TW400669B - Narrow-band laser device - Google Patents
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Description
經濟部中央標準局員工消費合作社中製 A7 , B7__ 五、發明説明（/ ) [發明所屬之技術領域] 本發明係關於對在狹帶域化模組內所產生的雷射光的 波面的失真進行補正的狹帶域化雷射裝置β [習知技術] 近年來準分子雷射被視爲可被使用爲半導體製造用的 7 光源〇這是因爲準分子雷射具有：波長較短而有 可能可將曝光的極限延伸至〇.35μπι以下、若是解析度相同 則其焦點深度會較以往所使用的水銀燈的g線及i線爲深 、透鏡的開口數(NA)捨以是較小而曝光區域較大、可獲致 較大的能量等多數的優點。 但是，在使用此準分子雷射以作爲半導體製造用的光 源的場合，以在準分子雷射的波長(KrF準分子雷射的波長 爲、248nm、A rF準分子雷射的波長爲193nm)能夠被製作爲 光學系統的透鏡材料而言只有合成石英(CaF2很難加工）， 而以單一的合成石英材料卻無法具有色像差的功能》 譬如說，在KrF準分子雷射的自然震盪光的場合，光 譜線寬爲很寬的300pm，如此則無法忽略曝光裝置的透鏡 的色像差，而其曝光結果會無法獲致充分的解析度。 而在使用準分子雷射來做爲半導體曝光用的光源的場 合，可藉由在雷射光共振器內配置校準器或是光柵及菱鏡 等波長選擇元件，來使雷射光狹_化。 而在光共振器內則由於種種的原因，雷射光的波面會 、擴散或是具有曲率。 譬如說，在共振器內配置狹縫的場合，由於此狹縫的 一 _3_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) © 裝· 、tr 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（> ) 回折，通過狹縫後的光會是球面波。 再者，有時候配置於共振器內的光學元件本身的像差 也會造成波面的失真。譬如說，如在被使用爲狹帶域化元 件的菱鏡擴大器的透過型的光學元件，會由於： (a) 內部的折射率分布並不完全一樣 (b) 菱鏡的硏磨面的失真 等而會使通過此光學元件的雷射光的波面會具有凸面 或是凹面的曲率。 而且，具有波面具有此種曲率的雷射光載射入至平坦 形狀的光柵的場合，光柵的波長選擇性能會下降。即是， 在射入至光柵的雷射光的射入波面係具有曲率的場合，由 於雷射光會以不同的角度射入至光柵的每一個溝槽，所以 光柵的波長選擇特性會下降，而會使狹帶域化了的雷射光 的光譜線寬變寬。 此處，在USP-5095492中，則藉由使光柵本身彎曲以 使射入至光柵的雷射光的波面一致而解決了上述的問題。 即是，在此習知技術的狹帶域化準分子雷射中，如圖 24所示的，具有前置鏡子100、雷射腔體101、孔徑102、 光束擴大器103、鏡子104及光柵105;而且係由如圖25 所示的曲率產生裝置而使光柵105會依據射入至光柵105 的射入波面而彎曲。 圖25所示的曲率產生裝置係使底座107經由球體106 而支撐光柵105的兩端部；而且這些底座107係經由彈簧 108而連結至壓力板109，而且使螺栓螺釘110的一端螺合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（S ) 至壓力板109,另一端則螺合至接合至光柵1〇5的中央部 背面的螺帽111;並由螺栓螺釘110的旋轉將光柵105的 中央部拉往壓力板側，而使光柵1〇5產生如圖26所示的凹 面的曲率。 而且，在此習知技術中’係依據雷射光的光譜線寬而 事先設定適當的光柵的張力，並依據此設定關係而驅動控 制馬達113,以使光柵的張力會成爲對應於光譜線寬檢測 感應器112的檢測値，並旋轉驅動螺栓螺釘。 在上述逍驾中，係依據所檢測出的雷射光的光 譜線寬而使光栅彎曲並具有曲率。 但是，在光柵爲了要將雷射震盪波長控制爲所希望的 波長，必須要控制射入至光柵的射入光的角度；因此，光 柵會具有旋轉台等的旋轉機構，並由此旋轉機構而使光柵 能夠如圖24的箭頭J所示的旋轉。 因此，在上述的習知裝置中，相對於光柵而言，.除了 用以在光柵產生曲率的上述曲率產生機構之外，也需要設 置使光栅旋轉的旋轉機構；而此機構相當複雜、大型化且 不實用，再者，在使光柵旋轉時的震動會傳到上述曲率產 生機構，此震動也可能會使光譜線寬產生偏差。 . 再者，在狹帶域化準分子雷射中，爲了要使光譜線寬 在lpm以下，會需要很大的光柵；但是要製作出平板、溝 槽間隔均勻且沒有失真的很大的光柵幾乎是不可能。更何 況在上述的習知技術中，由於是要使此種平板光柵彎曲， 因此會助長上述溝槽間隔的不均勻性及失真，而會無法獲 ______5_ 本A張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規指厂(210X 297^1 "" I !丨丨卜——©I裝 訂 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ' 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（+ ) 致適當的波長選擇特性。 再者，在上述的習知技術中，由於是使光柵本身彎曲 以對射入至光柵的射入光的波面像差進行補正，因此在光 栅本身變具有波面像差的場合，會有無法對此進行補正的 問題。 此發明係有鑑於這種情形而其目的係在於提供能夠獲 致狹帶域化且安定的光譜線寬的雷射光的狹帶域化雷射裝 B3. m ° [發明之詳細說明] 本發明係有關一種狹帶域化雷射裝置，具有由狹帶域 化元件而使雷射介質所產生在的雷射光狹帶域化的狹帶域 化模組的狹帶域化雷射裝置，其特徵係：在前述狹帶域化 模組內具備有對所射入的雷射光的波面進行補正，並將其 射出的波面補正手段。 1 即是，此發明在狹帶域化模組內設置對雷射光的波面 進行補正，並將其射出的波面補正手段。 因此，本發明能夠以良好的效率且安定地輸出光譜線 寬非常狹窄的雷射光，再者，由於本發明並不具有用以對 光柵的波面像差進行補正的彎曲機構，因此在控制波長時 能夠獲致安定的光譜線寬。 [附圖說明] 第1圖係表示本發明的實施例的圖。 第2圖係表示以光柵的旋轉來進行波長控制順序的流 程圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明説明（夕） 第3圖表示以凝縮來進行波面失真的補正順序的流程 圖 圖 第4圖係表示使光譜線寬最小的波面補正順序的流程
P 第5圖係表示使每單位光譜線寬的輸出能量最大的波 面補正順序的流程圖。 舅f表示波面補正器的一例的圖。 係表示將圖6的波面補正器配置於狹帶域化模 圖。 係表示波面補正器的其他例的圖。 第9圖係表示將圖8的波面補正器配置於狹帶域化模 組的一 。 第示波面補正器的其他例的圖。 第系表示圖ίο的波面補正器的控制構成例的圖
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _©| 裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製
^表示圖10的波面補正器的變形例的圖。 表示波面補正器的其他例的圖。 系表示圖13的波面補正器的控制構成例的圖 .15圖係表示圖13的波面補正器的變形例的圖。 p 表示波面補正器的其他例的圖。 係表示波面補正器的其他例的圖。 A 系表示波面補正器的其他例的圖。 第1们圓係表示波面補正器的其他例的圖。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29"/公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) .第20圖係表示圖19的波面補正器的控制構成例的圖 0 第21圖係表示將波面補正器配置於狹帶域化模組的其 他配置例的圖。 第22圖係表示將波面補正器配置於狹帶域化模組的其 他配置例的圖。 第23圖係表示將本發明適用於其他的共振器構造的構 成的圖。 第24圖係表示習知技術的圖。 第25圖係表示習知術的圖。 第26圖係表示習知技術的光柵的圖。 [較佳實施形態之說明] 以下，依據附圖以詳細說明本發明的實施形態。 圖1表示本發明的實施例。 在此圖1的實施例中，準分子雷射1的雷射腔體2具 有使陽極與陰極在垂直與紙面的方向對向而配置的放電電 極3;並藉由使充塡於雷射腔體2內，由鹵素氣體、稀有 氣體、緩衝氣體等所構成的雷射氣體在放電電極3之間放 電而被激發並進行雷射震盪。 · 在雷射腔體2的兩雷射射出口設置窗戶4。再者，在 雷射腔體2前置鏡子5之間，及、在雷射腔體2及狹帶域 化模組6之間設置限制光束寬度的狹縫7。 在此場合，狹帶域化模組6係由光束擴大器8及作爲 角度分散波長選擇元件的光柵9及波面補正器10所構成。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
©I 裝. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 Β7·____________ 五、發明説明（rj ) 在此場合，波面補正器10係設置於光束擴大器8及雷射腔 體2之間，並具有對所射入的雷射光的進行補正並將其射 出的功能。此波面補正器1〇的具體構成如後述。光柵9則 可藉由旋轉台9a而自由的旋轉。 即是，在此圖1的實施例的場合，光震盪器係構成於 前置鏡子5及光柵9之間。 由雷射腔體2所震盪的雷射光會被射入至狹帶域化模 組6，並首先在由波面補正器10對其波面進行修正之後’ 會被射入至光束擴大器8而使其光束寬度擴大。而且’由 使雷射光會被射入至光柵9並被回折而僅使具有特定波長 成分的雷射光會與射入光被折反至相同的方向°由光柵9 所折反的雷射光在光束擴大器8使其、光考寬度縮小後，會 被射入至波面補正器10，此處，會使此波面被補正爲與射 入至狹帶域化模組6時相同的平面波的被射入至雷射腔體 2 ° 通過雷射腔體2並被放大了的雷射光會經由前置鏡子 5而將其一部份取出以作爲輸出光，而且使剩下的光再度 回到雷射腔體2而被放大。 再者，在雷射光的輸出側設置由部分反射鏡子…部 分反射鏡子12、光二極體13、校準器14、聚光透鏡15、 及、線光感應器16等所構成的監視器模組17。 即是，輸出自前置鏡子5的雷射光的一部份會經由部 分反射鏡子11、部分反射鏡子12而被射入至光二極體13 以進行取樣。在監視器模組17則從光二極體13的輸出檢 © (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·
、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 A7 ________B7 五、發明説明（S ) 測出輸出雷射光的脈衝能量値，並將此檢測値輸出至控制 器18。 另一方面’透過部分反射鏡子12.的雷射光會經由校準 器14、聚光透鏡15而被射入至線光感應器μ以進行取樣 。在監視器模組17則從產生於線光感應器Μ的干涉條紋 的位置而計算出輸出雷射光的波長λ，並從干涉條紋的寬 度而計算出光譜線寬，並將其輸出至控制器18。. 在控制器18則依據來自於監視器模組17的監視信號 而進行放電電極3的放電電壓控制、由光柵9的旋轉而進 行波長控制、由波面補正器10而進行波面補正控制等。 圖2係表示在控制器18所進行的波長控制的順序。控 制器18計算出目標波長Α0與監視器模組17所檢測出的 檢測波長λ的差5 λ (= λ-λ 0)(步驟200〜220)，並計算出 可使此波長差(5 λ爲零的旋轉台9a的旋轉角度5 Θ，並將 包含此旋轉角度5 6?的光柵旋轉信號輸出至旋轉台9a(步驟 230-240) 〇 結果’便能夠將光柵9旋轉驅動至使前述波長差5 λ 爲零的旋轉位置。 圖3係表示在控制器18所進行的波面補正器10的波 面控制的一例。在此場合，係考慮到雷射照射所造成的凝 縮的控制。 即是’由於由雷射照射所產生的凝縮係正比於由雷射 的發射數’所以可從監視器模組17的光二極體13所檢測 出的脈衝信號而計算出脈衝雷射光的發射數(步驟300)，並 _____ 10___ 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ J. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（？） 依據此發射數而計算出由光學元件的凝縮所造成的光的波 面的失真(步驟310)，並可計算出補償該計算出的波面失真 的波面控制信號，並將此波面控制信號輸出至波面補正器 10。 圖4係表示在控制器18所進行的波面補正器10的其 他的控制順序。在此場合，係控制波面補正器10以使光譜 線寬最小。 ' 即是，對每一個脈衝監視從監視器模組17的光二極體 13所檢測出的光譜線寬△ λ，並使用此監視値而依序求出 η個脈衝Pi〜Pi+n的光譜線寬Δ ；li〜△ λί+η的平均値 Δ λ av 〇而且，比較上一次的光譜線寬的平均値△ λ avj-1及這一次的光譜線寬的平均値A Aavj(步驟400〜410) 〇 在此比較的結果係爲△ λ avj-1 g △ λ avj的場合，輸出 與上一次相同方向的波面補正信號至波面補正器10。即是 ，在上一次是輸出使波面失真向凸方向的波面補正信號的 場合，這一次也是輸出使波面失真向凸方向的波面補正信 號。而在上一次是輸出使波面失真向凹方向的波面補正信 號的場合，這一次也是輸出使波面失真向凹方向的波面補 正信號(步驟420)。 另一方面，在△ Aavj的場合，則輸出與上 一次相反方向的波面補正信號至波面補正器1〇(步驟430) 〇 如此，藉由控制波面補正器10以使光譜線寬逐漸變小 11 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（，。） ，便能夠使光譜線寬變爲最小。 再者，在上述實施例中，雖然是比較複數個的脈衝的 光譜線寬的平均値，但是也可以是對每一個發射（脈衝)來 比較其光譜線寬。 圖5係表示在控制器18所進行的波面補正器10的其 他的控制順序。在此場合，係控制波面補正器10以使每單 位光譜線寬的輸出能量Ε λ (=Ε/Δ λ)最大。 即是，對每一個脈衝監視從監視器模組17的光二極體 13所檢測出的光譜線寬△ λ，並使用此監視値而依序求出 η個脈衝Pi〜Pi+n的光譜線寬△ λί〜△ λί + η的平均値八 Aav。再者，同時也檢測出監視器模組17的光二極體13 的輸出的輸出雷射光的脈衝能量値Ei，並使用此値而求出 η個脈衝Pi〜Pi + n的脈衝能量値Ei〜Ei+n的平均値Eav。 而且，使上述脈衝能量値Eav除以光譜線寬△ λ av而 求出每單位光譜線寬的輸出能量Ε λ (=Ε/Δ λ)(步驟500、 510)。 而且，比較上一次的計算値EAj-l及這一次的計算値 Ελ_| (步驟 520)。 在此比較的結果係爲Ελ〗2Ελγ1的場合，輸出與上 一次相同方向的波面補正信號至波面補正器10。即是，在 上一次是輸出使被面失真向凸方向的波面補正信號的場合 ，這一次也是輸出使波面失真向凸方向的波面補正信號。 而在上一次是輸出使波面失真向凹方向的波面補正信號的 場合，這一次也是輸出使波面失真向凹方向的波面補正信 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ΘΙ 裝· '1Τ 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（I1 ) 號(步驟530)。 另一方面，在EAjgEAj-l的場合，則輸出與上一次 相反方向的波面補正信號至波面補正器1〇(步驟540)。 如此’藉由控制波面補正器10以使每單位光譜線寬的 輸出能量Ελ逐漸變大，便能夠使每單位光譜線寬的輸出 能量Ελ變爲最大。 再者’在上述實施例中，雖然是使用複數個的脈衝的 平均値來做爲每單位光譜線寬的輸出能量Ελ，但是也可 以是對每一個發射（脈衝)求出其每單位光譜線寬的輸出能 量Ελ，再來做比較。 再者’也可以是檢測出各脈衝的輸出能量El，再控制 波面補正器1〇以使此輸出能量Ei變爲最大。 在圖1所示的構咸中，在以人代表射入至光栅9的雷 射光的波長、以Θ代表其射入角、以d代表光柵的溝槽間 隔距離時，在下式成立時會有最大的回折光強度。 m · λ =2 * d * sin Θ …（1) 若是使上述（1)式的兩邊對λ微分，則可獲致下式(2)。 d Θ /d λ =(m · tan ^ )/( 2 · d * sin Θ ) …（2) 由上述（1)式及(2)式，可獲致下述(；3)式。 . άθ /άλ =tan θ / X …（3) 再者，由此(3)式，可獲致下述(4)式。 Δ λ =( λ /=tan 6») · Δ ...(4) 在上述(4)式中，Δ λ爲光譜線寬、△ θ爲射入至光柵 的雷射光束的擴散角。 ____ 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210x297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 11. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（I2 ) .此處，由於以波面補正器10來對光束擴大器及光柵的 波面像差進行補正與使上述(4)式中的Α β約爲零的效果相 同，由此便能夠使(4)式的左邊，即是，光譜線寬變爲最小 。而波面補正器10則爲對此波面像差進行補正的光學單元 〇 其次，圖6〜圖20表示波面補正器10的各種具體構 成例。 在圖6中，波面補正器10係由凸透鏡20、凹透鏡21 、使凸透鏡20在光軸方向移動的移動台22、及驅動此移 動台22的脈衝馬達23所構成，並使射入的凸面波面或是 凹面波面會依凸透鏡20與凹透鏡21的光軸方向的相對位 置而轉換爲平面波。即是，如圖6(a)所示，在凸透鏡20與 凹透鏡21的距離很大的場合，可將凸面波面轉換爲平面波 。再者，如圖6(b)所示，在凸透鏡20及凹透鏡21的距離 很小的場合，可將凹面波面轉換爲平面波。當然，在此圖 6的實施例中，也可以是使凹透鏡21係爲可移動的。 如此，在此第2實施例中，藉由調整凸透鏡20與凹透 鏡21的相對距離，便能夠對雷射光的波面的失真進行補正 〇 > 圖7係表示使用上述圖6所示的波面補正器10而在在 光柵9產生波面像差的場合，所進行的處理的具體例。在 此場合，在光柵的回折波面係具有失真爲凹面的波面像差 以平面波射入至狹帶域化模組6的光束擴大器8的雷 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇 裝· 、tr 經濟部中央標準局—工消費合作社印装 A7 _____B7______ 五、發明説明（丨3 ) 射光會經由2個菱鏡8a、此使光束的寬度擴大’而且此波 面會失真爲凸波面。在波面補正器1〇則可調整凸透鏡20 與凹透鏡21之間的距離，以使曲率半徑係爲與光柵9的波 面像差所造成的波面的曲率半徑的2倍一致的凸波面的雷 射光’從波面補正器射向光柵9，並對從光束擴大器8 所射入的凸波面的雷射光的曲率半徑進行補正，以使前述 者成立。 . 因此，在光柵9所回折的雷射光的波面會與射入至光 栅9的雷射光的波面完全相同。結果在光柵9的回折光會 藉由以與前述者相反的路徑通過波面補正器10及光束擴大 器8而被轉換爲原來的平面波，並從狹帶域化模組6射出 〇 如此，便可對狹帶域化模組6內的光學元件所產生的 波面像差進行補正。 再者，在圖6的實施例中，也可以是使用與凸透鏡20 具有相同功能的光學元件，即是*透過波面爲凹波面的光 學元件來取代凸透鏡20。再者，也可以是使用與凹透鏡21 具有相同功能的光學元件，即是，透過波面爲凸波面的光 學元件來取代凹透鏡21。 . 再者，若是能夠組合透過波面爲凹波面的菱鏡及透過 波面爲凸波面的菱鏡，並能夠調整此兩菱鏡的相對距離， 則便能夠兼具有菱鏡光束擴大器的功能及波面補正器的功 能。 而且，若是能夠組合凹波面的菱鏡擴大器及凸波面的 __ _]£____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再棋寫本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（W ) 凹透鏡，並能夠調整此雨光學元件的距離，則光束擴大器 及波面補正器便能夠共用凹波面的菱鏡擴大器。 圖8係表示波面補正器10的其他的具體構成例的圖; 在此場合，係由凸面鏡子25或是凹面鏡子26來構成波面 補正器10。即是，如圖8(a)所示，在凸面鏡子25的場合 ，能夠將凹面的射入波轉換爲平面波。如圖8(b)所示，在 凹面鏡子26的場合，則能夠將凸面的射入波轉換爲平面波 圖9係表示使用上述圖8的凸面鏡子25的波面補正器 10而在光柵9產生波面像差的場合，所進行的處理的具體 例。在此場合，在光柵的回折波面係具有失真爲凸面的波 面像差。再者，在此場合，波面補正器1〇(凸面鏡子25)係 配置於光束擴大器8的2菱鏡10a、10b之間。 以平面波射入至狹帶域化模組6的雷射光會由菱鏡 使光束的寬度擴大並射入至凸面鏡子25。凸面鏡子25 則將作爲平面波的射入波轉換爲凸面波並將其射出至菱鏡 l〇b。菱鏡10b則使光束的寬度更擴大，且將射入波轉換爲 凹面波並將其射出至光柵9。 但是，此時要調整凸面鏡子25的曲率，以使射入至光 柵9的凸面波的曲率半徑會與光柵9的波面像差所造成的 波面的曲率半徑的2倍一致。 因此，在光柵9所回折的雷射光的波面會與射入至光 栅9的雷射光的波面完全相同；結果在光柵9的回折光會 藉由以與前述者相反的路徑通過菱鏡l〇b、凸面鏡子25、 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 裝. 、π 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（fj ) 及菱鏡〖〇a而被轉換爲原來的平面波，並從狹帶域化模組 6射出。 如此，便可對狹帶域化模組6內的光學元件所產生的 波面像差進行補正。. 圖1〇係表示波面補正器10的其他的具體構成例的圖 〇 在圖10中，係由控制透過型的光學元件基板的溫度分 布來實現波面補正器10。 一般而言，光學材料的折射率會依溫度而改變。因此 ，藉由故意在光學元件產生溫度分布，便能夠產生折射率 分布。特別是，由於石英玻璃基板雖然其熱膨脹率非常小 ，但是其折射率對溫度的依存性大，因此能夠不產生失真（ 複折射)即可控制透過波面的形狀。 即是，如圖10(a)、（b)所示，在石英玻璃基板30的四 方的各側面設置如熱電元件般能夠加熱及冷卻的加熱冷卻 器3】.a〜31d，而且，由溫度感應器32a〜32d檢測出設置 了此加熱冷卻器31a〜31d附近的基板30的溫度，並依據 溫度感應器32a〜32d的檢測値而控制各加熱冷卻器31a〜 31d的溫度，以使石英玻璃基板30成爲特定的溫度分布， 而使石英玻璃基板30具有所希望的折射率分布。在圖 10(b)中，33係雷射光束所通過的區域。 這些配置於石英玻璃基板30的四方的加熱冷卻器31a 〜31d及溫度感應器32a〜32d係，如圖11所示，連接至 溫調器34a〜34d，並係由此溫調器34a〜34d所驅動。溫 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（ί 6 ) 調器34a〜34d係連接至先前的圖1所不的控制器I8 ’並 由來自於控制器18的溫度指令信號來控制加熱冷卻器3U 〜3id的溫度。即是’在控制器18依據監視器模組17的 各監視値而進行在先前的圖3〜圖5所說明的計算’以計 算出波面補正器10的波面補正信號；並計算出對應於此波 面補正信號的加熱冷卻器'31a〜3id的設定溫度，並將所計 算的設定溫度信號送至溫調器34a〜34(1而動作。 譬如說，在射入至此波面補正器1〇的雷射光的波面係 爲凸面的場合，由於若是使基板30的中央部的折射率變高 ，端部的折射率變低’便能夠使通過該波面補正器10的雷 射光變爲平面波，因此將配置於基板30的中央部附近的加 熱冷卻器3+lb、31d的溫度設定爲較低的溫度’並將配置於 基板30的端部附近的加熱冷卻器31a、31c的溫度設定爲 較高的溫度。再者，藉由將溫度設定爲與此相反’便能夠 實現能夠將凹面波面的射入波轉換爲平面波的波面補正器 10。 再者，在上述實施例中’可任意的選擇加熱冷卻器的 個數及其配置形態°譬如說，如圖12所示’若是在石英玻 璃基板3〇的側面配置多數(在此場合爲8個)的加熱冷卻器 31a〜31h及溫度感應器32a〜32h，則便能夠更精確的控制 基板的溫度分布及折射率分布；而即使是在不是單純的凹 面或是凸面而是具有2個峰値的波面的場合，也能夠對此 波面進行補正。再者，也可以是如圖10(c)所示的，在菱鏡 光束擴大器設置加熱冷卻器而與前述相同的’便也可以控 18 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210'乂297公釐〉 — — — —GI裝 II (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（ιΊ ) 制波面。 圖13係表示波面補正器的其他的構成例的圖。 在圖13中，係由控制反射型的光學元件基板的溫度分 布來調整基板的熱膨脹量以使反射型的光學元件基板的表 面彎曲爲凹面或是凸面。 即是，如圖13(a)、（b)所示，在由特定熱膨脹量的坡 璃基板所構成的反射鏡子40的底面及側面設置如熱電元件 般能夠加熱及冷卻的加熱冷卻器41a〜41c，而且，在設置 這些加熱冷卻器41a〜41c附近配置溫度感應器42a〜42c。 再者，如圖14所示，使這些加熱冷卻器41a〜41c及 溫度感應器42a〜42〇係連接至溫調器43a〜43c，並與先前 的圖11及圖12連接至溫調器34a〜34d實施例相同，使各 加熱冷卻器41a〜41c係經由溫調器43a〜43c而由控制器 18所控制。 譬如說，在射入至此波面補正器10的雷射光的波面係 爲凸面的場合，由於若是使反射鏡子40成爲凹面鏡子便能 夠使其反射波變爲平面波，因此將配置於基板40的中央部 的底面的加熱冷卻器41c的溫度設定爲較低的溫度’並將 配置於基板40的端部的加熱冷卻器41a、41b的溫度設定 爲較高的溫度，便能夠使基板中央部凹下旦使基板端部變 厚而形成具有所要的曲率的凹面鏡子。再者’藉由將溫度 設定爲與此相反，便能夠實現能夠形成3 再者，在上述實施例中，可任意的遂，加己:卻梅2 個數及其配置態樣。譬如說，如圖15所系的石疋在石央 19 --- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ΘΙ裝. 經濟部中央標隼局員工消費合作衽印製 A7 ________B7_ 五、發明説明（4 ) 坡璃基板30的底面配置多數(在此場合爲3個)的加熱冷卻 器41c〜41e及溫度感應器42c〜42e，則便能夠更精確的控 制基板的溫度分布及折射率分布；而對具有複雜的形狀的 波面也能夠進行補正。 圖16係表示波面補正器的其他的構成例的圖。 在圖16中，係對反射型的光學元件基板加上實際的物 理力以使反射面彎曲。圖16(a)係表示彎曲前的狀態的正面 圖而圖16(b)係其平面圖，圖16(c)則係表示彎曲後的狀態 的正面圖。 即是，在此實施例中，係以3根支撐柱51〜53來支撐 反射鏡子基板50的背面，並在基板50的背面中央設置可 在高度方向上伸縮的伸縮傳動器54。並將3根支撐柱51〜 53及伸縮傳動器54固定於支撐板55。 以伸縮傳動器54而言，係使用壓電元件及隨著熱而伸 縮的金屬片或是樹脂。 在圖，16(c)中，係使伸縮傳動器54縮退而形成凹面鏡 子。若是使伸縮傳動器54伸張，則可形成凸面鏡子。 再者’在上述圖16的實施例中，也可以是以配設於反 射鏡子50的中央部的伸縮傳動器54來作爲無法伸縮的固 定長度部件，並以配設於反射鏡子50的端部的部件51〜 53來作爲能夠伸縮的伸縮部件。 再者，也可以是使配設於反射鏡子5〇的中央部及端部 的所有的支撐部件均是能夠自由伸縮的伸縮傳動器。在此 場合，若是使配設於端部的伸縮傳動器及配設於中央部的 -- ----2〇____.丨.— 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) Μ規格（210 X 297公釐） I I „ 0^1Τ® I. . (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（勹） 伸縮傳動器的伸縮方向相反，並在使反射鏡子的曲率係與 僅在中央部或是端部之一具備伸縮傳動器所構成者相同的 場合，其伸縮傳動器的伸縮長度只需要原來的一半即可。 即是，在此場合，可供應至鏡子的曲率的可變範圍會倍增 0 圖17係以螺絲部件56來構成上述圖16的伸縮傳動器 。即是，在此場合，在支撐板55的中央部形成螺絲孔57 ，且將螺絲部件56螺合至此螺絲孔57，並經由接合部件 58而使此螺絲部件56的前端固定至反射鏡子50的背面， 並可由旋轉螺絲部件56來改變反射鏡子50的中央部及支 撐板55的間隔，以使反射鏡子50彎曲爲凹面或是凸面。 圖19係表示波面補正器的其他的構成例的圖。 在圖19中，係在反射鏡子70的背面及支撐板73之間 配置複數的壓電元件71a〜71c，並控制這些複數的壓電元 件71a〜71c的伸縮量，以對反射鏡子70加上實際的物理 力而使反射面失真。再者，在支撐板73上設置複數的變位 感應器72a〜72c;並由這些複數的變位感應器72a〜'72c測 定出各變位感應器72a〜72c到反射鏡子70的間隙。以測 定出間隙的距離的變位感應器72而言，譬如說，可以使用 靜電電容式變位計。 再者，如圖20所示的，使這些壓電元件_71a〜71c及 變位感應器72a〜72c連接至變位控制器74a〜74c，並使各 壓電元件71a〜71c係與先前的圖11及圖12所示的實施例 相同，經由變位控制器74a〜74c而由控制器18所控制。 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210乂297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) d 裝. 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明説明（尸） 在圖1的實施例中，波面補正器10雖然是配置於光束 擴大器8及雷射腔體2之間，但是也可以是如圖21所示的 ，將其配置於光束擴大器8及光柵9之間，或者是也可以 是如圖22所示的，將其配置於2各分離的光束擴大器8a 、8b之間。 而且，也可以是將波面補正器10配設於如圖23所示 的震盪放大型的共振器構造的準分子雷射的狹帶域化模組 6 ° 即是，在圖23的共振器構造中，產生自雷射腔體2的 雷射光會通過有孔鏡子75的孔部並射入至光束擴大器8， 並在此處將光束寬度擴大後在波面補正器10對波面進行補 正而射入至光柵9。在此光柵9被波長選擇了的回折光會 經由波面補正器10、光束擴大器8、有孔鏡子75的孔部而 被射入至雷射腔體2，並在此處再度被放大後經由全反射 鏡子_76、雷射腔體2而被射入至有孔鏡子75。射入至有孔 鏡子75的光的一部份會在此處被反射並被取出爲輸出光， 而且會經由孔部而再度射入至狹帶域化模組6。 再者，本發明也可以是適用於偏光結合型共振器、注 入栓鎖式、不安定共振器等的其他的共振器構造。 · 再者，在圖1的實施例中，雖然是採用了側向配置的 光柵9來做爲波長選擇光學元件，但是也可以是採用分散 菱鏡及後部鏡子的組合、校準器及後部鏡子的組合、或是 斜射入配置的光柵及後部鏡子的組合來取代側向配置的光 柵9。 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） !丨—裝丨_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ -Ί- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（w) 再者，亦可省略光束擴大器8。再者，波面補正器10 並不只限於1個，而亦可在雷射腔體及波長選擇元件之間 配置好幾個波面補正器。 [產業上利用之可能性] 由於係對產生於狹帶域化模組內的雷射光的波面的失 真進行補正，所以便能夠以高效率且安定地輸出光譜線寬 非常狹窄的雷射光。 23 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
Claims (1)
- 六、申請專利範圍 1. 一種狹帶域化雷射裝置，具有由狹帶域化元件而使 雷射介質所產生之雷射光狹帶域化的狹帶域化模組，其特 徵係： 在前述狹帶域化模組內具備有對所射入的雷射光的波 面進行補正，並將其射出的波面補正手段。 2. 如申請專利範圍第1項之狹帶域化雷射裝置，其中 前述狹帶域化模組係具備光束擴大器及角度分散波長 選擇元件’而前述波面補正手段則設置於前述雷射介質及 前述角度分散波長選擇元件之間。 3. 如申請專利範圍第1項之狹帶域化雷射裝置，其中 • · 前述波面補正手段係具備：具有凸透鏡功能的第1光 學元件；具有凹透鏡功能的第2光學元件；及調整此第1 與第2光學元件的相對距離的調整手段。 4. 如申請專利範圍第1項之狹帶域化雷射裝置，其中 前述波面補正手段具備：將射入的雷射透過的透過型 光學元件；配置於此透過型光學元件的側面的複數的加熱 冷卻器；及控制此加熱冷卻器的溫度，並調整前述透過型 光學元件的溫度分布，以使其變成預先所設定的折射率分 布的溫度筠制手段。 5.如申請專利範圍第1項之狹帶域化雷射裝置，其中 ^紙張尺度適用中國囷家標準（CNS ) A4規格（210X2^7公| )六、申請專利範圍 1. 一種狹帶域化雷射裝置，具有由狹帶域化元件而使 雷射介質所產生之雷射光狹帶域化的狹帶域化模組，其特 徵係： 在前述狹帶域化模組內具備有對所射入的雷射光的波 面進行補正，並將其射出的波面補正手段。 2. 如申請專利範圍第1項之狹帶域化雷射裝置，其中 前述狹帶域化模組係具備光束擴大器及角度分散波長 選擇元件’而前述波面補正手段則設置於前述雷射介質及 前述角度分散波長選擇元件之間。 3. 如申請專利範圍第1項之狹帶域化雷射裝置，其中 • · 前述波面補正手段係具備：具有凸透鏡功能的第1光 學元件；具有凹透鏡功能的第2光學元件；及調整此第1 與第2光學元件的相對距離的調整手段。 4. 如申請專利範圍第1項之狹帶域化雷射裝置，其中 前述波面補正手段具備：將射入的雷射透過的透過型 光學元件；配置於此透過型光學元件的側面的複數的加熱 冷卻器；及控制此加熱冷卻器的溫度，並調整前述透過型 光學元件的溫度分布，以使其變成預先所設定的折射率分 布的溫度筠制手段。 5.如申請專利範圍第1項之狹帶域化雷射裝置，其中 ^紙張尺度適用中國囷家標準（CNS ) A4規格（210X2^7公| ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製. A8 Βδ C8 D8 六、申請專利範圍 前述波面補正手段具備：將射入的雷射反射的反射型 光學元件；及使此反射型光學元件的反射面彎曲，並調整 其凹凸狀態的凹凸調整手段。 6. 如申請專利範圍第5項之狹帶域化雷射裝置，其中 前述反射型光學元件係由特定熱膨脹率的材料所構成 9 前述凹凸調整手段具備：配設於反射型光學元件的背 面的1〜複數的加熱冷卻器；及控制前述1〜複數的加熱冷 卻器，以使前述反射型光學元件彎曲形成預先所設定的彎 曲形狀的溫度控制手段。 7. 如申請專利範圍第5項之狹帶域化雷射裝置，其中 前述凹凸調整手段具備：支撐前述反射型光學元件且 至少其一部份的支撐部件係可自由伸縮的複數的支撐部件 ;將此複數的支撐部件的各端部固定的固定部件；及、對 前述可自由伸縮的支撐部件進行伸縮控制，以使前述反射 型光學元件彎曲形成預先所設定的彎曲形狀的伸縮控制手 段。 8. 如申請專利範圍第7項之狹帶域化雷射裝置，其中 前述可自由伸縮的支撐部件係由壓電元件所構成。 9. 如申請專利範圍第1項之狹帶域化雷射裝置，其更 具備：對產生於前述雷射介質的雷射光進行監視的監視手 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)A8 B8 C8 D8 六'申請專利範圍 段；及 依據此監視手段的監視値而控制前述波面補正手段的 波面補正的控制手段。 10. 如申請專利範圍第9項之狹帶域化雷射裝置，其中 HU述監視手段具備檢測出輸出雷射光的發射數的發射 數檢測手段; 前述控制手段則依據前述發射數檢測手段的檢測値而 控制前述波面補正手段的波面補正。 11. 如申請專利範圍第9項之狹帶域化雷射裝置，其中 前述監視手段具備檢測出輸出雷射光的光譜線寬的光 譜線寬檢測手段； 前述控制手段則依據前述光譜線寬檢測手段的檢測値 而控制前述波面補正手段的波面補正。 12. 如申請專利範圍第9項之狹帶域化雷射裝置.，其中 前述監視手段具備檢測出輸出雷射光的光譜線寬的光 譜線寬檢測手段；及 檢測出前述輸出雷射光的輸出能量値的輸出能量檢測 手段； 前述控制手段則具備將前述輸出能量檢測手段所檢測 出的能量値除以前述光譜線寬檢測手段所檢測出的光譜線 寬的除算手段；及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製· S------1T---------I--II ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Γ、申請專利範圍 控制前述波面補正手段的波面補正，以使此除算手段 的除算値爲最大値的波面補正控制手段。 13.如申請專利範圍第9項之狹帶域化雷射裝置，其中 前述監視手段具備檢測出前述輸出雷射光的輸出能量 値的輸出能量檢測手段； 前述控制手段則具備控制前述波面補正手段的波面補 正，以使前述輸出能量檢測手段所檢測出的能量値爲最大 値的波面補正控制手段。’ μ氏張尺度適用中國國家樣準（CNS ) Α4现格（210Χ297公釐） (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
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