JP2006308908A - Duv light source device and laser machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はＤＵＶ（Deep Ultra-Violet）光源装置、及びそれを用いたレーザ加工装置に関するものである。 The present invention relates to a DUV (Deep Ultra-Violet) light source device and a laser processing apparatus using the same.
レーザ光は近年において種々の用途に用いられており、例えば、金属の切断や加工を行ったり、半導体製造装置におけるフォトリソグラフィー装置の光源として用いられたり、各種測定装置に用いられたり、外科、眼科、歯科等の手術および治療装置に用いられたりしている。 In recent years, laser light has been used for various applications, for example, cutting and processing metal, used as a light source of a photolithography apparatus in a semiconductor manufacturing apparatus, used in various measuring apparatuses, surgery, ophthalmology. It is used for surgery and treatment equipment such as dentistry.
このようなレーザ光源として固体レーザ（本明細書においては、半導体レーザ（ダイオードレーザを含む概念として使用する）を用いる場合、固体レーザから放出されるレーザ光の波長は、可視領域から赤外領域であり、例えば検査装置に使用するには、波長が長すぎて向いていない。そこで、このような固体レーザから放出される長波長の光を、非線形光学結晶を用いることにより短波長の紫外光（例えば８倍波）に変換して用いる方法が開発され、例えば特開２００１−３５３１７６号公報（特許文献１）に記載されている。このような目的に用いられる非線形光学素子としては、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶等が知られている。 When a solid-state laser (in this specification, a semiconductor laser (used as a concept including a diode laser) is used as such a laser light source, the wavelength of laser light emitted from the solid-state laser is in the visible region to the infrared region. For example, the wavelength is too long to be used in an inspection apparatus, so that long-wavelength light emitted from such a solid-state laser is converted into short-wavelength ultraviolet light (by using a nonlinear optical crystal). For example, a non-linear optical element used for such a purpose is a BBO crystal, which has been developed as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-353176 (Patent Document 1). LBO crystals, CLBO crystals and the like are known.
又、公知技術ではないが、本発明者らは、特許文献１に記載される波長変換光学系よりも簡単な構成で同じ目的を達成できる波長変換光学系を発明し、特願２００５−２５３４号として特許出願している（「先願発明」という）。その第１の発明は、基本波より第１の２倍波を発生させ、この２倍波と前記基本波から３倍波を発生させ、この３倍波と前記２倍波より５倍波を発生させ、この５倍波と前記２倍波より７倍波を発生させ、この７倍波と前記基本波より８倍波を発生させるものであり、その第２の発明は、第１の基本波より２倍波を発生させ、この２倍波と前記基本波から３倍波を発生させ、この３倍波と前記２倍波より５倍波を発生させると共に、第２の基本波より第２の基本波を発生させ、前記５倍波と前記第２の基本波より７倍波を発生させ、この７倍波と前記第２の基本波より８倍波を発生させるものである。 Although not a known technique, the present inventors have invented a wavelength conversion optical system that can achieve the same object with a simpler configuration than the wavelength conversion optical system described in Patent Document 1, and Japanese Patent Application No. 2005-2534. As a patent application (referred to as “prior invention”). The first invention generates a first second harmonic wave from the fundamental wave, generates a third harmonic wave from the second harmonic wave and the fundamental wave, and generates a fifth harmonic wave from the third harmonic wave and the second harmonic wave. And generating a seventh harmonic wave from the fifth harmonic wave and the second harmonic wave, and generating an eighth harmonic wave from the seventh harmonic wave and the fundamental wave, and the second invention is the first basic wave A second harmonic is generated from the second wave, a third harmonic is generated from the second harmonic and the fundamental wave, a fifth harmonic is generated from the third harmonic and the second harmonic, and a second harmonic wave is generated from the second fundamental wave. 2 fundamental waves are generated, a 7th harmonic wave is generated from the 5th harmonic wave and the second fundamental wave, and an 8th harmonic wave is generated from the 7th harmonic wave and the second fundamental wave.
これらの波長変換回路は、半導体製造装置におけるフォトリソグラフィー装置用に開発されたものを基本としているので、８倍波の波長は193nm（すなわち基本波の波長は1547nm）とされている。 Since these wavelength conversion circuits are based on those developed for a photolithography apparatus in a semiconductor manufacturing apparatus, the wavelength of the eighth harmonic is 193 nm (that is, the wavelength of the fundamental wave is 1547 nm).
しかしながら、８倍波の波長を193nmとする場合、２倍波の波長は774nm、５倍波の波長は309nmとなる。一般にこれらの２倍波と５倍波から７倍波を形成する波長変換素子としては、ＣＬＢＯ（CsLiＢ６Ｏ１０）結晶が使用されるが、この波長変換素子による波長変換はＣＰＭ（Critical Phase Matching）モードで行われるため、ウォークオフが発生して出射ビームの形状が悪くなるので、次に行われる８倍波の形成において、変換効率が悪くなったり、形状修正のためのシリンドリカルレンズを設ける必要がある等の問題点があった。 However, when the wavelength of the eighth harmonic is 193 nm, the wavelength of the second harmonic is 774 nm, and the wavelength of the fifth harmonic is 309 nm. In general, a CLBO (CsLiB 6 O 10 ) crystal is used as a wavelength conversion element for forming these second and fifth harmonics to a seventh harmonic. ) Mode, a walk-off occurs and the shape of the emitted beam is deteriorated. Therefore, in the next formation of the eighth harmonic wave, conversion efficiency is deteriorated or a cylindrical lens for correcting the shape is required. There was a problem such as.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、７倍波の形状修正が不要で、８倍波形成の際の変換効率が高いＤＵＶ光源装置、及びそれを用いたレーザ加工装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a DUV light source device that does not require modification of the shape of the seventh harmonic wave and has high conversion efficiency when forming an eighth harmonic wave, and a laser processing device using the same. The task is to do.
前記課題を達成するための第１の手段は、レーザ光源から発生する基本波より、波長変換素子を使用して２倍波と５倍波をそれぞれ発生させ、これら２倍波と５倍波をＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換素子に入射させて７倍波を発生させ、発生した７倍波と前記基本波を波長変換素子に入射させて８倍波を発生させるＤＵＶ光源装置であって、前記２倍波と５倍波の波長が、前記ＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換素子において、ＮＣＰＭ（Non-critical Phase Matching）モードの波長変換を行う波長に選択されていることを特徴とするＤＵＶ光源装置である。 A first means for achieving the above object is to generate a second harmonic and a fifth harmonic using a wavelength conversion element from a fundamental wave generated from a laser light source, respectively. A DUV light source apparatus for generating a seventh harmonic by making it incident on a wavelength conversion element using a CLBO crystal, and generating an eighth harmonic by making the generated seventh harmonic and the fundamental wave incident on the wavelength conversion element, The DUV light source device, wherein the wavelength of the second harmonic and the fifth harmonic are selected as wavelengths for wavelength conversion in a non-critical phase matching (NCPM) mode in the wavelength conversion element using the CLBO crystal. It is.
露光装置の場合、確立された光学系を設計変更無く使用するために、ＤＵＶ光源装置の出力波長は厳密に193nmである必要があるが、レーザ加工装置の場合には、この波長が多少ずれても、光学系を独自に設計することができ、特に問題はない。本手段においては、このことに着目し、２倍波と５倍波の波長を、ＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換素子において、ＮＣＰＭモードの波長変換を行う波長としている。ＮＣＰＭモードの波長変換においいては、ウォークオフが発生しないので、ビームの変形が無く、よって、８倍波形成のための波長変換素子における変換効率を上げることができる。また、シリンドリカルレンズを用いた形状修正を行う必要もない。なお、ＣＬＢＯ結晶においてＮＣＰＭモードの波長変換を行わせるためのＣＬＢＯ結晶の条件設定（結晶方位方向等）は、入射する光の波長が決まれば、当業者の常識の範囲で決定することができる。 In the case of an exposure apparatus, the output wavelength of the DUV light source apparatus must be strictly 193 nm in order to use the established optical system without changing the design. In the case of a laser processing apparatus, this wavelength is slightly shifted. However, the optical system can be designed independently, and there is no particular problem. In this means, paying attention to this, the wavelengths of the 2nd harmonic and the 5th harmonic are set as wavelengths for performing wavelength conversion in the NCPM mode in the wavelength conversion element using the CLBO crystal. In the wavelength conversion in the NCPM mode, no walk-off occurs, so that there is no deformation of the beam. Therefore, the conversion efficiency in the wavelength conversion element for forming the eighth harmonic can be increased. Further, it is not necessary to perform shape correction using a cylindrical lens. Note that the CLBO crystal condition setting (crystal orientation direction, etc.) for performing wavelength conversion in the NCPM mode in the CLBO crystal can be determined within the range of common knowledge of those skilled in the art if the wavelength of incident light is determined.
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記８倍波を発生させるために使用される基本波が、前記ＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換素子を通過したものであることを特徴とするものである。 The second means for solving the problem is the first means, wherein the fundamental wave used to generate the eighth harmonic wave has passed through the wavelength conversion element using the CLBO crystal. It is characterized by being.
８倍波を形成するためには、８倍波形成用波長変換素子に、７倍波と、７倍波と別の光路を通った基本波を入射させて合成する方法があるが、７倍波形成用の２倍波や５倍波中に含まれている基本波をそのまま使用すると、光学的機器構成が簡単になる。従来においては、このような場合、７倍波のウォークオフによって、基本波と７倍波の光軸が平行にずれ、変換効率が低下していた。よって、７倍波形成用の２倍波や５倍波中に含まれている基本波をそのまま８倍波形成に使用する場合においては、前記第１の手段の効果が特に著しくなる。 In order to form an 8th harmonic wave, there is a method of combining a 7th harmonic wave and a fundamental wave that has passed through another optical path into an 8th harmonic wave forming wavelength conversion element and combining them. If the fundamental wave included in the 2nd harmonic or 5th harmonic for wave formation is used as it is, the optical device configuration is simplified. Conventionally, in such a case, the fundamental wave and the optical axis of the seventh harmonic wave are shifted in parallel by the walk-off of the seventh harmonic wave, and the conversion efficiency is lowered. Therefore, when the fundamental wave included in the second harmonic wave or fifth harmonic wave for forming the seventh harmonic wave is used as it is for the eighth harmonic wave formation, the effect of the first means becomes particularly remarkable.
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記基本波の波長が1532nmであることを特徴とするものである。 A third means for solving the above-mentioned problem is the first means or the second means, wherein the wavelength of the fundamental wave is 1532 nm.
波長が1532nmであるレーザ光は、半導体レーザ等を使用することによって容易に発生させることができ、このときの２倍波の波長は766nm、５倍波の波長は306nmであって、この波長においてはＣＬＢＯ結晶を使用したとき、容易にＮＣＰＭモードによる波長変換を起こすことができる。最終的な出力である８倍波の波長は192nmであり、従来加工装置に使用されていた193nmのレーザ光とほとんど同じであって、加工に使用する場合、この差はほとんど問題にならない。 A laser beam having a wavelength of 1532 nm can be easily generated by using a semiconductor laser or the like. At this time, the wavelength of the second harmonic is 766 nm, and the wavelength of the fifth harmonic is 306 nm. When a CLBO crystal is used, wavelength conversion by the NCPM mode can be easily caused. The final output wavelength of the 8th harmonic wave is 192 nm, which is almost the same as the 193 nm laser beam used in the conventional processing apparatus, and this difference is hardly a problem when used for processing.
前記課題を解決するための第４の手段は、第１のレーザ光源から発生する第１の基本波より、波長変換素子を使用して前記第１の基本波の２倍波を発生させ、第２のレーザ光源から発生する第２の基本波より、波長変換素子を使用して前記第２の基本波の５倍波を発生させ、これら２倍波と５倍波をＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換素子に入射させて、これらの２倍波の周波数と５倍波の周波数の和の周波数を有する第１の波長の光を発生させ、この第１の波長の光と、前記第１の基本波又は第２の基本波のいずれかを波長変換素子に入射させて、この波長変換素子に入射する光の周波数の和の周波数を有する第２の波長の光を発生させるＤＵＶ光源装置であって、前記２倍波と５倍波の波長が、前記ＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換素子において、ＮＣＰＭ（Non-critical Phase Matching）モードの波長変換を行う波長に選択されていることを特徴とするＤＵＶ光源装置である。 According to a fourth means for solving the above-mentioned problem, a second harmonic wave of the first fundamental wave is generated from the first fundamental wave generated from the first laser light source by using a wavelength conversion element. The second fundamental wave generated from the second laser light source is used to generate a fifth harmonic wave of the second fundamental wave using a wavelength conversion element, and the second harmonic wave and the fifth harmonic wave are wavelengths using a CLBO crystal. The light is incident on the conversion element to generate light having a first wavelength having the sum of the frequency of the second harmonic and the frequency of the fifth harmonic, and the light having the first wavelength and the first basic light. A DUV light source device that causes either a wave or a second fundamental wave to be incident on a wavelength conversion element and generates light having a second wavelength having a frequency that is the sum of the frequencies of light incident on the wavelength conversion element. In the wavelength conversion element using the CLBO crystal, the wavelengths of the second harmonic and the fifth harmonic are A DUV light source device characterized in that it is selected to a wavelength to perform the wavelength conversion of the NCPM (Non-critical Phase Matching) mode.
本手段においては、２つの基本波発生用のレーザ光源を用意し、第１のレーザ光源から発生する第１の基本波の２倍波と、第２のレーザ光源から発生する第２の基本波の５倍波とをＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換素子に入射させて、これらの２倍波の周波数と５倍波の周波数の和の周波数を有する第１の波長の光を発生させている。そして、第１の波長の光を形成する波長変換をＮＣＰＭモードで行わせるようにしている。その作用効果は、前記第１の手段と同じであるが、２つの異なる基本波発生用のレーザ光源を使用しているので、ＮＣＰＭモードでの波長変換を行うことができる入射光の波長の選択に自由度が生まれ、光学的回路の設計が容易となる。 In this means, two laser light sources for generating a fundamental wave are prepared, a second harmonic wave of the first fundamental wave generated from the first laser light source and a second fundamental wave generated from the second laser light source. Is incident on a wavelength conversion element using a CLBO crystal to generate light having a first wavelength having the sum of the frequency of the second harmonic and the frequency of the fifth harmonic. The wavelength conversion for forming the light of the first wavelength is performed in the NCPM mode. The function and effect are the same as those of the first means, but since two different fundamental wave generation laser light sources are used, wavelength selection of incident light capable of performing wavelength conversion in the NCPM mode is possible. The degree of freedom is born and the design of the optical circuit becomes easy.
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段であって、前記第２の波長の光を発生させるために使用される基本波が、前記ＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換素子を通過したものであることを特徴とするものである。 A fifth means for solving the above-mentioned problem is the fourth means, wherein the fundamental wave used for generating the light of the second wavelength is a wavelength conversion element using the CLBO crystal. It is a thing characterized by passing.
本手段は、前記第２の手段と同様の作用効果を奏する。 This means has the same effect as the second means.
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第５の手段のいずれかのＤＵＶ光源装置を光源として使用していることを特徴とするレーザ加工装置である。 A sixth means for solving the above problem is a laser processing apparatus using the DUV light source device of any one of the first to fifth means as a light source.
本手段においては、加工用の光源として前記第１の手段から第５の手段のいずれかのＤＵＶ光源装置を使用しているので、高出力の光源を有するものとすることができる。なお、「加工」とは、通常概念される機械加工の他、分子の連鎖を切断することによる切断、蒸散による切断、ショックによる破断等を含むものであり、特に、タンパク質や、高分子化合物、生体の加工に有効である。 In this means, since the DUV light source device of any one of the first means to the fifth means is used as a processing light source, a high-output light source can be provided. In addition, “processing” includes, in addition to the usually conceptual machining, cutting by breaking a chain of molecules, cutting by transpiration, breaking by shock, etc., in particular, proteins, polymer compounds, Effective for biological processing.
本発明によれば、７倍波の形状修正が不要で、８倍波形成の際の変換効率が高いＤＵＶ光源装置、及びそれを用いたレーザ加工装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a DUV light source device that does not require modification of the shape of the seventh harmonic wave and has high conversion efficiency in the formation of the eighth harmonic wave, and a laser processing apparatus using the same.
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。図１、図２、図３においては、楕円形で示されるのはコリメータレンズや集光レンズであり、その説明を省略する。又、Ｐ偏光を矢印で、Ｓ偏光を○中に点のある印で示し、基本波をω、ω’、それぞれのｎ倍波をｎω、ｎω’で示す。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the optical system of the laser apparatus according to the first embodiment of the present invention. 1, 2, and 3, a collimator lens and a condenser lens are indicated by ellipses, and the description thereof is omitted. Further, P-polarized light is indicated by an arrow, S-polarized light is indicated by a dot in the circle, fundamental waves are indicated by ω and ω ′, and respective n-th harmonic waves are indicated by nω and nω ′.
図１に示すように、ＥＤＦＡ増幅器１で増幅された波長1532nmのＰ偏光の基本波は、偏光ビームスプリッタ２４でＳ偏光とＰ偏光に２分割される。そのうちＰ偏光の基本波は、第１の２倍波形成光学素子（ＰＰＬＮ結晶）３に入射し、第１の２倍波形成光学素子３からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。この基本波と２倍波を、３倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）４に入射させる。３倍波形成光学素子４からは、基本波と２倍波と共に、Ｓ偏光の３倍波が発生する。なお、２倍波形成光学素子３としては、ＰＰＬＮ結晶に限らず、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＡＡＮＰ結晶等を用いることもできる。
As shown in FIG. 1, the P-polarized fundamental wave having a wavelength of 1532 nm amplified by the EDFA amplifier 1 is divided into two by the
これらの光を、２波長波長板５を通すことにより、２倍波だけをＳ偏光に変換する。そして、共にＳ偏光となった２倍波と３倍波を、５倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）６に入射させる。５倍波形成光学素子６からは、２倍波と３倍波と共にＰ偏光の５倍波（波長306nm）が発生する。なお、Ｐ偏光の基本波はそのまま５倍波形成光学素子６を透過する。
By passing these lights through the two-
５倍波形成光学素子６から発生する５倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ７、８により、この楕円形の断面形状を整形する。なお、５倍波形成光学素子６としては、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることもできる。
The fifth harmonic wave generated from the fifth harmonic wave forming
一方、偏光ビームスプリッタ２４で反射されたＳ偏光の基本波は、ミラーを介して第２の２倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）９に入射し、第２の２倍波形成光学素子９からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波（波長766nm）が発生する。なお、ＬＢＯ結晶の代わりにＰＰＬＮ結晶を使用してもよい。この基本波と２倍波を、前述のＰ偏光の５倍波と、ダイクロイックミラー１０により合成する。この例では、ダイクロイックミラー１０は、基本波と２倍波を反射し、５倍波を透過できるようなものとなっている。この光の合成には、バルク型光学素子を用いることが可能であり、例えば、色分解・合成ミラー（ダイクロイックミラー）を用いることが可能である。
On the other hand, the fundamental wave of S-polarized light reflected by the
合成されたＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波は、７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１１に入射し、７倍波形成光学素子１１からは、これらの光と共に、Ｓ偏光の７倍波（波長219nm）が発生する。７倍波形成光学素子１１では、ＮＣＰＭモードにより波長変換が行われ、ウォークオフが発生しないようにされている。これらの光は、８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１２に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が合成されてＰ偏光の８倍波（波長192nm）が発生する。もし、８倍波のみを８倍波形成光学素子１２から放出される他の波長の光から分離したい場合は、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ、プリズムを使用することにより、これらを分離すればよい。
The combined fundamental wave of S-polarized light, second harmonic wave of P-polarized light, and fifth harmonic wave of P-polarized light are incident on the seventh harmonic wave forming optical element (CLBO crystal) 11, and the seventh harmonic wave forming optical element 11 A 7th harmonic wave (wavelength: 219 nm) of S-polarized light is generated along with the light. In the seventh harmonic wave forming
この例においては、７倍波形成光学素子１１で、ＮＣＰＭモードにより波長変換が行われ、ウォークオフが発生しないようにされているので、７倍波形成光学素子１１から出力される７倍波の形状は円形に近く、かつ、やはり形状が円形に近い基本波との中心もほぼ一致している。よって、８倍波形成光学素子１２に、ほぼ同一光軸、かつ円形に近い形状で入射するので、８倍波形成光学素子１２における変換効率を高くすることができる。
In this example, wavelength conversion is performed in the NCPM mode in the seventh harmonic wave forming
図２は、本発明の第２の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
この光学系の構成は、３倍波形成光学素子４までは、基本波（波長1532nm）をＰ偏光とＳ偏光に分割していない点を除いて第１の実施の形態と同じである。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the optical system of the laser apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The configuration of this optical system is the same as that of the first embodiment except that the fundamental wave (wavelength 1532 nm) is not divided into P-polarized light and S-polarized light up to the third harmonic wave forming optical element 4.
３倍波形成光学素子４から射出された光は、３波長波長板２５を通すことにより、基本波だけがＳ偏光に変換され、２倍波はＰ偏光のまま、３倍波はＳ偏光のままとなる。これらの光を５倍波形成光学素子６に入射させる。この場合は、５倍波形成光学素子としてＣＬＢＯ結晶を用いている。
The light emitted from the third harmonic wave forming optical element 4 passes through the three-
５倍波形成光学素子６から射出される光のうち、基本波はＳ偏光、２倍波はＰ偏光、３倍波はＳ偏光、５倍波はＰ偏光となっている。これらの光はシリンドリカルレンズ７、８により、形状を円形に整形されて７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１１に入射し、２倍波と５倍波が合成されて、Ｓ偏光の７倍波が発生する。そして、この７倍波とＳ偏光の基本波が８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１２で合成されて８倍波が発生する。
Of the light emitted from the fifth harmonic wave forming
この例においても、７倍波形成光学素子１１で、ＮＣＰＭモードにより波長変換が行われ、ウォークオフが発生しないようにされているので、７倍波形成光学素子１１から出力される７倍波の形状は円形に近く、かつ、やはり形状が円形に近い基本波との中心もほぼ一致している。よって、８倍波形成光学素子１２に、ほぼ同一光軸、かつ円形に近い形状で入射するので、８倍波形成光学素子１２における変換効率を高くすることができる。
Also in this example, since the wavelength conversion is performed in the NCPM mode in the seventh harmonic wave forming
図３は、本発明の第３の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
この光学系においては、周波数ωの第１の基本波は、第１のＥＤＦＡ増幅器１で増幅された後、第１の２倍波形成光学素子（ＰＰＬＮ結晶）３に入射し、第１の実施の形態と同様な過程を経て、５倍波（周波数５ω）が形成されて、ダイクロイックミラー１０に導かれる。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of an optical system of a laser apparatus according to the third embodiment of the present invention.
In this optical system, the first fundamental wave having the frequency ω is amplified by the first EDFA amplifier 1 and then incident on the first second harmonic wave forming optical element (PPLN crystal) 3 for the first implementation. A fifth harmonic (frequency 5ω) is formed through a process similar to that of the first embodiment and guided to the
一方、周波数ω’の第２の基本波は、第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅され、ミラーＭで反射された後、第２の２倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）９に入射し、第２の２倍波形成光学素子９からは、基本波（周波数ω’）と共にＰ偏光の２倍波（周波数２ω’）が発生する。なお、ＬＢＯ結晶の代わりにＰＰＬＮ結晶を使用してもよい。この基本波と２倍波を、前述のＰ偏光の５倍波（周波数５ω）と、ダイクロイックミラー１０により合成する。この例では、ダイクロイックミラー１０は、基本波（周波数ω’）と２倍波（周波数２ω’）を反射し、５倍波（周波数５ω）を透過できるようなものとなっている。この光の合成には、バルク型光学素子を用いることが可能であり、例えば、色分解・合成ミラー（ダイクロイックミラー）を用いることが可能である。
On the other hand, the second fundamental wave having the frequency ω ′ is amplified by the
合成されたＳ偏光の基本波（周波数ω’）、Ｐ偏光の２倍波（周波数２ω’）、Ｐ偏光の５倍波（周波数５ω）は、７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１１に入射し、７倍波形成光学素子１１からは、これらの光と共に、Ｓ偏光の７倍波（周波数２ω’＋５ω）が発生する。これらの光は、８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１２に入射し、ここでＳ偏光の基本波（周波数ω’）とＳ偏光の７倍波（周波数２ω’＋５ω）が合成されてＰ偏光の８倍波（周波数３ω’＋５ω）が発生する。
The synthesized S-polarized fundamental wave (frequency ω ′), P-polarized second harmonic (frequency 2ω ′), and P-polarized fifth harmonic (frequency 5ω) are applied to the seventh harmonic wave forming optical element (CLBO crystal) 11. Incident light and 7th harmonic wave forming
なお、第３の実施の形態においては、７倍波形成光学素子１１、８倍波形成光学素子１２は、厳密に言えば７倍波形成光学素子、８倍波形成光学素子ではなく、入力光の周波数の和の周波数を持った光を形成する波長変換光学素子であるが、通常、ωとω’は、非常に近い周波数に選定されるので、便宜上、７倍波形成光学素子、８倍波形成光学素子と呼んでいる。
In the third embodiment, the seventh harmonic wave forming
なお、以上示した３つの実施の形態においては、いずれにおいても、８倍波を形成するための基本波は、７倍波形成光学素子を通過したものを使用している。このような構成の光学素子においては、本発明の方法を用いると、基本波と７倍波の光軸がずれないという効果を有するが、特許文献１に記載されるような、形成された７倍波と、別光路を通った基本波とを同一光路に合成して８倍波形成光学素子に入射させるような場合でも、７倍波の形状成型用のシリンドリカルレンズが不要となるので、本発明は効果を有する。 In any of the above-described three embodiments, the fundamental wave for forming the eighth harmonic wave is one that has passed through the seventh harmonic wave-forming optical element. In the optical element having such a configuration, when the method of the present invention is used, there is an effect that the optical axes of the fundamental wave and the seventh harmonic wave do not deviate. Even when the harmonic wave and the fundamental wave that has passed through another optical path are combined in the same optical path and incident on the eighth harmonic wave forming optical element, a cylindrical lens for shaping the seventh harmonic wave shape is not necessary. The invention has an effect.
また、以上の実施の形態においては、各倍波を形成する偏光の種類を特定したが、各、実施例において、全てのＰ偏光をＳ偏光に、Ｓ偏光をＰ偏光に変えても、同様の効果が得られることは言うまでもない。また、１／２波長板を使用することによりＰ偏光をＳ偏光に、Ｓ偏光をＰ偏光に変えることは周知の事実であるので、各倍波形成光学素子の前後に、適宜１／２波長板を設ければ、あらゆる偏光の組み合わせについて、これらの実施の形態と同等の光学系を実現することができる。 In the above embodiment, the type of polarized light that forms each harmonic wave is specified. However, in each of the embodiments, all P-polarized light is changed to S-polarized light and S-polarized light is changed to P-polarized light. It goes without saying that the effect of can be obtained. In addition, since it is a well-known fact that P-polarized light is changed to S-polarized light and S-polarized light is changed to P-polarized light by using a half-wave plate, a half-wavelength is appropriately set before and after each harmonic wave forming optical element. If a plate is provided, an optical system equivalent to these embodiments can be realized for all combinations of polarized light.
図４は、本発明の実施の形態の１例であるレーザ加工装置（高分子結晶の加工装置）の概要図である。レーザ装置３１から放出された紫外短パルスレーザ光は、集光光学系３２を介して試料容器３３中に入れられた高分子結晶３５に集光照射される。試料容器３３は、ステージ３４に搭載され、光軸方向をｚ軸として、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系でｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３次元方向の移動が可能とされていると共に、ｚ軸の周りに回転可能となっている。高分子結晶３５の表面に集光照射されたレーザ光により、高分子結晶の加工が行われる。
FIG. 4 is a schematic diagram of a laser processing apparatus (polymer crystal processing apparatus) as an example of an embodiment of the present invention. The ultraviolet short pulse laser light emitted from the
ところで、高分子結晶である被加工物を加工する場合、レーザ光が被加工物の何処に照射されているかを確認する必要がある。しかし、レーザ光は、通常可視光でないことが多く、目視することができないので、光学顕微鏡と組み合わせて使用することが好ましい。 By the way, when processing a workpiece which is a polymer crystal, it is necessary to confirm where the laser beam is irradiated on the workpiece. However, since laser light is usually not visible light and cannot be visually observed, it is preferably used in combination with an optical microscope.
照明光源３６からの可視光は、反射鏡３７で反射され、試料容器３３をケーラー照明する。高分子結晶３５は、光学顕微鏡の対物レンズ３８、接眼レンズ３９を介して眼４０により目視される。
Visible light from the
光学顕微鏡の光軸位置には、十字状のマークが形成されており、光軸位置が目視できるようになっている。そして、光学顕微鏡の焦点位置（合焦位置、すなわち目視したときピントが合う物面）は固定とされている。集光光学系３２により集光されたレーザ光は、光学顕微鏡の光軸位置で、かつ光学顕微鏡の焦点位置に集光されるようになっている。よって、ステージ３４上に被加工物を載置し、光学顕微鏡でその像を観察した場合、ピントが合っており、かつ十字マークの中心にある位置に、レーザ装置３１からのレーザ光が集光されるようになっている。なお、レーザ装置３１、集光光学系３２、及び光学顕微鏡部の相対位置関係は固定されており、ステージ３４のみがこれらの固定系に対して相対的に移動可能とされている。
A cross-shaped mark is formed at the optical axis position of the optical microscope so that the optical axis position can be visually observed. The focus position of the optical microscope (the in-focus position, that is, the object surface that is in focus when viewed) is fixed. The laser light condensed by the condensing
よって、加工を行いたい場所が光学顕微鏡の光軸位置でかつ合焦位置となるようにステージ３４を移動させながら加工を行うことにより、所望の場所の加工、及ぴ所望の形状の加工を行うことができる。もし、自動的に加工を行わせたいのであれば、光学顕微鏡に自動焦点調整装置をつけてステージ３４をその指令により駆動すると共に、ステージ３４の予め定められた所定部分が光学顕微鏡の光軸になるように、ステージ３４を駆動するようにすればよい。または、初めに基準となる位置を合わせた後、サーボ機構によりステージ３４を２次元又は３次元に駆動するようにしてもよい。
Therefore, by processing while moving the
１…第１のＥＤＦＡ増幅器、２…第２のＥＤＦＡ増幅器、３…第１の２倍波発生光学素子、４…３倍波形成光学素子、５…２波長波長板、６…５倍波形成光学素子、７…シリンドリカルレンズ、８…シリンドリカルレンズ、９…第２の２倍波形成光学素子、１０…ダイクロイックミラー、１１…７倍波形成光学素子、１２…８倍波形成光学素子、１３…ダイクロイックミラー、１４…ミラー、１５…ダイクロイックミラー、１６…シリンドリカルレンズ、１７…シリンドリカルレンズ、１８…ミラー、１９…ダイクロイックミラー、２０…レーザ装置、２１…ダイクロイックプリズム、２２…ダイクロイックミラー、２３…分散補償用平行平板、２４…偏光ビームスプリッタ、２５…３波長波長板、３１…レーザ装置、３２…集光光学系、３３…試料容器、３４…ステージ、３５…高分子結晶、３６…照明光源、３７…反射鏡、３８…対物レンズ、３９…接眼レンズ、４０…眼
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st EDFA amplifier, 2 ... 2nd EDFA amplifier, 3 ... 1st 2nd wave generation optical element, 4 ... 3rd wave formation optical element, 5 ... 2 wavelength waveplate, 6 ... 5th wave formation
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