JPWO2005116751A1 - 波長変換光学系、レーザ光源、露光装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置 - Google Patents

Abstract

Ｐ偏光の基本波から、２倍波形成光学素子３、３倍波形成光学素子４，５倍波形成光学素子５を経由して５倍波を形成すると共に、Ｓ偏光の基本波から、２倍波形成光学素子９によって、Ｐ偏光の２倍波を形成する。シリンドリカルレンズ７，８によってビーム整形されたＰ偏光の５倍波と、前記Ｓ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波はダイクロイックミラー１０で合成され、７倍波形成光学素子１１に入射する。そして、Ｐ偏光の２倍波と５倍波からＳ偏光の７倍波が形成され、これが、Ｓ偏光の基本波と共に８倍波形成光学素子１２に入射して合成され、Ｐ偏光の８倍波が形成される。これにより、従来の光学系よりも簡単な光学系において８倍波を形成できる。

Description

本発明は、主として長波長の半導体レーザ光からその８倍波（基本波のｎ倍の周波数を有する光をｎ倍波と称する）を発生させる波長変換光学系、それを使用したレーザ光源、及びこのレーザ光源を利用した露光装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置に関するものである。

レーザ光は近年において種々の用途に用いられており、例えば、金属の切断や加工を行ったり、半導体製造装置におけるフォトリソグラフィー装置の光源として用いられたり、各種測定装置に用いられたり、外科、眼科、歯科等の手術および治療装置に用いられたりしている。
ところが、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は、チャンバー内にアルゴンガス、フッ素ガス、ネオンガス等を封入して構成されるものであり、これらガスを密封する必要がある。さらに、各ガスの充填、回収を行う必要もあり、装置が大型化且つ複雑化しやすいという問題がある。又、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は、所定のレーザ光発生性能を保持するために、定期的に内部ガスの交換を行ったり、オーバーホールを行ったりする必要があるという問題もある。
よって、レーザ光源としてはこのようなエキシマレーザでなく、固体レーザを用いることが好ましい。ところが、固体レーザから放出されるレーザ光の波長は、可視領域から赤外領域であり、例えば検査装置に使用するには、波長が長すぎて向いていない。そこで、このような固体レーザから放出される長波長の光を、非線形光学結晶を用いることにより短波長の紫外光（例えば８倍波）に変換して用いる方法が開発され、例えば特開２００１−３５３１７６号公報に記載されている。
このようなレーザ装置の光学系の概要を図１０に示す。図において、楕円形で示されるのはコリメータレンズや集光レンズであり、その説明を省略する。又、Ｐ偏光を矢印で、Ｓ偏光を○中に点のある印で示し、基本波をω、ｎ倍波をｎωで示す。この例においては、図示しないＤＦＢレーザから放出される基本光（波長１５４７ｎｍ）を、ＥＤＦＡ光増幅器５１で増幅し、Ｐ偏光とした後に２倍波形成光学素子（ＰＰＬＮ結晶）５２に入射させる。２倍波形成光学素子５２からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。
この基本波と２倍波を、３倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）５３に入射させる。３倍波形成光学素子５３からは、基本波と２倍波と共に、Ｓ偏光の３倍波が発生する。これらの光を、ダイクロイックミラー５４を透過させることにより、基本波と、２倍波・３倍波に分離する。
分離された２倍波・３倍波は、２波長波長板５５を透過し、その際、２倍波がＳ偏光に変換される。共にＳ偏光となった２倍波と３倍波を、５倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）５６に入射させる。５倍波形成光学素子５６からは、２倍波と３倍波と共にＰ偏光の５倍波が発生する。
これらの２倍波、３倍波、５倍波を、ダイクロイックミラー５７を透過させることにより、２倍波と５倍波を分離する。分離された５倍波は、ミラー５８で反射され、シリンドリカルレンズ５９、６０でビーム整形される。一般に５倍波形成光学素子５６から発生する５倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ５９、６０により、この楕円形の断面形状を円形に整形する。
ダイクロイックミラー５７で分離された２倍波は、１／２波長板６１を通過することによりＰ偏光に変換され、ミラー６２で反射されて、ダイクロイックミラー６３により、前記の５倍波と光路を同一にされる。ダイクロイックミラー６３は、２倍波を透過し、５倍波を反射するものである。これらの２倍波と５倍波を、７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）６４に入射させる。７倍波形成光学素子６４からは、２倍波と５倍波と共に、Ｓ偏光の７倍波が発生する。この７倍波も、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ６５、６６により、この楕円形の断面形状を円形に整形する。
一方、ダイクロイックミラー５４で分離された基本波は、ミラー６７で反射され、１／２波長板６８を通過することによりＳ偏光に変換され、ダイクロイックミラー６９により、前記の７倍波と光路を同一にされる。ダイクロイックミラー６９は、基本波を透過し、７倍波を反射するものである。
これらの基本波と７倍波を、８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）７０に入射させる。８倍波形成光学素子７０からは、基本波と７倍波と共に、Ｐ偏光の８倍波が発生する。
しかしながら、図１０に示す光学系においては、使用されている光学要素が多くて複雑である他、基本波と７倍波の合成のためのダイクロイックミラー６９が必要であるという問題点がある。波長が１９３ｎｍの８倍波を形成する場合、７倍波の波長は２２１ｎｍとなる。このような深紫外光に対しては、一般のダイクロイックミラーは耐久性に問題がある。又、基本波と７倍波をダイクロイックミラー６９で重ね合わせるための調整が必要であり、この作業が困難であるという問題点もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来の光学系よりも簡単な光学系において８倍波を形成できる波長変換光学系、これに加えて基本波と７倍波の重ね合わせを不要とした波長変換光学系、これらの波長変換光学系を用いたレーザ光源、及びこのレーザ光源を使用した、露光装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するための第１の発明は、第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、前記第２の２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した前記５倍波とを同一光路に合成する光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系である。
前記目的を達成するための第２の発明は、第１の基本波から少なくとも一つの波長変換光学素子を経て５倍波を形成する第１の波長変換光学系と、第２の基本波から２倍波を形成する２倍波形成光学素子と、前記２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記２倍波と前記第１の波長変換光学系から出射した前記５倍波とを同一光路に合成する光学部材と、前記２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系である。
前記目的を達成するための第３の発明は、基本波を第１の基本波と第２の基本波とに分割する第１の光学部材と、前記第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記第１の２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記第１の２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、前記第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、前記第２の２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した５倍波とを同一光路に合成する第２の光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系である。
前記目的を達成するための第４の発明は、基本波から２倍波を形成する２倍波形成光学素子と、前記２倍波形成光学素子から出射した前記基本波と前記２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、前記５倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系である。
前記目的を達成するための第５の発明は、前記第１の発明から第４の発明のいずれかであって、前記７倍波形成光学素子の長さが３〜１０ｍｍであり、前記７倍波形成光学素子に入射する光のビーム直径が１００〜３００μｍであることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第６の発明は、前記第５の発明であって、前記７倍波形成光学素子と前記８倍波形成素子との間に、集光光学系を有しないことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７の発明は、第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記第１の２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記第１の２倍波と前記３倍波から５倍波を形成する５倍波形成光学素子と第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、第２の２倍波形成光学素子から出射した第２の基本波と前記第２の２倍波とを分離する第１の光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した前記５倍波とを同一の光路に合成する第２の光学部材と、前記５倍波と前記第２の２倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記第２の基本波と前記７倍波形成光学素子から出射した前記７倍波とを同一の光路に合成する第３の光学部材と、前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系である。
前記目的を達成するための第８の発明は、前記第１の発明から第７の発明のうちいずれかの波長変換光学系を備えたことを特徴とするレーザ光源である。
前記目的を達成するための第９の発明は、前記第８の発明であるレーザ光源と、所定の露光パターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する対象物保持部と、前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されてここを通過した照射光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系とを備えて構成されることを特徴とする露光装置である。
前記目的を達成するための第１０の発明は、前記第８の発明であるレーザ光源と、所定のパターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、前記パターンの投影像を検出する検出器と、前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されて、通過した照明光を前記検出器に投影させる投影光学系とを有することを特徴とするマスク欠陥検査装置である。
前記目的を達成するための第１１の発明は、前記第８の発明であるレーザ光源と、当該レーザ光源から放出されるレーザ光を、被加工物である高分子結晶に導き、当該高分子結晶の被加工場所に集光させる光学系と、前記光学系と前記高分子結晶の相対位置を変化させる機構を有することを特徴とする高分子結晶の加工装置である。

図１は、本発明の第１の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
図２は、ＣＬＢＯ結晶における基本波と７倍波のウォークオフの発生状況を示す図である。
図３は、本発明の第２の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
図４は、本発明の第３の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
図５は、本発明の第４の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
図６は、本発明の実施の形態であるレーザ装置を用いた露光装置の概要を示す図である。
図７は、本発明の実施の形態であるレーザ装置を用いたマスク欠陥検査装置の概要を示す図である。
図８は、本発明の実施の形態であるレーザ装置を用いた高分子結晶の加工装置の概要を示す図である。
図９は、本発明の実施の形態であるレーザ装置を用いた高分子結晶の加工装置を光学顕微鏡と組み合わせて使用する例を示す図である。
図１０は、従来のレーザ装置の光学系の概要を示す図である。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。図１、図３、図４、図５においては、楕円形で示されるのはコリメータレンズや集光レンズであり、その説明を省略する。又、Ｐ偏光を矢印で、Ｓ偏光を○中に点のある印で示し、基本波をω、ｎ倍波をｎωで示す。
この実施の形態においては、図示しないＤＦＢレーザから放出される基本波（波長１５４７ｎｍ）を、第１のＥＤＦＡ増幅器１と第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅しているところに特徴を有するが、一つのＥＤＦＡ増幅器で増幅した光を、偏光ビームスプリッタによりＰ偏光とＳ偏光の２つに分けて使用することも可能である。
図１（ａ）に示すように、第１のＥＤＦＡ増幅器１で増幅されたＰ偏光の基本波は、第１の２倍波形成光学素子（ＰＰＬＮ結晶）３に入射し、第１の２倍波形成光学素子３からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。この基本波と２倍波を、３倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）４に入射させる。３倍波形成光学素子４からは、基本波と２倍波と共に、Ｓ偏光の３倍波が発生する。なお、２倍波形成光学素子３としては、ＰＰＬＮ結晶に限らず、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＡＡＮＰ結晶等を用いることもできる。
これらの光を、２波長波長板５を通すことにより、２倍波だけをＳ偏光に変換する。２波長波長板として、例えば結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。一方の波長の光（２倍波）に対しては、偏光を回転させ、他方の波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）の厚さを一方の波長の光に対しては、λ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットする。そして、共にＳ偏光となった２倍波と３倍波を、５倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）６に入射させる。５倍波形成光学素子６からは、２倍波と３倍波と共にＰ偏光の５倍波が発生する。なお、Ｐ偏光の基本波はそのまま５倍波形成光学素子６を透過する。
５倍波形成光学素子６から発生する５倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ７、８により、この楕円形の断面形状を円形に整形する。なお、５倍波形成光学素子６としては、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることもできる。
一方、第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅されたＳ偏光の基本波は、ミラーＭを介して（ミラーＭは必ずしも必要ない）第２の２倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）９に入射し、第２の２倍波形成光学素子９からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。なお、ＬＢＯ結晶の代わりにｏｏｅ変換のＰＰＬＮ結晶を使用してもよい。この基本波と２倍波を、前述のＰ偏光の５倍波と、ダイクロイックミラー１０により合成する。この例では、ダイクロイックミラー１０は、基本波と２倍波を反射し、５倍波を透過できるようなものとなっている。この光の合成には、バルク型光学素子を用いることが可能であり、例えば、色分解・合成ミラー（ダイクロイックミラー）、反射型及び透過型回折光学素子を用いることが可能である。
合成されたＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波は、７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１１に入射し、７倍波形成光学素子１１からは、これらの光と共に、Ｓ偏光の７倍波が発生する。これらの光は、８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１２に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が合成されてＰ偏光の８倍波が発生する。もし、８倍波のみを８倍波形成光学素子１２から放出される他の波長の光から分離したい場合は、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ、プリズムを使用することにより、これらを分離すればよい。
図１０と図１を比較すると分かるように、この実施の形態において非常に特徴的なことは、７倍波形成光学素子１１と８倍波形成光学素子１２との間に、ウォークオフ修正のためのシリンドリカルレンズを有しないで、７倍波形成光学素子１１から放出された光をそのまま８倍波形成光学素子１２に入射させていることである（７倍波形成光学素子１１と８倍波形成光学素子１２の直列接続と称している）。
これは、７倍波形成光学素子１１としてＣＬＢＯ結晶を使用する場合には、ＢＢＯ結晶を使用する場合に比較して、７倍波のウォークオフが小さいため、７倍波形成光学素子１１に入射するビームの径を大きくし、かつ、７倍波形成光学素子１１の長さを短くしてやれば、７倍波形成光学素子１１から放出される７倍波の断面形状は円からさほどずれず、そのまま８倍波形成光学素子１２に入射させても十分に波長変換に寄与させることができるからである。
ビームのｃｏｎｆｏｃａｌ長は、ｂ＝２πω^２／λ（ω：ビーム半径）で表される。７倍波形成光学素子１１に入射する高調波のビーム直径を例えば表１（約２００〜３００μｍ）のようにすると、ｃｏｎｆｏｃａｌ長（略平行光とみなせる長さ）を比較的長く（約９０ｍｍ〜２８０ｍｍ）することができるので、７倍波形成光学素子１１及び８倍波形成光学素子１２の長さをそれぞれ５ｍｍ程度にすると、８倍波形成光学素子１２を７倍波形成光学素子１１の隣に配置することができる。
図２に、７倍波形成光学素子１１に入射する基本波の直径を３００μｍ、２倍波と５倍波の直径を２００μｍとしたときの基本波と７倍波のウォークオフの発生状況を示す。なお、７倍波発生用ＣＬＢＯ結晶においてはＰ偏光にはウォークオフが発生しないので、これらの光の図示を省略している（基本波の波長は、１５４７ｎｍである）。
基本波のウォークオフは、ＣＬＢＯ結晶中を進行するにつれて大きくなるが、全ての入射光について一定であるので、入射光と出射光の断面形状は同一に保たれ、光軸の位置が変化するのみである。ＣＬＢＯ結晶の長さを５ｍｍとした場合に、ウォークオフ量は３８μｍとなる。
一方、７倍波については、ＣＬＢＯ結晶中で逐次発生し、発生後にウォークオフを起こすので、発生する位置により出射時のウォークオフ量は異なり、ＣＬＢＯ結晶の長さを５ｍｍとした場合に０〜５０μｍとなる。しかし、最大でも、入射光の直径である２００μｍに対して小さく、さらに、この場合、入射する基本波の直径を、２倍波・５倍波の直径に対して大きくしてあるので、出射する基本波と７倍波は重なり合う。よって、そのまま８倍波形成光学素子１２に入射させても、効率的に波長変換が可能となる。
ＣＬＢＯ結晶中における基本波（波長１５４７ｎｍ）、２倍波、５倍波、７倍波のビーム直径とｃｏｎｆｏｒｃａｌ長、ウォークオフ量の関係を表１に示す。

一般に、ＣＬＢＯ結晶を用いた７倍波形成光学素子に入射する光束の直径は１００〜３００μｍとすることが好ましい。直径が１００μｍ未満の場合、ウォークオフ量が相対的に大きくなり、出射光のビーム整形を行う必要が出てくる。一方、直径が３００μｍを超えると、ビームの収束が十分でないため、効率的な波長変換が行われない。同様、７倍波形成光学素子の長さは３〜１０ｍｍとすることが好ましい。長さが１０ｍｍを超えるとウォークオフ量が相対的に大きくなり、出射光のビーム整形を行う必要が出てくる。一方、長さが３ｍｍ未満では、十分な波長変換が行われない。
図１０と図１を比較すると分かるように、図１に示す構成では、光学素子の数が少なくなっている。図１０に示す従来構成と、図１に示す新構成における主な光学素子の数と光束の重ね合わせ数の比較を表２に示す。たとえ、図１に示す構成において、７倍波形成光学素子１１と８倍波形成光学素子１２の直列接続を行わず、基本波と７倍波を８倍波形成素子１２の所定位置に集光させ、軸ずれを修正するために７倍波形成光学素子１１と８倍波形成光学素子１２との間にシリンドリカルレンズ又はレンズ（例えば焦点距離＝３０〜５０ｍｍ）を入れる構成としてもよく、たとえそのような構成にしたとしても、なお、光学素子の数は、新構成の方が少なく、光束の重ね合わせ数も少なくなっている。
又、図１に示す構成においては、基本波と７倍波を合成するためのダイクロイックミラーを使用していない。一般に深紫外光の場合には、ダイクロイックミラーが深紫外光によってダメージを受けるという問題があり、耐久性に乏しいが、このダイクロイックミラーを不要とすることにより、全体として耐久性のよいレーザ装置とすることができる。

図１（ａ）に示す光学系において、耐久性向上の観点からダイクロイックミラー１０を図１（ｂ）又は図１（ｃ）に示すようなものに置き換えることが好ましい。図１（ａ）のダイクロイックミラー１０は、５倍波を透過し、基本波及ぴ２倍波を反射するが、図１（ｂ）のダイクロイックプリズム（ダイクロイックミラーのキューブ型）２１は、５倍波を反射し、基本波及び２倍波が透過する。また、図１（ｃ）は、５倍波を反射し、基本波及び２倍波を透過するダイクロイックミラー２２と、基本波及び２倍波の光路上に分散補償用平行平板２３が配置されている。分散補償用平行平板２３は、基本波及び２倍波がダイクロイックミラー２２を透過することによりそれぞれ生じる光軸シフトを予め補正するためのものである。
又、図１において、７倍波形成光学素子１１の中心位置に２倍波のビームウエストが位置し、かつ、８倍波形成光学素子１２の中心位置に基本波のビームウエストが位置するようにビーム調整を行うと、高い変換効率で８倍波を得ることができる。
図１に示すように、ダイクロイックミラー１０の後では、基本波と２倍波は同軸上を進んでいるが、基本波と２倍波では屈折率が異なるので、ダイクロイックミラー１０と７倍波形成光学素子１１の間に、材料の異なるレンズ２枚を入れ、これらの厚さ、位置、表面の曲率を調整することにより、上記の位置関係を実現することができる。これら２枚のレンズは、最適化して接合、接着してもよい。又、異なる材料からなる２枚のレンズを使用する代わりに、同一の材料からなる２枚の平凸レンズ等を使用してもよいが、自由度を確保するためには、異なる材料からなる２枚のレンズを使用することが好ましい。
なお、２倍波形成光学素子等の各波長変換光学素子に入射する光の偏光（Ｐ波、Ｓ波）の組み合わせは、第１の実施形態の組み合わせに限定されない。具体的には、第１の２倍波形成光学素子３へ入射する偏光及び２倍波形成光学素子３から出射する偏光と、第２の２倍波形成光学素子９へ入射する偏光及び第２の２倍波形成光学素子９から出射する偏光として、

（例えば、Ｐ偏光の２倍波は、Ｐ（２ω）と標記する）
があげられ、また、３倍波形成光学素子４へ入射する偏光及び３倍波形成光学素子４から出射する偏光として、

があげられ、また、５倍波形成光学素子５へ入射する偏光及び５倍波形成光学素子５から出射する偏光として、

があげらる。ただし、これらの入射光と出射光との間の偏光の条件は、各倍波形成光学素子のみでは成り立たないものがあるが、その場合は、必要に応じて倍波形成光学素子の入射側、又は出射側に波長板（偏光制御素子）を入れることにより作り出すことができるので、このようなものも、上記の関係式の中に、各倍波形成光学素子への入射光と各倍波形成光学素子からの出射光との間の偏光条件として挙げている。
これら各倍波形成光学素子に入射する偏光、各倍波形成光学素子から出射する偏光は、組み合わせが可能なものを適宜選択して使用することができる。
図３は、本発明の第２の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。図３、図４、図５における構成は、図１に示す構成とその一部を共通にしているので、同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。又、波長変換結晶に入射した光は、その一部が波長変換に使用され、他の一部はそのまま透過することは周知の事実であるので、以下の説明についてはそのまま透過する光については、言及を省略することがある。
図３において、Ｐ偏光の基本波からＰ偏光の５倍波を発生させる光学系は、図１に示したものと同じであり、Ｓ偏光の基本波からＰ偏光の２倍波を発生させる光学系もミラーＭがないことを除いて図１に示したものと同じである。
図３における光学系では、第２の２倍波形成光学素子９からの出射光を、ダイクロイックミラー１３により基本波と２倍波に分離している。分離された２倍波は、ミラー１４を介してダイクロイックミラー１５により、５倍波形成光学素子６で発生し、シリンドリカルレンズ７，８により形状整形された５倍波と合成されて、７倍波形成光学素子１１に入射する。この例においては、７倍波形成光学素子１１の後にシリンドリカルレンズ１６，１７を設けることにより、７倍波形成光学素子１１における７倍波のウォークオフに起因する出射光の断面形状の変形を修正している。
ダイクロイックミラー１３で分離された基本波は、ミラー１８を介して、ダイクロイックミラー１９により、シリンドリカルレンズ１６，１７で形状整形された７倍波と合成され、８倍波形成光学素子１２に入射する。これにより、８倍波形成光学素子１２から８倍波が発生する。
図４は、本発明の第３の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。この実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態における第２のＥＤＦＡ増幅器２を用いず、第１のＥＤＦＡ増幅器１から出射されるレーザ光を、偏光ビームスプリッタ２４によりＰ偏光成分とＳ偏光成分に分け、Ｐ偏光成分を２倍波発生光学素子３に入射させ、Ｓ偏光成分を第２の２倍波形成光学素子９に入射させているところが、第１の実施の形態と異なっているのみで、残りの構成は第１の実施の形態と同じである。
図示を省略しているが、偏光ビームスプリッタの前に、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の比率を調節するためのλ／２板を設けている。このようにすると、８倍波の出力は第１の実施の形態に比べて小さくなるが、ＥＤＦＡ増幅器が一つで済み、構成が簡単となる。
なお、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の分離には、ビームサンプラ、ビームスプリッタ、回折光学素子等を用いることが可能である。
図５は、本発明の第４の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
本実施の形態は、第１、第２、第３の実施の形態に比べて、簡単な構成で８倍波を発生させている。この光学系の構成は、３倍波形成光学素子４までは、第１の実施の形態と同じである。
３倍波形成光学素子４から射出された光は、３波長波長板２５を通すことにより、基本波だけがＳ偏光に変換され、２倍波はＰ偏光のまま、３倍波はＳ偏光のままとなる。３波長波長板として、前述したように、例えば結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。一方の波長の光（基本波）に対しては、偏光を回転させ、他の残りの波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）の厚さを一方の波長の光に対しては、λ／２の整数倍で、他の残りの波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットする。これらの光を５倍波形成光学素子６に入射させる。この場合は、５倍波形成光学素子としてＣＬＢＯ結晶を用いている。
５倍波形成光学素子６から射出される光のうち、基本波はＳ偏光、２倍波はＰ偏光、３倍波はＳ偏光、５倍波はＰ偏光となっている。これらの光はシリンドリカルレンズ７、８により、形状を円形に整形されて７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１１に入射し、２倍波と７倍波が合成されて、Ｓ偏光の７倍波が発生する。そして、この７倍波とＳ偏光の基本波が８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１２で合成されて８倍波が発生する。
表３に、図４に示した実施の形態における各倍波成分の強度比、表４に、図５に示した実施の形態における各倍波成分の強度比を示す。これらの表において、ＮＬＣは倍波形成光学素子の順番を示し、１が２倍波形成光学素子、２が３倍波形成光学素子、３が５倍波形成光学素子、４が７倍波形成光学素子、５が８倍波形成光学素子である。
図４に示した実施の形態においては、Ｐ偏光の基本波を０．６、Ｓ偏光の基本波を０．４の割合として分波したときに最も効率が良かったので、そのような割合でのデータを示している。又、図４に示した実施の形態と図５に示した実施の形態では、７倍波発生光学素子、８倍波発生光学素子の構成は同じであり、比較する意味がないので記載を省略している。
７倍波発生光学素子以降で、８倍波の発生に使用されるものは、基本波、２倍波、５倍波であるので、これらに着目して表３と表４を見ると、図４に示した実施の形態（表３）においては、全体の６０％程度しかこれらの倍波に変換されていないのに対し、図５に示した実施の形態（表４）では、全体の９０％以上がこれらの倍波に変換されている。よって、５倍波形成までの光の有効利用効率のみを考えると、図５に示した実施の形態の方が、優れていると言える。

なお、以上説明した実施の形態においては、ウォークオフに起因するビームの変形を修正するために、２つのシリンドリカルレンズを、その光軸を垂直にして２つ組み合わせて使用している。シリンドリカルレンズを使用すると調整が容易であるという利点があるが、ビームの変形を修正するためには、楕円レンズ等の他のレンズを使用してもよい。
なお、各波長変換光学素子に入射する光の偏光（Ｐ波、Ｓ波）の組み合わせは、第４の実施形態の組み合わせに限定されない。具体的には、２倍波形成光学素子３へ入射する偏光及び２倍波形成光学素子３から出射する偏光として、

（例えば、Ｐ偏光の２倍波は、Ｐ（２ω）と標記する）があげられ、また、３倍波形成光学素子４へ入射する偏光及び３倍波形成光学素子４から出射する偏光として、

があげられ、また、５倍波形成光学素子６へ入射する偏光及び５倍波形成光学素子６から出射する偏光として、

があげられ、７倍波形成光学素子１１の前の偏光状態は、８倍波形成光学素子１２と直結する場合は基本波と７倍波の偏光が合致している必要があるので、［（１ω）、（２ω）、（３ω）、（５ω）］＝［Ｓ、Ｐ、Ｐ、Ｐ］、［Ｓ、Ｐ、Ｓ、Ｐ］、［Ｐ、Ｓ、Ｐ、Ｓ］、［Ｐ、Ｓ、Ｓ、Ｓ］があげらる。ただし、これらの入射光と出射光との間の偏光の条件は、各倍波形成光学素子のみでは成り立たないものがあるが、その場合は、必要に応じて倍波形成光学素子の入射側、又は出射側に波長板（偏光制御素子）を入れることにより作り出すことができるので、このようなものも、上記の関係式の中に、各倍波形成光学素子への入射光と各倍波形成光学素子からの出射光との間の偏光条件として挙げている。
これら各倍波形成光学素子に入射する偏光、各倍波形成光学素子から出射する偏光は、組み合わせが可能なものを適宜選択して使用することができる。
次に、上述した本発明の実施の形態であるレーザ装置２０を用いて構成され、半導体製造工程の一つであるフォトリソグラフィエ程で使用される露光装置１００について、図６を参照して説明する。光リソグラフィエ程で使用される露光装置は、原理的には写真製版と同じであり、フォトマスク（レチクル）上に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウエハやガラス基板などの上に光学的に投影して転写する。この露光装置１００は、上述したレーザ装置２０と、照明光学系１０２と、フォトマスク（レチクル）１１０を支持するマスク支持台１０３と、投影光学系１０４と、露光対象物たる半導体ウエハ１１５を載置保持する載置台１０５と、載置台１０５を水平移動させる駆動装置１０６とを備えて構成される。
この露光装置１００においては、上述したレーザ装置２０から出力されるレーザ光が、複数のレンズから構成される照明光学系１０２に入力され、ここを通ってマスク支持台１０３に支持されたフォトマスク１１０の全面に照射される。このように照射されてフォトマスク１１０を通過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１０４を介して載置台１０５に載置された半導体、ウエハ１１５の所定位置に照射される。このとき、投影光学系１０４によりフォトマスク１１０のデバイスパターンの像が半導体ウエハ１１５の上に縮小されて結像露光される。上記のような露光装置によれば、小型軽量で配置の自由度が高い紫外光源の特性を生かして小型でメンテナンス性、操作性の良好な露光装置を得ることができる。
次に、以上説明した本発明に係るレーザ装置２０を用いて構成されるマスク欠陥検査装置について、図７を参照して以下に説明する。マスク欠陥検査装置は、フォトマスク上に精密に描かれたデバイスパターンをＴＤＩセンサ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）上に光学的に投影し、センサ画像と所定の参照画像とを比較し、その差からパターンの欠陥を抽出する。マスク欠陥検査装置１２０は、上述したレーザ装置２０と、照明光学系１１２と、フォトマスク１１０を支持するマスク支持台１１３と、マスク支持台を水平移動させる駆動装置１１６と、投影光学系１１４と、ＴＤＩセンサ１２５とを備えて構成される。このマスク欠陥検査装置１２０においては、上述したレーザ装置２０から出力されるレーザ光が、複数のレンズから構成される照明光学系１１２に入力され、ここを通ってマスク支持台１１３に支持されたフォトマスク１１０の所定領域に照射される。このように照射されてフオトマスク１１０を通過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１１４を介してＴＤＩセンサ１２５の所定の位置に結像される。なお、マスク支持台１１３の水平移動速度と、ＴＤＩ１２５の転送クロックとは同期している。
図８は本発明のレーザ装置２０を用いて構成される高分子結晶の加工装置の概要図である。レーザ装置２０から放出された紫外短パルスレーザ光１３９は、シャッタ１３２、強度調整素子１３３、照射位置制御機構１３４、集光光学系１３５を介して試料容器１３６中に入れられた高分子結晶１３８に集光照射される。試料容器１３６は、ステージ１３７に搭載され、光軸方向をｚ軸として、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系でｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３次元方向の移動が可能とされていると共に、ｚ軸の周りに回転可能となっている。高分子結晶１３８の表面に集光照射されたレーザ光により、高分子結晶の加工が行われる。
ところで、高分子結晶である被加工物を加工する場合、レーザ光が被加工物の何処に照射されているかを確認する必要がある。しかし、レーザ光は、通常可視光でないことが多く、目視することができないので、光学顕微鏡と組み合わせて使用することが好ましい。
その例を図９に示す。（ａ）に示す光学系においては、紫外短パルスレーザシステム１４１（図９の符号２０、１３２〜１３４に対応）からのレーザ光を、集光光学系１３５を介して所定の点に集光する。ステージ１３７は図９において説明したような機能を有しており、高分子結晶１３８の入った試料容器１３６がステージ１３７上に載置されている。照明光源１４２からの可視光は、反射光１４３で反射され、試料容器１３６をケーラー照明する。高分子結晶１３８は、光学顕微鏡の対物レンズ１４４、接眼レンズ１４５を介して眼１４６により目視される。
光学顕微鏡の光軸位置には、十字状のマークが形成されており、光軸位置が目視できるようになっている。そして、光学顕微鏡の焦点位置（合焦位置、すなわち目視したときピントが合う物面）は固定とされている。集光光学系１３５により集光されたレーザ光は、光学顕微鏡の光軸位置で、かつ光学顕微鏡の焦点位置に集光されるようになっている。よって、ステージ１３７上に被加工物を載置し、光学顕微鏡でその像を観察した場合、ピントが合っており、かつ十字マークの中心にある位置に、レーザシステム１４１からのレーザ光が集光されるようになっている。なお、レーザシステム１４１、集光光学系１３５、及び光学顕微鏡部の相対位置関係は固定されており、ステージ１３７のみがこれらの固定系に対して相対的に移動可能とされている。
よって、加工を行いたい場所が光学顕微鏡の光軸位置でかつ合焦位置となるようにステージ１３７を移動させながら加工を行うことにより、所望の場所の加工、及び所望の形状の加工を行うことができる。もし、自動的に加工を行わせたいのであれば、光学顕微鏡に自動焦点調整装置をつけてステージ１３７をその指令により駆動すると共に、ステージ１３７の予め定められた所定部分が光学顕微鏡の光軸になるように、ステージ１３７を駆動するようにすればよい。または、初めに基準となる位置を合わせた後、サーボ機構によりステージ１３７を２次元又は３次元に駆動するようにしてもよい。
本発明のレーザ装置を使用したレーザ治療装置については、レーザ装置が異なるだけで、前記特許文献１に記載した技術がそのまま使用できるので、その説明を省略する。

本発明は、主として長波長の半導体レーザ光からその８倍波（基本波のｎ倍の周波数を有する光をｎ倍波と称する）を発生させる波長変換光学系、それを使用したレーザ光源、及びこのレーザ光源を利用した露光装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置に関するものである。

レーザ光は近年において種々の用途に用いられており、例えば、金属の切断や加工を行ったり、半導体製造装置におけるフォトリソグラフィー装置の光源として用いられたり、各種測定装置に用いられたり、外科、眼科、歯科等の手術および治療装置に用いられたりしている。

ところが、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は、チャンバー内にアルゴンガス、フッ素ガス、ネオンガス等を封入して構成されるものであり、これらガスを密封する必要がある。さらに、各ガスの充填、回収を行う必要もあり、装置が大型化且つ複雑化しやすいという問題がある。又、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は、所定のレーザ光発生性能を保持するために、定期的に内部ガスの交換を行ったり、オーバーホールを行ったりする必要があるという問題もある。

よって、レーザ光源としてはこのようなエキシマレーザでなく、固体レーザを用いることが好ましい。ところが、固体レーザから放出されるレーザ光の波長は、可視領域から赤外領域であり、例えば検査装置に使用するには、波長が長すぎて向いていない。そこで、このような固体レーザから放出される長波長の光を、非線形光学結晶を用いることにより短波長の紫外光（例えば８倍波）に変換して用いる方法が開発され、例えば特開２００１−３５３１７６号公報（特許文献１）に記載されている。

このようなレーザ装置の光学系の概要を図１０に示す。図において、楕円形で示されるのはコリメータレンズや集光レンズであり、その説明を省略する。又、Ｐ偏光を矢印で、Ｓ偏光を○中に点のある印で示し、基本波をω、ｎ倍波をｎωで示す。この例においては、図示しないＤＦＢレーザから放出される基本光（波長1547nm）を、ＥＤＦＡ光増幅器５１で増幅し、Ｐ偏光とした後に２倍波形成光学素子（ＰＰＬＮ結晶）５２に入射させる。２倍波形成光学素子５２からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。

この基本波と２倍波を、３倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）５３に入射させる。３倍波形成光学素子５３からは、基本波と２倍波と共に、Ｓ偏光の３倍波が発生する。これらの光を、ダイクロイックミラー５４を透過させることにより、基本波と、２倍波・３倍波に分離する。

分離された２倍波・３倍波は、２波長波長板５５を透過し、その際、２倍波がＳ偏光に変換される。共にＳ偏光となった２倍波と３倍波を、５倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）５６に入射させる。５倍波形成光学素子５６からは、２倍波と３倍波と共にＰ偏光の５倍波が発生する。

これらの２倍波、３倍波、５倍波を、ダイクロイックミラー５７を透過させることにより、２倍波と５倍波を分離する。分離された５倍波は、ミラー５８で反射され、シリンドリカルレンズ５９、６０でビーム整形される。一般に５倍波形成光学素子５６から発生する５倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ５９、６０により、この楕円形の断面形状を円形に整形する。

ダイクロイックミラー５７で分離された２倍波は、１／２波長板６１を通過することによりＰ偏光に変換され、ミラー６２で反射されて、ダイクロイックミラー６３により、前記の５倍波と光路を同一にされる。ダイクロイックミラー６３は、２倍波を透過し、５倍波を反射するものである。これらの２倍波と５倍波を、７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）６４に入射させる。７倍波形成光学素子６４からは、２倍波と５倍波と共に、Ｓ偏光の７倍波が発生する。この７倍波も、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ６５、６６により、この楕円形の断面形状を円形に整形する。

一方、ダイクロイックミラー５４で分離された基本波は、ミラー６７で反射され、１／２波長板６８を通過することによりＳ偏光に変換され、ダイクロイックミラー６９により、前記の７倍波と光路を同一にされる。ダイクロイックミラー６９は、基本波を透過し、７倍波を反射するものである。

これらの基本波と７倍波を、８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）７０に入射させる。８倍波形成光学素子７０からは、基本波と７倍波と共に、Ｐ偏光の８倍波が発生する。
特開２００１−３５３１７６号公報

しかしながら、図１０に示す光学系においては、使用されている光学要素が多くて複雑である他、基本波と７倍波の合成のためのダイクロイックミラー６９が必要であるという問題点がある。波長が193nmの８倍波を形成する場合、７倍波の波長は221nmとなる。このような深紫外光に対しては、一般のダイクロイックミラーは耐久性に問題がある。又、基本波と７倍波をダイクロイックミラー６９で重ね合わせるための調整が必要であり、この作業が困難であるという問題点もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来の光学系よりも簡単な光学系において８倍波を形成できる波長変換光学系、これに加えて基本波と７倍波の重ね合わせを不要とした波長変換光学系、これらの波長変換光学系を用いたレーザ光源、及びこのレーザ光源を使用した、露光装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、前記第２の２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した前記５倍波とを同一光路に合成する光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系である。

前記課題を解決するための第２の手段は、第１の基本波から少なくとも一つの波長変換光学素子を経て５倍波を形成する第１の波長変換光学系と、第２の基本波から２倍波を形成する２倍波形成光学素子と、前記２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記２倍波と前記第１の波長変換光学系から出射した前記５倍波とを同一光路に合成する光学部材と、前記２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系である。

前記課題を解決するための第３の手段は、基本波を第１の基本波と第２の基本波とに分割する第１の光学部材と、前記第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記第１の２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記第１の２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、前記第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、前記第２の２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した５倍波とを同一光路に合成する第２の光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系である。

前記課題を解決するための第４の手段は、基本波から２倍波を形成する２倍波形成光学素子と、前記２倍波形成光学素子から出射した前記基本波と前記２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、前記５倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系である。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前記７倍波形成光学素子の長さが３〜１０mmであり、前記７倍波形成光学素子に入射する光のビーム直径が100〜300μmであることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段であって、前記７倍波形成光学素子と前記８倍波形成素子との間に、集光光学系を有しないことを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第７の手段は、第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記第１の２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記第１の２倍波と前記３倍波から５倍波を形成する５倍波形成光学素子と第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、第２の２倍波形成光学素子から出射した第２の基本波と前記第２の２倍波とを分離する第１の光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した前記５倍波とを同一の光路に合成する第２の光学部材と、前記５倍波と前記第２の２倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記第２の基本波と前記７倍波形成光学素子から出射した前記７倍波とを同一の光路に合成する第３の光学部材と、前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系である。

前記課題を解決するための第８の手段は、前記第１の手段から第７の手段のうちいずれかの波長変換光学系を備えたことを特徴とするレーザ光源である。

前記課題を解決するための第９の手段は、前記第８の手段であるレーザ光源と、所定の露光パターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する対象物保持部と、前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されてここを通過した照射光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系とを備えて構成されることを特徴とする露光装置である。

前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第８の手段であるレーザ光源と、所定のパターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、前記パターンの投影像を検出する検出器と、前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されて、通過した照明光を前記検出器に投影させる投影光学系とを有することを特徴とするマスク欠陥検査装置である。

前記課題を解決するための第１１の手段は、前記第８の手段であるレーザ光源と、当該レーザ光源から放出されるレーザ光を、被加工物である高分子結晶に導き、当該高分子結晶の被加工場所に集光させる光学系と、前記光学系と前記高分子結晶の相対位置を変化させる機構を有することを特徴とする高分子結晶の加工装置である。

本発明によれば、従来の光学系よりも簡単な光学系において８倍波を形成できる波長変換光学系、これに加えて基本波と７倍波の重ね合わせを不要とした波長変換光学系、これらの波長変換光学系を用いたレーザ光源、及びこのレーザ光源を使用した、露光装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。図１、図３、図４、図５においては、楕円形で示されるのはコリメータレンズや集光レンズであり、その説明を省略する。又、Ｐ偏光を矢印で、Ｓ偏光を○中に点のある印で示し、基本波をω、ｎ倍波をｎωで示す。

この実施の形態においては、図示しないＤＦＢレーザから放出される基本波（波長1547nm）を、第１のＥＤＦＡ増幅器１と第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅しているところに特徴を有するが、一つのＥＤＦＡ増幅器で増幅した光を、偏光ビームスプリッタによりＰ偏光とＳ偏光の２つに分けて使用することも可能である。

図１（ａ）に示すように、第１のＥＤＦＡ増幅器１で増幅されたＰ偏光の基本波は、第１の２倍波形成光学素子（ＰＰＬＮ結晶）３に入射し、第１の２倍波形成光学素子３からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。この基本波と２倍波を、３倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）４に入射させる。３倍波形成光学素子４からは、基本波と２倍波と共に、Ｓ偏光の３倍波が発生する。なお、２倍波形成光学素子３としては、ＰＰＬＮ結晶に限らず、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＡＡＮＰ結晶等を用いることもできる。

これらの光を、２波長波長板５を通すことにより、２倍波だけをＳ偏光に変換する。２波長波長板として、例えば結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。一方の波長の光（２倍波）に対しては、偏光を回転させ、他方の波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）の厚さを一方の波長の光に対しては、λ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットする。そして、共にＳ偏光となった２倍波と３倍波を、５倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）６に入射させる。５倍波形成光学素子６からは、２倍波と３倍波と共にＰ偏光の５倍波が発生する。なお、Ｐ偏光の基本波はそのまま５倍波形成光学素子６を透過する。

５倍波形成光学素子６から発生する５倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ７、８により、この楕円形の断面形状を円形に整形する。なお、５倍波形成光学素子６としては、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることもできる。

一方、第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅されたＳ偏光の基本波は、ミラーＭを介して（ミラーＭは必ずしも必要ない）第２の２倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）９に入射し、第２の２倍波形成光学素子９からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。なお、ＬＢＯ結晶の代わりにｏｏｅ変換のＰＰＬＮ結晶を使用してもよい。この基本波と２倍波を、前述のＰ偏光の５倍波と、ダイクロイックミラー１０により合成する。この例では、ダイクロイックミラー１０は、基本波と２倍波を反射し、５倍波を透過できるようなものとなっている。この光の合成には、バルク型光学素子を用いることが可能であり、例えば、色分解・合成ミラー（ダイクロイックミラー）、反射型及び透過型回折光学素子を用いることが可能である。

合成されたＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波は、７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１１に入射し、７倍波形成光学素子１１からは、これらの光と共に、Ｓ偏光の７倍波が発生する。これらの光は、８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１２に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が合成されてＰ偏光の８倍波が発生する。もし、８倍波のみを８倍波形成光学素子１２から放出される他の波長の光から分離したい場合は、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ、プリズムを使用することにより、これらを分離すればよい。

図１０と図１を比較すると分かるように、この実施の形態において非常に特徴的なことは、７倍波形成光学素子１１と８倍波形成光学素子１２との間に、ウォークオフ修正のためのシリンドリカルレンズを有しないで、７倍波形成光学素子１１から放出された光をそのまま８倍波形成光学素子１２に入射させていることである（７倍波形成光学素子１１と８倍波形成光学素子１２の直列接続と称している）。

これは、７倍波形成光学素子１１としてＣＬＢＯ結晶を使用する場合には、ＢＢＯ結晶を使用する場合に比較して、７倍波のウォークオフが小さいため、７倍波形成光学素子１１に入射するビームの径を大きくし、かつ、７倍波形成光学素子１１の長さを短くしてやれば、７倍波形成光学素子１１から放出される７倍波の断面形状は円からさほどずれず、そのまま８倍波形成光学素子１２に入射させても十分に波長変換に寄与させることができるからである。

ビームのconfoca1長は、b=2πω^２/λ(ω:ビーム半径)で表される。７倍波形成光学素子１１に入射する高調波のビーム直径を例えば表１(約200〜300μm)のようにすると、confocal長(略平行光とみなせる長さ)を比較的長く(約90mm〜280mm)することができるので、７倍波形成光学素子１１及び８倍波形成光学素子１２の長さをそれぞれ５mm程度にすると、８倍波形成光学素子１２を７倍波形成光学素子１１の隣に配置することができる。

図２に、７倍波形成光学素子１１に入射する基本波の直径を300μm、２倍波と５倍波の直径を200μmとしたときの基本波と７倍波のウォークオフの発生状況を示す。なお、７倍波発生用ＣＬＢＯ結晶においてはＰ偏光にはウォークオフが発生しないので、これらの光の図示を省略している（基本波の波長は、1547nmである）。

基本波のウォークオフは、ＣＬＢＯ結晶中を進行するにつれて大きくなるが、全ての入射光について一定であるので、入射光と出射光の断面形状は同一に保たれ、光軸の位置が変化するのみである。ＣＬＢＯ結晶の長さを５mmとした場合に、ウォークオフ量は３８μmとなる。

一方、７倍波については、ＣＬＢＯ結晶中で逐次発生し、発生後にウォークオフを起こすので、発生する位置により出射時のウォークオフ量は異なり、ＣＬＢＯ結晶の長さを５mmとした場合に０〜５０μmとなる。しかし、最大でも、入射光の直径である200μmに対して小さく、さらに、この場合、入射する基本波の直径を、２倍波・５倍波の直径に対して大きくしてあるので、出射する基本波と７倍波は重なり合う。よって、そのまま８倍波形成光学素子１２に入射させても、効率的に波長変換が可能となる。

ＣＬＢＯ結晶中における基本波（波長1547nm）、２倍波、５倍波、７倍波のビーム直径とconforcal長、ウォークオフ量の関係を表１に示す。

一般に、ＣＬＢＯ結晶を用いた７倍波形成光学素子に入射する光束の直径は100〜300μｍとすることが好ましい。直径が100μm未満の場合、ウォークオフ量が相対的に大きくなり、出射光のビーム整形を行う必要が出てくる。一方、直径が300μmを超えると、ビームの収束が十分でないため、効率的な波長変換が行われない。同様、７倍波形成光学素子の長さは３〜１０mmとすることが好ましい。長さが１０mmを超えるとウォークオフ量が相対的に大きくなり、出射光のビーム整形を行う必要が出てくる。一方、長さが３mm未満では、十分な波長変換が行われない。

図１０と図１を比較すると分かるように、図１に示す構成では、光学素子の数が少なくなっている。図１０に示す従来構成と、図１に示す新構成における主な光学素子の数と光束の重ね合わせ数の比較を表２に示す。図１に示す構成において、７倍波形成光学素子１１と８倍波形成光学素子１２の直列接続を行わず、基本波と７倍波を８倍波形成素子１２の所定位置に集光させ、軸ずれを修正するために７倍波形成光学素子１１と８倍波形成光学素子１２との間にシリンドリカルレンズ又はレンズ（例えば焦点距離＝３０〜５０mm）を入れる構成としてもよく、たとえそのような構成にしたとしても、なお、光学素子の数は、新構成の方が少なく、光束の重ね合わせ数も少なくなっている。

又、図１に示す構成においては、基本波と７倍波を合成するためのダイクロイックミラーを使用していない。一般に深紫外光の場合には、ダイクロイックミラーが深紫外光によってダメージを受けるという問題があり、耐久性に乏しいが、このダイクロイックミラーを不要とすることにより、全体として耐久性のよいレーザ装置とすることができる。

図１（ａ）に示す光学系において、耐久性向上の観点からダイクロイックミラー１０を図１（ｂ）又は図１（ｃ）に示すようなものに置き換えることが好ましい。図１（ａ）のダイクロイックミラー１０は、５倍波を透過し、基本波及び２倍波を反射するが、図１（ｂ）のダイクロイックプリズム（ダイクロイックミラーのキューブ型）２１は、５倍波を反射し、基本波及び２倍波が透過する。また、図１（ｃ）は、５倍波を反射し、基本波及び２倍波を透過するダイクロイックミラー２２と、基本波及び２倍波の光路上に分散補償用平行平板２３が配置されている。分散補償用平行平板２３は、基本波及び２倍波がダイクロイックミラー２２を透過することによりそれぞれ生じる光軸シフトを予め補正するためのものである。

又、図１において、７倍波形成光学素子１１の中心位置に２倍波のビームウエストが位置し、かつ、８倍波形成光学素子１２の中心位置に基本波のビームウエストが位置するようにビーム調整を行うと、高い変換効率で８倍波を得ることができる。

図１に示すように、ダイクロイックミラー１０の後では、基本波と２倍波は同軸上を進んでいるが、基本波と２倍波では屈折率が異なるので、ダイクロイックミラー１０と７倍波形成光学素子１１の間に、材料の異なるレンズ２枚を入れ、これらの厚さ、位置、表面の曲率を調整することにより、上記の位置関係を実現することができる。これら２枚のレンズは、最適化して接合、接着してもよい。又、異なる材料からなる２枚のレンズを使用する代わりに、同一の材料からなる２枚の平凸レンズ等を使用してもよいが、自由度を確保するためには、異なる材料からなる２枚のレンズを使用することが好ましい。

なお、２倍波形成光学素子等の各波長変換光学素子に入射する光の偏光（Ｐ波、Ｓ波）の組み合わせは、第１の実施形態の組み合わせに限定されない。具体的には、第１の２倍波形成光学素子３へ入射する偏光及び２倍波形成光学素子３から出射する偏光と、第２の２倍波形成光学素子９へ入射する偏光及び第２の２倍波形成光学素子９から出射する偏光として、
[入射]→［出射］：[P(1ω)]→[P(2ω)]、[P(1ω)]→[S(2ω)]、
[S(1ω)]→[P(2ω)]、[S(1ω)]→[S(2ω)]
（例えば、Ｐ偏光の２倍波は、Ｐ（２ω）と標記する）
があげられ、また、３倍波形成光学素子４へ入射する偏光及び３倍波形成光学素子４から出射する偏光として、
[入射]→［出射］：[P(1ω)]＋[P(2ω)]→[P(3ω)]、
[P(1ω)]＋[P(2ω)]→[S(3ω)]、
[S(1ω)]＋[P(2ω)]→[P(3ω)]、
[S(1ω)]＋[P(2ω)]→[S(3ω)]、
[P(1ω)]＋[S(2ω)]→[P(3ω)]、
[P(1ω)]＋[S(2ω)]→[S(3ω)]、
[S(1ω)1＋[S(2ω)]→[P(3ω)]、
[S(1ω)]＋[S(2ω)]→[S(3ω)]
があげられ、また、５倍波形成光学素子５へ入射する偏光及び５倍波形成光学素子５から出射する偏光として、
[入射]→［出射］：[P(2ω)]＋[P(3ω)]→[P(5ω)]、
[P(2ω)]＋[P(3ω)]→[S(5ω)]、
[S(2ω)]＋[P(3ω)]→[P(5ω)]、
[S(2ω)]＋[P(3ω)]→[S(5ω)]、
[P(2ω)]＋[S(3ω)]→[P(5ω)]、
[P(2ω)]＋[S(3ω)]→[S(5ω)]、
[S(2ω)]＋[S(3ω)]→[P(5ω)]、
[S(2ω)]＋[S(3ω)]→[S(5ω)]
があげられる。ただし、これらの入射光と出射光との間の偏光の条件は、各倍波形成光学素子のみでは成り立たないものがあるが、その場合は、必要に応じて倍波形成光学素子の入射側、又は出射側に波長板（偏光制御素子）を入れることにより作り出すことができるので、このようなものも、上記の関係式の中に、各倍波形成光学素子への入射光と各倍波形成光学素子からの出射光との間の偏光条件として挙げている。

これら各倍波形成光学素子に入射する偏光、各倍波形成光学素子から出射する偏光は、組み合わせが可能なものを適宜選択して使用することができる。

図３は、本発明の第２の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。図３、図４、図５における構成は、図１に示す構成とその一部を共通にしているので、同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。又、波長変換結晶に入射した光は、その一部が波長変換に使用され、他の一部はそのまま透過することは周知の事実であるので、以下の説明についてはそのまま透過する光については、言及を省略することがある。

図３において、Ｐ偏光の基本波からＰ偏光の５倍波を発生させる光学系は、図１に示したものと同じであり、Ｓ偏光の基本波からＰ偏光の２倍波を発生させる光学系もミラーＭがないことを除いて図１に示したものと同じである。

図３における光学系では、第２の２倍波形成光学素子９からの出射光を、ダイクロイックミラー１３により基本波と２倍波に分離している。分離された２倍波は、ミラー１４を介してダイクロイックミラー１５により、５倍波形成光学素子６で発生し、シリンドリカルレンズ７，８により形状整形された５倍波と合成されて、７倍波形成光学素子１１に入射する。この例においては、７倍波形成光学素子１１の後にシリンドリカルレンズ１６，１７を設けることにより、７倍波形成光学素子１１における７倍波のウォークオフに起因する出射光の断面形状の変形を修正している。

ダイクロイックミラー１３で分離された基本波は、ミラー１８を介して、ダイクロイックミラー１９により、シリンドリカルレンズ１６，１７で形状整形された７倍波と合成され、８倍波形成光学素子１２に入射する。これにより、８倍波形成光学素子１２から８倍波が発生する。

図４は、本発明の第３の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。この実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態における第２のＥＤＦＡ増幅器２を用いず、第１のＥＤＦＡ増幅器１から出射されるレーザ光を、偏光ビームスプリッタ２４によりＰ偏光成分とＳ偏光成分に分け、Ｐ偏光成分を２倍波発生光学素子３に入射させ、Ｓ偏光成分を第２の２倍波形成光学素子９に入射させているところが、第１の実施の形態と異なっているのみで、残りの構成は第１の実施の形態と同じである。

図示を省略しているが、偏光ビームスプリッタの前に、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の比率を調節するためのλ／２板を設けている。このようにすると、８倍波の出力は第１の実施の形態に比べて小さくなるが、ＥＤＦＡ増幅器が一つで済み、構成が簡単となる。

なお、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の分離には、ビームサンプラ、ビームスプリッタ、回折光学素子等を用いることが可能である。

図５は、本発明の第４の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。

本手段は、第１、第２、第３の実施の形態に比べて、簡単な構成で８倍波を発生させている。この光学系の構成は、３倍波形成光学素子４までは、第１の実施の形態と同じである。

３倍波形成光学素子４から射出された光は、３波長波長板２５を通すことにより、基本波だけがＳ偏光に変換され、２倍波はＰ偏光のまま、３倍波はＳ偏光のままとなる。３波長波長板として、前述したように、例えば結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。一方の波長の光（基本波）に対しては、偏光を回転させ、他の残りの波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）の厚さを一方の波長の光に対しては、λ／２の整数倍で、他の残りの波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットする。これらの光を５倍波形成光学素子６に入射させる。この場合は、５倍波形成光学素子としてＣＬＢＯ結晶を用いている。

５倍波形成光学素子６から射出される光のうち、基本波はＳ偏光、２倍波はＰ偏光、３倍波はＳ偏光、５倍波はＰ偏光となっている。これらの光はシリンドリカルレンズ７、８により、形状を円形に整形されて７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１１に入射し、２倍波と７倍波が合成されて、Ｓ偏光の７倍波が発生する。そして、この７倍波とＳ偏光の基本波が８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１２で合成されて８倍波が発生する。

表３に、図４に示した実施の形態における各倍波成分の強度比、表４に、図５に示した実施の形態における各倍波成分の強度比を示す。これらの表において、ＮＬＣは倍波形成光学素子の順番を示し、１が２倍波形成光学素子、２が３倍波形成光学素子、３が５倍波形成光学素子、４が７倍波形成光学素子、５が８倍波形成光学素子である。

図４に示した実施の形態においては、Ｐ偏光の基本波を0.6、Ｓ偏光の基本波を0.4の割合として分波したときに最も効率が良かったので、そのような割合でのデータを示している。又、図４に示した実施の形態と図５に示した実施の形態では、７倍波発生光学素子、８倍波発生光学素子の構成は同じであり、比較する意味がないので記載を省略している。

７倍波発生光学素子以降で、８倍波の発生に使用されるものは、基本波、２倍波、５倍波であるので、これらに着目して表３と表４を見ると、図４に示した実施の形態（表３）においては、全体の６０％程度しかこれらの倍波に変換されていないのに対し、図５に示した実施の形態（表４）では、全体の９０％以上がこれらの倍波に変換されている。よって、５倍波形成までの光の有効利用効率のみを考えると、図５に示した実施の形態の方が、優れていると言える。

なお、以上説明した実施の形態においては、ウォークオフに起因するビームの変形を修正するために、２つのシリンドリカルレンズを、その光軸を垂直にして２つ組み合わせて使用している。シリンドリカルレンズを使用すると調整が容易であるという利点があるが、ビームの変形を修正するためには、楕円レンズ等の他のレンズを使用してもよい。

なお、各波長変換光学素子に入射する光の偏光（Ｐ波、Ｓ波）の組み合わせは、第４の実施形態の組み合わせに限定されない。具体的には、２倍波形成光学素子３へ入射する偏光及び２倍波形成光学素子３から出射する偏光として、
[入射]→[出射]：[P(1ω)]→[P(2ω)]、[P(1ω)]→[S(2ω)]、
[S(1ω)]→[P(2ω)]、[S(1ω)]→[S(2ω)]
（例えば、Ｐ偏光の２倍波は、Ｐ（２ω）と標記する）があげられ、また、３倍波形成光学素子４へ入射する偏光及び３倍波形成光学素子４から出射する偏光として、
[入射]→[出射]：[P(1ω)]＋[P(2ω)]→[P(3ω)]、
[P(1ω)1＋[P(2ω)]→[S(3ω)]、
[S(1ω)]＋[P(2ω)]→[P(3ω)]、
[S(1ω)]＋[P(2ω)]→[S(3ω)]、
[P(1ω)]＋[S(2ω)]→[P(3ω)]、
[P(1ω)]＋[S(2ω)]→[S(3ω)]、
[S(1ω)]＋[S(2ω)]→[P(3ω)]、
[S(1ω)]＋[S(2ω)]→[S(3ω)]
があげられ、また、５倍波形成光学素子６へ入射する偏光及び５倍波形成光学素子６から出射する偏光として、
[入射]→・[出射]：[P(2ω)]＋[P(3ω)]→[P(5ω)]、
[P(2ω)]＋[P(3ω)]→[S(5ω)]、
[S(2ω)]＋[P(3ω)]→[P(5ω)1、
[S(2ω)]＋[P(3ω)]→[S(5ω)]、
[P(2ω)]＋[S(3ω)]→[P(5ω)]、
[P(2ω)]＋[S(3ω)]→[S(5ω)]、
[S(2ω)]＋[S(3ω)]→[P(5ω)]、
[S(2ω)]＋[S(3ω)]→[S(5ω)]
があげられ、７倍波形成光学素子１１の前の偏光状態は、８倍波形成光学素子１２と直結する場合は基本波と７倍波の偏光が合致している必要があるので、［（１ω）、（２ω）、（３ω）、（５ω）］＝［Ｓ、Ｐ、Ｐ、Ｐ］、［Ｓ、Ｐ、Ｓ、Ｐ］、［Ｐ、Ｓ、Ｐ、Ｓ］、［Ｐ、Ｓ、Ｓ、Ｓ］があげられる。ただし、これらの入射光と出射光との間の偏光の条件は、各倍波形成光学素子のみでは成り立たないものがあるが、その場合は、必要に応じて倍波形成光学素子の入射側、又は出射側に波長板（偏光制御素子）を入れることにより作り出すことができるので、このようなものも、上記の関係式の中に、各倍波形成光学素子への入射光と各倍波形成光学素子からの出射光との間の偏光条件として挙げている。

これら各倍波形成光学素子に入射する偏光、各倍波形成光学素子から出射する偏光は、組み合わせが可能なものを適宜選択して使用することができる。

次に、上述した本発明の実施の形態であるレーザ装置２０を用いて構成され、半導体製造工程の一つであるフォトリソグラフィエ程で使用される露光装置１００について、図６を参照して説明する。光リソグラフィエ程で使用される露光装置は、原理的には写真製版と同じであり、フォトマスク（レチクル）上に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウエハやガラス基板などの上に光学的に投影して転写する。この露光装置１００は、上述したレーザ装置２０と、照明光学系１０２と、フォトマスク（レチクル）１１０を支持するマスク支持台１０３と、投影光学系１０４と、露光対象物たる半導体ウエハ１１５を載置保持する載置台１０５と、載置台１０５を水平移動させる駆動装置１０６とを備えて構成される。

この露光装置１００においては、上述したレーザ装置２０から出力されるレーザ光が、複数のレンズから構成される照明光学系１０２に入力され、ここを通ってマスク支持台１０３に支持されたフォトマスク１１０の全面に照射される。このように照射されてフォトマスク１１０を通過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１０４を介して載置台１０５に載置された半導体、ウエハ１１５の所定位置に照射される。このとき、投影光学系１０４によりフォトマスク１１０のデバイスパターンの像が半導体ウエハ１１５の上に縮小されて結像露光される。上記のような露光装置によれば、小型軽量で配置の自由度が高い紫外光源の特性を生かして小型でメンテナンス性、操作性の良好な露光装置を得ることができる。

次に、以上説明した本発明に係るレーザ装置２０を用いて構成されるマスク欠陥検査装置について、図７を参照して以下に説明する。マスク欠陥検査装置は、フォトマスク上に精密に描かれたデバイスパターンをＴＤＩセンサ(Time Delay and Integration)上に光学的に投影し、センサ画像と所定の参照画像とを比較し、その差からパターンの欠陥を抽出する。マスク欠陥検査装置１２０は、上述したレーザ装置２０と、照明光学系１１２と、フォトマスク１１０を支持するマスク支持台１１３と、マスク支持台を水平移動させる駆動装置１１６と、投影光学系１１４と、ＴＤＩセンサ１２５とを備えて構成される。このマスク欠陥検査装置１２０においては、上述したレーザ装置２０から出力されるレーザ光が、複数のレンズから構成される照明光学系１１２に入力され、ここを通ってマスク支持台１１３に支持されたフォトマスク１１０の所定領域に照射される。このように照射されてフオトマスク１１０を通過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１１４を介してＴＤＩセンサ１２５の所定の位置に結像される。なお、マスク支持台１１３の水平移動速度と、ＴＤＩ１２５の転送クロックとは同期している。

図８は本発明のレーザ装置２０を用いて構成される高分子結晶の加工装置の概要図である。レーザ装置２０から放出された紫外短パルスレーザ光１３９は、シャッタ１３２、強度調整素子１３３、照射位置制御機構１３４、集光光学系１３５を介して試料容器１３６中に入れられた高分子結晶１３８に集光照射される。試料容器１３６は、ステージ１３７に搭載され、光軸方向をｚ軸として、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系でｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３次元方向の移動が可能とされていると共に、ｚ軸の周りに回転可能となっている。高分子結晶１３８の表面に集光照射されたレーザ光により、高分子結晶の加工が行われる。

ところで、高分子結晶である被加工物を加工する場合、レーザ光が被加工物の何処に照射されているかを確認する必要がある。しかし、レーザ光は、通常可視光でないことが多く、目視することができないので、光学顕微鏡と組み合わせて使用することが好ましい。

その例を図９に示す。(a)に示す光学系においては、紫外短パルスレーザシステム１４１(図９の符号２０、１３２〜１３４に対応)からのレーザ光を、集光光学系１３５を介して所定の点に集光する。ステージ１３７は図９において説明したような機能を有しており、高分子結晶１３８の入った試料容器１３６がステージ１３７上に載置されている。照明光源１４２からの可視光は、反射光１４３で反射され、試料容器１３６をケーラー照明する。高分子結晶１３８は、光学顕微鏡の対物レンズ１４４、接眼レンズ１４５を介して眼１４６により目視される。

光学顕微鏡の光軸位置には、十字状のマークが形成されており、光軸位置が目視できるようになっている。そして、光学顕微鏡の焦点位置（合焦位置、すなわち目視したときピントが合う物面）は固定とされている。集光光学系１３５により集光されたレーザ光は、光学顕微鏡の光軸位置で、かつ光学顕微鏡の焦点位置に集光されるようになっている。よって、ステージ１３７上に被加工物を載置し、光学顕微鏡でその像を観察した場合、ピントが合っており、かつ十字マークの中心にある位置に、レーザシステム１４１からのレーザ光が集光されるようになっている。なお、レーザシステム１４１、集光光学系１３５、及び光学顕微鏡部の相対位置関係は固定されており、ステージ１３７のみがこれらの固定系に対して相対的に移動可能とされている。

よって、加工を行いたい場所が光学顕微鏡の光軸位置でかつ合焦位置となるようにステージ１３７を移動させながら加工を行うことにより、所望の場所の加工、及び所望の形状の加工を行うことができる。もし、自動的に加工を行わせたいのであれば、光学顕微鏡に自動焦点調整装置をつけてステージ１３７をその指令により駆動すると共に、ステージ１３７の予め定められた所定部分が光学顕微鏡の光軸になるように、ステージ１３７を駆動するようにすればよい。または、初めに基準となる位置を合わせた後、サーボ機構によりステージ１３７を2次元又は3次元に駆動するようにしてもよい。

本発明のレーザ装置を使用したレーザ治療装置については、レーザ装置が異なるだけで、前記特許文献１に記載した技術がそのまま使用できるので、その説明を省略する。

本発明の第１の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。 ＣＬＢＯ結晶における基本波と７倍波のウォークオフの発生状況を示す図である。 本発明の第２の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。 本発明の第３の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。 本発明の第４の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。 本発明の実施の形態であるレーザ装置を用いた露光装置の概要を示す図である。 本発明の実施の形態であるレーザ装置を用いたマスク欠陥検査装置の概要を示す図である。 本発明の実施の形態であるレーザ装置を用いた高分子結晶の加工装置の概要を示す図である。 本発明の実施の形態であるレーザ装置を用いた高分子結晶の加工装置を光学顕微鏡と組み合わせて使用する例を示す図である。 従来のレーザ装置の光学系の概要を示す図である。

符号の説明

１…第１のＥＤＦＡ増幅器、２…第２のＥＤＦＡ増幅器、３…第１の２倍波発生光学素子、４…３倍波形成光学素子、５…２波長波長板、６…５倍波形成光学素子、７…シリンドリカルレンズ、８…シリンドリカルレンズ、９…第２の２倍波形成光学素子、１０…ダイクロイックミラー、１１…７倍波形成光学素子、１２…８倍波形成光学素子、１３…ダイクロイックミラー、１４…ミラー、１５…ダイクロイックミラー、１６…シリンドリカルレンズ、１７…シリンドリカルレンズ、１８…ミラー、１９…ダイクロイックミラー、２０…レーザ装置、２１…ダイクロイックプリズム、２２…ダイクロイックミラー、２３…分散補償用平行平板、２４…偏光ビームスプリッタ、２５…３波長波長板

Claims (11)

1. 第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、前記第２の２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した前記５倍波とを同一光路に合成する光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系。
2. 第１の基本波から少なくとも一つの波長変換光学素子を経て５倍波を形成する第１の波長変換光学系と、第２の基本波から２倍波を形成する２倍波形成光学素子と、前記２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記２倍波と前記第１の波長変換光学系から出射した前記５倍波とを同一光路に合成する光学部材と、前記２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系。
3. 基本波を第１の基本波と第２の基本波とに分割する第１の光学部材と、前記第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記第１の２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記第１の２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、前記第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、前記第２の２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した５倍波とを同一光路に合成する第２の光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系。
4. 基本波から２倍波を形成する２倍波形成光学素子と、前記２倍波形成光学素子から出射した前記基本波と前記２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、前記５倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系。
5. 前記７倍波形成光学素子の長さが３〜１０ｍｍであり、前記７倍波形成光学素子に入射する光のビーム直径が１００〜３００μｍであることを特徴とする請求の範囲第１項から第４項のうちいずれか１項に記載の波長変換光学系。
6. 前記７倍波形成光学素子と前記８倍波形成素子との間に、集光光学系を有しないことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の波長変換光学系。
7. 第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記第１の２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記第１の２倍波と前記３倍波から５倍波を形成する５倍波形成光学素子と第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、第２の２倍波形成光学素子から出射した第２の基本波と前記第２の２倍波とを分離する第１の光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した前記５倍波とを同一の光路に合成する第２の光学部材と、前記５倍波と前記第２の２倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記第２の基本波と前記７倍波形成光学素子から出射した前記７倍波とを同一の光路に合成する第３の光学部材と、前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなる波長変換光学系。
8. 基本波を発振するレーザ光源と、請求の範囲第１項から第４項、及び第７項のいずれか一項の波長変換光学系を備えたことを特徴とするレーザ光源。
9. 請求の範囲第８項に記載のレーザ光源と、所定の露光パターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する対象物保持部と、前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されてここを通過した照射光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系とを備えて構成されることを特徴とする露光装置。
10. 請求の範囲第８項に記載のレーザ光源と、所定のパターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、前記パターンの投影像を検出する検出器と、前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されて、通過した照明光を前記検出器に投影させる投影光学系とを有することを特徴とするマスク欠陥検査装置。
11. 高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、請求の範囲第８項に記載のレーザ光源と、当該レーザ光源から放出されるレーザ光を、被加工物である高分子結晶に導き、当該高分子結晶の被加工場所に集光させる光学系と、前記光学系と前記高分子結晶の相対位置を変化させる機構を有することを特徴とする高分子結晶の加工装置。

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