(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームの単一パスによって材料に複数の幅を有するトレンチを切削する方法であって、本方法は、
前記材料の加工表面に対して前記レーザビームの第１の切削速度で、第１のレーザパルス系列を使用して、前記加工表面を切削することと、
移行領域において、
前記移行領域の始まりの前記第１の切削速度から前記移行領域の終わりの第２の切削速度に漸次に切削速度を変化させることと、
前記切削速度が漸次に変化するに従い、前記加工表面を、第２のレーザパルス系列によって切削することと、
前記レーザビームの前記第２の切削速度で、第３のレーザパルス系列を使用して、前記加工表面を切削し続けることと、
を含み、
前記第１の系列の各レーザパルスが前記加工表面で第１のスポットサイズを有し、
前記第２のレーザパルス系列が、前記加工表面におけるスポットサイズを、前記移行領域の前記始まりの前記第１のスポットサイズから移行領域の前記終わりの、前記加工表面における第２のスポットサイズに連続的に変化させ、
前記第３の系列の各レーザパルスが前記第２のスポットサイズを有する、方法。
【請求項２】
前記第２のレーザパルス系列の連続するパルス間の空間距離に対応するバイトサイズを、前記移行領域の前記始まりの第１のバイトサイズから前記移行領域の前記終わりの第２のバイトサイズへ連続的に変化させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記移行領域の前記始まりの前記第１のスポットサイズから前記移行領域の前記終わりの前記第２のスポットサイズに連続的にスポットサイズを変えることが、第２のレンズに対して第１のレンズを動かし、前記加工表面に対して連続的に前記レーザビームの焦点面を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記移行領域の始まりの前記第１のスポットサイズから前記移行領域の終わりの前記第２のスポットサイズに連続的にスポットサイズを変えることが、圧電アクチュエータを用いて適応レンズの表面曲率を変えて、前記加工表面に対して連続的に前記レーザビームの焦点面を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記移行領域の前記始まりの前記第１のスポットサイズから前記移行領域の前記終わりの前記第２のスポットサイズに連続的にスポットサイズを変えることが、圧電アクチュエータを用いて適応ミラーの表面曲率を変えて、前記加工表面に対して連続的に前記レーザビームの焦点面を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の系列、前記第２の系列、及び前記第３の系列のレーザパルスが、ガウス型スポットを生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記移行領域のパルス繰り返し周波数（PRF）が、時間プロファイルPRF(t)を有し、前記第１のスポットサイズがSS1として表され、前記第２の系列の前記レーザパルスのスポットサイズが、時間プロファイルSS（t）を有し、前記移行領域の前記始まりのバイトサイズがδ1として表され、前記移行領域の前記切削速度の時間プロファイルが、Vc（t）= PRF（t）×SS1×δ1/SS（t）である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
パルス繰り返し周波数（PRF）が前記第１の系列、前記第２の系列、及び前記第３の系列の間でほぼ一定であり、前記第１のスポットサイズが、SS1として表され、前記第２の系列の前記レーザパルスのスポットサイズが、時間プロファイルSS（t）を有し、前記第１の切削速度がVc1として表され、前記移行領域の前記切削速度の時間プロファイルが、Vc(t)= Vc1×SS1/SS（t）である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のスポットサイズが、SS1として表され、前記移行領域の前記始まりのバイトサイズが、δ1として表され、前記移行領域のバイトサイズの時間プロファイルがδ(t)であり、前記移行領域のスポットサイズの時間プロファイルが、SS(t) = SS1×δ1/δ(t)である、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
レーザビームの単一パスによって材料に複数の幅のトレンチを切削するシステムであって、本システムは、
前記レーザビームを発生するレーザ源と、
前記レーザビームを受信する第１の光学構成要素と、
前記レーザビームを前記材料の加工表面に向ける第２の光学構成要素と、を含み、
前記第１の光学構成要素が前記材料の前記加工表面に対して焦点面の位置を変えるように選択的に調節可能であり、
前記レーザビームによって前記加工表面に切削される第１のトレンチ幅と第２のトレンチ幅の間の移行の間、前記レーザビームと前記加工表面の間の切削速度は、漸次に変化し、前記第１の光学構成要素が前記材料の加工表面に対して前記焦点面の位置を変える一連の変化を受けて、前記加工表面でスポットサイズを連続的に変える、システム。
【請求項１１】
前記レーザビームによる加工の間、前記材料を保持するチャックを更に含み、前記チャックと、前記加工表面に入射する前記レーザビームとの間の相対的な運動が、前記切削速度を決定する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の光学構成要素から前記レーザビームを受信し、前記レーザビームを前記第２の光学構成要素に向け直すビームステアリング光学素子を更に含む、請求項１０に記載システム。
【請求項１３】
前記第１の光学構成要素が、前記第２の光学構成要素の焦点距離と比べてより長い焦点距離を有する弱いレンズを有し、当該弱いレンズが前記レーザ源と前記第２の光学構成要素の間で移動するように構成され、前記一連の変化は、前記弱いレンズの一連の位置移動を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の光学構成要素がマルチ素子レンズを含み、１つ又は複数のレンズ素子が前記レーザ源と前記第２の光学構成要素の間で移動するように構成され、前記一連の変化が、前記１つ又は複数のレンズ素子の一連の位置移動を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の光学構成要素が適応レンズを含み、前記一連の変化が、圧電アクチュエータを用いて前記適応レンズの曲率を連続的に変化させることを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の光学構成要素が適応ミラーを含み、前記一連の変化が、圧電アクチュエータを用いて前記適応ミラーの曲率を連続的に変化させることを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記レーザビームがガウス型スポットを有する複数のレーザパルスを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記移行領域のパルス繰り返し周波数（PRF）が時間プロファイルPRF（t）を有し、前記移行領域の始まりのスポットサイズが、SS1として表され、前記移行領域のスポットサイズが、時間プロファイルSS（t）を有し、前記移行領域の前記始まりのバイトサイズがδ1として表され、前記移行領域の前記切削速度の時間プロファイルが、Vc（t）= PRF（t）×SS1×δ1/SS（t）である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
パルス繰り返し周波数（PRF）が実質的に、前記移行領域の始まりのスポットサイズが、SS1として表され、前記移行領域のスポットサイズが、時間プロファイルSS（t）を有し、前記移行領域の前記始まりの切削速度が、Vc1として表され、前記移行領域の前記切削速度の時間プロファイルが、Vc（t）= Vc1×SS1/SS（t）である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記移行領域の始まりのスポットサイズがSS1として表され、前記移行領域の前記始まりのバイトサイズが、δ1として表され、前記移行領域のバイトサイズの時間プロファイルが、δ（t）であり、前記移行領域のスポットサイズの時間プロファイルが、SS（t) = SS1×δ1/δ（t）である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
レーザビームの単一パスによって、材料に複数の幅のトレンチを切削するシステムであって、本システムは、
前記材料の加工表面で第１のスポットサイズを有するレーザパルスによって、第１の切削速度で前記トレンチの第１の部分を切削する手段と、
前記材料の前記加工表面で第２のスポットサイズを有するレーザパルスによって、第２の切削速度で前記トレンチの第２の部分を切削する手段と、
前記トレンチの前記第１の部分と前記第２の部分の間の、少なくとも２０μｍの長さを有する移行領域内で、前記第１の切削速度から前記第２の切削速度に、そして、前記第１のスポットサイズから前記第２のスポットサイズに同時に移行する手段と、を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザによる材料の加工に関し、特に、本開示は、レーザマイクロ加工アプリケーション（laser micro-machining applications）において、スポットサイズ及び切削速度のオンザフライ操作による、トレンチの深さ及び幅のリアルタイム制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザマイクロ加工システムを使用する典型的なルーティング(routing)アプリケーションでは、ビームおよび／または基板自体を移動させながら基板へのレーザエネルギーの送達が必要になる。大抵の場合、エネルギー送達率（「加工表面に対する仕事率」）及び、ビームおよび／または基板が移動する速度（「切削速度」）が一定の値に維持され、切削全体に亘って、切り溝または「トレンチ(trench)」の幅と深さの均一性が与えられる。得られるトレンチの深さと幅は、加工表面上のビームスポットサイズ、各レーザパルスのエネルギー、連続パルス間の空間間隔（「バイトサイズ」）、及びレーザ−材料の相互作用特性によって影響される。
【０００３】
通常、スポットサイズ、パルスエネルギーおよび／またはバイトサイズの１つ又は複数が、同じ基板上に異なる断面形状のトレンチを切削するのに調整される。典型的なレーザマイクロ加工においては、これらの３つのシステム設定値のうちの１つを変更すると、システムは、異なる「パス」で、異なる横断面形状のトレンチを加工する。たとえば、システムは、一種類のトレンチを加工し、３個の設定値の１つ又は複数を変更し、そして、新しい設定値に対応するトレンチを加工してよい。このプロセスが、トレンチの種類毎に繰り返されてよい。この単純な方法は、通常、「マルチパス」加工と呼ばれる。
【０００４】
上記で議論された異なる幅のトレンチを結合する従来のマルチパスの加工には、いくつかの問題がある。たとえば、一般に異なるパスにおいて異なる幅のトレンチを加工することは、ビームポジショナーが、異なる幅を有する新しいトレンチのルーティングを開始するために、前のパスにおいてトレンチを終えた同じ点に戻ることを意味する。これは、ビームポジショナーサブシステムの繰り返し性に対して重大な要求を課する。これも、一般的に総合システムスループットを低下させる。
【０００５】
異なる形状のトレンチを切削するためにマルチパス加工を使うことに関する別の問題は、たとえシステムの繰り返し性/精度の懸念が対処されたとしても、異なる幅を有するトレンチの側壁角（wall angle）の差異のため、移行領域全体に亘って一定の深さを維持することが難しいということである。
【０００６】
図１、２、及び３は、（例えば、異なるトレンチの幅を得るために複数パスにおいて１つのスポットサイズから別のスポットサイズに変わる場合）移行領域内で一定のピークの累積エネルギー分布を維持することの困難さを例示している。図１は、ガウス型スポットを使用して、スポットサイズ及び切削速度の急激な移行に由来する累積パルスエネルギー密度の空間分布を表している２つのグラフ（２次元のグラフと３次元グラフ）を含む。図１に示される累積パルスエネルギー密度は、たとえば、ほぼ完全な繰り返し性を有する２-パスの実行に対応する。この例では、第１のパスは、10μmのスポットサイズと3μmのバイトサイズを使用する。第２のパスは、20μmのスポットサイズと1.5μmのバイトサイズを使用する。図１の２次元グラフは、移行領域110においてトレンチを広げることを概念的に例示している。図１の３次元グラフは、移行領域110内のピークの累積エネルギー分布の変動112を例示している。
【０００７】
図２はまた、第２の（より厚い）トレンチ配置が繰り返し誤差のために3μmだけ位置合せを誤っている場合、２-パス実行に由来する累積パルスエネルギー密度の空間分布を表している２つのグラフ（２次元のグラフと３次元グラフ）を含む。前述の如く、２つのパスとも、ガウス型スポットを使用する。第１のパスは、10μmのスポットサイズと3μmのバイトサイズを使用する。第２のパスは、20μmのスポットサイズと1.5μmのバイトサイズを使用する。図２の２次元グラフは、移行領域210でトレンチを広げることを概念的に例示している。図２の３次元グラフは、移行領域210内のピークの累積エネルギー分布の変動212を例示している。  
図３は、図１と２に例示される２つの急激な移行シナリオのピーク累積エネルギー密度の間の差異を例示しているグラフである。図示の通り、繰り返しシナリオと、3μmの繰り返し誤差を有するシナリオの両方とも、それぞれの移行領域110、210内で、相当な変動112、212を招いている。ピークの累積エネルギー密度における両方の変動112、212は、移行領域110、210内で、深さの好ましくない変化を引き起こす可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
システムと方法は、レーザビームの単一パスを使用して、材料に複数の幅のトレンチを切削する。トレンチの深さ制御が、異なる幅を有する、トレンチの区画の間の移行領域で維持される。  
一実施形態において、レーザビームの単一パスを使用して、材料に複数の幅のトレンチを切削する方法が提供される。本方法は、前記材料の加工表面に対して前記レーザビームの第１の切削速度で、第１のレーザパルス系列を使用して、前記加工表面を切削することを含む。前記第１の系列の各レーザパルスは、前記加工表面において第１のスポットサイズを有する。移行領域では、本方法は、前記移行領域の始まりの前記第１の切削速度から前記移行領域の終わりの第２の切削速度に漸次に変わることを含む。前記切削速度が前記移行領域において漸次に変わるので、本方法は、前記加工表面を第２のレーザパルス系列を使用して切削することを含む。前記第２のレーザパルス系列は、前記移行領域の前記始まりの前記第１のスポットサイズから前記移行領域の前記終わりの第２のスポットサイズに、スポットサイズを連続的に変える。それから、本方法は、前記レーザビームの前記第２の切削速度で、各々が前記第２のスポットサイズを有する第３のレーザパルス系列を使用して、前記加工表面の切削を続ける。
【０００９】
別の実施形態においては、レーザビームの単一パスを使用して、材料に複数の幅のトレンチを切削するシステムは、前記レーザビームを発生するレーザ源と、前記レーザビームを受信する第１の光学構成要素とを含む。前記第１の光学構成要素は、前記材料の加工表面に対して焦点面の位置を変えるように選択的に調節可能である。本システムはまた、前記レーザビームを前記材料の前記加工表面に向ける第２の光学構成要素を含む。前記レーザビームによって前記加工表面に切削される第１のトレンチ幅と第２のトレンチ幅との間の移行の間に、前記レーザビームと前記加工表面の間の切削速度は漸次に変化し、そして、前記第１の光学構成要素が一連の変化を受け、前記加工表面におけるスポットサイズを連続的に変化させる。  
さらなる態様、及び利点は、添付の図面を参照しながら進める好適な実施形態についての以下の詳細な記述から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】１つのトレンチ幅から別のトレンチ幅に急激に移行するとき、従来のレーザ加工システムに対応する累積パルスエネルギー密度の空間分布を表すグラフである。
【図２】１つのトレンチ幅から別のトレンチ幅に急激に移行するとき、従来のレーザ加工システムに対応する累積パルスエネルギー密度の空間分布を表すグラフである。
【図３】図１と２で例示される２つの急激な移行シナリオのピーク累積エネルギー密度の差異を例示しているグラフである。
【図４】１つの例示的実施形態による「速い」移行シナリオに対するパルス位置とスポットサイズとのグラフである。
【図５】図４の例示的実施形態による「速い」移行と「遅い」移行とに対して、線形に増加する中間スポットサイズに対応する切削速度の時間プロファイルを表すグラフである。
【図６】図４と５の例示的実施形態による速い移行に由来するエネルギー密度分布を表わすグラフである。
【図７】図４と５の例示的実施形態による遅い移行に由来するエネルギー密度分布を表すグラフである。
【図８】図４と５の例示的実施形態による３つの異なるシナリオに対して移行領域全体に亘るピークエネルギー密度変化の比較を表わすグラフである。
【図９】ビームステアリングサブシステムと走査レンズの前にある弱いレンズ（weak lens）を移動させることによって、加工表面のスポットサイズを迅速に操作する装置のブロック図である。
【図１０】ビームステアリングサブシステムと走査レンズの前にある「適応」ミラーの表面曲率を操作することによって、加工表面のスポットサイズを迅速に操作する装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここに開示されるレーザ加工システム及び方法によって、移行領域全体に亘ってほぼ同じ深さを維持しながら、異なる幅のトレンチを「結合」することができる。一実施形態においては、上で概説したマルチパス加工の問題を回避する方法には、移行領域全体に亘って深さ制御を維持しながら、スポットサイズと切削速度とを「オンザフライ」に操作して、異なる幅の結合されるトレンチ間のスムーズな移行を達成することが含まれる。
【００１２】
スポットサイズと切削速度のオンザフライ操作によって、異なる幅のトレンチの間で連続的な移行が可能となる。これによって、同様に、単一パスによる、異なる種類のトレンチの加工が可能となる。こうして、ビームポジショナーサブシステムのシステム精度と繰り返し性とに対する懸念が低減されるかまたは除去される。さらにまた、スポットサイズの変化の間の切削速度の連続操作によって、同様に、レーザシステムが、移行領域全体に亘って一定のトレンチの深さを維持するのを可能にする第２の自由度が得られる。
【００１３】
第１次近似として、トレンチ形状は、トレンチ形成の間に加工表面に送達されるレーザパルスの（空間における）累積エネルギー分布の縮小版(scaled version)と期待される。従って、１つのトレンチ幅から別のトレンチ幅に移行する間に一定の累積ピークエネルギー密度を維持することによって、移行領域全体に亘って良好に深さが制御される。このように、ここに開示される特定の実施形態において、スポットサイズと切削速度の同時操作によって、良好な深さ制御を維持しながら、トレンチ幅の変更が可能になる。それに沿って、そのような移行中のスポットサイズ及び切削速度の時間プロファイルを計算する方法が、ここに開示される。以下に記すこの問題に対する解法は、ガウス型スポットに特有である。しかし、当業者は本開示から、類似した解法が同様に他のスポット形状に対しても適用してよいことが分かる。
【００１４】
ガウス型スポットを有するレーザパルスに関係する空間エネルギー分布E（r）を次のように表わすことにする。
【００１５】
E（r) = A×exp（-r2/(2×σ2）)
ここで、Aは、エネルギー振幅であり、rは、ガウス型スポットの中心からの距離であり、そして、σは、強度が中心強度と背景強度との間の中間である、ガウス型スポットの中心からの距離である。
【００１６】
「δ」のバイトサイズだけ一様に間隔をあけられたパルスの無限の系列から得られる、累積ピークエネルギー密度、E_peakは、次によって近似できることが示される。
【００１７】
E_peak = A×σ×sqrt（2×π）/ δ 
この「近似式」は、δ<=2×σに対して非常に正確である点に留意する必要がある（例えば、級数値と解析的な式の間のワーストケース不一致はおよそ１%）。
【００１８】
各パルスの全エネルギー、E_pulseは、円筒座標におけるE（r）の体積積分によって計算できて（ここで、rは０から無限まで積分され、そして、rの角オフセット、θは０から2×πまで積分される）次を与える。
【００１９】
E_pulse = A×2×π×σ2    。
【００２０】
それから、スポットサイズが、スポットサイズSS1からスポットサイズSS2に変わるとき、標準的な1/e2直径をスポットサイズとして使用すると、
SS1 = 4×σ1、及びSS2 = 4×σ2  。
【００２１】
２つのパルスタイプにおいて全エネルギーが同じままでなければならないので、振幅についての以下の関係がある。
【００２２】
A1×(σ1)2 = A2×(σ2)2 => A1×(SS1)2 = A2×(SS2)2 。 
E_peakについて、同じ値を維持するには、
A1×σ1×sqrt（2×π）/δ1 = A2×σ2×sqrt（2×π）/δ2  => 
A1×SS1/δ1 = A2×SS2/δ2
バイトサイズは、δ1からδ2に変わる。これらの等式は、組み合わせてよく、バイトサイズδ1とδ2の以下の関係が得られる。
【００２３】
SS1×δ1 = SS2×δ2  。
【００２４】
移行中のスポットサイズの時間変化は、SS（t）によって与えられる。ここで、SS（0）= SS1、且つSS（T）= SS2である。この式では、t = 0は移行の始まりを示し、そして、t=Tは、移行の終わりを示す。移行の始まりより以前のバイトサイズが「δ1」であると仮定して、移行中の間のバイトサイズの時間プロファイル、「δ(t)」は、次から計算できる。
【００２５】
SS1×δ1 = SS（t）×δ(t) => δ(t）= SS1×δ1/SS(t)
移行終了後のδ(T)は次となることに注意する。
【００２６】
δ(T)= SS1×δ1/SS(T)= SS1×δ1/SS2 = δ2  。
【００２７】
このように、δ(T)は境界条件δ(T)= δ2を満たす。
【００２８】
バイトサイズ「δ」と切削速度「Vc」間には比例関係がある。パルス繰り返し周波数（PRF）が与えられると、この関係は次によって与えられる。
【００２９】
Vc =δ× PRF
それゆえに、切削速度の時間プロファイルが次から得ることができる。
【００３０】
Vc（t）=δ(t) × PRF（t）= PRF（t）×SS1×δ1/SS(t)。
【００３１】
パルス繰り返し周波数がずっと一定の速度に維持されるならば、この関係は以下の様にさらに単純化できる。
【００３２】
Vc1 = δ1×PRF => δ1 = Vc1/PRF ;
Vc2 = δ2×PRF => Vc（t）= PRF×SS1×δ1/SS(t)= 
PRF×SS1×Vc1/（PRF×SS(t)）= Vc1×SS1/SS(t)  。
【００３３】
健全性チェックとして、
Vc（T) = Vc1×SS1/SS(T)= Vc1×SS1/SS2 =
PRF×（δ1×SS1/SS2）= PRF×δ2 = Vc2
そしてそれは再び、この移行の終わりの境界条件Vc(T)= Vc2を満たす。
【００３４】
移行の間の「中間」パルスがそれらを囲んでいる無限に多くの「同胞」を有していないので、上記の分析において開発されたアルゴリズムは、もともと「近似」であることに留意する必要がある。その結果、上記の等式が導出されるピークエネルギー分布計算は、移行の間、「近似的に」満たされるだけである。それでも、スポットサイズと切削速度プロファイルの間で確立された関係は、大抵の場合十分で、必要に応じて、更なる改良の出発点として役立ち得ると期待される。
【００３５】
例えば、上記のアルゴリズムは、以下の問題に適用される：SS1= 10μm ; δ1= 3μm ; SS2= 20μm;そして、δ2 = SS1×δ1/SS2 = 10×3/20 =1.5μm。  言い換えると、ガウスレーザビームは、単一パスにおいて、10μmのスポットサイズと3μmのバイトサイズから20μmのスポットサイズと1.5μmのバイトサイズに変わる。この例では、スポットサイズが移行の間の時間の一次関数として変わると仮定されている。  
本例の第１のシナリオは、スポットサイズが１パルスに当り1μm変化する「速い」移行を含む。本例の第２のシナリオは、スポットサイズが１パルス当り0.5μm変化する「遅い」移行を含む。パルス繰り返し率が、どちらの場合も、移行全体を亘って一定のままと仮定されていることに留意する。このように、スポットサイズが時間の一次関数として変化するという主張は、結果として、スポットサイズのパルスベースの変化率が一定になる。
【００３６】
図４は、「速い」移行シナリオに対する、パルスの位置（ｘ軸に沿って）とスポットサイズのグラフである。移行領域410では、10個のレーザパルス412は、10μmから20μmまで一様にスポットサイズが増加する。第２の「遅い」シナリオに対する分布は、図４に示すそれと同様であるが、移行の間には、２倍の数の中間パルスを含む。
【００３７】
図５は、この例示的実施形態において「速い」移行（プロファイル510）及び「遅い」移行（プロファイル512）対する、線形に増加する中間スポットサイズに対応する切削速度の時間プロファイルを表しているグラフである。切削速度のプロファイル510、512は、上で展開された式から計算される。 
図６、７、及び８は、（図１、２、及び３に示される従来のマルチパス加工による一定のピーク累積エネルギー分布と比較して）移行領域内における一定のピーク累積エネルギー分布の維持の改善を例示している。図６は、速い移行に由来するエネルギー密度分布を表す２つのグラフ（２次元グラフと３次元グラフ）を含む。本例の速い移行では、移行領域610に、一様に増大するスポットサイズの10個の中間パルスがある。図６の２次元グラフは、移行領域610でトレンチを広げることを概念的に例示している。図１と２のピーク累積エネルギー分布の変動と比較して、図６の３次元グラフは、移行領域610内のピーク累積エネルギー分布の変動612の相当な縮小を例示している。  
図７はまた、遅い移行に由来するエネルギー密度分布を表している２つのグラフ（２次元グラフと３次元グラフ）を含む。本例の遅い移行では、移行領域710に、一様に増加するスポットサイズの20個の中間パルスがある。図７の２次元グラフは、移行領域710でトレンチを広げることを概念的に例示している。図１、２、及び６のピーク累積エネルギー分布の変動と比較して、図７の３次元グラフは、移行領域610内のピーク累積エネルギー分布の変動712の相当な縮小を例示している。  
図８は、図１、６、及び７に例示された移行シナリオに対するピーク累積エネルギー密度の差異を表しているグラフである。図８で示すように、図１（２-パス実行を行う場合で繰り返し誤差の無い）の急激な移行シナリオには、図６の（10個の中間パルスを使用する）速い移行シナリオの変動612と図７の（20個の中間パルスを使用する）遅い移行シナリオの変動712の両方よりかなり大きな変動112がある。このように、ここに記載したような切削速度と共にスポットサイズの漸次な操作は、「急激な」移行と比較して、ピーク累積エネルギー密度に対してほとんど変化をもたらさない。さらに、ここに記載されるアルゴリズムの近似的性質から見られるように、より遅い移行の変動712はより速い移行の変動612より小さい。
【００３８】
加工物の加工表面のスポットサイズは、たとえば、集束（スキャン）レンズと加工表面の間の相対的な距離を変えることによって変化させてよい。これは、集束レンズか、加工物を保持するチャックかのいずれかを動かすことによって実現してよい。別の実施形態では、加工表面のスポットサイズは、ビーム経路内の光学構成要素を操作することによって実効焦点面を変えることによって変化させてよい。
【００３９】
これらの２つのアプローチのうち、集束レンズと加工表面の間の相対的な距離を変えることは、トレンチ幅を「オンザフライ」に変更する実際的な解決策ではないかもしれない。名前の「オンザフライ」スポットサイズ調整が示唆するように、スポットサイズが変化する時間は、非常に短い（例えば、約0.1ミリ秒のオーダ）。大きく重い物体、例えば走査レンズまたはチャックをこの時間内に動かすことは、困難または不可能である場合がある。従って、一実施形態においては、光路の他の「より小さい/より動かし易い」構成要素を調整して、レーザビームの有効焦点距離を変えることによってスポットサイズを変化させる。
【００４０】
図９は、一実施形態による加工表面908で、レーザビーム906のスポットサイズ904を迅速に操作するシステム900のブロック図である。システム900は、入力レーザビーム906の光路内に、弱い可動レンズ910と、ビームステアリング光学素子912と、走査レンズ914とを含む。弱い可動レンズ910と走査レンズ914は、システムの有効焦点距離を変える「複合」レンズとして機能する。  このように、焦点面916の位置は、弱い可動レンズ910と走査レンズ914間の距離の関数として変わる。従って、焦点面916は、走査レンズ914を動かすことなく弱いレンズ910を動かすことによって「動かし」てよい。一実施形態においては、レンズ910は、マルチレンズ素子であり、それでは、１つ又は複数のレンズ素子が、走査レンズ914に対して移動し、焦点面916の位置を変えるように構成される。
【００４１】
焦点面916の位置が変化すると、加工表面908においてスポットサイズ904が変わる。たとえば、図９は、（実線で示される）第１の位置と、そして、（仮想線で示される）第２の位置にある弱い可動レンズ910を示している。弱い可動レンズ910が第１の位置にあるとき、焦点面916は、加工表面908に対して（実線で示される）第１の位置にある。従って、レーザビーム906は、加工表面908において（実線で示される）第１のスポットサイズ904を形成する。弱い可動レンズ910が、第２の位置へ動かされた後は、焦点面916は、加工表面908に対して（仮想線で示される）第２の位置にある。従って、レーザビーム906は加工表面908において（仮想線で示される）第２のスポットサイズ904を形成する。
【００４２】
走査レンズ914は、複数の光学素子を含んでよく、弱い可動レンズ910と比較して大きく、重くてよい。こうして、走査レンズ914は、高速に動かすのが難しい場合がある。他方、弱い可動レンズ910は、入力レーザビーム906の直径とほぼ同じくらい小さくてよく、１〜２個の光学素子だけを含んでよい。こうして、弱い可動レンズ910は、走査レンズ914よりかなり軽く、高速に動かすのに非常により容易である。
【００４３】
図10は、別の実施形態による、加工表面908におけるレーザビーム906のスポットサイズ904を迅速に操作するシステム1000のブロック図である。システム1000は、入力レーザビーム906の光路内に、適応レンズまたはミラー1010と、ビームステアリング光学素子912と、走査レンズ914とを含む。適応レンズまたはミラー1010の表面曲率は、（例えば、圧電アクチュエータを使用し）外部から制御してシステムの焦点距離を変えてよい。  
たとえば、図10は、（実線で示される）第１の位置、及び、（仮想線で示される）第２の位置にある適応レンズまたはミラー1010の表面を示す。適応レンズまたはミラー1010の表面が第１の位置にあるとき、焦点面916は、加工表面908に対して（実線で示される）第１の位置にある。こうして、レーザビーム906は、加工表面908において（実線で示される）第１のスポットサイズ904を形成する。適応レンズまたはミラー1010の表面が第２の位置へ動かされた後では、焦点面916は、加工表面908に対して（仮想線で示される）第２の位置にある。こうして、レーザビーム906は、加工表面908において（仮想線で示される）第２のスポットサイズ904を形成する。適応レンズまたはミラー1010の表面は、迅速に変えることができるので、加工物表面908のスポットサイズ904は迅速に調節することができる。  
ここに開示される実施形態では、より少いパスを使用して、異なる幅のトレンチのルーティングを完了させることによって、加工スループットが向上する。本実施形態ではまた、システム精度と繰り返し性においてより多くの柔軟性が許容され、異なる幅のトレンチが巧く結合される。さらに、本実施形態では、１つのトレンチ幅から別のトレンチ幅までの移行領域内において深さ制御が大幅に向上する。
【００４４】
この技術分野の当業者にとっては、本発明の基本原理から逸脱することなく、上記の実施形態の詳細に対して、多くの変更を加えることができることは、よく理解できることである。従って、本発明の範囲は、次に続く請求範囲によってのみ決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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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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