による検査、計測や加工において、測定精度や加工品質が劣化するという問題が生ずる。 However, the BBO crystal (BaB 2 O 4 ) and the CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ), which are nonlinear crystals used for sum frequency generation and harmonic generation in the deep ultraviolet region, are easily damaged by light and surrounding moisture. When the nonlinear crystal is damaged, as a result, the output of the laser beam is reduced and the intensity distribution is changed. If it does so, the problem that a measurement precision and processing quality deteriorate in the test | inspection by laser beam, measurement, and a process arises.
そこで、一般に、非線形結晶を長期に運用する場合には、ある程度大きい結晶を使用し、損傷が生じた時点で非線形結晶を移動させ、損傷を受けていない部分を利用するようにしている。このため、非線形結晶は微動機構上に設置されている。また、非線形結晶は周囲雰囲気をパージできるような空間に設置され、水分による損傷を防ぐためヒーター等で一定温度になるよう熱している。 Therefore, in general, when a nonlinear crystal is operated for a long period of time, a crystal that is large to some extent is used, and when the damage occurs, the nonlinear crystal is moved so as to use an undamaged portion. For this reason, the nonlinear crystal is placed on the fine movement mechanism. The nonlinear crystal is installed in a space where the ambient atmosphere can be purged, and heated to a constant temperature with a heater or the like to prevent damage due to moisture.
上記のように、非線形結晶に損傷が生じるごとに、非線形結晶を移動させる運用方法では、損傷の有無の判定を行うことが不可欠になる。
例えば、別途行われた損傷評価結果に基づき、一定時間を設け、レーザ光源の使用時間がその時間を越えた場合、結晶を移動させるという運用方法をとっている。しかし、この運用方法では、通常、損傷に対する十分なマージンを設定するため、現実にはレーザ出力の劣化が生じていないにも関わらず結晶を移動することになり、高価な非線形結晶の寿命を有効に利用できないという問題がある。また、結果的にレーザ装置のメンテナンス頻度が上がり、レーザ装置の効率的活用が図れないという問題も生ずる。
As described above, it is indispensable to determine the presence or absence of damage in the operation method in which the nonlinear crystal is moved each time the nonlinear crystal is damaged.
For example, an operation method is adopted in which a certain time is provided based on a separately performed damage evaluation result, and the crystal is moved when the usage time of the laser light source exceeds the time. However, in this operation method, a sufficient margin for damage is usually set, so that the crystal moves in spite of the fact that the laser output is not actually deteriorated, and the lifetime of the expensive non-linear crystal is effective. There is a problem that it cannot be used. As a result, the frequency of maintenance of the laser device increases, and there is a problem that the laser device cannot be efficiently used.
そこで、非線形結晶を用いたレーザ装置において、被加工物に照射するレーザ光の一部を分離して、その分離したレーザ光を観測することにより非線形結晶の損傷をモニタする方法が特許文献1に開示されている。図8は、この従来技術のレーザ装置を示す構成図である。図8において、レーザ電源89から供給される電力によりレーザ発振器82からレーザ光が出力される。そして、レーザ発振器から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタ88により分割される。そして、分離されたレーザ光の一方のレーザ光強度が受光センサ84で測定される。このレーザ光強度の変化をモニタすることによって、レーザ光強度の低下、すなわち、非線形結晶の損傷の有無を判断する。
Therefore,
確かに、この従来技術によれば、レーザ加工と同時に出力されるレーザ光の変化をモニタすることによって、レーザ発振器で使われる非線形結晶の損傷をモニタすることができる。しかし、レーザ光の出力には、必ず、非線形結晶が損傷することにより生ずる散乱光が重なっている。そのため、非線形結晶の損傷に起因するレーザ光の出力低下と、散乱光の増加のオーダーが等しくなってくると、両者が相殺され、真に非線形結晶の損傷の有無を判断することが困難になってくるという問題がある。 Certainly, according to this prior art, it is possible to monitor the damage of the nonlinear crystal used in the laser oscillator by monitoring the change of the laser beam output simultaneously with the laser processing. However, the output of the laser beam always overlaps with the scattered light generated by damaging the nonlinear crystal. For this reason, if the order of the decrease in the output of the laser beam due to damage to the nonlinear crystal and the increase in the scattered light become equal, they are canceled out, making it difficult to truly determine whether the nonlinear crystal is damaged. There is a problem of coming.
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、レーザ光源に使用される非線形結晶の損傷を、精度よくモニタし、レーザ光を安定供給することができるレーザ光源の運用方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser light source capable of accurately monitoring damage of a nonlinear crystal used in a laser light source and stably supplying the laser light. Is to provide a method of operation.
本発明の一態様のレーザ光源運用方法は、
波長変換素子である非線形結晶と、前記非線形結晶を一定温度に保つヒーターを有する波長変換装置を備えるレーザ光源運用方法であって、
前記ヒーターへの供給電力を測定するステップ、
予め決定された結晶が損傷を受けたと判断する供給電力の閾値と、前記測定により得られた測定値を比較することにより、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップとを有することを特徴とする。
A laser light source operation method according to an aspect of the present invention includes:
A laser light source operation method comprising a nonlinear crystal that is a wavelength conversion element, and a wavelength conversion device having a heater that maintains the nonlinear crystal at a constant temperature,
Measuring power supplied to the heater;
A step of determining a damage state of the nonlinear crystal by comparing a threshold value of power supply for determining that the predetermined crystal is damaged and a measurement value obtained by the measurement. .
また、本発明の一態様のレーザ光源運用方法は、
波長変換素子である非線形結晶と、前記非線形結晶を一定温度に保つヒーターを有する波長変換装置を備えるレーザ光源運用方法であって、
前記ヒーターへの供給電力を測定するステップ、
予め決定された結晶が損傷を受けたと判断する供給電力の閾値と、前記測定により得られた測定値を比較することにより、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップ、
前記非線形結晶に入力されるレーザ光が、前記非線形結晶の損傷のない領域で受光されるよう前記非線形結晶を自動的に移動させるステップとを有することを特徴とする。
In addition, a laser light source operation method according to an aspect of the present invention includes:
A laser light source operation method comprising a nonlinear crystal that is a wavelength conversion element, and a wavelength conversion device having a heater that maintains the nonlinear crystal at a constant temperature,
Measuring power supplied to the heater;
Determining a damage state of the non-linear crystal by comparing a threshold value of power supplied to determine that a predetermined crystal is damaged and a measurement value obtained by the measurement;
A step of automatically moving the nonlinear crystal so that laser light input to the nonlinear crystal is received in an area where the nonlinear crystal is not damaged.
本発明によれば、レーザ光源に使用される非線形結晶の損傷を、精度よくモニタし、レーザ光を安定供給することができるレーザ光源の運用方法を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to monitor the damage of the nonlinear crystal used for a laser light source with high precision, and to provide the operation method of the laser light source which can supply a laser beam stably.
以下、本発明に係わるレーザ装置の運用方法について、添付図面に基づき説明する。 Hereinafter, a method for operating a laser device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[実施の形態1]
まず、本発明の実施の形態1として、2波長のレーザ光を非線形結晶に入力して和周波の波長を出力する波長変換装置を備えるレーザ光源の運用方法であって、レーザ光源の定常使用を任意の間隔をおいて中断するステップ、2波長のレーザ光のうち、一方の波長のレーザ光のみを前記非線形結晶に入力するステップ、和周波の波長の出力光の光軸上に設置された受光センサにより、一方の波長のレーザ光の散乱光の強度を測定するステップ、
散乱光の強度の測定により得られた測定値に基づき、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップとを有することを特徴とするレーザ光源運用方法について説明する。
[Embodiment 1]
First, as
A method for operating a laser light source, comprising the step of determining a damage state of the nonlinear crystal based on a measurement value obtained by measuring the intensity of scattered light will be described.
(装置構成)
図1は、実施の形態1の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。
本実施の形態のレーザ装置100はレーザ光源101を備えている。レーザ光源101は、λ1の波長のレーザ光を発生する第1のレーザ発振器2、λ2の波長のレーザ光を発生する第2のレーザ発振器3、第1のレーザ発振器2から出力される波長λ1のレーザ光を遮断する第1のシャッター9、第2のレーザ発振器3から出力される波長λ2のレーザ光を遮断する第2のシャッター10、入力された波長λ1とλ2のレーザ光の和周波混合により波長λ3のレーザ光を発生させるための波長変換素子である非線形結晶1、非線形結晶1に損傷が発生した場合に結晶を移動させる微動装置7を具備している。
また、本実施の形態のレーザ装置100は、レーザ光源101から出力されたλ3のレーザ光の光軸上に配置される受光センサ4、受光センサ4で得られた測定値に基づき非線形結晶の損傷状態を判断する判断回路5、レーザ光源101から出力されたλ3のレーザ光が照射される被照射試料6、被照射試料へのレーザ光照射時に光路を変化させる可動式のミラー8を備えている。
図1では、本実施の形態1を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。レーザ装置100およびレーザ光源101には、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
(Device configuration)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a laser light source operated by the operation method of the first embodiment and a laser apparatus including the light source.
The
In addition, the
In FIG. 1, description of components other than those necessary for describing the first embodiment is omitted. Needless to say, the
ここで、例えば、第1のレーザ発振器2はネオジウムを活性物質とする波長1064nmのYAGレーザ発振器を用い、第2のレーザ発振器3として244nmの2倍高調波を発生するアルゴンレーザ発振器を用いる。そして、波長変換素子の非線形結晶1としてCLBO結晶(CsLiB6O10)を用いる。そうすると、和周波として、波長198.5nm(=1/(1/1064+1/244))のレーザ光出力が、レーザ光源101から得られることになる。このような、深紫外域のレーザ光を用いると、例えば、レーザ装置100が、被照射試料6を半導体リソグラフィー用のマスクパターンとする欠陥検査装置であった場合、次世代半導体製品である65nmデザインルール品のマスクであっても十分な解像特性を得ることができ、検査対象とすることが可能となる。
Here, for example, the
ここで、第1のレーザ発振器2、第2のレーザ発振器3は、特にYAGレーザやアルゴンレーザ発振器に限られることなく、和周波混合によって和周波のレーザ光を発生しうるものであれば、ルビーレーザ、チタニウムサファイアレーザ、その他のレーザ発振器であってもかまわない。また、非線形結晶1についてもCLBO結晶でなくとも、和周波のレーザ光を発生させる結晶であれば、BBO結晶(BaB2O4)、LBO結晶(LiB3O5)、その他の結晶であってもかまわない。そして、受光センサ4は、レーザ光の強度モニタが可能であればよく、例えば、フォトダイオードを受光素子とし、受光面が受光した総エネルギーを測定するパワーメーターであっても良いし、2次元に規則的に配置された複数のCCDセンサを受光素子とするビームプロファイラであっても良い。さらに、レーザ装置100についても、レーザ光を被照射試料6に照射する装置であればマスク欠陥検査装置に限られることなく、例えば、半導体露光装置(ステッパ)、光ディスク装置、レーザ干渉を用いた測長装置、レーザ加工装置、その他の装置であってもかまわない。また、ここでは、被照射試料にレーザ光を照射する際に可動式のミラー8を設けて、レーザ光の光路を変更させる構成としたが、必ずしもこの構成に限られることなく、例えば、従来技術のように固定式のハーフミラーを用いてレーザ光を試料照射用と受光センサ4用に分離してもよい。あるいは、レーザ光をモニタする際にのみ、可動式の受光センサをレーザ光の光路上に挿入する構成としてもよい。
Here, the
(運用方法)
図2は、上記レーザ光源の運用方法を説明する図面である。
レーザ光源の定常使用(被照射試料6へのレーザ出力光照射による検査・測定・加工等のルーチン使用)を、非線形結晶1の損傷状態をモニタするために、任意の間隔をおいて中断する。例えば、モニタのための中断というのは、各使用ごと、数回〜数十回の使用ごと、あるいは、レーザ光源使用の一定の積算時間ごとに、モニタを行うために中断してもよい。
非線形結晶1の損傷状態をモニタする際に、入力されるλ1とλ2の2波長のレーザ光のうち、一方、ここではλ1の波長のレーザ光を、第1のシャター9により遮断する。この場合、λ2の波長のレーザ光が非線形結晶1に入力されても、和周波の波長λ3のレーザ出力光は発生しないため、通常は、λ3のレーザ出力光の光軸上に設置された受光センサ4に入力される光の強度はゼロである。もっとも、非線形結晶1は、レーザ光源の使用中に入出力される光や、周辺水分による損傷が生じやすい。そして、結晶の損傷とは、結晶格子の歪や結晶の非晶質化であることから、損傷部にλ2の波長のレーザ光が入力されると、損傷部から回りに対して散乱光が発生する。そのため、受光センサ4に対しても、この散乱光が入力されることになる。この散乱光の強度は、非線形結晶1の損傷度合いと正の相関関係を有する。したがって、予め結晶損傷程度の限界を示す散乱光の強度を閾値として決定しておくことにより、受光センサ4の測定値をもとに、非線形結晶1の移動時期を判断回路5において判断することが可能となる。そして、判断回路5において、非線形結晶1の移動時期であると判断されれば、微動装置7を用いて、入力される2波長のレーザ光が結晶の損傷のない領域に受光されるよう、非線形結晶1の位置を移動する。そして、損傷のない領域が非線形結晶1に、もはや存在しない場合には、非線形結晶1を交換する。
(Operation method)
FIG. 2 is a diagram for explaining an operation method of the laser light source.
In order to monitor the damage state of the
When the damage state of the
ここで、散乱光の強度のモニタは、一方の波長のレーザ光のみについて行う場合は、2波長の内、短波長のレーザ光について行うほうが、散乱が生じやすいため望ましい。
また、一方のレーザ光のみでなく、両方の波長の散乱光を交互に受光センサ4でモニタし、両方の測定結果に基づき、結晶の移動時期を判断するほうが、情報量が多くなり、判定精度があがるためより望ましい。
Here, when the scattered light intensity is monitored only for the laser light of one wavelength, it is preferable to perform the laser light of the short wavelength of the two wavelengths because scattering is likely to occur.
In addition, it is more information amount to detect not only one laser beam but also scattered light of both wavelengths by the
(効果)
本実施の形態により、従来のレーザ出力光のモニタでは、散乱光の影響で精度が上がらなかった非線形結晶の損傷判断が、散乱光の強度のみに基づいて判断するという運用方法により、より高い精度でできるようになる。そして、高い精度での損傷判断により、非線形結晶を移動させることで、従来に比べ、レーザ光をより安定に供給することが可能になる。また、通常、レーザ光源から出力されるレーザ光の強度をモニタする受光センサは、レーザ装置に備わっているため、本実施の形態の運用方法を適用するに際し、あらたな受光センサを設ける必要はなく、装置構成を複雑化させることもない。
(effect)
According to the present embodiment, in the conventional monitor of the laser output light, the operation method of determining damage of the nonlinear crystal, which has not been improved in accuracy due to the influence of the scattered light, based on only the intensity of the scattered light, provides higher accuracy. It will be possible in. Then, by moving the nonlinear crystal by determining damage with high accuracy, it becomes possible to supply laser light more stably than in the past. In general, since the light receiving sensor for monitoring the intensity of the laser light output from the laser light source is provided in the laser device, it is not necessary to provide a new light receiving sensor when applying the operation method of the present embodiment. The apparatus configuration is not complicated.
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2として、2波長のレーザ光を非線形結晶に入力して和周波の波長を出力する波長変換装置を備えるレーザ光源の運用方法であって、レーザ光源の定常使用を任意の間隔をおいて自動的に中断し、入力される2波長のレーザ光のうち、一方の波長のレーザ光のみを非線形結晶に入力するステップと、和周波の波長の出力光の光軸上に設置された受光センサにより、一方の波長のレーザ光の散乱光の強度を測定するステップと、散乱光の測定により得られた測定値に基づき、非線形結晶の損傷状態を判断するステップと、入力されるレーザ光が、非線形結晶の損傷のない領域で受光されるよう非線形結晶を自動的に移動させるステップを有するレーザ光源運用方法について説明する。
[Embodiment 2]
Next, as a second embodiment of the present invention, there is provided a method of operating a laser light source including a wavelength conversion device that inputs laser light of two wavelengths into a nonlinear crystal and outputs a sum frequency wavelength, and uses the laser light source constantly Is automatically interrupted at an arbitrary interval, and the step of inputting only one of the two wavelength laser beams to the nonlinear crystal and the optical axis of the output light of the sum frequency wavelength A step of measuring the intensity of the scattered light of the laser light of one wavelength by the light receiving sensor installed above, a step of determining the damage state of the nonlinear crystal based on the measurement value obtained by the measurement of the scattered light; A laser light source operating method including a step of automatically moving the nonlinear crystal so that the input laser beam is received in an area where the nonlinear crystal is not damaged will be described.
(装置構成)
図3は、実施の形態2の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。
判断回路5から入力を受け、自動的に微動装置7を制御する微動装置制御回路11、第1のシャター9,第2のシャター10を制御するシャター遮断回路17を備える点において実施の形態1と異なっている。
(Device configuration)
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration of a laser light source operated by the operation method of the second embodiment and a laser apparatus including the light source.
The first embodiment is different from the first embodiment in that it includes a fine movement
(運用方法) (Operation method)
レーザ光源の定常使用(被照射試料6へのレーザ出力光照射による検査・測定・加工等のルーチン使用)を、非線形結晶1の損傷状態をモニタするために、任意の間隔をおいて中断する。この中断は予め決められた間隔またはタイミングで自動的に行われるようにする。そして、定常使用がモニタのため自動的に中断されると、シャター遮断回路17により、第1のシャター9が遮断される。その後、受光センサ4からの測定値に基づいて、判断回路5で非線形結晶1の移動時期を判断する点については、実施の形態1と同様である。ここで、判断回路5で結晶の移動時期と判断された場合、その情報が微動装置制御回路11に自動的に入力される。そして、微動装置制御装置11から出力される信号に基づき、レーザ入力光が結晶の損傷のない領域に受光されるよう、微動装置7により自動的に非線形結晶1の位置を移動する。この際、既に、非線形結晶1に損傷のない領域が残っていなければ、自動的に結晶交換の警告を発生させるような運用方法であれば、より好ましい。
(効果)
In order to monitor the damage state of the
(effect)
実施の形態1の効果に加え、自動的に定常使用を中断し、かつ、非線形結晶1の移動時期と判断された場合に、結晶の移動が自動化されているため、作業者が手動で移動を行う場合に比べ、時間的なロスを減少させ、装置の稼働率を向上することが可能となる。
In addition to the effects of the first embodiment, the steady use is automatically interrupted and the movement of the crystal is automated when it is determined that the movement time of the
[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3として、波長変換素子である非線形結晶と、非線形結晶を一定温度に保つヒーターを有する波長変換装置を備えるレーザ光源運用方法であって、ヒーターへの供給電力を測定するステップ、供給電力の測定により得られた測定値に基づき、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップとを有することを特徴とするレーザ光源運用方法について説明する。
[Embodiment 3]
Next, as a third embodiment of the present invention, there is provided a laser light source operation method including a nonlinear crystal that is a wavelength conversion element and a wavelength conversion device that includes a heater that maintains the nonlinear crystal at a constant temperature. A method of operating a laser light source, comprising: a step of measuring, and a step of determining a damage state of the nonlinear crystal based on a measurement value obtained by measuring a supply power will be described.
(装置構成)
図4は、実施の形態3の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。
本実施の形態のレーザ装置100はレーザ光源101を備えている。レーザ光源101は、λ1の波長のレーザ光を発生する第1のレーザ発振器2、λ2の波長のレーザ光を発生する第2のレーザ発振器3、波長λ1とλ2のレーザ光の和周波混合により波長λ3のレーザ光を発生させるための波長変換素子である非線形結晶1、非線形結晶1に損傷が発生した場合に結晶を移動させる微動装置7を具備している。さらに、非線形結晶1の周辺水分の吸湿による損傷を防止し、かつ、レーザ出力光の特性の温度による変動を抑制するため、非線形結晶1を一定温度に保つためのヒーター13、温度センサ12を備えている。
また、本実施の形態のレーザ装置100は、非線形結晶1の温度保持機構として、温度センサ12からの情報に基づき、ヒーター13の温度をコントロールする温度制御回路14と、ヒーター13への電力供給源である電源15を備えている。また、ヒーター13への供給電力をモニタする電力計16と、電力計16から得られた測定値に基づき非線形結晶の損傷状態を判断する判断回路5、レーザ光源101から出力されたλ3のレーザ光が照射される被照射試料6、被照射試料6へのレーザ光照射時に光路を変化させるミラー8を備えている。
図4では、本実施の形態3を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。レーザ装置100およびレーザ光源101には、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
(Device configuration)
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a laser light source operated by the operation method of the third embodiment and a laser apparatus including the light source.
The
In addition, the
In FIG. 4, the description is omitted except for the components necessary for explaining the third embodiment. Needless to say, the
ここで、例えば、第1のレーザ発振器2はネオジウムを活性物質とする波長1064nmのYAGレーザ発振器を用い、第2のレーザ発振器3として244nmの2倍高調波を発生するアルゴンレーザ発振器を用いれば、波長198.5nmのレーザ光出力が、レーザ光源101から得られる。そして、このような、深紫外域のレーザ光を用いると、例えば、次世代半導体製品である65nmデザインルール品のマスクの検査が可能となることは実施の形態1と同様である。
Here, for example, if the
ここで、第1のレーザ発振器2、第2のレーザ発振器3は、特にYAGレーザやアルゴンレーザ発振器に限られることなく、和周波混合によって和周波のレーザ光を発生しうるものであれば、ルビーレーザ、チタニウムサファイアレーザ、その他のレーザであってもかまわない。また、非線形結晶1についてもCLBO結晶でなくとも、和周波のレーザ光を発生させる結晶であれば、BBO結晶(BaB2O4)、LBO結晶(LiB3O5)、その他の結晶であってもかまわない。そして、ヒーター13への供給電力を電力計16によりモニタするとしたが、電源15からヒーター13への供給電力量をモニタできるのであれば、必ずしも、電力計でなくとも電流計等の測定装置であってもかまわない。さらに、レーザ装置100についても、レーザを被照射試料6に照射する装置であればマスク欠陥検査装置に限られることなく、例えば、レーザ干渉を用いる測長装置、レーザ加工装置、その他の装置であってもかまわない。また、ここでは、被照射試料にレーザ光を照射する際にミラー8を設けて、レーザ光の光路を変更させる構成としたが、必ずしもこの構成に限られることなく、例えば、光路を曲げずに直接被照射試料に照射してもかまわないし、複数のミラーにより光路を変更してもかまわない。
Here, the
(運用方法)
通常、非線形結晶1においては、入力光の一部が熱に変換されるため、ヒーター15への供給電力と入力光のパワーは一定の負の相関関係を有している。図5は、非線形結晶1に入力される2つの波長のレーザ光の一方のパワーを固定し、他方のパワーを変動させてレーザ出力光のパワーを制御する場合の、入力光のパワーとヒーターへの供給電力の関係を示す模式図である。図の黒丸に非線形結晶1に損傷が生じていない場合の両者の関係を示す。図からも明らかなように、入力光のパワーをあげると、非線形結晶1の温度を一定に保つために必要なヒーターへの供給電力量は減少する。もっとも、レーザ光源101の長期使用により、非線形結晶1に損傷が生ずると、損傷部で通常より多くの光−熱変換が生じる。そこで、非線形結晶1を一定温度に保つためのヒーター13への供給電力は減少し、図5の白丸で示すように、非線形結晶1に損傷がない場合の相関関係から外れることになる。
本実施の形態の運用方法においては、あらかじめ、使用するレーザ入力光のパワーに対し、非線形結晶1を一定温度に保つために必要なヒーター13への供給電力をキャリブレーションしておく。そして、そのキャリブレーションから、非線形結晶1が結晶を移動させるべき程度に損傷を受けたと判断する供給電力の閾値、すなわち、入力光のパワーとヒーターへの供給電力の相関関係から有意に外れていると判断される値を決定しておき、判断回路5に判断閾値として入力しておく。
そして、電力計16により、レーザ光源101使用中に電源15からヒーターに供給される電力をモニタし、判断回路5においてその測定値と閾値を比較して、非線形結晶1の移動時期を判断回路5において判断することが可能となる。そして、判断回路5において、非線形結晶1の移動時期であると判断されれば、微動装置7を用いて、入力される2波長のレーザ光が非線形結晶1の損傷のない領域に受光される位置にまで、非線形結晶1を移動する。そして、損傷のない領域が非線形結晶1に、もはや存在しない場合には、非線形結晶1を交換する。
なお、非線形結晶1の移動時期の判断は、必ずしも、設定温度を固定した、入力光のパワーのみを変数とする1変数の相関関数からの供給電力のズレに基づく方法だけに限られず、例えば、結晶の受光位置によって設定温度をチューニングするような場合に、入力光のパワーと設定温度の2変数の相関関数からの供給電力のズレに基づく方法等であってもかまわない。
(Operation method)
Usually, in the
In the operation method of the present embodiment, the power supplied to the
The
Note that the determination of the movement time of the
(効果)
本実施の形態により、従来のレーザ出力光のモニタでは、散乱光の影響で精度が上がらなかった非線形結晶の損傷判断が、ヒーターへの供給電力の変動に基づいて判断するという運用方法により、より高い精度でできるようになる。そして、高い精度での損傷判断により、非線形結晶を移動させることで、従来に比べ、レーザ光をより安定に供給することが可能になる。また、定常使用状態で、非線形結晶1の損傷状態がモニタできるので、モニタのための時間を特別に設ける必要がなく、装置の効率的利用が図れる。さらに、本実施の形態の運用方法の適用に当たり、通常、レーザ装置に備わっている温度保持機構を流用するため、電力計の付加、判断回路の構成の変更等、新たな装置構成の変更は限定的であり、装置構成を複雑化させることもない。
(effect)
According to this embodiment, in the conventional laser output light monitor, the non-linear crystal damage determination, which has not been improved due to the influence of scattered light, is determined based on the fluctuation of the power supplied to the heater. It will be possible with high accuracy. Then, by moving the nonlinear crystal by determining damage with high accuracy, it becomes possible to supply laser light more stably than in the past. In addition, since the damage state of the
[実施の形態3の変形例]
次に、本発明の実施の形態3の変形例として、高調波を発生するレーザ光源に、ヒーターへの供給電力の変動に基づいて、非線形結晶損傷の判断を行う運用方法を適用する場合について説明する。
[Modification of Embodiment 3]
Next, as a modification of the third embodiment of the present invention, a case where an operation method for determining nonlinear crystal damage based on fluctuations in power supplied to a heater is applied to a laser light source that generates harmonics will be described. To do.
(装置構成)
図6は、実施の形態3の変形例の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。
レーザ光源に和周波を発生するレーザ光源でなく、高調波を発生するレーザ光源を用いる以外は、構成は実施の形態3と同様である。
レーザ光源101は、λ1の波長を発生する第1のレーザ発振器2、波長λ1の高調波である波長λ2のレーザ光を発生させるための波長変換素子である非線形結晶1を具備している。
(Device configuration)
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a configuration of a laser light source operated by the operation method of the modification of the third embodiment and a laser device including the light source.
The configuration is the same as that of the third embodiment except that a laser light source that generates harmonics is used instead of a laser light source that generates a sum frequency in the laser light source.
The laser light source 101 includes a
ここで、例えば、レーザ発振器2はネオジウムを活性物質とする波長1064nmのYAGレーザ発振器を用いる。そして、波長変換素子の非線形結晶1としてCLBO結晶(CsLiB6O10)を用いる。そうすると、波長1064nmのレーザ光の第2高調波として、波長532nm(=1/(1/1064+1/1064))のレーザ光出力が、レーザ光源101から得られることになる。
Here, for example, the
なお、レーザ発振器2は、特にYAGレーザ発振器に限られることなく、非線形結晶に入射することにより高調波のレーザ光を発生しうるものであれば、ルビーレーザ、チタニウムサファイアレーザ、その他のレーザであってもかまわない。また、レーザ発振器2から出力された基本波を高調波に変換したものを、さらに短波長の高調波に変換するために非線形結晶1に入力する態様でもかまわない。そして、非線形結晶1についてもCLBO結晶でなくとも、高調波のレーザ光を発生させる結晶であれば、BBO結晶(BaB2O4)、LBO結晶(LiB3O5)、その他の結晶であってもかまわない。
(運用方法)
The
(Operation method)
本実施の形態の変形例における運用方法は、キャリブレーションの際、非線形結晶1に入射されるレーザ光が1波長のみであること以外は、実施の形態3と同様である。
(効果)
The operation method in the modification of the present embodiment is the same as that of the third embodiment, except that the laser beam incident on the
(effect)
本実施の形態の変形例により、従来のレーザ出力光のモニタでは、散乱光の影響で精度が上がらなかった高調波発生に用いられる非線形結晶の損傷判断が、ヒーターへの供給電力の変動に基づいて判断するという運用方法により、より高い精度での損傷判断ができるようになる。そして、高い精度での損傷判断により、非線形結晶を移動させることで、従来に比べ、レーザ光をより安定に供給することが可能になる。また、レーザ装置の効率的活用が図れる点や、装置構成が複雑にならない点は、実施の形態3と同様である。 According to the modification of the present embodiment, in the conventional monitor of laser output light, the damage determination of the nonlinear crystal used for the generation of harmonics whose accuracy has not been improved due to the influence of scattered light is based on fluctuations in the power supplied to the heater. This makes it possible to judge damage with higher accuracy. Then, by moving the nonlinear crystal by determining damage with high accuracy, it becomes possible to supply laser light more stably than in the past. Further, the point that the laser device can be efficiently used and the device configuration is not complicated are the same as in the third embodiment.
[実施の形態4]
次に、本発明の実施の形態4として、波長変換素子である非線形結晶と、その非線形結晶を一定温度に保つ保温機構を有する波長変換装置を備えるレーザ光源運用方法であって、保温機構でのヒーターへの入力パラメータを測定するステップと、その測定により得られた測定値に基づき、非線形結晶の損傷状態を判断するステップと、入力されるレーザ光が、非線形結晶の損傷のない領域で受光されるよう非線形結晶を自動的に移動させるステップを有するレーザ光源運用方法について説明する。
[Embodiment 4]
Next, as
(装置構成)
図7は、実施の形態4の運用方法で運用されるレーザ光源およびその光源を備えるレーザ装置の構成を示す概念図である。
判断回路5から入力を受け、自動的に微動装置7を制御する微動装置制御回路11を備える点で、実施の形態3と異なっている。
なお、レーザ光源101は、図7では和周波としているが、必ずしも和周波を用いるものでも、高調波を用いるものであっても、かまわない。
(Device configuration)
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a configuration of a laser light source operated by the operation method of the fourth embodiment and a laser apparatus including the light source.
The third embodiment is different from the third embodiment in that a fine movement
Although the laser light source 101 has a sum frequency in FIG. 7, it does not matter if it uses a sum frequency or a harmonic.
(運用方法) (Operation method)
電力計16からの測定値に基づいて、判断回路5で非線形結晶1の移動時期を判断する点については、実施の形態1と同様である。ここで、判断回路5で結晶の移動時期と判断された場合、その情報が微動装置制御回路11に自動的に入力される。そして、微動装置制御回路11から出力される信号に基づき、入力されるレーザ光が非線形結晶1の損傷のない領域に受光される位置にまで、微動装置7により自動的に非線形結晶が移動される。この際、既に、非線形結晶1に損傷のない領域が残っていなければ、自動的に結晶交換の警告を発生させるような運用方法であれば、より好ましい。
(効果)
The point of determining the moving time of the
(effect)
実施の形態3の効果に加え、非線形結晶1の移動時期と判断された場合に、結晶の移動が自動化されているため、作業者が手動で移動を行う場合に比べ、時間的なロスを減少させ、装置の稼働率を向上することが可能となる。
In addition to the effects of the third embodiment, when the movement time of the
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、装置構成や制御手法等で、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. In the description of the embodiment, the description of the device configuration, control method, etc. that is not directly necessary for the description of the present invention is omitted, but the required device configuration and control method should be appropriately selected and used. Can do.
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのレーザ光源の運用方法は、本発明の範囲に包含される。 In addition, all laser light source operation methods that include elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.
1 非線形結晶
2 第1のレーザ発振器
3 第2のレーザ発振器
4 受光センサ
5 判断回路
6 被照射試料
7 微動装置
8 ミラー
9 第1のシャター
10 第2のシャター
11 微動装置制御回路
12 温度センサ
13 ヒーター
14 温度制御回路
15 電源
16 電力計
17 シャター遮断回路
100 レーザ装置
101 レーザ光源
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ヒーターへの供給電力を測定するステップ、
予め決定された結晶が損傷を受けたと判断する供給電力の閾値と、前記測定により得られた測定値を比較することにより、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップとを有することを特徴とするレーザ光源運用方法。 A laser light source operation method comprising a nonlinear crystal that is a wavelength conversion element, and a wavelength conversion device having a heater that maintains the nonlinear crystal at a constant temperature,
Measuring power supplied to the heater;
A step of determining a damage state of the nonlinear crystal by comparing a threshold value of power supply for determining that the predetermined crystal is damaged and a measurement value obtained by the measurement. Laser light source operation method.
前記ヒーターへの供給電力を測定するステップ、
予め決定された結晶が損傷を受けたと判断する供給電力の閾値と、前記測定により得られた測定値を比較することにより、前記非線形結晶の損傷状態を判断するステップ、
前記非線形結晶に入力されるレーザ光が、前記非線形結晶の損傷のない領域で受光されるよう前記非線形結晶を自動的に移動させるステップとを有することを特徴とするレーザ光源運用方法。 A laser light source operation method comprising a nonlinear crystal that is a wavelength conversion element, and a wavelength conversion device having a heater that maintains the nonlinear crystal at a constant temperature,
Measuring power supplied to the heater;
Determining a damage state of the non-linear crystal by comparing a threshold value of power supplied to determine that a predetermined crystal is damaged and a measurement value obtained by the measurement;
And a step of automatically moving the nonlinear crystal so that laser light input to the nonlinear crystal is received in an area where the nonlinear crystal is not damaged.
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