(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出するレーザ光源と、
該レーザ光源から射出された前記レーザ光の光束を平行光束にする平行光束手段と、
前記平行光束状態の前記レーザ光を媒質中に集光させる集光光学系と、
前記平行光束手段と前記集光光学系との間の前記平行光束中に、該平行光束の光軸方向に沿って移動可能に配されて、１枚以上のレンズにより構成された第１レンズ群と、
該第１レンズ群と前記集光光学系との間の前記平行光束中に固定された状態で配されて、１枚以上のレンズにより構成された第２レンズ群と、
前記レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記第１のレンズ群を移動させる移動手段とを備え、
前記第２レンズ群は、後側焦点位置が前記集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
さらに、前記レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じた前記第１のレンズ群を移動させる移動量を計算する制御部を備え、
前記移動手段は、前記制御部からの信号に基づいて前記第１のレンズ群を移動させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記制御部は、所定の情報を入力可能な入力部と、該入力部により入力された前記情報に基づいて前記移動量を計算する計算部と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記入力部は、前記媒質の屈折率と、前記媒質表面から集光したい位置までの距離と、前記集光光学系のＮＡと、を入力することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
さらに、前記入力部は、前記集光光学系の予め測定された波面データを入力することを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記集光光学系に連係して設けられ、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請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
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請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学系の瞳面内に入射する光量、光量分布を一定にしたままで光源位置を変えることができるレーザ加工装置に関する。特に、媒質中の深さの異なる部分に集光させることができる最適なレーザ加工装置、若しくは、集光位置を変えるのに適したレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、媒質中の異なった深さ部分に集光したいという要求があるが、その場合球面収差の発生を招いてしまう。例えば、生物分野において、顕微鏡標本を作製する場合には、ほとんどの場合スライドガラスの上に試料を置き、その上にカバーガラスを載せて封入するカバーガラス付きの標本が一般的であるが、顕微鏡によりカバーガラスの厚みの異なる標本を観察するような場合に上述した球面収差が発生してしまう。また、ＬＣＤ用のガラスには厚みの異なるものがあり、基板越しに観察する場合にも球面収差が発生してしまう。また、異なる厚み（深さ）間で球面収差量が異なると、集光性能が変化（劣化）する可能性があった。
【０００３】
そこで、従来より、球面収差の補正を行って集光性能の変化を抑えながら上述したような厚みの異なる部分に集光させるために、様々な技術が採用されている。
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１１に示すように、対物レンズ５０と光源５１との間に、球面収差補正レンズ５２を配置し、この球面収差補正レンズ５２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）。
【特許文献１】特開平５−１１９２６３号公報（図１等）
【特許文献２】特開２００３−１７５４９７号公報（図１等）
【特許文献３】特開２００１−８３４２８号公報（図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した球面収差補正のうち、平行平板ガラスを利用したものは、平行平板ガラスの傾き等による性能劣化が大きい。そのため、平行平板を保持する枠に高精度が要求され、また、平行平板の枠への固定も精度が必要になることから高価になる。また、小さいＷＤの中で、手動により交換を行う必要があり、非常に手間のかかる作業であった。更に、連続可変を行うことが難しかった。
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。
【０００５】
また、上記特許文献３に記載の顕微鏡装置では、図１１に示すように、球面収差補正レンズ５２を光軸方向に移動させることにより、球面収差の補正を行うことができるが、球面収差補正レンズ５２の移動に伴い対物レンズ５０に入射する光束径が変化してしまう。即ち、光束の広がりが変化してしまう。そのため、図１２に示すように、光量が変化してしまい、標本面上での明るさが変化してしまう。ここで、画像取得手段がある場合には、画像の明るさを検出し、明るさによって光源のパワーを変化させる。画像側で明るさをコントロールする等により、明るさを一定にできるが、装置構成が複雑になる等の問題がある。
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５２を移動するため、時間のかかるものであった。
【０００６】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的はシンプルな構成で、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レーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、レーザ光を射出するレーザ光源と、該レーザ光源から射出された前記レーザ光の光束を平行光束にする平行光束手段と、前記平行光束状態の前記レーザ光を媒質中に集光させる集光光学系と、前記平行光束手段と前記集光光学系との間の前記平行光束中に、該平行光束の光軸方向に沿って移動可能に配されて、１枚以上のレンズにより構成された第１レンズ群と、該第１レンズ群と前記集光光学系との間の前記平行光束中に固定された状態で配されて、１枚以上のレンズにより構成された第２レンズ群と、前記レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記第１のレンズ群を移動させる移動手段とを備え、前記第２レンズ群は、後側焦点位置が前記集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されているレーザ加工装置を提供する。
【０００８】
この発明に係るレーザ加工装置においては、レーザ光源から射出されたレーザ光が、平行光束手段により平行光束に変換され、第１レンズ群及び第２レンズ群でそれぞれ屈折した後、集光光学系に入射して媒質中に集光される。この際、移動手段により、第１レンズ群を光軸方向に移動させることで、光源位置を光軸方向に移動させることができる。即ち、第１レンズ群を移動させることで、第２レンズ群から見た光源位置を変えることができ、更には、前記集光光学系から見た実質的な光源位置の変更が行える。
集光したい媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、第１レンズ群を移動させることで、前記集光光学系から見た光源位置を変更でき、所望する位置(深さ)に球面収差の発生量を極力抑えた状態でレーザ光を集光させることができる。従って、レーザ加工を高精度に行うことができ、例えば、ウエハ等をより正確に切断することができる。
また、第２レンズ群の後側焦点位置と集光光学系の入射瞳位置とが一致するように配置されており、第１レンズ群が光軸に沿って移動した場合でも、第１レンズ群に入射した平行光束は第１レンズ群の位置によらず、集光光学系の入射瞳位置で常に同じ光束径となり、集光光学系でけられることなく集光する。即ち、集光位置での光量変化を小さくすることが可能であり、集光光学系の入射瞳面での光量分布が変化しないので、集光性能の変化を抑えることができる。        
更に、第１レンズ群を移動させるだけで、光源位置の変更が行えるので、従来のように集光光学系やステージ等を光軸方向に動かす必要がない。従って、構成のシンプル化を図ることができ、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ことからも、構成のシンプル化が図れ、低コスト化を図ることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、さらに、前記レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じた前記第１のレンズ群を移動させる移動量を計算する制御部を備え、前記移動手段は、前記制御部からの信号に基づいて前記第１のレンズ群を移動させるレーザ加工装置を提供する。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のレーザ加工装置において、前記制御部は、所定の情報を入力可能な入力部と、該入力部により入力された前記情報に基づいて前記移動量を計算する計算部と、を備えたレーザ加工装置を提供する。
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のレーザ加工装置において、前記入力部は、前記媒質の屈折率と、前記媒質表面から集光したい位置までの距離と、前記集光光学系のＮＡと、を入力するレーザ加工装置を提供する。
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のレーザ加工装置において、さらに、前記入力部は、前記集光光学系の予め測定された波面データを入力するレーザ加工装置を提供する。
請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、前記集光光学系に連係して設けられ、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レーザ加工装置を提供する。
【００１０】
この発明に係るレーザ加工装置においては、観察光学系により集光光学系の下面から媒質の表面までの距離を所定の距離に維持できるので、例えば、集光光学系と媒質との水平方向の相対的な移動、即ち、走査を行う際に、媒質表面からの深さを所望する深さに正確に制御することができる。
【００１１】
請求項７に係る発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、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レーザ加工装置を提供する。
【００１２】
この発明に係るレーザ加工装置においては、集光光学系と媒質の表面との光軸方向の相対的な距離、即ち、ＷＤが一定になるように設定されているので、よりオートフォーカス機構を簡単に構成することが可能となり、安価に構成できる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係るレーザ加工装置によれば、集光したい媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、第１レンズ群を移動させることで、第２レンズ群に入射するレーザ光の位置を変更できる、即ち、集光光学系から見た光源位置の変更が行えるので、所望する位置（深さ）に球面収差の発生量を極力抑えた状態でレーザ光を集光させることができる。従って、レーザ加工を高精度に行うことができる。
また、後側焦点位置が集光光学系の入射瞳位置に一致した第２レンズ群により、集光光学系の入射瞳に入射する光束径を変化させることがないので、入射光量や、瞳面内での光量分布を一定にすることができ、集光性能の変化を抑えることができる。
更に、第１レンズ群を移動させるだけで、光源位置の変更が行えるので、構成のシンプル化を図ることができ、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るレーザ加工装置の第１実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態のレーザ加工装置１は、図１に示すように、レーザ光Ｌを射出する図示しないレーザ光源と、該レーザ光源から射出されたレーザ光Ｌの光束を平行光束にする図示しないレンズ等の平行光束手段と、平行光束状態のレーザ光Ｌを媒質中に集光させる対物レンズ２を有する集光光学系３と、平行光束手段と対物レンズ２との間の平行光束中に、平行光束の光軸方向に沿って移動可能に配された第１のレンズ（第１レンズ群）４と、該第１のレンズ４と対物レンズ２との間の平行光束中に固定された状態で配された第２のレンズ（第２レンズ群）５と、レーザ光Ｌを集光したいウエハ（媒質）Ａの屈折率及びウエハＡの表面から集光したい位置までの距離に応じて第１のレンズ４を移動させる移動手段６と、集光光学系３に連係して設けられ、対物レンズ２の下面からウエハＡの表面までの距離を所定の距離に維持する観察光学系７とを備えている。
なお、ウエハＡは、ＸＹ方向に移動可能な図示しないステージ上に載置されている。
【００１５】
上記第１のレンズ４は、両凹レンズであり、図示しないレンズ枠に固定されている。上記移動手段６は、レンズ枠に接続されており、レンズ枠を介して第１のレンズ４を移動するようになっている。また、移動手段６は、図示しない制御部に接続されており、該制御部からの信号を受けて作動するようになっている。
この制御部は、所定の情報を入力可能な入力部と、該入力部により入力された各入力情報（入力データ）に基づいて第１のレンズ４の移動量を計算する計算部とを備えており、計算結果に応じて移動手段６を所定量移動させるようになっている。また、制御部は、移動手段６の制御部に加え、第１のレンズ４の移動終了後に光束を射出させるようにレーザ光源の制御も行うようになっている。
【００１６】
上記第２のレンズ５は、凸レンズであり、平面側を第１のレンズ４側に向けて、即ち、凸面側を対物レンズ２側に向けて、後側焦点位置が対物レンズ２の入射瞳位置の少なくとも近傍になる位置に配されている。
【００１７】
上記観察光学系７は、直線偏光の半導体レーザ光Ｌ’を照射する光源１０、該光源１０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１１、該第１のレンズ１１に隣接配置された偏光ビームスプリッタ１２、該偏光ビームスプリッタ１２を透過した半導体レーザ光Ｌ’を収束及び発散させる第２のレンズ１３、該第２のレンズ１３により発散された半導体レーザ光Ｌ’を平行光にする第３のレンズ１４、該第３のレンズ１４を透過した半導体レーザ光Ｌ’の偏光を円偏光にする１／４波長板１５、該１／４波長板１５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対物レンズ２に入射させるダイクロイックミラー１６、対物レンズ２からの戻り光のうち上記偏光ビームスプリッタ１２で反射された半導体レーザ光Ｌ’をシリンドリカルレンズ１７に入射させる第４のレンズ１８及びシリンドリカルレンズ１７の後側に配されたフォトダイオード１９を備えている。
なお、ダイクロイックミラー１６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、レーザ光源で射出されたレーザ光Ｌを透過するよう設定されている。
【００１８】
上記偏光ビームスプリッタ１２は、直線偏光のうち、例えば、入射面に平行な振動成分であるＰ成分の直線偏光の光を透過させると共に、入射面に垂直な振動成分であるＳ成分の光を反射させる機能を有している。また、制御部は、上記フォトダイオード１９により受光されたフォーカシングエラー信号等の検出信号に基づいてステージをフィードバック制御して、ステージを鉛直方向（光軸方向）に移動させるようになっている。即ち、オートフォーカスするようになっている。これにより、半導体レーザ光Ｌ’は、常にウエハＡの表面に焦点が合うように調整される。
【００１９】
このように構成されたレーザ加工装置１により、ウエハＡの表面から深さの異なる位置にレーザ光Ｌを集光してレーザ加工を行う場合について説明する。
まず、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、例えば、５０μｍ、対物レンズ２のＮＡ、対物レンズ２とウエハＡの表面との距離、即ち、ＷＤ値及び対物レンズ２の予め測定された波面データを入力する（Ｓ１）。計算部は、これら入力されたデータに基づいて第１のレンズ４の移動量の計算を行う（Ｓ２）。計算終了後、制御部は、計算結果に基づいて移動手段６を光軸方向に移動させるように制御して、第１のレンズ４の位置を所定の位置に移動させる（Ｓ３）。
【００２０】
第１のレンズ４の移動終了後、制御部は、レーザ光源に信号を送り、レーザ光Ｌを射出させる（Ｓ４）。射出されたレーザ光Ｌは、平行光束手段により平行光束に変換されて、第１のレンズ４に入射する。そして、レーザ光Ｌは、第１のレンズ４で屈折して発散光状態となり、第２のレンズ５に入射する。つまり、第１のレンズ４を移動させることで、光軸方向におけるレーザ光Ｌの発散点位置を変更している。発散光となったレーザ光Ｌは、第２のレンズ５により再度屈折した後、対物レンズ２に入射してウエハＡの表面から所望する深さ（５０μｍ）に集光される。
この際、上述したように、所望する深さに応じて第１のレンズ４の位置を光軸方向に移動させて発散点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を所望する位置に効率良く集光させることができる。
【００２１】
また、上述した集光点とは異なる位置、即ち、異なる深さにレーザ光Ｌを集光させる場合には、上述したと同様にウエハＡの表面からの新たな距離を含むデータを入力部に入力する。制御部は、計算部による計算結果に基づいて、移動手段６を作動させて第１のレンズ４を光軸方向に沿って新たな位置に移動させる。これにより、レーザ光Ｌは、上述した位置とは異なる位置で屈折して発散光状態となり第２のレンズ５に入射する。この際、レーザ光Ｌは、第１のレンズ４に平行光束状態で入射するので、第１のレンズ４が、光軸に沿って移動した場合でも、第１のレンズ４に入射する光線の光軸からの距離（ｓ）が一定であれば、第１のレンズ４を通過後の光線の角度（ｑ）は変化しない（平行である）。それら角度が変化しない（平行な）光線は、第２のレンズ５の後側焦面上の１点に集光する（必ず通る）。第２のレンズ５の後側焦点位置と集光光学系３の入射瞳位置とが一致するように配置されており、第１のレンズ４に入射した平行光束は、第１のレンズ４の位置によらず、集光光学系３の入射瞳位置で常に同じ光束径となり、集光光学系３でけられることなく集光する。集光光学系３に入射する光束径は変化することはないので、従来のような集光位置での光量の変化や瞳面内での光量分布の変化を抑えることができる。    
【００２２】
ここで、レーザ光ＬをウエハＡ内に集光させると、エネルギーが１点（集光点）に集中してクラックを生じさせる。特に、深さの異なる位置に球面収差を極力抑えた状態でレーザ光Ｌを集光させることが可能であるので、所望する位置に正確にクラックを生じ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。
【００２３】
特に、本実施形態においては、観察光学系７を備えているので走査を行う際に対物レンズ２とウエハＡの表面との距離を一定にした状態で走査を行うことができる。
即ち、走査を行う際、光源１０から直線偏光の半導体レーザ光Ｌ’を照射する。照射された半導体レーザ光Ｌ’は、第１のレンズ１１により平行光となった後、偏光ビームスプリッタ１２に入射する。そして、入射面に平行な振動成分であるＰ成分の直線偏光となった後、第２のレンズ１３により収束された後、発散状態となる。そして、発散された光は、第３のレンズ１４により再度平行光となって１／４波長板１５に入射する。なお、この際、平行光は、対物レンズ２に応じた光束の幅となっている。１／４波長板１５を透過して円偏光となった半導体レーザ光Ｌ’は、ダイクロイックミラー１６で反射されて対物レンズ２に入射する。対物レンズ２に入射した光は、ウエハＡの表面に照明される。
【００２４】
次いで、ウエハＡの表面で反射した光は、対物レンズ２で集光された後、ダイクロイックミラー１６で反射された１／４波長板１５に入射し、入射面に垂直な振動成分であるＳ成分の偏光となる。この光は、第３のレンズ１４及び第２のレンズ１３を透過した後に、偏光ビームスプリッタ１２に入射して、第４のレンズ１８に向けて反射される。そして第４のレンズ１８により収束された後、シリンドリカルレンズ１７を透過してフォトダイオード１９上に結像される。この結像されたフォーカシングエラー信号等の検出信号は、制御部に送られる（Ｓ５）。制御部は、送られてきた検出信号に基づいて計算を行い（Ｓ６）、半導体レーザ光Ｌ’の焦点がウエハＡの表面に合うようにステージを鉛直方向（光軸方向）に移動させる（Ｓ７）。即ち、自動的にオートフォーカスを行って、集光光学系３とウエハＡの表面との距離が常に一定になる様に制御する。
【００２５】
これにより、対物レンズ２とウエハＡの表面との距離を常に一定の距離に維持しながら走査を行うことができる。従って、仮にステージが若干湾曲していたり、ステージの移動に多少の誤差等が生じていたとしても、正確にレーザ光Ｌを所望の深さに集光させることができる。よって、ウエハＡの表面から集光位置をより正確に制御しながら走査を行うことができ、より高精度にレーザ加工が行える。
【００２６】
なお、上述した走査を行う際に、レーザ光Ｌを集光させる位置を変更させる場合、オートフォーカスのオフセット量計算（Ｓ８）を事前に行った後、走査を行う。例えば、表面から１００μｍの深さにレーザ光Ｌを集光させた状態で走査を行った後に、５０μｍの深さに集光させて走査を行う場合には、ＷＤ値を最適値に設定する必要がある。このＷＤ値の変更に伴って、オートフォーカスを所定量だけオフセットする必要が生じる。つまり、オートフォーカスのオフセット量を計算することで、ＷＤ値の補正が行える。この補正を行った後に、異なる深さの走査を行う。
【００２７】
次に、本発明のレーザ加工装置の第２実施形態を、図３を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
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、対物レンズ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２実施形態では、ＷＤが一定とされている点である。
即ち、ステージ及び対物レンズ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。従って、図３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。
【００２８】
次に、本発明のレーザ加工装置の第３実施形態を、図４を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
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、第１のレンズ４が両凹レンズであったのに対し、第３実施形態のレーザ加工装置は、第１のレンズ４が凸レンズであり、平面側が第２のレンズ５側に向いて配されている点である。
本実施形態の場合も第１実施形態と同様に、第１のレンズ４の位置に関係なく、平行光束状態で入射した光束は、常に同じ状態で屈折されて第２のレンズ５に入射する。本実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態のレーザ加工装置と同様の作用効果を奏する。
【００２９】
次に、本発明のレーザ加工装置の第４実施形態を、図５を参照して説明する。なお、この第４実施形態においては、第３実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第４実施形態と第３実施形態との異なる点は、第３実施形態では、第２レンズ群が、１枚の凸レンズ、即ち、第２のレンズ５から構成されていたのに対し、第４実施形態の第２レンズ群２０は、２枚のレンズ２１、２２により構成されている点である。
即ち、本実施形態の第２レンズ群２０は、図５に示すように、第１レンズ群である凸レンズ４側に配された両凹レンズ２１及び該両凹レンズ２１に隣接して配された両凸レンズ２２により構成されている。なお、第２レンズ群２０全体の後側焦点位置が、対物レンズ２の入射瞳位置の近傍に位置するようになっている。
【００３０】
本実施形態のレーザ加工装置は、第３実施形態のレーザ加工装置と同様の作用効果を奏することができ、更に、第２レンズ群２０と対物レンズ２との間隔（距離）を大きくすることができ、その間に他の観察系等を配置することが可能となり、設計の自由度を向上することができる。
【００３１】
次に、本発明のレーザ加工装置の第５実施形態を、図６を参照して説明する。なお、この第５実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第５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、第１レンズ群が、１枚の両凹レンズ、即ち、第１のレンズ４から構成されていたのに対し、第５実施形態の第１レンズ群２５は、２枚のレンズ２６、２７により構成されている点である。
即ち、本実施形態の第１レンズ群２５は、図６に示すように、凸部をレーザ光源及び平行光束手段側に向けて配された凸レンズ２６及び該凸レンズ２６に隣接して配された両凹レンズ２７により構成されている。また、本実施形態の第２レンズ群は、１枚の両凸レンズ２８から構成されている。
本実施形態の場合も第１実施形態と同様に、第１のレンズ群２５の位置に関係なく、平行光束状態で入射した光束は、常に同じ状態で屈折されて第２のレンズ２８に入射する。本実施形態のレーザ光装置は、第１実施形態のレーザ加工装置と同様の作用効果を奏する。
【００３２】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１レンズ群及び第２レンズ群は、上記第１実施形態のように、１枚のレンズにより構成しても構わないし、第３実施形態や第４実施形態のように、１枚以上のレンズにより構成しても構わない。また、各レンズはその種類、例えば、凸レンズ、凹レンズや両凸レンズに限定はされず、自由に組み合わせて設計して構わない。
【００３３】
特に、各実施形態において、移動手段６が、第１レンズ群を下記式を満たすように移動させるように設定すると良い。
１／｜ｆ｜＜０．０１
なお、｜ｆ｜は、第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離である。こうすることで、アフォーカルな部分を持たせることができる。
【００３４】
また、上記各実施形態において、下記式を満たすように第２レンズ群を設定すると良い。
ｆ２＞０
なお、ｆ２は、第２レンズ群の焦点距離である。
集光光学系の入射瞳位置は、集光光学系内にあることも多いが、第２レンズ群を正パワー（凸レンズ）にすることで、集光光学系３の入射瞳位置が光学系内に存在したとしても、第２レンズ群の後側焦点位置を集光光学系３の入射瞳位置に一致させることができる。
【００３５】
また、上記各実施形態において、下記式を満たすように第１レンズ群及び第２レンズ群を設定すると良い。
ｆ１＜０
１≦｜ｆ２／ｆ１｜≦５
なお、ｆ１は、第１レンズ群の焦点距離であり、ｆ２は、第２レンズ群の焦点距離である。
第１レンズ群を負パワー（凹レンズ）、第２レンズ群を正パワー（凸レンズ）にすることで、構成のコンパクト化を図ることができる。また、１≦ｆ２／ｆ１であるので、第１レンズ群を簡単に構成できる。そのため、安価にできるばかりでなく、性能劣化を抑えることができる。また、｜ｆ２／ｆ１｜≦５であるので、光学系をコンパクトに構成できる。
【００３６】
また、第１レンズ群及び第２レンズ群の設定は、上述したように、ｆ１＜０、１≦｜ｆ２／ｆ１｜≦５だけに限らず、例えば、上記各実施形態において、下記式を満たすように設定しても良い。
ｆ１＞０
０．５≦｜ｆ１／ｆ２｜≦２
こうすることで、両レンズ群の焦点距離を正の焦点距離にでき、単純な構成で等倍率近くでリレーさせることができる。
【００３７】
また、上記各実施形態では、制御部により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、移動手段を作動させて第１のレンズ群の位置を移動させても構わない。
また、本発明の光学系を、図７に示すような収差補正光学系に利用して球面収差補正を行っても構わない。即ち、収差補正光学系４０は、図示しない光源からの光束を集光する光学系であり、下記式を満たす複数のレンズ４１、４２、４３を排他で光路中に挿脱可能に配している。
２（ｄ２＋ｌ×ｆ−ｌ×ｄ）ＮＡ＝ｆ×ａ
なお、上記ｄは、対物レンズ２を含む集光光学系３の入射瞳位置から複数のレンズ４１、４２、４３までの距離であり、上記ｌは、集光光学系３の入射瞳位置から光源位置までの距離であり、上記ｆは、複数のレンズ４１、４２、４３の焦点位置であり、上記ＮＡは、光源のＮＡ（集光レンズから見たＮＡ）であり、上記ａは、集光光学系３の入射瞳径である。また、光束は、発散光状態であり、上記複数のレンズ４１、４２、４３は、凸レンズとしている。
このように構成した収差補正光学系４０においては、発散光源の場合に、ウエハＡ中の深さが異なる部位を観察（集光）しようとした場合でも、光量一定、瞳面内での光量分布一定で球面収差の発生量を抑えた観察（集光）を行うことができる。また、従来のように、補正環対物レンズ等の高価な対物レンズを組み合わせたり、厚みの異なるガラス等を交換する必要がない。
【００３８】
また、上述した図７に示す収差補正光学系４０では、発散光束中に凸レンズである複数のレンズ４１、４２、４３を配したが、図８に示すように、収束光束中に複数のレンズ４１、４２、４３を配しても構わない。この場合には、複数のレンズ４１、４２、４３
は凹レンズにすれば良い。
更に、図９に示すように、凹レンズである複数のレンズ４１、４２、４３を、平行光束中に配しても構わない。
更には、図１０に示すように、平行光束を一旦凸レンズ４５で収束光に変換した後、複数のレンズ４１、４２、４３を配しても構わない。
【００３９】
また、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、対物レンズ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、対物レンズ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、上記第１実施形態で説明した観察光学系は一例であり、対物レンズの下面からウエハの表面までの距離を所定距離に維持可能であれば、レンズ等の各光学系を組み合わせて構成して構わない。
【００４０】
また、本発明には、以下のものが含まれる。
〔付記項１〕
レーザ光を射出するレーザ光源と、
該レーザ光源から射出された前記レーザ光の光束を平行光束にする平行光束手段と、
前記平行光束状態の前記レーザ光を媒質中に集光させる集光光学系と、
前記平行光束手段と前記集光光学系との間の前記平行光束中に、該平行光束の光軸方向に沿って移動可能に配されて、１枚以上のレンズにより構成された第１レンズ群と、
該第１レンズ群と前記集光光学系との間の前記平行光束中に固定された状態で配されて、１枚以上のレンズにより構成された第２レンズ群と、
前記レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記第１のレンズ群を移動させる移動手段とを備え、
前記第２レンズ群は、後側焦点位置が前記集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されていることを特徴とするレーザ加工装置。
〔付記項２〕
請求項１記載のレーザ加工装置において、
前記集光光学系に連係して設けられ、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加工装置。
〔付記項３〕
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
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加工装置。
〔付記項４〕
付記項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記移動手段が、前記第１レンズ群を下記式を満たす位置に移動させることを特徴とするレーザ加工装置。
１／｜ｆ｜＜０．０１
｜ｆ｜；第１レンズ群と第２レンズ群との合焦距離
〔付記項５〕
付記項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記第２レンズ群が、下記式を満たすことを特徴とするレーザ加工装置。
ｆ２＞０
ｆ２；第２レンズ群の焦点距離
〔付記項６〕
付記項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が、下記式を満たすことを特徴とするレーザ加工装置。
ｆ１＜０
１≦｜ｆ１／ｆ２｜≦５
ｆ１；第１レンズ群の焦点距離
ｆ２；第２レンズ群の焦点距離
〔付記項７〕
付記項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が、下記式を満たすことを特徴とするレーザ加工装置。
ｆ１＞０
０．５≦｜ｆ１／ｆ２｜≦２
ｆ１；第１レンズ群の焦点距離
ｆ２；第２レンズ群の焦点距離
〔付記項８〕
レーザ光を射出するレーザ光源と、
前記レーザ光を媒質中に集光する集光光学系とを含み、
前記レーザ光を集光したい媒質の屈折率、媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記集光光学系の収束又は発散光束中に下記式を満足する複数のレンズを排他で挿脱可能に配置したことを特徴とするレーザ集光光学系を有するレーザ加工装置。
２（ｄ２＋ｌ×ｆ−ｌ×ｄ）ＮＡ＝ｆ×ａ
ｄ；集光光学系の入射瞳位置から複数のレンズまでの距離
ｌ；集光光学系の入射瞳位置から光源位置までの距離
ｆ；複数のレンズの焦点位置
ＮＡ；光源のＮＡ（集光レンズから見たＮＡ）
ａ；集光光学系の入射瞳径
〔付記項９〕
光軸に平行なレーザ光束を射出するレーザ光源と、  
前記レーザ光束を媒質中に集光する光学系とを含み、
前記レーザ光束を集光したい媒質の屈折率、媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、レーザ光束中に下記式を満足する複数のレンズを排他で挿脱可能に配置したことを特徴とするレーザ集光光学系を有するレーザ加工装置。
ｂ（ｆ−ｄ）／ｆ＝ａ
ｂ；光源からの平行光束径
ｄ；集光光学系の入射瞳位置から複数のレンズまでの距離
ｆ；複数のレンズの焦点位置
ａ；集光光学系の入射瞳径
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示すレーザ加工装置により、レーザ光をウエハ内の所望する深さに集光させる場合のフローチャートの一例である。
【図３】本発明に係るレーザ加工装置の第２実施形態を説明するフローチャートであって、ＷＤ一定のままレーザ光をウエハ内の所望する深さに集光させる場合のフローチャートの一例である。
【図４】本発明に係るレーザ加工装置の第３実施形態を示す構成図である。
【図５】本発明に係るレーザ加工装置の第４実施形態を示す構成図である。
【図６】本発明に係るレーザ加工装置の第５実施形態を示す構成図である。
【図７】発散光束中に複数の凸レンズを挿脱可能に配したレーザ加工装置を示す図である。
【図８】収束光束中に複数の凸レンズを挿脱可能に配したレーザ加工装置を示す図である。
【図９】平行光束中に複数の凹レンズを挿脱可能に配したレーザ加工装置を示す図である。
【図１０】平行光束を凸レンズで収束光に変換し、該収束光中に複数の凹レンズを挿脱可能に配したレーザ加工装置を示す図である。
【図１１】従来の球面収差の補正を説明する図であって、球面収差補正レンズを光軸方向に移動可能な光学系の一例を示す図である。
【図１２】図１１に示す光学系により、入射瞳位置での光量が変化する状態を示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｌ    レーザ光
Ａ    ウエハ（媒質）
１    レーザ加工装置
３    集光光学系
４    第１のレンズ（第１レンズ群）
５    第２のレンズ（第２レンズ群）
６    移動手段
７    観察光学系
２０    第２レンズ群
２５    第１レンズ群
【図１】
0004686135.tif 000002
【図２】
0004686135.tif 000003
【図３】
0004686135.tif 000004
【図４】
0004686135.tif 000005
【図５】
0004686135.tif 000006
【図６】
0004686135.tif 000007
【図７】
0004686135.tif 000008
【図８】
0004686135.tif 000009
【図９】
0004686135.tif 000010
【図１０】
0004686135.tif 000011
【図１１】
0004686135.tif 000012
【図１２】
0004686135.tif 000013