(57)【要約】【課題】導光素子により生成された均一化光の出力を安定化させる光源装置、検査装置及び光源装置の制御方法を提供する。【解決手段】本発明に係る光源装置１は、基本波光を生成するレーザ光源と、基本波光又はその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する少なくとも１つの非線形光学結晶と、波長変換光を入射光として、均一化光Ｌ１７を生成する導光素子６０と、均一化光Ｌ１７の出力を検出する検出器７２と、非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、検出器７２からの検出信号に基づいて算出された波長変換光と導光素子６０と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制御部７４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波光を生成するレーザ光源と、
前記基本波光又はその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する少なくとも１つの非線形光学結晶と、
前記波長変換光を前記入射光として、均一化光を生成する導光素子と、
前記均一化光の出力を検出する検出器と、
前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、
前記検出器からの検出信号に基づいて算出された前記波長変換光と前記導光素子との結合効率を大きくするように前記非線形光学結晶の前記温度をフィードバック制御する制御部と、
を備えた光源装置。
【請求項２】
前記基本波光または前記波長変換光の前記出力を検出する光出力検出器をさらに有し、
前記結合効率は、前記基本波光または前記波長変換光の前記出力に対する前記均一化光の前記出力に基づいて算出される請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記導光素子は、ホモジナイザー、ファイバー、空間フィルタ、ビーム成形器、ロッドインテグレータ、多重反射素子及びライトパイプのいずれかを含む請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記非線形光学結晶は、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶及びＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）結晶のいずれかの結晶を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記均一化光の前記出力のピークを示す温度範囲は、前記波長変換光の前記出力のピークを示す温度範囲よりも小さい請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記レーザ光源は、前記基本波光を連続出力する１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置を備え、
前記光源装置の前記均一化光で試料を照明して検査を行う検査装置。
【請求項８】
基本波光を生成するレーザ光源と、
前記基本波光またはその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する少なくとも１つの非線形光学結晶と、
前記波長変換光を前記入射光として、均一化光を生成する導光素子と、
前記均一化光の出力を検出する検出器と、
前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、
を備えた光源装置の制御方法であって、
前記レーザ光源に前記基本波光を生成させる工程と、
前記基本波光又はその前記高調波光を、前記非線形光学結晶に入射させ、前記非線形光学結晶に前記波長変換光を生成させる工程と、
前記非線形光学結晶によって生成された前記波長変換光を前記導光素子に入射させ、前記均一化光を生成させる工程と、
前記均一化光の前記出力を検出する工程と、
前記検出器からの検出信号に基づいて算出された前記波長変換光と前記導光素子との結合効率を大きくするように前記非線形光学結晶の前記温度をフィードバック制御する工程と、
を備えた光源装置の制御方法。
【請求項９】
前記基本波光または前記波長変換光の前記出力を検出する光出力検出器をさらに有し、
前記結合効率を、前記基本波光または前記波長変換光の前記出力に対する前記均一化光の前記出力に基づいて算出する請求項８に記載の光源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、検査装置及び光源装置の制御方法に関し、特に、非線形光学結晶を用いた光源装置、検査装置及び光源装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代のフォトマスク検査装置の光源として、波長193nmのＵＶ（ultraviolet）光を生成する光源装置の開発が行われている。例えば、波長193nmのＵＶ光は、基本波光をＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶等の非線形光学結晶によって波長変換し、さらに、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）結晶等の非線形光学結晶によって波長変換することにより生成することができる。
【０００３】
特許文献１には、複数の非線形光学結晶を用いた波長変換によりＵＶ光を生成する光源装置において、最終的に波長変換されたＵＶ光の出力が最大になるように、複数の非線形光学結晶の温度調整を交互に行うことが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、非線形光学結晶を用いた波長変換により生成したレーザ光を照射して加工を行う加工用のレーザ装置において、非線形光学結晶の表面温度を制御することにより、波長変換されたレーザ光の出力の変動を小さくすることが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、隣接して配置させた複数の非線形光学結晶同士が熱的に影響し合うのを防ぐため、複数の非線形光学結晶を独立したヒータによって個別に温度制御することが記載されている。
【０００６】
特許文献４には、非線形光学結晶からなる波長変換手段と、非線形光学結晶の温度を調整する温度調整手段とを、絶縁材料からなる基板上に設け、波長変換手段と、温度調整手段とを基板に設けられた導体に接続することによって、複雑な配線を排除することが記載されている。
【０００７】
特許文献５及び特許文献６には、温度を調整した非線形光学結晶によって波長変換させたレーザ光を、プロジェクタに利用すること及び露光装置に利用することが記載されている。
【０００８】
特許文献７には、第一の波長変換素子と、第二の波長変換素子とを有するレーザ装置において、第一の波長変換素子を単一周期のＱＰＭ素子、第二の波長変換素子をファンアウト構造のＱＰＭ素子とすることにより、第一の波長変換素子及び第二の波長変換素子を同じ温度で制御し、変換効率を高くすることが記載されている。
【０００９】
特許文献８には、第一の波長変換素子及び第二の波長変換素子のそれぞれの出力の合算値に基づいて、第一の波長変換素子及び第二の波長変換素子の温度を調整することが記載されている。
【００１０】
特許文献９には、基本波光を発生するレーザ光源と、基本波光及びその高調波光のうち少なくともいずれか一方を入射光として波長変換光を発生する非線形光学結晶と、非線形光学結晶への入射光の出力を調整する出力可変手段と、非線形光学結晶の温度を調整する温度調整器とを有し、出力可変手段を制御して、波長変換光の出力が略一定になるように入射光の出力を調整しながら、温度調整器を制御し、入射光の出力が１回の温度調整期間において最小となるように非線形光学結晶の温度を調整することが記載されている。
【００１１】
一方、特許文献１０には、円錐形及び矩形状の部分を有するライトパイプが記載されており、ライトパイプにより不均一な空間分布を有する光を均一化することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１４−１４９３１５号公報
【特許文献２】特開２００１−０２５８８８号公報
【特許文献３】特開２００５−２１５１８６号公報
【特許文献４】特開２００６−０４７５５９号公報
【特許文献５】特開２００８−３０９８７７号公報
【特許文献６】国際公開第０１／０２０３９７号
【特許文献７】特開２０１５−１６５２６０号公報
【特許文献８】国際公開第２００８／０４４６７３号
【特許文献９】特開２０１０−２５６７８４号公報
【特許文献１０】米国特許第７６５４７１５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
非線形光学結晶から得られた波長変換光を、均一化光学素子等の導光素子を用いて均一化光を生成する光源装置において、導光素子により生成された均一化光の出力を安定に保つためには、波長変換光のビームポインティングを安定とすること、すなわち、ポインティング安定性が必要である。波長変換光のビームポインティングは、非線形光学結晶の温度によって変化する。よって、波長変換光のポインティング安定性を向上させるためには、非線形光学結晶の温度を調整しなければならない。ところが、特許文献１〜９の記載のように、非線形光学結晶の温度を波長変換光の出力が最大になるように調整しても波長変換光のビームポインティングが安定せず、導光素子により生成された均一化光の出力を安定に保つことができなかった。
【００１４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、導光素子により生成された均一化光の出力を安定化させる光源装置、検査装置及び光源装置の制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る光源装置は、基本波光を生成するレーザ光源と、前記基本波光又はその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する少なくとも１つの非線形光学結晶と、前記波長変換光を前記入射光として、均一化光を生成する導光素子と、前記均一化光の出力を検出する検出器と、前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、前記検出器からの検出信号に基づいて算出された前記波長変換光と前記導光素子との結合効率を大きくするように前記非線形光学結晶の前記温度をフィードバック制御する制御部と、を備える。このような構成とすることにより、導光素子により生成された均一化光の出力を安定化させることができる。
【００１６】
また、前記基本波光または前記波長変換光の前記出力を検出する光出力検出器をさらに有し、前記結合効率は、前記基本波光または前記波長変換光の前記出力に対する前記均一化光の前記出力に基づいて算出される。このような構成とすることにより、導光素子により生成された均一化光の出力をさらに安定化させることができる。
【００１７】
さらに、前記導光素子は、ホモジナイザー、ファイバー、空間フィルタ、ビーム成形器、ロッドインテグレータ、多重反射素子及びライトパイプのいずれかを含む。このような構成とすることにより、種々の目的に応じた光を生成することができる。
【００１８】
前記非線形光学結晶は、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶及びＣＬＢＯ結晶のいずれかの結晶を含んでいる。このような構成とすることにより、波長変換光の出力を向上させることができる。
【００１９】
また、前記均一化光の前記出力のピークを示す温度範囲は、前記波長変換光の前記出力のピークを示す温度範囲よりも小さい。このような構成とすることにより、波長変換光と導光素子との結合効率を大きくすることができる。
【００２０】
さらに、レーザ光源は、前記基本波光を連続出力する。このような構成とすることにより、波長変換光及び均一化光を連続光とすることができる。
【００２１】
また、本発明に係る検査装置は、上記記載の光源装置を備え、前記光源装置の前記均一化光で試料を照明して検査を行う。このような構成により、検査の精度を向上させることができる。
【００２２】
本発明に係る光源装置の制御方法は、基本波光を生成するレーザ光源と、前記基本波光またはその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する少なくとも１つの非線形光学結晶と、前記波長変換光を前記入射光として、均一化光を生成する導光素子と、前記均一化光の出力を検出する検出器と、前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、を備えた光源装置の制御方法であって、前記レーザ光源に前記基本波光を生成させる工程と、前記基本波光又はその前記高調波光を、前記非線形光学結晶に入射させ、前記非線形光学結晶に前記波長変換光を生成させる工程と、前記非線形光学結晶によって生成された前記波長変換光を前記導光素子に入射させ、前記均一化光を生成させる工程と、前記均一化光の前記出力を検出する工程と、前記検出器からの検出信号に基づいて算出された前記波長変換光と前記導光素子との結合効率を大きくするように前記非線形光学結晶の前記温度をフィードバック制御する工程と、を備える。このような構成とすることにより、導光素子により生成された均一化光の出力を安定化させることができる。
【００２３】
また、前記基本波光または前記波長変換光の前記出力を検出する光出力検出器をさらに有し、前記結合効率を、前記基本波光または前記波長変換光の前記出力に対する前記均一化光の前記出力に基づいて算出する。このような構成とすることにより、導光素子により生成された均一化光の出力をさらに安定化させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、導光素子により生成された均一化光の出力を安定化させる光源装置、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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１に係る光源装置を例示した構成図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態１に係る非線形光学結晶の温度と、変換波長光及び均一化光との関係を例示したグラフであり、横軸は結晶の温度を示し、縦軸は、光の出力を示す。
【図３】実施形態２に係る光源装置を例示した構成図である。
【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】
（実施形態１）
本実施形態に係る光源装置は、非線形光学結晶によって波長変換し、さらに、導光素子によって均一化光を生成する光源装置である。本実施形態では、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。
【００２８】
本実施形態に係る光源装置１について、図１を用いて説明する。図１は、実施形態１に係る光源装置１を例示した構成図である。図１に示すように、光源装置１は、レーザ光源１１、非線形光学結晶３１〜３３、音響光学素子５０、導光素子６０、ビームサンプラ７１、検出器７２、AOM制御器７３、制御部７４及び温度調整部８１〜８３を備えている。
【００２９】
レーザ光源１１は、基本波光であるレーザ光Ｌ１１及びＬ１２を生成する。レーザ光Ｌ１１は、非線形光学結晶３１に入射する入射光となる。レーザ光Ｌ１２は、非線形光学結晶３３に入射する入射光となる。レーザ光源１１は、例えば、波長１０６４ｎｍの光を含むレーザ光Ｌ１１を連続出力する。レーザ光源１１は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、イッテリビウム（Ｙｂ）添加ファイバレーザ（ＹＤＦＬ：Ytterbium doped fiber laser）あるいはアンプ（ＹＤＦＡ：Ytterbium doped fiber amplifier）である。
【００３０】
非線形光学結晶３１は、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶及びＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）結晶等のいずれかの結晶を含んでいる。非線形光学結晶３１は、基本波光またはその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する。非線形光学結晶３１は、入射したレーザ光Ｌ１１を波長変換して、波長変換光Ｌ１３を生成する。具体的には、例えば、非線形光学結晶３１は、ＬＢＯ結晶である。非線形光学結晶３１は、波長１０６４ｎｍの光を含むレーザ光Ｌ１１を波長５３２ｎｍの光を含む波長変換光Ｌ１３に波長変換する。ＬＢＯ結晶は、外部共振器の複数の光学鏡の間に配置されてもよい。外部共振器は、波長変換光Ｌ１３を共振させることにより高出力化した波長変換光Ｌ１３を出力することができる。非線形光学結晶３１によって生成された波長変換光Ｌ１３は、非線形光学結晶３２に入射する。
【００３１】
非線形光学結晶３２は、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶及びＣＬＢＯ結晶等のいずれかの結晶を含んでいる。非線形光学結晶３２は、基本波光またはその高調波光を入射光として、波長変換光Ｌ１４を生成する。非線形光学結晶３２は、入射した波長変換光Ｌ１３を波長変換して、波長変換光Ｌ１４を生成する。具体的には、例えば、非線形光学結晶３１は、ＣＬＢＯ結晶である。非線形光学結晶３２は、波長５３２ｎｍの光を含む波長変換光Ｌ１３を、波長２６６ｎｍの光を含む波長変換光Ｌ１４に波長変換する。ＣＬＢＯ結晶は、外部共振器の複数の光学鏡の間に配置されてもよい。外部共振器は、波長変換光Ｌ１４を共振させることにより、高出力化した波長変換光Ｌ１４を出力することができる。非線形光学結晶３２によって生成された波長変換光Ｌ１４は、非線形光学結晶３３に入射する。
【００３２】
非線形光学結晶３３は、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶及びＣＬＢＯ結晶等のいずれかの結晶を含んでいる。非線形光学結晶３３は、基本波光またはその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する。非線形光学結晶３３は、入射したレーザ光Ｌ１２及び入射した波長変換光Ｌ１４の和周波混合により和周波を生成する。具体的には、例えば、非線形光学結晶３３は、ＣＬＢＯ結晶を含んでいる。非線形光学結晶３３は、波長１０６４ｎｍの光を含むレーザ光Ｌ１２及び波長２６６ｎｍの光を含む波長変換光Ｌ１４の和周波混合により、波長２１３ｎｍのＤＵＶ（Deep Ultraviolet）光を含む波長変換光Ｌ１５を生成する。ＣＬＢＯ結晶は、外部共振器の複数の光学鏡の間に配置されてもよい。外部共振器は、波長変換光Ｌ１５を共振させることにより高出力化した波長変換光Ｌ１５を出力することができる。非線形光学結晶３３によって生成された波長変換光Ｌ１５は、音響光学素子５０に入射する。
【００３３】
音響光学素子（ＡＯＭ：Acoust Optic Modulator）５０は、入射した波長変換光Ｌ１５の明るさを調整する。音響光学素子５０は、ＡＯＭ制御器７３の制御信号に基づいて、明るさが調整された波長変換光Ｌ１６を生成する。音響光学素子５０によって生成された波長変換光Ｌ１６は、導光素子６０に入射する。
【００３４】
導光素子６０は、波長変換光Ｌ１６を入射光として、例えば、均一化光Ｌ１７を生成する。導光素子６０は、例えば、ホモジナイザーである。ホモジナイザーは、入射した波長変換光Ｌ１６を空間的に均一化させ、均一化光Ｌ１７を生成する。導光素子６０は、光源１の用途に応じて、例えば、ファイバー、空間フィルタ、ビーム成形器、ロッドインテグレータ、多重反射素子及びライトパイプ等を用いてもよい。ホモジナイザーとした場合は、特定形状(円形・矩形・ライン状など)の均一な光強度分布の均一化光Ｌ１７を生成する。通常のレーザ光のビームプロファイルは、ビーム中心の強度が高いガウシアン分布であり、中央部が強く、周辺部が弱い不均一な強度分布になっている。ホモジナイザーを用いて均一な光強度分布のビームプロファイルに変換することで、フォトマスク等の検査に適した照明光とすることができる。導光素子６０によって生成された均一化光Ｌ１７は、ビームサンプラ７１に入射する。
【００３５】
ビームサンプラ７１は、入射した均一化光Ｌ１７の一部を透過し、一部を反射する。ビームサンプラ７１は、導光素子６０によって生成された均一化光Ｌ１７の一部を検出器７２に対して反射する。ビームサンプラ７１を透過した均一化光Ｌ１７は、フォトマスク等の検査で利用される照明光となる。すなわち、検査装置は、光源装置１を備え、光源装置１の均一化光Ｌ１７で試料を照明して検査を行う。なお、光源装置１は、ホモジナイザー以外の他の導光素子６０を用いることで、他の用途に応じた照明光を生成してもよい。
【００３６】
検出器７２は、ビームサンプラ７１によって反射され、入射した均一化光Ｌ１７の出力を検出する。検出器７２は、例えば、フォトダイオード、フォトマルチプライア等であり、均一化光Ｌ１７の出力を検出信号に変換する。検出器７２は、均一化光Ｌ１７の出力に関する検出信号をＡＯＭ制御器７３及び制御部７４に出力する。なお、図では、ビームサンプラ７１及び検出器７２は、均一化光Ｌ１７を検出するように配置されているが、ビームサンプラ７１及び検出器７２は、適宜、基本波光のレーザ光Ｌ１１及びＬ１２または波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６を検出するように配置させてもよい（光出力検出器）。
【００３７】
ＡＯＭ制御器７３は、検出器７２の検出信号に基づいて光学音響素子５０の明るさを制御する。また、ＡＯＭ制御器７３は、制御部７４の制御信号に基づいて光学音響素子５０の明るさを制御する。
【００３８】
温度調整部８１〜８３は、非線形光学結晶３１〜３３の温度を調整する。温度調整部８１〜８３は、制御部７４からの制御信号により非線形光学結晶３１〜３３の温度を調整する。温度調整部８１〜８３は、例えば、ペルチェ素子、ヒータ等である。
【００３９】
制御部７４は、例えばＰＣ（personal computer）である。制御部７４は、検出器７２から出力された検出信号を受信する。制御部７４は、検出器７２から受信した検出信号に基づいて、温度調整部８１〜８３に制御信号を送信する。これにより、制御部７４は、温度調整部８１〜８３をフィードバック制御する。
【００４０】
次に、実施形態１に係る光源装置１の制御方法を説明する。
検出器７２は、ビームサンプラ７１によって反射され、入射した均一化光Ｌ１７の出力を検出する。検出器７２は、検出した均一化光Ｌ１７の出力を検出信号に変換し、制御部７４に出力する。
【００４１】
制御部７４は、受信した検出信号に基づいて、温度調整部８１〜８３を制御する。例えば、受信した出力が所定の出力よりも小さい場合には、制御部７４は、温度調整部８１〜８３に対して、非線形光学結晶３１〜３３の温度を高くさせるか、または、温度を低くさせるかをふくむ制御信号を送信する。
【００４２】
温度調整部８１〜８３は、非線形光学結晶３１〜３３の温度を調整する。温度調整部８１〜８３は、制御部７４から受信した制御信号に基づいて、非線形光学結晶３１〜３３の温度を高くするか、または、温度を低くする。例えば、温度調整部８１〜８３は、ペルチェ素子の出力を制御して温度を変化させる。
【００４３】
非線形光学結晶３１〜３３の温度が変化することによって、非線形光学結晶３１〜３３の屈折率等の光学特性が変化する。これにより、非線形光学結晶３１〜３３により波長変換された波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６のビームポインティングが変化する。波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６と導光素子６０との結合効率は、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６のビームポインティングにより変化する。ここで、ビームポインティングとは、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６の入射位置を示す。波長変換光Ｌ１６のビームポインティングは、導光素子６０への入射位置を示す。非線形光学結晶３１〜３３の温度変化により、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６のビームポインティングが変化するため、均一化光Ｌ１７の出力も、非線形光学結晶３１〜３３の温度により変化する。
【００４４】
波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６と導光素子６０との結合効率は、レーザ光Ｌ１１及びＬ１２の出力、または、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６の出力に対する均一化光Ｌ１７の出力に基づいて算出される。そして、制御部７４は、検出器７２からの検出信号に基づいて算出された波長変換光Ｌ１３〜１６と導光素子６０との結合効率が大きくなるように非線形光学結晶３１〜３３の温度をフィードバック制御する。導光素子６０の結合効率を向上させることにより、ポインティング安定性を向上させ、導光素子６０により生成された均一化光Ｌ１７の出力を安定化させることができる。例えば、レーザ光１１及び１２の出力、または、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６の出力が一定の場合には、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６と導光素子６０との結合効率は、均一化光Ｌ１７の出力により決定される。
【００４５】
温度調整部８１〜８３により非線形光学結晶３１〜３３の温度を変化させた後に、再び、検出器７２により均一化光Ｌ１６の出力を検出する。そして、検出した出力を制御部７４に対して送信する。非線形光学結晶３１〜３３の温度を高く変化させた後に、出力が向上した場合には、制御部７４は、温度調整部８１〜８３に対して、さらに、温度を高くするように制御信号を送信する。一方、非線形光学結晶３１〜３３の温度を高く変化させた後に、出力が低下した場合には、制御部７４は、温度調整部８１〜８３に対して、温度を低くするように制御信号を送信する。
【００４６】
このようにして、制御部７４は、均一化光Ｌ１６の出力が大きくなるように、温度調整部８１〜８３による非線形光学結晶の温度調整をフィードバック制御する。また、制御部７４は、レーザ光１１及び１２の出力、または、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６の出力を検出し、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６と導光素子６０との結合効率を大きくするように非線形光学結晶３１〜３３の温度をフィードバック制御している。
【００４７】
なお、結合効率は、制御部７４に、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６のいずれの出力を用いて算出させてもよいし、いくつかの出力と組み合わせて算出させてもよい。例えば、波長変換光Ｌ１６の出力に対する均一化光Ｌ１７の出力に基づいて算出させてもよい。
【００４８】
また、非線形光学結晶３１〜３３のうち、一つまたはいくつかの非線形光学結晶の温度を制御してもよいし、すべての非線形光学結晶の温度を制御してもよい。
【００４９】
図２（ａ）及び（ｂ）は、実施形態１に係る非線形光学結晶の温度と、変換波長光及び均一化光との関係を例示したグラフであり、横軸は結晶の温度を示し、縦軸は、光の出力を示す。非線形光学結晶はＢＢＯ結晶である。白三角は、波長変換光を示し、黒丸は、均一化光を示す。
【００５０】
図２（ａ）に示すように、波長変換光Ｌ１６の出力は、75℃よりも低温ではほとんど0である。80℃で出力は0.2まで大きくなり、温度が上昇するにつれて出力は大きくなる。90℃で出力は0.8を超え、93℃〜97℃でピークの1.0を示している。97℃よりも高温になると徐々に出力が小さくなり、100℃で0.95になっている。
【００５１】
一方、均一化光Ｌ１７の出力は、95℃よりも低温ではほとんど0である。95℃以上で出力が急激に大きくなり97〜98℃でピークの1.0を示している。98℃よりも高温になると、急激に出力が小さくなり、100℃よりも高温では出力がほとんど0になる。このように、均一化光Ｌ１７の出力は、97〜98℃の温度でピークを示すのに対して、波長変換光Ｌ１６の出力は、93℃〜97℃の広い温度範囲でピークを示す。
【００５２】
図２（ｂ）は、図２（ａ）とは調整の設定が異なる場合を示している。図２（ｂ）に示すように、波長変換光Ｌ１６の出力は、50℃よりも低温ではほとんど0である。60℃で出力は0.2まで大きくなり、温度が上昇するにつれて出力は大きくなる。70℃で出力は0.8を超え、75℃〜80℃でピークの1.0を示している。80℃よりも高温になると徐々に出力が小さくなり、90℃で0.4になっている。
【００５３】
一方、均一化光Ｌ１７の出力は、72℃よりも低温ではほとんど0である。72℃以上で出力が急激に大きくなり、74〜75℃でピークの1.0を示している。76℃よりも高温になると、急激に出力が小さくなり、78℃よりも高温では出力がほとんど0になる。このように、均一化光Ｌ１７の出力は、74〜76℃の温度でピークを示すのに対して、波長変換光Ｌ１６の出力は、75℃〜80℃の広い温度範囲でピークを示す。図２（ｂ）に示すように、波長変換光Ｌ１６の半値幅が、略65℃〜90℃の25℃であるのに対して、均一化光Ｌ１７の半値幅は、略73℃〜76℃の3℃となっている。よって、均一化光Ｌ１７の出力のピークを示す温度範囲は、波長変換光Ｌ１６の出力のピークを示す温度範囲よりも小さくなっている。
【００５４】
特許文献１〜９で示した従来技術のように、非線形光学結晶３１〜３３の温度を、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６の出力が最大になるように調整しても、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６のビームポインティングが安定せず、導光素子６０で生成された均一化光Ｌ１７の出力を安定に保つことができない場合がある。図２（ａ）及び（ｂ）で示したように、均一化光Ｌ１７の出力のピークを示す温度範囲は、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６の出力のピークを示す温度範囲よりも小さい。したがって、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６の出力が最大になるように非線形光学結晶３１〜３３の温度を設定しても、ポインティング安定性が向上しない場合がある。
【００５５】
これに対して、本実施形態では、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６と導光素子６０との結合効率を大きくするように、すなわち、導光素子６０により生成された均一化光Ｌ１７の出力が最大になるように、非線形光学結晶３１〜３３の温度を制御している。これにより、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６のポインティング安定性を向上させることができる。特に、図２（ａ）及び（ｂ）で示すように、非線形光学結晶の温度を、波長変換光がピークを示す温度範囲よりも狭い温度範囲、例えば、97℃〜98℃または74℃〜76℃の温度範囲で制御することにより、波長変換光のポインティング安定性を向上させ、均一化光Ｌ１７の出力を大きくすることができる。
【００５６】
次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態の光源装置１は、導光素子６０により生成された均一化光Ｌ１７の出力が大きくなるように、非線形光学結晶３１〜３３の温度を制御している。これにより、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６のポインティング安定性を向上させることができる。そして、均一化光Ｌ１７の出力を大きくすることができる。
【００５７】
また、導光素子６０としては、ホモジナイザー、ファイバー、空間フィルタ、ビーム成形器、ロッドインテグレータ、多重反射素子及びライトパイプのいずれかを含むようにしている。これにより、種々のビーム形状の均一化光を生成することができる。
【００５８】
さらに、非線形光学結晶３１〜３３には、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶及びＣＬＢＯ結晶のいずれかの結晶を含むようにしている。これにより、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６の出力を向上させることができる。また、非線形光学結晶３１〜３３の温度を、波長変換光がピークを示す温度範囲よりも狭い温度範囲でピークを示す均一化光の強度を用いて制御している。これにより、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６と導光素子６０との結合効率を大きくすることができる。
【００５９】
レーザ光源１１及び１２には、基本波光を連続出力させている。これにより、波長変換光Ｌ１３〜Ｌ１６及び均一化光Ｌ１７を連続光とすることができる。また、光源装置１が生成する均一化光Ｌ１７を検査装置に用いてもよい。これにより、試料を照明する照明光を均一にすることができるので、検査の精度を向上させることができる。
【００６０】
（実施形態２）
次に、実施形態２を説明する。実施形態２は、レーザ光源及び非線形光学結晶の構成が実施形態１と異なったものである。
【００６１】
図３は、実施形態２に係る光源装置２を例示した構成図である。図２に示すように、光源装置２は、レーザ光源２１及び２２、非線形光学結晶４１及び４２、音響光学素子５０、導光素子６０、ビームサンプラ７１、検出器７２、ＡＯＭ制御器７３、制御部７４及び温度調整部８１及び８２を備えている。
【００６２】
レーザ光源２１は、基本波光であるレーザ光Ｌ２１を発生する。レーザ光Ｌ２１は、非線形光学結晶４１に入射する入射光となる。レーザ光Ｌ２１は、第二次高調波であってもよい。レーザ光源２１は、例えば、波長５３２ｎｍの光を含むレーザ光Ｌ２１を連続出力する。レーザ光源２１は、例えば、ＯＰＳＬ（Optically Pumped Semiconductor Laser）等である。
【００６３】
レーザ光源２２は、基本波光であるレーザ光Ｌ２２を発生する。レーザ光Ｌ２２は、非線形光学結晶４２に入射する入射光となる。レーザ光源２２は、例えば、波長１０６４ｎｍの光を含むレーザ光Ｌ２２を連続出力する。レーザ光源２２は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、イッテリビウム（Ｙｂ）添加ファイバレーザ（ＹＤＦＬ：Ytterbium doped fiber laser）あるいはアンプ（ＹＤＦＡ：Ytterbium doped fiber amplifier）等である。
【００６４】
非線形光学結晶４１は、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶及びＣＬＢＯ結晶等のいずれかの結晶を含んでいる。非線形光学結晶４１は、入射したレーザ光Ｌ２１を波長変換して、波長変換光Ｌ２３を生成する。具体的には、例えば、非線形光学結晶４１は、ＢＢＯ結晶を含んでいる。非線形光学結晶４１は、波長５３２ｎｍの光を含むレーザ光Ｌ２１を波長２６６ｎｍの光を含む波長変換光Ｌ２３に波長変換する。ＢＢＯ結晶は、外部共振器の複数の光学鏡の間に配置されてもよい。外部共振器は、波長変換光Ｌ２３を共振させることにより高出力化して波長変換光Ｌ２３を出力することができる。
【００６５】
非線形光学結晶４２は、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶及びＣＬＢＯ結晶等のいずれかの結晶を含んでいる。非線形光学結晶４２は、入射したレーザ光Ｌ２２及び非線形光学結晶４１で波長変換された波長変換光Ｌ２３の和周波混合により和周波を生成する。具体的には、例えば、非線形光学結晶４２は、ＣＬＢＯ結晶を含んでいる。非線形光学結晶４２は、波長１０６４ｎｍの光を含むレーザ光Ｌ２２及び波長２６６ｎｍの光を含む波長変換光Ｌ２３の和周波混合により、波長２１３ｎｍのＤＵＶ光を含む波長変換光Ｌ２４を生成する。
【００６６】
その他の構成の音響光学素子５０、導光素子６０、ビームランプラ７１、検出器７２、温度調整部８１〜８２及び動作については、実施形態１における波長変換光Ｌ１５を波長変換光Ｌ２４に置き換え、均一化光Ｌ１７を均一化光Ｌ２６に置き換え、非線形光学結晶３１〜３３を非線形光学結晶４１及び４２に置き換えたものと同様であるので、説明を省略する。
【００６７】
次に、実施形態２に係る光源装置２の効果を説明する。本実施形態の光源装置２では、波長変換光Ｌ２４における波長２１３ｎｍのＤＵＶ光を含む光の生成効率を向上させることができる。よって、均一化光Ｌ２６の出力を大きくすることができる。その他の効果は、実施形態１と同様である。
【００６８】
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。
【００６９】
例えば、光源装置１及び２では、３つの非線形光学結晶３１〜３３または２つの非線形光学結晶４１〜４２を有しているが、これに限らない。光源装置は、１つの非線形光学結晶を有していてもよいし、４つ以上の非線形光学結晶を有していてもよい。また、各非線形光学結晶は、同じものでもよいし、異なるものでもよい。
【００７０】
また、光源装置は、３つ以上のレーザ光源を有していてもよい。各レーザ光源は、同じ波長の光を生成するものでもよいし、異なる波長の光を生成するものを含んでいてもよい。
【００７１】
さらに、光源装置は、２１３ｎｍのＵＶ光を生成することに限らない。光源装置は、他の波長の光を生成するために、レーザ光源及び非線形光学結晶を構成させてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１、２  光源装置
１１、２１、２２  レーザ光源
３１、３２、３３、４１、４２  非線形光学結晶
５０  光学音響素子
６０  導光素子
７１  ビームサンプラ
７２  検出器
７３  ＡＯＭ制御器
７４  制御部
８１、８２、８３  温度調整部
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２  レーザ光
Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ２３、Ｌ２４、Ｌ２５  波長変換光
Ｌ１７、Ｌ２６  均一化光
【図１】
2017198814.tif 000003
【図２】
2017198814.tif 000004
【図３】
2017198814.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月24日(2017.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波光を生成するレーザ光源と、
前記基本波光又はその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する少なくとも１つの非線形光学結晶と、
前記波長変換光を前記入射光として、均一化光を生成する導光素子と、
前記均一化光の出力を検出する検出器と、
前記基本波光または前記波長変換光の前記出力を検出する光出力検出器と、
前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、
前記検出器及び前記光出力検出器からの検出信号に基づいて算出された前記波長変換光と前記導光素子との結合効率を大きくするように前記非線形光学結晶の前記温度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、前記均一化光の前記出力のピークを示す温度範囲が、前記波長変換光の前記出力のピークを示す温度範囲よりも小さいことを検出し、
前記結合効率は、前記波長変換光の前記出力に対する前記均一化光の前記出力に基づいて算出される光源装置。
【請求項２】
前記導光素子は、ホモジナイザー、ファイバー、空間フィルタ、ビーム成形器、ロッドインテグレータ、多重反射素子及びライトパイプのいずれかを含む請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記非線形光学結晶は、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶及びＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）結晶のいずれかの結晶を含む請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記レーザ光源は、前記基本波光を連続出力する１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置を備え、
前記光源装置の前記均一化光で試料を照明して検査を行う検査装置。
【請求項６】
基本波光を生成するレーザ光源と、
前記基本波光またはその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する少なくとも１つの非線形光学結晶と、
前記波長変換光を前記入射光として、均一化光を生成する導光素子と、
前記均一化光の出力を検出する検出器と、
前記基本波光または前記波長変換光の前記出力を検出する光出力検出器と、
前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、
を備えた光源装置の制御方法であって、
前記レーザ光源に前記基本波光を生成させる工程と、
前記基本波光又はその前記高調波光を、前記非線形光学結晶に入射させ、前記非線形光学結晶に前記波長変換光を生成させる工程と、
前記波長変換光の前記出力を検出する工程と、
前記非線形光学結晶によって生成された前記波長変換光を前記導光素子に入射させ、前記均一化光を生成させる工程と、
前記均一化光の前記出力を検出する工程と、
前記均一化光の前記出力のピークを示す温度範囲が、前記波長変換光の前記出力のピークを示す温度範囲よりも小さいことを検出する工程と、
前記検出器及び前記光出力検出器からの検出信号に基づいて算出された前記波長変換光と前記導光素子との結合効率を大きくするように前記非線形光学結晶の前記温度をフィードバック制御する工程と、
を備え、
前記結合効率を、前記波長変換光の前記出力に対する前記均一化光の前記出力に基づいて算出する光源装置の制御方法。
【請求項７】
前記レーザ光源は、前記基本波光を連続出力する請求項６に記載の光源装置の制御方法。
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月4日(2017.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波光を生成するレーザ光源と、
前記基本波光又はその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する少なくとも１つの非線形光学結晶と、
前記波長変換光を前記入射光として、均一化光を生成する導光素子と、
前記均一化光の出力を検出する検出器と、
前記基本波光または前記波長変換光の前記出力を検出する光出力検出器と、
前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、
前記検出器及び前記光出力検出器からの検出信号に基づいて算出された前記波長変換光と前記導光素子との結合効率を大きくするように前記非線形光学結晶の前記温度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、前記均一化光の前記出力のピークを示す温度範囲が、前記波長変換光の前記出力のピークを示す温度範囲よりも小さいことを検出し、
前記結合効率は、前記波長変換光の前記出力に対する前記均一化光の前記出力に基づいて算出される光源装置。
【請求項２】
前記導光素子は、ホモジナイザー、ファイバー、空間フィルタ、ビーム成形器、ロッドインテグレータ、多重反射素子及びライトパイプのいずれかを含む請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記非線形光学結晶は、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶及びＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）結晶のいずれかの結晶を含む請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記レーザ光源は、前記基本波光を連続出力する請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置を備え、
前記光源装置の前記均一化光で試料を照明して検査を行う検査装置。
【請求項６】
基本波光を生成するレーザ光源と、
前記基本波光またはその高調波光を入射光として、波長変換光を生成する少なくとも１つの非線形光学結晶と、
前記波長変換光を前記入射光として、均一化光を生成する導光素子と、
前記均一化光の出力を検出する検出器と、
前記基本波光または前記波長変換光の前記出力を検出する光出力検出器と、
前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、
を備えた光源装置の制御方法であって、
前記レーザ光源に前記基本波光を生成させる工程と、
前記基本波光又はその前記高調波光を、前記非線形光学結晶に入射させ、前記非線形光学結晶に前記波長変換光を生成させる工程と、
前記波長変換光の前記出力を検出する工程と、
前記非線形光学結晶によって生成された前記波長変換光を前記導光素子に入射させ、前記均一化光を生成させる工程と、
前記均一化光の前記出力を検出する工程と、
前記均一化光の前記出力のピークを示す温度範囲が、前記波長変換光の前記出力のピークを示す温度範囲よりも小さいことを検出する工程と、
前記検出器及び前記光出力検出器からの検出信号に基づいて算出された前記波長変換光と前記導光素子との結合効率を大きくするように前記非線形光学結晶の前記温度をフィードバック制御する工程と、
を備え、
前記結合効率を、前記波長変換光の前記出力に対する前記均一化光の前記出力に基づいて算出する光源装置の制御方法。
【請求項７】
前記レーザ光源は、前記基本波光を連続出力する請求項６に記載の光源装置の制御方法。