JP2005316069A - レーザ集光光学系及びレーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 レーザ光Lを媒質Aの表面に向けて出射するレーザ光源と、該レーザ光源と前記媒質Aとの間に配されて、前記レーザ光Lを媒質中に集光する集光光学系2と、前記レーザ光Lのレーザ発散点3の位置を、レーザ光Lを集光したい前記媒質Aの屈折率及び前記媒質Aの表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記レーザ光Lの光軸上に沿って移動可能なレーザ発散点移動手段4とを備えているレーザ集光光学系1を提供する。
【選択図】 図1
Description
しかしながら、異なる厚み(深さ)間で球面収差量が異なるので、集光性能が変化(劣化)する可能性があった。
そのうちの1つとして、例えば、厚みの異なる平行平板ガラスを対物レンズ等の集光光学系の先端に着脱可能に配置するものが知られている。
また、例えば、倍率40×程度、NA0.93の超広視野の範囲にわたって諸収差が良好に補正され、カバーガラス厚の変動による性能劣化も少ない顕微鏡用補正環付き対物レンズが知られている(例えば、特許文献1参照)。
更に、無限遠(No Power Lens)の球面収差補正光学系を光軸方向に移動させて球面収差を補正する光学系も知られている(例えば、特許文献2参照)。
更には、図10に示すように、対物レンズ30と光源31との間に球面収差補正レンズ32を配置し、この球面収差補正レンズ32を光軸に沿って移動させることにより球面収差を補正する顕微鏡装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。
また、上記特許文献1に記載の補正環対物レンズでは、高精度であるため価格が高く、低コスト化を図ることができない。また、集光位置に応じて自動で球面収差量を調整することが難しく自動化への対応が困難なものである。
また、上記特許文献2に記載の光学系では、合成焦点距離が、無限遠のレンズで補正を行うため球面収差を補正した場合でも集光位置は変化しない。媒質中の異なった部分に集光しようとすると必ずWDが変わり、WD一定の下での収差補正を行うことができなかった。また、ビームエキスパンダ以外に球面収差補正光学系が必要となるので構成が複雑で、部品点数が多くなり、低コスト化を図ることが困難であった。
また、瞳面内での光量分布がある場合には、光量分布も変化する恐れがあった。このような光量分布の変化により、集光性能が変化するという問題があった。更に、画像取得手段からの電気信号に基づいて球面収差補正レンズを移動するため、時間のかかるものであった。
請求項1に係る発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、該レーザ光源と媒質との間に配されて前記レーザ光を媒質中に集光する集光光学系と、前記レーザ光のレーザ発散点の位置を、レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び前記媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記レーザ光の光軸上に沿って移動可能なレーザ発散点移動手段とを備えているレーザ集光光学系を提供する。
特に、レーザ発散点を移動させるだけであるので、従来のように手間をかけることなく、容易に球面収差補正を行うことができる。また、従来の補正環対物レンズ等のように特別な光学系を備える必要がないので、構成のシンプル化を図ることができると共に低コスト化を図ることができる。更に、レーザ発散点を移動させるだけであるので、連続可変を行い易く、自動化に対応し易い。
特に、レーザ発散点を移動させるだけであるので、従来のように手間をかけることなく、容易に球面収差補正を行うことができると共に特別な光学系を備える必要がないので、構成のシンプル化を図ることができ、低コスト化を図ることができる。
また、本発明に係るレーザ加工装置によれば、媒質中の異なる各深さに、球面収差の発生を極力抑えた状態でレーザ光の集光を効率良く行えるので、正確なレーザ加工を行うことができる。
本実施形態のレーザ加工装置は、ウエハ(媒質)A中にレーザ光Lを集光させた状態で水平方向に走査しながらレーザ加工を行い、ウエハAを任意の大きさに切断することができる装置であり、図1に示すようにレーザ集光光学系1を備えている。また、本実施形態のレーザ加工装置は、ウエハAを水平方向及び鉛直方向に移動可能な図示しないステージを備えている。
なお、本実施形態において、上記レーザ発散点3は、レーザ光源から出射された平行光束状態のレーザ光Lを、所定の光学系により発散光状態(非平行光束状態)に変えられた位置を示している。但し、レーザ光源が、レーザ光源を非平行光束状態で出射可能に設定されている場合には、レーザ光源から出射される位置がレーザ発散点3である。
また、制御部は、レーザ発散点移動手段4の制御に加え、レーザ発散点3の移動終了後にレーザ光Lを出射させるようにレーザ光源の制御も同時に行うようになっている。
まず、ウエハAの表面から50μmの位置にレーザ光Lを集光させる場合には、図2に示すように、制御部の入力部にウエハAの屈折率、ウエハAの表面から集光したい位置までの距離、即ち、50μm及び集光光学系2のNAの入力を行う(S1)。計算部は、この入力データに基づいてレーザ発散点3の移動量、即ち、レーザ発散点3と集光光学系2との距離の計算及び集光光学系2とウエハAの表面との距離、即ち、WD値の計算を行う(S2)。計算終了後、制御部は、計算結果に基づいてレーザ発散点移動手段4をレーザ光Lの光軸方向に移動させるよう制御して、図1(a)に示すように、レーザ発散点3の位置を所定の位置に移動させると共に、集光光学系2とウエハAとの間の距離WDを計算値になるように図示しない移動手段によりWDを変化させる(S3)。
この際、上述したように、50μmの深さに応じてレーザ発散点3の位置を調整しているので、球面収差の発生量を極力抑えることができ、レーザ光Lを50μmの位置に効率良く集光させることができる。
この際、上述したと同様に、75μm又は100μmの深さに応じてレーザ発散点3の位置を調整しているので、それぞれの位置で球面収差の発生量を極力抑えることができ、レーザ光Lを75μm又は100μmの位置に効率良く集光させることができる。
そして、所定の深さにレーザ光Lを集光させた状態で、ステージを水平方向に走査してレーザ加工を行うことで、隣接するクラック同士を連結させてウエハAを任意の大きさ、例えば、チップ状に切断することができる。
特に、レーザ発散点3を移動させるだけの構成であるので、従来のように手間をかけることなく容易に球面収差補正を行うことができる。また、従来の補正環対物レンズ等の特別な光学系を必要としないので、構成のシンプル化を図ることができると共に低コスト化を図ることができる。更に、レーザ発散点3を移動させるだけであるので、連続可変を行い易く、また自動化への対応がし易い。
即ち、図3に示すように、入力部への各種データ入力(上述したS1)の際、ウエハAの屈折率、ウエハAの表面から集光したい位置までの距離、集光光学系2のNA及び集光光学系2の波面データを入力する。
こうすることで、より高精度に球面収差補正を行うことができ、レーザ光Lの集光性能をより向上させることができる。
なお、集光光学系2の波面データとしては、例えば、集光光学系2を構成している一部である対物レンズの波面データでも構わないし、集光光学系2全体の波面データを利用しても構わない。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、走査を行う際に、単にステージを移動させたが、第2実施形態では、集光光学系2とウエハAの表面との距離を一定に維持した状態で走査を行う点である。
上記観察光学系10は、直線偏光の半導体レーザ光L’を照射する光源11、該光源11から照射された半導体レーザ光L’を平行光にする第1のレンズ12、該第1のレンズ12に隣接配置された偏光ビームスプリッタ13、該偏光ビームスプリッタ13を透過した半導体レーザ光L’を収束させる第2のレンズ14、該第2のレンズ14により収束された半導体レーザ光L’を再度平行光にする第3のレンズ15、該第3のレンズ15を透過した直線偏光である半導体レーザ光L’を円偏光にする1/4波長板16、該1/4波長板16を透過した半導体レーザ光L’を、光軸の向きを90度変えるように反射させて集光光学系2に入射させるダイクロイックミラー17、再度1/4波長板16を透過し上記偏光ビームスプリッタ13で反射された集光光学系2からの戻り光を、シリンドリカルレンズ18に入射させる第4のレンズ19及びシリンドリカルレンズ18の後側に配されたフォトダイオード20を備えている。
なお、ダイクロイックミラー17は、半導体レーザ光L’を反射すると共に、それ以外の波長の光、例えば、レーザ光源で出射されたレーザ光Lを透過するよう設定されている。
の表面に焦点が合うように調整される。
第3実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、集光光学系2とウエハAの表面との光軸方向の相対的な距離、即ち、WDが一定でなかったのに対し、第3実施形態では、WDが一定とされている点である。
即ち、ステージ及び集光光学系2の光軸方向における位置を、予め事前に設定した後、両者の位置を常に同じ位置に維持するように設定を行うようになっている。つまり、図6に示すように、入力部への各種データ入力(上述したS1)の際、WD値を除いたデータ、即ち、ウエハAの屈折率、ウエハAの表面から集光したい位置までの距離及び集光光学系2のNAのデータの入力を行う。
こうすることで、図7に示すように、WDを一定にした状態で、レーザ発散点移動手段4によりレーザ発散点3のみを光軸方向に沿って移動させるので、より簡単な構成で球面収差の補正を行うことができる。
第4実施形態と第2実施形態との異なる点は、第2実施形態では、集光光学系2とウエハAの表面との光軸方向の相対的な距離、即ち、WDが一定でなかったのに対し、第4実施形態では、WDが一定とされている点である。
即ち、本実施形態の集光光学系2は、図8に示すように、上記第3実施形態と同様にWDが一定とされている状態でオートフォーカスを行いながら走査を行うことができる。従って、図9に示すように、オートフォーカスのオフセット量を初期に設定した後に、再度オフセット量を計算する必要がないので、オフセットにかける時間を短縮でき、スループットの向上を図ることができる。
また、オフセットを行うことにより生じるオートフォーカスの精度の劣化を小さくすることができる。
例えば、上記各実施形態において、ウエハ内にレーザ光を集光させたが、ウエハに限らず媒質中に集光させれば構わない。また、集光したい距離として、ウエハの表面から50μm、75μm、100μmの距離としたが、これらの距離に限らず、任意に設定して構わない。また、ステージを移動させて、集光光学系とウエハの表面との光軸方向の相対的な距離を変化させたが、これに限らず、例えば、集光光学系をピエゾ素子等を利用して移動させることで、相対的な距離を変化させても構わない。
また、制御部によりレーザ発散点移動手段を自動的に制御するように構成したが、制御部による計算結果に基づいて、手段によりレーザ発散点移動手段を作動させてレーザ発散点の位置を移動させても構わない。
L レーザ光
1 レーザ集光光学系
2 集光光学系
3 レーザ発散点
4 レーザ発散点移動手段
10 観察光学系
Claims (5)
- レーザ光を出射するレーザ光源と、
該レーザ光源と媒質との間に配されて前記レーザ光を媒質中に集光する集光光学系と、
前記レーザ光のレーザ発散点の位置を、レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び前記媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記レーザ光の光軸上に沿って移動可能なレーザ発散点移動手段とを備えていることを特徴とするレーザ集光光学系。 - 請求項1に記載のレーザ集光光学系において、
前記レーザ発散点移動手段が、予め測定された前記集光光学系の波面データに基づいてレーザ発散点の位置を設定することを特徴とするレーザ集光光学系。 - 請求項1又は2に記載のレーザ集光光学系において、
前記集光光学系に連携して設けられ、集光光学系の下面から前記媒質の表面までの距離を所定の距離に維持する観察光学系を備え、
該観察光学系が、フォーカス検出手段又はオートフォーカス機構を備えていることを特徴とするレーザ集光光学系。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザ集光光学系において、
前記集光光学系と前記媒質の表面との光軸方向の相対的な距離が一定とされていることを特徴とするレーザ集光光学系。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザ集光光学系を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
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