JPS61163681A - マイクロビ−ム形成用のレ−ザ−装置 - Google Patents

マイクロビ−ム形成用のレ−ザ−装置

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JPS61163681A
JPS61163681A JP60003630A JP363085A JPS61163681A JP S61163681 A JPS61163681 A JP S61163681A JP 60003630 A JP60003630 A JP 60003630A JP 363085 A JP363085 A JP 363085A JP S61163681 A JPS61163681 A JP S61163681A
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JP
Japan
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lens
beams
diameter
laser
pinhole
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JP60003630A
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English (en)
Inventor
Kiichiro Kagawa
喜一郎 香川
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383Parallel arrangements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308Amplifier arrangements, e.g. MOPA

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  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ピンホールを通過したレーザービームを第1
のレンズによって平行ビームに修正した後、それを第2
のレンズによって絞ることを基本として、極小集光スポ
ットを形成するマイクロビームを得ることを可能とする
のみならず、微細加工等に際し・、集光レンズたる第2
のレンズの先端部と試料との距#l(以下作動距離とい
う)を大きくとりつつもマイクロビームを得ることを可
能として、IC等の超微細加工の分野や細胞工学等にお
ける#I微細処理(切断、穴あけ等)の分野等において
有効に利用することができる、マイクロビーム形成用の
レーザー装置に関する。
(発明の青畳及び従来の技術) レーザーは非常に広範囲な分野において応用されている
が、集光した際の極めて高いエネルギー密度を利用する
分野も広い、その−例として、tC等の微小加工を行う
こと、細胞の一部を切断したり細W!!膜に穴をあける
こと、分光分析の際に試料の微小部分を気化させること
、半導体表面等の微小部分に光化学変化をおこさせるこ
と等の分野における応用が挙げられる。しかしながら、
従来におけるレーザーと−ムの集光は、発振器からのし
−ザービームをそのまま集光レンズによって集光する方
式を採用していた。
(発明が解決しようとする問題点) そのため、とりわけパルス発振のレーザーにおいては、
進行方向が僅かに異なる幾つかのモードで発振が起こる
ため、レーザービームはある拡がり角度をもって発振器
から出ることとなり、従って従来の集光方式においては
、集光スポットの最小部の長さが5μ以下というマイク
ロビームを得ることには困難を伴い、とりわけ操作に支
障を来たさない充分大きな作動距離を確保しつつ前記し
たマイクロビームを得ることは事実上不可能であった。
ちなみに、従来1μ近くの集光スポットを得るためには
、焦点距離の短い100倍程度の集光レンズを用いなけ
ればならず、そのための作動距離は0.2軸以下という
極めて小さいものであった。
本発明は、かかる問題点に鑑み、パルス発振のレーザー
においても種牛集光スポットを十分な作動距離を確保し
つつ得ることを主たる目的として開発されたものである
(問題点を解決するための手段) 本発明に係るマイクロビーム形成用のレーザー装置(以
下装置という) 1は、発振器2の前方に、該発振器2
から出たレーザービームを通過させうるピンホール12
が穿設された遮蔽板4を配置し、該遮蔽板4の前方には
ピンホール12を出たレーザービームを平行ビームに修
正する第1のレンズ5を配置し、該第1のレンズ5の前
方には前記平行光を集光する第2のレンズ7を配置し、
第1のレンズ5の焦点路#f1及び第2のレンズ7の焦
点路11[f2は、最小部の長さが5μ以下である集光
スポット9が得られるよう、fl>f2の関係を満足す
るように設定したことを特徴とする。
なお前記ピンホール12は、円形状、矩形状等として形
成され、該ピンホール12の像がf2/r1だけ縮小さ
れて集光スポット9となる。ここに集光スポット9の最
小部の長さとは、例えばそれが円形状(楕円形状を含む
)であるばあいにはその最小径を、又それが矩形(正方
形を含む)状であるばあいには短辺長さを措す、なお、
ピンホール12によって出力が低下した結果、装置1の
fII用目的に応し、集光スポット9部において所要の
エネルギー密度が得られないばあいには、第1のレンズ
5と第2のレンズ7との間に、一台あるいは複数台の増
幅器6が配設される。
なお、ピンホール12によって出力が低下した結果、装
置IのIII用目的に応し、集光スポット9部において
所要のエネルギー密度が得られないばあいには、第1の
レンズ5と第2のレンズ7との間に、一台あるいは複数
台の増幅器6が配設される。
(作用) 然して、発振器2から出たレーザービームのうちピンオ
ール12を遭遇したもののみが第1のレンズ5によって
平行ビームに修正され、該平行ビームが第2のレンズ7
によって集光され、ピンホール12の像がr2#1だけ
縮小され、集光スポット9の最小部の長さが5μ以下で
あるマイクロビームlOが形成されることとなる。しか
も第1のレンズ5の焦点距離を大きくすることによって
、十分な作動距離を確保しつつマイクロビームlOを形
成することが可能となる。
(実施例) 以下本発明に係る装置の実施例を、該装置が微細加工装
置あるいは細胞メスとして応用されたばあいを例にとり
、図面に基づいて説明する。
第1図において本発明の装置1は、発振器2の前方に集
光レンズ3、遮蔽板4、第1のレンズ5、増幅器6、第
2のレンズ7を順に配置し、最小部の長さが5μ以下で
ある集光スポット9を形成するマイクロビーム10を得
るとともに、該集光スポット9部のエネルギー密度がI
J/−以上となるようにしたものであり、これを具体的
に説明すれば次のごとくである。即ち本発明の装置lは
、例えばパルスレーザ−発振器として構成された発振器
2の前方に、レーザービームを集光させるための集光レ
ンズ3、及び該集光部分11を通過させうるピンホール
12が穿設された遮蔽板4を具える。なお該ピンホール
12は、直径約10μの円形ピンホールとして形成され
ている。又ピンホール12部分におけるレーザービーム
の強度は、ピンホールの破頃を防止するため、l O’
 W/cdを越えないようにする。
又前記遮蔽板4の前方には、ピンホール12を通過した
レーザービームを平行光に修正する第1のレンズ5が、
又その前方には増幅器6が、さらにその前方には前記平
行光を集光する第2のレンズ7が配置されており、該第
1のレンズ5の焦点距離は200鰭に、第2のレンズの
焦点距離は20flに夫々設定されている。
然して、発振器2から出たレーザー−ムのうちピンホー
ル12を遭遇したもののみが第1のレンズ5によって平
行光に修正され、該平行光が第2のレンズ7により集光
されてマイクロビーム10が形成されることとなる。そ
して形成される集光スポット9の径は、ピンホール12
の径をdl、集光スポット9の径をd2とすれば、d2
=dl・f2/41の関係式が成立することから、これ
にdl−10u、f 1=200w、f2−20mを代
入すると、集光スポット9の径d2は1μとなり、その
ときの作動距離は約10s+mというかなり大きなもの
である。又集光スポット9部分のエネルギー密度は、ピ
ンホール12を出たレーザービームの出力が増幅器6に
よって増幅され、微細加工等に支障を生じない程度(I
J/cj以上)のものとなっている。
第2〜3図は本発明の装置を応用して構成された微細加
工装置、あるいはレーザーメスの加工部(処理部)及び
観察部の一例を示す説明図であり、第2図は、第2のレ
ンズ7と観察用レンズ13とを別個独立体として構成し
たばあいを示し、第3図は、第2のレンズ7と観察用レ
ンズ13とを兼用したばあいを示す、なお第2〜3図に
おいて15は試料である。
なお第2〜3図に示すばあい、あるいはそれに11位し
たばあいにおいて、本発明に係る装置!を例えば紫外レ
ーザー等の不可視レーザーを用いて構成するときには、
例えば第1図において一点鎖線で示すごとく、集光スポ
ット9を着色してその位置を明瞭とするためにマーカー
装置17を併設することが便利である。該マーカー装置
17は、例えばヘリウムネオンレーザ−等の連続発振で
ありかつ可視のレーザーあるいは白色光源からなる光a
l119の前方に調整レンズ20を配置し、光源19か
らのビームが該調整レンズ20を透過した後、増幅器6
と第2のレンズ7との間に斜めに配設されている半透m
21に、第2のレンズ7への入射レーザービームと光軸
が一致するごとく大斜させ、調整レンズ20を微調整す
ることによって光源19の集光スポットを前記集光スポ
ット9と一敗させ、集光スポット9を着色してその位置
を明瞭ならしめうるように構成されている。なお、調整
レンズ20を微調整する必要がある理由は、第2のレン
ズ7の焦点距離が、透過する光の波長によって異なった
ものとなるため、それを補正して、光源19の集光スポ
ットと集光スポット19とを一敗させるためである。な
お又本発明の装置において、ピンホール12は円形状、
矩形状等として形成され、その最小部の長さは、好まし
くは2〜lOOμの範囲において設定される。ここにピ
ンホール12の最小部の長さとは、例えばそれが円形状
(楕円形状を含む)であるばあいにはその最小径を、又
それが矩形(正方形を含む)状であるばあいには短辺長
さを指す、該最小部の長さが2μよりも小さいとピンホ
ール12を出たレーザービームの強度が不足することと
なるからであり、又100#よりも大きくする。ことは
、レーザービームをピンホールに通過させてマイクロビ
ームを得んとする本発明の目的に沿わなくなるからであ
る (発明の効果) ■ 本発明に係る装置は、ピンホールを通過したレーザ
ービームを第1のレンズによって平行ビームに修正した
後、それを第2のレンズによって絞ることを基本構成と
する結果、1μ以下の極小集光スポットを形成するマイ
クロビームを得ることを可能とするのみならず、作動距
1111(集光レンズたる第2のレンズの先端部と試料
との距離)を大きくとりつつも前記マイクロビームを得
ることを可能とする。そしてこのように形成されたマイ
クロビームは、Ic等の超微細加工の分野や細胞工学に
おける超微細処理(切断、穴あけ等)の分野、試料の極
微小部分を気化させる分光分析の分野、半導体表面等の
極微小部分に光化学変化を起こさせる電子工学の分野等
、光による超微細処理を必要とする分野等において有効
に利用することができる。
なお本発明の装置は連続発振レーザーを用いて構成する
こともできるのであるが、上記構成とした結果、指向性
の悪いパルス発振レーザーにおいてさえ、上述した諸効
果を発揮させうる点に大きな特徴がある。
■ なお実施例において示したごとく、発振器と第1の
レンズとの間に集光レンズを介在させるばあいには、発
i器から出たレーザービームのうち、出力の大きい部分
のみを効率よくピンホールに入射させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す説明図、第2〜3図は
マイクロビームの照射部とその観察部とを示す説明図で
ある。 l・・・装置、2・・・発振器、4・・・遮蔽板、5・
・・第1のレンズ、7・・・第2のレンズ、9・・・集
光スポット、1G・・・マイクロビーム、12・・・ピ
ンホール。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 発振器2の前方に、該発振器2から出たレーザービーム
    を通過させうるピンホール12が穿設された遮蔽板4を
    配置し、該遮蔽板4の前方にはピンホール12を出たレ
    ーザービームを平行ビームに修正する第1のレンズ5を
    配置し、該第1のレンズ5の前方には前記平行光を集光
    する第2のレンズ7を配置し、第1のレンズ5の焦点距
    離f1及び第2のレンズ7の焦点距離f2は、最小部の
    長さが5μ以下である集光スポット9が得られるよう、
    f1>f2の関係を満足するように設定したことを特徴
    とするマイクロビーム形成用のレーザー装置。
JP60003630A 1985-01-12 1985-01-12 マイクロビ−ム形成用のレ−ザ−装置 Pending JPS61163681A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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