JPH06221917A - レーザー光束のビームパターンの測定方法 - Google Patents
レーザー光束のビームパターンの測定方法Info
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- JPH06221917A JPH06221917A JP4166993A JP4166993A JPH06221917A JP H06221917 A JPH06221917 A JP H06221917A JP 4166993 A JP4166993 A JP 4166993A JP 4166993 A JP4166993 A JP 4166993A JP H06221917 A JPH06221917 A JP H06221917A
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- fluorescence
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- fluorescent
- fluorescent plate
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、Ｘ−線から紫外線までの波長域に
対して検出素子の感度低下、ダメージ、使用寿命の短縮
等の問題を解決する為のビームの空間強度分布（ビーム
パターン）の精密な測定方法である。 【構成】 本発明は、測定対象になっているＸ−線、又
は、ＵＶ等短波長レーザービームの光強度に対して線形
的な可視波長域の蛍光が十分発生する薄い蛍光層を持つ
蛍光板（図４のＦ）を用いて、レーザーの照射から発生
した蛍光の面光源を、レンズ（図４のＬ’）で結像し
て、蛍光検出素子（図４のＤ）で検出した面蛍光強度分
布から、元のレーザーのビーム強度分布を間接的に測定
する方法である。特徴として本発明は、試料移動系、試
料ホルダー、真空チャンバー（図４のＣ）等の中にある
実際の加工試料面のレーザー分布の精密な測定ができ
る。又、本発明は、図４の様な測定系に対して、レーザ
ー光の反射による測定誤差を防止する吸収体方法（図３
の（ａ））とダンパーする方法（図３の（ｂ））等測定
精度の向上の方法も提案している。
対して検出素子の感度低下、ダメージ、使用寿命の短縮
等の問題を解決する為のビームの空間強度分布（ビーム
パターン）の精密な測定方法である。 【構成】 本発明は、測定対象になっているＸ−線、又
は、ＵＶ等短波長レーザービームの光強度に対して線形
的な可視波長域の蛍光が十分発生する薄い蛍光層を持つ
蛍光板（図４のＦ）を用いて、レーザーの照射から発生
した蛍光の面光源を、レンズ（図４のＬ’）で結像し
て、蛍光検出素子（図４のＤ）で検出した面蛍光強度分
布から、元のレーザーのビーム強度分布を間接的に測定
する方法である。特徴として本発明は、試料移動系、試
料ホルダー、真空チャンバー（図４のＣ）等の中にある
実際の加工試料面のレーザー分布の精密な測定ができ
る。又、本発明は、図４の様な測定系に対して、レーザ
ー光の反射による測定誤差を防止する吸収体方法（図３
の（ａ））とダンパーする方法（図３の（ｂ））等測定
精度の向上の方法も提案している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、Ｘ線、ＵＶレーザー
光束等のビーム強度分布の精密な測定の方法に関する。
光束等のビーム強度分布の精密な測定の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザービームプロファイルを測
定する方法は、レーザービームを直接的に検出する方
式、バーンパターン、あるいは蛍光、燐光を利用して可
視化など間接的に検出する方式の２種類がある。
定する方法は、レーザービームを直接的に検出する方
式、バーンパターン、あるいは蛍光、燐光を利用して可
視化など間接的に検出する方式の２種類がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】先ず、エキシマレーザ
ー等ＵＶ光束ビームパターンの測定の例の図１から見る
と、紫外の短波長レーザーに対して、検出素子（ＣＣＤ
カメラなど）の検出感度の低下、レーザー照射による検
出素子のダメージ、劣化及び使用寿命の短縮などが原因
で、通常のカメラ方式のＸ線、ＵＶ光等の直接検出（図
１の（ａ））ができなくなってしまう。
ー等ＵＶ光束ビームパターンの測定の例の図１から見る
と、紫外の短波長レーザーに対して、検出素子（ＣＣＤ
カメラなど）の検出感度の低下、レーザー照射による検
出素子のダメージ、劣化及び使用寿命の短縮などが原因
で、通常のカメラ方式のＸ線、ＵＶ光等の直接検出（図
１の（ａ））ができなくなってしまう。
【０００４】レーザー表面改質（アニール、不純物注
入）等応用において、試料面を照射するレーザービーム
の光強度分布が極めて高度な均一性を要求される。その
試料面における照射レーザー光束の強度分布の精密測定
として、以下の問題は解決しなければならない。
入）等応用において、試料面を照射するレーザービーム
の光強度分布が極めて高度な均一性を要求される。その
試料面における照射レーザー光束の強度分布の精密測定
として、以下の問題は解決しなければならない。
【０００５】レーザーの加工対象物の試料は、通常、試
料ホルダー、Ｘ−Ｙステージなど加工テーブルの上、あ
るいは、真空チャンバーの中に置かれている。分束板を
用いて共役面を作って加工面のビームパターンを計る方
法としては、従来の測定方法である。
料ホルダー、Ｘ−Ｙステージなど加工テーブルの上、あ
るいは、真空チャンバーの中に置かれている。分束板を
用いて共役面を作って加工面のビームパターンを計る方
法としては、従来の測定方法である。
【０００６】分束板の加工精度などに制約があるため、
高度な光強度分布の均一性（例えばビーム強度分布誤差
ＲＭＳ＜０．５％の均一性）を有するホモジェナイザー
からの出力ビームを分束板がビーム均一性に影響を与え
ないようにホモジェナイザーのコンデンサーレンズと均
一加工面の間の光路の中に導入することが難しくなって
いると共に、分束した共役面の光強度分布と試料面の光
強度分布の高精度な同一性を保ちにくくなっている。高
精度、高信頼度の測定は、試料面での光束強度分布を計
らなければ難しい。尚、加工光学系（投影レンズ、ホモ
ジェナイザーのコンデンサーレンズ等）のワーキングデ
イスタンス、真空チャンバーの窓などの制限による分束
板の導入は不可能になる場合もある。
高度な光強度分布の均一性（例えばビーム強度分布誤差
ＲＭＳ＜０．５％の均一性）を有するホモジェナイザー
からの出力ビームを分束板がビーム均一性に影響を与え
ないようにホモジェナイザーのコンデンサーレンズと均
一加工面の間の光路の中に導入することが難しくなって
いると共に、分束した共役面の光強度分布と試料面の光
強度分布の高精度な同一性を保ちにくくなっている。高
精度、高信頼度の測定は、試料面での光束強度分布を計
らなければ難しい。尚、加工光学系（投影レンズ、ホモ
ジェナイザーのコンデンサーレンズ等）のワーキングデ
イスタンス、真空チャンバーの窓などの制限による分束
板の導入は不可能になる場合もある。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】上述のように測定の精度と
信頼性を向上させるため光束ビームの測定は試料面で行
なう必要がある。レーザー加工装置の中にその試料面に
おける光強度分布の直接測定光学システムを組み込むた
め、本発明は、図１のような方式で蛍光板を用いて、入
射レーザー光の反射方向に蛍光の測定を行なう。尚、蛍
光板を通したレーザー光束の反射光により再発生した二
次蛍光は測定の結果に影響があるので、測定精度を向上
させる為レーザー光束の反射光の防止の方法も本発明図
３で提案している。
信頼性を向上させるため光束ビームの測定は試料面で行
なう必要がある。レーザー加工装置の中にその試料面に
おける光強度分布の直接測定光学システムを組み込むた
め、本発明は、図１のような方式で蛍光板を用いて、入
射レーザー光の反射方向に蛍光の測定を行なう。尚、蛍
光板を通したレーザー光束の反射光により再発生した二
次蛍光は測定の結果に影響があるので、測定精度を向上
させる為レーザー光束の反射光の防止の方法も本発明図
３で提案している。
【０００８】
【作用】本発明の測定の基本原理は、図１に示されてい
る。その測定の前提として、蛍光板は、測定対象のレ
ーザー光束の照射によって、蛍光が十分発生する蛍光薄
膜層を有し、その蛍光が元の照射レーザー光に線形的
な強度関係を有することである。
る。その測定の前提として、蛍光板は、測定対象のレ
ーザー光束の照射によって、蛍光が十分発生する蛍光薄
膜層を有し、その蛍光が元の照射レーザー光に線形的
な強度関係を有することである。
【０００９】測定の目的位置、すなわち加工対象物の試
料面に蛍光板を置くと蛍光物質の薄膜層はレーザーの照
射による蛍光を発生する。蛍光板の特性によって、蛍
光層の薄膜が十分薄くなれば、レーザーの照射による蛍
光面光源になる。図１のような検出系を使用すれば、歪
みなくその蛍光面光源の蛍光強度分布を精密に測定する
ことが容易になる。蛍光板の特性によって、蛍光光強
度がレーザー光との強度の線形性関係があれば、その蛍
光面の光強度分布とレーザー光束の加工面に於ける光強
度分布が一致する。
料面に蛍光板を置くと蛍光物質の薄膜層はレーザーの照
射による蛍光を発生する。蛍光板の特性によって、蛍
光層の薄膜が十分薄くなれば、レーザーの照射による蛍
光面光源になる。図１のような検出系を使用すれば、歪
みなくその蛍光面光源の蛍光強度分布を精密に測定する
ことが容易になる。蛍光板の特性によって、蛍光光強
度がレーザー光との強度の線形性関係があれば、その蛍
光面の光強度分布とレーザー光束の加工面に於ける光強
度分布が一致する。
【００１０】図３の蛍光板に対して、入射レーザー光の
反射方向で測定を行なう。蛍光板からぬけ出したレーザ
ー光線は（通常蛍光板の吸収は１０％以内程度しかな
い）蛍光板の裏面と蛍光板の裏側の試料ホルダー面から
反射して再び蛍光板に戻って蛍光を再発生する可能性が
高い。それにより測定に影響を与える。本発明は、測定
精度を向上するため、図３のように幾つかの反射光防止
の方法を提案する。
反射方向で測定を行なう。蛍光板からぬけ出したレーザ
ー光線は（通常蛍光板の吸収は１０％以内程度しかな
い）蛍光板の裏面と蛍光板の裏側の試料ホルダー面から
反射して再び蛍光板に戻って蛍光を再発生する可能性が
高い。それにより測定に影響を与える。本発明は、測定
精度を向上するため、図３のように幾つかの反射光防止
の方法を提案する。
【００１１】図３（ａ）は、吸収による反射を防止する
方法である。蛍光板の裏側に入射光波長に対する吸収が
あり、かつ蛍光もない物質（吸収液体、あるいは吸収ガ
ラス等）を置けば良い。図３（ｂ）のような蛍光板の裏
側にレーザー入射光のビームダンパーを使って反射光を
防止することもできる。
方法である。蛍光板の裏側に入射光波長に対する吸収が
あり、かつ蛍光もない物質（吸収液体、あるいは吸収ガ
ラス等）を置けば良い。図３（ｂ）のような蛍光板の裏
側にレーザー入射光のビームダンパーを使って反射光を
防止することもできる。
【００１２】
【実施例】図４は、真空チャンバーの中に蛍光板を試料
加工面と同じ位置に置いて、レーザービームの光強度分
布の精密的な測定を行なった例である。入射レーザー
は、ビームホモジェナイザーを用い光束ビームが均一さ
れてから試料面に照射する。光束の空間強度分布の均一
性は、 ΔＩ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／Ｉｍａｘ＜±５％ 均一領域に光強度平均特性は ＲＭＳ≒１％と予想され
ている。その高度なビーム光強度分布を得るために、ホ
モジェナイザーの調整をしなから、試料面のレーザービ
ームの光強度分布をチェックする必要がある。試料面が
真空チャンバーの中にあるので、別の測定方式は殆ど不
可能となり、本発明によって図４のように結像レンズを
使用し、蛍光の面光源の像をＣＣＤカメラに当てて、レ
ーザービームの試料面における光強度分布の高精度な測
定を行なった。本発明の実施例（図４）に使われている
蛍光板は、Ｘ−線から３５０ｎｍ紫外光までの波長領域
に上述の蛍光強度及び蛍光と照射光の線形性が共に認め
られる。測定を行なったレーザーの種類は、エキシマレ
ーザー、Ｎｄ；ＹＡＧレーザー３倍波等殆どの紫外光
で、レーザーのビームサイズは、１２０ｍｍ×１２０ｍ
ｍまでの例もある。
加工面と同じ位置に置いて、レーザービームの光強度分
布の精密的な測定を行なった例である。入射レーザー
は、ビームホモジェナイザーを用い光束ビームが均一さ
れてから試料面に照射する。光束の空間強度分布の均一
性は、 ΔＩ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／Ｉｍａｘ＜±５％ 均一領域に光強度平均特性は ＲＭＳ≒１％と予想され
ている。その高度なビーム光強度分布を得るために、ホ
モジェナイザーの調整をしなから、試料面のレーザービ
ームの光強度分布をチェックする必要がある。試料面が
真空チャンバーの中にあるので、別の測定方式は殆ど不
可能となり、本発明によって図４のように結像レンズを
使用し、蛍光の面光源の像をＣＣＤカメラに当てて、レ
ーザービームの試料面における光強度分布の高精度な測
定を行なった。本発明の実施例（図４）に使われている
蛍光板は、Ｘ−線から３５０ｎｍ紫外光までの波長領域
に上述の蛍光強度及び蛍光と照射光の線形性が共に認め
られる。測定を行なったレーザーの種類は、エキシマレ
ーザー、Ｎｄ；ＹＡＧレーザー３倍波等殆どの紫外光
で、レーザーのビームサイズは、１２０ｍｍ×１２０ｍ
ｍまでの例もある。
【００１３】ＣＣＤカメラからのビーム光強度分布のデ
ータをビームプロファイラーに送って、データを解析し
た結果は、測定されたビームの光強度分布の均一性が±
５％以内、均一化された領域内の光強度分布の平均特性
がＲＭＳ≦１．５％という均一光強度分布の結果も得ら
れた。
ータをビームプロファイラーに送って、データを解析し
た結果は、測定されたビームの光強度分布の均一性が±
５％以内、均一化された領域内の光強度分布の平均特性
がＲＭＳ≦１．５％という均一光強度分布の結果も得ら
れた。
【００１４】図３のような反射光防止の対策を取らない
と、１０％以上のノイズが出て、測定に大きく悪影響を
与える。
と、１０％以上のノイズが出て、測定に大きく悪影響を
与える。
【００１５】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明は、真空チャンバー、Ｘ−Ｙテーブル、試料ホル
ダーなどの制限で普通の測定方法にとって難しくなって
いる加工試料面における照射レーザービームの光強度分
布の高精度な測定が容易に実現できる。
の発明は、真空チャンバー、Ｘ−Ｙテーブル、試料ホル
ダーなどの制限で普通の測定方法にとって難しくなって
いる加工試料面における照射レーザービームの光強度分
布の高精度な測定が容易に実現できる。
【００１６】また、反射光からの蛍光（ノイズ）防止の
対策を本発明が提案して、測定の精度が向上する。
対策を本発明が提案して、測定の精度が向上する。
【図１】 蛍光板法の測定原理と測定方法の概要図。
【図２】 蛍光板の透過方向と反射方向における蛍光面
光源の光強度分布の投影結像式の測定。（ａ）は、蛍光
板の裏側（透過方向）における観察で、（ｂ）は、蛍光
板の表側（反射方向）における観察である。
光源の光強度分布の投影結像式の測定。（ａ）は、蛍光
板の裏側（透過方向）における観察で、（ｂ）は、蛍光
板の表側（反射方向）における観察である。
【図３】 蛍光板から透過したレーザー光の反射防止の
方法。（ａ）は、抜け出したレーザー光を吸収させる方
法である。強い吸収且つ無蛍光の液体（例えば紫外光な
ら、水）、又は固体（ＵＶ光なら、普通のＢＫ７等ガラ
ス）でも結構である；（ｂ）は、レーザービームダンパ
ーによる反射防止の方法である。
方法。（ａ）は、抜け出したレーザー光を吸収させる方
法である。強い吸収且つ無蛍光の液体（例えば紫外光な
ら、水）、又は固体（ＵＶ光なら、普通のＢＫ７等ガラ
ス）でも結構である；（ｂ）は、レーザービームダンパ
ーによる反射防止の方法である。
【図４】 実施例：真空チャンバー内におけるレーザー
ビームプロファイルの観察。
ビームプロファイルの観察。
○○’ 測定系の光軸； Ａ 検出素子を置く像平面と結像レンズの主平面
との蛍光面における交差線の位置。 Ｌ： Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ Ｌｅｎｓ ｏｆ ａ
Ｌａｓｅｒ ＢｅａｍＨｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ Ｌ’： Ｉｍａｇｅ Ｌｅｎｓ Ｄ： Ｄｅｔｅｃｔｏｒ （ＣＣＤ／ＣＩＤ Ｃａ
ｍｅｒａ） Ｃ： Ｖａｃｃｕｍ Ｃｈａｍｂｅｒ Ｗ： Ｗｉｎｄｏｗ Ｈ： Ｓａｍｐｌｅ Ｈｏｌｄｅｒ Ｆ： Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓｅ Ｐｌａｔｅ
との蛍光面における交差線の位置。 Ｌ： Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ Ｌｅｎｓ ｏｆ ａ
Ｌａｓｅｒ ＢｅａｍＨｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ Ｌ’： Ｉｍａｇｅ Ｌｅｎｓ Ｄ： Ｄｅｔｅｃｔｏｒ （ＣＣＤ／ＣＩＤ Ｃａ
ｍｅｒａ） Ｃ： Ｖａｃｃｕｍ Ｃｈａｍｂｅｒ Ｗ： Ｗｉｎｄｏｗ Ｈ： Ｓａｍｐｌｅ Ｈｏｌｄｅｒ Ｆ： Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓｅ Ｐｌａｔｅ
Claims (3)
- 【請求項１】 測定対象のレーザー光束の照射によっ
て、蛍光が十分発生する蛍光薄膜層があり、その蛍光が
元の照射レーザー光に線形的な強度関係を有する蛍光板
を用いて、元のレーザー光強度空間分布（ビームパター
ン）の直接観察の代りに、そのレーザー照射から発生し
た蛍光の面蛍光による測定方法。 - 【請求項２】 上記請求項１の蛍光を用いるレーザー光
束ビーム強度分布の測定方法として、蛍光板に対して照
射レーザー光束の透過方向（蛍光板の裏側）と反射方向
（蛍光板の表側）両方向の蛍光強度分布の投影測定方
法。 - 【請求項３】 上記請求項２の蛍光板に対してレーザー
光束反射方向の蛍光強度分布を測定する方法の中にレー
ザー光の反射を伴っている測定誤差の防止と測定精度の
向上の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4166993A JPH06221917A (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | レーザー光束のビームパターンの測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4166993A JPH06221917A (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | レーザー光束のビームパターンの測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06221917A true JPH06221917A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=12614808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4166993A Pending JPH06221917A (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | レーザー光束のビームパターンの測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06221917A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6636297B2 (en) * | 1999-01-20 | 2003-10-21 | Gigaphoton, Inc. | Vacuum ultraviolet laser wavelength measuring apparatus |
| WO2017002830A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 株式会社日立製作所 | 放射線計測装置 |
| DE112017007786T5 (de) | 2017-07-27 | 2020-05-14 | Canare Electric Co., Ltd. | Laserstrahlprofil-Messvorrichtung |
-
1993
- 1993-01-22 JP JP4166993A patent/JPH06221917A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6636297B2 (en) * | 1999-01-20 | 2003-10-21 | Gigaphoton, Inc. | Vacuum ultraviolet laser wavelength measuring apparatus |
| WO2017002830A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 株式会社日立製作所 | 放射線計測装置 |
| DE112017007786T5 (de) | 2017-07-27 | 2020-05-14 | Canare Electric Co., Ltd. | Laserstrahlprofil-Messvorrichtung |
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