JP2019124845A

JP2019124845A - 光源装置、検査装置、及び光源装置の制御方法

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Publication number: JP2019124845A
Application number: JP2018005886A
Authority: JP
Inventors: 佐久間　純; Jun Sakuma; 純佐久間; 明博安藤; Akihiro Ando; 阿部　泰之; Yasuyuki Abe; 泰之阿部
Original assignee: Lasertec Corp
Current assignee: Lasertec Corp
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-17
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Abstract

【課題】安定した出力を長時間得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。【解決手段】本発明の一態様にかかる光源装置１００は、レーザ光源１１と、外部共振器２０と、波長変換素子２６と、共振器長を変化させるアクチュエータ２５と、モニタ光Ｌ３を検出する光検出器３１と、光検出器３１での検出結果に基づいて、外部共振器２０の共振点からの誤差に応じた誤差信号を生成する誤差信号発生回路３２と、第１の可動範囲内においてアクチュエータ２５を動作させるとともに、誤差信号に基づいてアクチュエータ２５をサーボ制御する制御部４０と、制御部４０がサーボ制御のロック外れを検出した場合、アクチュエータ２５の可動範囲を第１の可動範囲から第２の可動範囲に変更する可動範囲制御回路４２と、を備えている。【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。

特許文献１には、波長変換可能な非線形光学素子を用いたレーザ光発生装置が開示されている。このレーザ光発生装置は、パルスレーザ光を発生する光源部と、パルスレーザ光を共振させる共振器部と、共振器長を変位させる駆動部と、共振器部からの反射光を検出する光検出器と、誤差信号生成部と、を備えている。

誤差信号生成部は、光検出器からの検出信号に基づいて、共振器長の誤差を示す誤差信号を生成する。誤差信号の生成には、ＰＤＨ（ＰｏｕｎｄＤｒｅｖｅｒＨａｌｌ）法が用いられている。さらに、レーザ光発生装置は、誤差信号に基づいて駆動部をサーボ制御する制御部を備えている。

特開２０１６−１８４６５１号公報

特許文献１において、制御部は、サーチ処理を行った後、サーボ引き込みを行っている。さらに、制御部は、サーボ引き込みの後、サーボ定常状態として、サーボ制御を行っている（特許文献１の図６参照）。

サーチ処理では、サーチ信号に基づいて、共振器長（ミラー位置）の最適点がサーチされる。サーチ信号は、所定のサーチバイアスに三角波やのこぎり波が重畳された信号である（特許文献１の段落００９９、図６参照）。サーチ範囲は、各モードをほぼ全て含むような全範囲となっている。あるいは、サーチ範囲は、全範囲よりも短い範囲であって、全範囲の１／２を越える範囲となっている（特許文献１の段落０１０６参照）。

そして、駆動部がミラーを最適点（バイアス最適点）に移動した後、サーボ引き込みが実施される。具体的には、バイアス最適点をサーボバイアスとして三角波、又はのこぎりを重畳した引き込み信号が生成される。引き込み信号の引き込み振幅は、サーチ信号のサーチ振幅よりも小さくなっている（特許文献１の段落０１１４）。

サーボ引き込み時に検出信号が閾値を下回った場合、制御部は、サーボループオン信号を発生する（特許文献１の段落０１１９）。これにより、スイッチがＯＮとされ、サーボバイアスが印加された誤差信号が駆動部に入力される。そして、所定時間を経過するとサーボ定常状態（サーボロック）に移行する。

特許文献１の装置では、複数の共振点（共振位置）のうち、光強度が最も高い共振点をサーチしている。すなわち、特許文献１では、パルスレーザ光を用いているため、共振点に応じてレーザ出力が変化する。光強度最も高い共振点の周辺でサーボロックを掛けることで、高出力の波長変換光を得ている。

外部共振器のサーボロックは、振動衝撃等により、共振点から外れてしまう場合がある。また、サーボロックを長時間維持していると、アクチュエータの制御限界に達して、共振点から外れてしまう場合もある。

サーボロックが外れた場合、速やかに再ロックする必要がある。しかしながら、アクチュエータの制御限界の近傍で再ロックしてしまうと、再びロック外れが起きてしまうおそれがある。したがって、困難になってしまう。

また、波長変換効率を高めるために高反射鏡で構成されたＱ値の高い共振器の場合、サーボ引き込みの範囲がサーチ範囲に対して極めて狭い範囲に限定されるため、再ロックが難しくなるという問題もある。

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、長時間安定した出力を得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、前記基本波、又はその高調波が入射する外部共振器と、前記外部共振器の光路に配置され、波長変換光を発生する波長変換素子と、前記外部共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、前記外部共振器からのモニタ光を検出する光検出器と、前記光検出器での検出結果に基づいて、前記外部共振器の共振点からの誤差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成部と、下限値と上限値とで設定される第１の可動範囲内において前記アクチュエータを動作させるとともに、前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータをサーボ制御する制御部と、前記制御部が前記サーボ制御のロック外れを検出した場合、前記アクチュエータの可動範囲を前記第１の可動範囲から第２の可動範囲に変更する可動範囲制御部と、を備えたものである。これにより、安定出力を長時間得ることができる。

上記の光源装置において、前記サーボ制御のサーボロック時のフィードバック制御パラメータと、前記ロック外れ時のフィードバック制御パラメータとが異なっていてもよい。これにより、サーボ引き込みを、より確実かつ速やかに行うことができる。

上記の光源装置において、前記ロック外れの後、前記サーボ制御が再ロックした場合に、前記可動範囲制御部が、前記アクチュエータの可動範囲を前記第２の可動範囲から前記第１の可動範囲に変更するようにしてもよい。これにより、第１の可動範囲の上限値又は下限値の近傍で再ロックすることを防ぐことができる。

上記の光源装置において、前記第２の可動範囲が、前記第１の可動範囲よりも狭くなっていてもよい。これにより、第１の可動範囲の上限値又は下限値の近傍で再ロックすることを防ぐことができる。

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、前記基本波、又はその高調波が入射する外部共振器と、前記外部共振器の光路に配置され、波長変換光を発生する波長変換素子と、前記外部共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、前記外部共振器からのモニタ光を検出する光検出器と、前記光検出器での検出結果に基づいて、前記外部共振器の共振点からの誤差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成部と、前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータをサーボ制御する場合、第１のフィードバック制御パラメータを用いたフィードバック制御により前記アクチュエータを動作させ、前記サーボ制御のロック外れを検出した場合、前記第１のフィードバック制御パラメータと異なる第２のフィードバック制御パラメータを用いたフィードバック制御を行う制御部と、を備えたものである。

上記の光源装置において、前記フィードバック制御パラメータが、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、及び微分（Ｄ）のフィードバック制御の少なくとも１つのゲイン値であることが好ましい。

上記の光源装置において、前記基本波が連続出力光であることが好ましい。

本実施の形態にかかる検査装置は、上記の光源装置からの光を用いて、検査対象を検査する検査装置であって、前記ロック外れを検出した場合、検査を中止するか、あるいは、ロック外れ時に検査した箇所を再検査するものである。これにより、高い精度で欠陥を検出する行うことができる。

本実施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、前記基本波、又はその高調波が入射する外部共振器と、前記外部共振器の光路に配置され、波長変換光を発生する波長変換素子と、前記外部共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、前記外部共振器からのモニタ光を検出して、検出信号を出力する光検出器と、前記検出信号に基づいて、前記外部共振器の共振点からの誤差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成部と、を備えた光源装置の制御方法であって、下限値と上限値とで設定される第１の可動範囲内において前記アクチュエータを動作させるとともに、前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータをサーボ制御するステップと、前記サーボ制御のロック外れを検出するステップと、前記アクチュエータの可動範囲を前記第１の可動範囲から第２の可動範囲に変更するステップと、を備えたものである。

上記の制御方法において、前記サーボ制御のロック時のフィードバック制御パラメータと、前記ロック外れ時のフィードバック制御パラメータとが異なっていてもよい。これにより、サーボ引き込みを、より確実かつ速やかに行うことができる。

上記の制御方法において、前記ロック外れの後、前記サーボ制御が再ロックした場合に、前記アクチュエータの可動範囲を前記第２の可動範囲から前記第１の可動範囲に変更するステップをさらに備えていてもよい。これにより、第１の可動範囲の上限値又は下限値の近傍で再ロックすることを防ぐことができる。

上記の制御方法において、前記第２の可動範囲が、前記第１の可動範囲よりも狭くなっていてもよい。これにより、第１の可動範囲の上限値又は下限値の近傍で再ロックすることを防ぐことができる。

本実施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、前記基本波、又はその高調波が入射する外部共振器と、前記外部共振器の光路に配置され、波長変換光を発生する波長変換素子と、前記外部共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、前記外部共振器からのモニタ光を検出して、検出信号を出力する光検出器と、前記検出信号に基づいて、前記外部共振器の共振点からの誤差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成部と、を備えた光源装置の制御方法であって、第１の制御パラメータを用いたフィードバック制御により前記アクチュエータを動作させるとともに、前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータをサーボ制御するステップと、前記サーボ制御のロック外れを検出するステップと、前記第１の制御パラメータと異なる第２の制御パラメータを用いたフィードバック制御により、前記アクチュエータを動作させるステップと、を備えたものである。

上記の光源装置の制御方法において、前記フィードバック制御パラメータが、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、及び微分（Ｄ）のフィードバック制御の少なくとも１つのゲイン値であることが好ましい。

上記の制御方法において、前記基本波が連続出力光であることが好ましい。

本発明によれば、長時間安定した出力を得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１にかかる光源装置の構成を示す図である。アクチュエータの可動範囲を説明するための図である。光源装置の再ロックシーケンスを示すフローチャートである。実施の形態２において、共振器長とアクチュエータの可動範囲を説明するための図である。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。

実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。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、外部共振器２０と、光検出器３１と、誤差信号発生回路３２と、制御部４０と、を備えている。制御部４０は、ＰＩＤ制御器４１と、可動範囲制御回路４２と、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、後述する波長変換素子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５３２ｎｍ又は波長４８８ｎｍの連続出力のレーザ光を発生する。つまり、レーザ光源１１は連続発振のＣＷ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）レーザ光源である。レーザ光Ｌ１は縦シングルモード光又は縦マルチモード光である。

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、波長変換素子２６と、アクチュエータ２５とを有している。外部共振器２０の内部に波長変換素子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２３、光学鏡２４、光学鏡２２、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が外部共振器２０内を循環するため、レーザ光Ｌ１が共振する。よって、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２０の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。アクチュエータ２５によって、光学鏡２２の位置が変化する。アクチュエータ２５は、外部共振器２０の共振器長をｎｍの精度で制御する。ＰＩＤ制御器４１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のパワーが増強される。

さらに、光学鏡２３から光学鏡２４までの光路中には、波長変換素子２６が配置されている。波長変換素子２６は、例えば、ＢＢＯ（β−ＢａＢ_２Ｏ_４）結晶、ＬＢＯ（ＬｉＢ_３Ｏ_５）結晶、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０）結晶などの非線形光学結晶を用いることができる。波長変換素子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、波長変換素子２６としてＢＢＯ結晶を用いている。波長変換素子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。

例えば、レーザ光Ｌ１が波長５３２ｎｍの場合、波長変換光Ｌ２は波長２６６ｎｍの紫外レーザ光となる。また、レーザ光Ｌ１が波長４８８ｎｍの場合、波長変換光Ｌ２は波長２４４ｎｍの紫外レーザ光となる。波長変換素子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。なお、波長変換の種類としては、第２高調波発生、和周波発生等がある。

そして、波長変換素子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、例えば、波長５３２ｎｍ又は波長４８８ｎｍに対して高反射、波長２６６ｎｍ又は波長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。

光検出器３１は、外部共振器２０からのモニタ光Ｌ３を検出する。光検出器３１は、フォトダイオードやフォトマルチプライア等である。光検出器３１は、光学鏡２１の反射光路上に配置されている。光検出器３１は、光学鏡２１からのレーザ光Ｌ１をモニタ光Ｌ３として検出する。外部共振器２０内の入射光が共振した場合、モニタ光Ｌ３の信号量は低下する。

光検出器３１は、検出したモニタ光Ｌ３の強度に応じた検出信号を誤差信号発生回路３２に出力する。誤差信号発生回路３２は、光検出器３１での検出結果に基づいて、誤差信号を発生させる。誤差信号は、共振器長の共振点からのずれ量を示す信号である。例えば、検出信号を時間微分した微分信号を誤差信号とすることができる。あるいは、誤差信号発生回路３２は、ＰＤＨ（ＰｏｕｎｄＤｒｅｖｅｒＨａｌｌ）法を用いて、誤差信号を生成してもよい。

誤差信号発生回路３２は、誤差信号を制御部４０に出力する。制御部４０は、ＰＩＤ制御器４１と可動範囲制御回路４２とを備えている。制御部４０は、ソフトウェア、又はハードウェアあるいはそれらの組み合わせにより実現可能である。例えば、制御部４０は、プログラムに応じて動作するプロセッサでもよい。あるいは、制御部４０は、所定の制御処理を行うハードウェア回路を備えた制御回路であってもよい。ＰＩＤ制御器４１は、誤差信号に基づいて、アクチュエータ２５をサーボ制御する。ＰＩＤ制御器４１は、誤差信号が所定の目標値に追従するようにフィードバック制御する。ＰＩＤ制御器４１は、誤差信号に基づく制御信号をアクチュエータ２５に出力する。アクチュエータ２５は、制御信号に応じた変位量になるように動作する。

具体的には、ＰＩＤ制御器４１には、ＰＩＤ制御パラメータとしてＰ値とＩ値とＤ値とが設定されている。Ｐ値とＩ値とＤ値は、Ｐ（比例）、積分（Ｉ）、及び微分（Ｄ）のフィードバック制御に対するゲイン値である。ＰＩＤ制御器４１は、これらの制御パラメータを用いて、アクチュエータ２５をＰＩＤ制御する。したがって、誤差信号に応じた変位量にアクチュエータ２５が追従するように、ＰＩＤ制御器４１がアクチュエータ２５をフィードバック制御する。適切な制御パラメータを設定することで、共振器長が共振点で維持されるようにサーボロックされる。

可動範囲制御回路４２には、アクチュエータ２５の可動範囲が設定されている。可動範囲は、上限値と下限値とで設定される。可動範囲は、アクチュエータ２５の機械的な限界範囲に基づいて設定されていてもよく、制御回路等に電気的な限界範囲に基づいて設定されていてもよい。あるいは、ユーザが可動範囲を任意に設定してもよい。ＰＩＤ制御器４１は、可動範囲内でアクチュエータ２５を動作させるように、アクチュエータ２５をサーボ制御する。すなわち、アクチュエータ２５の変位量が、上限値を超えないように、かつ下限値を下回らないように、ＰＩＤ制御器４１がアクチュエータ２５を制御する。

ここで、可動範囲制御回路４２は、第１の可動範囲と、第２の可動範囲とを格納している。第１の可動範囲は、サーボロック時に用いられ、第２の可動範囲はサーボロックが外れた時（以下、ロック外れ時とする）に用いられる。具体的には、ロックが外れた後、サーボロックに引き込む時に第２の可動範囲が用いられる。すなわち、可動範囲制御回路４２は、サーボロックの状態に応じて、第１の可動範囲と第２の可動範囲とを切替える。

以下、図２を参照して、第１の可動範囲と、第２の可動範囲について説明する。図２は、第１の可動範囲、及び第２の可動範囲を説明するための図である。さらに、図２では、共振器長と、共振器内での光強度との関係を示している。図２の横軸は、アクチュエータ２５への制御出力となっている。

図２に示すように、アクチュエータ２５への制御出力に応じて、外部共振器２０の共振器長が変化する。例えば、アクチュエータ２５への制御出力は、ＰＩＤ制御器４１が出力する制御信号の電圧レベルに対応する。アクチュエータ２５は、制御出力に応じた変位量となる。したがって、アクチュエータ２５への制御出力に応じて、共振器長が変化する。

さらに、アクチュエータ２５への制御出力に応じて、外部共振器２０内の光強度が変化する。具体的には、外部共振器２０が共振点となる制御出力の場合、外部共振器２０内の光強度がピークとなる。そして、外部共振器２０が共振点からずれると、外部共振器２０内の光強度が急速に減少する。なお、外部共振器２０の共振点はレーザ波長に対応する間隔毎に存在する。すなわち、外部共振器２０の共振器長がレーザ波長の整数倍と位置が、共振点となる

ここで、第１の可動範囲は、第１の下限値と第１の上限値とで設定されている。すなわち、第１の下限値から第１の上限値までの範囲が、第１の可動範囲となる。第２の可動範囲は、第２の下限値と第２の上限値とで設定されている。すなわち、第２の下限値から第２の上限値までの範囲が、第２の可動範囲となる。第２の可動範囲は、第１の可動範囲よりも狭くなっている。すなわち、第１の下限値は、第２の下限値よりも小さくなっており、かつ第１の上限値は第２の上限値よりも大きくなっている。したがって、第２の可動範囲は、第１の可動範囲に含まれている。なお、第１の上限値の時に、共振器長が最大となり、第１の下限値の時に、共振器長が最短となる。

また、第１の可動範囲に対応する制御出力の範囲を第１の制御範囲とする。第２の可動範囲に対応する制御出力の範囲を第２の制御範囲とする。制御出力の範囲は例えば、制御信号の電圧レベルによって決定する。

サーボロック時では、第１の可動範囲内において、アクチュエータ２５が動作する。すなわち、サーボロック時では、アクチュエータ２５は、第１の可動範囲から外れないように、動作する。サーボロック時では、アクチュエータ２５の制御出力は、第１の制御範囲内となる。サーボロックへの引き込み時には、第２の可動範囲内において、アクチュエータ２５が動作する。すなわち、引き込み時では、アクチュエータ２５は、第２の可動範囲から外れないように、動作する。引き込み時では、アクチュエータ２５の制御出力は、第２の制御範囲内となる。

このようにすることで、引き込み時において、第１の可動範囲の中央付近にある第２の可動範囲内において、サーボロックする。換言すると、第１の可動範囲の中央付近にある共振点に追従するように、アクチュエータ２５がフィードバック制御される。サーボロック時に、共振点が徐々にすれていく場合であっても、長時間のサーボロック動作が可能となる。

例えば、温度変化などにより波長変換素子２６内での光路長が徐々に変化していくことがある。この場合、動作時間とともに、共振点となる制御出力が徐々に変化してしまう。すなわち、同じ共振器長に維持しようとした場合で、アクチュエータ２５の制御出力が徐々に変わっていくことになる。したがって、再ロック時にサーボロックした共振点が第１の上限値又は第１の下限値と近いと、再ロック後のサーボ制御の直後に制御出力が第１の上限値又は第１の下限値に到達してしまうおそれがある。この場合、サーボロックを継続することができず、共振を維持することができなくなってしまう。

そこで、本実施の形態では、サーボロックへの引き込み時に、第１の可動範囲よりも狭い第２の可動範囲内で共振点を探している。このようにすることで、引き込み時に、第１の可動範囲の中央付近（図２の再ロック時共振点）でサーボロックすることができる。再ロック後のサーボ制御で長時間サーボロックを継続することができる。すなわち、共振を長時間維持することができるようになる。波長変換光Ｌ２を長時間安定的に出力することができ、光源装置１００の信頼性を向上することができる。

特に、衝撃などによりロック外れが生じた場合、ロック外れの前後で、共振器長が変化することがある。この場合、ロック外れ前の共振点に対応する制御出力の近くで再ロックしてしまうと、再ロック時の共振点が第１の可動範囲の上限値又は下限値の近くになるおそれがある。しかしながら、本実施の形態のように、第１の可動範囲よりも狭い第２の可動範囲において、共振点を探すことで、再ロック時の共振点が第１の可動範囲の上限値又は下限値の近くになることを防ぐことができる。換言すると、再ロック時の共振点は、第１の可動範囲の中央付近となる。よって、再ロック後であっても、長時間、安定出力を得ることができる。

さらに、サーボロック時と、引き込み時とで、ＰＩＤ制御の制御パラメータを変えることも可能である。すなわち、サーボロック時と引き込み時とで、ＰＩＤ制御器４１がＰ値、Ｉ値、及びＤ値の少なくとも一つのゲイン値を変えるようにする。ＰＩＤ制御器４１は、サーボロック時のフィードバック制御パラメータと、ロック外れ時のフィードバック制御パラメータとが異なるようにする。具体的には、サーボロック時には、外乱への抑制効果を優先するような制御パラメータを設定する。これにより、ロック外れを起こし難くすることができる。一方、引き込み時には、共振点への追従性を優先させるような制御パラメータを設定する。これにより、ロック外れの際は、ロック引き込みを速やかに行うことができる。これにより、波長変換光Ｌ２の安定出力を得ることができ、光源装置１００の信頼性を向上することができる。なお、サーボロック時のＰＩＤパラメータを第１のパラメータとし、引き込み時のパラメータを第２のパラメータとする。

さらに、本実施の形態では、引き込み時においても、ＰＩＤ制御器４１が第２のパラメータを用いて、ＰＩＤ制御を行っている。したがって、引用文献１のように、サーボバイアスにのこぎり波や三角波を重畳した信号を生成する必要がなくなる。よって、簡便な制御で、サーボロックへの引き込みを行うことができる。

図３を用いて、光源装置１００の制御方法について説明する。図３は、光源装置１００において、ロック外れが生じた際の再ロックシーケンスを示すフローチャートである。例えば、衝撃などによりサーボロックが外れた時に、図３に示す処理が行われる。なお、サーボロックが外れる前は、第１の可動範囲内でアクチュエータ２５が動作するように、ＰＩＤ制御器４１が第１のパラメータを用いて制御部４０がサーボ制御している。

まず、サーボロックしているときに、制御部４０がロック外れを検出する（Ｓ１）。例えば、制御部４０は、サーボロック中に、誤差信号と閾値とを比較している。そして制御部４０は、誤差信号と閾値との比較結果に応じてロック外れが生じているか否かを判定する。具体的には、誤差信号が所定の時間以上連続して閾値以下となった場合、ロック外れを検出する。もちろん、制御部４０は、誤差信号ではなく、光検出器３１からの検出信号に応じて、ロック外れを検出することも可能である。

次に、可動範囲制御回路４２がアクチュエータ２５の可動範囲を第２の可動範囲に変更する（Ｓ２）。これにより、アクチュエータ２５の可動範囲が第１の可動範囲から狭められ、第２のパラメータとなる。

そして、ＰＩＤ制御器４１がＰＩＤパラメータを変更する（Ｓ３）。すなわち、ＰＩＤ制御器４１が、第１のパラメータから、追従性を優先する第２のパラメータに切替える。

次に、制御部４０が、サーボ引き込みを行う（Ｓ４）。すなわち、アクチュエータ２５が第２の可動範囲内で動作するように、ＰＩＤ制御器４１が第２のパラメータを用いて、アクチュエータ２５を制御する。ここでは、アクチュエータ２５への制御出力が第２の可動範囲を超えないように制御される。

制御部４０は、再ロックが成功したか否かを判定する（Ｓ５）。例えば、制御部４０は、誤差信号が所定の時間以上連続して閾値以上となった場合、再ロックが成功したと判定する（Ｓ５：ＹＥＳ）。一方、制御部４０は、誤差信号が所定の時間以上連続して閾値以上とならない場合、再ロックが成功していないと判定する（Ｓ５：ＮＯ）。再ロックが成功していないと判定された場合、再ロックが成功するまで制御部４０が制御を繰り返す。なお、タイムアウトの時間を経過しても再ロックが成功しない場合、再ロックのエラーとしてもよい。

再ロックが成功した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＰＩＤ制御器４１は、ＰＩＤパラメータを変更する（Ｓ６）。すなわち、第２のパラメータから、外乱抑制を優先する第１のパラメータが設定される。そして、可動範囲制御回路４２が可動範囲を第１の可動範囲に変更する（Ｓ７）。すなわち、可動範囲が第２の可動範囲から第１の可動範囲に広げられる。なお、Ｓ６とＳ７を実施する順番は反対であってもよく、Ｓ６とＳ７を同時に実施してもよい。

これにより、再ロック時の処理が終了する。したがって、再ロックした状態で、アクチュエータ２５が制御される。すなわち、第１の可動範囲内でアクチュエータ２５が動作するように、ＰＩＤ制御器４１が第１のパラメータを用いてサーボ制御している。このようにすることで、波長変換光Ｌ２の安定出力を長時間得ることができる。よって、光源装置１００の信頼性を向上することができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、第２の可動範囲の設定が実施の形態１と異なっているなお、第２の可動範囲以外の点は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。図４は、本実施の形態にかかる光源装置１００において、第１の可動範囲と第２の可動範囲とを説明するための図である。本実施の形態では、第２の可動範囲が第１の可動範囲よりも狭くなっていない。具体的には、第２の上限値は、第１の上限値よりも小さくなっているが、第１の下限値が第２の下限値よりも大きくなっている。なお、第１の下限値が第２の下限値よりも大きくなっている点以外は、実施の形態１と同様である。

可動範囲制御回路４２は、例えば、引き込み時の共振点の制御出力（図４の再ロック時共振点）を中心として、再ロック後の第１の可動範囲を設定している。具体的には、再ロック時の共振点に対応する制御出力よりも所定値だけ高い制御出力を第１の上限値として、低い出力を第２の下限値とする。このようにすることで、再ロック後の第１の可動範囲の中央、あるいは中央近傍で、サーボロック制御が開始する。よって、実施の形態１と同様に、再ロック後のサーボ制御で長時間サーボロックを継続することができる、

長時間、安定した波長変換光出力を得ることができ、光源装置１００の信頼性を向上することができる。本実施の形態では、ロック外れの前後で、第１の可動範囲が異なっていてもよい。すなわち、再ロック前の第１の可動範囲が、再ロック後の第１の可動範囲と異なっていてもよい。

なお、実施の形態１、２では、制御部４０がロック外れを検出した場合に、可動範囲制御回路４２が、第１の可動範囲から第２の可動範囲に変更したが、可動範囲は一定であってもよい。ロック外れが生じたか否かにかかわらず、可動範囲を一定とする場合、制御部４０は、制御パラメータ（ＰＩＤパラメータ）を変えればよい。具体的には、制御部４０は、サーボロック時には、第１のフィードバック制御パラメータを用いたフィードバック制御によりアクチュエータ２５を動作させる。制御部４０は、サーボ制御のロック外れを検出した場合、第１のフィードバック制御パラメータと異なる第２のフィードバック制御パラメータを用いたフィードバック制御を行う。すなわち、本実施形態にかかる制御方法は、第１の制御パラメータを用いたフィードバック制御により前記アクチュエータを動作させるとともに、前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータをサーボ制御するステップと、サーボ制御のロック外れを検出するステップと、第１の制御パラメータと異なる第２の制御パラメータを用いたフィードバック制御により、前記アクチュエータを動作させるステップと、を備えている。

（検査装置）
次に、本実施の形態１又は２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の波長変換光Ｌ２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。さらに、光源装置１００が、波長変換光Ｌ２をさらに波長変換した光を発生してもよい。例えば、光源装置１００が波長変換光Ｌ２の第２高調波を発生する場合、波長変換光Ｌ２の第２高調波を照明光Ｌ１１１として用いてもよい。

本実施形態によれば、波長変換素子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、安定した波長変換光出力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。

また、ロック外れ時では、波長変換光Ｌ２の出力が低下してしまう。このため、ロック外れを検出した場合、検査を中止するか、あるいは、ロック外れ時に検査した箇所を再検査するようにしてもよい。検査を中止した場合、再ロック後に検査を再開する。再検査を行う場合、再ロック後に再検査を実施すればよい。これにより、サーボロック時において検査することができるため、高精度で欠陥を検出することができる。

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
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波長変換素子
３１光検出器
３２誤差信号発生回路
４０制御部
４１ＰＩＤ制御器
４２可動範囲制御回路

Claims

基本波を発生させるレーザ光源と、
前記基本波、又はその高調波が入射する外部共振器と、
前記外部共振器の光路に配置され、波長変換光を発生する波長変換素子と、
前記外部共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記外部共振器からのモニタ光を検出する光検出器と、
前記光検出器での検出結果に基づいて、前記外部共振器の共振点からの誤差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成部と、
下限値と上限値とで設定される第１の可動範囲内において前記アクチュエータを動作させるとともに、前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータをサーボ制御する制御部と、
前記制御部が前記サーボ制御のロック外れを検出した場合、前記アクチュエータの可動範囲を前記第１の可動範囲から第２の可動範囲に変更する可動範囲制御部と、を備えた光源装置。
前記サーボ制御のサーボロック時のフィードバック制御パラメータと、前記ロック外れ時のフィードバック制御パラメータとが異なっている請求項１に記載の光源装置。
前記ロック外れの後、前記サーボ制御が再ロックした場合に、前記可動範囲制御部が、前記アクチュエータの可動範囲を前記第２の可動範囲から前記第１の可動範囲に変更する請求項１、又は２に記載の光源装置。
前記第２の可動範囲が、前記第１の可動範囲よりも狭くなっている請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
基本波を発生させるレーザ光源と、
前記基本波、又はその高調波が入射する外部共振器と、
前記外部共振器の光路に配置され、波長変換光を発生する波長変換素子と、
前記外部共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記外部共振器からのモニタ光を検出する光検出器と、
前記光検出器での検出結果に基づいて、前記外部共振器の共振点からの誤差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成部と、
前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータをサーボ制御する場合、第１のフィードバック制御パラメータを用いたフィードバック制御により前記アクチュエータを動作させ、前記サーボ制御のロック外れを検出した場合、前記第１のフィードバック制御パラメータと異なる第２のフィードバック制御パラメータを用いたフィードバック制御を行う制御部と、を備えた光源装置。
前記フィードバック制御パラメータが、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、及び微分（Ｄ）のフィードバック制御の少なくとも１つのゲイン値であることを特徴とする請求項２、又は５のいずれか１項に記載の光源装置。
前記基本波が連続出力光である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光源装置からの光を用いて、検査対象を検査する検査装置であって、
前記ロック外れを検出した場合、検査を中止するか、あるいは、ロック外れ時に検査した箇所を再検査する検査装置。
基本波を発生させるレーザ光源と、
前記基本波、又はその高調波が入射する外部共振器と、
前記外部共振器の光路に配置され、波長変換光を発生する波長変換素子と、
前記外部共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記外部共振器からのモニタ光を検出して、検出信号を出力する光検出器と、
前記検出信号に基づいて、前記外部共振器の共振点からの誤差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成部と、を備えた光源装置の制御方法であって、
下限値と上限値とで設定される第１の可動範囲内において前記アクチュエータを動作させるとともに、前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータをサーボ制御するステップと、
前記サーボ制御のロック外れを検出するステップと、
前記アクチュエータの可動範囲を前記第１の可動範囲から第２の可動範囲に変更するステップと、を備えた光源装置の制御方法。
前記サーボ制御のロック時のフィードバック制御パラメータと、前記ロック外れ時のフィードバック制御パラメータとが異なっている請求項９に記載の光源装置の制御方法。
前記ロック外れの後、前記サーボ制御が再ロックした場合に、前記アクチュエータの可動範囲を前記第２の可動範囲から前記第１の可動範囲に変更するステップをさらに備えた請求項９、又は１０に記載の光源装置の制御方法。
前記第２の可動範囲が、前記第１の可動範囲よりも狭くなっている請求項９〜１１のいずれか１項に記載の光源装置の制御方法。
基本波を発生させるレーザ光源と、
前記基本波、又はその高調波が入射する外部共振器と、
前記外部共振器の光路に配置され、波長変換光を発生する波長変換素子と、
前記外部共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記外部共振器からのモニタ光を検出して、検出信号を出力する光検出器と、
前記検出信号に基づいて、前記外部共振器の共振点からの誤差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成部と、を備えた光源装置の制御方法であって、
第１の制御パラメータを用いたフィードバック制御により前記アクチュエータを動作させるとともに、前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータをサーボ制御するステップと、
前記サーボ制御のロック外れを検出するステップと、
前記第１の制御パラメータと異なる第２の制御パラメータを用いたフィードバック制御により、前記アクチュエータを動作させるステップと、を備えた光源装置の制御方法。
前記フィードバック制御パラメータが、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、及び微分（Ｄ）のフィードバック制御の少なくとも１つのゲイン値であることを特徴とする請求項１０、又は１３のいずれか１項に記載の光源装置の制御方法。
前記基本波が連続出力光である請求項９〜１４のいずれか１項に記載の光源装置の制御方法。