JPH05315684A - レーザ光源及びこれを用いたレーザ加工装置 - Google Patents

レーザ光源及びこれを用いたレーザ加工装置

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JPH05315684A
JPH05315684A JP4117083A JP11708392A JPH05315684A JP H05315684 A JPH05315684 A JP H05315684A JP 4117083 A JP4117083 A JP 4117083A JP 11708392 A JP11708392 A JP 11708392A JP H05315684 A JPH05315684 A JP H05315684A
Authority
JP
Japan
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mirror
laser
light source
laser light
output
Prior art date
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Application number
JP4117083A
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English (en)
Inventor
Yoshihiko Okamoto
好彦 岡本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ媒質の出力側のミラーに高反射率のミ
ラー領域と透過率を実質的に上げた複数のハーフミラー
領域とを有するものとし、このハーフミラー領域を通し
てレーザ光を放射することで、レーザビームの使用効率
を向上させることができるようにする。 【構成】 クラッド層3、活性領域5、クラッド層6か
ら成るレーザ媒質の一面に反射ミラー7を配設すると共
に、他面に実質的に透過率を上げたミラーハーフミラー
領域8a,8bを配設し、かつ、その周囲に高反射率の
ミラー領域10a,10bを設けて、複数のレーザ光を
ミラーハーフミラー領域8a,8bから出力させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微細加工に用いるレー
ザ技術、特に、効率的に微細な径のレーザ光を得るため
の技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】通常、レーザは多モードで同時発振をす
る。例えば、固体レーザでは数十モード、気体レーザで
は10モード以上になる場合がある。しかし、以下にお
いては、単一のスペクトル線で発振するように選択して
用いる場合に限定する。
【0003】通常、レーザの同時発振を避けるため、共
振器の中に周波数選択フィルタを設置し、或いは絞りを
設置することが行われている。
【0004】多層基板やアモルファス太陽電池基板など
のパターン加工に用いられるレーザ光源においては、レ
ーザ光源から放射された光をコリメータレンズで平行光
にし、ビームの形状を決めるアパーチャを通し、これを
対物レンズで集光し、試料に照射する方式が採用されて
いる。このとき、ビームを決めるアパーチャは、対物レ
ンズの対物像面位置に配置され、このアパーチャに形成
したパターン像が試料面に転写される。この場合、アパ
ーチャ面に照射するビームの断面積に比べ、アパーチャ
を通過して加工に使われるビームの断面積は非常に小さ
くなり、このためにビームの使用効率が極めて悪くな
る。
【0005】一方、レーザ光源から放射された光を回転
ミラーや音響偏向(AO)素子を用いてレーザービーム
を走査する方式、或いは加工試料をX−Y稼働ステージ
に搭載して移動させる方式は、走査や移動に時間がかか
り、ビームの使用効率が低下する。
【0006】したがって、レーザ光の発生時にパターン
形状を作ることができれば、飛躍的にビームの使用効率
を向上させることができる。
【0007】また、対物レンズなどの投影光学系を通し
て作成されるレーザ光ビームは、回折現象があるため、
その微細化、ビームの強度分布に限界のあることは周知
である。
【0008】例えば、光ビームのスポット径は、光の波
長、対物レンズの開口数などによって決まり、これより
微細な光ビームを作ることは不可能とされている。とこ
ろが、例えば、レーザ顕微鏡装置では、二次元画像を得
るためのスポット径が小さいほど高解像度を得ることが
できる。したがって、微細な光ビームを作ることができ
れば、飛躍的に性能を向上させることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の検討によれ
ば、レーザ光源から放射された光をコリメータレンズで
平行光にし、ビームの形状を決めるアパーチャを通し、
これを対物レンズで集光して試料に照射する従来技術
は、アパーチャ面に照射するビームの断面積に比べて、
アパーチャを通過して加工に使われるビームの断面積は
非常に小さくなる。
【0010】このため、ビームの使用効率が悪くなる。
【0011】一方、レーザ光源から放射された光を絞っ
て回転ミラーやAO素子などを用い、ビームを走査する
方式や加工試料をX−Yステージに搭載して移動させる
方式を採用しても、走査、移動に時間がかかり、効率が
大幅に低下する。そこで、レーザ光を加工などに応用す
るうえでのビームの使用効率の向上は、1つの課題にな
っている。
【0012】また、対物レンズなどの投影光学系を通し
て作成されるレーザ光ビームは、回折現象があるため、
その微細化、ビームの強度分布に限界があるので、例え
ば、レーザ顕微鏡の高解像度化を図る上で制約を受ける
という問題がある。
【0013】本発明の目的は、レーザビームの使用効率
を向上させることのできる技術を提供することにある。
【0014】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0015】
【課題を解決するための手段】本願に於いて開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
【0016】すなわち、レーザ媒質の一面に反射ミラー
を配設すると共に他面に出力ミラーを配設したレーザ光
源であって、前記出力ミラーは、高反射率のミラー領域
と、複数のレーザ光を出力すべく実質的に透過率を上げ
た複数のハーフミラー領域とを有するようにしている。
【0017】
【作用】上記した手段によれば、高反射率のミラー領域
と透過率を実質的に上げた複数のハーフミラー領域とを
有する出力ミラーを用い、このハーフミラー領域を通し
て放射される。したがって、所望の断面形状のビームが
出力されるようにすることにより、レーザビームの使用
効率を向上させることができると共に、パターン加工な
どに適した最適なレーザ光源を得ることができる。
【0018】
【実施例1】図1は本発明によるレーザ光源の一実施例
を示す断面図である。
【0019】本実施例は、レーザ媒質に垂直共振器型面
発光半導体レーザを用いて構成されている。
【0020】図中、1は基板、2はその中央部の中空内
周に形成された反射ミラー(反射ミラーR1 )、3は反
射ミラー2の下部に配設されるクラッド層、4はクラッ
ド層3の下部に配設された活性層、5は活性層4の中央
部に反射ミラー2に対向するように設けられて発光源と
なる活性領域、6は活性領域5の下部に設けられるクラ
ッド層、7は活性領域5に対向させてクラッド層6の下
面に形成される反射ミラー(反射ミラーR2 )である。
また、Xは共振器長である。さらに、反射ミラー2内に
露出するクラッド層3の上面には、ハーフミラー領域8
が突設され、このハーフミラー領域8に隣接させて突設
高さの低い位相シフトハーフミラー領域9が形成されて
いる。また、ハーフミラー領域8及び位相シフトハーフ
ミラー領域9の周囲には、更に段差を低くし、且つ活性
領域5からのレーザ光を反射させるミラー領域10a,
10bが形成されている。このクラッド層3の表面の凹
凸状態に合わせて、活性層4及びクラッド層6の両面、
さらには反射ミラー7の両面が凹凸形状に加工されてい
る。
【0021】さらに、反射ミラー7には、活性領域5か
らのレーザ光が当たる中央部と周辺部とに段差が設けら
れている。この反射ミラー7の中央部と周辺部との段差
dは、レーザ光の波長をλとすれば、d=λ/2の奇数
倍(又は、その近傍値)になるように設定する。このよ
うな構成により、レーザ光の反射位置を変え、位相を反
転させることができる。段差の加工は、フォトリソグラ
フィ技術を利用し、ミラー基板上にレジストパターンを
形成し、これをマスクとして基板1をエッチングするこ
とで達成される。そして、この段差はmλ/2(mは整
数)を満足するようにすればよい。
【0022】この実施例における基本動作は、レーザ共
振器が上下2つの反射ミラーで構成されたファブリペロ
ー共振器であって、基板1と垂直な方向に発振し、反射
ミラー7とハーフミラー領域8及び位相シフトハーフミ
ラー領域9とミラー領域10a,10bとの間で光が往
復して光共振する。その過程でハーフミラー領域8及び
位相シフトハーフミラー領域9から位相の180°異な
る2つの光ビームが出力光として表面から取り出され
る。なお、この基本動作の詳細については、例えば、
「応用物理」第60巻、第1号(1991)の5〜7頁
に記載がある。したがって、ここでは詳細な説明を省略
する。
【0023】
【実施例2】図2は本発明によるレーザ光源の他の実施
例を示す断面図である。なお、この実施例においては、
図1と同一部材または同一機能を有するものには同一引
用数字を用いたので、ここでは重複する説明を省略す
る。
【0024】本実施例は、互いに逆位相の光ビームを周
囲に配置することで、光ビームの強度のコントラストの
良いパターンビームが得られるようにしたものである。
すなわち、光ビームの拡がりを抑え、プロファイルを改
善することができる。
【0025】図のように本実施例は、ハーフミラー領域
が8aと8bの2つにされ、これらが距離を置いて設け
られ、その各々の両側に位相シフトハーフミラー領域9
a,9b,9c,9dの4つが設けられ、位相シフトハ
ーフミラー領域9bと9cの間にミラー領域10が設け
た構成に特徴がある。なお、このようなクラッド層3の
表面形状に合わせて、活性層4、活性領域5及び反射ミ
ラー7の各々に段差が設けられている。この段差は、上
記実施例と同様に、フォトリソグラフィ技術を利用し、
ミラー基板上にレジストパターンを形成し、これをマス
クとして基板1をエッチングすることで達成される。そ
して、この段差はmλ/2を満足するように加工する。
【0026】この実施例では、ハーフミラー領域8aと
その両側の位相シフトハーフミラー領域9a,9bとの
間で位相を反転させ、ハーフミラー領域8bとその両側
の位相シフトハーフミラー領域9c,9dとの間で位相
を反転させている。そして、ミラー領域10によって2
つのハーフミラー領域8a,8b間を分離しているた
め、2つの光出力は合体したようにはならず、独立した
コントラストの高いものになる。
【0027】
【実施例3】図3は本発明によるレーザ加工装置の一実
施例を示す斜視図である。
【0028】レーザ光を発生するレーザ媒質11(例え
ば、ガスレーザ)の前段には、位相シフタ13(パター
ン形状などに合わせた配置されたハーフミラー部分)の
設けられた半透明の出力ミラー12が配設され、後段に
は全反射を行う反射ミラー14が配設されている。な
お、レーザ媒質11と出力ミラー12及び反射ミラー1
4の各々の間には、所望の励起を行わせるための所定厚
の透明板15a,15bが設けられている。さらに、出
力ミラー12に対向させて転写レンズ16が配設され、
その光路上には被加工物17(試料)が配設されてい
る。なお、出力ミラー12と反射ミラー14間の距離
は、レーザ媒質11の性質によって予め規定されてお
り、この距離を一定に保持するために透明板15a,1
5bを介在させている。
【0029】以上の構成において、励起を強くしていく
と、励起状態の原子数(密度)が基底状態の原子数(密
度)より多くなる状態が生ずる。この状態は、通常の熱
平行状態では成立しないことから、反転分布の状態と言
われる。このような励起状態の原子数より多い反転分布
の状態にあるレーザ媒質中を自然放出光が進むと、誘導
放出過程により光の増幅が行われる。この増幅光は、出
力ミラー12及び反射ミラー14から形成される光共振
器の間を往復すると、さらに誘導放出による光増幅が進
む。この誘導放出による光増幅過程によって増える光の
エネルギーが、光共振器内で失われるエネルギーより大
きくなると発振条件が満たされ、レーザ発振が生じる。
このような誘導放出による光増幅の結果、レーザ発振が
生じると、指向性、可干渉性、単色性に優れた強力なレ
ーザ光が光共振器の幅方向に発生する。このとき、周波
数フィルタ(不図示)を設けるか、各反射ミラーの有効
面積を適当に小さくすることで、高次のモードの発振を
防止し、単一モード出力の低下を少なくすることができ
る。
【0030】ここで、出力ミラー12は、高反射率のミ
ラー領域と、その一部分の透過率を実質的に上げたハー
フミラー領域(位相シフタ13)とを形成している。こ
れによって、前記ハーフミラー領域から位相シフタ13
の形状(例えば、円形、四角形、パターン形状など)に
応じたレーザ光が出力される。このハーフミラー領域を
複数個形成することにより、複数の光出力(レーザビー
ム)を同時に発生させることが可能になる。
【0031】これによって、図示のように、被加工物1
7上に同時に複数の加工を行うことができる。例えば、
従来は1つのドットであったのに対し、パターンの一部
を1回の照射により形成することができるようになる。
例えば、多層基板、アモルファス太陽電池基板などの試
料をX−Y移動ステージに搭載し、このステージを移動
させることにより、効率良くパターン加工を行うことが
できる。
【0032】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例を基に具体的に説明したが、本発明は、前記実施例
に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0033】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
【0034】すなわち、レーザ媒質の一面に反射ミラー
を配設すると共に他面に出力ミラーを配設したレーザ光
源であって、前記出力ミラーは、高反射率のミラー領域
と、複数のレーザ光を出力すべく実質的に透過率を上げ
た複数のハーフミラー領域とを有するようにしたので、
レーザビームの使用効率を向上させることができると共
に、パターン加工などに適した最適なレーザ光源を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレーザ光源の一実施例を示す断面
図である。
【図2】本発明によるレーザ光源の他の実施例を示す断
面図である。
【図3】本発明によるレーザ加工装置の一実施例を示す
斜視図である。
【符号の説明】
1 基板 2 反射ミラー 3 クラッド層 4 活性層 5 活性領域 6 クラッド層 7 反射ミラー 8 ハーフミラー領域 8a,8b ハーフミラー領域 9 位相シフトハーフミラー領域 9a,9b,9c,9d 位相シフトハーフミラー領域 10a,10b ミラー領域 11 レーザ媒質 12 出力ミラー 13 位相シフタ 14 反射ミラー 15a,15b 透明板 16 転写レンズ 17 被加工物 d 段差 X 共振器長
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/18 7352−4M H01L 21/30 311 S

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ媒質の一面に反射ミラーを配設す
    ると共に他面に出力ミラーを配設したレーザ光源であっ
    て、前記出力ミラーは、高反射率のミラー領域と、複数
    のレーザ光を出力すべく実質的に透過率を上げた複数の
    ハーフミラー領域とを有することを特徴とするレーザ光
    源。
  2. 【請求項2】 前記複数のハーフミラー領域をパターン
    形状にしたことを特徴とする請求項1記載のレーザ光
    源。
  3. 【請求項3】 半導体によるレーザ媒質の一面に反射ミ
    ラーを配設すると共に他面に出力ミラーを配設したレー
    ザ光源であって、出力光の位相をシフトさせるための複
    数の位相シフト段差を出力ミラー面に設けたことを特徴
    とするレーザ光源。
  4. 【請求項4】 前記出力ミラーは高反射率のミラー領域
    と透過率を実質的に上げた複数のハーフミラー領域とを
    有し、かつ前記段差が、d=λ/2(ただし、λはレー
    ザ光の波長)の奇数倍又はこれに実質的に等価であるこ
    とを特徴とする請求項3記載のレーザ光源。
  5. 【請求項5】 請求項1または請求項3のレーザ光源を
    用い、この光源から複数のレーザビームをパターン形状
    にして取り出し、このパターン形状のレーザビームを対
    物レンズで収束して試料に照射することを特徴とするレ
    ーザ加工装置。
JP4117083A 1992-05-11 1992-05-11 レーザ光源及びこれを用いたレーザ加工装置 Pending JPH05315684A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002359432A (ja) * 2001-03-27 2002-12-13 Fuji Xerox Co Ltd 表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法
JP2005026686A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Eastman Kodak Co 誘電体積層体におけるエッチングされた領域を有機垂直空洞共振器レーザーアレイに提供する方法

Cited By (3)

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JP2002359432A (ja) * 2001-03-27 2002-12-13 Fuji Xerox Co Ltd 表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法
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JP4584633B2 (ja) * 2003-06-30 2010-11-24 イーストマン コダック カンパニー 誘電体積層体におけるエッチングされた領域を有機垂直空洞共振器レーザーアレイに提供する方法

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