JP2017151282A - 光源装置、検査装置、及び光源装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して波長変換光を出力することができる光源装置、及び検査装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様にかかる光源装置１００は、レーザ光Ｌ１を発生させるレーザ光源と、レーザ光源１１を駆動するレーザ電源１２と、基本波又はその高調波を入射光として、波長変換光を発生する少なくとも１つの非線形光学結晶２６と、波長変換光を検出する検出器３４と、非線形光学結晶に対する前記入射光の入射位置を変化させるモータドライバ１３と、検出器３４からの検出信号に基づいて、波長変換光の出力が一定となるようにレーザ電源１２の出力電力をフィードバック制御する制御ＰＣ１４と、を備えている。制御ＰＣ１４は、出力電力が閾値を越えた場合に、入射位置を変化させるよう制御し、入射位置が変化した後の所定期間、出力電力が閾値を越えたとしても入射位置が変化しないよう、制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置、検査装置、及び光源装置の制御方法に関する。

微細化が進む半導体露光用フォトマスク原板の製造過程では、原板内の微小な欠陥を測定することが必要である。また、微細な露光パターンが描かれたレチクルに対しては、実際のパターンが正しく描かれているか、パターン上に欠陥が無いかを測定する必要がある。

このような目的には、連続ないし高繰返しパルス出力の光を被測定物に照射して、その散乱等による強度変化を捉えて比較する半導体欠陥検査装置が用いられている。半導体欠陥検査装置の方式は多岐にわたるが、一般的に光源の波長を短波長化するほど分解能が向上する。このため、近年、非線形光学結晶を用いたレーザ光の波長変換による深紫外域の光源が主に利用されている。強度変化を捉えるという装置の原理上、光源出力は長時間において常に安定な必要があり、何らかの方法で安定化制御することが行われている。

特許文献１には、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０）結晶、又はＢＢＯ（β−ＢａＢ_２Ｏ_４）結晶を用いて、１９３ｎｍの深紫外光を発生させる光源装置が開示されている。特許文献１では、出力光のパワーをモニタする出力光モニタ装置と、出力光のパワーが一定となるよう基本波のパワーを操作する出力光調整装置と、基本波のパワーをモニタする基本波モニタ装置とを有している。

特開２００６−３０５９４号公報

Yushi Kaneda, et al. ,"Continuous-wave, single-frequency 229 nm laser source for laser cooling of cadmium atoms," Opt. Lett. 41, 705-708 (2016)

ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶では、長時間使用すると波長変換結晶そのものがダメージを受けて、変換効率が低下するという問題点がある。したがって、特許文献１では、出力光のパワーが一定となるようにフィードバック制御中に、基本波のパワーが所定値に達したら、ＢＢＯ結晶をシフトしている。

特許文献１では、基本波のパワーが所定値に達したら、波長変換結晶が劣化したと判断して、ＢＢＯ結晶に対する入射光の受光位置を変化させている。このようにすることで、ＢＢＯ結晶の劣化していない箇所において、波長変換光を発生させることができる。よって、変換効率の低下を防ぐことができる。

しかしながら、非特許文献１によれば、波長変換結晶に入射光を入射させた直後では、変換効率が大きく低下してしまう。そのため、特許文献１の方法を用いた場合、ＢＢＯ結晶をシフトした直後に、波長変換光の出力を安定させることができない恐れがある。

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、簡素な構成で、波長変換光の出力を安定させることができる光源装置、及び検査装置を提供することを目的とするものである。

本実施形態の一態様にかかる光源装置は、基本波を発生させるレーザ光源と、前記レーザ光源を駆動するレーザ電源と、前記基本波又はその高調波を入射光として、波長変換光を発生する少なくとも１つの非線形光学結晶と、前記波長変換光を検出する検出器と、前記非線形光学結晶に対する前記入射光の入射位置を変化させる駆動機構と、前記検出器からの検出信号に基づいて、前記波長変換光の出力が一定となるように前記レーザ電源の出力電力をフィードバック制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記出力電力が閾値を越えた場合に、前記入射位置を変化させるよう前記駆動機構を制御し、前記入射位置が変化した後の所定期間、前記出力電力が前記閾値を越えたとしても前記入射位置が変化しないよう、前記駆動機構を制御するものである。簡素な構成で、波長変換光の出力を安定させることができる。

上記の光源装置において、前記非線形光学結晶がＢＢＯ結晶であることが好ましい。

上記の光源装置において、前記レーザ光源が連続出力で動作することが好ましい。

上記の光源装置において、前記所定期間では、前記レーザ電源が前記レーザ光源の定格最大出力を越えた出力電力を前記レーザ光源に供給することが好ましい。これにより、定格最大出力の低いレーザ光源を用いることができる。

本実施の形態にかかる検査装置は、上記の光源装置と、前記光源装置からの前記波長変換光により照明された検査対象を撮像する撮像装置と、を備えたものである。これにより、安定して照明することができるため、安定した検査が可能となる。

上記の検査装置において、前記検査対象を検査していない非検査時において、前記駆動機構により前記入射光の前記入射位置を変化させて、前記入射光を前記前記非線形光学結晶に入射させるようにしてもよい。

本実施の形態にかかる光源装置の制御方法は、基本波を発生させるレーザ光源と、前記レーザ光源を駆動するレーザ電源と、前記基本波又はその高調波を入射光として、波長変換光を発生する少なくとも１つの非線形光学結晶と、前記波長変換光を検出する検出器と、前記非線形光学結晶に対する前記入射光の入射位置を変化させる駆動機構と、を備えた光源装置の制御方法であって、前記検出器からの検出信号に基づいて、前記波長変換光の出力が一定となるように前記レーザ電源の出力電力をフィードバック制御する工程と、前記出力電力が閾値を越えた場合に、前記入射位置を変化させるよう前記駆動機構を制御する工程と、前記入射位置が変化した後の所定期間、前記出力電力が前記閾値を越えたとしても前記入射位置が変化しないよう、前記駆動機構を制御する工程と、を備えたものである。簡素な構成で、波長変換光の出力を安定させることができる。

上記の制御方法において、前記非線形光学結晶がＢＢＯ結晶であることが好ましい。

上記の制御方法において、前記レーザ光源が連続出力で動作することが好ましい。

上記の制御方法において、前記所定期間では、前記レーザ電源が前記レーザ光源の定格最大出力を越えた出力電力を前記レーザ光源に供給するようにしてもよい。

本発明によれば、簡素な構成で、波長変換光の出力を安定させることができる光源装置、検査装置、及び光源装置の制御方法を提供することができる。

本実施の形態にかかる光源装置の構成を示す図である。 非線形光学結晶に入射する入射光の出力を一定とした場合の、波長変換光の出力変化を示すグラフである。 シフトタイミング直後の入射光の出力変化を示すグラフである。 波長変換光の出力を一定にするようフィードバック制御した場合の、入射光の出力を示すグラフである。 光源装置を用いた検査装置の構成を示す図である。

本実施の形態にかかる光源装置は、例えば、波長変換素子（非線形光学結晶）によって、波長変換光を発生する。本実施の形態では、フォトマスクなどの半導体検査装置の照明光源として用いられる光源装置について説明するが、光源装置の用途は検査装置に限られるものではない。

本実施の形態にかかる光源装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、光源装置１００の構成を示す図である。光源装置１００は、レーザ光源１１と、レーザ電源１２と、モータドライバ１３と、制御ＰＣ１４と、モータ１５と、ステージ１６と、レンズ１７と、外部共振器２０と、ミラー３１と、ミラー３２と、ビームサンプラ３３と、検出器３４を備えている。

レーザ光源１１は、基本波であるレーザ光Ｌ１を発生する。レーザ光源１１が発生するレーザ光Ｌ１が、後述する波長変換結晶２６に入射する入射光となる。具体的には、レーザ光源１１は、波長４８８ｎｍの連続出力の青色レーザ光を発生する。波長４８８ｎｍのレーザ光Ｌ１は縦シングルモードである。

レーザ電源１２は、レーザ光源１１を駆動するための電力を出力する。すなわち、レーザ電源１２がレーザ光源１１に電力を供給することで、レーザ光源１１がレーザ光Ｌ１を生成する。後述するように、制御ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１４がレーザ電源１２の出力電力を制御する。

レーザ光源１１からのレーザ光Ｌ１は、レンズ１７を介して、外部共振器２０に入射する。外部共振器２０は、４つの光学鏡２１〜２４を有するリング型の外部共振器である。光学鏡２１〜２４は高反射ミラーである。光学鏡２１、光学鏡２２は、平面鏡となっている。光学鏡２３、及び光学鏡２４は凹面鏡となっている。外部共振器２０は、さらに、非線形光学結晶２６と、アクチュエータ２５とを有している。外部共振器２０の内部に非線形光学結晶２６が配置されている。

基本波のレーザ光Ｌ１は、部分反射ミラーである光学鏡２１の裏面から、外部共振器２０内に導かれる。外部共振器２０内に導入されたレーザ光Ｌ１は、光学鏡２２、光学鏡２３、光学鏡２４、光学鏡２１での反射を順番に繰り返していく。これにより、レーザ光Ｌ１が共振するため、レーザ光Ｌ１の強度を高くすることができる。また、光学鏡２２には、外部共振器長を調整するためのアクチュエータ２５が取り付けられている。制御ＰＣ１４が、アクチュエータ２５を適切に制御することにより共振が保たれる。これにより、外部共振器２０内では、レーザ光Ｌ１は入射パワーの５０倍以上に増強される

さらに、光学鏡２３から光学鏡２４までの間には、非線形光学結晶２６が配置されている。非線形光学結晶２６は、例えば、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ（ＬｉＢ_３Ｏ_５）結晶、ＣＬＢＯ結晶などを用いることができる。非線形光学結晶２６は、レーザ光Ｌ１を波長変換して、波長変換光Ｌ２を発生させる。ここでは、非線形光学結晶２６としてＢＢＯ結晶を用いている。非線形光学結晶２６は、レーザ光Ｌ１の第２高調波を波長変換光Ｌ２として発生する。したがって、波長変換光Ｌ２は波長２４４ｎｍの紫外レーザ光となる。非線形光学結晶２６の角度と温度を適切に維持することで第２高調波発生に対する位相整合条件が満たされる。これにより、波長２４４ｎｍの波長変換光Ｌ２を数１０％の変換効率で発生することができる。

そして、非線形光学結晶２６で発生した波長変換光Ｌ２は、光学鏡２４から取り出される。光学鏡２４には、波長４８８ｎｍに対して高反射、波長２４４ｎｍに対して反射防止の膜が施されている。なお、光学鏡２４として、レーザ光Ｌ１を反射して、波長変換光Ｌ２を透過するダイクロイックミラー等を用いてもよい。

外部共振器２０から取り出された波長変換光Ｌ２は、ミラー３１、３２で反射して、ビームサンプラ３３に入射する。ビームサンプラ３３は、波長変換光Ｌ２の一部を透過して、一部を反射する。ビームサンプラ３３を透過した波長変換光Ｌ２は、フォトマスクの検査で利用される出力光Ｌ３となる。例えば、ビームサンプラ３３を透過した出力光ｌ３は、後述するように検査装置の照明光として利用される。ビームサンプラ３３で反射した波長変換光Ｌ２は、検出器３４に入射する検出光Ｌ４となる。なお、ビームサンプラ３３は、検出器３４が検出できる程度の光量の検出光Ｌ４を取り出せればよい。

検出器３４は、フォトダイオードやフォトマルチプライア等である。検出器３４は、検出光Ｌ４に応じた検出信号を制御ＰＣ１４に出力する。検出器３４は、検出光Ｌ４の検出光量に基づいた検出信号を生成して、制御ＰＣ１４に出力する。制御ＰＣ１４は、検出信号に基づいて、レーザ電源１２の出力電力を制御する。

具体的には、検出器３４での検出光量が一定となるよう、レーザ電源１２の出力電力を調整する。制御ＰＣ１４は、波長変換光Ｌ２の出力が一定となるように、フィードバック制御を行う制御部となる。検出器３４からの検出信号の信号強度が下がると、制御ＰＣ１４は、レーザ電源１２の出力電力を高くする。これにより、レーザ光Ｌ１の出力が高くなるため、波長変換光Ｌ２の出力が一定に保たれる。一方、検出器３４からの検出信号の信号強度が上がると、制御ＰＣ１４は、レーザ電源１２の出力電力を低くする。これにより、レーザ光Ｌ１の出力が低くなるため、波長変換光Ｌ２の出力が一定に保たれる。このように、非線形光学結晶２６からの波長変換光Ｌ２の光強度が一定になるように、制御ＰＣ１４がフィードバック制御を行う。

また、非線形光学結晶２６は、ステージ１６の上に載置されている。ステージ１６はモータ１５が取り付けられた駆動ステージである。モータ１５は、ステッピングモータやサーボモータであり、モータドライバ１３に接続されている。モータドライバ１３は、制御ＰＣ１４からの制御信号によりモータ１５を動作させる。すなわち、ステージ１６、モータ１５、及びモータドライバ１３は、非線形光学結晶２６におけるレーザ光の入射位置を変化させるための駆動機構となる。具体的には、モータ１５は、ステージ１６を光軸と直交する方向に移動させる。これにより、非線形光学結晶２６におけるレーザ光の入射位置がシフトする。

このようにすることで、非線形光学結晶２６における入射光の入射位置を変えることができる。すなわち、モータ１５がステージ１６を移動することで、ステージ１６の上に固定された非線形光学結晶２６が移動する。よって、レーザ光Ｌ１が、非線形光学結晶２６の異なる位置に入射するようになる。

制御ＰＣ１４は、検出信号に基づいて、モータドライバ１３を制御する。制御ＰＣ１４は、非線形光学結晶２６に対するレーザ光Ｌ１の入射位置を制御する。なお、制御ＰＣ１４によるレーザ光Ｌ１の入射位置の制御については後述する。

ここで、非線形光学結晶２６に入射する入射光の出力を一定とした場合に、波長変換光Ｌ２の出力変動について、図２を用いて、説明する。図２は、非線形光学結晶２６に入射する入射光（すなわち、レーザ光Ｌ１）の出力を一定とした場合の、波長変換光Ｌ２の出力の時間変化を示すグラフである。なお、入射光の出力は、レーザ電源１２がレーザ光源１１に供給する出力電力に対応している。つまり、図２では、レーザ電源１２がレーザ光源１１に一定の出力電力を供給した場合の、波長変換光Ｌ２の出力変化を示している。図２では、上段に入射光（レーザ光Ｌ１）の出力（Ｗ）を示し、下段に波長変換光Ｌ２の出力（Ｗ）を示している。なお、図２では、入射光の出力を１Ｗで一定としている。

ここでは、タイミングＴ１１、Ｔ１３で、モータ１５が非線形光学結晶２６に対する入射光の入射位置をシフトしている。そして、図２では、入射光の入射位置を変えた直後の一定期間を期間Ａ１、Ａ２として示している。また、期間Ａ１、期間Ａ２の後、次に入射光の入射位置を変えるまでの期間を期間Ｂ１、Ｂ２として示している。すなわち、期間Ｂ１は、期間Ａ１の終端（Ｔ１２）から次に入射位置を変えるタイミング（Ｔ１３）の期間となる。

入射光の入射位置を変えた直後のシフトタイミングＴ１１、Ｔ１３では、変換効率が急激に低下するため、波長変換光Ｌ２の出力が最も低くなる。具体的には、シフト直後では、波長変換光Ｌ２の出力が０．２Ｗ程度となる。そして、入射位置を変えた後の期間Ａ１、Ａ２では、時間とともに波長変換光の出力が徐々に上昇する。期間Ａ１、及び期間Ａ２の終端（Ｔ１２、Ｔ１４）では、波長変換光Ｌ２の出力が０．３Ｗに到達して飽和する。

そして、期間Ａ１、Ａ２の後の期間Ｂ１、Ｂ２では、徐々に波長変換光の出力が徐々に減少していく。すなわち、期間Ｂ１、Ｂ２では、レーザ光Ｌ１の照射によって非線形光学結晶２６が劣化していくため、変換効率が徐々に低下していく。例えば、２００時間経過すると、変換効率が１０％低下して、０．２７Ｗとなる。

このように、入射光の入射位置をシフトしたシフトタイミングＴ１１、Ｔ１３で、変換効率が大幅に低下する。例えば、波長変換効率が３０％程度低下する。図３に、シフトタイミングからの波長変換光Ｌ２の出力変化を示す。図３では横軸が時間(ｈｒ)、縦軸が波長変換光Ｌ２の出力(a.u.)となっている。図３に示すように、シフトタイミング（０：００）では、波長変換光Ｌ２の出力が最も低くなっている。そして、波長変換光Ｌ２の出力が徐々に増加して、２時間程度経過すると、ほぼ元の出力に戻る。さらに、シフトタイミングから６時間経過後（６：００）程度で波長変換光Ｌ２の出力が最大となる。

特許文献１に示した制御方法では、出力光が一定のパワーとなるようにフィードバック制御している。そして、フィードバック制御中に、入射光のパワーが所定値に到達すると、入射位置をシフトしている。しかしながら、上記のように、シフトタイミングにおいて、変換効率が大幅に低下する。このため、出力光のパワーを一定にしようとすると、シフトタイミングの直後では、入射光の出力を大幅に上昇させる必要がある。シフトタイミングの直後において、入射光の入射位置をさらに変える必要が生じる。よって、特許文献１の制御方法では、入射光の入射位置を安定させることができず、出力の安定化が困難になる

そこで、本実施の形態では、制御ＰＣ１４が、以下に示す制御により、出力を安定させている。図４を用いて、本実施の形態にかかる制御方法について説明する。図４は、波長変換光Ｌ２の出力を一定となるよう制御した場合の、入射光（レーザ光Ｌ１）の出力の時間変化を示すグラフである。

制御ＰＣ１４は、波長変換光Ｌ２の出力が一定となるよう、フィードバック制御を行っている。すなわち、検出器３４からの検出信号が一定値となるように、制御ＰＣ１４は、レーザ電源１２の出力電力を制御している。ここで、レーザ電源１２がレーザ光源１１に出力する出力電力が入射光の出力に対応する。さらに、本実施の形態では、入射光の出力に対して閾値ＴＨが設定されている。そして、制御ＰＣ１４は、レーザ電源１２の出力電力（入射光の出力）と閾値ＴＨを比較する。入射光の出力が閾値ＴＨに到達したら、制御ＰＣ１４は、非線形光学結晶２６に対する入射光の入射位置をシフトするよう、モータドライバ１３を制御する。すなわち、入射光の出力が閾値ＴＨを越えたら、モータ１５がステージ１６を駆動して、非線形光学結晶２６を移動させる。

図４では、タイミングＴ１、Ｔ３が、非線形光学結晶２６をシフトさせるシフトタイミングとなっている。タイミングＴ１、Ｔ３では、変換効率が大幅に低下する。波長変換光Ｌ２の出力を一定とするために、タイミングＴ１、Ｔ３において、入射光の出力が最大となっている。そして、非線形光学結晶２６をシフトした直後の期間Ｃ１、Ｃ２では、徐々に変換効率が上昇する。例えば、タイミングＴ２から変換効率が回復する。同様に、タイミングＴ４から変換効率が回復する。よって、期間Ｃ１、Ｃ２では、入射光出力が徐々に低下していく。なお、期間Ｃ１は、シフトタイミングＴ１からタイミングＴ２までの期間であり、期間Ｃ２はタイミングＴ３からタイミングＴ４までの期間である。

期間Ｃ１、Ｃ２の少なくとも一部では、入射光の出力が閾値ＴＨを越えている。そのため、本実施の形態では、シフトタイミング直後の一定の期間Ｃ１、及び期間Ｃ２では、入射光の出力が閾値ＴＨを越えていたとしても、非線形光学結晶２６が移動しない。すなわち、入射位置が変化した後の所定の期間Ｃ１、及び期間Ｃ２において、レーザ電源１２が供給する出力電力が閾値ＴＨを越えたとしても、入射位置が変化しないよう、制御ＰＣ１４が制御する。すなわち、期間Ｃ１、及び期間Ｃ２では、モータ１５が停止するように、制御ＰＣ１４が制御を行う。このようにすることで、ステージ１６の位置を固定することができる。よって、非線形光学結晶２６のシフト直後に、一時的に変換効率が低下した場合でも、非線形光学結晶２６に対するレーザ光Ｌ１の入射位置が一定となる。よって、安定して波長変換光Ｌ２を発生させることができる。期間Ｃ１、及び期間Ｃ２の時間は予め設定しておけばよい。例えば、期間Ｃ１、期間Ｃ２として２時間〜６時間程度の時間を設定することができる。

一方、期間Ｃ１及び、期間Ｃ２の終了後において、すなわち、期間Ｄ１、及び期間Ｄ２において、入射光の出力が閾値ＴＨを越えたら、制御ＰＣ１４は、モータドライバ１３を制御して、入射位置をシフトさせる。すなわち、期間Ｃ１の後の期間Ｄ１、及び期間Ｃ２の後の期間Ｄ２では、制御ＰＣ１４が入射光の出力と閾値ＴＨを比較し、比較結果に応じて、非線形光学結晶２６をシフトさせる。例えば、図４では、タイミングＴ３、Ｔ５の直前において、入射光の出力が閾値ＴＨを越える。したがって、タイミングＴ３、Ｔ５の直前において、制御ＰＣ１４は、入射位置を変えるように、モータドライバ１３を制御する。

このようにすることで、レーザ光Ｌ１の照射により非線形光学結晶２６がある程度劣化すると、非線形光学結晶２６の別の箇所に入射位置が移動する。非線形光学結晶２６に未使用箇所にレーザ光Ｌ１を照射することができる。よって、高い変換効率で、安定して波長変換光Ｌ２を発生させることができる。非線形光学結晶２６の変換効率の著しい低下を防ぐことができるため、レーザ電源１２からレーザ光源１１に供給される出力電力量を少なくすることができる。よって、波長変換光Ｌ２を安定して発生させることができる。

また、期間Ｃ１、期間Ｃ２においては、レーザ電源１２からレーザ光源１１に供給される出力電力が一時的に高くなる。しかしながら、期間Ｃ１、期間Ｃ２は、上記の通り、１〜６時間程度である。一方、期間Ｄ１、及び期間Ｄ２は、１００〜２００時間である。期間Ｃ１、及び期間Ｃ２は、期間Ｄ１、及び期間Ｄ２に比べて十分短い。したがって、短時間であれば、レーザ光源１１が定格最大出力以上でレーザを発振させたとしても、問題がない。

例えば、図４において、定格最大出力が１Ｗであるレーザ光源１１を用いた場合、期間Ｃ１、及び期間Ｃ２の一部では、定格最大出力を越えてしまう。例えば、タイミングＴ１、Ｔ３では、入射光出力が１．１６Ｗとなる。しかしながら、定格最大出力を越える時間は、最大２時間程度であり、全動作時間（２００時間程度）の１％程度にすぎない。よって、レーザ光源１１に対する負荷の増大は、装置寿命に対して、ほとんど影響がない。

なお、レーザ光源１１を常時、定格最大出力１Ｗ以下で動作させようとする場合について考える。図２、図４に示すような特性を有する非線形光学結晶２６を用いた場合において、出力を安定化させようとすると、最も変換効率が低いタイミング、すなわちシフトタイミング直後の出力で安定させる必要が生じてしまう。すなわち、定格最大出力１Ｗ以下で動作させた場合、０．２Ｗの出力光しか得ることができなくなる。

一方、本実施の形態のように、期間Ｃ１、期間Ｃ２において、定格最大出力１Ｗを越えてレーザ光源１１を動作させるようにすれば、０．２７Ｗの出力光を安定して得ることができる。短時間だけ１０〜２０％の範囲で定格最大出力を越えて動作させることで、より高い出力の波長変換光Ｌ２を安定して得ることができる。

具体的には、図４では、定格最大出力（１Ｗ）を１６％（１．１６Ｗ）越えた値が、全動作期間を通じた入射光の最大出力となっている。このように、レーザ電源１２がレーザ光源１１の定格最大出力を越えた出力電力を一時的にレーザ光源１１に供給する。よって、比較的小型のレーザ光源１１を用いた場合でも、高出力の波長変換光Ｌ２を得ることができる。また、定格最大出力を越える時間は、上記のように、全動作時間に比べて十分に短いため、レーザ光源１１に対する影響は小さい。

なお、入射位置をシフトするための閾値ＴＨの値については、予め適切な値を設定することが好ましい。具体的には、変換効率が最大変換効率の９０％程度に低下したタイミングでシフトするような閾値ＴＨを設定することが好ましい。すなわち、入射光出力が最低となるタイミング（例えば、Ｔ２）から５％〜１０％増加した値を閾値ＴＨとして用いることが好ましい。

また、入射光出力が閾値ＴＨを越えたとしても非線形光学結晶２６をシフトさせない期間Ｃ１、Ｃ２については、入射光の出力などに応じて、適切な時間を設定することができる。また、非線形光学結晶２６の材料に応じて、期間Ｃ１、Ｃ２の長さを設定してもよい。入射光出力が閾値を越えたとしても非線形光学結晶２６をシフトさせない期間は、例えば、６時間未満とすることが好ましい。

上記の説明では、非線形光学結晶２６がＢＢＯ結晶であったが、非線形光学結晶２６は、ＢＢＯ結晶に限定されるものではなく、ＬＢＯ結晶やＣＬＢＯ結晶であってもよい。非線形光学結晶２６が波長４８８ｎｍ光を波長２４４の第２高調波に変換したが、波長は上記の例に限定されるものではない。また、レーザ光源１１は連続発振のレーザに限らず、パルスレーザであってもよい。

なお、上記の光源装置１００では、外部共振器２０の内部に、非線形光学結晶２６を配置したが、非線形光学結晶２６の配置はこれに限られるものではない。基本波のレーザ光Ｌ１、又はその高調波が入射する光路に非線形光学結晶２６が配置されていればよい。すなわち、光源装置１００には、基本波又はその高調波を入射光として、波長変換光を発生する非線形光学結晶２６が少なくとも１つ設けられていればよい。例えば、非線形光学結晶２６は２つ以上設けられていてもよい。また、共振器を用いないパルスレーザであってもよい。あるいは、内部変換方式によるパルスあるいは連続発振レーザであってもよい。

次に、本実施の形態にかかる光源装置１００を用いた検査装置の構成について、図５を用いて説明する。図５は、検査装置３００の全体構成を示す図である。図５に示す検査装置３００は、半導体製造の露光工程に用いられるマスクの検査装置である。なお、検査対象であるフォトマスクは、主に１９３ｎｍのＤＵＶ光を露光波長とするリソグラフィーに用いられる。もちろん、検査対象はフォトマスクに限定されるものではない。

図５に示すように、検査装置３００は、光源装置１００、レンズ３０２ａ〜３０２ｄ、均一化光学系３０３ａ、３０３ｂ、λ／２波長板３０４、偏光ビームスプリッタ３０５、λ／４波長板３０６、対物レンズ３０７、結像レンズ３１１、二次元光検出器３１２、ハーフミラー３１３ａ、ミラー３１３ｂ〜３１３ｃ、コンデンサーレンズ３１４、３λ／４波長板３１５を有している。

光源装置１００はＰ波である照明光Ｌ１１１を発生する。照明光Ｌ１１１は、図１の出力光Ｌ３に相当する。照明光Ｌ１１１はハーフミラー３１３ａにより２本の照明光に分岐される。ここで、ハーフミラー３１３ａを透過した照明光Ｌ１１１は、反射照明用レーザ光Ｌ３０１となり、ハーフミラー３１３ａで反射した照明光Ｌ１１１は、透過照明用レーザ光Ｌ３０６となる。

反射照明用レーザ光Ｌ３０１は、レンズ３０２ａで集光され、均一化光学系３０３ａに入射する。均一化光学系３０３ａには、例えば、ロッド型インテグレータと呼ばれるものなどが適する。

均一化光学系３０３ａから、空間的に強度分布が均一化された反射照明用レーザ光Ｌ３０１が出射する。反射照明用レーザ光Ｌ３０１は、レンズ３０２ｂを通り、λ／２波長板３０４を通ることによって偏光方向が９０度回転してＳ波となる。そして、Ｓ波となった反射照明用レーザ光Ｌ３０１は、偏光ビームスプリッタ３０５に入射し、反射照明用レーザ光Ｌ３０２のように図５の下方に反射する。反射照明用レーザ光Ｌ３０２は、λ／４波長板３０６を通って円偏光の反射照明用レーザ光Ｌ３０３になる。反射照明用レーザ光Ｌ３０３は、対物レンズ３０７を通ってマスク３０８のパターン面３０９内の観察領域３１０を照明する。なお、以上は反射照明と呼ばれる照明系である。そして、マスク３０８のパターン面３０９で反射して上方に進む反射光がレーザ光Ｌ３０４となる。

一方、光源装置１００から供給された透過照明用レーザ光Ｌ３０６は、ミラー３１３ｂで反射される。ミラー３１３ｂで反射した透過照明用レーザ光Ｌ３０６は、レンズ３０２ｃで集光され、均一化光学系３０３ｂに入射する。均一化光学系３０３ｂ内を進むことで、空間的に強度分布が均一化された透過照明用レーザ光Ｌ３０７が出射する。透過照明レーザ光Ｌ３０７はレンズ３０２ｄを通過し、ミラー３１３ｃで反射し、３／４波長板３１５を通過して、円偏光の透過照明レーザ光Ｌ３０８のようになる。そして、透過照明用レーザ光Ｌ３０８は、コンデンサーレンズ３１４を通り、マスク３０８のパターン面３０９内の観察領域３１０を照射する。なお、以上は透過照明と呼ばれる照明系である。マスク３０８を通過して、上方に進む透過光は、レーザ光Ｌ３０４となる。

マスク３０８を反射したレーザ光Ｌ３０４、又はマスク３０８を透過したレーザ光Ｌ３０４は、対物レンズ３０７を通過後、λ／４波長板３０６を通過して直線偏光に戻る。上方に進むレーザ光Ｌ３０４は、下方に進む透過照明用レーザ光Ｌ３０２とは偏光方向が直交するＰ波となり、偏光ビームスプリッタ３０５を透過する。その結果、レーザ光Ｌ３０５のように進んで結像レンズ３１１を通過して二次元光検出器３１２に当たる。したがって、二次元光検出器３１２は、波長変換光により照明されたマスク３０８を撮像する。観察領域３１０を二次元光検出器３１２上に拡大投影させて、パターン検査する。なお、二次元光検出器３１２としては、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、又はＴＤＩセンサなどの撮像装置を用いることができる。

上記のように、光源装置１００は、波長変換光Ｌ２である照明光Ｌ１１１を安定して発生させることができる。よって、高い精度で欠陥を検出することができる。

ここで、検査装置３００の非検査時において、光源装置１００は、非線形光学結晶２６をシフトして、レーザ光を非線形光学結晶２６に照射している。これにより、シフトタイミング直後に変換効率が一時的に低下する期間に検査を行わないようにすることができる。すなわち、マスク３０８を検査していないときに、非線形光学結晶２６をシフトして、レーザ光Ｌ１を非線形光学結晶２６に照射する。具体的には、非線形光学結晶２６をシフトした後、２〜６時間程度、レーザ光Ｌ１を非線形光学結晶２６に照射する。こうすることで、シフトタイミング直後の変換効率の一時的な低下が回復する。そして、照射が終わった後、検査を再開する。

非検査時では、波長変換光Ｌ２の出力が一定となるようにフィードバック制御を行わなくてもよい。よって、レーザ光源１１の出力が最大定格電力を越えない範囲で、レーザ光Ｌ１を非線形光学結晶２６に照射することができる。このようにすることで、シフトタイミング直後に一時的に落ち込んだ変換効率を非検査時に回復することができる。最大定格電力を越えないようにレーザ光源１１が動作したとしても、検査時における波長変換光Ｌ２の出力を安定化させることができる。換言すると、検査時、及び非検査時の全体を通じて、最大定格電力を越えないようにレーザ光源１１を動作させることが可能になる。非検査時は検査時よりも、レーザ電源１２の出力電力が低出力となるアイドリングを行う。

例えば、一定期間検査を行わない場合、オペレータが制御ＰＣ１４の入力装置を操作して、非検査モードを指定する。すると、制御ＰＣ１４が非線形光学結晶２６をシフトして、レーザ光源１１の定格最大出力内でレーザ光Ｌ１を非線形光学結晶２６に照射する。このようにすることで、非検査時に、変換効率の一時的な低下を回復することができる。レーザ光Ｌ１を一定時間、非線形光学結晶２６に照射したら、制御ＰＣ１４はレーザ光源１１が動作いないように制御してもよい。

あるいは、変換効率の一時的な低下を回復できる程度に予め非線形光学結晶２６の一か所又は複数箇所にレーザ光Ｌ１を照射しておいてもよい。具体的には、検査装置３００に光源装置１００を設置する前に、１時間〜６時間程度、レーザ光Ｌ１を非線形光学結晶２６に照射して、その照射位置を制御ＰＣ１４に記憶させておく。そして、検査装置３００に光源装置１００を設置する。検査時において、制御ＰＣ１４に記憶された照射位置にレーザ光Ｌ１が照射するように、ステージ１６を精度よく移動させる。このようにすることで、シフト直後の変換効率を抑制することができる。

本実施形態によれば、非線形光学結晶２６を用いてレーザ光を短波長化した光源装置１００において、低コストで信頼性の高い光出力制御を実現することができる。半導体検査用の光源装置１００においては、被測定物への照射光量が多少でも変動すると、測定データにばらつきが生じ、正確な検査結果が得られなくなる。また、長期間に渡っての出力安定性も求められる。このため、本実施形態に係る光源装置１００によって、レーザ光の光量を安定化させることができる。よって、光源装置１００からの波長変換光Ｌ２によって、検査対象を照明することで、安定した検査が可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。

１１ レーザ光源
１２ レーザ電源
１３ モータドライバ
１４ 制御ＰＣ
１５ モータ
１６ ステージ
２０ 外部共振器
２１ 光学鏡
２２ 光学鏡
２３ 光学鏡
２４ 光学鏡
２５ アクチュエータ
２６ 非線形光学結晶
３１ ミラー
３２ ミラー
３３ ビームサンプラ
３４ 検出器
１００ 光源装置

Claims (10)

1. 基本波を発生させるレーザ光源と、
   前記レーザ光源を駆動するレーザ電源と、
   前記基本波又はその高調波を入射光として、波長変換光を発生する少なくとも１つの非線形光学結晶と、
   前記波長変換光を検出する検出器と、
   前記非線形光学結晶に対する前記入射光の入射位置を変化させる駆動機構と、
   前記検出器からの検出信号に基づいて、前記波長変換光の出力が一定となるように前記レーザ電源の出力電力をフィードバック制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記出力電力が閾値を越えた場合に、前記入射位置を変化させるよう前記駆動機構を制御し、
   前記入射位置が変化した後の所定期間、前記出力電力が前記閾値を越えたとしても前記入射位置が変化しないよう、前記駆動機構を制御する光源装置。
2. 前記非線形光学結晶がＢＢＯ結晶である請求項１に記載の光源装置。
3. 前記レーザ光源が連続出力で動作する請求項１、又は２に記載の光源装置。
4. 前記所定期間では、前記レーザ電源が前記レーザ光源の定格最大出力を越えた出力電力を前記レーザ光源に供給する請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの前記波長変換光により照明された検査対象を撮像する撮像装置と、を備えた検査装置。
6. 前記検査対象を検査していない非検査時において、前記駆動機構により前記入射光の前記入射位置を変化させて、前記入射光を前記前記非線形光学結晶に入射させる請求項５に記載の検査装置。
7. 基本波を発生させるレーザ光源と、
   前記レーザ光源を駆動するレーザ電源と、
   前記基本波又はその高調波を入射光として、波長変換光を発生する少なくとも１つの非線形光学結晶と、
   前記波長変換光を検出する検出器と、
   前記非線形光学結晶に対する前記入射光の入射位置を変化させる駆動機構と、を備えた光源装置の制御方法であって、
   前記検出器からの検出信号に基づいて、前記波長変換光の出力が一定となるように前記レーザ電源の出力電力をフィードバック制御する工程と、
   前記出力電力が閾値を越えた場合に、前記入射位置を変化させるよう前記駆動機構を制御する工程と、
   前記入射位置が変化した後の所定期間、前記出力電力が前記閾値を越えたとしても前記入射位置が変化しないよう、前記駆動機構を制御する工程と、を備えた光源装置の制御方法。
8. 前記非線形光学結晶がＢＢＯ結晶である請求項７に記載の光源装置の制御方法。
9. 前記レーザ光源が連続出力で動作する請求項７、又は８に記載の光源装置の制御方法。
10. 前記所定期間では、前記レーザ電源が前記レーザ光源の定格最大出力を越えた出力電力を前記レーザ光源に供給する請求項７〜９のいずれか１項に記載の光源装置の制御方法。

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