專利名稱：像差修正方法、使用其的激光加工方法、激光照射方法、像差修正裝置和像差修正程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及修正激光照射裝置的像差的像差修正方法、使用該像差修正方法的激 光加工方法、使用該像差修正方法的激光照射方法、像差修正裝置和像差修正程序。
背景技術(shù)：
激光照射裝置用于激光加工裝置或顯微鏡等的各種光學(xué)裝置中。在使用該激光照 射裝置的激光加工裝置中，具備空間光調(diào)制器(以下稱為SLM)。下述專利文獻1 5中公 開有具備SLM的激光加工裝置。專利文獻1以及2中所記載的激光加工裝置使用SLM，控制激光對加工對象物的照 射位置，專利文獻3中所記載的激光加工裝置使用SLM控制激光。另外，專利文獻4中所記 載的激光加工裝置具備測量激光的波陣面的畸變的單元，并使用SLM修正測量出的波陣面 畸變。然而，在該方法中，需要測量波陣面的畸變的單元，光學(xué)系統(tǒng)變得復(fù)雜，因而存在無法 適用于激光加工等無法測量波陣面的畸變的應(yīng)用中的問題。另外，在專利文獻5中，記載有在將激光聚光在透明介質(zhì)中時會產(chǎn)生像差，加工點 在深度方向上變長的問題，專利文獻5中所記載的激光加工裝置積極地利用因介質(zhì)的色散 等產(chǎn)生的色像差或因衍射元件中的波長造成的光程變化，調(diào)整光源波長的每個波長的強 度，從而進行加工位置的控制。另外，在專利文獻6中記述有如下方法利用SLM等的波陣面控制元件對入射光賦 予已知的像差的相反的相位分布，從而修正像差。此處，在非專利文獻1中，在近軸近似下 解析性地求出因?qū)⑵叫衅矫婊宀迦牍鈱W(xué)系統(tǒng)中而產(chǎn)生的球面像差。將激光聚光在透明介 質(zhì)中等同于將平行平面基板插入光學(xué)系統(tǒng)中，因而通過將非專利文獻1中記載的結(jié)果作為 專利文獻6的方法中的已知的像差進行處理，可以對因?qū)⒓す饩酃庠谕该鹘橘|(zhì)中而產(chǎn)生的 球面像差進行修正。然而，在該方法中存在如下問題由于像差的相反的相位分布的相位范 圍超出波陣面控制元件的性能而變得較大，因而無法適用于相對于介質(zhì)的激光照射位置較 深的情況。進而，也存在無法求出準(zhǔn)確的激光照射位置的問題。專利文獻專利文獻1 日本特開2006-68762號公報專利文獻2 日本特開2006-119427號公報專利文獻3 日本特開2002-207202號公報專利文獻4 日本特開2006-113185號公報專利文獻5 日本特開2005-2M841號公報專利文獻6 國際公開第2003/036368號小冊子非專利文獻非專利文獻1 久保田廣、“光學(xué)”、巖波書店、1967年、p. 128-127、p. 300-30
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題然而，對于激光加工裝置期望可進行更微細的加工。例如，在形成光學(xué)波導(dǎo)等的改 質(zhì)層時，期望聚光點盡量小。然而，若加工位置變深，則聚光區(qū)域會因像差而擴展，因而難以 維持良好的加工狀態(tài)。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種即使相對于介質(zhì)的激光照射位置較深，也可以 提高激光的聚光程度的像差修正方法、使用該像差修正方法的激光加工方法、使用該像差 修正方法的激光照射方法、像差修正裝置和像差修正程序。解決問題的技術(shù)手段本申請發(fā)明者們反復(fù)銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)相對于介質(zhì)的激光照射位置變深時， 用于修正激光的波陣面的PV(peak to valley)值(所謂PV值，是波陣面像差的最大值與 最小值的差，相當(dāng)于相位調(diào)制量的大小)變大，超出空間光調(diào)制器等的控制波陣面的元件 的性能，因而將無法充分地修正像差。在能夠控制波陣面的空間光調(diào)制器中，存在對獨立的 像素施加電壓的相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器以及通過致動器使膜鏡變形的可變鏡等。一般 而言，能夠通過對獨立的像素施加電壓的相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器而物理意義上地賦予 的相位調(diào)制范圍為2 π 左右。將該范圍稱為物理意義上的相位調(diào)制范圍。然而，通 過使用相位折疊技術(shù)(Phase wrap ping)，能夠?qū)⒂行У南辔徽{(diào)制范圍擴大至數(shù)十波長左 右。將通過相位折疊技術(shù)而擴大的有效的相位調(diào)制范圍稱為有效相位調(diào)制范圍。所謂相位 折疊技術(shù)，是利用相位0與2η π (η為整數(shù))為同值，而將具有超出物理意義上的相位調(diào)制 范圍的值的相位分布在物理意義上的相位調(diào)制范圍內(nèi)折疊的技術(shù)。然而，在用于修正激光 的波陣面中，若空間光調(diào)制器中的鄰接的像素間的相位調(diào)制量的差超出物理意義上的相位 調(diào)制范圍，將無法適用相位折疊技術(shù)。因此，若空間光調(diào)制器中的鄰接的像素間的相位調(diào)制 量的差超出物理意義上的相位調(diào)制范圍，則無法充分地再現(xiàn)用于修正像差的波陣面，聚光 程度降低，難以進行良好的加工。在可變鏡等的其它空間光調(diào)制器中，物理意義上的相位調(diào) 制范圍比對獨立的像素施加電壓的相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器大，但是，即使如此，能夠調(diào) 制的相位范圍仍存在極限，因而若激光照射位置較深，將無法充分地修正像差。再者，在可 變鏡的情況下，僅可以調(diào)制在空間上連續(xù)的相位分布，無法適用相位折疊技術(shù)，因而物理意 義上的相位調(diào)制范圍等于有效相位調(diào)制范圍。而且，本申請發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)若以修正后的激光的聚光點的光軸方向的位置位于 修正前的近軸光線的聚光點的光軸方向的位置和修正前的最外緣光線的聚光點的光軸方 向的位置之間的范圍，即位于在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間的方式，修正激光的像差， 則賦予用于像差修正的波陣面調(diào)制的PV值降低。用于像差修正的波陣面調(diào)制的PV值降低 的結(jié)果為，即使在聚光位置較深的情況下，空間光調(diào)制器中的鄰接的像素間的相位調(diào)制量 的差也變小，從而可以適用相位折疊技術(shù)。以后，將用于應(yīng)用相位折疊前的像差修正的波陣 面調(diào)制圖案稱為修正波陣面，將其中應(yīng)用了相位折疊的圖案稱為像差修正相位圖案。因此，本發(fā)明的像差修正方法的特征在于，是將激光聚光在具有光透過性的介質(zhì) 內(nèi)部的激光照射裝置的像差修正方法，以激光的聚光點位于在介質(zhì)內(nèi)部所產(chǎn)生的像差范圍 之間的方式修正激光的像差。此處，所謂激光的聚光點位于在介質(zhì)內(nèi)部所產(chǎn)生的像差范圍 之間，是指位于未修正像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間。
根據(jù)該像差修正方法，以激光的聚光點位于在介質(zhì)內(nèi)部所產(chǎn)生的像差范圍之間的 方式，即以位于未修正像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間的方式，修正激光的像差， 因而可以降低波陣面的PV值。其結(jié)果，即使使用相位調(diào)制量存在限制的空間光調(diào)制器，也 可以通過使用于像差修正的相位調(diào)制量降低而減輕空間光調(diào)制器的負擔(dān)，可以實現(xiàn)高精度 的波陣面控制。其結(jié)果，即使相對于介質(zhì)的激光照射位置較深，也可以提高激光的聚光程 度，可以維持良好的加工狀態(tài)。上述激光照射裝置具備用于將激光聚光在介質(zhì)內(nèi)部的聚光單元，若將介質(zhì)的折 射率定義為n，將假設(shè)介質(zhì)的折射率η等于聚光單元氣氛介質(zhì)的折射率時的自介質(zhì)的入射 面至聚光單元的焦點為止的深度(以下稱為介質(zhì)移動量)定義為d，且將通過介質(zhì)而產(chǎn)生 的縱像差的最大值定義為Δ s，則上述縱像差范圍大致為自介質(zhì)的入射面起nXd以上且 nXd+As以下，在上述像差修正方法中，以激光的聚光點位于自介質(zhì)的入射面起大于η X d 且小于nXd+As的范圍的方式，修正激光的像差。另外，上述激光照射裝置具備用于將激光聚光在介質(zhì)內(nèi)部的聚光透鏡以及用于修 正激光的像差的空間光調(diào)制器，上述像差修正方法中，與聚光透鏡的入射部對應(yīng)的空間光 調(diào)制器上的任意像素中的相位調(diào)制量和鄰接于上述像素的像素中的相位調(diào)制量的相位差 為能夠適用相位折疊技術(shù)的相位范圍以下。根據(jù)該構(gòu)成，鄰接的像素間的相位差變小，因而可以在物理意義上的相位調(diào)制范 圍存在極限的空間光調(diào)制器中實現(xiàn)相位折疊，可以實現(xiàn)高精度的波陣面控制。另外，上述像差修正方法中，以修正波陣面的相位值具有極大點以及極小點的方 式，設(shè)定上述激光的聚光點。如此，通過以修正波陣面的相位值具有極大點以及極小點的方式設(shè)定聚光點，可 以降低修正波陣面的PV值。本發(fā)明的激光加工方法的特征在于，是激光加工裝置的激光加工方法，該激光加 工裝置具備生成激光的光源；用于調(diào)制來自光源的激光的相位的空間光調(diào)制器；以及用 于使來自空間光調(diào)制器的激光聚光在加工對象物內(nèi)部的加工位置的聚光透鏡；設(shè)定加工對 象物內(nèi)部的加工位置；以加工位置位于未修正像差時在加工對象物內(nèi)部存在縱像差的范圍 之間的方式設(shè)定加工對象物的相對移動量；以激光聚光在加工位置的方式計算出修正波陣 面，并顯示在空間光調(diào)制器中；以加工對象物與聚光透鏡的距離成為相對移動量的方式相 對地移動聚光位置；將來自光源的激光朝向加工對象物中的加工位置照射。根據(jù)該激光加工方法，以該加工位置位于未修正像差時加工對象物內(nèi)部存在縱像 差的范圍之間的方式設(shè)定加工位置，通過空間光調(diào)制器而修正激光的像差，以使激光的聚 光點位于該加工位置上，因而可以降低波陣面的PV值。其結(jié)果，即使使用相位調(diào)制量存在 限制的空間光調(diào)制器，也可以通過降低用于像差修正的相位調(diào)制量而減輕空間光調(diào)制器的 負擔(dān)，實現(xiàn)高精度的波陣面控制。其結(jié)果，即使相對于加工對象物的激光照射位置較深，也 可以提高激光的聚光程度，可以維持良好的加工狀態(tài)。另外，本發(fā)明的激光照射方法的特征在于，是介質(zhì)內(nèi)激光聚光裝置的激光照射方 法，該介質(zhì)內(nèi)激光聚光裝置具備生成激光的光源；用于調(diào)制來自光源的激光的相位的空 間光調(diào)制器；以及用于使來自空間光調(diào)制器的激光聚光在介質(zhì)內(nèi)部的規(guī)定的聚光位置的聚 光透鏡；設(shè)定介質(zhì)內(nèi)部的聚光位置；以聚光位置位于未修正像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間的方式設(shè)定介質(zhì)的相對移動量；以激光聚光在聚光位置的方式計算出修正波陣 面，并顯示在空間光調(diào)制器中；以介質(zhì)與聚光透鏡的距離成為相對移動量的方式相對地移 動聚光位置；將來自光源的激光朝向介質(zhì)中的聚光位置照射。根據(jù)該激光照射方法，以該聚光位置位于未修正像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的 范圍之間的方式設(shè)定聚光位置，通過空間光調(diào)制器而修正激光的像差，使得激光的聚光點 位于該聚光位置上，因而可以降低波陣面的PV值。其結(jié)果，即使使用相位調(diào)制量存在限制 的空間光調(diào)制器，也可以通過降低用于像差修正的相位調(diào)制量而減輕空間光調(diào)制器的負 擔(dān)，可以實現(xiàn)高精度的波陣面控制。其結(jié)果，即使相對于介質(zhì)的激光照射位置較深，也可以 提高激光的聚光程度，可以維持良好的聚光狀態(tài)。另外，本發(fā)明的其它的像差修正方法的特征在于，是將激光聚光在具有光透過性 的介質(zhì)內(nèi)部的激光照射裝置的像差修正方法，具備(a)第1修正波陣面生成步驟，求出與 介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分別對應(yīng)的多個修正波陣面以及自與介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置 分別對應(yīng)的多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的聚光點的位置為止的距離(介質(zhì)移動量)，該修 正波陣面用于修正激光的像差以使激光的聚光點位于未修正像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像 差的范圍之間；(b)第1多項式近似步驟，進行自多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的聚光點的位 置為止的距離的高次多項式近似，從而求出第1高次多項式；(c)第2多項式近似步驟，分 別進行多個修正波陣面的高次多項式近似，從而求出多個第2高次多項式；(d)第3多項式 近似步驟，分別進行由多個第2高次多項式中的相同次數(shù)項的系數(shù)構(gòu)成的多個系數(shù)列的高 次多項式近似，從而求出以加工位置為參數(shù)的多個第3高次多項式；(e)存儲步驟，存儲第1 高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)以及多個第3高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)；以及 (f)第2修正波陣面生成步驟，使用第1高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)、第1高次多項 式、多個第3高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)、以及多個第3高次多項式，求出相當(dāng)于多 個第2高次多項式的任意的加工位置的第2高次多項式，并使用該第2高次多項式，求出該 任意的加工位置的修正波陣面。另外，本發(fā)明的像差修正裝置的特征在于，是用于將激光聚光在具有光透過性的 介質(zhì)內(nèi)部的激光照射裝置的像差修正裝置，具備(a)第1修正波陣面生成單元，求出與介 質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分別對應(yīng)的多個修正波陣面以及自與介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分 別對應(yīng)的多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的聚光點的位置為止的距離(介質(zhì)移動量)，該修正 波陣面用于修正激光的像差以使激光的聚光點位于未修正像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差 的范圍之間；(b)第1多項式近似單元，進行自多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的聚光點的位置 為止的距離的高次多項式近似，從而求出第1高次多項式；(c)第2多項式近似單元，分別 進行多個修正波陣面的高次多項式近似，從而求出多個第2高次多項式；(d)第3多項式近 似單元，分別進行由多個第2高次多項式中的相同次數(shù)項的系數(shù)構(gòu)成的多個系數(shù)列的高次 多項式近似，從而求出以加工位置為參數(shù)的多個第3高次多項式；(e)存儲單元，存儲第1 高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)以及多個第3高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)；以及 (f)第2修正波陣面生成單元，使用第1高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)、第1高次多項 式、多個第3高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)、以及多個第3高次多項式，求出相當(dāng)于多 個第2高次多項式的任意的加工位置的第2高次多項式，并使用該第2高次多項式，求出該 任意的加工位置的修正波陣面。
另外，本發(fā)明的像差修正程序的特征在于，是用于將激光聚光在具有光透過性的 介質(zhì)內(nèi)部的激光照射裝置的像差修正程序，使計算機起到作為以下單元的作用(a)第1修 正波陣面生成單元，求出與介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分別對應(yīng)的多個該修正波陣面以及自 與介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分別對應(yīng)的多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的聚光點的位置為止 的距離(介質(zhì)移動量)，該修正波陣面用于修正激光的像差以使激光的聚光點位于未修正 像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間；(b)第1多項式近似單元，進行自多個介質(zhì)表面 至沒有介質(zhì)時的聚光點的位置為止的距離的高次多項式近似，從而求出第1高次多項式； (c)第2多項式近似單元，分別進行多個修正波陣面的高次多項式近似，從而求出多個第2 高次多項式；(d)第3多項式近似單元，分別進行由多個第2高次多項式中的相同次數(shù)項的 系數(shù)構(gòu)成的多個系數(shù)列的高次多項式近似，從而求出以加工位置為參數(shù)的多個第3高次多 項式；(e)存儲單元，存儲第1高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)以及多個第3高次多項式 中的多個次數(shù)項的系數(shù)；以及(f)第2修正波陣面生成單元，使用第1高次多項式中的多個 次數(shù)項的系數(shù)、第1高次多項式、多個第3高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)、以及多個第 3高次多項式，求出相當(dāng)于多個第2高次多項式的任意的加工位置的第2高次多項式，并使 用該第2高次多項式，求出該任意的加工位置的修正波陣面。根據(jù)該其它像差修正方法、本發(fā)明的像差修正裝置以及像差修正程序，預(yù)先求出 用于修正激光的像差以使激光的聚光點位于未修正像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍 之間的修正波陣面，使用通過該修正波陣面的高次多項式近似的近似式，求出任意的加工 位置的修正波陣面，因而該任意的加工位置的修正波陣面可以修正激光的像差，以使激光 的聚光點位于未修正像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間，可以降低波陣面的PV值。 其結(jié)果，即使使用相位調(diào)制量存在限制的空間光調(diào)制器，也可以通過降低用于像差修正的 相位調(diào)制量而減輕空間光調(diào)制器的負擔(dān)，實現(xiàn)高精度的波陣面控制。其結(jié)果，即使相對于介 質(zhì)的激光照射位置較深，也可以提高激光的聚光程度，可以維持良好的加工狀態(tài)。此處，像差的形狀以及大小根據(jù)聚光位置而不同，因而在變更加工的深度(加工 位置)的加工中，每次均需要重新求出修正波陣面，其計算時間較大。例如，為了以激光的 聚光點位于未修正像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間的方式求出修正波陣面，需要 通過對于多個參數(shù)進行多重探索而導(dǎo)出適當(dāng)?shù)闹?，需要極大的計算時間。其結(jié)果，在一邊改 變加工深度一邊進行加工的情況下，因加工中的探索處理而導(dǎo)致加工速率的下降。然而，根據(jù)該其它像差修正方法、本發(fā)明的像差修正裝置以及像差修正程序，預(yù)先 求出多個相對于加工位置的修正波陣面，并進行該修正波陣面的高次多項式近似，因而僅 通過該近似式進行運算而可以求出適當(dāng)?shù)男拚嚸?。其結(jié)果，可以縮短在變更加工深度 時重新求出修正波陣面的時間，可以減少加工速率的下降。另外，對于與通過上述探索處理 而實際求出的加工位置不同的任意的加工位置，也可以求出適當(dāng)?shù)男拚嚸妗Ａ硗?，本發(fā)明的另一其它像差修正方法的特征在于，是將照射光聚光在具有光透 過性的介質(zhì)內(nèi)部的光照射裝置的像差修正方法，以照射光的聚光點位于未修正像差時在介 質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間的方式修正照射光的像差。根據(jù)該像差修正方法，以照射光的聚光點位于未修正像差時在介質(zhì)內(nèi)部存在縱像 差的范圍之間的方式修正照射光的像差，因而可以降低波陣面的PV值。其結(jié)果，即使使用 相位調(diào)制量存在限制的空間光調(diào)制器，也可以通過降低用于像差修正的相位調(diào)制量而減輕空間光調(diào)制器的負擔(dān)，實現(xiàn)高精度的波陣面控制。其結(jié)果，即使相對于介質(zhì)的光照射位置較 深，也可以提高照射光的聚光程度，可以維持良好的加工狀態(tài)。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，即使相對于介質(zhì)的激光照射位置較深，也可以提高激光的聚光程度。


圖1是表示第1實施方式所涉及的激光加工裝置(激光照射裝置、激光聚光裝置) 的構(gòu)成的圖。圖2是表示在聚光光學(xué)系統(tǒng)中插入有平行平面的情況下的激光的光程的圖。圖3是表示聚光點位于平行平面內(nèi)部的情況下的激光的光程的圖。圖4是表示圖3所示的聚光光學(xué)系統(tǒng)中的修正波陣面的相位調(diào)制量的圖。圖5是表示用于說明本發(fā)明的第1實施方式的像差修正方法、激光加工方法以及 激光照射方法的激光的光程的圖。圖6是表示圖5所示的聚光光學(xué)系統(tǒng)中的修正波陣面的相位調(diào)制量的圖。圖7是表示本發(fā)明的第1實施方式的像差修正方法、激光加工方法以及激光照射 方法的順序的流程圖。圖8是表示使用第1實施方式的像差修正方法的加工對象物中的聚光狀態(tài)的測量結(jié)果。圖9是表示第2實施方式的激光加工裝置(激光照射裝置、激光聚光裝置)以及 本發(fā)明的實施方式的像差修正裝置的構(gòu)成的圖。圖10是表示通過第1修正波陣面生成單元而生成的多個修正波陣面的相位調(diào)制 量的圖。圖11是表示通過第2多項式近似單元而求出的多個第2高次多項式的圖。圖12是將由圖11所示的多個第2高次多項式中的相同次數(shù)項的系數(shù)構(gòu)成的多個 系數(shù)列進行圖表化的圖。圖13是表示通過第3多項式近似單元而求出的多個第3高次多項式的圖。圖14是表示圖13所示的多個第3高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)以及第1高 次多項式中的系數(shù)列，即存儲在存儲單元中的系數(shù)數(shù)據(jù)組的圖。圖15是表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的像差修正方法的流程圖。圖16是與記錄媒體一起表示本發(fā)明的實施方式所涉及的像差修正程序的構(gòu)成的 圖。圖17是表示用于執(zhí)行記錄媒體中所記錄的程序的計算機的硬件構(gòu)成的圖。圖18是用于執(zhí)行記錄媒體中所存儲的程序的計算機的立體圖。圖19是表示本發(fā)明的變形例所涉及的像差修正裝置以及激光加工裝置的構(gòu)成的 圖。圖20是表示本發(fā)明的變形例所涉及的像差修正裝置以及激光加工裝置的構(gòu)成的 圖。圖21是表示第2實施方式的像差修正方法的修正波陣面的相位調(diào)制量的圖。圖22是表示使用圖21所示的修正波陣面的加工對象物中的聚光狀態(tài)的測量結(jié)果的圖。圖23是在現(xiàn)有的激光加工后切斷的加工對象物60的切斷面的觀察結(jié)果。圖M是使用第1實施方式的像差修正方法的激光加工后切斷的加工對象物60的 切斷面的觀察結(jié)果。圖25是使用第2實施方式的像差修正方法的激光加工后切斷的加工對象物60的 切斷面的觀察結(jié)果。圖沈是表示使用本發(fā)明的像差修正方法的光照射裝置的一例的圖。符號的說明1、1A激光加工裝置(激光照射裝置、激光聚光裝置)IB光照射裝置(顯微鏡)10、IOB 光源20、20B、24B、26B、28B 透鏡30、22B 鏡40空間光調(diào)制器(SLM)50物鏡(聚光單元、聚光透鏡)60加工對象物(介質(zhì))70測量系統(tǒng)70B照相機(影像傳感器)80控制部90、90A、90B像差修正裝置91第1修正波陣面生成部(第1修正波陣面生成單元)92第1多項式近似部(第1多項式近似單元)93第2多項式近似部(第2多項式近似單元)94第3多項式近似部(第3多項式近似單元)95存儲部(存儲單元)96第2修正波陣面生成部(第2修正波陣面生成單元)100記錄媒體200計算機202讀取裝置206存儲器208顯示裝置210 鼠標(biāo)212 鍵盤214通信裝置220計算機數(shù)據(jù)信號PlOO像差修正程序PlO第1修正波陣面生成模塊P20第1多項式近似模塊P30第2多項式近似模塊
P40第3多項式近似模塊P50存儲模塊P60第2修正波陣面生成模塊
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。再者，在各個附圖 中，對于相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的符號。[第1實施方式]首先，在說明本發(fā)明的第1實施方式所涉及的像差修正方法、激光加工方法以及 激光照射方法之前，表示使用該像差修正方法的激光加工裝置(激光照射裝置、激光聚光 裝置)。圖1是表示第1實施方式所涉及的激光加工裝置(激光照射裝置、激光聚光裝置) 的構(gòu)成的圖。圖1所示的激光加工裝置1具備光源10、透鏡20、鏡30、空間光調(diào)制器(以 下稱為SLM) 40、物鏡(聚光單元、聚光透鏡)50。再者，在圖1中表示有加工對象物60、以及 用于測量該加工對象物60中的激光的聚光狀態(tài)的測量系統(tǒng)70。光源10輸出激光。透鏡20例如為準(zhǔn)直透鏡，將來自光源10的激光轉(zhuǎn)換為平行 光。鏡30使來自透鏡20的激光朝向SLM 40反射，并且使來自SLM 40的激光朝向物鏡50 反射。SLM 40例如為LCOS-SLM(Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator), 對來自鏡30的激光的相位進行調(diào)制。物鏡50將來自鏡30的激光聚光，并朝向加工對象物 60出射。在本實施方式中，能夠通過測量系統(tǒng)70而測量加工對象物60中的激光的聚光狀 態(tài)。測量系統(tǒng)70具有CCD照相機以及物鏡。其次，對現(xiàn)有的球面像差修正方法的概念進行說明。圖2是表示在聚光光學(xué)系統(tǒng)中插入有平行平面時的激光的光程的圖。如圖2所示， 在由聚光透鏡50得到的聚光光學(xué)系統(tǒng)中插入有平行平面狀的具有光透過性的介質(zhì)60時， 焦點自0起向0'僅偏移δ。該焦點偏移的值δ根據(jù)入射至聚光透鏡50的光的入射高度 H而改變。如此，聚光點位置根據(jù)入射光而不同，從而產(chǎn)生球面像差。此時，自近軸光線的 聚光位置起的光軸方向的偏移量成為表現(xiàn)為縱像差的球面像差(longitudinal spherical aberration)，在最外緣光線時像差變得最大。此時的縱像差的最大值Δ s使用非專利文獻 1的第14-2節(jié)中記載的第(14-4)式，而由下述(1)式表示。[數(shù)1]
η 聚光光學(xué)系統(tǒng)中的氣氛介質(zhì)的折射率η'介質(zhì)60的折射率d'介質(zhì)60的厚度θ _ 激光相對于介質(zhì)60的入射角θ，即該激光的最外緣光線的入射角(= arctan(NA))再者，縱像差(longitudinal aberration)有時也表現(xiàn)為縱方向像差或縱光線像H (longitudinal ray aberration)( !! (longitudinalerror)。圖3是表示聚光點位于平行平面內(nèi)部時的激光的光程的圖。如圖3所示，在取決于 聚光透鏡50的焦點0位于平行平面狀的具有光透過性的介質(zhì)60內(nèi)部時，焦點自0向0'僅 偏移S。該焦點偏移的值δ根據(jù)入射至聚光透鏡50的光的入射高度H而改變，因而會產(chǎn) 生球面像差。此時的縱像差的最大值Δ s將非專利文獻1的第14-2節(jié)中記載的第(14-3) 式變形，而由下述( 式表示。[數(shù)2]
權(quán)利要求
1.一種像差修正方法，其特征在于，是將激光聚光于具有光透過性的介質(zhì)內(nèi)部的激光照射裝置的像差修正方法， 在所述像差修正方法中，以所述激光的聚光點位于在所述介質(zhì)內(nèi)部所產(chǎn)生的像差范圍之間的方式，修正所述激 光的像差。
2.如權(quán)利要求1所述的像差修正方法，其特征在于，所述激光照射裝置具備用于將激光聚光于所述介質(zhì)內(nèi)部的聚光單元， 在將所述介質(zhì)的折射率定義為n，將假設(shè)所述介質(zhì)的折射率η等于所述聚光單元氣氛 介質(zhì)的折射率時的自所述介質(zhì)的入射面至所述聚光單元的焦點為止的深度定義為d，將通 過所述介質(zhì)而產(chǎn)生的縱像差的最大值定義為Δs時，以所述激光的聚光點位于自所述介質(zhì)的入射面起大于ηX d且小于ηX d+ Δ s的范圍內(nèi) 的方式，修正所述激光的像差。
3.如權(quán)利要求1所述的像差修正方法，其特征在于，所述激光照射裝置具備用于將激光聚光于所述介質(zhì)內(nèi)部的聚光透鏡以及用于修正所 述激光的像差的空間光調(diào)制器，與所述聚光透鏡的入射部對應(yīng)的所述空間光調(diào)制器上的任意像素中的相位調(diào)制量和 與所述像素鄰接的像素中的相位調(diào)制量的相位差為能夠應(yīng)用相位折疊技術(shù)的相位范圍以 下。
4.如權(quán)利要求1所述的像差修正方法，其特征在于，以使修正波陣面的相位值具有極大點以及極小點的方式，設(shè)定所述激光的聚光點。
5.一種激光加工方法，其特征在于， 是激光加工裝置的激光加工方法， 該激光加工裝置具備生成激光的光源；用于調(diào)制來自所述光源的激光的相位的空間光調(diào)制器；以及用于將來自所述空間光調(diào)制器的激光聚光在加工對象物內(nèi)部的加工位置上的聚光透鏡，在所述激光加工方法中，設(shè)定所述加工對象物內(nèi)部的所述加工位置，以使所述加工位置位于未修正像差時在所述加工對象物內(nèi)部存在縱像差的范圍之間 的方式，設(shè)定所述加工對象物的相對移動量，以所述激光聚光在所述加工位置上的方式計算出修正波陣面，并顯示在所述空間光調(diào) 制器中，以使所述加工對象物與所述聚光透鏡的距離成為所述相對移動量的方式，相對地移動 所述聚光位置，將來自所述光源的激光朝向所述加工對象物中的加工位置照射。
6.一種激光照射方法，其特征在于， 是介質(zhì)內(nèi)激光聚光裝置的激光照射方法， 該介質(zhì)內(nèi)激光聚光裝置具備生成激光的光源；用于調(diào)制來自所述光源的激光的相位的空間光調(diào)制器；以及用于使來自所述空間光調(diào)制器的激光聚光在介質(zhì)內(nèi)部的規(guī)定的聚光位置上的聚光透鏡，在所述激光照射方法中， 設(shè)定所述介質(zhì)內(nèi)部的所述聚光位置，以使所述聚光位置位于未修正像差時在所述介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間的方式， 設(shè)定所述介質(zhì)的相對移動量，以所述激光聚光在所述聚光位置上的方式計算出修正波陣面，并顯示在所述空間光調(diào) 制器中，以使所述介質(zhì)與所述聚光透鏡的距離成為所述相對移動量的方式，相對地移動所述聚 光位置，將來自所述光源的激光朝向所述介質(zhì)中的聚光位置照射。
7.一種像差修正方法，其特征在于，是將激光聚光于具有光透過性的介質(zhì)內(nèi)部的激光照射裝置的像差修正方法， 包括第1修正波陣面生成步驟，求出與所述介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分別對應(yīng)的多個修正 波陣面、以及自與所述介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分別對應(yīng)的多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的 聚光點的位置為止的距離，該修正波陣面用于修正所述激光的像差，以使所述激光的聚光 點位于未修正像差時在所述介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間；第1多項式近似步驟，通過進行自所述多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的聚光點的位置為 止的距離的高次多項式近似，從而求出第1高次多項式；第2多項式近似步驟，通過分別進行所述多個修正波陣面的高次多項式近似，從而求 出多個第2高次多項式；第3多項式近似步驟，通過分別進行由所述多個第2高次多項式中的相同次數(shù)項的系 數(shù)構(gòu)成的多個系數(shù)列的高次多項式近似，從而求出將加工位置作為參數(shù)的多個第3高次多 項式；存儲步驟，存儲所述第1高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)以及所述多個第3高次多 項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)；以及第2修正波陣面生成步驟，使用所述第1高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)、所述第1 高次多項式、所述多個第3高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)以及所述多個第3高次多項 式，求出相當(dāng)于所述多個第2高次多項式的任意的加工位置的第2高次多項式，并使用該第 2高次多項式，求出該任意的加工位置的修正波陣面。
8.一種像差修正裝置，其特征在于，是用于將激光聚光于具有光透過性的介質(zhì)內(nèi)部的激光照射裝置的像差修正裝置， 具備第1修正波陣面生成單元，求出與所述介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分別對應(yīng)的多個修正 波陣面、以及自與所述介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分別對應(yīng)的多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的 聚光點的位置為止的距離，該修正波陣面用于修正所述激光的像差，以使所述激光的聚光點位于未修正像差時在所述介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間；第1多項式近似單元，通過進行自所述多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的聚光點的位置為 止的距離的高次多項式近似，從而求出第1高次多項式；第2多項式近似單元，通過分別進行所述多個修正波陣面的高次多項式近似，從而求 出多個第2高次多項式；第3多項式近似單元，通過分別進行由所述多個第2高次多項式中的相同次數(shù)項的系 數(shù)構(gòu)成的多個系數(shù)列的高次多項式近似，從而求出將加工位置作為參數(shù)的多個第3高次多 項式；存儲單元，存儲所述第1高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)以及所述多個第3高次多 項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)；以及第2修正波陣面生成單元，使用所述第1高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)、所述第1 高次多項式、所述多個第3高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)以及所述多個第3高次多項 式，求出相當(dāng)于所述多個第2高次多項式的任意的加工位置的第2高次多項式，并使用該第 2高次多項式，求出該任意的加工位置的修正波陣面。
9.一種像差修正程序，其特征在于，是用于將激光聚光于具有光透過性的介質(zhì)內(nèi)部的激光照射裝置的像差修正程序，在所述像差修正程序中，使計算機起到作為以下單元的作用第1修正波陣面生成單元，求出與所述介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分別對應(yīng)的多個修正 波陣面、以及自與所述介質(zhì)內(nèi)部的多個加工位置分別對應(yīng)的多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的 聚光點的位置為止的距離，該修正波陣面用于修正所述激光的像差，以使所述激光的聚光 點位于未修正像差時在所述介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間；第1多項式近似單元，通過進行自所述多個介質(zhì)表面至沒有介質(zhì)時的聚光點的位置為 止的距離的高次多項式近似，從而求出第1高次多項式；第2多項式近似單元，通過分別進行所述多個修正波陣面的高次多項式近似，從而求 出多個第2高次多項式；第3多項式近似單元，通過分別進行由所述多個第2高次多項式中的相同次數(shù)項的系 數(shù)構(gòu)成的多個系數(shù)列的高次多項式近似，從而求出將加工位置作為參數(shù)的多個第3高次多 項式；存儲單元，存儲所述第1高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)以及所述多個第3高次多 項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)；以及第2修正波陣面生成單元，使用所述第1高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)、所述第1 高次多項式、所述多個第3高次多項式中的多個次數(shù)項的系數(shù)以及所述多個第3高次多項 式，求出相當(dāng)于所述多個第2高次多項式的任意的加工位置的第2高次多項式，并使用該第 2高次多項式，求出該任意的加工位置的修正波陣面。
10.一種像差修正方法，其特征在于，是將照射光聚光于具有光透過性的介質(zhì)內(nèi)部的光照射裝置的像差修正方法， 在所述像差修正方法中，以所述照射光的聚光點位于未修正像差時在所述介質(zhì)內(nèi)部存在縱像差的范圍之間的方式，修正所述照射光的像差。
全文摘要
本發(fā)明涉及像差修正方法、使用其的激光加工方法、激光照射方法、像差修正裝置和像差修正程序。本發(fā)明的一個實施方式所涉及的像差修正方法中，在將激光聚光于具有光透過性的介質(zhì)(60)內(nèi)部的激光照射裝置(1)的像差修正方法中，以使激光的聚光點位于在所述介質(zhì)內(nèi)部所產(chǎn)生的像差范圍之間的方式，修正激光的像差。若將介質(zhì)(60)的折射率設(shè)為n，將自介質(zhì)(60)的入射面至透鏡(50)的焦點為止的深度設(shè)為d，將通過介質(zhì)(60)而產(chǎn)生的像差設(shè)為Δs，則該像差范圍為自介質(zhì)(60)的入射面起n×d以上且n×d+Δs以下。
文檔編號B23K26/073GK102138097SQ20098013418
公開日2011年7月27日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日
發(fā)明者井上卓, 伊藤晴康, 松本直也 申請人:浜松光子學(xué)株式會社