JP2010058128A - Laser beam irradiation apparatus and laser beam irradiation method - Google Patents

Laser beam irradiation apparatus and laser beam irradiation method Download PDF

Info

Publication number
JP2010058128A
JP2010058128A JP2008223975A JP2008223975A JP2010058128A JP 2010058128 A JP2010058128 A JP 2010058128A JP 2008223975 A JP2008223975 A JP 2008223975A JP 2008223975 A JP2008223975 A JP 2008223975A JP 2010058128 A JP2010058128 A JP 2010058128A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
condensing
laser light
hologram
laser beam
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008223975A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5368033B2 (en
JP2010058128A5 (en
Inventor
Naoya Matsumoto
直也 松本
Taku Inoue
卓 井上
Haruyasu Ito
晴康 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2008223975A priority Critical patent/JP5368033B2/en
Publication of JP2010058128A publication Critical patent/JP2010058128A/en
Publication of JP2010058128A5 publication Critical patent/JP2010058128A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5368033B2 publication Critical patent/JP5368033B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam irradiation apparatus which can reduce extension of laser beam condensing range at each of a plurality of condensing points inside of an object. <P>SOLUTION: The laser beam irradiation apparatus 1 is an apparatus which condenses and irradiates laser beam to a plurality of condensing points inside of the object 9, and includes a laser beam source 10, a prism 20, a spatial optical modulator 30, a lens 41, a lens 42, a mirror 50 and an objective lens 60. The laser beam output from the laser beam source 10 is input to the spatial optical modulator 30, which displays hologram to modulate phase of laser beam for each of a plurality of pixels arranged two-dimensionally and outputs the laser beam in a modulated phase. The hologram displayed on the spatial optical modulator 30 is generated by overlapping a condensing hologram that condenses laser beam to each of a plurality of condensing points and a compensating hologram that compensates aberration of laser beam corresponding to each of a plurality of condensing points. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、対象物の内部の複数の集光位置にレーザ光を集光照射する装置および方法に関するものである。   The present invention relates to an apparatus and a method for condensing and irradiating laser light to a plurality of condensing positions inside an object.

レーザ光源から出力されたレーザ光を集光光学系により集光して加工対象物に照射することにより該加工対象物を加工することができる。単にレンズを用いてレーザ光を集光するだけであれば、レーザ光の1つの集光位置を走査することで、加工対象物を所望の形状に加工することができる。しかし、この場合には加工に要する時間が長い。   The processing object can be processed by condensing the laser light output from the laser light source with a condensing optical system and irradiating the processing object. If the laser beam is simply condensed using a lens, the object to be processed can be processed into a desired shape by scanning one condensing position of the laser beam. However, in this case, the time required for processing is long.

加工時間の短縮化を図るための最も簡便な手法は、複数の集光位置にレーザ光を同時に集光照射して多点同時加工を行うことである。例えば、複数のレーザ光源を用いて、各レーザ光源から出力されたレーザ光をレンズにより集光すれば、多点同時加工を行うことができる。しかし、この場合には、複数のレーザ光源を用いることから、コストが高く、設置領域や光学系が複雑なものとなる。   The simplest method for shortening the processing time is to perform simultaneous multi-point processing by simultaneously condensing and irradiating a plurality of condensing positions with laser light. For example, if a plurality of laser light sources are used and laser light output from each laser light source is collected by a lens, multi-point simultaneous processing can be performed. However, in this case, since a plurality of laser light sources are used, the cost is high, and the installation area and the optical system become complicated.

このような問題を解消することを意図した発明が特許文献1に開示されている。この特許文献1に開示された発明では、位相変調型の空間光変調器にホログラムを呈示させて、1つのレーザ光源から出力されたレーザ光を空間光変調器により位相変調し、その位相変調されたレーザ光を集光光学系により複数の集光位置に同時に集光照射する。空間光変調器に呈示されるホログラムは、集光光学系により複数の集光位置にレーザ光が集光されるような位相変調分布を有する。   An invention intended to solve such a problem is disclosed in Patent Document 1. In the invention disclosed in Patent Document 1, a hologram is presented on a phase modulation type spatial light modulator, and laser light output from one laser light source is phase-modulated by the spatial light modulator, and the phase modulation is performed. The collected laser light is simultaneously condensed and irradiated to a plurality of condensing positions by a condensing optical system. The hologram presented in the spatial light modulator has a phase modulation distribution such that laser light is condensed at a plurality of condensing positions by the condensing optical system.

なお、特許文献1に開示されているような対象物の内部の複数の集光位置にレーザ光を集光照射する技術は、例えば、ガラスなどの内部にレーザ光を照射し当該照射部の屈折率変化を起こして光集積回路を形成したり、ガラスなどの内部にレーザ光を照射し当該照射部にクラックを形成して切断したり、シリコンウェハなどの内部にレーザ光を照射して当該照射部に改質層を形成し切断したり、といった加工に用いられるだけでなく、レーザ顕微鏡や多光子吸収顕微鏡などにおいてレーザ光の集光位置を対象物内部で走査して撮像するといった用途にも用いられる。
特開2006−68762号公報
In addition, the technique of condensing and irradiating laser light to a plurality of condensing positions inside an object as disclosed in Patent Document 1, for example, irradiating laser light inside glass or the like to refract the irradiation unit An optical integrated circuit is formed by causing a rate change, laser light is irradiated inside glass or the like to form a crack in the irradiated portion and cut, or laser light is irradiated inside a silicon wafer or the like to perform irradiation. In addition to being used for processing such as forming and cutting a modified layer on the part, it is also used for applications such as scanning a laser beam condensing position inside an object in a laser microscope or a multiphoton absorption microscope. Used.
JP 2006-68762 A

しかしながら、特許文献1に開示された発明では、例えば対象物の内部の複数の集光位置にレーザ光を集光照射する場合、各集光位置におけるレーザ光の集光領域が光軸方向に伸張し、また、その集光領域の伸張の程度は集光位置によって異なる。このような場合、上述したような加工用途や撮像用途において正確な加工または撮像を行うことが困難となる。また、例えば、加工用途を考えると、集光領域の伸張は、加工形状の劣化を引き起こすだけでなく、レーザ光の所要パワーの増加を引き起こす。   However, in the invention disclosed in Patent Document 1, for example, when condensing and irradiating laser light to a plurality of condensing positions inside an object, the condensing area of the laser light at each condensing position extends in the optical axis direction. In addition, the degree of expansion of the light collection region varies depending on the light collection position. In such a case, it becomes difficult to perform accurate processing or imaging in the above-described processing application or imaging application. Further, for example, considering a processing application, the extension of the condensing region not only causes deterioration of the processing shape but also increases the required power of the laser beam.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、対象物の内部の複数の集光位置それぞれにおけるレーザ光の収差を低減することができるレーザ光照射装置およびレーザ光照射方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a laser beam irradiation apparatus and a laser beam irradiation method capable of reducing aberrations of laser beams at each of a plurality of condensing positions inside an object. The purpose is to provide.

本発明に係るレーザ光照射装置は、対象物の内部の複数の集光位置にレーザ光を集光照射する装置であって、(1) レーザ光を出力するレーザ光源と、(2) レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、2次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、(3) 空間光変調器から出力されたレーザ光を複数の集光位置に集光する集光光学系と、(4) 複数の集光位置それぞれにレーザ光を集光させるための集光用ホログラムと、複数の集光位置それぞれに応じたレーザ光の収差を補正するための補正用ホログラムと、を重畳したホログラムを空間光変調器に呈示させる制御部と、を備えることを特徴とする。   A laser light irradiation apparatus according to the present invention is an apparatus that condenses and irradiates laser light to a plurality of condensing positions inside an object, and (1) a laser light source that outputs laser light; and (2) a laser light source. Phase modulation type spatial light modulation that inputs the laser beam output from the laser, presents a hologram that modulates the phase of the laser beam at each of the two-dimensionally arranged pixels, and outputs the laser beam after the phase modulation And (3) a condensing optical system for condensing the laser light output from the spatial light modulator at a plurality of condensing positions, and (4) for condensing the laser light at each of the plurality of condensing positions. A control unit for presenting a hologram on which the hologram for condensing and a hologram for correction for correcting aberrations of laser light corresponding to each of a plurality of condensing positions are superimposed on the spatial light modulator. And

本発明に係るレーザ光照射装置では、制御部は、対象物の外部に集光位置が存在し且つ補正をしなかった場合の集光位置に対し、対象物の内部に集光位置が存在し且つ補正をした場合の集光位置の光路長変化分に基づいて、補正用ホログラムを設定するのが好適である。   In the laser beam irradiation apparatus according to the present invention, the control unit has a condensing position inside the object with respect to the condensing position when the condensing position exists outside the object and is not corrected. In addition, it is preferable to set a correction hologram based on the change in the optical path length of the light collection position when correction is performed.

本発明に係るレーザ光照射方法は、対象物の内部の複数の集光位置にレーザ光を集光照射する方法であって、(1) レーザ光を出力するレーザ光源と、(2) レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、2次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、(3) 空間光変調器から出力されたレーザ光を複数の集光位置に集光する集光光学系と、を用いる。そして、本発明に係るレーザ光照射方法は、複数の集光位置それぞれにレーザ光を集光させるための集光用ホログラムと、複数の集光位置それぞれに応じたレーザ光の収差を補正するための補正用ホログラムと、を重畳したホログラムを空間光変調器に呈示させることを特徴とする。   A laser light irradiation method according to the present invention is a method of condensing and irradiating laser light to a plurality of condensing positions inside an object, and (1) a laser light source that outputs laser light, and (2) a laser light source Phase modulation type spatial light modulation that inputs the laser beam output from the laser, presents a hologram that modulates the phase of the laser beam at each of the two-dimensionally arranged pixels, and outputs the laser beam after the phase modulation And (3) a condensing optical system that condenses the laser light output from the spatial light modulator at a plurality of condensing positions. The laser beam irradiation method according to the present invention corrects the aberration of the laser beam corresponding to each of the plurality of condensing positions and the condensing hologram for condensing the laser beam at each of the plurality of condensing positions. The correction hologram is superimposed on the hologram and the spatial light modulator is presented.

本発明に係るレーザ光照射方法は、対象物の外部に集光位置が存在し且つ補正をしなかった場合の集光位置に対し、対象物の内部に集光位置が存在し且つ補正をした場合の集光位置の光路長変化分に基づいて、補正用ホログラムを設定するのが好適である。   In the laser beam irradiation method according to the present invention, the condensing position exists inside the object and is corrected with respect to the condensing position when the condensing position exists outside the object and is not corrected. In this case, it is preferable to set the correction hologram based on the change in the optical path length of the condensing position.

本発明によれば、複数の集光位置それぞれにおけるレーザ光の収差を低減することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the aberration of laser light at each of a plurality of condensing positions.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本実施形態に係るレーザ光照射装置1の構成図である。この図に示されるレーザ光照射装置1は、対象物9の内部の複数の集光位置にレーザ光を集光照射する装置であって、レーザ光源10、プリズム20、空間光変調器30、駆動部31、制御部32、レンズ41、レンズ42、ミラー50および対物レンズ(集光光学系)60を備える。   FIG. 1 is a configuration diagram of a laser beam irradiation apparatus 1 according to the present embodiment. The laser beam irradiation device 1 shown in this figure is a device that focuses and irradiates laser light to a plurality of condensing positions inside an object 9, and includes a laser light source 10, a prism 20, a spatial light modulator 30, and driving. Unit 31, control unit 32, lens 41, lens 42, mirror 50, and objective lens (condensing optical system) 60.

レーザ光源10は、対象物9の内部の複数の集光位置に集光照射されるべきレーザ光を出力するものであり、好適にはフェムト秒レーザ光源やNd:YAGレーザ光源などのパルスレーザ光源である。   The laser light source 10 outputs laser light to be focused and irradiated on a plurality of condensing positions inside the object 9, and preferably a pulse laser light source such as a femtosecond laser light source or an Nd: YAG laser light source. It is.

空間光変調器30は、位相変調型のものであって、レーザ光源10から出力されプリズム20の第1反射面21で反射されたレーザ光を入力し、2次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する。この空間光変調器30において呈示される位相ホログラムは、数値計算により求められたホログラム(CGH: Computer Generated Hologram)であるのが好ましい。   The spatial light modulator 30 is of a phase modulation type, and receives laser light output from the laser light source 10 and reflected by the first reflecting surface 21 of the prism 20, and in each of a plurality of two-dimensionally arranged pixels. A hologram that modulates the phase of the laser beam is presented, and the phase-modulated laser beam is output. The phase hologram presented in the spatial light modulator 30 is preferably a hologram (CGH: Computer Generated Hologram) obtained by numerical calculation.

この空間光変調器30は、反射型のものであってもよいし、透過型のものであってもよい。反射型の空間光変調器20としては、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)型、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型および光アドレス型の何れであってもよい。また、透過型の空間光変調器20としてはLCD(Liquid Crystal Display)等であってもよい。図1では、空間光変調器30として反射型のものが示されている。透過型の場合にはプリズム20は必要ない。   The spatial light modulator 30 may be a reflection type or a transmission type. The reflective spatial light modulator 20 may be any of LCOS (Liquid Crystal on Silicon) type, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) type, and optical address type. The transmissive spatial light modulator 20 may be an LCD (Liquid Crystal Display) or the like. In FIG. 1, a reflective type is shown as the spatial light modulator 30. In the case of the transmission type, the prism 20 is not necessary.

駆動部31は、空間光変調器30の2次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定するものであり、その画素毎の位相変調量設定のための信号を空間光変調器30に与える。駆動部31は、空間光変調器30の2次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定することで、空間光変調器30にホログラムを呈示させる。   The drive unit 31 sets a phase modulation amount in each of a plurality of pixels arranged two-dimensionally in the spatial light modulator 30, and a signal for setting the phase modulation amount for each pixel is sent to the spatial light modulator 30. give. The drive unit 31 causes the spatial light modulator 30 to present a hologram by setting the amount of phase modulation in each of the plurality of pixels that are two-dimensionally arranged in the spatial light modulator 30.

レンズ41およびレンズ42は、4f光学系を構成していて、空間光変調器30と対物レンズ60とが互いに結像関係となるように配置されている。すなわち、レンズ41およびレンズ42からなる4f光学系は、空間光変調器30から出力されプリズム20の第2反射面22で反射されたレーザ光を入力して、空間光変調器30におけるレーザ光の像を対物レンズ60に結像させる。   The lens 41 and the lens 42 constitute a 4f optical system, and the spatial light modulator 30 and the objective lens 60 are disposed so as to form an imaging relationship with each other. That is, the 4f optical system including the lens 41 and the lens 42 inputs the laser light output from the spatial light modulator 30 and reflected by the second reflecting surface 22 of the prism 20, and the laser light in the spatial light modulator 30 is input. An image is formed on the objective lens 60.

ミラー50は、レンズ41およびレンズ42からなる4f光学系から出力されたレーザ光を入力して、このレーザ光を対物レンズ60へ反射させる。集光光学系としての対物レンズ60は、ミラー50で反射されたレーザ光を入力して、このレーザ光を対象物9の内部の複数の集光位置に集光する。   The mirror 50 inputs laser light output from the 4f optical system including the lens 41 and the lens 42 and reflects the laser light to the objective lens 60. The objective lens 60 as a condensing optical system inputs the laser light reflected by the mirror 50 and condenses the laser light at a plurality of condensing positions inside the object 9.

制御部32は、例えばコンピュータで構成され、駆動部31の動作を制御することで、駆動部31から空間光変調器30へホログラムを書き込ませる。このとき、制御部32は、空間光変調器30から出力されたレーザ光を集光光学系60により対象物9の内部の複数の集光位置に集光させるホログラムを空間光変調器30に呈示させる。   The control unit 32 is configured by a computer, for example, and controls the operation of the drive unit 31 to write a hologram from the drive unit 31 to the spatial light modulator 30. At this time, the control unit 32 presents the spatial light modulator 30 with a hologram for condensing the laser light output from the spatial light modulator 30 at a plurality of condensing positions inside the object 9 by the condensing optical system 60. Let

図2は、対象物9の内部の2つの集光位置A,Bにレーザ光が集光される様子を示す図である。空間光変調器30に呈示されるホログラムφresultは、集光位置Aにレーザ光を集光させるための集光用ホログラムをφとし、集光位置Bにレーザ光を集光させるための集光用ホログラムをφとして、下記(1)式の結果から位相のみを取り出すことで得られる。ここで、K,Kは係数である。なお、この操作を本明細書では「位相化法」と呼ぶ。空間光変調器30内を複数の小さな領域に分割しそれぞれにホログラムを配置する場合と比較して、この位相化法を用いると、複数のホログラムが1つの大きな領域に配置されるため、NAの確保や耐光性を高めることができる。 FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which laser light is condensed at two condensing positions A and B inside the object 9. The hologram φ result presented in the spatial light modulator 30 is a collection hologram for condensing the laser light at the condensing position B, where φ A is a condensing hologram for condensing the laser light at the condensing position A. the light hologram as phi B, obtained by extracting only the phase from the result of the following equation (1). Here, K A and K B are coefficients. This operation is referred to as a “phasing method” in this specification. Compared with the case where the spatial light modulator 30 is divided into a plurality of small regions and holograms are arranged in each of the regions, using this phasing method, a plurality of holograms are arranged in one large region. Ensuring and light resistance can be improved.

また、集光位置Aにレーザ光を集光させるための集光用ホログラムφは、対物レンズ60の光軸に垂直な面上の所定位置にレーザ光を集光させるためのホログラムをφA_targetとし、対物レンズ60の光軸方向の所定位置にレーザ光を集光させるためのホログラムをφA_FLPとして、下記(2a)式から得られる。同様に、集光位置Bにレーザ光を集光させるための集光用ホログラムφは、対物レンズ60の光軸に垂直な面上の所定位置にレーザ光を集光させるためのホログラムをφB_targetとし、対物レンズ60の光軸方向の所定位置にレーザ光を集光させるためのホログラムをφB_FLPとして、下記(2b)式から得られる。 Further, the light converging hologram phi A for focusing a laser beam on the focusing position A, a hologram for condensing a laser beam at a predetermined position on a plane perpendicular to the optical axis of the objective lens 60 phi a_target The hologram for condensing the laser beam at a predetermined position in the optical axis direction of the objective lens 60 is obtained as the following formula (2a) as φA_FLP . Similarly, a condensing hologram φ B for condensing laser light at the condensing position B is obtained by converting a hologram for condensing the laser light at a predetermined position on a plane perpendicular to the optical axis of the objective lens 60 into φ. and b_target, a hologram for condensing the laser beam to a predetermined position in the optical axis direction of the objective lens 60 as φ B_FLP, obtained from the following (2b) equation.

対物レンズ60の光軸方向に沿った所定位置にレーザ光を集光させるためのホログラムφA_FLP,φB_FLPは、フレネルレンズパターン(FLP: Fresnel Lens Pattern)を表し、下記(3)式で表される。ここで、rは中心からの距離であり、λは波長であり、fは焦点距離である。図3は、フレネルレンズパターンにおける位相変調分布を示す図である。この図では、位相変調量がグレイスケールで示されている。 Holograms φ A_FLP and φ B_FLP for condensing laser light at a predetermined position along the optical axis direction of the objective lens 60 represent a Fresnel lens pattern (FLP) and are expressed by the following equation (3). The Here, r is the distance from the center, λ is the wavelength, and f is the focal length. FIG. 3 is a diagram showing a phase modulation distribution in the Fresnel lens pattern. In this figure, the phase modulation amount is shown in gray scale.

なお、フレネルレンズパターンに替えてフレネルゾーンプレート(FZP: Fresnel Zone Plate)が用いられてもよい。フレネルゾーンプレートは、下記(3)式を2πで割ったときの剰余がπ未満である位置で値0を有し、その剰余がπ以上である位置で値πを有するようにして、2値化されたものである。   A Fresnel zone plate (FZP) may be used instead of the Fresnel lens pattern. The Fresnel zone plate has a value of 0 at a position where the remainder when the following equation (3) is divided by 2π is less than π, and a value π at a position where the remainder is π or more. It has been

対物レンズ60から出力されるレーザ光が理想的な収斂光であって、集光位置が対物レンズ60と対象物9の表面との間の空間であるとすると、その集光位置におけるレーザ光の集光領域は狭い。しかし、対物レンズ60から出力されるレーザ光が理想的な収斂光であったとしても、対象物9の内部においてレーザ光が集光される場合、その集光位置におけるレーザ光の集光領域は光軸方向に伸張する。これについて以下に更に詳細に説明する。   If the laser light output from the objective lens 60 is ideal convergent light, and the condensing position is a space between the objective lens 60 and the surface of the object 9, the laser light at the condensing position is The light collection area is narrow. However, even if the laser light output from the objective lens 60 is ideal convergent light, when the laser light is condensed inside the object 9, the condensing region of the laser light at the condensing position is Extends in the direction of the optical axis. This will be described in more detail below.

図4は、対象物9の内部においてレーザ光が集光される様子を示す図である。同図に示されるように、対物レンズ60と対象物9の表面との間の空間の屈折率をnとし、対象物9の屈折率をnとする。このとき、屈折率が互いに異なる空間と対象物9との境界面を光が通過するとき、下記(4)式で表されるスネルの法則に従って光が屈折する。ここで、θは入射角であり、θは屈折角である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which laser light is condensed inside the object 9. As shown in the figure, the refractive index of the space between the objective lens 60 and the surface of the object 9 and n 1, the refractive index of the object 9 and n 2. At this time, when the light passes through the boundary surface between the object 9 and the space having different refractive indexes, the light is refracted according to Snell's law expressed by the following equation (4). Here, θ 1 is an incident angle, and θ 2 is a refraction angle.

図5に示されるように、このスネルの法則に従う屈折により、対物レンズ60の周辺部を通る入射角が大きい光線Lによる集光位置は、対物レンズ60の中心部付近を通る入射角が小さい近軸光線Lによる集光位置から大きくずれる。その結果、集光領域は、同図に示されるように光軸方向に伸びる。このずれは球面収差と呼ばれる。このような伸びた集光領域で加工が行われると、収差がない場合に比べて、強い光量を要したり、加工部分が光軸方向に間延びしたりする。 As shown in FIG. 5, due to refraction according to Snell's law, the condensing position of the light beam L 1 having a large incident angle passing through the periphery of the objective lens 60 has a small incident angle passing near the center of the objective lens 60. It deviates greatly from condensing position by the paraxial ray L 2. As a result, the condensing region extends in the optical axis direction as shown in FIG. This deviation is called spherical aberration. When processing is performed in such an extended condensing region, compared to the case where there is no aberration, a strong light amount is required, or the processed portion extends in the optical axis direction.

球面収差量は内部の集光位置の深さdによって異なる。光軸から距離hだけ離れた光線の球面収差Δsは下記(5)式で表される。この式から、球面収差が深さdに比例し、深くなるほど球面収差量が大きくなることがわかる。また、この(5)式を用いて波面収差E(h)は下記(6)式で表される。ここで、hは、対物レンズ60における光線の高さ(光軸からの距離)である。   The amount of spherical aberration varies depending on the depth d of the internal focusing position. The spherical aberration Δs of a light beam that is separated from the optical axis by a distance h is expressed by the following equation (5). From this equation, it can be seen that the spherical aberration is proportional to the depth d, and that the amount of spherical aberration increases as the depth increases. Further, the wavefront aberration E (h) is expressed by the following equation (6) using the equation (5). Here, h is the height of the light beam in the objective lens 60 (distance from the optical axis).

球面収差が大きくなると、加工のためにレーザ光の光量を大きくしなければならなかったり、光軸方向に集光領域が伸びて形成されたりしてしまう。特に、光軸方向に集光領域が伸びて形成されてしまうことは光集積回路を作るうえで好ましくない。   If the spherical aberration is increased, the amount of laser light must be increased for processing, or a condensing region is formed extending in the optical axis direction. In particular, it is not preferable for the optical integrated circuit to be formed that the condensing region is extended in the optical axis direction.

そこで、本実施形態では、制御部32は、各集光位置にレーザ光を集光させるための集光用ホログラムφ,φと、各集光位置に応じたレーザ光の収差を補正するための補正用ホログラムφA_SACP,φB_SACPと、を重畳したホログラムを空間光変調器30に呈示させる。補正用ホログラムφA_SACPは、集光用ホログラムφ(上記(2a)式)による対象物9の内部の集光位置Aでのレーザ光の集光の際の波面収差を補正するものである。また、補正用ホログラムφB_SACPは、集光用ホログラムφ(上記(2b)式)による対象物9の内部の集光位置Bでのレーザ光の集光の際の波面収差を補正するものである。 Therefore, in the present embodiment, the control unit 32 corrects the converging holograms φ A and φ B for condensing the laser light at each condensing position and the aberration of the laser light corresponding to each condensing position. For this purpose, a hologram on which correction holograms φ A — SACP and φ B — SACP are superimposed is presented to the spatial light modulator 30. The correction hologram φ A_SACP corrects the wavefront aberration at the time of condensing the laser beam at the condensing position A inside the object 9 by the condensing hologram φ A (the above formula (2a)). Further, the correction hologram φ B_SACP corrects the wavefront aberration at the time of condensing the laser light at the condensing position B inside the object 9 by the condensing hologram φ B (the above formula (2b)). is there.

図1に示されるレーザ光照射装置1の光学系において、空間光変調器30に呈示されるホログラムのうちフレネルレンズパターンを表すホログラム成分による焦点距離をfFLPとし、対物レンズ60の焦点距離をfobjectとし、レンズ41およびレンズ42からなる4f光学系の倍率をMとすると、全体の合成焦点距離fresultは下記(7)式で表される。4f光学系の倍率Mは、レンズ41およびレンズ42それぞれの焦点距離の比で決定される。 In the optical system of the laser light irradiation apparatus 1 shown in FIG. 1, the focal length of the hologram component representing the Fresnel lens pattern in the hologram presented in the spatial light modulator 30 is f FLP, and the focal length of the objective lens 60 is f Assuming that object is M and the magnification of the 4f optical system including the lens 41 and the lens 42 is M, the total combined focal length f result is expressed by the following equation (7). The magnification M of the 4f optical system is determined by the ratio of the focal lengths of the lens 41 and the lens 42.

この式から判るように、空間光変調器30に呈示されるホログラムのうちフレネルレンズパターンを表すホログラム成分による焦点距離fFLPが異なれば、全体の合成焦点距離fresultも異なる。そこで、集光用ホログラムφにおける合成焦点距離に応じて補正用ホログラムφA_SACPが作成され、また、集光用ホログラムφにおける合成焦点距離に応じて補正用ホログラムφB_SACPが作成される。補正用ホログラムφA_SACP,φB_SACPは、対物レンズ60に入射する前のレーザ光の波面を、上記(6)式で表される波面収差E(h)と逆の波面とするものとして作成され得る。なお、より好適な補正用ホログラムφB_SACP,φB_SACPの作成方法については後述する。 As can be seen from this equation, if the focal length f FLP by the hologram component representing the Fresnel lens pattern among the holograms presented to the spatial light modulator 30 is different, the total combined focal length f result is also different. Therefore, the correction hologram phi A_SACP according to the synthetic focal length of the converging hologram phi A is created, The correction hologram phi B_SACP according to the synthetic focal length of the converging hologram phi B is created. The correction holograms φ A_SACP and φ B_SACP can be created by setting the wave front of the laser light before entering the objective lens 60 as a wave front opposite to the wave front aberration E (h) expressed by the above equation (6). . A more preferable method for creating correction holograms φ B_SACP and φ B_SACP will be described later.

そして、空間光変調器30に呈示されるべきホログラムφresultは下記(8)式に従って作成される。すなわち、集光用ホログラムφと補正用ホログラムφA_SACPとが加算されたものと、集光用ホログラムφと補正用ホログラムφB_SACPとが加算されたものとが、位相化法(上記(1)式)により合成されることで、空間光変調器30に呈示されるべきホログラムφresultが作成される。なお、両者に共通する歪み(例えば空間光変調器30が有する歪み)が上記ホログラムφresultに加算されたものが空間光変調器30に呈示されてもよい。 The hologram φ result to be presented to the spatial light modulator 30 is created according to the following equation (8). That is, a phased method (the above (1) is obtained by adding the condensing hologram φ A and the correcting hologram φ A_SACP and adding the condensing hologram φ B and the correcting hologram φ B_SACP. The hologram φ result to be presented to the spatial light modulator 30 is created by being synthesized by (). Note that the spatial light modulator 30 may be presented by adding a distortion common to both (for example, the distortion of the spatial light modulator 30) to the hologram φ result .

光軸方向に沿った集光位置Aと集光位置Bとの間の距離が比較的近い場合には、集光位置A,Bそれぞれの場合の合成焦点距離の平均値に応じて補正用ホログラムφSACPが作成されて、空間光変調器30に呈示されるべきホログラムφresultは下記(9)式に従って作成されてもよい。すなわち、集光用ホログラムφと集光用ホログラムφとが位相化法(上記(1)式)により合成されたφtempが作成され((9a)式)、この作成されたφtempと補正用ホログラムφSACPとが加算されることで((9b)式)、空間光変調器30に呈示されるべきホログラムφresultが作成される。なお、この場合も、両者に共通する歪みが上記ホログラムφresultに加算されたものが空間光変調器30に呈示されてもよい。 When the distance between the condensing position A and the condensing position B along the optical axis direction is relatively short, a correction hologram according to the average value of the combined focal length in each of the condensing positions A and B A φφ CPCP and a hologram φ result to be presented to the spatial light modulator 30 may be generated according to the following equation (9). That is, φ temp in which the condensing hologram φ A and the condensing hologram φ B are synthesized by the phasing method (formula (1)) is created (formula (9a)), and the created φtemp and By adding the correction hologram φ SACP (equation (9b)), a hologram φ result to be presented to the spatial light modulator 30 is created. In this case as well, the spatial light modulator 30 may be presented by adding distortion common to both to the hologram φ result .

なお、ガラスやシリコンウェハなどの対象物9を切断する場合に、その対象物9の内部にレーザ光を集光して改質層を形成すると、その改質層は、更に深い位置にレーザ光を集光して改質層を形成する際に影響を及ぼす。したがって、深い位置から順に改質層を形成するのが好適である。複数の集光位置にレーザ光を集光照射する場合においても同様である。よって、複数の集光位置にレーザ光を集光照射する場合には、集光位置を互いに近づけることにより、あたかも奥行き方向に伸びた1本の線として加工することが望ましい。   When cutting the object 9 such as glass or a silicon wafer, if the modified layer is formed by condensing the laser beam inside the object 9, the modified layer is positioned at a deeper position. When the light is condensed, the modified layer is formed. Therefore, it is preferable to form the modified layer in order from a deep position. The same applies when converging and irradiating a plurality of condensing positions with laser light. Therefore, when condensing and irradiating laser light to a plurality of condensing positions, it is desirable to process the light as if it were one line extending in the depth direction by bringing the condensing positions closer to each other.

レーザ光源10としてフェムト秒レーザ光源を用いる場合には、凸レンズで構成される4光学系を用いることができない。この場合には、空間光変調器30と対物レンズ60とは互いに結像関係にはなく、合成焦点距離fresultは下記(10)式で表される。ここで、Δは、空間光変調器30と対物レンズ60との間の光路長である。Mは、凹凸レンズで構成される縮小光学系を用いた場合の倍率である。実際の集光位置は下記(11)式で表される。これら(1)式および(11)式から補正用ホログラムが作成され、上記(8)式または(9)式に従って、空間光変調器30に呈示されるべきホログラムφresultが作成される。 When a femtosecond laser light source is used as the laser light source 10, it is not possible to use a four optical system composed of convex lenses. In this case, the spatial light modulator 30 and the objective lens 60 are not in an imaging relationship with each other, and the combined focal length f result is expressed by the following equation (10). Here, Δ is the optical path length between the spatial light modulator 30 and the objective lens 60. M is a magnification when a reduction optical system composed of a concave-convex lens is used. The actual condensing position is expressed by the following equation (11). A correction hologram is created from these formulas (1) and (11), and a hologram φ result to be presented to the spatial light modulator 30 is created according to the formula (8) or (9).

次に、より好適な補正用ホログラムφA_SACP,φB_SACP,φSACPの作成方法について説明する。図6は、補正用ホログラムの作成方法を説明する図である。同図では、補正をしなかった場合のレーザ光の集光位置が対象物9の表面にあるときを基準として、対物レンズ60と対象物9とが互いに距離dだけ近くなっている。対象物9の外部に集光位置が存在し且つ補正をしなかった場合の集光位置Oに対し、対象物9の内部に集光位置が存在し且つ補正をした場合の集光位置O'が距離Δだけ異なっている。 Next, a more preferable method for creating correction holograms φ A_SACP , φ B_SACP , φ SACP will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining a method of creating a correction hologram. In the figure, the objective lens 60 and the object 9 are close to each other by a distance d with reference to the case where the laser beam is focused on the surface of the object 9 when no correction is made. Condensation position O ′ when the condensing position exists inside the object 9 and is corrected with respect to the condensing position O when the condensing position exists outside the object 9 and is not corrected. Differ by a distance Δ.

対象物9の外部に集光位置が存在し且つ補正をしなかった場合に、対物レンズ60において光軸から距離hだけ離れた光線の入射角がθである。また、対象物9の内部に集光位置が存在し且つ補正をした場合に、対物レンズ60において光軸から距離hだけ離れた光線は、対象物9表面に対し入射角θで入射し、対象物9表面において屈折角θで屈折する。この光線が対象物9表面に入射する際の光軸からの距離がhである。 When a condensing position exists outside the object 9 and correction is not performed, the incident angle of a light beam separated from the optical axis by the distance h in the objective lens 60 is θ. Further, when the condensing position exists inside the object 9 and correction is performed, a light beam separated from the optical axis by the distance h in the objective lens 60 is incident on the surface of the object 9 at an incident angle θ 2 . refracted at refraction angle theta 1 at the object 9 surface. Distance from the optical axis when the light beam is incident on the object 9 surface is h 1.

これらのパラメータの間に下記(12)式の関係がある。この(12)式から、θおよびθは他のパラメータにより表される。また、対象物9の外部に集光位置が存在し且つ補正をしなかった場合の集光位置Oに対し、対象物9の内部に集光位置が存在し且つ補正をした場合の集光位置O'の光路長変化分OPDは、下記(13)式で表される。この(13)式で表される光路長変化分OPDに基づいて、補正用ホログラムφA_SACP,φB_SACP,φSACPが作成される。 There is a relationship of the following equation (12) between these parameters. From this equation (12), θ 1 and θ 2 are expressed by other parameters. In addition, the light collection position when the light collection position exists outside the object 9 and correction is not performed, and the light collection position O is corrected when the light collection position exists inside the object 9 and is corrected. The optical path length change OPD of O ′ is expressed by the following equation (13). Correction holograms φ A_SACP , φ B_SACP , φ SACP are created based on the optical path length change OPD expressed by the equation (13).

図7は、(6)式で表される波面収差E(h)と逆の波面とするものとして作成された補正用ホログラムにおける位相変調量分布を示す図である。また、図8は、(13)式で表される光路長変化分OPDに基づいて作成された補正用ホログラムにおける位相変調量分布を示す図である。何れの場合にも、fresultが4mmであり、対象物9の屈折率nが1.48であり、NA(=sinθ)が0.8であり、(d+Δ)が1.34mmである。図7では、dが0.9mmであり、Δが0.44mmである。図8では、dが0.81mmであり、Δが0.53mmである。 FIG. 7 is a diagram showing a phase modulation amount distribution in a correction hologram created as a wavefront opposite to the wavefront aberration E (h) expressed by the equation (6). FIG. 8 is a diagram showing a phase modulation amount distribution in the correction hologram created based on the optical path length change OPD expressed by the equation (13). In any case, f result is 4 mm, the refractive index n of the object 9 is 1.48, NA (= sin θ) is 0.8, and (d + Δ) is 1.34 mm. In FIG. 7, d is 0.9 mm and Δ is 0.44 mm. In FIG. 8, d is 0.81 mm and Δ is 0.53 mm.

図7に示されるように、(6)式で表される波面収差E(h)と逆の波面とするものとして作成された補正用ホログラムでは、必要な位相変調量が大きくなり、空間光変調器30の分解能に対する要求が高い。これに対して、図8に示されるように、(13)式で表される光路長変化分OPDに基づいて作成された補正用ホログラムでは、必要な位相変調量が小さくて済むので、より精確な収差補正が可能となる。   As shown in FIG. 7, the correction hologram created as a wavefront opposite to the wavefront aberration E (h) expressed by the equation (6) requires a large amount of phase modulation, resulting in spatial light modulation. The demand for the resolution of the vessel 30 is high. On the other hand, as shown in FIG. 8, the correction hologram created based on the optical path length change OPD expressed by the equation (13) requires a smaller amount of phase modulation, and thus more accurate. Aberration correction is possible.

上記(12)式および(13)式に現れる距離Δは以下のようにして決定される。すなわち、集光レンズの入射部に対応する空間光変調器上の任意の画素における位相変調量と,画素に隣接する画素における位相変調量との位相差が、空間光変調器が表現できる位相範囲以下であるようにする必要がある。具体的には、0<Δ<Δsの範囲で、対物レンズ60の入射部に対応する空間光変調器30上の任意の画素における位相変調量と、この画素に隣接する画素における位相変調量との位相差が、2π以下となる対象物の移動量dおよび集光点シフト量Δを設定する。この場合、dおよびΔの算出基準としては、補正波面のPV(peak to valley)値、RMS(Root Mean Square)値等がある。これによって、照射位置が、対象物9内部に発生する収差範囲(対象物の入射面からn×dより大きく、n×d+Δsより小さい範囲)の間に位置するように、対象物9の移動量dおよび集光点シフト量Δが設定される。なお、下記(14)式が満たされることが必要である。なお、対物レンズ60に入射されるレーザ光の径を制限することにより実効的なレーザの入射サイズを減少させることが可能である。   The distance Δ appearing in the above equations (12) and (13) is determined as follows. That is, the phase range in which the spatial light modulator can express the phase difference between the phase modulation amount at any pixel on the spatial light modulator corresponding to the incident portion of the condenser lens and the phase modulation amount at the pixel adjacent to the pixel. It needs to be as follows. Specifically, in the range of 0 <Δ <Δs, the phase modulation amount in an arbitrary pixel on the spatial light modulator 30 corresponding to the incident portion of the objective lens 60, and the phase modulation amount in a pixel adjacent to this pixel The moving amount d of the target object and the condensing point shift amount Δ are set so that the phase difference between the two becomes less than 2π. In this case, the calculation reference for d and Δ includes a PV (peak to valley) value, an RMS (Root Mean Square) value, and the like of the correction wavefront. Thereby, the amount of movement of the object 9 is such that the irradiation position is located within an aberration range (a range larger than n × d and smaller than n × d + Δs from the incident surface of the object) generated in the object 9. d and the condensing point shift amount Δ are set. Note that the following expression (14) must be satisfied. It is possible to reduce the effective laser incident size by limiting the diameter of the laser light incident on the objective lens 60.

図9は、本実施形態に係るレーザ光照射方法の手順を示すフローチャートである。先ず、波面補正をしていない状態で集光位置が対象物9の表面に設定され、この位置が原点に設定される。次に、対象物9の内部における集光位置(表面からの距離(d+Δ))が設定されて、集光用ホログラムが作成される。さらに、上記(14)式を満たすdおよびΔが決定される。このときにdおよびΔを決定する際の基準として、補正用ホログラムにおける位相変調量分布のPV値または前記画素に隣接する画素における位相変調量との位相差の変化量が用いられる。すなわち、0<Δ<Δsの範囲で隣接する画素間の位相差が空間光変調器の最大位相変調量以下となるd及びΔを設定する。   FIG. 9 is a flowchart showing the procedure of the laser beam irradiation method according to the present embodiment. First, the light collection position is set on the surface of the object 9 without wavefront correction, and this position is set as the origin. Next, a condensing position (distance (d + Δ) from the surface) inside the object 9 is set, and a condensing hologram is created. Further, d and Δ satisfying the above equation (14) are determined. At this time, as a reference for determining d and Δ, the PV value of the phase modulation amount distribution in the correction hologram or the amount of change in the phase difference from the phase modulation amount in the pixel adjacent to the pixel is used. That is, d and Δ are set such that the phase difference between adjacent pixels is less than or equal to the maximum phase modulation amount of the spatial light modulator in the range of 0 <Δ <Δs.

そして、上記(13)式に基づいて補正用ホログラムが作成され、さらに、上記(8)式または(9)式に従ってホログラムφresultが作成され、このホログラムφresultが空間光変調器30に呈示される。対象物9が対物レンズ60の方向に距離dだけ移動され、レーザ光源10からのレーザ光出力が開始されて、対象物9内部の所定の集光位置にレーザ光が集光照射される。所要の照射時間が終了するとレーザ光源10からのレーザ光出力が停止される。他の集光位置がある場合には、対象物9の内部における集光位置(表面からの距離(d+Δ))の設定から、同様の処理が繰り返し行われる。尚、集光点の移動は対象物と対物レンズの相対位置を変化させれば良いので、対物レンズを移動させても良いし、対象物と対物レンズの双方を移動させても良い。 Then, a correction hologram is created based on the equation (13), and a hologram φ result is created according to the equation (8) or (9). The hologram φ result is presented to the spatial light modulator 30. The The object 9 is moved in the direction of the objective lens 60 by the distance d, the laser light output from the laser light source 10 is started, and the laser light is condensed and applied to a predetermined condensing position inside the object 9. When the required irradiation time ends, the laser light output from the laser light source 10 is stopped. When there is another condensing position, the same processing is repeated from the setting of the condensing position (distance (d + Δ) from the surface) inside the object 9. Note that the focal point can be moved by changing the relative position between the object and the objective lens, so the objective lens may be moved, or both the object and the objective lens may be moved.

次に、本実施形態に係るレーザ光照射装置およびレーザ光照射方法による集光状態を確認するために行った実験の結果について説明する。図10は、この確認実験で用いたレーザ光照射装置1Aの構成図である。この図10に示されるレーザ光照射装置1Aは、図1に示される構成に加えて、対物レンズ70および撮像部80を更に備える。対物レンズ70の光軸は対物レンズ60の光軸に対して直交している。撮像部80は、対物レンズ60による集光の状態を、対物レンズ70を介して撮像する。ここでは、対象物9としてアクリル板が用いられ、深さが異なる2つの位置にレーザ光が集光された。撮像部80による撮像結果が図11〜図15に示されている。   Next, a description will be given of results of an experiment performed for confirming a light collection state by the laser light irradiation apparatus and the laser light irradiation method according to the present embodiment. FIG. 10 is a configuration diagram of the laser beam irradiation apparatus 1A used in this confirmation experiment. The laser beam irradiation apparatus 1A shown in FIG. 10 further includes an objective lens 70 and an imaging unit 80 in addition to the configuration shown in FIG. The optical axis of the objective lens 70 is orthogonal to the optical axis of the objective lens 60. The imaging unit 80 images the state of light collection by the objective lens 60 via the objective lens 70. Here, an acrylic plate was used as the object 9, and the laser light was focused at two positions having different depths. The imaging results by the imaging unit 80 are shown in FIGS.

図11および図12は、深さが50μmだけ互いに異なる2つの位置にレーザ光が集光されたときの集光の様子を示す図である。図11は、球面収差補正が行われなかった場合の集光の様子を示す。図12は、上記(9)式により球面収差補正が行われた場合の集光の様子を示す。両図を比較して判るように、2つの集光位置それぞれにおいて、球面収差補正が行われることにより、光軸方向の集光領域の伸張が低減されている。   FIG. 11 and FIG. 12 are diagrams showing a state of condensing when laser light is condensed at two positions different from each other by a depth of 50 μm. FIG. 11 shows how light is condensed when spherical aberration correction is not performed. FIG. 12 shows the state of light collection when spherical aberration correction is performed by the above equation (9). As can be seen by comparing the two figures, the spherical aberration correction is performed at each of the two condensing positions, thereby reducing the expansion of the condensing region in the optical axis direction.

図13〜図15は、深さが200μmだけ互いに異なる2つの位置にレーザ光が集光されたときの集光の様子を示す図である。図13は、球面収差補正が行われなかった場合の集光の様子を示す。図14は、上記(9)式により球面収差補正が行われた場合の集光の様子を示す。図15は、上記(8)式により球面収差補正が行われた場合の集光の様子を示す。これらの図を比較して判るように、2つの集光位置それぞれにおいて、球面収差補正が行われることにより、光軸方向の集光領域の伸張が低減されている。特に、上記(8)式により球面収差補正が行われた場合には、光軸方向の集光領域の伸張が充分に低減されている。   FIG. 13 to FIG. 15 are diagrams showing how light is condensed when the laser light is condensed at two different positions with a depth of 200 μm. FIG. 13 shows how light is condensed when spherical aberration correction is not performed. FIG. 14 shows how light is condensed when spherical aberration correction is performed according to the above equation (9). FIG. 15 shows how light is condensed when spherical aberration correction is performed according to the above equation (8). As can be seen by comparing these figures, the spherical aberration correction is performed at each of the two condensing positions, thereby reducing the extension of the condensing region in the optical axis direction. In particular, when the spherical aberration correction is performed by the above equation (8), the extension of the light collection region in the optical axis direction is sufficiently reduced.

このように、合成焦点距離fresultが考慮された上で、波面収差補正のための補正用ホログラムφA_SACP,φB_SACP(または、φSACP)が用いられることにより、良好な集光点形状が実現されている。このような良好な集光点形状を用いて加工を行うことで、問題となっていた光量や加工形状の問題が解決され、多点加工により加工時間の短縮化が可能となる。 In this way, a good condensing point shape is realized by using the correction holograms φ A_SACP and φ B_SACP (or φ SACP ) for wavefront aberration correction in consideration of the combined focal length f result. Has been. By performing processing using such a good condensing point shape, the problems of the light amount and the processing shape that have been problems are solved, and the processing time can be shortened by multi-point processing.

次に、本実施形態に係るレーザ光照射装置およびレーザ光照射方法による集光状態を確認するために行った他の実験の結果について説明する。図16は、この確認実験で用いたレーザ光照射装置2の構成図である。この図に示されるレーザ光照射装置2は、レーザ光源10、スペイシャルフィルタ110、コリメータレンズ120、収差板130、レンズ141、レンズ142、空間光変調器30、レンズ151、レンズ152、フーリエ変換レンズ160および撮像部170を備える。なお、収差板130は、光路上に挿入・取外しが自在であり、収差量が既知であり、球面収差や非点収差、コマ収差などの様々な収差が含まれている。   Next, the result of another experiment performed for confirming the light collection state by the laser beam irradiation apparatus and the laser beam irradiation method according to the present embodiment will be described. FIG. 16 is a configuration diagram of the laser beam irradiation apparatus 2 used in this confirmation experiment. The laser beam irradiation apparatus 2 shown in this figure includes a laser light source 10, a spatial filter 110, a collimator lens 120, an aberration plate 130, a lens 141, a lens 142, a spatial light modulator 30, a lens 151, a lens 152, and a Fourier transform lens. 160 and an imaging unit 170. The aberration plate 130 can be freely inserted and removed from the optical path, the amount of aberration is known, and various aberrations such as spherical aberration, astigmatism, and coma are included.

このレーザ光照射装置2では、レーザ光源10から出力されたレーザ光は、スペイシャルフィルタ110を経た後、コリメートレンズ120によりコリメートされ、レンズ141およびレンズ142からなる結像光学系を経て、空間光変調器30に入力される。空間光変調器30に入力されたレーザ光は、その空間光変調器30の複数の画素それぞれにおいて位相変調され、レンズ151およびレンズ152からなる結像光学系を経て、フーリエ変換レンズ160により集光されて、撮像部170の撮像面に到達する。撮像部170による撮像結果が図17〜図19に示されている。   In this laser light irradiation device 2, the laser light output from the laser light source 10 passes through the spatial filter 110, then is collimated by the collimating lens 120, passes through the imaging optical system composed of the lens 141 and the lens 142, and passes through the spatial light. Input to the modulator 30. The laser light input to the spatial light modulator 30 is phase-modulated in each of the plurality of pixels of the spatial light modulator 30, passes through an imaging optical system including a lens 151 and a lens 152, and is collected by a Fourier transform lens 160. As a result, the imaging surface of the imaging unit 170 is reached. The imaging results by the imaging unit 170 are shown in FIGS.

空間光変調器30に呈示される集光用ホログラムφ,φとして、離散的な集光点の集合として “HPK” なる文字列を表すホログラムが用意された。集光用ホログラムφ,φそれぞれによるレーザ光の集光範囲は互いに異なる。光路上に収差板130がない状態とされ、下記(15)式により、これら集光用ホログラムφ,φが位相化法により合成されたホログラムφが作成され、このホログラムφが空間光変調器30に呈示された。図17は、このときに撮像部により撮像された集光の様子を示す図である。この図に示されるように、光路上に収差板130がない状態では、集光用ホログラムφ,φそれぞれによる “HPK” なる文字列を表す各集光点が鮮明に得られた。しかし、光路上に収差板130が挿入された状態では、集光用ホログラムφ,φそれぞれによる “HPK” なる文字列を表す各集光点は不鮮明であった。 As the condensing holograms φ A and φ B presented in the spatial light modulator 30, a hologram representing a character string “HPK” as a set of discrete condensing points was prepared. The condensing ranges of the laser beams by the condensing holograms φ A and φ B are different from each other. It is assumed that there is no aberration plate 130 on the optical path, and a hologram φ 1 is created by synthesizing these converging holograms φ A and φ B by a phasing method according to the following equation (15), and this hologram φ 1 is a space: Presented to the light modulator 30. FIG. 17 is a diagram illustrating a state of light collection imaged by the imaging unit at this time. As shown in this figure, in the state where there is no aberration plate 130 on the optical path, each condensing point representing the character string “HPK” by the condensing holograms φ A and φ B was clearly obtained. However, in the state where the aberration plate 130 is inserted on the optical path, each condensing point representing the character string “HPK” by the condensing holograms φ A and φ B is unclear.

続いて、下記(16)式によりホログラムφが作成された。すなわち、集光用ホログラムφに対してのみ補正用ホログラムφA_SACPが重畳された。このホログラムφが空間光変調器30に呈示された。図18は、このときに光路上に収差板130があるときに撮像部により撮像された集光の様子を示す。この図に示されるように、光路上に収差板130がある状態では、集光用ホログラムφによる “HPK” なる文字列を表す各集光点は鮮明に得られたが、集光用ホログラムφによる “HPK” なる文字列を表す各集光点は不鮮明であった。一方、図19は、このときに光路上に収差板130がないときに撮像部により撮像された集光の様子を示す。この図に示されるように、光路上に収差板130がない状態では、集光用ホログラムφによる “HPK” なる文字列を表す各集光点は鮮明に得られたが、集光用ホログラムφによる “HPK” なる文字列を表す各集光点は不鮮明であった。 Subsequently, the hologram phi 2 is created by the following equation (16). That is, the correction hologram φ A_SACP is superimposed only on the condensing hologram φ A. This hologram φ 2 was presented to the spatial light modulator 30. FIG. 18 shows a state of condensing captured by the imaging unit when the aberration plate 130 is on the optical path at this time. As shown in this figure, in a state where the optical path is aberration plate 130, each converging point representing a string of by "HPK" the converging hologram phi A is obtained clearly, hologram condensed each focal point representing a string of by "HPK" to φ B was unclear. On the other hand, FIG. 19 shows a state of condensing imaged by the imaging unit when there is no aberration plate 130 on the optical path. As shown in this figure, in the absence of aberration plate 130 on the optical path, each converging point representing a string of by "HPK" the converging hologram phi B is obtained clearly, hologram condensed each focal point representing a string of "HPK" According to the φ a was unclear.

以上の結果からも、本実施形態に係るレーザ光照射装置およびレーザ光照射方法では、収差補正用ホログラムがそれぞれ独立に作用していることがわかる。   From the above results, it can be seen that the aberration correction holograms act independently in the laser beam irradiation apparatus and the laser beam irradiation method according to the present embodiment.

本実施形態に係るレーザ光照射装置1の構成図である。It is a block diagram of the laser beam irradiation apparatus 1 which concerns on this embodiment. 対象物9の内部の2つの集光位置A,Bにレーザ光が集光される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a laser beam is condensed on two condensing positions A and B inside the target object. フレネルレンズパターンにおける位相変調分布を示す図である。It is a figure which shows the phase modulation distribution in a Fresnel lens pattern. 対象物9の内部においてレーザ光が集光される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a laser beam is condensed inside the target object. 対象物9の内部においてレーザ光が集光される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a laser beam is condensed inside the target object. 補正用ホログラムの作成方法を説明する図である。It is a figure explaining the preparation method of the hologram for correction | amendment. (6)式で表される波面収差E(h)と逆の波面とするものとして作成された補正用ホログラムにおける位相変調量分布を示す図である。It is a figure which shows phase modulation amount distribution in the hologram for a correction produced as what has a wave front contrary to the wave aberration E (h) represented by (6) Formula. (13)式で表される光路長変化分OPDに基づいて作成された補正用ホログラムにおける位相変調量分布を示す図である。It is a figure which shows phase modulation amount distribution in the hologram for a correction produced based on optical path length change OPD represented by (13) Formula. 本実施形態に係るレーザ光照射方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the laser beam irradiation method which concerns on this embodiment. レーザ光照射装置1Aの構成図である。It is a block diagram of laser beam irradiation apparatus 1A. レーザ光照射装置1Aを用いた確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment using 1 A of laser beam irradiation apparatuses. レーザ光照射装置1Aを用いた確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment using 1 A of laser beam irradiation apparatuses. レーザ光照射装置1Aを用いた確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment using 1 A of laser beam irradiation apparatuses. レーザ光照射装置1Aを用いた確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment using 1 A of laser beam irradiation apparatuses. レーザ光照射装置1Aを用いた確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment using 1 A of laser beam irradiation apparatuses. レーザ光照射装置2の構成図である。1 is a configuration diagram of a laser light irradiation device 2. FIG. レーザ光照射装置2を用いた確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment using the laser beam irradiation apparatus. レーザ光照射装置2を用いた確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment using the laser beam irradiation apparatus. レーザ光照射装置2を用いた確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment using the laser beam irradiation apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A…レーザ光照射装置、9…対象物、10…レーザ光源、20…プリズム、30…空間光変調器、31…駆動部、32…制御部、41,42…レンズ、50…ミラー、60…対物レンズ(集光光学系)、70…対物レンズ、80…撮像部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Laser beam irradiation apparatus, 9 ... Object, 10 ... Laser light source, 20 ... Prism, 30 ... Spatial light modulator, 31 ... Drive part, 32 ... Control part, 41, 42 ... Lens, 50 ... Mirror, 60 ... Objective lens (condensing optical system), 70 ... Objective lens, 80 ... Imaging unit.

Claims (4)

対象物の内部の複数の集光位置にレーザ光を集光照射する装置であって、
レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、2次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記レーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
前記空間光変調器から出力されたレーザ光を前記複数の集光位置に集光する集光光学系と、
前記複数の集光位置それぞれにレーザ光を集光させるための集光用ホログラムと、前記複数の集光位置それぞれに応じたレーザ光の収差を補正するための補正用ホログラムと、を重畳したホログラムを前記空間光変調器に呈示させる制御部と、
を備えることを特徴とするレーザ光照射装置。
An apparatus for condensing and irradiating laser light to a plurality of condensing positions inside an object,
A laser light source for outputting laser light;
A phase modulation type that inputs laser light output from the laser light source, presents a hologram that modulates the phase of the laser light in each of a plurality of two-dimensionally arranged pixels, and outputs the laser light after the phase modulation A spatial light modulator of
A condensing optical system for condensing the laser light output from the spatial light modulator at the plurality of condensing positions;
A hologram in which a condensing hologram for condensing laser light at each of the plurality of condensing positions and a correction hologram for correcting aberration of the laser light corresponding to each of the plurality of condensing positions are superimposed A control unit for presenting the spatial light modulator,
A laser beam irradiation apparatus comprising:
前記制御部が、前記対象物の外部に集光位置が存在し且つ補正をしなかった場合の集光位置に対し、前記対象物の内部に集光位置が存在し且つ補正をした場合の集光位置の光路長変化分に基づいて、前記補正用ホログラムを設定する、
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ光照射装置。
When the condensing position exists outside the object and the correction position is not corrected, the control section collects the focusing position when the focusing position exists inside the object and is corrected. Based on the change in the optical path length of the light position, the correction hologram is set.
The laser beam irradiation apparatus according to claim 1.
対象物の内部の複数の集光位置にレーザ光を集光照射する方法であって、
レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、2次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記レーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
前記空間光変調器から出力されたレーザ光を前記複数の集光位置に集光する集光光学系と、
を用いて、
前記複数の集光位置それぞれにレーザ光を集光させるための集光用ホログラムと、前記複数の集光位置それぞれに応じたレーザ光の収差を補正するための補正用ホログラムと、を重畳したホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、
ことを特徴とするレーザ光照射方法。
A method of condensing and irradiating laser light to a plurality of condensing positions inside an object,
A laser light source for outputting laser light;
A phase modulation type that inputs laser light output from the laser light source, presents a hologram that modulates the phase of the laser light in each of a plurality of two-dimensionally arranged pixels, and outputs the laser light after the phase modulation A spatial light modulator of
A condensing optical system for condensing the laser light output from the spatial light modulator at the plurality of condensing positions;
Using,
A hologram in which a condensing hologram for condensing laser light at each of the plurality of condensing positions and a correction hologram for correcting aberration of the laser light corresponding to each of the plurality of condensing positions are superimposed To the spatial light modulator,
And a laser beam irradiation method.
前記対象物の外部に集光位置が存在し且つ補正をしなかった場合の集光位置に対し、前記対象物の内部に集光位置が存在し且つ補正をした場合の集光位置の光路長変化分に基づいて、前記補正用ホログラムを設定する、
ことを特徴とする請求項3に記載のレーザ光照射方法。
The optical path length of the condensing position when the condensing position exists inside the object and is corrected with respect to the condensing position when the condensing position exists outside the object and is not corrected. Based on the change, the correction hologram is set.
The laser beam irradiation method according to claim 3.
JP2008223975A 2008-09-01 2008-09-01 Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method Active JP5368033B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008223975A JP5368033B2 (en) 2008-09-01 2008-09-01 Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008223975A JP5368033B2 (en) 2008-09-01 2008-09-01 Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2010058128A true JP2010058128A (en) 2010-03-18
JP2010058128A5 JP2010058128A5 (en) 2011-09-29
JP5368033B2 JP5368033B2 (en) 2013-12-18

Family

ID=42185530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008223975A Active JP5368033B2 (en) 2008-09-01 2008-09-01 Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5368033B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150056546A (en) 2012-09-13 2015-05-26 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 Optical modulation control method, control program, control device, and laser light irradiation device
WO2015178420A1 (en) * 2014-05-21 2015-11-26 浜松ホトニクス株式会社 Photostimulation device and photostimulation method
KR20150136062A (en) * 2013-03-27 2015-12-04 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 Laser machining device and laser machining method
US9902016B2 (en) 2013-03-27 2018-02-27 Hamamatsu Photonics K.K. Laser machining device and laser machining method
US9902017B2 (en) 2013-03-27 2018-02-27 Hamamatsu Photonics K.K. Laser machining device and laser machining method
US9914183B2 (en) 2013-03-27 2018-03-13 Hamamatsu Photonics K.K. Laser machining device and laser machining method
CN109841568A (en) * 2017-11-28 2019-06-04 株式会社迪思科 The processing method of chip
JP2019147191A (en) * 2019-05-21 2019-09-05 株式会社東京精密 Confirmation device and confirmation method for laser material processing region
US11020903B2 (en) 2016-10-24 2021-06-01 Concept Laser Gmbh Apparatus for additively manufacturing of three-dimensional objects
JP2021137870A (en) * 2020-03-09 2021-09-16 株式会社ディスコ Laser processing device and adjustment method of laser processing device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5781986A (en) * 1980-11-12 1982-05-22 Hitachi Ltd Method and device for laser working
JPS62263862A (en) * 1986-05-12 1987-11-16 Toshiba Corp Laser beam machine
JP2003025085A (en) * 2001-07-12 2003-01-28 Seiko Epson Corp Laser beam processing method and laser beam processing machine
JP2005262290A (en) * 2004-03-19 2005-09-29 Ricoh Co Ltd Laser beam machining apparatus, laser beam machining method and structure produced by the machining apparatus or machining method
JP2006068762A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Univ Of Tokushima Method and apparatus of laser beam machining

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5781986A (en) * 1980-11-12 1982-05-22 Hitachi Ltd Method and device for laser working
JPS62263862A (en) * 1986-05-12 1987-11-16 Toshiba Corp Laser beam machine
JP2003025085A (en) * 2001-07-12 2003-01-28 Seiko Epson Corp Laser beam processing method and laser beam processing machine
JP2005262290A (en) * 2004-03-19 2005-09-29 Ricoh Co Ltd Laser beam machining apparatus, laser beam machining method and structure produced by the machining apparatus or machining method
JP2006068762A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Univ Of Tokushima Method and apparatus of laser beam machining

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9383597B2 (en) 2012-09-13 2016-07-05 Hamamatsu Photonics K.K. Optical modulation control method, control program, control device, and laser light irradiation device
DE112012006900B4 (en) 2012-09-13 2024-05-16 Hamamatsu Photonics K.K. Optical modulation control method, control program, control device and laser light irradiation device
KR20150056546A (en) 2012-09-13 2015-05-26 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 Optical modulation control method, control program, control device, and laser light irradiation device
US10124440B2 (en) 2013-03-27 2018-11-13 Hamamatsu Photonics K.K. Laser machining device and laser machining method
US9914183B2 (en) 2013-03-27 2018-03-13 Hamamatsu Photonics K.K. Laser machining device and laser machining method
KR102226808B1 (en) 2013-03-27 2021-03-11 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 Laser machining device and laser machining method
JPWO2014156692A1 (en) * 2013-03-27 2017-02-16 浜松ホトニクス株式会社 Laser processing apparatus and laser processing method
JPWO2014156690A1 (en) * 2013-03-27 2017-02-16 浜松ホトニクス株式会社 Laser processing apparatus and laser processing method
US9902016B2 (en) 2013-03-27 2018-02-27 Hamamatsu Photonics K.K. Laser machining device and laser machining method
US9902017B2 (en) 2013-03-27 2018-02-27 Hamamatsu Photonics K.K. Laser machining device and laser machining method
DE112014001696B4 (en) 2013-03-27 2024-06-06 Hamamatsu Photonics K.K. Laser processing device and laser processing method
US10124439B2 (en) 2013-03-27 2018-11-13 Hamamatsu Photonics K.K. Laser machining device and laser machining method
KR20150136062A (en) * 2013-03-27 2015-12-04 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 Laser machining device and laser machining method
US10073076B2 (en) 2014-05-21 2018-09-11 Hamamatsu Photonics K.K. Photostimulation device and photostimulation method
JP2015219502A (en) * 2014-05-21 2015-12-07 浜松ホトニクス株式会社 Light stimulation device and light stimulation method
WO2015178420A1 (en) * 2014-05-21 2015-11-26 浜松ホトニクス株式会社 Photostimulation device and photostimulation method
US10578601B2 (en) 2014-05-21 2020-03-03 Hamamatsu Photonics K.K. Photostimulation device and photostimulation method
CN106415355A (en) * 2014-05-21 2017-02-15 浜松光子学株式会社 Photostimulation device and photostimulation method
US11020903B2 (en) 2016-10-24 2021-06-01 Concept Laser Gmbh Apparatus for additively manufacturing of three-dimensional objects
CN109841568A (en) * 2017-11-28 2019-06-04 株式会社迪思科 The processing method of chip
CN109841568B (en) * 2017-11-28 2023-05-26 株式会社迪思科 Wafer processing method
DE102018220450B4 (en) * 2017-11-28 2021-06-24 Disco Corporation Wafer processing method
JP2019147191A (en) * 2019-05-21 2019-09-05 株式会社東京精密 Confirmation device and confirmation method for laser material processing region
JP2021137870A (en) * 2020-03-09 2021-09-16 株式会社ディスコ Laser processing device and adjustment method of laser processing device
JP7450413B2 (en) 2020-03-09 2024-03-15 株式会社ディスコ Laser processing equipment and how to adjust it

Also Published As

Publication number Publication date
JP5368033B2 (en) 2013-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5368033B2 (en) Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method
US9488831B2 (en) Aberration-correcting method, laser processing method using said aberration-correcting method, laser irradiation method using said aberration-correcting method, aberration-correcting device and aberration-correcting program
CN104620163B (en) Light modulation control method, control program, control device and laser irradiation device
JP5802109B2 (en) Light modulation control method, control program, control device, and laser light irradiation device
CN105103028B (en) Imaging optical system, lighting device and observation device
JP2006113185A (en) Laser processing apparatus
JP5848877B2 (en) Laser beam shaping and wavefront control optics
JP2009056482A (en) Substrate dividing method and manufacturing method of display device
WO2013157605A1 (en) Beam-shaping device
JP5749553B2 (en) Light modulation control method, control program, control device, and laser light irradiation device
JP2011180290A (en) Aberration correcting method, microscopic observation method using the aberration correcting method, laser radiation method using the aberration correcting method, aberration correcting device, and aberration correction program
JP5599563B2 (en) Light control device and light control method
KR20150085823A (en) Light irradiation device
WO2010074149A1 (en) Light control device and light control method
WO2016056148A1 (en) Image-forming optical system, illumination device, and observation device
WO2016056465A1 (en) Image-forming optical system, illumination device, and microscope device
CN110520779B (en) Aberration correction method and optical device
CN107209360B (en) Image acquisition device and image acquisition method
CN112567281A (en) Illumination assembly for a microscope, microscope and method for illuminating a sample space in a microscope
Hayasaki et al. Spatial Beam Shaping with a Liquid-Crystal Spatial Light Modulator for Surface Micro-and Nanoprocessing

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110817

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110817

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130115

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130827

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130912

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5368033

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250