JP3731695B2 - レーザ光発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造用露光装置，干渉計，科学技術，計測，波長変換等に用いられ、注入同期されたレーザ光を発生するレーザ光発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、狭帯域化された強力なレーザ光を発生する装置として、注入同期されたレーザ光を出力するレーザ光発生装置が知られている。注入同期とは、出力レーザ光の周波数を、外部から注入されたレーザ光の周波数に対して所定の関係を有するように同期させることを言う。注入同期には、パルス光を発生するインジェクションシーディングや、連続光を発生するインジェクションロッキング等がある。このような注入同期を用いるレーザ光発生装置は、半導体製造用露光装置や干渉計等で利用されている。
【０００３】
注入同期を用いるレーザ光発生装置は、レーザ光を共振させるための共振器を備え、この共振器に注入される基本レーザ光と共振器によって発生されるスレーブレーザ光とを、互いに同期するように制御して所定の特性のレーザ光を出力するようになっている。このようなレーザ光発生装置では、基本レーザ光とスレーブレーザ光との同期をとるために、アクチュエータによってレーザ光の波長以下の寸法精度で共振器長を制御するようにサーボがかけられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、注入同期を用いるレーザ光発生装置では、温度変化による共振器の膨張，変形，屈折率変化等の外乱により共振器長が変化することがある。このとき、レーザ光発生装置では、共振器長を一定に保つようにサーボをかけて共振器長を制御するが、それには機械的または電気的な限界がある。この限界を越えると共振器長を制御できなくなる。そのため、レーザ光発生装置では、制御回路に所定の制御の限界点を設けて、この限界点に達したら、一旦、共振器長の制御を停止し、アクチュエータを例えば中立点、中央点付近に戻した後、再び共振器長の制御を復帰させることがよく行われている。
【０００５】
上述のような処理により、再び共振器長を制御できるようになるが、共振器長の制御を停止させてから制御を復帰させて制御が安定するまでの間は、レーザ光発生装置は、マルチモード発振状態または注入不可能状態となり、レーザ光が例えば単一周波数で出力されなくなる。従来のレーザ光発生装置では、使用者は、レーザ光発生装置より特性の異なるレーザ光が出力されて初めて、共振器長の制御が一時的に停止したことを知ることができるに過ぎない。そのため、使用者が、共振器長の制御が一時的に停止したことを知ったときには、既に、特性の異なるレーザ光が出力されており、その結果、以下のような種々の問題が発生していた。
【０００６】
ここで、特性の異なるレーザ光における特性とは、出力、可干渉性（時間コヒーレンス，空間コヒーレンス）、空間強度分布、ビーム特性（サイズ，発散角，ビームウェスト位置等）、ビーム安定性（ピークや重心の位置，角度）、時間特性（ノイズ，パルスの幅やタイミング，出力変動）、波長（絶対波長，波長分布，変動）、消光比、偏光方向等である。なお、レーザ光発生装置を利用するシステムでは、例えば出力変動に対処するために、フォトダイオード等の光検出器で検出した光量が一定値になるように駆動値（電流，電圧，光量）を変化させたり、音響光学素子や光減衰器等の使用により光軸上の光透過率を制御する等の手段を採用して、利用する光の出力を一定にすることも可能である。しかし、こうした手段の応答速度には限界があり、この限界よりも速い急激な光源出力変化には追従できない。その場合、出力変動を除去できず、例えば、従来のレーザ光発生装置を半導体製造用露光装置に使用した場合には、露光量の過不足により露光量の目標値からのずれが生じて必要な精度で露光パターンの転写ができないことが予想される。そのため、光量に応じて露光時間を調整してこれに対応することも可能であるが、応答速度に限界があるといった不具合や、露光時間を変化させるためにスペックル強度が変化する等の副次的な不具合が発生することもある。
【０００７】
また、通常、可干渉性の測定には相当な時間を要するので、常に可干渉性の値を監視することは難しい。しかしながら、可干渉性が変化すると、例えば半導体用露光装置の場合、通常の平均化により、光量分布の一様性が保たれなくなる可能性があるといった不具合がある。このような不具合は、空間強度分布、ビーム特性、ビーム安定性、時間特性、消光比、偏光方向等の変化によっても引き起こされる。また、波長の変化により、レンズの像面位置が変化したり、収差が変化するといった不具合もある。干渉計においても、波長、出力、ビーム特性の安定性等は重要な要因である。
【０００８】
また、インジェクションシーディングを用いるレーザ光発生装置では、通常、基本レーザ光が注入されるＱスイッチレーザにおける共振器の共振器長を制御して、その共振器の複数の縦モードの周波数の一つに、単一周波数の基本レーザ光の周波数が合うようにすることで、Ｑスイッチレーザを単一周波数で発振させるようにする。このようなインジェクションシーディングを用いるレーザ光発生装置では、共振器の縦モードの一つの周波数と基本レーザ光の周波数とのずれに対応するパラメータに基づいてエラー信号を生成して、このエラー信号が最小になるようにサーボがかけられる。しかしながら、このようなレーザ光発生装置では、エラー信号が、最小値ではなく、最小値よりも大きな値の極小値に保持されるようにサーボがかかる、いわゆる弱シード状態と呼ばれる不安定状態になることがあり、このような状態になった場合には、使用者が手動でサーボを解除しない限り、安定な単一縦モードのレーザ光が得られない。この場合も、使用者は、レーザ光発生装置より特性の異なるレーザ光が出力されて初めて、弱シード状態になっていることを知ることができるに過ぎない。また、弱シード状態が長時間続くことを防止するには、使用者が常にサーボの状態を監視している必要があるが、そうすると、レーザ光利用の実用性が低下すると共に、人件費が増大するという問題点がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、使用者等が、出力レーザ光の特性変化を事前に知ることを可能にしたレーザ光発生装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ光発生装置は、レーザ光を共振させ、且つレーザ光を出力するための共振器と、この共振器に対して基本レーザ光を注入する基本レーザ光注入手段と、この基本レーザ光注入手段によって注入される基本レーザ光に基づいて、共振器より出力されるレーザ光を注入同期するために共振器または基本レーザ光注入手段における共振器の共振器長を制御すると共に、共振器長の制御を一時的に停止する機能を有する共振器長制御手段と、この共振器長制御手段が共振器長の制御を一時的に停止する前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告情報を出力すると共に、共振器長の制御を再開したのち、その制御が安定してから制御安定信号を出力する予告情報出力手段とを備えたものである。
【００１１】
このレーザ光発生装置では、基本レーザ光注入手段によって、共振器に対して基本レーザ光が注入され、この基本レーザ光に基づいて、共振器によって、注入同期されたレーザ光が出力される。また、共振器長制御手段によって、基本レーザ光に基づいて、共振器または基本レーザ光注入手段における共振器より出力されるレーザ光を注入同期するために、共振器の共振器長が制御される。共振器長制御手段は、共振器長の制御を一時的に停止する機能を有している。そして、共振器長制御手段が共振器長の制御を一時的に停止する前に、予告情報出力手段によって、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告情報が出力される。さらに、共振器長の制御を再開したのち、その制御が安定してから予告情報出力手段によって制御安定信号が出力される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。このレーザ光発生装置は、基本レーザ光を発生して出力するマスタレーザ部１１と、このマスタレーザ部１１より注入される基本レーザ光によってインジェクションシーディングされたパルスレーザ光、すなわち、基本レーザ光の周波数と一致した周波数のパルスレーザ光を出力するスレーブレーザ部１２とを備えている。スレーブレーザ部１２の出力光は、レーザ光利用システム１３に供給されるようになっている。なお、レーザ光利用システム１３は、半導体製造用露光装置や干渉計等、レーザ光発生装置から出力されるレーザ光を利用するシステムを総称したものである。
【００１４】
レーザ光発生装置は、更に、スレーブレーザ部１２からレーザ光利用システム１３に供給される出力光の一部を反射して分岐するパーシャルミラー１４と、このパーシャルミラー１４によって反射された光を検出する光検出器１５と、この光検出器１５の出力信号Ｓ1 を入力して、後述するパルスの立ち上がり時間（以下、ＢＵＴと記す。）を測定するＢＵＴ測定部１６と、スレーブレーザ部１２内の後述するアクチュエータを駆動する駆動回路１７と、ＢＵＴを表し、ＢＵＴ測定部１６より出力されるＢＵＴ信号Ｓ2 に基づいて駆動回路１７を制御することによって、スレーブレーザ部１２内の共振器の共振器長をサーボ制御する共振器長サーボ回路１８と、レーザ光発生装置の全体を制御するシステム制御回路１９とを備えている。なお、パーシャルミラー１４および光検出器１５はスレーブレーザ部１２に内蔵するようにしてもよい。
【００１５】
マスタレーザ部１１は、基本レーザ光を出力するレーザ発振部２１と、必要に応じてこのレーザ発振部２１より出力される基本レーザ光をスレーブレーザ部１２に向けて反射させるミラー２２とを有している。なお、必要に応じてレーザ発振部２１と合波用光学素子２６との間に光アイソレータ等を設けて戻り光を防ぐようにしてもよい。
【００１６】
スレーブレーザ部１２には、例えばＱスイッチパルスレーザが用いられる。以下、スレーブレーザ部１２としてＱスイッチパルスレーザを用いた場合について説明する。この場合のスレーブレーザ部１２は、対向するように配置された２つの共振器ミラー２３，２４を含み、レーザ光を共振させ且つ出力する共振器と、共振器ミラー２３，２４間に共振器ミラー２３側より順に配置されたＱスイッチ２５，合波用光学素子２６および図示しないレーザ媒質を有している。なお、これらの配置は一義的なものではなく、使用するＱスイッチの種類等により数種の異なる配置に変更してもよい。
【００１７】
共振器ミラー２３は、レーザ光を略全部反射するようになっている。共振器ミラー２４は、レーザ光を一部透過させ、スレーブレーザ部１２の出力光として出力するようになっている。Ｑスイッチ２５は、共振器のＱ値を急速に変化させて尖頭出力の大きいパルスレーザ光を発生させるためのものである。合波用光学素子２６は、マスタレーザ部１１からの基本レーザ光を、スレーブレーザ部１２の共振器によって共振するレーザ光と合光させることによってスレーブレーザ部１２に注入するためのものである。
【００１８】
スレーブレーザ部１２は、更に、共振器の共振器長を制御するために共振器ミラー２３を共振器の光軸方向に沿って移動可能なアクチュエータ２７を有している。このアクチュエータ２７には、例えばＰＺＴが用いられる。アクチュエータ２７は、駆動回路１７によって駆動されるようになっている。
【００１９】
システム制御回路１９は、共振器長のサーボ制御を一時的に停止することを決断するサーボ一時停止決断部２８と、このサーボ一時停止決断部２８によって共振器長のサーボ制御を一時的に停止することが決断されたときに、共振器長のサーボ制御が一時的に停止される前に、共振器長のサーボ制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力すると共に、共振器長のサーボ制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力するサーボ一時停止予告部２９とを有している。予告信号Ｓ9 および制御安定信号Ｓ10は、例えば、レーザ光利用システム１３において、シャッタ等を用いてレーザ光の利用を一時待機する制御を行う一時待機制御部１３ａに送られるようになっている。システム制御回路１９は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
【００２０】
共振器長サーボ回路１８は、駆動回路１７に対して、アクチュエータ２７を微小振動させるためのディザ（Dither）信号を重畳した位置補正信号Ｓ3 を送ると共に、駆動回路１７から、アクチュエータ２７の位置を表す位置信号Ｓ4 を受け取るようになっている。駆動回路１７は、共振器長サーボ回路１８からの位置補正信号Ｓ3 に基づいてアクチュエータ２７を駆動するようになっている。また、駆動回路１７は、システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８に対して、アクチュエータ２７の位置を表す位置信号Ｓ5 を送ると共に、サーボ一時停止決断部２８より、サーボ制御開始時のアクチュエータ２７の位置（中立点等）への復帰を指示する復帰指示信号Ｓ6 を受け取るようになっている。
【００２１】
また、共振器長サーボ回路１８は、システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８に対して、ＢＵＴ等から判断したサーボ制御の状態を表す制御状態信号Ｓ7 を送ると共に、システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８から、サーボ制御の開始および停止を指示するための制御指示信号Ｓ8 を受け取るようになっている。なお、システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８は、制御状態信号Ｓ7 に基づいて、サーボ制御の再開後、制御が安定したことを確認して、その情報をサーボ一時停止予告部２９に送るようになっている。
【００２２】
次に、本実施の形態に係るレーザ光発生装置の動作について説明する。このレーザ光発生装置では、マスタレーザ部１１より出力される基本レーザ光は、合波用光学素子２６を介して、スレーブレーザ部１２に注入される。スレーブレーザ部１２は、通常時には、共振器より出力されるレーザ光の周波数が、注入される基本レーザ光の周波数と一致するように、または一定の周波数差を持つように共振器長が制御される。
【００２３】
共振器長の制御は、具体的には、以下のようにして行われる。まず、ＢＵＴ測定部１６によって、光検出器１５の出力信号Ｓ1 に基づいてＢＵＴが測定される。ここで、図２を参照して、ＢＵＴについて説明する。ＢＵＴとは、Ｑスイッチ２５をオンにするトリガ信号（電圧，高周波等）をＱスイッチ２５に入力してから、パルスレーザ光が発生するまでの時間である。図２において、（ａ）はトリガ信号を示し、（ｂ）はパルスレーザの光出力を示している。この図に示したように、トリガ信号の立ち上がり時刻をｔ1 、パルスレーザ光の発生時刻をｔ2 とすると、ＢＵＴはｔ2 −ｔ1 となる。通常、ＢＵＴは数十から数百ナノ秒、パルスレーザ光のパルス幅は数ナノ秒から数十ナノ秒、パルスの立ち上がりのジッタは数ナノ秒程度であることが多い。なお、トリガ信号は、システム制御回路１９よりＱスイッチ２５に与えられる。図２では、トリガ信号付与中にＱスイッチ２５に印加される電圧または高周波がオンまたはオフになるために、共振器の損失が小さくなるように設計されている。
【００２４】
ＢＵＴを最小にすれば、スレーブレーザ部１２の共振器の複数の縦モードのうちの一つの周波数が、注入される基本レーザ光の周波数と一致し、スレーブレーザ部１２を、基本レーザ光の周波数と等しい単一の周波数で発振させることができるということは、略正しいと考えられている。そこで、本実施の形態では、ＢＵＴを最小にするように、共振器長を波長以下の精度でサーボ制御するが、そのために、共振器長を微小振動させて、ＢＵＴの増減を極性も含めて観測する（同期検波する）という方法を採用する。そのため、共振器長サーボ回路１８は、駆動回路１７に対して、アクチュエータ２７を微小振動させるためのディザ（Dither）信号を重畳した位置補正信号Ｓ3 を送る。駆動回路１７は、共振器長サーボ回路１８からの位置補正信号Ｓ3 に基づいてアクチュエータ２７を駆動する。これにより、共振器長は微小に振動する。ＢＵＴ測定部１６は、光検出器１５の出力信号Ｓ1 とシステム制御回路１９より出力されるＱスイッチ２５用のトリガ信号とをモニタしてＢＵＴ信号Ｓ2 を出力する。共振器長サーボ回路１８は、ＢＵＴ測定部１６より出力されるＢＵＴ信号Ｓ2 と、システム制御回路１９より出力されるＱスイッチ２５用のトリガ信号とをモニタし、共振器長の微小振動に対応して微小振動するＢＵＴの極性を観測し、ＢＵＴが小さくなる方向にアクチュエータ２７が移動するように位置補正信号Ｓ3 を生成し、駆動回路１７に出力する。このようなサーボ制御により、共振器長は微小に振動しながら、複数の縦モードのうちの一つの周波数が、注入される基本レーザ光の周波数に近づくように制御される。このような動作は、外乱（振動、膨張等）が生じてから、ＢＵＴが最小になるまで行われ、結果として、ＢＵＴが最小付近に固定され、基本レーザ光の周波数と近い周波数でスレーブレーザ部１２が発振する。
【００２５】
ここで、図３に、スレーブレーザ部１２の共振器長における波長以下の微小変化に対する共振器モードの変化を示す。また、共振器長を往復または一周の光路長と定義し、これをＬとする。共振器内の各素子の長さと屈折率をそれぞれＬ（ｉ），ｎ（ｉ）とすると、Ｌ＝２ｎ（１）Ｌ（１）＋２ｎ（２）Ｌ（２）＋…となる。共振器モードの次数をｍとすると、共振器内を一往復して同位相で干渉し、共振すべき（発振できる）光の波長λm は、Ｌ＝ｍλm で与えられる。このうち、レーザ発振できる波長λm は、レーザ媒質の利得波長域にあるべきだから、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの１０６４．１ｎｍの発振線の利得中心の波長を考えて、Ｌ＝５００ｍｍとした場合、ｍの値は約９３９７００となる。波長とＬのわずかな誤差でｍは大きく変化するので、通常、ｍは一つの値に特定せず、その代表値をｍ0 として、その付近のｍを、ｍ±１、ｍ±２、ｍ±３、…と記述する。
【００２６】
図３では、簡単のために、ΔＬ≒λm0／２とし、アクチュエータ２７がΔｚだけ伸びると共振器長が２Δｚだけ短くなるものとしている。ここで、図３（ｃ），（ａ）に示したように、ある瞬間において、アクチュエータ２７の異なる長さに対応する共振器長Ｌ＝Ｌ0 とＬ＝Ｌ0 −２ΔＬのどちらにおいても、注入される基本レーザ光の波長λ0 と共振器モードの一つの波長が一致するため、どらちの状態においても、スレーブレーザ部１２は、基本レーザ光の波長（または周波数）と略一致する波長（または周波数）で単一周波数の発振が可能である。一方、図３（ｂ），（ｄ）に示したように、共振器長Ｌ0 −ΔＬとＬ0 ＋ΔＬにおいては、共振器モードのいずれの波長も基本レーザ光の波長とは異なるため、スレーブレーザ部１２は、通常、マルチモードで発振しやすい。従って、最初に、アクチュエータ２７の位置が、例えば共振器長Ｌ0 −ΔＬを与える位置付近にある場合には、通常、Ｌ＝Ｌ0 とＬ＝Ｌ0 −２ΔＬのうちの近い方に、アクチュエータ２７が伸縮して合わせ込むことで、基本レーザ光を利用して単一モードで発振するようにサーボが働く。
【００２７】
ところで、共振器長は、温度変化による膨張、屈折率変化、変形等の理由により、時間と共に変化することが多い。このとき、スレーブレーザ部１２では、共振器の光路長を一定に保ち、共振器モードの周波数を、注入される基本レーザ光の周波数に合わせるようにサーボが働いて、ＰＺＴ等のアクチュエータ２７が伸縮する。しかし、このような制御には、機械的または電気的な限界がある。この限界を越えると、制御不可能となる。そのため、よく行われているのは、制御の限界点を設けて、一旦制御を停止し、アクチュエータ２７を中立点、中央点付近に戻した後、制御を再開する方法である。この場合、共振器長と共振器モードの次数が変わることで、発振周波数を同一にする。以下、このことを詳しく説明する。
【００２８】
いま、レーザ光発生装置の立ち上げ後、例えば温度が徐々に上昇して、熱膨張により共振器長が次第に長くなった場合を考える。インジェクションシーディング（注入同期）のサーボがかかっている場合には、上述のように、アクチュエータ２７が伸長して共振器長を一定に保とうとする。図３（ｃ）に示したＬ＝Ｌ0 の位置から開始した場合には、一定時間後には、アクチュエータ２７が伸長してＬ＝Ｌ0 を保ちながら、図３（ａ）におけるアクチュエータ２７の状態になってくる。もし、更に共振器を形成する材質が伸びてアクチュエータ２７が更に伸びると、共振器長はＬ＝Ｌ0 に保たれたまま、すなわちモード次数ｍ0 が保たれたまま、遂にはアクチュエータ２７の動作範囲限界に達する。制御系は、アクチュエータ２７に印加する電圧等から、制御の限界点を知ることができるので、限界点付近に達したら、一旦制御を停止し、λm0／２の整数倍だけアクチュエータ２７を縮めて共振器長（往復）をλm0の整数倍だけ伸ばし、例えばアクチュエータ２７を可動範囲の中央点付近に戻した後、制御を再開する。これにより、モード次数はｍ0 ＋Ｍ（Ｍは０以外の整数）、一周の共振器長はＬ＝Ｌ0 ＋２ＭΔＬに移行し、アクチュエータ２７は、例えば図３（ｃ）に示した位置に戻る。逆に周囲温度が低下し、共振器を形成する材質が縮む場合は、前述した動きとは反対の動きでアクチュエータ２７を可動範囲内に戻す。
【００２９】
以上のような制御の一旦停止および再開は、具体的には、次のようにして行われる。システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８は、駆動回路１７からの位置信号Ｓ5 を監視し、位置信号Ｓ5 が予め定めた設定された限界値に近づいたら、必要に応じて過去の動きの履歴から限界値への到達時刻を計算し、その到達時刻より充分前に、サーボ制御の停止を指示するための制御指示信号Ｓ8 を共振器長サーボ回路１８に送る。これにより、サーボ制御が停止される。サーボ制御の停止は、例えば、サーボゲインの低下や、サーボループの接続変更等によって行われる。システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８は、制御を再開するときには、サーボ制御開始時のアクチュエータ２７の位置（中立点等）への復帰を指示する復帰指示信号Ｓ6 を駆動回路１７に送ると共に、サーボ制御の開始を指示するための制御指示信号Ｓ8 を共振器長サーボ回路１８に送る。これにより、アクチュエータ２７が中立点等へ復帰し、サーボ制御が再開される。
【００３０】
図４（ａ），（ｂ）は、共振器長の制御が行われてマスタレーザ部１１の出力レーザ光の周波数とスレーブレーザ部１２の出力レーザ光の周波数とが略一致しているときのマスタレーザ部１１の出力レーザ光の周波数特性とスレーブレーザ部１２の出力レーザ光の周波数特性とを示したものである。なお、図４において、縦の実線は出力光の相対強度を表し、縦の破線は共振器モードを表している。
【００３１】
共振器長の制御を一旦停止してから、再開して制御が安定するまでの間は、スレーブレーザ部１２は、通常、マルチモード発振になるか、不安定な状態になる。図４（ｃ），（ｄ）は、スレーブレーザ部１２がマルチモード発振になっているときのマスタレーザ部１１の出力レーザ光の周波数特性とスレーブレーザ部１２の出力レーザ光の周波数特性とを示したものである。
【００３２】
レーザ光発生装置の出力レーザ光を利用する使用者は、システムの出力の中から、関連する情報例えばアクチュエータ２７の駆動電圧信号等をモニタして、一時的な共振器長の制御の停止が近いことを知ることができる場合もあるが、共振器長の制御の停止は時間的に遅い動作となることが多いため、どのタイミングで制御が停止されるかを正確に知ることは難しい。従って、使用者側で、制御停止以前に、制御停止に備えようとすると、場合によっては相当の時間、待機する必要が生じ、システムのダウンタイムが増大する。
【００３３】
これに対し、本実施の形態では、サーボ一時停止決断部２８によって共振器長の制御を一時的に停止することが決断されたときには、サーボ一時停止予告部２９は、共振器長の制御が一時的に停止される前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力する。予告信号Ｓ9 を出力するタイミングは、例えば、制御を一時的に停止する直前、または制御を一時的に停止するときよりも使用者やレーザ光利用システム１３が必要な準備を行う時間分以上前が好ましい。予告信号Ｓ9 は、上述の場合の他にも、共振器長の制御の限界点に急激に近づいている場合等、必要な場合に出力するようにしてもよい。サーボ一時停止予告部２９は、更に、共振器長の制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力する。予告信号Ｓ9 および制御安定信号Ｓ10は、例えば、レーザ光利用システム１３の一時待機制御部１３ａに送られる。このように、本実施の形態によれば、使用者やレーザ光利用システム１３は、予告信号Ｓ9 によって、共振器長の制御が一時的に停止されて出力レーザ光の特性が変化することを事前に知ることができ、また、制御安定信号Ｓ10によって、共振器長の制御の再開後、制御が安定したことを知ることができる。
【００３４】
ところで、レーザ光発生装置では、共振器長のサーボ制御時に、スレーブレーザ部１２が弱シード状態と呼ばれる不安定状態になることがあり、このような状態になった場合にはサーボ制御を一旦停止しない限り、安定な単一縦モードのレーザ光が得られない。ここで、図５を参照して、弱シード状態について説明する。図５において、横軸はアクチュエータ２７の位置ｚを表し、縦軸はＢＵＴを表している。また、図中、Ｄは、ディザ信号に基づくアクチュエータ２７の微小振動範囲を示している。アクチュエータ２７の位置ｚに関して、レーザ光の半波長毎に周期的に、ＢＵＴが最小値を取る最小位置ｚ1 が存在する。ここで、図５に示したように、最小位置ｚ1 以外に、ＢＵＴが最小値よりも大きな極小値を取る極小位置ｚ2 が存在する場合には、共振器長のサーボ制御によって、アクチュエータ２７の位置が極小位置ｚ2 に留まってしまって抜け出せなくなることがある。このとき、スレーブレーザ部１２が弱シード状態となると考えられる。
【００３５】
弱シード状態では、出力レーザ光のパルスジッタ、周波数分布等が不安定で、使用者の目的によっては使用不可能となる場合もある。すなわち、弱シード状態では、注入される基本レーザ光の波長（周波数）と共振器モードの波長（周波数）とが、おそらく十分近接していないため、スレーブレーザ部１２において、注入される基本レーザ光の光子を種としてパルスレーザ光が立ち上がるときに、基本レーザ光と略同一波長のパルスレーザ光となる状態と、基本レーザ光を利用せずにマルチモード発振する状態とを不安定に遷移したり、基本レーザ光の波長とは多少異なる波長に不安定に固定される等の症状が出る。弱シード状態では、ＢＵＴは、安定状態に比べると大きいが、注入光がない状態に比べると小さくなる。パルスジッタも、複数の状態を遷移したりするために増大する。現在まで弱シード状態を回避するための物理的解決法は見つかっていないので、弱シード状態となったら、この弱シード状態を抜け出すために、一旦サーボ制御を停止し、アクチュエータ２７の位置を最小位置ｚ1 へ復帰させる必要がある。
【００３６】
そこで、本実施の形態では、システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８は、共振器長サーボ回路１８より、ＢＵＴ等から判断したサーボ制御の状態を表す制御状態信号Ｓ7 を受け取り、この制御状態信号Ｓ7 に基づいて、弱シード状態に保持されていることを検出し、弱シード状態に保持されていることを検出したときにも、共振器長の制御を一時的に停止することを決断する。共振器長の制御の停止と再開の動作は、共振器長の制御が限界点付近に達する場合と同様である。なお、弱シード状態になった場合には、一度の制御停止によって制御が正常状態に戻って安定する保証はないので、制御停止は繰り返し行われる場合もある。
【００３７】
本実施の形態では、このように、弱シード状態を抜け出すために一旦、共振器長の制御を停止する際にも、制御を停止する前に、サーボ一時停止予告部２９は、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力する。また、サーボ一時停止予告部２９は、更に、共振器長の制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力する。これにより、使用者やレーザ光利用システム１３は、予告信号Ｓ9 によって、共振器長の制御が一時的に停止されて出力レーザ光の特性が変化することを事前に知ることができ、また、制御安定信号Ｓ10によって、共振器長の制御の再開後、制御が安定したことを知ることができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、使用者やレーザ光利用システム１３は、予告信号Ｓ9 によって、共振器長の制御が一時的に停止されて出力レーザ光の特性が変化することを事前に知ることができ、また、制御安定信号Ｓ10によって、共振器長の制御の再開後、制御が安定したことを知ることができる。これにより、予告なしにレーザ光の特性が変化することによる使用者やレーザ光利用システム１３における攪乱を回避することが可能となる。また、レーザ光利用システム１３が製造装置の場合には、歩留りを向上させることができる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、使用者やレーザ光利用システム１３が、シャッタ等を用いてレーザ光の使用を一時的に待機する時間を最小限に抑えることができる。従って、レーザ光利用システム１３が製造装置の場合には、製造装置のダウンタイムを小さくすることができる。
【００４０】
また、図１に示したように、レーザ光利用システム１３の一時待機制御部１３ａによって、予告信号Ｓ9 が出力されてから制御安定信号Ｓ10が出力されるまでの間、レーザ光利用システム１３におけるレーザ光の利用を一時待機することにより、レーザ光利用システム１３では、常に単一周波数の安定したレーザ光を利用することが可能となり、システムを自動的に安定化することができる。また、このように構成することで、使用者が常に制御の状態を監視している必要がなくなり、レーザ光利用の実用性が向上すると共に、人件費を低減することが可能となる。
【００４１】
図６は、本実施の形態の変形例に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。この変形例は、システム制御回路１９内にサーボ一時停止予告部２９を設けずに、システム制御回路１９外に、サーボ一時停止予告部２９と同様の機能を有するサーボ一時停止予告信号発生回路３０を設けたものである。このサーボ一時停止予告信号発生回路３０は、システム制御回路１９内のサーボ一時停止決断部２８より、予告信号の発生および制御安定信号の発生を指示するための指示信号Ｓ11を受け取り、この指示信号Ｓ11に従って、予告信号Ｓ9 および制御安定信号Ｓ10を出力する。また、サーボ一時停止予告信号発生回路３０は、サーボ一時停止決断部２８に対して、予告信号の発生および制御安定信号の発生を報告するための報告信号Ｓ12を送る。本変形例におけるその他の構成、動作および効果は、図１に示した実施の形態と同様である。
【００４２】
なお、本実施の形態において、マスタレーザ部１１より出力されるレーザ光の周波数から一定値を隔てて周波数変調された周波数のレーザ光を基本レーザ光としてもよい。また、基本レーザ光としては複数モードを用いることも可能である。また、スレーブレーザ部１２の共振器長を制御せずに、マスタレーザ部１１にアクチュエータを取り付けたり、電流や温度をコントロールすることにより共振器長を制御するようにしてもよい。また、本実施の形態において、スレーブレーザ部１２内にレーザ媒質を設けずに非線形光学結晶を設け、スレーブレーザ部１２を、波長変換に用いる外部共振器として利用することもできる。
【００４３】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態に係るレーザ光発生装置は、インジェクションロッキングを用いて、連続光を出力するものである。インジェクションロッキングの場合も、共振器長を制御するが、その制御方法は、インジェクションシーディングの場合と異なり、注入光に側帯波を立てて反射光を同期検波する方法（R. W. P. Drever et al. "Laser Phase and Frequency Stabilization Using an Optical Resonator". Appl. Phys. B 31. 97-105 (1983) 参照）等が提案されている。本実施の形態では、この方法を用いるものとする。
【００４４】
本実施の形態に係るレーザ光発生装置は、基本レーザ光を発生すると共にこれを出力するマスタレーザ部３１と、このマスタレーザ部３１より注入される基本レーザ光によってインジェクションロッキングされた連続レーザ光、すなわち、基本レーザ光の周波数と一致した周波数の連続レーザ光を出力するスレーブレーザ部３２と、マスタレーザ部３１とスレーブレーザ部３２との間に設けられ、マスタレーザ部３１より出力される基本レーザ光を位相変調することによって、基本レーザ光に対して側帯波を付加する位相変調器３３とを備えている。スレーブレーザ部３２の出力光は、図示しない半導体製造用露光装置や干渉計等のレーザ光利用システムに供給されるようになっている。
【００４５】
レーザ光発生装置は、更に、スレーブレーザ部３２内の後述する共振器ミラーからの反射光を検出する光検出器３４と、この光検出器３４の出力信号を同期検波して、基本レーザ光の周波数とスレーブレーザ部３２の共振器モードの周波数とのずれに応じたサーボエラー信号を生成する同期検波部３５と、スレーブレーザ部３２内の後述するアクチュエータを駆動する駆動回路３７と、位相変調器３３を制御すると共に、同期検波部３５より出力されるサーボエラー信号に基づいて、駆動回路３７を制御してスレーブレーザ部３２内の共振器の共振器長をサーボ制御するロッキング制御回路３８と、レーザ光発生装置の全体を制御するシステム制御回路３９とを備えている。
【００４６】
スレーブレーザ部３２は、３つの共振器ミラー４１，４２，４３を含み、レーザ光を共振させ且つ出力するリング形の共振器と、共振器ミラー４１，４２，４３間に配置された図示しないレーザ媒質とを有している。共振器ミラー４１は、レーザ光を一部透過させ、一部反射するようになっている。共振器ミラー４２は、レーザ光を一部透過させ、スレーブレーザ部３２の出力光として出力すると共に、一部を共振器ミラー４３に向けて反射するようになっている。共振器ミラー４３は、レーザ光を共振器ミラー４１に向けて全反射するようになっている。
【００４７】
スレーブレーザ部３２は、更に、共振器の共振器長を制御するために共振器ミラー４１を移動可能なアクチュエータ４７を有している。このアクチュエータ４７には、ＰＺＴやボイスコイルモータ等が用いられる。アクチュエータ４７は、駆動回路３７によって駆動されるようになっている。
【００４８】
システム制御回路３９は、共振器長のサーボ制御を一時的に停止することを決断するサーボ一時停止決断部４８と、このサーボ一時停止決断部４８によって共振器長のサーボ制御を一時的に停止することが決断されたときに、共振器長のサーボ制御が一時的に停止される前に、共振器長のサーボ制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力すると共に、共振器長のサーボ制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力するサーボ一時停止予告部４９とを有している。システム制御回路３９は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
【００４９】
ロッキング制御回路３８は、駆動回路３７に対して、アクチュエータ４７の位置を制御するための位置補正信号Ｓ13を送ると共に、駆動回路３７から、アクチュエータ４７の位置を表す位置信号Ｓ4 を受け取るようになっている。駆動回路３７は、ロッキング制御回路３８からの位置補正信号Ｓ13に基づいてアクチュエータ４７を駆動するようになっている。また、駆動回路３７は、システム制御回路３９のサーボ一時停止決断部４８に対して、アクチュエータ４７の位置を表す位置信号Ｓ5 を送ると共に、サーボ一時停止決断部４８より、サーボ制御開始時のアクチュエータ４７の位置（中立点等）への復帰を指示する復帰指示信号Ｓ6 を受け取るようになっている。
【００５０】
また、ロッキング制御回路３８は、システム制御回路３９のサーボ一時停止決断部４８に対して、サーボ制御の状態を表す制御状態信号Ｓ7 を送ると共に、システム制御回路３９のサーボ一時停止決断部４８から、サーボ制御の開始および停止を指示するための制御指示信号Ｓ8 を受け取るようになっている。なお、システム制御回路３９のサーボ一時停止決断部４８は、制御状態信号Ｓ7 に基づいて、サーボ制御の再開後、制御が安定したことを確認して、その情報をサーボ一時停止予告部４９に送るようになっている。
【００５１】
次に、本実施の形態に係るレーザ光発生装置の動作について説明する。このレーザ光発生装置では、マスタレーザ部３１より出力される基本レーザ光は、位相変調器３３を介して、スレーブレーザ部３２に注入される。スレーブレーザ部３２は、通常時には、注入される基本レーザの周波数と共振器より出力されるレーザ光の周波数とが一致するように、共振器長の制御が行われる。
【００５２】
共振器長の制御は、具体的には、以下のようにして行われる。まず、光検出器３４によってスレーブレーザ部３２の共振器ミラー４１からの反射レーザ光を検出し、同期検波部３５によって、光検出器３４の出力信号を同期検波して、基本レーザ光の周波数とスレーブレーザ部３２の共振器モードの周波数とのずれに応じたサーボエラー信号を生成する。そして、このサーボエラー信号に基づいて、ロッキング制御回路３８によって駆動回路３７を制御して、基本レーザ光の周波数とスレーブレーザ部３２の共振器モードの周波数とのずれがなくなるようにスレーブレーザ部３２内の共振器の共振器長をサーボ制御する。
【００５３】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、共振器長を制御するための制御系が機械的または電気的な限界に達すると制御不可能になるため、一旦制御を停止して、アクチュエータ４７を中立点等へ復帰させた後、再度、サーチ等の方法でスキャンしながら、サーボエラー信号を捕らえてサーボをかけ直す必要が生じる。サーボ制御が停止している間、スレーブレーザ部３２は、フリーランニング状態となるため、第１の実施の形態と同様に、マルチモード発振しやすかったり、周波数が変動する等の不安定な状態となる。
【００５４】
本実施の形態では、使用者が、共振器長の制御が停止している間の不安定な状態におけるレーザ光を使用するのを避けるために、第１の実施の形態と同様に、サーボ一時停止決断部４８によって共振器長の制御を一時的に停止することが決断されたときには、サーボ一時停止予告部４９は、共振器長の制御が一時的に停止される前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力する。サーボ一時停止予告部４９は、更に、共振器長の制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力する。なお、本実施の形態における駆動回路３７およびシステム制御回路３９は、第１の実施の形態における駆動回路１７およびシステム制御回路１９と同様の機能を有し、共振器長の制御の一旦停止および再開の具体的な動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００５５】
本実施の形態におけるその他の構成、動作および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
図８は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るレーザ光発生装置は、波長変換用の外部共振器を用いて、注入同期されたレーザ光を出力するものである。本実施の形態においても、共振器長を制御するが、ここでは、その制御方法は、第２の実施の形態と同様の方法を用いるものとする。
【００５７】
本実施の形態に係るレーザ光発生装置は、基本レーザ光を発生すると共にこれを出力するマスタレーザ部５１と、このマスタレーザ部５１より注入される基本レーザ光によって注入同期され、且つ基本レーザ光に対して波長変換を行って所定の周波数のレーザ光を出力する波長変換用共振器５２と、マスタレーザ部５１の出力光を波長変換用共振器５２に導くためのミラー７１，７２と、ミラー７２と波長変換用共振器５２との間に設けられ、マスタレーザ部３１より出力される基本レーザ光を位相変調することによって、基本レーザ光に対して側帯波を付加する位相変調器５３とを備えている。波長変換用共振器５２の出力光は、図示しない半導体製造用露光装置や干渉計等のレーザ光利用システムに供給されるようになっている。
【００５８】
レーザ光発生装置は、更に、波長変換用共振器５２内の後述する共振器ミラーからの反射光を検出する光検出器５４と、この光検出器５４の出力信号を同期検波して、基本レーザ光に基づく注入同期のずれに応じたサーボエラー信号を生成する同期検波部５５と、波長変換用共振器５２内の後述するアクチュエータを駆動する駆動回路５７と、位相変調器５３を制御すると共に、同期検波部５５より出力されるサーボエラー信号に基づいて、駆動回路５７を制御して波長変換用共振器５２内の共振器の共振器長をサーボ制御するロッキング制御回路５８と、レーザ光発生装置の全体を制御するシステム制御回路５９とを備えている。
【００５９】
マスタレーザ部５１としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置，Ｎｄ：ＹＶＯ4 レーザ装置や、これらのレーザ装置の出力レーザ光を波長変換した、いわゆるＳＨＧレーザや、波長可変レーザとしてのＴｉ：Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ，Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ，Ｃｒ：Ａｌｅｘａｎｄｒｉｔｅレーザ装置等が用いられる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置に用いられるＮｄ：ＹＡＧはＮｄ3+イオンをドープしたＹ3 Ａｌ5 Ｏ12結晶であり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置の発振波長は１．０６４１μｍが代表的であるが、他にも１．３２μｍ等多数ある。Ｎｄ：ＹＶＯ4 レーザ装置に用いられるＮｄ：ＹＶＯ4 はＮｄ3+イオンをドープしたＹＶＯ4 結晶であり、Ｎｄ：ＹＶＯ4 レーザ装置の発振波長は１．０６４１μｍが代表的であるが、他にも１．３４μｍ等多数ある。ここでは、一例として、マスタレーザ部５１としてＮｄ：ＹＡＧレーザ装置を用いると共に、マスタレーザ部５１の第２高調波を基本レーザ光としているものとする。
【００６０】
波長変換用共振器５２は、４つの共振器ミラー６１，６２，６３，６４を含み、レーザ光を共振させ且つ出力するループ形の共振器と、共振器ミラー６１，６２，６２間に配置された波長変換用の非線形光学素子とを有している。ここでは、一例として、波長変換用共振器５２内の非線形光学素子としてＢＢＯ（バリウムボレート）６５を用いるものとする。波長変換用共振器５２の入力端の共振器ミラー６１と出力端の共振器ミラー６２は、インピーダンスマッチング（ミラーの反射率のバランス）に近い条件に設計されている。波長変換用共振器５２では、波長変換用共振器５２への入力光のモードマッチング（共振器空間モードと入力光のスポットおよび波面の重なり）を取り、更に、波長変換用共振器５２の一周の光路長を波長の整数倍等にする（共振させる）ことにより、波長変換用共振器５２内にレーザ光を閉じ込め、入力光の大きければ何百倍以上もの共振器内パワーを用いて、波長変換効率を上げることが可能になっている。
【００６１】
ここで、一例として、波長変換用共振器５２は、第２高調波発生（ＳＨＧ）による波長変換の機能を有し、波長２６６ｎｍの紫外光を出力するものとする。
【００６２】
波長変換用共振器５２は、更に、共振器の共振器長を制御するために共振器ミラー６１を移動可能なアクチュエータ６７を有している。このアクチュエータ６７には、ＰＺＴやボイスコイルモータ等が用いられる。アクチュエータ６７は、駆動回路５７によって駆動されるようになっている。
【００６３】
システム制御回路５９は、共振器長のサーボ制御を一時的に停止することを決断するサーボ一時停止決断部６８と、このサーボ一時停止決断部６８によって共振器長のサーボ制御を一時的に停止することが決断されたときに、共振器長のサーボ制御が一時的に停止される前に、共振器長のサーボ制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力すると共に、共振器長のサーボ制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力するサーボ一時停止予告部６９とを有している。システム制御回路６９は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
【００６４】
ロッキング制御回路５８は、駆動回路５７に対して、アクチュエータ６７の位置を制御するための位置補正信号Ｓ13を送ると共に、駆動回路５７から、アクチュエータ６７の位置を表す位置信号Ｓ4 を受け取るようになっている。駆動回路５７は、ロッキング制御回路５８からの位置補正信号Ｓ13に基づいてアクチュエータ５７を駆動するようになっている。また、駆動回路５７は、システム制御回路５９のサーボ一時停止決断部６８に対して、アクチュエータ６７の位置を表す位置信号Ｓ5 を送ると共に、サーボ一時停止決断部６８より、サーボ制御開始時のアクチュエータ６７の位置（中立点等）への復帰を指示する復帰指示信号Ｓ6 を受け取るようになっている。
【００６５】
また、ロッキング制御回路５８は、システム制御回路５９のサーボ一時停止決断部６８に対して、サーボ制御の状態を表す制御状態信号Ｓ7 を送ると共に、システム制御回路５９から、サーボ制御の開始および停止を指示するための制御指示信号Ｓ8 を受け取るようになっている。なお、システム制御回路５９のサーボ一時停止決断部６８は、制御状態信号Ｓ7 に基づいて、サーボ制御の再開後、制御が安定したことを確認して、その情報をサーボ一時停止予告部６９に送るようになっている。
【００６６】
なお、本実施の形態における同期検波部５５、駆動回路５７、ロッキング制御回路５８およびシステム制御回路５９は、第２の実施の形態における同期検波部３５、駆動回路３７、ロッキング制御回路３８およびシステム制御回路３９と同様の機能を有している。
【００６７】
次に、本実施の形態に係るレーザ光発生装置の動作について説明する。このレーザ光発生装置では、マスタレーザ部５１より出力される基本レーザ光は、位相変調器５３を介して、波長変換用共振器５２に注入される。波長変換用共振器５２は、通常時には、マスタレーザ部５１より注入される基本レーザ光によって注入同期され、且つ基本レーザ光に対して波長変換が行われたレーザ光を出力するために、精密に共振器長が制御される。共振器長の制御の動作は、第２の実施の形態と同様である。
【００６８】
本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、共振器長を制御するための制御系が機械的または電気的な限界に達すると制御不可能になるため、一旦制御を停止して、アクチュエータ６７を中立点等へ復帰させた後、再度、サーボをかけ直す必要が生じるが、サーボ制御が停止している間、波長変換用共振器５２へ結合されるレーザ光の平均値が減少し、その出力レーザ光は不安定な状態となる。
【００６９】
本実施の形態では、使用者が、共振器長の制御が停止している間の不安定な状態におけるレーザ光を使用するのを避けるために、第２の実施の形態と同様に、サーボ一時停止決断部６８によって共振器長の制御を一時的に停止することが決断されたときには、サーボ一時停止予告部６９は、共振器長の制御が一時的に停止される前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力する。サーボ一時停止予告部６９は、更に、共振器長の制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力する。なお、共振器長の制御の一旦停止および再開の具体的な動作は、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様である。
【００７０】
なお、図８に示した例では、波長変換用共振器５２が第２高調波発生（ＳＨＧ）の機能を有するものとしたが、本実施の形態はこれに限らず、波長変換用共振器５２が、光パラメトリック発振（ＯＰＯ）、和周波混合（ＳＭＦ）、差周波発生（ＤＦＧ）等の機能を有するものでもよい。本実施の形態におけるその他の構成、動作および効果は、第２の実施の形態と同様である。
【００７１】
なお、第２の実施の形態または第３の実施の形態においても、第１の実施の形態の変形例と同様に、システム制御回路３９，５９内にサーボ一時停止予告部４９，６９を設けずに、システム制御回路３９，５９外に、サーボ一時停止予告部４９，６９と同様の機能を有するサーボ一時停止予告信号発生回路を設けてもよい。また、マスタレーザ部３１，５１より出力されるレーザ光の周波数から一定値を隔てて周波数変調された周波数のレーザ光を基本レーザ光としてもよい。また、基本レーザ光としては複数モードを用いることも可能である。また、スレーブレーザ部３２や波長変換用共振器５２の共振器長を制御せずに、マスタレーザ部３１，５１にアクチュエータを取り付けたり、電流や温度をコントロールすることにより共振器長を制御するようにしてもよい。
【００７２】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、例えば、マスタレーザ部やスレーブレーザ部には、各実施の形態で挙げた構成のものの他にも、種々のレーザ装置を使用することが可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし６いずれかに記載のレーザ光発生装置によれば、共振器長制御手段が共振器長の制御を一時的に停止する前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告情報を出力する予告情報出力手段を備えたので、使用者が、出力レーザ光の特性変化を事前に知ることが可能となるという効果を奏する。
そのうえ、共振器長の制御を再開したのち、その制御が安定してから予告情報出力手段によって制御安定信号を出力するようにしたので、使用者は、制御が安定したことを知ることが可能となる。
【００７４】
また、請求項５記載のレーザ光発生装置によれば、共振器長制御手段が、共振器長の制御が不安定な制御状態に保持されていることを検出する機能を有し、不安定な制御状態に保持されていることを検出したときに共振器長の制御を一時的に停止するようにしたので、更に、使用者が、共振器長の制御の状態を監視する必要がなくなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＢＵＴについて説明するための説明図である。
【図３】図１におけるスレーブレーザ部の共振器長における波長以下の微小変化に対する共振器モードの変化を示す説明図である。
【図４】図１におけるマスタレーザ部の出力レーザ光の周波数特性とスレーブレーザ部の出力レーザ光の周波数特性とを示す説明図である。
【図５】弱シード状態について説明するための説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の変形例に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１…マスタレーザ部、１２…スレーブレーザ部、１３…レーザ光利用システム、１５…光検出器、１６…ＢＵＴ測定部、１７…駆動回路、１８…共振器長サーボ回路、１９…システム制御回路、２３，２４…共振器ミラー、２５…Ｑスイッチ、２６…合波用光学素子、２７…アクチュエータ、２８…サーボ一時停止決断部、２９…サーボ一時停止予告部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造用露光装置，干渉計，科学技術，計測，波長変換等に用いられ、注入同期されたレーザ光を発生するレーザ光発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、狭帯域化された強力なレーザ光を発生する装置として、注入同期されたレーザ光を出力するレーザ光発生装置が知られている。注入同期とは、出力レーザ光の周波数を、外部から注入されたレーザ光の周波数に対して所定の関係を有するように同期させることを言う。注入同期には、パルス光を発生するインジェクションシーディングや、連続光を発生するインジェクションロッキング等がある。このような注入同期を用いるレーザ光発生装置は、半導体製造用露光装置や干渉計等で利用されている。
【０００３】
注入同期を用いるレーザ光発生装置は、レーザ光を共振させるための共振器を備え、この共振器に注入される基本レーザ光と共振器によって発生されるスレーブレーザ光とを、互いに同期するように制御して所定の特性のレーザ光を出力するようになっている。このようなレーザ光発生装置では、基本レーザ光とスレーブレーザ光との同期をとるために、アクチュエータによってレーザ光の波長以下の寸法精度で共振器長を制御するようにサーボがかけられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、注入同期を用いるレーザ光発生装置では、温度変化による共振器の膨張，変形，屈折率変化等の外乱により共振器長が変化することがある。このとき、レーザ光発生装置では、共振器長を一定に保つようにサーボをかけて共振器長を制御するが、それには機械的または電気的な限界がある。この限界を越えると共振器長を制御できなくなる。そのため、レーザ光発生装置では、制御回路に所定の制御の限界点を設けて、この限界点に達したら、一旦、共振器長の制御を停止し、アクチュエータを例えば中立点、中央点付近に戻した後、再び共振器長の制御を復帰させることがよく行われている。
【０００５】
上述のような処理により、再び共振器長を制御できるようになるが、共振器長の制御を停止させてから制御を復帰させて制御が安定するまでの間は、レーザ光発生装置は、マルチモード発振状態または注入不可能状態となり、レーザ光が例えば単一周波数で出力されなくなる。従来のレーザ光発生装置では、使用者は、レーザ光発生装置より特性の異なるレーザ光が出力されて初めて、共振器長の制御が一時的に停止したことを知ることができるに過ぎない。そのため、使用者が、共振器長の制御が一時的に停止したことを知ったときには、既に、特性の異なるレーザ光が出力されており、その結果、以下のような種々の問題が発生していた。
【０００６】
ここで、特性の異なるレーザ光における特性とは、出力、可干渉性（時間コヒーレンス，空間コヒーレンス）、空間強度分布、ビーム特性（サイズ，発散角，ビームウェスト位置等）、ビーム安定性（ピークや重心の位置，角度）、時間特性（ノイズ，パルスの幅やタイミング，出力変動）、波長（絶対波長，波長分布，変動）、消光比、偏光方向等である。なお、レーザ光発生装置を利用するシステムでは、例えば出力変動に対処するために、フォトダイオード等の光検出器で検出した光量が一定値になるように駆動値（電流，電圧，光量）を変化させたり、音響光学素子や光減衰器等の使用により光軸上の光透過率を制御する等の手段を採用して、利用する光の出力を一定にすることも可能である。しかし、こうした手段の応答速度には限界があり、この限界よりも速い急激な光源出力変化には追従できない。その場合、出力変動を除去できず、例えば、従来のレーザ光発生装置を半導体製造用露光装置に使用した場合には、露光量の過不足により露光量の目標値からのずれが生じて必要な精度で露光パターンの転写ができないことが予想される。そのため、光量に応じて露光時間を調整してこれに対応することも可能であるが、応答速度に限界があるといった不具合や、露光時間を変化させるためにスペックル強度が変化する等の副次的な不具合が発生することもある。
【０００７】
また、通常、可干渉性の測定には相当な時間を要するので、常に可干渉性の値を監視することは難しい。しかしながら、可干渉性が変化すると、例えば半導体用露光装置の場合、通常の平均化により、光量分布の一様性が保たれなくなる可能性があるといった不具合がある。このような不具合は、空間強度分布、ビーム特性、ビーム安定性、時間特性、消光比、偏光方向等の変化によっても引き起こされる。また、波長の変化により、レンズの像面位置が変化したり、収差が変化するといった不具合もある。干渉計においても、波長、出力、ビーム特性の安定性等は重要な要因である。
【０００８】
また、インジェクションシーディングを用いるレーザ光発生装置では、通常、基本レーザ光が注入されるＱスイッチレーザにおける共振器の共振器長を制御して、その共振器の複数の縦モードの周波数の一つに、単一周波数の基本レーザ光の周波数が合うようにすることで、Ｑスイッチレーザを単一周波数で発振させるようにする。このようなインジェクションシーディングを用いるレーザ光発生装置では、共振器の縦モードの一つの周波数と基本レーザ光の周波数とのずれに対応するパラメータに基づいてエラー信号を生成して、このエラー信号が最小になるようにサーボがかけられる。しかしながら、このようなレーザ光発生装置では、エラー信号が、最小値ではなく、最小値よりも大きな値の極小値に保持されるようにサーボがかかる、いわゆる弱シード状態と呼ばれる不安定状態になることがあり、このような状態になった場合には、使用者が手動でサーボを解除しない限り、安定な単一縦モードのレーザ光が得られない。この場合も、使用者は、レーザ光発生装置より特性の異なるレーザ光が出力されて初めて、弱シード状態になっていることを知ることができるに過ぎない。また、弱シード状態が長時間続くことを防止するには、使用者が常にサーボの状態を監視している必要があるが、そうすると、レーザ光利用の実用性が低下すると共に、人件費が増大するという問題点がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、使用者等が、出力レーザ光の特性変化を事前に知ることを可能にしたレーザ光発生装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ光発生装置は、レーザ光を共振させ、且つレーザ光を出力するための共振器と、この共振器に対して基本レーザ光を注入する基本レーザ光注入手段と、この基本レーザ光注入手段によって注入される基本レーザ光に基づいて、共振器より出力されるレーザ光を注入同期するために共振器または基本レーザ光注入手段における共振器の共振器長を制御すると共に、共振器長の制御を一時的に停止する機能を有する共振器長制御手段と、この共振器長制御手段が共振器長の制御を一時的に停止する前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告情報を出力すると共に、共振器長の制御を再開したのち、その制御が安定してから制御安定信号を出力する予告情報出力手段とを備えたものである。
【００１１】
このレーザ光発生装置では、基本レーザ光注入手段によって、共振器に対して基本レーザ光が注入され、この基本レーザ光に基づいて、共振器によって、注入同期されたレーザ光が出力される。また、共振器長制御手段によって、基本レーザ光に基づいて、共振器または基本レーザ光注入手段における共振器より出力されるレーザ光を注入同期するために、共振器の共振器長が制御される。共振器長制御手段は、共振器長の制御を一時的に停止する機能を有している。そして、共振器長制御手段が共振器長の制御を一時的に停止する前に、予告情報出力手段によって、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告情報が出力される。さらに、共振器長の制御を再開したのち、その制御が安定してから予告情報出力手段によって制御安定信号が出力される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。このレーザ光発生装置は、基本レーザ光を発生して出力するマスタレーザ部１１と、このマスタレーザ部１１より注入される基本レーザ光によってインジェクションシーディングされたパルスレーザ光、すなわち、基本レーザ光の周波数と一致した周波数のパルスレーザ光を出力するスレーブレーザ部１２とを備えている。スレーブレーザ部１２の出力光は、レーザ光利用システム１３に供給されるようになっている。なお、レーザ光利用システム１３は、半導体製造用露光装置や干渉計等、レーザ光発生装置から出力されるレーザ光を利用するシステムを総称したものである。
【００１４】
レーザ光発生装置は、更に、スレーブレーザ部１２からレーザ光利用システム１３に供給される出力光の一部を反射して分岐するパーシャルミラー１４と、このパーシャルミラー１４によって反射された光を検出する光検出器１５と、この光検出器１５の出力信号Ｓ1 を入力して、後述するパルスの立ち上がり時間（以下、ＢＵＴと記す。）を測定するＢＵＴ測定部１６と、スレーブレーザ部１２内の後述するアクチュエータを駆動する駆動回路１７と、ＢＵＴを表し、ＢＵＴ測定部１６より出力されるＢＵＴ信号Ｓ2 に基づいて駆動回路１７を制御することによって、スレーブレーザ部１２内の共振器の共振器長をサーボ制御する共振器長サーボ回路１８と、レーザ光発生装置の全体を制御するシステム制御回路１９とを備えている。なお、パーシャルミラー１４および光検出器１５はスレーブレーザ部１２に内蔵するようにしてもよい。
【００１５】
マスタレーザ部１１は、基本レーザ光を出力するレーザ発振部２１と、必要に応じてこのレーザ発振部２１より出力される基本レーザ光をスレーブレーザ部１２に向けて反射させるミラー２２とを有している。なお、必要に応じてレーザ発振部２１と合波用光学素子２６との間に光アイソレータ等を設けて戻り光を防ぐようにしてもよい。
【００１６】
スレーブレーザ部１２には、例えばＱスイッチパルスレーザが用いられる。以下、スレーブレーザ部１２としてＱスイッチパルスレーザを用いた場合について説明する。この場合のスレーブレーザ部１２は、対向するように配置された２つの共振器ミラー２３，２４を含み、レーザ光を共振させ且つ出力する共振器と、共振器ミラー２３，２４間に共振器ミラー２３側より順に配置されたＱスイッチ２５，合波用光学素子２６および図示しないレーザ媒質を有している。なお、これらの配置は一義的なものではなく、使用するＱスイッチの種類等により数種の異なる配置に変更してもよい。
【００１７】
共振器ミラー２３は、レーザ光を略全部反射するようになっている。共振器ミラー２４は、レーザ光を一部透過させ、スレーブレーザ部１２の出力光として出力するようになっている。Ｑスイッチ２５は、共振器のＱ値を急速に変化させて尖頭出力の大きいパルスレーザ光を発生させるためのものである。合波用光学素子２６は、マスタレーザ部１１からの基本レーザ光を、スレーブレーザ部１２の共振器によって共振するレーザ光と合光させることによってスレーブレーザ部１２に注入するためのものである。
【００１８】
スレーブレーザ部１２は、更に、共振器の共振器長を制御するために共振器ミラー２３を共振器の光軸方向に沿って移動可能なアクチュエータ２７を有している。このアクチュエータ２７には、例えばＰＺＴが用いられる。アクチュエータ２７は、駆動回路１７によって駆動されるようになっている。
【００１９】
システム制御回路１９は、共振器長のサーボ制御を一時的に停止することを決断するサーボ一時停止決断部２８と、このサーボ一時停止決断部２８によって共振器長のサーボ制御を一時的に停止することが決断されたときに、共振器長のサーボ制御が一時的に停止される前に、共振器長のサーボ制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力すると共に、共振器長のサーボ制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力するサーボ一時停止予告部２９とを有している。予告信号Ｓ9 および制御安定信号Ｓ10は、例えば、レーザ光利用システム１３において、シャッタ等を用いてレーザ光の利用を一時待機する制御を行う一時待機制御部１３ａに送られるようになっている。システム制御回路１９は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
【００２０】
共振器長サーボ回路１８は、駆動回路１７に対して、アクチュエータ２７を微小振動させるためのディザ（Dither）信号を重畳した位置補正信号Ｓ3 を送ると共に、駆動回路１７から、アクチュエータ２７の位置を表す位置信号Ｓ4 を受け取るようになっている。駆動回路１７は、共振器長サーボ回路１８からの位置補正信号Ｓ3 に基づいてアクチュエータ２７を駆動するようになっている。また、駆動回路１７は、システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８に対して、アクチュエータ２７の位置を表す位置信号Ｓ5 を送ると共に、サーボ一時停止決断部２８より、サーボ制御開始時のアクチュエータ２７の位置（中立点等）への復帰を指示する復帰指示信号Ｓ6 を受け取るようになっている。
【００２１】
また、共振器長サーボ回路１８は、システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８に対して、ＢＵＴ等から判断したサーボ制御の状態を表す制御状態信号Ｓ7 を送ると共に、システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８から、サーボ制御の開始および停止を指示するための制御指示信号Ｓ8 を受け取るようになっている。なお、システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８は、制御状態信号Ｓ7 に基づいて、サーボ制御の再開後、制御が安定したことを確認して、その情報をサーボ一時停止予告部２９に送るようになっている。
【００２２】
次に、本実施の形態に係るレーザ光発生装置の動作について説明する。このレーザ光発生装置では、マスタレーザ部１１より出力される基本レーザ光は、合波用光学素子２６を介して、スレーブレーザ部１２に注入される。スレーブレーザ部１２は、通常時には、共振器より出力されるレーザ光の周波数が、注入される基本レーザ光の周波数と一致するように、または一定の周波数差を持つように共振器長が制御される。
【００２３】
共振器長の制御は、具体的には、以下のようにして行われる。まず、ＢＵＴ測定部１６によって、光検出器１５の出力信号Ｓ1 に基づいてＢＵＴが測定される。ここで、図２を参照して、ＢＵＴについて説明する。ＢＵＴとは、Ｑスイッチ２５をオンにするトリガ信号（電圧，高周波等）をＱスイッチ２５に入力してから、パルスレーザ光が発生するまでの時間である。図２において、（ａ）はトリガ信号を示し、（ｂ）はパルスレーザの光出力を示している。この図に示したように、トリガ信号の立ち上がり時刻をｔ1 、パルスレーザ光の発生時刻をｔ2 とすると、ＢＵＴはｔ2 −ｔ1 となる。通常、ＢＵＴは数十から数百ナノ秒、パルスレーザ光のパルス幅は数ナノ秒から数十ナノ秒、パルスの立ち上がりのジッタは数ナノ秒程度であることが多い。なお、トリガ信号は、システム制御回路１９よりＱスイッチ２５に与えられる。図２では、トリガ信号付与中にＱスイッチ２５に印加される電圧または高周波がオンまたはオフになるために、共振器の損失が小さくなるように設計されている。
【００２４】
ＢＵＴを最小にすれば、スレーブレーザ部１２の共振器の複数の縦モードのうちの一つの周波数が、注入される基本レーザ光の周波数と一致し、スレーブレーザ部１２を、基本レーザ光の周波数と等しい単一の周波数で発振させることができるということは、略正しいと考えられている。そこで、本実施の形態では、ＢＵＴを最小にするように、共振器長を波長以下の精度でサーボ制御するが、そのために、共振器長を微小振動させて、ＢＵＴの増減を極性も含めて観測する（同期検波する）という方法を採用する。そのため、共振器長サーボ回路１８は、駆動回路１７に対して、アクチュエータ２７を微小振動させるためのディザ（Dither）信号を重畳した位置補正信号Ｓ3 を送る。駆動回路１７は、共振器長サーボ回路１８からの位置補正信号Ｓ3 に基づいてアクチュエータ２７を駆動する。これにより、共振器長は微小に振動する。ＢＵＴ測定部１６は、光検出器１５の出力信号Ｓ1 とシステム制御回路１９より出力されるＱスイッチ２５用のトリガ信号とをモニタしてＢＵＴ信号Ｓ2 を出力する。共振器長サーボ回路１８は、ＢＵＴ測定部１６より出力されるＢＵＴ信号Ｓ2 と、システム制御回路１９より出力されるＱスイッチ２５用のトリガ信号とをモニタし、共振器長の微小振動に対応して微小振動するＢＵＴの極性を観測し、ＢＵＴが小さくなる方向にアクチュエータ２７が移動するように位置補正信号Ｓ3 を生成し、駆動回路１７に出力する。このようなサーボ制御により、共振器長は微小に振動しながら、複数の縦モードのうちの一つの周波数が、注入される基本レーザ光の周波数に近づくように制御される。このような動作は、外乱（振動、膨張等）が生じてから、ＢＵＴが最小になるまで行われ、結果として、ＢＵＴが最小付近に固定され、基本レーザ光の周波数と近い周波数でスレーブレーザ部１２が発振する。
【００２５】
ここで、図３に、スレーブレーザ部１２の共振器長における波長以下の微小変化に対する共振器モードの変化を示す。また、共振器長を往復または一周の光路長と定義し、これをＬとする。共振器内の各素子の長さと屈折率をそれぞれＬ（ｉ），ｎ（ｉ）とすると、Ｌ＝２ｎ（１）Ｌ（１）＋２ｎ（２）Ｌ（２）＋…となる。共振器モードの次数をｍとすると、共振器内を一往復して同位相で干渉し、共振すべき（発振できる）光の波長λm は、Ｌ＝ｍλm で与えられる。このうち、レーザ発振できる波長λm は、レーザ媒質の利得波長域にあるべきだから、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの１０６４．１ｎｍの発振線の利得中心の波長を考えて、Ｌ＝５００ｍｍとした場合、ｍの値は約９３９７００となる。波長とＬのわずかな誤差でｍは大きく変化するので、通常、ｍは一つの値に特定せず、その代表値をｍ0 として、その付近のｍを、ｍ±１、ｍ±２、ｍ±３、…と記述する。
【００２６】
図３では、簡単のために、ΔＬ≒λm0／２とし、アクチュエータ２７がΔｚだけ伸びると共振器長が２Δｚだけ短くなるものとしている。ここで、図３（ｃ），（ａ）に示したように、ある瞬間において、アクチュエータ２７の異なる長さに対応する共振器長Ｌ＝Ｌ0 とＬ＝Ｌ0 −２ΔＬのどちらにおいても、注入される基本レーザ光の波長λ0 と共振器モードの一つの波長が一致するため、どらちの状態においても、スレーブレーザ部１２は、基本レーザ光の波長（または周波数）と略一致する波長（または周波数）で単一周波数の発振が可能である。一方、図３（ｂ），（ｄ）に示したように、共振器長Ｌ0 −ΔＬとＬ0 ＋ΔＬにおいては、共振器モードのいずれの波長も基本レーザ光の波長とは異なるため、スレーブレーザ部１２は、通常、マルチモードで発振しやすい。従って、最初に、アクチュエータ２７の位置が、例えば共振器長Ｌ0 −ΔＬを与える位置付近にある場合には、通常、Ｌ＝Ｌ0 とＬ＝Ｌ0 −２ΔＬのうちの近い方に、アクチュエータ２７が伸縮して合わせ込むことで、基本レーザ光を利用して単一モードで発振するようにサーボが働く。
【００２７】
ところで、共振器長は、温度変化による膨張、屈折率変化、変形等の理由により、時間と共に変化することが多い。このとき、スレーブレーザ部１２では、共振器の光路長を一定に保ち、共振器モードの周波数を、注入される基本レーザ光の周波数に合わせるようにサーボが働いて、ＰＺＴ等のアクチュエータ２７が伸縮する。しかし、このような制御には、機械的または電気的な限界がある。この限界を越えると、制御不可能となる。そのため、よく行われているのは、制御の限界点を設けて、一旦制御を停止し、アクチュエータ２７を中立点、中央点付近に戻した後、制御を再開する方法である。この場合、共振器長と共振器モードの次数が変わることで、発振周波数を同一にする。以下、このことを詳しく説明する。
【００２８】
いま、レーザ光発生装置の立ち上げ後、例えば温度が徐々に上昇して、熱膨張により共振器長が次第に長くなった場合を考える。インジェクションシーディング（注入同期）のサーボがかかっている場合には、上述のように、アクチュエータ２７が伸長して共振器長を一定に保とうとする。図３（ｃ）に示したＬ＝Ｌ0 の位置から開始した場合には、一定時間後には、アクチュエータ２７が伸長してＬ＝Ｌ0 を保ちながら、図３（ａ）におけるアクチュエータ２７の状態になってくる。もし、更に共振器を形成する材質が伸びてアクチュエータ２７が更に伸びると、共振器長はＬ＝Ｌ0 に保たれたまま、すなわちモード次数ｍ0 が保たれたまま、遂にはアクチュエータ２７の動作範囲限界に達する。制御系は、アクチュエータ２７に印加する電圧等から、制御の限界点を知ることができるので、限界点付近に達したら、一旦制御を停止し、λm0／２の整数倍だけアクチュエータ２７を縮めて共振器長（往復）をλm0の整数倍だけ伸ばし、例えばアクチュエータ２７を可動範囲の中央点付近に戻した後、制御を再開する。これにより、モード次数はｍ0 ＋Ｍ（Ｍは０以外の整数）、一周の共振器長はＬ＝Ｌ0 ＋２ＭΔＬに移行し、アクチュエータ２７は、例えば図３（ｃ）に示した位置に戻る。逆に周囲温度が低下し、共振器を形成する材質が縮む場合は、前述した動きとは反対の動きでアクチュエータ２７を可動範囲内に戻す。
【００２９】
以上のような制御の一旦停止および再開は、具体的には、次のようにして行われる。システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８は、駆動回路１７からの位置信号Ｓ5 を監視し、位置信号Ｓ5 が予め定めた設定された限界値に近づいたら、必要に応じて過去の動きの履歴から限界値への到達時刻を計算し、その到達時刻より充分前に、サーボ制御の停止を指示するための制御指示信号Ｓ8 を共振器長サーボ回路１８に送る。これにより、サーボ制御が停止される。サーボ制御の停止は、例えば、サーボゲインの低下や、サーボループの接続変更等によって行われる。システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８は、制御を再開するときには、サーボ制御開始時のアクチュエータ２７の位置（中立点等）への復帰を指示する復帰指示信号Ｓ6 を駆動回路１７に送ると共に、サーボ制御の開始を指示するための制御指示信号Ｓ8 を共振器長サーボ回路１８に送る。これにより、アクチュエータ２７が中立点等へ復帰し、サーボ制御が再開される。
【００３０】
図４（ａ），（ｂ）は、共振器長の制御が行われてマスタレーザ部１１の出力レーザ光の周波数とスレーブレーザ部１２の出力レーザ光の周波数とが略一致しているときのマスタレーザ部１１の出力レーザ光の周波数特性とスレーブレーザ部１２の出力レーザ光の周波数特性とを示したものである。なお、図４において、縦の実線は出力光の相対強度を表し、縦の破線は共振器モードを表している。
【００３１】
共振器長の制御を一旦停止してから、再開して制御が安定するまでの間は、スレーブレーザ部１２は、通常、マルチモード発振になるか、不安定な状態になる。図４（ｃ），（ｄ）は、スレーブレーザ部１２がマルチモード発振になっているときのマスタレーザ部１１の出力レーザ光の周波数特性とスレーブレーザ部１２の出力レーザ光の周波数特性とを示したものである。
【００３２】
レーザ光発生装置の出力レーザ光を利用する使用者は、システムの出力の中から、関連する情報例えばアクチュエータ２７の駆動電圧信号等をモニタして、一時的な共振器長の制御の停止が近いことを知ることができる場合もあるが、共振器長の制御の停止は時間的に遅い動作となることが多いため、どのタイミングで制御が停止されるかを正確に知ることは難しい。従って、使用者側で、制御停止以前に、制御停止に備えようとすると、場合によっては相当の時間、待機する必要が生じ、システムのダウンタイムが増大する。
【００３３】
これに対し、本実施の形態では、サーボ一時停止決断部２８によって共振器長の制御を一時的に停止することが決断されたときには、サーボ一時停止予告部２９は、共振器長の制御が一時的に停止される前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力する。予告信号Ｓ9 を出力するタイミングは、例えば、制御を一時的に停止する直前、または制御を一時的に停止するときよりも使用者やレーザ光利用システム１３が必要な準備を行う時間分以上前が好ましい。予告信号Ｓ9 は、上述の場合の他にも、共振器長の制御の限界点に急激に近づいている場合等、必要な場合に出力するようにしてもよい。サーボ一時停止予告部２９は、更に、共振器長の制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力する。予告信号Ｓ9 および制御安定信号Ｓ10は、例えば、レーザ光利用システム１３の一時待機制御部１３ａに送られる。このように、本実施の形態によれば、使用者やレーザ光利用システム１３は、予告信号Ｓ9 によって、共振器長の制御が一時的に停止されて出力レーザ光の特性が変化することを事前に知ることができ、また、制御安定信号Ｓ10によって、共振器長の制御の再開後、制御が安定したことを知ることができる。
【００３４】
ところで、レーザ光発生装置では、共振器長のサーボ制御時に、スレーブレーザ部１２が弱シード状態と呼ばれる不安定状態になることがあり、このような状態になった場合にはサーボ制御を一旦停止しない限り、安定な単一縦モードのレーザ光が得られない。ここで、図５を参照して、弱シード状態について説明する。図５において、横軸はアクチュエータ２７の位置ｚを表し、縦軸はＢＵＴを表している。また、図中、Ｄは、ディザ信号に基づくアクチュエータ２７の微小振動範囲を示している。アクチュエータ２７の位置ｚに関して、レーザ光の半波長毎に周期的に、ＢＵＴが最小値を取る最小位置ｚ1 が存在する。ここで、図５に示したように、最小位置ｚ1 以外に、ＢＵＴが最小値よりも大きな極小値を取る極小位置ｚ2 が存在する場合には、共振器長のサーボ制御によって、アクチュエータ２７の位置が極小位置ｚ2 に留まってしまって抜け出せなくなることがある。このとき、スレーブレーザ部１２が弱シード状態となると考えられる。
【００３５】
弱シード状態では、出力レーザ光のパルスジッタ、周波数分布等が不安定で、使用者の目的によっては使用不可能となる場合もある。すなわち、弱シード状態では、注入される基本レーザ光の波長（周波数）と共振器モードの波長（周波数）とが、おそらく十分近接していないため、スレーブレーザ部１２において、注入される基本レーザ光の光子を種としてパルスレーザ光が立ち上がるときに、基本レーザ光と略同一波長のパルスレーザ光となる状態と、基本レーザ光を利用せずにマルチモード発振する状態とを不安定に遷移したり、基本レーザ光の波長とは多少異なる波長に不安定に固定される等の症状が出る。弱シード状態では、ＢＵＴは、安定状態に比べると大きいが、注入光がない状態に比べると小さくなる。パルスジッタも、複数の状態を遷移したりするために増大する。現在まで弱シード状態を回避するための物理的解決法は見つかっていないので、弱シード状態となったら、この弱シード状態を抜け出すために、一旦サーボ制御を停止し、アクチュエータ２７の位置を最小位置ｚ1 へ復帰させる必要がある。
【００３６】
そこで、本実施の形態では、システム制御回路１９のサーボ一時停止決断部２８は、共振器長サーボ回路１８より、ＢＵＴ等から判断したサーボ制御の状態を表す制御状態信号Ｓ7 を受け取り、この制御状態信号Ｓ7 に基づいて、弱シード状態に保持されていることを検出し、弱シード状態に保持されていることを検出したときにも、共振器長の制御を一時的に停止することを決断する。共振器長の制御の停止と再開の動作は、共振器長の制御が限界点付近に達する場合と同様である。なお、弱シード状態になった場合には、一度の制御停止によって制御が正常状態に戻って安定する保証はないので、制御停止は繰り返し行われる場合もある。
【００３７】
本実施の形態では、このように、弱シード状態を抜け出すために一旦、共振器長の制御を停止する際にも、制御を停止する前に、サーボ一時停止予告部２９は、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力する。また、サーボ一時停止予告部２９は、更に、共振器長の制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力する。これにより、使用者やレーザ光利用システム１３は、予告信号Ｓ9 によって、共振器長の制御が一時的に停止されて出力レーザ光の特性が変化することを事前に知ることができ、また、制御安定信号Ｓ10によって、共振器長の制御の再開後、制御が安定したことを知ることができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、使用者やレーザ光利用システム１３は、予告信号Ｓ9 によって、共振器長の制御が一時的に停止されて出力レーザ光の特性が変化することを事前に知ることができ、また、制御安定信号Ｓ10によって、共振器長の制御の再開後、制御が安定したことを知ることができる。これにより、予告なしにレーザ光の特性が変化することによる使用者やレーザ光利用システム１３における攪乱を回避することが可能となる。また、レーザ光利用システム１３が製造装置の場合には、歩留りを向上させることができる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、使用者やレーザ光利用システム１３が、シャッタ等を用いてレーザ光の使用を一時的に待機する時間を最小限に抑えることができる。従って、レーザ光利用システム１３が製造装置の場合には、製造装置のダウンタイムを小さくすることができる。
【００４０】
また、図１に示したように、レーザ光利用システム１３の一時待機制御部１３ａによって、予告信号Ｓ9 が出力されてから制御安定信号Ｓ10が出力されるまでの間、レーザ光利用システム１３におけるレーザ光の利用を一時待機することにより、レーザ光利用システム１３では、常に単一周波数の安定したレーザ光を利用することが可能となり、システムを自動的に安定化することができる。また、このように構成することで、使用者が常に制御の状態を監視している必要がなくなり、レーザ光利用の実用性が向上すると共に、人件費を低減することが可能となる。
【００４１】
図６は、本実施の形態の変形例に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。この変形例は、システム制御回路１９内にサーボ一時停止予告部２９を設けずに、システム制御回路１９外に、サーボ一時停止予告部２９と同様の機能を有するサーボ一時停止予告信号発生回路３０を設けたものである。このサーボ一時停止予告信号発生回路３０は、システム制御回路１９内のサーボ一時停止決断部２８より、予告信号の発生および制御安定信号の発生を指示するための指示信号Ｓ11を受け取り、この指示信号Ｓ11に従って、予告信号Ｓ9 および制御安定信号Ｓ10を出力する。また、サーボ一時停止予告信号発生回路３０は、サーボ一時停止決断部２８に対して、予告信号の発生および制御安定信号の発生を報告するための報告信号Ｓ12を送る。本変形例におけるその他の構成、動作および効果は、図１に示した実施の形態と同様である。
【００４２】
なお、本実施の形態において、マスタレーザ部１１より出力されるレーザ光の周波数から一定値を隔てて周波数変調された周波数のレーザ光を基本レーザ光としてもよい。また、基本レーザ光としては複数モードを用いることも可能である。また、スレーブレーザ部１２の共振器長を制御せずに、マスタレーザ部１１にアクチュエータを取り付けたり、電流や温度をコントロールすることにより共振器長を制御するようにしてもよい。また、本実施の形態において、スレーブレーザ部１２内にレーザ媒質を設けずに非線形光学結晶を設け、スレーブレーザ部１２を、波長変換に用いる外部共振器として利用することもできる。
【００４３】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態に係るレーザ光発生装置は、インジェクションロッキングを用いて、連続光を出力するものである。インジェクションロッキングの場合も、共振器長を制御するが、その制御方法は、インジェクションシーディングの場合と異なり、注入光に側帯波を立てて反射光を同期検波する方法（R. W. P. Drever et al. "Laser Phase and Frequency Stabilization Using an Optical Resonator". Appl. Phys. B 31. 97-105 (1983) 参照）等が提案されている。本実施の形態では、この方法を用いるものとする。
【００４４】
本実施の形態に係るレーザ光発生装置は、基本レーザ光を発生すると共にこれを出力するマスタレーザ部３１と、このマスタレーザ部３１より注入される基本レーザ光によってインジェクションロッキングされた連続レーザ光、すなわち、基本レーザ光の周波数と一致した周波数の連続レーザ光を出力するスレーブレーザ部３２と、マスタレーザ部３１とスレーブレーザ部３２との間に設けられ、マスタレーザ部３１より出力される基本レーザ光を位相変調することによって、基本レーザ光に対して側帯波を付加する位相変調器３３とを備えている。スレーブレーザ部３２の出力光は、図示しない半導体製造用露光装置や干渉計等のレーザ光利用システムに供給されるようになっている。
【００４５】
レーザ光発生装置は、更に、スレーブレーザ部３２内の後述する共振器ミラーからの反射光を検出する光検出器３４と、この光検出器３４の出力信号を同期検波して、基本レーザ光の周波数とスレーブレーザ部３２の共振器モードの周波数とのずれに応じたサーボエラー信号を生成する同期検波部３５と、スレーブレーザ部３２内の後述するアクチュエータを駆動する駆動回路３７と、位相変調器３３を制御すると共に、同期検波部３５より出力されるサーボエラー信号に基づいて、駆動回路３７を制御してスレーブレーザ部３２内の共振器の共振器長をサーボ制御するロッキング制御回路３８と、レーザ光発生装置の全体を制御するシステム制御回路３９とを備えている。
【００４６】
スレーブレーザ部３２は、３つの共振器ミラー４１，４２，４３を含み、レーザ光を共振させ且つ出力するリング形の共振器と、共振器ミラー４１，４２，４３間に配置された図示しないレーザ媒質とを有している。共振器ミラー４１は、レーザ光を一部透過させ、一部反射するようになっている。共振器ミラー４２は、レーザ光を一部透過させ、スレーブレーザ部３２の出力光として出力すると共に、一部を共振器ミラー４３に向けて反射するようになっている。共振器ミラー４３は、レーザ光を共振器ミラー４１に向けて全反射するようになっている。
【００４７】
スレーブレーザ部３２は、更に、共振器の共振器長を制御するために共振器ミラー４１を移動可能なアクチュエータ４７を有している。このアクチュエータ４７には、ＰＺＴやボイスコイルモータ等が用いられる。アクチュエータ４７は、駆動回路３７によって駆動されるようになっている。
【００４８】
システム制御回路３９は、共振器長のサーボ制御を一時的に停止することを決断するサーボ一時停止決断部４８と、このサーボ一時停止決断部４８によって共振器長のサーボ制御を一時的に停止することが決断されたときに、共振器長のサーボ制御が一時的に停止される前に、共振器長のサーボ制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力すると共に、共振器長のサーボ制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力するサーボ一時停止予告部４９とを有している。システム制御回路３９は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
【００４９】
ロッキング制御回路３８は、駆動回路３７に対して、アクチュエータ４７の位置を制御するための位置補正信号Ｓ13を送ると共に、駆動回路３７から、アクチュエータ４７の位置を表す位置信号Ｓ4 を受け取るようになっている。駆動回路３７は、ロッキング制御回路３８からの位置補正信号Ｓ13に基づいてアクチュエータ４７を駆動するようになっている。また、駆動回路３７は、システム制御回路３９のサーボ一時停止決断部４８に対して、アクチュエータ４７の位置を表す位置信号Ｓ5 を送ると共に、サーボ一時停止決断部４８より、サーボ制御開始時のアクチュエータ４７の位置（中立点等）への復帰を指示する復帰指示信号Ｓ6 を受け取るようになっている。
【００５０】
また、ロッキング制御回路３８は、システム制御回路３９のサーボ一時停止決断部４８に対して、サーボ制御の状態を表す制御状態信号Ｓ7 を送ると共に、システム制御回路３９のサーボ一時停止決断部４８から、サーボ制御の開始および停止を指示するための制御指示信号Ｓ8 を受け取るようになっている。なお、システム制御回路３９のサーボ一時停止決断部４８は、制御状態信号Ｓ7 に基づいて、サーボ制御の再開後、制御が安定したことを確認して、その情報をサーボ一時停止予告部４９に送るようになっている。
【００５１】
次に、本実施の形態に係るレーザ光発生装置の動作について説明する。このレーザ光発生装置では、マスタレーザ部３１より出力される基本レーザ光は、位相変調器３３を介して、スレーブレーザ部３２に注入される。スレーブレーザ部３２は、通常時には、注入される基本レーザの周波数と共振器より出力されるレーザ光の周波数とが一致するように、共振器長の制御が行われる。
【００５２】
共振器長の制御は、具体的には、以下のようにして行われる。まず、光検出器３４によってスレーブレーザ部３２の共振器ミラー４１からの反射レーザ光を検出し、同期検波部３５によって、光検出器３４の出力信号を同期検波して、基本レーザ光の周波数とスレーブレーザ部３２の共振器モードの周波数とのずれに応じたサーボエラー信号を生成する。そして、このサーボエラー信号に基づいて、ロッキング制御回路３８によって駆動回路３７を制御して、基本レーザ光の周波数とスレーブレーザ部３２の共振器モードの周波数とのずれがなくなるようにスレーブレーザ部３２内の共振器の共振器長をサーボ制御する。
【００５３】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、共振器長を制御するための制御系が機械的または電気的な限界に達すると制御不可能になるため、一旦制御を停止して、アクチュエータ４７を中立点等へ復帰させた後、再度、サーチ等の方法でスキャンしながら、サーボエラー信号を捕らえてサーボをかけ直す必要が生じる。サーボ制御が停止している間、スレーブレーザ部３２は、フリーランニング状態となるため、第１の実施の形態と同様に、マルチモード発振しやすかったり、周波数が変動する等の不安定な状態となる。
【００５４】
本実施の形態では、使用者が、共振器長の制御が停止している間の不安定な状態におけるレーザ光を使用するのを避けるために、第１の実施の形態と同様に、サーボ一時停止決断部４８によって共振器長の制御を一時的に停止することが決断されたときには、サーボ一時停止予告部４９は、共振器長の制御が一時的に停止される前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力する。サーボ一時停止予告部４９は、更に、共振器長の制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力する。なお、本実施の形態における駆動回路３７およびシステム制御回路３９は、第１の実施の形態における駆動回路１７およびシステム制御回路１９と同様の機能を有し、共振器長の制御の一旦停止および再開の具体的な動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００５５】
本実施の形態におけるその他の構成、動作および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
図８は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るレーザ光発生装置は、波長変換用の外部共振器を用いて、注入同期されたレーザ光を出力するものである。本実施の形態においても、共振器長を制御するが、ここでは、その制御方法は、第２の実施の形態と同様の方法を用いるものとする。
【００５７】
本実施の形態に係るレーザ光発生装置は、基本レーザ光を発生すると共にこれを出力するマスタレーザ部５１と、このマスタレーザ部５１より注入される基本レーザ光によって注入同期され、且つ基本レーザ光に対して波長変換を行って所定の周波数のレーザ光を出力する波長変換用共振器５２と、マスタレーザ部５１の出力光を波長変換用共振器５２に導くためのミラー７１，７２と、ミラー７２と波長変換用共振器５２との間に設けられ、マスタレーザ部３１より出力される基本レーザ光を位相変調することによって、基本レーザ光に対して側帯波を付加する位相変調器５３とを備えている。波長変換用共振器５２の出力光は、図示しない半導体製造用露光装置や干渉計等のレーザ光利用システムに供給されるようになっている。
【００５８】
レーザ光発生装置は、更に、波長変換用共振器５２内の後述する共振器ミラーからの反射光を検出する光検出器５４と、この光検出器５４の出力信号を同期検波して、基本レーザ光に基づく注入同期のずれに応じたサーボエラー信号を生成する同期検波部５５と、波長変換用共振器５２内の後述するアクチュエータを駆動する駆動回路５７と、位相変調器５３を制御すると共に、同期検波部５５より出力されるサーボエラー信号に基づいて、駆動回路５７を制御して波長変換用共振器５２内の共振器の共振器長をサーボ制御するロッキング制御回路５８と、レーザ光発生装置の全体を制御するシステム制御回路５９とを備えている。
【００５９】
マスタレーザ部５１としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置，Ｎｄ：ＹＶＯ4 レーザ装置や、これらのレーザ装置の出力レーザ光を波長変換した、いわゆるＳＨＧレーザや、波長可変レーザとしてのＴｉ：Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ，Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ，Ｃｒ：Ａｌｅｘａｎｄｒｉｔｅレーザ装置等が用いられる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置に用いられるＮｄ：ＹＡＧはＮｄ3+イオンをドープしたＹ3 Ａｌ5 Ｏ12結晶であり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置の発振波長は１．０６４１μｍが代表的であるが、他にも１．３２μｍ等多数ある。Ｎｄ：ＹＶＯ4 レーザ装置に用いられるＮｄ：ＹＶＯ4 はＮｄ3+イオンをドープしたＹＶＯ4 結晶であり、Ｎｄ：ＹＶＯ4 レーザ装置の発振波長は１．０６４１μｍが代表的であるが、他にも１．３４μｍ等多数ある。ここでは、一例として、マスタレーザ部５１としてＮｄ：ＹＡＧレーザ装置を用いると共に、マスタレーザ部５１の第２高調波を基本レーザ光としているものとする。
【００６０】
波長変換用共振器５２は、４つの共振器ミラー６１，６２，６３，６４を含み、レーザ光を共振させ且つ出力するループ形の共振器と、共振器ミラー６１，６２，６２間に配置された波長変換用の非線形光学素子とを有している。ここでは、一例として、波長変換用共振器５２内の非線形光学素子としてＢＢＯ（バリウムボレート）６５を用いるものとする。波長変換用共振器５２の入力端の共振器ミラー６１と出力端の共振器ミラー６２は、インピーダンスマッチング（ミラーの反射率のバランス）に近い条件に設計されている。波長変換用共振器５２では、波長変換用共振器５２への入力光のモードマッチング（共振器空間モードと入力光のスポットおよび波面の重なり）を取り、更に、波長変換用共振器５２の一周の光路長を波長の整数倍等にする（共振させる）ことにより、波長変換用共振器５２内にレーザ光を閉じ込め、入力光の大きければ何百倍以上もの共振器内パワーを用いて、波長変換効率を上げることが可能になっている。
【００６１】
ここで、一例として、波長変換用共振器５２は、第２高調波発生（ＳＨＧ）による波長変換の機能を有し、波長２６６ｎｍの紫外光を出力するものとする。
【００６２】
波長変換用共振器５２は、更に、共振器の共振器長を制御するために共振器ミラー６１を移動可能なアクチュエータ６７を有している。このアクチュエータ６７には、ＰＺＴやボイスコイルモータ等が用いられる。アクチュエータ６７は、駆動回路５７によって駆動されるようになっている。
【００６３】
システム制御回路５９は、共振器長のサーボ制御を一時的に停止することを決断するサーボ一時停止決断部６８と、このサーボ一時停止決断部６８によって共振器長のサーボ制御を一時的に停止することが決断されたときに、共振器長のサーボ制御が一時的に停止される前に、共振器長のサーボ制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力すると共に、共振器長のサーボ制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力するサーボ一時停止予告部６９とを有している。システム制御回路６９は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
【００６４】
ロッキング制御回路５８は、駆動回路５７に対して、アクチュエータ６７の位置を制御するための位置補正信号Ｓ13を送ると共に、駆動回路５７から、アクチュエータ６７の位置を表す位置信号Ｓ4 を受け取るようになっている。駆動回路５７は、ロッキング制御回路５８からの位置補正信号Ｓ13に基づいてアクチュエータ５７を駆動するようになっている。また、駆動回路５７は、システム制御回路５９のサーボ一時停止決断部６８に対して、アクチュエータ６７の位置を表す位置信号Ｓ5 を送ると共に、サーボ一時停止決断部６８より、サーボ制御開始時のアクチュエータ６７の位置（中立点等）への復帰を指示する復帰指示信号Ｓ6 を受け取るようになっている。
【００６５】
また、ロッキング制御回路５８は、システム制御回路５９のサーボ一時停止決断部６８に対して、サーボ制御の状態を表す制御状態信号Ｓ7 を送ると共に、システム制御回路５９から、サーボ制御の開始および停止を指示するための制御指示信号Ｓ8 を受け取るようになっている。なお、システム制御回路５９のサーボ一時停止決断部６８は、制御状態信号Ｓ7 に基づいて、サーボ制御の再開後、制御が安定したことを確認して、その情報をサーボ一時停止予告部６９に送るようになっている。
【００６６】
なお、本実施の形態における同期検波部５５、駆動回路５７、ロッキング制御回路５８およびシステム制御回路５９は、第２の実施の形態における同期検波部３５、駆動回路３７、ロッキング制御回路３８およびシステム制御回路３９と同様の機能を有している。
【００６７】
次に、本実施の形態に係るレーザ光発生装置の動作について説明する。このレーザ光発生装置では、マスタレーザ部５１より出力される基本レーザ光は、位相変調器５３を介して、波長変換用共振器５２に注入される。波長変換用共振器５２は、通常時には、マスタレーザ部５１より注入される基本レーザ光によって注入同期され、且つ基本レーザ光に対して波長変換が行われたレーザ光を出力するために、精密に共振器長が制御される。共振器長の制御の動作は、第２の実施の形態と同様である。
【００６８】
本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、共振器長を制御するための制御系が機械的または電気的な限界に達すると制御不可能になるため、一旦制御を停止して、アクチュエータ６７を中立点等へ復帰させた後、再度、サーボをかけ直す必要が生じるが、サーボ制御が停止している間、波長変換用共振器５２へ結合されるレーザ光の平均値が減少し、その出力レーザ光は不安定な状態となる。
【００６９】
本実施の形態では、使用者が、共振器長の制御が停止している間の不安定な状態におけるレーザ光を使用するのを避けるために、第２の実施の形態と同様に、サーボ一時停止決断部６８によって共振器長の制御を一時的に停止することが決断されたときには、サーボ一時停止予告部６９は、共振器長の制御が一時的に停止される前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告信号Ｓ9 を出力する。サーボ一時停止予告部６９は、更に、共振器長の制御の再開後、制御が安定したのを確認して、制御安定信号Ｓ10を出力する。なお、共振器長の制御の一旦停止および再開の具体的な動作は、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様である。
【００７０】
なお、図８に示した例では、波長変換用共振器５２が第２高調波発生（ＳＨＧ）の機能を有するものとしたが、本実施の形態はこれに限らず、波長変換用共振器５２が、光パラメトリック発振（ＯＰＯ）、和周波混合（ＳＭＦ）、差周波発生（ＤＦＧ）等の機能を有するものでもよい。本実施の形態におけるその他の構成、動作および効果は、第２の実施の形態と同様である。
【００７１】
なお、第２の実施の形態または第３の実施の形態においても、第１の実施の形態の変形例と同様に、システム制御回路３９，５９内にサーボ一時停止予告部４９，６９を設けずに、システム制御回路３９，５９外に、サーボ一時停止予告部４９，６９と同様の機能を有するサーボ一時停止予告信号発生回路を設けてもよい。また、マスタレーザ部３１，５１より出力されるレーザ光の周波数から一定値を隔てて周波数変調された周波数のレーザ光を基本レーザ光としてもよい。また、基本レーザ光としては複数モードを用いることも可能である。また、スレーブレーザ部３２や波長変換用共振器５２の共振器長を制御せずに、マスタレーザ部３１，５１にアクチュエータを取り付けたり、電流や温度をコントロールすることにより共振器長を制御するようにしてもよい。
【００７２】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、例えば、マスタレーザ部やスレーブレーザ部には、各実施の形態で挙げた構成のものの他にも、種々のレーザ装置を使用することが可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし６いずれかに記載のレーザ光発生装置によれば、共振器長制御手段が共振器長の制御を一時的に停止する前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告情報を出力する予告情報出力手段を備えたので、使用者が、出力レーザ光の特性変化を事前に知ることが可能となるという効果を奏する。
そのうえ、共振器長の制御を再開したのち、その制御が安定してから予告情報出力手段によって制御安定信号を出力するようにしたので、使用者は、制御が安定したことを知ることが可能となる。
【００７４】
また、請求項５記載のレーザ光発生装置によれば、共振器長制御手段が、共振器長の制御が不安定な制御状態に保持されていることを検出する機能を有し、不安定な制御状態に保持されていることを検出したときに共振器長の制御を一時的に停止するようにしたので、更に、使用者が、共振器長の制御の状態を監視する必要がなくなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＢＵＴについて説明するための説明図である。
【図３】図１におけるスレーブレーザ部の共振器長における波長以下の微小変化に対する共振器モードの変化を示す説明図である。
【図４】図１におけるマスタレーザ部の出力レーザ光の周波数特性とスレーブレーザ部の出力レーザ光の周波数特性とを示す説明図である。
【図５】弱シード状態について説明するための説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の変形例に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１…マスタレーザ部、１２…スレーブレーザ部、１３…レーザ光利用システム、１５…光検出器、１６…ＢＵＴ測定部、１７…駆動回路、１８…共振器長サーボ回路、１９…システム制御回路、２３，２４…共振器ミラー、２５…Ｑスイッチ、２６…合波用光学素子、２７…アクチュエータ、２８…サーボ一時停止決断部、２９…サーボ一時停止予告部
Claims (6)
- レーザ光を共振させ、且つレーザ光を出力するための共振器と、
この共振器に対して基本レーザ光を注入する基本レーザ光注入手段と、
この基本レーザ光注入手段によって注入される基本レーザ光に基づいて、前記共振器より出力されるレーザ光を注入同期するために前記共振器または前記基本レーザ光注入手段における共振器の共振器長を制御すると共に、共振器長の制御を一時的に停止する機能を有する共振器長制御手段と、
この共振器長制御手段が共振器長の制御を一時的に停止する前に、共振器長の制御を一時的に停止する旨の予告情報を出力すると共に、共振器長の制御を再開したのち、その制御が安定してから制御安定信号を出力する予告情報出力手段と
を備えたことを特徴とするレーザ光発生装置。 - 前記共振器を含み、前記基本レーザ光が注入されるレーザ装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
- 前記共振器は、波長変換用の共振器であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
- 前記共振器長制御手段は、制御の限界点付近に達したときに共振器長の制御を一時的に停止することを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
- 前記共振器長制御手段は、共振器長の制御が不安定な制御状態に保持されていることを検出する機能を有し、不安定な制御状態に保持されていることを検出したときに共振器長の制御を一時的に停止することを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
- 前記基本レーザ光注入手段は、固体レーザを用いて構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
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