JP5448039B2

JP5448039B2 - Laser equipment

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Publication number: JP5448039B2
Application number: JP2009046775A
Authority: JP
Inventors: 聡三輪
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010204176A

Description

本発明は、所定温度に加熱された昇温状態で使用される波長変換光学素子を含みレーザ光発生部から出射されたレーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部を備えたレーザ装置に関する。 The present invention relates to a laser device including a wavelength conversion unit that includes a wavelength conversion optical element that is used in a heated state heated to a predetermined temperature, and that converts a laser beam emitted from a laser beam generation unit into ultraviolet light.

上記のような波長変換部を備え紫外光を出力するレーザ装置は、例えば、レチクルのパターンを基板に転写する露光装置や、各種光学式検査装置、レーザ治療装置などの光源として用いられており、例えば、半導体レーザにより生成され光増幅器により増幅された赤外波長領域のレーザ光を、複数の波長変換光学素子からなる波長変換部において順次波長変換し、最終的にＡｒＦエキシマレーザの発振波長と同じ波長λ＝１９３ｎｍの紫外光として出力するような構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。 The laser device including the wavelength conversion unit as described above and outputting ultraviolet light is used as a light source for, for example, an exposure device that transfers a reticle pattern to a substrate, various optical inspection devices, a laser treatment device, and the like. For example, laser light in the infrared wavelength region generated by a semiconductor laser and amplified by an optical amplifier is sequentially wavelength-converted by a wavelength conversion unit composed of a plurality of wavelength conversion optical elements, and finally the same as the oscillation wavelength of an ArF excimer laser A configuration is known that outputs as ultraviolet light having a wavelength λ = 193 nm (see, for example, Patent Document 1).

波長変換部の構成、具体的には波長変換部に用いる非線形光学結晶等の波長変換光学素子の種別や組み合わせには種々の形態があるが、非線形光学結晶に入射する光の位相整合として温度位相整合を利用する場合には、非線形光学結晶をその結晶種別及び整合条件に応じた所定温度に加熱した昇温状態で温度制御する必要がある。また、波長変換光学素子として、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀（ＣＬＢＯ）結晶のような潮解性を有する光学素子を用いる場合には、大気中に含まれる水分吸収を防止する必要があり、１５０℃程度に加熱した昇温状態に保持することが求められる（例えば、特許文献２を参照）。そのため、このような波長変換光学素子を用いるレーザ装置では、昇温状態で使用される波長変換光学素子を加熱するヒータが設けられ、常時所定温度に加熱された状態で保持されるように構成される。 There are various configurations of wavelength conversion units, specifically, types and combinations of wavelength conversion optical elements such as nonlinear optical crystals used in the wavelength conversion unit, but temperature phase is used as phase matching of light incident on the nonlinear optical crystal. When matching is used, it is necessary to control the temperature of the nonlinear optical crystal in a temperature rising state in which the nonlinear optical crystal is heated to a predetermined temperature according to the crystal type and matching conditions. In addition, when an optical element having deliquescence such as CsLiB ₆ O ₁₀ (CLBO) crystal is used as the wavelength conversion optical element, it is necessary to prevent moisture absorption contained in the atmosphere, and heating to about 150 ° C. It is required to maintain the raised temperature (see, for example, Patent Document 2). For this reason, a laser device using such a wavelength conversion optical element is provided with a heater for heating the wavelength conversion optical element used in a temperature-raised state, and is configured to be constantly heated to a predetermined temperature. The

特開２０００−２００７４７号公報JP 2000-200747 A 特開２００６−４７５５９号公報JP 2006-47559 A

波長変換光学素子には、投入されるレーザ光の波長やパワーに応じた寿命があり、高品質の紫外光出力を安定的に得るためには、各波長変換光学素子について規定された所定の交換推奨時間ごとに新品に交換することが求められる。昇温状態で使用される波長変換光学素子については、レーザ光を投入するときに当該素子が所定温度に安定保持されている必要があり、波長変換光学素子の交換後、素子温度が安定するまでヒータに通電した状態で待機する必要があるという課題があった。 The wavelength conversion optical element has a lifetime corresponding to the wavelength and power of the laser beam to be input, and in order to stably obtain a high-quality ultraviolet light output, a predetermined replacement specified for each wavelength conversion optical element is required. It is required to be replaced with a new one every recommended time. For a wavelength conversion optical element used in a temperature-raised state, the element needs to be stably held at a predetermined temperature when laser light is input, and until the element temperature is stabilized after the wavelength conversion optical element is replaced There was a problem that it was necessary to wait while the heater was energized.

さらに、交換対象の波長変換光学素子が、前述したＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀）結晶のような潮解性を有する光学素子の場合には、使用を開始する前に、素子表面に吸着した水分や素子内部に吸蔵された水分を放出させるベーキング（Baking）を行っておく必要がある。例えば、紫外領域の光を波長変換するＣＬＢＯ結晶のベーキングは、窒素ガスをパージした雰囲気中において１５０℃程度に加熱した状態で１０日程度保持することが求められる。このため、レーザ装置に休止期間を生じさせることなく交換後直ちに稼働できるように、別途ベーキング装置を設け、推定される交換時期よりも数日程度前からベーキングを開始するような運用がなされており、波長変換光学素子の管理が煩雑であるとともに、長期間の昇温保存は非効率的な電力消費に繋がるという課題があった。 Further, in the case where the wavelength conversion optical element to be exchanged is an optical element having deliquescent properties such as the above-described CLBO (CsLiB ₆ O ₁₀ ) crystal, moisture and elements adsorbed on the element surface before starting use It is necessary to perform baking to release the moisture stored inside. For example, the baking of the CLBO crystal that converts the wavelength of light in the ultraviolet region is required to be maintained for about 10 days while being heated to about 150 ° C. in an atmosphere purged with nitrogen gas. For this reason, a separate baking device is provided so that the laser device can be operated immediately after the replacement without causing a pause, and the operation is started to start baking about several days before the estimated replacement time. In addition, the management of the wavelength conversion optical element is complicated, and there is a problem that long-term storage at elevated temperature leads to inefficient power consumption.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、波長変換光学素子の交換直後に稼働でき、効率的な運用が可能なレーザ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser apparatus that can be operated immediately after replacement of a wavelength conversion optical element and can be efficiently operated.

上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、レーザヘッドと制御ラックとからなり、レーザヘッドは、レーザ光を出射するレーザ光発生部、およびヒータにより所定温度に加熱された昇温状態で使用される波長変換光学素子を含み、レーザ光発生部から出射されたレーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部を備えて構成され、制御ラックは、波長変換部に不活性気体を供給するガス供給部、およびレーザヘッドによる紫外光の出射を制御する制御部が設けられて構成される。前記昇温状態で使用される波長変換光学素子（例えば、実施形態における波長変換光学素子２５，２６）およびヒータがケースに収容されて素子ユニットが形成され、素子ユニットがレーザヘッドに着脱可能に構成される。前記制御ラックには、予備の素子ユニットである予備ユニットを保管するユニット保管部が設けられるとともに、ユニット保管部に保管された予備ユニットに不活性気体を供給するガス供給手段（例えば、実施形態におけるガス供給部７２、庫内ガスチューブ６６）、および予備ユニットの波長変換光学素子を所定温度に調整する温度調整手段（例えば、実施形態における温度調整部７１、庫内電気ケーブル６５）が設けられる。そして、前記制御部は、レーザヘッドに取り付けられた素子ユニットの使用時間に基づいて、素子ユニットについて予め設定された交換推奨時間に到達する以前に、ユニット保管部に保管された予備ユニットに対するガス供給手段による不活性気体の供給および温度調整手段による波長変換光学素子の温度調整を開始させ、使用時間が交換推奨時間に到達したときに、予備ユニットの波長変換光学素子が、予め設定された所定の準備時間不活性気体の供給下で所定温度に保持された状態となるように構成される。また、前記ケースに、レーザ光を導入する入射口および波長変換されたレーザ光を導出する出射口が開口形成されるとともに、入射口を開閉する入射口開閉部材および出射口を開閉する出射口開閉部材が設けられ、入射口開閉部材および出射口開閉部材は、素子ユニットがレーザヘッドに取り付けられたときにレーザヘッドに設けられた押圧手段により押圧されて付勢手段の付勢力に抗して開放方向に移動することで入射口および出射口を各々開放し、素子ユニットがレーザヘッドから取り外されたときに押圧手段から離間して付勢手段の付勢力によって閉止方向に移動することで入射口および出射口を各々閉止するように構成される。なお、本明細書にいう「不活性気体」とは、希ガスを含めて反応性に乏しい乾燥気体をいい、例えば、窒素ガスなどを含む概念である。 In order to solve the above problems, a laser apparatus according to the present invention includes a laser head and a control rack, and the laser head is heated to a predetermined temperature by a laser light generator that emits laser light and a heater. The control rack includes a wavelength conversion optical element to be used, and includes a wavelength conversion unit that converts the wavelength of laser light emitted from the laser light generation unit into ultraviolet light. The control rack supplies an inert gas to the wavelength conversion unit. A gas supply unit and a control unit that controls emission of ultraviolet light by the laser head are provided. A wavelength conversion optical element (for example, wavelength conversion optical elements 25 and 26 in the embodiment) used in the temperature rising state and a heater are housed in a case to form an element unit, and the element unit can be attached to and detached from the laser head. Is done. The control rack is provided with a unit storage unit for storing a spare unit, which is a spare element unit, and a gas supply means for supplying an inert gas to the spare unit stored in the unit storage unit (for example, in the embodiment) The gas supply unit 72, the internal gas tube 66), and temperature adjusting means (for example, the temperature adjusting unit 71 and the internal electrical cable 65 in the embodiment) for adjusting the wavelength conversion optical element of the standby unit to a predetermined temperature are provided. The control unit supplies gas to the spare unit stored in the unit storage unit before reaching the recommended replacement time set in advance for the element unit based on the usage time of the element unit attached to the laser head. The supply of the inert gas by the means and the temperature adjustment of the wavelength conversion optical element by the temperature adjustment means are started, and when the usage time reaches the recommended replacement time, the wavelength conversion optical element of the spare unit is The preparation time is configured to be maintained at a predetermined temperature under the supply of an inert gas. In addition, an incident port for introducing laser light and an exit port for deriving wavelength-converted laser light are formed in the case, and an entrance opening / closing member for opening / closing the entrance port and an exit opening / closing for opening / closing the exit port. The incident port opening / closing member and the emission port opening / closing member are pressed against the urging force of the urging means by being pressed by the pressing means provided on the laser head when the element unit is attached to the laser head. By moving in the direction, each of the entrance and the exit is opened, and when the element unit is detached from the laser head, it is separated from the pressing means and moved in the closing direction by the urging force of the urging means. Each of the exit ports is configured to be closed. In addition, the “inert gas” referred to in the present specification refers to a dry gas having poor reactivity including a rare gas, and is a concept including, for example, nitrogen gas.

本発明において、前記ユニット保管部に保管された予備ユニットを除湿する除湿手段（例えば、実施形態における除湿器８５）を有し、前記ガス供給手段による不活性気体の供給および前記温度調整手段による波長変換光学素子の温度調整を開始する以前は、ユニット保管部に保管された予備ユニットが、除湿手段により除湿された状態で保管されるように構成することが好ましい。前記昇温状態で使用される波長変換光学素子が潮解性を有する光学素子であることは本発明の好ましい構成態様である。 In this invention, it has a dehumidification means (for example, dehumidifier 85 in embodiment) which dehumidifies the preliminary | backup unit stored in the said unit storage part, supply of the inert gas by the said gas supply means, and the wavelength by the said temperature adjustment means Before starting the temperature adjustment of the conversion optical element, it is preferable that the spare unit stored in the unit storage unit is stored in a state of being dehumidified by the dehumidifying means. It is a preferable configuration aspect of the present invention that the wavelength conversion optical element used in the temperature rising state is an optical element having deliquescence.

本発明によれば、昇温状態で使用される波長変換光学素子が組み込まれた素子ユニットについて、制御装置は、使用中の素子ユニットが交換推奨時間に到達する以前に、素子ユニットの使用時間に基づいて、予備ユニットに対する不活性気体の供給および波長変換光学素子の温度調整を開始させ、使用時間が交換推奨時間に到達したときに、予備ユニットの波長変換光学素子が所定の準備時間不活性気体の供給下で所定温度に保持された状態となるように構成される。すなわち、使用中の素子ユニットが交換推奨時間になったときに、予備の素子ユニットのベーキングが完了するように構成される。このため、本発明によれば、波長変換光学素子（素子ユニット）の交換後ただちに稼働することができるとともに、電力消費を抑制して効率的な運用が可能なレーザ装置を提供することができる。 According to the present invention, for the element unit in which the wavelength conversion optical element to be used in the temperature rising state is incorporated, the control device determines the element unit usage time before the element unit in use reaches the recommended replacement time. Based on this, the supply of the inert gas to the spare unit and the temperature adjustment of the wavelength conversion optical element are started, and when the usage time reaches the recommended replacement time, the wavelength conversion optical element of the spare unit has an inert gas for a predetermined preparation time. It is comprised so that it may be in the state hold | maintained at predetermined temperature under supply. In other words, when the element unit in use reaches the recommended replacement time, baking of the spare element unit is completed. For this reason, according to the present invention, it is possible to provide a laser device that can be operated immediately after the wavelength conversion optical element (element unit) is replaced, and that can operate efficiently while suppressing power consumption.

本発明に係るレーザ装置の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the laser apparatus concerning this invention. 上記レーザ装置におけるレーザヘッドの概要構成である。It is a schematic structure of the laser head in the said laser apparatus. 上記レーザ装置における波長変換部の構成図である。It is a block diagram of the wavelength conversion part in the said laser apparatus. 上記レーザ装置に用いられる素子ユニットの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the element unit used for the said laser apparatus. 上記素子ユニットにおける入射口の開閉構造を模式的に示す側断面図であり、 (ａ)は素子ユニットがレーザヘッドに取り付けられて入射口が開放された状態、(ｂ)は素子ユニットがレーザヘッドから取り外されて入射口が閉止された状態を示す。It is a sectional side view which shows typically the opening-and-closing structure of the incident port in the said element unit, (a) is the state in which the element unit was attached to the laser head, and the incident port was open | released, (b) is an element unit being a laser head It shows a state where the entrance is closed by being removed from the.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。本発明を適用したレーザ装置の代表例として、レチクルのパターンを基板に転写する露光装置の光源装置として用いられるレーザ装置１の概要構成を図１に示すとともに、このレーザ装置１におけるレーザヘッド２の概要構成を図２に示しており、まずこれらの図面を参照しながら、レーザ装置１について概要説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As a typical example of a laser apparatus to which the present invention is applied, a schematic configuration of a laser apparatus 1 used as a light source apparatus of an exposure apparatus that transfers a reticle pattern to a substrate is shown in FIG. A schematic configuration is shown in FIG. 2, and the laser device 1 will first be outlined with reference to these drawings.

レーザ装置１は、この装置を光源装置として利用するレーザシステムへの適用上の便宜から、紫外光を出力する出力機能を有しレーザシステムへの組み込みを容易化した小型箱状のレーザヘッド２と、レーザヘッド２の制御機能を備えレーザヘッド２と別置される大型筺体状の制御ラック３とからなり、レーザヘッド２と制御ラック３とが、種々の電気ケーブルや、励起光伝送用の光ファイバー、パージガス供給用のガスチューブ、冷却水配管等のインターフェース４により相互接続されて構成される。 For convenience in application to a laser system that uses this device as a light source device, the laser device 1 has a small box-shaped laser head 2 that has an output function of outputting ultraviolet light and that is easily incorporated into the laser system. The control head 3 has a large-sized enclosure-shaped control rack 3 that has a control function for the laser head 2 and is provided separately from the laser head 2. The laser head 2 and the control rack 3 are provided with various electric cables and optical fibers for transmitting pumping light. , And are connected to each other by an interface 4 such as a purge gas supply gas tube and a cooling water pipe.

レーザヘッド２は、レーザ光を出射するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０から出射された基本波のレーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部２０とを備えて構成される。 The laser head 2 includes a laser light generator 10 that emits laser light and a wavelength converter 20 that converts the wavelength of the fundamental laser light emitted from the laser light generator 10 into ultraviolet light.

レーザ光発生部１０は、種光となるレーザ光（シード光）Ｌsを発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１により発生されたシード光Ｌsを増幅する光増幅器１２，１３とから構成される。レーザ光源１１および光増幅器１２，１３は、このレーザ装置１を用いるレーザシステムの用途および機能に応じ、適宜な発振波長、増幅率のものが用いられる。このようなレーザ光源１１として、波長λ＝１．５４７[μｍ]の単一波長のレーザ光を発生する分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ半導体レーザ）を用い、第１段目の光増幅器１２として半導体レーザ励起のエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバー光増幅器（ＥＤＦＡ）、第２段目の光増幅器１３として、ラマン・レーザ励起のＥＤＦＡを用いた構成が例示される。 The laser light generator 10 includes a laser light source 11 that generates laser light (seed light) Ls that serves as seed light, and optical amplifiers 12 and 13 that amplify the seed light Ls generated by the laser light source 11. As the laser light source 11 and the optical amplifiers 12 and 13, those having an appropriate oscillation wavelength and amplification factor are used according to the application and function of the laser system using the laser device 1. As such a laser light source 11, a distributed feedback semiconductor laser (DFB semiconductor laser) that generates laser light having a single wavelength of wavelength λ = 1.547 [μm] is used, and a semiconductor as the first stage optical amplifier 12 is used. As the laser-pumped erbium (Er) -doped fiber optical amplifier (EDFA) and the second-stage optical amplifier 13, a configuration using a Raman laser-pumped EDFA is exemplified.

波長変換部２０は、レーザ光発生部１０から出射されたレーザ光（光増幅器により増幅された基本波レーザ光）Ｌrを、所定波長の紫外光に波長変換する。レーザ装置１においては、レーザ光発生部１０から出射された波長λ＝１．５４７[μｍ]の基本波レーザ光を、複数の波長変換光学素子によって順次波長変換し、最終的に基本波の８倍波（第８次高調波）でＡｒＦエキシマレーザと同一波長である波長λ＝１９３[ｎｍ]の紫外光を出力する。 The wavelength converter 20 converts the wavelength of the laser beam (fundamental laser beam amplified by the optical amplifier) Lr emitted from the laser beam generator 10 into ultraviolet light having a predetermined wavelength. In the laser device 1, the fundamental wave laser light having the wavelength λ = 1.547 [μm] emitted from the laser light generation unit 10 is sequentially wavelength-converted by a plurality of wavelength conversion optical elements, and finally the fundamental wave of 8 Ultraviolet light having a wavelength λ = 193 [nm], which is the same wavelength as the ArF excimer laser, is output as a harmonic (eighth harmonic).

このように、赤外領域（あるいは可視領域）の基本波レーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部の構成（波長変換光学素子の種別や組み合わせ）には、種々の公知の形態がある。本発明はヒータにより所定温度に加熱された昇温状態で使用される波長変換光学素子を含むものであればいずれの形態の波長変換部にも適用可能である。実施形態では、波長変換部の一例として、レーザ光発生部１０において、１つのレーザ光源１１から出射された基本波レーザ光を３つに分岐して各々２段の光増幅器１２、１３により増幅し、増幅された３つの基本波レーザ光Ｌr（Ｌr₁，Ｌr₂，Ｌr₃）を波長変換部２０に入射させて、基本波、２倍波（λ＝７７４[ｎｍ]）および５倍波（λ＝３０９[ｎｍ]）を生成し、これらの和周波発生により７倍波（λ＝２２１[ｎｍ]）、８倍波（λ＝１９３[ｎｍ]）を発生させる構成例を図３に示しており、この７倍波生成用の波長変換光学素子、および８倍波生成用の波長変換光学素子に、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀）結晶を用いた波長変換部の構成について説明する。 As described above, there are various known forms of the configuration (type and combination of wavelength conversion optical elements) of the wavelength conversion unit that converts the wavelength of the fundamental laser beam in the infrared region (or visible region) into ultraviolet light. The present invention can be applied to any form of wavelength conversion unit as long as it includes a wavelength conversion optical element that is used in a heated state heated to a predetermined temperature by a heater. In the embodiment, as an example of the wavelength conversion unit, the laser beam generation unit 10 divides the fundamental laser beam emitted from one laser light source 11 into three and amplifies it by two stages of optical amplifiers 12 and 13. The three fundamental wave laser beams Lr (Lr ₁ , Lr ₂ , Lr ₃ ) that have been amplified are made incident on the wavelength converter 20, and the fundamental wave, the second harmonic (λ = 774 [nm]), and the fifth harmonic ( λ = 309 [nm]) is generated, and a 7th harmonic (λ = 221 [nm]) and 8th harmonic (λ = 193 [nm]) are generated by generating these sum frequencies as shown in FIG. A configuration of a wavelength conversion unit using a CLBO (CsLiB ₆ O ₁₀ ) crystal in the wavelength conversion optical element for generating the seventh harmonic wave and the wavelength conversion optical element for generating the eighth harmonic wave will be described.

まず、Ｐ偏光で入射される第１の基本波レーザ光Ｌr₁は、レンズ３１により波長変換光学素子２１に集光入射させ、第２高調波発生（ＳＨＧ）により周波数が基本波（ω）の２倍（２ω）、波長λが半分の２倍波を発生させる。波長変換光学素子３１により発生されたＰ偏光の２倍波、および波長変換光学素子３１を透過したＰ偏光の基本波は、レンズ３２により波長変換光学素子２２に集光入射させ、和周波発生（ω＋２ω）により周波数が基本波の３倍（３ω）の倍波を発生させる。これらの波長変換光学素子２１，２２は、例えば、２倍波発生用の波長変換光学素子２１としてＰＰＬＮ結晶、３倍波発生用の波長変換光学素子２２としてＬＢＯ結晶が用いられる。なお、波長変換光学素子２１として、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。 First, the first fundamental laser beam Lr ₁ incident as P-polarized light is condensed and incident on the wavelength conversion optical element 21 by the lens 31, and the frequency of the fundamental wave (ω) is generated by the second harmonic generation (SHG). A double wave of twice (2ω) and half the wavelength λ is generated. The double wave of the P-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 31 and the fundamental wave of the P-polarized light transmitted through the wavelength conversion optical element 31 are condensed and incident on the wavelength conversion optical element 22 by the lens 32 to generate a sum frequency ( (ω + 2ω) generates a harmonic whose frequency is three times the fundamental wave (3ω). In these wavelength conversion optical elements 21 and 22, for example, a PPLN crystal is used as the wavelength conversion optical element 21 for generating the second harmonic wave, and an LBO crystal is used as the wavelength conversion optical element 22 for generating the third harmonic wave. In addition, as the wavelength conversion optical element 21, a PPKTP crystal, a PPSLT crystal, an LBO crystal, or the like can be used.

波長変換光学素子２２により発生されたＳ偏光の３倍波と、波長変換光学素子２２を透過したＰ偏光の基本波および２倍波は、２波長波長板４１を透過させて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。この波長板は、一方の波長の光（２倍波）に対して偏光を回転させ、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ことにより構成される。 The third harmonic wave of the S-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 22 and the fundamental wave and the second harmonic wave of the P-polarized light transmitted through the wavelength conversion optical element 22 are transmitted through the two-wavelength wavelength plate 41 and only the second harmonic wave is transmitted. Convert to S-polarized light. As the two-wavelength wave plate, for example, a wave plate made of a uniaxial crystal flat plate cut parallel to the optical axis of the crystal is used. This wave plate rotates the polarization with respect to light of one wavelength (second harmonic), and reduces the thickness of the wave plate (crystal) to the light of the other wavelength so that the polarization does not rotate. It is configured by cutting so as to be an integral multiple of λ / 2 with respect to light of the wavelength of λ and an integral multiple of λ with respect to light of the other wavelength.

ともにＳ偏光になった２倍波および３倍波は、レンズ３３により波長変換光学素子２３に集光入射させ、和周波発生（２ω＋３ω）により５倍波（５ω）を発生させる。波長変換光学素子２３からは、この波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波と、波長変換光学素子２３を透過したＳ偏光の２倍波および３倍波、並びにＰ偏光の基本波が出射される。なお、５倍波を発生させる波長変換光学素子２３として、例えばＬＢＯ結晶が用いられるが、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることも可能である。ここで、波長変換光学素子２３から出射される５倍波は、ウォークオフのため断面が楕円形になっている。そこで、２枚のシリンドリカルレンズ３４v，３４hにより、楕円形の断面形状を円形に整形し、ダイクロイックミラー４４に入射させる。 The second and third harmonics, both of which are S-polarized light, are condensed and incident on the wavelength conversion optical element 23 by the lens 33, and a fifth harmonic (5ω) is generated by sum frequency generation (2ω + 3ω). From the wavelength conversion optical element 23, the fifth harmonic of the P-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 23, the second and third harmonics of the S-polarized light transmitted through the wavelength conversion optical element 23, and the basics of the P-polarization A wave is emitted. For example, an LBO crystal is used as the wavelength conversion optical element 23 for generating the fifth harmonic wave, but a BBO crystal or a CBO crystal can also be used. Here, the fifth harmonic wave emitted from the wavelength conversion optical element 23 has an elliptical cross section for walk-off. Therefore, the elliptical cross-sectional shape is shaped into a circle by the two cylindrical lenses 34v and 34h, and is incident on the dichroic mirror 44.

一方、Ｐ偏光で入射される第２の基本波レーザ光Ｌr₂は、レンズ３５により波長変換光学素子２４に集光入射させ、第２高調波発生により２倍波を発生させる。波長変換光学素子２４からは、この波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波と基本波が出射され、レンズ３６，３７を介してダイクロイックミラー４５に入射される。なお、波長変換光学素子２４として、ＰＰＬＮ結晶を用いることができるほか、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いてもよい。 On the other hand, the second fundamental wave laser beam Lr ₂ incident as P-polarized light is condensed and incident on the wavelength conversion optical element 24 by the lens 35 and a second harmonic is generated by the second harmonic generation. From the wavelength conversion optical element 24, a double wave and a fundamental wave of the P-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 24 are emitted and incident on the dichroic mirror 45 through the lenses 36 and 37. As the wavelength conversion optical element 24, a PPLN crystal can be used, and a PPKTP crystal, a PPSLT crystal, an LBO crystal, or the like may be used.

また、Ｓ偏光で入射される第３の基本波レーザ光Ｌr₃は、レンズ３８を介してダイクロイックミラー４５に入射させる。ダイクロイックミラー４５は、基本波の波長帯域の光を透過し、２倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４５に入射するＳ偏光の基本波と、波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波とが同軸上に合成される。 The third fundamental laser beam Lr ₃ incident as S-polarized light is incident on the dichroic mirror 45 via the lens 38. The dichroic mirror 45 is configured to transmit light in the fundamental wavelength band and reflect light in the second wavelength band. The dichroic mirror 45 is incident on the dichroic mirror 45 and is converted into a wavelength converter. The P-polarized second harmonic generated by the optical element 24 is synthesized on the same axis.

合成したＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波は、ダイクロイックミラー４４に入射させる。ダイクロイックミラー４４は、基本波および２倍波の波長帯域の光を透過し、５倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４４に入射したＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波と、波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波とが同軸上に合成される。 The synthesized fundamental wave of S-polarized light and double wave of P-polarized light are incident on the dichroic mirror 44. The dichroic mirror 44 is configured to transmit light in the fundamental wavelength band and the second harmonic waveband and reflect light in the fifth harmonic waveband. The S-polarized fundamental wave incident on the dichroic mirror 44 is formed. And the 2nd harmonic of P-polarized light and the 5th harmonic of P-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 23 are combined on the same axis.

このように同軸上に合成したＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波を、波長変換光学素子２５に入射させる。ここで、基本波、２倍波、５倍波の各光路には各々レンズ（３４v，３４h，３６，３７，３８）が設けられており、同軸上に合成された各波長の光が波長変換光学素子２５に集光入射するようになっている。波長変換光学素子２５では、Ｐ偏光の２倍波とＰ偏光の５倍波による和周波発生（２ω＋５ω）が行われ７倍波（７ω）が発生される。波長変換光学素子２５からは、この波長変換光学素子２５により発生されたＳ偏光の７倍波とともに、波長変換光学素子２３を透過した上記各波長の光が出射される。７倍波を発生させる波長変換光学素子２５として、ＣＬＢＯ結晶が用いられる。 The fundamental wave of S-polarized light, the second harmonic of P-polarized light, and the fifth harmonic of P-polarized light thus combined on the same axis are made incident on the wavelength conversion optical element 25. Here, lenses (34v, 34h, 36, 37, 38) are provided in the optical paths of the fundamental wave, the second harmonic wave, and the fifth harmonic wave, respectively, and the light of each wavelength synthesized on the same axis is wavelength-converted. The light is focused and incident on the optical element 25. In the wavelength conversion optical element 25, sum frequency generation (2ω + 5ω) is performed by the 2nd harmonic of P-polarized light and the 5th harmonic of P-polarized light, and a 7th harmonic (7ω) is generated. From the wavelength conversion optical element 25, the light of each wavelength transmitted through the wavelength conversion optical element 23 is emitted together with the seventh harmonic wave of the S-polarized light generated by the wavelength conversion optical element 25. A CLBO crystal is used as the wavelength conversion optical element 25 that generates the seventh harmonic wave.

これらの光は、波長変換光学素子２６に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が和周波発生（ω＋７ω）により合成され、Ｐ偏光の８倍波（８ω）が発生される。８倍波を発生させる波長変換光学素子２６として、ＣＬＢＯ結晶が用いられる。なお、波長変換光学素子２６からは、この波長変換光学素子２６により発生された８倍波以外に、波長変換光学素子２６を透過した基本波、２倍波等の他の波長成分の光が出射されるが、波長変換部２０（レーザ装置１）から８倍波のみを出力させる場合には、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。 These lights enter the wavelength conversion optical element 26, where the S-polarized fundamental wave and the S-polarized 7th harmonic are combined by sum frequency generation (ω + 7ω) to generate the P-polarized 8th harmonic (8ω). Is done. A CLBO crystal is used as the wavelength conversion optical element 26 that generates the eighth harmonic wave. The wavelength conversion optical element 26 emits light of other wavelength components such as a fundamental wave and a second harmonic wave transmitted through the wavelength conversion optical element 26 in addition to the eighth harmonic wave generated by the wavelength conversion optical element 26. However, when only the 8th harmonic wave is output from the wavelength conversion unit 20 (laser device 1), these may be separated by using a dichroic mirror, a polarization beam splitter, and a prism.

このように構成される波長変換部２０にあって、７倍波発生用の波長変換光学素子２５、および８倍波発生用の波長変換光学素子２６は、いずれもＣＬＢＯ結晶であり潮解性を有している。このため、波長変換光学素子２５，２６については、ヒータで１５０℃程度に加熱した昇温状態に保持する必要がある。レーザ装置１では、このような昇温状態を安定的に保持するとともに、波長変換光学素子２５，２６の交換作業を容易化するため、波長変換光学素子２５，２６と、波長変換光学素子２５，２６を加熱するヒータとをケースに収容して一体の素子ユニット５０を形成し、ユニット単位でレーザヘッド２に着脱可能に構成している。 In the wavelength conversion unit 20 configured as described above, the wavelength conversion optical element 25 for generating the seventh harmonic wave and the wavelength conversion optical element 26 for generating the eighth harmonic wave are both CLBO crystals and have deliquescence. doing. For this reason, it is necessary to keep the wavelength conversion optical elements 25 and 26 in a temperature rising state heated to about 150 ° C. with a heater. In the laser device 1, in order to stably maintain such a temperature rise state and facilitate the replacement work of the wavelength conversion optical elements 25 and 26, the wavelength conversion optical elements 25 and 26, the wavelength conversion optical element 25, A heater for heating 26 is housed in a case to form an integrated element unit 50, which is configured to be detachable from the laser head 2 in units.

素子ユニット５０は、その外観斜視図を図４に示すように、全体として矩形箱状をなし、外周を覆うケース５１の内部に、波長変換光学素子２５，２６を含み、図３において二点鎖線で囲む符号５０で示す部分が、このユニットの基体となるベースプレート（不図示）にアライメントされた状態で配設されている。 The element unit 50 has a rectangular box shape as a whole as shown in a perspective view of FIG. 4, and includes wavelength conversion optical elements 25 and 26 in a case 51 covering the outer periphery. A portion denoted by reference numeral 50 surrounded by the reference numeral 50 is arranged in a state of being aligned with a base plate (not shown) serving as a base of the unit.

素子ユニット内部の構成については詳細図示を省略するが、波長変換光学素子２５，２６は、それぞれレーザ光の入出射面を除く外周全体を覆う金属材料性の素子ホルダに装着され、この素子ホルダを光軸に直行する二軸方向に移動させるステージを介してベースプレートに取り付けられている。素子ホルダには、加熱用のヒータおよび温度検出用の温度センサが設けられており、後述する温度調整部７１により、波長変換光学素子２５，２６が予め設定された１５０℃程度の所定温度に保持されるようになっている。 Although the detailed illustration of the internal configuration of the element unit is omitted, the wavelength conversion optical elements 25 and 26 are each mounted on an element holder made of a metallic material that covers the entire outer periphery except the laser light incident / exit surface. It is attached to the base plate via a stage that moves in a biaxial direction perpendicular to the optical axis. The element holder is provided with a heater for heating and a temperature sensor for temperature detection, and the wavelength adjusting optical elements 25 and 26 are held at a predetermined temperature of about 150 ° C. set in advance by a temperature adjusting unit 71 described later. It has come to be.

ケース５１には、図４における正面側に、素子ユニット５０の内部にレーザ光（同軸上に合成された基本波、２倍波、５倍波）を導入する入射口５２、図４における後面側に、波長変換された紫外レーザ光Ｌvを導出する出射口５３（図３を参照）が設けられ、レーザヘッド２への素子ユニット５０の着脱に応じて開閉部材５４により入射口５２および出射口５３をそれぞれ開閉する開閉構造５５が設けられている。 In the case 51, on the front side in FIG. 4, an entrance 52 for introducing laser light (coaxially synthesized fundamental wave, second harmonic wave, and fifth harmonic wave) into the element unit 50, the rear surface side in FIG. Are provided with an emission port 53 (see FIG. 3) for deriving the wavelength-converted ultraviolet laser beam Lv. An opening / closing structure 55 is provided for opening and closing each.

図５(ａ)(ｂ)に、入射口側の開閉構造５５の側断面図を模式的に示すように、ケース５１の前面側には、上下貫通する角筒状のゲート収容部５６が設けられ、このゲート収容部５６の前後の壁面に同一軸上に開口形成された入射開口５２ａ，５２ｂにより入射口５２が形成される。開閉部材５４は、上端にストッパブロック５４ａその下側に柱状部５４ｂを有する角柱状に形成され、柱状部５４ｂの下部領域には入射開口５２ａ，５２ｂと略同一径の挿通開口５７が柱状部５４ｂを前後貫通して開口形成されている。 5 (a) and 5 (b), as shown schematically in a side sectional view of the opening-side opening / closing structure 55, a rectangular tube-shaped gate accommodating portion 56 penetrating vertically is provided on the front side of the case 51. The entrance 52 is formed by the entrance openings 52a and 52b formed on the same axis on the front and back wall surfaces of the gate accommodating portion 56. The opening / closing member 54 is formed in a prismatic shape having a stopper block 54a at the upper end and a columnar portion 54b below the stopper block 54a. An opening is formed through the front and rear.

開閉部材５４は、ゲート収容部５６に上下に摺動可能に嵌挿されるとともに図示省略するバネにより常時下方に付勢されており、外力が作用しない状態では、図５(ｂ)に示すように、ストッパブロック５４ａがゲート収容部５６の上端に当接し、柱状部５４ｂの下面が素子ユニット５０の下面と略同の一となる高さ位置（閉止位置という）に保持される。挿通開口５７は、この閉止位置において、入射開口５２ａ，５２ｂよりも開口の直径程度分下方に位置し、柱状部５４ｂが前後の入射開口５２ａ，５２ｂを遮断するような高さ位置に形成されており、入射口５２が開閉部材５４によって閉止された閉止状態に保持される。出射口５３側についても同様に構成されており、開閉部材５４に外力が作用しない状態では、出射口５３が開閉部材５４により閉止された閉止状態に保持される。なお、柱状部５４ｂを自重で降下するようにゲート収容部を加工することでバネを省略することも可能である。 The opening / closing member 54 is slidably inserted into the gate accommodating portion 56 and is always urged downward by a spring (not shown), and when no external force is applied, as shown in FIG. The stopper block 54a abuts on the upper end of the gate accommodating portion 56, and the lower surface of the columnar portion 54b is held at a height position (referred to as a closed position) that is substantially the same as the lower surface of the element unit 50. In this closed position, the insertion opening 57 is positioned lower than the incident openings 52a and 52b by the diameter of the opening, and is formed at a height position such that the columnar portion 54b blocks the front and rear incident openings 52a and 52b. Thus, the incident port 52 is held in a closed state closed by the opening / closing member 54. The emission port 53 side is configured in the same manner. When no external force is applied to the opening / closing member 54, the emission port 53 is held in a closed state closed by the opening / closing member 54. It is also possible to omit the spring by processing the gate accommodating portion so that the columnar portion 54b is lowered by its own weight.

一方、レーザヘッド２側には、取り付け状態において素子ユニット５０の入射口、出射口の各開閉構造５５と整合する位置に、平面視においてゲート収容部５６よりも小さく、閉止部材５４の下端部と係脱可能な凸部５８が上方に突出して設けられている。凸部５８の突出高さは、閉止位置における入射開口５２ａ，５２ｂと挿通開口５７との上下方向のずれ量に合わせて形成されている。そのため、素子ユニット５０をレーザヘッド２に取り付けると、入射口、出射口の各開閉構造５５に対応する凸部５８がそれぞれ閉止部材５４の下端部と係合してばねの付勢力に抗して閉止部材５４を上方に移動させ、素子ユニット５０が取り付けられた状態では、図５(ａ)に示すように、入射開口５２ａ，５２ｂと挿通開口５７とが同一軸上に連通して、入射口５２、出射口５３が開放される。 On the other hand, on the laser head 2 side, it is smaller than the gate accommodating portion 56 in a plan view, at a position aligned with the opening / closing structure 55 of the entrance and exit of the element unit 50 in the attached state, and the lower end of the closing member 54. A detachable convex portion 58 is provided so as to protrude upward. The protruding height of the convex portion 58 is formed in accordance with the amount of vertical displacement between the incident openings 52a and 52b and the insertion opening 57 at the closed position. Therefore, when the element unit 50 is attached to the laser head 2, the projections 58 corresponding to the opening / closing structures 55 of the entrance and exit are respectively engaged with the lower end of the closing member 54 and resist the biasing force of the spring. When the closing member 54 is moved upward and the element unit 50 is attached, as shown in FIG. 5A, the incident openings 52a and 52b and the insertion opening 57 communicate with each other on the same axis. 52, the emission port 53 is opened.

なお、レーザヘッド２の素子ユニット取付部には、素子ユニット５０を位置決めするための複数の位置決めピンが設けられ、素子ユニット５０のベースプレートには、これらの位置決めピンと嵌脱自在な複数の位置決め穴が設けられており、素子ユニット５０をレーザヘッド２に取り付けたときに、上記凸部５８により入射口５２、出射口５３が開放されるとともに、素子ユニット内の波長変換光学素子２５，２６が波長変換部２０の光軸上に位置決めされた状態で配設されるようになっている。 The element unit mounting portion of the laser head 2 is provided with a plurality of positioning pins for positioning the element unit 50, and the base plate of the element unit 50 has a plurality of positioning holes that can be fitted and removed with these positioning pins. When the element unit 50 is attached to the laser head 2, the entrance 52 and the exit 53 are opened by the convex portion 58, and the wavelength conversion optical elements 25 and 26 in the element unit are wavelength-converted. It is arranged in a state of being positioned on the optical axis of the portion 20.

ケース５１の上部には、波長変換光学素子２５，２６を加熱するヒータや素子温度を検出する温度センサ、波長変換光学素子を光軸と直行方向に移動させるステージなどの制御信号を入出力するための電気コネクタ６１が設けられるとともに、大気との接触を遮断して波長変換光学素子２５，２６を常に乾燥状態に維持するため、Ｎ₂ガス等の不活性気体をケース５１内に供給するためのガスコネクタ６２が設けられている。レーザヘッド２には、電気コネクタ６１と嵌脱自在なコネクタを有する電気ケーブル６３、および、ガスコネクタ６２と嵌脱自在なコネクタを有するガスチューブ６４が設けられ、インターフェース４を通る電気ケーブル６３およびガスチューブ６４を介して上記制御信号等、およびＮ₂ガスが制御ラック３側から供給されるようになっている。 In order to input / output control signals such as a heater that heats the wavelength conversion optical elements 25 and 26, a temperature sensor that detects the element temperature, and a stage that moves the wavelength conversion optical element in a direction perpendicular to the optical axis. In order to maintain the wavelength conversion optical elements 25 and 26 in a dry state by interrupting contact with the atmosphere, an inert gas such as N ₂ gas is supplied into the case 51. A gas connector 62 is provided. The laser head 2 is provided with an electric cable 63 having a connector detachable from the electric connector 61 and a gas tube 64 having a connector detachable from the gas connector 62, and the electric cable 63 and gas passing through the interface 4 are provided. The control signal and the N ₂ gas are supplied from the control rack 3 side through the tube 64.

制御ラック３には、レーザ装置１を構成する各部の作動を統括的に制御してレーザヘッド２による紫外光Ｌvの出射を制御する制御部７０、素子ユニット５０の波長変換光学素子２５，２６をはじめとし、昇温状態で使用する光学素子（例えば、温度位相整合で使用する波長変換光学素子２１，２２等）の温度を調整する温度調整部７１、ガスコネクタ６２により接続される上記素子ユニット５０のほか、レーザ装置１の各部にＮ₂ガスを供給するガス供給部７２、第２段目の光増幅器１３を励起するラマン・レーザ（不図示）などが設けられる（図１を参照）。 The control rack 3 includes a control unit 70 that controls the operation of each unit constituting the laser device 1 to control the emission of the ultraviolet light Lv by the laser head 2, and the wavelength conversion optical elements 25 and 26 of the element unit 50. First, the element unit 50 connected by the temperature adjusting unit 71 and the gas connector 62 for adjusting the temperature of an optical element (for example, the wavelength converting optical elements 21 and 22 used for temperature phase matching) used in a temperature rising state. In addition, a gas supply unit 72 that supplies N ₂ gas to each unit of the laser apparatus 1, a Raman laser (not shown) that excites the second-stage optical amplifier 13, and the like are provided (see FIG. 1).

また、制御ラック３には、レーザヘッド２に取り付けられた素子ユニット（使用中の素子ユニット）５０と同一構成の素子ユニットであって、波長変換光学素子２５，２６の使用時間が所定の推奨交換時間になったときに、交換して使用するための予備の素子ユニット（予備ユニットという）５０´を保管するユニット保管庫８０が設けられている。 The control rack 3 is an element unit having the same configuration as the element unit (in-use element unit) 50 attached to the laser head 2, and the wavelength conversion optical elements 25 and 26 are used for a predetermined recommended replacement. A unit storage 80 is provided for storing spare element units (referred to as spare units) 50 ′ for replacement and use when time comes.

ユニット保管庫８０は、予備ユニット（予備の素子ユニット）５０´を収容する収容空間８１、およびこの収容空間８１の前方を覆って開閉可能に設けられた開閉扉８２を有し、収容した予備ユニット５０´を外気と遮断した状態で保持可能に形成される。ユニット保管庫８０には除湿器８５が併設されており、この保管庫内が常に所定の低湿度（例えば相対湿度１０％未満の低湿度）に維持されるようになっている。なお、除湿器に変えてエアドライヤを設け、ユニット保管庫８０の収容空間８１にドライエアを供給して、庫内湿度が上記所定の低湿度になるように構成してもよい。 The unit storage unit 80 includes a storage space 81 that stores a spare unit (spare element unit) 50 ′, and an open / close door 82 that covers the front of the storage space 81 and is openable and closable. 50 'is formed so that it can be held in a state where it is shut off from the outside air. The unit storage 80 is provided with a dehumidifier 85, and the inside of the storage is always maintained at a predetermined low humidity (for example, a low humidity of less than 10% relative humidity). Note that an air dryer may be provided instead of the dehumidifier, and dry air may be supplied to the storage space 81 of the unit storage unit 80 so that the internal humidity becomes the predetermined low humidity.

ユニット保管庫８０の内部には、端部に電気コネクタ６１と嵌脱自在なコネクタを有し基端側が温度調整部７１に接続された庫内電気ケーブル６５、および、端部にガスコネクタ６２と嵌脱自在なコネクタを有し基端側がガス供給部７２に接続された庫内ガスチューブ６６が配設されている。このため、これらを予備ユニット５０´の各コネクタ６１，６２に接続することにより、予備ユニット５０´のケース内にＮ₂ガスを供給してパージし、予備ユニット内の波長変換光学素子２５，２６を加熱して所定温度の昇温状態にすることができる。 Inside the unit storage 80, an in-compartment electric cable 65 having a connector detachable from the electric connector 61 at the end and connected to the temperature adjusting unit 71 at the base end side, and a gas connector 62 at the end An in-compartment gas tube 66 having a detachable connector and having a proximal end connected to the gas supply unit 72 is disposed. For this reason, by connecting these to the connectors 61 and 62 of the spare unit 50 ′, the case of the spare unit 50 ′ is purged by supplying N ₂ gas, and the wavelength converting optical elements 25 and 26 in the spare unit 50 ′ are purged. Can be heated to a predetermined temperature rise state.

制御部７０には、制御部内のメモリに素子ユニット５０の推奨交換時間Ｔc、予備ユニットについて使用を開始する前に波長変換光学素子２５，２６を加熱乾燥させる時間として規定されたベーキング時間Ｔbなどが予め設定されるとともに、レーザヘッド２に取り付けられた素子ユニット５０の使用時間Ｔu、すなわち、使用中の素子ユニット５０が波長変換に用いられた時間がレーザ装置１の稼働に伴って順次積算されて記憶されている。制御部７０は、予め設定された制御プログラムに基づいて、ユニット保管庫８０に収容された予備ユニット５０´について、以下のような環境制御を実行する。なお、ベーキング時間Ｔbには１５０℃程度の所定温度に上昇させるまでの時間を加味して設定することができる。 The control unit 70 includes a recommended replacement time Tc of the element unit 50 in the memory in the control unit, a baking time Tb defined as a time for heating and drying the wavelength conversion optical elements 25 and 26 before starting use of the spare unit, and the like. In addition to being set in advance, the usage time Tu of the element unit 50 attached to the laser head 2, that is, the time when the element unit 50 in use is used for wavelength conversion is sequentially accumulated as the laser apparatus 1 is operated. It is remembered. The control unit 70 executes the following environmental control for the spare unit 50 ′ accommodated in the unit storage 80 based on a preset control program. The baking time Tb can be set in consideration of the time until the temperature is raised to a predetermined temperature of about 150 ° C.

制御部７０は、素子ユニット５０の推奨交換時間Ｔcから、使用中の素子ユニット５０の使用時間Ｔuを減算して残余の使用可能時間Ｔxを求め、この残余の使用可能時間Ｔxとベーキング時間Ｔbとを比較する。そして、残余の使用可能時間Ｔxがベーキング時間Ｔbよりも大きいとき（Ｔx＞Ｔbのとき）には、予備ユニット５０´について、ガス供給部７２によるＮ₂ガスの供給、および温度調整部７１による波長変換光学素子２５，２６の温度制御（ヒータ加熱）を行わない。 The control unit 70 subtracts the usage time Tu of the element unit 50 in use from the recommended replacement time Tc of the element unit 50 to obtain the remaining usable time Tx, and the remaining usable time Tx and baking time Tb Compare When the remaining usable time Tx is longer than the baking time Tb (when Tx> Tb), the N ₂ gas is supplied by the gas supply unit 72 and the wavelength by the temperature adjustment unit 71 for the spare unit 50 ′. The temperature control (heater heating) of the conversion optical elements 25 and 26 is not performed.

例えば、素子ユニット５０の推奨交換時間ＴcをＴc＝５０００[Hr]、波長変換光学素子２５，２６のベーキング時間ＴbをＴb＝２５０[Hr]としたときに、現在使用中の素子ユニット５０の使用時間ＴuがＴu＝３５００[Hr]の場合には、残余の使用時間Ｔx＝５０００−３５００＝１５００[Hr]となり、ベーキング時間Ｔbよりも大である。よって、この場合には、予備ユニット５０´について、Ｎ₂ガスの供給、および波長変換光学素子２５，２６の温度制御は行われない。 For example, when the recommended replacement time Tc of the element unit 50 is Tc = 5000 [Hr] and the baking time Tb of the wavelength conversion optical elements 25 and 26 is Tb = 250 [Hr], the currently used element unit 50 is used. When the time Tu is Tu = 3500 [Hr], the remaining use time Tx = 5000-3500 = 1500 [Hr], which is longer than the baking time Tb. Therefore, in this case, the supply of N ₂ gas and the temperature control of the wavelength conversion optical elements 25 and 26 are not performed for the spare unit 50 ′.

既述したように、ユニット保管庫８０の収容空間８１は、除湿器８５により所定の低湿度に維持され、素子ユニット５０´は、この低湿度状態の収容空間８１に収容保持されている。このため、波長変換光学素子２５，２６は、ユニット保管庫８０に、常温（室温）・低湿度状態で保管される。 As described above, the storage space 81 of the unit storage 80 is maintained at a predetermined low humidity by the dehumidifier 85, and the element unit 50 ′ is stored and held in the low humidity storage space 81. For this reason, the wavelength conversion optical elements 25 and 26 are stored in the unit storage 80 at a normal temperature (room temperature) and a low humidity state.

レーザヘッド２に取り付けられた素子ユニット５０の使用時間Ｔuが増加し、推奨交換時間Ｔcから実使用時間Ｔuを差し引いた残余の使用可能時間Ｔxがベーキング時間Ｔbに等しくなったとき（Ｔx＝Ｔbのとき）、制御部７０は、ガス供給部７２からガスコネクタ６２を介して予備ユニット５０´へのＮ₂ガスの供給を開始させるとともに、温度調整部７３から電気コネクタ６１を介してヒータに電力を供給し、波長変換光学素子２５，２６を１５０℃程度の所定温度まで上昇させる。 When the use time Tu of the element unit 50 attached to the laser head 2 is increased and the remaining usable time Tx obtained by subtracting the actual use time Tu from the recommended replacement time Tc becomes equal to the baking time Tb (Tx = Tb ), The control unit 70 starts the supply of N ₂ gas from the gas supply unit 72 via the gas connector 62 to the spare unit 50 ′, and supplies power to the heater from the temperature adjustment unit 73 via the electric connector 61. Then, the wavelength conversion optical elements 25 and 26 are raised to a predetermined temperature of about 150 ° C.

例えば、上記具体例において、素子ユニット５０の使用時間ＴuがＴu＝４７５０[Hr]になったときに、残余の使用時間Ｔx＝５０００−４７５０＝２５０[Hr]となり、残余の使用可能時間Ｔxとベーキング時間Ｔbとが等しくなる。このとき、予備ユニット５０´にＮ₂ガスの供給が開始され、ヒータによる波長変換光学素子２５，２６の加熱が開始される。 For example, in the above specific example, when the use time Tu of the element unit 50 becomes Tu = 4750 [Hr], the remaining use time Tx = 5000-4750 = 250 [Hr], and the remaining usable time Tx The baking time Tb becomes equal. At this time, supply of N ₂ gas to the spare unit 50 ′ is started, and heating of the wavelength conversion optical elements 25 and 26 by the heater is started.

残余の使用可能時間Ｔxがベーキング時間Ｔb以下となった状態では、ガス供給部７２によるＮ₂ガスの供給下において、波長変換光学素子２５，２６が温度調整部７３により所定温度（例えば前述した１５０℃）の昇温状態で温度保持され、波長変換光学素子２５，２６のベーキング（Baking）が実施される。なお、収容空間８１は、逆止弁を有する排気ラインを介して外部に開放されており、ベーキングにより波長変換光学素子から放出された水分は、Ｎ₂ガスとともに庫外に排出される。 In a state where the remaining usable time Tx is equal to or less than the baking time Tb, the wavelength conversion optical elements 25 and 26 are set to a predetermined temperature (for example, 150 described above) by the temperature adjustment unit 73 under the supply of N ₂ gas by the gas supply unit 72. The temperature is maintained in a temperature rise state (° C.), and the wavelength conversion optical elements 25 and 26 are baked. The accommodating space 81 is opened to the outside through an exhaust line having a check valve, and moisture released from the wavelength conversion optical element by baking is discharged out of the chamber together with N ₂ gas.

波長変換光学素子２５，２６のベーキングを開始すると、制御部７０は、レーザ装置１の作動操作を行う操作パネル（あるいはレーザ装置１が光源として用いられる露光装置等の操作パネル）の液晶画面等に、逐次状況を表示させる。例えば、予備ユニット５０´について「ベーキングを実施中」である旨表示するとともに、残余の使用時間Ｔxを「推奨交換時間まであと＊＊時間」のように表示する。これにより、オペレータは予備ユニット５０´についてベーキングが開始されたこと、どのくらいの時間経過後に素子ユニット５０の交換を実施する必要があるかを正確に認識することができる。 When baking of the wavelength conversion optical elements 25 and 26 is started, the control unit 70 is displayed on a liquid crystal screen or the like of an operation panel for operating the laser apparatus 1 (or an operation panel such as an exposure apparatus in which the laser apparatus 1 is used as a light source). The status is displayed sequentially. For example, it is displayed that “baking is in progress” for the spare unit 50 ′, and the remaining usage time Tx is displayed as “** hours until the recommended replacement time”. As a result, the operator can accurately recognize that baking has started for the spare unit 50 ′ and how long it is necessary to replace the element unit 50.

また、制御部７０は、オペレータが新たな加工プログラム（例えば露光プログラム）を実行しようとしたとき（例えば加工プログラムのスタートボタンが操作されたとき）に、この加工プログラムを終了するまでに使用される素子ユニット５０の予定使用時間を算出する。そして、予定使用時間が残余の使用時間Ｔxを超えている場合には、加工プログラムの制御フローを一時停止させ、「加工プログラムを実行すると、素子ユニット５０の使用時間が推奨交換時間を超える」旨のワーニングを表示させて、加工プログラムを実行するか否かを確認する。なお、推奨交換時間には、一般的に、ある程度のマージンが設けられており、超過時間がそのマージンの範囲内であれば、実行指令に基づいて当該加工プログラムを実行させる。 Further, the control unit 70 is used until the processing program is finished when the operator tries to execute a new processing program (for example, an exposure program) (for example, when a start button of the processing program is operated). The estimated usage time of the element unit 50 is calculated. If the planned usage time exceeds the remaining usage time Tx, the control flow of the machining program is temporarily stopped, and “the usage time of the element unit 50 exceeds the recommended replacement time when the machining program is executed”. Is displayed and it is confirmed whether or not to execute the machining program. In general, a certain margin is provided for the recommended replacement time. If the excess time is within the margin, the machining program is executed based on the execution command.

残余の使用時間Ｔxがゼロになり、素子ユニット５０の実使用時間Ｔuが推奨交換時間Ｔcに到達したとき、あるいは推奨交換時間を超えたときには、制御部７０は、素子ユニット５０について「推奨交換時間に達した」旨の表示を行い、素子ユニット５０の交換を促す。このとき、ユニット保管庫内の予備ユニット５０´については、Ｎ₂ガスの供給下において、予め設定された所定温度、所定ベーキング時間Ｔbのベーキングが完了した状態になっている。 When the remaining usage time Tx becomes zero and the actual usage time Tu of the element unit 50 reaches the recommended replacement time Tc or exceeds the recommended replacement time, the control unit 70 sets the “recommended replacement time” for the element unit 50. Is displayed, prompting the element unit 50 to be replaced. At this time, the spare unit 50 ′ in the unit storage is in a state where baking at a predetermined temperature and a predetermined baking time Tb is completed under the supply of N ₂ gas.

オペレータは、レーザヘッド２に取り付けられていた素子ユニット５０を取り外し、ユニット保管庫８０においてベーキングが終了した予備ユニット５０´をレーザヘッド２に取り付ける。このとき、予備ユニット５０´のガスコネクタ６２に接続されていた庫内ガスチューブ６６を取り外すが、入射口５２および出射口５３が開閉部材５４により閉止されているため、ケース内にＮ₂ガスが充満された状態で保持される。 The operator removes the element unit 50 attached to the laser head 2 and attaches the spare unit 50 ′ after baking in the unit storage 80 to the laser head 2. At this time, the internal gas tube 66 connected to the gas connector 62 of the spare unit 50 ′ is removed. However, since the entrance 52 and the exit 53 are closed by the opening / closing member 54, N ₂ gas is introduced into the case. Held in a full state.

また、制御ラック２には、端部に電気コネクタ６１と嵌脱自在なコネクタを有し基端側が温度調整部７１に接続された移設用電気ケーブル６７が設けられている。この移設用電気ケーブル６７は、レーザヘッド２と制御ラック３との間隔に応じた長さに設定されており、移設用電気ケーブル６７のコネクタを電気コネクタ６１に接続した状態で、レーザヘッド２と制御ラックとの間を搬送可能になっている。 In addition, the control rack 2 is provided with an electric cable 67 for transfer which has a connector that can be freely inserted into and removed from the electric connector 61 at the end, and the base end of which is connected to the temperature adjusting unit 71. The transfer electric cable 67 is set to a length corresponding to the distance between the laser head 2 and the control rack 3. With the connector of the transfer electric cable 67 connected to the electric connector 61, It can be transported to and from the control rack.

そのため、庫内電気ケーブル６５を移設用電気ケーブル６７につなぎ換え、庫内ガスチューブ６６を取り外して予備ユニット５０´をユニット保管庫８０から取り出すことにより、ケース内部がＮ₂ガスで満たされ外気との接触を遮断した状態で、波長変換光学素子２５，２６を所定温度（１５０℃）の昇温状態に保持したまま、予備ユニット５０´をレーザヘッド２に移動させることができる。そして、レーザヘッド側において、予備ユニット５０´を取り付け、ガスコネクタ６２にガスチューブ６４を接続し、移設用電気ケーブル６７を電気ケーブル６３につなぎ換えることでより、Ｎ₂ガスの供給下で波長変換光学素子２５，２６が所定温度の昇温状態に保持される。 Therefore, the internal electric cable 65 is connected to the transfer electric cable 67, the internal gas tube 66 is removed, and the spare unit 50 'is taken out from the unit storage 80, so that the inside of the case is filled with N ₂ gas and In a state in which the contact is cut off, the spare unit 50 ′ can be moved to the laser head 2 while keeping the wavelength conversion optical elements 25 and 26 in a temperature rising state at a predetermined temperature (150 ° C.). Then, on the laser head side, the spare unit 50 'is attached, the gas tube 64 is connected to the gas connector 62, and the transfer electric cable 67 is connected to the electric cable 63, thereby converting the wavelength under the supply of N ₂ gas. The optical elements 25 and 26 are kept in a temperature rising state at a predetermined temperature.

レーザヘッドに新たに取り付けられた素子ユニット（予備ユニット５０´）は、すでに所定時間、所定温度のベーキングが完了し、かつ、移動中にも温度が保持されているため、交換後ただちにレーザ光を投入して波長変換を行わせることができる。 The element unit (spare unit 50 ') newly attached to the laser head has already been baked at a predetermined temperature for a predetermined time, and the temperature is maintained during the movement. It is possible to perform wavelength conversion by inputting.

このように、レーザ装置１においては、使用中の素子ユニット５０が交換推奨時間になったときに、予備ユニット５０´のベーキングが完了するように構成されるため、レーザ装置１に休止期間を生じさせたり、これを回避するために煩雑な管理を要したりすることがなく、波長変換光学素子２５，２６の交換後ただちにレーザ装置１を稼働することができる。従って、以上説明したレーザ装置１によれば、無駄な電力消費や管理工数を削減して効率的な運用を実現することができる。 As described above, the laser device 1 is configured such that the baking of the spare unit 50 ′ is completed when the element unit 50 in use reaches the recommended replacement time. Therefore, the laser apparatus 1 can be operated immediately after the wavelength conversion optical elements 25 and 26 are replaced. Therefore, according to the laser device 1 described above, it is possible to reduce wasteful power consumption and management man-hours and realize efficient operation.

以上では、ヒータにより所定温度に加熱された昇温状態で使用される波長変換光学素子のうち、特に効果的な例として、潮解性を有し長時間のベーキングが必要とされるＣＬＢＯ結晶を例示したが、潮解性を有する他種の波長変換光学素子についても同様に適用し同様の効果を得ることができる。また、潮解性を有しないが所定温度に加熱された状態で使用される波長変換光学素子、例えば、温度位相整合を利用して使用される波長変換光学素子（本実施形態における波長変換光学素子２１，２２）に適用してもよく、これにより波長変換光学素子を所定温度で安定させるまでの時間を短縮して、波長変換光学素子交換後のレーザ装置の立ち上げ時間を短縮することができる。 In the above, as a particularly effective example of the wavelength conversion optical element used in a temperature rising state heated to a predetermined temperature by a heater, a CLBO crystal that has deliquescence and requires long-time baking is illustrated. However, the same effect can be obtained by similarly applying to other types of wavelength conversion optical elements having deliquescence. In addition, a wavelength conversion optical element that does not have deliquescence but is used while being heated to a predetermined temperature, for example, a wavelength conversion optical element that is used by utilizing temperature phase matching (the wavelength conversion optical element 21 in the present embodiment). 22), thereby shortening the time until the wavelength converting optical element is stabilized at a predetermined temperature, thereby shortening the start-up time of the laser apparatus after the wavelength converting optical element is replaced.

また、実施形態では、ベーキングが必要な波長変換光学素子２５，２６（図３において二点鎖線で囲み符号５０で示す部分）を一つの単位として素子ユニットを構成する形態を示したが、各波長変換光学素子２５，２６を各々一つの単位として素子ユニットを構成し、あるいは波長変換光学素子２５，２６を含む波長変換部２０全体を一つの単位として素子ユニットを構成してもよい。前者によれば、推奨交換時間が波長変換光学素子ごとに異なるような場合に合理的であり、後者によれば、波長変換部を構成する波長変換光学素子の推奨交換時間が略同一であるような場合に交換作業を容易化、迅速化することができる。 In the embodiment, the wavelength conversion optical elements 25 and 26 that need to be baked (a portion indicated by reference numeral 50 surrounded by a two-dot chain line in FIG. 3) are shown as one unit. The element units may be configured with the conversion optical elements 25 and 26 as one unit, or the entire wavelength conversion unit 20 including the wavelength conversion optical elements 25 and 26 may be configured as a unit. According to the former, it is reasonable when the recommended replacement time differs for each wavelength conversion optical element, and according to the latter, the recommended replacement time of the wavelength conversion optical elements constituting the wavelength conversion unit is substantially the same. In this case, the replacement work can be facilitated and speeded up.

なお、レーザ光発生部１０において、レーザ光源１１により発生されたレーザ光（シード光）Ｌsを、直列接続した２段の光増幅器１２，１３によって増幅し、増幅されたレーザ光Ｌrを波長変換部２０に入射させる構成を例示したが、レーザ光源１１の出力や増幅率に応じて光増幅器を１段もしくは３段以上とし、または光増幅器を設けることなく波長変換部２０に直接入射させるように構成してもよく、波長変換部２０の構成に応じて、レーザ光源１１から出射されるレーザ光を複数に分割し並列に設けた複数の光増幅器で増幅することなく、短列の光増幅器で構成してもよい。また、説明簡明化のため記載を省略したが、レーザ光源１１と光増幅器１２との間、光増幅器１２と波長変換部２０との間に、光パルスを切り出すＥＯＭ等の光変調器や、単色性を高める狭帯域機フィルタ等が適宜設けられる。 In the laser beam generator 10, the laser beam (seed beam) Ls generated by the laser light source 11 is amplified by two stages of optical amplifiers 12 and 13 connected in series, and the amplified laser beam Lr is amplified. Although the configuration in which the light is incident on the optical amplifier 20 is illustrated, the optical amplifier has one or three or more stages according to the output and amplification factor of the laser light source 11, or is configured to be directly incident on the wavelength conversion unit 20 without providing the optical amplifier. Depending on the configuration of the wavelength conversion unit 20, the laser light emitted from the laser light source 11 may be divided into a plurality of optical amplifiers that are provided in parallel without being amplified by a plurality of optical amplifiers provided in parallel. May be. Although not shown for simplicity of explanation, an optical modulator such as an EOM that cuts out an optical pulse between the laser light source 11 and the optical amplifier 12, and between the optical amplifier 12 and the wavelength converter 20, or a single color A narrow band machine filter or the like for improving the performance is provided as appropriate.

１レーザ装置
２レーザヘッド
３制御ラック
１０レーザ光発生部
２０波長変換部
２１〜２６波長変換光学素子
５０素子ユニット
５０´ 予備ユニット（予備の素子ユニット）
５２入射口
５３出射口
５４開閉部材
６１電気コネクタ
６２ガスコネクタ
６５庫内電気ケーブル
６６庫内ガスチューブ
７０制御部
７１温度調整部
７２ガス供給部
８０ユニット保管庫
８５除湿器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser apparatus 2 Laser head 3 Control rack 10 Laser light generation part 20 Wavelength conversion parts 21-26 Wavelength conversion optical element 50 Element unit 50 'Reserve unit (reserve element unit)
52 Entrance 53 Exit 54 Opening / closing member 61 Electrical connector 62 Gas connector 65 Internal electrical cable 66 Internal gas tube 70 Control unit 71 Temperature adjustment unit 72 Gas supply unit 80 Unit storage unit 85 Dehumidifier

Claims

A laser light generating unit that emits laser light, and a wavelength conversion optical element that is used in a heated state heated to a predetermined temperature by a heater, and converts the wavelength of the laser light emitted from the laser light generating unit to ultraviolet light A laser head equipped with a wavelength converter;
In a laser apparatus comprising a gas supply unit that supplies an inert gas to the wavelength conversion unit, and a control rack provided with a control unit that controls emission of the ultraviolet light by the laser head,
The wavelength conversion optical element used in the temperature rising state and the heater are housed in a case to form an element unit, and the element unit is configured to be detachable from the laser head,
The control rack is provided with a unit storage unit that stores a spare unit that is a spare element unit, and a gas supply unit that supplies the inert gas to the spare unit stored in the unit storage unit, and Temperature adjusting means for adjusting the wavelength converting optical element of the spare unit to the predetermined temperature is provided;
The control unit is configured to store the spare unit stored in the unit storage unit before reaching a replacement recommended time set in advance for the element unit based on a usage time of the element unit attached to the laser head. Starting the supply of the inert gas by the gas supply means and the temperature adjustment of the wavelength conversion optical element by the temperature adjustment means, and when the usage time reaches the recommended replacement time, the wavelength of the spare unit The conversion optical element is configured to be in a state where the conversion optical element is held at the predetermined temperature under the supply of the inert gas for a predetermined preparation time set in advance,
The case is formed with an entrance for introducing laser light and an exit opening for deriving wavelength-converted laser light, an entrance opening / closing member for opening / closing the entrance opening, and an exit opening / closing for opening / closing the exit opening. Members are provided,
The entrance opening and closing member and said exit opening and closing member is opened against the urging force of the urging means is pressed by the pressing means provided in the laser head when the element unit is attached to the laser head respectively opening the entrance and the exit port by moving in the direction, the movement in the closing direction by the biasing force of the biasing means spaced from the pushing means when the device unit is detached from the laser head the laser apparatus characterized by being configured to close each said entrance and said exit by.

A dehumidifying means for dehumidifying the spare unit stored in the unit storage unit;
Before starting the supply of the inert gas by the gas supply means and the temperature adjustment of the wavelength conversion optical element by the temperature adjustment means, the spare unit stored in the unit storage unit is dehumidified by the dehumidification means. The laser device according to claim 1, wherein the laser device is stored in a stored state.

3. The laser device according to claim 1, wherein the wavelength conversion optical element used in the temperature rising state is an optical element having deliquescence.