JP4862398B2 - 光学素子、光学系、レーザ装置、露光装置、被検物検査装置、及び高分子結晶の加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として紫外領域の光に対してレンズ作用を有する光学素子、及び光学系、さらには、これらの光学素子、光学系を有するレーザ装置、露光装置、被検物検査装置、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。特に最近において、レーザ光を角膜に照射して角膜表面のアブレーション（ＰＲＫ）あるいは切開した角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ）を行い、角膜の曲率および凹凸を矯正して近視、遠視、乱視の治療を行うことが注目されており、一部実用化されつつある。このような角膜治療装置としては、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を角膜に照射して、角膜表面のアブレーション（削り取り）を行うものが知られている。

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気体レーザでなく、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、通常、上記波長に比べて長波長であり、例えば角膜治療装置に使用するには向いていない。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。このような目的に用いられる非線形光学素子としては、ＬＢＯ結晶、ＳＢＢＯ結晶等が知られている。

このような波長変換光学系においては、基本波となるレーザ光源からのレーザ光を、集光レンズを用いて集光し、非線形光学素子に入射させる。位相整合条件が満たされている場合、波長変換されたレーザ光の強度は、基本波の強度の二乗に比例するため、集光レンズにて集光することにより、出力光の強度を増大させることが特に肝要である。非線形光学素子により波長変換されたレーザ光は、使用用途に応じて、レンズにより所望のビーム形状に整形される。

一方、紫外領域で使用されるレンズの材料としては、紫外領域での透過率が優れており、かつ、熱膨張係数が非常に小さくて温度安定性が優れている等の理由により、合成石英ガラスが多用されている。

合成石英ガラスは、紫外領域で前述したような優れた特性を有するが、例えば波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍの紫外レーザ光の照射により損傷を受けることが判明してきている。

よって、合成石英ガラスでできたレンズを、所定使用期間毎に取り替えなければならないという問題があった。この対策として、レンズをずらして未使用部分を新たに使用することにより、損傷を受けた部分を避け、長寿命化を図ることが考えられるが、光軸がずれてしまうという問題が発生する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、使用される光によって性能が劣化する材料によって形成された場合においても、長期間に亘って使用が可能な光学素子及び光学系、さらには、これらを使用したレーザ装置、露光装置、被検物検査装置、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、複数のシリンドリカルレンズからなり、当該シリンドリカルレンズをそれらの母線が交差するように配置してレンズ作用を生じさせると共に、その各々がそれぞれの母線方向に移動可能とされており、当該シリンドリカルレンズをそれらの母線の方向に移動させても、レンズとしての特性は変わらないことを特徴とする光学素子である。

本発明においては複数のシリンドリカルレンズを、その母線の方向が交差するように組み合わせて使用する。即ち、複数のシリンドリカルレンズにより、１つのレンズと同じ働きをさせる。これらのシリンドリカルレンズは、それぞれが、その母線の方向に移動可能となっている。

シリンドリカルレンズをその母線の方向に移動させても、レンズとしての特性は変わらない。よって、使用する光を受ける部分が劣化した場合には、シリンドリカルレンズをその母線の方向に移動させて、別の場所で光を受けるようにする。シリンドリカルレンズの長さを長くしておけば、このようにして、次々に新しい部分を使用することにより、長寿命化を図ることができる。特に、使用する光によって劣化しやすい材料をレンズの材料として使用する場合には、本発明の効果は大きい。

前記目的を達成するための第２の発明は、前記第１の発明であって、前記複数のシリンドリカルレンズのうち、２つのシリンドリカルレンズは、それらの母線が互いに直交するように配置されていることを特徴とするものである。

２つのシリンドリカルレンズの母線方向を直交させることにより、通常のレンズと同様な特性を持たせることができる。特に、２つのシリンドリカルレンズを同一材料、同一形状のものとしておけば、通常の球面凸レンズ、球面凹レンズと同様な性能を持たせることが可能となる。

前記目的を達成するための第３の発明は、前記第１の発明又は第２の発明であって、前記シリンドリカルレンズを形成する材料が合成石英ガラス又は蛍石であることを特徴とするものである。

前述のように、紫外光領域で使用される合成石英ガラスは、紫外光により損傷を受けやすいという性質がある。前記第１の発明、第２の発明によりこの弱点が克服されるので、合成石英ガラスを紫外光領域で使用しても長寿命となり、合成石英ガラスの長所を生かして使用することができる。同様のことは、シリンドリカルレンズを蛍石で形成した場合でもあてはまる。

前記目的を達成するための第４の発明は、前記第１の発明から第３の発明のいずれかの光学素子を透過した光を検出し、その検出値が所定値以下となったとき、前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に所定距離だけ移動させる制御装置を有することを特徴とする光学系である。

本発明においては、前記光学素子を透過した光の強度を測定し、当該光の強度が所定値以下となったとき、前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に所定距離だけ移動させるようにしているので、前記光学素子を透過した光の強さを常に所定値以上に保つことができる。なお、光の検出値としては、光の強度、パワー等が挙げられるが、それらに限定されるものではない。

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３の発明のいずれかの光学素子が使用された時間が所定時間経過する毎に、前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に所定距離だけ移動させる制御装置を有することを特徴とするもの）である。

本発明においては、前記光学素子の使用時間が所定時間経過する毎に、前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に所定距離だけ移動させるようにしているので、前記第４の発明と同様、前記光学素子を透過した光の強さを常に所定値以上に保つことができる。

前記目的を達成するための第６の発明は、前記第１の発明から第３の発明のいずれかの光学素子が使用された時間に応じて、前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に連続的に移動させる制御装置を有することを特徴とするものである。

本発明においては、前記光学素子が使用された時間に応じて、前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に連続的に移動させるようにしているので、前記第５の発明と同様、前記光学素子を透過した光の強さを常に所定値以上に保つことができる。

前記目的を達成するための第７の発明は、レーザ光源と、当該レーザ光源から出力されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子とを有するレーザ装置であって、前記第１の発明から第３の発明のいずれかの光学素子、又は第４の発明から第６の発明のいずれかの光学系により、レーザ光を前記波長変換素子に集光する機能を有することを特徴とするものである。

前述のように、例えば固体レーザからのレーザ光を波長変換するのに波長変換素子を使用するレーザ装置においては、波長変換素子に入射する光を絞ることによりその強度を高めることが肝要である。よって、このようなレーザ装置において、前記第１の発明から第３の発明のいずれかの光学素子、又は第４の発明から第６の発明のいずれかの光学系により、レーザ光を前記波長変換素子に集光することにより、波長変換されたレーザ光の強度を高めることができる。

前記目的を達成するための第８の発明は、前記第７の発明のレーザ装置と、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９の発明は、請求項７に記載のレーザ装置と、被検査物を保持する被検物支持部と、前記被検物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被検物に照射する照明光学系と、前記被検物からの光を前記検出器に投影する投影光学系とを有することを特徴とする被検物検査装置である。

前記目的を達成するための第１０の発明は、高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、前記第７の発明のレーザ装置と、当該レーザ装置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。

前記目的を達成するための第１１の発明は、前記第１０の発明であって、前記レーザ光が集光される位置を、前記高分子結晶と同時に観測する観測装置、又は測定する測定装置を有す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１２の発明は、前記第１１の発明であって、前記観測装置、又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置又は光学的測定装置であり、これら観測装置、測定装置は、前記光学系と機械的に固定された関係にあり、前記観測装置、測定装置の基準点と、前記レーザ光が集光される位置が一致しており、前記観測装置、測定装置の基準点位置を観測又は測定することにより、間接的に、前記レーザ光が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、使用される光によって性能が劣化する材料によって形成された場合においても、長期間に亘って使用が可能な光学素子及び光学系、さらには、これらを使用したレーザ装置、露光装置、被検物検査装置、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であり、固体レーザから放出されるレーザ光を波長変換して出力する装置の全体構成図を示す図である。すなわち、このレーザ装置は、基本波発生部１、波長変換部２から構成されている。

図２は基本波発生部１の概略構成を示す図である。
基本波を発生するレーザ光源は、Ｅｒ３＋添加光ファイバ増幅器を用いており、主に基準光源部３、ＥＤＦ部４、励起用光源部５から構成される。基準光源部３の基準光源となるＤＦＢからは波長1547ｎｍのパルス光が出力され、ＥＤＦ部４により増幅される。ＥＤＦ部４はＥＤＦ１、ＥＤＦ２、ＥＤＦ３の３段階のＥＤＦから構成され、それぞれに励起用光源５ａ、５ｂ、５ｃから励起光が供給される。ＥＤＦ３からの出力光が後に説明する波長変換部に入力される。

図３は波長変換部２の概略構成を示す図である。波長変換部２は基本波発生部１から出力される波長1547ｎｍのレーザ光の波長変換を行う。波長変換部２には、複数の波長変換手段、すなわち、２倍波発生部６、３倍波発生部７、４倍波発生部８、７倍波発生部９、８倍波発生部１０の各高調波発生部が設けられ、それぞれの高調波発生部間に、高調波を次の高調波発生部へ伝播させるための光学素子が配置されている。

この実施の形態では、各高調波発生部とも非線形光学結晶を用いている。具体的には、２倍波発生部６、３倍波発生部７、４倍波発生部８にはＬｉＢ_３Ｏ_５（ＬＢＯ）結晶を、７倍波発生部９にはβ−ＢａＢ_２Ｏ_４（ＢＢＯ）結晶を、８倍波発生部１０にはＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０（ＣＬＢＯ）結晶を用いている。これら、２倍波発生部６、３倍波発生部７、４倍波発生部８、７倍波発生部９、８倍波発生部１０は、それぞれ波長７７３ｎｍ、５１６ｎｍ、３８７ｎｍ、２２１ｎｍ、１９３ｎｍの光を発生する。

すなわち、入射した波長1547ｎｍのレーザ光は、レンズＬ１により集光されて２倍波発生部６に入射する。２倍波発生部６からは、この基本波と共に、２倍の周波数の光（２倍波）が出力される。これらの光は、レンズＬ２により集光されて３倍波発生部７に入って合成され、基本波、２倍波と共に、基本波の３倍の周波数（３倍波）が出力される。このうち、３倍波は、ダイクロイックミラーＭ１により反射され、レンズＬ３、Ｌ４を介して反射ミラーＭ２で反射された後、ダイクロイックミラーＭ３を通過して、後に述べる基本波の４倍の周波数を持つ光（４倍波）と合成される。レンズＬ３、Ｌ４は、３倍波を７倍波発生部９に集光するようになっている。

ダイクロイックミラーＭ１を通過した基本波と２倍波のうち、２倍波は、ダイクロイックミラーＭ４で反射され、レンズＬ５により集光されて４倍波発生部８に入射する。そして、４倍波発生部８からは、２倍波と共に４倍波が出力される。

４倍波の波長は前述のように３８７ｎｍであり、紫外光となるので、レンズとしては合成石英ガラスを使用するが、従来技術の欄で述べたように損傷を受けやすいので、本発明の実施の形態である、２つのシリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂを組み合わせて１つのレンズ作用を持たせた光学素子を使用している。この光学素子は、４倍波発生部８から出力される４倍波を７倍波発生部９に集光するようになっている。即ち、４倍波は、ダイクロイックミラーＭ３で反射され、前述の３倍波と合成されて７倍波発生部９に入力される。よって、７倍波発生部９からは３倍波、４倍波と共に、基本波の７倍の周波数を持つ光（７倍波）が出力される。

これらの光は、本発明の実施の形態である、２つのシリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂを組み合わせて１つのレンズ作用を持たせた光学素子を介して、ダイクロイックミラーＭ５に入力され、７倍波のみが反射されて８倍波発生部１０に入力される。２つのシリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂを組み合わせた光学素子は、この７倍波を８倍波発生部１０に集光させるようになっている。

ダイクロイックミラーＭ４を透過した基本波は、反射ミラーＭ６、Ｍ７、Ｍ８と、レンズＬ６、Ｌ７からなる光学系と、ダイクロイックミラーＭ５を通過し、レンズＬ６、Ｌ７の働きにより、８倍波発生部１０に集光される。よって、８倍波発生部１０には基本波と７倍波が入力されることになり、基本波と７倍波の他に、基本波の８倍の周波数を持つ光（８倍波）が出力される。

このように、図２に示される波長変換部２では、基本波、２倍波、３倍波の集光には通常のレンズを使用し、４倍波、７倍波の集光には２つのシリンドリカルレンズを組み合わせた光学素子を使用している。

これら、シリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂは、それぞれ保持手段１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂにより保持され、この保持手段は、各シリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂをそれぞれの母線方向に駆動可能な構造を有している。なお、各シリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの母線方向は光軸に直交しており、シリンドリカルレンズ１１ａと、１１ｂの母線方向、１２ａと１２ｂの母線方向はそれぞれ直交している。これにより、シリンドリカルレンズ１１ａと、１１ｂを組み合わせた光学系、シリンドリカルレンズ１２ａと、１２ｂを組み合わせた光学系は、それぞれ球面レンズと同じ光学的作用を果たすことができる。

図４は、シリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂの配置の例を示す図である。各レンズはシリンドリカルレンズであるため、母線方向に移動させても光軸のずれが発生しないという特徴を有する。例えば、レンズの損傷が顕著になってきた場合、図示しない移動機構、例えばマイクロメータ付きステージによりレンズを母線方向（矢印方向）に移動し、未使用部分を使用することによりレーザ装置の長寿命化をはかることができる。シリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂも同様の配置を有する。

なお、上記実施の形態においては、各シリンドリカルレンズの材質として合成石英を使用しているが、例えば蛍石等、合成石英ガラス以外の材料でも、同様な損傷が問題となるような場合にも適用される。また、上記実施の形態においては、２枚のシリンドリカルレンズを組み合わせた光学素子を使用しているが、３枚以上のシリンドリカルレンズを組み合わせて使用するようにしてもよい。

図５は、本発明の第２実施例の波長変換部２を説明する図である。この波長変換部２における波長変換の方法とその光学系の構成、作用自体は、図３に示したものと全く同じであるので、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。この実施の形態においては、シリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが劣化して光の透過率が低下したことを検知して、光軸部分に各シリンドリカルレンズの未使用の部分を位置させるような制御機構が付加されている点が、図３に示した実施の形態と異なる点である。

すなわち、光検出器１５は、ダイクロイックミラーＭ３を透過してきた２倍波の強度を検出する。また、光検出器１６は、ダイクロイックミラーＭ５を透過してきた３倍波と４倍波の強度を検出する。これらの検出値は制御装置１７に入力され、所定の値と比較される。そして、光検出器１５の出力が所定の値を下回ったとき、制御装置１７はドライバ１８に指令を出して、保持手段１３ａ、１３ｂを所定距離だけ駆動し、今まで使用されていなかったシリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂの部分が使用されるようにする。同様に、光検出器１６の出力が所定の値を下回ったとき、制御装置１７はドライバ１８に指令を出して、保持手段１４ａ、１４ｂを所定距離だけ駆動し、今まで使用されていなかったシリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂの部分が使用されるようにする。各保持手段を移動するのには、各保持手段を電動ステージの上に載せる等、周知の方法を採用することができる。

なお、この実施の形態においては、光検出器１５で検出されるのは４倍波ではなく、光検出器１６で検出されるのは７倍波ではないが、シリンドリカルレンズが劣化すると、各倍波の光の強度が同じように弱くなると考えられるので、特に問題となることはない。特に、それぞれ４倍波、７倍波の強さを直接測定したいような場合は、例えば、ダイクロイックミラーＭ３、Ｍ５の後にプリズムをおいて、４倍波、７倍波を分離して測定するような方法を採用することもできる。

図６〜図９は、制御装置の基本的な動作を説明するフローチャートである。メインのアルゴリズムを図６、その中の各詳細処理のアルゴリズムを図７〜図９を用いて説明する。

図６に示すメインのアルゴリズムでは、各電動ステージの駆動可能範囲内外に応じた処理を行う。まずステップＳ１にて、光検出器１５および光検出器１６それぞれからの信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２、４倍波レンズ用保持手段１３ａ、１３ｂおよび７倍波レンズ用保持手段１４ａ、１４ｂそれぞれの駆動可能範囲判定用のフラグFlag１、Flag２の初期化を行う。ここで、Flag１、Flag２は、それぞれ０の場合、保持手段が駆動可能範囲内にあることを示し、１の場合には、駆動範囲外にあることを示す。
次にステップＳ２にて、Flag１、Flag２の値を取得する。次にステップＳ３にて、取得したFlag１、Flag２の条件判定を行う。Flag１、Flag２ともに０の場合、処理１を行った後Ｓ２へ戻る。Flag１のみ１の場合、処理２を行った後Ｓ２へ戻る。Flag２のみ１の場合、処理３を行った後Ｓ２へ戻る。Flag１、Flag２ともに１の場合、処理４を行った後終了する。

図７に示す、図６における処理１のアルゴリズムでは、各検出器１５、１６からの信号値Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２とあらかじめ保持している値Ｒｅｆ１、Ｒｅｆ２との比較と併せて、駆動可能範囲内外の判定を行い、その結果に応じて各電動ステージの駆動／非駆動を行う。

まずステップＳ１１にて、Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２の値を取得する。次にステップＳ１２にて、Ｓｉｇ１とあらかじめ保持している設定値Ｒｅｆ１との比較を行う。Ｓｉｇ１＜Ｒｅｆ１の場合、ステップＳ１３にて駆動可能範囲内かどうかの判定を行う。駆動可能範囲内ならＳ１４にて４倍波レンズ用保持手段１３ａ、１３ｂを所定距離移動し、レンズの移動を行った後、処理を終了する。駆動可能範囲外の場合、ステップＳ１５にてFlag１＝１とし、処理を終了する。

ステップＳ１２にて、Ｓｉｇ１＜Ｒｅｆ１でない場合、ステップＳ１６にてＳｉｇ２とあらかじめ保持している設定値Ｒｅｆ２との比較を行う。Ｓｉｇ２＜Ｒｅｆ２の場合、ステップＳ１７にて駆動可能範囲内かどうかの判定を行う。駆動可能範囲内ならステップＳ１８にて７倍波レンズ用保持手段１４ａ、１４ｂを所定距離移動し、レンズの移動を行った後、処理を終了する。駆動可能範囲外の場合、ステップＳ１９にてFlag２＝１とし、処理を終了する。ステップＳ１６にてＳｉｇ２＜Ｒｅｆ２でない場合はそのまま処理を終了する。

図８に示す処理２のアルゴリズムでは、光検出器１６からの信号値とあらかじめ保持している値との比較と併せて、駆動可能範囲内外の判定を行い、その結果に応じて７倍波レンズ用保持手段１４ａ、１４ｂの駆動／非駆動を行う。

まずステップＳ２１にて、Ｓｉｇ２の値を取得する。次にステップＳ２２にて、Ｓｉｇ２とあらかじめ保持している設定値Ｒｅｆ２との比較を行う。Ｓｉｇ２＜Ｒｅｆ２の場合、ステップＳ２３にて駆動可能範囲内かどうかの判定を行う。駆動可能範囲内ならステップＳ２４にて７倍波レンズ用保持手段１４ａ、１４ｂを所定距離移動し、レンズの移動を行った後、処理を終了する。駆動可能範囲外の場合、ステップＳ２５にてFlag２＝１とし、処理を終了する。Ｓ２２にて、Ｓｉｇ２＜Ｒｅｆ２でない場合はそのまま処理を終了する。

図９に示す処理３のアルゴリズムでは、光検出器１５からの信号値とあらかじめ保持している値との比較と併せて、駆動可能範囲内外の判定を行い、その結果に応じて４倍波レンズ用保持手段１３ａ、１３ｂの駆動／非駆動を行う。

まずステップＳ３１にて、Ｓｉｇ１の値を取得する。次にステップＳ３２にて、Ｓｉｇ１とあらかじめ保持している設定値Ｒｅｆ１との比較を行う。Ｓｉｇ１＜Ｒｅｆ１の場合、ステップＳ３３にて駆動可能範囲内かどうかの判定を行う。駆動可能範囲内ならステップＳ３４にて４倍波レンズ用保持手段１３ａ，１３ｂを駆動し、レンズの移動を行った後、処理を終了する。駆動可能範囲外の場合、ステップＳ３５にてFlag１＝１とし、処理を終了する。ステップＳ３２にてＳｉｇ１＜Ｒｅｆ１でない場合はそのまま処理を終了する。

処理４においては、この時点で４倍波レンズ用保持手段１３ａ、１３ｂ、７倍波レンズ用保持手段１４ａ、１４ｂとも駆動可能範囲外となっているため、その旨を通知し、メインアルゴリズムを終了する。

以上の実施の形態においては、光検出器１５、１６からの出力が規定値を下回ったとき、シリンドリカルレンズを移動させるようにしているが、装置の使用時間に応じて移動させるようにしてもよい。たとえば、制御装置１７が、光検出器１５、１６の出力を検出することにより、装置が使用されていることを判定し、累積使用時間が所定時間に達する毎に、シリンドリカルレンズを所定距離だけ移動させるようにしてもよい。また、シリンドリカルレンズの移動量が、装置の累積使用時間に比例するように位置制御をかけるようにしてもよい。

次に、上述した基本波発生部１と波長変換部２とから構成されたレーザ装置２０（以下「レーザ装置」という）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１０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。

なお、露光装置における照射光量の制御は、例えば基準光源部３におけるパルス周波数制御、励起用光源部５における励起光の出力制御等により容易に行うことができる。また、レーザ光のON-OFF制御は、基準光源部３におけるＤＦＢ半導体レーザをON-OFF制御することにより行えるほか、光路上のいずれかに電気光学変調素子や音響光学変調素子等の変調素子を配設し、あるいはメカニカルシャッタを配設するなどにより容易に行うことができる。従って、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。

以上説明したように、本発明に係る紫外光源では、ファイバ光増幅器の励起光源としてシングルモードのファイバーレーザを用いているため、簡明な装置構成で、高ピークパワーと高い平均出力とを両立させた紫外光源を提供することができる。

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１１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１２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を介してき試料容器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、高分子結品の加工が行われる。

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１３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１２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１２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、及ぴ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。

図１は、本発明の第１の実施の形態であるレーザ装置であり、固体レーザから放出されるレーザ光を波長変換して出力する装置の全体構成図である。
図２は、基本波発生部の概略構成を示す図である。
図３は、波長変換部の概略構成を示す図である。
図４は、シリンドリカルレンズの配置の例を示す図である。
図５は、本発明の第２の実施の形態であるレーザ装置の全体構成を示す図である。
図６は、制御装置の基本的な動作を説明するフローチャートである。
図７は、図６における処理１のアルゴリズムを示すフローチャートである。
図８は、図６における処理２のアルゴリズムを示すフローチャートである。
図９は、図６における処理３のアルゴリズムを示すフローチャートである。
図１０は、本発明の実施の形態の例である露光装置の概要を示す図である。
図１１は、本発明の実施の形態の例であるマスク検査装置の概要を示す図である。
図１２は、本発明の実施の形態の例である高分子結晶の加工装置の概要を示す図である。
図１３は、本発明の実施の形態の例である高分子結晶の加工装置を、光学顕微鏡と組み合わせた状態を示す図である。

Claims (18)

1. 複数のシリンドリカルレンズからなり、当該シリンドリカルレンズをそれらの母線が交差するように配置してレンズ作用を生じさせると共に、その各々がそれぞれの母線方向に移動可能とされており、当該シリンドリカルレンズをそれらの母線の方向に移動させても、レンズとしての特性は変わらないことを特徴とする光学素子。
2. 前記複数のシリンドリカルレンズのうち、２つのシリンドリカルレンズは、それらの母線が互いに直交するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記シリンドリカルレンズを形成する材料が合成石英ガラス又は蛍石であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
4. 請求項１に記載の光学素子を透過した光を検出し、その検出値が所定値以下となったとき、前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に所定距離だけ移動させる制御装置を有することを特徴とする光学系。
5. 請求項１に記載の光学素子が使用された時間が所定時間経過する毎に、前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に所定距離だけ移動させる制御装置を有することを特徴とする光学系。
6. 請求項１に記載の光学素子が使用された時間に応じて、前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に連続的に移動させる制御装置を有することを特徴とする光学系。
7. レーザ光源と、当該レーザ光源から出力されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子とを有するレーザ装置であって、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の光学素子により、レーザ光を前記波長変換素子に集光する機能を有することを特徴とするレーザ装置。
8. レーザ光源と、当該レーザ光源から出力されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子とを有するレーザ装置であって、請求項４項から請求項６のうちいずれか１項に記載の光学系により、レーザ光を前記波長変換素子に集光する機能を有することを特徴とするレーザ装置。
9. 請求項７に記載のレーザ装置と、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. 請求項８に記載のレーザ装置と、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。
11. 請求項７に記載のレーザ装置と、被検査物を保持する被検物支持部と、前記被検物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被検物に照射する照明光学系と、前記被検物からの光を前記検出器に投影する投影光学系とを有することを特徴とする被検物検査装置。
12. 請求項８に記載のレーザ装置と、被検査物を保持する被検物支持部と、前記被検物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被検物に照射する照明光学系と、前記被検物からの光を前記検出器に投影する投影光学系とを有することを特徴とする被検物検査装置。
13. 高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、請求項７に記載のレーザ装置と、当該レーザ装置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。
14. 前記レーザ光が集光される位置を、前記高分子結晶と同時に観測する観測装置、又は測定する測定装置を有することを特徴とする請求項１３に記載の高分子結晶の加工装置。
15. 前記観測装置、又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置又は光学的測定装置であり、これら観測装置、測定装置は、前記光学系と機械的に固定された関係にあり、前記観測装置、測定装置の基準点と、前記レーザ光が集光される位置が一致しており、前記観測装置、測定装置の基準点位置を観測又は測定することにより、間接的に、前記レーザ光が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とする請求項１４に記載の高分子結晶の加工装置。
16. 高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、請求項８に記載のレーザ装置と、当該レーザ装置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。
17. 前記レーザ光が集光される位置を、前記高分子結晶と同時に観測する観測装置、又は測定する測定装置を有することを特徴とする請求項１６に記載の高分子結晶の加工装置。
18. 前記観測装置、又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置又は光学的測定装置であり、これら観測装置、測定装置は、前記光学系と機械的に固定された関係にあり、前記観測装置、測定装置の基準点と、前記レーザ光が集光される位置が一致しており、前記観測装置、測定装置の基準点位置を観測又は測定することにより、間接的に、前記レーザ光が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とする請求項１７に記載の高分子結晶の加工装置。

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