CN110961780B - 激光处理设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种激光处理设备，所述激光处理设备包括：光源，配置为产生激光束；以及聚光光学系统，配置为将所述激光束在待处理对象处会聚到焦点，所述聚光光学系统包括通孔光学元件和位于所述通孔光学元件下面的复合光学元件，其中，所述通孔光学元件在所述通孔光学元件的下表面处包括配置为凹面镜的第一凹进部，并且其中，所述复合光学元件的上表面为凸形，并且包括配置为反射所述激光束的第一区域和配置为透射所述激光束的第二区域。

Description

激光处理设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月1日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0117043号韩国专利申请的优先权和权益，上述申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及激光处理设备。
背景技术
激光处理技术已经适用于各种应用，诸如，通过用激光照射待处理对象(即，目标对象)在待处理对象的表面上形成凹槽，在待处理对象内部形成致密层，或者改变待处理对象的材料特性。
随着在半导体和显示器的领域中向高密度、高集成度和高清晰度的趋势变得清晰，对超高清晰度和超高速度的激光处理技术的需求正在扩大。另外，为了实现大的瞬时输出以改善激光加工性，脉冲激光器已经在吸引注意。近来，脉冲激光器的脉冲持续时间已经从纳秒逐渐缩短到飞秒。
在期望超精密加工性的领域中，期望调节激光束的焦点位置以获得最高光能量和最小束斑尺寸，以便精确地处理待处理对象。
当激光束透射穿过透射透镜时，由于波长之间的折射率的差异而发生色差，并且焦点的位置根据波长改变。因为激光束随着脉冲持续时间变短而具有使光谱带宽变宽的趋势，因此随着激光束的脉冲持续时间缩短，可能由于色差的影响而导致处理质量劣化、待处理对象的缺陷、低产率等。
在本背景技术部分中公开的以上信息是为了增强对本发明的背景的理解，因此以上信息可包含不构成在本国对于本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的实施例的方面涉及具有改善的激光处理质量、激光处理精度和产率的激光处理设备。
根据本发明的一些实施例，提供了一种激光处理设备，所述激光处理设备包括：光源，配置为产生激光束；以及聚光光学系统，配置为将所述激光束在待处理对象处会聚到焦点，所述聚光光学系统包括通孔光学元件和位于所述通孔光学元件下面的复合光学元件，其中，所述通孔光学元件在所述通孔光学元件的下表面处包括配置为凹面镜的第一凹进部，并且其中，所述复合光学元件的上表面为凸形，并且包括配置为反射所述激光束的第一区域和配置为透射所述激光束的第二区域。
在一些实施例中，所述通孔光学元件具有穿过所述通孔光学元件的中心的通孔。
在一些实施例中，所述复合光学元件在所述复合光学元件的下表面处包括凹形的第二凹进部，所述第二凹进部配置为透射所述激光束。
在一些实施例中，所述聚光光学系统还包括在所述复合光学元件和所述待处理对象之间的盖子。
在一些实施例中，所述激光处理设备还包括：位置调节光学系统，所述位置调节光学系统在所述激光束的路径上并且配置为调节所述激光束在所述待处理对象上的照射位置，其中，所述位置调节光学系统包括第一检流计式镜和第二检流计式镜，所述第一检流计式镜配置为确定所述待处理对象上的所述焦点的沿着x轴的位置，所述第二检流计式镜配置为确定所述待处理对象上的所述焦点的沿着与所述x轴交叉的y轴的位置。
在一些实施例中，所述位置调节光学系统还包括控制器，所述控制器配置为控制所述第一检流计式镜的位置和角度和所述第二检流计式镜的位置和角度。
在一些实施例中，所述激光处理设备还包括：检流计式镜，所述检流计式镜配置为调节所述待处理对象上的所述焦点的沿着x轴和与所述x轴交叉的y轴两者的位置。
在一些实施例中，所述激光束为脉冲激光束。
在一些实施例中，所述激光束具有飞秒的脉冲持续时间。
在一些实施例中，所述第一区域的形状为圆形、椭圆形或多角形。
在一些实施例中，所述待处理对象包括非活性区域和活性区域，所述激光束未到达所述非活性区域，所述激光束在所述活性区域中会聚在所述焦点处。
在一些实施例中，所述待处理对象被固定到能够移动的工作台。
在一些实施例中，所述复合光学元件的所述第一区域和所述第二区域的曲率大于所述第二凹进部的曲率。
在一些实施例中，所述复合光学元件的所述第一区域和所述第二区域的曲率与所述第二凹进部的曲率相同。
在一些实施例中，所述复合光学元件的所述第一区域和所述第二区域的曲率小于所述第二凹进部的曲率。
在一些实施例中，所述通孔光学元件的上表面具有平坦部。
在一些实施例中，所述复合光学元件的所述上表面或所述第二凹进部为球面的。
在一些实施例中，所述复合光学元件的所述上表面或所述第二凹进部为非球面的。
根据本发明的一些实施例，提供了一种激光处理设备，所述激光处理设备包括：光源，配置为产生激光束；以及聚光光学系统，所述聚光光学系统配置为在待处理对象处产生焦点，所述聚光光学系统包括：通孔光学元件，所述通孔光学元件具有穿过所述通孔光学元件的通孔；复合光学元件，所述复合光学元件在所述通孔光学元件和所述待处理对象之间；以及光学元件移动装置，其中，所述通孔光学元件的上表面为平坦的，并且所述通孔光学元件的厚度在所述通孔光学元件的边缘处最厚且在所述通孔光学元件的中心处最薄，所述通孔光学元件的下表面配置为反射所述激光束，其中，所述复合光学元件的上表面和下表面的曲率中心在所述复合光学元件下面，所述复合光学元件的所述上表面包括第一区域和第二区域，所述第一区域配置为反射所述激光束，所述第二区域配置为透射所述激光束，所述复合光学元件的所述下表面配置为透射从所述第二区域入射的所述激光束，并且其中，所述通孔光学元件和所述复合光学元件能够被所述光学元件移动装置移动。
在一些实施例中，所述激光处理设备还包括：位置调节光学系统，所述位置调节光学系统配置为调节从所述光源产生的所述激光束的路径，所述位置调节光学系统包括检流计式镜。
根据示例性实施例，因为防止或基本上防止了焦点的位置由于色差的影响导致的对于激光束的每个波长而改变，所以可以改善激光处理设备的处理质量、处理精度和产率。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例的激光处理设备的示意图。
图2是当从上方观察时的根据本发明的示例性实施例的通孔光学元件的透视图。
图3是当从下方观察时的根据本发明的示例性实施例的通孔光学元件的透视图。
图4是根据本发明的示例性实施例的通孔光学元件的俯视平面图。
图5是沿图4的线V-V截取的通孔光学元件的剖视图。
图6是当从上方观察时的根据本发明的示例性实施例的复合光学元件的透视图。
图7是当从下方观察时的根据本发明的示例性实施例的复合光学元件的透视图。
图8是根据本发明的示例性实施例的复合光学元件的俯视平面图。
图9是沿图8的线IX-IX截取的复合光学元件的剖视图。
图10是图1中示出的聚光光学系统的说明图。
图11是示出了当通过使用根据本发明的示例性实施例的激光处理设备发射激光束时朝向待处理对象照射的激光束的光斑尺寸分布的图像。
图12是示出取决于使用透射透镜的激光处理设备的激光束的波长的焦点的移动距离的曲线图。
图13是示出取决于根据本发明的示例性实施例的激光处理设备的激光束的波长的焦点的移动距离的曲线图。
具体实施方式
下文中，将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的，在全部不脱离本发明的精神或范围的情况下，所描述的实施例可以以各种适当的方式进行修改。
附图和描述被视为在本质上是示例性的，而不是限制性的。同样的附图标记在整个说明书中指示同样的元件。
此外，在附图中，为了更好地理解和易于描述，任意地表示或夸大了每个元件的尺寸和厚度，本发明不限于此。在附图中，为了清楚起见，可以夸大层、膜、面板、区域等的厚度。在附图中，为了便于描述，可以夸大层、膜、面板、区域等的厚度。
首先，参照图1示意性地描述根据本发明的示例性实施例的激光处理设备中的激光束的移动路径。图1是根据本发明的示例性实施例的激光处理设备的示意图。
根据示例性实施例的激光处理设备包括光源100、位置调节光学系统200和聚光光学系统300。
光源100产生用于处理待处理对象10的激光束20。激光束20可以是具有皮秒或飞秒的脉冲持续时间的超短脉冲激光。
超短脉冲激光具有非常高的能量密度，并且可以处理由各种合适的材料制成的待处理对象10。此外，可不产生在待处理对象10的处理期间由于热扩散导致的物理化学转化和处理精度劣化。因为几乎不产生由于处理导致的颗粒的堆积以及诸如凹坑的副产物，所以超短脉冲激光可以省略诸如超声波清洁的去除副产物的步骤。
另外，超短脉冲激光可以处理具有高传热系数或低光吸收率的材料，并且还可以在单个工艺中容易地处理其中混合有两种或更多种材料的待处理对象10或者包括以多层堆叠的复合材料的待处理对象10。另一方面，激光束20可以是除上述的超短脉冲激光之外的其他类型的激光束20。例如，激光束20可以是具有纳秒的脉冲持续时间的脉冲激光或连续波激光。
位置调节光学系统200定位在从光源100产生的激光束20的路径上以改变激光束20的路径。
位置调节光学系统200可以是检流计式扫描仪(galvano scanner)。位置调节光学系统200包括第一检流计式镜(first galvano mirror)210和第二检流计式镜220。第一检流计式镜210和第二检流计式镜220由可旋转反射镜构成，所述可旋转反射镜通过使可旋转反射镜旋转以在特定角度范围内反射激光束20。
由光源100产生的激光束20被第一检流计式镜210以设定的或预定的角度反射。当第一检流计式镜210关于一个轴旋转时，激光束20的关于第一检流计式镜210的反射表面的入射角度改变，因此，确定反射的激光束20的路径。
从第一检流计式镜210反射的激光束20在第二检流计式镜220中以设定的或预定的角度反射。第二检流计式镜220的旋转轴在与第一检流计式镜210的旋转轴交叉的方向上。根据第二检流计式镜220的旋转，激光束20的关于第二检流计式镜220的反射表面的入射角度改变，并且确定反射的激光束20的路径。因此，使第一检流计式镜210和第二检流计式镜220旋转，并且可以确定(例如，调节或设置)激光束20的旋转角度，并且可以调节激光束20在待处理对象10上的焦点的位置。
在由x轴、y轴和z轴组成的三维空间中，当待处理对象10定位在xy平面上时，第一检流计式镜210可以调节激光束20在待处理对象10处形成的焦点的沿着x轴的位置，并且第二检流计式镜220可以调节激光束20在待处理对象10处形成的焦点的沿着y轴的位置。
描述了第一检流计式镜210控制激光束20在x轴上的照射位置，并且第二检流计式镜220控制(例如，设置或调节)沿着y轴的照射位置，然而本发明的实施例不限于此。例如，第一检流计式镜210可以控制沿着y轴的位置，第二检流计式镜220可以控制沿着x轴的位置。另外，位置调节光学系统200可以不包括多个检流计式镜，在一些示例中，可以通过使用单个检流计式镜并行地(同时地)控制(例如，设置或调节)沿着x轴和y轴的焦点位置。
根据示例性实施例，还可以包括用于控制第一检流计式镜210的第一控制器和用于控制第二检流计式镜220的第二控制器。第一控制器和第二控制器分别控制第一检流计式镜210的位置和角度和第二检流计式镜220的位置和角度，使得激光束20可以朝向处理位置照射。
聚光光学系统300定位在穿过位置调节光学系统200的激光束20的路径上，并使激光束20在待处理对象10上聚焦在焦点处。聚光光学系统300包括通孔光学元件310和定位在通孔光学元件310下方的复合光学元件320。
通孔光学元件310包括从通孔光学元件310的上表面贯穿到下表面的通孔(例如，开口)311。其路径由位置调节光学系统200调节的激光束20穿过通孔光学元件310的通孔311。
复合光学元件320设置在通孔光学元件310和待处理对象10之间。复合光学元件320的上表面向上凸起，并包括设置在上表面的中央处的第一区域321和围绕第一区域321设置的第二区域322。复合光学元件320的第一区域321被形成为反射层、反射涂层或反射膜并且反射激光束20，并且第二区域322透射激光束20。
穿过通孔光学元件310的通孔311的激光束20从复合光学元件320的第一区域321反射。在复合光学元件320的第一区域321处反射的激光束20再次被通孔光学元件310的下表面反射，并在复合光学元件320的第二区域322处透射穿过复合光学元件320，从而在待处理对象10上形成焦点。
根据示例性实施例，聚光光学系统300还可以包括光学元件移动装置，使得通孔光学元件310和复合光学元件320是可移动的。通过光学元件移动装置，通孔光学元件310和复合光学元件320可以作为一体一起移动，或者可以单独地和独立地移动。因此，通过调节通孔光学元件310和复合光学元件320之间的距离或者复合光学元件320和待处理对象10之间的距离，在待处理对象10上可以更易于形成焦点。
聚光光学系统300还可以包括设置在复合光学元件320和待处理对象10之间的盖子。盖子使所有入射的激光束20透射，并可以具有防止或基本上减少在处理和保护通孔光学元件310和复合光学元件320期间可能导致的通孔光学元件310和复合光学元件320的污染的功能。
收集从光源100产生并顺序地穿过位置调节光学系统200和聚光光学系统300的激光束20，以在待处理对象10的待处理位置处形成焦点。待处理对象10可以被固定到能够多轴移动的工作台(stage)，使得可以调节相对位置，从而激光束20的焦点可以定位在待处理对象10的待处理位置处。
待处理对象10包含其中可以定位激光束20的焦点的活性区域(active region)50。通过由位置调节光学系统200来调节激光束20的路径，可以在活性区域50上处理二维图案。处理轨迹(processing trace)30形成在其中激光束20的焦点经过待处理对象10的区域中。
其中可不定位激光束20的焦点的非活性区域(non-active region)40存在于待处理对象10处。复合光学元件320的第一区域321不透射激光束20，而是在其中定位有通孔光学元件310的方向上反射激光束20。因此，焦点可以在待处理对象10的设置在第一区域321下方的局部区域处。
非活性区域40可以具有将复合光学元件320的第一区域321投影到待处理对象10上的形状。例如，如果复合光学元件320的第一区域321在y轴方向上具有长方形形状(longrectangle shape)，则待处理对象10的非活性区域40也可以在y轴方向上具有长方形形状。另外，由于激光束20的反射和折射，非活性区域40的形状可能不与复合光学元件320的第一区域321的投影到待处理对象10上的形状完全相同，并且非活性区域40可能具有扭曲的形状。因为待处理区域不应被包括在非活性区域40中，所以第一区域321的位置、尺寸或形状可以根据待处理对象10上的待处理的位置、尺寸或形状来确定。
现在将参照图2至图5详细描述通孔光学元件310。
图2是当从上方观察时的根据本发明的示例性实施例的通孔光学元件的透视图。
参照图2，通孔光学元件310包括在中心处穿过上表面和下表面的通孔311，并且通孔光学元件310的上表面包括平坦部312。
如图1中所示，穿过位置调节光学系统200的激光束20在不被折射的情况下通过通孔311穿过通孔光学元件310。因此，在根据本发明的示例性实施例的激光处理设备中，激光束20不直接入射在通孔光学元件310的平坦部312上。
图3是当从下方观察时的根据本发明的示例性实施例的通孔光学元件的透视图。
参照图3，通孔光学元件310的下表面具有凹形，并且在其中心处包括穿过通孔光学元件310的上表面的通孔311。通孔光学元件310的下表面包括定位在通孔311的周边处的第一凹进部313。第一凹进部313为凹面镜。因此，以非平行且非正交的角度进入(例如，以斜线进入)第一凹进部313中的激光束被在非扩散的聚集方向上反射。
通孔光学元件310的第一凹进部313可以是球面凹面镜，所述球面凹面镜具有球面的内表面作为反射表面。然而，本发明的实施例不限于此，根据一些示例，通孔光学元件310的第一凹进部313可以是非球面的(即，非球形的)凹面镜。在非球面的凹面镜的情况下，与球面凹面镜相比，可以减小球面像差，从而允许更精确的处理。
图4是根据本发明的示例性实施例的通孔光学元件的俯视平面图。
参照图4，通孔光学元件310的平坦部312为圆形。然而，本发明的实施例不限于此，根据一些示例，通孔光学元件310的平坦部312可以为椭圆形、多角形或具有任何其他合适的形状。
在通孔光学元件310的平面图中，通孔311设置在平坦部312的中心处。然而，本发明的实施例不限于此，根据一些示例，在平面图中，通孔311不设置在平坦部312的中心处，并且可以定位在任何合适的位置处。通孔光学元件310的通孔311为圆形。然而，本发明的实施例不限于此，根据一些示例，通孔311可以为椭圆形、多角形或具有任何其他合适的形状。
参照图5描述通孔光学元件310的剖面。图5是沿着图4的线V-V截取的通孔光学元件的剖视图。
如上所述，通孔光学元件310的平坦部312是平坦的，并且第一凹进部313具有凹形。通孔光学元件310朝向中心变薄。换言之，通孔光学元件310的边缘部分(例如，距离中心最远的部分)的厚度最厚，并且中心部分的厚度最薄。通孔光学元件310包括穿过上表面和下表面的通孔311。
接下来，参照图6至图9详细描述复合光学元件320。
图6是当从上方观察时的根据本发明的示例性实施例的复合光学元件的透视图。
参照图6，复合光学元件320的上表面具有凸形形状。复合光学元件320包括设置在复合光学元件320的上表面的中心处的第一区域321和设置在第一区域321的周边处的第二区域322。第一区域321反射激光束20，并且第二区域322透射激光束20。第一区域321用作凸面镜，并且第二区域322用作凸透镜。复合光学元件320的第二区域322被配置为凸透镜，使得入射在第二区域322上的激光束可以在不扩散的情况下被会聚。作为凸面镜的第一区域321和作为设置在凸面镜的周边的凸透镜的第二区域322是一体形成的。
可以通过向凸透镜的上表面的中心施加高反射涂层来形成复合光学元件320的第一区域321和第二区域322。然而，复合光学元件320也可以通过任何合适的方法形成，以具有激光束20被第一区域321反射且激光束20在第二区域322处透射穿过的特性。
复合光学元件320的上表面可以为球面的。然而，本发明的实施例不限于此，根据一些示例，复合光学元件320的上表面可以为非球面的。如果复合光学元件320的上表面为非球面的，则与球面表面的情况相比，可以减小球面像差，从而能够进行更精确的处理。
图7是当从下方观察时的根据本发明的示例性实施例的复合光学元件的透视图。
参照图1至图7，复合光学元件320的下表面具有凹形形状，并包括第二凹进部323。第二凹进部323为凹透镜。不同于通孔光学元件310的第一凹进部313，第二凹进部323透射激光束20。第二凹进部323可以为球面的。然而，根据一些示例，第二凹进部323也可以为非球面的。
图8是根据本发明的示例性实施例的复合光学元件的俯视平面图。
参照图1至图8，当从俯视平面图观察时，复合光学元件320的上表面为圆形。然而，本发明的实施例不限于此，根据一些示例，复合光学元件320的平面形状可以为任何合适的形状，诸如，椭圆形或多角形等。
反射激光束20的第一区域321设置在复合光学元件320的上表面的中心处。第一区域321为矩形。然而，这是示例，第一区域321可以具有任何合适的形状，诸如，圆形、椭圆形或多角形等。如上所述，第一区域321的位置、尺寸和形状可以根据待处理对象10上的待处理的位置、尺寸和形状来确定。
参照图9描述复合光学元件320的剖视图。图9是沿着图8的线IX-IX截取的复合光学元件的剖视图。
复合光学元件320的上表面为凸形，并且下表面为凹形。复合光学元件320的上表面的曲率中心c1和下表面的曲率中心c2两者均定位在复合光学元件320下方。
复合光学元件320的上表面的曲率大于下表面的曲率。即，复合光学元件320的第一区域321和第二区域322的曲率大于第二凹进部323的曲率。因为曲率半径与曲率成反比，所以复合光学元件320的第一区域321和第二区域322的曲率半径r1小于第二凹进部323的曲率半径r2。这里，沿着曲线在特定点处的曲率可以是其切线对将该点移动到邻近点的敏感度的测量值，曲率中心可以指的是曲线的两条无限接近的法线的交点，沿着曲线在特定点处的曲率半径可以指的是从特定点至曲率中心的距离。
因此，复合光学元件320从边缘朝向中心变厚。复合光学元件320在边缘处最薄且在中心处最厚。
然而，本发明的实施例不限于此，根据一些示例，复合光学元件320的第一区域321和第二区域322的曲率可以等于第二凹进部323的曲率，或者第一区域321和第二区域322的曲率可以小于第二凹进部323的曲率。换言之，复合光学元件320的第一区域321和第二区域322的曲率半径r1可以等于第二凹进部323的曲率半径r2，或者第一区域321和第二区域322的曲率半径r1可以大于第二凹进部323的曲率半径r2。在这种情况下，复合光学元件320的厚度可以是均匀的，或者复合光学元件320可以在边缘处最厚且在中心处最薄。
参照图10描述穿过聚光光学系统300的激光束20的路径。图10是聚光光学系统300的说明图。
图10表示第一激光束21的行进路径和第二激光束22的行进路径，第一激光束21的路径被调节以在待处理对象10的第一焦点位置31处形成焦点，第二激光束22的路径被调节以在待处理对象10的第二焦点位置32处形成焦点。
首先，通过第一射线21-1和第二射线21-2的行进路径来描述第一激光束21的行进路径。第一激光束21是许多射线的集合，讨论第一激光束21的第一射线21-1和第二射线21-2。
第一射线21-1和第二射线21-2通过通孔311穿过通孔光学元件310。因为通孔311穿过通孔光学元件310的上表面和下表面，所以第一射线21-1和第二射线21-2在穿过通孔311时在不被折射的情况下行进。
通过通孔311穿过通孔光学元件310的第一射线21-1和第二射线21-2在复合光学元件320的第一区域321中被反射。因为第一区域321为凸面镜，所以与当从平面镜反射时相比，从第一区域321反射的第一射线21-1和第二射线21-2更多地在朝向复合光学元件320的外周边的方向上行进。
在第一区域321处被反射的第一射线21-1和第二射线21-2在通孔光学元件310的第一凹进部313处被再次反射。因为第一凹进部313为凹面镜，所以与当从平面镜反射时相比，从第一凹进部313反射的第一射线21-1和第二射线21-2更多地在朝向第一凹进部313的中心的方向上行进。
在第一凹进部313处被反射的第一射线21-1和第二射线21-2传输到复合光学元件320的第二区域322。因为第二区域322具有凸形形状，所以第一射线21-1和第二射线21-2由于介质的折射率差异在朝向复合光学元件320的中心的方向上被折射。
入射在复合光学元件320的第二区域322上的第一射线21-1和第二射线21-2通过复合光学元件320的第二凹进部323发射。因为第二凹进部323为凹透镜，所以第一射线21-1和第二射线21-2在朝向复合光学元件320的外部的方向上被折射并且行进。第一射线21-1和第二射线21-2在待处理对象10上的第一焦点位置31处聚焦，以形成焦点。
当仅使用反射镜来防止色差时，光束均匀性由于球面像差而受到限制。然而，在根据本发明的实施例的激光处理设备的情况下，通过使用反射镜和透射透镜两者来防止或减小色差，并且可以在透镜表面上实现像差补偿，从而还改善了光束均匀性和光束质量。
对于本领域普通技术人员应当明显的是，第一射线21-1和第二射线21-2仅作为示例被描述，第一激光束21可以包括更多射线。
在下文中，为了描述第二激光束22的行进路径，将代表性地描述第三射线22-1和第四射线22-2的行进路径。可以省略与针对第一激光束21描述的内容相同的内容的详细描述。
与第一激光束21不同，第二激光束22的路径被调节以在第二焦点位置32处形成焦点。如针对第一激光束21所描述的，第三射线22-1和第四射线22-2通过通孔311穿过通孔光学元件310，并在复合光学元件320的第一区域321处被反射。从第一区域321反射的第三射线22-1和第四射线22-2在通孔光学元件310的第一凹进部313处被再次反射，以依次穿过复合光学元件320的第二区域322和第二凹进部323并且被折射。第三射线22-1和第四射线22-2在待处理对象10的第二焦点位置32处聚焦，以形成焦点。
对于本领域普通技术人员应当明显的是，第三射线22-1和第四射线22-2仅是示例，第二激光束22可以包括更多射线。
待处理对象10包括：其中形成焦点的待处理的活性区域50和其中可不形成焦点的非活性区域40。
复合光学元件320的第一区域321不透射激光束20，而是在其中设有通孔光学元件310的方向上反射激光束20。因此，在设置到第一区域321的底部的待处理对象10的局部区域处，可不设置焦点。
非活性区域40可以具有从复合光学元件320的第一区域321投影的与第一区域321相同的形状。然而，本发明的实施例不限于此，根据一些示例，由于激光束20的反射和折射，非活性区域40可能不具有与复合光学元件320的第一区域321完全相同的形状，并且第一区域321的形状可能部分地扭曲。因此，第一区域321的位置、尺寸或形状可以根据待处理对象10的位置、尺寸或形状来确定。
图11是示出了当通过使用根据本发明的示例性实施例的激光处理设备发射激光束时朝向待处理对象照射的激光束的光斑(spot)尺寸分布的图像。
在使用透射透镜的激光处理设备的情况下，激光束透射穿过透镜的整个表面，从而可以在待处理对象的整个表面上形成焦点。相比之下，因为根据本发明的示例性实施例的激光处理设备在复合光学元件中包括不透射激光束的第一区域，所以激光束未到达的非活性区域40存在于第一区域下面的局部区域处。
参照图12和图13描述了取决于通过使用透射透镜的激光处理设备和根据本发明的示例性实施例的激光处理设备所照射的激光束的波长的焦点的位置。
图12是示出取决于使用透射透镜的激光处理设备的激光束的波长的焦点的移动距离(例如，位移(shift))的曲线图，并且图13是示出取决于根据本发明的示例性实施例的激光处理设备的激光束的波长的焦点的移动距离的曲线图。
参照图12，在使用透射透镜的激光处理设备的情况下，在其中波长为从354nm至356nm的区域中，存在大约620μm的焦点位置的差异。这是由于当激光束穿过透镜时产生的色差的影响所导致。
参照图13，在根据本发明的示例性实施例的激光处理设备的情况下，在其中波长为从354nm至356nm的区域处，存在大约24μm的焦点位置的差异。换言之，在相同的波长范围中，根据本发明的一些实施例的激光处理设备的焦点位置(例如，焦点位移)的差异仅为使用透射透镜的激光处理设备的焦点位置的差异的1/25，并且确认色差的影响非常小。
随着激光束的脉冲持续时间越短，光谱带越宽。在使用透射透镜的激光处理设备中，当使用具有短的脉冲持续时间的激光束时，根据波长的焦点的位置差异变大，并且激光处理设备的精度低。
然而，根据本发明的一些实施例的激光处理设备使用少量的(例如，最少数量的)透射透镜，从而色差的影响非常小。因此，即使使用具有飞秒的持续时间的脉冲激光束，取决于波长的焦点的位置差异(例如，焦点位移)也不大，并且改善了激光处理设备的精度和处理质量。
将理解的是，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相比之下，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。此外，在说明书中，措辞“在……上”或“在……上方”表示定位在对象部分上或者定位在对象部分下方，而不必表示基于重力方向定位在对象部分的上侧。
将理解的是，尽管在文中可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可被称为第二元件、组件、区域、层或部分。
为了易于描述，在文中可使用诸如“在……下面”、“在……下方”、“下”、“在……之下”、“在……上方”、“上”等空间相对术语来描述如图中所示的一个元件或特征与另一元件(多个元件)或特征(多个特征)的关系。将理解的是，除了图中描绘的方位之外，空间相对术语还旨在包含装置在使用或在操作中的不同方位。例如，如果装置在图中被翻转，则描述为“在”其他元件或特征“下方”或“下面”或“之下”的元件随后将被定位为“在”其他元件或特征“上方”。因此，示例术语“在……下方”和“在……之下”可包含“在……上方”和“在“在……之下”下方”两种方位。装置可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，并且应当相应地解释文中使用的空间相对描述语。另外，还将理解的是，当层被称作“在”两个层“之间”时，该层可以是这两个层之间的唯一层，或者也可以存在一个或多个中间层。
文中使用的术语是为了描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明构思。如文中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”和“一种”也意图包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如在文中所使用的，术语“和/或”包括所列相关项中的一个或多个的任意组合和所有组合。
此外，当描述本发明构思的实施例时，“可以”的使用是指“本发明构思的一个或多个实施例”。另外，术语“示例性”意图指的是示例或举例说明。
将理解的是，当元件或层被称作“在”另一元件或层“上”、“连接到”另一元件或层、“结合到”另一元件或层或者“与”另一元件或层“相邻”时，该元件或层可以直接在所述另一元件或层上、直接连接到所述另一元件或层、直接结合到所述另一元件或层或者与所述另一元件或层直接相邻，或者可以存在一个或多个中间元件或层。当元件或层被称作“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”另一元件或层、“直接结合到”另一元件或层或者“与”另一元件或层“直接相邻”时，不存在中间元件或层。
如文中所使用的，术语“基本上”、“大约”和类似术语用作近似术语而不用作程度术语，并且旨在解释本领域普通技术人员将认识到的测量值或计算值的固有偏差。此外，在此书面描述或本公开中列举的特定量或特定范围也可以包含本领域普通技术人员将认识到的测量值或计算值的固有偏差。
如文中所使用的，术语“使用”可以分别被认为与术语“利用”同义。
虽然已经结合目前被视为实际的示例性实施例的示例性实施例描述了本发明，但将理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，本发明旨在覆盖包括在如由本公开所限定的本发明的精神和范围内的各种合适的修改和等同布置。
一些附图标记的描述
10：待处理对象
20：激光束
30：处理轨迹
40：非活性区域
50：活性区域
100：光源
200：位置调节光学系统
210：第一检流计式镜
220：第二检流计式镜
300：聚光光学系统
310：通孔光学元件
311：通孔
312：平坦部
313：第一凹进部
320：复合光学元件
321：第一区域
322：第二区域
323：第二凹进部

Claims (10)

1.一种激光处理设备，其中，所述激光处理设备包括：
光源，配置为产生激光束；以及
聚光光学系统，配置为将所述激光束在待处理对象处会聚到焦点，所述聚光光学系统包括通孔光学元件和位于所述通孔光学元件下面的复合光学元件，
其中，所述通孔光学元件在所述通孔光学元件的下表面处包括配置为凹面镜的第一凹进部，并且
其中，所述复合光学元件的上表面为凸形，并且包括配置为反射所述激光束的第一区域和配置为透射所述激光束的第二区域，其中，所述第二区域用作凸透镜。
2.根据权利要求1所述的激光处理设备，其中，
所述通孔光学元件具有穿过所述通孔光学元件的中心的通孔，并且
所述复合光学元件在所述复合光学元件的下表面处包括凹形的第二凹进部，所述第二凹进部配置为透射所述激光束。
3.根据权利要求2所述的激光处理设备，其中，所述聚光光学系统还包括在所述复合光学元件和所述待处理对象之间的盖子。
4.根据权利要求2所述的激光处理设备，其中，所述激光处理设备还包括：
位置调节光学系统，所述位置调节光学系统在所述激光束的路径上并且配置为调节所述激光束在所述待处理对象上的照射位置，
其中，所述位置调节光学系统包括第一检流计式镜和第二检流计式镜，所述第一检流计式镜配置为确定所述待处理对象上的所述焦点的沿着x轴的位置，所述第二检流计式镜配置为确定所述待处理对象上的所述焦点的沿着与所述x轴交叉的y轴的位置，并且
其中，所述位置调节光学系统还包括控制器，所述控制器配置为控制所述第一检流计式镜的位置和角度和所述第二检流计式镜的位置和角度。
5.根据权利要求2所述的激光处理设备，其中，所述激光处理设备还包括：
检流计式镜，所述检流计式镜配置为调节所述待处理对象上的所述焦点的沿着x轴和与所述x轴交叉的y轴两者的位置。
6.根据权利要求2所述的激光处理设备，其中，
所述激光束为脉冲激光束，并且
所述激光束具有飞秒的脉冲持续时间。
7.根据权利要求2所述的激光处理设备，其中，
所述第一区域的形状为圆形、椭圆形或多角形。
8.根据权利要求2所述的激光处理设备，其中，
所述待处理对象包括非活性区域和活性区域，所述激光束未到达所述非活性区域，所述激光束在所述活性区域中会聚在所述焦点处，并且
所述待处理对象被固定到能够移动的工作台。
9.根据权利要求2所述的激光处理设备，其中，所述复合光学元件的所述第一区域和所述第二区域的曲率大于所述第二凹进部的曲率。
10.根据权利要求2所述的激光处理设备，其中，所述复合光学元件的所述第一区域和所述第二区域的曲率小于或等于所述第二凹进部的曲率。
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