(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザと工作物との間のビーム経路に沿って位置決めするのに適した音響光学変調器からのビーム位置決め制御を高める方法であって、
前記音響光学変調器は、ビーム入口面と、ビーム出口面と、前記音響光学変調器の第１の変換器面上に位置決めされる第１の変換器とを有し、
前記第１の変換器面は前記ビーム入口面を横切る第１の平面にあり、
前記方法は、
前記工作物に衝突するビーム経路に沿うレーザビームを発生することと、
前記ビーム経路に沿って位置決めされた前記音響光学変調器を通して前記レーザビームを伝播することと、
前記ビーム経路の第１の出口角に影響を与えるために前記ビーム経路を横切る、第１の軸平面を中心とした第１の変換器変調ゾーン内で変調する前記第１の変換器に印加される第１の無線周波数信号の第１の周波数を制御することであって、前記印加した第１の無線周波数信号の第１の周波数は、前記ビーム経路に沿うレーザビーム伝播が防止されるときはいつでも、白色雑音を創出するべく変調されることと、
前記音響光学変調器の第２の変換器面上に位置決めされる第２の変換器に印加される第２の無線周波数信号の第２の周波数を制御することであって、前記第２の変換器面は、前記ビーム入口面及び前記第１の平面を横切る第２の平面にあり、前記第２の変換器は、前記ビーム経路の第２の出口角に影響を与えるために、前記第１の軸平面を横切りかつ前記ビーム経路を横切る、第２の軸平面を中心とした第２の変換器変調ゾーン内で変調することと、
前記第１及び第２の無線周波数信号の前記第１及び第２の周波数に応答して、前記第１及び第２の変換器によって与えられる前記第１及び第２の出口角から生じる協同偏向角の所望のビーム位置にて前記工作物に衝突するように前記ビーム経路を偏向するべく前記第１及び第２の周波数を調整することと
を含む方法。
【請求項２】
位置決め信号プロセッサから低速運動制御信号及び高速運動制御信号を提供することと、
前記低速運動制御信号に応答して、並進ステージの並進軸線に沿った広い範囲の相対的ビーム指向運動を低速位置決めドライバによって制御することと、
前記高速運動制御信号に応答して、前記音響光学変調器の狭い範囲の相対的ビーム指向運動を前記第１及び／又は第２の変換器によって制御することと、
前記ビーム経路と前記並進ステージ上の前記工作物との間の前記広い範囲の相対的ビーム指向運動を行うことと、
所望のビーム位置における前記工作物への衝突を目的として、前記ビーム経路と前記工作物との間の前記狭い範囲の相対的ビーム指向運動を前記音響光学変調器によって行うことと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ビーム経路と前記所望のビーム位置との相違に関するエラー情報を獲得することと、
前記ビーム経路と前記所望のビーム位置との相違を補償するために前記エラー情報を前記第１及び／又は第２の変換器に送ることと
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
走査ラインに沿う前記ビーム経路と軸線外であるが前記走査ラインに平行な所望のビーム位置との相違に関するエラー情報を獲得することと、
前記工作物の上方の前記走査ラインに平行な前記所望のビーム位置に衝突するように前記レーザビームを偏向するべく前記エラー情報を前記第１及び／又は第２の変換器に送ることと
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
第１の可変周波数コントローラを含むか又はこれと通信する第１の無線周波数ドライバが前記第１の変換器に前記第１の無線周波数信号の前記第１の周波数を印加して、第１のデカルト軸線に沿う前記ビーム経路の偏向角に影響を与えるべく前記第１の変換器変調ゾーン内にて変調を行い、
第２の可変周波数コントローラを含むか又はこれと通信する第２の無線周波数ドライバが前記第２の変換器に前記第２の無線周波数信号の前記第２の周波数を印加して、前記第１のデカルト軸線に沿う前記ビーム経路の前記偏向角に影響を与えるべく前記第２の変換器変調ゾーン内にて変調を行い、
前記第１及び第２の無線周波数信号を同時に印加することによって前記偏向角が生じる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の変換器は、第１の偏向角範囲制限に対応する第１の周波数制限を有する第１の無線周波数ドライバに応答し、
前記第２の変換器は、第２の偏向角範囲制限に対応する第２の周波数制限を有する第２の無線周波数ドライバに応答し、
前記第２の周波数は前記第１の周波数と異なり、前記偏向角は前記第１及び第２の偏向角範囲より大きい、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の変換器は、第１の無線周波数ドライバに応答し、かつ前記第１の変換器に前記第１の無線周波数信号を印加することによって発生される第１偏向角の第１解像度を制限する第１偏向角解像度制限に対応する第１の周波数応答制限を有し、
前記第２の変換器は、第２の無線周波数ドライバに応答し、かつ前記第２の変換器に前記第２の無線周波数信号を印加することによって発生される第２偏向角の第２解像度を制限する第２偏向角解像度制限に対応する第２の周波数応答制限を有し、
前記第１及び第２の周波数は異なり又は前記第１及び第２の周波数は前記音響光学変調器において位相が異なる各波動を確立し、前記偏向角は、前記第１又は第２解像度のいずれかより正確な協同解像度を提供する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１の可変周波数コントローラを含むか又はこれと通信する第１の無線周波数ドライバが前記第１の変換器に前記第１の無線周波数信号の前記第１の周波数を印加して、第１のデカルト軸線に沿う前記ビーム経路の第１の出口角に影響を与えるべく前記第１の変換器変調ゾーン内にて変調を行い、
第２の可変周波数コントローラを含むか又はこれと通信する第２の無線周波数ドライバが前記第２の変換器に前記第２の無線周波数信号の前記第２の周波数を印加して、前記第１のデカルト軸線を横切る第２のデカルト軸線に沿う前記ビーム経路の第２の出口角に影響を与えるべく前記第２の変換器変調ゾーン内で変調を行い、
前記第１及び第２の無線周波数信号を同時に印加することによって協同偏向角が生じる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２の変換器変調ゾーンは直交する平面を中心とする、請求項１から４及び８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２の変換器変調ゾーンは交差する、請求項１から４、８、及び９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の無線周波数ドライバは異なる周波数範囲を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１及び第２の周波数は異なる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の周波数は前記音響光学変調器において位相が同じである各波動を確立する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２の周波数は前記音響光学変調器において位相が異なる各波動を確立する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２の変換器変調ゾーンは前記音響光学変調器内において重なり合わない、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２の無線周波数信号は各々、第１及び第２の振幅を有し、前記第１及び／又は第２の振幅は、前記ビーム経路の前記第１及び／又は第２の出口角におけるブラッグ角からのシフトから生じるブラッグ効率からの偏差を補償するために調整される、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の変換器は大きいブラッグ角範囲に対して高周波数ドライバに応答し、前記第２の変換器は小さいブラッグ角範囲に対して低周波数ドライバに応答する、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーザビームは少なくとも異なる第１及び第２の波長を含み、前記音響光学変調器は、前記第１の周波数が前記第１の波長を変調しかつ前記第２の周波数が前記第２の波長を変調するよう適合される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２の無線周波数ドライバは、共通のビーム経路に沿って伝播する前記第１及び第２の波長を偏向するべく前記第１及び第２の周波数を調整するように適合される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
第３の無線周波数信号の第３の周波数が前記音響光学変調器の第３の変換器面に位置決めされた第３の変換器に印加され、前記第３の変換器面は前記ビーム入口面を横切り、前記第３の変換器は前記ビーム経路を横切る第３の変換器変調ゾーンにおいて前記第１の出口角を変調しかつ前記第１の出口角に影響を与え、
前記第１及び第３の無線周波数信号は協同して前記第１の出口角を制御する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１及び第３の変換器変調ゾーンは平行である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１及び第３の変換器変調面は同一面上にある、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第３の変換器は、前記第１及び第３の変換器変調ゾーンが非平行でありかつ重なり合わないように前記第１の変換器に対して離隔しかつ小さい角度で方向付けられる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記工作物に衝突する前記ビーム経路に沿う前記レーザビームの伝播を防止するために実質的にゼロのブラッグ効率を有する周波数にて前記音響光学変調器の前記第１及び第２の変換器に無線周波数信号を印加することをさらに含む、１から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ビーム経路は、名目上のビーム位置にて前記工作物に衝突し、
前記方法は、
前記ビーム経路に沿って位置決めされた前記音響光学変調器の前記入口面を通して前記レーザビームを伝播することであって、前記ビーム経路は前記音響光学変調器の前記ビーム入口面に対してブラッグ角であるか又はこれに近接する入口角にて前記音響光学変調器に衝突し、前記ビーム経路は前記ビーム出口面に対して出口角にて前記音響光学変調器から出て、前記ビーム経路を前記ブラッグ角から逸らすことにより、前記出口角の前記ブラッグ角からのシフトの程度の関数としてブラッグ効率が低いブラッグ効率に減少することと、
前記出口角の前記シフトから生じるブラッグ角の損失を軽減するべく前記音響光学変調器の前記ビーム入口面にて前記入口角をシフトするように前記音響光学変調器の上流のブラッグ調整装置を制御することと、
前記ブラッグ調整装置と望ましくない前記低いブラッグ効率より大きい全体的なブラッグ効率を有する前記音響光学変調器とによって与えられる協同偏向角から生じる所望のビーム位置にて前記工作物に衝突させるべく前記工作物上の名目上のビーム位置から前記ビーム経路を逸らすように前記入口角の前記シフト及び前記第１の無線周波数信号の前記第１の周波数を調整することと
をさらに含む、１から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
レーザと工作物との間のビーム経路に沿って位置決めするのに適した音響光学変調器からのビーム位置決め制御を高める方法であって、
前記音響光学変調器は、ビーム入口面と、ビーム出口面と、前記音響光学変調器の第１の変換器面上に位置決めされる第１の変換器とを有し、
前記第１の変換器面は前記ビーム入口面を横切る第１の平面にあり、
前記方法は、
前記工作物に衝突するビーム経路に沿うレーザビームを発生することと、
前記ビーム経路に沿って位置決めされた前記音響光学変調器を通して前記レーザビームを伝播することと、
前記ビーム経路の第１の出口角に影響を与えるために前記ビーム経路を横切る、第１の軸平面を中心とした第１の変換器変調ゾーン内で変調する前記第１の変換器に印加される第１の無線周波数信号の周波数を制御することと、
前記音響光学変調器の第２の変換器面上に位置決めされる第２の変換器に印加される第２の無線周波数信号の第２の周波数を制御することであって、前記第２の変換器面は、前記ビーム入口面及び前記第１の平面を横切る第２の平面にあり、前記第２の変換器は、前記ビーム経路の第２の出口角に影響を与えるために、前記第１の軸平面を横切りかつ前記ビーム経路を横切る、第２の軸平面を中心とした第２の変換器変調ゾーン内で変調することと、
前記第１及び第２の無線周波数信号の前記第１及び第２の周波数に応答して、前記第１及び第２の変換器によって与えられる前記第１及び第２の出口角から生じる協同偏向角の所望のビーム位置にて前記工作物に衝突するように前記ビーム経路を偏向するべく前記第１及び第２の周波数を調整することと
を含み、
前記音響光学変調器は、前記工作物に衝突するビーム経路に沿ってレーザビームを伝播させるべく前記音響光学変調器内に音波を確立する波動設定時間を含み、前記印加した無線周波数信号の周波数は、前記ビーム経路に沿うレーザビーム伝播が防止されるときはいつでも、前記波動設定時間より短い時間間隔内で継続的に変化される方法。
【請求項２７】
前記印加した無線周波数信号の周波数は、前記ビーム経路に沿うレーザビーム伝播が防止されるときはいつでも、前記時間間隔内で２つの選択周波数間で交互に変化する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記印加した無線周波数信号の周波数は、前記ビーム経路に沿うレーザビーム伝播が防止されるときはいつでも、前記時間間隔内で多数の周波数間で変化する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記無線周波数信号の振幅は、ビーム伝播が防止されるときはいつでも減少される、請求項１から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記音響光学変調器は第１の音響光学変調器であり、ビーム経路に沿ったレーザビームの伝播が防止されるときはいつでも、ビーム消滅能力を向上させるべく前記ビーム経路に沿って第２の音響光学変調器が使用される、請求項１から２５又は２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記音響光学変調器に印加される前記無線周波数信号の変調を直接的に又は間接的に調節するレーザコントローラへ直接的に又は間接的に情報を伝送する検出器に向けて前記レーザビームの一部分を逸らすべくビーム分割素子が音響光学変調器のビーム経路の下流に配置される、請求項１から２５及び２９又は３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記変調の調節は前記レーザビームのパルス対パルス出力振幅安定性を向上させる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１又は第２の音響光学変調器は外部空洞パルス収集器として使用される、請求項１から２５及び２９から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
レーザと第１及び２のデカルト面軸線を有する工作物との間のビーム経路に沿って位置決めするのに適した第１の音響光学変調器からのビーム位置決め制御を高める方法であって、
前記第１の音響光学変調器は、第１のビーム入口面と、第１のビーム出口面と、前記第１の音響光学変調器の第１の変換器面上に位置決めされる第１の変換器とを有し、
前記第１の変換器面は前記第１のビーム入口面を横切る第１の平面にあり、
前記方法は、
前記工作物に衝突するビーム経路に沿うレーザビームを発生することと、
前記ビーム経路に沿って位置決めされた前記第１の音響光学変調器を通して前記レーザビームを伝播することと、
前記第１のビーム出口面からの前記ビーム経路の第１の出口角に影響を与えて前記第１のデカルト面軸線に沿う前記ビーム経路の偏向をもたらすために、前記ビーム経路を横切る、第１の軸平面を中心とした第１の変換器変調ゾーン内で変調する前記第１の変換器に印加される第１の無線周波数信号の第１の周波数を制御することであって、前記第１の音響光学変調器は、前記工作物に衝突するビーム経路に沿ってレーザビームを伝播させるべく前記音響光学変調器内に音波を確立する波動設定時間を含み、前記印加した第１の無線周波数信号の第１の周波数は、前記ビーム経路に沿うレーザビーム伝播が防止されるときはいつでも、前記波動設定時間より短い時間間隔内で継続的に変化されることと、
前記第１の音響光学変調器と前記工作物との間の前記ビーム経路沿いに位置決めされた第２の音響光学変調器の第２の変換器面上に位置決めされる第２の変換器に印加される第２の無線周波数信号の第２の周波数を制御することであって、前記第２の音響光学変調器は、第２ビーム入口面と第２のビーム出口面とを有し、前記第２の変換器面は、前記第２のビーム入口面及び前記第１の平面を横切る第２の平面にあり、前記第２の変換器は、前記第２のビーム出口面からの前記ビーム経路の第２の出口角に影響を与えて前記第２のデカルト面軸線に沿う前記ビーム経路の偏向をもたらすために、前記第１の軸平面を横切りかつ前記ビーム経路を横切る、第２の軸平面を中心とした第２の変換器変調ゾーン内で変調し、前記第２のデカルト面軸線は前記第１のデカルト面軸線を横切ることと、
前記第１及び第２の無線周波数信号の前記第１及び第２の周波数に応答して、前記第１及び第２の変換器によって与えられる前記第１及び第２の出口角から生じる協同偏向角の所望のビーム位置にて前記工作物に衝突するように前記第１及び第２のデカルト面軸線に沿う前記ビーム経路を偏向するべく前記第１及び第２の周波数を調整することと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ微細加工に関し、特に、レーザ加工性能を向上させるＡＯＭ周波数及び／又は振幅変調に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来の音響光学のＱスイッチ１０aを使用する典型的な従来のレーザ２の概略図である。図２Ａ、２Ｂ（総称して、図２）は、音響光学変調器（ＡＯＭ）１０が０次ビーム１６及び／又は１次ビーム１８を伝送する範囲を制御する無線周波数（ＲＦ）ドライバ１４に応答する変換器１２を有する従来のＡＯＭ１０の別の部分的な概略図である。図３はＲＦドライバ１４を制御する従来技術を示す概略図である。図１〜３に関して、ＡＯＭ１０は従来、パルスタイミング、繰り返しレート、及び空洞ゲインを制御するためにレーザ２の共振器内のＱスイッチ１０ａとして使用される。通常のＱスイッチ１０ａ（又は典型的ＡＯＭ１０）は、メーカーによって設定される特定の周波数でＲＦドライバ１４によって振幅変調されるＲＦ変換器１２を含む。Ｑスイッチ１１０ａは、レーザパルスにレーザを排出させるか又はレーザ共振器内部にレーザエネルギーを保持させることを許容するために、選択可能な量の電力をＲＦ変換器１２へ提供する電源１４ａに命令を出すレーザシステムコントローラ４によって通常、制御される。電源１４ａも、通常、レーザシステムコントローラ４からの命令に応じてレーザ媒質８にポンピング放射を提供するためにレーザポンピング源６に電力を提供する。これらの構成要素は、所望のときにパルスレーザビーム２０を発生するために協同する。
【０００３】
エモンズ, Jr.等の米国特許第５,１９７０７４号において記載されているように、ＡＯＭ１０は、また、ＡＯＭにＲＦ変換器に配送されるＲＦ信号の振幅を可変制御することによってレーザパルスのタイミング及び強度を制御する可変内部共振器損失変調器として使用される。ＡＯＭ１０は、また、光学エネルギーの一定割合が所望のビーム経路に進行し、そして光学エネルギーの残りのほとんどが「ビームダンプ」へ進むように、レーザビームを変更された回折効率で回折することによってレーザビーム２０の強度を制御する外部空洞ビーム減衰器として使用される。
【０００４】
最近では、オレゴン、ポートランドのエレクトロ・サイエンティック・インダストリ社は、命令を受けると、レーザ２からのパルスを工作物に衝突させるための種々の位置決めシステム要素を通して又はそれに沿って伝播し、命令を受けないと、レーザパルスが工作物に衝突することを禁止する開閉制御装置又は「パルス収集器」としてＡＯＭを使用している。この過程は、バイルト等の米国特許第６，１７２，３２５号に更に詳細に記載される。
【０００５】
再び、図２、３に関して、変換器１２はＡＯＭ１０内で確立される音波１９に、アナログＲＦドライバ１４からＲＦ入力信号を変換する。音波１９がＡＯＭ１０を横断するにつれて、音波１９はＡＯＭ１０の光学媒質を歪め、ＡＯＭ１０内の反射率における増減を引き起こす。したがって、入力レーザビーム２０が音波１９によって回折されて回折の法則に従い、軸線上で、かつ回折過程に関連する式によって特定される角度にて１次（又は高次）ビーム１８にある０次ビーム１６が生じる。
【０００６】
ＲＦ電力２２がＡＯＭ１０に印加されないとき、入力レーザビーム２０はその元のビーム経路に実質的に沿ってＡＯＭ１０を通過する。ＲＦ電力２２がＡＯＭ１０に印加されるとき、入力レーザビームのエネルギーの一部が０次ビーム１６のビーム経路から１次ビーム１８へ回折される。回折効率は、入力レーザビーム２０のレーザエネルギーに対する１次ビーム１８のレーザエネルギーの比率として定義される。
【０００７】
図４に関して、１次ビーム１８又は０次ビーム１６のいずれかがアプリケーションへの検討に基づいて、工作物３０に衝突させる加工ビームとして使用できる。１次ビーム１８を加工ビームとして使用する場合には、ＲＦ電力２２がその最大電力から実質的にゼロに変化するにつれて、加工レーザパルスのエネルギーはその最大電力値の１００％から実質的にゼロに動的に制御できる。許容最大ＲＦ電力負荷下におけるＡＯＭ１０の実用的な限定的な回折効率が約７５％から９０％であるので、加工レーザパルスの最大エネルギー値はレーザからのレーザパルスエネルギーの約７５％から９０％である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、０次ビーム１６を加工ビームとして使用する場合には、ＲＦ電力２２が実質的にゼロからその最大電力へ変化するにつれて、加工レーザパルスのエネルギーは、レーザからのレーザパルスエネルギーの最大値の約１００％（ＡＯＭを通して進行することからの損失、おそらく熱的及び散乱を考慮して数パーセントを引いて）から最大値の約１５％から２０％へ動的に制御できる。メモリリンク処理に対して、例えば、加工レーザパルスは要求に応じていない場合には、図４に示されるように、システムレーザパルスエネルギーの漏れは望まれず（すなわち、加工レーザパルスエネルギーはゼロになる）、１次ビーム１８は加工ビームとして使用され、０次ビーム１６は、例えばアブソーバ３２のようなビームダンプへ向けられる。
【０００９】
ＡＯＭ１０の消滅比３４は、「非遮蔽」（すなわち「透過」）状態３８及び「遮蔽」すなわち「非透過」状態４０間のレーザパルス３６（３６a又は３６ｂ）の透過電力における差異を規定する。図５は、特定周波数のＡＯＭ１０に印加されるデシベル（ｄＢ）レベルの関数として、遮蔽及び非遮蔽の透過率における差異を示す簡易包括グラフである。図３及び図５に関して、パルス収集レーザシステムに使用される慣用のＡＯＭ１０は、定周波数発生器２４（通常、ＰＬＬ又は水晶）から、メーカーによって設定され、変更され得ない特定の単一無線周波数を受信する。この周波数は出力角を決定し、消滅比３４の限界内でＲＦ振幅だけ回折量を制御する。
【００１０】
慣用のＡＯＭ１０のアナログＲＦドライバ１４へ送信される信号の振幅は、トランジスタ−トランジスタロジック（ＴＴＬ）へ「オン」又は「オフ」信号をオン／オフデジタルコントローラ２６から送信すること、及び／又はアナログ振幅制御ボード２８から非整数の増加分における０〜１ボルトのアナログ信号をＲＦドライバ１４へ送信することのいずれかによって制御できる。ＴＴＬ「オフ」信号は、アナログＲＦドライバ１４に出力を、ＲＦドライバ１４が許容する最低電力出力である最小レベルへ低下させることを指示する。アナログ信号をＲＦドライバ１４にその最小レベルで設定することは同じ結果を達成する。しかしながら、これらの選択肢の両方とも、少量のＲＦ電力２２を変換器１２へ透過させることを依然として許容し、工作物３０へ通過する低エネルギー回折１次ビームをそれが望まれない場合にも創出する。
【００１１】
レーザ電力が幅広いレーザ応用（例えば、レーザＤＲＡＭ処理、レーザ切削及び微細加工、並びにレーザマイクロビア穿孔）に対して増大するにつれて、これらのレーザアプリケーションの多くは、加工面へのレーザ電力を完全にオフにする能力を求める。これらのレーザ動作では、工作物は材料及び／又は先行処理という点で高価になる場合がある。レーザ出力は、これが完全にオフにならなければ、材料特性又は特徴へのダメージ、変更、影響が望ましくない位置において、工作物へのエネルギーを「漏らす」又は回折する潜在性がある。レーザ切削において、望まれないエネルギーは、例えば、望まれない材料における望まれない電気光学効果を誘起する。レーザ動作に関わらず、漏れレーザエネルギーは、顧客の生成物、例えばウェファ上のデバイスへの重大な回復できないダメージを引き起こす潜在性を有し、かかるダメージは、目視により必ずしも顕著である必要はない。レーザシステムのエネルギー漏れ問題は、長波長ＣＯ２（約１０μｍ）、赤外の、及び近赤外の（例えば、１．３μｍ、から１．０μｍ）、可視、ＵＶ（約４００μｍ未満）を含む、連続範囲の波長に生じ得ることである。
【００１２】
レーザ処理アプリケーションにおいて、ＡＯＭ１０の増大する使用に関して、エネルギー漏れ問題はますます明らかになってきている。不幸なことに、最小のＲＦレベルは、従来技術のＡＯＭコントローラに送信された場合でも、ＡＯＭ１０内へ漏れるいくらかのＲＦ電力２２が依然としてあり、いくらかの量のレーザビームエネルギーを潜在的に望まれない位置に偏向させる。かかる漏れもまた、従来のＱスイッチ１０aが使用される場合に生じ得る。レーザ出力が望まれないとき、いくらかのレーザエネルギーはレーザエネルギー増強時の間にレーザ２を排出できるようにする。
【００１３】
ここに記載される特定の実施例及び技術は慣用のレーザシステム及び慣用のレーザ加工方法に関する種々のレーザ処理の利点を達成できる。これらの実施例及び技術は、限定的ではないが、１又はそれ以上の次のもの、周波数のデジタル制御及び／又は振幅ＡＯＭ変調技術、望まないレーザエネルギーが工作物に衝突することを防止するためにレーザビームの実質的に全ての消滅を容易にする周波数及び／又は振幅変調を限定的ではないが含む外部空洞及び／又は内部空洞ＡＯＭ変調技術、レーザパルスエネルギーの安定性を容易にする閉ループ制御でパルス対パルスレーザエネルギーのＡＯＭ変調技術、及びＡＯＭに２以上の変換器を使用すること、整列エラー補正のようなアプリケーションに対する閉ループ制御を使用すること、又は３次元位置決めを、限定的ではないが含む、ビーム位置決め制御を容易にする周波数及び／又は振幅ＡＯＭ変調技術を含む。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、１又はそれ以上の選択したＡＯＭアプリケーションを通して改良したレーザシステムを提供することにある。
【００１５】
この発明の別の目的及び利点は、添付図面に関連して進める好ましい実施例の次の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図６はパルス開閉デバイスとして変調強化型の音響光学変調器（ＡＯＭ）６０を使用するレーザシステム５０の実施例を示し、そのＡＯＭ６０はビーム入口面５２及びビーム出口面５４を有する。図６に関して、レーザシステムコントローラ６２は、制御信号を直接的に又は間接的にレーザ６４及びより詳細に後述されるＡＯＭ６０の性能を直接的に又は間接的に制御するＲＦドライバ６６に提供する。レーザ６４は、種々の光学素子７４、例えばビーム拡張オプティクス、又はレーザビームが０次及び／又は１次ビーム１６，１８を伝播するＡＯＭ６０に入力する前に種々の回転ミラー（図示せず）光路７２に沿って伝播されるレーザビームを放射する。レーザビームは、ほとんどのアプリケーションに対して、好ましくはＱスイッチ又はパルスレーザビームであるが、いくつかのアプリケーションに対して、連続波（ＣＷ）ビームでもよい。
【００１７】
通常、０次ビーム１６及び１次ビーム１８の一方は、順次、工作物８０上の１又はそれ以上のターゲット位置に衝突させるために、１つ又はそれ以上の回転ミラー７６及び種々の選択的なビーム位置決め要素（図示せず）によって焦点レンズ７８を通して方向付けられる。０次ビーム１６及び１次ビーム１８（又は高次ビーム）のいずれかは、チャック８８又は他のタイプの位置決めシステム台によって支持され得る工作物８０に衝突させるために加工ビーム経路７２aに沿って伝播する加工ビーム９０として使用できる。０次ビーム及び１次ビームの他方は、ビームダンプ９４、例えば可飽和吸収体へ非加工ビーム経路７２ｂに沿って方向付けされ得る非加工ビーム９２である。多くの実施例において、加工ビーム９０として１次ビーム１８を使用することが望ましいことから、図はこの構成をほぼ描いている。
【００１８】
しかし、当業者は、逆論理及びここに記載されるいずれのＡＯＭ６０に関連して加工ビーム経路７２aを再配置することが、０次ビーム１６を加工ビーム９０として使用する構成の実施例を使用するために過度の実験なしに実行できることを理解するであろう。さらに、かかる構成のＡＯＭ６０は、ＡＯＭが約７５％を超えるレーザパルスエネルギーを、かかるレーザパルスエネルギーが望ましいときは、いつでも、工作物８０に衝突するビーム経路に沿って伝播させることを許容し、いくつかの好ましい実施例では、約９０％を超える又はさらに約１００％までのレーザパルスエネルギーを、かかるレーザパルスエネルギーが望ましいときは、いつでも、工作物８０に衝突するビーム経路に沿って伝播させることができる。
【００１９】
変調強化ＡＯＭ６０に関して、ＡＯＭドライバ信号の直接デジタル合成（又は他の高速信号変調技術）により、ＡＯＭ６０の命令部は、非常に高速（例えば、直列で１０ＭＨｚ又は並列で１００ＭＨzまで、又はそれら以上）で優れた精密さ及び安定性をもって高周波（ＲＦ）駆動信号の無線周波数及び振幅を駆動しかつ変調できる。かかる変調技術は、レーザエネルギーが加工ビーム経路７２aを通って望ましくない時間又は位置にて衝突する工作物８０へ進行することを十分防止するために、ＡＯＭ６０から全消滅を得るために使用できる。これらの技術は、従来のＡＯＭ変調、例えばＡＯＭのＲＦ信号の振幅を低レベル又は「オフ」状態に設定することに加えて、使用することができる。
【００２０】
図７〜図９は、ＡＯＭ６０が、ＡＯＭ６０を通過する光に相互作用する音波を設定できる帯域幅より大きい帯域幅でＡＯＭ６０の無線周波数を変調するための模範的な技術を示すタイミング図を示す。図７は、ＡＯＭ６０から全消滅を達成するために、ＡＯＭ変換器７０（図１１）によって表現される模範的な高帯域幅周波数シフト波形を示すタイミング図である。図８は、ＡＯＭ６０から全消滅を達成するために、高帯域幅周波数シフトを使用することに関連する事象及び結果を示すタイミングフロー表である。
【００２１】
図６，７，８に関して、ある模範的な実施例において、ＡＯＭ６０に送信されるＲＦエネルギーのＲＦ信号は、ＡＯＭ６０の帯域幅より高速で「オフ」状態において変調される。いくつかの実施例において、ＡＯＭ６０の帯域幅は、音波が光路７２に沿って進行するレーザビームのくびれを横切って進行するのに要する時間の関数によって規定できる。したがって、帯域幅はレーザビームの直径及びＡＯＭ６０の材料中の音速によって影響を受ける。レーザビームの直径をＡＯＭ６０の材料中の音速で除算することによって、レーザビームを横断する音の過渡時間を得ることができる。過渡時間を周波数（１／過渡時間）に変換することは、かかる実施例に関して、ＡＯＭ６０の最大限の帯域幅を提供する。
【００２２】
ＡＯＭ６０が適応できる帯域幅より高い帯域幅で、ＲＦ信号の無線周波数を変調することは、音波がＡＯＭ６０内で確立することを防止でき、それによって、光路７２に沿って進行するレーザビームの回折を防止できる。ＡＯＭ６０を通過する光の光学回折は、無線周波数がＡＯＭ６０の帯域幅より大きいレートで変化している限り、防止できる。加工ビーム経路が０次より大きい次数である場合には、光エネルギーはより高い次数へ伝送されない。
【００２３】
図７において、「オン」状態で、ＲＦ信号周波数は、工作物８０に向かう回折ビーム経路７２aに対する望ましい回折角を達成するよう設定され、ＲＦ信号振幅は、処理アプリケーション、例えばリンクブローイング又はビア穿孔を達成するために工作物８０に望ましいエネルギーレベルを達成するように設定される。図７において、「オフ」状態で、ＲＦ信号周波数は、エネルギーが工作物８０へ回折しないことを保証するために、ＲＦ信号振幅も最小限にしつつ、すなわちそれをスイッチオフにして又は低バイアス電力レベルにスイッチングしつつ、高レートで変更される。図８は図７に示す波形の重要性を説明するタイミングフロー表である。再び、工作物８０へのビーム経路が回折ビーム７２aであり、ビームダンプ９４が０次送信ビーム７２ｂを受信する、図６に示される形態に関して、レーザエネルギーは、かかるより高い帯域幅周波数変調の間に十分伝送され、したがって、工作物８０に対して、十分消滅（１００％）する。
【００２４】
図６は、また、「オフ」状態のＲＦ信号をＤＣ又は、望ましい回折が生じるＲＦ信号に比較して、かなり低周波数の信号レベル（又は最小限の振幅レベル）に設定する技術を示す。かかる低周波数信号又はＤＣＲＦ信号により、ビームは工作物８０への光路７２aへ回折しないことになる。ＲＦ信号の値がＤＣ又は回折角を創出しないのに十分小さいレベルに変調することは、ＡＯＭ６０内で波動が確立することを防止する。ＲＦ信号の最小限回折角への変調は、回折ビームがビームダンプ９４への伝送ビームと事実上、同一線上にある、かような小さいＲＦ信号を使用する。ゼロ周波数をＡＯＭ６０に設定させる場合には、ＡＯＭ６０内に回折格子は存在しないし、光の１００％はビームダンプ９４へ伝送される。「オン」状態において、ＲＦ信号は、工作物８０に向かう光路に対する望ましい回折角（F１）を達成するために設定され、ＲＦ信号振幅は、処理用の工作物８０にて望ましいエネルギーレベルを達成するために設定される。
【００２５】
高周波数ＲＦ信号を低周波数又はＤＣレベルに消滅させる周波数変調を実行するのに適切な周波数信号のある源は、デジタル対アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を駆動するデジタル周波数シンセサイザーである。Ａ／Ｄ変換器出力及び関連する信号調整回路は、制御インピーダンス（通常、５０オーム）を駆動するために、周波数信号をＲＦ電力ドライバへ印加する。商業的に入手可能な周波数信号源の実例は、アナログデバイス社によって製造されるモデルＡＤ.９８５２ＡＳＱ直接デジタルシンセサイザー（ＤＤＳ）である。このモデルＡＤ ９８５２ ＡＳＱは内部高速Ｄ／Ａ変換器に結合され、毎秒３００メガサンプルの出力更新速度を持つ。１００ＭＨzでの更新はＡＤ ９８５２ ＡＳＱ ＤＤＳを４８ビット解像度、１４ビットフェーズオフセット解像度、及び１２ビット振幅制御を発揮する並列デジタルインターフェースで制御することによって達成できる。モデルＡＤ ９８５２ ＡＳＱの出力は多数の商業的に入手可能な集積ＲＦドライバモジュール、例えばモトローラ社及び他の集積回路デバイス製造会社によってＡＯＭ変換器７０を駆動するためのもののいずれかに適用できる。
【００２６】
周波数信号及び出力制御におけるより大きい柔軟性は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、例えばアナログデバイス社によって製造されるモデルタイガーシャーク@をフィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、例えばカナダ、サンホセ、ザイリンクス社によって製造されるモデルVirtex-IIに結合させかつ集積ＤＤＳをそれらに整合させることによって達成できる。
【００２７】
「オン」状態から「オフ」状態への急速なスイッチングは、Ｄ／Ａ変換器出力を受信しかつインダクタＬを駆動するゲインｋで高帯域幅オペアンプを含むようＲＦドライバ６６を構成することによって達成できる。「オン」状態において動作ＲＦ周波数で共振を設定するためにＬの値を選択することは、ＡＯＭ変換器７０の入力にて大きい電圧をオペアンプによるかなり大きい電力消費なしで提供する。（共振回路はインダクタＬ及びＡＯＭ変換器７０の抵抗損失とＡＯＭ変換器７０のキャパシタンスとを含む）共振は過渡共鳴を引き起こし、それによって、「オン」状態から「オフ」状態へのスイッチングを低速にする。
【００２８】
ＤＤＳは、Ｄ／Ａ変換器からＡＯＭ変換器７０の入力の電圧への伝送関数を測定するためにＤＳＰ及びＦＰＧＡに連結して使用することができる。伝送関数を決定することは、ＡＯＭ変換器７０入力電圧用Ｄ／Ａ変換器を使用して、それをＤＳＰ/ＦＰＧＡ回路へ方向付けて、インパルス応答、掃引サインボード線図、又は白色雑音入力／出力測定によって遂行することができる。測定完了時に、測定されたアナログ回路周波数応答を反転するのに適合するデジタルバイカッド型フィルタはアナログ駆動回路を特徴付ける平坦な伝送関数を提供するシステム反転ノッチフィルタとしてＦＰＧＡ内で構成される。
【００２９】
線形システム理論にしたがって、ＦＰＧＡバイカッド型フィルタ、Ｄ／Ａ変換器入力、及びアナログ駆動回路は平坦な伝送関数を示し、ゼロＤＣ又はＲＦ「オフ」状態とＲＦ「オン」状態との間の同時スイッチングを可能にする。同時にＲＦをオンすることは、それを起動させるのに大量のエネルギーを配送し、それを停止させるのに大量のエネルギーを抽出することを要求する。このことは、所要の帯域幅でオペアンプの電流／電圧／スリューレート能力を飽和させることができる。
【００３０】
駆動回路を有用にするためには、ＲＦ信号の起動時又は停止時が望ましい。これらの機能は、起動用k~ramp*t及び停止用(１-k~ramp*t)でサイン波を乗算することによって、ＤＳＰ／ＦＰＧＡで容易に実現できる。k~rampパラメータは動作上の増幅器電流、電圧、及びスリューレート出力の直線性動作制限に考え出され、デザイン特有の基準で選択され、成分変動に対して調整されない。起動／停止には時間を要するが、この時間は過渡電流が自然に衰退させるのに要求される時間より非常に少ないことが期待される。
【００３１】
ＤＤＳボードの出力は次いで、ＲＦモジュールに組み込むことができ、次いで５０オームの伝送ラインでＡＯＭ変換器７０に結合する。
【００３２】
図９は、白色雑音をＲＦ信号に注入することによってＡＯＭ帯域幅より高いレートで無線周波数を変調するための、類似するが別の技術を提示する。信号内に広帯域幅スペクトラムで多周波数成分を持たせることによって、ＡＯＭ６０は、ＡＯＭ媒質内に回折格子を確立できる音波を持たなくなる。再び、図６に関して、「オフ」状態において、白色雑音はＡＯＭ６０へ送られ、ビームをビームダンプ９４へ完全に伝送させる。「オン」状態において、無線周波数は工作物８０へ向かう光路７２a用の望ましい回折角を達成するために設定され、ＲＦ信号振幅は、処理用工作物８０にて望ましいエネルギーレベルを達成するために設定される。ＡＯＭデバイス内部に音波の設定時間より高い無線周波数で白色雑音を導入することも、また、記載される結果を提供する。
【００３３】
当業者は、図７〜図９に関して説明した技術がブラッグ式に関する低い又は実質的にゼロの効率を有する周波数を使用して実行できることを理解するであろう。全消滅を達成するために、変換器７０に印加されるＲＦ信号は実質的にゼロのブラッグ効率を提供する周波数のうちの１つに単に設定でき、振幅は所望により、ゼロ又はいくらかの基準量に選択的に設定できる。代替として、周波数ホッピング及び他の技術は実質的にゼロのブラッグ効率を提供する周波数を利用する、又は限定され得る。
【００３４】
図１０はレーザシステム５０に類似するが、２又はそれ以上のダンプ９４a、９４ｂを使用するレーザシステム５０aの形態を提示する。ビームダンプ９４aは伝送ビームの光路７２ｂに沿って位置決めされるが、ビームダンプ９４ｂは、工作物８０に導かない回折角（Ｆ２）を創出する無線周波数信号（Ｆ２）によって光路７２ｃに沿って位置決めされる。「オン」状態において、ＲＦ信号は工作物８０に向かう光路用の望ましい回折角（Ｆ１）を達成するために設定され、ＲＦ信号の振幅は処理用工作物８０にて望ましいエネルギーレベルを達成するために設定される。「オフ」状態において、ＲＦ信号は周波数F２及び最小限の振幅に設定され、それらは第２のビームダンプ９４ｂへビームを回折させる回折角を生成する。この「オフ」の場合には全レーザエネルギーは伝送ビーム及びＦ２回折ビーム間で分担され、工作物８０への光路７２aを残す。
【００３５】
図１１は、ＲＦ増幅器６８又はＡＯＭ変換器７０へ配送される電力を絶縁させる制御スイッチ１０２及び／又はＲＦドライバ６６からＲＦ増幅器６８又はＡＯＭ変換器７０へ周波数信号を絶縁させる制御スイッチ１０４を制御するためのシステムコントローラ６２を使用するＡＯＭ制御システム１００の模範的な実施例の簡易概略図を提示する。制御スイッチ１０２，１０４の模範的な実施例は、好ましくは、レーザ処理アプリケーションの帯域幅を考慮するレーザ６４の繰り返しレートより大きい高速スイッチング及び設定時間を持つ。制御スイッチ１０２，１０４は、機械的若しくは固体リレーでもよく、又はＲＦ増幅器６８又はＡＯＭ変換器７０へのＲＦ信号又は電力を遮蔽できるいずれかのタイプのデバイスでもよい。「オン」状態において、ＤＣ電力及びＲＦ及び振幅信号はＲＦ増幅器６８へ通過し、そしてＡＯＭ６０へ通過できる。「オフ」状態において、ＤＣ電力及び／又はＲＦ及び振幅信号は制御スイッチ１０２，１０４によってＡＯＭ６０から絶縁される。
【００３６】
図１２は、レーザ６４a内にＱスイッチとしてＡＯＭ６０aを使用するための、上述のＡＯＭ変調技術を利用するレーザシステム５０ｂの模範的な簡易概略形態を示す。一般の電源１１０が励起源１１２及びＲＦ信号ドライバ６６aに電力供給することに使用できるが、ＲＦドライバ信号は、発生され、ＡＯＭ変調制御について前述した方法と全く同じ方法でＱスイッチＡＯＭ６０aへ送られる。しかし、図１２では、ＡＯＭ６０aは、ＡＯＭ６０aが「オフ」状態にあるときはいつでも、加工ビーム光路７２ｃに沿ってレーザ光を伝送し、ＡＯＭ６０aが「オン」状態にあるときはいつでも、加工ビーム光路７２ｄに沿って光をビームダンプ９４ｃへ回折させるように、示されている。
【００３７】
当業者は、「オン」状態のとき、レーザ光を加工ビーム経路に回折することによって、ＡＯＭ６０aが上記逆の形態で動作するよう適用できかつ方向付けることができる認識するであろう。形態にかかわらず、上述のＡＯＭ変調技術は、工作物８０へのレーザエネルギーが望まれないときはいつでも、外部ＡＯＭ６０の使用の有無にかかわらず、全消滅を達成するために使用できる。
【００３８】
図１３は、全消滅を達成するために、レーザ６４aの外側にＡＯＭ６０及びレーザ６４aの内側にＡＯＭ６０aを使用するための、上述のＡＯＭ変調技術を利用するレーザシステム５０ｃの模範的な簡易概略図を示す。当業者は、ＡＯＭ６０、６０aが同じ又は別個のＲＦドライバ６６ｂを通して制御できることを理解するであろう。
【００３９】
図１４は、全消滅を達成するために、レーザ６４の外側に２又はそれ以上の直列ＡＯＭ６０１，６０２を使用する、上述のＡＯＭ変調技術を利用するレーザシステム５０ｄの模範的な簡易概略形態を示し、最小限のエネルギーでさえも工作物８０に到達することを防止し、それを、「遮蔽」状態が望まれるときにダメージを与える。図１４に関して、模範的な実施例では、ＡＯＭ６０１は「オフ」状態で、光路７２ｂ１に沿うレーザ光をビームダンプ９４２へ送信することができ、「オン」状態で、（光路７２ｂ２に対して）Ｙ軸線に沿うレーザ光を工作物８０に最終的に到達する加工ビーム光路７２a２へ回折させる。当業者は、ＡＯＭ６０１，６０２が直角軸線に沿ってビーム経路を変更するよう示されかつ記載されているとしても、ＡＯＭ６０１，６０２は同じ軸線に沿って又は直角でない横軸線に沿って適用できかつ配置できることを理解するであろう。当業者はまた、ＡＯＭ６０１，６０２がともに、逆「オン」／「オフ」状態の形態を持つように適用できかつ配置できるか又は異なる「オン」／「オフ」状態の形態を持つように適用できかつ配置できることを理解するであろう。また、ＡＯＭ６０１，６０２はともに、同じ又は別個のＲＦドライバ６６ｂ（図示せず）を通して制御できる。
【００４０】
図１３，１４に関して、単一のＡＯＭ６０は消滅比Ｎを持ち、一方２つの直列ＡＯＭ６０１，６０２がそれらの追加の減衰値により増加した全消滅比を許容する消滅比Ｎ１，Ｎ２を持つよう規定できる。当業者は、さらにＮ個のＡＯＭ６０が、特に感応工作物８０又は特に感応処理アプリケーションに対して望ましいとして、さらにもっと全消滅比を増加させることに使用できることを理解するであろう。上述の実施例及びその順列又は組み合わせは、レーザパルスエネルギーが望ましくないとき、工作物８０にレーザパルスエネルギーが到達することを十分に排除すなわち逸らすことに使用でき、感光材料にダメージを与える可能性を排除する。
【００４１】
当業者は、これらの技術が、約２６６ｎｍ，３５５ｎｍ，５３２ｎｍ，１０６４ｎｍ，１３２０ｎｍ，及び１０μｍという波長に限定されないが、それらを含む遠ＵＶから遠ＩＲに及ぶ波長を有する固体レーザ、例えばＮｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＬＦレーザ及びＣＯ２レーザに限定されないが、それを含むいずれかのタイプのレーザに適用できることを理解するであろう。これらの技術は、リンク処理システム、レーザトリミング及び微細加工システム、並びにマイクロビア穿孔システムを含むレーザ処理システム上で利用できる。
【００４２】
上述の周波数変調技術の有無にかかわらず、１又はそれ以上のＡＯＭ６０もまた、種々の他の新しいアプリケーションに使用できる。例えば、図１５は、種々のレーザ不安定性又は熱的ドリフトによるレーザ出力検出器に衝突するレーザパルス間の典型的なピークエネルギードリフトを示す振幅対時間のグラフである。このパルス対パルスエネルギー変動は、特定タイプのレーザシステム、特に高繰り返しレートのＵＶシステムにおいて２２％にもなり得る（たとえ、長期平均変動が５％未満でもよいとしても）。レーザエネルギーのかかる変動は、工作物８０に問題を潜在的に引き起こし得る。所定のレーザ動作では、製品の結果に逆に影響を与える（レーザ出力エネルギーを含む）単独又はセットのパラメータにおいて変動許容誤差によって規定できる全体的な「処理ウインドウ」は、相対的に小さくなる。したがって、処理ウインドウを大きく保つこと、又は処理ウインドウに影響を与える成分、特にレーザエネルギーを制御することは非常に有用になり得る。
【００４３】
図１６は、ビーム経路７２aに沿って伝播するレーザ出力の一部を、工作物８０に向かうレーザパルスの入射振幅及びエネルギーを決定することに使用できるレーザ出力検出器１２２へ方向付けるためのビーム分割光学素子１２０を使用する模範的なレーザシステム５０eを示す。
【００４４】
図１６は、ビーム入口面５２又は変換器７０の変換器変調ゾーン１１６に対してブラッグ角又はそれに近接する入口角１１４にてＡＯＭ６０のビーム入口面５２に衝突する光路７２を示すが、当業者は、光路７２がほぼ直角な非ブラッグ入口角１１４にてＡＯＭ６０のビーム入口面５２に衝突するように整列できることを理解するであろう。当業者は、また、角度カットは、入口角１１４がビーム入口面５２に直角に整列でき、そして所定の周波数に対してブラッグ条件を依然として実質的に満たすことができるように、ＡＯＭ６０（特に高屈折率材料を有するＡＯＭ６０に対して）のビーム入口面５２上で使用できることを理解するであろう。
【００４５】
当業者は、さらに、ブラッグＡＯＭ整列が、いずれかの図に関して、上述の又はここに記載のいずれかの実施例で実行できることを理解するであろう。一般的に、十分なブラッグ効率（又はＡＯＭ６０による回折効率）は、入口角１１４がビーム入口面５２及び／又は光路７２を横断する変換器変調ゾーン１１６に対して約±０．５度以内であるときに達成される。レーザビームが主要なＩＲ波長要素を有するいくつかの実施例において、入口角１１４は好ましくはブラッグ角の約±０．４度以内であり、より好ましくは、ブラッグ角の約±０．１度以内であり、もちろん、最も好ましいのはブラッグ角である。レーザビームが主要なＵＶ波長要素を有するいくつかの実施例において、入口角１１４は好ましくはブラッグ角の約±０．２度以内であり、より好ましくは、ブラッグ角の約±０．０５度以内であり、もちろん、最も好ましいのはブラッグ角である。
【００４６】
再び、図１６に関して、ビーム分割光学素子１２０それ自体は追加のＡＯＭ６０でもよい。いくつかの実施例において、振幅制御ＡＯＭ６０は、高次ビーム又は逆の１次ビームがレーザ出力検出器１２２へ方向付けられるビーム分割光学素子１２０として使用できる。当業者は、さらに、追加のレーザ出力検出器１２２（及び必要に応じてビーム分割光学素子１２０）を、振幅監視及び制御用の追加情報を提供するために、ＡＯＭ６０の上流のビーム経路７２に沿って、及び／又は０次又は非加工ビーム経路７２ｂに配置することができることを理解するであろう。いくつかの実施例において、ビーム分割光学素子１２０及びレーザ出力検出器１２２は、振幅補正がビーム経路７２aの他の要素によって生じる振幅偏差を補償できるようにビーム経路に沿って他の下流位置に配置することができる。レーザ出力検出器１２２は当業者には公知であり、多くのレーザアプリケーションにおいて使用されている。しかし、レーザ出力検出器１２２は信号１２４をシステムコントローラ６２へ直接的に又は間接的に送るように適合され、システムコントローラ６２は、補正信号１２６をＲＦドライバ６６へ送ることができる又はＲＦドライバ６６へ供給される既存の振幅若しくは周波数制御信号を調整することができる。
【００４７】
したがって、１つ又はそれ以上のＡＯＭ６０は、周波数制御の技術の有無にかかわらず、高更新レートでパルス振幅安定性を増加させるための閉ループシステムにおいて使用できる。かかる振幅又は周波数の調整は、ＡＯＭ６０のレーザ出力及び／又はむらのあるＲＦ誘起熱におけるレーザドリフト及び／又は熱的不安定性に対するレーザパルスエネルギーを制御することに使用できる。ＡＯＭ６０に印加されるＲＦ信号は、１又はそれ以上の先行するレーザ出力パルスの振幅又はエネルギーに関する情報に応答して、任意の既知のレーザ出力パルスの振幅又はエネルギーに影響を与えるために変調できる。連続ストリングの（例えば、数十、数百、数千の）多数連続パルスにおける任意の既知のレーザ出力パルスの振幅又はエネルギーは、慣用の適用可能なレーザ微細加工システムの通常７％未満の（又はそれより大きい）パルス対パルスエネルギー変動だけ変動させるために制御できる。いくつかの好ましい実施例では、パルス対パルスエネルギー変動は約３％未満でもよく、又はさらに約０．５％から１％未満でもよい。かかるパルス対パルスエネルギー安定性は、固体高調波レーザ、特にＵＶ波長を発生するのに使用されるそれらを使用する実施例に対して、特に有用である。
【００４８】
周波数制御の別の利益に関して、パルス振幅安定性は、広範囲の時間スケールで達成でき、種々の事象、例えばレーザ６４の熱的変動、ＡＯＭ６０それ自体、又は他の線形若しくは潜在的な非線形の事象によって引き起こされるエネルギーのレーザ変動の効果を制限する。複数の変換器もまた、後述の回折効率を増加させるために、同一ビーム軸線を変調させることに使用できる。
【００４９】
図１７は、ＡＯＭ６０、例えば図１６に示されるレーザシステム５０eの実施例におけるものを使用して、閉ループエネルギー制御を通して達成可能の模範的な振幅安定性を示す、振幅対時間のグラフである。フィードバックは、ＡＯＭ６０へのＲＦ電力の振幅を変更することに使用され、したがって、工作物８０へ進行する高次光路７２aに沿って伝播する伝送エネルギーを変更する。
【００５０】
ＡＯＭアプリケーションの別の実施例において、図１８は、横デカルト軸線における工作物８０の表面上に位置付けするビームに影響を与えるために、２つの外部空洞ＡＯＭ６０１，６０２（一般に、ＡＯＭ６０）を使用するレーザシステム５０ｆの概略図である。好ましい実施例において、ＡＯＭ６０のうちの１つはＸ軸線に沿う運動を制御し、工作物８０の表面上のＸ，Ｙ方向のレーザビームの角度調整の完全な範囲を提供する。図１８では、Ｘ軸線方向の変調する第１のＡＯＭ６０１が示され、そしてＹ軸線方向の変調する第２のＡＯＭ６０２が示されているが、当業者は、順序又は位置付けが逆でも良いことを理解するであろう。当業者は、また、ＡＯＭ６０１，６０２のいずれか又は両方、そして特にＡＯＭ６０２のサイズがより大きな受容角度を許容するために増大できることを理解するであろう。
【００５１】
ＡＯＭ６０１，６０２は、いずれかの上述の実施例におけるように、変換器７０に供給されるＲＦ電力の振幅及び／又は周波数を可変制御する能力を有する別個の各ＲＦドライバ６６１，６６２によって、好ましくは、駆動され、したがって工作物８０上での出力ビームの振幅及び位置を正確に制御することができる。ＲＦドライバ周波数を非常に高速で調節できることから、ＡＯＭ６０は、望まない位置エラー効果を調整するために特徴付けられた線形効果のルックアップテーブルで開ループ走査システムにおいて実時間でビームを操作することに使用できる。
【００５２】
図１９は、２Ｗで５０ＭＨｚまで駆動されるＲＦドライバに応答する模範的なＡＯＭ６０の模範的な位置付け及び偏向角範囲を示す概略図である。ＡＯＭ６０は、工作物８０の上方約４０ｍｍの模範的な位置に配置された焦点レンズ７８から約４０ｍｍの模範的な高さ位置に配置され、そしてシータに対する約９６ｍａｒｄすなわち５．５度の総偏向角を仮定するとき、工作物８０上の実効走査寸法はＸ及び／又はＹ方向に少なくとも４ｍｍ走査フィールドを発生することを示す。
【００５３】
角度解像度に関して、ある実施例においては、ＲＦ電力用ＤＤＳドライバの出力は、次式によって理論的な解像度を許容する１Ｈｚという非常に小さい増分に設定できる。
0005492763.tif 000002
【００５４】
例えば、３５５ｎｍ波長及び６５０ｍ／ｓの音響速度を使用して、音波の１Ｈｚ変化に関連する角変化は２．７３Ｅ−１０度である。しかし、かかる解像度は、周波数を現実に分解するためには、システムの機械的な制約により現実的であるかもしれない。したがって、いくつかの実施例において、制御値の範囲は４．１Ｅ−６のステップという最小限の解像度すなわち０．７２マイクロラジアンの等価物によって特定することができ、それは周波数上、１５ＫＨｚステップサイズと同等である。約５０ミリラジアンの角度設定を有する模範的なＡＯＭ光学システムは、６９，４４４ステップの角度解像度を提供する。
【００５５】
ＡＯＭ６０の帯域幅は３つの項目によって主に影響を受ける。すなわち、新しい周波数を発生するための電子デバイス、例えばＲＦドライバ６６から入手可能な最大速度、その新しい周波数の振動を創出するためのＡＯＭ変換器７０の能力、及び新しい音波がＡＯＭ６０内で創出されるのにかかる時間である。概して、新しい音波の形成に関するその第３番目の項目は多くの時間を要し、したがって走査帯域を支配する。
特定周波数に対応する角度に関するある式は、
0005492763.tif 000003
として表すことができる。なお、νsは媒質の音速である。
【００５６】
次いで、帯域幅Ｂは、
0005492763.tif 000004
として与えることができる。ここで、ＤはＡＯＭ６０を通るレーザビームの幅である。
【００５７】
一般のＡＯＭ６０にとって、パラメータは、以下の通りである。
材質：融解石英（ｎ＝１．４６、νｓ＝６ｋｍ／ｓ）
音：周波数ｆ＝１００ＭＨｚ
光：１０４７ｎｍ波長
レーザビーム径：１２ｍｍ
【００５８】
これらのパラメータを使用して、走査システムの１つの模範的なＡＯＭ６０は許容角度にて約５００ｋＨｚまでの帯域幅を有することができる。対照的に、典型的な検流計帯域幅は約４ｋＨｚであり、高速ステアリングミラーは約１２ｋＨｚ以上になり得る。検流計スキャナの主な制約は主要部を動かすことによって創出される慣性及び運動の共振である。ＡＯＭ６０はかかる主要部関連効果を受けず、したがって、その帯域幅は１００倍以上になり得る。
【００５９】
図２０は、より詳細に図１８のＡＯＭ６０１，６０２の実施例を示す概略図であり、ＡＯＭ６０は２軸線走査システムを提供するために異なる軸線に沿って整列される。ＡＯＭ６０１はＡＯＭ６０２の軸線Ａに直角である軸線Ａに関して適切な位置に設定される。したがって、ＡＯＭ６０１への駆動信号の周波数を変更することは、変動周波数が出口角シータＸを変動させる関係で、Ｘ軸線方向にＡＯＭ６０１の出力角を変更することになる。ＡＯＭ６０２への駆動信号の周波数を変更することは、変動周波数がシータＹを変動する関係で、Ｙ軸線方向にＡＯＭ６０２の出口角を変更することになる。同じ又は異なる周波数及び振幅を持つＡＯＭ６０１，６０２は、すぐそばに配置することができ、単独で変調できる。したがって、出力ビームは振幅において変更することができ、Ｘ，Ｙ軸線方向に移動することができる。ビームダンプ９４１，９４２のサイズ及び形状は、望ましい走査フィールドを収容するよう適合することができ、工作物８０への望まない伝播を防止する。
【００６０】
図２０Ａは、走査角回折効率対模範的なＵＶ及びＩＲ波長での特定のブラッグ角からの角変化のグラフを提供する。
ＡＯＭの回折効率を求める式は、
0005492763.tif 000005
として表現でき、材料特性は、
0005492763.tif 000006
によって記述できる。
ここで、λは光の波長、Ｍは材料の性能指数、Ｌは変換器相互作用ゾーンの長さであり、Ｈは変換器７０の高さ、Ｐは印加ＲＦ電力である。信号の周波数変調による変更は、
0005492763.tif 000007
として表現されるように、ΔΦとして記述することができる。
【００６１】
なお、νは材料中の音響速度音波であり、Δｆは変調用の周波数変化であり、Λ０は材料料中の音波の波長である。式（５）及び（６）を式（４）に代入することは、周波数変化に対する特定のブラッグ角に対する回折効率を結果として生じる。ＵＶ波長３５５nmでブラッグ角１．２度を発生する初期周波数７５ＭＨｚが±１４ＭＨｚ（ＵＶ波長に対して、約ａ±０．１７５度の走査角変化）だけ変更される実施例に対する回折効率が示されている。したがって、例えば、回折効率を８０％以上に維持するために、±０．１度の入手可能な走査角変化を使用してもよい。
【００６２】
１０６４ｎｍでの回折効率もまた示され、波長が減少するにつれて、許容可能な走査角は減少するということを示す。使用可能な「走査角」エリアは、システムがレーザ電力処理ウインドウの観点から持ちこたえることができる最小限の回折効率によって規定できる。大きなプロセスウィンドウがあれば、システムはより大きな走査角を可能にするレーザ架空送電量のほとんどを持つ。
【００６３】
再び、図１８〜図２０に関して、１又はそれ以上の追加のＡＯＭ６０（又は移動可能デバイス、例えばＦＳＭ）が走査ＡＯＭ６０１及び／又はＡＯＭ６０２の前に各軸線に対して位置決めされるならば、入力ブラッグ角条件は走査ＡＯＭ６０の走査範囲を増大させるために選択できる２次ブラッグ角又は複数のブラッグ角を提供するために移動され得る。
【００６４】
図２０Ｂは、所定のデカルト軸線又は工作物軸線内のビーム位置決め範囲を拡張するために直列ＡＯＭ６０ｘ１，６０ｘ２を使用するＡＯＭシステムを示す概略図である。図２０Ｂに関して、上流側のＡＯＭｘ１は、その０次出力が下流ＡＯＭ６０ｘ２用のブラッグ角を達成するように、ビーム経路に沿って（好ましくはそのブラッグ角に）配置することができる。その場合、上流ＡＯＭ６０ｘ１の１次出力は、下流側のＡＯＭ６０ｘ２上の第２のブラッグ角用に設定できる。ビーム位置決め範囲のこの拡張もまた、図示のように、そして別個のＡＯＭ６０ｘ１，６０ｘ２を使用する代わりに、図２３Ｃに関して後述するように、多数の変換器を持つＡＯＭ６０３で遂行できる。
【００６５】
１つの実施例では、上流側ＡＯＭ６０ｘ１は１次ビームを１．２度だけシフトし、下流側ＡＯＭ６０ｘ２はその入力ビームを効率に大きな損失もなく、追加の０．２度だけシフトする。図２０Ｃは走査角回折効率対模範的なＵＶ及びＩＲ波長で直列同一軸線変調ＡＯＭ６０から生じる角変化を提供する。図１８〜図２０Ｃに関して、同一軸線を変調するためのＡＯＭ６０を使用することは、上流側ＡＯＭ６０ｘ１又は他のデバイスの走査角の範囲によって決定されるように、下流側ＡＯＭ６０ｘ２の走査角を拡張できる。上流ブラッグ調整デバイスとしてのＡＯＭ６０ｘ１は、単一のＡＯＭ６０のみを使用することより大きい走査角を提供でき、最も大きいレーザ繰り返しレートより高い、すなわち１００ｋＨｚより大きい帯域幅で遂行できる。当業者は、小さいＡＯＭ走査範囲改良でさえも、ブラッグ効率係数が少し制限的になり得るＵＶ波長では特に利益があることを理解するであろう。
【００６６】
上流ブラッグ調整デバイスとしての低速デバイス、例えばＦＳＭ又は検流計システムは下流側ＡＯＭ６０ｘ２の走査角をより一層大きく拡張できるが、全体の速度性能はかかる上流位置決め器の帯域幅によって制限される。それにもかかわらず、かかる上流ブラッグ調整デバイスは、特にブラッグ効率を低下させるレーザビーム位置決めの低速オフセットを補償するために角度シフトを行うために有用である。例えば、下流ＡＯＭ６０ｘ２が、焦点レンズ７８を通るレーザビーム勾配をわずかにオフさせるレーザ光学システムの不安定性を補正するのに使用され、模範的なリンクカットシステム上の正確性の問題を生じる。かかる小さな補正はＡＯＭｘ２で非常に高速に処理でき、小さな熱的作用及び他の作用からの指示ドリフトを排除する。しかしながら、２，３日後、又は潜在的に何週間後に、最初の修正からのオフセットは、ＡＯＭ６０x２の入口面への入口角に関して重大であり、ＡＯＭｘ２を通して効率を損失させる。この問題への１つの解法は、ＡＯＭ６０ｘ２の正確なブラッグ条件に対して調整するために入力ビームを調整（又は修正）することができるようにするために、より低速の上流ブラッグ調整装置（より大きいが調整角は保証されるかもしれないし、又はより遅い調整時間で十分かもしれない）を含ませることであり、それを通して効率の最大化を許容する。ＡＯＭ６０ｘ２の前のかかるＡＯＭ６０ｘ１のより低速の上流ブラッグ調整装置がなければ、その場合には、修正は装置を手動で（又は潜在的に、手動又は電子的な手段によって可動であるＡＯＭ６０ｘ２の下方の機械的な段階で）精密に位置決めすることを必要とする。
【００６７】
当業者は、上流ブラッグ調整装置が広範囲にわたって可変制御できる、又は下流ＡＯＭ６０ｘ２の十分効率的なブラッグ角度を満たす、２又はそれ以上の特定の角度間のスイッチとしてまさに使用できることを理解するであろう。第３の直列ＡＯＭ６０（又は他のビーム調整装置、図示せず）もまた、ＡＯＭ走査システムの一方の軸線又は両軸線に沿う走査範囲を改善するために使用することができる。当業者はさらに、後述のように、変換器に印加されるＲＦ信号の振幅は、ＡＯＭ６０ｘ１又は６０ｘ２のいずれかの出口角のシフトから生じる、ブラッグ効率からの偏差を補償するよう適合されることを理解するであろう。
【００６８】
図２１は、工作物８０の面でパルスエネルギー、振幅、及びレーザビーム位置の閉ループ制御を提供するために、外部空洞ＡＯＭ６０１，６０２、２つのビーム分割光学素子１２０a、１２０ｂ、エネルギー及び振幅検出器１２２、並びに位置感知検出器１３０を使用するレーザ５０ｇの概略図である。ビーム整列は多くの処理動作の結果、特にサブミクロンの精度が望まれる場合には、臨界的になり得る。ビーム整列は、光学媒質、及び／又は他のビームウォークの一因のいずれかにおいて、種々の要因、例えば機械的動作、振動、又は熱的変動によって影響を受け得る。
【００６９】
ＡＯＭのＲＦ電力の周波数制御を使用して角度補正を実行する際、１次ビームの回折効率は、角度がブラッグ条件の角度許容度より高くなる又は低くなるにつれて、より小さくなる。ブラッグ条件によって規定される角度は、
0005492763.tif 000008
として示すことができる。なお、θＢは入力光の入口角度であり、λは光の波長であり、ΛはＡＯＭ媒質内の音波の波長である。
【００７０】
変換器７０の周波数が修正されるならば、音波の波長は修正され、変わるブラッグ式を満たすブラッグ角を生じる。この場合、反射率又は回折の効率は、
0005492763.tif 000009
に等価な関係で低下する。なお、Lが音と光（又はビームの直径）との相互作用の長さである。
【００７１】
高効率が処理のために通常、必要であるとき、このsin c関数はレーザ加工動作において使用可能な角度を制限することができる。しかし、レーザ電力又は割当量を超過したエネルギーは、システムのエネルギー又は振幅を調整することに関しては同様に、角度制御の間、効率低下を説明するために実行することができる。
【００７２】
たとえば、ゼロ効率が１次ビームに回折される前に、２ｍｍのビーム径の１０６４nmのレーザ上で２Ｗを超えるＲＦ電力及び６５０ｍ／ｓの音響の速さで６０〜８０ＭＨｚにて動作するＴｅ０２ ＡＯＭの結晶を使用することは、概ね５０ミリラジアンの最大許容角度を提供する。
【００７３】
光学的システムで過渡状態を補正するアプリケーションを補正するレーザビームにおいて、たとえば、少なくとも±０．５ミリラジアンの角度範囲が望ましい。ブラッグ条件のＡＯＭ６０の効率が８０％であるならば、ブラッグ条件は概ね０．８％の１次ビームの効率損失又は７９．２％の新しい１次回折効率を生じる。
【００７４】
このような場合、さらにいくらかのレーザエネルギーを考慮に入れるレーザ電力割当量は、光学的なつながりにおいてレーザ過渡状態、熱効果又は他の障害に対する振幅補正と同様に角度補正によるこの余分な損失を考慮に入れるために実行することができる。したがって、ＡＯＭ ６０へのＲＦ電力は、Ｅｍａｘの最大のレーザエネルギー出力を持つために、ブラッグ条件でより低いレベルに設定することができ、可能な数値は、この実施例に対しては７５％の効率の等価エネルギーである。このように、全制御の割当量の５％の効率は、振幅調整と角度補正との使用に対して利用可能である。角度がブラッグ条件から＋０．５ミリラジアンに調整されると、効率は７９．２％に落ちるが、ＲＦ振幅は角度補正により低減した効率を相殺するために０．８％増加させることができる。この実施例では、さらに４．４％の頭上余地は依然として、望ましいかもしれない他の振幅補正に利用可能である。
【００７５】
このように、変換器７０に印加されるＲＦ信号の振幅は、出口角度のシフトから生じるブラッグ効率からの偏差を補償するために、名目上のビーム位置から外れている望ましいビーム位置に衝突させるためのビーム経路７２を方向付ける位置決め角へ名目上のビーム位置を衝突させるブラッグ角のビーム経路７２から調整することができる。ブラッグ効率振幅補償情報は、特定された特徴の各ＡＯＭ６０ごとに、数学的に及び／又は実験的に決定することができる。補償データは検索テーブルに入れか又は、アルゴリズム、例えばｓｉｎ ｃの関数に基づくアルゴリズムによって提供することができる。ブラッグ効率振幅補償情報は、レーザシステムコントローラ６２から、又は、中間のコントローラ又は別個のコントローラからＲＦドライバ６６に実装できる。
【００７６】
工作物８０の面の各Ｘ，Ｙ軸線上の振幅補正に影響を与えるＡＯＭ６０１，６０２のいずれか又は両方に対して実行することができる。同様に、後述のように、ブラッグ効率補正は横方向又は直角方向に位置決めされた変換器７０Ｘ，７０ｙ（図２４）のいずれか又は両方に対して実行することができる。
【００７７】
再び図２１に関して、振幅検出器１２２と位置感知検出器１３０とからの信号は、直接的にレーザシステムコントローラ６２に供給することができ、又は、間接的にＸ，Ｙ ＲＦドライバ６６１，６６２に供給することができる。いくつかの実施例において、ビーム分割素子１２０と位置感知検出器１３０とは、各ＡＯＭ６０の後方で使用することができる。ビーム分割素子１２０は、直接ＡＯＭ６０の一方又は両方の出力面に取り付けることさえできる。
【００７８】
これらのフィードバック制御システム用のフィードバックの方法は、機械的回転の容量検出からレーザスポットを検出するための位置感知電子機器へ変化する。位置感知検出器の電子機器はＡＯＭ６０の角度的位置を正確に検出することができることに関して、ＡＯＭ性能に対する制限要因になるかもしれない。したがって、当業者には公知である代替の閉ループシステム要素及び技術が使用できる。
【００７９】
閉ループ制御システムの位置感知検出器の帯域幅は、好ましくは使用でき、雑音を電子機器から軽減することによって位置精度を強化する技術を選別する。望ましい精度が極めて高い場合には、超高雑音軽減が使用できるが、位置感知検出器の帯域幅は選別により、制限できる。
【００８０】
制御システムの係数は、望ましい全体的なシステム帯域幅より大きなレートにて更新できる。模範的なシステムは次のパラメータ、ＡＯＭ帯域幅＝２５０ｋＨｚ、望ましいシステム帯域幅＝２５ｋＨｚ、及び（選別後の）位置感知帯域幅＝２５０Ｈｚを持つことができる。
【００８１】
ＡＯＭ制御パラメータは、次いで、システムの１００サイクル毎に更新され、制御されるべき２５０Ｈｚまでの過渡状態を検出するのを許容し、また２５ｋＨｚの全体的なシステム性能を提供する。したがって、上述の、いずれかの技術によってＡＯＭ６０１，６０２の超高速周波数更新及び調整速度に協力して、閉ループ制御システムは実時間で整列オンザフライでわずかな調整を行うことができる。
【００８２】
図２２は、ＡＯＭ６０の媒質を通して音波を伝播する方向の選択を許容するために、重なっている変換器変調ゾーン１１６を有する少なくとも２つの変換器７０Ａ，７０Ｂ（総称して、変換器７０）を使用するＡＯＭ６０３の概略図である。変換器７０Ａは経路７２aに沿って光の下降した周波数の反射を発生し、変換器７０Ｂは、同様に、経路７２ｂに沿って光の下降した周波数の反射を発生する。同じ周波数で使用され、そして好ましくは位相固定されると、これらの変換器信号の付加は回折光の効率における小さい規模の利得を発生する。概算効率ゲインは、波長及び他の典型的なレーザパラメータ次第で、約１％から約１５％より大きいか又は等しいまでの範囲にできる。
【００８３】
変換器７０Ａ，７０Ｂのうちの１つだけを所定の時間に動作させることができるし、又は変換器７０Ａ，７０Ｂの両方を所定の時間に動作させることができる。当業者は、各変換器７０が、上述のいずれかのＡＯＭ変調技術又は実施例にしたがって、同じ又は異なる周波数で同じ又は異なるＲＦドライバ６６（図示せず）によって駆動できることを理解するであろう。変換器７０Ａ，７０Ｂは異なる周波数で動作されると、周波数の相違によって規定される角度によって分離される２つの別個のビームの形成を許容する多数の回折を装置内に引き起こす可能性がある。変換器７０Ａ，７０Ｂもまた、単一の変換器７０のみに入手可能な走査角解像度を超える走査角解像度を増加させるために、わずかに異なる位相で同時に動作できる。少なくとも２つ又はそれ以上の変換器７０Ａ，７０Ｂもまた、類似の利点を達成するために、ＡＯＭ６０３の同じ面に交互に配置できる。これらの実施例は一方の軸線に対して方向付けられＡＯＭ６０に適用することができる。
【００８４】
変換器７０Ａ，７０Ｂが異なるサイズを持つならば、それらは変換器７０のうちの１つが他のものより高い周波数を発生することを許容する異なる周波数ドライバを潜在的に考慮に入れることができる。再び式(７)に関して、ブラッグ角は変換器７０Ａ、７０Ｂのいずれかの音響周波数を増加させることによって増加させることができる。従来の変換器７０は、０．７度から４度のブラッグ角に対して、５０ＭＨｚから２５０ＭＨｚの範囲にある。２５０ＭＨｚを超える周波数は通常、より小さい変換器とより高い周波数でそれらを駆動する能力を有するＲＦ電力発生器とを要求する。２つの変換器７０Ａ又は７０Ｂの内でより小さなものを使用することは、望ましい場合、入力ビームのためのより大きなブラッグ角の形成を考慮に入れ（したがって、より大きい１次出口角を考慮に入れる）、潜在的に０次からの分離をより大きくして（そして、ビームダンプ９４の配置をより容易にし）、このように工作物８０への１次ビームの伝播をより容易にする。２つの変換器７０Ａ又は７０Ｂの内でより大きなものを使用することは、望ましい場合、より大きなブラッグ角が望まれないときはいつでも、より大きな回折効率を考慮に入れる。同様に、２つのより小さい周波数の位相固定された変換器７０Ａ，７０Ｂは、アプリケーション又はシステム制約がより大きなブラッグ角を必要とする単一のより小さい変換器７０を超える回折効率を拡大させるに使用することができる。かかる実施例はより大きな融通性をＡＯＭ走査システムに加える。
【００８５】
図２２Ａは、ＡＯＭ入口面に直角をなすビームを偏向させるためのＡＯＭ６０の媒質を通して音波の伝播方向の選択を許容するために少なくとも２つの変換器７０Ａ，７０Ｂを使用するＡＯＭ６０３の概略図である。図２２と関連して記載されるように、この実施例は回折効率を増加させるために、より高い結合周波数を提供することによって回折角範囲を増加させるために、又は異なるサイズの変換器７０を使用することによって融通性を増加させることができる。当業者は、入力ビーム７０が変換器７０のいずれかにより近いとき、ＡＯＭ６０３の応答時間がわずかに増加させることができることに留意することができる。
【００８６】
図２３Ａ、２３Ｂは、重なっている変換器変調ゾーン１１６内のＡＯＭ６０に異なる周波数を伝播する少なくとも２つの変換器７０Ａ，７０Ｂの作用を示す概略図である。図２３Ａは、変換器７０Ａ，７０Ｂが同時に「オン」であるとき、ＡＯＭ６０を通して伝播する模範的な異なる周波数を示し、図２３Ｂは２つの源の組合せであるＡＯＭ６０の中に回折を引き起こす潜在性を示す。
【００８７】
変換器７０の両方ともが「オン」であり、第１の変換器７０Ａが第２の変換器７０Ｂの周波数の２倍を提供する場合のような特定の模範的な場合、ＡＯＭ６０の媒質の２つの周波数の回折的な組合せが、それら自体に創出する単独のＡＯＭＲＦドライバ６６の周波数制限を越えることができ、また、それら自体に創出する変換器７０のいずれかの周波数制限（変換器の機械的な制限とＲＦ電力アンプの電気的制限による）を越えることができる。かかる周波数の組み合わせは、より高い角度ビーム-位置決め解像度を達成すること、又は単一の変換器７０を駆動する単一のＲＦドライバ６６を使用する実施例に利用できるより高いブラッグ角を達成することに導くことができる。当業者もまた、いくつかの実施例に対して、変換器７０は変調ゾーン１１６が重なる代わりに、平行であるように、変換器７０が配置できることを理解するであろう。かかる実施例において、それら両方が同じ面で、又は反対の面にあるように、変換器７０を配置することができる。
【００８８】
少なくとも２つ又はそれ以上の変換器７０Ａ、７０Ｂもまた、同じビームからの複数の波長を回折するために使用することができる。再び図２２に関して、入力レーザビーム７２は、例えば、高調波がレーザ６４によって発生するときに多数の波長を含むことができる。たとえば、レーザビーム７２が第三高調波発生技術を使用して１０６４nmから発生される３５５nmの波長を有するならば、レーザビーム７２は７１０nmから３５５nmと同様にエネルギーを含むことができる。かかる場合、ＡＯＭ６０３はブラッグ式(７)を満たす特定の波長のみを許容する波長セレクターとして動作できる。したがって、第１の変換器７０Ａの選択した周波数が３５５nmの波長のブラッグ回折に結果としてなる周波数に設定されるならば、ビームの７１０nmの部分は回折せず、ゼロ次経路７２Ａを進行する。当業者は、レーザの使用。多数の選択された波長を有するレーザ出力の使用がいくつかのレーザアプリケーションに有益であり、両方の波長を加工面へ進行させる方法が望ましいことを理解するであろう。それで、第１の波長に対するブラッグ式を満たすために第１の変換器７０Ａを設定することに加えて、当業者は第２の波長に対するブラッグ式を満たすために、１次経路７２Ｂに両方の周波数を伝播する第２の変換器７０Ｂを設定することができる。
【００８９】
図２３Ｃは、１つのデカルト軸線でビーム-位置決め範囲を拡大するために互いに関して異なる角度に位置決めされる少なくとも２つの変換器７０の作用を示す概略図である。図２０Ａ〜図２０Ｃと図２３Ａ〜図２３Ｃとに関して、それらのそれぞれの変換器変調ゾーン１１６ｂ、１１６aが互いに対して非平行であるが、それらが同じデカルト軸線で出口角又は偏向角を調整するように同じ平面でビーム経路７２を横断するように、第２の変換器７０Ｂは第１の変換器７０Ａに対して傾斜角１３２に位置決めされる。各変換器変調ゾーン１１６a、１１６ｂが重複しないように変換器７０Ａ、７０Ｂは望ましくは位置決めされるが、重複は許容され、状況次第では望ましい。
【００９０】
当業者は、適当な傾斜角１３２を備えているならば、第２の変換器７０Ｂが逆の変換器面１３８に代替として配置できるかもしれないことを理解するであろう。しかし、第２の変換器７０Ｂの回折次数が、ＡＯＭ６０３の同じ側に沿って近接して変換器の設置を許容するために、第１の変換器７０Ａの回折次数から外れるよう第２の変換器７０Ｂの傾斜角１３２を選択することができる。
【００９１】
いくつかの好ましい実施例において、第１の変換器変調ゾーン１１６aはビーム入口面５２と平行であり、ビーム入口面５２とビーム出口面５４とが非平行であるように、第２の変換器変調ゾーン１１６ｂはビーム出口面５４に平行である。他の好ましい実施例において、ビーム入口面５２とビーム出口面５４とが平行であるように、変換器変調ゾーン１１６のうちの１つはビーム入口面５２とビーム出口面５４とに平行である。さらに他の好ましい実施例において、変換器変調ゾーン１１６のうちの１つは、ビーム入口面５２に平行であり、ビーム出口面５４は平均９０度と９０度±傾斜角１３２である角度でもよく、あるいは、９０度と９０度±傾斜角１３２との間の他の角度でもよい。代替として、ビーム入口面５２は第１の変換器変調ゾーン１１６aに対して曲げることができ、ビーム出口面５４は第２の変換器変調ゾーン１１６ｂと平行にできる。
【００９２】
ＡＯＭ６０３は、ＡＯＭ材料で、望ましい角度に変換器面１３６ｂ又は近隣面１３６aを切り出すか、削ることによって傾斜角１３２を第２の変換器７０Ｂに提供するために角度カットすることができる。これらの技術は、精度表面を達成するための他の技術とともに光学材料/装置産業において公知である。変換器面１３６ｂが変換器面１３６aから外側方向に延びるように示されているが、当業者はそれが同じ傾斜角１３２によって内側方向に広がるならば、変換器面１３６ｂが適切に機能することを理解するであろう。
【００９３】
ほとんどの実施例において、傾斜角１３２は一般的に５度以下の小さい角度であり、好ましくは約２.５〜３度未満である。ほとんどの実施例において、傾斜角１３２は約０.１度より通常、大きくて、好ましくは０.３度又は０.５度より大きい。図２３Ｃは、約１度の模範的な傾斜角１３２を表す。
【００９４】
ビーム経路７２が、ビーム入口面５２又は第１の変換器変調ゾーン１１６aに対してブラッグ角の又はそれに近接する入口角度１１４又は１１４aにてＡＯＭ６０３に衝突するように、ＡＯＭ６０３が好ましくは位置決めされる。当業者は、第１の変換器７０Ａに印加されるＲＦ信号の周波数が整列におけるわずかな意図的でない偏差を補償するために調整又は修正できることを理解するであろう。
【００９５】
走査がビーム経路７２a１又はその関連した（最小限の望ましいブラッグ効率までの）走査範囲１３４a１に沿って望ましいときはいつでも、第１の変換器７０Ａは、変換器７０Ａ，７０Ｂはビーム経路７２が走査範囲１３４a２内の望ましい出口角度１１８a２に偏向されるようにそれらのブラッグ条件を満たす又はほぼ満たす各周波数の各ＲＦ信号によって動作し、ビーム経路７２a１はその名目上のビーム位置又は元のビーム位置からシフトされる望ましいビーム位置１４２（図２７）の工作物８０に衝突させる。第１の変換器７０Ａに印加されるＲＦ信号の周波数は、走査範囲１３４a１内の望ましい出口角度１１８a１を決定するために調整され、第１の変換器７０Ａに印加されるＲＦ信号の振幅もまた、ビーム電力又はエネルギーを制御するために望ましい振幅に調整できる。さらに、走査がビーム経路７２a１又はその関連した走査範囲１３４a１に沿って望まれるときはいつでも、好ましくは、第２の変換器変調ゾーン１１６ｂが一般にビーム経路７２a１の出口角度１１８a１に影響を及ぼさないように、ＲＦ信号は第２の変換器７０Ｂに印加されない。しかし、いくつかの実施例において、第２の変換器７０Ｂによって創出される１次又は高次ビーム経路がビーム経路７２a１に整列されるように、傾斜角１３２を設定することが望ましいかもしれない。その場合には、第２の変換器７０Ｂはブラッグ条件に整合させるために全振幅で、そして、ＲＦ周波数で駆動される。
【００９６】
走査範囲１３４a１を超えかつ変換器７０Ａ、７０Ｂの協同の同時動作から生じる走査範囲１３４ｂ２内である走査が望ましいときはいつでも、変換器７０Ａ、７０Ｂはビーム経路７２が走査範囲１３４a２内の望ましい出口角度１１８a２に偏向されるようにそれらのブラッグ条件を満たす又はほぼ満たす各周波数の各ＲＦ信号によって動作し、ビーム経路７２a２は走査範囲１３４a１を超える望ましいビーム位置１４２の工作物８０に衝突させるために協同偏向角（又は協同偏向伝播方向）１２８a２にて伝播する。第２の変換器７０Ｂに印加されるＲＦ信号の周波数は、走査範囲１３４a２内の望ましい出口角度１１８a２を決定するために調節される。いくつかの好ましい実施例において、第２の変換器７０Ｂは全振幅で駆動され、第１の変換器７０Ａに印加されるＲＦ信号の振幅はビーム電力又はエネルギーを制御するために望ましい振幅に調整できる。
【００９７】
いくつかの実施例では、変換器７０Ａ，７０Ｂは上述のように、同一であり、可変制御可能なＲＦドライバ６６によって駆動できるが、いくつかの好ましい実施例では、変換器７０Ａ，７０Ｂ及びそれらの関連するＲＦドライバ６６は異なる動作特性又はパラメータを持つことができる。特に、いくつかの好ましい実施例では、第１の変換器７０Ａは、第１の変換器変調ゾーン１１６aが第２の変換器変調ゾーン１１６ｂより大きいブラッグ角を提供できるよう、より小さいサイズにすることができ、第２の変換器７０Ｂより高い周波数で動作させることができる。
【００９８】
走査角範囲１３４a１，１３４a２は０％のブラッグ効率に収めることができるが、模範的な走査範囲１３４は２０％のブラッグ効率、又は５０％のブラッグ効率、又は８０％のブラッグ効率へ（図２３Ｃに概ね記載れるように）下げるのにのみ使用される。ある実施例において、図２３Ｃに示されるように、入力ブラッグ条件は、各ビーム経路７２a１，７２a２によって記載されるように、変換器７０Ａに対して１．２度であり、入力ブラッグ条件は変換器７０Ｂに対して０．２度である。
【００９９】
図２３Ｄは、ビーム位置決め範囲を拡張するために２つの変換器７０Ａ，７０Ｂを互いに対して傾斜１３２で配置させる効果を示す別の実施例の概略図である。図２３Ｄに関して、いくつかの好ましい実施例において、変換器７０Ａ，７０Ｂは、それらの各傾斜角及び変換器変調ゾーン１１６は共通の０次ビーム経路７２ｂを提供するために整列されるよう配置できる。
【０１００】
変換器７０Ｂに印加されるＲＦ信号の傾斜角１３２ｂ及び周波数は、変換器変調ゾーン１１６ｂによって提供される１次ビーム経路７２a２の走査範囲１３４a１に隣接する又は重なる走査範囲１３４a２で変換器変調ゾーン１１６ｂから１次ビーム経路７２a２を提供するように適合される。かかる実施例では、走査範囲１３４a１内の出口角１１８a１は望ましいときはいつでも、変換器７０Ａは望ましい周波数及び振幅にて変調され、一方、変換器７０Ｂは、いずれかの全消滅技術、例えば０実効ブラッグ効率を提供するために周波数を単に変更することに関して上述のように、実質的に「オフ」にされる。走査範囲１３４a２内の出口角１１８a２が望ましいときはいつでも、変換器７０Ｂは望ましい周波数及び振幅で変調され、一方、変換器７０Ａは実質的に「オフ」にされる。いくつかの実施例において、ＡＯＭ６０３を通る０次ビーム経路は、０次ビーム経路の周りの走査範囲１３４a１のものと類似する走査範囲を提供するための加工ビーム経路として使用することができる。
【０１０１】
傾斜角１３２を持つ第２の変換器７０Ｂもまた、第２のビームを発生するために使用でき、変換器７０Ａ、７０Ｂに印加される周波数が同時に２つの分解可能なビームスポットを提供するよう構成される。変換器７０Ａに印加されるＲＦ信号の振幅（変換器７０Ｂは全振幅信号を受信する）は両ビームの電力内容を制御するために使用できる。代替として、変換器７０Ａ、７０Ｂの両方は制御され得る。
【０１０２】
したがって、傾斜角１３２の第２の変換器７０Ｂを使用することは、ブラッグ効率制限による損失を制限しつつ、全体的な走査範囲を拡張するために、そして図２０Ａ〜図２０Ｃに関して記載される利点に類似する他の利点を提供するために使用できる。当業者は、かかる第２の変換器７０Ｂ及び傾斜角１３２がいずれかのデカルト軸線又は両方のデカルト軸線上の偏向角を制御するために使用できることを理解するであろう。
【０１０３】
図２３Ｅは、ビーム位置範囲を拡張するために、（変換器７０Ａの変換器面１３６aの平面に対して）ＡＯＭ側に異なる角度で多重変換器７０を配置させる利点を示す概略図であり、図２３Ｆは、図２３Ｅの拡大図である。図２３Ｃ−２３Ｆに関して、傾斜角１３２の概念は、単一のデカルト軸線に沿うＡＯＭ６０３の走査範囲をさらに拡張するために、直列の多重傾斜変換器７０Ａ−７０Ｆの使用に拡張できる。
【０１０４】
図２３Ｃに関して上述のように、ＡＯＭ６０３への入力ビーム経路７２は、第１の変換器７０Ａの０次ビーム経路７２ｂ及び１次ビーム経路７２a１間の望ましい距離を許容する所望のブラッグ角を得るために設定される。いずれかの方向にわずかに第１の変換器７０Ａを周波数変調することは、第１の変換器変調ゾーン１１６a内の変換器７０Ａによって発生される音波により偏向される１次ビームに対して許容可能な走査角範囲１３４a１を提供する。図２３Ｅは、望ましい最大走査角度範囲１３４a１として概ね±０．２度を有する、６５０ｍ／ｓの音響速度及び３５５ｎｍの波長ビームを使用する例を示す。しかしながら、代替として、ブラッグ条件から最大０．１度ずれたところで、たった２０％の、効率の損失に対応する、±０．１度という模範的な走査角範囲１３４a１は使用することができ、そしてより高い回折効率を提供する。
【０１０５】
範囲を拡張するために、第２の変換器７０Ｂは（第１の変換器７０Ａの変換器面の平面に対して）傾斜角度１３２ｂに傾斜させることができる。この傾斜角度１３２ｂは傾斜＝入力ブラッグ角−分離角（９）である（入力ブラッグ角は第１の変換器７０Ａのブラッグ角であり、分離角は第２の変換器７０Ｂの走査角１３４と第１の変換器７０Ａの走査角との望ましい重なり量を規定する）。これは、図２３Ｅの回折効率の観点から理解することができる。 
【０１０６】
図２３Ｅの場合、入力ブラッグ角は１．４度に設定され、第１の変換器７０Ａに印加される音響速度６５０ｍ／ｓ、光の波長３５５nm、ＲＦ周波数９０ＭＨｚでＡＯＭ材料を使用することによって得られる。もし、０．２度の分離が第２の変換器７０Ｂから生じる回折ビームの重なりに望ましいならば、その場合は１．２度の傾斜角１３２が使用される。次いで、第２の変換器７０Ｂに印加されるＲＦ信号の周波数は、０．２度のブラッグ角を発生するために約１２．８ＭＨｚに設定される。この周波数は、変換器７０のうちのいくつか又はＡＯＭ６０３のそれらの各傾斜角１３２のいくつかの精密製造におけるいくつかの製造上の公差を軽減するための最大回折効率を発見することによって測定することができる。第１の変換器７０Ａは、第２の変換器７０Ｂの１．２度の傾斜角１３２ｂによって引き起こされた、第２の変換器変調ゾーン１１６ｂに衝突する、出口角１１８a１が１．４度の出力ビームを持つように設定される。この場合、第１の変換器７０Ａの走査角範囲１３４a１を超える範囲が望ましければ、その場合、第１の変換器７０Ａは、変換器７０Ａ用のブラッグ式を満たす、望ましい振幅及びＲＦ周波数で回折を引き起こすために使用される。結果として生じるビーム経路７２a１は次いで、望ましい出口角１１８a２及び協力偏向角１２８a２が工作物８０のビームスポットを位置決めるのに得られる全振幅と周波数とで動かされる第２の変換器７０Ｂによって回折される。
【０１０７】
次いで、この概念は、傾斜角１３２ｃ〜１３２ｆ及び変換器変調ゾーン１１６ｃ〜１１６ｆを並べて、各走査角範囲１３４a３〜１３４a６が望ましい回折効率を有するように、追加の変換器７０Ｃ〜７０Fに対して拡張することができる。この実施例では、±０．１度という回折角は望ましく、したがって１．０度という傾斜角１３２は第１の変換器７０Ａに対する１．４度の入力ブラッグ角及び０．４度の分離角を使用する式（９）を満たすために要求される。この実施例では、０．４度の分離角は０．１度の第２の変換器７０Ｂ走査角範囲１３４a２が分離角において考慮されるので、変換器７０Ｃに使用される。もし、走査中の角度が変換器７０Ｃの走査角範囲１３４a３内に入り、望ましいならば、そのときは、ＲＦ電力が、工作物８０にて及びブラッグ式を満たす周波数にて望ましい振幅を制御するために第１の変換器７０Ａに印加され、全ＲＦ電力は、望ましい出口角１１８a３及び工作物８０上にビームを位置付けるための協同偏向角１２８a３を達成するために、１９．１ＭＨｚ及び３２ＭＨz間の周波数にて変換器７０Ｃに印加される。変換器７０Ｃは約２５．６MHzの周波数にて０．４度のブラッグ角で最も効率的である。
【０１０８】
変換器７０Ｃの傾斜角１３２ｃを求めるのに使用されるその同じ論理が、直列の追加の変換器７０用の傾斜角１３２を決定することに適用できる。この実施例では、変換器７０Ｄは０．８度の傾斜角１３２ｄに設定され、０．６度のブラッグ条件になる。変換器７０Fは０．４度の傾斜角１３２ｆに設定され、１．０度のブラッグ条件になる。もし、これらの拡張走査角範囲１３４のいずれかが必要とされるならば、そのときは、ＲＦ電力がブラッグ条件を満たす望ましい振幅及び周波数にて第１の変換器７０Ａに印加され、必要とされる各変換器７０は特定の変換器７０の走査範囲用の周波数にて全ＲＦ電力を付与される。上述のように、ＡＯＭ６０３上に変換器７０を配置するための角度カットが完全でなくてもよく、したがって、理論的なブラッグ条件に合致する周波数からわずかな周波数調節が望ましい。 
【０１０９】
走査範囲を決定することのほかに、最小限の望ましい回折効率に基づいて、当業者は、上述のブラッグ角効率偏差に対して、望ましくは第１の変換器７０Ａ上で電力予算を履行でき、かつ振幅補償を使用できる。
【０１１０】
実施例は変換器変調ゾーン１１６がビーム入口面５２から増加するにつれて、各傾斜角１３２及び各周波数を減少させることを使用するが、当業者は変換器７０Ｂ−７０Ｆ及びそれらの各傾斜角１３２、変換器変調ゾーン１１６及び周波数がビーム入口面５２に対して任意の順序で配置することができる。例えば、変換器７０Ｆ，７０Ｃはそれらの付随する傾斜角１３２及び周波数で位置的に交換できる。
【０１１１】
また、上述のように、傾斜角１３２は内側に又は外側に延ばすことができ、変換器７０はＡＯＭ６０３のほぼ対向する変換器側に変位させかつ配置することができる。ある有利な実施例は、代替として、変換器７０Ａ，７０Ｃ，７０ＥがＡＯＭ６０３の一方の側にほぼありかつ変換器７０Ｂ，７０Ｄ，７０ＦがＡＯＭ６０３の他方の側にほぼあるよう、ほぼ対向する側に変換器７０Ａ〜７０Ｆを配置することができる。
【０１１２】
また、上述のように、ビーム入口面５２及びビーム出口面５４が非平行になるように、変換器変調ゾーン１１６aはビーム入口面５２に平行にでき、最後の直列変換器変調ゾーン１１６ｆはビーム出口面５４に平行にすることができる。他の好ましい実施例では、ビーム入口面５２及びビーム出口面５４が平行になるように、変換器変調ゾーン１１６の１つはビーム入口面５２及びビーム出口面５４に平行である。さらに、他の好ましい実施例では、変換器変調ゾーン１１６の１つはビーム入口面５２に平行であり、ビーム出口面５４は９０度及び９０度±傾斜１３２ｆの平均である角度にするか、平均を示す変換器変調ゾーン１１６に平行である角度にすることができるか、又は９０度及び９０度±傾斜１３２ｂ間のいくつかの他の角度にすることができる。代替として、ビーム入口面５２は第１の変換器変調ゾーン１１６aに対して角度を付けることができ、ビーム出口面５４は最後の変換器変調ゾーン１１６ｆに対して平行にすることができる。
【０１１３】
当業者は、大多数の直列傾斜変換器７０が全体的な望ましい走査範囲、傾斜角度１３２、相対的な位置決め構成及び順序、変換器７０のサイズ、製造又はシステム配列に関するＡＯＭ６０３のサイズ制約、又は熟練者に公知である任意の他の変数しだいで使用できることを理解するであろう。いくつかの模範的な実施例において、２から５又は２から１０の傾斜変換器７０が使用される。他の模範的な実施例においては、少なくとも３つの傾斜変換器７０又は１５を超える変換器７０が使用される。これらの模範的な実施例では、ＡＯＭ６０３は依然として長さを数インチ未満にすることができるが、所望により、より長くすることができる。
【０１１４】
いくつかの好ましい実施例において、変換器７０Ａ〜７０Ｆは同一であり、上述のような同一の、可変制御可能なＲＦドライバ６６によって駆動されるが、いくつかの実施例においては、変換器７０Ａ〜７０Ｆ及びそれらの関連ＲＦドライバは異なる動作特性又はパラメータを持つことができる。特に、いくつかの実施例においては、それぞれが（変換器７０Ａの変換器面の平面に対して）より大きい傾斜角１３２を持つ複数の変換器７０のそれぞれは、対応するより小さい変換器７０より大きなサイズを持つことができ、またより低い周波数で動作することができる。
【０１１５】
図２３は、単一のデカルト軸線におけるＡＯＭ６０３の走査範囲を延ばすためにＡＯＭ面に対して異なる角度で位置付けされた多数の傾斜変換器７０Ａ〜７０Ｆを使用する別の実施例を示す。図２３Ｃ〜図２３Ｇに関して、各変換器７０Ｂ〜７０Ｆの傾斜角１３２a−１３２ｆ及び周波数は、それらの０次ビーム経路７２a１〜７２a６は、隣接する又はわずかに重なり合う範囲１３４a２〜１３４a６を走査するよう０次ビームが０次ビーム経路７２ｂに共通に整列するよう組織化され得る。当業者は、変換器７０Ｂ〜７０Ｆは図２３Ｅにおいて、それらの構成（ただし、いかなる構成をも上述のように、適合可能である）に対して反対の位置に便宜上、配列されることを認識するであろう。
【０１１６】
走査範囲１３４a１内の出口角１１８a１が望ましいときはいつでも、変換器７０Ａは所望の周波数及び振幅で変調され、残りの変換器７０Ｂ〜７０Ｆは効率的に「オフ」にされる。各走査範囲１３４a２内の出口角１１８a２が望ましいときはいつでも、変換器７０Ｂは所望の周波数及び振幅で変調され、残りの変換器７０Ａ、７０Ｃ〜７０Ｆは効率的に「オフ」にされる。同様に、走査範囲１３４a３〜１３４a６内の出口角１１８a３〜１１８a６が望ましいときはいつでも、各変換器７０Ｃ〜７０Ｆは所望の周波数及び振幅で変調され、他のすべての変換器７０は効率的に「オフ」にされる。この実施例の利点は、たった１つの変換器７０が任意の走査範囲を得るために付勢されねばならないことである。この実施例の別の利点は、他の変換器７０が偏向する基礎ビーム経路として、０次ビーム経路７２ｂが使用される場合には、ほとんど又はまったく損失が生じないことである。
【０１１７】
当業者は、複数の直列傾斜変換器７０を有するＡＯＭ６０３が、上述のように又は後述のように、１つ又は両方のデカルト軸線において（全消滅技術の有無にかかわらず）パルス収集及び振幅制御にために使用され得ることを理解するであろう。
【０１１８】
図１８、図２０、図２１に示されるように、２つのＡＯＭを密接に組み合わせると、既述のように、非常に良好な走査システムを生成できる。しかしながら、第２のＡＯＭ６０２の入口孔は第１のＡＯＭ６０１により達成できる角度を制限できる。ほとんどの走査システムの典型的な別の不都合な点は、焦点レンズ７８が、先の実施例において記載されるように、ＡＯＭ６０１及び６０２によって置換できる２つの検流計位置決め装置の間の焦点距離又は瞳孔を持つように、通常、適合されることである。追加のＡＯＭ６０（又は図示しない他のビーム調節装置）も、また、ＡＯＭ走査システムが焦点レンズ７８も背部瞳孔を満たす状態以外のどこかに瞳孔の運動を補正するために直列で使用できる。
【０１１９】
図２４は、Ｘ及びＹ軸線の両方向、すなわち工作物８０の表面上の両方向の走査制御を提供するために単一媒質において（横断及び好ましくは直角方向の）異なる変換器変調軸線を変調するために横断面上に、好ましくは直角面上に位置決めされる変換器７０ｘ、７０ｙを使用する概略図である。図２４に関して、ＲＦドライバは信号を、Ｘ軸線のビーム位置を制御するために変換器７０ｘへ印加し、そしてＹ軸線のビーム位置を制御するために変換器７０ｙへ印加する。当業者は、各変換器７０が既述のＡＯＭ変調技術又は実施例のいずれかにしたがって、同じ又は異なる周波数にて同じ又は異なるＲＦドライバ６６ｘｙによって駆動できることを理解するであろう。単一のＡＯＭ６０４を使用する１つの利点は、焦点レンズ７８が複雑性を軽減できることである。なぜならば、焦点距離は単一のＡＯＭ６０４の出力部に配置することができ、それにより、走査角は第２のＡＯＭ６０に対する入口孔制限を持たないことにより増加され得るからである。それにもかかわらず、１又はそれ以上の追加の単一軸線又は２軸線ＡＯＭ６０（又は図示しない他のビーム調節装置）も、また、ＡＯＭ走査システムが焦点レンズ７８の背部瞳孔を満たす状態以外のどこかに位置決めされる場合に瞳孔の運動を補正するためにＡＯＭ走査システムが使用され得る。
【０１２０】
図２５は、図２１、図２４に関連して記載した実施例の組み合わせにおいて、ＡＯＭ６０４の出力面上のビーム分割素子１２０及びＡＯＭ６０４の出口面で光路７２の角度を検出するための位置感知検出器１３０を使用する閉ループビーム検出及び位置決めシステムを利用するレーザシステム５０ｈにおいて使用されるＡＯＭ６０４の模範的な実施例を示す。
【０１２１】
図２６は、４つの変換器７０Ａｘ，７０Ｂｙ，７０Ａｙ，７０Ｂｘ（総称して変換器７０）を使用するＡＯＭ６０５の概略図である。この実施例は、より大きい走査角及びより多くの用途を容易にするために、図２２，２３のＡＯＭ６０３に関して記載された利点を図２４，２５のＡＯＭ６０４に関して記載されたものに組み合わせる。当業者は、各変換器７０が既述のＡＯＭ変調技術又は実施例のいずれかにしたがって、同じ又は異なる周波数にて同じ又は異なるＲＦドライバ６６ｘｙによって駆動できることを理解するであろう。当業者は、ＡＯＭ６０４、６０５が既述のいずれのＡＯＭ６０又は既述のＡＯＭ６０のいずれの対にも置換するのに使用できることを理解するであろう。
【０１２２】
ＡＯＭ６０４，６０５のいくつかの別の好ましい実施例は、既述の走査範囲を拡張するために傾斜角１３２の複数の変換器を使用する。当業者は、横方向デカルト軸線の変調器変調ゾーン１１６が非交差にできるが、横方向軸線変換器変調ゾーンを交差させることが好ましいことを理解するであろう。製造及び制御の便宜上、いくつかの好ましい実施例は変換器変調ゾーン１１６を交差する変換器７０に対して同一の傾斜角１３２を使用するが、かかる関係は要求されない。傾斜角変換器７０を使用するいくつかの実施例では、走査範囲は０次ビーム経路７２ｂについて配列されており、単一の変換器のみが、両軸線の全拡張範囲走査制御を提供するためにデカルト軸線ごとに付勢される必要がある。傾斜角変換器７０も、また、ビームの基盤を提供するために、２軸線において使用でき、各ビームはＡＯＭ６０に入るビームのエネルギーの選択可能な部分を持つ。
【０１２３】
図２７は、レーザパルス開閉を行うための外部空洞ＡＯＭ６０と、多重変換器７０、ビーム分割素子１２０３、及び閉ループ制御でビーム位置決めを行うための位置感知検出器を使用する外部空洞ＡＯＭ６０４と、閉ループ振幅制御を行うためのビーム分割素子１２０１、１２１２及び振幅検出器１２２a、１２２ｂとを使用する模範的なレーザシステム５０iの概略図である。図２７に関して、振幅フィードバック信号１２４a及び／又は１２４ｂは、システムコントローラ６２及び／又はＲＦドライバに向けることができる。同様に、位置フィードバック信号１２６はシステムコントローラ６２及び／又はＲＦドライバに向けることができる。当業者は、各変換器７０が既述のＡＯＭ変調技術又は実施例のいずれかにしたがって、同じ又は異なる周波数にて同じ又は異なるＲＦドライバ６６ｘｙによって駆動できることを理解するであろう。
【０１２４】
この実施例は、所望のときのみ走査システムをパルスが進行できるように、別個のＡＯＭ６０をレーザ絞り又はパルス開閉用ゲート（「パルス収集」）として使用する。特定の実施例において、パルス収集ＡＯＭ６０の異なる角変位は、ビームダンプ９４の必要性を排除するために利用することができる。別個のパルス収集ＡＯＭ６０を使用する利点は、ＡＯＭ６０４がその角度的変位能力を提供するために位置決めされ得るということである。かかる別個のパルス収集ＡＯＭ６０は上述のいずれかの実施例又はＡＯＭ変調技術に関連して使用され得る。しかし、当業者は、パルス収集ＡＯＭ６０が要求されないことを理解するであろう。ＡＯＭ６０４は、ＡＯＭ６０４がパルス選択及びビーム位置決めの両方を行うことができるよう光路７２に対して角度的に変位できる。かかる形態は工作物８０への全体的な走査角を制限することになる。当業者は、ビーム位置決め及び／又は振幅変調用の上述のいずれの実施例にも使用されるＡＯＭ６０もまた光路７２に対してＡＯＭ６０を選択的に位置決めすることによってパルス収集用に使用できることを理解するであろう。
【０１２５】
当業者は、レーザ処理施設における現在のビーム位置決め又は走査システムが概して性質上機械的であり、検流計ベースのシステム又は高速操作ミラー（ＦＳＭ）あるいは他のタイプの可動ミラーベースのシステムのいずれかであることを理解するであろう。検流計及びＦＳＭ技術の両方とも、システムの全体的な走査速度を制限する機械的な重量を持つ。一般的に、走査角及び走査速度間のトレードオフはこれらのシステムの両方において見ることができ、検流計システムはより大きな走査角を持ち、より低速ではあるが、一方、ＦＳＭはより小さい走査角を持つが、より高速である。
【０１２６】
図２８は、多重合成又は３次元ビーム位置決めシステムを慣用の低速位置決め器（例えば、単一軸線又は分割軸線Ｘ−Ｙテーブル）により支持されるレーザシステム５０の全体的な処理量を改善するために、典型的な高速位置決め器、例えばＦＳＭ、又は１対の検流計ミラーを含む検流計走査ヘッド１４０と協力して動作するビーム位置決めＡＯＭ６０４又は６０５を有する模範的なレーザシステム５０ｊの概略図である。ＡＯＭ６０４又は６０又は１対の６０又は６０３は検流計走査ヘッド１４０の上流又は下流に配置することができる。ＡＯＭ及び検流計走査システム間の動きは、検流計走査ヘッド１４０からの検流計フィードバック信号１４６を受信するＲＦドライバ及び／又は検流計コントローラ１４４の援助の有無にかかわらず、システムコントローラ６２によって直接的に又は間接的に調整され得る。
【０１２７】
当業者は、パルス収集用の別個のＡＯＭ６０が示され、動き制御調整を簡易化するのに使用できるが、そのＡＯＭ６０は省略でき、ＡＯＭ６０４又は６０５をパルス収集用並びにビーム位置決め用に使用できることを理解するであろう。当業者はまた、開ループシステムが簡易化のために、示されるが、レーザシステム５０ｊの別の実施例が閉ループ制御用の位置及び／又は振幅フィードバックを含ませるために容易に実施できることを理解するであろう。当業者はまた、ＡＯＭ６０４又は６０台が上述の任意の実施例に関して記載したように変調でき、レーザシステム５０ｊが上述の任意の実施例の変形を導入するよう適応できること理解するであろう。
【０１２８】
図２９、図３０、図３１は、検流器操作ヘッド１４０及びＡＯＭ６０４又は６０の模範的な走査フィールドの説明図であるが、それらは異なるレーザ処理アプリケーション、例えばトリミング、ビア穿孔、リンク処理用に併せて使用できる。図２８〜図３１及び慣用のビーム位置決め技術に関して、Ｘ−Ｙテーブルがチャック８８及びその支持工作物８０を移動させるのに使用できるが、検流器走査ヘッド１４０は固定位置を持つことができ、分割軸線配置で位置決めでき、それは１又はそれ以上の幾何的軸線に沿って方向付けることができる。検流器走査ヘッド１４０及び工作物８０間の相対運動は、工作物８０の面上のターゲットに関する主ＡＯＭ走査フィールド１６０（及びその正方形ＡＯＭサブフィールド１６２）内の主検流器走査フィールド１５０（及びその正方形検流器サブフィールド１５２）を位置決めるのに使用できる。検流器の帯域幅はＡＯＭの帯域幅よりかなり小さいので、検流器（及び工作物８０）は連続動作を維持でき、一方、ＡＯＭは６０４又は６０５はその主ＡＯＭ走査フィールド１６０内のターゲットを加工する。これは線型モータ及び検流器の調整動作に追加される。
【０１２９】
かかる適応は超高密度処理サイトを有するレーザアプリケーションに非常に有益であろう。ＡＯＭ走査フィールド１６０が多数の抵抗１６４をより小さくかつより速く加工できると、単一の検流器内の多重リンク１６６及び多重ＩＣパッケージは、多数の慣用の検流器が移動する代わりに、非常に速く移動できる。
【０１３０】
ビーム位置決めシステムとして、ＦＳＭ及び／又は検流器走査ヘッドの代用として、又は追加のビーム位置決めシステムの構成として使用するほかに、ＡＯＭ走査システムは想定スポット拡大又はアッベエラー補正用に使用でき、「高速」位置決め要素前又は後のビーム経路に沿って位置決めできる。また、当業者は、変調強化した、又はそれがない１又はそれ以上のＡＯＭ６０は、参照により、本願に導入される、米国特許第４,５３２,４０２号、第５,７５１,５８５号,第５,８４７,９６０号,第６,４３０,４６５号,及び第６,７０６,９９９号及び米国特許公報ＵＳ２００２/０１１７４８１に記載された「高速」位置決めシステムのうちのいずれでも代用できることも理解するであろう。
【０１３１】
多くの変形がこの発明の基礎原理から逸脱することなく、上述の実施例を詳細に実施できることは当業者には自明であろう。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】Ｑスイッチとして従来のＡＯＭを使用する慣用のレーザの概略図である。
【図２Ａ】先行技術のＡＯＭが受信するＲＦ電力の量に応答して、ゼロ次及び１次ビームの割合を送信する従来のＡＯＭの別の概略図である。
【図２Ｂ】先行技術のＡＯＭが受信するＲＦ電力の量に応答して、ゼロ次及び１次ビームの割合を送信する従来のＡＯＭの別の概略図である。
【図３】従来のＡＯＭを制御する方法を示す概略図である。
【図４】パルスゲートデバイスとして従来のＡＯＭを使用するレーザシステムの概略図である。
【図５】特定の周波数でＡＯＭに印加されるデシベルレベルの関数として遮断及び非遮断レーザビームの透過性における相違を示す簡易グラフである。
【図６】周波数変調ＡＯＭを使用するレーザシステムの概略図である。
【図７】ＡＯＭから全消滅を達成するためにＡＯＭ変換器によって表される模範的な周波数シフト波形を示すタイミング図である。
【図８】ＡＯＭから全消滅を達成するために高帯域周波数シフトを使用することに関連して事象及び結果を示すタイミングフロー表を示す図である。
【図９】ＡＯＭからゼロ回折を達成するために白雑音を使用することに関連する事象を示すタイミングフロー表を示す図である。
【図１０】周波数変調ＡＯＭ及び２次ビームダンプを使用するレーザシステムの概略図である。
【図１１】ＤＣ電源スイッチを使用するＡＯＭ制御システムの概略図である。
【図１２】周波数変調されたＡＯＭをレーザ中のＱスイッチとして使用するレーザシステムの概略図である。
【図１３】外部空洞周波数制御ＡＯＭ及び周波数変調ＡＯＭをＱスイッチとして使用するレーザシステムの概略図である。
【図１４】２つの外部空洞周波数制御ＡＯＭを使用するレーザシステムの概略図である。
【図１５】レーザパルス間の典型的なピークエネルギーを示す振幅対時間のグラフを示す図である。
【図１６】外部空洞振幅及び／又は周波数制御ＡＯＭを使用する、閉ループビームエネルギー制御を有するレーザシステムの概略図である。
【図１７】ＡＯＭ閉ループエネルギー制御により達成できる振幅安定性を示す振幅対時間のグラフを示す図である。
【図１８】ビーム位置決めを行うために外部空洞ＡＯＭを使用するレーザシステムの概略図である。
【図１９】ＡＯＭの模範的な偏向角範囲を示す概略図である。
【図２０】２つの軸線においてビーム位置決めを行うために直列のＡＯＭを使用するＡＯＭ走査システムを示す概略図である。
【図２０Ａ】模範的なＵＶ及びＩＲ波長に対する走査角効率対特定ブラッグ角からの角変化のグラフを示す図である。
【図２０Ｂ】所定の軸線においてビーム位置決め範囲を拡張するために直列のＡＯＭを使用するＡＯＭ走査システムを示す概略図である。
【図２０Ｃ】模範的なＵＶ及びＩＲ波長の、走査角回折効率対連続の同じ軸線変調ＡＯＭ６０から生じる角変化のグラフを示す図である。
【図２１】ビーム位置決めに影響を与えるために外部空洞ＡＯＭ及び閉ループ補正制御を使用するレーザシステムの概略図である。
【図２２】前記ＡＯＭ入口面への角度を持つビームを逸らすために少なくとも２つの変換器を使用するレーザシステムの概略図である。
【図２２Ａ】前記ＡＯＭ入口面に対して直角なビームを逸らすために少なくとも２つの変換器を使用するレーザシステムの概略図である。
【図２３Ａ】同軸線に沿ってＡＯＭに異なる周波数を伝播させる少なくとも２つの変換器の効果を示す概略図である。
【図２３Ｂ】同軸線に沿ってＡＯＭに異なる周波数を伝播させる少なくとも２つの変換器の効果を示す概略図である。
【図２３Ｃ】ビーム位置決め範囲を拡張するために互いに異なる角度で位置決めされた２つ変換器の効果を示す概略図である。
【図２３Ｄ】ビーム位置決め範囲を拡張するために互いに異なる角度で位置決めされた２つ変換器の効果を示す別の実施例の概略図である。
【図２３Ｅ】ビーム位置決め範囲を拡張するために互いに異なる角度で多数の変換器を位置決めさせる利点を示す概略図である。
【図２３Ｆ】図２３Ｅの一部の拡大を示す概略図である。
【図２３Ｇ】ビーム位置決め範囲を拡張するために互いに異なる角度で多数の変換器を位置決めさせる効果を示す別の実施例の概略図である。
【図２４】少なくとも２つ変換器とともにＡＯＭを使用するＡＯＭ走査システムを示す概略図である。
【図２５】少なくとも２つ変換器及び閉ループ制御システムとともにＡＯＭを使用するＡＯＭ走査システムを示す概略図である。
【図２６】４つ変換器を使用するＡＯＭの概略図である。
【図２７】レーザパルス格子を行うために外部空洞ＡＯＭと、閉ループ制御でビーム位置決め及び振幅変調を行うために多数の変換器を使用する外部空洞ＡＯＭとを使用するレーザシステムの概略図である。
【図２８】レーザパルス格子を行うために外部空洞ＡＯＭと、検流計とともに３次元ビーム位置決めを行うために少なくとも２つの変換器を使用する外部空洞ＡＯＭとを使用するレーザシステムの概略図である。
【図２９】検流計走査ヘッド及びＡＯＭがともにレーザトリミングアプリケーションに対して使用できるように、それらの模範的な走査フィールドの表示である。
【図３０】検流計走査ヘッド及びＡＯＭがともに集積回路（ＩＣ）パッケージ処理アプリケーション、例えばビア穿孔に対して使用できるように、それらの模範的な走査フィールドの表示である。
【図３１】検流計走査ヘッド及びＡＯＭがともにレーザリンク切断アプリケーションに対して使用できるように、それらの模範的な走査フィールドの表示である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２２Ａ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２３Ｄ】
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【図２３Ｅ】
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【図２３Ｆ】
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【図２３Ｇ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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