專利名稱：激光加工裝置以及激光加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及進行加工對象物內(nèi)部的加工的激光加工裝置以及激光加工方法。
背景技術：
一般而言，激光多數(shù)如高斯分布那樣具有中央附近為最強且向著周邊漸漸地變?nèi)醯膹姸确植?。然而，在激光加工等中，希望具有在空間上均勻的強度分布。關于該點，在專利文獻I中，公開了使用均化器(homogenize!.)來使激光的強度分布均勻。該專利文獻I所公開的激光加工裝置是對晶片(wafer)的內(nèi)部進行加工(改質(zhì))的裝置，且為了縮短在加工寬厚度的晶片的時候的加工時間而將激光聚光為與厚度方向傾斜的線狀。專利文獻

專利文獻1:日本專利申請公開2009-172633號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，在將激光聚光于加工對象物內(nèi)部的情況下，會產(chǎn)生像差(波陣面畸變(wavefront distortion))，且聚光區(qū)域擴展。在專利文獻I所公開的激光加工裝置中，因為沒有考慮在加工對象物內(nèi)部所產(chǎn)生的像差，所以加工痕跡會在加工深度方向上擴展，會有產(chǎn)生預想不到的割裂的擔憂。另外，在直至背面附近形成加工痕跡的情況下，會有穿透至背面的擔憂。再有，在加工對象物內(nèi)部所產(chǎn)生的像差根據(jù)加工對象物內(nèi)部的深度方向的位置而不同。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種即使是在對加工對象物內(nèi)部的深度方向的不同的位置進行加工的情況下也能夠恰當?shù)剡M行像差修正的激光加工裝置以及激光加工方法。本申請發(fā)明人們進行了悉心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了，通過利用由用于使激光的強度分布均勻的強度轉(zhuǎn)換透鏡而產(chǎn)生的波陣面變化，從而能夠修正在加工對象物內(nèi)部所產(chǎn)生的像差。另外，本申請發(fā)明人們進行了悉心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了，通過使由強度轉(zhuǎn)換透鏡和相位修正透鏡構成的均化器(homogenizer)中的相位修正透鏡具有波陣面變化,從而能夠修正在加工對象物內(nèi)部所產(chǎn)生的像差。因此，本發(fā)明的激光加工裝置是將激光聚光于具有光透過性的加工對象物內(nèi)部的激光加工裝置，具備:(a)生成激光的光源；(b)轉(zhuǎn)換來自于光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布的光整形部；(C)將來自于光整形部的激光聚光于加工對象物內(nèi)部中的加工位置的聚光透鏡；(d)控制光整形部的控制部。而且，光整形部具有:(bl)轉(zhuǎn)換來自于光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布，并分別生成不同的波陣面的多個強度轉(zhuǎn)換透鏡；或者(b2)轉(zhuǎn)換來自于光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布的強度轉(zhuǎn)換透鏡及修正來自于強度轉(zhuǎn)換透鏡的出射激光的相位且分別生成不同的波陣面的多個相位修正透鏡，控制部，(dl)在變更加工位置的情況下，切換多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者多個相位修正透鏡。
另外，本發(fā)明的激光加工方法是激光加工裝置的激光加工方法，所述激光加工裝置具備:(a)生成激光的光源；(b)轉(zhuǎn)換來自于光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布的光整形部；(C)將來自于光整形部的激光聚光于加工對象物內(nèi)部中的加工位置的聚光透鏡。在此，光整形部具有:(bl)轉(zhuǎn)換來自于光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布，并分別生成不同的波陣面的多個強度轉(zhuǎn)換透鏡；或者(b2)轉(zhuǎn)換來自于光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布的強度轉(zhuǎn)換透鏡及修正來自于該強度轉(zhuǎn)換透鏡的出射激光的相位且分別生成不同的波陣面的多個相位修正透鏡。該激光加工方法，(el)設定或者變更加工對象物內(nèi)部中的加工位置，(e2)對應于加工位置的設定或者變更，切換多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者多個相位修正透鏡，(e3)將來自于光源的激光照射于加工對象物中的加工位置。根據(jù)該激光加工裝置以及激光加工方法，例如在光整形部具有多個強度轉(zhuǎn)換透鏡的情況下，因為多個強度轉(zhuǎn)換透鏡分別生成不同的修正波陣面，控制部對應于加工位置的變更而切換多個強度轉(zhuǎn)換透鏡，所以，即使變更加工位置(加工深度)，也能夠進行恰當?shù)南癫钚拚?。另外，例如在光整形部具有強度轉(zhuǎn)換透鏡和多個相位修正透鏡的情況下，因為多個相位修正透鏡分別生成不同的修正波陣面，控制部對應于加工位置的變更而切換多個相位修正透鏡，所以，即使變更加工位置(加工深度)，也能夠進行恰當?shù)南癫钚拚?。?yōu)選上述的激光加工裝置中的多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者多個相位修正透鏡分別生成用于修正激光的像差且分別對應于加工對象物內(nèi)部的多個加工位置的多個修正波陣面中的不同的一個。在此情況下，在上述的激光加工裝置中，優(yōu)選控制部，(dl)在變更多個加工位置的情況下，從多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者多個相位修正透鏡選擇生成對應于所變更的加工位置的修正波陣面的透鏡并進行切換。另一方面，在上述的激光加工方法中，優(yōu)選(e2)對應于多個加工位置的設定或者變更，從多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者多個相位修正透鏡選擇生成對應于所設定或者變更的加工位置的修正波陣面的透鏡并進行切換。根據(jù)本發(fā)明，即使在對加工對象物內(nèi)部的深度方向的不同的位置進行加工的情況下，也能夠恰當?shù)剡M行像差修正。


圖1是表示均化器(homogenizer)的一個例子的構成圖。圖2是表示均化器中的入射激光的強度分布的一個例子以及出射激光的所希望的強度分布的一個例子的圖。圖3是表示強度轉(zhuǎn)換透鏡的形狀的一個例子的示意圖。圖4是表示相位修正透鏡的形狀的一個例子的示意圖。圖5是表示向強度轉(zhuǎn)換透鏡的入射激光的空間模式(強度分布)的一個例子的測量結(jié)果的示意圖。圖6是表不來自于強度轉(zhuǎn)換透鏡的出射激光傳播了 685mm之后的空間模式(強度分布)的一個例子的測量結(jié)果的示意圖。圖7是表不測定系統(tǒng)的一個例子的不意圖。圖8是表示在圖7所表示的測定系統(tǒng)中測量在搭載聚光透鏡的位置上的波陣面的一個例子的結(jié)果的示意圖。
圖9是表示用于修正在使激光聚光于加工對象物內(nèi)部的加工位置(深度)的情況下所產(chǎn)生的球面像差的修正波陣面的一個例子的示意圖。圖10是表示相位修正透鏡的形狀的變形例的示意圖。圖11是表示由圖10所表示的相位修正透鏡產(chǎn)生的波陣面的示意圖。圖12是表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的激光加工裝置的構成圖。圖13是表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的激光加工方法的步驟的流程圖。圖14是表示在圖7所表示的測定系統(tǒng)中觀測在不使用強度轉(zhuǎn)換透鏡的狀態(tài)下的聚光透鏡的聚光點的結(jié)果的示意圖。圖15是表示在圖7所表示的測定系統(tǒng)中觀測在使用了強度轉(zhuǎn)換透鏡的狀態(tài)下的聚光透鏡的聚光點的結(jié)果的示意圖。圖16是表示在圖7所表示的測定系統(tǒng)中測量在不使用強度轉(zhuǎn)換透鏡的狀態(tài)下的比聚光透鏡的聚光點更向跟前10 μ m處的束流圖形(beam profile)的結(jié)果的示意圖。圖17是表示在圖7所表示的測定系統(tǒng)中測量在使用了強度轉(zhuǎn)換透鏡的狀態(tài)下的比聚光透鏡的聚光點更向跟前10 μ m處的束流圖形的結(jié)果的示意圖。圖18是表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的激光加工裝置的構成圖。圖19是表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的激光加工方法的步驟的流程圖。圖20是表示本發(fā)明的第3實施方式所涉及的激光加工裝置的構成圖。圖21是表示本發(fā)明的第4實施方式所涉及的激光加工裝置的構成圖。圖22是表示本發(fā)明的第5實施方式所涉及的激光加工裝置的構成圖。圖23是表示第I實施方式的變形例所涉及的激光加工裝置的構成圖。圖24是表示第2實施方式的變形例所涉及的激光加工裝置的構成圖。圖25是表示第3實施方式的變形例所涉及的激光加工裝置的構成圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式進行詳細的說明。還有，在各個附圖中，對于相同或者相當?shù)牟糠謽俗⑾嗤姆?。在說明本發(fā)明的實施方式之前,對均化器(homogenizer)以及均化器的非球面的形狀設計的一個方法進行說明。圖1是表示均化器的一個例子的構成圖。該均化器IOX是用于將激光的強度分布整形成任意的形狀的均化器，具備一對非球面透鏡11X，12X。入射側(cè)的非球面透鏡IlX作為將激光的強度分布整形成任意的形狀的強度轉(zhuǎn)換透鏡來發(fā)揮功能，出射側(cè)的非球面透鏡12X作為使整形了的激光的相位一致并修正成平面波的相位修正透鏡來發(fā)揮功能。該均化器IOX中，可以通過一對非球面透鏡11X，12X的非球面的形狀設計來生成將入射激光Oi的強度分布整形成所希望的強度分布的出射激光0ο。以下，例示均化器IOX中的一對非球面透鏡IIX，12X的非球面的形狀設計的一個例子。例如，將所希望的強度分布設定成在激光加工裝置等中所希望的空間上均勻的強度分布、即均勻強度分布(圖2的0ο)。在此，所希望的強度分布有必要以出射激光Oo的能量(所希望的強度分布的面積)與入射激光Oi的能量(強度分布的面積)相等的方式設定。因此，例如均勻強度分布的設定可以如以下所述進行。入射激光Oi的強度分布如圖2所示為同心圓狀的高斯分布(波長532nm)。高斯分布因為由下述(I)式所表示，所以入射激光Oi的半徑ri的范圍內(nèi)的能量成為下述(2)式。[數(shù)1]
權利要求
1.一種激光加工裝置，其特征在于: 是將激光聚光于具有光透過性的加工對象物內(nèi)部的激光加工裝置， 具備: 光源，生成激光； 光整形部，轉(zhuǎn)換來自于所述光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布； 聚光 鏡，將來自于所述光整形部的激光聚光于所述加工對象物內(nèi)部中的加工位置；以及 控制部，控制所述光整形部， 所述光整形部具有: 多個強度轉(zhuǎn)換透鏡，轉(zhuǎn)換來自于所述光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布，并分別生成不同的波陣面，或者所述光整形部具有: 轉(zhuǎn)換來自于所述光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布的強度轉(zhuǎn)換透鏡及修正來自于該強度轉(zhuǎn)換透鏡的出射激光的相位且分別生成不同的波陣面的多個相位修正透鏡， 所述控制部在變更所述加工位置的情況下，切換所述多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者所述多個相位修正透鏡。
2.如權利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于: 所述多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者所述多個相位修正透鏡分別生成用于修正激光的像差且分別對應于所述加工對象物內(nèi)部的多個加工位置的多個修正波陣面中的不同的一個， 所述控制部在變更所述多個加工位置的情況下，從所述多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者所述多個相位修正透鏡中選擇生成對應于該變更的加工位置的修正波陣面的透鏡并進行切換。
3.—種激光加工方法,其特征在于: 是激光加工裝置的激光加工方法， 所述激光加工裝置具備: 生成激光的光源； 轉(zhuǎn)換來自于所述光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布的光整形部； 將來自于所述光整形部的激光聚光于所述加工對象物內(nèi)部中的加工位置的聚光透鏡， 所述光整形部具有: 多個強度轉(zhuǎn)換透鏡，轉(zhuǎn)換來自于所述光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布，且分別生成不同的波陣面，或者所述光整形部具有: 轉(zhuǎn)換來自于所述光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布的強度轉(zhuǎn)換透鏡及修正來自于該強度轉(zhuǎn)換透鏡的出射激光的相位且分別生成不同的波陣面的多個相位修正透鏡， 設定或者變更所述加工對象物內(nèi)部中的加工位置， 對應于所述加工位置的設定或者變更，切換所述多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者所述多個相位修正透鏡， 將來自于所述光源的激光照射于所述加工對象物中的加工位置。
4.如權利要求3所述的激光加工方法，其特征在于: 所述多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者所述多個相位修正透鏡分別生成用于修正激光的像差且分別對應于所述加工對象物內(nèi)部的多個加工位置的多個修正波陣面中的不同的一個， 對應于所述多個加工位置的設定或者變更，從所述多個強度轉(zhuǎn)換透鏡或者所述多個相位修正透鏡中選 擇生成對應于該設定或者變更的加工位置的修正波陣面的透鏡并進行切換。
全文摘要
本發(fā)明的一個實施方式所涉及的激光加工裝置(1)具備光源(20)、轉(zhuǎn)換來自于光源的激光的強度分布并整形為所希望的強度分布、并分別生成不同的波陣面的多個強度轉(zhuǎn)換透鏡(11)、將來自于強度轉(zhuǎn)換透鏡(11)的激光聚光于加工對象物(100)內(nèi)部中的加工位置的聚光透鏡(50)、在變更加工位置的情況下切換多個強度轉(zhuǎn)換透鏡(11)的控制部(80)。
文檔編號B23K26/073GK103170734SQ20121057511
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權日2011年12月26日
發(fā)明者伊藤晴康, 安田敬史, 奧間惇治, 中野誠 申請人:浜松光子學株式會社