特許 7132455 光源装置、検査装置、および調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-29

(45)【発行日】2022-09-06

(54)【発明の名称】光源装置、検査装置、および調整方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/37 20060101AFI20220830BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20220830BHJP

【ＦＩ】

G02F1/37

H01S3/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022103448

(22)【出願日】2022-06-28

【審査請求日】2022-06-28

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000115902

【氏名又は名称】レーザーテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(74)【代理人】

【識別番号】100129953

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 康弘

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 純

(72)【発明者】

【氏名】森 涼太朗

【審査官】坂上 大貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３４３７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２５００８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０１１３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２５０９７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６６１４５８４（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

１／２１－７／００

Ｈ０１Ｓ ３／００－３／０２

３／０４－３／０９５９

３／０９８－３／１０２

３／１０５－３／１３１

３／１３６－３／２１３

３／２３－４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長４６６ｎｍ～４７２ｎｍの範囲における可視光を発生させる第１の光源と、
複数の光学鏡を有する第１の外部共振器と、
前記第１の外部共振器内に設置された、前記可視光の第２高調波である波長２３３ｎｍ～２３６ｎｍの範囲における紫外光を発生させるＢＢＯ結晶と、
前記紫外光の光路上に設けられた光学素子を経て形成される遠視野像面の近傍に配置された１次元または２次元の半導体センサと、
前記半導体センサで検出された光強度分布の代表位置を算出する算出部と、
前記代表位置が所定範囲内に含まれるように、前記ＢＢＯ結晶の温度を調整する温度制御部と、
波長１０７１ｎｍ～１１３８ｎｍの範囲における赤外光を発生させる第２の光源と、
複数の光学鏡を有する第２の外部共振器と、
前記第２の外部共振器内に設置され、前記紫外光と前記赤外光の和周波混合光である波長１９３ｎｍの近傍の深紫外光を発生させるＣＬＢＯ結晶と、
前記紫外光を前記ＣＬＢＯ結晶に集光する集光レンズと、
前記集光レンズと前記ＣＬＢＯ結晶の間に配置された、前記半導体センサに入射される紫外光を取り出すビームスプリッタと
を備え、
前記代表位置の初期値は前記深紫外光の出力が最大になるように設定される
光源装置。

【請求項2】

前記温度制御部は、前記代表位置と前記ＢＢＯ結晶の温度の関係を表す一次式に基づいて、前記ＢＢＯ結晶の温度補正量を決定し、
前記半導体センサは、ＣＣＤセンサであり、
光学損傷に伴い前記ＢＢＯ結晶は空間的に平行移動され、
前記温度制御部は、前記ＢＢＯ結晶を空間的に平行移動する前に設定された前記初期値と、前記ＢＢＯ結晶を空間的に平行移動した後の前記代表位置の差に基づいて前記温度補正量を決定する
請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記代表位置は、前記光強度分布の重心位置である
請求項１または２のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項4】

請求項１または２のいずれかに記載の光源装置で発生した前記深紫外光を照射光として用いる検査装置。

【請求項5】

複数の光学鏡を有する第１の外部共振器内に設置された、波長４６６ｎｍ～４７２ｎｍの範囲における可視光の第２高調波である波長２３３ｎｍ～２３６ｎｍの範囲における紫外光を発生させるＢＢＯ結晶の温度を調整する調整方法であって、
前記紫外光の光路上に設けられた光学素子を経て形成される遠視野像面の近傍に配置された１次元または２次元の半導体センサで検出された光強度分布の代表位置を算出するステップと、
前記代表位置が所定範囲内に含まれるように、前記ＢＢＯ結晶の温度を調整するステップと、
波長１０７１ｎｍ～１１３８ｎｍの範囲における赤外光を発生させるステップと、
複数の光学鏡を有する第２の外部共振器に設置されたＣＬＢＯ結晶により、前記紫外光と前記赤外光の和周波混合光である波長１９３ｎｍの近傍の深紫外光を発生させるステップと、
前記紫外光を集光レンズにより前記ＣＬＢＯ結晶に集光するステップと、
前記集光レンズと前記ＣＬＢＯ結晶の間に配置されたビームスプリッタにより、前記半導体センサに入射される紫外光を取り出すステップと
を含み、
前記代表位置の初期値は前記深紫外光の出力が最大になるように設定される
調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源装置、検査装置、および調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

フォトマスクの欠陥を検査する検査装置では、光学的分解能を高めるため、短波長、特に、波長２５０ｎｍ以下の深紫外域の照射光源が用いられている。この場合、途切れなく高速な検査を可能とするため、連続出力で高出力の光源が望ましい。

【0003】

深紫外域の連続光を発生するために、非線形光学結晶を内部に設置した外部共振器で、可視または赤外域のレーザ光の第２高調波や和周波を発生させることが行われている（特許文献１参照）。

【0004】

紫外光発生用の非線形光学結晶として、主に、ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０（ＣＬＢＯ）結晶、β-ＢａＢ_２Ｏ_４（ＢＢＯ)結晶、ＬｉＢ_３Ｏ_５（ＬＢＯ）結晶が利用されている。

【0005】

第２高調波を発生させる装置は、単一の励起光源で構成できるため、一般に２つの光源が必要な和周波を発生させる装置よりも簡素かつ効率的である。ただし、第２高調波として発生可能な波長は、ＢＢＯ結晶により位相整合が得られる２０５ｎｍが限界とされており、それ以下の波長の光は和周波として発生させる必要がある。和周波発生用の非線形光学結晶としては、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶の全てが利用可能である。

【0006】

特許文献２では、第１の外部共振器内に設置したＢＢＯ結晶を用いて、第２高調波として波長２３３ｎｍ～２３４ｎｍの連続出力紫外光を発生させている。そして、第２の外部共振器内に配置したＣＬＢＯ結晶で紫外光と１１１１ｎｍ～１１３０ｎｍの光とを和周波混合し、波長１９３．２ｎｍ～１９３．６ｎｍの深紫外光を発生させている。

【0007】

第２高調波の発生および和周波の発生のいずれにおいても、実用的な紫外光を発生させるためには、位相整合条件を満たすことが必要である。位相整合条件とは、非線形光学結晶内の入射光の屈折率および波長と発生光の屈折率および波長に関する特殊な条件である。

【0008】

例えば、和周波を発生する場合の簡素化した位相整合条件は、ｎ_３／λ_３＝ｎ_１／λ_１＋ｎ_２／λ_２と表される。λ_１およびλ_２は入射光の波長を表し、λ_３は和周波の波長を表す。ｎ_１およびｎ_２は入射光に対する屈折率を表し、ｎ_３は和周波に対する屈折率を表す。第２高調波を発生する場合の位相整合条件は、上式でλ_１＝λ_２およびｎ_１＝ｎ_２とすることで得られる。

【0009】

ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶などの複屈折性結晶の場合、位相整合条件を満たす方法として、角度位相整合と温度位相整合の２つが存在する。角度位相整合は入射光軸と結晶軸がなす角度を調整し、温度位相整合はペルチェ素子等により結晶の温度を調整する。

【0010】

角度位相整合が可能な角度に加工された非線形光学結晶を用いる場合も、位相整合を維持するためには、結晶温度を精密に管理する必要がある。つまり、角度位相整合および温度位相整合のいずれを用いる場合も、結晶温度の精密な管理が必要になる。結晶温度を管理する場合、波長変換光の出力が最大になる温度を中心に±０．１℃以内で安定化させる場合が多い。

【0011】

非線形光学結晶から高出力の紫外光を発生させる場合、結晶自身による紫外光吸収、いわゆるセルフヒーティングによる温度変化が発生し、位相整合条件が満たされなくなるという問題がある。そのため、結晶温度を±０．１℃またはそれ以下の精度で安定化しても、紫外光出力が不安定になる場合が多い。

【0012】

紫外光は光子エネルギーが高く、非線形光学結晶で長時間紫外光を発生し続けると、結晶自身に光学損傷が生じ、波長変換効率が低下してしまう。これを解決する技術として、レーザ光が非線形光学結晶を通過する位置を変更する技術が提案されている（特許文献３～特許文献８を参照）。

【0013】

しかしながら、非線形光学結晶は熱伝導率が高くないため、ペルチェ素子等で結晶の周囲から温度を制御した場合、結晶全体の温度を均一に保つことは容易でない。そのため、結晶を空間的に平行移動させた場合、一般に位相整合条件が保てなくなり、波長変換光の出力が上昇せずに低下してしまう場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】特開２００４―０５５６９５号公報

【文献】特許第５８２５６４２号公報

【文献】特開２００３－５７６９６号公報

【文献】特開２００４－２２９４６号公報

【文献】特開平１０－２６８３６７号公報

【文献】特許第４７２９０９３号公報

【文献】特開２００６―３１７７２４号公報

【文献】特許４５７２０７４号公報

【文献】特開２０１４―１４９３１５号公報

【文献】特許第６２１０５２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

セルフヒーティングや、光学損傷後の結晶移動により、紫外光出力を最大化する、つまり位相整合条件を満たす結晶の保持温度は変化し続ける。この変化する温度を把握して制御し続けないと、紫外光光源を長期間運用できないという課題があった。

【0016】

特に２つ以上の非線形光学結晶を利用して紫外光または深紫外光を発生する装置の場合、このような制御がより複雑で難しいのは明らかである。

【0017】

このような課題を解決する手段として、特許文献９には、複数の非線形光学結晶を用いた波長変換により紫外光を発生させる光源装置において、最終的な波長変換光の出力が最大になるように、複数の非線形光学結晶を交互に温度調整することが記載されている。

【0018】

また、特許文献１０には、均一化光を生成する導光素子に波長変換光を入射し、導光素子と波長変換光の結合効率を大きくするように、非線形光学結晶の温度をフィードバック制御することが記載されている。

【0019】

しかしながら、ＢＢＯ結晶を用いて紫外光を発生させる場合、特許文献９や特許文献１０に記載された技術を用いたとしても最終的な波長変換光の出力を最大化させることは困難であった。また、１つのＢＢＯ結晶を用いる場合にも、ＢＢＯ結晶から発生する紫外光の出力を最大化し続けることが困難であった。

【0020】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ＢＢＯ結晶の温度調整を容易化する光源装置、検査装置、および調整方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0021】

本発明に係る光源装置は、
可視光を発生させる第１の光源と、
複数の光学鏡を有する第１の外部共振器と、
前記第１の外部共振器内に配置され、前記可視光の第２高調波である波長２３３ｎｍ～２３６ｎｍの範囲における紫外光を発生させるＢＢＯ結晶と、
前記紫外光の光路上に設けた光学素子を経て形成される遠視野像面の付近に配置された１次元または２次元の半導体センサと、
前記半導体センサで検出された光強度分布の代表位置を算出する算出部と
を備える。

【0022】

また、本発明に係る検査装置は、
上記光源装置で発生した紫外光または深紫外光を照射光として用いる。

【0023】

また、本発明に係る調整方法は、
複数の光学鏡を有する第１の外部共振器内に設置された、波長４６６ｎｍ～４７２ｎｍの範囲における可視光の第２高調波である波長２３３ｎｍ～２３６ｎｍの範囲における紫外光を発生させるＢＢＯ結晶の温度を調整する調整方法であって、
前記紫外光の光路上に設けられた光学素子を経て形成される遠視野像面の近傍に配置された１次元または２次元の半導体センサで検出された光強度分布の代表位置を算出するステップ
を含む。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、ＢＢＯ結晶の温度調整を容易化する光源装置、検査装置、および調整方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】紫外光および深紫外光の出力とＢＢＯ結晶の温度の関係を示すグラフである。

【図2】ＢＢＯ結晶で生成する第２高調波の広がり角を説明するための図である。

【図3】関連する光源装置の構成を示す構成図である。

【図4】ＢＢＯ結晶で発生する紫外光のウォークオフを説明するための図である。

【図5】ＢＢＯ結晶で発生する紫外光の遠視野像を例示するグラフである。

【図6】ピーク位置の算出方法を説明するための図である。

【図7】重心位置の算出方法を説明するための図である。

【図8】実施形態１にかかる光源装置の構成を示す構成図である。

【図9】光強度分布の形状の変化を示す概略図である。

【図10】紫外光のサイドローブが深紫外光に変換されていることを説明するための図である。

【図11】紫外光のサイドローブが深紫外光に変換されていることを説明するための図である。

【図12】ＢＢＯ結晶の温度と重心位置の関係を示すグラフである。

【図13】紫外光または深紫外光の出力と重心位置との関係を示すグラフである。

【図14】温度補正量の決定方法を説明するための図である。

【図15】温度補正量の決定方法を説明するための図である。

【図16】温度補正量の決定方法を説明するための図である。

【図17】ＢＢＯ結晶およびＣＬＢＯ結晶の温度の調整方法の概要を示す概略図である。

【図18】実施形態１にかかる検査装置の構成を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

【0027】

実施の形態に至る経緯
まず、本願の発明者が、本発明に想到した経緯について説明する。本願の発明者は、ＢＢＯ結晶を用いて波長４６６ｎｍ～４７２ｎｍの光源から波長２３３ｎｍ～２３６ｎｍの紫外光を発生する光源装置について検討を行った。検討の結果、ＢＢＯ結晶は、ＣＬＢＯ結晶やＬＢＯ結晶と比較して均一性が悪いことがわかった。そして、本願の発明者は、光学損傷に伴いＢＢＯ結晶を空間的に平行移動させた場合、ＢＢＯ結晶の光吸収量が不連続的に変化し、最適な位相整合条件を得るための結晶の保持温度が突如５℃以上変化し得ることを発見した。

【0028】

さらに、本願の発明者は、ＢＢＯ結晶から発生する波長２３３ｎｍ～２３６ｎｍの紫外光と、波長１０７１～１１３８ｎｍの赤外光の和周波混合光である波長１９３ｎｍ近傍の深紫外光を発生させる場合、ＢＢＯ結晶の位相整合条件のずれが、より深刻な問題を引き起こすことを発見した。

【0029】

図１の横軸はＢＢＯ結晶の温度（℃）を表し、縦軸は波長２３５ｎｍの紫外光および波長１９３ｎｍの深紫外光の出力の相対値を示している。

【0030】

温度を９０℃から１００℃まで変化させた場合でも、波長２３５ｎｍの紫外光の出力に対する位相整合条件のずれの影響は大きくない。温度が９０℃や１００℃であっても、温度が９５℃のときに得られる最大出力の９０％以上の出力が得られている。

【0031】

一方、温度が９２℃以下または１００℃付近である場合の波長１９３ｎｍの深紫外光の出力は、温度が９５℃のときに得られる最大出力の０％に近い。したがって、ＢＢＯ結晶を空間的に平行移動させて、最適温度が５℃以上ずれた場合、波長１９３ｎｍの深紫外光の出力は非常に小さくなってしまう。

【0032】

波長１９３ｎｍの深紫外光の出力が０に近くなると、深紫外光の出力を再び最大化することは困難である。なぜならば、ＢＢＯ結晶の温度補正量が分からないだけでなく、保持温度を高温側に調整するべきか、低温側に調整するべきかまでもが分からなくないためである。この場合、ＢＢＯ結晶の温度を自動的に走査して最適温度を見出す装置があったとしても、光源の復旧に長い時間が掛かってしまう。

【0033】

次に、ＢＢＯ結晶の温度変化に対して、ＣＬＢＯ結晶から発生する波長１９３ｎｍの深紫外光の出力が鋭敏に変化してしまう原因について説明する。

【0034】

ＢＢＯ結晶で第２高調波を発生する場合の位相整合条件は、複屈折結晶であるＢＢＯ結晶で正常光（ｏｒｄｉｎａｒｙ－ｒａｙ）として伝搬する基本波の屈折率と、異常光（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ－ｒａｙ）として伝搬する第２高調波の屈折率が等しいことに相当する。

【0035】

屈折率は、結晶軸と光伝搬方向の成す角度および結晶温度の関数で表される。ＢＢＯ結晶は他の結晶と比べて複屈折性が大きいため、上記角度が僅かに変化した場合にも位相整合条件が満たされなくなる。すなわち、ＢＢＯ結晶には、位相整合角許容幅が狭いという特徴がある。

【0036】

基本波の波長を４７０ｎｍとして波長２３５ｎｍの波長変換光を発生させる、長さ１０ｍｍのＢＢＯ結晶の場合、位相整合角許容幅は半値全幅で０．１８ｍｒａｄしかない。

【0037】

一方、実用的な出力の第２高調波を得るためには、レンズ等を用いて小さい径の可視光をＢＢＯ結晶に集光する必要がある。例えば、可視光を直径１００μｍに集光すると、その広がり角は結晶内で約７．４ｍｒａｄになる。その７．４ｍｒａｄの広がり角のうち、位相整合角を中心とした±０．０９ｍｒａｄの範囲しか位相整合しない。そして、発生する第２高調波の広がり角は、位相整合する角度範囲内に制限される。

【0038】

図２は、長さＬ（例：１０ｍｍ）のＢＢＯ結晶１１に入射光である可視光Ｌ１０１を集光させた状態を表す模式図である。６本の矢印は、可視光Ｌ１０１の入射方向を示している。角度Ａ１（例：７．４ｍｒａｄ）は入射光の広がり角を表している。角度Ａ２は、第２高調波の広がり角を例示している。波形Ｂ１は、第２高調波の光強度分布を模式的に示している。何らかの原因でＢＢＯ結晶１１の屈折率が変化した場合、位相整合条件を満たす角度が変化し、７.４ｍｒａｄの広がり角の範囲で第２高調波の伝搬方向が変化する。

【0039】

図３を参照して、ＣＬＢＯ結晶で発生した深紫外光の強度が変化する理由について説明する。図３は、関連する光源装置１０の構成を示す概略図である。光源装置１０は、ＢＢＯ結晶１１、集光レンズ１２、ビームスプリッタ１３、およびＣＬＢＯ結晶１４を備えている。

【0040】

ＢＢＯ結晶１１に、一定の広がり角を持った波長４７０ｎｍの可視光Ｌ１０１が入射している。そして、ＢＢＯ結晶１１が、水平方向に伝搬する波長２３５ｎｍの紫外光Ｌ２０１を発生したものとする。紫外光Ｌ２０１は、焦点距離Ｆの集光レンズ１２を通り、ビームスプリッタ１３を透過し、ＣＬＢＯ結晶１４に入射する。紫外光Ｌ２０１は、集光レンズ１２により直径１００μｍ程度に集光される。また、波長１０８０ｎｍの赤外光Ｌ３０１が、ビームスプリッタ１３で反射され、ＣＬＢＯ結晶１４に入射する。ＣＬＢＯ結晶１４内で、紫外光Ｌ２０１と赤外光Ｌ３０１が重なる。赤外光Ｌ３０１も、紫外光Ｌ２０１と同様に、直径１００μｍ程度に集光されていてもよい。ＣＬＢＯ結晶１４は、紫外光Ｌ２０１と赤外光Ｌ３０１を和周波混合した波長１９３ｎｍの深紫外光Ｌ４０１を発生させる。

【0041】

位相整合条件を満たす角度が変化すると、ＢＢＯ結晶１１は、紫外光Ｌ１０１の伝搬角度からΔθだけ伝搬角度を変えた紫外光Ｌ２０２を発生させる。

【0042】

この場合、ｆθレンズの原理により、ＣＬＢＯ結晶１４内の集光点はＦΔθだけ移動する。例えば、Ｆ＝２００ｍｍの場合、Δθが０．５ｍｒａｄ変化しただけで、集光点は１００μｍ移動する。集光点が、紫外光Ｌ２０１の直径分移動しているため、ＣＬＢＯ結晶１４内で紫外光Ｌ２０１と赤外光Ｌ３０１とが重ならず、波長１９３ｎｍの深紫外光Ｌ４０１の出力が大幅に低下する。

【0043】

したがって、波長１９３ｎｍの深紫外光Ｌ４０１の出力を維持するためには、紫外光Ｌ２０１の出力を高めるようにＢＢＯ結晶１１の位相整合を調整する従来技術では不十分である。

【0044】

また、異常光である第２高調波（紫外光）は、ウォークオフと呼ばれる現象により、結晶軸を含む面内に引き延ばされた光強度分布を持つ。基本波と第２高調波のエネルギーの伝搬方向が成す角は、ウォークオフ角と呼ばれる。

【0045】

図４を参照してウォークオフについて説明する。ｃは結晶軸を表している。δは、ＢＢＯ結晶１１に入射する可視光Ｌ１０１の広がり角を表している。波長４７０ｎｍの可視光Ｌ１０１を入射光とした第２高調波発生を可能とするＢＢＯ結晶１１の位相整合角θは、θ＝５９°付近であり、ウォークオフ角ρは７８．９ｍｒａｄである。ＢＢＯ結晶１１の結晶長Ｌが１０ｍｍの場合、入射する可視光Ｌ１０１のビーム径を０．１ｍｍとすると、波長２３５ｎｍの紫外光Ｌ２０１のウォークオフ方向（図４の縦方向）のビーム径Ｗは、０．１＋１０×０．０７８９～０．９ｍｍとなる。

【0046】

一般にウォークオフ方向の第２高調波の光強度分布は、ＢＢＯ結晶１１を出射した直後はほぼフラットであり、ＢＢＯ結晶１１からの距離に応じて回折現象により様々に変化する。波長１９３ｎｍの深紫外光Ｌ４０１を発生させるために、レンズ等を用いて第２高調波をＣＬＢＯ結晶１４に集光した場合、ウォークオフ方向（ウォークオフ面方向とも言う）における集光点での光強度分布は、フラウンホーファ回折像とも言われる遠視野像になる。波形Ｂ２はＢＢＯ結晶１１を出射した直後の光強度分布を表しており、波形Ｂ３は遠視野像を表している。３つの矢印は、波形Ｂ２に含まれるフラットな形状と、波形Ｂ３に含まれる凸形状とが対応していることを表している。

【0047】

図５に示す４つの波形Ｂ４～Ｂ７は、紫外光Ｌ２０１を焦点距離約６００ｍｍのレンズで集光した場合の焦点面におけるウォークオフ方向の光強度分布、つまり遠視野像の測定結果を示している。遠視野像は、一次元のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ―Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサにより測定された。波形Ｂ４～Ｂ７間で、ＢＢＯ結晶１１に対する可視光Ｌ１０１の入射位置（透過位置）が互いに異なっている。

【0048】

発明者は、図５に示されるようなウォークオフ方向における複雑な光強度分布から代表位置（基準位置とも言う）を算出した。発明者は、代表位置をＣＣＤセンサ上の一定範囲に収めることで、紫外光Ｌ２０１の出力をほぼ最大にしつつ、出射方向もほぼ一定に保てることを発見した。

【0049】

代表位置としては、光強度分布のピーク位置や、ピーク位置を含む一定範囲内の光強度分布の重心が適切であるが、これらには限定されない。

【0050】

図６および図７を参照して、代表位置の具体例について説明する。図６は、一次元のＣＣＤセンサを用いて遠視野像を測定した結果を示している。縦軸は、各画素からの出力の相対値（センサ出力と言う）を表し、横軸は画素の番地（センサ番地と言う）を表している。実線が測定結果を表しており、点線はセンサ出力が「５０」を超えた部分を抽出した結果を示している。点線で示されたグラフは、図７に実線で示されたグラフと同一であり、重心位置を算出する際に用いられる。

【0051】

センサ素子はウォークオフ方向に沿って並べられており、横軸はウォークオフ方向における位置に対応している。光強度分布のピーク位置を代表位置とする場合、代表位置は、例えば「２１」と算出される。

【0052】

図７を参照して、重心位置を算出する方法について具体的に説明する。この場合、重心よりも左側の面積（面積Ｓ１）と、重心よりも右側の面積（面積Ｓ２１と面積Ｓ２２の和）とが等しくなるように、光強度分布の重心が「２０」と定められる。

【0053】

本願の発明者は、以上の検討に基づき、実施形態にかかる発明に想到した。

【0054】

実施形態１
以下、実施形態１にかかる光源装置および検査装置について、図面を参照しながら説明する。

【0055】

（光源装置）
図８は、実施形態１にかかる光源装置１００の構成を示している。光源装置１００は、第１の光源２１、集光レンズ２２、第１の外部共振器２３、ＢＢＯ結晶２４、第１の熱電素子２５、集光レンズ２６、ビームスプリッタ２７、ミラー２８、半導体センサ２９、第２の光源３０、集光レンズ３１、ミラー３２、ミラー３３、第２の外部共振器３４、ＣＬＢＯ結晶３５、第２の熱電素子３６、画像処理回路３７、コンピュータ３８、および温度調整器３９を備えている。

【0056】

第１の光源２１は、レーザ光源であり、連続出力光を出力する。第１の光源２１は、波長４６６ｎｍ～４７２ｎｍの範囲における可視光Ｌ１を発生する。

【0057】

第１の光源２１からの可視光Ｌ１は、集光レンズ２２で集光されて第１の外部共振器２３に入射する。

【0058】

第１の外部共振器２３は、光学鏡２３１、光学鏡２３２、光学鏡２３３、光学鏡２３４、アクチュエータ２３５、および共振器長制御装置２３６を備えている。光学鏡２３１～２３４は、例えば凹面鏡または平面鏡である。可視光Ｌ１は、部分反射ミラーである光学鏡２３１を介して、第１の外部共振器２３に導かれる。可視光Ｌ１は、光学鏡２３１～２３４での反射を順番に繰り返していく。

【0059】

光学鏡２３１～２３４のうちの一つ（例：光学鏡２３３）には第１の外部共振器２３の長さを調整するためのアクチュエータ２３５が取り付けられる。共振器長制御装置２３６が、アクチュエータ２３５を適切に制御することにより第１の外部共振器２３の共振が保たれる。

【0060】

ＢＢＯ結晶２４は、第１の外部共振器２３内（例：光学鏡２３１と光学鏡２３２の間）に設置される。ＢＢＯ結晶２４は、可視光Ｌ１の第２高調波である波長２３３ｎｍ～２３６ｎｍの範囲における紫外光Ｌ２を発生させる。ＢＢＯ結晶２４の入出射面は、可視光Ｌ１および第２高調波の両方に対して反射防止膜が施されている。または、ＢＢＯ結晶は可視光Ｌ１に対して反射率０となるブリュースター角に加工されていてもよい。ＢＢＯ結晶２４は、第１の熱電素子２５によって温度制御される。

【0061】

第１の熱電素子２５は、例えばペルチェ素子であり、温度調整器３９からの制御信号に応じてＢＢＯ結晶２４の温度を制御する。ＢＢＯ結晶２４は、第１の熱電素子２５を含むステージに載置されていてもよい。

【0062】

ＢＢＯ結晶２４で発生した紫外光Ｌ２は、光学鏡２３２から取り出される。光学鏡２３２には、例えば、可視光Ｌ１の波長に対して高反射、紫外光Ｌ２の波長に対して反射防止の膜が施されている。なお、光学鏡２３２とＢＢＯ結晶２４の間に、可視光Ｌ１を透過して、紫外光Ｌ２を反射するダイクロイックミラー等を設置してもよい。

【0063】

第１の外部共振器２３からの紫外光Ｌ２は、集光レンズ２６で集光されてビームスプリッタ２７に入射する。ビームスプリッタ２７は、ビームサンプラであってもよい。ビームスプリッタ２７は、入射した紫外光Ｌ２の一部を透過し、一部を反射する。よって、ビームスプリッタ２７は、入射した紫外光Ｌ２を２本の紫外光Ｌ２１およびＬ２２に分岐する。ビームスプリッタ２７で反射された紫外光Ｌ２を紫外光Ｌ２１とし、ビームスプリッタ２７を透過した紫外光Ｌ２を紫外光Ｌ２２とする。

【0064】

ビームスプリッタ２７で反射した紫外光Ｌ２１は、ミラー２８で反射され、半導体センサ２９に入射する。ビームスプリッタ２７を透過した紫外光Ｌ２２は、第２の外部共振器３４に入射する。

【0065】

半導体センサ２９は、１次元または２次元の半導体センサ（例：ＣＣＤセンサ）であり、ＢＢＯ結晶２４で発生した紫外光Ｌ２の遠視野像を撮像している。半導体センサ２９は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサなどであってもよい。半導体センサ２９は、紫外光Ｌ２１の光強度分布を撮像している。半導体センサ２９が一次元の半導体センサ(ラインセンサ)である場合、半導体センサ２９は、ライン方向とウォークオフ方向が一致するように配置される。半導体センサ２９は、出力信号を画像処理回路３７に出力する。

【0066】

半導体センサ２９は、紫外光Ｌ２の光路上に配置された光学素子（集光レンズ２６等）を経て形成される遠視野像面の近傍に配置されている。集光レンズ２６が紫外光Ｌ２をＣＬＢＯ結晶３５に集光しているため、ＣＬＢＯ結晶３５内には、ＢＢＯ結晶２４で発生した紫外光Ｌ２の遠視野像面が含まれる。半導体センサ２９は、ＣＬＢＯ結晶３５に含まれる遠視野像面と共役な面に配置される。

【0067】

半導体センサ２９がラインセンサである場合、紫外光Ｌ２１を縦シリンドリカルレンズでライン方向と垂直な方向に広げてもよい。これにより、半導体センサ２９から紫外光Ｌ２１のビームが外れにくくなる。ＢＢＯ結晶２４の温度を変化させると、紫外光Ｌ２１のビームがライン方向に沿って移動する。

【0068】

第２の光源３０は、レーザ光源であり、連続出力光を出力する。第２の光源３０は、波長１０７１ｎｍ～１１３８ｎｍの範囲における赤外光Ｌ３を発生させる。

【0069】

第２の光源３０からの赤外光Ｌ３は、集光レンズ３１で集光され、ミラー３２およびミラー３３で反射され、第２の外部共振器３４に入射する。

【0070】

第２の外部共振器３４は、光学鏡３４１、光学鏡３４２、光学鏡３４３、光学鏡３４４、アクチュエータ３４５、および共振器長制御装置３４６を備えている。光学鏡３４１～３４４は、例えば凹面鏡または平面鏡である。

【0071】

紫外光Ｌ２２は、部分反射ミラーである光学鏡３４１を介して、第２の外部共振器３４に導かれる。赤外光Ｌ３は、部分反射ミラーである光学鏡３４３を介して、第２の外部共振器３４に導かれる。赤外光Ｌ３は、光学鏡３４１～３４４での反射を順番に繰り返していく。

【0072】

光学鏡３４１～３４４のうちの一つ（例：光学鏡３４４）には、第２の外部共振器３４の長さを調整するためのアクチュエータ３４５が取り付けられる。共振器長制御装置３４６が、アクチュエータ３４５を適切に制御することにより第２の外部共振器３４の共振が保たれる。

【0073】

ＣＬＢＯ結晶３５は、第２の外部共振器３４内（例：光学鏡３４１と光学鏡３４２の間）に設置されている。ＣＬＢＯ結晶３５は、紫外光Ｌ２２と赤外光Ｌ３の和周波混合光である波長１９３ｎｍの近傍の深紫外光Ｌ４を発生する。ＣＬＢＯ結晶３５の入出射面は、紫外光Ｌ２２、赤外光Ｌ３、および深紫外光Ｌ４の一部ないし全てに対して反射防止膜が施されている。または、ＣＬＢＯ結晶３５は、赤外光Ｌ３に対してほぼ反射率が０となるブリュースター角に加工されていてもよい。ＣＬＢＯ結晶３５は、第２の熱電素子３６によって温度制御される。

【0074】

第２の熱電素子３６は、温度調整器３９からの制御信号に応じてＣＬＢＯ結晶３５の温度を制御する。第２の熱電素子３６は、例えば、ペルチェ素子である。ＣＬＢＯ結晶３５は、第２の熱電素子３６を含むステージに載置されていてもよい。

【0075】

ＣＬＢＯ結晶３５で発生した深紫外光Ｌ４は、光学鏡３４２から取り出される。光学鏡３４２には、例えば、紫外光Ｌ２および赤外光Ｌ３の波長に対して高反射、深紫外光Ｌ４の波長に対して反射防止の膜が施されている。なお、ＣＬＢＯ結晶３５と光学鏡３４２の間に、深紫外光Ｌ４を反射して、赤外光Ｌ２を透過するダイクロイックミラー等を用いてもよい。第２の外部共振器３４から取り出された深紫外光Ｌ４は、フォトマスクなどを検査する際の照明光として用いられる。また、深紫外光Ｌ４の光路には、図示しないビームスプリッタとフォトダイオードが設けられ、深紫外光Ｌ４の出力はフォトダイオードでモニタされる。

【0076】

画像処理回路３７は、半導体センサ２９の出力信号を処理し、紫外光Ｌ２の遠視野像を表す信号を生成する。画像処理回路３７は、生成した信号をコンピュータ３８に出力する。

【0077】

コンピュータ３８は、プロセッサやメモリなどを備えている。コンピュータ３８は、算出部３８１および温度制御部３８２を備えている。

【0078】

算出部３８１は、半導体センサ２９で検出された光強度分布の代表位置を算出する。代表位置は、上述の通り、ピーク位置であっても重心位置でもあってもよいが、これらに限定されない。算出部３８１は、算出した代表位置を温度制御部３８２に出力する。

【0079】

温度制御部３８２は、代表位置が所定範囲内に含まれるように、ＢＢＯ結晶２４の温度を制御する。つまり、温度制御部３８２は、代表位置が所定範囲内に含まれるように、第１の熱電素子２５の温度の調整量（第１の温度補正量と言う）を決定し、温度調整器３９に出力する。なお、調整方法の具体的な決め方については後述する。そして、温度制御部３８２は、深紫外光Ｌ４の出力が最大になるように、第２の熱電素子３６の温度の調整量（第２の温度補正量と言う）を決定し、温度調整器３９に出力する。

【0080】

温度調整器３９は、コンピュータ３８が決定した第１の温度補正量に従って第１の熱電素子２５の温度を設定して制御する。また、温度調整器３９は、コンピュータ３８が決定した第２の温度補正量に従って第２の熱電素子３６の温度を設定して制御する。

【0081】

光源装置１００を初期調整する場合には、紫外光Ｌ２の出力が最大になるようにＢＢＯ結晶２４の温度を調整する。紫外光Ｌ２の出力は、半導体センサ２９によって測定されてもよい。そして、深紫外光Ｌ４の出力が最大になるように、ＣＬＢＯ結晶３５への紫外光Ｌ２２の入射角度と、ＣＬＢＯ結晶３５の温度（第２の熱電素子３６の温度）を調整する。調整後、半導体センサ２９で測定された光強度分布の代表位置（例：重心位置）を算出し、参照位置としてコンピュータ３８のストレージに記憶する。コンピュータ３８の温度制御部３８２は、代表位置が参照位置から外れた場合、代表位置が参照位置に戻るようにＢＢＯ結晶２４の温度（第１の熱電素子２５の温度）を設定する。

【0082】

ＢＢＯ結晶２４から発生する紫外光Ｌ２と第２の光源３０から発生する赤外光Ｌ３をＣＬＢＯ結晶３５内に同軸に集光して和周波発生を行い、波長１９３ｎｍ近傍の深紫外光Ｌ４を発生する場合、上述のようにＢＢＯ結晶２４の温度を制御することで、ＣＬＢＯ結晶３５内の紫外光Ｌ２と赤外光Ｌ３の重なりを一致させることができる。これにより、長時間安定した高出力の波長１９３ｎｍの深紫外光Ｌ４を発生できる。

【0083】

半導体センサ２９は、集光レンズ２６の後方に紫外光Ｌ１２を取り出すビームスプリッタ２７を設け、ＣＬＢＯ結晶３５と共役な面に配置されればよい。

【0084】

図９を参照し、ＢＢＯ結晶２４の温度を変えた場合の光強度分布の形状の変化について説明する。波形Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、およびＢ１４は、ＢＢＯ結晶２４の温度が１３０℃、１４０℃、１４６℃、および１５０℃のときに半導体センサ２９で測定した光強度分布である。ここでは波形Ｂ１１～Ｂ１４の代表位置ではなく形状に注目している。波形Ｂ１１～Ｂ１４の形状はＢＢＯ結晶２４の温度によって異なり、温度が１５０℃のとき、メインローブ（最大光強度を含む楕円領域）よりも、サイドローブ（メインローブ以外の領域）が大きくなっている。代表位置を決定する際、サイドローブを考慮すべきか否かが問題となる。そこで、発明者は、紫外光Ｌ２のメインローブのみが深紫外光Ｌ４に変換されるのか、紫外光Ｌ２のメインローブとサイドローブの両方が深紫外光Ｌ４に変換されるのかについて検討を行った。

【0085】

なお、プロファイルＰ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４は、ＢＢＯ結晶の温度が１３０℃、１４０℃、１４６℃、および１５０℃のときの紫外光Ｌ２のビームプロファイルを表している。紫外光Ｌ２の出力の大きさがグレースケールで表現されている。プロファイルＰ１～Ｐ４は、プロファイラによって取得されている。ラインＬ１は、深紫外光Ｌ４の出力が最大になる場合の紫外光Ｌ２のビームの位置を表している。ＢＢＯ結晶２４の温度が１３０℃である場合、温度を１０℃上げると、白抜き矢印で示す方向にビームが移動し、深紫外光Ｌ４の出力を最大にすることができる。

【0086】

図１０は、紫外光Ｌ２１の光強度分布を示す波形Ｂ１５と、深紫外光Ｌ４のビームプロファイルＰ５とを含んでいる。波形Ｂ１５とビームプロファイルＰ５の両方がサイドローブＣ１を含んでいることから、紫外光Ｌ２のサイドローブも深紫外光Ｌ４に変換されていることが分かる。

【0087】

図１１は、紫外光Ｌ２１の光強度分布を示す波形Ｂ１６および波形Ｂ１７を含んでいる。波形Ｂ１６のサイドローブは大きく、波形Ｂ１７のサイドローブは小さい。発明者は、波形Ｂ１６のようなサイドローブが大きい紫外光Ｌ２の変換効率が、波形Ｂ１７のようなサイドローブが小さい紫外光Ｌ２の変換効率よりも大きい場合があることを発見した。この点からも、紫外光Ｌ２のサイドローブが深紫外光Ｌ４に変換されていることが分かる。

【0088】

サイドローブも深紫外光Ｌ４に変換されていることを考慮すると、算出部３８１は、重心位置を代表位置とすることが好ましい。コンピュータ３８の算出部３８１は、ピーク位置を中心とした±５０ピクセルの範囲の重心位置を、代表位置として算出してもよい。

【0089】

図１２は、ＢＢＯ結晶２４の温度と重心位置との関係を点線で示すグラフと、ＢＢＯ結晶２４の温度と深紫外光Ｌ４の出力の関係を実線で示すグラフとを含んでいる。横軸はＢＢＯ結晶２４の温度を表しており、縦軸は重心位置（相対値）または深紫外光Ｌ４の出力（相対値）を表している。深紫外光Ｌ４の出力が最大であるときのＢＢＯ結晶２４の温度は約９４℃であり、このとき重心位置が「２」である。つまり、重心位置が「２」のとき深紫外光Ｌ４の出力は最大になる。

【0090】

深紫外光Ｌ４の出力を最大にするＢＢＯ結晶２４の温度は、高出力の紫外光Ｌ２を発生させている場合に生じるＢＢＯ結晶２４内の屈折率変化、温度分布変化、ビームが透過（入射）する位置の移動などによって刻々と変化する。よって、ＢＢＯ結晶２４の温度を９４℃に保持し続ければ深紫外光Ｌ４の出力を最大に維持できる訳ではない。特に損傷発生に伴ってＢＢＯ結晶２４を空間的に平行移動させると、温度が異なる位置に可視光Ｌ１が入射する場合がある。この場合、ＢＢＯ結晶２４の温度を９０℃付近に調整しないと紫外光Ｌ２が発生しない場合もある。

【0091】

上述の通り、紫外光Ｌ２の出力を最大にする代表位置は、常に同じ位置であることが実験的に見出されている。図１３は、深紫外光Ｌ４の出力と重心位置との関係を実線で示すグラフと、紫外光Ｌ２の出力と重心位置の関係を点線で示すグラフとを含んでいる。図１３を参照すると、重心位置が「２」であるときに深紫外光Ｌ４および紫外光Ｌ２の出力が最大になることがわかる。

【0092】

代表位置が同一である場合、ＣＬＢＯ結晶３５内における紫外光Ｌ２２の位置（例：紫外光Ｌ２２の光強度分布の重心、紫外光Ｌ２２の光強度分布のピーク位置）が同一である。そのため、ＣＬＢＯ結晶３５内での紫外光Ｌ２２と赤外光Ｌ３との重なりが常に最適化される。

【0093】

次に、第１の熱電素子２５の温度補正量の決定方法について説明する。図１２を参照して説明したように、代表位置とＢＢＯ結晶２４の温度との関係はほぼ直線で示される。したがって、代表位置と参照位置の差から、必要な温度の調整量（温度補正量）を一次式で容易に算出し、代表位置を参照位置に略一致させることができる。すなわち、コンピュータ３８の温度制御部３８２は、代表位置とＢＢＯ結晶２４の温度の関係を表す一次式に基づいて、ＢＢＯ結晶の温度補正量を決定できる。

【0094】

図１４および図１５を参照して、温度補正量の決定方法を具体的に説明する。図１４は、図１２と同様に、ＢＢＯ結晶２４の温度と重心位置の関係を点線で示すグラフと、ＢＢＯ結晶２４の温度と深紫外光Ｌ４の出力の関係を実線で示すグラフとを含んでいる。図１５は、図１０と同様に重心位置と同様に、深紫外光Ｌ４の出力と重心位置の関係を実線で示すグラフと、紫外光Ｌ２の出力と重心位置の関係を点線で示すグラフとを含んでいる。図１５を参照すると、重心位置の初期値である参照位置は、深紫外光Ｌ４の出力が最大となる「２」に設定される。

【0095】

ここで、ＢＢＯ結晶２４を空間的に移動させ、重心位置が「－１０」に変化したものとする。図１５を参照すると、重心位置が「２」から「－１０」に変化すると、深紫外光Ｌ４の出力が４０％低下し、移動前の約６０％になることがわかる。したがって、ＢＢＯ結晶２４を空間的に移動させることにより紫外光Ｌ２の出力が２０％上昇したとしても、移動直後の深紫外光Ｌ４の出力は、移動前の深紫外光Ｌ４の出力の７２％（１．２×０．６＝０．７２）となる。

【0096】

図１４の点線で示されたグラフを参照し、重心位置が「－１０」のときのＢＢＯ結晶２４の温度と、重心位置が「２」のときのＢＢＯ結晶２４の温度を読み取ると、重心位置を「－１０」から「２」に移動させるためには、ＢＢＯ結晶２４の温度を約２℃下げればよいことがわかる。コンピュータ３８の指令により、ＢＢＯ結晶２４の温度（第１の熱電素子２５の温度）を２．０℃下げ、重心位置をＢＢＯ結晶２４の移動前と同じ「２」にすると、紫外光Ｌ２の出力に対する深紫外光Ｌ４の出力は４０％上昇する。深紫外光Ｌ４の出力は紫外光Ｌ２の出力にほぼ比例するため、深紫外光Ｌ４の出力はＢＢＯ結晶２４を移動する前の１．２倍に上昇する。

【0097】

このように、ＢＢＯ結晶２４から出射する紫外光Ｌ２の、集光レンズ２６による焦点面に１次元または２次元の半導体センサ２９を配置し、半導体センサ２９の出力により求められる代表位置と参照位置の差を算出する。そして、その差に応じた温度差を無くすような制御を行うことで、紫外光Ｌ２の出力をほぼ最大化しつつ、出射方向を一定範囲内に収めることができる。

【0098】

図１６を参照して、温度補正量の決定方法について補足的な説明を行う。図１６は、ＢＢＯ結晶２４の温度と代表位置の関係を点線で示すグラフと、ＢＢＯ結晶２４の温度と紫外光Ｌ２の出力の関係を一点鎖線で示すグラフと、ＢＢＯ結晶２４の温度と深紫外光Ｌ４の出力の関係を点線で示すグラフを含んでいる。横軸はＢＢＯ結晶２４の温度を表し、縦軸は紫外光Ｌ２の出力、深紫外光Ｌ４の出力、または代表位置を示している。代表位置が「０」のときに深紫外光Ｌ４の出力が最大になるように調整されている。代表位置とＢＢＯ結晶２４の温度との関係は線形であり、代表位置から温度補正量を容易に算出できる。例えば、ＢＢＯ結晶が１３５℃であり、深紫外光Ｌ４の出力が０に近いものとする。この場合、関連技術では、ＢＢＯ結晶２４の温度を適切に制御できない。一方、光源装置１００を用いる場合、代表位置のずれ（例：＋３０）をもとに温度補正量（例：＋５℃）を容易に算出できるため、光源装置１００は、復帰速度が速く、信頼性が高い。

【0099】

図１７は、ＢＢＯ結晶２４およびＣＬＢＯ結晶３５の温度の調整方法の概要を示す概略図である。横軸はＢＢＯ結晶２４の温度を表し、縦軸はＣＬＢＯ結晶３５の温度を表している。エリアＥ１、Ｅ２、Ｅ３、およびＥ４は、深紫外光Ｌ４の出力に対する、検査に必要な光量の割合が９０～１００％、８０～９０％、７０～８０％、および６０～７０％の領域を表している。例えば、上記割合が８５％の場合、エリアＥ２に入るので、一時的に検査は出来るが、深紫外光Ｌ４の光量に余裕が少ない（ＮＧ）と判断される。点Ｆ１は、装置起動直後、または結晶移動後のＢＢＯ結晶２４の温度とＣＬＢＯ結晶３５の温度を表している。この場合、上記割合は１００％を超えており、温度を示す点がエリアＥ３またはエリアＥ４に入るように温度調整される。

【0100】

この場合、まず、代表位置を算出し、代表位置に基づいてＢＢＯ結晶２４の温度を補正する（ステップＳ１１）。そして、深紫外光Ｌ４の出力が大きくなるようにＣＬＢＯ結晶３５の温度を補正する（ステップＳ１２）。従来技術を用いた場合、ＢＢＯ結晶２４およびＣＬＢＯ結晶３５の温度調整時間は約７分であったが、この調整方法を用いた場合の調整時間は約１分であった。

【0101】

最後に実施形態１にかかる光源装置１００が奏する効果について説明する。ＢＢＯ結晶２４を用いた第２高調波発生により紫外光Ｌ１を発生させる光源で、理由に依らず位相整合条件が変化したとしても、紫外光Ｌ２の出力を一定範囲内に制御しつつ、紫外光Ｌ２の出力を最大化し続けることができる。

【0102】

特に、ＢＢＯ結晶２４を空間的に平行移動し、移動前とは屈折率が異なる場所に可視光Ｌ１が入射（透過）すると、ＢＢＯ結晶２４の最適温度が大きく変化してしまう場合がある。この場合に、波長１９３ｎｍの深紫外光Ｌ４の出力が得られなくなる場合でも、必要な温度補正量を直ちにコンピュータ３８で計算し、１０秒程度の短時間でＢＢＯ結晶２４を最適温度に調整し、深紫外光Ｌ４の出力を回復できる。また、光源装置１００は、深紫外光Ｌ４の出力が最大の状態を維持し続けることができる。

【0103】

これにより、波長２３５ｎｍの紫外光Ｌ２、または紫外光Ｌ２と赤外光Ｌ３とを和周波混合した波長１９３ｎｍの深紫外光Ｌ４を半導体検査装置に使用する場合、検査装置を長期間安定動作させることができる。

【0104】

（検査装置）
次に、実施形態１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１８を用いて説明する。図１８は、検査装置３００の全体構成を示す図である。図１８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。

【0105】

図１８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。

【0106】

光源装置１００はＰ波である照明光Ｌ５を発生する。照明光Ｌ５は、深紫外光Ｌ４に相当する。あるいは、深紫外光Ｌ４をさらに波長変換素子に入射させることで、発生した波長変換光を照明光として用いてもよい。照明光Ｌ５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Ｌ５は、反射照明用レーザ光Ｌ５０１となり、ハーフミラー３１３ａで反射した照明光Ｌ５は、透過照明用レーザ光Ｌ５０６となる。

【0107】

反射照明用レーザ光Ｌ５０１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。

【0108】

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Ｌ５０１が出射する。反射照明用レーザ光Ｌ５０１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Ｌ５０２のように図１８の下方に反射する。反射照明用レーザ光Ｌ５０２は、λ／４波長板３０６を通って円偏光の反射照明用レーザ光Ｌ５０３になる。反射照明用レーザ光Ｌ５０３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Ｌ５０４となる。

【0109】

一方、光源装置１００から供給された透過照明用レーザ光Ｌ５０６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Ｌ５０６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Ｌ５０７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Ｌ５０８のようになる。そして、透過照明用レーザ光Ｌ５０８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Ｌ５０４となる。

【0110】

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Ｌ５０４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Ｌ５０４は、下方に進む透過照明用レーザ光Ｌ５０２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Ｌ５０５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。

【0111】

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、上記の実施形態による限定は受けない。

【符号の説明】

【0112】

１０、１００ 光源装置
２１ 第１の光源
１２、２２、２６、３１ 集光レンズ
２３ 第１の外部共振器
２３１、２３２、２３３、２３４、３４１、３４２、３４３、３４４ 光学鏡
２３５、３４５ アクチュエータ
２３６、３４６ 共振器長制御装置
１１、２４ ＢＢＯ結晶
２５ 第１の熱電素子
１３、２７ ビームスプリッタ
２８、３２、３３ ミラー
２９ 半導体センサ
３０ 第２の光源
３４ 第２の外部共振器
１４、３５ ＣＬＢＯ結晶
３６ 第２の熱電素子
３７ 画像処理回路
３８ コンピュータ
３８１ 算出部
３８２ 温度制御部
３９ 温度調整器
Ｌ１０１、Ｌ１ 可視光
Ｌ２０１、Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ２２ 紫外光
Ｌ３０１、Ｌ３ 赤外光
Ｌ４０１、Ｌ４ 深紫外光
Ａ１、Ａ２ 角度
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７ 波形
Ｃ１、Ｃ２ サイドローブ
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４ エリア

【要約】

【課題】ＢＢＯ結晶の温度調整を容易化する光源装置、検査装置、および調整方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る光源装置１００は、可視光Ｌ１を発生させる第１の光源２１と、複数の光学鏡を有する第１の外部共振器２３と、第１の外部共振器２３内に配置され、可視光Ｌ１の第２高調波である波長２３３ｎｍ～２３６ｎｍの範囲における紫外光Ｌ２を発生させるＢＢＯ結晶２４と、紫外光Ｌ２の光路上に設けられた光学素子を経て形成される遠視野像面の近傍に配置された１次元または２次元の半導体センサ２９と、半導体センサ２９で検出された光強度分布の代表位置を算出する算出部３８１とを含む。
【選択図】図８

【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】