半導体検査・計測向け（微細構造や薄膜の欠陥の非破壊検出） 超安定UVレーザー光源

Skylark Lasersの高出力・高安定な紫外DPSSレーザー（320 nm／349 nm）は、8インチウェハをわずか90秒でスキャンできるパワフルな光源です。極めて安定した出力と精密なパワー制御により、最も微細な構造を高解像度で検査可能。単一周波数DPSSレーザーは、その高い安定性とコヒーレンス特性から、半導体検査・メトロロジー分野における新たな光源として注目されています。非破壊・高精度の測定を実現し、先端デバイスの微細構造解析を支える理想的なツールです。

大学研究で実証された高安定・高純度UVレーザー性能

「Skylark Lasersの単一周波数DPSSレーザーは、アルゴンレーザーやHeCdレーザーの優れた代替光源です。スペクトル純度が高く、効率も大幅に向上しました。より長寿命でメンテナンスコストも低く、以前のレーザーよりもはるかにコンパクトです。」（Linköping大学 Ivan Ivanov教授）

【導入事例】リンショーピング大学 349nm単一周波数UVレーザー「Skylark 349NX」によるラマン分光・フォトルミネッセンス（PL）測定

Prof. Ivan Ivanov – Linköping University Customer Review – Raman Application（英語PDF）

 
スウェーデン・リンシェーピング大学では、従来のアルゴンレーザーに代わる紫外レーザー光源として、Skylark Lasers社の349NX（349 nm, 単一周波数・100 mW）を採用しました。本レーザーは、ラマン分光およびフォトルミネッセンス測定において極めて高いスペクトル純度と安定性を示し、従来のガスレーザーで問題となっていたプラズマ線やノイズを一切含まず、サンプル固有のスペクトルを高S/N比で取得可能です。さらに、高効率DPSS設計により消費電力が少なく、冷却要件が緩和され、システム全体がコンパクトで可搬性にも優れます。長寿命かつメンテナンスコストも低く、研究室間での実験環境を柔軟に共有できる点も高く評価されています。Skylark 349NXは、半導体材料の評価・解析に最適な次世代UV励起光源です。
 

概要：アルゴンレーザーからの置き換え事例

リンショーピング大学 Ivan Ivanov教授は、出力が低下したアルゴンレーザー（Innova 90）の代替として、Skylark Lasers製「349NX（349nm 単一周波数UV DPSSレーザー）」を導入しました。
 
本レーザーは、

• 波長：349 nm
• 出力：100 mW
• 単一周波数（線幅 500 kHz）

を特長とし、4H-SiC（バンドギャップ約3.26 eV）に対するバンドギャップ超励起（3.55 eV）用途に使用されています。
 
349 nmは、従来の351 nmアルゴンレーザーの有効な代替波長です。
 

導入目的：ラマン分光およびPL測定

フォトルミネッセンス（PL）励起に加え、本レーザーはラマン分光測定にも使用されています。
 
ラマン分光では励起光の線幅が重要です。
349NXの仕様線幅は500 kHzであり、349 nmにおいて約2×10^-6 Åに相当します。
 
この極めて狭い線幅により、

• コヒーレンス長 > 100 m
• 高分解能ラマン測定への適合

が実現されています。
 

ガスレーザーとの比較優位性

スペクトル純度

349NXは、レーザー線近傍のわずかな弱い擾乱を除き、スペクトル的にクリーンな発振を示します。
一方、ガスレーザーは複数のプラズマ線を含み、フィルタリングを行わない場合、測定スペクトルに大きな影響を与える可能性があります。
 

電力効率・小型設計

DPSSレーザーはガスレーザーに比べて電力効率が高く、

• 冷却要件の緩和
• コンパクト設計

を実現します。
 
導入機はクローズドループ水冷チラーを採用しており、レーザーヘッド・電源・チラーを含むシステム全体が可搬可能です。（空冷オプションも利用可能）
ラマン装置とPL装置が別研究室にある環境において、可搬性は重要な利点となっています。
 

保守性と寿命

安定性やRMS値はガスレーザーと同等ですが、

• ガスレーザー：高価なレーザー管交換が必要
• DPSSレーザー：励起ダイオードや倍波結晶の交換で対応可能な場合あり

という点で、保守コスト面の利点が示されています。
 

ラマン分光測定結果

マイクロラマン装置において532 nmレーザーを349NXへ置き換えた結果、

• 4Hおよび6H SiCの明瞭なラマンスペクトルを取得
• 2次ラマンバンドも観測

が確認されました。

ダブルモノクロメータ構成では、

• レーザー線フィルタリング不要
• 全出力を励起に使用可能
• 実験系がシンプル

という利点が確認されています。

 
155 cm^-1以上の領域ではアーティファクトは観測されませんでした。
低周波領域（<155 cm^-1）では弱いレーザー由来成分が確認されましたが、通常のレーザーエッジフィルター使用時には問題にならないレベルと報告されています。
 

フォトルミネッセンス（PL）測定結果

4H-SiCのABライン領域（640–760 nm）のPL測定では、

• レーザー線フィルタリング不要
• フィルター不要
• レーザー由来アーティファクトなし
• サンプル由来スペクトルのみを観測

という結果が得られました。

 
未フィルタのアルゴンレーザーでは多数のプラズマ線が観測されるのに対し、349NXは高いスペクトル純度を示します。
 

まとめ：349nm単一周波数UVレーザーの有効性

Skylark 349NXは、

• レーザー線フィルタリング不要
• ラマン分光に適した単一周波数（500 kHz線幅）
• 高いスペクトル純度
• 長期安定出力
• 小型・可搬システム

を特長とし、アルゴンレーザーの代替励起光源として有効であることが示されました。
 
起動時間は数分、安定化は約5分であり、ビームはほぼガウシアン形状で、顕微鏡対物レンズにより回折限界近くまで集光可能と報告されています。