JP3535577B2 - Optical process dynamic image diagnostic apparatus and optical process diagnostic method - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザ光による光ＣＶＤ
あるいはレーザ光を照射し加工，製膜，表面処理する光
プロセスの分野において，生成した気相粒子の動的挙動
を高い分解能で可視化して観測する光プロセスの状態を
観測する動的画像診断装置および光プロセス診断方法に
関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to photo CVD using laser light.
Alternatively, in the field of optical processes of irradiating with laser light, processing, film formation, and surface treatment, a dynamic image diagnostic device that visualizes and observes the dynamic behavior of generated gas phase particles with high resolution is observed. And optical process diagnostic method
Concerned.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来，光プロセスで生成される気相粒子
の診断には，レーザ光を原子・分子・微粒子に照射した
際の蛍光・ラマン散乱光・ミー散乱光の強度から粒子の
同定と密度測定を行うレーザ分光法が使用されている。
これは，気相粒子中に細いレーザビームを照射し，気相
粒子が励起されて発光するスペクトルを観測するもので
ある。2. Description of the Related Art Conventionally, gas phase particles produced by an optical process are diagnosed by identifying the particles from the intensities of fluorescence, Raman scattered light, and Mie scattered light when irradiating atoms, molecules, and fine particles with laser light. Laser spectroscopy is used to make density measurements.
In this method, a narrow laser beam is applied to the gas phase particles, and the spectrum of the gas phase particles excited to emit light is observed.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ分光法
は，高い検出感度と時間・空間分解能を持つが，細いレ
ーザビームにより照射された一点の情報しか得られない
ので，粒子の空間的挙動を十分に観測することができな
かった。あるいは，二次元的な情報を得ようとすると，
レーザビームあるいは測光系を走査する必要があり装置
構成が複雑であった。Although the conventional laser spectroscopy has high detection sensitivity and time / spatial resolution, it can obtain only the information of one point irradiated by a thin laser beam, so that the spatial behavior of particles can be determined. I could not observe enough. Or, when trying to obtain two-dimensional information,
It was necessary to scan the laser beam or the photometric system, and the device configuration was complicated.
【０００４】本発明は，光プロセスにおける気相粒子の
二次元分布を瞬時に（又は単ショットで）容易に観測す
ることができ，画像処理して粒子の動的挙動をディスプ
レイ表示する光プロセスの動的画像診断装置および光プ
ロセス診断方法を提供することを目的とする。The present invention provides a method of optical processing in which the two-dimensional distribution of gas-phase particles in an optical process can be easily observed instantaneously (or in a single shot), and image processing is performed to display the dynamic behavior of particles on a display. Dynamic image diagnostic device and optical
The purpose is to provide a process diagnosis method .
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の光プロセスの動
的画像診断装置は，気相プロセスにより発生する気相粒
子の空間分布を観測する光プロセスの動的画像診断装置
において，レーザ駆動パルス源と，レーザ駆動パルス源
のパルスに同期してレーザ光を発生し，気相プロセスを
生じさせる光プロセス用レーザと，レーザ駆動パルスを
入力して遅延して遅延パルスを出力する遅延パルス発生
装置と，該遅延パルス発生装置の出力する遅延パルスを
入力して，光プロセスにより発生する気相粒子の空間分
布を観測するプローブ光を発生するパルスプローブレー
ザと，該プローブ光を入射してシートビーム光を生成し
て空間分布する該気相粒子を通過するように出力するシ
ートビーム光学装置と，前記光プロセスにより生じた気
相粒子の移動方向を制限するスリットと，該スリットを
通過した気相粒子が該シートビーム光により発光する光
により気相粒子の二次元分布を撮影する撮像装置と，該
撮像装置により得られる画像データを画像処理する画像
処理手段と，該画像処理の結果を出力する出力装置と，
前記レーザ駆動パルス源の発生するレーザ駆動パルスの
周期は，任意の回の光プロセスで発生した気相粒子の分
布は次回の光プロセスにおいては消滅しているように定
められるものであり，前記遅延パルス発生装置の遅延時
間τは前記レーザ駆動パルスの発生回数が増える毎に大
きくなるものであって，必要に応じて同一遅延時間で複
数回繰り返すことができるものであり，前記遅延パルス
に同期して前記気相粒子の二次元分布を撮像する。本発
明の光プロセスの診断方法は，光プロセスにより生成さ
れる気相粒子を観測する光プロセス診断方法において，
光プロセスにより発生する気相粒子の移動方向を制限す
るスリットと，光プロセス用のレーザと，光プロセス用
レーザの発生より遅れてプローブ光を発生するパルスプ
ローブレーザと，該プローブ光を入射してシートビーム
光を生成し，前記スリットを通過した気相粒子を照射す
るシートビーム光学装置と，撮像装置とを備え，前記光
プロセス用レーザは周期的にレーザ光を発生するもので
あって，任意の回の光プロセスで発生した気相粒子の分
布は次回の光プロセスにおいては消滅している周期で発
光し，前記パルスプローブレーザ光は，前記光プロセス
用レーザ光の発生より遅延時間τだけ遅れて発生するも
のであり，該遅延時間τを順次に大きくし，必要に応じ
て同一遅延時間で複数回繰り返すものであって，各遅延
時間毎に前記気相粒子の二次元分布を撮像することによ
り光プロセスの二次元分布を動的に観測することを特徴
とする。 Operation of the optical process of the present invention
Image diagnostic equipment uses gas phase particles generated by the gas phase process.
Optical image diagnostic system for optical processes observing the spatial distribution of offspring
Laser drive pulse source and laser drive pulse source
Laser beam is generated in synchronization with the pulse of
The laser for the optical process to generate and the laser drive pulse
Delay pulse generation that inputs and delays and outputs delay pulse
Device and the delayed pulse output from the delayed pulse generator
Input, spatial component of gas phase particles generated by optical process
A pulse probe array that emits probe light to observe the cloth
Then, the sheet light is generated by injecting the probe light.
Output to pass through the gas phase particles spatially distributed
Beam optics and air generated by the optical process
A slit for limiting the moving direction of the phase particles, and the slit
Light emitted by the passing gas phase particles by the sheet beam light
An imaging device for imaging a two-dimensional distribution of gas phase particles by
Image obtained by image processing of image data obtained by the imaging device
Processing means, and an output device for outputting the result of the image processing,
Of the laser drive pulse generated by the laser drive pulse source
The period is the number of gas phase particles generated by any number of optical processes.
The cloth is determined to disappear in the next light process.
When the delay of the delay pulse generator is delayed
The interval τ increases as the number of times the laser drive pulse is generated increases.
However, if the delay time is
The delayed pulse can be repeated several times.
The two-dimensional distribution of the gas phase particles is imaged in synchronization with. Starting
The diagnostic method of the light process of light is generated by the light process.
In the optical process diagnostic method for observing the vapor phase particles,
Limit the moving direction of gas phase particles generated by optical process
Slits, lasers for optical processes, and optical processes
A pulsed probe that emits probe light after the laser is emitted.
Lobe laser and sheet beam by injecting the probe light
Generates light and irradiates the gas phase particles that have passed through the slit
A sheet beam optical device and an imaging device,
Process lasers generate laser light periodically.
Therefore, the amount of gas phase particles generated by any number of optical processes
The cloth is emitted in the cycle that disappears in the next light process.
And the pulsed probe laser light is
Generated by the delay time τ from the generation of the laser light for
Therefore, the delay time τ is gradually increased, and if necessary,
Are repeated multiple times with the same delay time, and each delay
By imaging the two-dimensional distribution of the gas phase particles by time
Characterized by dynamically observing the two-dimensional distribution of the lighting process
And
【０００６】図１は本発明の基本構成を示す。図１にお
いて，１は光プロセス用レーザであって，例えば薄膜蒸
着のための蒸着源となるターゲットの表面をアブレーシ
ョン処理するレーザ等である。FIG. 1 shows the basic configuration of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a laser for an optical process, for example, a laser for ablating the surface of a target which is a vapor deposition source for thin film vapor deposition.
【０００７】１’はレーザ駆動パルス源であって，光プ
ロセス用レーザ，パルスプローブレーザの駆動パルスを
発生するものである。２は遅延パルス発生装置であっ
て，レーザ駆動パルス源１’の発生する駆動パルスを入
力し，遅延したパルスを出力するものである。Reference numeral 1'denotes a laser drive pulse source, which generates drive pulses for an optical process laser and a pulse probe laser. Reference numeral 2 denotes a delay pulse generator, which inputs a drive pulse generated by the laser drive pulse source 1'and outputs a delayed pulse.
【０００８】３は可変波長のパルスプローブレーザであ
って，プローブレーザ光を発光するものである。４はシ
ートビーム光学装置であって，プローブレーザ光を入射
し，シートビーム１２にして出力するものである。Reference numeral 3 is a variable wavelength pulse probe laser, which emits probe laser light. Reference numeral 4 denotes a sheet beam optical device which receives a probe laser beam and outputs it as a sheet beam 12.
【０００９】５は処理室であって，光プロセスにより処
理を行う室である。６はターゲットであって，光プロセ
ス用レーザの照射を受け，光プロセスにより処理される
ものである。例えば，薄膜蒸着をする際の蒸着源であ
る。A processing chamber 5 is a chamber for processing by an optical process. Reference numeral 6 denotes a target which is irradiated with a laser for an optical process and is processed by the optical process. For example, it is a vapor deposition source for thin film vapor deposition.
【００１０】７は撮像装置であって，光プロセスにより
生成されて気相粒子の発光の二次元分布を撮影するもの
である。８は画像処理装置であって，撮像装置７により
撮影された画像を画像処理するものである。Reference numeral 7 denotes an image pickup device for photographing a two-dimensional distribution of light emission of gas phase particles generated by an optical process. Reference numeral 8 denotes an image processing device, which processes the image taken by the imaging device 7.
【００１１】９は出力装置であって，画像処理された画
像を出力するものであって，ディスプレイ等である。１
２はシートビームである。An output device 9 outputs an image processed image, and is a display or the like. 1
2 is a seat beam.
【００１２】１３は光プロセス用レーザ光である。１４
はプローブレーザ光である。Reference numeral 13 is a laser beam for optical processing. 14
Is a probe laser beam.
【００１３】[0013]
【作用】本発明の基本構成の動作を説明する。レーザ駆
動パルス源１’に駆動されて光プロセス用レーザ１が発
光する。光プロセス用レーザ光１３はターゲット６に照
射される。ターゲット６から気相粒子が発生し処理室５
の内部に分布する。The operation of the basic configuration of the present invention will be described. The optical process laser 1 is driven by the laser driving pulse source 1 ′ to emit light. The target 6 is irradiated with the laser light 13 for optical processing. Gas particles are generated from the target 6 and the processing chamber 5
Distributed inside.
【００１４】一方，遅延パルス発生装置２はレーザ駆動
パルス源１’のパルスを入力し，遅延させてパルスプロ
ーブレーザ３を駆動するパルスを出力する。その駆動パ
ルスによりパルスプローブレーザ３は光プロセス用レー
ザ１の発光より遅れてプローブレーザ光１４を発光す
る。On the other hand, the delay pulse generator 2 receives the pulse of the laser driving pulse source 1 ', delays it, and outputs a pulse for driving the pulse probe laser 3. The drive pulse causes the pulse probe laser 3 to emit the probe laser light 14 later than the emission of the optical process laser 1.
【００１５】プローブレーザ光１４はシートビーム光学
装置４に入射され，シートビーム光学装置４によりシー
トビーム１２となって出力され，処理室５に入射され
る。処理室５において，ターゲット６から発生した粒子
はシートビーム１２に照射される。そして，プローブレ
ーザ光の発振波長を発生した粒子に特有の共鳴波長に同
調する波長に選択すれば，気相粒子はシートビーム１２
に励起されて発光する。撮像装置７は，シートビーム１
２の厚さ方向に直角の方向から撮影すれば，シートビー
ム１２の厚さの面内で分布した粒子の発光の二次元分布
を撮影することができる。画像処理装置８は，そのよう
にして得られた画像データをメモリに格納するととも
に，画像データを分析し，強度分布等の必要な情報を獲
得する。画像処理装置８で処理された画像データは出力
装置９に出力される。The probe laser beam 14 is incident on the sheet beam optical device 4, is output as a sheet beam 12 by the sheet beam optical device 4, and is incident on the processing chamber 5. In the processing chamber 5, the particles emitted from the target 6 are irradiated onto the sheet beam 12. Then, if the oscillation wavelength of the probe laser light is selected to be a wavelength that is tuned to the resonance wavelength peculiar to the generated particles, the vapor phase particles will become
It is excited by and emits light. The imaging device 7 is a seat beam 1
If the image is taken from a direction perpendicular to the thickness direction of 2, the two-dimensional distribution of the light emission of the particles distributed in the plane of the thickness of the sheet beam 12 can be taken. The image processing device 8 stores the image data thus obtained in the memory, analyzes the image data, and acquires necessary information such as the intensity distribution. The image data processed by the image processing device 8 is output to the output device 9.
【００１６】光プロセス用レーザ１の発光タイミングを
基準としたパルスプローブレーザ３の発光の遅延時間を
様々に変化させ，それぞれの遅延時間で気相粒子の発光
の二次元分布の発光を撮影すれば，気相粒子の動的挙動
を表す画像データを１０ナノ秒以下の分解能で得ること
ができる。If the delay time of light emission of the pulse probe laser 3 based on the light emission timing of the optical process laser 1 is variously changed and the light emission of the two-dimensional distribution of the emission of the gas phase particles is photographed at each delay time. , It is possible to obtain image data representing the dynamic behavior of gas phase particles with a resolution of 10 nanoseconds or less.
【００１７】本発明によれば，光プロセスに生成された
気相粒子の動的挙動を表す画像をコマ撮りに撮影するこ
とができ，そのようにして得られた二次元画像を画像処
理することにより光プロセスにおいて発生した気相粒子
の動態を正確に診断することができる。According to the present invention, an image showing the dynamic behavior of gas phase particles generated in an optical process can be photographed in time-lapse, and the two-dimensional image thus obtained can be image-processed. This makes it possible to accurately diagnose the dynamics of gas phase particles generated in the optical process.
【００１８】[0018]
【実施例】図２は本発明をエキシマレーザアブレーショ
ンプロセスによる薄膜作成時の粒子の動的診断へ適用す
るための構成を示す。EXAMPLE FIG. 2 shows a configuration for applying the present invention to dynamic diagnosis of particles during thin film formation by an excimer laser ablation process.
【００１９】エキシマレーザ光をセラミックスの表面に
照射した際に発生するブルーム中の原子・分子を基板上
に堆積させ，薄膜を作成する技術は，高温超伝導薄膜作
成等に有効と考えられる。図２はその際に発生する原子
・分子の挙動をレーザ誘起蛍光法により測定するシステ
ム構成であり，光プロセスのモニターや制御に有効なデ
ータを提供するものである。The technique of depositing atoms and molecules in bloom generated when the surface of ceramics is irradiated with excimer laser light on a substrate to form a thin film is considered effective for producing a high temperature superconducting thin film. Fig. 2 shows a system configuration that measures the behavior of atoms and molecules generated at that time by the laser-induced fluorescence method, and provides data effective for monitoring and controlling the optical process.
【００２０】図２において，１は光プロセス用レーザ
（アブレーション用レーザ）であって，エキシマレーザ
である。In FIG. 2, reference numeral 1 denotes an optical process laser (ablation laser), which is an excimer laser.
【００２１】１’はレーザ駆動パルス源である。２は遅
延パルス発生装置である。３はパルスプローブレーザで
あって，可変波長色素レーザである。Reference numeral 1'denotes a laser driving pulse source. Reference numeral 2 is a delayed pulse generator. A pulse probe laser 3 is a variable wavelength dye laser.
【００２２】４はシートビーム光学装置である。５’は
真空チェンバーであって，光プロセスの処理を行う室で
ある。６は薄膜の蒸着源となるターゲットである。Reference numeral 4 is a sheet beam optical device. Reference numeral 5'denotes a vacuum chamber, which is a chamber for performing an optical process. Reference numeral 6 is a target which serves as a vapor deposition source for the thin film.
【００２３】７は撮像装置である。７’はゲート付きイ
メージインテンシファイアであって，気相粒子の発光を
受光して増幅するものであり，遅延パルス発生装置２の
出力に同期して動作するものである。Reference numeral 7 is an image pickup device. Reference numeral 7'denotes an image intensifier with a gate, which receives and amplifies the emission of gas phase particles, and operates in synchronization with the output of the delay pulse generator 2.
【００２４】８’はＣＣＤカメラであって，ゲート付き
イメージインテンシファイアの出力を画像化するもので
ある。８は画像処理装置である。Reference numeral 8'denotes a CCD camera for imaging the output of the gated image intensifier. Reference numeral 8 is an image processing device.
【００２５】９’はディスプレイ（出力装置）である。
画像処理装置８において，１５はメモリであって，撮像
装置７が撮影した画像データを保持するものである。Reference numeral 9'denotes a display (output device).
In the image processing device 8, reference numeral 15 is a memory, which holds image data taken by the imaging device 7.
【００２６】２１，２２，２３，２４は，強度分布を分
析するためのメモリに保持された画像データである。２
６はマイクロコンピュータである。Reference numerals 21, 22, 23, and 24 are image data stored in the memory for analyzing the intensity distribution. Two
6 is a microcomputer.
【００２７】２８はＣＣＤカメラ８’で撮影された画像
フレームを取り込む処理を表す。２９は気相粒子の二次
元分布の画像の強度分布を画像フレーム毎に分析する処
理を表す。Reference numeral 28 represents a process for taking in an image frame taken by the CCD camera 8 '. Reference numeral 29 represents a process of analyzing the intensity distribution of the image of the two-dimensional distribution of gas phase particles for each image frame.
【００２８】３０は分析した強度分布をディスプレイ
９’に表示出力する処理を表す。図２において，ターゲ
ット６の上方に気相粒子の移動する方向を制限するスリ
ットがあるが図示を省略されている。Reference numeral 30 represents a process of displaying and outputting the analyzed intensity distribution on the display 9 '. In FIG. 2, there is a slit above the target 6 for limiting the moving direction of the vapor phase particles, but it is not shown.
【００２９】図３は本発明の装置構成実施例であり，図
２におけるシートビーム光学装置４，ターゲット６，画
像処理装置８，スリット３５の配置の関係を示す。３５
はスリットであって，光プロセスで発生した気相粒子の
移動する方向を制限するものである。FIG. 3 shows an embodiment of the apparatus configuration of the present invention and shows the relationship of the arrangement of the sheet beam optical apparatus 4, the target 6, the image processing apparatus 8 and the slit 35 in FIG. 35
Is a slit that limits the moving direction of the gas phase particles generated by the optical process.
【００３０】図３の構成において，光プロセス用レーザ
光１３はターゲット６に斜め上の方向より入射されてタ
ーゲット６の表面をアブレートする。そして，ターゲッ
ト表面より蒸発した粒子はスリット３５を通過し，スリ
ット上方に分布する。プローブレーザの発振波長を発生
した粒子に特有の共鳴周波数に同調すれば粒子は蛍光を
発するので，シートビーム１２の厚さ方向に直角な方向
から撮像装置７により撮影すれば，気相粒子の発光の二
次元分布の画像が得られる。In the configuration shown in FIG. 3, the laser light 13 for optical processing is incident on the target 6 from an obliquely upward direction and ablates the surface of the target 6. The particles evaporated from the target surface pass through the slit 35 and are distributed above the slit. If the oscillation wavelength of the probe laser is tuned to the resonance frequency peculiar to the generated particle, the particle emits fluorescence. Therefore, if the image is taken by the imaging device 7 from the direction perpendicular to the thickness direction of the sheet beam 12, the emission of the gas phase particle An image with a two-dimensional distribution of is obtained.
【００３１】図４は本発明の各駆動パルスのタイミング
図である。(a)は光プロセス用レーザ駆動パルスであ
る。(b)はパルスプローブレーザ駆動パルスである。FIG. 4 is a timing chart of each driving pulse of the present invention. (a) is a laser drive pulse for optical processing. (b) is a pulse probe laser drive pulse.
【００３２】(c)はゲート付きイメージインテンシファ
イア駆動パルスである。光プロセス用レーザ駆動パルス
は，例えば，数秒の周期で繰り返される。そして，その
周期は，画像処理装置の処理時間を考慮するとともに，
一回の光プロセスで発生した気相粒子の分布は次回の光
プロセスでは消滅しているように周期は選択される。(C) is a gated image intensifier drive pulse. The laser driving pulse for the optical process is repeated, for example, in a cycle of several seconds. Then, the cycle takes into account the processing time of the image processing apparatus,
The period is selected so that the distribution of gas phase particles generated in one photoprocess disappears in the next photoprocess.
【００３３】パルスプローブレーザ駆動パルスは (b)に
示すように，光プロセス用レーザ駆動パルス (a)の発生
より遅延されて発生し，その遅延時間は光プロセス駆動
パルスの発生回数が増える毎に長くなる。図 (b)におい
て，τ1,τ2,τ3,τ4 はそれぞれ，光プロセス用レーザ
駆動パルスの発生時刻Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，Ｔ4 からの遅
延時間であり，τ1 ＜τ2 ＜τ3 ＜τ4 である。なお，
同一遅延時間を数回繰り返し，その後に次の遅延時間に
するようにすれば分解能は向上する。As shown in (b), the pulse probe laser drive pulse is generated after being delayed from the generation of the optical process laser drive pulse (a), and the delay time is increased every time the number of generations of the optical process drive pulse is increased. become longer. In Fig. (B), τ 1, τ 2, τ 3, τ 4 are delay times from the generation times T 1 , T 2 , T 3 , T 4 of the laser drive pulse for optical process, respectively, and τ 1 < τ 2 <τ 3 <τ 4 . In addition,
The resolution is improved by repeating the same delay time several times and then setting the next delay time.
【００３４】ゲート付きインテンシファイア (c)のゲー
ト駆動パルスはパルスプローブ駆動パルスに同期して発
生する。次に，図４を参照し図２の構成の動作を説明す
る。The gate drive pulse of the gated intensifier (c) is generated in synchronization with the pulse probe drive pulse. Next, the operation of the configuration of FIG. 2 will be described with reference to FIG.
【００３５】時刻Ｔ1 でレーザ駆動パルス源１’は光プ
ロセス用レーザ１の駆動パルスを発生する時刻Ｔ1 で光
プロセス用レーザが発光し，ターゲット６の表面に入射
され，ターゲット表面から気相粒子が蒸散し，スリット
（図示せず）を通過して上方に拡散する。At time T 1 , the laser driving pulse source 1 ′ generates a driving pulse for the laser 1 for optical processing. At time T 1 , the laser for optical processing emits light, which is incident on the surface of the target 6 and vaporized from the target surface. The particles evaporate, pass through a slit (not shown), and diffuse upward.
【００３６】遅延パルス発生装置２は時刻Ｔ1 で発生し
た光プロセスレーザ１の駆動パルスを入力し，遅延時間
τ1 だけ遅延させてパルスプローブレーザ３の駆動パル
スを発生する。そのため，パルスプローブレーザ３は光
プロセス用レーザの発光よりτ1 時間遅れて発光する。
シートビーム光学装置４はパルスプローブレーザ光を入
射し，シートビーム１２として出力する。シートビーム
１２は真空チェンバー５’内に導かれ，ターゲット６か
ら発生した気相粒子を励起し，発光させる。パルスプロ
ーブレーザ駆動パルスに同期してゲート付きイメージイ
ンテンシファイア７’の駆動パルスが発生するので，シ
ートビームの厚みの面内の気相粒子の二次元分布の発光
は，ゲート付きイメージインテンシファイアに受光され
て増幅され，ＣＣＤカメラ８’により画像データ化され
る。ＣＣＤカメラ８’で画像化された時刻Ｔ1 フレーム
の画像はマイクロコンピュータ２６のフレーム取り込み
処理によりメモリ１５に取り込まれる。The delay pulse generator 2 receives the drive pulse of the optical process laser 1 generated at time T 1 , delays it by the delay time τ 1, and generates the drive pulse of the pulse probe laser 3. Therefore, the pulse probe laser 3 emits light with a delay of τ 1 time from the light emission of the laser for optical processing.
The sheet beam optical device 4 receives the pulse probe laser beam and outputs it as a sheet beam 12. The sheet beam 12 is guided into the vacuum chamber 5 ′ and excites gas phase particles generated from the target 6 to emit light. Since the drive pulse of the gated image intensifier 7 ′ is generated in synchronization with the pulsed probe laser drive pulse, the emission of the two-dimensional distribution of the vapor phase particles in the plane of the thickness of the sheet beam is generated by the gated image intensifier. The light is received by and amplified by the CCD camera 8 and converted into image data by the CCD camera 8 '. The image of the time T 1 frame imaged by the CCD camera 8 ′ is taken into the memory 15 by the frame taking process of the microcomputer 26.
【００３７】次に時刻Ｔ2 において，レーザ駆動パルス
源１’は光プロセス用レーザ１に次の駆動パルスを発生
する。そして，光プロセス用レーザ光１３がターゲット
６の表面に入射され，ターゲット６の表面から気相粒子
が蒸散し，スリットを通過して上方に拡散する。Next, at time T 2 , the laser drive pulse source 1 ′ generates the next drive pulse for the laser 1 for optical processing. Then, the laser light 13 for optical processing is incident on the surface of the target 6, vapor phase particles evaporate from the surface of the target 6, pass through the slit, and diffuse upward.
【００３８】遅延パルス発生装置２は時刻Ｔ2 で発生し
た駆動パルスを入力し，遅延時間τ 2 だけ遅延させてパ
ルスプローブレーザ３を駆動する。そのパルスプローブ
レーザ光によりシートビーム１２が生成され，真空チェ
ンバー内に導かれる。そして，ターゲット６から発生
し，スリット上方に分布する気相粒子を励起し，発光さ
せる。パルスプローブレーザ３の駆動パルスに同期して
ゲート付きイメージインテンシファイア７’の駆動パル
スが発生するので，シートビームの厚みの面内の気相粒
子の発光の二次元分布は，ゲート付きイメージインテン
シファイアに入力されて増幅され，ＣＣＤカメラ８’に
より画像データ化される。ＣＣＤカメラ８’で画像化さ
れた時刻Ｔ2 フレームの画像はマイクロコンピュータ２
６のフレーム取り込み処理によりメモリ１５に取り込ま
れる。The delay pulse generator 2 operates at time T2Occurs in
Input drive pulse and delay time τ 2Delay only
The loose probe laser 3 is driven. Its pulse probe
The sheet beam 12 is generated by the laser light and
Be guided into the room. And it occurs from the target 6
Then, the gas phase particles distributed above the slit are excited and emitted.
Let In synchronization with the drive pulse of the pulse probe laser 3
Driving pulse for image intensifier 7'with gate
Gas is generated in the plane of the sheet beam thickness.
The two-dimensional distribution of the luminescence of the child is
It is input to the sapphire, amplified, and sent to the CCD camera 8 '.
More image data. Imaged with CCD camera 8 '
Time T2Image of frame is microcomputer 2
Captured in the memory 15 by the frame capture process of 6
Be done.
【００３９】同様に時刻Ｔ3 ，Ｔ4 において，光プロセ
ス用レーザ１が発光し，それより時刻τ3 ，τ4 だけ遅
れてパルスプローブレーザが発光する。そして，シート
ビームが生成されて真空チェンバー５’内に導かれ，気
相粒子を励起し，発光させる。また，それぞれのプロー
ブパルスレーザの駆動パルスに同期してゲート付きイメ
ージインテンシファイアが動作し，ＣＣＤカメラ８’に
よりそれぞれ，プローブレーザパルスの発光のタイミン
グに同期して，シートビーム１２により励起された気相
粒子の発光を受光して増幅し，ＣＣＤカメラ８’により
画像データ化する。Similarly, at times T 3 and T 4 , the optical process laser 1 emits light, and the pulse probe laser emits light with a delay of times τ 3 and τ 4 thereafter. Then, a sheet beam is generated and guided into the vacuum chamber 5 ′ to excite gas phase particles to emit light. Further, the image intensifier with a gate operates in synchronization with the drive pulse of each probe pulse laser, and is excited by the sheet beam 12 in synchronization with each emission timing of the probe laser pulse by the CCD camera 8 ′. The light emission of the gas phase particles is received, amplified, and converted into image data by the CCD camera 8 '.
【００４０】そして，それぞれのフレームの画像は画像
処理装置８において，メモリ１５に取り込まれる。マイ
クロコンピュータ２６の強度分布分析の処理２９により
各フレームの粒子の発光強度の二次元分布が分析され，
表示出力の処理３０によりディスプレイ９’に表示出力
される。Then, the image of each frame is taken into the memory 15 in the image processing apparatus 8. By the intensity distribution analysis process 29 of the microcomputer 26, the two-dimensional distribution of the emission intensity of the particles in each frame is analyzed.
The display output processing 30 is output to the display 9 '.
【００４１】図５はＹＢＣＯセラミックスのターゲット
をエキシマレーザでアブレーションした際，発生したバ
リウム原子の密度分布を本発明の装置で画像化した例を
示す。FIG. 5 shows an example in which the density distribution of barium atoms generated when a YBCO ceramic target is ablated by an excimer laser is imaged by the apparatus of the present invention.
【００４２】プローブレーザ光の波長をバリウム原子の
共鳴線にあわせた場合の蛍光を観測したものである。真
空チェンバー内には１００ミリトールの酸素ガスが満た
されていて，その中を運動する原子の様子や衝撃波の発
生が高速コマ撮り写真として観測できる。図５の各フレ
ームの画像の縞模様の等高線は発光強度を表す。The fluorescence is observed when the wavelength of the probe laser light is adjusted to the resonance line of the barium atom. The vacuum chamber is filled with 100 mTorr of oxygen gas, and the state of atoms moving in it and the generation of shock waves can be observed as high-speed time-lapse photographs. The striped contour lines in the image of each frame in FIG. 5 represent the emission intensity.
【００４３】図５は，プローブパルスレーザ駆動パルス
を発生する遅延時間がτ1 ＝１・５μｓ，τ2 ＝４μ
ｓ，τ3 ＝８μｓ，τ4 ＝１５μｓの場合である。光プ
ロセス用レーザ駆動パルスの周期は数秒である。FIG. 5 shows that the delay time for generating the probe pulse laser drive pulse is τ 1 = 1.5 μs and τ 2 = 4 μ.
This is the case where s, τ 3 = 8 μs and τ 4 = 15 μs. The period of the laser driving pulse for optical process is several seconds.
【００４４】縦軸はターゲットからの距離であり，ター
ゲットから２０ｍｍの位置にスリットが存在する。縦軸
の矢印の範囲がシートビームの厚さ方向の位置を表す。
図６は，本発明の装置によりアルミナセラミックスをア
プレーションした際に発生したアルミニューム原子を観
測した例を示す。The vertical axis represents the distance from the target, and a slit exists at a position 20 mm from the target. The range of the arrow on the vertical axis represents the position of the sheet beam in the thickness direction.
FIG. 6 shows an example of observing aluminum atoms generated when alumina ceramics were applied by the apparatus of the present invention.
【００４５】真空チェンバー中でアルミニューム原子が
上方に設けられたスリットを通り抜け，ビーム化して飛
行してゆく様が視覚化されている。各フレームの画像の
縞模様の等高線は発光強度を表す。It is visualized that aluminum atoms pass through a slit provided above in the vacuum chamber, form a beam and fly. The striped contour lines in the image of each frame represent the emission intensity.
【００４６】縦軸はターゲットからの距離であり，ター
ゲットから２０ｍｍの位置にスリットが存在する。縦軸
の矢印の範囲はシートビームの厚さ方向の位置を表す。
プローブパルスレーザ駆動パルスを発生する遅延時間が
τ1 ＝１μｓ，τ2 ＝１．２μｓ，τ3 ＝１．４μｓ，
τ4 ＝１．６μｓの場合である。光プロセス用レーザ駆
動パルスの周期は数秒である。The vertical axis represents the distance from the target, and a slit exists at a position 20 mm from the target. The range of the arrow on the vertical axis represents the position of the sheet beam in the thickness direction.
Delay time for generating probe pulse laser drive pulse τ 1 = 1 μs, τ 2 = 1.2 μs, τ 3 = 1.4 μs,
This is the case where τ 4 = 1.6 μs. The period of the laser driving pulse for optical process is several seconds.
【００４７】[0047]
【発明の効果】本発明によれば，光プロセスにより生成
する気相粒子の動的挙動を二次元画像として記録し，画
像表示することができる。そのため，光プロセスの診断
を容易にし，有効なデータを提供することができる。According to the present invention, the dynamic behavior of gas phase particles generated by an optical process can be recorded as a two-dimensional image and displayed as an image. Therefore, the diagnosis of the optical process can be facilitated and effective data can be provided.
【図１】本発明の基本構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the present invention.
【図２】本発明のシステム構成実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a system configuration example of the present invention.
【図３】本発明の装置構成の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a device configuration of the present invention.
【図４】本発明の各駆動パルスのタイミング図である。FIG. 4 is a timing diagram of each drive pulse of the present invention.
【図５】本発明による測定結果の例１を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing Example 1 of measurement results according to the present invention.
【図６】本発明による測定結果の例２を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing Example 2 of measurement results according to the present invention.
１：光プロセス用レーザ １’：レーザ駆動パルス源 ２：遅延パルス発生装置 ３：パルスプローブレーザ ４：シートビーム光学装置 ５：処理室 ６：ターゲット ７：撮像装置 ８：画像処理装置 ９：出力装置 １２：シートビーム １３：光プロセス用レーザ光 1: Laser for optical process 1 ': laser drive pulse source 2: Delayed pulse generator 3: Pulse probe laser 4: Sheet beam optical device 5: Processing room 6: Target 7: Imaging device 8: Image processing device 9: Output device 12: Seat beam 13: Laser light for optical process
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−192630（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−172731（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−15541（ＪＰ，Ａ) 岡田龍雄、外７名，レーザー分光法に よる光ＣＶＤの気相診断，レーザー研 究，日本，1989年 ２月，第17巻、第２ 号，ｐ．136−147 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 15/00 - 15/14 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)Front Page Continuation (56) References JP 62-192630 (JP, A) JP 5-172731 (JP, A) JP 60-15541 (JP, A) Okada Tatsuo, 7 others, laser Vapor Phase Diagnosis of Photo-CVD by Spectroscopy, Laser Research, Japan, February 1989, Volume 17, No. 2, p. 136-147 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 15/00-15/14 G01N 21/00-21/01 G01N 21/17-21/61 JISST file (JOIS)
Claims (3)
空間分布を観測する光プロセスの動的画像診断装置にお
いて， レーザ駆動パルス源と， レーザ駆動パルス源のパルスに同期してレーザ光を発生
し，気相プロセスを生じさせる光プロセス用レーザと， レーザ駆動パルスを入力して遅延して遅延パルスを出力
する遅延パルス発生装置と， 該遅延パルス発生装置の出力する遅延パルスを入力し
て，光プロセスにより発生する気相粒子の空間分布を観
測するプローブ光を発生するパルスプローブレーザと， 該プローブ光を入射してシートビーム光を生成して空間
分布する該気相粒子を通過するように出力するシートビ
ーム光学装置と， 前記光プロセスにより生じた気相粒子の移動方向を制限
するスリットと， 該スリットを通過した気相粒子が該シートビーム光によ
り発光する光により気相粒子の二次元分布を撮影する撮
像装置と， 該撮像装置により得られる画像データを画像処理する画
像処理手段と， 該画像処理の結果を出力する出力装置と， 前記レーザ駆動パルス源の発生するレーザ駆動パルスの
周期は，任意の回の光プロセスで発生した気相粒子の分
布は次回の光プロセスにおいては消滅しているように定
められるものであり， 前記遅延パルス発生装置の遅延時間τは前記レーザ駆動
パルスの発生回数が増える毎に大きくなるものであっ
て，必要に応じて同一遅延時間で複数回繰り返すことが
できるものであり，前記遅延パルスに同期して前記気相
粒子の二次元分布を撮像することを特徴とする光プロセ
スの動的画像診断装置。1. A dynamic image diagnostic apparatus for an optical process for observing a spatial distribution of gas phase particles generated by a gas phase process, wherein a laser driving pulse source and laser light are generated in synchronization with a pulse of the laser driving pulse source. Then, an optical process laser that causes a gas phase process, a delay pulse generator that inputs a laser drive pulse and delays and outputs a delay pulse, and a delay pulse that the delay pulse generator outputs are input. A pulsed probe laser for generating probe light for observing the spatial distribution of gas-phase particles generated by an optical process, and a probe beam incident to generate sheet beam light so as to pass through the gas-phase particles spatially distributed. Sheet beam optical device for outputting, slit for limiting the moving direction of vapor phase particles generated by the optical process, and vapor phase particles passing through the slit An image pickup device for photographing a two-dimensional distribution of gas phase particles by the light emitted by the sheet beam light, an image processing means for image-processing the image data obtained by the image pickup device, and an output device for outputting the result of the image processing. And the period of the laser drive pulse generated by the laser drive pulse source is determined so that the distribution of the gas phase particles generated in an arbitrary optical process disappears in the next optical process, The delay time τ of the delay pulse generator increases as the number of times the laser drive pulse is generated increases, and can be repeated a plurality of times with the same delay time if necessary. A dynamic image diagnostic apparatus for an optical process, which synchronously images a two-dimensional distribution of the gas phase particles.
して撮像するものであって， 前記気相粒子の二次元分布を前記遅延パルスに同期して
フレーム画像として撮像し，画像処理手段は，該フレー
ム画像を保持し，光強度分析処理するものであり，出力
装置はフレーム画像を表示出力するものであることを特
徴とする請求項１に記載の光プロセスの動的画像診断装
置。2. The image pickup device picks up an image in synchronization with the delay pulse, and picks up a two-dimensional distribution of the gas phase particles as a frame image in synchronization with the delay pulse. 2. The dynamic image diagnostic apparatus for an optical process according to claim 1, wherein the frame image is held and a light intensity analysis process is performed, and the output device displays and outputs the frame image.
観測する光プロセス診断方法において， 光プロセスにより発生する気相粒子の移動方向を制限す
るスリットと，光プロセス用のレーザと，光プロセス用
レーザの発生より遅れてプローブ光を発生するパルスプ
ローブレーザと，該プローブ光を入射してシートビーム
光を生成し，前記スリットを通過した気相粒子を照射す
るシートビーム光学装置と，撮像装置とを備え， 前記光プロセス用レーザは周期的にレーザ光を発生する
ものであって，任意の回の光プロセスで発生した気相粒
子の分布は次回の光プロセスにおいては消滅している周
期で発光し， 前記パルスプローブレーザ光は，前記光プロセス用レー
ザ光の発生より遅延時間τだけ遅れて発生するものであ
り，該遅延時間τを順次に大きくし，必要に応じて同一
遅延時間で複数回繰り返すものであって，各遅延時間毎
に前記気相粒子の二次元分布を撮像することにより光プ
ロセスの二次元分布を動的に観測することを特徴とする
光プロセス診断方法。3. An optical process diagnostic method for observing gas phase particles generated by an optical process, comprising: a slit for limiting a moving direction of the gas phase particle generated by the optical process; a laser for the optical process; A pulsed probe laser that generates probe light after the generation of laser, a sheet beam optical device that emits sheet beam light by injecting the probe light, and irradiates gas phase particles that have passed through the slit, and an imaging device. The laser for optical processing periodically emits laser light, and the distribution of gas phase particles generated in an arbitrary optical process is emitted in a cycle that disappears in the next optical process. However, the pulse probe laser light is generated with a delay time τ behind the generation of the laser light for optical processing, and the delay time τ is sequentially Comb, which is repeated a plurality of times with the same delay time as needed, by dynamically observing the two-dimensional distribution of the optical process by imaging the two-dimensional distribution of the gas phase particles at each delay time. A characteristic optical process diagnosis method.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP21973894A JP3535577B2 (en) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | Optical process dynamic image diagnostic apparatus and optical process diagnostic method |
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Publications (2)
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|---|---|---|---|---|
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1994
- 1994-09-14 JP JP21973894A patent/JP3535577B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 岡田龍雄、外７名，レーザー分光法による光ＣＶＤの気相診断，レーザー研究，日本，１９８９年 ２月，第１７巻、第２号，ｐ．１３６−１４７ |
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