KR20160128435A

KR20160128435A - 레이저 조사 장치 및 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20160128435A
Application number: KR1020167029789A
Authority: KR
Inventors: 하루야스 이토; 나오야 마츠모토; 다카시 이노우에
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2016-11-07
Also published as: TW201026418A; US20130341308A1; EP2325689B1; WO2010024320A1; PH12014500824B1; PH12014500824A1; CN102138097A; TWI524958B; CN102138097B; MY156486A; US8526091B2; US9415461B2; ES2668971T3; KR20110049848A; US9488831B2; US20160202477A1; KR101708161B1; US10324285B2; CN104238114A; JP5692969B2

Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 관한 수차 보정 방법에서는 광 투과성을 가지는 매질(60) 내부에 레이저광을 집광하는 레이저 조사 장치(1)의 수차 보정 방법에 있어서, 레이저광의 집광점이 상기 매질 내부에 발생하는 수차 범위의 사이에 위치하도록, 레이저광의 수차를 보정하는 것을 특징으로 한다. 이 수차 범위는 매질(60)의 굴절률을 n, 매질(60)의 입사면으로부터 렌즈(50)의 초점까지 깊이를 d, 매질(60)에 의해 발생하는 수차를 Δs로 하면, 매질(60)의 입사면으로부터 n×d 이상 n×d＋Δs 이하이다.

Description

레이저 조사 장치 및 레이저 가공 장치{LASER IRRADIATION DEVICE AND LASER PROCESSING DEVICE}

본 발명은 레이저 조사 장치 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

레이저 조사 장치는 레이저 가공 장치나 현미경 등의 각종 광학 장치에 이용되고 있다. 이 레이저 조사 장치를 이용한 레이저 가공 장치에서는 공간광 변조기(이하, SLM이라 함)를 구비하는 것이 있다. 하기 특허 문헌 1 ~ 5에는 SLM을 구비하는 레이저 가공 장치가 개시되어 있다.

특허 문헌 1 및 2에 기재된 레이저 가공 장치는 SLM을 이용하여, 가공 대상물에 대한 레이저광의 조사 위치를 제어하고 있고, 특허 문헌 3에 기재된 레이저 가공 장치는 SLM을 이용하여 레이저광을 제어하고 있다. 또, 특허 문헌 4에 기재된 레이저 가공 장치는 레이저광의 파면(波面)의 변형을 계측하는 수단을 가져서, 계측한 파면 변형을 SLM을 이용하여 보정하고 있다. 그러나 이 방법에서는 파면의 변형을 계측하는 수단이 필요하여, 광학계가 복잡하게 되기 때문에, 레이저 가공 등 파면의 변형을 계측할 수 없는 응용에는 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또, 특허 문헌 5에는 레이저광을 투명 매질에 집광하면 수차가 발생하여, 깊이 방향에 가공점이 길어지는 문제점이 기재되어 있고, 특허 문헌 5에 기재된 레이저 가공 장치는 매질의 분산 등에 의해 발생하는 색수차나 회절 소자에서의 파장에 의한 광로 변화를 적극적으로 이용하여, 광원 파장의 파장마다의 강도를 조정함으로써 가공 위치의 제어를 행하고 있다.

또, 특허 문헌 6에는 기지 수차의 역위상 분포를 입사광에 SLM 등의 파면 제어 소자에서 부여하는 것에 의해, 수차를 보정하는 방법이 기술되어 있다. 여기서, 비특허 문헌 1에서는 평행 평면 기판을 광학계에 삽입함으로써 발생하는 구면(球面) 수차를 근축 근사(近軸近似)의 근거로 해석적으로 구하고 있다. 레이저광을 투명 매질에 집광하는 것은 평행 평면 기판을 광학계에 삽입하는 것과 동등하여, 비특허 문헌 1에 기재되어 있는 결과를, 특허 문헌 6의 방법에 있어서 기존의 수차로서 취급함으로써, 레이저광을 투명 매질에 집광함으로써 발생하는 구면 수차를 보정하는 것이 가능하다. 그러나 이 방법에서는 수차의 역위상 분포의 위상 범위가 파면 제어 소자의 성능을 넘어 커지기 때문에, 매질에 대한 레이저 조사 위치가 깊은 경우에 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한, 정확한 레이저 조사 위치가 구해지지 않는다고 하는 문제도 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특개 2006-68762호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개 2006-119427호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개 2002-207202호 공보 특허 문헌 4 : 일본 특개 2006-113185호 공보 특허 문헌 5 : 일본 특개 2005-224841호 공보 특허 문헌 6 : 국제 공개 제2003/036368호 팜플렛

비특허 문헌 1 : 쿠보타 히로시, 「광학」, 이와나미 서점, 1967년, p.128-127, p.300-301

그런데 레이저 가공 장치에는 추가로, 미세(微細) 가공을 행할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광도파로(光導波路) 등의 개질층을 형성하는 경우에는, 집광점이 극력 작은 것이 바람직하다. 그렇지만 가공 위치가 깊어지면, 수차에 의해 집광 영역이 신장(伸張)되기 때문에, 양호한 가공 상태를 유지하는 것이 곤란하게 된다.

그래서 본 발명은 매질에 대한 레이저 조사 위치가 깊어도, 레이저광의 집광 정도를 높이는 것이 가능한 레이저 조사 장치 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본원 발명자 등은 주의 깊게 검토를 거듭한 결과, 매질에 대한 레이저 조사 위치가 깊어지면, 레이저광을 보정하기 위한 파면의 PV(peak to valley)값(PV값은 파면 수차의 최대값과 최소값의 차이며, 위상 변조량의 크기에 상당함)이 커져서, 공간광 변조기 등의 파면을 제어하는 소자의 성능을 넘기 때문에, 수차를 충분히 보정할 수 없게 된다는 것을 찾아냈다. 파면을 제어할 수 있는 공간광 변조기에는 독립한 화소에 전압을 인가하는 위상 변조형의 공간광 변조기나, 막(膜)미러를 액츄에이터로 변형시키는 가변 미러 등이 있다. 일반적으로, 독립한 화소에 전압을 인가하는 위상 변조형의 공간광 변조기에서 물리적으로 부여할 수가 있는 위상 변조 범위는 2π ~ 6π 정도이다. 이 범위를 물리적 위상 변조 범위라고 부르기로 한다. 그러나 위상 절첩 기술(位相折疊技術, Phase wrapping)을 이용함으로써, 실효적인 위상 변조 범위를 수십 파장 정도로 넓힐 수 있다. 위상 절첩 기술에 의해, 넓혀진 실효적인 위상 변조 범위를 실효적 위상 변조 범위라고 부르기로 한다. 위상 절첩 기술은 위상 0과 2nπ(n은 정수)가 동일 값인 것을 이용하여, 물리적 위상 변조 범위를 넘는 값을 가지는 위상 분포를, 물리적 위상 변조 범위 내에 절첩하는 기술이다. 그러나 레이저광을 보정하기 위한 파면에 있어서, 공간광 변조기에서 인접하는 화소간의 위상 변조량의 차가, 물리적 위상 변조 범위를 넘으면 위상 절첩 기술을 적용할 수 없게 된다. 이 때문에, 공간광 변조기에 있어서 인접하는 화소간의 위상 변조량의 차가 물리적 위상 변조 범위를 넘으면, 수차를 보정하기 위한 파면을 충분히 재현하지 못하고, 집광 정도가 저하하여 양호한 가공이 곤란했다. 가변 미러 등의 다른 공간광 변조기에 있어서, 물리적 위상 변조 범위는 독립한 화소에 전압을 인가하는 위상 변조형의 공간광 변조기보다 크지만, 그래도 변조할 수 있는 위상 범위에 한계가 있기 때문에, 레이저 조사 위치가 깊어지면, 수차를 충분히 보정할 수 없게 된다. 또한, 가변 미러의 경우, 공간적으로 연속한 위상 분포 밖에 변조하지 못하여, 위상 절첩 기술을 적용할 수 없기 때문에, 물리적 위상 변조 범위가 실효적 위상 변조 범위에 동등하다.

그리고 본원 발명자 등은 보정 후 레이저광의 집광점의 광축 방향의 위치가, 보정 전 근축 광선의 집광점의 광축 방향의 위치와 보정 전 최외연(最外緣) 광선의 집광점의 광축 방향의 위치 사이의 범위, 즉 매질 내부에서 종수차(縱收差)가 존재하는 범위의 사이에 있도록, 레이저광의 수차를 보정하면, 수차 보정을 위해 부여하는 파면 변조의 PV값이 저감된다는 것을 찾아냈다. 수차 보정을 위한 파면 변조의 PV값이 저감되는 결과, 집광 위치가 깊은 경우에 있어서도, 공간광 변조기에서 인접하는 화소간의 위상 변조량의 차가 작아져서, 위상 절첩 기술을 적용할 수 있게 된다. 이후에는 위상 절첩을 적용하기 전의 수차 보정을 위한 파면 변조 패턴을 보정파면(補正波面)이라고 부르고, 여기에 위상 절첩을 적용한 패턴을 수차 보정 위상 패턴이라고 부르기로 한다.

그래서 본 발명의 수차 보정 방법에서는, 광 투과성을 가지는 매질 내부에 레이저광을 집광하는 레이저 조사 장치의 수차 보정 방법에 있어서, 레이저광의 집광점이 매질 내부에 발생하는 수차 범위의 사이에 위치하도록, 레이저광의 수차를 보정하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 레이저광의 집광점이 매질 내부에 발생하는 수차 범위의 사이에 위치한다는 것은 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치한다는 것을 의미한다.

이 수차 보정 방법에 의하면, 레이저광의 집광점이, 매질 내부에 발생하는 수차 범위의 사이에 위치하도록, 즉 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록, 레이저광의 수차를 보정하므로, 파면의 PV값을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 위상 변조량에 제한이 있는 공간광 변조기를 이용해도, 수차 보정을 위한 위상 변조량을 저감시키는 것에 의해, 공간광 변조기의 부담을 줄여, 고정밀의 파면 제어를 가능하게 한다. 그 결과, 매질에 대한 레이저 조사 위치가 깊어도, 레이저광의 집광 정도를 높일 수 있어, 양호한 가공 상태를 유지하는 것이 가능하다.

상기한 레이저 조사 장치는, 매질 내부에 레이저광을 집광하기 위한 집광 수단을 구비하고 있고, 매질의 굴절률을 n, 매질의 굴절률 n이 집광 수단 분위기 매질의 굴절률에 동등하다고 가정한 경우에 있어서 매질의 입사면으로부터 집광 수단의 초점까지 깊이(이하, 매질 이동량으로 함)를 d, 매질에 의해 발생하는 종수차의 최대값을 Δs라고 정의하면, 상기한 종수차 범위는 대개 매질의 입사면으로부터 n×d 이상 n×d+Δs 이하이며, 상기한 수차 보정 방법에서는 레이저광의 집광점이 매질의 입사면으로부터 n×d보다 크고, n×d+Δs보다 작은 범위에 위치하도록, 레이저광의 수차를 보정하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기한 레이저 조사 장치는, 매질 내부에 레이저광을 집광하기 위한 집광 렌즈와, 레이저광의 수차를 보정하기 위한 공간광 변조기를 구비하고 있고, 상기한 수차 보정 방법에서는, 집광 렌즈의 입사부에 대응하는 공간광 변조기 상의 임의 화소에 있어서 위상 변조량과, 상기 화소에 인접하는 화소에 있어서 위상 변조량의 위상차가 위상 절첩 기술을 적용할 수 있는 위상 범위 이하인 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 인접하는 화소간의 위상차가 작아지므로, 물리적 위상 변조 범위에 한계가 있는 공간광 변조기에서의 위상 절첩 실현을 가능하게 하여, 고정밀의 파면 제어를 가능하게 한다.

또, 상기한 수차 보정 방법에서는 보정파면의 위상값이 극대점 및 극소점을 가지도록, 상기 레이저광의 집광점을 설정하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 보정파면의 위상값이 극대점 및 극소점을 가지도록 집광점을 설정함으로써, 보정파면의 PV값을 저감시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 레이저 가공 방법은, 레이저광을 생성하는 광원과, 광원으로부터의 레이저광의 위상을 변조하기 위한 공간광 변조기와, 공간광 변조기로부터의 레이저광을 가공 대상물 내부에 있어서 가공 위치에 집광하기 위한 집광 렌즈를 구비하는 레이저 가공 장치의 레이저 가공 방법에 있어서, 가공 대상물 내부에 있어서 가공 위치를 설정하고, 가공 위치가, 수차를 보정하지 않을 때에 가공 대상물 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록, 가공 대상물의 상대 이동량을 설정하고, 가공 위치에 레이저광이 집광하도록 보정파면을 산출하여, 공간광 변조기에 표시하고, 가공 대상물과 집광 렌즈의 거리가 상대 이동량으로 되도록, 집광 위치를 상대적으로 이동하고, 광원으로부터의 레이저광을 가공 대상물에 있어서 가공 위치로 조사한다.

이 레이저 가공 방법에 의하면, 가공 위치가, 수차를 보정하지 않을 때에 가공 대상물 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록 설정되고, 공간광 변조기에 의해, 이 가공 위치에 레이저광의 집광점이 위치하도록, 레이저광의 수차가 보정되므로, 파면의 PV값을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 위상 변조량에 제한이 있는 공간광 변조기를 이용해도, 수차 보정을 위한 위상 변조량을 저감시키는 것에 의해, 공간광 변조기의 부담을 줄여, 고정밀의 파면 제어를 가능하게 한다. 그 결과, 가공 대상물에 대한 레이저 조사 위치가 깊어도, 레이저광의 집광 정도를 높일 수 있어, 양호한 가공 상태를 유지하는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 레이저 조사 방법은, 레이저광을 생성하는 광원과, 광원으로부터의 레이저광의 위상을 변조하기 위한 공간광 변조기와, 공간광 변조기로부터의 레이저광을 매질 내부의 소정 집광 위치에 집광하기 위한 집광 렌즈를 구비하는 매질내 레이저 집광 장치의 레이저 조사 방법에 있어서, 매질 내부에 있어서 집광 위치를 설정하고, 집광 위치가, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록, 매질의 상대 이동량을 설정하고, 집광 위치에 레이저광이 집광하도록 보정파면을 산출하여, 공간광 변조기에 표시하고, 매질과 집광 렌즈의 거리가 상대 이동량으로 되도록, 집광 위치를 상대적으로 이동하고, 광원으로부터의 레이저광을 매질에 있어서 집광 위치에 조사한다.

이 레이저 조사 방법에 의하면, 집광 위치가, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록 설정되고, 공간광 변조기에 의해, 이 집광 위치에 레이저광의 집광점이 위치하도록, 레이저광의 수차가 보정되므로, 파면의 PV값을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 위상 변조량에 제한이 있는 공간광 변조기를 이용해도, 수차 보정을 위한 위상 변조량을 저감시키는 것에 의해, 공간광 변조기의 부담을 줄여, 고정밀의 파면 제어를 가능하게 한다. 그 결과, 매질에 대한 레이저 조사 위치가 깊어도, 레이저광의 집광 정도를 높일 수 있어, 양호한 집광 상태를 유지하는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 다른 수차 보정 방법은, 광 투과성을 가지는 매질 내부에 레이저광을 집광하는 레이저 조사 장치의 수차 보정 방법에 있어서, (a) 레이저광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록, 레이저광의 수차를 보정하기 위한 보정파면으로서, 매질 내부 복수의 가공 위치에 각각 대응하는 복수의 당해 보정파면과, 매질 내부 복수의 가공 위치에 각각 대응하는 복수의 매질 표면으로부터 매질이 없을 때 집광점의 위치까지 거리(매질 이동량)를 구하는 제1 보정파면 생성 단계와, (b) 복수의 매질 표면으로부터 매질이 없을 때 집광점의 위치까지 거리의 고차 다항식 근사를 행하는 것에 의해 제1 고차 다항식을 구하는 제1 다항식 근사 단계와, (c) 복수의 보정파면의 고차 다항식 근사를 각각 행하는 것에 의해 복수의 제2 고차 다항식을 구하는 제2 다항식 근사 단계와, (d) 복수의 제2 고차 다항식에 있어서 동일 차수항의 계수로 이루어진 복수의 계수열의 고차 다항식 근사를 각각 행하는 것에 의해, 가공 위치를 파라미터로 하는 복수의 제3 고차 다항식을 구하는 제3 다항식 근사 단계와, (e) 제1 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수와, 복수의 제3 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수를 기억하는 기억 단계와, (f) 제1 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수와, 제1 고차 다항식과, 복수의 제3 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수 및 복수의 제3 고차 다항식을 이용하여, 복수의 제2 고차 다항식에 상당하는 임의 가공 위치의 제2 고차 다항식을 구하고, 당해 제2 고차 다항식을 이용하여 당해 임의 가공 위치의 보정파면을 구하는 제2 보정파면 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 수차 보정 장치는, 광 투과성을 가지는 매질 내부에 레이저광을 집광하는 레이저 조사 장치를 위한 수차 보정 장치에 있어서, (a) 레이저광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록, 레이저광의 수차를 보정하기 위한 보정파면으로서, 매질 내부 복수의 가공 위치에 각각 대응하는 복수의 당해 보정파면과, 매질 내부 복수의 가공 위치에 각각 대응하는 복수의 매질 표면으로부터 매질이 없을 때 집광점의 위치까지 거리(매질 이동량)를 구하는 제1 보정파면 생성 수단과, (b) 복수의 매질 표면으로부터 매질이 없을 때 집광점의 위치까지 거리의 고차 다항식 근사를 행하는 것에 의해 제1 고차 다항식을 구하는 제1 다항식 근사 수단과, (c) 복수의 보정파면의 고차 다항식 근사를 각각 행하는 것에 의해 복수의 제2 고차 다항식을 구하는 제2 다항식 근사 수단과, (d) 복수의 제2 고차 다항식에 있어서 동일 차수항의 계수로 이루어진 복수의 계수열의 고차 다항식 근사를 각각 행하는 것에 의해, 가공 위치를 파라미터로 하는 복수의 제3 고차 다항식을 구하는 제3 다항식 근사 수단과, (e) 제1 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수와, 복수의 제3 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수를 기억하는 기억 수단과, (f) 제1 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수와, 제1 고차 다항식과, 복수의 제3 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수 및 복수의 제3 고차 다항식을 이용하여, 복수의 제2 고차 다항식에 상당하는 임의 가공 위치의 제2 고차 다항식을 구하고, 당해 제2 고차 다항식을 이용하여 당해 임의 가공 위치의 보정파면을 구하는 제2 보정파면 생성 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 수차 보정 프로그램은, 광 투과성을 가지는 매질 내부에 레이저광을 집광하는 레이저 조사 장치를 위한 수차 보정 프로그램에 있어서, 컴퓨터를, (a) 레이저광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록, 레이저광의 수차를 보정하기 위한 보정파면으로서, 매질 내부 복수의 가공 위치에 각각 대응하는 복수의 당해 보정파면과, 매질 내부 복수의 가공 위치에 각각 대응하는 복수의 매질 표면으로부터 매질이 없을 때 집광점의 위치까지 거리(매질 이동량)를 구하는 제1 보정파면 생성 수단과, (b) 복수의 매질 표면으로부터 매질이 없을 때 집광점의 위치까지 거리의 고차 다항식 근사를 행하는 것에 의해 제1 고차 다항식을 구하는 제1 다항식 근사 수단과, (c) 복수의 보정파면의 고차 다항식 근사를 각각 행하는 것에 의해 복수의 제2 고차 다항식을 구하는 제2 다항식 근사 수단과, (d) 복수의 제2 고차 다항식에 있어서 동일 차수항의 계수로 이루어진 복수의 계수열의 고차 다항식 근사를 각각 행하는 것에 의해, 가공 위치를 파라미터로 하는 복수의 제3 고차 다항식을 구하는 제3 다항식 근사 수단과, (e) 제1 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수와, 복수의 제3 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수를 기억하는 기억 수단과, (f) 제1 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수와, 제1 고차 다항식과, 복수의 제3 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수 및 복수의 제3 고차 다항식을 이용하여, 복수의 제2 고차 다항식에 상당하는 임의 가공 위치의 제2 고차 다항식을 구하고, 당해 제2 고차 다항식을 이용하여 당해 임의 가공 위치의 보정파면을 구하는 제2 보정파면 생성 수단으로서 기능시킨다.

이러한 다른 수차 보정 방법, 본 발명의 수차 보정 장치 및 수차 보정 프로그램에 의하면, 레이저광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록 레이저광의 수차를 보정하기 위한 보정파면을 미리 구하고, 이 보정파면의 고차 다항식 근사에 의한 근사식을 이용하여 임의의 가공 위치에 있어서 보정파면을 구하므로, 이 임의 가공 위치의 보정파면은 레이저광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록 레이저광의 수차를 보정할 수 있어, 파면의 PV값을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 위상 변조량에 제한이 있는 공간광 변조기를 이용해도, 수차 보정을 위한 위상 변조량을 저감시키는 것에 의해, 공간광 변조기의 부담을 줄여, 고정밀의 파면 제어를 가능하게 한다. 그 결과, 매질에 대한 레이저 조사 위치가 깊어도, 레이저광의 집광 정도를 높일 수 있어, 양호한 가공 상태를 유지하는 것이 가능하다.

여기서, 수차의 형상이나 크기는 집광 위치에 의해 달라지므로, 가공의 깊이(가공 위치)를 변경하는 가공에서는 그때마다, 보정파면을 다시 구할 필요가 있어서, 그 산출 시간이 컸다. 예를 들어, 레이저광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록 보정파면을 구하기 위해서는 복수의 파라미터에 관해 다중의 탐색을 행하는 것에 의해 적절한 값을 이끌어낼 필요가 있어서, 다대(多大)한 계산 시간을 필요로 하고 있었다. 그 결과, 가공의 깊이를 변하게 하면서 가공을 행하는 경우에는, 가공 중의 탐색 처리에 의해, 가공 레이트의 저하를 초래해 버리게 된다.

그렇지만, 이러한 다른 수차 보정 방법, 본 발명의 수차 보정 장치 및 수차 보정 프로그램에 의하면, 복수의 가공 위치에 대한 보정파면을 미리 구하고, 이러한 보정파면의 고차 다항식 근사를 행하고 있으므로, 이 근사식에 의한 연산을 행하는 것만으로 적절한 보정파면을 구할 수 있다. 그 결과, 가공의 깊이를 변경할 때에 보정파면을 다시 구하는 시간을 단축할 수 있어, 가공 레이트의 저하를 저감시킬 수 있다. 또, 상기한 탐색 처리에 의해 실제로 구한 가공 위치와 다른 임의의 가공 위치에 대해서도 적절한 보정파면을 구할 수 있다.

또, 본 발명의 또다른 수차 보정 방법에서는, 광 투과성을 가지는 매질 내부에 조사광을 집광하는 광조사 장치의 수차 보정 방법에 있어서, 조사광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록, 조사광의 수차를 보정하는 것을 특징으로 한다.

이 수차 보정 방법에 의하면, 조사광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록, 조사광의 수차를 보정하므로, 파면의 PV값을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 위상 변조량에 제한이 있는 공간광 변조기를 이용해도, 수차 보정을 위한 위상 변조량을 저감시키는 것에 의해, 공간광 변조기의 부담을 줄여, 고정밀의 파면 제어를 가능하게 한다. 그 결과, 매질에 대한 광조사 위치가 깊어도, 조사광의 집광 정도를 높일 수 있어, 양호한 가공 상태를 유지하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 매질에 대한 레이저 조사 위치가 깊어도, 레이저광의 집광 정도를 높일 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(레이저 조사 장치, 레이저 집광 장치)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 집광 광학계에 평행 평면이 삽입된 경우 레이저광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 3은 집광점이 평행 평면 내부에 있는 경우 레이저광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 나타내는 집광 광학계에 있어서 보정파면의 위상 변조량을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법을 설명하기 위한 레이저광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 나타내는 집광 광학계에 있어서 보정파면의 위상 변조량을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법의 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 8은 제1 실시 형태의 수차 보정 방법을 이용한 가공 대상물에 있어서 집광 상태의 계측 결과를 나타낸다.
도 9는 제2 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(레이저 조사 장치, 레이저 집광 장치), 및 본 발명의 실시 형태에 관한 수차 보정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 제1 보정파면 생성 수단에 의해 생성되는 복수의 보정파면의 위상 변조량을 나타내는 도면이다.
도 11은 제2 다항식 근사 수단에 의해 구해지는 복수의 제2 고차 다항식을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에 나타내는 복수의 제2 고차 다항식에 있어서 동일 차수항의 계수로 이루어진 복수의 계수열을 그래프화한 도면이다.
도 13은 제3 다항식 근사 수단에 의해 구해지는 복수의 제3 고차 다항식을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13에 나타내는 복수의 제3 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수, 및 제1 고차 다항식에 있어서 계수열로서, 기억 수단에 기억되는 계수 데이터 세트를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 수차 보정 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 관한 수차 보정 프로그램의 구성을, 기록 매체와 함께 나타내는 도면이다.
도 17은 기록 매체에 기록된 프로그램을 실행하기 위한 컴퓨터의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
도 18은 기록 매체에 기억된 프로그램을 실행하기 위한 컴퓨터의 사시도이다.
도 19는 본 발명의 변형예에 관한 수차 보정 장치 및 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 변형예에 관한 수차 보정 장치 및 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 제2 실시 형태의 수차 보정 방법에 따른 보정파면의 위상 변조량을 나타내는 도면이다.
도 22는 도 21에 나타내는 보정파면을 이용한 가공 대상물에 있어서 집광 상태의 계측 결과를 나타내는 도면이다.
도 23은 종래의 레이저 가공 후에 절단한 가공 대상물(60)의 절단면의 관찰 결과이다.
도 24는 제1 실시 형태의 수차 보정 방법을 이용한 레이저 가공 후에 절단한 가공 대상물(60)의 절단면의 관찰 결과이다.
도 25는 제2 실시 형태의 수차 보정 방법을 이용한 레이저 가공 후에 절단한 가공 대상물(60)의 절단면의 관찰 결과이다.
도 26은 본 발명의 수차 보정 방법을 이용한 광조사 장치의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.

[제1 실시 형태]

우선, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법을 설명하기 전에, 이 수차 보정 방법을 이용하는 레이저 가공 장치(레이저 조사 장치, 레이저 집광 장치)에 대해 나타낸다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(레이저 조사 장치, 레이저 집광 장치)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)는 광원(10), 렌즈(20), 미러(30), 공간광 변조기(이하, SLM이라 함; 40), 대물 렌즈(집광 수단, 집광 렌즈; 50)를 구비하고 있다. 또한, 도 1에는 가공 대상물(60)과, 이 가공 대상물(60)에 있어서 레이저광의 집광 상태를 계측하기 위한 계측계(70)가 나타나 있다.

광원(10)은 레이저광을 출력한다. 렌즈(20)는 예를 들어, 콜리메이트 렌즈이며, 광원(10)으로부터의 레이저광을 평행광으로 변환한다. 미러(30)는 렌즈(20)로부터의 레이저광을 SLM(40)으로 향하여 반사시킴과 동시에, SLM(40)으로부터의 레이저광을 대물 렌즈(50)로 향하여 반사시킨다. SLM(40)는 예를 들어, LCOS-SLM(Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator)이며, 미러(30)로부터의 레이저광의 위상을 변조한다. 대물 렌즈(50)는 미러(30)로부터의 레이저광을 집광하여, 가공 대상물(60)로 출사한다.

본 실시 형태에서는 가공 대상물(60)에 있어서 레이저광의 집광 상태를, 계측계(70)에 의해 계측할 수 있다. 계측계(70)는 CCD 카메라와 대물 렌즈를 가지고 있다.

다음에, 종래의 구면 수차 보정 방법의 개념에 대해 설명한다.

도 2는 집광 광학계에 평행 평면이 삽입된 경우 레이저광의 광로를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 집광 렌즈(50)에 의한 집광 광학계에, 평행 평면 형상의 광 투과성을 가지는 매질(60)이 삽입된 경우, 초점이 ○로부터 ○'로 δ만큼 벗어난다. 이 초점 편차의 값 δ는 집광 렌즈(50)에 입사하는 광의 입사 높이 H에 의해 변한다. 이와 같이 입사광에 의해 집광점 위치가 다르기 때문에, 구면 수차가 발생하게 된다. 이때, 근축 광선의 집광 위치로부터의 광축 방향의 벗어난 양이, 종수차 표현된 구면 수차(longitudinal spherical aberration)로 되고, 최외연 광선에서 가장 수차가 커진다. 이때 종수차의 최대값 Δs는 비특허 문헌 1의 제14 -2절에 기재된 제(14-4)식을 이용하여, 하기 (1)식으로 나타낸다.

[식 1]

n: 집광 광학계에 있어서 분위기 매질의 굴절률

n': 매질(60)의 굴절률

d': 매질(60)의 두께

θ _max _:매질(60)에 대한 레이저광의 입사각 θ로서, 이 레이저광의 최외연 광선의 입사각(=arctan(NA))

또한, 종수차(longitudinal aberration)는 종방향 수차나 종광선 수차(longitudinal ray aberration), 종방향 오차(longitudinal error)라고 표현되기도 한다.

도 3은 집광점이 평행 평면 내부에 있는 경우 레이저광의 광로를 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 집광 렌즈(50)에 의한 초점 ○가 평행 평면 형상의 광 투과성을 가지는 매질(60) 내부에 있는 경우, 초점이 ○로부터 ○'로 δ만큼 벗어난다. 이 초점 편차의 값 δ는 집광 렌즈(50)에 입사하는 광의 입사 높이 H에 의해 변하므로, 구면 수차가 발생하게 된다. 이때 종수차의 최대값 Δs는 비특허 문헌 1의 제14-2절에 기재된 제(14-3)식을 변형하여, 하기 (2)식으로 나타낸다.

[식 2]

n': 매질(60)의 굴절률

d: 매질 이동량

θ _max _:매질(60)에 대한 레이저광의 입사각 θ로서 이 레이저광의 최외연 광선의 입사각

여기서, 집광 렌즈(50)의 초점 거리를 f로 하면, 상기 (2)식의 구면 수차 Δs보다, 파면 수차 E(h)는 비특허 문헌 1의 제28-1절에 기재된 제(28-6)식을 이용하여, 하기 (3)식으로 나타낸다.

[식 3]

특허 문헌 6에 의하면, 상기 (2)식의 구면 수차 Δs를 보정하는 경우에는, 집광 전의 파면, 즉 집광 렌즈(50)에 입사하는 파면을, 상기 (3)식의 파면 수차 E(h)와는 반대의 파면으로 하면 좋게 된다. 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치(1)에서는 상기 (3)식의 파면 수차 E(h)와 반대의 파면에 위상 절첩을 적용한 것을 SLM(40)의 수차 보정 위상 패턴으로 하면 좋다. 이때, 종수차의 최대값 Δs는 근축 광선으로부터의 집광 위치의 벗어난 양으로 나타내지고 있기 때문에, 보정 후의 집광점은 대개 보정 전 근축 광선의 집광 위치와 일치하게 된다. 단, 수차를 근사로 구하고 있기 때문에, 정확한 집광 위치는 구해지지 않는다.

예를 들어, 렌즈(50)의 초점 거리가 f=4mm, 가공 대상물(60)의 굴절률이 n'=1.49, 개구수가 NA=0.8, 레이저 파장이 660nm이며, 매질 이동량을 d=0.9mm로 한 경우, 보정 후의 집광 깊이는 근사적으로 매질 이동량 d×굴절률 n'으로 되고, 매질 표면으로부터 1.34mm의 위치로 된다. 이때의 보정파면은 도 4에 나타내는 보정 패턴으로 되고, 보정파면의 위상 변조량이 600radian 이상으로 된다.

레이저 가공 장치(1)에 의한 가공 위치 ○'이 깊어질수록, 이 구면 수차 Δs가 커지므로, 보정파면의 위상 변조량이 팽대하게 되어, SLM(40)의 분해능(分解能)이 부족하여, 수차를 보정하는 것이 곤란하게 된다.

이와 같이, 파면 수차를 해석적으로 구한 다음 그 역위상 분포를 파면 제어 소자에 부여하고, 각 입사 높이에 대한 광선의 집광점을, 매질 이동량 d×굴절률 n'의 위치로 되돌리는 보정에서는, 즉 가공 대상물(60) 내부에 발생하는 종수차 범위에 있어서 가장 집광 렌즈(50)측에 맞추는 보정에서는 수차를 보정하는 것이 곤란하다.

그래서 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법에서는 레이저광의 집광점이 가공 대상물(60) 내부에 발생하는 수차 범위의 사이에 위치하도록, 즉 수차를 보정하지 않을 때에 가공 대상물(60) 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하도록, 레이저광의 수차를 보정한다. 환언하면, 레이저광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때 광축 상의 광선의 깊이 방향의 집광 위치와 수차를 보정하지 않을 때 최외연 광선의 깊이 방향의 집광 위치 사이의 범위 내에 위치하도록, 레이저광의 수차를 보정한다. 이 때문에, 제1 실시 형태의 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법에서는 각 광선의 광로 길이차로부터 보정파면을 산출한다. 즉, 특허 문헌 6에 기재와 같이 수차를 구하여 그 역위상 분포를 부여하는 것이 아니라, 집광 렌즈(50)에 입사하는 광선이 모두 일점에 집광한다고 가정하고, 역광선 추적에 의해 보정파면을 산출한다. 그 때에, 매질 이동량 d를 적절한 값으로 함으로써, 보정파면의 PV값을 작게 하여, 물리적 또는 실효적 위상 변조 범위가 한정되고 있는 공간광 변조기에서의 깊은 위치에서 수차 보정이 가능하게 된다. 또한, 정확한 집광 깊이가 결정될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법을 설명하기 위한 레이저광의 광로를 나타내는 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 파면 보정 전 광선의 가공 대상물(60)로의 입사각을 θ, 파면 보정 후 광선의 가공 대상물(60)로의 입사각을 θ ₁, 굴절각을 θ ₂로 하면, 광축의 높이 h₁, h₂, h는 각각 하기 (4)식, (5)식, (6)식에 의해 나타낸다. 동일하게, 도 5에 대해 파면 보정을 행하는 것에 의해 가공 대상물(60)로의 레이저광의 광로가 파면 보정 전의 광로와 다르다.

[식 4]

[식 5]

[식 6]

여기서, θ ₁과 θ ₂는 스넬의 법칙에 의해 일의(一意)에 관계되어, θ ₁이 주어지면 θ ₂를 구하는 것이 가능하고, 반대로 θ ₂가 주어져도 θ ₁을 구하는 것이 가능하다. 또, h=h₁+h₂와 상기 (4) ~ (6)식에 의해, 입사각 θ, θ ₁, θ ₂가 일의적으로 관계된다. 어느 특정의 θ ₁ 또는 θ ₂가 주어졌을 때, 상기 (4)식 및 (5)식을 h=h₁+h₂에 대입하여, 상기 (6)식을 푸는 것에 의해 용이하게 θ를 결정할 수 있다. 그러나 어느 특정의 θ가 주어졌을 때에, θ ₁과 θ ₂를 해석적으로 구하는 것은 곤란하다. 어느 특정의 θ에 대한 θ ₁과 θ ₂를 구하려면, 탐색을 행하면 좋다. 예를 들어, θ ₁ 또는 θ ₂의 값을 서서히 변화시키고, 그때마다 θ를 구하고, 원하는 θ로 되는 θ ₁ 또는 θ ₂를 얻을 수 있을 때까지, θ ₁ 또는 θ ₂를 변화시켜서 탐색하면 좋다.

한편, 가공 대상물(60)에 의해 발생하는 광로차 OPD(optical path difference)는 하기 (7)식에 의해 나타낸다.

[식 7]

또한, 이 (7)식 중의 「-f-(n-1)×d-Δ」는 정수항이고, OPD의 값이 너무 커지는 것을 방지하기 위해 부가한 항이다.

이 (7)식으로부터 구해지는 보정파면의 PV값을 감소시키도록, 파면 보정 후 초점 편차의 값 Δ를 적절한 값으로 함으로써, 구면 수차를 보정하기 위한 위상 변조량이 저감된다. 여기서, 적절한 초점 편차의 값 Δ는 예를 들어 상기한 탐색에 의해 구한다. 즉, 초점 편차의 값 Δ를 초기값 n×d-d로 설정하고, 서서히 변화시키고, 그때마다 OPD(θ)를 구하고, θ _max

θ

-θ _max의 범위에 있어서 OPD(θ)가 원하는 형상이 될 때까지 Δ를 서서히 변화하게 하면 좋다. 또한, d+Δ는 원하는 집광 깊이로 고정값이므로, 탐색동안은 이 값이 일정하게 되도록 Δ와 d를 변화시킨다. 집광 깊이 d+Δ가 고정값이므로, Δ가 결정되면, 집광 깊이로부터 Δ를 빼는 것에 의해 매질 이동량 d도 결정된다. 고정값인 집광 깊이(가공 위치) d+Δ를 이후는 D라고 표기한다.

구체적으로, 집광 렌즈(50)의 입사부에 대응하는 SLM(40) 상의 임의 화소에 있어서 위상 변조량과, 이 화소에 인접하는 화소에 있어서 위상 변조량의 위상차가 물리적 위상 변조량 이하로 되도록, 집광점 시프트량 Δ 및 이동량 d를 결정한다. 또한, 이 보정 후 레이저광의 시프트량 Δ는 0<Δ<Δs를 만족하는 것으로 한다.

이로 인해, 인접하는 화소간의 위상차가 작아지므로, 물리적 위상 변조량에 한계가 있는 SLM(40)의 부담을 줄일 수 있다.

이로 인해, 가공 대상물(60)의 굴절률을 n, 매질 이동량을 d, 가공 대상물(60)에 의해 발생하는 종수차의 최대값을 Δs로 하면, 레이저광의 집광점이, 매질의 입사면으로부터 n×d보다 크고, n×d+Δs보다 작은 위치, 즉 n×d 이상 n×d+Δs 이하의 종수차 범위 사이에 위치하게 된다.

또한, 상기에서는 집광 렌즈(50)의 입사부에 대응하는 SLM(40) 상의 임의 화소에 있어서 위상 변조량과, 이 화소에 인접하는 화소에 있어서 위상 변조량의 위상차가 물리적 위상 변조량 이하로 되도록 집광점 시프트량 Δ를 결정했지만, 이 탐색 조건은 애매하여 복수의 Δ가 해(解)로 될 수 있다. 탐색의 종료 판정을 용이하게 하기 위해, 보다 구체적인 탐색 조건에 기초하여 결정해도 좋다. 예를 들어, θ _max

θ

-θ _max의 범위에 있어서 OPD(θ)의 PV값이 최소로 되도록 Δ를 결정해도 좋다. 또는 θ _max

θ

-θ _max의 범위에 있어서 OPD(θ)의 미분값의 절대값이 최소로 되도록 Δ를 결정해도 좋다. 또한, 예로 든 2개의 조건은 모두, 최초의 SLM(40) 상의 임의 화소에 있어서 위상 변조량과, 이 화소에 인접하는 화소에 있어서 위상 변조량의 위상차가 물리적 위상 변조량 이하로 된다고 하는 조건에 포함되거나, 거의 동등한 조건이다. 또한, 탐색 조건으로서는 그 밖에도, 「OPD(θ)의 RMS(Root Mean Square)값이 최소로 된다」거나, 「매질 이동량 d가, 집광 깊이 D를 변수로 하는 특정의 함수로 나타낸다」 등 여러가지가 생각된다.

예를 들어, 집광 렌즈(50)의 초점 거리가 f=4mm, 가공 대상물(60)의 굴절률이 n=1.49, 레이저 파장이 660nm, 개구수가 NA=0.8이며, 매질 이동량을 d=0.81mm로 한 경우, OPD(θ)의 PV값이 최소로 되도록 탐색했을 때 Δ는 0.53mm로 되고, 또 보정파면은 도 6에 나타내는 보정 패턴으로 되고, 보정파면의 위상 변조량이 70radian 정도로 감소한다. 이때의 집광 깊이는 D=1.34mm이며, 종래법을 이용한 경우와 동일한 집광 깊이를 실현하고 있음에도 불구하고, 위상 변조량이 적기 때문에, 충분히 수차가 보정 가능하게 된다.

도 6에 의하면, 이 보정파면의 위상값은 위치 0mm, 즉 광축 위치에 있어서 극대점을 가진다. 또, 위치 2mm 및 ―2mm 부근에 극소점을 가진다. 이와 같이, 보정파면의 위상값이 극대점 및 극소점을 가지도록 집광점을 설정함으로써, 보정파면의 PV값을 저감시키는 것이 가능하게 된다.

도 7은 제1 실시 형태의 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법의 순서를 나타내는 플로차트이다. 우선, 집광점을 가공 대상물(60)의 표면에 설정하고, 이 정도값을 가공 원점으로 한다(단계 S01). 다음에, 가공 대상물(60) 내부에 있어서 가공 위치(깊이)를 설정한다(단계 S02).

다음에, 상기한 탐색 조건에 기초하여, 가공 대상물(60)의 이동량 d 및 집광점 시프트량 Δ를 설정한다. 이로 인해, 가공 위치가, 수차를 보정하지 않을 때에 가공 대상물(60) 내부에서 종수차가 존재하는 범위(가공 대상물(60)의 입사면으로부터 n×d보다 크고, n×d+Δs보다 작은 범위)의 사이에 위치하도록, 가공 대상물(60)의 이동량 d 및 집광점 시프트량 Δ가 설정된다(단계 S03). 동일하게, 이동량 d 및 시프트량 Δ는 공간광 변조기의 최대 변조량(공간광 변조기의 물리적 위상 변조 범위) 이하로 되도록 설정한다.

다음에, 단계 S02 및 S03에서 설정된 가공 위치에 레이저광이 집광하도록 보정파면을 산출하여, SLM(40)에 표시한다(단계 S04). 다음에, 가공 대상물(60)을 이동량 d만큼 이동한다(단계 S05). 다음에, 레이저광을 조사하고, 가공을 개시한다. 그러면, SLM(40)의 보정파면에 의해, 레이저광이 설정된 가공 위치에 집광하게 된다(단계 S06).

다음에, 가공 종료 시에, 레이저광 조사를 정지한다(단계 S07). 그 밖에 가공 위치가 있는 경우에는 단계 S02로 돌아가고, 없는 경우에는 이 가공 대상물(60)의 가공을 종료한다(단계 S08).

동일하게, 단계 S05에 있어서는 SLM(40)과 집광 렌즈(50)로 구성되는 집광 광학계와 가공 대상물(60)의 상대 위치를 변화시키면 되기 때문에, 가공 대상물(60)의 이동 대신에 집광 렌즈(50)를 이동시켜도 좋고, 양자를 이동시켜도 좋다. 또한, 집광 렌즈(50)를 이동시키는 경우에 있어서, 집광 렌즈(50)의 입사 동(瞳)과 SLM(40)이 결상(結像) 관계에 있을 때는 집광 광학계의 단위로, 즉 SLM(40)도 함께 이동할 필요가 있다.

또, 단계 S01에 있어서, 일단 가공용 레이저광을 가공 대상물(60)의 표면에 집광하는 것에 의해 가공 원점을 결정하고 있지만, 다른 수단, 예를 들어 오토 포커스 장치 등을 이용하여 집광 렌즈와 가공 대상물의 상대 위치를 결정해도 좋다.

또한, 상기의 예에서는 독립한 화소에 전압을 인가하는 위상 변조형의 공간광 변조기를 이용하여 파면 형상을 제어하고 있지만, 가변 미러 등 다른 공간광 변조기를 이용해도 좋다. 가변 미러 등의 위상 변조 범위가 2π 등의 작은 범위로 한정되지 않는 공간광 변조기를 이용하는 경우에는, 보정파면을 그대로의 형태에서 표현할 수 있으므로, 위상 절첩 처리를 생략할 수 있다.

제1 실시 형태의 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법에 의하면, 레이저광의 집광점이 매질(60) 내부에 발생하는 수차 범위의 사이에 위치하도록, 즉 수차를 보정하지 않을 때 매질(60) 내부에서 종수차 범위의 사이에 위치하도록, 레이저광의 수차를 보정하므로, 파면의 PV값을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 위상 변조량에 제한이 있는 SLM(40)을 이용해도, 보정파면의 PV값을 저감시키는 것에 의해, SLM(40)의 부담을 줄여, 고정밀의 파면 제어를 가능하게 한다. 그 결과, 매질(60)에 대한 레이저 조사 위치가 깊어도, 레이저광의 집광 정도를 높일 수 있어, 양호한 가공 상태를 유지하는 것이 가능하다.

이와 같이, 보정파면의 PV값을 저감시키는 것이 가능하게 되는 위치에, 레이저광을 집광하는 매질(예를 들어, 가공 대상물 등; 60) 내에서의 집광 위치를 이동하므로, 간이한 방법으로 SLM(40)의 부담을 줄이면서, 고정밀의 파면 제어가 가능하게 된다.

또, 제1 실시 형태의 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법에 의하면, 집광 렌즈(50)의 입사부에 대응하는 SLM(40) 상의 임의 화소에 있어서 위상 변조량과, 이 화소에 인접하는 화소에 있어서 위상 변조량의 위상차가 SLM(40)에서 위상 절첩 기술을 적용할 수 있는 위상 범위 이하로 된다. 따라서, 물리적 위상 변조 범위에 한계가 있는 SLM(40)의 부담을 줄여, 고정밀의 파면 제어를 가능하게 한다.

그리고 특허 문헌 6과 같이 수차를 근사로 구하고 있는 것에서는 정확한 집광 위치는 구해지지 않지만, 본 발명에서는 정확한 집광 위치를 구할 수 있다.

도 8에, 가공 대상물(60)에 있어서 집광 상태의 계측 결과를 나타낸다. 도 8(a)는 보정 전 집광 상태의 계측 결과이며, 도 8(b)는 제1 실시 형태의 보정 후 집광 상태의 계측 결과이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 종래법을 이용한 경우와 동일한 집광 위치(1.34mm)를 실현하고 있음에도 불구하고, 보정파면의 PV값이 작기 때문에, 충분히 수차가 보정되고 있다는 것을 알 수 있다.

또, 도 23 및 도 24에, 레이저 가공 후에 절단한 가공 대상물(60)의 절단면의 관찰 결과를 나타낸다. 도 23 및 도 24에 있어서 레이저 가공에서는 방향 Z로부터 레이저광을 조사함과 동시에, 레이저광을 가공 대상물(60)에 대해 방향 Y에 주사(走査)하고, 3층의 개질층(60a, 60b, 60c)을 형성했다. 도 23은 레이저 가공에 있어서 본 발명의 제1 실시 형태의 수차 보정 방법을 이용하지 않는 경우의 절단면, 즉 도 8(a)에 나타내는 바와 같이 수차가 충분히 보정되어 있지 않은 레이저광을 이용한 레이저 가공 후의 절단면이다. 한편, 도 24는 레이저 가공에 있어서 본 발명의 제1 실시 형태의 수차 보정 방법을 이용한 경우의 절단면, 즉 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 수차가 충분히 보정된 레이저광을 이용한 레이저 가공 후의 절단면이다. 도 23에 의하면, 레이저 가공에 있어서 수차 보정이 충분하지 않기 때문에, 개질층(60a, 60b, 60c)은 일양(一樣)이 아니며, 레이저 가공이 불충분하다는 것을 알 수 있다. 한편, 도 24에 의하면, 레이저 가공에 있어서 수차 보정이 충분히 행해졌기 때문에, 개질층(60a, 60b, 60c)이 일양이고, 레이저 가공이 충분히 행해지고 있다는 것을 알 수 있다.

제1 실시 형태의 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법을 이용한 레이저 가공 장치(1)는 글래스나 실리콘, 사파이어 기판 등의 투과율이 높은 파장역을 가지는 물질의 내부 가공에 매우 적합하게 적용 가능하다. 특히, 광도파로나 아모퍼스화, 균열 발생 등의 개질층을 형성하는 경우에, 가공 위치가 깊어도, 공간광 변조기에 의해 수차를 보정하고, 집광점을 작게 할 수 있어, 양호한 가공 상태를 유지하는 것이 가능하게 된다.

[제2 실시 형태]

상기한 제1 실시 형태의 수차 보정 방법, 레이저 가공 방법 및 레이저 조사 방법에서는 도 5에 나타내는 가공 위치 ○'이 변하면 구면 수차 Δs가 변하므로, 가공 위치 ○'를 변경할 때마다, 상기 (7)식에 의한 보정파면을 다시 구할 필요가 있어서, 그 산출 시간이 큰 경우가 있다.

구체적으로, 상기 (7)식 중의 θ ₁, θ ₂, Δ는 상기한 바와 같이 직접 구하는 것이 곤란하여, Δ의 값을 서서히 변화시켜서 반복 보정파면을 계산하는 탐색에 의해 구하게 된다. 또한, Δ를 변화시킨 탐색의 각 회(回)에 있어서, 상기 (7)식 중의 θ 또는 θ ₁과 θ ₂의 값을 상기한 탐색 방법으로 구할 필요가 있다. 즉, 2중의 탐색으로 되어 있어서, 다대한 계산 시간을 필요로 하는 경우가 있다.

그 결과, 가공의 깊이를 변하게 하면서 가공을 행하는 경우에는, 가공 중의 탐색 처리에 의해, 가공 레이트의 저하를 초래해 버리는 경우가 있다.

그래서 본원 발명자 등은 제1 실시 형태의 수차 보정 방법을 이용하여, 즉 상기 탐색을 이용하여, 위상 변조량이 작은 수차 보정파면을 미리 구하고, 이 수차 보정파면의 다항식 근사를 행한 근사식을 이용하여, 임의의 가공 위치에 있어서 보정파면을 구하는 것에 의해, 시간 단축을 도모하는 수차 보정 방법을 찾아냈다. 이하에서는 시간 단축을 도모하는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 수차 보정 방법을 설명한다.

우선, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 수차 보정 방법을 설명하기 전에, 이 수차 보정 방법을 이용하는 레이저 가공 장치(레이저 조사 장치, 레이저 집광 장치)에 대해 나타낸다.

도 9는 제2 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(레이저 조사 장치, 레이저 집광 장치)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 레이저 가공 장치(1A)는 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치(1)에 있어서 제어부(80)와 본 발명의 실시 형태에 관한 수차 보정 장치(90)를 추가로 구비하는 구성에서 레이저 가공 장치(1)와 다르다. 레이저 가공 장치(1A)의 그 외의 구성은 레이저 가공 장치(1)와 동일하다.

제어부(80)는 수차 보정 장치(90)로부터 보정파면 정보를 받아, SLM(40)의 위상 변조량을 제어한다.

수차 보정 장치(90)는 예를 들어 컴퓨터이며, 후술하는 수차 보정 프로그램을 실행함으로써, 제1 보정파면 생성부(91), 제1 다항식 근사부(92), 제2 다항식 근사부(93), 제3 다항식 근사부(94), 기억부(95), 제2 보정파면 생성부(96)로서 기능한다.

제1 보정파면 생성부(91)는 대물 렌즈(50)에 의해 정해지는 개구수 NA 및 초점 거리 f와, 가공 대상물(60)의 매질에 의해 정해지는 굴절률 n을 받는다. 또, 제1 보정파면 생성부(91)는 가공의 깊이를 변하게 하는 가공에 있어서 미리 예상되는 가공의 깊이의 범위 내 및 이 범위 부근에 있어서 복수의 가공 위치(집광의 깊이) D₁, D₂,ㆍㆍㆍD_p,ㆍㆍㆍD_P를 받는다. 이러한 집광 깊이의 개수와 간격은 후술하는 다항식 근사가 충분한 정밀도로 행해지도록 설정한다. 제1 보정파면 생성부(91)는 제1 실시 형태의 수차 보정 방법에 따라, 상기 (7)식 및 상기 (4) ~ (6)식 등을 이용한 탐색에 의해, 복수의 가공 위치 D₁, D₂,ㆍㆍㆍD_p,ㆍㆍㆍD_P에 각각 대응하는 복수의 보정파면과 복수의 매질 이동량 d₁, d₂,ㆍㆍㆍd_p,ㆍㆍㆍd_P를 구한다. 즉, 제1 보정파면 생성부(91)는 레이저광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하고, 보정파면의 위상 변조량이 최소로 되도록, 복수의 가공 위치 D₁, D₂,ㆍㆍㆍD_p,ㆍㆍㆍD_P에 각각 대응하는 복수의 보정파면과 복수의 매질 이동량을 구한다. 탐색 시 탐색 조건으로는 1개의 가공 위치에 대해 보정파면과 매질 이동량이 일의로 정해지는 조건, 예를 들어 「보정파면의 PV값이 최소로 되도록」를 적용한다. 이와 같이 하여 구해진 복수의 보정파면의 위상 변조량 Φ_1x,Φ_2x,ㆍㆍㆍΦ_px,ㆍㆍㆍΦ_Px를 동경(動徑) 위치 x에 관해 플롯한 것을 도 10에 나타낸다.

이상의 작업에 의해, 복수의 가공 위치 D₁, D₂,ㆍㆍㆍD_p,ㆍㆍㆍD_P에 대한, 매질 이동량 d₁, d₂,ㆍㆍㆍd_p,ㆍㆍㆍd_P와, 점 ○로부터 가공 위치까지의 거리 Δ₁, Δ₂,ㆍㆍㆍΔ_p,ㆍㆍㆍΔ_P와, 보정파면 Φ_1x,Φ_2x,ㆍㆍㆍΦ_px,ㆍㆍㆍΦ_Px가 얻어진다.

제1 다항식 근사부(92)는 매질 이동량의 데이터 세트 d₁, d₂,ㆍㆍㆍd_p,ㆍㆍㆍd_P를, 원하는 집광 깊이를 변수로 하는 M차의 멱다항식에서 근사하고, 1개의 제1 고차 다항식을 구한다(아래 식 (8)).

[식 8]

여기서, D는 원하는 집광 깊이이며, D=d+Δ이다.

제2 다항식 근사부(93)는 도 10에 나타내는 복수의 보정파면의 위상 변조량Φ_1x,Φ_2x,ㆍㆍㆍΦ_px,ㆍㆍㆍΦ_Px를 각각, 동경 위치 x를 변수로 하는 Q차의 멱다항식에서 근사하고, 도 11에 나타내는 바와 같이, 복수의 제2 고차 다항식을 구한다. 이러한 제2 고차 다항식에 있어서 동일 차수항의 계수로 이루어진 복수의 계수열 a_1p, a_2p,ㆍㆍㆍa_qp,ㆍㆍㆍa_Qp, 즉 제1차항의 계수열 a_1p ~ 제Q차항의 계수열 a_Qp를 각각 매질 이동량 dp에 대해 그래프화한 것을 도 12에 나타낸다.

제3 다항식 근사부(94)는 도 12에 나타내는 복수의 제2 고차 다항식에 있어서 제1차항의 계수열 a_1p ~ 제Q차항 a_Qp를 각각, 이동량 d를 변수로 하는 K차의 멱다항식에서 근사하고, 도 13에 나타내는 바와 같이 복수의 제3 고차 다항식을 구한다.

기억부(95)는 도 13에 나타내는 복수의 제3 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수, 즉 복수의 제1차항 ~ 제Q차항의 계수 b₁₁ ~ b_1Q, b₂₁ ~ b_2Q,ㆍㆍㆍb_k1 ~ b_kQ,ㆍㆍㆍb_K1 ~ b_KQ와, 제1 고차 다항식에 있어서 계수열 c₁, c₂,ㆍㆍㆍc_q, ㆍㆍㆍ, c_Q를, 도 14에 나타내는 바와 같이, 계수 데이터 세트로서 기억한다.

이상의 작업으로 기억된 계수 데이터 세트를 이용하여, 임의 위치의 집광 깊이에 대한 보정파면을 생성할 수 있다. 다음에, 그 생성 방법을 설명한다.

제2 보정파면 생성부(96)는 계수 데이터 세트에 있어서 계수 c₁ ~ c_Q 및 제1 다항식을 이용하여 임의의 집광 깊이 D에 대한 매질 이동량 d를 구하고, 추가로 계수 데이터 세트에 있어서 계수 b₁₁ ~ b_1Q, b₂₁ ~ b_2Q,ㆍㆍㆍb_k1 ~ b_kQ,ㆍㆍㆍb_K1 ~ b_KQ, 및 도 13에 나타내는 복수의 제3 고차 다항식을 이용하여, 임의의 집광 깊이 D에 대한 제2 고차 다항식의 제1차항 계수 A₁ ~ 제Q차항 계수 A_Q를 구하는, 즉 도 11에 나타내는 복수의 제2 고차 다항식에 상당하는 임의 가공 위치 D의 제2 고차 다항식을 구한다(아래 식 (9)).

[식 9]

제2 보정파면 생성부(96)는 이 상기 (9)식의 제2 고차 다항식을 이용하여, 임의의 가공 위치 d_n+Δ에 있어서 보정파면을 구한다.

상기에서는 제1 ~ 제3 다항식에, 1차로부터 특정의 차수까지 멱승항으로 구성되는 다항식을 이용했지만, 다른 구성의 다항식을 이용해도 좋다. 예를 들어, 제1 ~ 제3 다항식에 0차의 멱승항 더해도 좋다. 또, 제2 다항식에 짝수차의 멱승항으로 구성되는 다항식을 이용해도 좋다. 추가로, 멱승 함수가 아니고, 다른 함수, 예를 들어 트르니케 다항식이나 가우스 함수, 로렌트 함수 등을 포함하는 다항식을 이용해도 좋다. 또, 제2 및 제3 다항식에는 매질 이동량 d를 변수로서 이용했지만, 집광 깊이(가공 위치) D나, 집광점 시프트량 Δ를 변수로서 이용해도 좋다. 또, 탐색 조건이 「매질 이동량 d가, 집광 깊이 D를 변수로 하는 특정의 함수로 나타낸다」이라고 하는 것인 경우, 당해 함수를 상기 (8)식 대신에 이용하여 제1 다항식 근사 단계를 생략해도 좋다.

다음에, 본 실시 형태의 수차 보정 장치(90)의 동작을 설명함과 아울러, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 수차 보정 방법을 설명한다. 도 15는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 수차 보정 방법을 나타내는 플로차트이다.

우선, 대물 렌즈(50)에 의해 정해지는 개구수 NA 및 초점 거리 f, 가공 대상물에 의해 정해지는 굴절률 n이 입력되고, 가공의 깊이를 변하게 하는 가공에 있어서 미리 예상되는 가공의 깊이의 범위 내 및 이 범위 부근에 있어서 복수의 가공 위치(집광의 깊이) D₁, D₂,ㆍㆍㆍD_p,ㆍㆍㆍD_P가 입력되면, 제1 보정파면 생성부(91)에 의해, 제1 실시 형태의 수차 보정 방법에 따라, 상기 (7)식 및 상기 (4) ~ (6)식을 이용한 탐색에 의해, 복수의 집광 깊이 D₁, D₂,ㆍㆍㆍD_p,ㆍㆍㆍD_P에 각각 대응하는 복수의 보정파면 Φ_1x,Φ_2x,ㆍㆍㆍΦ_px,ㆍㆍㆍΦ_Px와, 복수의 매질 이동량 d₁, d₂,ㆍㆍㆍd_p,ㆍㆍㆍd_P가 구해진다. 즉, 레이저광의 집광점이, 수차를 보정하지 않을 때에 매질 내부에서 종수차가 존재하는 범위의 사이에 위치하고, 보정파면의 PV값이 최소로 되도록, 복수의 집광 깊이 D₁, D₂,ㆍㆍㆍD_p,ㆍㆍㆍD_P에 각각 대응하는 복수의 보정파면 Φ_1x,Φ_2x,ㆍㆍㆍΦ_px,ㆍㆍㆍΦ_Px가 구해진다(S11: 제1 보정파면 생성 단계).

다음에, 제1 다항식 근사부(92)에 의해, 복수의 매질 이동량 d₁, d₂,ㆍㆍㆍd_p,ㆍㆍㆍd_P의 멱다항식 근사가 행해져서, 상기 (8)식에 나타내는 바와 같이, 1개의 제1 고차 다항식이 구해진다(S12: 제1 다항식 근사 단계).

다음에, 제2 다항식 근사부(93)에 의해, 도 10에 나타내는 복수의 보정파면의 위상 변조량 Φ_1x,Φ_2x,ㆍㆍㆍΦ_px,ㆍㆍㆍΦ_Px의 멱다항식 근사가 각각 행해져서, 도 11에 나타내는 바와 같이, 복수의 제2 고차 다항식이 구해진다. 이러한 제1 고차 다항식에 있어서 동일 차수항의 계수로 이루어진 복수의 계수열 a_1p, a_2p,ㆍㆍㆍa_qp,ㆍㆍㆍa_Qp, 즉 제1차항의 계수열 a_1p ~ 제Q차항의 계수열 a_Qp가 얻어진다(S13: 제2 다항식 근사 단계).

다음에, 제3 다항식 근사부(94)에 의해, 도 12에 나타내는 복수의 제2 고차 다항식에 있어서 제1차항의 계수열 a_1p ~ 제Q차항의 계수열 a_Qp의 멱다항식 근사가 각각 행해져서, 도 13에 나타내는 바와 같이, 이동량 d를 변수로 하는 복수의 제3 고차 다항식이 구해진다(S14: 제3 다항식 근사 단계). 이러한 복수의 제3 고차 다항식에 있어서 복수의 차수항의 계수, 즉 복수의 제1차항 ~ 제Q차항의 계수 b₁₁ ~ b_1Q, b₂₁ ~ b_2Q,ㆍㆍㆍb_k1 ~ b_kQ,ㆍㆍㆍb_K1 ~ b_KQ, 및 제1 고차 다항식에 있어서 1항으로부터 M항까지의 계수 c₁, c₂,ㆍㆍㆍc_q, ㆍㆍㆍ, c_M은, 도 14에 나타내는 바와 같이, 계수 데이터 세트로서 기억부(95)에 기억된다(S15: 기억 단계).

기억된 계수 데이터 세트로부터 보정파면을 산출하려면, 제2 보정파면 생성부(96)에 있어서, 원하는 집광 깊이 D에 대한 매질 이동량과 제2 다항식의 계수를 구한 후, 보정파면을 산출한다. 우선, 계수 데이터 세트에 있어서 계수 c₁, c₂,ㆍㆍㆍc_q, ㆍㆍㆍ, c_M과 제1 다항식을 이용하여, 임의의 집광 깊이 D에 대한 매질 이동량 d를 구한다. 다음에, 매질 이동량 d와 계수 데이터 세트에 있어서 계수 b₁₁ ~ b_1Q, b₂₁ ~ b_2Q,ㆍㆍㆍb_k1 ~ b_kQ,ㆍㆍㆍb_K1 ~ b_KQ, 및 도 13에 나타내는 복수의 제3 고차 다항식을 이용하여, 임의의 집광 깊이 D의 제2 고차 다항식의 제1차항 계수 a_1p ~ 제Q차항 계수 a_Qp가 구해진다. 즉 도 11에 나타내는 복수의 제2 고차 다항식에 상당하는 임의의 집광 깊이 D의 제2 고차 다항식이 (9)식의 형태로 구해진다. 그 후, 이 (9)식의 제2 고차 다항식을 이용하여, 임의의 집광 깊이 D에 있어서 보정파면이 구해진다(S16: 보정파면 생성 단계).

또한, 가공 깊이를 변하게 할 때, 단계 S16을 실시하여 그 깊이에 대응한 보정파면을 생성하면 좋다.

상기한 제1 보정파면 생성 단계 S11에서의 탐색에서는 「보정파면의 PV값이 최소로 되도록」이라고 하는 조건을 이용했지만, 다른 조건을 이용할 수 있다. 단, 1개의 가공 위치에 대해 보정파면과 매질 이동량이 일의로 정해지고, 또한 인접하는 화소의 사이의 위상차가 물리적 위상 변조량 이하로 되는 조건일 필요가 있다.

다음에, 컴퓨터를 수차 보정 장치(90)로서 동작시키기 위한 수차 보정 프로그램에 대해 설명한다. 도 16은 본 발명의 실시 형태에 관한 수차 보정 프로그램의 구성을, 기록 매체와 함께 나타내는 도면이다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 수차 보정 프로그램(P100)은 기록 매체(100)에 격납되어 제공된다. 기록 매체(100)로서는 플로피-디스크, CD-ROM, DVD, 또는 ROM 등의 기록 매체, 또는 반도체 메모리 등이 예시된다.

도 17은 기록 매체에 기록된 프로그램을 실행하기 위한 컴퓨터의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이며, 도 18은 기록 매체에 기억된 프로그램을 실행하기 위한 컴퓨터의 사시도이다.

도 17에 나타내는 바와 같이, 컴퓨터(200)는 플로피-디스크 드라이브 장치, CD-ROM 드라이브 장치, DVD 드라이브 장치 등의 독취 장치(202)와, 오퍼레이팅 시스템을 상주시킨 작업용 메모리(RAM; 204)와, 기록 매체(100)에 기억된 프로그램을 기억하는 메모리(206)와, 디스플레이라고 하는 표시 장치(208)와, 입력 장치인 마우스(210) 및 키보드(212)와, 데이터 등의 송수(送受)를 행하기 위한 통신 장치(214)와, 프로그램의 실행을 제어하는 CPU(216)를 구비하고 있다. 컴퓨터(200)는 기록 매체(100)가 독취 장치(202)에 삽입되면, 독취 장치(202)로부터 기록 매체(100)에 격납된 수차 보정 프로그램(P100)에 액세스 가능하게 되어, 당해 수차 보정 프로그램(P100)에 의해, 수차 보정 장치(90)로서 동작하는 것이 가능하게 된다.

도 18에 나타내는 바와 같이, 수차 보정 프로그램(P100)은 반송파에 중첩된 컴퓨터 데이터 신호(220)로서 네트워크를 통하여 제공되는 것이어도 좋다. 이 경우, 컴퓨터(200)는 통신 장치(214)에 의해 수신한 수차 보정 프로그램(P100)을 메모리(206)에 격납하여, 당해 수차 보정 프로그램(P100)을 실행할 수 있다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 수차 보정 프로그램(P100)은 제1 보정파면 생성 모듈(P10), 제1 다항식 근사 모듈(P20), 제2 다항식 근사 모듈(P30), 제2 다항식 근사 모듈(P40), 기억 모듈(P50), 제2 보정파면 생성 모듈(P60)을 구비하고 있다.

제1 보정파면 생성 모듈(P10), 제1 다항식 근사 모듈(P20), 제2 다항식 근사 모듈(P30), 제2 다항식 근사 모듈(P40), 기억 모듈(P50), 및 제2 보정파면 생성 모듈(P60)이 컴퓨터에 실현시키는 기능은 각각, 상술한 제1 보정파면 생성부(91), 제1 다항식 근사부(92), 제2 다항식 근사부(93), 제2 다항식 근사부(94), 기억부(95), 및 제2 보정파면 생성부(96) 중 대응 요소와 동일하다.

또한, 본 실시 형태에서는 수차 보정 장치(90)로서 기능하는 컴퓨터가 레이저 가공 장치의 내부에 일체적으로 구비된 형태를 나타냈지만, 수차 보정 장치(90)로서 기능하는 컴퓨터는 레이저 가공 장치(1A)와 별체적으로 외부에 마련되고, 컴퓨터와 레이저 가공 장치 사이에서 보정파면 정보를 교환해도 좋다(도 19).

또, 레이저 가공 장치(1A)의 내부와 외부에 각각 컴퓨터(90A, 90B)를 구비하고, 이러한 2개의 컴퓨터(90A, 90B)에 의해 수차 보정 장치(90)가 실현되어도 좋다. 예를 들어, 수차 보정 장치(90) 일부의 제1 보정파면 생성부(91), 제1 다항식 근사부(92), 제2 다항식 근사부(93), 제3 다항식 근사부(94) 및 기억부(95A)가 외부 컴퓨터(90A)에 의해 실현되고, 다른 기억부(95B) 및 제2 보정파면 생성부(96)가 내부 컴퓨터(90B)에 의해 실현되어도 좋다. 이것에 의하면, 외부 컴퓨터(90A)와 내부 컴퓨터(90B), 즉 레이저 가공 장치(1A)와의 사이에서 계수 데이터 세트가, 기억 매체나 통신 경로 등을 통하여 주고받고, 외부 컴퓨터(90A)의 기억부(95A)의 내용이 내부 컴퓨터(90B)의 기억부(95B)에 복제(複製)된다(도 20).

이와 같이, 제2 실시 형태의 수차 보정 방법, 본 실시 형태의 수차 보정 장치(90) 및 수차 보정 프로그램에서도, 제1 실시 형태의 수차 보정 방법과 동일한 이점을 가진다. 즉, 제2 실시 형태의 수차 보정 방법, 본 실시 형태의 수차 보정 장치 및 수차 보정 프로그램에서도, 상기한 바와 같이, 레이저광의 집광점이 수차를 보정하지 않을 때 매질 내부에서 종수차 범위의 사이에 위치하도록 레이저광의 수차를 보정하기 위한 보정파면을 미리 구하고, 이 보정파면의 고차 다항식 근사에 의한 근사식을 이용하여 임의의 가공 위치에 있어서 보정파면을 구하므로, 이 임의 가공 위치의 보정파면은 레이저광의 집광점이 수차를 보정하지 않을 때 매질 내부에서의 종수차 범위의 사이에 위치하도록 레이저광의 수차를 보정할 수 있어, 파면의 PV값을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 위상 변조량에 제한이 있는 공간광 변조기를 이용해도, 수차 보정을 위한 위상 변조량을 저감시키는 것에 의해, 공간광 변조기의 부담을 줄여, 고정밀의 파면 제어를 가능하게 한다. 그 결과, 매질에 대한 레이저 조사 위치가 깊어도, 레이저광의 집광 정도를 높일 수 있어, 양호한 가공 상태를 유지하는 것이 가능하다.

예를 들어, 렌즈(50)의 개구수가 NA=0.55, 초점 거리가 f=3.6mm, 가공 대상물(60)의 굴절률이 n=1.49이며, 매질 이동량을 d=0.637mm, 초점 편차를 Δ=0.361mm로 한 경우, 즉 집광 위치를 D=0.998mm로 한 경우, 보정파면은 도 21에 나타내는 보정 패턴으로 되고, 보정파면의 위상 변조량이 14radian 정도로 감소한다.

이 보정 패턴을 이용한 가공 대상물(60)에 있어서 집광 상태의 계측 결과를 도 22에 나타낸다. 도 22에서는 아크릴 내부에 파장 660nm의 레이저광을 집광했을 때의 집광부를 관측한 결과이다. 도 22(a)는 보정 전 집광 상태의 계측 결과이며, 도 22(b)는 제2 실시 형태의 보정 후 집광 상태의 계측 결과이다. 도 21에 나타내는 바와 같이 위상 변조량이 적기 때문에, 도 22(b)에 나타내는 바와 같이 충분히 수차가 보정되고 있다는 것을 알 수 있다.

또, 도 23 및 도 25에, 레이저 가공 후에 절단한 가공 대상물(60)의 절단면의 관찰 결과를 나타낸다. 도 23 및 도 25에 있어서 레이저 가공에서는 방향 Z로부터 레이저광을 조사함과 동시에, 레이저광을 가공 대상물(60)에 대해 방향 Y에 주사하고, 3층의 개질층(60a, 60b, 60c)을 형성했다. 도 23은 상기한 바와 같이, 레이저 가공에 있어서 본 발명의 제2 실시 형태의 수차 보정 방법을 이용하지 않는 경우의 절단면, 즉 도 22(a)에 나타내는 바와 같이 수차가 충분히 보정되어 있지 않은 레이저광을 이용한 레이저 가공 후의 절단면이다. 한편, 도 25는 레이저 가공에 있어서 본 발명의 제2 실시 형태의 수차 보정 방법을 이용한 경우의 절단면, 즉 도 22(b)에 나타내는 바와 같이 수차가 충분히 보정된 레이저광을 이용한 레이저 가공 후의 절단면이다. 도 23에 의하면, 상기한 바와 같이, 레이저 가공에 있어서 수차 보정이 충분하지 않기 때문에, 개질층(60a, 60b, 60c)은 일양이 아니며, 레이저 가공이 불충분하다는 것을 안다. 한편, 도 25에 의하면, 레이저 가공에 있어서 수차 보정이 충분히 행해졌기 때문에, 개질층(60a, 60b, 60c)이 일양이고, 레이저 가공이 충분히 행해지고 있다는 것을 알 수 있다. 또, 제2 실시예의 결과인 도 25의 가공흔은 제1 실시예의 결과인 도 24의 가공흔(加工痕)과 유사하여, 양 실시예가 동등의 효과를 가지는 것을 확인할 수 있다.

또한, 제2 실시 형태의 수차 보정 방법, 본 실시 형태의 수차 보정 장치 및 수차 보정 프로그램에 의하면, 복수의 가공 위치에 대한 보정파면을 미리 구하고, 이러한 보정파면의 고차 다항식 근사를 행하고 있으므로, 이 근사식에 의한 연산을 행하는 것만으로 적절한 보정파면을 구할 수 있다. 그 결과, 가공의 깊이를 변경할 때에 보정파면을 다시 구하는 시간을 단축할 수 있어, 가공 레이트의 저하를 저감시킬 수 있다. 또, 상기한 탐색 처리에 의해 실제로 구한 가공 위치와 다른 임의의 가공 위치에 대해서도 적절한 보정파면을 구할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 본 실시 형태로 한정되는 일 없이 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는 독립한 화소에 전압을 인가하는 위상 변조형으로 반사형의 SLM(40)을 이용했지만, 독립한 화소에 전압을 인가하는 위상 변조형으로 투과형의 SLM을 이용하는 경우에도 동일한 이점을 얻을 수 있다. 또, 가변 미러을 이용하는 경우에도 동일한 이점을 얻을 수 있다.

또, SLM(40)과 대물 렌즈(50)의 사이에, 1매 또는 2매 이상의 렌즈로 이루어진 릴레이 렌즈계를 배치하고, SLM(40)의 변조면과 대물 렌즈(50)의 입사 동면(入射瞳面)이 거의 결상 관계로 되도록 하게 해도 좋다. 이로 인해 SLM(40)에서 변조된 파면이 대물 렌즈(50)에 프레넬(fresnel) 회절(回折)을 일으키는 일 없이 전파되기 때문에, 양호한 수차 보정을 행할 수 있다. 또, SLM(40)의 변조면이 대물 렌즈(50)의 동면보다 큰 경우에, 결상계가 축소계도 겸하면, 레이저광의 광 양을 유효하게 이용하는 것이 가능함과 아울러, SLM(40)의 유효 영역을 충분히 이용하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 실시 형태에서는 단점 가공을 예시했지만, 본 발명의 사상은 가공점이 복수 있고, 그것들이 3차원적으로 분포하고 있는 다점 가공에도 적용 가능하다. 예를 들어, 2점 가공에서는 집광 위치가 다른 2개의 프레넬 렌즈 패턴에 각각의 가공 깊이를 고려한 보정파면을 위상끼리로 서로 더한다. 얻어진 2점의 패턴의 위상을 각각 Φ_A, Φ_B로 하면, exp(Φ_A)+exp(Φ_B)로부터 위상만을 취출함으로써, 공간광 변조기의 홀로그램 패턴이 얻어진다. 이와 같이, 공간광 변조기는 3차원 가공에 있어서 이점을 가진다. 즉, 입사광을 변조함으로써 깊이 방향에도 면 내에도 위치가 다른 다수의 집광점을 생성할 수 있어, 단점 가공을 반복하는 가공에 비해, 가공의 처리량(throughput)을 향상시킬 수 있다.

이 다점 가공에서도, 본 실시 형태와 동일하게, 각각 다른 가공 깊이에 집광하기 위해, 각각의 가공 위치에 따른 보정파면도 각각 구한다. 이때, 상기 (7)식 및 상기 (4) ~ (6)식 등을 이용한 탐색을 행하고, 레이저광의 집광점이 매질 내부에 발생하는 종수차 범위의 사이에 위치하고, 보정파면의 위상 변조량이 최소로 되도록 보정파면을 구할 수 있지만, 탐색 처리에 다대한 시간을 필요로 한다. 그래서 이 다점 가공에서도, 상기한 수차 보정 장치(90)를 이용한 수차 보정 방법을 적용함으로써, 가공의 깊이를 변경할 때에 보정파면을 다시 구하는 시간을 단축할 수 있어, 가공 레이트의 저하를 저감시킬 수 있다.

또한, 이 다점 가공에서는 상기한 프레넬 렌즈 패턴 대신에 프레넬 존프레이트 패턴(0 또는 π의 2개 값으로 구성된 것)이 이용되어도 좋다. 또, 프레넬 렌즈 패턴에 각각의 가공 깊이를 고려한 보정파면을 위상끼리로 서로 더할 때에, 동일 깊이의 평면 내에서 다점을 생성하는 예를 들어 그레이팅 패턴이나 임의의 CGH 패턴의 위상을 이들에 서로 더해도 좋다.

또, 본 실시 형태에서는 레이저 가공 장치에 있어서 수차 보정 방법에 대해 설명했지만, 이 수차 보정 방법은 각종 광학계 장치에 적용 가능하다. 예를 들어, 현미경 등의 레이저 조사 장치에 있어서도, 본 발명의 수차 보정 방법 및 레이저 조사 방법을 적용 가능하다. 각종 현미경 중에서도, 레이저 주사 현미경에 특별히 적합하다. 이하에서는 본 발명에 관한 레이저 조사 장치 및 레이저 조사 방법으로서 레이저 주사 현미경의 일례를 나타낸다.

예를 들어, 레이저 주사 현미경은 레이저광의 집광 위치를 광축 방향에 수직인 방향뿐만 아니라 광축 방향에 주사한다. 즉, 레이저 주사 현미경은 측정 대상물의 표면뿐만 아니라, 내부에도 집광점을 생성한다. 이때 수차에 의해 집광점이 확대 피크 강도가 저하하여 분해능과 상(像) 컨트라스트가 저하된다. 이 레이저 주사 현미경에, 본 실시 형태의 수차 보정 방법 및 레이저 조사 방법을 적용하면, 위상 변조량에 제한이 있는 SLM을 이용하여, 측정 대상물의 내부에 있어서 레이저광의 집광 정도를 높여서, 깊은 위치에 있어서도 분해능과 상 컨트라스트가 높은 상을 계측할 수 있다. 레이저 주사 현미경의 일종인, 컨포컬(confocal) 현미경이나 다광자 여기 레이저 주사 현미경(Multi-Photon Laser-Scanning Microscope)에서는 조사광의 집광 위치에서의 피크 강도가 저하하면 측정광 강도가 격감하기 때문에, 특히 수차 보정의 효과가 크다. 또, 레이저 주사 현미경과 같이, 집광 빔을 주사하고 상을 얻는 촬상 장치에 있어서는 SLD(Super-Luminescent diode) 등 파장 대역이 좁고 공간 간섭성(coherence)이 높은 레이저에 유사한 광원이 이용되는 경우가 있지만, 그러한 광원에 대해서도 여기서 기술한 수차 보정법 및 레이저 조사 방법을 적용할 수 있다.

또, 본 발명의 수차 보정 방법은 상기한 레이저 주사 현미경 외에도 각종 현미경에 적용 가능하고, 예를 들어, 측정 대상을 넓게 조명하여 이미지 센서로 검출을 행하는 현미경 등의 촬상 장치에도 매우 적합하게 적용 가능하다. 이런 종류의 현미경에서는 광원으로서 레이저광에 한정하지 않으며, 비간섭성인 광이 이용되는 경우가 있다. 이와 같이, 비간섭성인 광을 이용하는 현미경(광조사 장치)에 있어서도, 본 발명의 수차 보정 방법을 적용 가능하다. 이하에서는 본 발명에 관한 광조사 장치로서 이런 종류의 현미경의 일례를 나타낸다.

도 26은 본 발명의 실시 형태와 관련된 광조사 장치로서, 측정 대상을 넓게 조명하여 이미지 센서로 촬상을 행하는 현미경의 일례를 나타낸다. 도 26에 나타내는 현미경(1B)은 광원(10B), 컨덴서 렌즈(20B), 미러(22B), 대물 렌즈(50), 릴레이 렌즈(24B, 26B), 프리즘 미러(30), 공간광 변조기(40), 결상용 렌즈(28B), 및 카메라(이미지 센서; 70B)를 구비하고 있다. 또한, 이 실시 형태의 광조사 장치에서는 측정 대상의 시료(매질; 60B)로서, 물이 들어간 용기 중의 생체 조직을 상정하고 있다.

광원(10B)은 예를 들어, 백열등 등의 조명이다. 광원(10B)으로부터의 광은 컨덴서 렌즈(20B)에 의해 평행광으로 변환되고, 미러(22B)에 의해 반사되어, 시료(60B)를 넓게 조사한다. 시료(60B)로부터 발하는 투과 및 전방 산란광은 대물 렌즈(50)에 입사하고, 대물 렌즈(50)로부터 사출된 광은 릴레이 렌즈(24B, 26B) 및 프리즘 미러(30)를 통하여 SLM(40) 상에 유도된다. SLM(40)에서 반사된 광은 프리즘 미러(30) 및 결상용 렌즈(28B)를 통하여 카메라(70B)로 유도되고, 카메라(70B)의 면 상에 시료(60B)의 상(像)을 만든다. 또한, 이 실시 형태에서는 대물 렌즈(50)의 입사 동면과 SLM(40)이 공역 관계로 되도록, 대물 렌즈(50)와 SLM(40) 사이에 릴레이 렌즈(24B, 26B)가 마련되어 있다. 또, 각 렌즈(50, 24B, 26B, 28B)는 시료(60B)와 카메라(70B)의 면이 결상 관계로 되도록 배치되어 있다.

이 실시 형태의 광조사 장치에서는 시료(60B)를 점의 집합으로 보아, 각 점이 2차 광원으로 되어 있다고 생각한다. 즉, 시료(60B)를 2차의 점광원의 집합으로 본다. 이와 같이 하여, 2 차점 광원의 집합인 시료(60B)와 카메라(70B) 사이에 있어서, 본 발명의 수차 보정 방법을 적용하게 된다.

각 2 차점 광원에서는 구면파의 광이 발해져서, 대물 렌즈(50)에 의해 거의 평면파의 광으로 변환된다. 여기서, 시료(60B)는 수중(水中)에 있기 때문에, 각 2 차점 광원으로부터 사출된 광은 공기와 물 사이의 굴절률 미스매치에 의한 구면 수차를 가지게 되어, 대물 렌즈(50)로부터 사출되는 광은 상기 (7)식으로 나타내는 파면 수차를 포함하는 평면파로 되게 된다. 이 때문에, 결상용 렌즈(28B)에 의해 카메라(70B) 상에 결상될 때에 수차의 영향을 받게 되어, 상의 공간 분해능과 컨트라스트가 저하하게 된다.

이 대물 렌즈(50)로부터 사출되는 광으로서, 파면 수차를 포함하는 평면파의 광은 릴레이 렌즈(24B, 26B)에 의해 SLM(40) 상에 전달된다. 이때, SLM(40)에 상기 (7)식으로 나타내는 위상 변조를 더하는 것에 의해 수차를 제거할 수 있다. 이로 인해, SLM(40)을 사출하는 광은 파면 수차가 제거된 거의 완전한 평면파의 광으로 된다. 그 결과, 결상용 렌즈(28B)에 의해 카메라(70B) 상에 결상할 때에, 수차가 없는 결상을 하게 되어, 상의 분해능과 컨트라스트를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

제1 및 제2 실시 형태의 레이저 가공 장치에서는 프리즘 미러(30) 상방에 광원이 있어서, 상방으로부터 하방에 광이 전파되고 있었지만, 이 실시 형태의 광조사 장치에서는 광의 전파 방향이 반대이며, 대물 렌즈(50) 하방에 광원이 있어서, 하부로부터 상방에 광이 전파된다. 고전 광학(古典光學)의 범위에서, 광 전파는 시간 반전에 대해 불변이므로, 동일한 구성이면, 광의 전파 방향에 관계없이 수차 보정이 행해지는 것은 자명하다. 단, 제1 및 제2 실시 형태의 레이저 가공 장치에서는 집광점이 광축 상에 있었지만, 이 실시 형태의 광조사 장치에서, 광원(10B)은 광축 상 이외에도 존재하므로, 그 영향에 대해 검토한다.

시료(60B) 중에 있는 2개의 발광점, 즉 광축 상에 있는 발광점 A와 광축 상에 없는 발광점 B를 생각한다. 발광점 A로부터 발하는 광은 발광점 A가 광축 상에 있으므로 구면 수차의 영향만을 받아, 본 발명에 의한 수차 보정에 의해 양호하게 수차가 제거된다. 한편, 발광점 B로부터 발하는 광에 대해서는 발광점 B가 광축 상에 없기 때문에, 구면 수차뿐만 아니라 다른 수차도 포함하게 된다. 단, 통상의 현미경에 있어서 관찰 시야가 좁다. 발광점 B가 그 관찰 시야에 포함되는 한, 광축으로부터가 벗어난 양은 작고, 구면 수차 이외의 수차는 충분히 작다. 따라서, 발광점 B로부터 발해지는 광에 대해서도 본 발명에 의한 수차 보정에 의해, 양호하게 수차가 제거된다.

이 실시 형태의 광조사 장치에서는 투과 조명의 경우를 나타냈지만, 낙사(落射) 조명의 경우에도 본 발명의 수차 보정 방법을 적용할 수 있다. 또, 이 실시 형태의 광조사 장치에서는 릴레이 렌즈(24B, 26B)를 이용했지만, 이것들은 생략하는 것도 가능하다. 그 경우, SLM(40)과 대물 렌즈(50)를 근접하게 하는 것이 바람직하다. 또, 이 실시 형태의 광조사 장치에서는 광원(10B)으로서 백열등을 이용했지만, 광원(10B)에는 다른 백색 광원이나 레이저, SLD, LED 등을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 백색 광원에 밴드 패스 필터를 이용하여 파장 대역을 제한한 광을 조명광으로서 이용할 수도 있다.

또, 본 실시 형태에서는 굴절률이 공간적으로 일양인 가공 대상물의 예를 이용하여 실시예를 설명했지만, 굴절률이 거의 일양이라고 볼 수 있는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 예를 들어, 반사 방지막 등의 박막이 표면이나 이면에 실시된 투명 기판의 경우, 박막층이 얇고, 박막에서 발생하는 수차는 작기 때문에 무시할 수 있다. 또는 동일한 얇은 글래스를 접착하여 적층한 경우, 글래스층과 접착층이 깊이 방향에 교대로 배치되게 되지만, 접착층의 두께가 얇으면서 글래스와의 굴절률차가 작고, 접착층에서 발생하는 수차가 작기 때문에 무시할 수 있다. 추가로, 상기 실시예에서는 가공 대상물의 내부에 집광하는 경우를 이용하여 설명했지만, 이면 부근에서의 집광의 경우에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 액정 패널의 제조 과정에 있어서, 글래스 기판의 이면에 실시된 배선 패턴을 표면으로부터 입사한 레이저광에 의해 절단하는 경우가 있지만, 이와 같은 경우에도 적용할 수 있다.

레이저 가공이나 레이저 조사 등에 있어서, 매질에 대한 레이저 조사 위치가 깊고, 높은 레이저광의 집광 정도를 필요로 하는 용도에 적용할 수 있다.

1, 1A 레이저 가공 장치(레이저 조사 장치, 레이저 집광 장치)
1B 광조사 장치(현미경)
10, 10B 광원
20, 20B, 24B, 26B, 28B 렌즈
30, 22B 미러
40 공간광 변조기(SLM)
50 대물 렌즈(집광 수단, 집광 렌즈)
60 가공 대상물(매질)
70 계측계
70B 카메라(이미지 센서)
80 제어부
90, 90A, 90B 수차 보정 장치
91 제1 보정파면 생성부(제1 보정파면 생성 수단)
92 제1 다항식 근사부(제1 다항식 근사 수단)
93 제2 다항식 근사부(제2 다항식 근사 수단)
94 제3 다항식 근사부(제3 다항식 근사 수단)
95 기억부(기억 수단)
96 제2 보정파면 생성부(제2 보정파면 생성 수단)
100 기록 매체
200 컴퓨터
202 독취 장치
206 메모리
208 표시 장치
210 마우스
212 키보드
214 통신 장치
220 컴퓨터 데이터 신호
P100 수차 보정 프로그램
P10 제1 보정파면 생성 모듈
P20 제1 다항식 근사 모듈
P30 제2 다항식 근사 모듈
P40 제3 다항식 근사 모듈
P50 기억 모듈
P60 제2 보정파면 생성 모듈

Claims

광 투과성을 가지는 매질 내부에 레이저광을 집광하는 레이저 조사 장치로서,
상기 매질 내부에 상기 레이저광을 집광하기 위한 집광 수단과,
상기 레이저광의 수차(收差)를 보정하기 위한 공간광 변조기를 구비하고,
상기 매질 내부에 있어서의 원하는 집광 위치를 설정하고,
상기 매질과 상기 집광 위치의 상대 이동량을 다음과 같이 설정하고,
·설정한 상대 이동량으로 했을 경우에 상기 집광 수단에 의해 상기 매질 내부에 집광되는 상기 레이저광의, 수차를 보정하지 않을 때에 상기 매질 내부에서 종수차-종수차는 근축광선의 집광 위치와 최외연 광선에 의한 집광 위치 사이의 범위-가 존재하는 범위에, 상기 원하는 집광 위치가 위치하도록 상기 상대 이동량을 설정함
상기 집광 위치에 상기 레이저광이 집광하도록 산출된 보정파면을 갖는 패턴을 상기 공간광 변조기에 표시하고,
상기 매질과 상기 집광 수단의 거리가 상기 상대 이동량이 되도록 상기 집광 위치를 상대적으로 이동하고,
상기 레이저광을 상기 매질에 있어서의 상기 집광 위치로 조사하는 레이저 조사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 매질의 굴절률을 n, 상기 매질의 굴절률 n이 상기 집광 수단 분위기 매질의 굴절률과 동등하다고 가정한 경우에 있어서의 상기 매질의 입사면으로부터 상기 집광 수단의 초점까지의 깊이를 d, 상기 매질에 의해 발생하는 종수차(縱收差)의 최대값을 Δs라고 정의하면,
상기 레이저광의 집광 위치가 상기 매질의 입사면으로부터 n×d보다 크고, n×d+Δs보다 작은 범위에 위치하도록, 상기 레이저광의 수차를 보정하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 집광 수단으로서 집광 렌즈를 구비하고 있고,
상기 집광 렌즈의 입사부에 대응하는 상기 공간광 변조기 상의 임의의 화소에 있어서의 위상 변조량과, 상기 화소에 인접하는 화소에 있어서의 위상 변조량의 위상차가 위상 절첩 기술을 적용할 수 있는 위상 범위 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저광의 수차를 보정하는데 사용되는 보정파면(補正波面)에서의 위상값이 극대점 및 극소점을 가지도록, 상기 레이저광의 집광 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
가공 대상물 내부에 레이저광을 집광하기 위한 집광 렌즈와,
상기 레이저광의 수차를 보정하기 위한 공간광 변조기를 구비하고,
상기 가공 대상물 내부에 있어서의 가공 위치를 설정하고,
상기 가공 대상물과 상기 집광 렌즈의 상대 이동량을 다음과 같이 설정하고,
·설정한 상대 이동량으로 했을 경우에 상기 집광 렌즈에 의해 상기 가공 대상물 내부에 집광되는 상기 레이저광의, 수차를 보정하지 않을 때에 상기 가공 대상물 내부에서 종수차-종수차는 근축광선의 집광 위치와 최외연 광선에 의한 집광 위치 사이의 범위-가 존재하는 범위에, 상기 가공 위치가 위치하도록 상기 상대 이동량을 설정함
상기 가공 위치에 상기 레이저광이 집광하도록 산출된 보정파면을 갖는 패턴을 상기 공간광 변조기에 표시하고,
상기 가공 대상물과 상기 집광 렌즈의 거리가 상기 상대 이동량이 되도록 상기 가공 위치를 상대적으로 이동하고,
상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 있어서의 상기 가공 위치로 조사하는 레이저 가공 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 가공 대상물의 굴절률을 n, 상기 가공 대상물의 굴절률 n이 상기 집광 렌즈 분위기 매질의 굴절률과 동등하다고 가정한 경우에 있어서의 상기 가공 대상물의 입사면으로부터 상기 집광 렌즈의 초점까지의 깊이를 d, 상기 가공 대상물에 의해 발생하는 종수차의 최대값을 Δs라고 정의하면,
상기 가공 위치가 상기 가공 대상물의 입사면으로부터 n×d보다 크고, n×d+Δs보다 작은 범위에 위치하도록, 상기 레이저광의 수차를 보정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 집광 렌즈의 입사부에 대응하는 상기 공간광 변조기 상의 임의의 화소에 있어서의 위상 변조량과, 상기 화소에 인접하는 화소에 있어서의 위상 변조량의 위상차가 위상 절첩 기술을 적용할 수 있는 위상 범위 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 레이저광의 수차를 보정하는데 사용되는 보정파면에서의 위상값이 극대점 및 극소점을 가지도록, 상기 가공 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.