(57)【要約】  本開示の一観点に係るレーザ照射システムは、第１のレーザ光を第２のレーザ光に変換する第１の光学系と、複数のミラーを含み、複数のミラーの各々の姿勢角度を制御可能なマルチミラーデバイスであって、第２のレーザ光を分割して複数の方向に反射することによって、分割された複数のレーザ光を生成するマルチミラーデバイスと、分割された複数のレーザ光を集光するフーリエ変換光学系と、第２のレーザ光の空間的コヒーレント長以上互いに離れたミラーによって分割された複数のレーザ光がフーリエ変換光学系によって重ね合わさるように複数のミラーの姿勢角度を制御する制御部と、を備える。
2019111382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザ光を第２のレーザ光に変換する第１の光学系と、
複数のミラーを含み、前記複数のミラーの各々の姿勢角度を制御可能なマルチミラーデバイスであって、前記第２のレーザ光を分割して複数の方向に反射することによって、分割された複数のレーザ光を生成するマルチミラーデバイスと、
前記分割された複数のレーザ光を集光するフーリエ変換光学系と、
前記第２のレーザ光の空間的コヒーレント長以上互いに離れた前記ミラーによって分割された複数のレーザ光が前記フーリエ変換光学系によって重ね合わさるように前記複数のミラーの姿勢角度を制御する制御部と、
を備えるレーザ照射システム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、さらに追加して、
前記第１のレーザ光を出力するレーザ装置と、を備えるレーザ照射システム。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ照射システムであって、
前記レーザ装置は、放電励起式レーザ装置であるレーザ照射システム。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、
前記制御部は、前記第２のレーザ光の前記空間的コヒーレント長に基づいて、複数のコヒーレンスセルを設定し、
前記マルチミラーデバイスにおける前記複数のミラーの配列を前記コヒーレンスセルに対応させて複数のミラー配列領域に区画することにより、前記コヒーレンスセルごとに複数のミラーを含む前記ミラー配列領域を定め、
前記複数のコヒーレンスセルの各々から１つのミラーを選択して、前記選択したミラーの各々が同一方向にレーザ光を反射するように、前記複数のミラーの姿勢角度を制御するレーザ照射システム。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ照射システムであって、
前記コヒーレンスセルは、直交する２軸方向の第１の軸方向の空間的コヒーレント長を第１の辺とし、第２の軸方向の空間的コヒーレント長を第２の辺とする四角形の大きさ以上の領域であるレーザ照射システム。
【請求項６】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、さらに追加して、
前記第２のレーザ光のビーム特性を計測するビーム特性計測器と、を備え、
前記制御部は、前記ビーム特性計測器の計測結果に基づいて、前記複数のミラーの姿勢角度を制御するレーザ照射システム。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ照射システムであって、
前記ビーム特性計測器は、前記第２のレーザ光のビーム断面の光強度分布を計測するビームプロファイラであるレーザ照射システム。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザ照射システムであって、
前記制御部は、前記ビームプロファイラによって計測された前記ビーム断面の各位置の光強度に基づいて、前記複数のミラーの姿勢角度を制御するレーザ照射システム。
【請求項９】
請求項６に記載のレーザ照射システムであって、
前記ビーム特性計測器は、前記第２のレーザ光のビーム断面の各位置におけるレーザ光の進行方向と光強度を計測する波面センサであるレーザ照射システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ照射システムであって、
前記制御部は、前記波面センサによって計測された前記ビーム断面の各位置におけるレーザ光の進行方向と光強度に基づいて、前記複数のミラーの姿勢角度を制御するレーザ照射システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、
前記第１の光学系は、ビーム整形光学系を含むレーザ照射システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、
前記第１の光学系は、ビームコリメータ光学系を含むレーザ照射システム。
【請求項１３】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、
前記第１の光学系は、低コヒーレンス光学系を含むレーザ照射システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のレーザ照射システムであって、
前記低コヒーレンス光学系は、レーザビーム内の異なる位置のレーザ光に対し空間的に時間的コヒーレント長以上の光路差を生成する光学素子であるレーザ照射システム。
【請求項１５】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、
前記第２のレーザ光を前記マルチミラーデバイスによって反射して分割されたレーザ光の光路差ΔＬｇが前記第２のレーザ光の時間的コヒーレント長ΔＬｔ以上となるピッチｐｓが、前記第２のレーザ光の空間的コヒーレント長よりも小さくなるように、前記第２のレーザ光が前記マルチミラーデバイスに入射する角度が設定されているレーザ照射システム。
【請求項１６】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、
前記フーリエ変換光学系の焦点位置に結像した第１の像を、被加工材料の表面に第２の像として結像させる投影光学系を備えるレーザ照射システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のレーザ照射システムであって、
前記第１の像の位置に、前記第１の像の集光ビームよりも小さい開口部が配置されたマスクを備えるレーザ照射システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のレーザ照射システムであって、
前記マスクに設けられた前記開口部の直径をＤｍ、前記第１の像の集光ビームの直径をＤＩとする場合に、０．３＜Ｄｍ／ＤＩ＜０．９９を満たすレーザ照射システム。
【請求項１９】
電子デバイスの製造方法であって、
第１のレーザ光を出力するレーザ装置と、
前記第１のレーザ光を第２のレーザ光に変換する第１の光学系と、
複数のミラーを含み、前記複数のミラーの各々の姿勢角度を制御可能なマルチミラーデバイスであって、前記第２のレーザ光を分割して複数の方向に反射することによって、分割された複数のレーザ光を生成するマルチミラーデバイスと、
前記分割された複数のレーザ光を集光するフーリエ変換光学系と、
前記第２のレーザ光の空間的コヒーレント長以上互いに離れた前記ミラーによって分割された複数のレーザ光が前記フーリエ変換光学系によって重ね合わさるように前記複数のミラーの姿勢角度を制御する制御部と、を備えるレーザ照射システムによってレーザ光を生成し、
前記レーザ照射システムによって生成されたレーザ光を被加工材料に照射して前記被加工材料を加工すること
を含む電子デバイスの製造方法。
【請求項２０】
第１のレーザ光を第２のレーザ光に変換する第１の光学系と、
複数のミラーを含み、前記複数のミラーの各々の姿勢角度を制御可能なマルチミラーデバイスであって、前記第２のレーザ光を分割して複数の方向に反射することによって、分割された複数のレーザ光を生成するマルチミラーデバイスと、
前記分割された複数のレーザ光を集光するフーリエ変換光学系と、
前記第２のレーザ光のビーム断面の各位置におけるレーザ光の進行方向と光強度を計測する波面センサと、
前記波面センサによって計測された前記ビーム断面の各位置におけるレーザ光の進行方向と光強度に基づいて、前記複数のミラーの姿勢角度を制御する制御部と、
を備えるレーザ照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ照射システム、及び電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。【０００３】
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには等価における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。【０００４】
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化部（Line  Narrow  Module）が設けられ、この狭帯域化部によりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。【０００５】
また、エキシマレーザ光はパルス幅が約数１０ｎｓであって、波長はそれぞれ、２４８．４ｎｍと１９３．４ｎｍと短いことから、高分子材料やガラス材料等の直接加工に用いられることがある。高分子材料は、結合エネルギよりも高いフォトンエネルギをもつエキシマレーザ光によって、高分子材料の結合を切断できる。そのため、非加熱加工が可能となり、加工形状が綺麗になることが知られている。【０００６】
また、ガラスやセラミックス等はエキシマレーザ光に対する吸収率が高いので、可視レーザ光及び赤外線レーザ光では加工することが難しい材料の加工もできることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２２２８４１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１０１８１５号公報
【特許文献３】特開２００５−２０５４６４号公報
【概要】
【０００８】
本開示の１つの観点に係るレーザ照射システムは、第１のレーザ光を第２のレーザ光に変換する第１の光学系と、複数のミラーを含み、複数のミラーの各々の姿勢角度を制御可能なマルチミラーデバイスであって、第２のレーザ光を分割して複数の方向に反射することによって、分割された複数のレーザ光を生成するマルチミラーデバイスと、分割された複数のレーザ光を集光するフーリエ変換光学系と、第２のレーザ光の空間的コヒーレント長以上互いに離れたミラーによって分割された複数のレーザ光がフーリエ変換光学系によって重ね合わさるように複数のミラーの姿勢角度を制御する制御部と、を備える。
【０００９】
本開示の他の１つの観点に係る電子デバイスの製造方法は、第１のレーザ光を出力するレーザ装置と、第１のレーザ光を第２のレーザ光に変換する第１の光学系と、複数のミラーを含み、複数のミラーの各々の姿勢角度を制御可能なマルチミラーデバイスであって、第２のレーザ光を分割して複数の方向に反射することによって、分割された複数のレーザ光を生成するマルチミラーデバイスと、分割された複数のレーザ光を集光するフーリエ変換光学系と、第２のレーザ光の空間的コヒーレント長以上互いに離れたミラーによって分割された複数のレーザ光がフーリエ変換光学系によって重ね合わさるように複数のミラーの姿勢角度を制御する制御部と、を備えるレーザ照射システムによってレーザ光を生成し、レーザ照射システムによって生成されたレーザ光を被加工材料に照射して被加工材料を加工することを含む。
【００１０】
本開示の他の１つの観点に係るレーザ照射システムは、第１のレーザ光を第２のレーザ光に変換する第１の光学系と、複数のミラーを含み、複数のミラーの各々の姿勢角度を制御可能なマルチミラーデバイスであって、第２のレーザ光を分割して複数の方向に反射することによって、分割された複数のレーザ光を生成するマルチミラーデバイスと、分割された複数のレーザ光を集光するフーリエ変換光学系と、第２のレーザ光のビーム断面の各位置におけるレーザ光の進行方向と光強度を計測する波面センサと、波面センサによって計測されたビーム断面の各位置におけるレーザ光の進行方向と光強度に基づいて、複数のミラーの姿勢角度を制御する制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、例示的なレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、マルチミラーデバイス（ＭＭＤ）のミラーの動作を模式的に示した説明図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。
【図４】図４は、ＭＭＤとフーリエ変換光学系を用いてパターンを形成する原理を示す説明図である。
【図５】図５は、ＭＭＤのミラーに対する入射光と反射光を示した図である。
【図６】図６は、エキシマレーザ装置から出力され、ビーム整形光学系に入射するレーザビームのコヒーレンスセルを示す図である。
【図７】図７は、空間的コヒーレント長を計測する方法の概要を示す図である。
【図８】図８は、イメージセンサによって計測される干渉縞の光強度分布の例を示したグラフである。
【図９】図９は、ダブルピンホールの間隔と干渉縞のコントラストの関係を示したグラフである。
【図１０】図１０は、ビーム整形光学系とビームコリメータ光学系を経てＭＭＤに入射するレーザビームのコヒーレンスセルを示す図である。
【図１１】図１１は、ＭＭＤにおけるレーザビームのコヒーレンスセルと、コヒーレンスセルの配列の例を示す図である。
【図１２】図１２は、ＭＭＤにおけるコヒーレンスセルとその中に配置された個々のミラーの配列の例を示す図である。
【図１３】図１３は、ＭＭＤのミラーで反射されたレーザ光がフーリエ変換光学系によって集光点に集光したと仮定した場合の模式図である。
【図１４】図１４は、ＭＭＤのミラーの姿勢角度を制御する処理を含むメインルーチンのフローチャートである。
【図１５】図１５は、図１４のステップＳ１３の処理内容を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、図１４のステップＳ１４の処理内容を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、図１４のステップＳ１５の処理内容を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、実施形態２に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。
【図１９】図１９は、ビーム特性計測器の一例であるビームプロファイラの構成を概略的に示す図である。
【図２０】図２０は、ビーム特性計測器がビームプロファイラである場合の制御例のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、図２０のステップＳ１４Ａの処理内容を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、図２０のステップＳ１４Ｂの処理内容を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、図２０のステップＳ１５Ａの処理内容を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、ビーム特性計測器の一例である波面センサを概略的に示す図である。
【図２５】図２５は、ビーム特性計測器が波面センサである場合の制御例のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図２６】図２６は、図２５のステップＳ１４Ｃの処理内容を示すフローチャートである。
【図２７】図２７は、図２５のステップＳ１４Ｄの処理内容を示すフローチャートである。
【図２８】図２８は、実施形態３に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。
【図２９】図２９は、低コヒーレンス光学系に階段プリズムを採用した例を示す図である。
【図３０】図３０は、図２９におけるビーム整形前のコヒーレンスセルを示す図である。
【図３１】図３１は、図２９におけるビーム整形後のコヒーレンスセルを示す図である。
【図３２】図３２は、図２９における低コヒーレンス光学系を用いて低コヒーレンス化した後のコヒーレンスセルを示す図である。
【図３３】図３３は、ＭＭＤに入射するレーザビームとＭＭＤから反射されたレーザビームの模式図である。
【図３４】図３４は、ＭＭＤに入射するレーザビームのコヒーレンスセルを示す図である。
【図３５】図３５は、ＭＭＤから反射されたレーザビームのコヒーレンスセルを示す図である。
【図３６】図３６は、実施形態４に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。
【図３７】図３７は、ビーム整形光学系の構成例１を示す模式図である。
【図３８】図３８は、ビーム整形光学系の構成例２を示す模式図である。
【図３９】図３９は、ビームコリメータ光学系の構成例を示す模式図である。
【図４０】図４０は、投影光学系の構成例を示す図である。
【図４１】図４１は、マスクに形成されている開口部と、マスクに照射されるレーザ光の関係を例示した図である。
【図４２】図４２は、マスクに形成されている四角形の開口部と、マスクに照射されるレーザ光の関係を例示した図である。
【図４３】図４３は、ＭＭＤからの反射光をフーリエ変換光学系によって集光する例を模式的に示した図である。
【図４４】図４４は、図４３の例におけるフーリエ変換光学系の焦点面での集光像の拡大図である。
【図４５】図４５は、ＭＭＤからの反射光をフーリエ変換光学系によって集光する他の例を模式的に示した図である。
【図４６】図４６は、図４５の例におけるフーリエ変換光学系の焦点面での集光像の拡大図である。
【図４７】図４７は、互いに干渉性が低い複数のビームを円周上に重ね合わせて集光させる場合のフーリエ変換光学系の焦点面での集光像の拡大図である。
【実施形態】
【００１２】
−目次−
１．レーザ加工システムの全体説明
１．１  構成
１．２  動作
２．課題
３．実施形態１
３．１  構成
３．２  動作
３．３  ＭＭＤとフーリエ変換光学系を用いたパターンの形成について
３．４  ＭＭＤの反射光の干渉について
３．５  レーザビームの空間的コヒーレント長とコヒーレンスセルの説明
３．６  コヒーレンスセルとＭＭＤの複数ミラーの関係
３．７  ＭＭＤのミラーによるレーザ光の反射について
３．８  実施形態１に係るレーザ加工システムの制御フローの例
３．８．１  メインルーチン
３．８．２  ステップＳ１３のサブルーチン
３．８．３  ステップＳ１４のサブルーチン
３．８．４  ステップＳ１５のサブルーチン
３．８．５  変形例１
３．８．６  変形例２
３．８．７  変形例３
３．８．８  変形例４
３．９  作用・効果
３．１０  他の形態例１
３．１１  他の形態例２
３．１２  その他
４．実施形態２
４．１  構成
４．２  ビーム特性計測器がビームプロファイラの場合
４．３  動作
４．３．１  メインルーチン
４．３．２  ステップＳ１４Ａのサブルーチン
４．３．３  ステップＳ１４Ｂのサブルーチン
４．３．４  ステップＳ１５Ａのサブルーチン
４．４  作用・効果
４．５  ビーム特性計測器が波面センサの場合
４．５．１  構成
４．５．２  動作
４．５．３  メインルーチン
４．５．４  ステップＳ１４Ｃのサブルーチン
４．５．５  ステップＳ１４Ｄのサブルーチン
４．５．６  作用・効果
５．実施形態３
５．１  構成
５．２  動作
５．３  作用・効果
５．４  他の形態例３
５．５  他の形態例４
５．６  他の形態例５
６．ＭＭＤへの入射角度の調節による低コヒーレンス化の説明
７．実施形態４
７．１  構成
７．２  動作
７．３  作用・効果
７．４  ビーム特性を計測するタイミングについて
８．  ビーム整形光学系のバリエーション
８．１  ビーム整形光学系の構成例１
８．２  ビーム整形光学系の構成例２
９．ビームコリメータ光学系の例
９．１  構成
９．２  動作
９．３  他の構成例
１０．投影光学系のバリエーション
１０．１  構成
１０．２  動作
１０．３  マスクの開口部の形状とフーリエ変換光学系の集光点のビーム径の関係
１０．３．１  マスクの開口部の形状が円形の場合
１０．３．２  マスクの開口部の形状が四角形の場合
１０．３．３  フーリエ変換光学系の焦点面にマスクを配置する利点
１０．３．４  その他の形態
１０．４  作用・効果
１０．５  他の形態例６
１１．フーリエ変換光学系の焦点面にてレーザビームの一部を重ねる場合の例
１２．多点加工の加工点数の好ましい範囲の例
１３．レーザ加工システムを用いた加工の例
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１３】
１．レーザ加工システムの全体説明
１．１  構成
図１に、例示的なレーザ加工システムの構成を概略的に示す。レーザ加工システム１０は、レーザ装置１２と、レーザ加工装置１４と、を含む。レーザ装置１２は、被加工材料１６を加工するレーザ光を出力するレーザ装置である。例えば、レーザ装置１２としては、空間コヒーレンスが高いＹＡＧレーザの第３高調波光（３５５ｎｍ）又は第４高調波光（２６６ｎｍ）のパルスレーザ光を出力する紫外線レーザ装置を用いることができる。
【００１４】
レーザ加工装置１４は、高反射ミラー３１〜３５と、アッテネータ４０と、均一照明光学系４６と、マルチミラーデバイス（ＭＭＤ：Multi Mirror Device)５０と、転写光学系６０と、投影光学系６４と、被加工材料１６を載せるテーブル７０と、ＸＹＺステージ７２と、を含む。
【００１５】
高反射ミラー３１は、レーザ装置１２から出力されたパルスレーザ光２１を、高反射ミラー３２に入射するように配置される。高反射ミラー３２は、パルスレーザ光２１が高反射ミラー３３に入射するように配置される。
【００１６】
アッテネータ４０は、高反射ミラー３１と高反射ミラー３２の間の光路上に配置される。アッテネータ４０は、２枚の部分反射ミラー４１、４２と、それぞれのミラーの入射角を可変する回転ステージ４３、４４と、を含む。
【００１７】
高反射ミラー３３は、高反射ミラー３４を介して、ＭＭＤ５０への入射角が角度αとなるように配置される。
【００１８】
均一照明光学系４６は、高反射ミラー３２と高反射ミラー３３の間の光路上に配置される。均一照明光学系４６は、例えば、光強度分布がガウシアンのビームをトップハットのビームに変換する光学系である。均一照明光学系４６は、例えば、２つのアキシコンレンズの組み合わせであってもよい。
【００１９】
高反射ミラー３５は、ＭＭＤ５０の反射角度が０で反射したパルスレーザ光２６が転写光学系６０の中心軸を通過するように配置される。
【００２０】
ＭＭＤ５０の詳細な構造は図示しないが、ＭＭＤ５０は、多数のミラーをマトリクス状に配列させた構造を有するマイクロミラーデバイスであってよい。ＭＭＤ５０の各ミラーは、個別に姿勢角度を制御することができる。
【００２１】
投影光学系６４は、転写光学系６０によって結像したＭＭＤ５０の第１の転写像面６２と投影光学系６４の物体面が一致するように配置される。
【００２２】
投影光学系６４は、第１の転写像面６２の像が被加工材料１６の表面に結像するように配置される。
【００２３】
被加工材料１６は、ＸＹＺステージ７２の上のテーブル７０に固定される。
【００２４】
また、レーザ加工装置１４は、レーザ加工制御部８０を備える。レーザ加工制御部８０は、レーザ装置１２、アッテネータ４０、ＭＭＤ５０及びＸＹＺステージ７２の動作を制御する。
【００２５】
１．２  動作
図１を参照して、例示的なレーザ加工システムの動作を説明する。レーザ加工制御部８０は、被加工材料１６に加工するパターンのデータを外部装置から読み込む。
【００２６】
レーザ加工制御部８０は、加工パターンのデータを基に、ＭＭＤ５０の各ミラーをＯＮ又はＯＦＦに制御する。図２は、ＭＭＤ５０のミラーの動作を模式的に示した説明図である。ＭＭＤ５０のミラーについて「ＯＮ」の状態に制御するとは、すなわち、ＯＮのミラー５１の反射光が転写光学系６０に入射するようにミラーの姿勢角度を制御することを意味する。また、ＭＭＤ５０のミラーについて「ＯＦＦ」の状態に制御するとは、すなわち、ＯＦＦのミラー５２の反射光が転写光学系６０に入射しないように、ミラーの姿勢角度を制御することを意味する。ＯＮの状態に制御されたミラー５１をＯＮミラー、ＯＦＦの状態に制御されたミラー５２をＯＦＦミラーと呼ぶ場合がある。
【００２７】
レーザ加工制御部８０は、被加工材料１６でのフルーエンスが所定範囲となるように、アッテネータ４０の透過率を制御する。
【００２８】
レーザ加工制御部８０は、被加工材料１６の表面が投影光学系６４の結像面と一致するようにＸＹＺステージ７２を制御する。
【００２９】
レーザ加工制御部８０は、レーザ装置１２に、発光トリガを送信することによって、レーザ装置１２からパルスレーザ光２１が出力される。
【００３０】
パルスレーザ光２１は高反射ミラー３１を高反射し、アッテネータ４０を通過することによって、減光される。アッテネータ４０にて減光されたパルスレーザ光２１は高反射ミラー３２で高反射し、均一照明光学系４６を透過することによって、光強度分布がトップハットの形状のレーザビームに変換される。
【００３１】
トップハット化されたレーザビームは、高反射ミラー３３と高反射ミラー３４を経由して、ＭＭＤ５０に入射される。
【００３２】
ＭＭＤ５０でＯＮ状態のそれぞれのミラーによって反射されたパルスレーザ光は、転写光学系６０によって、第１の転写像面６２においてＭＭＤ５０の像として結像する。
【００３３】
第１の転写像面６２において結像したＭＭＤ５０の像は投影光学系６４によって、被加工材料１６の表面に再び結像する。
【００３４】
こうして被加工材料１６は、ＭＭＤ５０における「ＯＮ」のミラーのパターンで加工される。
【００３５】
２．課題
図２に示した構成では、ＭＭＤ５０の素子表面の像を転写光学系６０によって、投影光学系６４の物体面に結像し、ＭＭＤ５０の各ミラーのＯＮとＯＦＦで加工パターンの像を形成する。
【００３６】
このＯＮ／ＯＦＦ像は被加工材料１６の表面に結像するので、ＭＭＤ５０のＯＮに対応する部分は加工され、ＯＦＦに対応する部分は加工されない。このようにＭＭＤ５０の素子表面の像を結像させる結像型の場合、加工パターンの像の形成がＯＮ／ＯＦＦの２値型であり、ＯＦＦのミラーからの光は、加工に使わないために光の利用効率が悪い。
【００３７】
３．実施形態１
３．１  構成
図３は、実施形態１に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。図１との相違点を説明する。実施形態１に係るレーザ加工システム１０に用いられるレーザ装置１２は、紫外線のパルスレーザ光を出力するレーザ装置であって、例えば、レーザ装置１２は、Ｆ２、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、又はＸｅＦをレーザ媒質とする放電励起式レーザ装置である。
【００３８】
レーザ装置１２は、マスターオシレータ１０２と、モニタモジュール１０４と、シャッタ１０６と、レーザ制御部１０８と、を含む。マスターオシレータ１０２は、レーザチャンバ１１０と、光共振器１２０と、充電器１２６と、パルスパワーモジュル（ＰＰＭ）１２８と、を含む。
【００３９】
レーザチャンバ１１０には、エキシマレーザガスが封入される。レーザチャンバ１１０は、１対の電極１１３、１１４と、絶縁部材１１５と、ウインドウ１１７、１１８と、を含む。
【００４０】
光共振器１２０は、リアミラー１２１と出力結合ミラー（ＯＣ：Output Coupler)１２２とを含んで構成される。リアミラー１２１と出力結合ミラー１２２の各々は、平面基板に、高反射膜と部分反射膜がコートされる。
【００４１】
レーザチャンバ１１０は、光共振器１２０の光路上に配置される。
【００４２】
モニタモジュール１０４は、ビームスプリッタ１３０と、光センサ１３２と、を含む。
【００４３】
シャッタ１０６は、モニタモジュール１０４から出力されるパルスレーザ光の光路上に配置される。
【００４４】
図３に示すレーザ加工装置１４は、高反射ミラー３２と高反射ミラー３３の間の光路上にビーム整形光学系４７とビームコリメータ光学系４８が配置されている。すなわち、レーザ加工装置１４は、図１で説明した均一照明光学系４６に代えて、ビーム整形光学系４７とビームコリメータ光学系４８を備えている。
【００４５】
ビーム整形光学系４７は、レーザ装置１２から出力されたパルスレーザ光のビームの長方形のビーム断面形状を、正方形に変換するビームエキスパンダである。
【００４６】
ビームコリメータ光学系４８は、共役な光学系であって、ビーム整形光学系４７によりビーム整形されたレーザビームをＭＭＤ５０上に転写結像させる構成である。
【００４７】
ＭＭＤ５０は、複数のミラーを含み、各ミラーの姿勢角度を多段階に、若しくは、任意の角度に制御可能である。
【００４８】
図３に示すレーザ加工装置１４は、図１で説明した転写光学系６０の代わりに、フーリエ変換光学系６１が配置されている。フーリエ変換光学系６１は、レーザビームを集光する光学系であって、単レンズまたは複数枚のレンズを用いて構成してもよい。
【００４９】
フーリエ変換光学系６１は、焦点面が投影光学系６４の物体位置と一致するように配置される。投影光学系６４は、好ましくは両テレセントリックな光学系であって、倍率が１以下で縮小投影する光学系であってもよい。
【００５０】
３．２  動作
レーザ加工制御部８０は、被加工材料１６をテーブル７０にセットすると、最初の照射エリアと、投影光学系６４の結像面と一致するように、ＸＹＺステージ７２を制御する。
【００５１】
レーザ加工制御部８０は、複数の加工点のデータから、ＭＭＤ５０の各ミラーの姿勢角度を計算し、その計算結果に基づきＭＭＤ５０の各ミラーの姿勢角度を制御する。
【００５２】
レーザ加工制御部８０は、被加工材料１６に加工する複数の位置データの受信と、ＭＭＤの各々のミラーから反射される分割された複数のレーザ光の進行方向を計算する。「被加工材料１６に加工する複数の位置データ」とは、複数の加工点の位置を示すデータである。本実施形態の複数の加工点のデータは、互いに異なる位置の加工点であって、各加工点のレーザビームは重なり合わないデータとする。各加工点のレーザビームが重なる場合は干渉して光強度分布が悪化する場合がある。
【００５３】
ここで、レーザ加工制御部８０は、空間的コヒーレント長の大きさのコヒーレンスセルを複数設定して、各コヒーレンスセルから反射されたレーザ光がフーリエ変換光学系６１の焦点面で重ね合わさって集光されるように、各ミラーの姿勢角度を制御する。
【００５４】
次に、レーザ加工制御部８０は、照射条件を設定する。レーザ加工制御部８０は、以下の処理ａ〜ｃを行う。
【００５５】
（処理ａ）レーザ加工制御部８０は、加工面での目標フルーエンスＦｔ、繰り返し周波数ｆ、及び照射パルス数Ｓのデータを読み込む。
【００５６】
（処理ｂ）レーザ加工制御部８０は、加工面での目標フルーエンスＦｔとなるように、レーザの目標パルスエネルギＥｔと集光点の数Ｎｐと被加工材料１６の表面における集光点の面積Ｓｐからアッテネータの透過率Ｔを計算する。レーザ加工制御部８０は、透過率Ｔとなるように、アッテネータ４０の透過率を制御する。
【００５７】
目標パルスエネルギＥｔは、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光の定格のパルスエネルギである。「定格のパルスエネルギ」とは、レーザ装置が安定にレーザ装置から出力されるパルスレーザ光の定格のパルスエネルギである。レーザ加工制御部８０は、レーザ装置の定格のパルスエネルギを目標パルスエネルギＥｔとして、予め記憶している。
【００５８】
（処理ｃ）レーザ加工制御部８０は、レーザ制御部１０８に、目標パルスエネルギＥｔと、繰り返し周波数ｆと、照射パルス数Ｓの各データを送信する。
【００５９】
次に、レーザ加工制御部８０は、レーザ制御部１０８に、レーザ発振の指令信号を送信する。
【００６０】
レーザ装置１２から出力されたパルスレーザ光は、高反射ミラー３１で高反射し、アッテネータ４０を通過することによって、減光される。アッテネータ４０によって減光されたパルスレーザ光は高反射ミラー３２で高反射し、ビーム整形光学系４７によって、長方形のビームから略正方形のビームに変換される。ここで言う「略正方形」とは、ＭＭＤ５０の有効エリアと概ね同じ形であることを意味する。ＭＭＤ５０の有効エリアは、多数のミラーがマトリクス状に配列されている領域であり、反射面として有効に機能する領域を指す。有効エリアを「ミラー全体」或いは「ＭＭＤの素子全体」と表現する場合がある。
【００６１】
ビーム整形光学系４７を介して略正方形にビーム整形されたレーザビームは、ビームコリメータ光学系４８によって、高反射ミラー３３及び高反射ミラー３４を介して、ＭＭＤ５０に配置された複数のミラー全体に転写結像される。
【００６２】
ＭＭＤ５０の各ミラーで反射され、複数の角度（異なる複数の進行方向）に分割されたレーザビームは、高反射ミラー３５を介してフーリエ変換光学系６１を透過する。これにより、フーリエ変換光学系６１の焦点面６３に複数の集光点が結像される。ここで、各集光点は、干渉性が低い分割されたレーザビームを重ね合わされ、干渉縞の生成は抑制される。フーリエ変換光学系６１の焦点面６３は、ＭＭＤ５０によって形成されるパターンを含んだパターン面となり得る。
【００６３】
フーリエ変換光学系６１の焦点面６３で結像した第１の像は、投影光学系６４によって、被加工材料１６の表面に第２の像として再び結像する。その結果、被加工材料１６の加工用の位置データとして予め読み込んだ加工点に、所定の照射条件でレーザ光が照射される。
【００６４】
図３に示したレーザ加工システム１０及びレーザ加工装置１４の各々は「レーザ照射システム」の一例である。被加工材料にレーザ光を照射することにより、被加工材料の加工が行われるため、「加工」は「照射」と置き換えて理解してよい。レーザ装置１２が出力するパルスレーザ光２１は「第１のレーザ光」の一例である。ビーム整形光学系４７とビームコリメータ光学系４８は「第１の光学系」の一例である。レーザ加工制御部８０は「制御部」の一例である。ビームコリメータ光学系４８から出力されたレーザ光は「第２のレーザ光」の一例である。
【００６５】
本開示において、レーザ加工制御部８０、及びレーザ制御部１０８等の制御装置は、１台又は複数台のコンピュータのハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実現することが可能である。ソフトウェアはプログラムと同義である。プログラマブルコントローラはコンピュータの概念に含まれる。レーザ加工制御部８０、及びレーザ制御部１０８その他の制御装置が行う制御に必要な処理機能の一部又は全部は、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）に代表される集積回路を用いて実現してもよい。
【００６６】
また、複数の制御装置の機能を一台の制御装置で実現することも可能である。さらに本開示において、レーザ加工制御部８０、及びレーザ制御部１０８等は、ローカルエリアネットワークやインターネットといった通信ネットワークを介して互いに接続されてもよい。分散コンピューティング環境において、プログラムユニットは、ローカル及びリモート両方のメモリストレージデバイスに保存されてもよい。
【００６７】
３．３  ＭＭＤとフーリエ変換光学系を用いたパターンの形成について
図４は、ＭＭＤとフーリエ変換光学系を用いてパターンを形成する原理を示す説明図である。図４に示したように、ＭＭＤ５０に入射した平行光は、ミラーの姿勢角度に応じて、反射光の進行方向が異なる複数の平行光群に分割される。図４では、説明を簡単にするために、ミラーの姿勢角度を２種類の角度のいずれかに制御して、ＭＭＤ５０からの反射光が進行方向（角度）の異なる２つの平行光群に分割された例が示されている。すなわち、ＭＭＤ５０に入射した平行光は、基準方向に対してθ１の角度を持つ第１の平行光群と、基準方向に対してθ２を持つ第２の平行光群とに分かれる。基準方向は、ＭＭＤ５０においてレーザ光がマクロに設定される反射面５０Ｒに０°で入射した場合のレーザ光の正反射方向である。この場合の正反射方向は、この反射面の法線方向と同義である。
【００６８】
「マクロに設定される反射面」とは、ＭＭＤの有効エリアを単一平面の反射面と見做しした場合の基準反射面であり、有効エリアを平面視する方向が法線方向となる。この「マクロに設定される反射面」を「基準反射面」と呼ぶ。
【００６９】
図４では、θ１の角度を持つ第１の方向に反射されたレーザ光の平行光群を太実線の矢印で示し、θ２の角度を持つ第２の方向に反射されたレーザ光の平行光群を破線の矢印で示す。また、第１の方向は基準反射面の正反射方向として示す。図４においてミラー５３は、レーザ光を第１の方向に反射するように姿勢角度が制御されている。また、図４においてミラー５４は、レーザ光を第２の方向に反射するように姿勢角度が制御されている。
【００７０】
ＭＭＤ５０で反射したこれら２つの平行光群は、焦点距離Ｆを持つフーリエ変換光学系の焦点平面上のＦθ1とＦθ2の２つの位置に集まり結像する。
【００７１】
ＭＭＤ５０は、例えば１００００個以上の多くのミラーを含んで構成されている。したがって、ＭＭＤ５０によって複数の方向に反射することで分割された平行光群の数がｎ個であれば、フーリエ変換光学系６１を介してｎ個の集光点が焦点平面上に形成される。
【００７２】
本例のシステムによれば、次のような利点がある。
【００７３】
（ａ）θの角度の数を選択することにより、任意の数の多数点が形成できる。
【００７４】
（ｂ）ＭＭＤを構成している複数のミラーは、それぞれどこかの集光点に対応させればよいので、光の利用効率が改善される。
【００７５】
（ｃ）ミラーの選び方によって複数個の点の光強度を揃えることができる。
【００７６】
３．４  ＭＭＤの反射光の干渉について
図５は、ＭＭＤのミラーに対する入射光と反射光を示した図である。ＭＭＤ５０にコヒーレントな平行光が入射した場合、ＭＭＤ５０のマクロに設定される反射面（基準反射面５０Ｒ）による正反射方向の光線間では、波面が保存される。
【００７７】
一方、コヒーレントな平行光が入射角αで入射し、ミラーＭｉの姿勢角度を制御して反射角θｉで反射した場合、ＭＭＤ５０の基準反射面５０Ｒによる正反射方向ではない光線間では、光路差が発生する。
【００７８】
光路差＝ΔＬ＝ｍλ＝ p ( sin α −sin θｉ )    （１）
ここで、ｍ：次数、λ：波長、ｐ：ＭＭＤのミラーのピッチ、α：入射角、θｉ：ＭＭＤのミラーＭｉから反射される角度である。ここでθｉの角度の基準は、ＭＭＤの基準反射面５０Ｒの法線に対する角度である。
【００７９】
式（１）から、例えば、光路差ΔＬが波長の整数倍の時に、ミラーＭｉの近傍にあるミラーＭｉ＋1が同じ角度θｉで反射する場合は、ミラーＭｉとミラーＭｉ＋1の反射光は干渉して、強め合って反射され、反射光の光強度は高くなる。
【００８０】
しかし、光路差ΔＬが波長の整数倍でない場合は、ミラーＭｉとミラーＭｉ＋1の反射光は互いに干渉して弱め合い、反射光の強度は低下する。特に、光路差ΔLが波長の（整数＋０．５）倍の場合は、弱め合って、反射光の強度は０となる。
【００８１】
以上のことから、以下に示す新たな課題がある。
【００８２】
［課題１］隣接するミラーから同方向に反射されたレーザ光同士が干渉するため、ＭＭＤ５０の各ミラーを連続的に角度を変化させても、干渉の状況に応じて光が強め合ったり弱め合ったりするので所望の制御された強い反射光を生成できない。
【００８３】
［課題２］その結果、被加工材料の任意の位置に加工することができない。
【００８４】
このような課題に対して、本実施形態では、エキシマレーザ装置から出力されるレーザビームのように、空間的コヒーレンスが低いレーザビームをＭＭＤ５０に入射させる。
【００８５】
また、レーザビームの中の互いに干渉し難い位置のレーザビーム同士を同じ角度で反射させるようにＭＭＤ５０の各ミラーの姿勢角度を制御する。
【００８６】
その結果、フーリエ変換光学系６１によって、任意の位置に反射光を重ね合わせても光強度は単純な加算となり維持される。そして、被加工材料１６の表面に任意の位置の加工が可能となる。
【００８７】
３．５  レーザビームの空間的コヒーレント長とコヒーレンスセルの説明
本実施形態ではＭＭＤ５０の各ミラーの姿勢角度を制御するために、「コヒーレンスセル」という概念を導入する。図６は、エキシマレーザ装置から出力され、ビーム整形光学系に入射するレーザビームのコヒーレンスセルを示す。レーザビームのビーム断面の長軸方向をＨ方向とし、Ｈ方向に直交する短軸方向をＶ方向とする。また、レーザビームの進行方向をＬ方向とする。
【００８８】
レーザビームにおけるＨ方向の空間的コヒーレント長をＬsh、Ｖ方向の空間コヒーレント長をＬsvとすると、コヒーレンスセルは、Ｈ方向のセル長がＬsh以上の長さであり、かつ、Ｖ方向のセル長がＬsv以上の長さの矩形範囲と定義される。ここでは、説明を簡単にするために、１つのコヒーレンスセルは、Ｌsh×Ｌsvの大きさであるとする。
【００８９】
例えば、Ｈ方向のビームの長さＨｐがＨｐ＝４ｍｍであり、Ｖ方向のビームの長さＶｐがＶｐ＝１６ｍｍのレーザビームとして、Ｈ方向及びＶ方向のそれぞれの空間的コヒーレント長がＬsh＝１ｍｍ、Ｌsv＝１ｍｍであるとする。この場合、コヒーレンスセルの大きさは１ｍｍ×１ｍｍとなり、図６に示すように、レーザビームの断面中に存在するコヒーレンスセルの数は、４×１６＝６４個となる。
【００９０】
空間的コヒーレント長は、以下のように定義される。
【００９１】
空間的コヒーレント長は、ヤングの干渉計（図８参照）におけるダブルピンホールにレーザ光を透過させて、ダブルピンホールの両ピンホール間の距離Ｄと、発生する干渉縞のコントラストＣを計測することによって計測可能である。
【００９２】
図７は、空間的コヒーレント長を計測する方法の概要を示す図である。ヤングの干渉計のダブルピンホールにレーザ光を透過させ、その干渉縞をイメージセンサによって撮像することにより、干渉縞の光強度分布を得ることができる。ダブルピンホールの両ピンホール間の距離とは、「ダブルピンホールの間隔」と同義である。
【００９３】
図８は、イメージセンサによって計測される干渉縞の光強度分布の例を示したグラフである。横軸は、イメージセンサのチャネル、すなわち、画素の位置を示し、縦軸は光強度を示す。干渉縞のコントラストＣは、次の式（２）から計算される。
【００９４】
Ｃ＝（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）          （２）
式（２）中のＩmaxは光強度の最大値である。Ｉminは光強度の最小値である。
【００９５】
図９は、ダブルピンホールの間隔と干渉縞のコントラストの関係を示したグラフである。横軸はダブルピンホールの間隔を表し、縦軸は干渉縞のコントラストを表す。空間的コヒーレント長は、干渉縞のコントラストＣが、例えば、１／ｅ２となる、ダブルピンホール間の距離Ｌｓとする（図９参照）。なお、「ｅ」は、自然対数の底（ネイピア数）である。
【００９６】
Ｈ方向の空間コヒーレント長Ｌshは、レーザビームの短軸方向にダブルピンホールを並べた場合に計測されたコヒーレント長である。
【００９７】
Ｖ方向の空間コヒーレント長Ｌsvは、レーザビームの長軸方向にダブルピンホールを並べた場合に計測されたコヒーレント長である。
【００９８】
例えば、ＭＭＤ５０の素子全体の大きさは１６ｍｍ×１６ｍｍ、ミラーの数は１０２４×１０２４個であり、１個のミラーの大きさは約１６μｍ×約１６μｍの場合を想定する。
【００９９】
図１０に、ビーム整形光学系４７を出射し、ビームコリメータ光学系４８を介して、ＭＭＤに入射するレーザビームとコヒーレンスセルを示す。
【０１００】
ビーム整形光学系４７によって、Ｈ方向の４倍にビーム拡大されたレーザビームがＭＭＤ５０に入射する。そのため、ビーム拡大されたレーザビームのビームサイズは、１６ｍｍ×１６ｍｍとなる。
【０１０１】
４倍のビーム拡大によって、Ｈ方向の空間コヒーレント長は、４×１ｍｍ＝４ｍｍとなる。したがって、１個のコヒーレンスセルは４ｍｍ×１ｍｍとなり、Ｈ方向の４倍にビーム拡大されたレーザビームのコヒーレンスセルの数（４×１６＝６４個）は保存される。
【０１０２】
ここで、１個のコヒーレンスセルにおけるＭＭＤ５０のミラーの数は、２５６×６４個＝１６３８４個となる。
【０１０３】
なお、本例では、コヒ−レンスセルはＬsh×Ｌsvの大きさとしたが、コヒーレンスセルの範囲は、Ｌsh×Ｌsvの範囲に限らない。１つのコヒーレンスセルの大きさは、Ｌsh×Ｌsv以上の大きさであってよい。
【０１０４】
例えば、ａ≧１、ｂ≧１を満たす数ａとｂを用いて、Ｈ方向のセルの長さをＬshのａ倍の長さ「ａ×Ｌsh」とし、Ｖ方向のセルの長さをＬsvのｂ倍の長さ「ｂ×Ｌsv」とするコヒーレンスセルを設定してもよい。
【０１０５】
Ｈ方向とＶ方向は直交する２軸方向の一例である。Ｈ方向は「第１の軸方向」の一例であり、「Ｌsh」或いは「ａ×Ｌsh」の長さを持つ四角形の一辺が「第１の辺」の一例である。Ｖ方向は「第２の軸方向」の一例であり、「Ｌsv」或いは「ｂ×Ｌsv」の長さを持つ四角形の一辺が「第２の辺」の一例である。
【０１０６】
３．６  コヒーレンスセルとＭＭＤの複数ミラーの関係
図１１に、ＭＭＤにおけるレーザビームのコヒーレンスセルと、コヒーレンスセルの配列の例を示す。この例では、コヒーレンスセルはＶ方向に１６行、Ｈ方向に４列並び、それぞれのコヒーレンスセルの配置は「Ｃ（行，列）」で表現している。
【０１０７】
図１２に、ＭＭＤにおけるコヒーレンスセルとその中に配置された個々のミラーの配列の例を示す。この例では、コヒーレンスセルＣ（１，１）と、Ｃ（１，２）と、Ｃ（２，１）と、Ｃ（２，２）の中のそれぞれのミラーは、Ｖ方向に６４行、Ｈ方向に２５６列並び、Ｍ（行，列）で表現している。
【０１０８】
図１２には、全てのミラーを図示していないが、Ｃ（１，１）〜Ｃ(１６，４)のコヒーレンスセル中には、それぞれ、Ｍ（１，１）〜Ｍ（６４，２５６）の６４×２５６個のミラーが配置されている。
【０１０９】
図１２のように、ＭＭＭＤ５０における複数のミラーの配列は、コヒーレンスセルに対応させて複数のミラー配列領域に区画され、コヒーレンスセルごとに複数のミラーＭ（１，１）〜Ｍ（６４，２５６）を含むミラー配列領域が定まる。
【０１１０】
それぞれのコヒーレンスセル中で、同じ位置Ｍ（ｋ，Ｊ）のミラーからそれぞれ反射されたレーザ光は、互いに干渉性は低い。本実施形態のレーザ加工制御部８０は、複数のコヒーレンスセルの各々から１つのミラーを選択して、選択したミラーの各々が同一方向にレーザ光を反射するように、複数のミラーの姿勢角度を制御する。同一方向にレーザ光を反射するように、複数のコヒーレンスセルの各々から選択する１つのミラーは、コヒーレンスセル中で同じ位置のミラーであってよい。
【０１１１】
３．７  ＭＭＤのミラーによるレーザ光の反射について
図１３は、ＭＭＤのミラーで反射されたレーザ光がフーリエ変換光学系によって集光点に集光したと仮定した場合の模式図である。図１３には、投影光学系の倍率を１として、入射光ＩがＭＭＤのコヒーレンスセルＣ（ｍ，ｎ）におけるミラーＭ（ｋ，Ｊ）で反射されたレーザ光がフーリエ変換光学系の焦点面の集光点Ｐ（ｋ，Ｊ）に集光したと仮定した場合の模式図が示されている。
【０１１２】
集光点Ｐ（ｋ，Ｊ）の位置を示すデータあれば、フーリエ変換光学系６１に入射するレーザ光の単位ベクトルＰ（ｋ，Ｊ）を求めることができる。レーザ光の単位ベクトルとは、レーザ光の進行方向を示す単位ベクトルを意味する。
【０１１３】
ミラーＭ（ｋ，Ｊ）で反射されたレーザ光の単位ベクトルＲ（ｋ，Ｊ）は、単位ベクトルＰ（ｋ，Ｊ）と等しい。本明細書では、数式等に用いるベクトルを表記する際に、表記の便宜上、角括弧［  ］を用いてベクトルを表すことにする。例えば、ベクトルＸは、［Ｘ］と表記する。つまり、［Ｒ（ｋ，Ｊ）］＝［Ｐ（ｋ，Ｊ）］となる。なお、図面では、文字記号の上に矢印「→」を付してベクトルを表記した。
【０１１４】
ミラーＭ（ｋ，Ｊ）に入射したレーザ光の単位ベクトルをベクトルＩとして、位置（ｋ，Ｊ）によらず、一定方向のベクトルであるとすると、反射の法則から、ミラーＭ（ｋ，Ｊ）の法線ベクトルＮ（ｋ，Ｊ）は、次の式（３）、
Ｎ（ｋ，Ｊ）＝［Ｐ（ｋ，Ｊ）］−［Ｉ］                    （３）
で表される。
【０１１５】
或いはまた、ミラーＭ（ｋ，Ｊ）に入射するレーザ光の角度が位置（ｋ，Ｊ）によって異なり、その角度が計測可能である場合は、ミラーＭ（ｋ，Ｊ）に入射したレーザ光の単位ベクトルをI（ｋ，Ｊ）とすると、ミラーＭ（ｋ，Ｊ）の法線ベクトルＮ（ｋ，Ｊ）は、次の式（４）、
Ｎ（ｋ，Ｊ）＝［Ｐ（ｋ，Ｊ）］−［Ｉ（ｋ，Ｊ）］          （４）
で表される。
【０１１６】
３．８  実施形態１に係るレーザ加工システムの制御フローの例
３．８．１  メインルーチン
図１４は、実施形態１に係るレーザ加工システムの制御例を示すメインルーチンのフローチャートである。ＭＭＤのミラーの姿勢角度を制御する処理を含む
ステップＳ１１において、被加工材料１６がテーブル７０にセットされる。被加工材料１６は、オペレータの手作業によってテーブル７０にセットされてもよいし、図示せぬロボットその他の自動搬送装置によってテーブル７０にセットされてもよい。セットされた後は図示しないアライメント光学系によりテーブル７０上で被加工材料１６の位置が決定され、加工位置との整合を図ることが可能とする。
【０１１７】
ステップＳ１２において、レーザ加工制御部８０は、最初の照射エリア位置となるようにXYZステージを制御する。例えば、レーザ加工制御部８０は、被加工材料１６の加工表面が投影光学系６４の結像面と一致するようにＺ軸を制御し、かつ、初期位置の加工エリアとなるようにＸＹ方向にステージを制御する。
【０１１８】
ステップＳ１３において、レーザ加工制御部８０は、被加工材料１６に加工する複数の加工点の位置データを受信し、ＭＭＤの各々のミラーから反射される分割された複数のレーザ光の進行方向を計算する。
【０１１９】
ステップＳ１４において、レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤの各々のミラーの姿勢角度を計算し、各ミラーの姿勢角度を制御する。
【０１２０】
すなわち、ステップＳ１３とステップＳ１４の処理によって、複数の加工点の位置データから、ＭＭＤの各ミラーの姿勢角度が計算され、その計算結果に基づいてＭＭＤの各ミラーの姿勢角度が制御される。なお、ステップＳ１３のサブルーチンについては図１５を用いて後述する。ステップＳ１４のサブルーチンについては図１６を用いて後述する。
【０１２１】
図１４のステップＳ１５において、レーザ加工制御部８０は、レーザ光の照射条件の設定を行う。照射条件には、例えば、目標フルーエンスＦｔと、繰り返し周波数ｆと、照射パルス数Ｓとが含まれる。
【０１２２】
ステップＳ１６において、レーザ加工制御部８０は、レーザ装置１２に発振命令を送信して、繰り返し周波数ｆ、照射パルス数Ｓ、及び目標パルスエネルギＥｔの条件で、レーザ装置１２にレーザ発振させる。すなわち、ステップＳ１６において、レーザ装置１２からパルスレーザ光が出力され、被加工材料にパルスレーザ光が照射される。このレーザ照射によって被加工材料が加工される。なお、ステップＳ１６のサブルーチンについては図１７を用いて後述する。
【０１２３】
図１４のステップＳ１７において、レーザ加工制御部８０は、被加工材料における加工対象とする全てのエリアの照射が終了したか否かを判定する。
【０１２４】
レーザ加工制御部８０は、ステップＳ１７の判定結果がＮｏ判定である場合、すなわち、被加工材料において、未加工のエリアが存在している場合には、ステップＳ１８に進む。
【０１２５】
ステップＳ１８において、レーザ加工制御部８０は、次の照射エリア位置となるようにＸＹＺステージを制御する。
【０１２６】
レーザ加工制御部８０は、ステップＳ１８の後、ステップＳ１６に戻り、被加工材料にレーザ光を照射する。
【０１２７】
ステップＳ１７の判定結果がＹｅｓ判定の場合、すなわち、被加工材料の加工が終了した場合は、図１４のフローチャートの処理を終了する。
【０１２８】
＜変形例１＞
図１４の例では、被加工材料の各照射エリアにおける加工パターンが同じパターンの場合を示したが、この例に限定されることなく、照射エリア毎の加工パターンが異なっていてもよい。照射エリアごとの加工パターンが異なる場合は、図１４のフローチャートにおいて、ステップＳ１８からステップＳ１６に戻るループに代えて、図１４の破線で示したように、ステップＳ１８からステップＳ１３に移行してもよい。
【０１２９】
３．８．２  ステップＳ１３のサブルーチン
図１５は、図１４のステップＳ１３の処理内容を示すフローチャートである。図１５のステップＳ３１において、レーザ加工制御部８０は、複数の加工点の位置Ｐ（ｋ，Ｊ）を特定した位置データを読み込む。本例の場合、例えば、６４×２５６個の加工点を加工することができる。この場合、Ｐ（１，１）からＰ（６４，２５６）の各位置の位置データを読み込む。
【０１３０】
ステップＳ３２において、レーザ加工制御部８０は、上記各加工点に対応するフーリエ変換光学系６１に入射する単位ベクトルＰ（ｋ，Ｊ）を、k＝１〜６４、Ｊ＝１〜２５６の範囲で計算する。
【０１３１】
レーザ加工制御部８０は、ステップＳ３２の後、図１４のメインルーチンに復帰する。
【０１３２】
３．８．３  ステップＳ１４のサブルーチン
図１６は、図１４のステップＳ１４の処理内容を示すフローチャートである。図１６のステップＳ４１において、レーザ加工制御部８０は、ｍ＝１〜１６、ｎ＝１〜４の範囲で、各コヒーレンスセルＣ（ｍ，ｎ）の中の各ミラーＭ（ｋ，Ｊ）の法線ベクトルＮ（ｋ，Ｊ）を式（３）に従って置き換える。レーザ加工制御部８０は、ｋ＝１〜６４、Ｊ＝１〜２５６の範囲で、各ミラーＭ（ｋ，Ｊ）の法線ベクトルＮ（ｋ，Ｊ）を［Ｐ（ｋ，Ｊ）］−［Ｉ］に置き換える。
【０１３３】
ステップＳ４２において、レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤの各々のミラーの法線が計算されたそれぞれの法線ベクトルと一致するように、各々のミラーの姿勢角度を制御する。
【０１３４】
レーザ加工制御部８０は、ステップＳ４２の後、図１４のメインルーチンに復帰する。
【０１３５】
３．８．４  ステップＳ１５のサブルーチン
図１７は、図１４のステップＳ１５の処理内容を示すフローチャートである。図１７のステップＳ５１において、レーザ加工制御部８０は、被加工材料を加工するためのレーザ光の照射条件パラメータを読み込む。照射条件パラメータには、目標フルーエンスＦｔ、繰り返し周波数ｆ、及び照射パルス数Ｓが含まれる。
【０１３６】
ステップＳ５２において、レーザ加工制御部８０は、加工点の数Ｎｐを計算する。例えば、コヒーレンスセルのミラーの数と同じ数の加工を行う場合は、Ｎｐ＝ｋmax・Ｊmaxであり、本例の場合、Ｎｐ＝６４×２５６＝１６３８４となる。なお、ｋmaxはｋの最大値を表す。ＪmaxはＪの最大値を表す。
【０１３７】
Ｎｐ＝６４×２５６＝１６３８４の各点の位置は、それぞれＰ（１，１），Ｐ（１，２），・・・，Ｐ（ｋ，Ｊ），・・・，Ｐ（６４，２５６）と表される。
【０１３８】
ステップＳ５３において、レーザ加工制御部８０は、加工点の面積の和Ｓsumを計算する。フーリエ変換光学系での各集光点の大きさをＳｐとすると、加工点の面積の和Ｓsum、すなわち、全体の加工面積は、加工点の数ＮｐとＳｐの積となる。
【０１３９】
Ｓsum＝Ｎp・Ｓｐ
ステップＳ５４において、レーザ加工制御部８０は、アッテネータの透過率Ｔを計算する。目標フルーエンスは、次の式（５）で表される。
【０１４０】
Ｆｔ＝Ｔ・Ｅｔ／Ｓsum            （５）
式（５）中のＥｔはレーザ装置から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギである。
【０１４１】
したがって、アッテネータの透過率Ｔは、次の式（６）、
Ｔ＝Ｆｔ・Ｓsum／Ｅｔ            （６）
から計算することができる。
【０１４２】
ステップＳ５５において、レーザ加工制御部８０は、ステップＳ５４の計算結果に従い、アッテネータの透過率をＴにセットする。
【０１４３】
ステップＳ５６において、レーザ加工制御部８０は、レーザ制御部１０８に、目標パルスエネルギＥｔと、繰返し周波数ｆと、照射パルス数Ｓとのデータを送信する。
【０１４４】
なお、ステップＳ５６の状態では、レーザ制御部１０８に対して、各データを送信するのみで、レーザ装置からはパルスレーザ光は出力されない。図１４のステップＳ１６にてレーザ加工制御部からの発振命令をレーザ制御部が受信して初めてレーザ装置１２からパルスレーザ光が出力される。
【０１４５】
レーザ加工制御部８０は、図１７のステップＳ５６の後、図１４のメインルーチンに復帰する。
【０１４６】
３．８．５  変形例１
図１７のフローチャートでは、レーザ加工制御部８０がレーザ装置１２の定格のパルスエネルギを、目標パルスエネルギＥｔとして予め記憶しているものとし、目標パルスエネルギＥｔが固定値である例を示した。しかし、この例に限らず、レーザ装置１２の定格のパルスエネルギの範囲で目標パルスエネルギＥｔを変化させて、フルーエンスが目標のフルーエンスＦｔとなるように調節する形態も可能である。
【０１４７】
３．８．６  変形例２
図１７の例では、レーザ加工装置のアッテネータから被加工材料までの光路におけるレーザ光の透過率を１００％としての計算を示したが、これに限定されることなく、上記光路中の透過率Ｔｐが予め計測されていれば、次の式（７）のように、
Ｔ＝Ｆｔ・Ｓsum／（Ｔｐ・Ｅｔ）          （７）
透過率Ｔの計算式において透過率Ｔｐを考慮してもよい。
【０１４８】
３．８．７  変形例３
図１４〜図１７を用いて説明した例では、投影光学系の倍率Ｍ＝１の場合を示したが、投影光学系の倍率がＭの場合の被加工材料面でのフルーエンスは（１／Ｍ）２倍となる。この場合は加工面のトータルの面積Ｓsumは、次の式（８）、
Ｓsum＝Ｎｐ・Ｓｐ・Ｍ２                  （８）
となる。
【０１４９】
３．８．８  変形例４
図１４〜図１７を用いて説明した例では、加工点の数Ｎｐとコヒーレンスセル中のミラーの数が一致する場合の例を示したが、加工点の数がさらに多くなる場合は、コヒーレンスセルのミラー範囲を、大きくして設定してもよい。
【０１５０】
例えば、図１１において、隣り合う２つのコヒーレンスセル（Ｃ（１，１）とＣ（２，１）など）を合体して、１つのコヒーレンスセルとして、コヒーレンスセルを再定義してもよい。この場合、加工点の数は、２倍に増加させることができるが、フルーエンスは１／２となる。
【０１５１】
３．９  作用・効果
実施形態１によれば、次のような作用効果が得られる。
【０１５２】
（１）ＭＭＤ５０の各々ミラーの姿勢角度を制御することにより、集光点の位置を任意に設定して、被加工材料１６にレーザ光を照射できる。
【０１５３】
（２）ＭＭＤ５０から分割して反射される複数のレーザ光のうち、互いに干渉性が少ない、分割された複数のレーザ光を重ね合わせて集光するので、各集光点におけるスペックルの発生を抑制することができる。
【０１５４】
（３）ＭＭＤ５０から分割して反射されるレーザ光を複数重ね合わせることによって、各集光点の強度分布が均一化される。
【０１５５】
（４）ＭＭＤ５０の殆ど全てのミラーから反射されたレーザ光を複数点で集光した像によって加工しているので、光の利用効率が１００％に近づく。
【０１５６】
３．１０  他の形態例１
実施形態１では、フーリエ変換光学系６１の焦点面に集光した第１の像を、投影光学系６４によって、第２の像に転写することによって、被加工材料１６にレーザ光を照射しているが、この例に限定されない。例えば、実施形態１における投影光学系６４を省略した構成を採用し、フーリエ変換光学系６１の焦点面に、被加工材料１６の表面を配置して、レーザ光を照射してもよい。
【０１５７】
３．１１  他の形態例２
また、実施形態１では、フーリエ変換光学系６１の焦点面に集光した第１の像を、投影光学系６４によって、第２の像に転写することによって、被加工材料１６にレーザ光を照射しているが、この例に限定されない。例えば、第１の像の位置に各集光点の大きさより小さく、かつ、集光点の大きさに近い光通過穴を有するマスクを配置してもよい。この場合、投影光学系によって、マスク像が被加工材料１６の表面に結像するので、フーリエ変換光学系６１による集光径よりも小さな直径（例えば、３μｍ〜２０μｍ）の穴加工が可能となる。また、マスクを用いることにより、深さ方向の加工形状が改善される（テーパの角度が急峻となる）。
【０１５８】
３．１２  その他
本実施形態の複数の加工点のデータは、互いに異なる位置の加工点であって、各加工点のレーザビームは重なり合わないデータとする。各加工点のレーザビームが重なる場合は干渉して光強度分布が悪化する。
【０１５９】
４．実施形態２
４．１  構成
図１８は、実施形態２に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。図３に示した実施形態１との相違点を説明する。なお、図１８では、レーザ装置１２の図示を簡略したが、図３に示したレーザ装置１２と同様の構成を採用し得る。図１８に示す実施形態２に係るレーザ加工システム１０は、図３に示した実施形態１の高反射ミラー３３に代えて、ビームスプリッタ８１を備え、さらに、高反射ミラー３６と、ビーム特性計測器８４と、を備える。ビームスプリッタ８１は、高反射ミラー３６によって反射されたレーザ光の一部をＭＭＤに向けて反射する。高反射ミラー３６は、ビームスプリッタ８１を透過したレーザ光を反射して、その反射光をビーム特性計測器８４に入射させる。
【０１６０】
４．２  ビーム特性計測器がビームプロファイラの場合
図１９は、ビーム特性計測器として用いられるビームプロファイラの構成を概略的に示す図である。ビーム特性計測器８４は、ＭＭＤ上に入射するレーザビームの光強度分布を計測するビームプロファイラであってもよい。ビームプロファイラは、転写レンズ８５と、２次元イメージセンサ８６とを、を含む。２次元イメージセンサ８６は、レーザ光に感度があるＣＣＤであってもよい。
【０１６１】
ビームプロファイラは、計測位置Ａ１におけるレーザビームを転写レンズ８５により、２次元イメージセンサ８６の素子上に結像させるように配置される。
【０１６２】
計測位置Ａ１は、図１８において、ビームスプリッタ８１とＭＭＤの間の光路長と、ビームスプリッタ８１及び高反射ミラー３６を経由して計測位置Ａ１に到達するまでの光路長とが一致するように配置される。
【０１６３】
４．３  動作
ビーム特性計測器８４は、ＭＭＤ５０上に入射するレーザビームの光強度分布を計測することができる。ビーム特性計測器８４による計測結果は、レーザ加工制御部８０に送られる。レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤ５０上に入射するレーザビームの光強度分布をビーム特性計測器８４から取得する。
【０１６４】
レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤ５０とフーリエ変換光学系６１によって生成される複数個の点の光強度が等しくなるように、ビームプロファイラの計測結果とコヒーレンスセルに基づいて、各結像点に寄与するＭＭＤ５０の各々のミラーを選択してもよい。
【０１６５】
４．３．１  メインルーチン
図２０は、ビーム特性計測器がビームプロファイラである場合の制御例のメインルーチンを示すフローチャートである。図２０において、図１４に示したフローチャートと同一のステップには同一のステップ番号を付し、その説明は省略する。図１４との相違点を説明する。
【０１６６】
図１４のステップＳ１４及びステップＳ１５に代えて、図２０に示すフローチャートでは、ステップＳ１４Ａ、ステップＳ１４Ｂ及びステップＳ１５Ａを含む。
【０１６７】
ステップＳ１４Ａにおいて、レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤ５０に入射するレーザ光の光強度分布を計測する。レーザ加工制御部８０は、ビームプロファイラにより、ＭＭＤ５０上での入射光の光強度分布を計測する。
【０１６８】
図２０のステップＳ１４Ｂにおいて、レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤ５０の各々のミラーの姿勢角度を計算し、各ミラーの姿勢角度を制御する。すなわち、ステップＳ１３とステップＳ１４Ａ及びステップＳ１４Ｂの処理によって、複数の加工点の位置データから、ＭＭＤの各ミラーの姿勢角度が計算され、その計算結果に基づいてＭＭＤの各ミラーの姿勢角度が制御される。ステップＳ１４Ｂのサブルーチンについては図２２を用いて後述する。
【０１６９】
図２０のステップＳ１５Ａにおいて、レーザ加工制御部８０は、レーザ光の照射条件の設定を行う。
【０１７０】
ステップＳ１４Ａのサブルーチンについては図２１を用いて説明する。ステップＳ１４Ｂのサブルーチンについては図２２を用いて説明する。ステップＳ１５Ａのサブルーチンについては、図２３を用いて後述する。
【０１７１】
４．３．２  ステップＳ１４Ａのサブルーチン
図２１は、図２０のステップＳ１４Ａの処理内容を示すフローチャートである。図２１のステップＳ６１において、レーザ加工制御部８０は、ビームプロファイラによって、ＭＭＤの各ミラーの位置におけるレーザ光の光強度を計測する。
【０１７２】
ステップＳ６２において、レーザ加工制御部８０は、計測されたデータからｍ＝１〜１６、ｎ＝１〜４の範囲で、各コヒーレンスセルＣ（ｍ，ｎ）の中の各ミラーＭ（ｋ，Ｊ）での光強度Ａ（ｍ，ｎ，ｋ，Ｊ）をｋ＝１〜６４、Ｊ＝１〜２５６の範囲で数値を書き込む。
【０１７３】
ステップＳ６３において、レーザ加工制御部８０は、フーリエ変換光学系によって集光される各点の光強度Ａsum（ｋ，Ｊ）を計算する。Ａsum（ｋ，Ｊ）の計算は次式（９）、
Ａsum（ｋ，Ｊ）＝Ａ（１，１，ｋ，Ｊ）＋Ａ(１，２，ｋ，Ｊ)＋・・・＋Ａ(ｍ，ｎ，ｋ，Ｊ)＋・・・＋Ａ(１６，４，ｋ，Ｊ）      （９）
に従って行われる。レーザ加工制御部８０は、Ａsum（ｋ，Ｊ）の計算を、k＝１〜６４、Ｊ＝１〜２５６の範囲で行う。
【０１７４】
ステップＳ６４において、レーザ加工制御部８０は、フーリエ変換光学系によって集光される各点の光強度Ａsum（ｋ，Ｊ）の平均値Ａsumavを計算する。Ａsumavの計算は、次式（１０）、
Ａsumav＝｛Ａsum(１，１)＋Ａsum(１，２)＋・・・＋Ａsum（ｋ，Ｊ）＋・・・＋Ａsum（６４，２５６）｝／（６４×２５６）  （１０）
に従って行われる。
【０１７５】
レーザ加工制御部８０は、ステップＳ６２、ステップＳ６３及びステップＳ６４を経て、ＭＭＤの各々のミラーを全て使用した場合の各集光点での光強度の平均値を計算する。
【０１７６】
ステップＳ６５において、レーザ加工制御部８０は、次式（１１）に従って、基準光強度Ａｓを計算する。
【０１７７】
Ａｓ＝Ａsumav／(Ｎｃ−１)                                  （１１）
Ｎｃは、コヒーレンスセルの数である。コヒーレンスセルＣ（ｍ，ｎ）についてのｍの最大値をｍmaxとし、ｎの最大値をｎmaxとする場合、Ｎｃ＝ｍmax・ｎmaxである。本例では、ｍmax＝１６であり、ｎmax＝４であるため、Ｎｃ＝１６×４＝６４である。したがって、本例のステップＳ６５にて計算されるＡｓは、Ａｓ＝Ａsumav／６３となる。
【０１７８】
ステップＳ６６において、レーザ加工制御部８０は、フーリエ変換光学系によって集光される各点の集光点の光強度Ａsum（ｋ，Ｊ）が基準光強度Ａｓ値に近づくように、各コヒーレンスセル中のミラーで１つのＯＦＦするミラーを選択する。すなわち、レーザ加工制御部８０は、各集光点の光強度が基準光強度Ａｓに近づくように、どれかのコヒーレンスセル中で、ＯＦＦミラーを選択する。
【０１７９】
レーザ加工制御部８０は、ステップＳ６６の後、図２０のメインルーチンに復帰する。
【０１８０】
なお、図２１のフローチャートは、各集光点のフルーエンスを基準光強度Ａｓに近づけるための一例であるが、この実施形態に限定されることなく、ビームプロファイルのデータに基づいて、各集光点の光強度が所定の範囲内に入るようにＭＭＤのミラーを制御すればよい。
【０１８１】
４．３．３  ステップＳ１４Ｂのサブルーチン
図２２は、図２０のステップＳ１４Ｂの処理内容を示すフローチャートである。図２２のステップＳ７１において、レーザ加工制御部８０は、ｍ＝１〜１６、ｎ＝１〜４の範囲で、各コヒーレンスセルＣ（ｍ，ｎ）の中の各ミラーＭ（ｋ，Ｊ）の法線ベクトルＮ（ｋ，Ｊ）をｋ＝１〜６４、Ｊ＝１〜２５６の範囲で置き換える。
【０１８２】
ステップＳ７２において、レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤの各ミラーの中のOFFに選択されたそれぞれのミラーの法線ベクトルをフーリエ変換光学系に入射しない法線ベクトルに、式（３）に従って置き換える。
【０１８３】
ステップＳ７３において、レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤの各々のミラーが計算されたそれぞれの法線ベクトルと一致するように、各々のミラーの姿勢角度を制御する。
【０１８４】
レーザ加工制御部８０は、ステップＳ７３の後、図２０のメインルーチンに復帰する。
【０１８５】
４．３．４  ステップＳ１５Ａのサブルーチン
図２３は、図２０のステップＳ１５Ａの処理内容を示すフローチャートである。図２３において、図１７に示したフローチャートと同一のステップには同一のステップ番号を付し、その説明は省略する。図１７との相違点を説明する。
【０１８６】
図１７のステップＳ５４に代えて、図２３に示すフローチャートでは、ステップＳ５４Ａを含む。
【０１８７】
ステップＳ５４Ａにおいて、レーザ加工制御部８０は、次式（１２）に従い、アッテネータの透過率Ｔを計算する。
Ｔ＝Ｆｔ・Ｓsum／（ＴMMD・Ｅｔ）          （１２）
式（１２）中のＴMMDは、ＭＭＤ中のＯＮミラーとして利用されるミラーの割合である。本例では、図２１のステップＳ６５にて、１つのコヒーレンスセルの数のミラーをＯＦＦにするようになっているため、
ＴMMD＝（Ｎｃ−１）／Ｎｃ
である。本実施形態の場合、具体的には、Ｎｃ＝６４であるから、
ＴMMD＝（６４−１）／６４＝０．９８４
である。
【０１８８】
なお、図２３の例では、レーザ加工装置のアッテネータから被加工材料までの、レーザ光の透過率を１００％としての計算を示したが、これに限定されない。例えば、アッテネータから被加工材料まで光路中の透過率Ｔｐが予め計測されていれば、次式（１３）
Ｔ＝Ｆｔ・Ｓsum／（ＴMMD・Ｔｐ・Ｅｔ）      （１３）
のように、アッテネータの透過率Ｔの計算式において、透過率Ｔｐを考慮してもよい。
【０１８９】
４．４  作用・効果
実施形態２によれば、ＭＭＤ５０に入射するレーザビームの光強度分布を計測して、その結果に基づいて、各ミラーの姿勢角を制御することによって、被加工材料１６に照射される各点の光強度は均一化される。
【０１９０】
４．５  ビーム特性計測器が波面センサの場合
４．５．１  構成
図２４は、ビーム特性計測器の一例である波面センサを概略的に示す図である。ビーム特性計測器８４は、波面センサであって、いわゆる、シャックハルトマン干渉計であってもよい。波面センサは、マイクロレンズアレイ８７と、２次元イメージセンサ８８とを、を含む。２次元イメージセンサ８６は、レーザ光に感度があるＣＣＤであってもよい。マイクロレンズアレイ８７は、例えば、直径１ｍｍ程度のマイクロレンズ８７Ａを整列させたものである。マイクロレンズアレイ８７は、計測位置Ａ１に配置される。
【０１９１】
計測位置Ａ１は、図１８において、ビームスプリッタ８１とＭＭＤ５０の間の光路長とビームスプリッタ８１と高反射ミラー３６を経由して、計測位置Ａ１までの光路長が一致するように配置される。
【０１９２】
ここで、ＭＭＤの有効エリアＳｍと波面センサの有効エリアＡｗの関係は、Ｓｍ≦Ｓｗであることが好ましい。
【０１９３】
４．５．２  動作
波面センサを用いることにより、以下の計測が可能である。
【０１９４】
一般に、エキシマレーザ装置から出力されたレーザビームは、ビーム断面における位置によって、レーザ光の進行方向が多少異なる。波面センサでは、レーザビームの強度分布だけでなく、レーザビームの各位置における進行方向を計測することができる。
【０１９５】
レーザ加工制御部８０は、波面センサにより、ＭＭＤ５０上に入射するレーザビームの各位置における。レーザ光の進行方向を計測する。
【０１９６】
レーザ加工制御部８０は、各位置におけるレーザ光の進行方向から、各ミラーへの入射角度に応じて、各ミラーの姿勢角度を制御する。
【０１９７】
４．５．３  メインルーチン
図２５は、ビーム特性計測器が波面センサである場合の制御例のメインルーチンを示すフローチャートである。図２５において、図１４に示したフローチャートと同一のステップには同一のステップ番号を付し、その説明は省略する。図１４との相違点を説明する。
【０１９８】
図１４のステップＳ１４に代えて、図２５に示すフローチャートでは、ステップＳ１４Ｃ及びステップＳ１４Ｄを含む。
【０１９９】
ステップＳ１４Ｃにおいて、レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤに入射するレーザ光の進行方向分布を計測する。レーザ加工制御部８０は、波面センサによって、ＭＭＤの各ミラー位置におけるレーザ光の進行方向を計測する。
【０２００】
ステップＳ１４Ｄにおいて、レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤの各々のミラーの姿勢角度を計算し、各ミラーの姿勢角度を制御する。すなわち、ステップＳ１３とステップＳ１４Ｃ及びステップＳ１４Ｄの処理によって、複数の加工点の位置データから、ＭＭＤの各ミラーの姿勢角度が計算され、その計算結果に基づいてＭＭＤの各ミラーの姿勢角度が制御される。ステップＳ１４Ｃのサブルーチンについては図２２を用いて後述する。
【０２０１】
ステップＳ１４Ｃのサブルーチンについては図２６を用いて説明する。ステップＳ１４Ｄのサブルーチンについては図２７を用いて説明する。
【０２０２】
なお、図２５のフローチャートでは、本例では、波面センサによりＭＭＤに入射するレーザ光の進行方向を計測して、ＭＭＤの各ミラーに入射する角度を補正しているが、この例に限定されることなく、例えば、波面センサの複数の集光点の光強度からＭＭＤに入射する各ミラーの光強度分布を計測し、その結果に基づいて、図２１〜図２２に示したように、ＭＭＤによって集光された点の光強度がさらに均一となるように、ＭＭＤの各ミラーを選択して、姿勢角を制御してもよい。
【０２０３】
４．５．４  ステップＳ１４Ｃのサブルーチン
図２６は、図２５のステップＳ１４Ｃの処理内容を示すフローチャートである。図２６のステップＳ８１において、レーザ加工制御部８０は、波面センサによって、ＭＭＤの各ミラーの位置におけるレーザ光の進行方向を計測する。ＭＭＤの各ミラーの位置でのレーザ光の進行方向は、波面センサを用いて計測することができる。波面センサのマイクロアレーレンズのピッチ以下の分解能はないので、マイクロレンズと同じ範囲内のレーザ光の進行方向は同一方向で計算してもよいし、マイクロレンズで計測された近傍点から補間して求めてもよい。
【０２０４】
ステップＳ８２において、レーザ加工制御部８０は、波面センサを用いて計測されたデータからｍ＝１〜１６、ｎ＝１〜４の範囲で、各コヒーレンスセルＣ（ｍ，ｎ）の中の各ミラーＭ（ｋ，Ｊ）に入射するレーザ光の単位ベクトルＩ（ｋ，Ｊ）を計算する。レーザ加工制御部８０は、k＝１〜６４、Ｊ＝１〜２５６の範囲で単位ベクトルＩ（ｋ，Ｊ）を計算する。
【０２０５】
レーザ加工制御部８０は、ステップＳ８２の後、図２５のメインルーチンに復帰する。
【０２０６】
４．５．５  ステップＳ１４Ｄのサブルーチン
図２７は、図２５のステップＳ１４Ｄの処理内容を示すフローチャートである。図２７のステップＳ９１において、レーザ加工制御部８０は、ｍ＝１〜１６、ｎ＝１〜４の範囲で、各コヒーレンスセルＣ（ｍ，ｎ）の中の各ミラーＭ（ｋ，Ｊ）の法線ベクトルＮ（ｋ，Ｊ）を式（４）に従って置き換える。レーザ加工制御部８０は、ｋ＝１〜６４、Ｊ＝１〜２５６の範囲で、各ミラーＭ（ｋ，Ｊ）の法線ベクトルＮ（ｋ，Ｊ）を［Ｐ（ｋ，Ｊ）］−［Ｉ（ｋ，Ｊ）］に置き換える。
【０２０７】
ステップＳ９２において、レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤの各々のミラーが、計算されたそれぞれの法線ベクトルと一致するように、各々のミラーの姿勢角度を制御する。
【０２０８】
レーザ加工制御部８０は、ステップＳ８２の後、図２５のメインルーチンに復帰する。
【０２０９】
４．５．６  作用・効果
波面センサによって、ＭＭＤ上に入射するレーザビームのビーム断面における位置におけるレーザ光の進行方向を計測して、その結果に基づいて、各ミラーの姿勢角度を制御することによって、被加工材料に照射される各点の光強度は均一化され、かつ、各結像点における重ね合わせ精度が改善される。
【０２１０】
さらに、レーザ装置やレーザ加工装置の運転条件によって、ＭＭＤに入射するレーザビームの特性が変化し得る。レーザビームの特性を波面センサによって計測し、その変化に応じてＭＭＤの各ミラーの姿勢角度を制御することによって、各結像点の位置や重ね合わせを高精度に維持することができる。
【０２１１】
５．実施形態３
５．１  構成
図２８は、実施形態３に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。図１８に示した実施形態１との相違点を説明する。図２８に示す実施形態３に係るレーザ加工システム１０は、ビーム整形光学系４７と、ビームコリメータ光学系４８の間に低コヒーレンス光学系９０が配置される。低コヒーレンス光学系９０は、レーザビーム内の異なる位置のレーザ光に対し空間的に時間的コヒーレント長以上の光路差を生成する光学素子である。低コヒーレンス光学系９０は、例えば、階段状のプリズム（以下、「階段プリズム」という。）を用いて構成されてもよい。
【０２１２】
フリーランニングエキシマレーザは、時間的コヒーレント長ΔＬｔが短い。「フリーランニング」とは、波長選択素子等の狭帯域化モジュールを用いて狭帯域化されていない広帯域発振の状態をいう。
【０２１３】
時間的コヒーレント長ΔＬｔは次式（１４）、
ΔＬｔ＝λ2／Δλ            （１４）
で表される。式（１４）中のΔλはスペクトル線幅を表す。
【０２１４】
例えば、ＫｒＦエキシマレーザの場合、波長λ＝２４８．４ｎｍ、スペクトル線幅Δλ＝０．３０ｎｍとすると、上記式（１４）から時間的コヒーレント長ΔＬｔは、ΔＬｔ＝０．２ｍｍである。
【０２１５】
図２９は、低コヒーレンス光学系９０に階段プリズムを採用した例を示す図である。低コヒーレンス光学系９０の一例である階段プリズムは、例えば、ＣａＦ２結晶の板を複数枚重ね合わせることによって構成することができる。
【０２１６】
図２９のように、レーザビームの中の各位置でのレーザ光Ｉ１〜Ｉ８の隣り合うビームの光路差ΔＬと時間的コヒーレント長ΔＬｔの関係がΔＬｔ≦ΔＬとなるように、階段プリズムの各階段の長さに差Ｌｐを設けて階段プリズムを形成する。
【０２１７】
ＣａＦ２結晶の波長２４８．４ｎｍの屈折率ｎ＝１．４６８とすると、レーザ光Ｉ１〜Ｉ８の隣り合うビームの光路差ΔＬは、ΔＬ＝（１．４６８−１）Ｌｐである。時間的コヒーレント長ΔＬｔに対して、ΔＬｔ≦ΔＬとなるためには、次式（１５）を満たすこと、
ΔＬｔ＝０．２≦（１．４６８−１）Ｌｐ          （１５）
つまり、Ｌｐ≧０．４２７ｍｍである。
【０２１８】
したがって、例えば、Ｌｐ＝０．５ｍｍとして階段プリズムを形成することにより、レーザ光Ｉ１〜Ｉ８は互いに干渉し難くなる。
【０２１９】
ビーム整形光学系４７は、例えば、シリンドリカル凹レンズ４７Ａと、シリンドリカル凸レンズ４７Ｂとを含んで構成される。
【０２２０】
５．２  動作
図２９に示した位置ＰＡ、位置ＰＢ、及び位置ＰＣの各位置におけるレーザビームのコヒーレンスセルを、それぞれ図３０、図３１及び図３２に示す。図３０は、ビーム整形前のコヒーレンスセルを示す図である。図３１は、ビーム整形後のコヒーレンスセルを示す図である。図３２は、低コヒーレンス光学系を用いて低コヒーレンス化した後のコヒーレンスセルを示す図である。
【０２２１】
図３０に示すように、ビーム整形前のレーザビームは、ビーム形状が長方形である。この長方形のレーザビームは、ビーム整形光学系４７によって、略正方形にビームエキスパンドされる（図３１参照）。この時はコヒーレンスセルの数４×１６＝６４個は保存され、Ｈ方向に引き伸ばしたビームとなる。
【０２２２】
ビーム整形光学系４７によってビームエキスパンドされたレーザビームは、階段プリズムを通過することによって、低コヒーレンス化される。すなわち、レーザ光Ｉ１〜Ｉ８の隣り合うビームの光路差ΔＬは、時間的コヒーレント長ΔＬｔより大きく設定されているので、Ｈ方向にコヒーレンスセルは増加する。この例では、コヒーレンスセルの数が、４×１６＝６４個から８×１６＝１２８個に増加する。したがって、ＭＭＤに入射するコヒーレンスセルも増加する。
【０２２３】
ビーム整形光学系４７、低コヒーレンス光学系９０及びビームコリメータ光学系４８は「第１の光学系」の一例である。
【０２２４】
５．３  作用・効果
実施形態３によれば、階段プリズムを用いて、レーザビームの各位置において、時間的コーレント長以上に長い光路差を発生させることによって、コヒーレンスセルの数を増加させることができる。
【０２２５】
実施形態３によれば、低コヒーレンス光学系を用いることでコヒーレンスセルの数が増加するので、１点に集光するビームの数を増加させることができ、各集光点の光強度の均一性が改善される。
【０２２６】
５．４  他の形態例３
本例の階段プリズムは、Ｈ方向のみ光路差をつけて、Ｈ方向の低コヒーレンス化を実現しているがこの例に限定されることなく、例えば、Ｖ方向とＨ方向を組み合わせて時間的コヒーレント長の光路差を付けて、更に、コヒーレンスセルの数を増加させてもよい。
【０２２７】
５．５  他の形態例４
本例では、透過型の階段プリズムの例を示したが、各階段の入射側の面に高反射膜をコートして、反射させることによって、空間的に光路差を付けてもよい。この場合は、Ｌｐ≧ΔＬｔとなるようにしてもよい。
【０２２８】
５．６  他の形態例５
本例では、ＣａＦ２結晶の板を複数枚重ね合わせる例を示したが、この例に限定されることなく、ＣａＦ２結晶に直接加工して階段プリズムを製作してもよい。また、階段プリズムの材料として、紫外線のレーザ光を透過する合成石英を使用してもよい。
【０２２９】
６．ＭＭＤへの入射角度の調節による低コヒーレンス化の説明
実施形態３の説明では低コヒーレンス光学系９０を用いる例を説明したが、低コヒーレンス光学系９０の採用に代えて、又はこれと組み合わせて、ＭＭＤへのレーザビームの入射角度を調節することにより低コヒーレンス化が可能である。
【０２３０】
図３３は、ＭＭＤに入射するレーザビームとＭＭＤから反射されたレーザビームの模式図である。なお、図３３では、説明の便宜上、ＭＭＤの各々ミラーの反射面とＭＭＤの基準反射面５０Ｒとが一致しているような図を示しているが、実際のミラーは、加工点の位置データに応じた姿勢角度に制御される。図３４は、ＭＭＤに入射するレーザビームのコヒーレンスセルを示す図である。図３４は、図３３に示した位置ＰＤにおけるレーザビームのコヒーレンスセルである。
【０２３１】
図３５は、ＭＭＤから反射されたレーザビームのコヒーレンスセルを示す図である。図３５は、図３３に示した位置ＰＥにおけるレーザビームのコヒーレンスセルである。
【０２３２】
図３３に示すように、ＭＭＤに入射するレーザビームの入射角をα、反射角をθｉとした場合、ＭＭＤの基準反射面５０Ｒによる正反射方向ではない反射光線の光線間では、光路差が発生する。
【０２３３】
ΔＬｇ＝ｐｓ（sin α −sin θｉ )                    （１６）
ここで、ｐｓは光路差が時間的コヒーレント長ΔＬｇとなるピッチｐである。
【０２３４】
レーザビームの時間的コヒーレント長をΔＬｔとした場合、ΔＬｔ≦ΔＬｇの場合に反射光の干渉性は低い。
【０２３５】
例えば、フリーランのＫｒＦエキシマレーザの時間的コヒーレント長ΔＬｔはΔＬｔ＝０．２ｍｍであることから、α＝２３．５°、中心の反射角θ０＝０とすると、
式（１６）から、
０．２≦ｐｓ( sin ２３．５° −sin ０)
ｐｓ＝０．５（ｍｍ）
となる。
【０２３６】
つまり、光路差からくる時間的コヒーレンスを利用した低コヒーレント化に必要なピッチｐｓを０．５ｍｍとすることができる。
【０２３７】
このように、ＭＭＤに入射するレーザビームの角度を調節することによって、ＭＭＤから反射したレーザビームの低コヒーレンス化を実現することができる。
【０２３８】
ここで、図３３に示すように、ＭＭＤに入射するレーザビームのＬＨ平面と、ＭＭＤへの入射光と中心の反射光を含む面が同一平面であることが好ましい。
【０２３９】
例えば、ＭＭＤの複数のミラーが配置された素子の有効エリアの大きさを１６ｍｍ×１６ｍｍとすると、ＭＭＤで反射されたレーザビームのＨ方向のコヒーレンスセルの数は１６ｍｍ／０．５ｍｍ＝３２個となる（図３５参照）。
【０２４０】
図３４と図３５を比較すると明らかなように、ＭＭＤに入射するレーザビームのコヒーレンスセルの数４×１６＝６４個から、ＭＭＤで反射されたレーザビームのコヒーレンスセルの数は３２×１６＝５１２個に増加する。
【０２４１】
以上のように、ＭＭＤ５０に入射するレーザビームの角度αを調節することで、コヒーレンスセルの数を増加させることができる。
【０２４２】
図３４に示したように、エキシマレーザ装置から出力されるレーザビームは、矩形ビームであって、短軸方向（Ｈ方向）方向の空間コヒーレンスが高くなる。ＭＭＤへの入射角度を調節することによって、Ｈ方向のコヒーレンスセルを増加させることができる（図３５参照）。
【０２４３】
なお、実施形態３のように、時間的コヒーレンス長以上に互いに長い光路差を空間的に発生させるような構成とすることによって、レーザ装置は、必ずしも、空間的コヒーレンスが低いエキシマレーザでなくてもよい。例えば、空間的コヒーレンスが高い固体レーザ装置であってもよい。例えば、スペクトル線幅が広い、ファイバ増幅器やチタンサファイア結晶と非線形結晶を含むレーザ装置であってもよい。
【０２４４】
７．実施形態４
７．１  構成
図３６は、実施形態４に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。実施形態４は、実施形態２で説明した構成に代えて、ビーム特性計測器８４がＭＭＤ５０からの反射光を計測するよう配置されている形態となっている。実施形態１との相違点を説明する。
【０２４５】
実施形態４に係るレーザ加工システム１０は、高反射ミラー３７と、１軸ステージ１７０と、ビームスプリッタ８３と、ダンパ１７２と、ビームコリメータ光学系１７４と、ビーム特性計測器８４と、を備えている。
【０２４６】
高反射ミラー３７は、ＭＭＤ５０と高反射ミラー３５の間の光路上に配置される。高反射ミラー３７は、１軸ステージ１７０に図示しないホルダを介して配置される。１軸ステージ１７０は、高反射ミラー３７を１軸方向に移動可能な移動ステージである。高反射ミラー３７は、必要に応じてＭＭＤ５０と高反射ミラー３５の間の光路上の位置と、この光路上からはずれた位置に移動可能である。
【０２４７】
高反射ミラー３７は、高反射ミラー３７で反射したレーザ光がビームスプリッタ８３及びビームコリメータ光学系１７４を介して、ビーム特性計測器８４に入射するように配置される。
【０２４８】
ビームスプリッタ８３の反射光は、ダンパ１７２に入射するように配置される。
【０２４９】
ビームコリメータ光学系１７４は、共役な光学系であって、ＭＭＤ５０の像をビーム特性計測器８４の計測面に転写結像させる。
【０２５０】
ビーム特性計測器８４は、図１９で説明したようなビームプロファイラであってもよいし、図２５で説明したような波面センサであってもよい。
【０２５１】
７．２  動作
レーザ加工制御部８０は、被加工材料１６にレーザ光を照射しない時に、ＭＭＤ５０の反射光のビーム特性を計測する。
【０２５２】
ビーム特性の計測を行う際に、レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤの全てのミラーの姿勢角度を、各々のミラーから反射されるレーザ光の反射角θ＝０となるように制御する。
【０２５３】
レーザ加工制御部８０は、高反射ミラー３７がＭＭＤ５０と高反射ミラー３５の間の光路上に配置されるように、１軸ステージ１７０を制御する。
【０２５４】
レーザ加工制御部８０は、レーザ装置１２に発振命令を送信する。レーザ装置１２は、発振指令に従い、パルスレーザ光を出力する。
【０２５５】
ＭＭＤ５０から反射されたレーザ光は、高反射ミラー３７、ビームスプリッタ８３及びビームコリメータ光学系１７４を経由してビーム特性計測器８４に入射する。
【０２５６】
レーザ加工制御部８０は、ビーム特性計測器８４で計測されたデータを計算処理して処理データを記憶する。
【０２５７】
レーザ加工制御部８０は、高反射ミラー３７が、ＭＭＤ５０と高反射ミラー３５の間の光路から外れるように１軸ステージ１７０を制御する。
【０２５８】
レーザ加工制御部８０、記憶された処理データに基づいて、所望の加工点に集光するように、ＭＭＤ５０の各ミラーの姿勢角度を制御し、レーザ発振させて、被加工材料１６を加工する。
【０２５９】
７．３  作用・効果
実施形態４によれば、ＭＭＤ５０からの反射光のビーム特性を計測可能であるため、例えば、ＭＭＤ５０の各々のミラーの反射率のばらつきも含めて光強度の補正が可能となる。
【０２６０】
さらに、ＭＭＤ５０の各ミラーの角度を基準方向に反射するように制御した場合のレーザビームの波面を計測できるので、ＭＭＤ５０の各々のミラーの角度補正も可能となる。
【０２６１】
７．４  ビーム特性を計測するタイミングについて
被加工材料にレーザ光を照射しない時の例としては、被加工材料の交換している時間等がある。また、定期的にレーザ加工を中止して、本実施形態によるビーム特性の計測を行ってもよい。
【０２６２】
８．  ビーム整形光学系のバリエーション
８．１  ビーム整形光学系の構成例１
図３７は、ビーム整形光学系の構成例１を示す模式図である。図３７に例示したビーム整形光学系４７は、シリンドリカル凹レンズ４７Ａと、シリンドリカル凸レンズ４７Ｂとを含む。図３７のように、長方形のビーム形状を持つレーザビームが略正方形のビーム形状となるように、シリンドリカル凹レンズ４７Ａと、シリンドリカル凸レンズ４７Ｂの両シリンドリカルレンズをレーザ光の光路上に配置する。
【０２６３】
８．２  ビーム整形光学系の構成例２
図３８は、ビーム整形光学系の構成例２を示す模式図である。図３８に例示したビーム整形光学系４７は、２個のプリズム４７Ｃ、４７Ｄを含む。長方形のビーム形状を持つレーザビームが略正方形のビーム形状となるように、２個のプリズム４７Ｃ、４７Ｄをレーザ光の光路上に配置する。
【０２６４】
９．ビームコリメータ光学系の例
９．１  構成
図３９は、ビームコリメータ光学系の構成例を示す模式図である。ビームコリメータ光学系４８は、共役の光学系であって、例えば、第１の凸レンズ４８Ａと、第２の凸レンズ４８Ｂと、を含む。第１の凸レンズ４８Ａと第２の凸レンズ４８Ｂは、紫外線のレーザ光を透過する材料で構成される。紫外線のレーザ光を透過する材料として、例えば、合成石英、ＣａＦ２結晶などを用いることができる。第１の凸レンズ４８Ａの焦点距離Ｆ１と第２の凸レンズの焦点距離Ｆ２は、同じ焦点距離であってよい。図３９において、第１の凸レンズ４８Ａと第２の凸レンズ４８Ｂは、同じ焦点距離Ｆのレンズである。第１の凸レンズ４８Ａと第２の凸レンズ４８Ｂの間隔は、焦点距離Ｆの２倍の距離となるように配置される。
【０２６５】
ＭＭＤ５０は、第２の凸レンズ４８Ｂの後側焦点位置に配置される。
【０２６６】
９．２  動作
ビーム整形光学系４７によってビーム整形されたレーザ光のビームは、第１の凸レンズ４８Ａの前側焦点の位置Ｐ１を通過し、第１の凸レンズ４８Ａによって、第１の凸レンズ４８Ａの後側焦点の位置Ｐ２で集光する。位置Ｐ２で集光したレーザ光のビームは、広がって、第２の凸レンズ４８Ｂによって、コリメートされる。
【０２６７】
本例のビームコリメータ光学系４８の場合、第１の凸レンズ４８Ａの前側焦点の位置Ｐ１のレーザビームが、第２の凸レンズ４８Ｂの後側焦点の位置Ｐ３に１：１の倍率で転写結像する。そのため、１：１で転写結像したレーザ光のビームは、位置Ｐ３の位置では像は反転するが、位置Ｐ１のレーザビームの大きさやビームダイバージェンス等のビーム特性は転写前後で一致する。
【０２６８】
なお、図３６で説明したビームコリメータ光学系１７４についても、図３９と同様の構成を採用可能である。
【０２６９】
９．３  他の構成例
〈１〉図３９の例では、凸レンズを２個組み合わせた場合を示したが、この例に限定されることなく、例えば、同じ焦点距離の凹面ミラーの組み合わせであってもよい。
【０２７０】
〈２〉図３９に示したビームコリメータ光学系４８で構成されるビーム転写器を、光路上に２個直列に配置して、転写像を正転させてもよい。
【０２７１】
〈３〉ビーム整形光学系４７とビームコリメータ光学系４８との間に低コヒーレンス光学系９０が配置されている場合は、低コヒーレンス光学系９０を通過したビームが、図３９の位置Ｐ１を通過するように、ビームコリメータ光学系４８を配置すればよい。
【０２７２】
〈４〉ビーム整形光学系の構成例１及び２においては、長方形のビーム形状を持つレーザビームが略正方形のビーム形状となるようにしたが、この構成例に限定されることなく、ＭＭＤの有効エリアの形状が、縦横比が１でない場合は、縦横比が一致するように、ビーム拡大の倍率を変更してもよい。
【０２７３】
〈５〉図３９では、「１：１」の転写の例を示したが、ビーム整形されたビームがＭＭＤ５０の有効エリアの大きさと異なる場合は、ビーム整形されたビームがＭＭＤ５０の素子全体に照明されるように、ビーム整形光学系４７とビームコリメータ光学系４８のそれぞれの倍率を変更してもよい。
【０２７４】
１０．投影光学系のバリエーション
１０．１  構成
図４０は、投影光学系の構成例を示す図である。図４０には、投影光学系としてマイクロレンズアレイを採用した例が示されている。図示を簡略化するために、図４０において、ＭＭＤ５０とフーリエ変換光学系６１を含む光学系を符号１５０として図示した。
【０２７５】
ＭＭＤ５０で形成されるパターンの像面とマスク面とを一致させてマスク９４を配置する。マスク９４は、レーザ光を透過させる透過領域となる複数の開口部９４Ａと、非透過領域となる遮光部９４Ｂと、を含む。マスク９４には、マイクロレンズアレイ６４Ａのマイクロレンズ６５それぞれに１つの開口部９４Ａが形成されている。開口部９４Ａの開口パターンは、例えば、円形穴であってよい。
【０２７６】
マイクロレンズアレイ６４Ａは、マスク９４のそれぞれの開口パターンが被加工材料１６の表面に縮小されて結像するように配置される。ここで、マイクロレンズアレイ６４Ａの倍率は、例えば１／３〜１／１０の範囲であって、典型的には１／５である。
【０２７７】
１０．２  動作
レーザ加工制御部８０は、ＭＭＤ５０とフーリエ変換光学系６１とによって、マスク９４の開口部９４Ａの各々に、開口部９４Ａの大きさよりも大きく、かつ、開口部９４Ａの大きさに近いレーザ光を照射するように、ＭＭＤ５０の各ミラーの姿勢角度を制御する。
【０２７８】
マスク９４の各開口部９４Ａを透過したレーザ光は、マイクロレンズアレイ６４Ａによって、被加工材料１６の表面に集光される。すなわち、マイクロレンズアレイ６４Ａによって、マスク９４の各開口部９４Ａの縮小された像が被加工材料１６の表面に転写される。
【０２７９】
その結果、パルスレーザ光が被加工材料１６に照射されて、マスク９４のパターン形状に加工される。
【０２８０】
１０．３  マスクの開口部の形状とフーリエ変換光学系の集光点のビーム径の関係
１０．３．１  マスクの開口部の形状が円形の場合
図４１は、マスク９４に形成されている開口部９４Ａと、マスク９４に照射されるレーザ光の関係を例示した図である。図４１には、１つの開口部９４Ａのみを示した。図４１に示すように、フーリエ変換光学系６１によって集光されたレーザビーム１５２は、マスク９４を照明する。フーリエ変換光学系６１によって集光されたレーザビーム１５２は、マスク９４に形成された開口部９４Ａを全て含むように照明する。
【０２８１】
つまり、フーリエ変換光学系６１によって集光されたレーザビーム１５２のマスク面でのビームサイズは、開口部９４Ａの面積（透過領域の面積）よりも僅かに大きい。
【０２８２】
マスク９４の開口部９４Ａが円形の場合に、開口部９４Ａの直径をＤｍ、レーザビーム１５２の直径をＤＩとすると、例えば、ＤｍとＤＩの比は、以下の範囲が好ましい。
【０２８３】
０．３＜Ｄｍ／ＤＩ＜０．９９
ＤＩ：マスクに照明されるフーリエ変換光学系によって集光されるビームの直径、
Ｄｍ：マスクに形成されたレーザ光が透過する領域の直径。
【０２８４】
さらに好ましくは、
０．８≦Ｄｍ／ＤＩ≦０．９０
である。
【０２８５】
図４１に示したレーザビーム１５２は、「第１の像の集光ビーム」の一例である。
【０２８６】
１０．３．２  マスクの開口部の形状が四角形の場合
図４１では、円形の開口部を有するマスクを用いて、被加工材料１６に円形の穴加工を行う例を示したが、この例に限定されることなく、マスク９４の開口部の形状は、四角形その他の多角形であってもよい。例えば、マスク９４の開口部の形状は、正方形であってもよい。正方形の開口部を有するマスク９４を使用することにより、被加工材料１６に、正方形の形状の穴加工やアニールを行ってもよい。
【０２８７】
図４２は、マスクの開口部の形状が四角形である場合の例である。この場合、マスクの開口部の面積をＳｔとすると、Ｓｔとビーム面積の比は、次式、
０．４９≦Ｓｔ／｛π・（ＤＩ／２）２｝≦０．６３
Ｓｔ：マスクの開口面積、
に示す範囲が好ましい。
【０２８８】
１０．３．３  フーリエ変換光学系の焦点面にマスクを配置する利点
以上のように、フーリエ変換光学系６１の焦点面にマスク９４を配置することによって、マスク９４の像が投影光学系６４によって、結像するため、被加工材料１６に照射されるレーザ光の光強度分布がトップハットに近い形状となる。これにより、被加工材料１６の深さ方向の加工形状が改善される。すなわち、深さ方向のテーパの角度が急峻となる。
【０２８９】
１０．３．４  その他の形態
図４１及び図４２では、マスクの透過領域が円形の場合と四角形の場合の例を示したが、この例に限定されることなく、集光されたレーザビームのエリアはマスクの透過領域を完全に含んでいればよい。
【０２９０】
１０．４  作用・効果
図４０から図４２を用いて説明した形態によれば、次の作用効果が得られる。
【０２９１】
〈１〉マスク９４に形成されたパターンの開口部９４Ａに応じて、ＭＭＤ５０を制御することによって、マスク９４の各開口部９４Ａにレーザ光が略均一に照明されるので、マスクでロスするレーザ光が抑制される。
【０２９２】
〈２〉その結果、マスク９４の全体をケイラー照明した場合に比べて、レーザ光の利用効率が改善される。
【０２９３】
〈３〉また、マスクなしで転写した場合に比べて、マスク９４の像が被加工材料１６の表面に結像するので、深さ方向の加工形状が改善される。例えば、穴加工の場合の深さ方向のテーパの角度が急峻となる。
【０２９４】
〈４〉マスク像を縮小投影しているので、小さな形状の加工が可能となる。例えば、マスク９４に直径２５μｍの開口部９４Ａがある場合において、倍率が１／５の場合には、直径５μｍの加工が可能となる。
【０２９５】
〈５〉実施形態４は、同じピッチで被加工材料１６に加工する用途に有効である。例えば、プリント基板のビアホールの加工や、ＴＦＴ（thin-film-transistor）用のアモルファスシリコンの部分アニールなどに適用可能である。
【０２９６】
１０．５  他の形態例６
図４０では、マスク９４を用いる形態の例を示したが、この例に限定されることなく、マスク９４を省略する形態も可能である。すなわち、図４０に示したマスク９４を省略した構成とし、ＭＭＤ５０とフーリエ変換光学系６１によって形成された結像のパターンを、マスクなしで、マイクロレンズアレイ６４Ａによって、被加工材料１６の表面に結像させてもよい。このような形態は、加工すべきパターンの直径が比較的大きい場合や、深さ方向の加工形状があまり問題にならない場合に適用できる。この形態の場合、マスクでけられる光がないので、さらに、光の利用効率が改善される。
【０２９７】
１１．フーリエ変換光学系の焦点面にてレーザビームの一部を重ねる場合の例
図４３は、ＭＭＤからの反射光をフーリエ変換光学系によって集光する例を模式的に示した図である。図４４は、図４３の例におけるフーリエ変換光学系の焦点面での集光像の拡大図である。
【０２９８】
図４３及び図４４に示すように、ＭＭＤ５０の１つのミラーから反射されたレーザ光をフーリエ変換光学系６１によって集光すると、例えば、直径ＤＩのスポット径で集光する。この場合、互いに干渉性が低い複数のビームをＭＭＤ５０で同じ方向に反射させることによって、同じ直径ＤＩのスポット径で、Ｐｃ（ｘ，ｙ）の位置に、これら複数のビームを完全に重ね合わせた単一の円形の像Ｐcoを結像させることができる。
【０２９９】
図４５は、ＭＭＤからの反射光をフーリエ変換光学系によって集光する他の例を模式的に示した図である。図４６は、図４５の例におけるフーリエ変換光学系の焦点面での集光像の拡大図である。
【０３００】
図４５及び図４６に示すように、長さＬｆの集光点の像で集光させる場合は、互いに干渉性が低い複数のビームをＭＭＤで多少異なる方向に反射させる。これにより、同じ直径ＤＩのスポット径で、長さＬｆの方向に少しずつ集光点の像の位置をずらすことができる。その結果、図４６に示すように、Ｐｃ（ｘ，ｙ）の位置において、複数のビームを部分的に重ね合わせた長さＬｆの集光像ＰcLを結像させることができる。
【０３０１】
長さＬｆの範囲として、ＤＩ＜Ｌｆ≦（ＤＩ／２）・Ｎｃが好ましい。ここで、Ｎｃはコヒーレンスセルの数である。
【０３０２】
図４５及び図４６に例示したように、加工点Ｐｃ（ｘ，ｙ）で要求される加工形状が直径ＤＩよりも大きい場合には、レーザ加工制御部８０が加工点の大きさのデータを受信して、目標の加工形状になるようにＭＭＤ５０の各ミラーの姿勢角度を制御してもよい。例えば、レーザ加工制御部８０は、長さＬｆのデータを受信して、その結果に基づいて、互いに干渉性が低い複数のビームの反射方向をそれぞれ計算して、それぞれの反射方向となるようにＭＭＤ５０の各ミラーの姿勢角度を制御してもよい。
【０３０３】
また、図４５及び図４６の例では、集光点Ｐｃ（ｘ，ｙ）を長さＬｆの集光像ＰcLで集光させる場合の例を示したが、この例に限定されない。例えば、目標の加工形状が直径ＤＩよりも大きい略円形であり、集光径を直径ＤＩよりも大きくする場合は、例えば、図４７に示すように、互いに干渉性が低い複数のビームを円周上に重ね合わせてもよい。
【０３０４】
１２．多点加工の加工点数の好ましい範囲の例
ＭＭＤ５０のミラーの数をＭｎとすると、加工点の数Ｎｃの範囲は、
Ｍｎ／６００≦Ｎｃ≦Ｍｎ／８
であることが好ましい。
【０３０５】
例えば、各種の電子デバイスの製造に適用することを想定すると、加工点数の範囲は、
１００≦Ｎｃ≦１３０００
であることが好ましい。
【０３０６】
１３．レーザ加工システムを用いた加工の例
上述した各実施形態に係るレーザ加工システムは、例えば、以下に示すような各種の電子デバイスの部品の加工に適用できる。
【０３０７】
（１）液晶ディスプレイに使用されるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）作成する際のアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に改質する部分レーザアニールに適用できる。
【０３０８】
（２）半導体とプリント基板の間に配置されるインターポーザのビアホールの穴加工に適用できる。
【０３０９】
（３）携帯電話やタブレット端末等に使用されるガラス基板への加工に適用できる。
【０３１０】
上述した各実施形態に係るレーザ加工システムを用いて被加工材料を加工する方法は、電子デバイスの製造方法として適用することができる。
【０３１１】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０３１２】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。また、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」という用語は、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ａ＋Ｂ」「Ａ＋Ｃ」「Ｂ＋Ｃ」又は「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」と解釈されるべきである。さらに、それらと「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」以外のものとの組み合わせも含むと解釈されるべきである。
【図１】
2019111382.tif 000003
【図２】
2019111382.tif 000004
【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２１】
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【図２２】
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【図２３】
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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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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【国際調査報告】
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