CN103170734A - 激光加工装置以及激光加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施方式所涉及的激光加工装置（1）具备光源（20）、转换来自于光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布、并分别生成不同的波阵面的多个强度转换透镜（11）、将来自于强度转换透镜（11）的激光聚光于加工对象物（100）内部中的加工位置的聚光透镜（50）、在变更加工位置的情况下切换多个强度转换透镜（11）的控制部（80）。

Description

激光加工装置以及激光加工方法

技术领域

本发明涉及进行加工对象物内部的加工的激光加工装置以及激光加工方法。

背景技术

一般而言，激光多数如高斯分布那样具有中央附近为最强且向着周边渐渐地变弱的强度分布。然而，在激光加工等中，希望具有在空间上均匀的强度分布。关于该点，在专利文献1中，公开了使用均化器（homogenizer）来使激光的强度分布均匀。该专利文献1所公开的激光加工装置是对晶片（wafer）的内部进行加工（改质）的装置，且为了缩短在加工宽厚度的晶片的时候的加工时间而将激光聚光为与厚度方向倾斜的线状。

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开2009-172633号公报

发明内容

然而，在将激光聚光于加工对象物内部的情况下，会产生像差（波阵面畸变（wave front distortion）），且聚光区域扩展。在专利文献1所公开的激光加工装置中，因为没有考虑在加工对象物内部所产生的像差，所以加工痕迹会在加工深度方向上扩展，会有产生预想不到的割裂的担忧。另外，在直至背面附近形成加工痕迹的情况下，会有穿透至背面的担忧。

再有，在加工对象物内部所产生的像差根据加工对象物内部的深度方向的位置而不同。

因此，本发明的目的在于提供一种即使是在对加工对象物内部的深度方向的不同的位置进行加工的情况下也能够恰当地进行像差修正的激光加工装置以及激光加工方法。

本申请发明人们进行了悉心研究，结果发现了，通过利用由用于使激光的强度分布均匀的强度转换透镜而产生的波阵面变化，从而能够修正在加工对象物内部所产生的像差。另外，本申请发明人们进行了悉心研究，结果发现了，通过使由强度转换透镜和相位修正透镜构成的均化器（homogenizer）中的相位修正透镜具有波阵面变化，从而能够修正在加工对象物内部所产生的像差。

因此，本发明的激光加工装置是将激光聚光于具有光透过性的加工对象物内部的激光加工装置，具备：（a）生成激光的光源；（b）转换来自于光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布的光整形部；（c）将来自于光整形部的激光聚光于加工对象物内部中的加工位置的聚光透镜；（d）控制光整形部的控制部。而且，光整形部具有：（b1）转换来自于光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布，并分别生成不同的波阵面的多个强度转换透镜；或者（b2）转换来自于光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布的强度转换透镜及修正来自于强度转换透镜的出射激光的相位且分别生成不同的波阵面的多个相位修正透镜，控制部，（d1）在变更加工位置的情况下，切换多个强度转换透镜或者多个相位修正透镜。

另外，本发明的激光加工方法是激光加工装置的激光加工方法，所述激光加工装置具备：（a）生成激光的光源；（b）转换来自于光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布的光整形部；（c）将来自于光整形部的激光聚光于加工对象物内部中的加工位置的聚光透镜。在此，光整形部具有：（b1）转换来自于光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布，并分别生成不同的波阵面的多个强度转换透镜；或者（b2）转换来自于光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布的强度转换透镜及修正来自于该强度转换透镜的出射激光的相位且分别生成不同的波阵面的多个相位修正透镜。该激光加工方法，（e1）设定或者变更加工对象物内部中的加工位置，（e2）对应于加工位置的设定或者变更，切换多个强度转换透镜或者多个相位修正透镜，（e3）将来自于光源的激光照射于加工对象物中的加工位置。

根据该激光加工装置以及激光加工方法，例如在光整形部具有多个强度转换透镜的情况下，因为多个强度转换透镜分别生成不同的修正波阵面，控制部对应于加工位置的变更而切换多个强度转换透镜，所以，即使变更加工位置（加工深度），也能够进行恰当的像差修正。另外，例如在光整形部具有强度转换透镜和多个相位修正透镜的情况下，因为多个相位修正透镜分别生成不同的修正波阵面，控制部对应于加工位置的变更而切换多个相位修正透镜，所以，即使变更加工位置（加工深度），也能够进行恰当的像差修正。

优选上述的激光加工装置中的多个强度转换透镜或者多个相位修正透镜分别生成用于修正激光的像差且分别对应于加工对象物内部的多个加工位置的多个修正波阵面中的不同的一个。在此情况下，在上述的激光加工装置中，优选控制部，（d1）在变更多个加工位置的情况下，从多个强度转换透镜或者多个相位修正透镜选择生成对应于所变更的加工位置的修正波阵面的透镜并进行切换。另一方面，在上述的激光加工方法中，优选（e2）对应于多个加工位置的设定或者变更，从多个强度转换透镜或者多个相位修正透镜选择生成对应于所设定或者变更的加工位置的修正波阵面的透镜并进行切换。

根据本发明，即使在对加工对象物内部的深度方向的不同的位置进行加工的情况下，也能够恰当地进行像差修正。

附图说明

图1是表示均化器（homogenizer）的一个例子的构成图。

图2是表示均化器中的入射激光的强度分布的一个例子以及出射激光的所希望的强度分布的一个例子的图。

图3是表示强度转换透镜的形状的一个例子的示意图。

图4是表示相位修正透镜的形状的一个例子的示意图。

图5是表示向强度转换透镜的入射激光的空间模式（强度分布）的一个例子的测量结果的示意图。

图6是表示来自于强度转换透镜的出射激光传播了685mm之后的空间模式（强度分布）的一个例子的测量结果的示意图。

图7是表示测定系统的一个例子的示意图。

图8是表示在图7所表示的测定系统中测量在搭载聚光透镜的位置上的波阵面的一个例子的结果的示意图。

图9是表示用于修正在使激光聚光于加工对象物内部的加工位置（深度）的情况下所产生的球面像差的修正波阵面的一个例子的示意图。

图10是表示相位修正透镜的形状的变形例的示意图。

图11是表示由图10所表示的相位修正透镜产生的波阵面的示意图。

图12是表示本发明的第1实施方式所涉及的激光加工装置的构成图。

图13是表示本发明的第1实施方式所涉及的激光加工方法的步骤的流程图。

图14是表示在图7所表示的测定系统中观测在不使用强度转换透镜的状态下的聚光透镜的聚光点的结果的示意图。

图15是表示在图7所表示的测定系统中观测在使用了强度转换透镜的状态下的聚光透镜的聚光点的结果的示意图。

图16是表示在图7所表示的测定系统中测量在不使用强度转换透镜的状态下的比聚光透镜的聚光点更向跟前10μm处的束流图形（beamprofile）的结果的示意图。

图17是表示在图7所表示的测定系统中测量在使用了强度转换透镜的状态下的比聚光透镜的聚光点更向跟前10μm处的束流图形的结果的示意图。

图18是表示本发明的第2实施方式所涉及的激光加工装置的构成图。

图19是表示本发明的第2实施方式所涉及的激光加工方法的步骤的流程图。

图20是表示本发明的第3实施方式所涉及的激光加工装置的构成图。

图21是表示本发明的第4实施方式所涉及的激光加工装置的构成图。

图22是表示本发明的第5实施方式所涉及的激光加工装置的构成图。

图23是表示第1实施方式的变形例所涉及的激光加工装置的构成图。

图24是表示第2实施方式的变形例所涉及的激光加工装置的构成图。

图25是表示第3实施方式的变形例所涉及的激光加工装置的构成图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。还有，在各个附图中，对于相同或者相当的部分标注相同的符号。

在说明本发明的实施方式之前，对均化器（homogenizer）以及均化器的非球面的形状设计的一个方法进行说明。图1是表示均化器的一个例子的构成图。该均化器10X是用于将激光的强度分布整形成任意的形状的均化器，具备一对非球面透镜11X,12X。入射侧的非球面透镜11X作为将激光的强度分布整形成任意的形状的强度转换透镜来发挥功能，出射侧的非球面透镜12X作为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镜来发挥功能。该均化器10X中，可以通过一对非球面透镜11X,12X的非球面的形状设计来生成将入射激光Oi的强度分布整形成所希望的强度分布的出射激光Oo。

以下，例示均化器10X中的一对非球面透镜11X,12X的非球面的形状设计的一个例子。例如，将所希望的强度分布设定成在激光加工装置等中所希望的空间上均匀的强度分布、即均匀强度分布（图2的Oo）。在此，所希望的强度分布有必要以出射激光Oo的能量（所希望的强度分布的面积）与入射激光Oi的能量（强度分布的面积）相等的方式设定。因此，例如均匀强度分布的设定可以如以下所述进行。

入射激光Oi的强度分布如图2所示为同心圆状的高斯分布（波长532nm）。高斯分布因为由下述（1）式所表示，所以入射激光Oi的半径r₁的范围内的能量成为下述（2）式。

[数1]

$I_1\left(r\right)=\exp \{-{\left(\frac{r}{\mathrm{\ω}}\right)}^2\}\·\·\·\left(1\right)$

[数2]

$\underset{-r_1}{\overset{r_1}{\∫}}{I}_1\left(r\right)\mathrm{dr}\·\·\·\left(2\right)$

在此情况下，因为高斯分布将半径0mm作为中心而成为旋转对称，所以根据一维解析来设计非球面形状。

另一方面，出射激光Oo的所希望的强度分布如图2所示设定成均匀强度分布（次数N）。均匀强度分布因为由下述（3）式进行表示，所以如下述（4）式所示以出射激光Oo的半径r₂的范围内的能量与入射激光Oi的能量相等的方式设定出射激光Oo的强度均匀部的值E_o。

[数3]

$I_2\left(r\right)=E_0\×\exp \{-{\left(\frac{r}{\mathrm{\ω}}\right)}^{2N}\}\·\·\·\left(3\right)$

[数4]

$\underset{-r_1}{\overset{r_1}{\∫}}{I}_1\left(r\right)\mathrm{dr}=\underset{-r_2}{\overset{r_2}{\∫}}{I}_2\left(r\right)\mathrm{dr}\·\·\·\left(4\right)$

还有，如果根据本方法的话，则整形后的出射激光的所希望的强度分布也不会仅成为规定的函数，可以为任意的强度分布。

之后，如图1所示，以成为强度转换透镜11X中的入射激光Oi的强度分布在相位修正透镜12X中具有所希望的强度分布的出射激光Oo的方式，即以入射激光Oi中的中央附近的高强度的光被扩散到周边部且周边部的弱强度的光被聚光的方式，求得作为从强度转换透镜11X的非球面11a向相位修正透镜12X的非球面12a的光路的非球面透镜的半径方向的任意的坐标上的光路P1~P8。

之后，基于所求得的光路P1~P8，求取强度转换透镜11X的非球面11a的形状。具体而言，以获得光路P1~P8的方式，将强度转换透镜11X的中心作为基准来求取半径r₁方向的各个坐标上的非球面11a的高低差。于是，如图3所示，求得强度转换透镜11X的非球面11a的形状。

另一方面，相位修正透镜12X的非球面12a的形状以使光路P1~P8中的激光的相位相一致而成为平面波的方式进行求取。具体而言，将相位修正透镜12X的中心作为基准来求取半径r₂方向的各个坐标上的非球面12a的高低差。于是，如图4所示，求得相位修正透镜12X的非球面12a的形状。

还有，图3以及图4是作为非球面透镜11X,12X的材料而使用MgF₂（n=1.38），将非球面11a的中心位置（坐标r₁=0的位置）与非球面12a的中心位置（坐标r₂=0的位置）的间隔设计为L=685mm的时候的一个例子。

在此，通过成像透镜系统并由束流图形仪（beam profiler）测量向均化器10X中的强度转换透镜11X的入射激光的空间模式（强度分布）以及来自于强度转换透镜11X的出射激光的685mm传播后的空间模式（强度分布）。将这些测量结果表示于图5以及图6中。由此，根据强度转换透镜11X，在作为透镜间隔设计值的L=685mm传播之后，可以确认能够基本上如设计那样将激光的强度分布整形为空间上均匀的强度分布。

接着，用图7所表示的测定系统测量由均化器10X中的强度转换透镜11X而产生的波阵面畸变（wave front distortion）。在该测定系统中，由放大器（expander）30将来自于激光光源20的激光扩大并入射到强度转换透镜11X。来自于强度转换透镜11X的出射激光通过反射镜21,22以及成像光学系统40而入射到聚光透镜50。在放大器30中，使用由一对凹透镜31和凸透镜32构成的透镜组，并扩大来自于激光光源20的激光，从而使光束直径适合于强度转换透镜11X的直径。另外，在成像光学系统40中，使用由一对透镜41,42构成的透镜组，使在配置有相位修正透镜的位置上的波阵面成像于聚光透镜50的瞳孔面，并且使光束直径适合于聚光透镜50的瞳孔直径。这是由于，在未配置有相位修正透镜的情况下，另外，即使在将相位修正透镜配置于强度转换透镜的设计位置的情况下，实际上，回避了对应于传播距离而使强度分布或波阵面发生歪斜。

在该测定系统中，由波阵面传感器来测量在搭载有聚光透镜50的位置上的波阵面。将该测量结果表示于图8中。根据图8，强度转换透镜11X为对入射激光的强度分布进行整形的强度转换透镜，但是，同时也改变入射激光的波阵面（换言之，入射激光的相位）。

另一方面，在图9中表示例如作为为了修正在使用NA=0.8、焦点距离f＝1.8mm的聚光透镜并使波长532nm的激光聚光于SiC（折射率2.6）内部的深度94μm的位置的情况下所产生的球面像差而需要的修正波阵面的、聚光透镜入射前的修正波阵面。

根据图8以及图9，两者的波阵面相类似。这样，本申请发明人们发现了通过利用由强度转换透镜11X所产生的波阵面变化，从而能够修正在加工对象物内部所产生的像差。

另外，本申请发明人们发现了，通过固定强度转换透镜11X并利用由用于使由强度转换透镜11X整形后的激光的相位一致而修正成平面波的相位修正透镜12X而产生的波阵面变化，从而能够修正在加工对象物内部所产生的像差。例如，如图10所示，如果使相位控制透镜的形状变形的话，则获得图11所表示的波阵面。该波阵面相当于用于修正在SiC（折射率2.6）内部的深度200μm的位置上所产生的球面像差的修正波阵面。

[第1实施方式]

图12是表示本发明的第1实施方式所涉及的激光加工装置的构成图。该第1实施方式的激光加工装置1具备激光光源20、放大器30、多个强度转换透镜11、透镜架15、聚光透镜50、驱动单元51、平台52、表面观察单元60、分色镜（dichroic mirror）61、自动对焦单元70、分色镜71、以及控制部80。还有，在第1实施方式中，多个强度转换透镜11相当于权利要求所记载的光整形部。

激光光源20例如生成波长532nm的高斯分布形状的激光并向放大器30输出。放大器30例如由一对凹透镜31和凸透镜32所构成，扩大来自于激光光源20的激光并向多个强度转换透镜11中的任意一个输出。

多个强度转换透镜11分别生成不同的修正波阵面，该修正波阵面为为了修正在将激光聚光于加工对象物内部的情况下所产生的球面像差而需要的修正波阵面。由多个强度转换透镜11生成的修正波阵面分别对应于加工对象物内部的多个不同的加工位置（深度）。多个强度转换透镜11被搭载于透镜架15。

透镜架15成为圆盘状，在其周边部排列有多个强度转换透镜11。透镜架15通过旋转而使多个强度转换透镜11选择性地对应于激光。

聚光透镜50将来自于强度转换透镜11的激光聚光于配置于平台52上的加工对象物100内部的规定的加工位置（深度）。聚光透镜50由驱动单元51而能够可动。另外，加工对象物100也由平台52而能够可动。驱动单元51以及平台52的可动被控制部80控制。

在本实施方式中，在强度转换透镜11和聚光透镜50之间，依次配置有用于表面观察单元60以及自动对焦单元70的分色镜61,71。表面观察单元60通过分色镜61来观察加工对象物的表面。另外，自动对焦单元70通过分色镜71来检测直至加工对象物的表面为止的距离。

控制部80控制激光光源20中的激光的输出/输出停止。另外，控制部80在切换加工对象物100内部的加工位置的情况下，使驱动单元51以及平台52中的至少任意一者可动，并移动聚光透镜50以及加工对象物100中的至少任意一者。例如，控制部80使用自动对焦单元70，并通过控制聚光透镜50与加工对象物100的相对位置，从而切换加工对象物100内部的加工位置。

另外，控制部80在切换加工对象物100内部的加工位置的情况下，使透镜架15旋转，并切换到能够修正该加工位置上的像差的强度转换透镜11。例如，控制部80存储将多个加工位置和生成能够修正在多个加工位置上分别所产生的像差的修正波阵面的多个强度转换透镜11预先建立关联后的信息。然后，控制部80基于该信息，从多个强度转换透镜中选择对应于所切换的加工位置的强度转换透镜11并进行切换。

图13是表示本发明的第1实施方式所涉及的激光加工方法的步骤的流程图。首先，将聚光点设定于加工对象物100的表面，并将该位置作为加工原点（步骤S01）。接着，设定加工对象物100内部中的加工位置（深度）（步骤S02）。

接着，选择能够修正已设定的加工位置上的球面像差的强度转换透镜并进行切换（步骤S03）。接着，以激光聚光于已设定的加工位置的方式，使平台52移动。接着，照射激光，开始加工。于是，激光聚光于设定的加工位置（步骤S04）。

接着，在加工结束时，停止激光照射（步骤S05）。在另外存在加工位置的情况下，返回到步骤S02，在没有的情况下，结束该加工对象物100的加工（步骤S06）。

还有，为了将激光聚光于已设定的加工位置（深度），可以使聚光透镜与加工对象物的相对位置发生变化，所以，也可以取代由平台52进行的加工对象物100的移动而由驱动单元51来使聚光透镜50移动，也可以使两者移动。还有，在使聚光透镜50移动的情况下，在聚光透镜50的入射瞳孔与强度转换透镜11处于成像关系的时候，有必要以从强度转换透镜11到聚光透镜50为止的聚光光学系统的单位进行移动。

如以上所述，根据第1实施方式的激光加工装置1以及激光加工方法，因为具备分别生成不同的修正波阵面的多个强度转换透镜11，控制部80对应于加工位置的变更而切换多个强度转换透镜11，所以即使变更加工位置（加工深度），也可以进行恰当的像差修正。换言之，根据第1实施方式的激光加工装置1以及激光加工方法，在任意的加工位置（深度）上的像差修正成为可能。

然而，也考虑了取代如第1实施方式那样具备多个强度转换透镜而使用空间光调制器（以下，称为SLM），并变更SLM中的修正波阵面的方法。但是，在使用SLM的情况下，可以预想到扩大激光且仅将激光的中心部切出来使用，可以预想到激光的利用效率变差。另一方面，根据第1实施方式，因为使强度转换透镜自身持有像差修正功能，所以能够完全利用入射到聚光透镜的瞳孔区域的激光，并可以提高激光的利用效率。

另外，根据第1实施方式的激光加工装置1以及激光加工方法，由强度转换透镜11，不会破坏加工对象物的表面，而且可以高效率地仅加工内部。以下表示其验证结果。

图14是表示在图7所表示的测定系统中观测在不使用强度转换透镜11X的状态下的聚光透镜50的聚光点的结果的示意图，图15是表示在图7所表示的测定系统中观测在使用了强度转换透镜11X的状态下的聚光透镜50的聚光点的结果的示意图。根据图14以及图15，通过使用强度转换透镜11X，从而增加了聚光透镜50的有效的NA，光点（spot）直径变小。由此，能够高效率地对加工对象物内部的加工位置进行加工。

另一方面，图16是表示在图7所表示的测定系统中测量在不使用强度转换透镜11X的状态下的比聚光透镜50的聚光点更向跟前（聚光透镜侧）10μm处的束流图形的结果的示意图，图17是表示在图7所表示的测定系统中测量在使用了强度转换透镜11X的状态下的比聚光透镜50的聚光点更向跟前10μm处的束流图形的结果的示意图。根据图16以及图17，通过使用强度转换透镜11X，从而增加了比聚光透镜50的聚光点更向跟前10μm处的光束面积，降低了每单位面积的光强度。由此，回避了加工对象物的表面损坏。

[第2实施方式]

图18是表示本发明的第2实施方式所涉及的激光加工装置的构成图。该第2实施方式的激光加工装置2在激光加工装置1中，取代多个强度转换透镜11而具备1个强度转换透镜11，再有，在具备多个相位修正透镜12的构成上与第1实施方式不同。另外，第2实施方式的激光加工装置2在取代控制部80而具备控制部80A的构成上与第1实施方式不同。激光加工装置2的其它构成与激光加工装置1相同。还有，在第2实施方式中，强度转换透镜11和多个相位修正透镜12相当于权利要求所记载的光整形部。

多个相位修正透镜12分别生成不同的修正波阵面，该修正波阵面为为了修正在将激光聚光于加工对象物内部的情况下所产生的球面像差而需要的修正波阵面。多个相位修正透镜12的修正波阵面分别对应于加工对象物内部的多个不同的加工位置（深度）。多个相位修正透镜12被搭载于透镜架15。

透镜架15成为圆盘状，在其周边部排列有多个相位修正透镜12。透镜架15通过旋转而使多个相位转换透镜12选择性地对应于激光。

控制部80A与控制部80相同，控制激光光源20中的激光的输出/输出停止。另外，控制部80A与控制部80相同，在切换加工对象物100内部的加工位置的情况下，使驱动单元51以及平台52中的至少任意一者可动，并移动聚光透镜50以及加工对象物100中的至少任意一者。

另外，控制部80A在切换加工对象物100内部的加工位置的情况下，使透镜架15旋转，并切换到能够修正该加工位置上的像差的相位修正透镜12。例如，控制部80A存储将多个加工位置和生成能够修正在多个加工位置上分别所产生的像差的修正波阵面的多个相位修正透镜12预先建立关联后的信息。然后，控制部80A基于该信息，从多个相位修正透镜中选择对应于所切换的加工位置的相位修正透镜12并进行切换。

图19是表示本发明的第2实施方式所涉及的激光加工方法的步骤的流程图。首先，与第1实施方式相同，将聚光点设定于加工对象物100的表面，并将该位置作为加工原点（步骤S01）。接着，设定加工对象物100内部中的加工位置（深度）（步骤S02）。

接着，在第2实施方式中，选择能够修正已设定的加工位置（深度）上的球面像差的相位修正透镜并进行切换（步骤S13）。接着，与第1实施方式相同，以激光聚光于已设定的加工位置（深度）的方式，使平台52移动。接着，照射激光，开始加工。于是，激光聚光于设定了的加工位置（步骤S04）。

接着，在加工结束时，停止激光照射（步骤S05）。在另外存在加工位置的情况下，返回到步骤S02，在没有的情况下，结束该加工对象物100的加工（步骤S06）。

如以上所述，根据第2实施方式的激光加工装置2以及激光加工方法，因为具备分别生成不同的修正波阵面的多个相位修正透镜12，控制部80A对应于加工位置的变更而切换多个相位修正透镜12，所以即使变更加工位置（加工深度），也可以进行恰当的像差修正。换言之，即使是第2实施方式的激光加工装置2以及激光加工方法，也可以进行在任意的加工位置（深度）上的像差修正。

另外，即使在第2实施方式中，因为使相位修正透镜自身持有像差修正功能，所以也能够完全利用入射到聚光透镜的瞳孔区域的激光，并可以提高激光的利用效率。另外，即使是第2实施方式的激光加工装置2以及激光加工方法，由强度转换透镜11，也不会破坏加工对象物的表面，而且可以高效率地仅加工内部。

[第3实施方式]

图20是表示本发明的第3实施方式所涉及的激光加工装置的构成图。该第3实施方式的激光加工装置3在激光加工装置2中，在进一步具备反射镜21,22以及成像光学系统40的构成上与第2实施方式不同。激光加工装置3的其它构成与激光加工装置2相同。

反射镜21,22使来自于相位修正透镜12的激光的行进方向变更90°。具体而言，反射镜21,22分别使激光的行进方向逐一变更135°，其结果，来自于相位修正透镜12的激光的行进方向变更90°，并朝着成像光学系统40。

成像光学系统40具有一对透镜41,42，并将入射侧成像面上的激光成像于出射侧成像面。成像光学系统40的入射侧成像面被设定于相位修正透镜12的出射面，出射侧成像面被设定于聚光透镜50的瞳孔面。还有，成像光学系统40优选作为使入射侧成像面上的激光的光束直径适合于聚光透镜50的瞳孔面的大小的扩大光学系统或者缩小光学系统来发挥功能。由此，能够完全利用入射到聚光透镜50的瞳孔区域的激光，激光的利用效率变得相对较好。

即使是该第3实施方式的激光加工装置3，也能够获得与第2实施方式的激光加工装置2相同的优点。

再有，根据第3实施方式的激光加工装置3，因为由成像光学系统40而能够使相位修正透镜12传播后的波阵面成像于聚光透镜50的瞳孔面，所以在不能够将相位修正透镜12配置于激光透镜50的瞳孔面附近那样的情况下是适宜的。

[第4实施方式]

图21是表示本发明的第4实施方式所涉及的激光加工装置的构成图。该第4实施方式的激光加工装置4在激光加工装置3中，在取代反射镜22而具备光束分离器（beam splitter）91并进一步具备光束分离器92以及观测用光学系统90的构成上与第3实施方式不同。激光加工装置4的其它构成与激光加工装置3相同。

观测用光学系统90具有相机95、透镜96以及光源97。光源97通过光束分离器91,92、成像光学系统40、分色镜61,71以及聚光透镜50而将光照射到加工对象物100。然后，相机95是用于通过透镜96、光束分离器92,91、成像光学系统40、分色镜61,71以及聚光透镜50来观测加工对象物100的相机。

即使是该第4实施方式的激光加工装置4，也能够取得与第3实施方式的激光加工装置3相同的优点。

另外，根据第4实施方式的激光加工装置4，在激光加工中可以观测加工对象物100。

[第5实施方式]

图22是表示本发明的第5实施方式所涉及的激光加工装置的构成图。该第5实施方式的激光加工装置5在激光加工装置3中，在取代放大器30以及反射镜21,22而具备衰减器30A、反射镜23,24,25,26,27的方式上与第3实施方式不同。

更为详细而言，反射镜23~27是分别使激光的行进方向逐一变更90°的反射镜，其结果，来自于激光光源20的激光的行进方向变更90°。在反射镜23与反射镜24之间配置有衰减器30A，在反射镜24与反射镜25之间配置有强度转换透镜11，在反射镜25与反射镜26之间配置有多个相位修正透镜12以及透镜架15，在反射镜26与反射镜27之间配置有成像光学系统40中的一个透镜41，在反射镜27与分色镜61之间配置有成像光学系统40中的另一个透镜42。

衰减器30A具有λ/2波长板31A、偏振光光束分离器32A、减振器33A，将具有规定的偏振光面的激光输出到强度转换透镜11。激光加工装置5的其它构成与激光加工装置3相同。

即使是该第5实施方式的激光加工装置5，也能够取得与第3实施方式的激光加工装置3相同的优点。

还有，本发明并不限定于以上所述的本实施方式，各种各样的变形是可以的。例如，在本实施方式中，例示了通过旋转圆盘状的透镜架15来切换多个强度转换透镜11或者多个相位修正透镜12的方式，但是切换多个强度转换透镜11或者多个相位修正透镜12的方法并不限定于此。例如，如图23~25所例示的激光加工装置1A~3A那样，在第1~第3实施方式的激光加工装置1~3中，也可以取代圆盘状的透镜架15而具备带状的透镜架15A。在此情况下，通过多个强度转换透镜11或者多个相位修正透镜12被排列于带状的透镜架15A，透镜架15A进行滑动，从而选择性地切换多个强度转换透镜11或者多个相位修正透镜12。

另外，在本实施方式中，例示了仅切换多个强度转换透镜11以及多个相位修正透镜12中的一方的方式，但是也可以切换多个强度转换透镜11以及多个相位修正透镜12的双方。据此，由多个强度转换透镜11的修正波阵面与多个相位修正透镜12的修正波阵面的组合，可以进行更加精密的像差修正。

Claims (4)

1.一种激光加工装置，其特征在于：

是将激光聚光于具有光透过性的加工对象物内部的激光加工装置，

具备：

光源，生成激光；

光整形部，转换来自于所述光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布；

聚光透镜，将来自于所述光整形部的激光聚光于所述加工对象物内部中的加工位置；以及

控制部，控制所述光整形部，

所述光整形部具有：

多个强度转换透镜，转换来自于所述光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布，并分别生成不同的波阵面，或者

所述光整形部具有：

转换来自于所述光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布的强度转换透镜及修正来自于该强度转换透镜的出射激光的相位且分别生成不同的波阵面的多个相位修正透镜，

所述控制部在变更所述加工位置的情况下，切换所述多个强度转换透镜或者所述多个相位修正透镜。

2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于：

所述多个强度转换透镜或者所述多个相位修正透镜分别生成用于修正激光的像差且分别对应于所述加工对象物内部的多个加工位置的多个修正波阵面中的不同的一个，

所述控制部在变更所述多个加工位置的情况下，从所述多个强度转换透镜或者所述多个相位修正透镜中选择生成对应于该变更的加工位置的修正波阵面的透镜并进行切换。

3.一种激光加工方法，其特征在于：

是激光加工装置的激光加工方法，

所述激光加工装置具备：

生成激光的光源；

转换来自于所述光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布的光整形部；

将来自于所述光整形部的激光聚光于所述加工对象物内部中的加工位置的聚光透镜，

所述光整形部具有：

多个强度转换透镜，转换来自于所述光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布，且分别生成不同的波阵面，或者

所述光整形部具有：

转换来自于所述光源的激光的强度分布并整形为所希望的强度分布的强度转换透镜及修正来自于该强度转换透镜的出射激光的相位且分别生成不同的波阵面的多个相位修正透镜，

设定或者变更所述加工对象物内部中的加工位置，

对应于所述加工位置的设定或者变更，切换所述多个强度转换透镜或者所述多个相位修正透镜，

将来自于所述光源的激光照射于所述加工对象物中的加工位置。

4.如权利要求3所述的激光加工方法，其特征在于：

所述多个强度转换透镜或者所述多个相位修正透镜分别生成用于修正激光的像差且分别对应于所述加工对象物内部的多个加工位置的多个修正波阵面中的不同的一个，

对应于所述多个加工位置的设定或者变更，从所述多个强度转换透镜或者所述多个相位修正透镜中选择生成对应于该设定或者变更的加工位置的修正波阵面的透镜并进行切换。

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