JP6828742B2 - パルス光生成装置、パルス光生成方法、パルス光生成装置を備えた露光装置および検査装置 - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様によるパルス光生成方法は、第1ポート、第2ポート、第3ポートおよび第4ポートの少なくとも4個のポートに入力パルス光を入力して分岐し、前記第3ポートと前記第4ポートとが接続された接続光路には位相変調素子が配置され、前記位相変調素子は、前記第1方向パルス光と前記第2方向パルス光とが入射し、
前記位相変調素子に入射した前記第1方向パルス光の少なくとも一部分と、前記位相変調素子に入射した前記第2方向パルス光の少なくとも一部分とにそれぞれ異なる量の位相変調を与え、または、前記位相変調素子に入射した前記第1方向パルス光の少なくとも一部分と、前記位相変調素子に入射した前記第2方向パルス光の少なくとも一部分との一方に所定量の位相変調を与え、前記第1ポートおよび前記第2ポートのそれぞれから、互いに異なる波形の出力パルス光を出力し、前記出力パルス光のうち、一方の第1パルス光は、他方の第2パルス光の強度が減少する際には強度が増加し、前記第2パルス光の強度が増加する際には強度が減少し、前記出力パルス光を合波させた合波光を第1光ファイバに入力させ内部を伝播させ、前記第1光ファイバから出力された前記合波光を前記第1パルス光と前記第2パルス光とに分離し、前記第1パルス光を第2光ファイバに入力させ内部を伝播させて増幅し、前記第2光ファイバにおいて自己位相変調による発生する前記第1パルス光の位相変調を、前記第1光ファイバにおいて前記第2パルス光からの相互位相変調により前記第1パルス光に発生する前位相変調により減殺する。
以下、本発明の第1の実施の形態に係るパルス光生成装置について図面を参照して説明する。図1は、第1の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。図1に示すように、パルス光生成装置100は、光カプラ101と、光カプラ101に接続された接続光路102と、接続光路102に配置された位相変調素子103と、第1ポート1に光を入力するための入力部104を備える。光カプラ101は、光の入力および出力が可能な、第1ポート1、第2ポート2、第3ポート3および第4ポート4の4個のポートを備える。
光ファイバを用いてループ状に接続することにより構成することが好ましいが、ミラー等を組み合わせて接続光路102を形成することも可能である。その場合、接続光路の部分を真空中に配置してもよい。
次に、図1に示すパルス光生成装置100の入力部104にパルス光を入力する場合について説明する。光カプラ101としては、分岐比が50:50の熔融型カプラを用いる。まず、位相変調素子103が機能していない状態について説明する。上記説明の通り、入力部104に入力されたパルス光は第1ポート1から光カプラ101に入力され光カプラ101内で分岐し、第1ポート1に対向する第3ポート3および第1ポート1に非対向の第4ポート4に伝播して、それぞれ接続光路102に出力される。
第1方向パルス光の一部分の位相をλ/2(すなわちπ)相当分だけ遅らせるように位相変調素子103を制御する場合について説明する。第2方向パルス光に対しては位相変調を行わない。第1方向パルス光と第2方向パルス光とにそれぞれ異なる位相変調を行う(いずれか一方に対しては位相変調を行わない場合も含む)ためには、第1方向パルス光および第2方向パルス光の両方のパルス光が位相変調素子103を同時に通過しないことが条件となる。このため、位相変調素子103は、第3ポート3までの光学距離と第4ポート4までの光学距離とが異なる位置に配置され、これにより、第1方向パルス光および第2方向パルス光が位相変調素子103を通過するタイミングがずれるようにしている。両者の光学的距離の差は、入力部104から入力するパルス光のパルス長(pulse duration)と、第1方向パルス光を位相変調する時間的長さに基づいて設定する。
第1方向パルス光に対しては位相変調せずに、第2方向パルス光の一部分の位相をλ/2(すなわち、π)相当分だけ遅らせるように位相変調素子103を制御する場合について説明する。
(−λ/4)−(−λ/4−λ/2)=λ/2
となる。すなわち、半波長分の位相差が発生する。その結果、パルス光11とパルス光21とが合波すると相殺するので、合波光の強度はゼロとなる。これは、図7の(c)と同様の合波光強度となることを意味する。
0−(−λ/4−λ/2−λ/4)=λ
となる。すなわち、1波長分の位相差が発生する。その結果、パルス光12とパルス光22とが合波すると互いに強め合うので、位相変調素子103による変調時間に相当するパルス長の短いパルス光が生成される。これは、図8の(c)と同様の合波光強度となることを意味する。
第1方向パルス光の一部分の位相を−λ/4相当分だけ位相変調し、第2方向パルス光の一部分の位相を+λ/4相当分だけ位相変調する場合について説明する。
(−λ/4−λ/4)−(−λ/4+λ/4)=−λ/2
となる。すなわち、半波長分の位相差が発生する。従って、パルス光11とパルス光21とは相殺し、これらの合波光の強度はゼロとなる。これは、図7の(c)と同様の合波光強度となることを意味する。
(−λ/4)−(−λ/4+λ/4−λ/4)=0
となる、すなわち、位相差はゼロとなる。その結果、パルス光12とパルス光22とが合波すると互いに強め合うので、位相変調素子103による変調時間に相当するパルス長の短いパルス光が生成される。これは、図8の(c)と同様の合波光強度となることを意味する。
上記は、図6に示したように、第1方向パルス光の一部について位相変調するように位相変調器103を制御する場合について説明した。しかし、入力パルス光に比べて短いパルス長の主パルス光とその相補的な時間強度変化をする副パルス光とを生成するための位相変調素子103の制御はこれに限らない。例えば、図6に示す位相変調に代えて、図9に示すように位相変調素子103の制御を行ってもよい。図9に示す位相変調素子103の制御は、接続光路102を伝播する第1方向パルス光または第2方向パルス光に対して、位相変調素子103によりパルスの途中で位相変調量をゼロから2π(すなわち、λ相当分)までに短時間で変化させる。
上記は、第1ポート1から光カプラ101にパルス光を入力して、第2ポート2に主パルス光を生成し、第1ポート1に副パルス光を生成する構成についての説明である。ここでは、第1ポート1から光カプラ101にパルス光を入力して、第1ポート1に主パルス光を生成し、第2ポート2に副パルス光を生成する構成について記載する。
第1方向パルス光に対する位相変調は次のように行ってもよい。例えば、図11に別の位相変調について示す。図11に示す位相変調素子103の制御は、接続光路102を伝播する第1方向パルス光に対して、位相変調素子103によりパルスの途中で位相変調量を2π(すなわち、λ相当分)からゼロまで短時間で変化させる。すなわち、図9を参照して説明した第1方向パルス光に対する位相変調を反転させたような位相変調を行う。
図12は、本発明の第2の実施の形態に係るパルス光生成装置200の概念図である。パルス光生成装置200は、第1の実施の形態のパルス光生成装置100の構成に加えて、パルス光を入力部104に向けて出力するレーザ光源201および制御部202をさらに備える。図12において、パルス光生成装置100と同様の構成については同じ符号を用いている。レーザ光源201としてはDFBレーザ(Distributed Feedback Laser)を好適に用いることができる。
パルス光生成装置200において、レーザ光源201からパルス長1nsのパルス光を出力させ、入力部104に出力させる。入力部104から入力させるパルス光は、第1ポート1を経て光カプラ101に入力された後、第1方向パルス光と第2方向パルス光とに分岐して接続光路102を伝播する。位相変調素子103は第1方向パルス光のみその一部分を位相変調するように制御する。
図14は、本発明の第3の実施の形態に係るパルス光生成装置300の概念図である。パルス光生成装置100に備えられた位相変調素子は1個であるのに対して、パルス光生成装置300は、第1位相変調素子103−1および第2位相変調素子103−2の2個の位相変調素子を備えている。それ以外の構成はパルス光生成装置100と同様である。図14において、パルス光生成装置100と同様の構成については同じ符号を用いる。
図16は、本発明の第4の実施の形態に係るパルス光生成装置400の概念図である。パルス光生成装置400は、第2の実施の形態のパルス光生成装置200の構成に加えて、合波素子401、偏光ビームスプリッタ402、第1光ファイバ411、第2光ファイバ412、第3光ファイバ413、および第4光ファイバ414をさらに備える。図16において、パルス光生成装置200と同様の構成については同じ符号を用いている。
図17は、本発明の第5の実施の形態に係るパルス光生成装置500の概念図である。パルス光生成装置500は、主パルス光を出力する第1レーザ光源501と副パルス光を出力する第2レーザ光源502とをそれぞれ備える点でパルス光生成装置400と異なる。それぞれのレーザ光源は出力するパルス光の波長が互いに異なる。すなわち、主パルス光と副パルス光とでは互いに波長が異なる。第1レーザ光源501および第2レーザ光源502としてはDFBレーザを好適に用いることができる。そのため、パルス光生成装置500はバンドパスフィルタ503を備え、これにより主パルス光と副パルス光とを分離する。また、パルス光生成装置500では、偏光素子401は不要である。なお、図17において、パルス光生成装置400と同様の構成については同じ符号を用いている。
図18は、本発明の第6の実施の形態に係るパルス光生成装置600の概念図である。パルス光生成装置600は、第2光ファイバ412から出力された増幅後の主パルス光の波長をより短い波長に変換する。パルス光生成装置600は、パルス光生成装置500に加えて、波長変換部601をさらに備えて構成される。第2光ファイバ412を伝播し増幅されて出力された主パルス光は、波長変換部601に入力される。波長変換部601は複数の非線形光学結晶を有しており、主パルス光の波長を紫外領域の波長に変換して出力する。すなわち、パルス光生成装置600は紫外パルス光を出力する。
日本国特許出願2016年第105613号(2016年5月26日出願)
102 接続光路
103 位相変調素子
104 入力部
401 合波素子
402 偏光ビームスプリッタ
411 第1光ファイバ
412 第2光ファイバ
413 第3光ファイバ
414 第4光ファイバ
501 第1レーザ光源
502 第2レーザ光源
503、504、505 バンドパスフィルタ
601 波長変換部
611、612非線形光学結晶
Claims (27)
- 第1ポート、第2ポート、第3ポートおよび第4ポートの少なくとも4個のポートを備えた光カプラと、
前記第3ポートと前記第4ポートとを接続する接続光路と、
前記接続光路に配置された位相変調素子と、を備え、
前記光カプラは、前記第1ポートに入力された入力パルス光を分岐して、前記第3ポートおよび前記第4ポートにそれぞれ第1方向パルス光および第2方向パルス光として出力し、
前記第1ポートおよび前記第2ポートのそれぞれから出力された、互いに異なる波形の出力パルス光が入力されて合波された合波光を生成する合波素子と、
前記合波素子から出力された前記合波光が入力され内部を伝播する第1光ファイバと、
前記合波光を分離する分離素子と、
前記分離素子から出力されたパルス光が入力されて内部を伝播し増幅される第2光ファイバと、をさらに備えるパルス光生成装置。 - 請求項1に記載のパルス光生成装置において、
前記位相変調素子は、前記位相変調素子に入射した前記第1方向パルス光の少なくとも一部分と、前記位相変調素子に入射した前記第2方向パルス光の少なくとも一部分とにそれぞれゼロではない異なる量の位相変調を与え、または、前記位相変調素子に入射した前記第1方向パルス光の少なくとも一部分と、前記位相変調素子に入射した前記第2方向パルス光の少なくとも一部分との一方にゼロではない所定量の位相変調を与える、パルス光生成装置。 - 請求項1または2に記載のパルス光生成装置において、
前記位相変調素子から前記第3ポートまでの光学的距離と、前記位相変調素子から前記第4ポートまでの光学的距離とは異なる、パルス光生成装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記光カプラは、
前記第1ポートと前記第3ポートとの間、前記第1ポートと前記第4ポートとの間、前記第2ポートと前記第3ポートとの間、および前記第2ポートと前記第4ポートとの間で光を伝播させることが可能であり、
前記第1ポートと前記第4ポートとの間を伝播する光は、前記第1ポートと前記第3ポートとの間を伝播する光に比べて、位相が波長の1/4だけ遅れ、
前記第2ポートと前記第3ポートとの間を伝播する光は、前記第2ポートと前記第4ポートとの間を伝播する光に比べて、位相が波長の1/4だけ遅れる、パルス光生成装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記位相変調素子は、前記第1方向パルス光の一部分および前記第2方向パルス光の一部分の少なくとも一方について、パルスの一部を波長の1/2だけ位相変調する、パルス光生成装置。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記出力パルス光のうち、前記第1ポートと前記第2ポートの一方から出力される第1パルス光は、他方から出力される第2パルス光の強度が減少する際には強度が増加し、前記第2パルス光の強度が増加する際には強度が減少する、パルス光生成装置。 - 請求項6に記載のパルス光生成装置において、
前記第2パルス光は、前記第1パルス光の強度が最大となる時点の前および後の時点にそれぞれ極大値を有する、パルス光生成装置。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記接続光路において前記位相変調素子は第1位相変調素子であり、
前記第1位相変調素子とは異なる位置に配置された第2位相変調素子、をさらに備え、
前記第2位相変調素子から前記第3ポートまでの光学的距離と、前記第2位相変調素子から前記第4ポートまでの光学的距離とは異なる、パルス光生成装置。 - 請求項8に記載のパルス光生成装置において、
前記第1位相変調素子は、前記第1方向パルス光の一部分を波長の1/4だけ位相変調し、
前記第2位相変調素子は、前記第2方向パルス光の一部分を、前記第1方向パルス光の一部分の位相変調方向とは逆の方向に波長の1/4だけ位相変調する、パルス光生成装置。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
第1波長の入力パルス光を出力する第1レーザ光源と、
前記第1レーザ光源と前記位相変調素子とを制御する制御部と、をさらに有する、パルス光生成装置。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記分離素子は、偏光ビームスプリッタである、パルス光生成装置。 - 請求項10に記載のパルス光生成装置において、
前記第1波長とは波長の異なる第2波長の入力パルス光を出力する第2レーザ光源を、さらに有し、
前記制御部は、前記第2レーザ光源を制御し、
前記分離素子は、波長選択フィルタである、パルス光生成装置。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記第2ポートと前記合波素子との間に配置された第3光ファイバと、
前記第1ポートと前記合波素子との間に配置された第4光ファイバと、をさらに備えるパルス光生成装置。 - 請求項1から13のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記第2光ファイバから出力された前記パルス光が入力されて伝播し、前記パルス光の波長を変換する波長変換部をさらに有する、パルス光生成装置。 - 請求項14に記載のパルス光生成装置において、
前記波長変換部は、複数の非線形光学結晶を含み、前記パルス光の波長を紫外領域の波長に変換する、パルス光生成装置。 - 第1ポート、第2ポート、第3ポートおよび第4ポートの少なくとも4個のポートを備えた光カプラの前記第1ポートに入力パルス光を入力して分岐し、
前記第3ポートと前記第4ポートとが接続された接続光路に、前記第3ポートおよび前記第4ポートから第1方向パルス光および第2方向パルス光をそれぞれ出力し、
前記接続光路において、前記第1方向パルス光および前記第2方向パルス光の少なくとも一方に対して位相変調を与え、
前記第1ポートおよび前記第2ポートのそれぞれから、互いに異なる波形の出力パルス光を出力し、
前記出力パルス光のうち、一方の第1パルス光は、他方の第2パルス光の強度が減少する際には強度が増加し、前記第2パルス光の強度が増加する際には強度が減少し、
前記出力パルス光を合波させた合波光を第1光ファイバに入力させ内部を伝播させ、
前記第1光ファイバから出力された前記合波光を前記第1パルス光と前記第2パルス光とに分離し、前記第1パルス光を第2光ファイバに入力させ内部を伝播させて増幅し、
前記第2光ファイバにおいて自己位相変調による発生する前記第1パルス光の位相変調を、前記第1光ファイバにおいて前記第2パルス光からの相互位相変調により前記第1パルス光に発生する前位相変調により減殺する、パルス光生成方法。 - 請求項16に記載のパルス光生成方法において、
前記光カプラは、前記第1ポートと前記第3ポートとの間、前記第1ポートと前記第4ポートとの間、前記第2ポートと前記第3ポートとの間、および前記第2ポートと前記第4ポートとの間で光を伝播させることが可能であり、
前記第1ポートと前記第4ポートとの間を伝播する光は、前記第1ポートと前記第3ポートとの間を伝播する光に比べて、位相を波長の1/4だけ遅らせ、
前記第2ポートと前記第3ポートとの間を伝播する光は、前記第2ポートと前記第4ポートとの間を伝播する光に比べて、位相を波長の1/4だけ遅らせる、パルス光生成方法。 - 請求項16または17に記載のパルス光生成方法において、
前記第1方向パルス光の一部分および前記第2方向パルス光の一部分の少なくとも一方について、パルスの一部を波長の1/2だけ位相変調する、パルス光生成方法。 - 請求項16から18のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第1方向パルス光の一部分のパルスの一部を波長の1/4だけ位相変調し、
前記第2方向パルス光の一部分を、前記第1方向パルス光の一部分の位相変調方向とは逆の方向に波長の1/4だけ位相変調する、パルス光生成方法。 - 請求項16から19のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第2パルス光は、前記第1パルス光の強度が最大となる時点より前および後の時点にそれぞれ極大値を有する、パルス光生成方法。 - 請求項16から20のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第1光ファイバから出力された前記合波光を偏向ビームスプリッタにより前記第1パルス光と前記第2パルス光とに分離し、
分離された前記第1パルス光を前記第2光ファイバに入力させ内部を伝播させる、パルス光生成方法。 - 請求項16から20のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記入力パルス光は、第1波長のパルス光と第2波長のパルス光が合波されたパルス光であり、
前記第1波長のパルス光と前記第2波長のパルス光とを波長選択フィルタにより分離し、
分離された前記第1パルス光を前記第2光ファイバに入力させ内部を伝播させる、パルス光生成方法。 - 請求項16から22のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第2パルス光を、前記第1パルス光と合波させる前に増幅する、パルス光生成方法。 - 請求項16から23のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第1パルス光を波長変換部に入力させ内部を伝播させ、前記第1パルス光の波長を変換する、パルス光生成方法。 - 請求項24に記載のパルス光生成方法において、
前記第1パルス光の波長を、前記波長変換部に含まれる複数の非線形光学結晶により紫外領域の波長に変換する、パルス光生成方法。 - 請求項1から15のいずれか一項に記載のパルス光生成装置と、
露光対象物を保持する露光対象物支持部と、
前記パルス光生成装置から出力されたパルス光を所定のパターン光に形成するパターン形成部と、
前記パターン光を露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系と、を備えた露光装置。 - 請求項1から15のいずれか一項に記載のパルス光生成装置と、
被検物を保持する被検物支持部と、
前記パルス光生成装置から出力されたパルス光を前記被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、
前記被検物からの光を検出器に投影する投影光学系と、を備えた検査装置。
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