JP2000164950A - レーザ装置、レーザカッタ、及びレーザ波長変換方法 - Google Patents

レーザ装置、レーザカッタ、及びレーザ波長変換方法

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JP2000164950A
JP2000164950A JP10332191A JP33219198A JP2000164950A JP 2000164950 A JP2000164950 A JP 2000164950A JP 10332191 A JP10332191 A JP 10332191A JP 33219198 A JP33219198 A JP 33219198A JP 2000164950 A JP2000164950 A JP 2000164950A
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wavelength
attenuator
light
wavelength conversion
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Hiroteru Kawakami
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Hoya Continuum KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、アライメント調整が容易で、安価
な、レーザ発振器の出力を最大限有効に利用できるレー
ザ装置を提供する。 【解決手段】 アッテネータ11を、波長変換素子であ
るKTP44及びBBO45よりもレーザ発振器41側
に位置させる。レーザ発振器からレーザ光は、アッテネ
ータでの減衰を受けた後、KTP及びBBOで波長変換
される。波長変換されたレーザ光は、フィルターユニッ
ト48で波長選択され、エキスパンダーで拡大された
後、外部へ出射される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置に関
し、特に、半導体装置の製造及び試験等に使用されるレ
ーザカッタに用いられる多波長型レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の多波長型レーザ装置及び多波長型
レーザ装置を用いたレーザカッタとして、特表平10−
500628号公報に記載されているものがある。この
タイプの多波長型レーザ装置の基本構造を図4に示す。
【0003】図4のレーザ装置は、レーザ発振器41
と、複数の折り返しミラー42a−42dと、λ/2板
(1/2波長板)43と、KTP(KTiOPO4
晶:波長変換素子)44と、BBO(β−BaB24
晶:波長変換素子)45と、BBO45に取り付けられ
る一対のウインドウ46a及び46bと、アッテネータ
47と、フィルターユニット48と、エキスパンダー4
9と、レンズ50とを有している。
【0004】レーザ発振器41は、全反射ミラー41
1、Nd:YAGロッド412、フラッシュランプ41
3、ポラライザ414、λ/4板(1/4波長板)41
5、ポッケルスセル416、シリンドリカルレンズ41
7、及び出力側ミラー418を有している。
【0005】全反射ミラー411は、レーザ媒質である
Nd:YAGロッド412から誘導放出された光を出力
側ミラー418との間で往復させ、増幅するための高反
射率ミラーである。
【0006】Nd:YAGロッド412は、YAG(Y
3Al512)結晶中に、活性媒質としてNd3+が添加さ
れたものである。このNd:YAGロッド412は、フ
ラッシュランプ413からエネルギーを受け取り、特定
の波長の光を増幅するレーザ媒質として機能する。N
d:YAGロッド412の、発振中心波長は、1064
nmである。
【0007】フラッシュランプ413は、例えば、Xe
ガス封入ランプであって、レーザ媒質であるNd:YA
Gロッド412にレーザ発振に必要な光を供給する。
【0008】ポラライザ414は、特定の偏光方向の波
長(1064nm)のみ透過させる。
【0009】λ/4板415は、直線偏向を円偏向に、
円偏向を直線偏向に変換する。
【0010】ポッケルスセル416は、電圧を印可する
ことにより、偏向面が90度回転する変調素子である。
このポッケルスセル416は、ポラライザ414及びλ
/4板415との組み合わせによりQスイッチ発振を実
現するため、一時的に光を遮断するシャッターとして動
作する。
【0011】シリンドリカルレンズ417は、レーザ光
のビーム断面形状を楕円径から円形に補正する。
【0012】出力側ミラー418は、Nd:YAGロッ
ド412から誘導放出された光を全反射ミラー411と
の間で往復させ、増幅させるための反射板である。この
出力側ミラー418は、全反射ミラーとは異なり、光の
一部を透過させる。
【0013】折り返しミラー42a−42dは、レーザ
発振器41から出射したレーザ光を反射して、その進路
を変更する。ここでは、全て進路を90度折り曲げるよ
うに配置されている。
【0014】λ/2板43は、入射するレーザ光の偏光
方向を90度回転させて出射する。
【0015】KTP44は、入射する基本波から2倍波
を発生させる非線形素子、即ち、波長変換素子である。
なお、このKTP44は、基本波の一部も透過させる。
【0016】BBO45は、入射する基本波及び2倍波
から、3倍波あるいは4倍波を発生させる非線形素子
(波長変換素子)である。BBO45は、潮解性が高
く、大気中ではその性能を維持できないため、ケース
(図示せず)等に収められている。ウインドウ46a及
びウインドウ46bは、そのケースに取り付けられてい
る。
【0017】アッテネータ47は、λ/2板471と、
ポラライザ472とを有している。λ/2板471は、
λ/2板43と同様、入射するレーザ光の偏光方向を9
0度回転させる。また、ポラライザ472は、グランテ
ーラプリズムであって、特定の直線偏光方向のレーザ光
(波長1064nm,532nm,355nm,266
nm)を透過させる。そして、λ/2板471とポララ
イザ472との組み合わせにより、出力可変減衰器とし
て機能する。なお、アッテネータ47は、対応する全て
の波長のレーザ光を減衰させるように構成及び調整され
ている。
【0018】フィルターユニット48は、複数のフィル
ター481,482,483,及び484を有してい
る。フィルター481及び482は、例えば、波長53
2nmの光のみを透過させる。これら2つのフィルター
481及び482の透過率は、互いに異なる。また、フ
ィルター483及び484は、例えば、波長355nm
の光を透過させる。これら2つのフィルター483及び
484もまた、互いに透過率が異なる。
【0019】エキスパンダー49は、凹レンズ491
と、凸レンズ492とを有している。これら2つのレン
ズ間の距離を調整することにより、レーザビームの径が
所定のサイズに拡大され、平行光として出射される。
【0020】レンズ50は、レーザ光照射位置を特定す
るためのガイド光(図示しない光源からの可視光)を、
このレーザ装置から出射されるレーザ光と同一の光路上
へ出射させるためのガイド光用レンズである。
【0021】以上の構成により、図4のレーザ装置で
は、レーザ発振器41で発生した基本波長のレーザ光か
ら、互いに異なる複数の波長(2倍波、3倍波及び4倍
波)のレーザ光を生成し、そのうちの一の波長のレーザ
光を選択的に出射させることができる。
【0022】従来のレーザカッタは、上述のレーザ装置
を顕微鏡と組み合わせ、顕微鏡の光学系を通して、顕微
鏡の視野範囲の所定領域にレーザ光を照射することがで
きるようにしてある。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】波長変換に使用される
非線形光学素子は、入射する光の強度が強いほど波長変
換効率が高くなる。そこで、従来のレーザ装置では、非
線形光学素子において効率の良い波長変換を実現するた
め、レーザ発振器からのレーザ光を減衰させることな
く、非線形光学素子に入射させるように構成されてい
る。即ち、従来のレーザ装置では、非線形光学素子によ
り波長変換をした後、波長変換されたレーザ光をアッテ
ネータに入射させるように構成されている。
【0024】しかしながら、従来のレーザ装置に使用さ
れるアッテネータは、複数のレーザ波長に対応するた
め、グランテーラプリズム(例えば、方解石偏光素子)
を有しているが、グランテーラプリズムの製造は技術的
困難を伴い、高価であるという問題点がある。
【0025】さらに、グランテーラプリズムは、レーザ
光によって損傷を受け易いという問題点もある。
【0026】本発明は、小型で、アライメント調整が容
易で、安価な、レーザ発振器の出力を最大限有効に利用
できるレーザ装置を提供することを目的とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基本波
長を有する第1のレーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記第1のレーザ光を波長変換して互いに異なる波長を
有する複数のレーザ光を含む第2のレーザ光に変換する
波長変換手段と、前記第2のレーザ光から一の波長を有
するレーザ光を選択する選択手段とを有するレーザ装置
において、前記レーザ発振器と前記波長変換手段との間
に、前記第1のレーザ光を減衰させるアッテネータを設
けたことを特徴とするレーザ装置が得られる。
【0028】具体的には、前記アッテネータは、スィン
フィルムポラライザと1/2波長板とを含むことを特徴
とする。
【0029】また、前記アッテネータの後、好ましくは
直後に、折返しミラーを備えたことを特徴とする。
【0030】ここで、前記レーザ発振器としては、例え
ば、Nd:YAGレーザ等を用いた固体レーザ発振器が
使用できる。
【0031】本発明のレーザ装置は、顕微鏡と組み合わ
せることによりレーザカッタとして利用できる。
【0032】また、本発明によれば、レーザ発振器から
発射された基本波長を有する第1のレーザ光を波長変換
手段に導き、該波長変換手段において前記第1のレーザ
光の波長変換を行って、互いに異なる波長を有する複数
のレーザ光を含む第2のレーザ光に変換し、選択手段を
用いて前記第2のレーザ光から一の波長を有するレーザ
光を選択するレーザ波長変換方法において、前記第1の
レーザ光をアッテネータを用いて減衰させた後、前記波
長変換手段に導くようにしたことを特徴とするレーザ波
長変換方法が得られる。
【0033】
【作用】アッテネータは、レーザ発振器からの基本波長
を有するレーザ光を減衰させ、減衰させたレーザ光を波
長変換素子へ供給する。このアッテネータは、単一のレ
ーザ光のみを扱うので従来に比べ小型化、低価格化が可
能である。
【0034】波長変換素子は、入射するレーザ光の強度
が強いほど、波長変換効率が高く、逆に入射レーザ光の
強度が弱いほど、波長変換効率は低い。それにもかかわ
らず、このレーザ装置の最小出力は、波長変換素子の上
記特性により、従来よりも小さくすることができる。つ
まり、アッテネータを波長変換素子の前に配置すること
により、レーザ光の出力をより広い範囲で調節可能にで
きる。
【0035】また、アッテネータとしてスィンフィルム
ポラライザを使用した場合には、スィンフィルムポララ
イザの板の厚み分、配置される角度(ブリュースター
角)分、及びその屈折率差によって、光軸がズレるとい
う問題が生じるが、アッテネータの後、好ましくは直後
に配置した折り返しミラーにより、この問題は解消され
る。
【0036】
【発明の実施の形態】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。
【0037】図1に、本発明の一実施の形態によるレー
ザ装置を示す。ここで、従来と同一のものには、同一番
号を付し、その説明を省略する。
【0038】図1のレーザ装置は、従来と異なるアッテ
ネータ11を有している。このアッテネータ11は、λ
/2板12と、ポラライザ13とを有している。λ/2
板12は、従来のλ/2板471と同じであるが、ポラ
ライザ13は、従来のポラライザ472と異なり、10
64nmの波長のレーザ光に対して特定の直線偏光のレ
ーザ光のみを透過させるスィンフィルムポラライザ、例
えばダイエレクトリックポラライザが用いられる。この
ポラライザ13は、単一波長のレーザ光のみに対応して
いればよいので、従来のポラライザ472に比べ、小型
で、作製が容易であり、安価である。
【0039】また、このアッテネータ11は、従来と異
なり、波長変換素子の前段に配置されている。詳述する
と、アッテネータ11は、折り返しミラー42aと42
bとの間に配置されており、波長変換素子であるKTP
44及びBBO45は、λ/2板43及びウインドウ4
6a及び46bとともに、折り返しミラー42bとフィ
ルターユニット48との間に配置されている。
【0040】本実施の形態によるレーザ装置では、レー
ザ発振器から出射したレーザ光は、アッテネータ11に
よって減衰を受けた後、波長変換素子(KTP44及び
BBO45)に入射する。そして、波長変換素子で波長
変換されたレーザ光がフィルターユニット48に入射す
る。
【0041】ここで、波長変換素子は、入射するレーザ
光の強度が強いほど変換効率が高いという特徴を有して
いる。従って、同一の光強度のレーザ光を、アッテネー
タから波長変換素子の順に通過させた場合と、波長変換
素子からアッテネータの順に通過させた場合とでは、ア
ッテネータにおける減衰率が同じであっても、得られる
レーザ光の強度は、アッテネータから波長変換素子の順
に通過させた場合のほうが弱い。前述のように、波長変
換素子は、入射するレーザ光の強度が強いほど変換効率
が高い、という特徴を有しているので、アッテネータ1
1である程度以上レーザ光を減衰させると、波長変換素
子の波長変換効率は0になる。つまり、本実施の形態に
よるレーザ装置では、出力レーザ光の光強度(出力エネ
ルギー)を、0から最大値まで変化させることができ
る。これは、本実施の形態によるレーザ装置の消光比
が、従来よりも向上していることを意味する。
【0042】図2に、アッテネータの位置の違いによる
レーザ装置の出力レーザ光(355nm)のエネルギー
変化の違いを示す。ここで、実線21が、従来のよう
に、KTP−BBO−アッテネータの順に配置されてい
るレーザ装置の1/2波長板回転角度(アッテネータ
値)に対するレーザ光強度の変化を示したものであり、
実線22が、本実施の形態による、アッテネータ−KT
P−BBOの順に配置されているレーザ装置の1/2波
長板回転角度(アッテネータ値)に対するレーザ光強度
の変化を示したものである。
【0043】図2から明らかなように、従来のレーザ装
置では、その出力値を0にすることができない。これに
対して、本実施の形態によるレーザ装置によれば、その
出力値は、0から最大値まで変化しており、高い消光比
が実現されている。なお、フィルタユニット48により
他の波長を有するレーザ光を選択した場合も、同様の結
果が得られる。
【0044】本実施の形態によるレーザ装置は、例えば
図3に示すように顕微鏡に組み合わされ、レーザカッタ
を構成する。このレーザカッタは、ワーク30を搭載す
るXステージ31及びYステージ32、光学系ユニット
33、光学系ユニット33を上下に移動させるためのZ
ステージ34、光学系ユニット33に結合された照明器
35、同じく光学系ユニット33に結合されたCCDカ
メラ36、CCDカメラ36に接続されたモニタ37、
光学系ユニット33に結合された本実施の形態によるレ
ーザ装置38、レーザ装置38に電源を供給するレーザ
電源39、及びレーザ電源39を制御するコントローラ
40を有している。
【0045】なお、上記実施の形態では、レーザ発振器
として、Nd:YAGレーザ発振器を用い、基本波長を
1064nmとしたが、他の波長のレーザ光を出射させ
るレーザを用いても良い。また、レーザ装置からの出力
レーザ光が、2倍波及び3倍波である場合について説明
したが、より高い高調波であっても良い。
【0046】また、従来のレーザ装置では、アッテネー
タにグランテーラプリズムが使用されており、この場
合、アッテネータの入射光と出射光との間に光軸のズレ
は生じなかったが、本実施の形態のよるレーザ装置で
は、アッテネータにスィンフィルムポラライザを使用し
ているので、スィンフィルムポラライザの板の厚み分、
配置される角度(ブリュースター角)分、及びその屈折
率差から、入射光と出射光との間で光軸にズレが生じて
しまう。この光軸のズレの問題は、そのズレを考慮した
上で光学設計を行うことにより解消することもできる。
しかし、より単純な構成でこの問題を解決するには、ア
ッテネータの後に折返しミラーを配置し、光軸のズレを
修正するようにすればよい。この折返しミラーは、アッ
テネータの直後に配置することが好ましい。
【0047】さらにまた、本実施の形態では、波長変換
素子として、KTPとBBOとの組み合わせを用いた
が、KTPを単独で用いてもよい。また、他の波長変換
素子、例えば、KDP(KH2PO4)やLBO(LiB
35)等の結晶を単独でまたは組み合わせて使用するこ
ともできる。
【0048】
【発明の効果】本発明によれば、アッテネータを波長変
換素子の前段に配置するようにしたことで、小型で、ア
ライメント調整が容易で、安価なレーザ装置を得ること
ができる。
【0049】また、本発明によれば、アッテネータを波
長変換素子の前段に配置するようにしたことで、出力値
を0から最大値まで変化させ得るレーザ装置が得られ
る。
【0050】さらに、本発明によれば、種々の発振周波
数のレーザ発振器を、フィルタユニットを交換するだけ
で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態によるレーザ装置の構成
図である。
【図2】図1のレーザ装置と従来のレーザ装置の、1/
2波長板回転角度に対するレーザ光の強度の変化を示す
グラフである。
【図3】図1のレーザ装置を顕微鏡に組み込んで構成し
たレーザカッタの概略図である。
【図4】従来のレーザ装置の構成図である。
【符号の説明】
11 アッテネータ 12 λ/2板 13 ポラライザ 41 レーザ発振器 42a,42b,42c,42d 折り返しミラー 43 λ/2板 44 KTP 45 BBO 46a,46b ウインドウ 47 アッテネータ 48 フィルターユニット 49 エキスパンダー 50 レンズ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年3月7日(2000.3.7)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 レーザ装置、レーザカッタ、及び
レーザ波長変換方法
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0001
【補正方法】変更
【補正内容】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置、レー
ザカッタ、及びレーザ波長変換方法に関し、特に、半導
体装置の製造及び試験等に使用されるレーザカッタ、そ
れに用いられる多波長型レーザ装置、及び多波長型レー
ザ波長変換方法に関する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】図4のレーザ装置は、レーザ発振器41
と、複数の折り返しミラー42a,42b,42c、及
42dと、λ/2板(1/2波長板)43と、KTP
(KTiOPO結晶:波長変換素子)44と、BBO
(β−BaB結晶:波長変換素子)45と、BB
O45に取り付けられる一対のウインドウ46a及び4
6bと、アッテネータ47と、フィルターユニット48
と、エキスパンダー49と、レンズ50とを有してい
る。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】ポッケルスセル416は、電圧を印加する
ことにより、偏向面が90度回転する変調素子である。
このポッケルスセル416は、ポラライザ414及びλ
/4板415との組み合わせにより、Qスイッチ発振を
実現するため、一時的に光を遮断するシャッターとして
動作する。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】シリンドリカルレンズ417は、レーザ光
のビーム断面形状を楕円から円形に補正する。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】折り返しミラー42a,42b,42c、
及び42dは、レーザ発振器41から出射したレーザ光
を反射して、その進路を変更する。ここでは、全て進路
を90度折り曲げるように配置されている。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0025
【補正方法】変更
【補正内容】
【0025】さらに、グランテーラプリズムは、レーザ
光によって損傷を受け易いという問題点ある。またさ
らに、従来のレーザ装置は、波長変換後のレーザ光をア
ッテネータで減衰させているために、レーザ光の最小出
力を0(ゼロ)にすることができないという問題点があ
る。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0041
【補正方法】変更
【補正内容】
【0041】ここで、波長変換素子は、入射するレーザ
光の強度が強いほど変換効率が高く、その強度が弱い
ほど変換効率が低くなるという特徴を有している。そこ
、同一の光強度のレーザ光を、アッテネータから波長
変換素子の順に通過させた場合と、波長変換素子からア
ッテネータの順に通過させた場合とでは、アッテネータ
における減衰率が同じであっても、得られるレーザ光の
強度は、アッテネータから波長変換素子の順に通過させ
た場合のが弱くなるその結果、レーザ光をアッテネ
ータから波長変換素子の順に通過させた場合、アッテネ
ータの減衰率を大きくして、ある程度以上レーザ光を減
衰させると、波長変換素子の波長変換光率は0になる。
つまり、本実施の形態によるレーザ装置では、出力レー
ザ光の光強度(出力エネルギー)の最小値を0にするこ
とができる。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0046
【補正方法】変更
【補正内容】
【0046】また、従来のレーザ装置では、アッテネー
タにグランテーラプリズムが使用されており、この場
合、アッテネータの入射光と出射光との間に光軸のずれ
は生じなかったが、本実施の形態よるレーザ装置で
は、アッテネータにスィンフィルムポラライザを使用し
ているので、スィンフィルムポラライザの板の厚み分、
配置される角度(ブリュースター角)分、及びその屈折
率差から、入射光と出射光との間で光軸にズレが生じ
ことが有るが、この光軸のずれの問題は、そのずれを考
慮した上で光学設計を行なうことにより解消すること
できる。しかし、より単純な構成でこの問題を解決する
には、アッテネータの後に折り返しミラーを配置し、光
軸のずれを修正すれば良い。この折り返しミラーは、ア
ッテネータの直後に配置することが好ましい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01S 3/108 H01S 3/108 Fターム(参考) 2K002 AA04 AB12 BA02 BA03 CA02 EA30 HA13 HA20 HA32 4E068 AE00 CA01 CA04 CA06 CB08 CC02 CD05 CD08 DA09 5F072 AB02 AK01 JJ01 JJ08 KK01 KK12 KK30 MM02 PP01 QQ02 RR01 YY08

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基本波長を有する第1のレーザ光を出射
    するレーザ発振器と、前記第1のレーザ光を波長変換し
    て互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を含む第2
    のレーザ光に変換する波長変換手段と、前記第2のレー
    ザ光から一の波長を有するレーザ光を選択する選択手段
    とを有するレーザ装置において、 前記レーザ発振器と前記波長変換手段との間に、前記第
    1のレーザ光を減衰させるアッテネータを設けたことを
    特徴とするレーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記アッテネータが、スィンフィルムポ
    ラライザと1/2波長板とを含むことを特徴とする請求
    項1のレーザ装置。
  3. 【請求項3】 前記アッテネータの後に折返しミラーを
    配置したことを特徴とする請求項1または2のレーザ装
    置。
  4. 【請求項4】 前記レーザ発振器が固体レーザ発振器で
    あることを特徴とする請求項1、2または3のレーザ装
    置。
  5. 【請求項5】 前記固体レーザ発振器のレーザ媒質が、
    Nd:YAGであることを特徴とする請求項4のレーザ
    装置。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のうち何れか一のレーザ
    装置と、顕微鏡とを有し、前記選択手段により選択され
    たレーザ光が前記顕微鏡の光学系を通して当該顕微鏡の
    視野内に供給されるように、前記レーザ装置が前記顕微
    鏡に結合されていることを特徴とするレーザカッタ。
  7. 【請求項7】 レーザ発振器から発射された基本波長を
    有する第1のレーザ光を波長変換手段に導き、該波長変
    換手段において前記第1のレーザ光の波長変換を行っ
    て、互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を含む第
    2のレーザ光に変換し、選択手段を用いて前記第2のレ
    ーザ光から一の波長を有するレーザ光を選択するレーザ
    波長変換方法において、 前記第1のレーザ光をアッテネータを用いて減衰させた
    後、前記波長変換手段に導くようにしたことを特徴とす
    るレーザ波長変換方法。
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JP2002178323A (ja) * 2000-12-12 2002-06-26 Taiyo Yuden Co Ltd セラミックグリーンシートの加工装置
JP2010286672A (ja) * 2009-06-11 2010-12-24 Ntt Electornics Corp 波長変換レーザ光源
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