激光处理装置

摘要

本发明提供激光处理装置。激光束会聚光学系统设有：激光束源，用于投射激光束；束会聚光学系统，布置在所述激光束源与介质之间，用于将所述激光束会聚在所述介质处；以及激光发射点移动装置，其可以与要将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和在所述介质的表面与要将所述激光束会聚到的位置之间的距离相对应地，来沿所述激光束的光轴移动所述激光束的激光发射点的位置。

权利要求

1.一种激光处理装置，其包括：激光束源，其发射激光束；

准直单元，其将从所述激光束源发射的激光束的光线准直成平行光线；

会聚光学系统，其将所述激光束的所述平行光线会聚在介质中；

第一透镜组，其布置在所述准直单元与所述会聚光学系统之间的平行光线中，并且可以沿所述平行光线的光轴方向移动，第一透镜组包括一个或更多个透镜；

第二透镜组，其固定地布置在第一透镜组与所述会聚光学系统之间的平行光线中，并包括一个或更多个透镜；以及移动单元，其根据希望将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到希望将所述激光束会聚到的位置的距离，来移动第一透镜组，其中第二透镜组的后侧焦距至少布置在所述会聚光学系统的入射光瞳位置的附近。

2.根据权利要求1所述的激光处理装置，还包括：观察光学系统，与所述会聚光学系统相配合地设置，并保持从所述会聚光学系统的底面到所述介质的表面的预定距离，其中所述观察光学系统包括自动聚焦检测单元或自动聚焦机构。

3.根据权利要求2所述的激光处理装置，其中在所述会聚光学系统与所述介质的表面之间沿光轴方向的相对距离是恒定的。

4.根据权利要求1所述的激光处理装置，其中当|f|是第一透镜组与第二透镜组的组合焦距时，所述移动单元将第一透镜组移动到满足以下公式的位置：

1/|f|<0. 01。

5.根据权利要求1所述的激光处理装置，其中当f2是第二透镜组的焦距时，第二透镜组满足以下公式：f2>0。

6.根据权利要求1所述的激光处理装置，其中当f1是第一透镜组的焦距，而f2是第二透镜组的焦距时，第一透镜组和第二透镜组满足以下公式：f1<0，

并且1≤|f1/f2|≤5。

7.根据权利要求1所述的激光处理装置，其中当f1是第一透镜组的焦距，而f2是第二透镜组的焦距时，第一透镜组和第二透镜组满足以下公式：f1>0，

并且0. 5≤|f1/f2|≤2。

说明书

激光处理装置

[0001] 本申请是原案申请号为200580001727.0的发明专利申请(国际申请号：PCT/JP2005/008003，申请日：2005年4月27日，发明名称：激光处理装置)的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及将激光束会聚在介质中的不同位置处的激光会聚光学系统和激光处理装置。

[0003] 本发明还涉及激光处理装置，其可以改变束源的位置，同时保持入射在光学系统的光瞳面上的光的恒定强度和强度分布。本发明尤其涉及一种可以将激光束会聚在介质中的不同深度的位置处的理想激光处理装置，或者涉及一种适合于改变会聚位置的激光处理装置。

背景技术

[0004] 当前，激光束被用于各种领域，并且正在开发使用激光束的各种类型的装置。一个示例是使用激光束来切割处理目标(如半导体晶片或玻璃)的处理装置。该处理装置包括会聚光学系统，该会聚光学系统通过对从激光束源发射的激光束进行会聚，在介质中产生改性层等，从而切割该介质。当进行切割时，由于处理目标具有各种厚度，所以激光束并不总是会聚在同一深度处，而是必须根据处理目标的厚度会聚在不同的厚度处。即，存在将激光束会聚于介质中的不同深度的截面处的需求。

[0005] 然而，由于在不同深度(厚度)处的球面像差量不同，所以会聚性能可能会发生变化(劣化)。

[0006] 如上所述，尽管存在将束会聚在介质中的不同深度的截面上的需求，但是在这种情况下往往会产生球面像差。例如，在生物学领域中，通常使用玻璃覆盖样品来制备显微样品，其中将标本置于载玻片上并用玻璃盖密封，当通过显微镜观察带有不同厚度的玻璃盖的标本时，会产生球面像差。用于LCD的玻璃具有不同的厚度，因此在通过基板进行观察时可能会产生球面像差。当球面像差量随着厚度(深度)的不同而变化时，存在会聚性能发生变化(劣化)的问题。

[0007] 因此，使用各种常规技术来将光会聚于不同厚度截面上(如上所述)，同时校正球面像差并抑制会聚性能的变化。

[0008] 例如，在一种这样的技术中，在会聚光学系统的末端(如物镜)处可去除地接合具有不同厚度的多块平行板玻璃。

[0009] 还存在这样一种常规物镜，其带有用于显微镜的校正环，该校正环成功地校正了超宽场上的像差，该物镜具有约40的屈光力的放大倍数和0.93的NA(数值孔径)(例如，参见专利文献1)。

[0010] 还存在这样一种光学系统，其通过沿光轴方向移动无屈光力透镜的球面像差校正光学系统，来校正球面像差(例如，参见专利文献2)。

[0011] 此外，图20示出了这样一种显微镜装置，其中，通过在物镜230与光源231之间布置球面像差校正透镜232并沿光轴移动该球面像差校正透镜232，来校正球面像差(例如，参见专利文献3)。

[0012] 专利文献1：日本未审专利申请，第一次公报H05-119263号(图1等)[0013] 专利文献2：日本未审专利申请，第一次公报2003-175497号(图1等)[0014] 专利文献3：日本未审专利申请，第一次公报2001-83428号(图1等)[0015] 然而，在使用上述平行板玻璃来校正球面像差时，由于平行板玻璃的倾斜等，导致性能劣化很大。因此用于保持平行板的框架需要高精度，将该框架固定于平行板的方式也需要高精度；其成本很高。此外，需要在小工作间距(WD)内进行手动更换；这是极其麻烦的操作。实现连续可变性也很困难。

[0016] 在专利文献1中描述的带有校正环的物镜是高精度的，因此很昂贵，使得不可能降低成本。根据会聚位置自动地调节球面像差量的困难使得该透镜不适合于进行自动化。

[0017] 在专利文献2中描述的光学系统中，由于通过无屈光力透镜来校正组合焦距，所以即使校正了球面像差，会聚位置也不会改变。在试图将光会聚于介质的不同截面上的过程中，WD不可避免地变化，使得不可能按恒定WD来校正像差。由于要求球面像差校正光学系统位于除扩束器以外的位置处，所以其结构变得复杂并且组件数量增加，使得难以降低成本。

[0018] 在专利文献3中描述的显微镜装置中，尽管可以如图20所示地通过沿光轴方向移动球面像差校正透镜232来校正球面像差，但是入射在物镜230上的束的直径随着球面像差校正透镜232的移动而变化。

[0019] 即，光束的展幅会变化。结果，如图21所示，其光强会变化，因此样品的表面上的亮度也会变化。如果设置了图像提取单元，则可以使用它来对图像的亮度进行检测并根据该亮度改变光源的功率。尽管可以通过在图像端执行控制等将亮度保持恒定，但是存在诸如装置结构复杂度增大的问题。

[0020] 当在光瞳面内存在光强分布时，存在该光强分布也会变化的危险。光强分布的这种变化可能影响会聚性能。此外，由于按照来自图像捕获单元的电信号来移动球面像差校正透镜，因此该方法很耗时。

发明内容

[0021] 鉴于上述情况而实现了本发明，本发明旨在提供一种激光会聚光学系统和一种激光处理装置，其具有简单的结构并且可以容易地校正球面像差而并不耗时。

[0022] 为了实现以上目的，本发明使用了以下装置。

[0023] 本发明的一种激光会聚光学系统包括：激光束源，其发射激光束；会聚光学系统，其布置在所述激光束源与介质之间，并将所述激光束会聚在所述介质中；以及激光发散点移动单元，其可以根据希望将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到希望将所述束会聚到的会聚位置的距离，来沿所述激光束的光轴移动所述激光束的激光发散点的位置。

[0024] 根据该激光会聚光学系统，所述会聚光学系统可以将从所述激光束源发射的激光束会聚在介质中。此时，所述激光束按发散状态(非平行状态)入射在所述会聚光学系统上。即，从所述激光束源按发散状态发射出所述激光束，或者从所述激光束源按平行状态发射出所述激光束，然后在所述激光束入射在所述会聚光学系统上之前通过由各种透镜等组成的光学系统将它转换成发散状态。所述激光束变成发散状态的点就是所述发散点。当根据希望将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到希望的会聚位置的距离对所述激光束进行会聚时，所述激光发散点移动单元沿所述激光束的光轴移动所述激光发散点，使得即使将所述激光束会聚在所述介质中的不同深度处的位置处，也可以显著地抑制在各位置处产生的球面像差量。因此，可以将所述激光束有效地会聚在所述介质中的希望深度处，并且可以增强会聚性能。

[0025] 具体地，由于只移动所述激光发散点，所以可以容易地校正球面像差，而不像在常规方式中那样耗时。此外，由于不需要诸如具有校正环的常规物镜的特殊光学系统，所以可以使结构简化同时降低成本。此外，由于只需要移动激光发散点，所以容易实现连续的可变性并且容易调节结构，以进行自动化。

[0026] 所述激光发散点移动单元可以基于预先测得的所述会聚光学系统的波前数据，来设置所述激光发散点的位置。

[0027] 在此情况下，由于所述激光发散点移动单元在考虑到预先测得的所述会聚光学系统的波前数据(如形成所述会聚光学系统的一部分的物镜的波前数据和整个会聚光学系统的波前数据)之后对所述激光发散点的位置进行设置，所以可以进一步增强对所述激光束的会聚性能以及观察性能。

[0028] 可以与所述会聚光学系统相配合地设置观察光学系统，所述观察光学系统保持从所述会聚光学系统的底面到所述介质的表面的预定距离。该观察光学系统可以包括自动聚焦检测单元或自动聚焦机构。

[0029] 在此情况下，由于例如当沿水平方向相对地移动所述会聚光学系统和所述介质时(即，当进行扫描时)所述观察光学系统可以保持在所述会聚光学系统的底面与所述介质的表面之间的预定距离，所以可以在将会聚在希望深度处的激光束保持在同一位置的同时执行扫描。因此，可以将所述激光束会聚在整个介质上，同时显著地抑制在介质中的不同深度处产生球面像差。

[0030] 在所述会聚光学系统与所述介质的表面之间沿光轴方向的相对距离可以是恒定的。

[0031] 在此情况下，即使希望将所述激光束会聚到所述介质中的深度变化了，由于在所述会聚光学系统与所述介质的表面之间沿光轴方向的相对距离(即，WD)是恒定的，所以也可以使结构简化。

[0032] 还可以接受使用包括所述会聚光学系统的激光处理装置。

[0033] 在此情况下，可以将所述激光束有效地会聚在所述介质中的不同深度处，同时显著地抑制球面像差的产生。因此，可以准确地执行激光处理，并且可以高精度地切割晶片等。

[0034] 根据本发明第一方面的激光处理装置包括：激光束源，其发射激光束；准直单元，其将从所述激光束源发射的激光束的光线准直成平行光线；会聚光学系统，其将所述激光束的所述平行光线会聚在介质中；第一透镜组，其布置在所述准直单元与所述会聚光学系统之间的平行光线中，并且可以沿所述平行光线的光轴方向移动，第一透镜组包括一个或更多个透镜；第二透镜组，其稳固地布置在第一透镜组与所述会聚光学系统之间的平行光线中，并包括一个或更多个透镜；以及移动单元，其根据希望将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到希望将所述激光束会聚到的位置的距离，来移动第一透镜组。第二透镜组的后侧焦距至少布置在所述会聚光学系统的入射光瞳位置的附近。

[0035] 根据该激光处理装置，从所述激光束源发射的所述激光束由所述准直单元转换成平行光线，并且在入射在将其会聚在所述介质中的所述会聚光学系统上之前被第一透镜组和第二透镜组折射。此时，所述移动单元沿光轴方向移动第一透镜组，由此可以沿光轴方向移动所述束源位置。即，可以通过移动第一透镜组改变从第二透镜组看到的束源的位置，并且也可以改变从所述会聚光学系统看到的束源的实际位置。

[0036] 由于根据将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到将所述激光束会聚到的位置的距离来移动第一透镜组，所以可以改变从所述会聚光学系统看到的束源的位置，并且可以将所述激光束会聚在希望的位置(深度)处，同时显著地抑制球面像差的产生。因此，可以准确地执行激光处理，并且可以高精度地切割晶片等。

[0037] 此外，第二透镜组被布置成，使得它的后侧焦距与所述会聚光学系统的所述入射光瞳位置相匹配。即使第一透镜组沿光轴移动，无论第一透镜组的位置如何，入射在第一透镜组上的所述平行光线也始终在所述会聚光学系统的所述入射光瞳位置处具有相同的直径，并被所述会聚光学系统会聚而不会模糊。这使得可以减小在会聚位置处的强度变化，并且，由于在所述会聚光学系统的所述入射光瞳面上的强度分布不会变化，所以可以抑制会聚性能的劣化。

[0038] 此外，由于可以仅通过移动第一透镜组来改变束源的位置，所以不必按常规方式沿光轴方向移动会聚光学系统、台座等。因此，可以使结构简化，并且可以容易地校正球面像差而没有耗时的操作。此外，由于不需要诸如带有校正环的物镜的特殊光学系统，所以可以使结构简化，同时降低成本。

[0039] 可以与所述会聚光学系统相配合地设置观察光学系统，所述观察光学系统保持从所述会聚光学系统的底面到所述介质的表面的预定距离。该观察光学系统可以包括自动聚焦检测单元或自动聚焦机构。

[0040] 在此情况下，由于例如当沿水平方向相对地移动所述会聚光学系统和所述介质时(即，当进行扫描时)所述观察光学系统可以保持在所述会聚光学系统的底面与所述介质的表面之间的预定距离，所以可以在将会聚在希望深度处的激光束保持在同一位置的同时执行扫描。

[0041] 在所述会聚光学系统与所述介质的表面之间沿光轴方向的相对距离可以是恒定的。

[0042] 在此情况下，由于在所述会聚光学系统与所述介质的表面之间沿光轴方向的相对距离(即，WD)是恒定的，所以可以使所述自动聚焦机构的结构进一步简化，并使其不昂贵。

[0043] 当|f|是第一透镜组与第二透镜组的组合焦距时，所述移动单元可以将第一透镜组移动到满足以下公式的位置：

[0044] 1/|f|<0.01。

[0045] 当f2是第二透镜组的焦距时，第二透镜组可以满足以下公式：

[0046] f2>0。

[0047] 当f1是第一透镜组的焦距并且f2是第二透镜组的焦距时，第一透镜组和第二透镜组可以满足以下公式：

[0048] f1<0，

[0049] 并且1≤|f1/f2|≤5。

[0050] 当f1是第一透镜组的焦距并且f2是第二透镜组的焦距时，第一透镜组和第二透镜组可以满足以下公式：

[0051] f1>0，

[0052] 并且0.5≤|f1/f2|≤2。

[0053] 根据本发明第二方面的激光处理装置包括：激光束源，其发射激光束；会聚光学系统，其将所述激光束会聚在介质中；以及激光会聚光学系统，其中，根据希望将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到希望将所述激光束会聚到的位置的距离，将满足以下公式的多个透镜专门地插入到所述会聚光学系统的发散光线和/或会聚光线的光路上或从该光路移开：

[0054] 2(d2+l×f-l×d)NA＝f×a

[0055] 其中，d是从会聚光学系统的入射光瞳位置到所述多个透镜的距离，[0056] l是从所述会聚光学系统的所述入射光瞳位置到所述束源位置的距离，[0057] f是所述多个透镜的焦距，

[0058] NA是所述束源的数值孔径(从会聚透镜看到的数值孔径)，并且

[0059] a是所述会聚光学系统的入射光瞳直径。

[0060] 根据本发明第三方面的一种激光处理装置包括：激光束源，其发射平行于光轴的激光光线；光学系统，其将所述激光光线会聚在介质中；以及激光会聚光学系统，其中，根据希望将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到希望将所述激光束会聚到的位置的距离，将满足以下公式的多个透镜专门地插入到所述激光光线中或从所述激光光线移开：

[0061] b(f-d)/f＝a

[0062] 其中，b是来自所述束源的准直束的直径，

[0063] d是从会聚光学系统的入射光瞳位置到所述多个透镜的距离，

[0064] f是所述多个透镜的焦距，并且

[0065] a是所述会聚光学系统的入射光瞳直径。

[0066] 本发明的有益效果在于，根据本发明的所述激光会聚光学系统，激光发散点移动单元根据希望将激光束会聚到其中的介质的折射率和从所述介质的表面到会聚位置的距离，沿激光束的光轴移动激光发散点，从而使得可以显著地抑制在所述介质中的不同深度的位置处产生的球面像差量。因此，可以将所述激光束有效地会聚在所述介质中的希望深度处，并且可以增强会聚性能。

[0067] 具体地，由于只移动所述激光发散点，所以可以容易地校正球面像差，而不像在常规方式中那样耗时。此外，由于不需要特殊光学系统，所以可以使结构简化同时降低成本。

[0068] 根据一种包括所述激光会聚光学系统的激光处理装置，可以将激光束有效地会聚在介质中的不同深度处，同时显著地抑制球面像差产生，使得可以准确地执行激光处理。

[0069] 根据本发明的第一方面到第三方面的激光处理装置，根据希望将所述束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到希望将所述束会聚到的位置的距离来移动第一透镜组，从而移动所述激光束入射在第二透镜组上的位置，即，从所述会聚光学系统看到的所述激光束的位置。这使得可以将所述激光束会聚在希望的深度(位置)处，同时显著地抑制所产生的球面像差量。因此，可以高精度地执行激光处理。

[0070] 此外，由于使第二透镜组的后侧焦点位置与所述会聚光学系统的所述入射光瞳位置相匹配，所以入射在所述会聚光学系统的所述入射光瞳上的光线的直径不会变化。这使在所述光瞳面内的入射光强度和强度分布保持恒定，抑制了会聚性能的变化。

[0071] 由于可以仅通过移动第一透镜组来改变所述束源的位置，所以可以使结构简化，并且可以容易地校正球面像差而没有耗时的操作。

附图说明

[0072] 图1示出了根据本发明第一实施例的激光处理装置和激光会聚光学系统的结构图。

[0073] 图2是当使用同一激光会聚光学系统将激光束照射在距晶片表面的不同深度处的多个位置时的流程图的示例。

[0074] 图3是在考虑了会聚光学系统的波前数据之后使用同一激光会聚光学系统来照射激光束的流程图的示例。

[0075] 图4是根据本发明第二实施例的激光会聚光学系统的结构的图。

[0076] 图5是当使用同一激光会聚光学系统将激光束照射在距晶片表面不同深度的多个位置处时的流程图的示例。

[0077] 图6是根据本发明第三实施例的激光会聚光学系统的结构的图，其为当将激光束照射在距晶片表面不同深度的多个位置处时的流程图的示例。

[0078] 图7示出了当根据同一流程图将激光束照射在距晶片表面不同深度的多个位置处时的状态的图。

[0079] 图8示出了根据本发明第四实施例的激光会聚光学系统的结构的图。

[0080] 图9是当使用同一激光会聚光学系统将激光束照射到距晶片表面不同深度的多个位置处时的流程图的示例。

[0081] 图10是示出根据本发明第五实施例的激光处理装置的结构的图。

[0082] 图11是当使用同一激光处理装置将激光束会聚在晶片中的希望深度处时的流程图的示例。

[0083] 图12是根据本发明第六实施例的激光处理装置的说明性流程图，其为当将激光束会聚在晶片中的希望深度处而同时保持恒定WD时的流程图的示例。

[0084] 图13是根据本发明第七实施例的激光会聚光学系统的结构的图。

[0085] 图14是根据本发明第八实施例的激光会聚光学系统的结构的图。

[0086] 图15示出了根据本发明第九实施例的激光会聚光学系统的结构的图。

[0087] 图16是一种激光处理装置的图，在该激光处理装置中，在发散光线的光路上布置有多个凸透镜，并且可以将这些凸透镜插入该光路中或从该光路移开。

[0088] 图17是一种激光处理装置的图，在该激光处理装置中，在会聚光线的光路上布置有多个凸透镜，并且可以将这些凸透镜插入该光路中或从该光路移开。

[0089] 图18是一种激光处理装置的图，在该激光处理装置中，在平行光线的光路上布置有多个凹透镜，并且可以将这些凹透镜插入该光路中或从该光路移开。

[0090] 图19是一种激光处理装置的图，在该激光处理装置中，通过凸透镜将平行光线转换成发散光线，并且在这些发散光线上布置有多个凹透镜，并且可以将这些凹透镜插入该光线上或从该光线移开。

[0091] 图20是常规球面像差校正的说明图，其为使得可以沿光轴方向移动球面像差校正透镜的光学系统的示例。

[0092] 图21是在图20的光学系统中的入射光瞳位置处的光强变化的图。

[0093] 对标符的简要说明

[0094] A 晶片(介质)

[0095] L 激光束

[0096] 1 激光会聚光学系统

[0097] 2，103 会聚光学系统

[0098] 3 激光发散点

[0099] 4 激光发散点移动单元

[0100] 10 观察光学系统

[0101] 101 激光处理装置

[0102] 104 第一透镜(第一透镜组)

[0103] 105 第二透镜(第二透镜组)

[0104] 106 移动单元

[0105] 107 观察光学系统

[0106] 120 第二透镜组

[0107] 125 第一透镜组

具体实施方式

[0108] 以下参照图1和2对根据本发明第一实施例的激光会聚光学系统和激光处理装置进行说明。

[0109] 本发明的激光处理装置可以在晶片(介质)A中水平地扫描处于会聚状态的激光束L，而执行激光处理，并将该晶片A切割成给定的尺寸，并且包括图1所示的激光会聚光学系统1。本实施例的激光处理装置还包括可以水平和垂直地移动晶片A的台座(未示出)。

[0110] 激光会聚光学系统1包括：激光束源(未示出)，其按平行光线的状态发射激光束L；会聚光学系统2，其包括置于激光束源与晶片A之间并将激光束L会聚在晶片A中的物镜等；以及激光发散点移动单元4，其可以根据用于会聚激光束L的希望折射率和从晶片A的表面到希望会聚位置的距离，沿激光束L的光轴移动激光束L的激光发散点3的位置。

[0111] 在本实施例中，激光发散点3是通过预定光学系统将从激光束源发射的激光束L的平行光线改变成发散光线(非平行状态)的位置。当将激光束源设置成使得它可以按非平行状态发射激光束时，从激光束源进行发射的位置是激光发散点3。

[0112] 激光发散点移动单元4连接到控制器(未示出)，并在从该控制器接收到信号之后移动激光发散点3。该控制器包括可以向其输入预定信息的输入单元，和基于输入到输入单元的各种信息(输入数据)对激光发散点3的移动量进行计算的计算器。根据所计算出的结果，控制器向激光发散点移动单元4发送信号，使得它移动激光发散点3。

[0113] 除了对激光发散点移动单元4进行控制以外，控制器还同时控制激光束源，使得它在激光发散点3移动之后发射激光束L。

[0114] 下面对这样的示例进行说明，其中，使用如上所述地构成的激光会聚光学系统1来将激光束L会聚在距晶片A的表面的不同深度处，并通过对晶片A进行扫描来切割它。在本实施例中，将对其中将激光束会聚在距表面例如50μm、75μm以及100μm的深度的位置处的示例进行说明。

[0115] 在图2中，为了将激光束L会聚在距晶片A的表面50μm的深度的位置处，向控制器的输入单元输入晶片A的折射率、从晶片A的表面到会聚位置的距离(即，50μm)以及会聚光学系统2的数值孔径(NA)(步骤S1)。基于该输入数据，计算器对激光发散点3的移动量(即，激光发散点3与会聚光学系统2之间的距离，和会聚光学系统2与晶片A的表面之间的距离，即，WD)进行计算(步骤S2)。在进行了计算之后，基于所计算出的结果，控制器对激光发散点移动单元4进行控制，以沿光轴方向移动激光束L，从而将激光发散点3的位置移动到预定位置，并改变会聚光学系统2与晶片A之间的距离WD(步骤S3)。

[0116] 在移动激光发散点3并改变WD之后，控制器向激光束源发送信号，使得它发射激光束L(步骤S4)。所发射的激光束L在激光发散点3(已由激光发散点移动单元4移动到预定位置)的位置处变成发散的，然后由会聚光学系统2会聚在距晶片A的表面50μm的位置处。

[0117] 此时，由于如上所述地根据50μm的深度来调节激光发散点3的位置，所以可以显著地抑制所产生的球面像差量，并且可以将激光束L有效地会聚在50μm的位置处。

[0118] 为了将激光束L会聚在距晶片A的表面75μm和100μm的深度的位置处，按与上述相同的方式向输入单元输入晶片A的折射率、从晶片A到会聚位置的距离(即，75μm和100μm)以及会聚光学系统2的NA。在由计算器进行了计算之后，基于所计算出的结果，控制器对激光发散点移动单元4进行控制，以沿激光束L的光轴方向移动它，从而将激光发散点3的位置移动到如图1中的(b)和(c)所示的预定位置，并改变WD。然后，发射激光束L，并且会聚光学系统2将其会聚在距晶片A的表面75μm和100μm的位置处。

[0119] 由于按与上述相同的方式根据75μm和100μm的深度来调节激光发散点3的位置，所以可以显著地抑制在这些深度处产生的球面像差量，并且可以将激光束L有效地会聚在75μm和100μm的位置处。

[0120] 当将激光束L会聚在晶片A中时，能量会聚在一个点(会聚点)上并产生裂缝。具体地，由于可以将激光束L会聚在不同深度(50μm、75μm以及100μm)的位置处而显著地抑制球面像差，所以可以准确地在希望的位置处产生裂缝。

[0121] 在将激光束L会聚在预定深度处的同时，通过对台座进行水平扫描来执行激光处理，可以将相邻的裂缝连接起来，从而将晶片A切割成给定的尺寸，例如，将其切割成片状。

[0122] 如上所述，根据本实施例的激光处理装置和激光会聚光学系统，当将激光束L会聚在距晶片A的表面的不同深度3a(50μm、75μm以及100μm)处时，激光发散点移动单元4根据晶片A的折射率和从晶片A的表面到各会聚位置的距离，沿光轴移动激光发散点3。
这显著地抑制了所产生的球面像差量，并有效地将激光束L按理想状态会聚在各深度处。
通过在各深度处进行扫描，可以更准确地执行激光处理，使得切割过程更精确。

[0123] 具体地，由于该结构只移动激光发散点3，所以可以容易地校正球面像差，而不像在常规方式中那样耗时。由于不需要诸如具有校正环的物镜的特殊光学系统，所以可以使结构简化同时降低成本。此外，由于只移动激光发散点3，所以容易实现连续的可变性并且容易调节结构，以进行自动化。

[0124] 尽管在第一实施例中，向输入单元输入了晶片A的折射率、从晶片A的表面到会聚位置的距离以及会聚光学系统2的NA，以对激光发散点3的位置进行计算，但是本发明并不限于此。例如，除这些输入数据以外，还可以接受输入预先从会聚光学系统2测得的波前数据，并基于该数据对激光发散点3的位置进行计算。

[0125] 如图3所示，当向输入单元输入各种数据时(以上步骤S1)，输入了晶片A的折射率、从晶片A的表面到会聚位置的距离、会聚光学系统2的NA以及会聚光学系统2的波前数据。

[0126] 这使得可以高精度地校正球面像差，并增强激光束L的会聚性能。

[0127] 会聚光学系统2的波前数据可以由形成会聚光学系统2的一部分的物镜的波前数据或者整个会聚光学系统2的波前数据组成。

[0128] 随后，参照图4和5对根据本发明第二实施例的会聚光学系统进行说明。在第二实施例中，由相同的标号表示与第一实施例中的组成要素相同的组成要素，而不重复说明这些组成要素。

[0129] 第二实施例与第一实施例的不同之处在于：在第一实施例中，在扫描过程中只移动台座，而在第二实施例中，在保持会聚光学系统2与晶片A的表面之间的恒定距离的同时执行扫描。

[0130] 如图4所示，本实施例的会聚光学系统2包括与会聚光学系统2相配合地设置的观察光学系统10，并在会聚光学系统2的底面与晶片A的表面之间保持恒定距离。观察光学系统10包括自动聚焦机构。

[0131] 观察光学系统10包括：束源11，其发射线性地偏振的半导体激光束L’；第一透镜12，其使从束源11发射出的半导体激光束L’准直成平行状态；与第一透镜12相邻地布置的偏振分束器13；第二透镜14，其对透过偏振分束器13的半导体激光束L’进行会聚；第三透镜15，其再次使由第二透镜14会聚的半导体激光束L’准直成平行状态；四分之一波长板16，其将透过第三透镜15的半导体激光束L’的线偏振光转换成圆偏振光；分色镜17，其反射透过四分之一波长板16的半导体激光束L’，使得其光轴的方向改变90度，并使该光入射在会聚光学系统2上；第四透镜19，其使从会聚光学系统2返回的光在再次透过四分之一波长板16并由偏振分束器13反射之后入射在柱面透镜18上；以及置于柱面透镜18的后侧的光电二极管20。

[0132] 将分色镜17设置成使得它反射半导体激光束L’并透射其他波长的光，例如，从激光束源发射的激光束L。

[0133] 对于线偏振光，例如，偏振分束器13透射平行于入射面的振动分量P的线偏振光，并反射垂直于入射面的振动分量S的光。控制器利用基于检测信号(如从光电二极管20接收的聚焦误差信号)的反馈对台座进行控制，并沿垂直方向(光轴方向)移动台座。即，它充当自动聚焦装置。由此，将半导体激光束L’始终调节到位于晶片A的表面上的焦点。

[0134] 当使用该结构的激光会聚光学系统2对晶片A进行扫描时，从束源11照射线偏振半导体激光束L’。第一透镜12使所照射的半导体激光束L’平行，然后半导体激光束L’入射在偏振分束器13上。平行于入射面的线偏振振动分量P被第二透镜14会聚，然后发散。由第三透镜15再次使该发散光平行，然后该发散光入射在四分之一波长板16上。此时，平行束的宽度对应于会聚光学系统2的宽度。在透过四分之一波长板16之后，半导体激光束L’变成圆偏振的。然后它被分色镜17反射并入射在会聚光学系统2上。入射在会聚光学系统2上的束照射到晶片A的表面上。

[0135] 随后，从晶片A的表面反射的光由会聚光学系统2会聚，由分色镜17反射，并入射在四分之一波长板16上，由此该光变成垂直于入射面的振动分量S。该光透过第三透镜15和第二透镜14，入射在偏振分束器13上，并向第四透镜19反射。在由第四透镜19会聚之后，它透过柱面透镜18并在光电二极管20上形成图像。所形成的图像被转换成诸如聚焦误差信号的检测信号，并被发送给控制器(步骤S5)。控制器基于它接收到的检测信号进行计算(步骤S6)，并沿垂直方向(光轴方向)进一步移动台座，使得半导体激光束L’的焦点与晶片A的表面相匹配(步骤S7)。即，通过进行自动聚焦始终形成晶片A的表面的图像。

[0136] 因此，可以在始终在会聚光学系统2与晶片A的表面之间保持恒定距离的同时执行扫描。因此，即使台座稍微弯曲或者即使台座的移动存在一些误差，也可以将激光束L准确地会聚在希望的深度处。这使得可以在对距晶片A的表面的会聚位置更准确地进行控制的同时对激光束L进行扫描，并且使得可以更精确地执行激光处理。

[0137] 当在扫描过程中改变了激光束L所会聚的位置时，在计算了自动聚焦装置的偏移量之后执行扫描(步骤S8)。例如，如果在激光束L会聚在100μm的深度处时进行扫描然后在激光束L会聚50μm的深度处时进行扫描，除移动激光发散点以外，还必须将WD改变到理想状态，即，将其设置为理想值。当改变该WD值时，必须使自动聚焦装置偏移预定量。换句话说，通过计算自动聚焦装置的偏移来校正WD值。在进行了偏移之后，如上所述地在不同深度处执行扫描。

[0138] 随后，参照图6和图7对根据本发明第三实施例的会聚光学系统进行说明。在第三实施例中，由相同的标号表示与第一实施例中的组成要素相同的组成要素，并不重复说明这些组成要素。

[0139] 第三实施例与第一实施例的不同之处在于：在第一实施例中，在会聚光学系统2与晶片A的表面之间沿光轴方向的相对距离(即，WD)不是恒定的，与之对照的是，在第三实施例中，WD是恒定的。

[0140] 即，预先设定台座和会聚光学系统2在光轴方向上的位置，然后将它们保持在相同的位置上。如图6所示，从输入给输入单元的各种数据(以上步骤S1)中排除了WD值，即，输入数据只包括晶片A的折射率、从晶片A的表面到希望会聚位置的距离以及会聚光学系统2的NA。

[0141] 如图7所示，在保持恒定WD的同时，激光发散点移动单元4沿光轴方向仅移动激光发散点3。这使得可以通过更简单的结构来校正球面像差。

[0142] 随后，参照图8和9对根据本发明第四实施例的会聚光学系统进行说明。在第四实施例中，由相同的标号表示与第二实施例中的组成要素相同的组成要素，并不重复说明这些组成要素。

[0143] 第四实施例与第二实施例的不同之处在于：在第二实施例中，在会聚光学系统2与晶片A的表面之间沿光轴方向的相对距离(即，WD)不是恒定的，与之对照的是，在第四实施例中，WD是恒定的。

[0144] 如图8所示，本实施例的会聚光学系统2可以按与第三实施例相同的方式，在按照恒定的WD进行偏移的同时进行扫描。因此，如图9所示，由于在初始地设定了自动聚焦装置之后不需要重新计算其偏移，所以可以缩短进行偏移所需的时间，从而提高了处理量。

[0145] 此外，还可以减小由于进行偏移而导致的自动聚焦装置的精度的劣化。

[0146] 本发明的技术范围并不限于上述多个实施例，在不脱离本发明的精神的情况下可以进行各种修改。

[0147] 例如，尽管在以上各实施例中，将激光束会聚在晶片中，但是其结构并不限于晶片，并且可以将束会聚在介质中。距晶片的表面的会聚距离并不限于如上所述的50μm、75μm以及100μm，而是可以任意地设置它。尽管通过移动台座来改变在会聚光学系统与晶片的表面之间沿光轴方向的相对距离，但是本发明并不限于该结构。例如，可以使用压电元件等来移动会聚光学系统，以改变该相对距离。

[0148] 尽管将控制器描述为对激光发散点移动单元进行自动控制，但是可以由移动激光发散点移动单元基于由控制器获得的计算结果来改变激光发散点的位置。

[0149] 在第三实施例中描述的观察光学系统仅仅是一个示例，并且，只要可以保持从会聚光学系统的底面到晶片的表面的距离，就可以接受诸如透镜的任何光学系统的组合。

[0150] 以下，参照图10和11对根据本发明第五实施例的激光处理光学系统进行说明。

[0151] 如图10所示，本实施例的激光处理装置101包括：未示出的激光源，其发射激光束L；由未示出的透镜等组成的准直单元，其使从激光束源发射的激光束L准直成平行光线；会聚光学系统103，其包括将束L的平行光线会聚在介质中的物镜102；第一透镜(第一透镜组)104，其布置在准直单元与物镜102之间的平行光线中，并且可以沿平行光线的光轴方向移动；第二透镜(第二透镜组)105，其固定在第一透镜组104与物镜102之间的平行光线中；移动单元106，其根据要把激光束L会聚到的晶片(介质)A的折射率和从晶片A的表面到会聚位置的距离，来移动第一透镜组104；以及与会聚光学系统103相配合地设置的观察光学系统107，其保持从物镜102的底面到晶片A的表面的恒定距离。

[0152] 顺便指出，晶片A安装在可以沿XY方向移动的未示出的台座上。

[0153] 第一透镜104由固定于未示出的透镜框的双凹透镜组成。移动单元106连接到该透镜框，并可通过该透镜框移动第一透镜104。移动单元106还连接到未示出的控制器，并基于从该控制器接收到的信号进行操作。

[0154] 控制器包括可以向其输入预定信息的输入单元，和基于输入到该输入单元的输入信息(输入数据)对第一透镜104的移动量进行计算的计算器，根据所计算出的结果将移动单元106移动预定量。除了对移动单元106进行控制以外，控制器还同时控制激光束源，使得它在移动了第一透镜104之后发射束L。

[0155] 第二透镜105是凸透镜，其平面侧面对第一透镜104侧，即，其凸面侧面对物镜102，并被布置成使得它的后侧焦点位置至少位于物镜102的入射光瞳位置的附近。

[0156] 观察光学系统107包括：束源110，其照射线性地偏振的半导体激光束L’；第一透镜111，其使从束源110照射的半导体激光束L’准直成平行状态；与第一透镜111相邻地布置的偏振分束器112；第二透镜113，其对透过偏振分束器112的半导体激光束L’进行会聚；第三透镜114，其再次使由第二透镜113会聚的半导体激光束L’准直成平行状态；四分之一波长板115，其将透过第三透镜114的半导体激光束L’的线偏振光转换成圆偏振光；分色镜116，其反射透过四分之一波长板115的半导体激光束L’，使得其光轴的方向改变90度，并使该光入射在物镜102上；第四透镜118，其使从物镜102返回的光在再次透过四分之一波长板115并由偏振分束器112反射之后入射在柱面透镜117上；以及置于柱面透镜
117的后侧的光电二极管119。

[0157] 将分色镜116设置成使得它反射半导体激光束L’并透射其他波长的光，如从激光束源发射的激光束L。

[0158] 对于线偏振光，例如，偏振分束器112透射平行于入射面的振动分量P的线偏振光，并反射垂直于入射面的振动分量S的光。控制器利用基于检测信号(如从光电二极管119接收的聚焦误差信号)的反馈对台座进行控制，并沿垂直方向(光轴方向)移动台座。
即，它充当自动聚焦装置。因此，将半导体激光束L’始终调节到位于晶片A的表面上的焦点处。

[0159] 下面说明使用如上所述地构成的激光处理系统101来将束L会聚在距晶片A的表面的不同深度处的示例。

[0160] 如图11所示，向控制器的输入单元输入预先测得的晶片A的折射率、从晶片A的表面到希望会聚位置的距离(例如，50μm)、物镜102的NA、从物镜102到晶片A的表面的距离(即，WD)以及与物镜102有关的波前数据(步骤S1A)。基于该输入数据，计算器对第一透镜104的移动量进行计算(步骤S2A)。在进行了该计算之后，基于所计算出的结果，控制器对移动单元106进行控制，从而沿束L的光轴方向移动移动单元106，以将第一透镜104移动到预定位置(步骤S3A)。

[0161] 在移动了第一透镜104之后，控制器向激光束源发送信号而使它发射束L(步骤S4)。所发射的束L被准直单元转换成平行状态，并入射在第一透镜104上。激光束L被第一透镜104折射，并在入射在第二透镜105上之前变得发散。即，通过移动第一透镜104改变了束L在光轴方向上的发散点位置。束L的发散光线再次被第二透镜105折射，入射在物镜102上，然后会聚在距晶片A的表面的希望深度(50μm)处。

[0162] 如上所述，由于根据希望深度通过沿光轴方向移动第一透镜104的位置来调节发散点的位置，所以可以显著地抑制所产生的球面像差量，并且可以将激光束L有效地会聚在希望的位置处。

[0163] 当将束L会聚在与上述会聚位置不同的位置处(即，不同的深度处)时，按与上述相同的方式向输入单元输入包括距晶片A的表面的新距离在内的数据。基于计算器计算出的结果，控制器对移动单元106进行操作并沿光轴方向将第一透镜104移动到新位置。因此，束L的光线在与上述位置不同的位置处折射，并在入射在第二透镜105上之前发散。即使第一透镜104沿光轴移动了，只要距入射在第一透镜104上的光线的光轴的距离是恒定的，光线在透过第一透镜104之后的角度(q)就不会变化(它们保持平行)。激光束L的角度未变化(平行)的射线会聚在第二透镜(第二透镜组)的后侧焦面上的一个点处(一定会通过该点)。由于将第二透镜105的后侧焦点位置与会聚光学系统103的入射光瞳位置布置成使得它们相匹配，所以无论第一透镜104的位置如何，入射在第一透镜104上的平行光线始终会在会聚光学系统103的入射光瞳位置处具有相同的直径，并且会在会聚光学系统103中会聚而不会变模糊。由于入射在会聚光学系统103上的光线的直径不会变化，所以可以抑制会聚位置的强度变化和光瞳面上的强度分布变化的常规问题。

[0164] 当激光束L会聚在晶片A中时，能量会聚在一个点(会聚点)处并产生裂缝。具体地，由于可以在显著地抑制球面像差的同时将激光束L会聚在不同深度的位置处，所以可以准确地在希望的位置处产生裂缝。通过在将激光束L会聚在预定深度处的同时，对台座进行水平扫描而执行激光处理，可以将相邻裂缝连接起来，以将晶片A切割成给定的尺寸，例如，片状。

[0165] 具体地，由于本实施例包括通信接口107，所以可以在物镜102的顶孔(top punch)和底孔(bottom punch)与晶片A的表面之间保持恒定距离的同时执行扫描。

[0166] 在扫描过程中，束源发射线偏振半导体激光束L’。所发射的半导体激光束L’由第一透镜111准直成平行状态，并入射在偏振分束器112上。平行于入射面的线偏振振动分量P被第二透镜113会聚，接着发散。第三透镜114再次使该发散光平行，然后该光入射在四分之一波长板115上。此时，该准直束的宽度对应于物镜102。在透过四分之一波长板115之后，半导体激光束L’变成圆偏振的。然后它被分色镜116反射并入射在物镜102上。入射在物镜102上的束照射到晶片A的表面上。

[0167] 随后，从晶片A的表面反射的光由物镜102会聚，由分色镜116反射，然后入射在四分之一波长板115上，由此该光变成垂直于入射面的振动分量S。该光透过第三透镜114和第二透镜113，入射在偏振分束器112上，并向第四透镜118反射。在由第四透镜118会聚之后，它透过柱面透镜117并在光电二极管119上形成图像。形成该图像的光被转换成诸如聚焦误差信号的检测信号，并被发送给控制器(步骤S5A)。控制器基于由计算器计算出的偏移和检测信号执行计算(步骤S6A)，并沿垂直方向(光轴方向)进一步移动台座，使得半导体激光束L’的焦点与晶片A的表面相匹配(步骤S7)。即，通过自动聚焦来控制在会聚光学系统103与晶片A的表面之间的距离，使得它始终保持恒定。

[0168] 因此，可以在始终在物镜102与晶片A的表面之间保持恒定距离的同时对激光束L执行扫描。因此，即使台座稍微弯曲或者即使台座的移动存在一些误差，也可以将激光束L准确地会聚在希望的深度处。这使得可以在对距晶片A的表面的会聚位置更准确地进行控制的同时进行扫描，由此可以更精确地执行激光处理。

[0169] 当在扫描过程中改变了激光束L会聚的位置时，在计算了自动聚焦装置的偏移量(步骤S8)之后执行扫描。例如，如果在激光束L会聚在100μm的深度处时进行扫描然后激光束L会聚在50μm的深度处时进行扫描，除移动激光发散点以外，还必须将WD设置成理想值。当改变该WD值时，必须使自动聚焦装置偏移预定量。换句话说，通过计算自动聚焦装置的偏移来校正WD值。在进行了偏移之后，如上所述地在不同深度处执行扫描。

[0170] 随后，参照图12对根据本发明第六实施例的激光处理装置进行说明。在第六实施例中，由相同的标号表示与第五实施例中的组成要素相同的组成要素，并不重复说明这些组成要素。

[0171] 第六实施例与第五实施例的不同之处在于：在第五实施例中，在物镜102与晶片A的表面之间沿光轴方向的相对距离(即，WD)不是恒定的，而在第六实施例中，WD是恒定的。

[0172] 即，预先设定台座和物镜102在光轴方向上的位置，然后将它们始终保持在相同的位置上。因此，如图12所示，由于在初始地设定了自动聚焦装置之后不必重新计算其偏移，所以可以缩短进行偏移所需的时间，以提高处理量。

[0173] 随后，参照图13对根据本发明第七实施例的激光处理装置进行说明。在第七实施例中，由相同的标号表示与第五实施例中的组成要素相同的组成要素，并不重复说明这些组成要素。

[0174] 第七实施例与第五实施例的不同之处在于：在第五实施例中，第一透镜104包括双凹透镜，而在第七实施例的激光处理装置中，第一透镜104是凸透镜，并被布置成使得它的平面侧面对第二透镜105侧。

[0175] 在本实施例中，与在第五实施例中一样，无论第一透镜104的位置如何，入射束的平行光线在入射在第二透镜105上之前始终按相同的状态折射。因此本实施例的激光处理装置实现了与第五实施例中相同的效果。

[0176] 随后，参照图14对根据本发明第八实施例的光学系统进行说明。在第八实施例中，由相同的标号表示与第七实施例中的组成要素相同的组成要素，并不重复说明这些组成要素。

[0177] 第八实施例与第七实施例的不同之处在于：在第七实施例中，第二透镜组由单个凹透镜(即，第二透镜105)组成，而在第八实施例中，第二透镜组120由两个透镜121和122组成。

[0178] 如图14所示，本实施例的第二透镜组120包括布置在第一透镜组(第一透镜104)侧的双凹透镜121和布置得相邻于该双凹透镜121的双凸透镜122。整个第二透镜组120的后侧焦点位置位于物镜102的入射光瞳位置的附近。

[0179] 本实施例的激光处理装置可以获得与第七实施例中相同的效果。此外，可以增大第二透镜组120与物镜102之间的间隔(距离)，使得可以在它们之间布置另一观察系统等，从而增大设计的自由度。

[0180] 随后，参照图15对根据本发明第九实施例的光学系统进行说明。在第九实施例中，由相同的标号表示与第五实施例中的组成要素相同的组成要素，并不重复说明这些组成要素。

[0181] 第九实施例与第五实施例的不同之处在于：在第五实施例中，第一透镜组包括单个双凹透镜(即，第一透镜104)，而第九实施例的第一透镜组125包括两个透镜126和127。

[0182] 即，如图15所示，本实施例的第一透镜组125由以下透镜组成：凸透镜126，其被布置成使得它的凸部面对激光束源和准直单元侧；和双凹透镜127，其被布置得相邻于凸透镜126。本实施例的第二透镜组由一个双凸透镜128组成。

[0183] 在本实施例中，与在第五实施例中一样，无论第一透镜组125的位置如何，入射束的平行光线在入射在第二透镜128上之前始终按相同的状态折射。

[0184] 因此本实施例的激光处理装置获得了与第五实施例中相同的效果。

[0185] 应当明白，本发明并不限于上述第五实施例到第九实施例，而可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下进行各种修改。例如，第一透镜组和第二透镜组可以如在第五实施例中那样由单个透镜组成，或者如在第七和第八实施例中那样由一个以上透镜组成。透镜类型不限于例如凸透镜、凹透镜或双凸透镜，而可以进行自由的组合和设计。

[0186] 具体地，在第五实施例到第九实施例中，应当将移动单元106设置成对第一透镜组进行移动，使得满足以下公式：

[0187] 1/|f|<0.01

[0188] 其中|f|是第一透镜组与第二透镜组的组合焦距。这使得可以添加远焦段。

[0189] 在第五实施例到第九实施例中，应当将第二透镜组设置成满足以下公式。

[0190] f2>0

[0191] 其中f2是第二透镜组的焦距。

[0192] 会聚光学系统的入射光瞳位置通常在会聚光学系统本身内部。即使会聚光学系统103的入射光瞳位置在该光学系统内部，也可以使第二透镜组的后侧焦点的位置与会聚光学系统103的入射光瞳位置相匹配。

[0193] 在第五实施例到第九实施例中，应当将第一透镜组和第二透镜组设置成使得它们满足以下公式：

[0194] f1<0

[0195] 并且1≤|f2/f1|≤5

[0196] 其中f1是第一透镜组的焦距，f2是第二透镜组的焦距。

[0197] 通过对第一透镜组赋予负屈光力(凹透镜)，并对第二透镜组赋予正屈光力(凸透镜)，可以使结构更紧凑。此外，由于1≤f2/f1，所以可以简化第一透镜组的结构。这不仅使得它不昂贵，而且抑制了性能劣化。此外，由于f2/f1≤5，所以可以紧凑地设计该光学系统。

[0198] 对第一透镜组和第二透镜组的设置并不限于如上所述的f1<0并且1≤|f2/f1|≤5。例如，在第五实施例到第九实施例中，可以将它们设置成满足以下公式：

[0199] f1>0

[0200] 并且0.5≤|f1/f2|≤2

[0201] 这使得两个透镜组的焦距均可以是正的，简化了结构并实现了接近于等放大倍数的中继。

[0202] 尽管在第五实施例到第九实施例中，控制器对移动单元进行自动控制，但是可以对移动单元进行操作，使得基于由控制器进行的计算来移动第一透镜组的位置。

[0203] 可以将本发明的光学系统并入诸如图16所示的像差校正光学系统140，并将其用于校正球面像差。像差校正光学系统140对来自未示出的束源的激光束L进行会聚，并包括多个透镜141、142以及143，可以将这些透镜专门地插入到光路上或从光路移开，并且它们满足以下公式：

[0204] 2(d2+l×f-l×d)NA＝f×a

[0205] 其中，d是从包括物镜102的会聚光学系统103的入射光瞳位置到多个透镜141、142以及143的距离，l是从会聚光学系统103的入射光瞳位置到束源位置的距离，f是所述多个透镜141、142以及143的焦距，NA是束源的NA(从会聚透镜看到的NA)，并且a是会聚光学系统103的入射光瞳直径。光线是发散的，并且所述多个透镜141、142以及143是凸透镜。

[0206] 在该结构的像差校正光学系统140中，即使试图使用发散束源来观察(会聚)晶片A中的不同深度处的部分，也可以在抑制随光瞳面上的恒定强度和恒定强度分布而产生的球面像差量的同时执行观察(会聚)。此外，不必进行如下常规操作：如将多个昂贵的物镜(如带有校正环的物镜)组合起来，并更换具有不同厚度的玻璃。

[0207] 尽管图16所示的像差校正光学系统140将所述多个透镜141、142以及143布置在发散光线中，但是作为代替也可以将所述多个透镜141、142以及143如图17所示地布置在会聚光线中。在此情况下，所述多个透镜141、142以及143应当是凹透镜。

[0208] 可以如图18所示地将所述多个凹透镜141、142以及143布置在平行光线中。

[0209] 此外，如图19所示，可以将所述多个凹透镜141、142以及143布置在一凸透镜之后，该凸透镜将平行光线暂时转换成发散光线。

[0210] 尽管在第五到第九实施例中，将激光束会聚在晶片中，但是本发明并不限于此，而可以将束会聚在介质中。距晶片的表面的会聚距离并不限于如上所述的50μm、75μm以及100μm，而可以任意地设置它。尽管通过移动台座来改变会聚光学系统与晶片的表面之间沿光轴方向的相对距离，但是本发明并不限于该结构。例如，可以通过使用压电元件等来移动物镜，以改变该相对距离。

[0211] 此外，在第五实施例中描述的观察光学系统仅仅是一个示例，并且，只要可以保持从物镜的底面到晶片的表面的恒定距离，就可以将诸如透镜的各种光学系统组合起来。

[0212] 本发明还包括以下附记：

[0213] [附记1]

[0214] 一种激光处理装置，其包括：

[0215] 激光束源，其发射激光束；

[0216] 准直单元，其将从所述激光束源发射的激光束的光线准直成平行光线；

[0217] 会聚光学系统，其将所述平行光线会聚在介质中；

[0218] 第一透镜组，其布置在所述准直单元与所述会聚光学系统之间的平行光线中，并且可以沿所述平行光线的光轴方向移动，第一透镜组包括一个或更多个透镜；

[0219] 第二透镜组，其固定地布置在第一透镜组与所述会聚光学系统之间的平行光线中，并包括一个或更多个透镜；以及

[0220] 移动单元，其根据希望将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到希望将所述激光束会聚到的会聚位置的距离，来移动第一透镜组，其中[0221] 第二透镜组的后侧焦距至少布置在所述会聚光学系统的入射光瞳位置的附近。

[0222] [附记2]

[0223] 根据附记1所述的激光处理装置，还包括：

[0224] 观察光学系统，与所述会聚光学系统相配合地设置，并保持从所述会聚光学系统的底面到所述介质的表面的恒定距离，其中

[0225] 所述观察光学系统包括聚焦检测单元或自动聚焦机构。

[0226] [附记3]

[0227] 根据附记1或2所述的激光处理装置，其中

[0228] 在所述会聚光学系统与所述介质的表面之间的相对距离是恒定的。

[0229] [附记4]

[0230] 根据附记1到3中的一个所述的激光处理装置，其中

[0231] 当|f|是第一透镜组与第二透镜组的组合焦距时，所述移动单元将第一透镜组移动到满足以下公式的位置：

[0232] 1/|f|<0.01

[0233] [附记5]

[0234] 根据附记1到4中的一个所述的激光处理装置，其中

[0235] 当f2是第二透镜组的焦距时，第二透镜组满足以下公式：

[0236] f2>0

[0237] [附记6]

[0238] 根据附记1到5中的一个所述的激光处理装置，其中

[0239] 当f1是第一透镜组的焦距并且f2是第二透镜组的焦距时，第一透镜组和第二透镜组满足以下公式：

[0240] f1<0

[0241] 并且1≤|f1/f2|≤5

[0242] [附记7]

[0243] 根据附记1到5中的一个所述的激光处理装置，其中

[0244] 当f1是第一透镜组的焦距并且f2是第二透镜组的焦距时，第一透镜组和第二透镜组满足以下公式：

[0245] f1>0

[0246] 并且0.5≤|f1/f2|≤2

[0247] [附记8]

[0248] 一种激光处理装置，其包括：

[0249] 激光束源，其发射激光束；

[0250] 会聚光学系统，其将所述激光束会聚在介质中；以及

[0251] 激光会聚光学系统，其中，根据希望将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到希望将所述激光束会聚到的会聚位置的距离，将满足以下公式的多个透镜专门地插入到所述会聚光学系统的发散光线和/或会聚光线的光路上或从该光路移开：

[0252] 2(d2+l×f-l×d)NA＝f×a

[0253] 其中，d是从会聚光学系统的入射光瞳位置到所述多个透镜的距离，[0254] l是从所述会聚光学系统的所述入射光瞳位置到所述束源位置的距离，[0255] f是所述多个透镜的焦距，

[0256] NA是所述束源的数值孔径(从会聚透镜看到的数值孔径)，并且

[0257] a是所述会聚光学系统的入射光瞳直径。

[0258] [附记9]

[0259] 一种激光处理装置，其包括：

[0260] 激光束源，其发射平行于光轴的激光光线；

[0261] 光学系统，其将所述激光光线会聚在介质中；以及

[0262] 激光会聚光学系统，其中，根据希望将所述激光束会聚到其中的所述介质的折射率和从所述介质的表面到希望将所述激光束会聚到的位置的距离，将满足以下公式的多个透镜专门地插入所述激光光线中或从所述激光光线移开：

[0263] b(f-d)/f＝a

[0264] 其中，b是来自所述束源的准直束的直径，

[0265] d是从会聚光学系统的入射光瞳位置到所述多个透镜的距离，

[0266] f是所述多个透镜的焦距，并且

[0267] a是所述会聚光学系统的入射光瞳直径。

[0268] 根据本发明的激光会聚光学系统，激光发散点移动单元根据希望将束会聚到其中的介质的折射率和从介质的表面到会聚位置的距离，沿激光束的光轴移动激光发散点，从而使得可以显著地抑制在介质的不同深度的位置处产生的球面像差量。因此，可以将激光束有效地会聚在介质中的希望深度处，并且可以增强会聚性能。

[0269] 具体地，由于只移动激光发散点，所以可以容易地校正球面像差的产生，而不像在常规方式中那样耗时。此外，由于本结构不需要特殊光学系统，所以可以使结构简化同时降低成本。

[0270] 根据包括上述激光会聚光学系统的激光处理装置，由于可以将激光束有效地会聚在介质中的不同深度处，同时显著地抑制球面像差的产生，所以可以准确地执行激光处理。

[0271] 根据本发明的激光处理装置的第一方面到第三方面，由于可以通过根据希望将束会聚到其中的介质的折射率和从介质的表面到会聚位置的距离移动第一透镜组，来改变入射在第二透镜组上的激光束的位置(即，从会聚光学系统看到的束源的位置)，所以可以将激光束会聚在会聚位置处，同时显著地抑制在该位置处产生的球面像差量。因此，可以精确地执行激光处理。

[0272] 此外，将第二透镜组的后侧焦距与会聚光学系统的入射光瞳位置相匹配，由此入射在会聚光学系统的入射光瞳上的光线的直径不会变化，使得可以将光瞳面上的入射光的强度和强度分布保持恒定。因此，可以抑制会聚性能的变化。

[0273] 此外，由于仅通过移动第一透镜组就可以改变束源位置，所以可以使结构简化，并且可以容易地校正球面像差而不耗时。

[0274] 本申请基于日本特开第2004-132995号和第2004-132997号，通过引用将其内容并入于此。