特許 6304365 パルス光の発生方法、パルスレーザ装置、該パルスレーザ装置を備えた露光装置及び検査装置、及び電子デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6304365

(24)【登録日】2018年3月16日

(45)【発行日】2018年4月4日

(54)【発明の名称】パルス光の発生方法、パルスレーザ装置、該パルスレーザ装置を備えた露光装置及び検査装置、及び電子デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/03 20060101AFI20180326BHJP

   G02F 1/37 20060101ALI20180326BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20180326BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20180326BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20180326BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/03 502

   G02F1/37

   H01S3/10 Z

   H01S3/10 D

   H01S3/00 A

   H01S3/00 F

   G03F7/20 505

   G03F7/20 521

【請求項の数】15

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-504138(P2016-504138)

(86)(22)【出願日】2015年2月18日

(86)【国際出願番号】JP2015054451

(87)【国際公開番号】WO2015125827

(87)【国際公開日】20150827

【審査請求日】2016年8月3日

(31)【優先権主張番号】特願2014-28755(P2014-28755)

(32)【優先日】2014年2月18日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100084412

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 冬紀

(74)【代理人】

【識別番号】100078189

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 隆男

(72)【発明者】

【氏名】稲葉 直人

(72)【発明者】

【氏名】徳久 章

【審査官】 野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０７２７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２６６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０８９１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５６４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５４５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１４２３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１０４２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００３２４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５

１／２１−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光源から出力されたレーザ光を強度変調型の電気光学変調器により切り出してパルス光を発生させるパルス光の発生方法であって、
前記電気光学変調器を透過する前記レーザ光の透過率が最小となるときの前記電気光学変調器に印加する電圧をＶ_０とし、前記レーザ光の透過率が最大となるときの前記電気光学変調器に印加する電圧と電圧Ｖ_０との間の電圧の大きさをＶ_πとしたときに、
前記レーザ光源の光出力がオンのときに、前記電気光学変調器に印加する電圧が電圧Ｖ_０を基準として２Ｖ_π変化する駆動信号により前記電気光学変調器を駆動して、前記パルス光を発生させ、
前記レーザ光源の光出力がオフのときに、前記電気光学変調器に印加する電圧を、前記２Ｖ_π変化した状態から前記電圧Ｖ_０に戻して前記電気光学変調器を駆動する、パルス光の発生方法。

【請求項2】

前記パルス光の時間幅は、前記駆動信号における電圧が２Ｖ_π変化する遷移時間を調整することにより設定される請求項１に記載のパルス光の発生方法。

【請求項3】

前記パルス光の時間幅は、前記駆動信号における電圧の０．５Ｖ_πと１．５Ｖ_πとの間の変化時間を調整することにより設定される請求項１または２に記載のパルス光の発生方法。

【請求項4】

レーザ光を出力するレーザ光源と、制御部から出力される駆動信号に基づいて前記レーザ光源から出力されたレーザ光を切り出してパルス光を出力する強度変調型の電気光学変調器とを備えたパルスレーザ装置であって、
前記電気光学変調器を透過する前記レーザ光の透過率が最小となるときの前記電気光学変調器に印加する電圧をＶ_０とし、前記レーザ光の透過率が最大となるときの前記電気光学変調器に印加する電圧と電圧Ｖ_０との間の電圧の大きさをＶ_πとしたときに、
前記制御部は、
前記レーザ光源の光出力がオンのときに、前記電気光学変調器に印加する電圧が前記電圧Ｖ_０を基準として２Ｖ_π変化する駆動信号を前記電気光学変調器に出力して、前記パルス光を出力させ、
前記レーザ光源の光出力がオフのときに、前記電気光学変調器に印加する電圧を前記２Ｖ_π変化した状態から前記電圧Ｖ_０に戻して前記電気光学変調器に出力する、パルスレーザ装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記駆動信号における電圧が２Ｖ_π変化する遷移時間を調整設定可能に構成される請求項４に記載のパルスレーザ装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記駆動信号における電圧の０．５Ｖ_πと１．５Ｖ_πとの間の変化時間を調整設定可能に構成される請求項４または５に記載のパルスレーザ装置。

【請求項7】

前記制御部は、電圧が２Ｖ_π変化する前記駆動信号の立ち上がり時及び立ち下がり時のいずれか一方のときに、前記電気光学変調器がレーザ光を切り出して前記パルス光を出力するように制御する請求項４〜６のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置。

【請求項8】

前記レーザ光源から出力されるレーザ光は、所定の繰り返し周期で光出力がオンの状態とオフの状態とを繰り返す周期信号であり、
前記駆動信号は、前記所定の繰り返し周期で電圧が電圧Ｖ_０の状態と２Ｖ_π変化した状態とを繰り返す周期信号であり、
前記制御部は、前記光出力がオンの状態に対する前記駆動信号の電圧が２Ｖ_π変化するタイミングを相対的に変化させることにより前記駆動信号の立ち上がり時及び立ち下がり時のいずれか一方において前記電気光学変調器がレーザ光の一部を切り出し、前記所定の繰り返し周期でパルス光が出力されるように構成される請求項４〜７のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置。

【請求項9】

前記レーザ光源から出力されるレーザ光は、所定の繰り返し周期で光出力がオンの状態とオフの状態とを繰り返す周期信号であり、
前記駆動信号は、前記所定の繰り返し周期で電圧が前記電圧Ｖ_０の状態と前記２Ｖ_π変化した状態とを繰り返す周期信号であり、
前記制御部は、前記光出力がオンの状態に対する前記駆動信号の電圧が２Ｖ_π変化するタイミングを相対的に変化させることにより前記電気光学変調器から出力されるパルス光のオン／オフを制御するように構成される請求項４〜８のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置。

【請求項10】

前記電気光学変調器から出力されたパルス光を増幅する増幅器と、
前記増幅器により増幅されたレーザ光を波長変換する波長変換光学素子とを備えた請求項４〜９のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置。

【請求項11】

請求項４〜１０のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置と、
所定の露光パターンが形成さ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露光対象物支持部と、
前記パルスレーザ装置から出力されたパルス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する照明光学系と、
前記フォトマスクを透過した光を前記露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系とを備えた露光装置。

【請求項12】

請求項４〜１０のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置と、
複数の可動ミラーを有し任意パターンの光を生成する可変成形マスクと、
露光対象物を保持する露光対象物支持部と、
前記パルスレーザ装置から出力されたパルス光を前記可変成形マスクに照射する照明光学系と、
前記可変成形マスクを介して生成された前記任意パターンの光を前記露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系とを備えた露光装置。

【請求項13】

請求項４〜１０のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置と、
露光対象物を保持する露光対象物支持部と、
前記パルスレーザ装置から出力されたパルス光を偏向し、前記露光対象物支持部に保持された露光対象物上で走査させる偏向部と、
前記偏向部により偏向された光を前記露光対象物に結像させる対物光学系とを備えた露光装置。

【請求項14】

請求項４〜１０のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置と、
被検物を保持する被検物支持部と、
前記パルスレーザ装置から出力されたパルス光を前記被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、
前記被検物からの光を検出器に投影する投影光学系とを備えた検査装置。

【請求項15】

電子デバイスを製造する電子デバイス製造方法であって、
請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、基板を露光する露光ステップと、
前記露光ステップで露光された基板を現像する現像ステップと、を有する電子デバイス製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の態様は、レーザ光源から出力されたレーザ光の一部を強度変調型の電気光学変調器により切り出してパルス光を発生させるパルス光の発生方法、パルスレーザ装置、該パルスレーザ装置を備えた露光装置及び検査装置、及び電子デバイスの製造方法に関する。また、このようなパルスレーザ装置を備えた露光装置及び検査装置等のレーザシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

パルスレーザ装置は、例えば顕微鏡や形状測定装置、露光装置、検査装置などのレーザシステムの光源として用いられている。パルスレーザ装置が出力するパルス光の波長は、組み込まれるシステムの用途及び機能に応じて設定される。例えば、半導体露光装置や液晶露光装置では、波長が１９３ｎｍのパルス光を出力するパルスレーザ装置や、波長が３５５ｎｍのパルス光を出力するパルスレーザ装置などが用いられる。レーザ光源で発生するレーザ光の波長や、増幅器の有無及び段数、波長変換部を設ける場合の波長変換光学素子の組み合わせ等は、レーザシステムの用途や機能等に応じて設定される（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

パルスレーザ装置においてパルス光を発生させる手段の一つとして、レーザ光源から出力されたレーザ光の一部を強度変調型の電気光学変調器により切り出して出力する手法がある。この手法を実施するパルスレーザ装置ＬＳ９の概要構成を図１６に示す。パルスレーザ装置ＬＳ９は、レーザ光を出力するレーザ光源９１１と、レーザ光源９１１から出力されたレーザ光の一部を切り出してパルス光を出力する強度変調型の電気光学変調器（Electro Optic Modulator：ＥＯＭ）９１２とを備えて構成される（例えば、特許文献２を参照）。

【0004】

図１７に、強度変調型の電気光学変調器（以下、ＥＯ強度変調器と表記する）９１２の動作特性例を示す。図１７における横軸はＥＯ強度変調器９１２に印加する印加電圧、縦軸は０〜１に正規化したＥＯ強度変調器９１２の透過率である。例示した動作特性のＥＯ強度変調器９１２では、最小透過率になる電圧Ｖ_０が２，１０，１８…［V］、電圧Ｖ_０から最大透過率になるまでの電圧Ｖ_πが４［V］である。すなわち、ＥＯ強度変調器９１２への印加電圧をＶ_０（２，１０，１８…［V］）にしたときに透過率が０、印加電圧をＶ_０±Ｖ_π（６，１４…［V］）にしたときに透過率が１になる。

【0005】

そこで、従来のパルスレーザ装置は、ＥＯ強度変調器９１２への印加電圧をＶ_０〜Ｖ_０±Ｖ_πで変化させることにより、レーザ光源９１１から出力されたレーザ光の一部を切り出してパルス光を出力するように構成されていた。図１８に、従来のパルスレーザ装置におけるパルス光発生のタイミングチャートを示す。図１８における、（ａ）はＥＯ強度変調器９１２に入射するレーザ光のオン／オフ状態、（ｂ）はＥＯ強度変調器９１２への印加電圧、（ｃ）はＥＯ強度変調器９１２から出力される光パルスのオン／オフ状態である。

【0006】

図示のように、光パルスを出力しない期間は電圧Ｖ_０をＥＯ強度変調器９１２に印加しておき、光パルスを出力するときに電圧Ｖ_０を基準として振幅がＶ_πの電気パルスをＥＯ強度変調器９１２に印加する。これにより、最大透過率に対応する強度振幅の光パルスが出力される。このとき得られる光パルスの時間幅は、概ねＥＯ強度変調器９１２に印加した電気パルスの時間幅に等しくなる。すなわち、従来のパルスレーザ装置におけるパルス光発生方法は、ＥＯ強度変調器９１２に印加する電気パルス波形≒パルスレーザ装置ＬＳ９から出力される光パルス波形の関係にあった。なお、電気パルスの振幅をＶ_πとしたが、これは光パルスの強度振幅を最大化するためであり、Ｖ_０〜Ｖ_０＋Ｖ_π間で適宜に設定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】日本国特開２００４−８６１９３号公報

【特許文献2】日本国特開２０１３−００４５９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記したように、従来のパルスレーザ装置におけるパルス光の発生方法は、ＥＯ強度変調器に印加する電気パルス波形とパルスレーザ装置から出力されるパルス光の光パルス波形とが１：１の対応関係にあった。そのため、時間幅が小さい（発光時間が短い）光パルスを得るためには、得ようとする光パルスと同じ時間幅の電気パルスを生成してＥＯ強度変調器を駆動する必要があり、ＥＯ強度変調器の駆動電源として高速・広帯域の電気回路が必要になる。しかしながら、このような電気回路は回路構成が複雑であることから駆動電源が大型化・高額化する。そのため、装置サイズや生産コスト等の制約から電気回路の高速化・広帯域化によって光パルスの時間幅を縮小することは難しく、実質的には、電気回路の動作速度によって光パルスの時間幅が制限されていた。

【0009】

本発明の態様は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡明な構成で時間幅が小さい光パルスを発生可能なパルス光の発生方法、及びこれを実現するパルスレーザ装置を提供することを目的とする。また、時間幅が小さいパルス光により露光精度や検査精度等を高めた露光装置、検査装置等のレーザシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の第１の態様によると、パルス光の発生方法であって、レーザ光源から出力されたレーザ光を強度変調型の電気光学変調器により切り出してパルス光を発生させるパルス光の発生方法であって、電気光学変調器を透過するレーザ光の透過率が最小となるときの電気光学変調器に印加する電圧をＶ_０とし、レーザ光の透過率が最大となるときの電気光学変調器に印加する電圧と電圧Ｖ_０との間の電圧の大きさをＶ_πとしたときに、レーザ光源の光出力がオンのときに、電気光学変調器に印加する電圧が電圧Ｖ_０を基準として２Ｖ_π変化する駆動信号により電気光学変調器を駆動して、パルス光を発生させ、レーザ光源の光出力がオフのときに、電気光学変調器に印加する電圧を、２Ｖ_π変化した状態から電圧Ｖ_０に戻して電気光学変調器を駆動する。
本発明の第２の態様によると、第１の態様のパルス光の発生方法において、パルス光の時間幅は、駆動信号における電圧が２Ｖ_π変化する遷移時間を調整することにより設定されることが好ましい。
本発明の第３の態様によると、第１または第２の態様のパルス光の発生方法において、パルス光の時間幅は、駆動信号における電圧の０．５Ｖ_πと１．５Ｖ_πとの間の変化時間を調整することにより設定されることが好ましい。
本発明の第４の態様によると、パルスレーザ装置であって、レーザ光を出力するレーザ光源と、制御部から出力される駆動信号に基づいてレーザ光源から出力されたレーザ光を切り出してパルス光を出力する強度変調型の電気光学変調器とを備えたパルスレーザ装置であって、電気光学変調器を透過するレーザ光の透過率が最小となるときの電気光学変調器に印加する電圧をＶ_０とし、レーザ光の透過率が最大となるときの電気光学変調器に印加する電圧と電圧Ｖ_０との間の電圧の大きさをＶ_πとしたときに、制御部は、レーザ光源の光出力がオンのときに、電気光学変調器に印加する電圧が電圧Ｖ_０を基準として２Ｖ_π変化する駆動信号を電気光学変調器に出力して、パルス光を出力させ、レーザ光源の光出力がオフのときに、電気光学変調器に印加する電圧を２Ｖ_π変化した状態から電圧Ｖ_０に戻して電気光学変調器に出力する。
本発明の第５の態様によると、第４の態様のパルスレーザ装置において、制御部は、駆動信号における電圧が２Ｖ_π変化する遷移時間を調整設定可能に構成されることが好ましい。
本発明の第６の態様によると、第４または第５の態様のパルスレーザ装置において、制御部は、駆動信号における電圧の０．５Ｖ_πと１．５Ｖ_πとの間の変化時間を調整設定可能に構成されることが好ましい。
本発明の第７の態様によると、第４〜６のいずれか一態様のパルスレーザ装置において、制御部は、電圧が２Ｖ_π変化する駆動信号の立ち上がり時及び立ち下がり時のいずれか一方のときに、電気光学変調器がレーザ光を切り出してパルス光を出力するように制御することが好ましい。
本発明の第８の態様によると、第４〜７のいずれか一つの態様のパルスレーザ装置において、レーザ光源から出力されるレーザ光は、所定の繰り返し周期で光出力がオンの状態とオフの状態とを繰り返す周期信号であり、駆動信号は、所定の繰り返し周期で電圧が電圧Ｖ_０の状態と２Ｖ_π変化した状態とを繰り返す周期信号であり、制御部は、光出力がオンの状態に対する駆動信号の電圧が２Ｖ_π変化するタイミングを相対的に変化させることにより駆動信号の立ち上がり時及び立ち下がり時のいずれか一方において電気光学変調器がレーザ光の一部を切り出し、所定の繰り返し周期でパルス光が出力されるように構成されることが好ましい。
本発明の第９の態様によると、第４〜８のいずれか一つの態様のパルスレーザ装置において、レーザ光源から出力されるレーザ光は、所定の繰り返し周期で光出力がオンの状態とオフの状態とを繰り返す周期信号であり、駆動信号は、所定の繰り返し周期で電圧が電圧Ｖ_０の状態と２Ｖ_π変化した状態とを繰り返す周期信号であり、制御部は、光出力がオンの状態に対する駆動信号の電圧が２Ｖ_π変化するタイミングを相対的に変化させることにより電気光学変調器から出力されるパルス光のオン／オフを制御するように構成されることが好ましい。
本発明の第１０の態様によると、第４〜９のいずれか一つの態様のパルスレーザ装置において、電気光学変調器から出力されたパルス光を増幅する増幅器と、増幅器により増幅されたレーザ光を波長変換する波長変換光学素子とを備えることが好ましい。
本発明の第１１の態様によると、露光装置であって、第４〜１０のいずれか一つの態様のパルスレーザ装置と、所定の露光パターンが形成さ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露光対象物支持部と、パルスレーザ装置から出力されたパルス光をマスク支持部に保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、フォトマスクを透過した光を露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系とを備える。
本発明の第１２の態様によると、露光装置であって、第４〜１０のいずれか一つの態様のパルスレーザ装置と、複数の可動ミラーを有し任意パターンの光を生成する可変成形マスクと、露光対象物を保持する露光対象物支持部と、パルスレーザ装置から出力されたパルス光を可変成形マスクに照射する照明光学系と、可変成形マスクを介して生成された任意パターンの光を露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系とを備える。
本発明の第１３の態様によると、露光装置であって、第４〜１０のいずれか一つの態様のパルスレーザ装置と、露光対象物を保持する露光対象物支持部と、パルスレーザ装置から出力されたパルス光を偏向し、露光対象物支持部に保持された露光対象物上で走査させる偏向部と、偏向部により偏向された光を露光対象物に結像させる対物光学系とを備える。
本発明の第１４の態様によると、検査装置であって、第４〜１０のいずれか一つの態様のパルスレーザ装置と、被検物を保持する被検物支持部と、パルスレーザ装置から出力されたパルス光を被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、被検物からの光を検出器に投影する投影光学系とを備える。
本発明の第１５の態様によると、電子デバイスを製造する電子デバイス製造方法であって、第１１〜１３のいずれか一つの態様の露光装置を用いて、基板を露光する露光ステップと、露光ステップで露光された基板を現像する現像ステップと、を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明の態様によれば、時間幅が小さい光パルスを発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】ＥＯ強度変調器に印加する印加電圧を時間的に変化させたときの透過率変化を示したグラフである。

【図2】ＥＯ強度変調器を電圧がＶ_０から２Ｖ_πの間で周期的に変化する駆動信号により駆動した場合の透過率変化を示したグラフである。

【図3】本発明の適用例として示すパルスレーザ装置の概要構成図である。

【図4】制御部による第１の制御形態（第１の態様）を説明するためのタイミングチャートである。

【図5】制御部による第１の制御形態（第２の態様）を説明するためのタイミングチャートである。

【図6】制御部による第１の制御形態（第３の態様）を説明するためのタイミングチャートである。

【図7】制御部による第２の制御形態（第１の態様）を説明するためのタイミングチャートである。

【図8】制御部による第２の制御形態（第２の態様）を説明するためのタイミングチャートである。

【図9】制御部による第３の制御形態を説明するためのタイミングチャートである。

【図10】パルスレーザ装置を備えたシステムの第１の適用例として示す第１構成形態の露光装置の概要構成図である。

【図11】パルスレーザ装置を備えたシステムの第２の適用例として示す第２構成形態の露光装置の概要構成図である。

【図12】可変成形マスクとして例示するＤＭＤ（Digital Micromirror DeviceまたはDeformable Micromirror Device）の概略図である。

【図13】上記ＤＭＤの一部を拡大して示す斜視図である。

【図14】パルスレーザ装置を備えたシステムの第３の適用例として示す第３構成形態の露光装置の概要構成図である。

【図15】パルスレーザ装置を備えたシステムの第４の適用例として示す検査装置の概要構成図である。

【図16】従来のパルスレーザ装置の構成を説明するための概要構成図である。

【図17】ＥＯ強度変調器の動作特性を例示するグラフである。

【図18】従来のパルスレーザ装置においてパルス光を発生させるときの手法を説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。本発明の態様として例示するパルスレーザ装置ＬＳの概要構成図を図３に示す。パルスレーザ装置ＬＳは、パルス状のシード光を出力するレーザ光発生部１と、レーザ光発生部１から出力されたシード光を増幅する増幅部２と、増幅部２から出力された増幅光を波長変換する波長変換部３と、これら各部の作動を制御する制御部８とを備えて構成される。

【0014】

レーザ光発生部１や増幅部２、波長変換部３の具体的な構成は、既述した先行技術文献等に開示されているように多種多様な構成形態がある。本実施形態においては、レーザ光発生部１から出力するシード光を波長１０６４ｎｍの赤外光、波長変換部３から出力する出力光を波長３５５ｎｍの紫外光とした場合を例として説明する。

【0015】

レーザ光発生部１は、レーザ光源１１とＥＯ強度変調器１２とを備えて構成される。レーザ光源１１は、発振波長が１０６４ｎｍでＣＷまたはパルス状のレーザ光を発生する光源であり、半導体レーザやファイバレーザ、モードロックレーザなどが例示される。本実施形態ではレーザ光源１１として、発振波長が１０６４ｎｍのＤＦＢ（Distributed Feedback）半導体レーザを用いた構成を例示する。レーザ光源１１の作動は制御部８から出力されるレーザ光源駆動信号により制御される。

【0016】

ＥＯ強度変調器１２は、レーザ光源１１から出力されたレーザ光の一部を切り出してパルス状のシード光を出力する強度変調型の電気光学変調器であり、例えば、ＬiＮbＯ₃を用いたマッハツェンダ型の強度変調器が好適に用いられる。ＥＯ強度変調器１２の作動は制御部８から出力される強度変調器駆動信号により制御される。ＥＯ強度変調器１２から出射したシード光はレーザ光発生部１から出力され増幅部２に入射する。

【0017】

増幅部２は、レーザ光発生部１から出力されたシード光を増幅するファイバ増幅器２１を備えて構成される。波長１０６４ｎｍのシード光を増幅するファイバ増幅器２１として、波長１０００〜１１００ｎｍの帯域に利得を有するイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＹＤＦＡ）を好適に用いることができる。ファイバ増幅器（ＹＤＦＡ）２１は、コアにイッテルビウム（Ｙｂ）がドープされた増幅用ファイバ２１ａと、増幅用ファイバに励起光を供給する励起光源２１ｂとを主体として構成される。ファイバ増幅器２１の作動は、制御部８から励起光源２１ｂに出力される励起光源駆動信号により制御される。

【0018】

増幅部２に入射したシード光はファイバ増幅器２１によって増幅され、増幅光となって増幅部２から出力される。なお、図３では、増幅部２にファイバ増幅器２１を単段で設けた構成を示したが、例えばシングルクラッドのファイバ増幅器を複数直列に接続し、あるいはシングルクラッドのファイバ増幅器とダブルクラッドのファイバ増幅器を直列に接続する等、複数のファイバ増幅器を直列に接続して増幅部２を構成することができる。増幅部２から出力された波長１０６４ｎｍの増幅光は波長変換部３に入射する。

【0019】

波長変換部３には、増幅部２から出力された増幅光が伝播する波長変換光学系３０が設けられている。例示する波長変換光学系３０は、波長変換光学素子３１と波長変換光学素子３２とを主体とし、図示省略するレンズや波長板等を有して構成される。波長変換部３に入射した増幅光は、レンズを介して波長変換光学素子３１に入射する。

【0020】

波長変換光学素子３１は、第２高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）により、増幅光の第２高調波を発生させるための非線形光学結晶である。波長変換光学素子３１として、ＬＢＯ（ＬiＢ₃Ｏ₅）結晶やＢＢＯ（β-ＢaＢ₂Ｏ₄）結晶等のバルク結晶、あるいはＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ₃）結晶やＰＰＬＴ（Periodically Poled ＬiＴaＯ₃）結晶等の疑似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）結晶を用いることができる。波長変換光学素子３１に入射した増幅光はこの光学素子を透過する過程で波長変換され、波長が５３２ｎｍの第２高調波が発生する。波長変換光学素子３１で発生した波長５３２ｎｍの第２高調波と、波長変換光学素子３１を波長変換されずに透過した波長１０６４ｎｍの基本波は波長変換光学素子３２に入射する。

【0021】

波長変換光学素子３２は、波長変換光学素子３１で発生した波長５３２ｎｍの第２高調波と、波長変換光学素子３１を透過した波長１０６４ｎｍの基本波とから、和周波発生（ＳＦＧ：Sum Frequency Generation）により増幅光の第３高調波を発生させるための非線形光学結晶である。波長変換光学素子３２としては、ＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ₆Ｏ₁₀）結晶等を用いることができる。波長変換光学素子３２に入射した増幅光の基本波及び第２高調波はこの光学素子を透過する過程で波長変換され、波長が３５５ｎｍの第３高調波が発生する。波長変換部３の出力段には、増幅光の第３高調波である波長３５５ｎｍの紫外光を波長変換部から出力し、これよりも長波長の光を除去する分離素子（不図示）が設けられている。これにより、波長変換部３に入射した増幅光は波長変換光学素子３１，３２により波長変換され、増幅光の第３高調波である波長３５５ｍｍのパルス光（紫外光）Ｌvがパルスレーザ装置から出力される。

【0022】

制御部８は、パルス制御回路８０、レーザ光源駆動回路８１、強度変調器駆動回路８２、ファイバ増幅器駆動回路８３などを備えて構成される。パルス制御回路８０はクロックを基準とし、外部入力される駆動情報（例えば光パルスの繰り返し周期やパルス幅、出力光のパワーなど）に基づいて各駆動回路に所定波形の制御信号を出力する。レーザ光源駆動回路８１は、パルス制御回路８０から出力された制御信号に基づいてレーザ光源１１の駆動に適応した信号レベルのレーザ光源駆動信号を生成しレーザ光源１１を駆動する。強度変調器駆動回路８２は、パルス制御回路８０から出力された制御信号に基づいてＥＯ強度変調器１２の駆動に適応した信号レベルの強度変調器駆動信号を生成し強度変調器１２を駆動する。ファイバ増幅器駆動回路８３はパルス制御回路８０から出力された制御信号に基づいて励起光源２１ｂの駆動に適応した信号レベルの励起光源駆動信号を生成し励起光源２１ｂを駆動する。

【0023】

以上のように概要構成されるパルスレーザ装置ＬＳにおいて、レーザ光発生部１から出力するパルス光の制御部８による制御について、以下詳細に説明する。パルスレーザ装置ＬＳにおいては、制御部８は、ＥＯ強度変調器１２を透過するレーザ光の透過率が最小となるときのＥＯ強度変調器に印加する電圧をＶ_０とし、電圧Ｖ_０からレーザ光の透過率が最大になるまでの電圧をＶ_πとしたときに、強度変調器駆動回路８２から電圧がＶ_０を基準として２Ｖ_π変化する強度変調器駆動信号をＥＯ強度変調器１２に出力してパルス光を出力させる。例えば、この駆動信号は、電圧Ｖ_０とＶ_０＋２Ｖ_πとの間で変化する駆動信号、あるいは電圧Ｖ_０とＶ_０−２Ｖ_πとの間で変化する駆動信号などである。電圧Ｖ_０を基準として電圧２Ｖ_πの大きさ（すなわち、Ｖ_０＋２Ｖ_πまたはＶ_０−２Ｖ_π）を含む電圧の範囲でＥＯ強度変調器に電圧を印加すれば良い。なお、電圧Ｖ_０から透過率が最大になるまでの電圧Ｖ_πは、半波長電圧と呼んでも良い。また、透過率が最大になるようにＥＯ強度変調器１２に印加する電圧Ｖ_０＋Ｖ_πを、基準電圧と呼んでよい。

【0024】

ＥＯ強度変調器１２に印加する電圧をＶ_０を基準として２Ｖ_π変化させることによってレーザ光源１１から出力された光の一部を切り出し、光パルスを発生させることが可能であることを、図１及び図２を参照して次に説明する。すなわち、強度変調型の電気光学変調器（ＥＯ強度変調器）を、電圧Ｖ_０を基準として２Ｖ_π変化する駆動信号によって駆動した場合の作用について、図１を参照して説明する。図１は、ＥＯ強度変調器に印加する印加電圧を時間的に変化させたときの透過率変化を示したグラフである。図１における縦軸は左側がＥＯ強度変調器への印加電圧、右側が０〜１に正規化したＥＯ強度変調器の透過率、横軸は時間であり、図中に破線で印加電圧の時間波形、実線で透過率の時間波形を記載している。なお、ＥＯ強度変調器の動作特性（印加電圧と透過率との関係）は図１７に示したものと同じである。すなわち、ＥＯ強度変調器の透過率が最小になる電圧Ｖ_０は２，１０，１８…［V］、電圧Ｖ_０から透過率が最大になるまでの電圧Ｖ_πは４［V］である。そのため、ＥＯ強度変調器への印加電圧が２［V］のとき及び１０［V］のときに透過率が最小になり、印加電圧がＶ_０±Ｖ_πである６［V］のときに透過率が最大になる。

【0025】

図１中に点線で示すように、ＥＯ強度変調器に印加する電圧をＶ_０＝２［V］を基準として２Ｖ_π（＝８［V］）増加方向に変化させると、印加電圧が２［V］の最小透過率の状態から、印加電圧の増加とともに透過率が増加してＶ_０＋Ｖ_πである６［V］で最大透過率になり、以降は印加電圧の増加に対して透過率が減少してＶ_０＋２Ｖ_πである１０［V］で再び最小透過率の状態になる。このときＥＯ強度変調器によって切り出される光パルス波形はＥＯ強度変調器の透過率波形と略同一である。従って、ＥＯ強度変調器に印加する電圧をＶ_０から２Ｖ_π変化させることによりパルス光を発生させることができる。

【0026】

図２に、ＥＯ強度変調器を電圧がＶ_０と２Ｖ_πとの間で周期的に変化する駆動信号(図では正弦波状の駆動信号)により駆動した場合の透過率変化のグラフを示す。図２における縦軸及び横軸は図１と同様である。すなわち、縦軸は左側がＥＯ強度変調器への印加電圧、右側が０〜１に正規化したＥＯ強度変調器の透過率、横軸は時間であり、図中に破線で印加電圧の時間波形、実線で透過率の時間波形を記載している。図示するように、ＥＯ強度変調器に印加する電圧をＶ_０＝１０［V］を基準として２Ｖ_π（＝８［V］）減少方向に変化させると、印加電圧が１０［V］の最小透過率の状態から、印加電圧の減少に対して透過率が増加してＶ_０−Ｖ_πである６［V］で最大透過率になり、以降は印加電圧の減少とともに透過率が減少してＶ_０−２Ｖ_πである２［V］で再び最小透過率の状態になる。印加電圧が２［V］から２Ｖ_π増加方向に変化して１０［V］になる場合については、図１を参照して説明したのと同じである。図２から、印加電圧を１周期分変化させると２つの光パルスが発生することが分かる。発生する光パルスの時間幅は２Ｖ_πの電圧変化の遷移時間で規定され、０．５Ｖ_π〜１．５Ｖ_πの変化時間が光パルスの半値全幅になる。次に、制御部８によるより具体的な制御形態について図面を参照しながら説明する。

【0027】

（第１の制御形態）
制御部８による第１の制御形態を説明するためのタイミングチャートを図４に示す。図４における（ａ）はレーザ光源駆動回路８１からレーザ光源１１に出力されるレーザ光源駆動信号のオン／オフ状態（レーザ光源１１から出力されるレーザ光のオン／オフ状態）、（ｂ）は強度変調器駆動回路８２からＥＯ強度変調器１２に出力される強度変調器駆動信号の電圧状態、（ｃ）はＥＯ強度変調器１２から出力される光の状態である。

【0028】

第１の制御形態では、制御部８は、レーザ光発生部１からパルス光を出力する期間中、ＥＯ強度変調器１２にレーザ光が継続して入射するようにレーザ光源１１を駆動し、レーザ光源１１からレーザ光を出力させる（ａ）。制御部８は、周波数がｆで電圧がＶ_０とＶ_０＋２Ｖ_πとの間で周期的に変化する強度変調器駆動信号によりＥＯ強度変調器１２を駆動する（ｂ）。図４には強度変調器駆動回路８２から出力される強度変調器駆動信号の一例として正弦波状の信号を例示する。このときＥＯ強度変調器１２から出力される光は、光パルスが周波数２ｆで繰り返されるパルス光になる（図２を併せて参照）。また、強度変調器駆動信号の電気パルス波形と光パルス波形とを１：１で対応させていた従来の光パルス発生方法と比較して、時間幅が１／２以下の光パルスを発生させることができる。その理由を以下に説明する。
第１の実施形態では、ＥＯ強度変調器１２に印加する電圧は正弦波状であり、かつ、電圧がＶｏとＶｏ＋２Ｖ_πとの間で周期的に変化するように設定されている。このため、ＥＯ強度変調器１２を透過するレーザ光の透過率は、印加された電圧がＶｏ＋Ｖ_πで最大値となり、電圧がそれより高くても、あるいは低くても、透過率は最大値よりも小さくなる。その結果、ＥＯ強度変調器１２を透過するレーザ光は、印加する電圧がＶｏのときにピークを持つパルス光となる。この場合、ＥＯ強度変調器１２に印加する電圧Ｖは正弦波状なので、その時間微分、すなわち印加電圧の時間に対する変化率ｄＶ／ｄｔは、電圧がＶ＝Ｖｏ＋Ｖ_πのときに最大となり、このとき、透過率の変化速度（増大または減少する速度）は最も速くなる。
従って、第１の実施形態によれば、透過率が最大、すなわち透過光のピークが得られる電圧において、ｄＶ／ｄｔが最大となるように設定されているため、透過光のパルス幅を小さくすることができる。
これに対して、ＥＯ強度変調器に印加する電圧をＶｏとＶｏ＋πの間で変化する正弦波状としたときには、透過率最大が得られるときの電圧は正弦波状の信号の最大電圧であって、このときｄＶ／ｄｔ＝０であり、透過率の変化速度が小さくなるので、パルス幅が小さいパルス光は得られない。

【0029】

制御部８は、例えばキー入力やダイヤル設定等により、強度変調器駆動信号の周波数ｆを適宜な範囲で調整設定可能に構成される。そのため、強度変調器駆動信号の周波数を調整することにより、ＥＯ強度変調器１２に印加する電圧がＶ_０と２Ｖ_πとの間で変化する遷移時間を調整することができ、これにより光パルスの時間幅を調整することができる。

【0030】

以上では、強度変調器駆動信号の一例として波形が正弦波状の信号を示したが、強度変調器駆動信号は電圧がＶ_０を基準として２Ｖ_π変化するものであればよい。図５及び図６に、図４と異なる波形の強度変調器駆動信号によってＥＯ強度変調器１２を駆動した場合のタイミングチャートを示す。図５は三角波の場合、図６は矩形波の場合である。なお、理解容易のため、図６では矩形波の立ち上がり／立ち下がりを緩やか（波形を台形状に）に表示している。両図における（ａ），（ｂ），（ｃ）は図４の（ａ），（ｂ），（ｃ）と同様であり、（ａ）はレーザ光源駆動信号のオン／オフ状態（レーザ光源１１から出力されるレーザ光のオン／オフ状態）、（ｂ）は強度変調器駆動信号の電圧状態、（ｃ）はＥＯ強度変調器１２から出力される光の状態である。

【0031】

図５及び図６から、強度変調器駆動信号の波形が正弦波の場合と同様に、強度変調器駆動信号の周波数ｆに対して２倍の周波数２ｆで光パルスが発生することが分かる。一方、図４〜図６における各（ｃ）を対比すると、ＥＯ強度変調器１２から出力される光パルスのパルス波形、特に光パルスの時間幅（パルス幅）が相違する。例えば、強度変調器駆動信号の波形（信号波形）が三角波の場合には、パルス幅は信号波形が正弦波の場合よりも幾分大きくなっている。一方、信号波形が矩形波の場合には、パルス幅は信号波形が正弦波の場合よりも大幅に小さくなっている。

【0032】

これは以下の理由による。まず、信号波形が三角波の場合には、ＥＯ強度変調器１２に印加される電圧がＶ_０から２Ｖ_π変化する遷移時間は正弦波の場合と同じである。しかし、ＥＯ強度変調器１２において透過率が最大になる電圧Ｖ_πを挟む領域の信号の傾きは正弦波と三角波で異なり、０．５Ｖ_π〜１．５Ｖ_π間での変化時間は正弦波よりも三角波の方が大きく（長く）なる。そのため、パルス幅は、信号波形が三角波の場合の方が正弦波の場合よりも幾分大きくなる。強度変調器駆動信号の波形が矩形波の場合には、電圧がＶ_０から２Ｖ_π変化する遷移時間及び０．５Ｖ_π〜１．５Ｖ_π間での変化時間がともに正弦波よりも大幅に小さい。そのため、パルス幅は、信号波形が矩形波や台形波の場合の方が正弦波の場合よりも大幅に小さくなる。

【0033】

以上から、ＥＯ強度変調器１２から出力する光パルスのパルス幅は、強度変調器駆動信号の周波数（繰り返し周期）のみならず、その信号波形を変化させることによっても調整設定可能であることが理解される。そのため、制御部８において、強度変調器駆動信号を複数の信号波形から選択可能とすることによって、光パルスのパルス幅を調整設定可能に構成することができる。

【0034】

また、強度変調器駆動信号の信号波形を矩形波とした場合において、電圧がＶ_０から２Ｖ_π変化する遷移時間、すなわち矩形波における立ち上がり／立ち下がり時間を調整可能とすることにより、光パルスのパルス幅を調整設定可能に構成することもできる。この場合、光パルスのパルス幅は、強度変調器駆動信号の周波数とは別個独立して任意に設定する事ができる。例えば、周波数を１００ＭHz（繰り返し周期１０ｎsec）とした矩形波状の強度変調器駆動信号において、立ち上がり／立ち下がり時間を調整することにより、数十〜数百ｐsec程度の時間幅で光パルスのパルス幅を任意に調整設定することができる。発明者らは、簡易的な実験のなかでパルス幅が２５〜１００ｐsecの光パルスを発生させることができた。このパルス幅（２５ｐsec）は、同様の装置構成で従来のパルス光発生方法により光パルスを発生させた場合の最小パルス幅の約１／４である。

【0035】

なお、パルス幅が小さい光パルスを発生させる他の手法として、半導体レーザのゲインスイッチング（gain switching）動作を利用した光パルスの発生方法がある。しかしながら、この手法ではサイドローブが無い綺麗な波形の光パルスを得ることが難しいことに加えて、発生する光のスペクトル帯域幅が広いという問題がある。本発明のパルス光発生方法においては、強度変調器駆動信号の波形を制御することにより光パルスの波形を容易にコントロールすることができ、且つスペクトル帯域幅がフーリエ限界に近い狭帯域のパルス光を出力することができる。

【0036】

このように、以上説明した制御形態のパルスレーザ装置によれば、背景技術の項で説明した従来のパルスレーザ装置と同様の簡明な装置構成で、スペクトル帯域幅が狭く時間幅が小さいパルス光を容易に発生させることができる。

【0037】

（第２の制御形態）
次に、制御部８による第２の制御形態について図７及び図８を参照して説明する。この制御形態では、レーザ光源１１とＥＯ強度変調器１２とが制御部８により同期制御され、レーザ光源１１の光出力がオンの状態に対する強度変調器駆動信号の電圧が２Ｖ_π変化するタイミングを相対的に変化させることにより、強度変調器駆動信号の立ち上がり時及び立ち下がり時のいずれか一方においてＥＯ強度変調器１２がレーザ光の一部を切り出す。図７及び図８における（ａ），（ｂ），（ｃ）は図４〜図６と同様であり、（ａ）はレーザ光源駆動信号のオン／オフ状態、（ｂ）は強度変調器駆動信号の電圧、（ｃ）はＥＯ強度変調器１２から出力される光の状態である。

【0038】

まず、図７を参照して本制御形態の第１の態様について説明する。本態様では、レーザ光源１１及びＥＯ強度変調器１２は制御部８により同じ繰り返し周期でオン／オフ制御される。例えば、レーザ光源駆動回路８１からレーザ光源１１に繰り返し周期が１０ｎsec（周波数１００ＭHz）でオン時間が１ｎsec程度のレーザ光源駆動信号が出力され（図７（ａ））、レーザ光源１１からレーザ光源駆動信号とほぼ同じ波形のパルス状のレーザ光が出力される。また、強度変調器駆動回路８２から繰り返し周期が１０ｎsecで電圧Ｖ_０＋２Ｖ_πの時間が１ｎsec程度の矩形波状の強度変調器駆動信号がＥＯ強度変調器１２に出力される（図７（ｂ））。但し、図７（ａ）（ｂ）から分かるように、レーザ光源１１がオンになるタイミングと、ＥＯ強度変調器１２の印加電圧がＶ_０＋２Ｖ_πになるタイミングとが相対的にずれている。

【0039】

制御部８は、レーザ光源１１の光出力がオンのときに強度変調器駆動信号の電圧がＶ_０からＶ_０＋２Ｖ_πに変化し、レーザ光源１１の光出力がオフのときに強度変調器駆動信号の電圧がＶ_０＋２Ｖ_πからＶ_０に戻るように、レーザ光源駆動信号と強度変調器駆動信号の相対的なタイミングを設定する。具体的には、パルス制御回路８０からレーザ光源駆動回路８１に出力する制御信号と、パルス制御回路８０から強度変調器駆動回路８２に出力する制御信号のタイミングが図示のように設定される。このとき、繰り返し周期が１０ｎsecでパルス幅が例えば２５ｐsecの光パルスが周期的に繰り返されるパルス光がＥＯ強度変調器１２から出力される。このパルス光は、強度変調器駆動信号における信号波形の立ち上がり時に切り出された光パルスのみで構成される。

【0040】

図８は、本制御形態における第２の態様のタイミングチャートである。本態様は、図７（ａ）（ｂ）と図８（ａ）（ｂ）とを対比して明らかなように、レーザ光源１１がオンになるタイミングと、ＥＯ強度変調器１２の印加電圧が２Ｖ_π変化するタイミングの関係を図７の例と逆にした構成例である。

【0041】

すなわち、本態様においては、制御部８は、レーザ光源１１の光出力がオフのときに強度変調器駆動信号の電圧がＶ_０からＶ_０＋２Ｖ_πに変化し、レーザ光源の光出力がオンのときに強度変調器駆動信号の電圧がＶ_０＋２Ｖ_πからＶ_０に戻るように、レーザ光源駆動信号と強度変調器駆動信号の相対的なタイミングを設定する。具体的には、パルス制御回路８０からレーザ光源駆動回路８１及び強度変調器駆動回路８２に出力する２つの制御信号のタイミングにより設定される。このとき、繰り返し周期が１０ｎsecでパルス幅が例えば２５ｐsecの光パルスが周期的に繰り返されるパルス光がＥＯ強度変調器１２から出力される。このパルス光は、強度変調器駆動信号における信号波形の立ち下がり時に切り出された光パルスのみで構成される。

【0042】

一般的に、簡明な回路構成の駆動電源で信号波形が矩形波の駆動信号を生成する場合、形状が同じ矩形波を繰り返し出力することは比較的容易である一方、各矩形波における立ち上がり部分の波形（立ち上がり時間）と立ち下がり部分の波形（立ち下がり時間）とを同一にすることは難しい。そのため、図７及び図８に示したように、強度変調器駆動信号の信号波形における立ち上がり時及び立ち下がり時のいずれか一方においてＥＯ強度変調器１２がレーザ光の一部を切り出すような構成によれば、従来のパルスレーザ装置と同様の簡明な装置構成で、パルス幅が小さく且つパルス波形が均一な光パルスのみで構成されたパルス光を出力することができる。

【0043】

なお、上記信号波形における立ち上がり時と立ち下がり時の変化時間の相違を利用し、制御部８において立ち上がり時にパルス光を出力する場合と立ち下がり時にパルス光を出力する場合とを選択設定可能とし、これによりパルス幅が異なるパルス光を選択して出力するように構成してもよい。

【0044】

（第３の制御形態）
次に、制御部８による第３の制御形態について図９を参照して説明する。この制御形態では、上述した第２の制御形態と同様に、レーザ光源１１とＥＯ強度変調器１２とが同期制御され、レーザ光源１１の光出力がオンの状態と強度変調器駆動信号の電圧が２Ｖ_π変化するタイミングを相対的に変化させることによって、ＥＯ強度変調器１２から出力されるパルス光のオン／オフが制御される。図９（Ｉ）はパルス光がオンの状態、（II）はパルス光がオフの状態を示す。両図における（ａ），（ｂ），（ｃ）は図４〜図８と同様であり、（ａ）はレーザ光源駆動信号のオン／オフ状態、（ｂ）は強度変調器駆動信号の電圧、（ｃ）はＥＯ強度変調器１２から出力される光の状態である。

【0045】

レーザ光源１１及びＥＯ強度変調器１２は同じ繰り返し周期でオン／オフ制御される。例えば、制御部８からレーザ光源１１に繰り返し周期が１０ｎsecでオン時間が１ｎsec程度のレーザ光源駆動信号が出力され、レーザ光源１１からレーザ光源駆動信号とほぼ同じ波形のパルス状のレーザ光が出力される。また、制御部８から繰り返し周期が１０ｎsecで電圧Ｖ_０＋２Ｖ_πの時間が１ｎsec程度の強度変調器駆動信号がＥＯ強度変調器１２に出力される。

【0046】

ＥＯ強度変調器１２からパルス光を出力する場合（パルス光オンの場合）、制御部８は、レーザ光源１１の光出力がオンのときに強度変調器駆動信号の電圧がＶ_０を基準として２Ｖ_π変化し、レーザ光源１１の光出力がオフのときに強度変調器駆動信号の電圧がＶ_０に戻るように制御する。具体的には、パルス制御回路８０からレーザ光源駆動回路８１及び強度変調器駆動回路８２に出力する２つの制御信号のタイミングにより設定される。例えば図９（Ｉ）に示すように、制御部８は、レーザ光源１１の光出力がオンのときに強度変調器駆動信号の電圧がＶ_０からＶ_０＋２Ｖ_πに変化し、レーザ光源１１の光出力がオフのときに強度変調器駆動信号の電圧がＶ_０＋２Ｖ_πからＶ_０に戻るように、レーザ光源駆動信号と強度変調器駆動信号の相対的なタイミングを設定する。このとき、ＥＯ強度変調器１２から繰り返し周期が１０ｎsecでパルス幅が例えば２５ｐsecの光パルスが周期的に繰り返されるパルス光が出力される。

【0047】

ＥＯ強度変調器１２からパルス光を出力しない場合（パルス光オフの場合）には、図９（II）に示すように、制御部８は、レーザ光源１１の光出力がオンのときに強度変調器駆動信号の電圧が変化せず、レーザ光源１１の光出力がオフのときに強度変調器駆動信号の電圧がＶ_０を基準として２Ｖ_π変化するように、レーザ光源駆動信号と強度変調器駆動信号の相対的なタイミングをオフセット設定する。具体的には、パルス制御回路８０からレーザ光源駆動回路８１及び強度変調器駆動回路８２に出力する２つの制御信号のタイミングにより設定される。このとき、ＥＯ強度変調器１２からパルス光は出力されない。

【0048】

上記のように、パルス光のオン／オフは、パルス制御回路８０からレーザ光源駆動回路８１及び強度変調器駆動回路８２に出力する２つの制御信号の相対的なタイミングを変化させるだけで実現されるため、光パルスの１パルス単位で高速にパルス光をオン／オフすることができる。従って、このような制御形態によれば、２つの駆動信号の相対的なタイミングを変化させる簡明な手法で、ＥＯ強度変調器１２から出力するパルス光を高速にオン／オフすることができる。

【0049】

なお、以上説明した実施形態では、光パルスを発生させる際に、ＥＯ強度変調器１２に印加する電圧をＶ_０を基準としてから２Ｖ_π変化させるとしたが、印加電圧の変化量は２ｎＶ_π（ｎは１以上の整数）とすることができる。すなわち、本実施形態ではｎ＝１の場合を説明したが、ｎを２以上としても良い。また、以上説明した実施形態では、レーザ光発生部１から波長１０６４ｎｍのシード光を出力し、波長変換部３の二つの波長変換光学素子３１，３２で波長３５５ｎｍの紫外光に波長変換して出力する構成を例示したが、シード光の波長帯域や波長変換光学素子の個数及び配置、出力光の波長等は任意であり、公知の種々の構成に適用できる。

【0050】

以上説明したようなパルスレーザ装置ＬＳは、小型軽量であるとともに取り扱いが容易であり、露光装置や光造形装置等の光加工装置、フォトマスクやウェハ等の検査装置、顕微鏡や望遠鏡等の観察装置、測長器や形状測定器等の測定装置、光治療装置などのシステムに好適に適用することができる。

【0051】

パルスレーザ装置ＬＳを備えたシステムの第１の適用例として、半導体製造や液晶パネル製造のフォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置について、その概要構成を示す図１０を参照して説明する。露光装置５００は、原理的には写真製版と同じであり、石英ガラス製のフォトマスク５１３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ェハやガラス基板などの露光対象物５１５に光学的に投影して転写する。

【0052】

露光装置５００は、上述したパルスレーザ装置ＬＳと、照明光学系５０２と、フォトマスク５１３を保持するマスク支持台５０３と、投影光学系５０４と、露光対象物５１５を保持する露光対象物支持テーブル５０５と、露光対象物支持テーブル５０５を水平面内で移動させる駆動機構５０６とを備えて構成される。照明光学系５０２は複数のレンズ群からなり、パルスレーザ装置ＬＳから出力されたパルス光を、マスク支持台５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射する。投影光学系５０４も複数のレンズ群により構成され、フォトマスク５１３を透過した光を露光対象物支持テーブル上の露光対象物５１５に投影する。

【0053】

露光装置５００においては、パルスレーザ装置ＬＳから出力されたパルス光が照明光学系５０２に入力され、所定光束に調整されたパルス光がマスク支持台５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射される。フォトマスク５１３を通過した光はフォトマスク５１３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５０４を介して露光対象物支持テーブル５０５に保持された露光対象物５１５の所定位置に照射される。これにより、フォトマスク５１３のデバイスパターンの像が、半導体ウェハや液晶パネル等の露光対象物５１５の上に所定倍率で結像露光される。

【0054】

パルスレーザ装置ＬＳを備えたシステムの第２の適用例として、可変成形マスクを用いた露光装置について、その概要構成を示す図１１を参照して説明する。この露光装置５５０は、フォトマスクに変えて可変成形マスクを備える点を除いて、基本的には、上述した第１構成形態の露光装置５００と同様であり、可変成形マスクにより生成された任意パターンの像をフォトレジストを塗布したガラス基板や半導体ウェハなどの露光対象物５６５に光学的に投影して転写する（例えば、本出願人に係る特許第５２１１４８７号公報、特開２０１２−５４５００号公報、特開２０１１−４９２９６号公報等を参照）。

【0055】

露光装置５５０は、既述したパルスレーザ装置ＬＳと、照明光学系５５２と、可変成形マスク５６３と、投影光学系５５４と、露光対象物５６５を保持する露光対象物支持テーブル５５５と、露光対象物支持テーブル５５５を水平面内で移動させる駆動機構５５６とを備えて構成される。照明光学系５５２は複数のレンズ群からなり、パルスレーザ装置ＬＳから出力されたパルス光を、ミラー５５３を介して可変成形マスク５６３に照射する。投影光学系５５４も複数のレンズ群により構成され、可変成形マスク５６３を介して生成された任意パターンの光を露光対象物支持テーブル５５５に保持された露光対象物５６５に投影する。

【0056】

可変成形マスク５６３は、複数の可動ミラーを有して任意パターンの反射光を生成可能に構成され、例えば図１２に示すように、可動ミラー５６３ａがｍ行×ｎ列にわたって次元的に配列されたＤＭＤ（Digital Micromirror DeviceまたはDeformable Micromirror Device）が好適に用いられる。図１３にＤＭＤの一部を拡大した斜視図を示すように、各可動ミラー５６３ａ，５６３ａ，…は、入出射面と直交方向に延びる軸Ｊ回りに各々独立して回動可能に設けられており、図示省略するＤＭＤ駆動装置によって各可動ミラーがオン位置とオフ位置とに切り換え制御される。

【0057】

可動ミラー５６３ａがオン位置に設定されたときには、照明光学系５５２から出射して当該可動ミラー５６３ａで反射された光は、投影光学系５５４に入射して露光対象物５６５の露光面に結像する。一方、可動ミラー５６３ａがオフ位置に設定されたときには、照明光学系５５２から出射して当該可動ミラー５６３ａで反射された光は投影光学系５５４に入射せず、光路上に設けられたダンパにより吸収される。そのため、所定座標位置の可動ミラーをオン位置、他の座標位置の可動ミラーをオフ位置に設定することにより、任意パターンの光を生成して露光することができる（前記の特許等を参照）。

【0058】

露光装置５５０においては、パルスレーザ装置ＬＳから出力されたパルス光が照明光学系５５２に入力され、所定光束に調整されたパルス光がミラー５５３を介して可変成形マスク５６３に照射される。可変成形マスク５６３に入射した光は所定パターンに変換されて投影光学系５５４に入射し、露光対象物支持テーブル５５５に保持された露光対象物５６５の所定位置に照射される。これにより、露光パターンに応じた露光光が、半導体ウェハや液晶パネル等の露光対象物５１５の上に所定倍率で結像される。

【0059】

以上説明した構成形態の露光装置５００，５５０は、光源としてパルスレーザ装置ＬＳを備えている。そのため、時間幅が小さいパルス光により露光精度を高めた露光装置を提供することができる。

【0060】

パルスレーザ装置ＬＳを備えたシステムの第３の適用例として、直接描画タイプの露光装置について、図１４を参照して説明する。この露光装置５７０は、パルスレーザ装置から出力されたパルス光を偏向手段により偏向して露光対象物５８５上を走査させ、予め設定された任意パターンの像を露光対象物に直接描画する。本構成例では偏向手段としてポリゴンミラーを用いた構成を例示する。

【0061】

露光装置５７０は、既述したパルスレーザ装置ＬＳと、整形光学系５７２と、ポリゴンミラー５８３と、対物光学系５７４と、露光対象物５８５を保持する露光対象物支持テーブル５７５と、露光対象物支持テーブル５７５を水平面内で移動させる駆動機構５７６とを備えて構成される。整形光学系５７２はコリメートレンズを含む複数のレンズ群からなり、パルスレーザ装置ＬＳから出力されたパルス光を整形し、ミラー５７３を介してポリゴンミラー５８３に入射させる。ポリゴンミラー５８３は回転多面鏡であり、図１４では平面視において正六角形のミラーがミラー駆動機構により紙面に直交する軸廻りに回転駆動される構成を例示する。対物光学系５７４はｆθレンズや集光レンズ等の複数のレンズ群により構成され、ポリゴンミラー５８３により走査されるパルス光を露光対象物支持テーブル５７５に保持された露光対象物５８５に結像させる。露光対象物支持テーブル５７５は露光対象物５８５をポリゴンミラー５８３によるパルス光の走査方向と直交する方向（図において紙面直交方向）に移動させる。

【0062】

パルスレーザ装置ＬＳ、ポリゴンミラー５８３及び露光対象物支持テーブル５７５は、図示省略する制御装置により作動が制御される。制御装置には、露光対象物５８５に描画するパターンのデータが予め設定記憶されており、制御装置は、設定されたパターンのデータに応じてパルスレーザ装置ＬＳ、ポリゴンミラー５８３及び露光対象物支持テーブル５７５の作動を制御する。これにより、露光対象物支持テーブル５７５に保持された露光対象物５８５に予め設定されたパターンの像が露光形成される。

【0063】

パルスレーザ装置ＬＳは、任意パターンのパルス光を発生させることができ、かつパルス光を構成する光パルス単位で高速にオン／オフ制御することができる。そのため、マスクを用いずにパルス光で直接描画する本構成形態のような露光装置において特に重要となるパルス光そのものを高精度に制御することができ、精度が高い露光を実現することができる。

【0064】

なお、実施形態では偏向手段の一例として、パルスレーザ装置ＬＳから出力されたパルス光を露光対象物５８５上で一軸方向に走査させるポリゴンミラー５８３を例示したが、偏向手段は他の構成を用いることもできる。例えば、ポリゴンミラー５８３に代えてガルバノミラーを用いることができ、あるいは、２つのガルバノミラーを直交する二軸方向に組み合わせてパルスレーザ装置ＬＳから出力されたパルス光を露光対象物５８５上で二軸方向に走査させるように構成することもできる。

【0065】

次に、パルスレーザ装置ＬＳを備えたシステムの第４の適用例として、フォトマスクや液晶パネル、ウェハ等（被検物）の検査工程で使用される検査装置について、その概要構成を示す図１５を参照して説明する。図１５に例示する検査装置６００は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物６１３に描かれた微細なデバイスパターンの検査に好適に使用される。

【0066】

検査装置６００は、前述したパルスレーザ装置ＬＳと、照明光学系６０２と、被検物６１３を保持する被検物支持台６０３と、投影光学系６０４と、被検物６１３からの光を検出するＴＤＩ(Time Delay Integration)センサ６１５と、被検物支持台６０３を水平面内で移動させる駆動機構６０６とを備えて構成される。照明光学系６０２は複数のレンズ群からなり、パルスレーザ装置ＬＳから出力されたパルス光を、所定光束に調整して被検物支持台６０３に保持された被検物６１３に照射する。投影光学系６０４も複数のレンズ群により構成され、被検物６１３を透過した光をＴＤＩセンサ６１５に投影する。

【0067】

このような構成の検査装置６００においては、パルスレーザ装置ＬＳから出力されたパルス光が照明光学系６０２に入力され、所定光束に調整されたパルス光が被検物支持台６０３に保持されたフォトマスク等の被検物６１３に照射される。被検物６１３からの光（本構成例においては透過光）は、被検物６１３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６０４を介してＴＤＩセンサ６１５に投影され結像する。このとき、駆動機構６０６による被検物支持台６０３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ６１５の転送クロックとは同期して制御される。

【0068】

そのため、被検物６１３のデバイスパターンの像がＴＤＩセンサ６１５により検出され、このようにして検出された被検物６１３の検出画像と、予め設定された所定の参照画像とを比較することにより、被検物に描かれた微細パターンの欠陥が抽出される。なお、被検物６１３がウェハ等のように光透過性を有さない場合には、被検物からの反射光を投影光学系６０４に入射してＴＤＩセンサ６１５に導くことにより、同様に構成することができる。

【0069】

このような構成形態の検査装置６００は、光源としてパルスレーザ装置ＬＳを備えている。そのため、時間幅が小さいパルス光により検査精度を高めた検査装置を提供することができる。

【0070】

また、他の実施形態として、電子デバイス製造方法に関する実施形態を説明する。本実施形態の電子デバイス製造方法には、上述した露光装置５００，５５０，５７０が適用される。電子デバイス製造方法では、感光材料が塗布された基板を、露光装置を用いて露光して、基板にパターンを形成する処理、露光された基板を現像する処理、ダイシング、ボンディング、パッケージなどにより基板を加工する処理等により電子デバイスが製造される。上述した露光装置５００，５５０，５７０は、時間幅が小さいパルス光により露光精度が高められているため、本実施形態の電子デバイス製造方法では、高性能な電子デバイスを製造することができる。なお、本実施形態の基板としては、半導体ウェハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウェハ、あるいは露光装置に用いられるマスクまたはレチクルに用いる基板（合成石英、シリコンウェハ）等が挙げられる。

【0071】

上記の通り、種々の形態について説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。

【0072】

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１４年第２８７５５号（２０１４年２月１８日出願）

【符号の説明】

【0073】

ＬＳ パルスレーザ装置
１ レーザ光発生部 ２ 増幅部
３ 波長変換部 ８ 制御部
１１ レーザ光源 １２ ＥＯ強度変調器
２１ ファイバ増幅器（増幅器）
３０ 波長変換光学系 ３１，３２ 波長変換光学素子
８０ パルス制御回路 ８１ レーザ光源駆動回路
８２ 強度変調器駆動回路 ８３ ファイバ増幅器駆動回路
５００ 露光装置
５０２ 照明光学系 ５０３ マスク支持台
５０４ 投影光学系 ５０５ 露光対象物支持テーブル
５１３ フォトマスク ５１５ 露光対象物
５５０ 露光装置
５５２ 照明光学系 ５５３ ミラー
５５４ 投影光学系 ５５５ 露光対象物支持テーブル
５６３ 可変成形マスク ５６５ 露光対象物
５７０ 露光装置
５７２ 整形光学系 ５７３ ミラー
５７４ 対物光学系 ５７５ 露光対象物支持テーブル
５８３ ポリゴンミラー ５８５ 露光対象物
６００ 検査装置
６０２ 照明光学系 ６０３ 被検物支持台
６０４ 投影光学系 ６１３ 被検物
６１５ ＴＤＩセンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】