(57)【要約】  ワークピースをレーザ加工するための装置及び手法が改善され、新しい機能性が提供される。述べられている実施形態は、適応加工、プロセス制御及び他の望ましい特徴を促進するビーム特性評価ツールの利用に関するものである。他の実施形態は、積分球を組み込んだレーザパワーセンサに関するものである。さらに他の実施形態は、共通のレーザ加工装置に異なるワークピースを同時に供給することが可能なワークピースハンドリングシステムに関するものである。他の多くの実施形態及び構成が詳細に述べられる。
2021526973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを加工する際に使用されるレーザ加工装置であって、
ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、
前記ビーム経路内に配置され、前記レーザエネルギービームが伝搬し得る前記ビーム経路を偏向可能なAODシステムと、
前記AODシステムの光学的に下流側に配置され、前記ビーム経路に沿って伝搬する前記レーザエネルギービームの第１の部分を前記AODシステムから反射させ、前記ビーム経路に沿って伝搬する前記レーザエネルギービームの第２の部分を前記AODシステムから透過させるように構成されるビームスプリッタであって、前記レーザエネルギービームの前記第１の部分は、第１の経路に沿って伝搬し、前記レーザエネルギービームの前記第２の部分は第２の経路に沿って伝搬する、ビームスプリッタと、
前記第２の経路内に配置されるレーザセンサシステムであって、前記第２の経路に沿って伝搬するレーザエネルギーを測定するように構成されるレーザセンサシステムと
を備える、
レーザ加工装置。
【請求項２】
前記ビームスプリッタは部分反射ミラーを含む、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザセンサシステムは、
第１のポートと第２のポートとを有する積分球であって、前記第１のポートは、前記レーザエネルギービームの前記第２の部分が前記積分球内に伝搬可能となるように前記第２の経路に位置合わせされた、積分球と、
前記第２のポートに位置合わせされた光検出器であって、前記積分球内のレーザエネルギーが前記光検出器に伝搬可能となるようになっている光検出器と
を含む、
請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第１の経路内に配置されるスキャンレンズであって、前記レーザエネルギービームの前記第１の部分の焦点を合わせるように構成されるスキャンレンズをさらに備える、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記第１の経路内に配置されるビームポジショナであって、前記レーザエネルギービームの前記第１の部分が伝搬し得る前記第１の経路を偏向するように構成されるビームポジショナをさらに備える、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
ワークピースを加工する際に使用されるレーザ加工装置であって、
ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、
前記ビーム経路に配置され、前記レーザエネルギービームの焦点を合わせることが可能なスキャンレンズと、
前記ワークピースを支持可能なポジショナと、
前記ポジショナに連結されるビーム特性評価ツールであって、
基板上に配置された複数のターゲットを有するトークンであって、前記ターゲットは、前記レーザエネルギービームに対して非透過的な材料から形成され、前記基板は、前記レーザエネルギービームに対して前記ターゲットよりも透過的な材料から形成される、トークンと、
前記トークンの光学的に下流側に配置される光検出器と、
前記トークンと前記光検出器との間に配置される光フィルタであって、前記光フィルタを透過した前記レーザエネルギービームが、前記光検出器がダメージを受ける閾値フルエンスよりも低いフルエンスで前記光検出器に照射されるように、前記基板を透過したレーザエネルギーを減衰するように構成される光フィルタと
を含むビーム特性評価ツールと
を備え、
前記ポジショナは、前記スキャンレンズが投影するスキャンフィールド内に前記ビーム特性評価ツールを位置決め可能である、
レーザ加工装置。
【請求項７】
ワークピースを加工する際に使用されるレーザ加工装置であって、
ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、
前記ビーム経路に配置され、前記レーザエネルギービームの焦点を合わせることが可能なスキャンレンズと、
前記ワークピースを支持可能なポジショナと、
前記ポジショナに連結されるビーム特性評価ツールであって、
基板上に配置された複数のターゲットを有するトークンであって、前記ターゲットは、前記レーザエネルギービームに対して非透過的な材料から形成され、前記基板は、前記レーザエネルギービームに対して前記ターゲットよりも透過的な材料から形成される、トークンと、
前記トークンの光学的に下流側に配置される光検出器と、
前記トークンと前記光検出器との間に配置される光フィルタであって、前記光フィルタを透過した前記レーザエネルギービームが、前記光検出器がダメージを受ける閾値フルエンスよりも低いフルエンスで前記光検出器に照射されるように、前記基板を透過したレーザエネルギーを減衰するように構成される光フィルタと
を含むビーム特性評価ツールと
を備え、
前記ポジショナは、前記スキャンレンズが投影するスキャンフィールド内に前記ビーム特性評価ツールを位置決め可能である、
レーザ加工装置。
【請求項８】
ウェブ材料として提供されるワークピースを加工する際に使用されるシステムであって、
レーザ加工装置であって、
ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、
前記ビーム経路に交差する位置に前記ワークピースを固定可能な固定具であって、第１の方向に沿って移動可能な固定具と
を含むレーザ加工装置と、
ワークピースハンドリングシステムであって、
前記ワークピースから構成される材料ロールを支持可能なアンワインドスピンドルであって、前記ワークピースを前記レーザ加工装置に供給可能なアンワインドスピンドルと、
前記ワークピースから構成される材料ロールを支持可能なリワインド材料ロールであって、前記レーザ加工装置から前記ワークピースを受け取ることが可能なリワインドスピンドルと、
可動フレームと前記フレームに連結されたダンサローラとを含むダンサアセンブリと
を含むワークピースハンドリングシステムと
を備え、
前記ダンサアセンブリは、前記ワークピースの第１の部分が前記固定具に固定された際に、前記ワークピースの第２の部分が前記ダンサローラの周囲に部分的に巻かれるように配置され、
前記フレームは、前記アンワインドスピンドル及び前記リワインドスピンドルからなる群から選択される少なくとも１つに対して移動可能であり、
前記ダンサローラは、前記フレームに対して移動可能である、
システム。
【請求項９】
それぞれウェブ材料として提供されるワークピースを加工する際に使用されるシステムであって、
レーザ加工装置であって、
ビーム経路に沿ってプロセス領域を通って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源であって、前記プロセス領域は複数のワークピースを同時に収容可能なサイズである、レーザ源
を含むレーザ加工装置と、
ワークピースハンドリングシステムであって、
第１のワークピースを前記レーザ加工装置に供給し、あるいは、前記レーザ加工装置から前記第１のワークピースを受け取ることが可能な第１のスピンドルと、
第２のワークピースを前記レーザ加工装置に供給し、あるいは、前記レーザ加工装置から前記第２のワークピースを受け取ることが可能な第２のスピンドルと
を含むワークピースハンドリングシステムと
を備える、システム。
【請求項１０】
レーザ加工装置であって、
ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、
（a）前記レーザエネルギービームを偏向すること、（b）前記ビーム経路に沿って前記レーザエネルギービームのビームウェストの位置を調整すること、（c）前記レーザエネルギービームのパワーを調整すること、及び（d）前記レーザエネルギービームスキャンレンズのビームサイズを調整することからなる群から選択される少なくとも１つの動作をレーザエネルギービームに対して行うことが可能な少なくとも１つの構成要素と、
前記レーザエネルギービームの１以上の特性を測定し、該測定されたビーム特性のうち１つ以上のビーム特性を表す測定データを生成可能なビーム特性評価ツールと、
少なくとも１つのプロセッサであって、
前記測定データを処理して前記レーザエネルギービームの前記１以上の測定された特性に関連付けられた１以上の測定値を取得し、
前記１以上の測定値が閾加工許容範囲外である場合に、１以上の制御信号を前記少なくとも１つの構成要素に出力する
ことが可能な少なくとも１つのプロセッサと
を備え、
前記１以上の制御信号は、前記レーザエネルギービームの前記１以上の測定された特性が前記閾加工許容範囲内となるように、前記レーザエネルギービームに対して少なくとも１つの動作を前記少なくとも１つの構成要素にさせるように構成される、
レーザ加工装置。
【請求項１１】
レーザ加工装置であって、
ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、
（a）前記レーザエネルギービームを偏向すること、（b）前記ビーム経路に沿って前記レーザエネルギービームのビームウェストの位置を調整すること、（c）前記レーザエネルギービームのパワーを調整すること、及び（d）前記レーザエネルギービームスキャンレンズのビームサイズを調整することからなる群から選択される少なくとも１つの動作をレーザエネルギービームに対して行うことが可能な少なくとも１つの構成要素と、
前記レーザエネルギービームの１以上の空間的特性及び１以上のエネルギー特性を測定し、該測定された特性のうち１つ以上の特性を表す測定データを生成可能なビーム特性評価ツールと、
少なくとも１つのプロセッサであって、
前記測定データを処理して前記レーザエネルギービームの前記１以上の測定された空間的特性及び前記１以上の測定されたエネルギー特性に関連付けられた１以上の測定値を取得し、
前記１以上の測定された空間的特性に関連付けられた前記１以上の測定値が第１の閾加工許容範囲外であり、前記１以上の測定されたエネルギー特性が第２の閾加工許容範囲外である場合に、１以上の制御信号を前記少なくとも１つの構成要素に出力する
ことが可能な少なくとも１つのプロセッサと
を備え、
前記１以上の制御信号は、前記レーザエネルギービームの前記１以上の測定されたエネルギー特性が前記第２の閾加工許容範囲内となるように、前記レーザエネルギービームに対して少なくとも１つの動作を前記少なくとも１つの構成要素にさせるように構成される、
レーザ加工装置。
【請求項１２】
ワークピースを加工するためのレーザ加工装置であって、
ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、
前記ビーム経路と前記ワークピースとの間で相対移動を生じさせることが可能な少なくとも１つのポジショナと、
前記レーザエネルギービームの１以上の空間的特性を測定し、前記測定された特性のうち１つ以上の特性を表す測定データを生成可能なビーム特性評価ツールと、
少なくとも１つのプロセッサであって、
前記測定データを処理して前記レーザエネルギービームの前記１以上の測定された空間的特性に関連付けられた１以上の測定値を取得し、
前記１以上の測定された空間的特性に関連付けられた前記１以上の測定値が閾加工許容範囲外である場合に、１以上の制御信号を前記少なくとも１つの構成要素に出力する
ことが可能な少なくとも１つのプロセッサと
を備え、
前記１以上の制御信号は、前記少なくとも１つのポジショナにより前記ビーム経路と前記ワークピースとの間で相対移動を生じさせつつ、前記レーザエネルギービームにより照射されるプロセススポットがスキャンされる軌跡を前記少なくとも１つのポジショナに修正させるように構成される、
レーザ加工装置。
【請求項１３】
ビーム位置決めシステムであって、
軸に沿ってレーザエネルギービームを偏向するように配置及び構成される音響光学偏向器（AOD）と、
前記AODにより偏向されるときに、前記軸に沿って時間の関数として正弦波状に前記レーザエネルギービームを偏向するように配置及び構成される共鳴スキャニングミラーシステムと、
前記AOD及び前記共鳴スキャニングミラーにより順次偏向可能なレーザエネルギービームが、時間の関数として非正弦波状に偏向可能となるように、前記AODの動作を制御するように構成されるコントローラと
を備える、ビーム位置決めシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、2018年６月５日に提出された米国仮特許出願第62/680,856号及び2018年６月22日に提出された米国仮特許出願第62/688,484号の利益を主張し、これらのそれぞれは、参照によりその全体が組み込まれる。
【背景】
【０００２】
Ｉ．技術分野
本明細書に開示される実施形態は、概して、ワークピースをレーザ加工するための装置に関し、特に、ビーム特性評価ツールを組み込んだレーザ加工装置、これを動作される方法、及びこれを用いてワークピースをレーザ加工する方法に関するものである。
【０００３】
II．背景
ワークピースをレーザ加工する際に、ワークピースに入射するレーザエネルギービームの焦点の合った状態でのサイズと形状を把握することは、フルエンス（すなわち単位面積当たりのエネルギー）を計算し、ロバストプロセスを規定する上で非常に重要である。本明細書で使用される場合には、プロセスが、環境変化や取り扱い、経時的な汚染による装置及びワークピースの特性のわずかの変化に対してだけではなく、レーザ加工装置の特性における設計許容範囲に対しても所望の品質仕様を満足できる場合には、そのプロセスは「ロバスト」なものであるとする。
【０００４】
焦点の合った状態でのレーザスポットサイズ及び形状は、一般的に、レーザ加工装置内の光学部品が最初に設置され、正しく位置合わせされた直後に明確に定義される。しかしながら、加工中に焦点の合っていない状態のレーザスポットが使用された場合には、さらに／あるいは、レーザ及びレーザ加工装置が突然の時間的な変化、温度変化、機械的振動及び応力、及び光学的汚染の影響を受けた後には、ワークピースでのレーザスポットサイズ及び形状が変化し得る。例えば、焦点の合っていない状態のレーザスポットが使用されると、主にビーム「ウェスト」で生じるレーザ内の自然の非点収差によって、焦点の合った状態のレーザスポットが使用された場合に比べて実効スポットサイズの変動がより大きくなる。さらに、レーザの寿命までの間に、レーザスポット出力が劣化することが考えられ、これによりワークピースでのスポットサイズ及び形状に好ましくない変化が生じることがある。次に、光学ビーム伝搬システムを有するレーザシステムは、温度変化や機械的振動及び応力の影響を受けるため、レーザ加工装置及びレーザ自体の内部にある光学部品及び光学マウントが微小にずれることが考えられ、これによりワークピースでのスポットサイズに変化が生じる。最後に、光学部品は、デブリや塵、油、他の環境汚染物によって汚染されるため、装置内でビーム経路に沿ってビームが歪むことが考えられ、これによりワークピースでのスポットサイズ及びスポット形状に変動が生じる。
【０００５】
レーザスポットサイズ及び形状をモニタリングするため及びその変化を低減又は補償するための従来の手法は、ワークピースに照射されるレーザパルスのフルエンス（エネルギー／単位面積）を調整してスポットサイズの変化を補償するためにレーザパワーをモニタリング及び制御すること、パルスエネルギーの一貫性を確保するために、安定したパルスエネルギーを有すると知られているレーザを使用すること、ビームサイズ／形状における変動性が低いと知られている安定したレーザを用いること、スポットサイズ／形状における変動性を低減するためにロバストな光学設計を用いること、光学部品のずれにより生じる、環境的に引き起こされるビーム品質の変化を避けるために、ロバストな機械的設計を用いること、レーザ加工装置間でスポットサイズが十分に一貫性のあるものとなるように、レーザ加工装置のセットアップ又は設置中に光学部品のロバストな位置合わせを行うこと、スポット特性の範囲、パワー変化、及びビーム位置決め変化にかかわらず、よりロバストであり、許容可能な品質を提供可能なレーザ加工レシピを開発すること（一般的に、プロセスレシピに対して実現可能なロバストの程度には限度がある。プロセスのロバスト性とプロセスの生産性との間には一般的に相反する関係があり、プロセスがよりロバストになると、プロセスの速度／生産性は典型的には減少する）のうちの１つ以上を伴うものである。
【０００６】
比較的薄い柔軟性のあるワークピース（「ウェブ」としても知られる）をレーザ加工するためのシステム又は装置は、場合によっては、（例えば、ウェブに対してレーザ加工を施すことができるように）ウェブをレーザ加工装置に案内し、レーザ加工されたウェブを装置から取り出すように適合されたハンドリングシステムを備えるか、あるいはこのようなハンドリングシステムと連携して用いられることがある。しかしながら、従来のハンドリングシステムは、一度に１種類のウェブ材料のみを取り扱うことができるものとして知られている。さらに、従来のレーザ加工装置は、典型的には、レーザ加工に先立ってウェブをチャック又は他の固定具に固定し、その後、レーザ加工中に固定具を移動させる（これによりウェブを移動させる）ものである。したがって、従来のハンドリングシステムの中には、固定具が移動した際にウェブの緩みを吸収する（又は加える）ことが可能なダンサローラアセンブリを組み込んだものも知られている。しかしながら、固定具の移動とダンサアセンブリ内のローラの移動との間に遅延が生じることがあり、これにより、ウェブ内に好ましくない張力又は歪みが生じてウェブにダメージを与えるおそれがある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、一実施形態におけるレーザ加工装置を模式的に示すものである。
【図２−３】図２及び図３は、一実施形態におけるビーム特性を測定するためのビーム特性評価ツールが取り付けられた第３のポジショナ110の動作を模式的に示すものである。
【図４】図４は、一実施形態における図２及び図３に示されるビーム特性評価ツールを模式的に示すものである。
【図５】図５は、他の実施形態における図４に示されるビーム特性評価ツールの基板上のターゲットの配置を模式的に示すものである。
【図６】図６は、他の実施形態における図２及び図３に示されるビーム特性評価ツールを模式的に示すものである。
【図７】図７は、一実施形態におけるレーザセンサシステムを組み込んだレーザ加工装置を模式的に示すものである。
【図８】図８は、一実施形態におけるワークピースハンドリングシステムを模式的に示すものである。
【図９】図９は、一実施形態における図８に示されるワークピースハンドリングシステムのダンサアセンブリを模式的に示すものである。
【図１０】図10は、他の実施形態におけるダンサアセンブリを模式的に示すものである。
【図１１】図11は、他の実施形態におけるワークピースハンドリングシステムのアンワインドアセンブリを模式的に示すものである。
【図１２−１３】図12及び図13は、図11及び図12にそれぞれ示されるXII-XII’線及びXIII-XIII線に沿った様々な平面図を模式的に示すものである。
【図１４】図14は、一定のパルス繰り返し率でワークピースに伝搬されるレーザパルスが共鳴スキャニングミラーシステムにより偏向された後に当該レーザパルスにより照射されるプロセススポットの配置を模式的に示すものである。
【図１５】図15は、一実施形態において、一定のパルス繰り返し率でワークピースに伝搬されるレーザパルスが、共鳴スキャニングミラーシステムと共鳴スキャニングミラーシステムの正弦振動を補償するように構成された他のポジショナとにより偏向された後に当該レーザパルスにより照射されるプロセススポットの配置を模式的に示すものである。
【図１６−１９】図16〜図19は、フィーチャを形成するためのスキャンパターンの例を模式的に示すものである。
【概要】
【０００８】
一実施形態においては、ワークピースを加工する際に使用されるレーザ加工装置は、ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、上記ビーム経路内に配置され、上記レーザエネルギービームが伝搬し得る上記ビーム経路を偏向可能なAODシステムと、上記AODシステムの光学的に下流側に配置され、上記ビーム経路に沿って伝搬する上記レーザエネルギービームの第１の部分を上記AODシステムから反射させ、上記ビーム経路に沿って伝搬する上記レーザエネルギービームの第２の部分を上記AODシステムから透過させるように構成されるビームスプリッタであって、上記レーザエネルギービームの上記第１の部分は、第１の経路に沿って伝搬し、上記レーザエネルギービームの上記第２の部分は第２の経路に沿って伝搬する、ビームスプリッタと、上記第２の経路内に配置されるレーザセンサシステムであって、上記第２の経路に沿って伝搬するレーザエネルギーを測定するように構成されるレーザセンサシステムとを含む。
【０００９】
他の実施形態においては、ワークピースを加工する際に使用されるレーザ加工装置は、ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、上記ビーム経路に配置され、上記レーザエネルギービームの焦点を合わせることが可能なスキャンレンズと、上記ワークピースを支持可能なポジショナと、上記ポジショナに連結されるビーム特性評価ツールとを含む。上記ビーム特性評価ツールは、基板上に配置された複数のターゲットを有するトークンであって、上記ターゲットは、上記レーザエネルギービームに対して非透過的な材料から形成され、上記基板は、上記レーザエネルギービームに対して上記ターゲットよりも透過的な材料から形成される、トークンと、上記トークンの光学的に下流側に配置される光検出器と、上記トークンと上記光検出器との間に配置される光フィルタであって、上記光フィルタを透過した上記レーザエネルギービームが、上記光検出器がダメージを受ける閾値フルエンスよりも低いフルエンスで上記光検出器に照射されるように、上記基板を透過したレーザエネルギーを減衰するように構成される光フィルタとを含み得る。上記ポジショナは、上記スキャンレンズが投影するスキャンフィールド内に上記ビーム特性評価ツールを位置決め可能である。
【００１０】
他の実施形態においては、ワークピースを加工する際に使用されるレーザ加工装置は、ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、上記ビーム経路に配置され、上記レーザエネルギービームの焦点を合わせることが可能なスキャンレンズと、上記ワークピースを支持可能なポジショナと、上記ポジショナに連結されるビーム特性評価ツールとを含む。上記ビーム特性評価ツールは、基板上に配置された複数のターゲットを有するトークンであって、上記ターゲットは、上記レーザエネルギービームに対して非透過的な材料から形成され、上記基板は、上記レーザエネルギービームに対して上記ターゲットよりも透過的な材料から形成される、トークンと、上記トークンの光学的に下流側に配置される光検出器と、上記トークンと上記光検出器との間に配置される光フィルタであって、上記光フィルタを透過した上記レーザエネルギービームが、上記光検出器がダメージを受ける閾値フルエンスよりも低いフルエンスで上記光検出器に照射されるように、上記基板を透過したレーザエネルギーを減衰するように構成される光フィルタとを含み得る。上記ポジショナは、上記スキャンレンズが投影するスキャンフィールド内に上記ビーム特性評価ツールを位置決め可能である。
【００１１】
他の実施形態においては、ウェブ材料として提供されるワークピースを加工する際に使用されるシステムは、レーザ加工装置と、ワークピースハンドリングシステムとを含んでいる。上記レーザ加工装置は、ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、上記ビーム経路に交差する位置に上記ワークピースを固定可能な固定具であって、第１の方向に沿って移動可能な固定具とを含む。上記ワークピースハンドリングシステムは、上記ワークピースから構成される材料ロールを支持可能なアンワインドスピンドルであって、上記ワークピースを上記レーザ加工装置に供給可能なアンワインドスピンドルと、上記ワークピースから構成される材料ロールを支持可能なリワインド材料ロールであって、上記レーザ加工装置から上記ワークピースを受け取ることが可能なリワインドスピンドルと、可動フレームと上記フレームに連結されたダンサローラとを含むダンサアセンブリとを含む。上記ダンサアセンブリは、上記ワークピースの第１の部分が上記固定具に固定された際に、上記ワークピースの第２の部分が上記ダンサローラの周囲に部分的に巻かれるように配置される。上記フレームは、上記アンワインドスピンドル及び上記リワインドスピンドルからなる群から選択される少なくとも１つに対して移動可能であり、上記ダンサローラは、上記フレームに対して移動可能である。
【００１２】
他の実施形態においては、それぞれウェブ材料として提供されるワークピースを加工する際に使用されるシステムは、レーザ加工装置と、ワークピースハンドリングシステムとを含んでいる。上記レーザ加工装置は、ビーム経路に沿ってプロセス領域を通って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源であって、上記プロセス領域は複数のワークピースを同時に収容可能なサイズである、レーザ源を含む。上記ワークピースハンドリングシステムは、第１のワークピースを上記レーザ加工装置に供給し、あるいは、上記レーザ加工装置から上記第１のワークピースを受け取ることが可能な第１のスピンドルと、第２のワークピースを上記レーザ加工装置に供給し、あるいは、上記レーザ加工装置から上記第２のワークピースを受け取ることが可能な第２のスピンドルとを含む。
【００１３】
他の実施形態においては、レーザ加工装置は、ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、（a）上記レーザエネルギービームを偏向すること、（b）上記ビーム経路に沿って上記レーザエネルギービームのビームウェストの位置を調整すること、（c）上記レーザエネルギービームのパワーを調整すること、及び（d）上記レーザエネルギービームスキャンレンズのビームサイズを調整することからなる群から選択される少なくとも１つの動作をレーザエネルギービームに対して行うことが可能な少なくとも１つの構成要素と、上記レーザエネルギービームの１以上の特性を測定し、該測定されたビーム特性のうち１つ以上のビーム特性を表す測定データを生成可能なビーム特性評価ツールと、少なくとも１つのプロセッサとを含んでいる。上記少なくとも１つのプロセッサは、上記測定データを処理して上記レーザエネルギービームの上記１以上の測定された特性に関連付けられた１以上の測定値を取得し、上記１以上の測定値が閾加工許容範囲外である場合に、１以上の制御信号を上記少なくとも１つの構成要素に出力することが可能である。上記１以上の制御信号は、上記レーザエネルギービームの上記１以上の測定された特性が上記閾加工許容範囲内となるように、上記レーザエネルギービームに対して少なくとも１つの動作を上記少なくとも１つの構成要素にさせるように構成される。
【００１４】
他の実施形態においては、レーザ加工装置は、ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、（a）上記レーザエネルギービームを偏向すること、（b）上記ビーム経路に沿って上記レーザエネルギービームのビームウェストの位置を調整すること、（c）上記レーザエネルギービームのパワーを調整すること、及び（d）上記レーザエネルギービームスキャンレンズのビームサイズを調整することからなる群から選択される少なくとも１つの動作をレーザエネルギービームに対して行うことが可能な少なくとも１つの構成要素と、上記レーザエネルギービームの１以上の空間的特性及び１以上のエネルギー特性を測定し、該測定された特性のうち１つ以上の特性を表す測定データを生成可能なビーム特性評価ツールと、少なくとも１つのプロセッサとを含んでいる。上記１以上のプロセッサは、上記測定データを処理して上記レーザエネルギービームの上記１以上の測定された空間的特性及び上記１以上の測定されたエネルギー特性に関連付けられた１以上の測定値を取得し、上記１以上の測定された空間的特性に関連付けられた上記１以上の測定値が第１の閾加工許容範囲外であり、上記１以上の測定されたエネルギー特性が第２の閾加工許容範囲外である場合に、１以上の制御信号を上記少なくとも１つの構成要素に出力することが可能である。上記１以上の制御信号は、上記レーザエネルギービームの上記１以上の測定されたエネルギー特性が上記第２の閾加工許容範囲内となるように、上記レーザエネルギービームに対して少なくとも１つの動作を上記少なくとも１つの構成要素にさせるように構成される。
【００１５】
他の実施形態においては、ワークピースを加工するためのレーザ加工装置は、ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、上記ビーム経路と上記ワークピースとの間で相対移動を生じさせることが可能な少なくとも１つのポジショナと、上記レーザエネルギービームの１以上の空間的特性を測定し、上記測定された特性のうち１つ以上の特性を表す測定データを生成可能なビーム特性評価ツールと、少なくとも１つのプロセッサとを含んでいる。上記少なくとも１つのプロセッサは、上記測定データを処理して上記レーザエネルギービームの上記１以上の測定された空間的特性に関連付けられた１以上の測定値を取得し、上記１以上の測定された空間的特性に関連付けられた上記１以上の測定値が閾加工許容範囲外である場合に、１以上の制御信号を上記少なくとも１つの構成要素に出力することが可能である。上記１以上の制御信号は、上記少なくとも１つのポジショナにより上記ビーム経路と上記ワークピースとの間で相対移動を生じさせつつ、上記レーザエネルギービームにより照射されるプロセススポットがスキャンされる軌跡を上記少なくとも１つのポジショナに修正させるように構成される。
【００１６】
他の実施形態においては、ビーム位置決めシステムは、軸に沿ってレーザエネルギービームを偏向するように配置及び構成される音響光学偏向器（AOD）と、上記AODにより偏向されるときに、上記軸に沿って時間の関数として正弦波状に上記レーザエネルギービームを偏向するように配置及び構成される共鳴スキャニングミラーシステムと、上記AOD及び上記共鳴スキャニングミラーにより順次偏向可能なレーザエネルギービームが、時間の関数として非正弦波状に偏向可能となるように、上記AODの動作を制御するように構成されるコントローラとを含んでいる。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１７】
本明細書においては、実施形態の例が添付図面を参照して述べられる。明確にそうでないことが記載されていない限り、図面においては、構成要素、特徴、要素などのサイズや位置など、またそれらの間の距離は、必ずしも縮尺通りではなく、明確にするために誇張されている。図面を通して同様の数字は同様の要素を意味している。このため、同一又は類似の数字は、対応する図面で言及又は説明されていない場合であっても、他の図面を参照して述べられることがある。また、参照番号の付されていない要素であっても、他の図面を参照して述べられることがある。
【００１８】
本明細書において使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、限定を意図しているものではない。特に定義されている場合を除き、本明細書において使用される（技術的用語及び科学的用語を含む）すべての用語は、当業者により一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される場合には、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、本明細書で使用されている場合には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことを理解すべきである。特に示している場合を除き、値の範囲が記載されているときは、その範囲は、その範囲の上限と下限の間にあるサブレンジだけではなく、その上限及び下限を含むものである。特に示している場合を除き、「第１」や「第２」などの用語は、要素を互いに区別するために使用されているだけである。例えば、あるノードを「第１のノード」と呼ぶことができ、同様に別のノードを「第２のノード」と呼ぶことができ、あるいはこれと逆にすることもできる。
【００１９】
特に示されている場合を除き、「約」や「その前後」などの用語は、量、サイズ、配合、パラメータ、及び他の数量及び特性が、正確ではなく、また正確である必要がなく、必要に応じて、あるいは許容誤差、換算係数、端数計算、測定誤差など、及び当業者に知られている他のファクタを反映して、概数であってもよく、さらに／あるいは大きくても小さくてもよいことを意味している。本明細書において、「下方」、「下」、「下側」、「上方」、及び「上側」などの空間的に相対的な用語は、図に示されるような、ある要素又は特徴の他の要素又は特徴に対する関係を述べる際に説明を容易にするために使用され得るものである。空間的に相対的な用語は、図において示されている方位に加えて異なる方位を含むことを意図するものであることは理解すべきである。例えば、他の要素又は特徴の「下方」又は「下」にあるとして説明される要素は、図中の対象物が反転した場合には、他の要素又は特徴の「上方」を向くことになる。このように、「下方」という例示的な用語は、上方及び下方の方位の双方を含み得るものである。対象物が他の方位を向く場合（例えば90度回転される場合や他の方位にある場合）には、本明細書において使用される空間的に相対的な記述子はこれに応じて解釈され得る。
【００２０】
本明細書において使用されているセクション見出しは、整理のためだけのものであり、述べられた主題を限定するものと解釈すべきではない。本開示の精神及び教示を逸脱することなく、多くの異なる形態、実施形態及び組み合わせが考えられ、本開示を本明細書で述べた実施形態の例に限定して解釈すべきではないことは理解できよう。むしろ、これらの例及び実施形態は、本開示が完全かつすべてを含むものであって、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。
【００２１】
Ｉ．概説
本明細書において述べられる実施形態は、概して、ワークピースをレーザ加工する（すなわち、より簡単に言えば「加工する」）ための方法及び装置に関するものである。一般的に、レーザ放射でワークピースを照射して、ワークピースを加熱したり、溶融したり、蒸発させたり、アブレートしたり、クラックしたり、脱色したり、研磨したり、粗くしたり、炭化したり、発泡させたり、あるいはワークピースを形成している１以上の材料の１以上の特質又は特性（例えば、化学的組成、原子構造、イオン構造、分子構造、電子構造、マイクロ構造、ナノ構造、濃度、粘度、屈折率、透磁率、比誘電率、テクスチャ、色、硬度、電磁放射に対する透過率など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）を変化させたりするなどにより加工の全体又は一部が行われる。加工される材料は、加工前又は加工中にワークピースの外部に位置していてもよく、加工前又は加工中にワークピースの内部に完全に位置してもよい（すなわち、ワークピースの外部に位置していなくてもよい）。
【００２２】
図示されたレーザ加工用装置により行われ得るプロセスの具体的な例としては、ビアドリリング又は他の孔形成、カッティング、打ち抜き、溶接、スクライビング、エングレービング、マーキング（例えば、表面マーキング、サブ表面マーキングなど）、レーザ誘起フォワード転送、洗浄、漂白、高輝度ピクセルの修復（例えば、カラーフィルタ暗化、OLED材料の改質など）、膜除去、表面テクスチャリング（例えば、粗くする、滑らかにするなど）、又はこれに類似するもの、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。このように、加工の結果として、ワークピース上に、あるいはワークピース内に形成され得る１以上のフィーチャは、開口、スロット、ビア又は他の孔、溝、トレンチ、スクライブライン、切溝、凹部、トレース、オーム接触、抵抗パターン、人間が読み取ることができる又は機械により読み取ることができる印（例えば、視覚的に又はテクスチャにおいて区別できる１以上の特性を有するワークピース内又はそのようなワークピース上の１以上の領域を備える）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを含み得る。開口、スロット、ビア、孔などのフィーチャは、上面視において任意の好適な又は望ましい形状（例えば、円形、楕円形、正方形、矩形、三角形、環状、又はこれに類似するもの、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）を有していてもよい。さらに、開口、スロット、ビア、孔などのフィーチャは、（例えば、いわゆる「貫通ビア」、「貫通孔」などを形成するように）ワークピースを完全に貫通して延びていてもよいし、あるいは（いわゆる「非貫通ビア」、「非貫通孔」などを形成するように）ワークピース内を部分的にのみ延びていてもよい。
【００２３】
加工され得るワークピースは、１以上の金属、ポリマー、セラミック、複合物、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの（例えば、合金であるか、化合物であるか、混合物であるか、溶液であるか、複合物であるかなどを問わない）から形成されるものとして包括的に特徴付けられる。したがって、加工され得る材料は、Al、Ag、Au、Cr、Cu、Fe、In、Mg、Mo、Ni、Pt、Sn、Tiなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの（例えば、合金であるか、複合物であるかなどを問わない）などの１以上の金属、導電性金属酸化物（例えばITOなど）、透明な導電性ポリマー、セラミック、ワックス、樹脂、層間誘電材料（例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素など、メチルシルセスキオキサン（MSQ）、水素シルセスキオキサン（HSQ）、フッ化オルトケイ酸テトラエチル（FTEOS）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののようなlow-k誘電体材料）、有機誘電体材料（例えば、SILK、ベンゾシクロブテン、Nautilus（いずれもDow社により製造される）、ポリフルオロテトラエチレン（DuPont社により製造される）、FLARE（Allied Chemical社により製造される）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）、電子又は光学デバイス基板材料（例えば、Al2O3、AlN、BeO、Cu、GaAS、GaN、Ge、InP、Si、SiO2、SiC、Si1-xGex（0.0001＜ｘ＜0.9999）など、あるいはこれらの任意の組み合わせ又はその合金）、ガラス（例えば、溶融石英、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ナトリウムガラス、酸化鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、酸化ゲルマニウムガラス、アルミン酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、カルコゲナイドガラス、アモルファス金属など、又はこれらの任意の組み合わせ）、革、紙、組立材（例えば、「ABF」としても知られる、味の素ビルドアップフィルムなど）、ソルダレジストなど、あるいはこれらの任意の複合物、積層体、又は他の組み合わせを含む。
【００２４】
加工され得るワークピースの具体例としては、プリント回路基板（PCB）のパネル（本明細書においては「PCBパネル」ともいう）、PCB、PCB積層体（例えば、FR4、高Tgエポキシ、BT、ポリイミドなど、あるいはこれらの任意の組み合わせ）、PCB積層体プリプレグ、基板状PCB（SLP）、フレキシブルプリント回路（FPC）のパネル（本明細書においては「FPCパネル」ともいう）、FPC、カバーレイフィルム、集積回路（IC）、IC基板、ICパッケージ（ICP）、発光ダイオード（LED）、LEDパッケージ、半導体ウェハ、電子又は光学デバイス基板、インターポーザ、リードフレーム、リードフレームブランク、ディスプレイ基板（例えば、TFT、カラーフィルタ、有機LED（OLED）アレイ、量子ドットLEDアレイなど、又はこれらを任意に組み合わせたものが形成された基板）、レンズ、ミラー、タービン翼、粉末、膜、箔、板、型（例えば、ワックスモールド、射出成形プロセスやインベストメント鋳造プロセス用の型など）、布地（織物、フェルトなど）、外科用器具、医療用インプラント、パッケージされた製品、靴、自転車、自動車、自動車部品又は航空部品（例えば、フレーム、ボディパネルなど）、器具（例えば、電子レンジ、オーブン、冷蔵庫など）、（例えば、腕時計、コンピュータ、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ウェアラブル電子デバイスなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののための）デバイスハウジングが挙げられる。
【００２５】
II．システム−概要
図１は、本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置を模式的に示している。
【００２６】
図１に示される実施形態を参照すると、ワークピース102を加工するためのレーザ加工装置100（本明細書においては単に「装置」ともいう）は、レーザエネルギービームを生成するためのレーザ源104と、１以上のポジショナ（例えば、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）と、スキャンレンズ112とを含むものとして特徴付けることができる。
【００２７】
スキャンレンズ112を通過してビーム経路116に沿って伝搬するレーザエネルギーは、ワークピース102に照射されるようにビーム軸118に沿って伝搬する。ビーム軸118に沿って伝搬するレーザエネルギーは、ガウス形空間強度プロファイル又は非ガウス形（すなわち「整形された」）空間強度プロファイル（例えば、「トップハット」空間強度プロファイル）を有するものとして特徴付けられ得る。空間強度プロファイルの種類にかかわらず、空間強度プロファイルは、ビーム軸118（又はビーム経路116）に沿って伝搬するレーザエネルギービームの形状（すなわち断面形状、本明細書においては「スポット形状」ともいう）として特徴付けることもでき、このレーザエネルギービームの形状は、円形、楕円形、正方形、矩形、三角形、六角形、リング形状など、又は任意の形状であり得る。本明細書で使用される場合には、「スポットサイズ」という用語は、照射されるレーザエネルギービームによって少なくとも部分的に加工されるワークピース102の一領域とビーム軸118とが交差する位置（「プロセススポット」、「スポット位置」又はより単純に「スポット」とも呼ばれる）に照射されるレーザエネルギービームの直径又は最大空間幅を意味する。本明細書での議論においては、スポットサイズは、ビーム軸118から、光学強度がビーム軸118での光強度の少なくとも1/e2にまで下がるところまでの半径方向距離又は横断距離として測定される。一般的に、レーザエネルギービームのスポットサイズはビームウェストで最小となる。ワークピース102に照射されると、ビーム内のレーザエネルギーは、２μmから200μmの範囲のスポットサイズでワークピース102に当たるものとして特徴付けることができる。しかしながら、スポットサイズは、２μmより小さくでき、あるいは200μmよりも大きくできることは理解できよう。このように、ワークピース102に照射されるレーザエネルギービームは、２μm、３μm、５μm、７μm、10μm、15μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、80μm、100μm、150μm、200μmなどよりも大きいか、小さいか、あるいは等しいスポットサイズ、あるいはこれらの値のいずれかの間のスポットサイズを有することができる。
【００２８】
一般的に、上述したポジショナ（例えば、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、及び第３のポジショナ110）は、スポットとワークピース102との間の相対位置を変化させるように構成されている。以下の説明を考慮すると、装置100が第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、又はこれらを組み合わせたものを含んでいるのであれば、第１のポジショナ106を含めることは任意である（すなわち、装置100は、第１のポジショナ106を含んでいる必要がない）ことを理解すべきである。同様に、装置100が第１のポジショナ106、第３のポジショナ110、又はこれらを組み合わせたものを含んでいるのであれば、第２のポジショナ108を含めることは任意であることを理解すべきである。最後に、装置100が第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、又はこれらを組み合わせたものを含んでいるのであれば、第３のポジショナ110を含めることは任意であることを理解すべきである。
【００２９】
装置100は、レーザ源104から得られるレーザエネルギービームをスキャンレンズ112に至る１以上のビーム経路（例えばビーム経路116）に沿って集束し、拡大し、コリメートし、整形し、偏光し、フィルタし、分割し、結合し、クロップし、あるいは改質し、調整し、方向付け、その他のことを行うための１以上の光学要素（例えば、ビームエキスパンダ、ビーム整形器、アパーチャ、フィルタ、コリメータ、レンズ、ミラー、偏光器、波長板、回折光学素子、屈折光学素子など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）も含んでいる。そのような光学要素は、（例えば、レーザ源104と第１のポジショナ106との間、レーザ源104と第２のポジショナ108との間、第１のポジショナ106と第２のポジショナ108との間、第２のポジショナ108とスキャンレンズ112との間、これに類似する位置、あるいはこれらを任意に組み合わせた位置の）ビーム経路116の好適な位置又は所望の位置に挿入され得る。
【００３０】
そのような光学要素の一例は、ビーム経路116に沿って伝搬するレーザパルスのパワーを選択的及び可変的に減少させるように構成される可変光減衰器（VOA）である。組み込むことができるVOAの例としては、可変ニュートラルフィルタ、音響光学（AO）変調器（AOM）、AO偏向器（AOD）、液晶可変減衰器（LCVA）、マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）を利用したVOA、光減衰器ホイール、偏波／波長板フィルタなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものなどの１以上のシステムが挙げられる。
【００３１】
そのような光学要素の他の例は、スキャンレンズ112に入射するレーザエネルギービームのサイズ（本明細書においては「ビームサイズ」ともいう）を選択的及び可変的に調整可能なビームサイズ調整機構である。本明細書において使用される場合には、「ビームサイズ」という語は、レーザエネルギービームの直径又は幅を意味し、ビーム軸118から、光学強度がビーム経路116に沿った伝搬軸での光強度の1/e2にまで下がるところまでの半径方向距離又は横断距離として測定することができる。組み込むことができるビームサイズ調整機構の例としては、AODシステム、ズームレンズ、電動可変ビームエキスパンダ、可変形状ミラー、可変半径ミラー、可変焦点モアレレンズ、電動Ｚ軸レンズ、電動アイリス絞り、電動アパーチャホイールなど、又はこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。スキャンレンズ112に入射するレーザエネルギービームのビームサイズを調整することにより、ワークピース102でのスポットサイズを変えることができる。
【００３２】
そのような光学要素の他の例は、スキャンレンズ112に入射するレーザエネルギービームの形状（本明細書においては「ビームサイズ」ともいう）を選択的及び可変的に調整可能なビーム形状調整機構である。組み込むことができるビーム形状調整機構の例としては、AOD、可変形状ミラー、可変半径ミラー、可変焦点モアレレンズ、など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。スキャンレンズ112に入射するレーザエネルギービームのビーム形状を調整することにより、ワークピース102でのスポット形状を変えることができる。
【００３３】
Ａ．レーザ源
一実施形態においては、レーザ源104はレーザパルスを生成することができる。このため、レーザ源104は、パルスレーザ源、CWレーザ源、QCWレーザ源、バーストモードレーザなど、又はこれらを任意に組み合わせたものを含み得る。レーザ源104がQCWレーザ源又はCWレーザ源を含む場合、レーザ源104は、QCWレーザ源又はCWレーザ源から出力されるレーザ放射のビームを時間的に変調するパルスゲーティングユニット（例えば、音響光学（AO）変調器（AOM）、ビームチョッパなど）をさらに含み得る。図示されていないが、装置100は、レーザ源104により出力される光の波長を変換するように構成される１以上の高調波発生結晶（「波長変換結晶」としても知られている）を必要に応じて含むことができる。しかしながら、他の実施形態においては、レーザ源104は、QCWレーザ源又はCWレーザ源として設けられ、パルスゲーティングユニットを含んでいなくてもよい。このように、レーザ源104は、一連のレーザパルスとして、あるいは、連続レーザビーム又は準連続レーザビームとして発現され得るレーザエネルギービームを生成可能なものとして広く特徴付けることができる。このレーザエネルギービームは、その後、ビーム経路116に沿って伝搬することができる。本明細書において述べられる多くの実施形態はレーザパルスについて述べているが、適切な場合には、これに代えて、あるいはこれに加えて、連続ビームを用いることができることを理解すべきである。
【００３４】
UV範囲の電磁スペクトルを有するレーザ光は、10nm、121nm、124nm、157nm、200nm、334nm、337nm、351nm、380nmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の波長のような、10nm（又はその前後）から385nm（又はその前後）の範囲にある１以上の波長を有していてもよい。可視緑色範囲の電磁スペクトルを有するレーザ光は、511nm、515nm、530nm、532nm、543nm、568nmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の波長のような、500nm（又はその前後）から560nm（又はその前後）の範囲にある１以上の波長を有していてもよい。IR範囲の電磁スペクトルを有するレーザ光は、600nmから1000nm、752.5nm、780nmから1060nm、799.3nm、980nm、1047nm、1053nm、1060nm、1064nm、1080nm、1090nm、1152nm、1150nmから1350nm、1540nm、2.6μmから４μm、4.8μmから8.3μm、9.4μm、10.6μmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の波長のような、750nm（又はその前後）から15μm（又はその前後）の範囲にある１以上の波長を有していてもよい。
【００３５】
レーザ源104により出力されるレーザパルスは、10fsから900msの範囲にあるパルス幅又はパルス持続時間（すなわち、時間に対するパルス中の光パワーの半値全幅（FWHM）に基づく）を有することができる。しかしながら、パルス持続時間を10fsよりも短くしてもよく、あるいは900msよりも長くしてもよいことは理解できよう。このように、レーザ源104により出力される少なくとも１つのレーザパルスは、10fs、15fs、30fs、50fs、100fs、150fs、200fs、300fs、500fs、600fs、750fs、800fs、850fs、900fs、950fs、１ps、２ps、３ps、４ps、５ps、７ps、10ps、15ps、25ps、50ps、75ps、100ps、200ps、500ps、１ns、1.5ns、２ns、５ns、10ns、20ns、50ns、100ns、200ns、400ns、800ns、1000ns、２μs、５μs、10μs、50μs、100μs、300μs、500μs、900μs、１ms、２ms、５ms、10ms、20ms、50ms、100ms、300ms、500ms、900ms、１sなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも短いパルス持続時間、これらよりも長いパルス持続時間、あるいはこれらと等しいパルス持続時間を有することができる。
【００３６】
レーザ源104により出力されるレーザパルスは、５mWから50kWの範囲にある平均パワーを有することができる。しかしながら、平均パワーを５mWよりも小さくしてもよく、あるいは50kWよりも大きくしてもよいことは理解できよう。このように、レーザ源104により出力されるレーザパルスは、５mW、10mW、15mW、20mW、25mW、50mW、75mW、100mW、300mW、500mW、800mW、１W、２W、３W、４W、５W、６W、７W、10W、15W、18W、25W、30W、50W、60W、100W、150W、200W、250W、500W、２kW、３kW、20kW、50kWなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも小さい平均パワー、これらよりも大きい平均パワー、あるいはこれらと等しい平均パワーを有することができる。
【００３７】
レーザ源104によりレーザパルスを５kHzから１GHzの範囲にあるパルス繰り返し率で出力することができる。しかしながら、パルス繰り返し率は、５kHzより低くてもよく、あるいは１GHzよりも高くてもよいことは理解できよう。このように、レーザ源104によりレーザパルスを、５kHz、50kHz、100kHz、175kHz、225kHz、250kHz、275kHz、500kHz、800kHz、900kHz、１MHz、1.5MHz、1.8MHz、1.9MHz、２MHz、2.5MHz、３MHz、４MHz、５MHz、10MHz、20MHz、50MHz、60MHz、100MHz、150MHz、200MHz、250MHz、300MHz、350MHz、500MHz、550MHz、600MHz、900MHz、２GHz、10GHzなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも低いパルス繰り返し率、これらよりも高いパルス繰り返し率、これらと等しいパルス繰り返し率で出力することができる。
【００３８】
波長、パルス持続時間、平均パワー及びパルス繰り返し率に加えて、ワークピース102に照射されるレーザパルスは、パルスエネルギー、ピークパワーなどのような１以上の他の特性により特徴付けることができる。このレーザパルスは、（例えば、１以上の所望の特性を有する１以上のフィーチャを形成するように）ワークピース102を加工するのに十分な（W/cm2で測定される）光強度、（J/cm2で測定される）フルエンスなどでプロセススポットにおいてワークピース102を照射するために（例えば、必要に応じて、波長、パルス持続時間、平均パワー及びパルス繰り返し率などの１以上の他の特性に基づいて）選択することができる。
【００３９】
レーザ源104を特徴付け得るレーザの種類の例としては、ガスレーザ（例えば、二酸化炭素レーザ、一酸化炭素レーザ、エキシマレーザなど）、固体レーザ（例えば、Nd:YAGレーザなど）、ロッドレーザ、ファイバレーザ、フォトニック結晶ロッド／ファイバレーザ、パッシブモードロック固体バルク又はファイバレーザ、色素レーザ、モードロックダイオードレーザ、パルスレーザ（例えば、msパルスレーザ、nsパルスレーザ、psパルスレーザ、fsパルスレーザ）、CWレーザ、QCWレーザなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。構成によっては、１以上のモード（例えば、CWモード、QCWモード、パルスモード、又はこれらを任意に組み合わせたもの）で動作するようにガスレーザ（例えば二酸化炭素レーザなど）を構成してもよい。レーザ源104として提供され得るレーザ源の具体例としては、EOLITE社により製造されるBOREAS、HEGOA、SIROCCO又はCHINOOKシリーズのレーザ、PYROPHOTONICS社により製造されるPYROFLEXシリーズのレーザ、COHERENT社により製造されるPALADIN Advanced 355、DIAMONDシリーズ（例えば、DIAMOND E、G、J-2、J-3、J-5シリーズ）、FLARE NX、MATRIX QS DPSS、MEPHISTO Q、AVIA LX、AVIA NX、RAPID NX、HYPERRAPID NX、RAPID、HELIOS、FIDELITY、MONACO、OPERA、又はRAPID FXシリーズのレーザ、SPECTRA PHYSICS社により製造されるPALADIN Advanced 355、DIAMONDシリーズ（例えば、DIAMOND E、G、J-2、J-3、J-5シリーズ）、ASCEND、EXCELSIOR、EXPLORER、HIPPO、NAVIGATOR、QUATA-RAY、QUASAR、SPIRIT、TALON、又はVGENシリーズのレーザ、SYNRAD社により製造されるPULSTARシリーズ又はFIRESTARシリーズのレーザ、TRUMPF社により製造されるTRUFLOWシリーズのレーザ（例えば、TRUFLOW 2000、1700、3000、3200、3600、4000、5000、6000、6000、8000、10000、12000、15000、20000）、TRUCOAXシリーズのレーザ（例えばTRUCOAX 1000）又はTRUDISK、TRUPULSE、TRUDIODE、TRUFIBER、又はTRUMICROシリーズのレーザ、IMRA AMERICA社により製造されるFCPAμJEWEL又はFEMTOLITEシリーズのレーザ、AMPLITUDE SYSTEMES社により製造されるTANGERINE及びSATSUMAシリーズのレーザ（及びMIKAN及びT-PULSEシリーズの発振器）、IPG PHOTONICS社により製造されるCL、CLPF、CLPN、CLPNT、CLT、ELM、ELPF、ELPN、ELPP、ELR、ELS、FLPN、FLPNT、FLT、GLPF、GLPN、GLR、HLPN、HLPP、RFL、TLM、TLPN、TLR、ULPN、ULR、VLM、VLPN、YLM、YLPF、YLPN、YLPP、YLR、YLS、FLPM、FLPMT、DLM、BLM、又はDLRシリーズのレーザ（例えば、GPLN-100-M、GPLN-500-QCW、GPLN-500-M、GPLN-500-R、GPLN-2000-Sなどを含む）、又はこれに類するもの、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上のレーザ源が挙げられる。
【００４０】
Ｂ．第１のポジショナ
第１のポジショナ106は、ビーム経路116に配置され、位置付けられ、あるいは設置されており、レーザ源104により生成されたレーザパルスを回折し、反射し、屈折し、又はこれに類似することを行い、あるいはこれらを任意に組み合わせて（すなわち、レーザパルスを「偏向」して）ビーム経路116を（例えば、スキャンレンズ112に対して）偏向又は移動し、その結果、ワークピース102に対してビーム軸118を偏向又は移動させるように動作することができる。一般的に、第１のポジショナ106は、Ｘ軸（又はＸ方向）、Ｙ軸（又はＹ方向）、又はこれらを組み合わせたものに沿ってビーム軸118をワークピース102に対して移動できるようになっている。図示されていないが、Ｘ軸（又はＸ方向）は、図示されたＹ軸（又はＹ方向）及びＺ軸（又はＺ方向）に直交する軸（又は方向）を意味するものと理解できよう。
【００４１】
第１のポジショナ106によりなされるワークピース102に対するビーム軸118の移動は、概して、スキャンレンズ112により投影される第１のスキャンフィールド又は「第１のスキャニング範囲」内でプロセススポットをスキャン、移動あるいは位置決めできるように制限される。一般的に、第１のポジショナ106の構成、ビーム経路116に沿った第１のポジショナ106の位置、第１のポジショナ106に入射するレーザパルスのビームサイズ、スポットサイズなどの１以上のファクタに応じて、第１のスキャニング範囲は、Ｘ方向又はＹ方向のいずれかに、0.01mm、0.04mm、0.1mm、0.5mm、1.0mm、1.4mm、1.5mm、1.8mm、２mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.2mm、５mm、10mm、25mm、50mm、60mmなど、又はこれらの値のいずれかの間の値よりも短い距離、これよりも長い距離、あるいはこれと等しい距離だけ延びていてもよい。（例えば、Ｘ方向又はＹ方向、あるいはその他の方向における）第１のスキャニング範囲の最大寸法は、ワークピース102に形成されるフィーチャ（例えば、開口、凹部、ビア、トレンチなど）の最大寸法（ＸＹ平面で測定される）より大きくてもよく、これと等しくてもよく、あるいはこれより小さくてもよい。
【００４２】
一般的に、第１のポジショナ106が第１のスキャニング範囲内の任意の位置にプロセススポットを位置決め（これによりビーム軸118を移動）できる速度（「位置決め速度」とも呼ばれる）は、８kHz（又はその前後）から250MHz（又はその前後）の範囲にある。この範囲は、本明細書では第１の位置決め帯域幅とも呼ばれる。例えば、第１の位置決め帯域幅は、８kHz、10kHz、20kHz、30kHz、40kHz、50kHz、75kHz、80kHz、100kHz、250kHz、500kHz、750kHz、１MHz、５MHz、10MHz、20MHz、40MHz、50MHz、75MHz、100MHz、125MHz、150MHz、175MHz、200MHz、225MHz、250MHzなど、又はこれらの値のいずれかの間の値よりも大きくてもよく、これと等しくてもよく、あるいはこれよりも小さくてもよい。位置決め速度の逆数は、本明細書では「位置決め時間」と呼ばれ、プロセススポットの位置を第１のスキャニング範囲内のある位置から第１のスキャニング範囲内の任意の他の位置に変えるために必要な最短時間を意味する。このように、第１のポジショナ106は、200μs、125μs、100μs、50μs、33μs、12.5μs、10μs、４μs、２μs、1.3μs、１μs、0.2μs、0.1μs、0.05μs、0.025μs、0.02μs、0.013μs、0.01μs、0.008μs、0.0067μs、0.0057μs、0.0044μs、0.004μsなど、又はこれらの値のいずれかの間の値よりも長い位置決め時間、これと等しい位置決め時間、あるいはこれよりも短い位置決め時間を有するものとして特徴付けることができる。
【００４３】
第１のポジショナ106は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）ミラー又はミラーアレイ、AODシステム、電気光学偏向器（EOD）システム、（例えば、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、ボイスコイルアクチュエータなどを組み込んだ）ファーストステアリングミラー（FSM）要素、非共鳴ガルバノメータミラーシステム、共鳴スキャニングガルバノメータミラーシステム、回転多面スキャナ、又はこれに類似するもの、あるいはこれらを任意に組み合わせたものであり得る。本明細書での議論においては、共鳴スキャニングガルバノメータミラーシステムを「共鳴スキャニングミラーシステム」といい、非共鳴ガルバノメータミラーシステムを「ガルバノメータミラーシステム」という。ガルバノメータミラーシステムは、典型的には、共鳴スキャニングミラーシステムの位置決め帯域幅（例えば、４kHzから８kHz、又はその前後）よりも典型的には狭い位置決め帯域幅（例えば、１kHzから３kHz、又はその前後）であるが、完全な位置決め制御を可能にする。しかしながら、共鳴スキャニングミラーシステムは、典型的には、ガルバノメータミラーシステムに比べて提供できる位置決め制御がずっと小さく、共鳴スキャニングミラーシステムによって提供されるスキャニングは非線形である。一般的に、共鳴スキャニングミラーシステムは、共鳴スキャニングミラーシステムによって偏向されたビームからのプロセススポットの位置が時間の関数として正弦波状に変化するように、正弦波スキャニングを行う。AODシステムやEODシステムのようなポジショナは、一般的に、（非共鳴スキャニング又は共鳴スキャニングの別を問わず）ガルバノメータミラーシステムの位置決め速度よりもずっと大きな位置決め速度を有している。
【００４４】
一実施形態においては、第１のポジショナ106は、少なくとも１つ（例えば、１つ、２つ、３つ、４つなど）の単一素子AODシステム、少なくとも１つ（例えば、１つ、２つ、３つ、４つなど）のフェイズドアレイAODシステムなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを含むAODシステムである。単一素子AODシステム及びフェイズドアレイAODシステムは、それぞれ結晶Ge、PbMoO4、又はTeO2、ガラス状SiO2、石英、As2S3などの材料から形成されるAOセルを含んでいる。本明細書で使用される場合には、「単一素子」AODシステムは、AOセルに音響的に連結された１つだけの超音波変換器素子を有するAODシステムを意味し、「フェイズドアレイ」AODシステムは、共通のAOセルに音響的に連結された少なくとも２つの超音波変換器素子からなるフェイズドアレイを含んでいる。
【００４５】
当業者に理解されるように、AO技術（例えば、AOD、AOMなど）は、AOセルを伝搬する音波により生じる回折効果を利用して、AOセルを同時に伝搬する光波（すなわち、本出願の文脈においてはレーザエネルギービーム）の１以上の特性を変調するものである。典型的には、AOセルは、同一領域で音波と光波の両方を維持することができる。音波は、AOセル内の屈折率に摂動を与える。音波は、典型的には、１以上のRF周波数で超音波変換器素子を駆動することによりAOセルに送り出される。音波の特性（例えば、振幅、周波数、位相など）を制御することによって、伝搬する光波の１以上の特性を制御可能に変調して（例えばスキャンレンズ112に対して）ビーム経路116を移動させることができる。また、AOセルを通過する際にレーザエネルギービーム内のエネルギーを減衰する公知技術を用いてAOセルに送り出された音波の特性を制御できることを理解すべきである。したがって、AODシステムも作動させて、最終的にワークピース102に照射されるレーザパルスのパルスエネルギー（及びこれに応じてフルエンス、ピークパワー、光強度、平均パワーなど）を変調することができる。
【００４６】
AOセルが形成される材料は、ビーム経路116に沿って伝搬してAOセルに入射するレーザパルスの波長に依存することは理解できよう。例えば、偏向されるレーザパルスの波長が２μm（又はその前後）から12μm（又はその前後）の範囲にある場合には、結晶Geのような材料を用いることができる。偏向されるレーザパルスの波長が200nm（又はその前後）から５μm（又はその前後）の範囲にある場合には、石英及びTeO2などの材料を用いることができる。
【００４７】
AODシステムは、分散素子であり、その結果、好ましくは、（例えば、パルスにおける光パワースペクトル密度の半値全幅（FWHM）に基づく）好適に狭いスペクトル線幅を有するレーザパルスを偏向することは理解すべきである。典型的には、紫外光、可視光、又はNIR範囲のうち１つ以上における１以上の波長を有するレーザパルスを生成することができるレーザ源104が、好適に狭いスペクトル線幅を有するレーザパルスを生成する。高パワーCWガスレーザ（例えば、約300Wよりも高い平均パワーを有する二酸化炭素又は一酸化炭素CWレーザ）及び（例えば、約300W未満の平均パワーを有する）他の低パワーCW又はパルスガスレーザのようなレーザ源104は、SWIR、MWIR又はLWIR範囲において好適に狭いスペクトル線幅を有するレーザパルスを同様に生成することができる。従来、レーザパルスを生成可能な高パワーパルスガスレーザ（例えば、約300Wよりも高い平均パワーを有する二酸化炭素又は一酸化炭素パルスレーザ）は、主発振器パワー増幅器（MOPA）レーザシステムアーキテクチャに基づいている。
【００４８】
AODシステムのいずれかを、ビーム経路116を偏向することにより、（例えば、単一の方向に沿ってビーム軸を移動可能な）単軸AODシステムとして、又は（例えば、１以上の軸に沿って、例えばＸ軸に沿って、Ｙ軸に沿って、あるいはこれらを組み合わせたものに沿ってビーム軸118を移動可能な）多軸AODシステムとして提供してもよい。一般的に、多軸AODシステムは、マルチセルシステム又はシングルセルシステムとすることができる。マルチセル多軸システムは、典型的には、それぞれ異なる軸に沿ってビーム軸を移動可能な複数のAODシステムを含んでいる。例えば、マルチセル多軸システムは、Ｘ軸に沿ってビーム軸118を移動する可能な第１のAODシステム（例えば「Ｘ軸AODシステム」）（例えば、単一素子又はフェイズドアレイAODシステム）と、Ｙ軸に沿ってビーム軸118を移動可能な第２のAODシステム（例えば「Ｙ軸AODシステム」）（例えば、単一素子又はフェイズドアレイAODシステム）とを含むことができる。シングルセル多軸システム（例えば「Ｘ／Ｙ軸AODシステム」）は、典型的には、Ｘ軸及びＹ軸に沿ってビーム軸118を移動可能な単一のAODシステムを含んでいる。例えば、シングルセルシステムは、共通のAOセルの互いに直交する平面、ファセット、側面などと音響的に結合された少なくとも２つの超音波変換器素子を含むことができる。
【００４９】
Ｃ．第２のポジショナ
第２のポジショナ108は、ビーム経路116に設置され、レーザ源104により生成され、第１のポジショナ106を通過したレーザパルスを回折し、反射し、屈折し、又はこれに類似することを行い、あるいはこれらを任意に組み合わせて（すなわち、レーザパルスを「偏向」し）、（例えばスキャンレンズ112に対して）ビーム経路116を偏向又は移動して、結果的にワークピース102に対してビーム軸118を偏向又は移動するように動作することができる。一般的に、第２のポジショナ108は、Ｘ軸（又はＸ方向）、Ｙ軸（又はＹ方向）、又はこれらを組み合わせたものに沿ってワークピース102に対してビーム軸118を移動することができる。
【００５０】
第２のポジショナ108によりなされるワークピース102に対するビーム軸118の移動は、概して、スキャンレンズ112により投影される第２のスキャンフィールド又は「第２のスキャニング範囲」内でプロセススポットをスキャン、移動あるいは位置決めできるように制限される。一般的に、第２のポジショナ108の構成、ビーム経路116に沿った第２のポジショナ108の位置、第２のポジショナ108に入射するレーザパルスのビームサイズ、スポットサイズなどの１以上のファクタに応じて、第２のスキャニング範囲は、Ｘ方向又はＹ方向のいずれかに、第１のスキャニング範囲の対応する距離よりも長い距離まで延びていてもよい。上記の観点から、第２のスキャニング範囲は、Ｘ方向又はＹ方向のいずれかに、１mm、25mm、50mm、75mm、100mm、250mm、500mm、750mm、１cm、25cm、50cm、75cm、１m、1.25m、1.5mなど、又はこれらの値のいずれかの間の値よりも短い距離、これよりも長い距離、あるいはこれと等しい距離だけ延びていてもよい。（例えば、Ｘ方向又はＹ方向、あるいはその他の方向における）第２のスキャニング範囲の最大寸法は、ワークピース102に形成されるフィーチャ（例えば、開口、凹部、ビア、トレンチ、スクライブライン、導電トレースなど）の最大寸法（ＸＹ平面で測定される）より大きくてもよく、これと等しくてもよく、あるいはこれより小さくてもよい。
【００５１】
本明細書で述べられる構成では、第１のポジショナ106により行われるビーム軸118の移動を第２のポジショナ108により行われるビーム軸118の移動に重ねることができることは理解すべきである。このように、第２のポジショナ108は、第２のスキャニング範囲内で第１のスキャニング範囲をスキャンするように動作可能である。
【００５２】
一般的に、第２のポジショナ108が第２のスキャニング範囲内の任意の位置にプロセススポットを位置決め（これにより第２のスキャニング範囲内でビーム軸118を移動及び／又は第２のスキャニング範囲内で第１のスキャニング範囲をスキャン）できる位置決め速度は、第１の位置決め帯域幅よりも狭い範囲（本明細書においては「第２の位置決め帯域幅」ともいう）に及んでいる。一実施形態においては、第２の位置決め帯域幅は、500Hz（又はその前後）から８kHz（又はその前後）の範囲にある。例えば、第２の位置決め帯域幅は、500Hz、750Hz、１kHz、1.25kHz、1.5kHz、1.75kHz、２kHz、2.5kHz、３kHz、3.5kHz、４kHz、4.5kHz、５kHz、5.5kHz、6kHz、6.5kHz、７kHz、7.5kHz、８kHzなど、又はこれらの値のいずれかの間の値よりも大きくてもよく、これと等しくてもよく、あるいはこれよりも小さくてもよい。
【００５３】
上記の観点から、第２のポジショナ108は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）ミラー又はミラーアレイ、AODシステム、電気光学偏向器（EOD）システム、（例えば、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、ボイスコイルアクチュエータなどを組み込んだ）ファーストステアリングミラー（FSM）要素、ガルバノメータミラーシステム、共鳴スキャニングミラーシステム、回転多面スキャナ、又はこれに類似するもの、あるいはこれらを任意に組み合わせたものであり得ることを理解すべきである。一実施形態においては、第２のポジショナ108は、２つのガルバノメータミラー要素、すなわちＸ軸に沿ってワークピース102に対してビーム軸118を移動させるように構成される第１のガルバノメータミラー要素（例えばＸ軸ガルバノメータミラー要素）と、Ｙ軸に沿ってワークピース102に対してビーム軸118を移動させるように構成される第２のガルバノメータミラー要素（例えばＹ軸ガルバノメータミラー要素）とを含むガルバノメータミラーシステムであり得る。しかしながら、他の実施形態においては、第２のポジショナ108は、ワークピース102に対してＸ軸及びＹ軸に沿ってビーム軸118を移動するように構成された単一のガルバノメータミラーコンポーネントを含むガルバノメータミラーシステムとして提供されてもよい。さらに他の実施形態においては、第２のポジショナ108は、回転多面鏡システムなどとして提供されてもよい。このように、第２のポジショナ108及び第１のポジショナ106の特定の構成によっては、第２の位置決め帯域幅が第１の位置決め帯域幅以上であってもよいことは理解されよう。
【００５４】
Ｄ．第３のポジショナ
第３のポジショナ110は、スキャンレンズ112に対してワークピース102を移動させ、この結果、ビーム軸118に対してワークピース102を移動させるように動作することができる。ビーム軸118に対するワークピース102の移動は、概して、第３のスキャンフィールド又は「第３のスキャニング範囲」内でプロセススポットをスキャン、移動あるいは位置決めできるように制限される。第３のポジショナ110の構成のような１以上のファクタによっては、第３のスキャニング範囲は、Ｘ方向又はＹ方向のいずれかに、第２のスキャニング範囲の対応する距離以上の距離にまで延びていてもよい。しかしながら、一般的に、（例えば、Ｘ方向又はＹ方向、あるいはその他の方向における）第３のスキャニング範囲の最大寸法は、ワークピース102に形成されるフィーチャの対応する最大寸法（ＸＹ平面で測定される）以上である。必要に応じて、第３のポジショナ110は、Ｚ方向に（例えば、１mmから50mmの範囲にわたって）延びるスキャニング範囲内でビーム軸118に対してワークピース102を移動させることができるようになっていてもよい。このため、第３のスキャニング範囲は、Ｘ方向、Ｙ方向及び／又はＺ方向に沿って延びていてもよい。
【００５５】
本明細書で述べられる構成では、（第１のポジショナ106及び／又は第２のポジショナ108により行われる）ワークピース102に対するプロセススポットの移動を第３のポジショナ110により行われるワークピース102の移動に重ねることができることは理解すべきである。このように、第３のポジショナ110は、第３のスキャニング範囲内で第１のスキャニング範囲及び／又は第２のスキャニング範囲をスキャンするように動作可能である。一般的に、第３のポジショナ110が第３のスキャニング範囲内の任意の位置にワークピース102を位置決め（これによりワークピース102を移動し、第３のスキャニング範囲内で第１のスキャニング範囲をスキャンし、さらに／あるいは第３のスキャニング範囲内で第２のスキャニング範囲をスキャン）できる位置決め速度は、第２の位置決め帯域幅よりも狭い範囲（本明細書においては「第３の位置決め帯域幅」ともいう）に及ぶ。一実施形態においては、第３の位置決め帯域幅は、500Hz（又はその前後）よりも低い。例えば、第３の位置決め帯域幅は、500Hz、250Hz、150Hz、100Hz、75Hz、50Hz、25Hz、10Hz、7.5Hz、５Hz、2.5Hz、２Hz、1.5Hz、１Hzなど、又はこれらの値のいずれかの間の値以下であり得る。
【００５６】
一実施形態においては、第３のポジショナ110は、（例えば、それぞれＸ方向、Ｙ方向及び／又はＺ方向に沿ってワークピース102を並進移動可能な）１以上の直動ステージ、（例えば、それぞれＸ方向、Ｙ方向及び／又はＺ方向に平行な軸を中心とした回転移動をワークピース102に与えることが可能な）１以上の回転ステージ、これに類似するもの、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして提供される。一実施形態においては、第３のポジショナ110は、ワークピース102をＸ方向に沿って移動するためのＸ軸ステージと、Ｘ軸ステージにより支持され（これによりＸ軸ステージによりＸ方向に沿って移動可能であり）、ワークピース102をＹ方向に沿って移動するためのＹ軸ステージとを含んでいる。図示されていないが、装置100は、第３のポジショナ110を支持するオプションのベース（例えば花崗岩ブロック）を含んでいてもよい。
【００５７】
図示はされていないが、装置100は、必要に応じて、第３のポジショナ110のステージに連結された固定具（例えばチャック）を含んでいてもよい。この固定具は支持領域を含み得るもので、この支持領域内にワークピース102が固定具に機械的にクランプ、固着、保持、固定され、あるいは支持され得る。一実施形態においては、固定具の典型的には平坦な主支持面に直接接触するようにワークピース102をクランプ、固着、保持、固定あるいは支持することができる。他の実施形態においては、固定具の支持面から離間するようにワークピース102をクランプ、固着、保持、固定あるいは支持することができる。一実施形態においては、固定具からワークピース102に選択的に加えられるか、ワークピース102と固定具との間に存在する力（例えば、静電力、真空力、磁力）によりワークピース102を固着、保持、又は固定することができる。
【００５８】
これまで述べたように、装置100は、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、スキャンレンズ112などの構成要素の位置がワークピース102に対して（例えば、周知なように１以上の支持部、フレームなどを介して）装置100内で静止した状態で、第３のポジショナ110がワークピース102を移動可能にする、いわゆる「スタック型」位置決めシステムを利用している。他の実施形態においては、第３のポジショナ110が、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、スキャンレンズ112などの１以上の構成要素を移動させるように配置され動作可能となっていてもよく、ワークピース102が静止していてもよい。
【００５９】
さらに他の実施形態においては、第３のポジショナ110は、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、スキャンレンズ112など、あるいはこれらの任意の組み合わせなどの１以上の構成要素が（フレームやガントリーなどに設けられた）１以上の直動又は回転ステージにより搬送され、ワークピース102が１以上の他の直動又は回転ステージによって搬送される、いわゆる「分割軸」位置決めシステムとして提供され得る。そのような実施形態においては、第３のポジショナ110は、（例えば、第２のポジショナ108及びスキャンレンズ112を含む）スキャンヘッドなどの１以上の構成要素を移動するように配置され動作可能な１以上の直動又は回転ステージと、ワークピース102を移動するように配置され動作可能な１以上の直動又は回転ステージとを含んでいる。例えば、第３のポジショナ110は、ワークピース102をＹ方向に沿って移動させるためのＹステージと、スキャンヘッドをＸ方向に沿って移動させるためのＸステージとを含んでいてもよい。装置100において有益に又は有利に用いることが可能な分割軸位置決めシステムの例としては、米国特許第5,751,585号、第5,798,927号、第5,847,960号、第6,606,999号、第7,605,343号、第8,680,430号、第8,847,113号、又は米国特許出願公開第2014/0083983号に開示されたもののいずれか、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。これらの公報のそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００６０】
第３のポジショナ110がＺステージを含む一実施形態においては、Ｚステージは、ワークピース102をＺ方向に沿って移動させるように配置及び構成されていてもよい。この場合において、ワークピース102を移動又は位置決めするための上述した他のステージのうち１つ以上によりＺステージを搬送してもよく、あるいは、Ｚステージが、ワークピース102を移動又は位置決めするための上述した他のステージのうち１つ以上を搬送してもよく、あるいはこれらを任意に組み合わせてもよい。第３のポジショナ110がＺステージを含む他の実施形態においては、Ｚステージは、スキャンヘッドをＺ方向に沿って移動させるように配置及び構成されていてもよい。このため、第３のポジショナ110が分割軸位置決めシステムとして提供される場合には、Ｚステージは、Ｘステージを搬送してもよく、あるいはＸステージにより搬送されてもよい。ワークピース102又はスキャンヘッドをＺ方向に沿って移動させることにより、ワークピース102でのスポットサイズを変化させることができる。
【００６１】
さらに他の実施形態においては、多軸関節ロボットアーム（例えば、２軸、３軸、４軸、５軸、又は６軸アーム）により第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、スキャンレンズ112などの１以上の構成要素を搬送してもよい。そのような実施形態においては、第２のポジショナ108及び／又はスキャンレンズ112が、必要に応じて、ロボットアームのエンドエフェクタにより搬送されてもよい。さらに他の実施形態においては、ワークピース102は、多軸関節ロボットアームのエンドエフェクタ上で直接（すなわち第３のポジショナ110を用いずに）搬送されてもよい。さらに他の実施形態においては、第３のポジショナ110が、多軸関節ロボットのエンドエフェクタ上で搬送されてもよい。
【００６２】
Ｄ．スキャンレンズ
概して、（例えば、単純なレンズ又は複合レンズのいずれかとして提供される）スキャンレンズ112は、典型的には、所望のプロセススポット又はその近傍に位置し得るビームウェストを生成するようにビーム経路に沿って方向付けられたレーザパルスの焦点を合わせるように構成されている。スキャンレンズ112は、ｆシータレンズ、テレセントリックレンズ、アキシコンレンズ（その場合には、一連のビームウェストが生成され、ビーム軸118に沿って互いにずれた複数のプロセススポットが生じる）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして提供され得る。一実施形態においては、スキャンレンズ112は、固定焦点距離レンズとして提供され、（例えば、ビーム軸118に沿ってビームウェストの位置を変化させるように）スキャンレンズ112を移動可能なスキャンレンズポジショナ（例えばレンズアクチュエータ、図示せず）に連結される。例えば、レンズアクチュエータは、Ｚ方向に沿ってスキャンレンズ112を直線的に並進させることが可能なボイスコイルとして提供されてもよい。この場合には、スキャンレンズ112は、溶融シリカ、光学ガラス、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、フッ化マグネシウムなどの材料から形成されていてもよい。他の実施形態においては、スキャンレンズ112は、ビーム軸118に沿ってビームウェストの位置を変化させるために（例えばレンズアクチュエータを介して）作動され得る可変焦点距離レンズ（例えば、ズームレンズ、又はCOGNEX社、VARIOPTIC社などにより現在提供されている技術を組み込んだ、いわゆる「液体レンズ」など）として提供される。ビームウェストの位置をビーム軸118に沿って変化させることにより、ワークピース102でのスポットサイズを変化させることができる。
【００６３】
一実施形態においては、スキャンレンズ112及び第２のポジショナ108は、共通ハウジング又は「スキャンヘッド」に一体化される。このように、装置100がレンズアクチュエータを含む実施形態においては、レンズアクチュエータは、（例えば、スキャンヘッド内で第２のポジショナ108に対してスキャンレンズ112が移動可能となるように）スキャンレンズ112に連結されていてもよい。あるいは、レンズアクチュエータは、（例えば、スキャンヘッド自体を移動可能とするように（その場合、スキャンレンズ112及び第２のポジショナ108は一緒に移動する））スキャンヘッドに連結されていてもよい。他の実施形態においては、スキャンレンズ112及び第２のポジショナ108は、（例えば、スキャンレンズ112が一体化されるハウジングが、第２のポジショナ108が一体化されるハウジングに対して移動可能となるように）異なるハウジングに一体化される。スキャンヘッドの構成要素又はスキャンヘッド全体が、スキャンヘッドの構成要素を単に取り外して他の構成要素に取り替えることができる、あるいはあるスキャンヘッドを単に取り外して他のスキャンヘッドに取り替えることができるなどのような、モジュラアセンブリであってもよい。
【００６４】
Ｅ．視界
装置100は、加工のために装置100に供給されたワークピース102が占める領域を包含する視界を有するカメラ113（例えば、CCDカメラ、CMOSカメラなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）のような１以上のカメラをさらに含んでいてもよい。カメラ113は、スキャンレンズ112に、あるいは上述したスキャンヘッドに連結され得る。カメラ113は、視野内で取得した像を表す画像データを生成し、この画像データを（例えば、１以上の画像信号として）コントローラ114に出力することができる。
【００６５】
画像データは、所望のあるいは好適な公知の方法により（例えば、コントローラ114、遠隔システム126などで、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所で）解析され、操作され、アルゴリズムに入力され、あるいは処理され、装置100内でのワークピース102のアライメント、（例えば、ワークピース102の加工の結果として形成されたフィーチャの）較正、外観検査など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものなどの１以上の動作を容易にすることができる。
【００６６】
図１は、装置100がカメラ113を１つだけ含んでいるものとして図示しているが、（例えば、解像度、視野など、あるいはこれらの組み合わせの点において異なる）複数のカメラ113があってもよいことは理解できよう。例えば、一実施形態においては、装置100は、第１のカメラと第２のカメラとを含み得る。第１のカメラは、比較的大きな視野と比較的低い解像度を有していてもよく、第２のカメラは、比較的小さな視野と比較的高い解像度を有していてもよい。一般的に、第２のカメラの視野は、第１のカメラの視野の中に位置している。しかしながら、第２のカメラの視野が第１のカメラの視野の外側に位置するように第１のカメラ及び第２のカメラが配置されていてもよい。
【００６７】
Ｆ．コントローラ
一般的に、装置100は、装置100を制御し、あるいは装置100の制御を容易にし、あるいは装置100の動作を容易にするためにコントローラ114のような１以上のコントローラを含んでいる。一実施形態においては、コントローラ114は、レーザ源104、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズである場合は）スキャンレンズ112、固定具、カメラ113、VOA、ビームサイズ調整機構などの装置100の１以上の構成要素と（例えば、USB、RS-232、Ethernet、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、Bluetooth、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCATなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上の有線又は無線のシリアル又はパラレル通信リンクを介して）通信可能に連結されている。これらの装置100の１以上の構成要素は、コントローラ114により出力される１以上の制御信号に応じて動作可能となっている。
【００６８】
例えば、コントローラ114は、ビーム軸とワークピースとの間で相対移動を行い、ワークピース102内で経路又は軌跡（本明細書においては「プロセス軌跡」ともいう）に沿ってプロセススポットとワークピース102との間で相対運動を生じさせるように第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、又は第３のポジショナ110の動作を制御し得る。これらのポジショナのうち任意の２つ、又はこれらのうちの３つすべてが、２つのポジショナ（例えば、第１のポジショナ106及び第２のポジショナ108、第１のポジショナ106及び第３のポジショナ110、又は第２のポジショナ108及び第３のポジショナ110）又は３つのすべてのポジショナが同時にプロセススポットとワークピース102との間で相対移動を生じさせる（これにより、ビーム軸とワークピースとの間で「複合相対移動」を生じさせる）ように制御されてもよいことは理解できよう。もちろん、任意の時点で、プロセススポットとワークピース102との間で相対移動を生じさせる（これにより、ビーム軸とワークピースとの間で「非複合相対移動」を生じさせる）ように１つのポジショナ（例えば、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108又は第３のポジショナ110）だけを制御することも可能である。
【００６９】
上述した構成要素のうちの１つ以上のものに行わせるように制御可能な動作の他の例としては、上述した米国特許第5,751,585号、第5,847,960号、第6,606,999号、第8,680,430号、第8,847,113号において、あるいは米国特許第4,912,487号、第5,633,747号、第5,638,267号、第5,917,300号、第6,314,463号、第6,430,465号、第6,600,600号、第6,606,998号、第6,816,294号、第6,947,454号、第7,019,891号、第7,027,199号、第7,133,182号、第7,133,186号、第7,133,187号、第7,133,188号、第7,244,906号、第7,245,412号、第7,259,354号、第7,611,745号、第7,834,293号、第8,026,158号、第8,076,605号、第8,288,679号、第8,404,998号、第8,497,450号、第8,648,277号、第8,896,909号、第8,928,853号、第9,259,802号において、あるいは米国特許出願公開第2014/0026351号、第2014/0196140号、第2014/0263201号、第2014/0263212号、第2014/0263223号、第2014/0312013号において、あるいはドイツ連邦特許第DE102013201968B4号において、あるいは国際特許公開第WO2009/087392号において、あるいはこれらを任意に組み合わせたものにおいて開示されているような動作、機能、プロセス、及び方法などが挙げられる。これらの公報のそれぞれはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。他の例においては、コントローラ114は、例えば、国際特許公開第WO2017/044646A1号に開示されているように、（例えば、１以上のAODシステムの１以上の超音波変換器素子に与えられるRF信号をチャープすることにより、あるいは１以上のAODシステムの１以上の超音波変換器素子にスペクトル整形されたRF信号を与えることにより、あるいはこれに類似することをすることにより、あるいはこれらを任意に組み合わせることにより）プロセススポットに照射されるレーザパルスのスポット形状又はスポットサイズを変えるための１以上のAODシステムを含むいずれかのポジショナ（例えば、ある実施形態においては、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、あるいはこれらの組み合わせ）の動作を制御してもよい。上記公報は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。与えられるRF信号は線形的にチャープされてもよく、あるいは非線形的にチャープされてもよく、あるいは所望の又は好適な方法によりチャープされてもよい。例えば、与えられるRF信号が、第１の速度でチャープされ、その後、第２の速度でチャープされ、AOセルを通過するレーザパルスを２つの異なる方法により回折してもよい。この場合には、第１の速度は、第２の速度よりも遅くてもよく、あるいはこれよりも速くてもよい。
【００７０】
一般的に、コントローラ114は、命令を実行する際に上述した制御信号を生成することが可能な１以上のプロセッサを含んでいる。プロセッサは、命令を実行することが可能なプログラマブルプロセッサ（例えば、１以上の汎用コンピュータプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを含む）として提供され得る。プロセッサにより実行可能な命令は、ソフトウェア、ファームウェアなど、あるいは、プログラマブルロジックデバイス（PLD）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、フィールドプログラマブルオブジェクトアレイ（FPOA）、特定用途向け集積回路（ASIC）を含む（デジタル回路、アナログ回路、アナログ／デジタル混合回路を含む）好適な形態の回路など、あるいはこれらを任意に組み合わせて実現され得る。命令の実行は、１つのプロセッサ上で行ってもよく、複数のプロセッサに分散させてもよく、１つのデバイス内又はデバイスのネットワークにわたる複数のプロセッサにわたって並行に行っても、あるいはこれに類する方法でも、あるいはこれらを任意に組み合わせて行ってもよい。
【００７１】
一実施形態においては、コントローラ114は、（例えば、１以上の有線又は無線通信リンクを介して）プロセッサによりアクセス可能なコンピュータメモリのような有形媒体を含んでいる。本明細書で使用される場合には、「コンピュータメモリ」は、磁気媒体（例えば、磁気テープ、ハードディスクドライブなど）、光学ディスク、揮発性又は不揮発性半導体メモリ（例えば、RAM、ROM、NAND型フラッシュメモリ、NOR型フラッシュメモリ、SONOSメモリなど）などを含んでおり、ローカルアクセス可能なもの、又は（例えばネットワークを通じて）遠隔アクセス可能なもの、又はこれらを組み合わせたものであってもよい。一般的に、命令は、コンピュータソフトウェア（例えば、実行コード、ファイル、命令など、ライブラリファイルなど）として格納され得る。そのようなコンピュータソフトウェアは、例えば、C、C++、Visual Basic、Java、Python、Tel、Perl、Scheme、Ruby、アセンブリ言語、ハードウェア記述言語（例えば、VHDL、VERILOGなど）などによって書かれ、当業者によって本明細書で述べられた説明から簡単に作成することができる。コンピュータソフトウェアは、通常、コンピュータメモリにより伝達される１以上のデータ構造に格納される。
【００７２】
図示はされていないが、１以上のドライバ（例えば、RFドライバ、サーボドライバ、ラインドライバ、電源など）が、レーザ源104、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズである場合は）スキャンレンズ112、固定具、カメラ113、VOA、ビームサイズ調整機構などのような１以上の構成要素の入力と通信可能に連結され得る。一実施形態においては、それぞれのドライバは、典型的には、コントローラ114が通信可能に連結される入力を含んでおり、これにより、コントローラ114は１以上の制御信号（例えばトリガ信号など）を生成可能となっている。この制御信号は、装置100の１以上の構成要素に関連付けられた１以上のドライバの入力に伝達され得る。このように、レーザ源104、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズである場合は）スキャンレンズ112、固定具、カメラ113、VOA、ビームサイズ調整機構などの構成要素は、コントローラ114により生成された制御信号に応答するようになっている。
【００７３】
他の実施形態においては、図示はされていないが、１以上の付加的なコントローラ（例えば、構成要素固有のコントローラ）が、必要に応じて、レーザ源104、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズである場合は）スキャンレンズ112、固定具、カメラ113、VOA、ビームサイズ調整機構などの構成要素と通信可能に連結された（そして当該構成要素に関連付けられた）ドライバの入力と通信可能に連結され得る。この実施形態において、それぞれの構成要素固有のコントローラは、コントローラ114と通信可能に連結され、コントローラ114から受信した１以上の制御信号に応答して１以上の制御信号（例えばトリガ信号など）を生成可能であってもよい。この１以上の制御信号は、その後、これと通信可能に連結されたドライバの入力に伝達され得る。この実施形態において、構成要素固有のコントローラは、コントローラ114に関して述べたのと同様に動作可能であってもよい。
【００７４】
１以上の構成要素固有のコントローラが設けられる他の実施形態においては、ある構成要素（例えばレーザ源104）に関連付けられた構成要素固有のコントローラは、ある構成要素（例えば第１のポジショナ106など）に関連付けられた構成要素固有のコントローラと通信可能に連結され得る。この実施形態においては、構成要素固有のコントローラのうち１つ以上が、１以上の他の構成要素固有のコントローラから受信した１以上の制御信号に応答して、１以上の制御信号（例えばトリガ信号など）を生成可能である。
【００７５】
Ｇ．ユーザインタフェイス
装置100は、（例えば、USB、RS-232、Ethernet、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、Bluetooth、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCATなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上の有線又は無線のシリアル又はパラレル通信リンクを介して）コントローラ114と通信可能に連結されるユーザインタフェイス120をさらに含んでいてもよい。このユーザインタフェイス120は、１以上の出力デバイス、１以上の入力デバイス、又はこれらを任意に組み合わせたものを含み得る。一般的に、出力デバイスは、人間が感知可能な刺激（例えば、視覚、聴覚、触覚など）を通じて情報を与えるかあるいは伝達することが可能な任意のデバイスである。出力デバイスの例としては、モニタ、プリンタ、スピーカ、触覚型アクチュエータなどが挙げられる。一般的に、入力デバイスは、例えば、装置100のユーザが、装置100を動作させるため（あるいは装置100の動作を簡単にするため）に命令、コマンド、パラメータ、情報などを提供することを可能にする任意のデバイスである。入力デバイスの例としては、キーボード、マウス、タッチパッド、タッチスクリーン、マイクロフォン、カメラなどが挙げられる。
【００７６】
Ｈ．通信モジュール
必要に応じて、装置100は、（例えば、USB、RS-232、Ethernet、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、Bluetooth、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCATなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上の有線又は無線のシリアル又はパラレル通信リンクを介して）コントローラ114と通信可能に連結される通信モジュール122を含んでいる。通信モジュール122は、データを送信し、データを受信し、あるいはその両方を行うことができるようになっている。したがって、通信モジュール122は、有線又は無線リンクを介して他のデバイス又はネットワーク（例えばネットワーク124）にデータを送信及び／又は受信するための回路、アンテナ、コネクタなど、あるいはこれらを組み合わせたものを含み得る。一例では、通信モジュール122は、コントローラ114内のソフトウェア又はファームウェアと協働してシリアルポート（例えばRS232）、ユニバーサルシリアルバス（USB）ポート、IRインタフェイスなど、又はこれらを任意に組み合わせたものとして機能するコネクタであり得る。他の例では、通信モジュール122は、RS-232C、IBM46XX、キーボードウェッジインタフェイスなど、又はこれらを任意に組み合わせたもののような複数の異なるホストインタフェイスプロトコルをサポートするユニバーサルインタフェイスドライバ用途向け集積回路（UIDA）であり得る。通信モジュール122は、当該技術分野において知られているような、USB、Ethernet、Bluetooth、wifi、赤外線（例えばIrDa）、RFID通信など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような他の既知の通信モードをサポートする１以上のモジュール、回路、アンテナ、コネクタなどを含んでいてもよい。コントローラ114とは別個の構成要素とするのではなく、既知の方法又は好適な方法で通信モジュール122をコントローラ114の一部として組み込んでもよいことは理解できよう。
【００７７】
ネットワーク124は、（例えば、USB、RS-232、Ethernet、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、Bluetooth、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCATなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上の有線又は無線のシリアル又はパラレル通信リンクを介して）装置100から離れた１以上のシステム（例えば、図１に特定されるような遠隔システム126）と通信可能に連結され得る。一実施形態においては、遠隔システム126は、コンピュータ（例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォンなど）、コンピューティングシステム（例えば、クラウドコンピューティングプラットフォーム）、（例えば、装置100のような他の装置に関連付けられた）他のコントローラ又は通信モジュールなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものなどのデバイスであり得る。遠隔システム126は、装置100のユーザにより、あるいは装置100の製造者により、あるいは装置100についてのメンテナンスを行う責務を負った技術者により、あるいはこれに類する者により、あるいはこれらを組み合わせた者により所有されるか操作されるデバイスであり得る。
【００７８】
通信モジュール122とネットワーク124を介して、コントローラ114は、遠隔システム126との間で様々なデータを通信し得る。このため、遠隔システム126に出力することができるデータの例としては、上述した画像データ、あるいは測定データ又は通知データ（いずれも以下で詳細に説明する）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。遠隔システム126により出力されるデータを（例えば、ネットワーク124及び通信モジュール122を介して）コントローラ114に入力して、装置100を動作させるための、あるいは装置100の動作に影響を与えるか簡単にするための命令、コマンド、パラメータ、情報などを表すようにしてもよい。
【００７９】
Ｉ．ビーム特性評価ツール
必要に応じて、装置100は、レーザエネルギービームの１以上の特性を測定可能なビーム特性評価ツール128のような１以上のビーム特性評価ツールを含んでいる。ビーム特性評価ツール128で測定可能な特性の例としては、ビーム特性評価ツール128に照射された入射レーザエネルギービームのスポットにおける空間エネルギー分布、位相、偏波、パワーなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。したがって、ビーム特性評価ツール128は、スリットセンサ、ナイフエッジセンサ、カメラ（例えば、CCD、CMOSなど）、波面センサ（例えば、シャック・ハルトマン波面センサなど）、あるいは当該技術分野において知られている他のレーザビームプロファイラなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものからなる群から選択される少なくとも１つのセンサとして提供され得る。ビーム特性評価ツール128は、測定されたビーム特性のうち１以上のものを表す測定データを生成し、その測定データを（例えば１以上の測定信号として）コントローラ114に出力することができる。必要に応じて、測定データ（あるいは、例えばコントローラ114により測定データから得られたデータ）をコントローラ114から遠隔システム126に（例えば、通信モジュール122及びネットワーク124を介して）送信することができる。
【００８０】
図１に模式的に示されているように、ビーム特性評価ツール128は、当該技術分野において知られている任意の方法によりレーザエネルギービームの１以上の特性（本明細書ではそれぞれを総称して「ビーム特性」ともいう）を測定するように構成及び配置され得る。例えば、ビーム特性評価ツール128は、（例えば矢印128aで示されるように）ワークピース102がレーザエネルギービームにより加工される位置又はその近傍（本明細書では「プロセス領域」ともいう）で、あるいはビーム経路116に沿った位置（すなわちサンプリング位置）から、あるいはこれらを組み合わせた位置でレーザエネルギービームの１以上の特性を測定するように構成される。一実施形態においては、サンプリング位置は、（例えば矢印128bで示されるように）第２のポジショナ108とスキャンレンズ112との間にあってもよく、第１のポジショナ106と第２のポジショナ108との間にあってもよく、レーザ源104と第１のポジショナ106との間にあってもよく、あるいはこれに類似する位置にあってもよい。
【００８１】
他の実施形態においては、ワークピース102での、あるいは固定具での、あるいは固定具の外側の領域での、あるいはこれに類する位置での、あるいはこれらを任意に組み合わせた位置でのスポットの像を取得するようにカメラ113（例えば、第１のカメラ、第２のカメラなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）を動作させることができる。ある実施形態においては、その後、カメラ113により生成される画像データがスポットの空間エネルギー分布を表すように、その取得した像をカメラ113で処理してもよい。この場合には、カメラ113により出力される画像データを「測定データ」として考えることができ、カメラ113をビーム特性評価ツール128の一実施形態であると考えることができる。
【００８２】
ｉ．プロセス領域からの測定
一実施形態においては、図２及び図３を参照すると、ビーム特性評価ツール128は、第３のポジショナ110を備えた固定具（図示せず）の上述した支持領域の外側の位置で第３のポジショナ110に取り付けられてもよい。例えば、第３のポジショナ110は、（例えば、上述したような）１以上の直動ステージを含んでいてもよく、ビーム特性評価ツール128が、固定具が連結された直動ステージと同一の直動ステージに（例えば、その側面に）取り付けられてもよい。他の実施形態においては、ビーム特性評価ツール128は、直動ステージに取り付けられるのではなく、固定具自体に取り付けられてもよい。ビーム特性の測定を容易にするために、（例えば図２に示されるように）ビーム特性評価ツール128をビーム軸118と交差する位置に移動するように第３のポジショナ110を動作させてもよい。ビーム特性が測定された後、（例えば図３に示されるように）ビーム軸118がワークピース102と交差できるように（例えば、その上にワークピース102が支持されている）固定具の支持領域を移動するように第３のポジショナ110を動作させてもよい。
【００８３】
図４を参照すると、ビーム特性評価ツール128は、光検出器402の上に横たわるトークン400を含んでいてもよい。トークン400は、例えば、基板404と、基板404上に形成された非透過型ターゲット406のパターンとを含み得る。フレーム（例えばフレーム408）によって光検出器402上にトークン400を固定してもよい。基板404は、ビーム軸118に沿って伝搬するレーザエネルギービームに対して透明な（又は少なくとも実質的に透明な）材料（例えば、典型的にはガラス）により形成される。これに対して、ターゲット406は、典型的には、ビーム軸118に沿って伝搬するレーザエネルギービームを反射又は吸収する材料（例えば、典型的にはクロム又はその合金）から形成される。
【００８４】
ターゲット406のサイズ、形状又は他の構成は、所望の又は有利なように提供され得る。例えば、図５を参照すると、ターゲット406は、（例えば500で特定されるような）中実四角形ターゲット、（例えば502で特定されるような）中実菱形ターゲット、（例えば504で特定されるような）中空四角形ターゲットなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを含む「ターゲットグリッド」を形成するように配置され得る。（例えば500及び504で特定されるような）四角形ターゲットは、Ｘ軸及びＹ軸に向いた（例えば、Ｚ軸から測定して０度と90度に向いた）辺を有している。（例えば502で特定されるような）菱形ターゲットは、Ｘ軸及びＹ軸からオフセットした（例えば、Ｘ軸から測定して45度及び135度に向いた）辺を有している。
【００８５】
ターゲットグリッドは、必要に応じて、中実四角形ターゲット500、中実菱形ターゲット502、及び中空四角形ターゲット504を包囲する（例えば506で示されるような）周縁ターゲットを含み得る。図５は、（ターゲット500，502，504からなる）12×12のターゲット配置406を示しているが、任意の数のターゲット406を設けて、それらを所望の又は有利な方法で配置してもよいことは理解できよう。ターゲットグリッドは、10mmから30mm（例えば20mm又はその前後）の範囲の長さ及び／又は幅を有していてもよい。周縁ターゲット506の個々の辺は、１mmから５mm（例えば2.5mm又はその前後）の範囲の幅w1を有していてもよく、ターゲット500，502，504は、（例えば、Ｘ方向又はＹ方向に）100μmから500μm（例えば250μm又はその前後）の範囲の最大寸法を有していてもよい。中空四角形ターゲット504の辺は、５μmから15μm（例えば10μm又はその前後）の範囲の幅w2を有し得る。
【００８６】
一実施形態においては、スキャンレンズ112を透過したレーザエネルギービームは、ターゲット406を形成する材料を溶融又はアブレートすることが可能なぐらい十分に高いフルエンス（例えば第１のフルエンス）でトークン400のターゲット406上のスポットに照射され得る。そのような実施形態においては、光検出器402は、（図５に示される上面図で見た場合に）ターゲットグリッドの領域よりも小さい有効領域（すなわち、図５において破線の正方形508で囲まれた領域として示される、光を検出可能な光検出器の領域）を有している。光検出器402の有効面積508は、５mmから20mm（例えば10mm又はその前後）の長さの辺を有し得る。
【００８７】
他の実施形態においては、スキャンレンズ112を透過したレーザエネルギービームは、ターゲット406を形成する材料を溶融又はアブレートするには不十分ではあるが、光検出器402にダメージを与えることができるほど十分に高いフルエンス（例えば第２のフルエンス）でトークン400のターゲット406上のスポットに照射される。この場合には、図４を参照すると、ビーム特性評価ツール128は、トークン400と光検出器402との間に配置され、光検出器402に入射する透過レーザエネルギービームのフルエンスを（例えば、第２のフルエンスよりも低いフルエンスに）低減して光検出器402がダメージを受けることを防止するための光フィルタ410（例えばニュートラルフィルタ）を含み得る。
【００８８】
さらに他の実施形態においては、スキャンレンズ112を透過したレーザエネルギービームは、ターゲット406を形成する材料を溶融又はアブレートするには不十分であり、光検出器402にダメージを与えるにも不十分であるフルエンス（例えば第３のフルエンス）でトークン400のターゲット406上のスポットに照射される。この場合には、光フィルタ410をビーム特性評価ツール128から省略することができる。
【００８９】
一実施形態においては、装置100の１以上の構成要素の動作を（例えば、コントローラ114、ユーザインタフェイス120、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを介して）選択的に制御して、ターゲット406に照射されるスポットが第１のフルエンス又は第２のフルエンスで確実に照射されるようにすることができる。同様に、装置100の１以上の構成要素の動作を（例えば、コントローラ114、ユーザインタフェイス120、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを介して）選択的に制御して、光検出器402に照射されるスポットが第２のフルエンス又は第３のフルエンスで確実に照射されるようにすることができる。
【００９０】
ii．ビーム経路からの測定
一実施形態においては、図６を参照すると、装置100は、ビーム経路116内の位置（すなわち、上述した「サンプリング位置」）に配置されたビームスプリッタ600（例えば、図示されているようなビームスプリッタキューブ、部分反射ミラー、光ファイバビームスプリッタなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）を含んでいてもよい。ビームスプリッタ600は、第２のポジショナ108とスキャンレンズ112との間にあってもよく、第１のポジショナ106と第２のポジショナ108との間にあってもよく、レーザ源104と第１のポジショナ106との間にあってもよく、あるいはこれに類似する位置にあってもよい。しかしながら、一般的に、ビームスプリッタ600は、入射レーザエネルギービームをプロセスビームとサンプルビームとに分けるものである。プロセスビームは、（例えば、最終的にスキャンレンズ112を透過するように）ビーム経路116に沿って伝搬し、サンプルビームは、ビーム経路602に沿ってビーム特性評価ツール128に向かって伝搬する。
【００９１】
Ｊ．レーザセンサシステム
一実施形態においては、装置100は、レーザエネルギー又はパワーを測定するように構成されたレーザセンサシステムを含んでいる。（例えば、レーザエネルギー又はパワーを測定することに応答して）レーザセンサシステムにより生成された測定データが、コントローラ114（及び必要に応じて遠隔システム126に）に出力され、（例えば、レーザパワーの変化を補償するための）リアルタイムパルスエネルギー制御、（例えば、RFパワー及び周波数などに対する第１のポジショナ106のAODシステムにおける透過の変化を補償するための）システム較正など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような様々な機能をサポートするようにこの測定データを処理することができる。レーザセンサシステムからの測定データを用いて実現され得る機能の例は、上述した米国特許第7,244,906号において、あるいは上述した米国特許出願公開第2014/0196140号、第2014/0263201号、又は第2014/0263223号において、あるいはこれに類するものにおいて、あるいはこれら任意に組み合わせたものにおいて述べられている。
【００９２】
一実施形態においては、図７を参照すると、装置100は、異なる軸に沿ってビーム経路116を偏向可能な（例えば、上述したような）AODシステムとして提供される第１のポジショナ106を含んでいる。例えば、第１のポジショナ106は、第１の単一軸AODシステム700（例えばＸ軸AODシステム）と、第２の単一軸AODシステム702（例えばＹ軸AODシステム）とを含んでいてもよい。第１のポジショナ106は、必要に応じて、第１の単一軸AODシステム700と第２の単一軸AODシステム702との間に配置される半波長板704のような他の光学要素を含んでいてもよい。また、装置100は、（例えば、第１のリレーレンズ（又は第１のグループのレンズ）708、第２のリレーレンズ（又は第２のグループのレンズ）710、及びこれらの間に配置されるアパーチャ712を含む）リレーモジュール706を含んでいてもよい。また、装置100は、（例えば、上述のように提供される）第２のポジショナ108の光学的に「上流側に」配置される１／４波長板714を含んでいてもよい。また、装置100は、ビーム経路116に配置される複数のミラー716を含んでいてもよい。一般的に、ミラー716は、上述した様々な構成要素に向かうビーム経路116を所望の又は有利な方法で曲げるか変えるように配置及び構成されている。
【００９３】
上述した構成において、（図７において718で特定される）レーザセンサシステムは、第１のポジショナ106と第２のポジショナ108との間のビーム経路116に沿った位置でサンプリングされたレーザエネルギービームの一部からレーザエネルギーを測定するように構成される。したがって、装置100は、リレーモジュール706から出たレーザエネルギービーム中の大部分の光を（例えば経路116に沿って）第２のポジショナ108に向ける（例えば反射する）とともに、少量（例えば、２％又はその前後）の光を経路722に沿ってレーザセンサシステム718に伝搬させるように配置及び構成されたビームスプリッタ720（例えば、図示されているような部分反射ミラー、ビームスプリッタキューブ、光ファイバビームスプリッタなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）をさらに含んでいてもよい。
【００９４】
一般的に、レーザセンサシステム718は、レーザエネルギーを測定するように構成される光検出器724を含んでいる。しかしながら、レーザセンサシステム718は、第１のポジショナ106の光学的に「下流側に」位置しており、光検出器724による読取値は、典型的には、入射するエネルギービームの位置又は角度によって変化する。このため、光検出器724上での入射レーザエネルギービームの移動は、読取誤差を生じる可能性があり、これにより誤ったパワー制御、システム較正などを引き起こし得る。一実施形態においては、レーザエネルギービームが光検出器724に当たる前に、経路722に沿って伝搬するレーザエネルギービームを（例えば、１以上の拡散板、ビームエキスパンダなどを用いて）拡大及び／又は拡散することにより、光検出器724に関連付けられた空間感度及び方向感度を下げることができる。そのような場合には、拡散／拡大されたビームの空間的均一性は、光検出器724における入射レーザエネルギービームの移動の範囲よりも大きくなければならない。他の実施形態においては、図７を参照すると、光検出器724に関連付けられた空間感度及び方向感度を下げるために積分球726が用いられる。積分球726を設けた場合には、経路722に沿って伝搬するレーザエネルギービームを光検出器724に入射する前に拡大及び／又は拡散するための上述した構成要素（例えば、１以上の拡散板、ビームエキスパンダなど）を省略してもよい（あるいは必要に応じて保持しておいてもよい）
【００９５】
一般的に、当該技術分野において知られているように、積分球726は、中空球形の（又は少なくとも実質的球形の）空洞を含み、その内面が拡散反射コーティングで被覆されている光学要素である。積分球726は、採光ポート728と検出ポート730とを含んでおり、経路722に沿って伝搬する光が採光ポート728を通って積分球726の空洞の中に入ることができるように配置されている。空洞の内面のいずれかの点に入射した光は散乱して、最終的には検出ポート730で積分球726から出て光検出器724に入射するようになっている。上述のように構成されているため、レーザセンサシステム718は、ビーム特性評価ツール128との関係で述べた光検出器402の一実施形態であると考えられることは理解できよう。
【００９６】
レーザセンサシステム718が（例えば、図７に示されるような）積分球726を含む場合には、光検出器724に関連付けられた空間感度及び方向感度を、経路722に沿って伝搬するレーザエネルギービームを１以上の拡散板、ビームエキスパンダなどを用いて拡大及び／又は拡散した場合よりもさらに下げることができる。その結果、光検出器724からのリアルタイムエネルギー測定の精度が改善され、これにより光検出器724により生成される測定データを用いるパワー制御、較正などを改善することができる。さらに、光検出器を直接経路722の位置に合わせることに比べると、非常に簡単に光検出器724を積分球726の採光ポート730の位置に合わせることができる。同様に、積分球726は、拡散板やビームエキスパンダなどの他の機構よりも簡単に経路722の位置に合わせることができる。
【００９７】
Ｋ．ワークピースハンドリングシステム
図１には図示されていないが、ワークピースハンドリングシステムを設けてもよい。一般的に、ワークピースハンドリングシステムは、加工されるワークピース102をロードし、あるいはワークピース102が加工されるとワークピース102をアンロードし、あるいはその両方を行うように構成され得る。ワークピース102が比較的薄い柔軟性のある物（「ウェブ」としても知られ、繊維、紙、箔、積層体、FPCパネル、FPCなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを含み得る）である実施形態においては、ワークピースハンドリングシステムは、（例えば、スプール又はロールから取り出された）ワークピース102を加工のために装置100に案内し、加工済みワークピース102を（例えば、加工済みワークピース102を他のスプール又はロールにロードすることにより）装置100から取り出すように構成されるロールツーロールシステムとして提供され得る。図８を参照すると、ワークピースハンドリングシステム800のようにウェブを取り扱うように構成されたワークピースハンドリングシステムは、（例えば、ワークピース102を構成するアンワインド材料ロール802aから引き出された）ワークピース102を加工のために装置100に（すなわち、装置100の固定具804上に）案内するように構成されていてもよい。また、ワークピースハンドリングシステム800は、加工済みワークピース102を固定具804から取り出し、ワークピース102を構成するリワインド材料ロール802bに送るように構成されていてもよい。
【００９８】
図示された実施形態においては、固定具804は、装置100の第３のポジショナ110のステージに連結されている。この場合において、第３のポジショナ110は、上述したような分割ステージ位置決めシステムとして提供され、固定具804を搬送するステージはＹステージである。したがって、固定具804は、Ｙ方向に沿って移動可能となっており、第２のポジショナ108、スキャンレンズ112など、あるいはこれらの組み合わせなどの１以上の構成要素は、（例えば、フレーム、ガントリーなどに設けられた直動ステージにより）固定具804上でＸ方向に沿って移動可能となっている。上述したように、固定具804は、ワークピース102に力（例えば、機械的な力、静電力、真空力、磁力など）を作用させて（例えば、ワークピース102の加工中に）ワークピース102を固着、保持、あるいは固定できるようになっている。したがって、固定具804は、当該技術分野において知られているような真空チャック、静電チャック、磁気チャックなどとして提供され得る。
【００９９】
ワークピースハンドリングシステム800は、（例えば、装置100の第１のポート806aを通じて）ワークピース102を固定具804に案内可能なアンワインドアセンブリ808aと、（例えば、装置100の第２のポート806bを通じて）固定具804から加工済みワークピース102を取り出すことが可能なリワインドアセンブリ808bとを含んでいる。アンワインドアセンブリ808aは、アンワインドロール802aを支持するためのアンワインドスピンドル810aと、アンワインドアイドラローラ812aと、第１のアンワインドエアターン814aと、アンワインドダンサアセンブリ816aと、第２のアンワインドエアターン818aと、アンワインド支持システム820aとを含んでいる。同様に、リワインドアセンブリ808bは、リワインドロール802bを支持するためのリワインドスピンドル810bと、リワインドアイドラローラ812bと、第１のリワインドエアターン814bと、リワインドダンサアセンブリ816bと、第２のリワインドエアターン818bと、リワインド支持システム820bとを含んでいる。アンワインドダンサアセンブリ816aとリワインドダンサアセンブリ816b（本明細書ではそれぞれを総称して「ダンサアセンブリ816」という）は、それぞれダンサフレーム824に設けられたダンサローラ822を含み得る。当該技術分野において知られているように「エアターン」は、ワークピース102とシリンダとの間に加圧空気からなるクッションを生成するように構成された、溝、孔、又は多数の孔のいずれかが形成された面を有する円筒部材である。
【０１００】
図示されていないが、ワークピースハンドリングシステム800は、ワークピースハンドリングシステム800を制御する、あるいはワークピースハンドリングシステム800の制御又は動作を簡単にする１以上のコントローラ（本明細書ではまとめて総称的に「ハンドリングコントローラ」という）を含んでいてもよい。一実施形態においては、ハンドリングコントローラは、（例えば、USB、RS-232、Ethernet、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、Bluetooth、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCATなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上の有線又は無線のシリアル又はパラレル通信リンクを介して）ワークピースハンドリングシステムの上述した構成要素のうちの１つ以上の構成要素（例えば、アンワインドスピンドル810a、リワインドスピンドル810b、ダンサアセンブリ816のダンサフレーム824などに連結されたモータやアクチュエータ）と通信可能に連結されている。このため、１つ以上の構成要素がハンドラコントローラにより出力される１以上の制御信号に応答して動作可能となっている。
【０１０１】
一般的に、ハンドラコントローラは、命令を実行する際に上述した制御信号を生成するように構成される１以上のプロセッサを含んでいる。プロセッサは、命令を実行するように構成されるプログラマブルプロセッサ（例えば、１以上の汎用コンピュータプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを含む）として提供され得る。プロセッサにより実行可能な命令は、ソフトウェア、ファームウェアなど、あるいは、プログラマブルロジックデバイス（PLD）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、フィールドプログラマブルオブジェクトアレイ（FPOA）、特定用途向け集積回路（ASIC）を含む（デジタル回路、アナログ回路、アナログ／デジタル混合回路を含む）好適な形態の回路など、あるいはこれらを任意に組み合わせて実現され得る。命令の実行は、１つのプロセッサ上で行ってもよく、複数のプロセッサに分散させてもよく、１つのデバイス内又はデバイスのネットワークにわたる複数のプロセッサにわたって並行に行っても、あるいはこれに類する方法でも、あるいはこれらを任意に組み合わせて行ってもよい。
【０１０２】
一実施形態においては、ハンドラコントローラは、（例えば、１以上の有線又は無線通信リンクを介して）プロセッサによりアクセス可能なコンピュータメモリのような有形媒体を含んでいる。本明細書で使用される場合には、「コンピュータメモリ」は、磁気媒体（例えば、磁気テープ、ハードディスクドライブなど）、光学ディスク、揮発性又は不揮発性半導体メモリ（例えば、RAM、ROM、NAND型フラッシュメモリ、NOR型フラッシュメモリ、SONOSメモリなど）などを含んでおり、ローカルアクセス可能なもの、又は（例えばネットワークを通じて）遠隔アクセス可能なもの、又はこれらを組み合わせたものであってもよい。一般的に、命令は、コンピュータソフトウェア（例えば、実行コード、ファイル、命令など、ライブラリファイルなど）として格納され得る。そのようなコンピュータソフトウェアは、例えば、C、C++、Visual Basic、Java、Python、Tel、Perl、Scheme、Ruby、アセンブリ言語、ハードウェア記述言語（例えば、VHDL、VERILOGなど）などによって書かれ、当業者によって本明細書で述べられた説明から簡単に作成することができる。コンピュータソフトウェアは、通常、コンピュータメモリにより伝達される１以上のデータ構造に格納される。
【０１０３】
図示された実施形態においては、ワークピース102は、アンワインド材料ロール802aから解かれた後、（例えば、固定具804上のワークピース102の一部を装置100により加工できるように）第１のポート806aを通じて固定具804上に案内される前に、アンワインドアイドラローラ812aの上、第１のアンワインドエアターン814aの上、アンワインドダンサアセンブリ816aのダンサローラ822の下、第２のアンワインドエアターン818aの上を通って供給される。固定具804からは、ワークピース102は、第２のリワインドエアターン818bの上を通って供給されるように第２のポート806bを通じて案内された後、最終的にリワインドスピンドル810bに巻き取られる（例えば、これによりリワインド材料ロール802bが形成される）前に、リワインドダンサアセンブリ816bのダンサローラ822の下、そして第１のリワインドエアターン814bの上、リワインドアイドラローラ812bの上を通って供給される。最初に、ワークピース102は、ワークピースハンドリングシステム800内に設置されるように手動で上述した様々なローラ及びエアターンの上や下に供給される（例えば、上述したように、アンワインドスピンドル810aから固定具804の上へ、そしてリワインドスピンドル810b上へ）。
【０１０４】
アンワインドスピンドル810a及びリワインドスピンドル810bのそれぞれは、１以上のモータ又は他のアクチュエータ（図示せず、第１の支持システム818aと第２の支持システム818b内にそれぞれ配置される）に連結され、これにより駆動（すなわち回転）される。このため、最初に設置した後、アンワインドスピンドル810a及びリワインドスピンドル810b（本明細書では、それぞれを総称して「スピンドル810」という）を連携して回転させることでワークピース102を固定具804上に割り出し、あるいは移動することができる。例えば、図８に示されているように、アンワインドスピンドル810a及びリワインドスピンドル810bを時計回りに回転させることにより、ワークピース102を右に移動させることができる。同様に、アンワインドスピンドル810a及びリワインドスピンドル810bを反時計回りに回転させることにより、ワークピース102を左に移動させることができる。
【０１０５】
また、アンワインド支持システム820aは、アンワインドスピンドル810aをその長手方向軸に沿って（すなわち、図示されたＹ軸及びＺ軸に直交するＸ軸に沿って）移動して、アンワインドダンサアセンブリ816aのダンサローラ822に沿って第１のポート806aに導入されるワークピース102の軸方向位置を所望の位置に調整又は維持するようにアンワインドスピンドル810aに連結されたモータ又は他のアクチュエータを含んでいてもよい。同様に、リワインド支持システム820bは、リワインドダンサアセンブリ816bのダンサローラ822をその長手方向軸に沿って（すなわちＸ軸に沿って）移動して、第２のポート806bから出るワークピース102の軸方向位置を所望の位置に調整又は維持するためにリワインドスピンドル810bに連結されたモータ又は他のアクチュエータを含んでいてもよい。
【０１０６】
アンワインドアイドラローラ812aは軸に取り付けられており、この軸は、アンワインド支持システム820aにより支持されている。同様に、リワインドアイドラローラ812bは軸に取り付けられており、この軸は、リワインド支持システム818bにより支持されている。それぞれの軸の位置は（例えば手動で）調整可能となっていてもよいが、一般的に、材料ハンドリングシステム800の動作中は固定される。アンワインドスピンドル810a及びリワインドスピンドル810bと異なり、アンワインドアイドラローラ812a及びリワインドアイドラローラ812bは、いわゆる「非駆動」ローラである（すなわち、当該技術分野において知られているように、ワークピース102がアイドラローラの周囲を通過する際にアイドラローラはそれぞれの軸周りに回転する）。
【０１０７】
第１のアンワインドエアターン814a及び第２のアンワインドエアターン818aは、第１の支持システム820aに取り付けられている。同様に、第１のリワインドエアターン814b及び第２のリワインドエアターン818bは、第２の支持システム820bに取り付けられている。それぞれのエアターンの位置は（例えば手動で）調整可能となっていてもよいが、一般的に、材料ハンドリングシステム800の動作中は固定される。アイドラローラとは異なり、それぞれのエアターンは、（例えばエアターンが回転しないように）回転が固定されるようにそれぞれの支持システムに取り付けられる。ワークピースハンドリングシステム800の動作中に、（例えば、支持システムに配置され、それぞれのエアターンと流体的に連通された圧縮機又は他の供給源から供給される）加圧空気が、（例えば、ワークピース102がエアターンの周囲を通過する際に、ワークピース102がエアターンに接触しないように）エアターンとワークピース102との間に空気のクッションを形成するようにそれぞれのエアターンに供給される。
【０１０８】
第１のダンサアセンブリ816a及び第２のダンサアセンブリ816bのそれぞれの内部では、当該技術分野において知られているように、ダンサローラ822がその長手方向軸周りに回転可能（例えば、図９に示されるようにＸ軸周りに回転可能）となるようにダンサローラ822がそれぞれのダンサフレーム824に連結されている。また、図９に示されるように、それぞれのダンサアセンブリ816は、１組の付勢機構900を含んでおり、それぞれの付勢機構900はダンサローラ822の端部とダンサフレーム824とを接続している。一般的に、動作中には、ワークピース102はダンサローラ822に＋Ｚ方向（図９に示されるように上方向）の力を与える。このため、付勢機構900は、−Ｚ方向（図９に示されるように下方向）の反対の力をダンサローラ822に与えるように構成される。したがって、付勢機構900は、空気圧シリンダ、水圧シリンダ、バネ駆動単動シリンダなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして提供され得る。一実施形態においては、付勢機構900は、ダンサローラ822に一定の（あるいは少なくとも実質的に一定の）力を与えるように構成される。
【０１０９】
さらに図９を参照すると、それぞれのダンサアセンブリ816は、関連するダンサローラ822の下方に供給されるワークピース102の部分までの距離を測定し、測定された距離を表すセンサデータを生成するように構成される（例えば、ダンサローラ822の下方でダンサフレーム824に取り付けられた）距離センサ902も含んでいる。センサデータは、距離センサ902から（例えば１以上のセンサ信号として）コントローラ（例えばハンドラコントローラ）に出力され得る。コントローラでは、センサデータは、アンワインドスピンドル810a及びリワインドスピンドル810bの回転の仕方（例えば、方向、速度、回転量など、あるいはこれらの任意の組み合わせの意味において）を制御するために使用される。
【０１１０】
それぞれのダンサアセンブリ816のダンサフレーム824は、１以上のモータ又は他のアクチュエータ（図示せず、第１の支持システム818aと第２の支持システム818b内にそれぞれ配置される）に連結され、これにより駆動（すなわちＺ軸に沿って並進又はシフト）される。以下でより詳細に述べるように、それぞれのダンサアセンブリ816のダンサフレーム822のＺ軸に沿った方向の移動は、固定具804のＹ方向に沿った移動と連携される。
【０１１１】
次に、上記で例示的に述べたような構成のワークピースハンドリングシステム800の動作について説明する。装置100によりワークピース102を加工する前に、（例えば上述したように）ワークピース102がワークピースハンドリングシステム800に設置される。次に、加工するワークピース102を固定具804の上に進めるように、アンワインドスピンドル810a及びリワインドスピンドル810bを駆動（例えば、時計回りに回転）してもよい。本明細書では、固定具804の上方に位置するワークピース102の部分を「ワークピース102の装填部」ともいう。ワークピース102が進められると、アンワインドスピンドル810a及びリワインドスピンドル810bの回転の仕方を制御するために、ダンサアセンブリ816のうちの１つ又はそれぞれの距離センサ902により出力されたセンサ信号が（例えばハンドラコントローラで）用いられる。例えば、センサ信号が、距離センサ902と（例えば第１のダンサアセンブリ816aの）関連するダンサローラ822の下に供給されるワークピース102との間の距離が所定の閾距離範囲より小さいことを示している場合には、ハンドラコントローラは、スピンドル（例えばアンワインドスピンドル810a）が回転する速度が低下するようにモータ又はアクチュエータの動作を制御することができる。センサ信号が、距離センサ902と（例えば第１のダンサアセンブリ816aの）関連するダンサローラ822の下に供給されるワークピース102との間の距離が所定の閾距離範囲より大きいことを示している場合には、ハンドラコントローラは、スピンドル（例えばアンワインドスピンドル810a）が回転する速度が増加するようにモータ又はアクチュエータの動作を制御することができる。スピンドルが回転する速度を減少又は増加させると、距離センサ902と関連するダンサローラ822の下に供給されるワークピース102の一部との間の距離を所定の閾距離範囲内に維持することができる。
【０１１２】
ワークピース102の所望の部分を固定具の上に進めた後、ワークピース102の装填部に力（例えば、機械的な力、静電力、真空力、磁力など）を作用させてワークピース102の装填部をこれに固着、保持、あるいは固定させるように（例えば、コントローラ114により出力される制御信号に応答して）固定具804を動作させる。装置100によってワークピース102の装填部を加工している間に、（例えば、装置100のＹステージの移動により）固定具804をＹ軸に沿って往復移動させることができる。ワークピース102の装填部が固定具804に固定されると、ワークピース102の装填部も同様にＹ軸に沿って移動させることができる。一般的に、固定具804を支持するＹステージの移動（ひいてはワークピース102の移動）は、スピンドル810の角加速度よりも非常に大きい加速度によって特徴付けることができる。
【０１１３】
固定具804を支持するＹステージとスピンドル810との間の加速性能の違いにより生じるワークピース102のフラッタ、しわ、又はひび割れをなくす、あるいは減少させるために、Ｙ軸に沿った固定具804の移動と協調して、ダンサアセンブリ816が（例えば、Ｚ軸に沿って）上昇又は下降するように駆動される。例えば、固定具804を支持するＹステージがＹ軸に沿って左に向かって速度vで距離d移動すると、第１のダンサアセンブリ816aは、Ｚ軸に沿って下方に半分の速度で半分の距離（すなわち、速度v/2で距離d/2）移動し、第２のダンサアセンブリ816bは、Ｚ軸に沿って上方に半分の速度で半分の距離（すなわち、速度v/2で距離d/2）移動する。同様に、固定具804を支持するＹステージがＹ軸に沿って右に向かって速度vで距離d移動すると、第１のダンサアセンブリ816aは、Ｚ軸に沿って上方に半分の速度で半分の距離（すなわち、速度v/2で距離d/2）移動し、第２のダンサアセンブリ816bは、Ｚ軸に沿って下方に半分の速度で半分の距離（すなわち、速度v/2で距離d/2）移動する。一般的に、ダンサアセンブリ816は、Ｙステージが駆動される加速度にぴったり一致する加速度で駆動される。上述したようにダンサアセンブリ816を上昇及び下降させることにより、固定具804によりワークピース102の装填部がＹ軸に沿って移動された場合においても、アンワインド材料ロール802aと第１のアンワインドエアターン814aとの間のワークピース102の部分（加えて、リワインド材料ロール802bと第１のリワインドエアターン814bとの間のワークピース102の部分）を静止させたままに（あるいは少なくとも実質的に静止させたままに）することができる。
【０１１４】
ダンサアセンブリ816と固定具804を支持するＹステージの協調した移動を容易にするために、装置100は、Ｙステージに動作可能な状態で連結され、当該技術分野において知られているようなＹステージの位置、Ｙステージが移動する方向、Ｙステージが移動する速度など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののようなデータを表すエンコーダ信号（本明細書では「エンコーダデータ」ともいう）を生成するように構成されるエンコーダ（図示せず）を含んでいてもよい。エンコーダは、ハンドラコントローラと（例えば、有線又は無線のシリアル又はパラレル通信リンクを介して）通信可能に連結されていてもよく、これによりエンコーダデータ指令をハンドラコントローラに送信することができるようになっていてもよい。あるいは、エンコーダは、コントローラ114と（例えば、有線又は無線のシリアル又はパラレル通信リンクを介して）通信可能に連結されていてもよい。コントローラ114は、ハンドラコントローラと通信可能に連結されている。この別の実施形態においては、ハンドラコントローラは、エンコーダからエンコーダデータを受信したコントローラ114からエンコーダデータを受信し得る。エンコーダデータを受信すると、ハンドラコントローラは、上述したようにダンサアセンブリ816を移動させるための１以上の制御信号を生成及び出力する。
【０１１５】
エンコーダがエンコーダ信号を出力する時点と、Ｙステージの移動に応じてダンサアセンブリ816が上昇又は下降する時点との間に遅延が生じることは避けられない。典型的には、この遅延は数ミリ秒のオーダである。それぞれのダンサアセンブリ816の付勢機構900は、常時ダンサローラ822に力を作用させているため、Ｙステージの移動に応じてダンサアセンブリ816が上昇又は下降するまで所望の引っ張り状態でワークピース102を維持するように遅延を生じさせるように作用する。
【０１１６】
上記で例示的に述べたように構成のワークピースハンドリングシステム800は、単一のワークピース102を取り扱うように（例えば、ワークピース102を装置100に案内し、ワークピース102を装置100から取り出すように）適合されている。しかしながら、他の実施形態においては、ワークピースハンドリングシステムは、複数のワークピースを取り扱うように構成されていてもよい。例えば、２つのワークピースを取り扱うようにワークピースハンドリングシステム800を修正することができる。２つのワークピースの取り扱いを可能とするために、ダンサアセンブリ816のそれぞれを図10に示されるダンサアセンブリ1000のようなダンサアセンブリに代えてもよい。図10を参照すると、ダンサアセンブリ1000は、それぞれ図８及び図９に関して上記で述べたのと同じ方法で（例えば、１組の付勢機構900により）ダンサフレーム824に取り付けられた２つのダンサローラ（すなわち、第１のダンサローラ822aと第２のダンサローラ822b（それぞれを総称して「ダンサローラ822」という））を含んでいる。また、ダンサアセンブリ1000は、関連するダンサローラ822の下方に供給されるワークピースの部分までの距離を（例えば、図９に関して上記で述べたのと同じ方法で）測定するように配置及び構成された距離センサ902を含んでいてもよい。
【０１１７】
さらに、２つのワークピースの取り扱いを可能にするために、２つのスピンドルと２つのアイドラローラを含むようにアンワインドアセンブリ808a及びリワインドアセンブリ808bのそれぞれを修正することができる。例えば、図11及び図12を参照すると、アンワインドアセンブリ808aをアンワインドアセンブリ1100aに修正することができる。図示されているように、アンワインドアセンブリ1100aは、上述したアンワインドアセンブリ808aの構成要素に加えて、付加的アンワインドローラ1104aを支持するためのアンワインドスピンドル1102aと、アンワインドアイドラローラ1106aとを含んでいる。図８に関して上記で同様に述べたように、アンワインド支持システム820aは、アンワインドスピンドル810aに関して述べた方法でアンワインドスピンドル810aとは独立してアンワインドスピンドル1102aを移動させる１以上のモータ又は他のアクチュエータを含み得る。図示はされていないが、図11及び図12に関して上記で述べたのと同様の方法で付加的リワインドスピンドル及び付加的リワインドアイドラローラを含むようにリワインドアセンブリ808bを修正することができる。
【０１１８】
このように、図12及び図13を参照すると、（図10から図12に関して上記で述べたように修正された）ワークピースハンドリングシステム800は、２つのワークピース（例えば、第１のワークピース102a及び第２のワークピース102b（それぞれを総称して「ワークピース102」という））を取り扱うことができる。上述したように構成された修正アンワインドアセンブリ1100内では、第１のワークピース102aと第２のワークピース102bとが異なるアイドラローラの上方及び同一のダンサアセンブリの異なるダンサローラの下方に供給されるが、第１のワークピース102aと第２のワークピース102bとは、それぞれ共通のエアターンの上方に供給される。第１のワークピース102aと第２のワークピース102bとは、同様に、上述のように修正されたリワインドアセンブリ808bの様々な構成要素の上方及び下方に供給される。第１のワークピース102a及び第２のワークピース102bの材料ロールの直径によっては、第１のワークピース102aは、関連するスピンドルとアイドラローラとの間で第２のワークピース102bとは異なる速度で移動してもよい。同様に、共通のダンサアセンブリ1000内の第１のダンサローラ822a及び第２のダンサローラ822bの周囲の第１のワークピース102a及び第２のワークピース102bの張力の違いによっては、第１のダンサローラ822aを第２のダンサローラ822bとは異なる方法で上昇又は下降させてもよい。
【０１１９】
III．測定データに関する実施形態
（例えば上記のように）生成された測定データを（例えば、コントローラ114にて、遠隔システム126にて、あるいはこれに類する場所にて、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所にて自動的に）処理してレーザエネルギービームの１以上の空間的特性、レーザエネルギービームの１以上のエネルギー特性など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを予測、導出、識別、あるいは取得することができる。
【０１２０】
測定可能な空間的特性の例としては、空間エネルギー分布、空間位相分布、空間偏波分布、スポットサイズ、スポットサイズ、スポット形状、スポット形状、スポット方位、スポット重心、（例えば、当該技術分野において知られているようなM2パラメータにより表されるような）スポット品質など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。公知のあるいは好適な手法（例えば、真円度、粗さなどを計算するための公知の手法など）を用いてスポット形状を測定、計算、予測、あるいは決定してもよい。例えば、以下の式により真円度を決定してもよい。
【数１】
2021526973.tif 000003
ここで、Cは、レーザエネルギービームにより照射されるスポットの真円度、Aは、スポットの面積、Pは、スポットの領域の周囲長である。
【０１２１】
エネルギー特性の例としては、スポットフルエンス、（レーザエネルギービームが１以上のレーザエネルギーパルスを含む場合には）パルスエネルギー、平均パワー、ピークパワーなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。ある実施形態においては、（レーザエネルギービームが１以上のレーザエネルギーパルスを含む場合には）パルスエネルギー、平均パワー、ピークパワーなど、これに類するもの、あるいはこれらを任意に組み合わせたものなどの上述した特性のうち１つ以上を表すデータを用いてスポットフルエンスのようなエネルギー特性の決定を容易にしてもよい。（レーザエネルギービームが１以上のレーザエネルギーパルスを含む場合には）パルス持続時間又はパルス繰り返し周波数などの他の１以上の特性を表すデータを用いて１以上のエネルギー特性の決定を容易にしてもよい。データが測定データとして生成されていない場合には、そのようなデータを（例えば、ユーザインタフェイス120、通信モジュール122などを介して）コントローラ114に入力するか、あるいは、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものに対してアクセス可能にしてもよい。
【０１２２】
測定データを（ある期間にわたって）定期的に、あるいは連続的に生成することができ、あるいは、あるイベントの前又は後に生成することができ、あるいはこれらを任意に組み合わせたときに生成することができる。測定データの生成を開始し得るイベントの例としては、ワークピース102の加工の開始、１以上のワークピース102の加工の完了、所定の時間にわたる装置100の作動、所定の時間にわたるレーザ源104の作動など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。測定データの生成を開始し得るイベントの他の例としては、１以上のビーム特性を測定する指令の受領（例えば、ユーザインタフェイス120、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを介した入力）が挙げられる。
【０１２３】
一般的に、測定データを生成する際には、レーザエネルギービームの空間的特性を（例えば、上述したように）取得することができる。１以上の空間的特性又はエネルギー特性を表すデータ（本明細書では総称して「スポットデータ」という）が取得されると、これらのデータは、１以上の動作をサポートするために、（例えば、コントローラ114、遠隔システム126などで、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所で自動的に）あるアルゴリズムに解釈、操作、入力されるか、あるいは処理される。そのような動作の実施形態の例は、以下の「適応処理」、「プロセス制御」、及び「通知」という表題のセクションにてより詳細に述べられる。
【０１２４】
Ａ．適応処理
測定データから得られた空間的特性を表すスポットデータを処理して、関連する閾加工許容範囲外にあるのか否かを判断することができる。一実施形態においては、測定データから得られた特定の空間的特性が、関連する閾加工許容範囲外にあるのか否かを判断することは、特定の空間的特性の値（すなわち「測定値」）をこの特定の空間的特性に対する基準値と比較することを伴う。本明細書において使用される場合には、「許容範囲」という用語は、特定の空間的特性に対する基準値の変化が許容可能な量であることを意味する。
【０１２５】
一実施形態においては、測定値が特定の空間的特性に対する基準値よりも大きいか小さい場合には、その特定の空間的特性は関連する閾加工許容範囲外にある。他の実施形態においては、特定の空間的特性の測定値が基準値よりも閾値量だけ大きい（又は小さい）場合には、その測定値は、その特定の空間的特性に対する閾加工許容範囲外にある。空間的特性が閾加工許容範囲外であると決定する際に、装置100の１以上の構成要素の動作を（例えば、コントローラ114、遠隔システム126などにより、あるいはこれらを任意に組み合わせたものにより自動的に）制御して、レーザエネルギービームの１以上の特性を調整し、プロセス軌跡を調整し、あるいはこれに類することをし、あるいはこれらを任意に組み合わせて行ってもよい。そのような応答の実施形態の例は、以下でより詳細に述べられる。
【０１２６】
基準値（又は閾値量）は、任意に決めることができ、あるいは、プロセスが開発されたとき、プロセスが許容可能なスループットを達成すると考えられたとき、プロセスが許容可能な品質を達成すると考えられたときなど、あるいはこれらを任意に組み合わせるときに使用される特定の空間的特性の値（又は値の範囲）に対応し得る。一実施形態においては、閾値量は、（例えば、装置100の製造者により、装置100のユーザ又は他の操作者により、ワークピース102を加工するプロセス又はレシピを開発する責務を負ったアプリケーションエンジニア又は技術者により、あるいはこれに類する者により、あるいはこれらを任意に組み合わせた者により）ユーザインタフェイス120、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせものを介して手で設定することができる。他の実施形態においては、（少なくとも部分的に）レーザ源104が動作している時間に基づいて、装置100が動作している時間に基づいて、スキャンレンズ112（又は装置100の他の光学要素）が清掃されたとき、取り替えられたときなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたときから経過した時間に基づいて、（例えば、コントローラ114にて、遠隔システム126にて、あるいはこれに類する場所にて、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所にて）閾値量を得ることができる。
【０１２７】
ｉ．空間的特性の補正
空間的特性の測定値が特定の空間的特性に対する閾加工許容範囲外であると判断する際に、１以上の制御信号を生成し、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズとして設けられる場合には）スキャンレンズ112、VOA、ビームサイズ調整機構、ビーム形状調整機構などからなる群から選択された少なくとも１つに（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから）出力して、空間的特性を許容範囲に戻すようにこれらの構成要素のうちの１つ以上のものの動作を調整することができる。本明細書では、許容範囲外の空間的特性を許容範囲内に戻すことを、許容範囲外の空間的特性を「補正する」ということとする。
【０１２８】
例えば、スポットサイズが基準スポットサイズよりも大きい（あるいは基準スポットサイズよりも閾値量だけ大きい）と判断された場合には、１以上の制御信号を生成し、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズとして設けられる場合には）スキャンレンズ112、ビームサイズ調整機構などからなる群から選択された少なくとも１つに（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから）出力して、基準スポットサイズに等しくなるようにスポットサイズを小さくするように（あるいは閾値量よりも少ない量だけ基準スポットサイズよりも大きくなるようにスポットサイズを小さくするように）これらの構成要素のうちの１つ以上のものの動作を調整することにより、測定されたスポットサイズを許容範囲内に戻すことができる。
【０１２９】
他の例では、スポット形状の真円度が基準真円度よりも小さい（あるいは基準スポットサイズよりも閾値量だけ小さい）と判断された場合には、１以上の制御信号を生成し、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズとして設けられる場合には）スキャンレンズ112、ビームサイズ調整機構、ビーム形状調整機構などからなる群から選択された少なくとも１つに（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから）出力して、基準真円度に等しくなるようにスポット形状の真円度を大きくするように（あるいは閾値量よりも少ない量だけ基準真円度よりも小さくなるように真円度を大きくするように）これらの構成要素のうちの１つ以上のものの動作を調整することにより、測定された真円度を許容範囲内に戻すことができる。
【０１３０】
ii．空間的特性の補償
空間的特性の値が特定の空間的特性に対する閾加工許容範囲外であると判断する際に、対応するエネルギー特性の値がエネルギー特性に対する閾加工許容範囲外にあるか否かに関する他の判断を（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものにおいて）行ってもよい。エネルギー特性の値がエネルギー特性に対する閾加工許容範囲外であると判断する際に、１以上の制御信号を生成し、レーザ源104、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズとして設けられる場合には）スキャンレンズ112、VOA、ビームサイズ調整機構、ビーム形状調整機構などからなる群から選択された少なくとも１つに（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから）出力して、エネルギー特性の値を許容範囲内に戻すようにこれらの構成要素のうちの１つ以上のものの動作を調整することができる。本明細書では、許容範囲外のエネルギー特性を許容範囲内に戻すことを、許容範囲外の空間的特性を「補償する」ということとする。この場合において、空間的特性が上述したように「補正」されるわけでは必ずしもないが、上述した構成要素のうちの１つ以上のものの動作を必要に応じて制御して、空間的特性がそれぞれの閾加工許容範囲の外側に位置する度合いを小さくしてもよい。
【０１３１】
例えば、スポットサイズが基準スポットサイズよりも大きく（あるいは基準スポットサイズよりも閾値量だけ大きく）、その結果、そのスポットでのフルエンスが基準フルエンスよりも低いと判断された場合には、１以上の制御信号を生成し、レーザ源104、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、VOAなどからなる群から選択された少なくとも１つに（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから）出力して、ワークピース102に照射されるレーザエネルギービームのパワー又はエネルギー量を増加させてもよい。一実施形態においては、レーザ源104の動作を制御して、レーザ源104から出力されるレーザエネルギービームのパワー又はエネルギー量を増加させ、これによりフルエンスを許容範囲内に戻すことができる。レーザ源104に（例えばレーザ源104の励起レーザダイオードに）供給される電流を調整することにより、あるいはレーザ源104を駆動するRF信号を調整することにより、あるいはこれに類する方法により、あるいはこれらを任意に組み合わせることにより、レーザ源104の動作を制御することができる。他の実施形態においては、第１のポジショナ106又は（例えばポジショナのいずれかがAODシステムを含む場合には）第２のポジショナ108、VOAなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののうち１つ以上の動作を制御して、これらの構成要素がその内部を通過するレーザエネルギービームを減衰させる度合いを減少させ、これによりフルエンスを許容範囲内に戻すことができる。必要に応じて、１以上の制御信号を生成し、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズとして設けられる場合には）スキャンレンズ112、ビームサイズ調整機構などからなる群から選択された少なくとも１つに（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから）出力して、スポットサイズが基準スポットサイズよりも大きい度合いを減少させることができる。
【０１３２】
iii．軌跡調整
空間的特性（例えば、スポットサイズ、スポット形状など）の値が特定の空間的特性に対する閾加工許容範囲外であると判断する際には、所定の軌跡に沿ってスキャンされた場合に、その空間的特性の値を有するスポットにより、所望のサイズ及び／又は形状からずれた形状及び／又はサイズを有するフィーチャが形成されるか否かに関する判断を（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものにおいて）行ってもよい。所望のサイズ及び／又は形状からずれたサイズ及び／又は形状を有するフィーチャが形成されると判断する際には、１以上の制御信号を生成して、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、及び第３のポジショナ110からなる群から選択された少なくとも１つに（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから）出力して、最終的に形成されるフィーチャが所望のサイズ及び／又は形状を有するように所定の軌跡を調整するようにこれらの構成要素のうちの１つ以上のものの動作を制御することができる。
【０１３３】
例えば（所望の軌跡が所望の直径の円形ビアを規定すると仮定すると）、スポットサイズが基準スポットサイズより小さい（あるいは基準スポットサイズよりも閾値量だけ小さい）場合には、所定の軌跡に沿ってスポットをスキャンすると、所望の直径よりも小さい直径を有する円形ビアが形成され得る。そのスポットサイズにより所望の直径よりも小さい直径を有する円形ビアが形成されると判断する際には、１以上の制御信号を生成して、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、及び第３のポジショナ110からなる群から選択された少なくとも１つに（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから）出力して、最終的に形成される円形ビアが所望の直径を有するように所定の軌跡を調整するようにこれらの構成要素のうちの１つ以上のものの動作を制御することができる。
【０１３４】
他の例では（依然として所望の軌跡が所望の直径の円形ビアを規定すると仮定すると）、スポット形状が基準スポット真円度よりも小さい（あるいは基準スポット真円度よりも閾値量だけ小さい）真円度を有する場合には、所定の軌跡に沿ってスポットをスキャンすると、楕円形ビアが形成される。そのスポット形状によって、円形形状のビアではなく、楕円形状のビアが形成されると判断する場合には、１以上の制御信号を生成して、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、及び第３のポジショナ110からなる群から選択された少なくとも１つに（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから）出力して、最終的に形成されるビアが所望の真円度を有するように所定の軌跡を調整するようにこれらの構成要素のうちの１つ以上のものの動作を制御することができる。
【０１３５】
Ｂ．プロセス制御
測定データ、スポットデータ、又は他のデータ（例えば、レーザエネルギービームが１以上のレーザエネルギーパルスを含んでいる場合には、パルス持続時間又はパルス繰り返し周波数を表すデータ）、外観検査を行った際に生成あるいは取得されたデータなど、あるいれはこれらを任意に組み合わせたものを記憶しておいてもよい。一実施形態においては、そのようなデータを（例えばデータベースに）装置100のアイデンティティ（例えば、シリアル番号、モデル番号など）、装置100により加工される（あるいは加工された）ワークピース102のアイデンティティ（例えば、バッチ番号又はロット番号、シリアル番号、モデル番号など）、データが生成もしくは取得された日付及び／又は時刻など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを表す補助情報に関連付けて格納しておいてもよい。この格納されたデータ及び情報を総称して「プロセス制御データ」ということとする。データベースは、（例えば、コントローラ114のコンピュータメモリ、あるいはコントローラ114にアクセス可能なコンピュータメモリ上の）ローカルなものであってもよく、装置100から離れて（例えば、遠隔システム126のコンピュータメモリ、あるいは遠隔システム126にアクセス可能なコンピュータメモリ上に）位置していてもよく、あるいはこれに類似した形態であってもよく、あるいはこれらを任意に組み合わせたものであってもよい。また、プロセス制御データは、装置100による加工に続いてワークピース102を試験又は検査する１以上の下流側の試験又は検査システム（例えば、自動光学検査（AOI）システム、自動Ｘ線検査（AXI）システム、インサーキット試験（ICT）システム、ウェハプローブシステムなど）から取得されるデータ又はこれにより生成されるデータを含んでいてもよい。
【０１３６】
プロセス制御データが格納されると、その後、プロセス制御データは、１以上の動作をサポートするために、（例えば、コントローラ114で、遠隔システム126などで、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所で）あるアルゴリズムに解釈、操作、入力されるか、あるいは処理され得る。例えば、プロセス制御データは、（例えば、装置100により行われるプロセスに関連付けられた限界を把握するために、あるいはワークピース102又はワークピース102に形成されるフィーチャの仕様に関連する限界を把握するためなどに）既知の統計的処理制御（SPC）方法を実行するために、プロセス変動の原因を特定及び／又は除去するために、生産プロセスをモニタリングするために、プロセス変動の変化を検出するために、修復メンテナンス又は予防的メンテナンスが必要とされるかどうかを予測するために、いつ予防的メンテナンスを行うべきか（例えば、時刻及び／又は日付）を予測するために、あるいはこれに類似する目的のため、あるいはこれらを組み合わせた目的のために処理され得る。本明細書において使用される場合には、「メンテナンス」は、試験、測定、部品交換、清掃などの１以上の行動を含み得る。そのようなSPC方法は、１以上のプロセス制御チャートを生成するようにプロセス制御データを処理することにより簡単になり得ることは理解できよう。また、他の好適な又は所望の目的のために、（例えば、ユーザインタフェイス120を介して、あるいは遠隔システム126などを介して、あるいはこれらを組み合わせたものを介して）プロセス制御データにアクセスすることができる。
【０１３７】
SPC方法は、（ある期間にわたって）定期的又は連続的に行ってもよく、あるいは、あるイベントの前又は後に行ってもよく、あるいはこれらを任意に組み合わせたときに行ってもよい。SPC方法の実行を開始し得るイベントの例としては、ワークピース102の加工の開始、１以上のワークピース102の加工の完了、所定の時間にわたる装置100の作動、所定の時間にわたるレーザ源104の作動など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。SPC方法の実行を開始し得るイベントの他の例としては、１以上のビーム特性を測定する指令の受領（例えば、ユーザインタフェイス120、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを介した入力）が挙げられる。
【０１３８】
一実施形態においては、当該技術分野において知られている手法により、ワークピース102の加工により形成される１以上のフィーチャの質が低下していることをプロセス制御データが示しているか否かを判断するために、１つ目のSPC方法を（例えば、コントローラ114で、遠隔システム126などで、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所で）実行することができる。必要に応じて、ワークピース102の加工により形成される１以上のフィーチャの質が低下していることを１つ目のSPC方法が示している場合には、当該技術分野において知られている手法により、空間的特性又はエネルギー特性が異常なデータを示しているか、あるいはそれまでの傾向からの移動を示しているか否かを判断するために、２つ目のSPC方法を（例えば、コントローラ114で、遠隔システム126などで、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所で）実行することができる。一実施形態においては、１つ目のSPC方法は、ワークピース102の加工により形成される１以上のフィーチャの質が低下していた場合に修復メンテナンス又は予防的メンテナンスが必要とされることを示すデータを生成することができる。あるいは、他の実施形態においては、修復メンテナンス又は予防的メンテナンスが必要とされることを示すデータは、２つ目のSPC方法が空間的特性又はエネルギー特性が異常なデータを示しているか、あるいはそれまでの傾向からの移動を示していると判断した場合にのみ生成されてもよい。
【０１３９】
一実施形態においては、スポットデータ及び他のプロセス制御データは、所望の又は好適な公知の方法により、与えられたプロセスに対して許容できないフィーチャ品質を生じる１以上の空間的特性又はエネルギー特性の値を決定するために、あるいは関係する空間的特性又はエネルギー特性における傾向を特定して、許容できないフィーチャ品質を避けるために予防的メンテナンスをいつ行うべきかを決定するために、あるいはこれに類する目的のために、あるいはこれらを任意に組み合わせたものの目的のために、（例えば、コントローラ114、遠隔システム126などで、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所で）あるアルゴリズム（例えば、機械学習アルゴリズム）に解釈、操作、入力されるか、あるいは処理される。
【０１４０】
当該技術分野において知られている手法により、ワークピース102の加工により形成される１以上のフィーチャの質が低下していることをプロセス制御データが示しているか否かを判断するために、１つ目のSPC方法を（例えば、コントローラ114で、遠隔システム126などで、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所で）実行することができる。必要に応じて、ワークピース102の加工により形成される１以上のフィーチャの質が低下していることを１つ目のSPC方法が示している場合には、当該技術分野において知られている手法により、空間的特性又はエネルギー特性が異常なデータを示しているか、あるいはそれまでの傾向からの移動を示しているか否かを判断するために、２つ目のSPC方法を（例えば、コントローラ114で、遠隔システム126などで、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所で）実行することができる。一実施形態においては、１つ目のSPC方法は、ワークピース102の加工により形成される１以上のフィーチャの質が低下していた場合に修復メンテナンス又は予防的メンテナンスが必要とされることを示すデータを生成することができる。あるいは、他の実施形態においては、修復メンテナンス又は予防的メンテナンスが必要とされることを示すデータは、２つ目のSPC方法が空間的特性又はエネルギー特性が異常なデータを示しているか、あるいはそれまでの傾向からの移動を示していると判断した場合にのみ生成されてもよい。
【０１４１】
Ｃ．通知
レーザエネルギービームの空間的特性又はエネルギー特性が閾加工許容範囲外であると判断する際には、通知データを（例えば、コントローラ114、遠隔システム126などで、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所で自動的に）生成してもよい。通知データは、特性が許容範囲外であることを示すものであってもよく、あるいは、特性の測定値が許容範囲外であることを示すものであってもよく、あるいは、特性が許容範囲外であると判断された日付及び／又は時刻を示すものであってもよく、あるいは、許容範囲外の特性を有する装置100を（例えば、シリアル番号、モデル番号などにより）特定するものであってもよく、あるいはこれに類するものであってもよく、あるいはこれらを組み合わせたものであってもよい。一実施形態においては、通知データは、装置100上での修復メンテナンス又又は予防的メンテナンスを行うべきであることを（例えば、上述したように１以上のSPC方法を実行した結果に基づいて）示すものであり得る。通知データがメンテナンスを行うべきであることを示している実施形態においては、（例えば、上記の「適応処理」という表題のセクションで述べた方法により）装置100の自動制御を行うことができ、あるいは、装置100の自動制御を省略することができる。
【０１４２】
通知データが生成されると、通知データは、当該技術分野において知られている方法により、ユーザインタフェイス120、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものに関連付けられた出力デバイスを介してユーザフレンドリーな形態で（例えば、視覚的に、聴覚的になど）与えられるか、あるいは伝達され得る。遠隔システム126を介して通知データが与えられるか、あるいは伝達される実施形態においては、テキスト、電子メール、プッシュ通知、アプリ内メッセージなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを介して通知データをユーザに伝達することができる。
【０１４３】
他の実施形態においては、コントローラ114及び／又は遠隔システム126は、レーザエネルギービームの空間的特性又はエネルギー特性を取得する際に、そのような特性が許容範囲外であるかどうかを問わずに通知データを生成する。この場合においては、通知データは、その特性が許容範囲外であることを必ずしも示すものではない。
【０１４４】
Ｄ．他の実施形態、考察、影響など
スポット品質及びサイズは、異なるレーザ加工装置100間で変化し、また（例えば、装置100が設置された時点からプロセス開発の時点まで多数のワークピース102の加工が行われる時点まで）時間の経過とともに変化することが考えられる。これらの変化が意味することは、時点T1において第１の装置100上で制作された１組のプロセスパラメータは、１以上の第１の空間的特性又はエネルギー特性C1を有し得るが、顧客は、同一のプロセスパラメータを第２の装置100や第３の装置100など（これらのすべては第１の装置100と同一の構成要素を含んでいる）で使用したいと考え、また、時点T2において第１の装置100でも使用したいと考えることなどである。時点T2における第１の装置、第２の装置、第３の装置、及び第４の装置100は、１以上の第２の空間的特性又はエネルギー特性C2、１以上の第３の空間的特性又はエネルギー特性C3、１以上の第４の空間的特性又はエネルギー特性C4、及び１以上の第５の空間的特性又はエネルギー特性C5をそれぞれ有することになる。このため、プロセスが空間的特性又はエネルギー特性におけるこれらの変動に対してロバスト性が高くなるように制作されていない限り、プロセス収率の減少が生じる。上述した実施形態は、所望のスループット及びプロセス収率を維持するために、生じ得る空間的特性又はエネルギー特性における変動を補償している。
【０１４５】
また、スポット品質及びサイズも、光学的汚染や他の外的要因により時間、温度とともに変化することが考えられる。これらの変化が意味することは、時点T1及び１以上の空間的特性又はエネルギー特性C1で所定の装置100により所定の材料に対して所定のプロセス品質を与える１組のプロセスパラメータにより、その後の時点T2及び１以上の空間的特性又はエネルギー特性C2（C1とは異なる）で同一の材料に対して同一の装置100で異なる品質又は不適切な品質が生じ得ることである。上述した実施形態は、修復メンテナンス及び予防的メンテナンスを行うことを容易にする手法を提供することによりこれらの変化に対応することができる。
【０１４６】
Ｖ．スキャニング手法に関する実施形態
本明細書において使用される場合には、「スキャニング手法」という用語は、（例えば、第１のスキャニング範囲、第２のスキャニング範囲、第３のスキャニング範囲など、あるいはこれらを任意に組み合わせた範囲内で）プロセススポットがワークピース102に対してスキャンされる方法、あるいは第１のスキャニング範囲が第２のスキャニング範囲内でスキャンされる方法、あるいは第１のスキャニング範囲又は第２のスキャニング範囲のいずれかが第３のスキャニング範囲内でスキャンされる方法など、あるいはこれらを任意に組み合わせた方法を意味し得る。一般に、スキャニング手法は、プロセススポットがスキャンされるプロセス軌跡、方向（すなわち、プロセススポット、第１のスキャニング範囲、第２のスキャニング範囲など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものがスキャンされる方向）、スキャン速度（すなわち、プロセススポット、第１のスキャニング範囲、第２のスキャニング範囲など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものがスキャンされる速度）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上のパラメータにより特徴付けることができる。
【０１４７】
Ａ．共振スキャニングに関する実施形態
上述したように、共鳴スキャニングミラーシステムにより偏向されるレーザエネルギービームのプロセススポットの位置は、時間の関数として正弦波状に変化する。このため、レーザ源104が一定の（又は実質的に一定の）パルス繰り返し周波数を有する一連のレーザパルスからなるレーザエネルギービームを出力する場合には、共鳴スキャニングミラーシステムは、（例えば、切断、穿孔、溶接、スクライビング、マーキング、フォトレジスト露光などのプロセスを行うときに）レーザパルスがワークピース102上で軸に沿って均一に分布していない複数のプロセススポットに照射されるように、この一連のレーザパルスを偏向する。例えば、図14を参照。図14は、共鳴スキャニングミラーシステムを用いてレーザパルスビームを任意の軸に沿って偏向した場合に得られるプロセススポット1400の不均一な配置を示している。これにより、レーザエネルギーをワークピース102に均一に又は所望の形態で分布させることが難しくなり得る。
【０１４８】
一実施形態においては、（例えば、パルス繰り返し周波数における変化が共鳴スキャニングミラーシステムの正弦振動と同相になるように）出力レーザエネルギービームにおけるレーザパルスのパルス繰り返し周波数を変化させるようにレーザ源104の動作を制御することにより正弦波状のスキャニングを補償することができる。
【０１４９】
他の実施形態においては、AODシステム（例えば、上述したいずれかのAODシステム）を含む第１のポジショナ106を設けることにより、また、第２のポジショナ108を共鳴スキャニングミラーシステムとして設けることにより、正弦波状のスキャニングを補償することができる。この実施形態においては、第２のポジショナ108の共鳴スキャニングミラーシステムは、第１の軸に沿ってビーム軸118を移動させるように配置及び構成され、第１のポジショナ106は、第１の軸に沿ってビーム軸118を移動させるように配置及び構成された第１のAODシステムを含む。そして、（例えば、それぞれAOセルに音響的に連結される１以上の超音波変換器素子に１以上のRF信号を与えた際に）第１のAODシステムを、（例えば、レーザパルスがワークピース102上で軸に沿って少なくとも実質的に均一に分布する複数のプロセススポットに照射されるように）第２のポジショナ108の動作中に共鳴スキャニングミラーシステムにおける振動ミラーの加速度の変化を補償するような方法で駆動させてもよい。例えば、図15を参照。図15は、第１のポジショナ106の第１のAODシステムと第２のポジショナ108の共鳴スキャニングミラーシステムとを用いてレーザパルスビームを任意の軸に沿って偏向した場合に得られるプロセススポット1400の均一な（又は少なくとも実質的に均一な）配置を示している。第１のAODシステムを他の好適な又は所望の方法で駆動させてもよく、共鳴スキャニングミラーシステムにおける振動ミラーの加速度の変化を補償するように駆動させる必要は必ずしもないことは理解できよう。必要に応じて、第１のポジショナ106は、第１の軸とは異なる第２の軸に沿ってビーム軸118を移動させるように配置及び構成された第２のAODシステムを含むことができる。この場合には、第１の軸はＸ軸の１つであってもよく、第２の軸はＹ軸であり得る。
【０１５０】
Ｂ．フィーチャ形成の容易化
一般的に、第２のポジショナ108がＸ方向に沿って（例えば、＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に）第１のスキャニング範囲をスキャンしつつ、あるいは、第２のポジショナ108がＹ方向に沿って（例えば、＋Ｙ方向又−Ｙ方向に）第１のスキャニング範囲をスキャンしつつ、あるいは、第３のポジショナ110がＸ方向に沿って（例えば、＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に）第１の及び／又は第２のスキャニング範囲をスキャンしつつ、あるいは、第３のポジショナ110がＹ方向に沿って（例えば、＋Ｙ方向又−Ｙ方向に）第１の及び／又は第２のスキャニング範囲をスキャンしつつ、あるいは、これらを任意に組み合わせつつ、Ｘ方向に沿って（例えば、＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に）及び／又はＹ方向に沿って（例えば、＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に）プロセススポットをスキャンするために第１のポジショナ106を動作させることができる。しかしながら、第２のポジショナ108が第１のスキャニング範囲をスキャンしていないとき、あるいは、第３のポジショナ110が第１のスキャニング範囲又は第２のスキャニング範囲をスキャンしていないとき、あるいは、これらを任意に組み合わせた状態のときに、Ｘ方向に沿って（例えば、＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に）及び／又はＹ方向に沿って（例えば、＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に）プロセススポットをスキャンするために第１のポジショナ106を動作させることができることを理解すべきである。また、任意の時点で第１のポジショナ106によりプロセススポットがスキャンされる方向は、第２のポジショナ108により第１のスキャニング範囲が第２のスキャニング範囲内でスキャンされる方向、あるいは、第３のポジショナ110により第１のスキャニング範囲が第３のスキャニング範囲内でスキャンされる方向、あるいは、これらを任意に組み合わせたものと同じであっても、異なっていてもよいことは理解すべきである。
【０１５１】
ある実施形態においては、ワークピース102は、PCBパネル、PCB、FPCパネル、FPC、IC、ICP、半導体デバイスなどとして提供される。このため、ワークピース102は、導電体構造（例えば、銅、銅合金から形成され得る膜、箔など、銅、チタン、窒化チタン、タンタルなどの１以上の金属を含む配線又は導電線構造など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）、誘電体構造（例えば、ビルドアップフィルム、ガラス繊維強化エポキシ積層体、層間誘電材料、low-k誘電材料、ソルダレジストなど）あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上の構成要素構造を含み得る。ある実施形態においては、ワークピース102は、その第１の側で第１の導電体（例えば、（例えば、化学反応により、あるいはレーザ暗化プロセスなどにより）暗化された露出面又は暗化されていない露出面を有し得る銅箔又は銅合金箔）に固着され、必要に応じて、その第１の側とは反対の第２の側で第２の導電体（例えば、銅又は銅合金から構成されるパッド、トレース、箔など）に固着される誘電体構造（例えば、ガラス繊維強化エポキシ積層体、ポリイミド、ポリエステル、PEN、PET、ソルダレジストなどのポリマーから構成される膜）を含み得る。材料のアブレーションにより（例えば、カッティングプロセス、ドリル加工プロセス、エングレービングプロセス、ルーティングプロセスなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものの間に）材料を除去することによって、１以上のフィーチャ（例えば、１以上の開口、スロット、溝、非貫通ビア、貫通ビア、スロットビアなど）がワークピース102の１以上の構成要素内又は１以上の構成要素上に形成され得る。本明細書で使用される場合には、「フィーチャ領域」という用語は、フィーチャを形成するように処理されるワークピース102の領域を意味する
【０１５２】
一般的に、明確に述べられている場合を除いて、「アブレーション」という用語は、「直接アブレーション」、「間接アブレーション」、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを意味し得る。ワークピース102内の材料の直接アブレーションは、アブレーションの主たる原因が、照射されたレーザエネルギービーム内のエネルギーの材料による吸収（例えば、線形吸収、非線形吸収、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）による材料の分解である場合に生じる。ワークピース102内の材料の間接アブレーション（「リフトオフ」としても知られる）は、アブレーションの主たる原因が、照射されたレーザエネルギービーム内のエネルギーを吸収する隣接する材料内で生じ、そこから伝達される熱による溶融と蒸発である場合に生じる。
【０１５３】
一実施形態においては、フィーチャは、ワークピース102の１以上の構成要素（例えば、１以上の導電体構造、１以上の誘電体構造など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）を完全に貫通する、あるいは部分的に貫通するように形成されていてもよい。一実施形態においては、導電体構造又は誘電体構造は５μmから500μmの範囲の厚さを有し得る。しかしながら、導電体構造又は誘電体構造が、５μmよりも小さい厚さ又は500μmよりも大きな厚さを有していてもよいことは理解できよう。このように、導電体構造又は誘電体構造の厚さは、１μm、３μm、５μm、10μm、15μm、18μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、50μm、70μm、80μm、100μm、110μm、120μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、550μm、600μmなどよりも大きいか等しくてもよく、あるいはこれらの値のいずれかの間であってもよい。同様に、この厚さは、550μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、120μm、110μm、100μm、80μm、70μm、50μm、40μm、35μm、25μm、20μm、18μm、15μm、10μm、５μm、３μm、１μm、0.5μm、0.1μmなどよりも小さいか、あるいはこれらの値のいずれかの間であってもよい。
【０１５４】
一般的に、（例えば、第１のスキャニング範囲内で１以上の対応するスキャンパターンによりプロセススポットをスキャンするように第１のポジショナ106を制御することにより）１以上のスキャンパターンを規定するプロセス軌跡に沿ってプロセススポットをスキャンすることによりフィーチャの形成を行うことができる。形成されるフィーチャの所望の深さ、フィーチャ形成中に除去される材料、フィーチャ形成中に照射されるレーザパルスビームの１以上のパラメータなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上のファクタによっては、１回だけ、あるいは複数回スキャンパターン（「フィーチャ形成」スキャンパターンとも呼ばれる）に沿ってプロセススポットをスキャンすることによりフィーチャが形成され得る。スキャンパターンに沿ってプロセススポットが複数回スキャンされる場合には、同一のスキャンパターンに沿ってプロセススポットを繰り返しスキャンすることができる（すなわち、同一のスキャンパターンを繰り返し用いることができる）。他の実施形態においては、フィーチャ形成中に少なくとも２つの異なるスキャンパターンを使用することができる。同一のスキャンパターンが繰り返し使用される場合には、続いて使用されるスキャンパターンは、先に使用されたスキャンパターンの方向と同じ方向（例えば、フィーチャ軸に対して測定される）を有していてもよく、あるいは先に使用されたスキャンパターンの方向と異なる方向を有していてもよい。
【０１５５】
ｉ．高い繰り返し率のレーザ源に関する考察
上述したように、第１のポジショナ106は、８kHzから250MHzの範囲の第１の位置決め帯域幅を有している。第１のポジショナ106が１以上のAODシステムとして提供される場合には、第１のポジショナ106は、50kHz、75kHz、80kHz、100kHz、250kHz、500kHz、750kHz、１MHz、５MHz、10MHz、20MHz、40MHz、50MHz、75MHz、100MHz、125MHz、150MHz、175MHz、200MHz、225MHz、250MHzなど、又はこれらの値のいずれかの間の値よりも大きい位置決め帯域幅、これと等しい位置決め帯域幅、あるいはこれよりも小さい位置決め帯域幅を有し得る。（例えば、ガルバノメータミラーシステムと比べて）相対的に大きなAODシステムの位置決め速度により、高いパルス繰り返し率で（例えば、150kHz、175kHz、225kHz、250kHz、275kHz、500kHz、800kHz、900kHz、１MHz、1.5MHz、1.8MHz、1.9MHz、２MHz、2.5MHz、３MHz、４MHz、５MHz、10MHz、20MHz、50MHz、60MHz、100MHz、150MHz、200MHz、250MHz、300MHz、350MHz、500MHz、550MHz、600MHz、900MHz、２GHz、10GHzなど、又はこれらの値のいずれかの間の値よりも大きいか等しいパルス繰り返し率で）レーザパルスを出力することができるレーザ源104を効果的に利用することができる。そのような高い繰り返し率のレーザ源は、一般的に、公知のガルバノメータミラーシステムに関する比較的低い位置決め速度のために、ビーム軸118を移動させるガルバノメータミラーシステムのみを用いてワークピース102を加工するのには不適当である。このため、装置100の利用可能な最も高い位置決め速度は、第１の位置決め帯域幅又はレーザ源104のパルス繰り返し率のいずれか小さい方によって決まる。
【０１５６】
高い繰り返し率のレーザ源を用いて動作させた場合、個々のレーザパルスのパルスエネルギーは、一般的に、同一の（又は略同一の）平均パワーを有するが、より低いパルス繰り返し率を有するレーザ源により出力される個々のレーザパルスのパルスエネルギーよりも低い。ピークアブレーション効率（「アブレーション効率」は、パワー当たり時間当たりに除去される材料の単位量、すなわちmm3/s/Wであると定義され得る）に対する最適なフルエンスは、多くの場合、比較的低いパルス繰り返し率のレーザ源を用いた同一のレーザ加工用途についてスループット及び品質を最適化するために使用されるフルエンスよりも十分に低いため、比較的低いパルスエネルギーを有するが比較的高いパルス繰り返し率のレーザパルスを生成することは多くのレーザ加工用途に対して有利なものであり得ると判断されている。本出願人は、比較的低いパルスエネルギーを有する比較的高いパルス繰り返し率のレーザパルスの照射は、多くの材料に対して標準的なビームウェスト寸法で最適に近いフルエンスでの加工を可能にし、このため、ワークピース102を加工することができる効率を増加させることができると判断している。例えば、本出願人は、（例えば、10nsから80nsの範囲のパルス持続時間を有する、比較的低いパルスエネルギーのレーザパルスを生成する）高いパルス繰り返し率のレーザ源を用いることで、（例えば、同じ10nsから80nsの範囲のパルス持続時間を有する、比較的高いパルスエネルギーのレーザパルスを生成する）比較的低いパルス繰り返し率のレーザ源を用いた場合に同一の（又は略同一の）平均パワーで得られるスループットに比べて高いスループットでPCB、FPCなどのようなワークピースに非貫通ビアを穿孔することができることを直接観測している。さらに、本出願人は、200kHzでの平均パワーは300kHzでの平均パワーよりも50％を超えて高いものであったが、200kHzのパルス繰り返し率と比べて300kHzのパルス繰り返し率での非貫通ビアの穿孔スループットが増加したことを観測している。
【０１５７】
ii．スキャンパターンの実施形態の例
ビアや他の孔、開口、凹部、トレンチなどのフィーチャを形成するためのスキャンパターンの例としては、それぞれ図16、図17、図18及び図19に示されるようなスキャンパターン1600、1700、1800及び1900など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。一般的に、スキャンパターンは、（例えば図16に示されるような）ラスタパターン、（例えば図17に示されるような）星型多角形又は星形状多角形、（例えば同心状に配置されるか、あるいは図18に示されるような）螺旋又は１組の円弧又は複数の円、（例えば図19に示されるような）１つの円、１組の円又は１以上の形状（例えば、楕円、三角形、正方形、矩形、又は他の規則形状又は不規則形状など）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものに似ているか、あるいはそのようなものを描くものであってもよい。一実施形態においては、１以上のスキャンパターン（例えば、１以上のスキャンパターン1600、1700、1800及び1900あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）は、円形開口、ビアなどのフィーチャの形成中に、１以上の導電体構造、１以上の誘電体構造など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから（例えば、直接アブレーション、間接アブレーション、あるいはこれらを任意に組み合わせたものにより）材料を除去するために使用することができる。
【０１５８】
図16から図19において、点線1602は、ワークピース102の導電体構造や誘電体構造に形成されるフィーチャ（例えば、この例では円形開口又はビア）のためのワーク面102aでの所望の境界を表している。この例の説明のために、フィーチャがワークピース102に形成されると、フィーチャは、ワーク面102に形成された「上部」を含み、（例えば、ワークピース102内で終端するか、あるいはワークピース102を完全に貫通するように）軸に沿ってワークピース102内に延びるものとして特徴付けることができる。このようにワークピース102内で終端する又はワークピース102の他方の面に存在するフィーチャの部分は、本明細書においてフィーチャの「底部」と呼ばれることがある。
【０１５９】
図25から図28は、形成されるフィーチャの境界1602（本明細書において「フィーチャ境界」とも呼ばれる）が円形であるものとして図示しているが、この境界は任意の好適な又は望ましい形状（例えば、楕円形、正方形、矩形、三角形、六角形、不規則形状など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）を有していてもよいことは理解できよう。本明細書で述べる実施形態においては、フィーチャの上部及び底部での境界1602の形状は、同一であるか、類似している（例えば、円形）。他の実施形態（例えば、直接アブレーションにより材料の除去が生じ、材料の加工中に複数のスキャンパターンがスキャンされる実施形態）においては、フィーチャの上部での境界1602は、フィーチャの底部での境界1602の形状と異なる場合がある。例えば、フィーチャの上部は円形の境界1602を有していてもよく、フィーチャの上部は楕円、矩形などの境界1602を有していてもよい。
【０１６０】
スキャンパターン内のプロセススポット用の位置（それぞれは総称して「スポット位置」と呼ばれるか、包括的に複数の「スポット位置」と呼ばれる）の中心は、菱形1604で示されている。スキャンパターン1600、1700、1800及び1900は、図示されたスポット位置1604の特定の配置を有するものとして図示されているが、いずれのスキャンパターンも、任意の好適な又は望ましい配置でこれよりも多くのスポット位置又はこれよりも少ないスポット位置を含んでいてもよいことは理解できよう。スキャンパターン内の、あるいは共通のスキャンラインに沿って配置されるスポット位置1604の配置（すなわち、スポット位置の数、スポット位置の場所、隣接するスポット位置のピッチなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものにより特徴付けることができる）は、スポット位置又はその近傍の材料の熱伝導率、熱拡散率、比熱容量、吸光率など、フィーチャの形成中のスポット位置又はその近傍の材料の粘性、（照射されるレーザエネルギービームに対する）スポット位置又はその近傍の材料の吸光率、スポット位置近傍の導電体又は誘電体構造の有無、スポット位置近傍の導電体又は誘電体構造の幾何的配置構成、スポットサイズ、空間強度プロファイルの種類及び形状、パルス持続時間、フルエンス、パルス繰り返し率、スキャン速度、形成されるフィーチャのサイズ及び形状など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものなどのファクタによって変化し得る。一般的に、特定のスキャンパターンのあるスキャンラインに沿って共通して配置されるスポット位置の配置は、その特定のスキャンパターンの他のスキャンラインに沿って共通して配置されるスポット位置の配置と同じであっても、異なっていてもよい。
【０１６１】
スポット位置1604のうち、スポット位置1604aは、レーザパルスが照射されるスキャンパターン内の最初のスポット位置を表しており、スポット位置1604bは、レーザパルスが照射されるスキャンパターン内の最後のスポットを表している。したがって、スポット位置1604を接続している実線は、（例えば、照射される１以上のレーザパルスにより）スポット位置1604が加工されるシーケンスを示している。しかしながら、１つのスキャンパターン内のスポット位置1604は、他の所望のシーケンスにおいて加工されていてもよく（これにより実線の構成が変わってもよい）、ランダムに加工されていてもよいことを理解すべきである。加工中の任意の時点では、あるスキャンパターン内のスポット位置2540は、先に加工されたスポット位置（すなわち、レーザパルスが照射されたスポット位置）、現在加工されているスポット位置（すなわち、レーザパルスが照射されているスポット位置）、及びこれから加工されるスポット位置（すなわち、レーザパルスが照射されることとなるスポット位置）として特徴付けることができる。
【０１６２】
一実施形態においては、スポット位置1604の配置とスポット位置1604が加工されるシーケンスは、必要に応じて、フィーチャ形成中にワークピース102内での好ましくない熱の蓄積（例えば、これにより好ましくないクラッキング、溶融、蒸発、アブレーション、結晶化、アニーリング、炭化、酸化などが生じ得る）を減少し、あるいは避けるように選択される。他の実施形態においては、（以下により詳細に述べるように）スポット位置1604の配置とスポット位置1604が加工されるシーケンスは、必要に応じて、最終的に形成されるフィーチャのテーパに影響を与える（例えば減少させる）ように選択される。他の実施形態においては、スポット位置1604の配置とスポット位置1604が加工されるシーケンスは、必要に応じて、ワークピース102上又はワークピース102内における１以上のフィーチャの効率的な形成を促すようにワークピース102の加熱を促進するように選択される。
【０１６３】
パルス繰り返し率、第１の位置決め帯域幅、スキャンされるスキャンパターンなどの１以上のファクタによっては、少なくとも２つの時間的に連続するレーザパルス（例えば、２個のレーザパルス、３個のレーザパルス、５個のレーザパルス、８個のレーザパルス、10個のレーザパルス、20個のレーザパルスなど）を同一のスポット位置1604に、あるいは異なるスポット位置1604に照射してもよい。この場合において、パルス繰り返し率は、一般的に、第１の位置決め帯域幅よりも大きいものとして特徴付けることができる。しかしながら、他の実施形態においては、パルス繰り返し率が第１の位置決め帯域幅以下であってもよい。
【０１６４】
時間的に連続するレーザパルスが同一のスポット位置1604に照射される（あるいは共通のスポット位置1604の局所的近傍に照射される）期間は、本明細書では、スポット位置1604に関連付けられた「滞留時間」と呼ばれる。説明のために、レーザパルスがスポット位置1604の１μmの範囲内に照射された場合には、そのレーザパルスはスポット位置2504の局所的近傍に照射されたものと考えることができる。一実施形態においては、レーザパルスがスポット位置16504の10.0μm、8.0μm、7.0μm、6.0μm、5.0μm、4.0μm、3.5μm、3.0μm、2.5μm、2.0μm、1.5μm、1.0μm、0.9μm、0.8μm、0.75μm、0.7μm、0.65μm、0.6μm、0.5μm、0.4μm、0.3μm、0.25μm、0.2μm、0.15μm、0.1μm、0.08μm、0.05μm、0.01μmの範囲内、あるいはスポット位置1604の0.01μmよりも小さい範囲内に照射された場合には、そのレーザパルスはスポット位置1604の局所的近傍に照射されたものと考えることができる。
【０１６５】
図示された実施形態においては、スキャンパターンは、１列以上の逐次的に加工されるスポット位置1604を含むものとして特徴付けることができる。そのようなそれぞれの列のスポット位置1604は、一般的に、共通のスキャンラインに沿って配置されるものとして特徴付けることができる。一般的に、共通のスキャンライン上に配置される逐次的に加工されるスポット位置は、異なるスキャンライン上に配置される逐次的に加工されるスポット位置よりも互いに近い位置にある。スキャンラインは、（例えば図16又は図17に示されるように）真っ直ぐであってもよく、（例えば図18又は図19に示されるように）湾曲していてもよく、あるはこれに類似するものであってもよく、あるいはこれらを任意に組み合わせたものであってもよい。例えば、図16に示されるスキャンパターン1600は、複数の真っ直ぐで平行なスキャンラインを含んでおり、図17に示されるスキャンパターン1700は、互いに斜めになった複数の真っ直ぐなスキャンラインを含んでいる。スキャンパターン1700におけるスキャンラインは、フィーチャ境界1602の中心から（あるいは、フィーチャ境界1602の中心を取り囲む中心領域から）フィーチャ境界1602に向かって放射状に（又は略放射状に）延びる軸に沿って延びている。図18に示されるスキャンパターン1800は、複数の同心状に配置された円弧状スキャンラインを含んでいる（半径方向の最も外側のスキャンラインは所望のフィーチャ境界1602に沿って延びている）。図18において、スポット位置1604は、円形フィーチャ境界1602の中心の周りに周方向に均等に分布しているものとして図示されている。他の実施形態においては、スポット位置1604は、円形フィーチャ境界1602の中心に合わせたフィボナッチ数列状の構成で分布していてもよい。フィボナッチ数列状のスポット位置1604でワークピースを照射することは、スキャンパターンに分布する与えられたレーザエネルギーの均一性を向上させるのに役立ち得る。しかしながら、スポット位置1604の他の好適な又は所望の配置が考えられることは理解できよう。例えば、スキャンパターンがスキャンされる際にワークピースに与えられるレーザエネルギーの分布を高める、あるいは調整するために図18に示される同心円リングのスポット位置1604のうち異なるスポット位置が互いに周方向にオフセットされていてもよい。図19に示されるスキャンパターン1900は、（例えば、所望のフィーチャ境界1602に沿って延びる）単一の円弧状のスキャンラインを含んでいる。
【０１６６】
少なくとも１つのレーザパルスは、それぞれのスポット位置1604に照射される。一実施形態においては、複数のレーザパルスが１以上のスポット位置1604に照射される（あるいは、共通のスポット位置1604の局所的近傍に照射される）。一般的に、同じ数のレーザパルスがスキャンパターンの少なくとも２つのスポット位置1604に照射されるか、あるいは、異なる数のレーザパルスがスキャンパターンの少なくとも２つのスポット位置1604に照射され得る。
【０１６７】
一般的に、隣接スポット位置1604間のピッチは、スポット位置1604の局所的近傍に含まれる距離よりも大きいと考えられる。一実施形態においては、スキャンパターン内の隣接スポット位置間のピッチは0.1μmから50μmの範囲にあり得る。同様に、共通のスキャンラインに沿って配置される隣接スポット位置1604間のピッチは、0.1μmから50μmの範囲にあり得る。このように、（概してスキャンパターン内にあるか、共通のスキャンラインに沿って配置される）隣接スポット位置1604間のピッチは、0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、１μm、1.5μm、２μm、３μm、3.5μm、4.5μm、５μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、55μm、60μm、80μmなどよりも大きいか等しくてもよく、あるいはこれらの値のいずれかの間であってもよく、あるいは、50μm、40μm、30μm、20μm、15μm、10μm、５μm、4.5μm、3.5μm、３μm、２μm、1.5μm、１μm、0.5μm、0.4μm、0.3μm、0.2μm、0.1μm、0.08μm、0.05μm、0.01μmなどよりも小さくてもよく、あるいはこれらの値のいずれかの間であってもよい。本明細書における説明のために、スポット位置の間のピッチは、２つの隣接するスポット位置の中心間の距離として測定される。２つのスポット位置の間に介在するスポット位置が存在しなければ、それら２つのスポット位置は互いに隣接していると考えられる。
【０１６８】
（概してスキャンパターン内にあるか、共通のスキャンラインに沿って配置される）隣接スポット位置1604のペアの間のピッチは、一定であるか、可変であるか、あるいはこれらを任意に組み合わせたものであり得る。一実施形態においては、共通のスキャンラインに沿って配置される隣接スポット位置の間のピッチは、あるレーザパルスが照射されるスポット位置からレーザパルスが続いて照射される他のスポット位置に延びる方向に大きくなったり小さくなったりすることができる。このため、共通のスキャンラインに沿って配置される隣接スポット位置1604のペアの間のピッチは、スキャンラインに沿って移動する間、一定であってもよく、大きくなってもよく、あるいは小さくなってもよく、あるいはこれらを任意に組み合わせてもよい。一般的に、その隣接スポット位置1604のペアに照射されるレーザパルスが当たるスポット領域が互いに重なるように、あるいは互いに重ならないように、照射されるレーザパルスのスポットサイズ及び隣接スポット位置2504のペアの間のピッチを選択あるいは設定することができる。
【０１６９】
一実施形態においては、スキャンパターン内のスキャンラインの配置（すなわち、スキャンラインの数、スキャンラインの他のスキャンラインに対する方向、境界1602に対するスキャンラインの方向、スキャンラインの長さ、隣接スキャンライン間のピッチなどにより特徴付けることができる）は、図25から図28に示される配置に限定されず、スポット位置1604の配置に関して上記で述べたような１以上のファクタに応じて変化し得る。このように、スキャンパターンは、奇数個のスキャンライン又は偶数個のスキャンラインを有し得る。一実施形態においては、あるスキャンパターン内のスキャンラインの数は１から64の範囲になり得る。例えば、あるスキャンパターン内のスキャンラインの数は、２個、４個、８個、16個、32個、50個、60個などより多いか等しいか、あるいは64個、32個、16個、８個、４個、２個よりも少なくてもよい。また、スキャンパターンは、64個のスキャンラインよりも多くのスキャンラインを有していてもよいことは理解すべきである。あるスキャンパターン内において、スキャンラインの少なくとも一部は、対称的に（あるいは少なくとも実質的に対称的に）配置されていてもよく、あるいは非対称的に配置されていてもよい。対称配置の例としては、回転対称配置（すなわち、ｎを２、３、４、５、６、７、８、９、10、12、15、20、50などの１よりも大きな整数としてｎ回回転対称）や反射対称配置などが挙げられる。
【０１７０】
VI．ビーム特性の変調に関する実施形態
上述したように、ワークピース102の加工中にワークピース102に照射されるレーザエネルギービーム（連続的かパルス状かを問わない）は、波長、平均パワー、空間強度プロファイルタイプ、M2ファクタ、空間強度プロファイル形状、スポットサイズ、光強度、フルエンスなどの１以上の特性によって特徴付けることができる。レーザエネルギービームが１以上のレーザパルスを含んでいる場合には、このビームは、パルス繰り返し率、パルス持続時間、パルスエネルギー、ピークパワーなどの１以上の特性によって特徴付けることもできる。レーザエネルギービーム（連続的かパルス状かを問わない）のこれらの特性のすべては、本明細書において、総称して包括的にレーザエネルギービームの「特性」あるいは単に「ビーム特性」と呼ばれる。当該技術分野において知られているか、あるいは本明細書に（このセクション又はその他のセクションで）開示されている他の好適な又は所望の方法でこれらのビーム特性及び他のビーム特性を変更してもよい。最適な又は許容可能なワークピース加工を提供する方法における照射されたレーザエネルギービームの（例えば、ビーム特性の特定の組み合わせの特定及び選択の意味における）構成は、ワークピース102を構成する材料に関するレーザ−材料間の基本的相互作用及び行われるレーザ加工を総合的に理解していることを必要とすることに留意すべきである。この知識と適切なレーザ源を用いることにより、プロセススループット及び／又は品質を最適化するレーザ加工手法を開発することができる。
【０１７１】
例えば、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズとして設けられる場合には）スキャンレンズ112、ビームサイズ調整機構など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものの動作を制御することによってスポットサイズを調整してもよい。
【０１７２】
他の例においては、M2ファクタ及び空間強度プロファイル形状は、上述した方法により１以上のAODシステム（例えば、第１のポジショナ106であるかその他のものであるかを問わない）を動作させることによって調整することができる。さらに、M2ファクタを変化させるためにAODシステムを動作させることに関して上記で述べた手法は、上述した方法でレーザパルスビームの空間強度プロファイルの種類を調整するように修正することができる。例えば、AODシステム（例えば、第１のポジショナ106であるかその他のものであるかを問わない）の１以上の変換器に印加されるRF信号のスペクトルを、非ガウス形スペクトルプロファイル（例えば、矩形又は「トップハット」空間プロファイル）を有するように整形することができる。そのようなRF信号がAODシステム（例えば、第１のポジショナ106であるかその他のものであるかを問わない）の１以上の変換器に印加される場合には、非ガウス形空間強度プロファイルの種類（例えば、矩形又は「トップハット」空間強度プロファイル）のレーザパルスの生成するような方法でAODシステムを出るレーザパルスを変化させることができる。一実施形態においては、スペクトル整形されたRF信号はチャープされない。他の実施形態においては、スペクトル整形されたRF信号がチャープされていてもよい。このため、（すなわち、印加された１以上のRF信号に応答して）AODシステムが駆動される方法によっては、AODシステムを出るレーザパルスが、M2ファクタ、空間強度プロファイルの種類、空間強度プロファイル形状及びスポットサイズなどの１以上の特性において入射レーザパルスと異なっていてもよい。
【０１７３】
他の例においては、パルス持続時間、パルス繰り返し率、又はこれらを任意に組み合わせたものは、レーザ源104の動作を変化させることにより調整することができる。この例においては、レーザ源104は、可変のパルス繰り返し率で、さらに／あるいは可変のパルス持続時間を有するレーザパルスを生成及び出力可能な任意の好適なパルスレーザ源（例えば、そのような能力を有するものとして上述したPYROFLEXレーザ及びQUASARレーザが知られている）であってもよい。レーザ源104がQCWレーザ源又はCWレーザ源を含む場合、レーザ源104は、QCWレーザ源又はCWレーザ源から出力されるレーザ放射のビームを時間的に変調するパルスゲーティングユニット（例えば、音響光学（AO）変調器（AOM）、ビームチョッパなど）をさらに含み得る。第１のポジショナ106がAODシステムを含む実施形態においては、パルスゲーティングユニットとして機能させるために任意の好適な又は公知の方法によりAODシステムを動作させてもよい。
【０１７４】
他の例においては、パルスエネルギーは、レーザ源104の動作を変化されることにより、あるいはVOAの動作を制御することにより、あるいはこれに類する方法により、あるいはこれらを組み合わせて調整することができる。第１のポジショナ106がAODシステムを含む実施形態においては、AOセルを通過するレーザエネルギービームが減衰される度合いを変化させるために任意の好適な又は公知の方法によりAODシステムを動作させてもよい。
【０１７５】
共通のスポット位置に照射される（又は共通のスポット位置の近傍に照射される）レーザパルスのビーム特性は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、特定のスポット位置又はその近傍に照射される第１のレーザパルス（又は特定のスポット位置又はその近傍に逐次的に照射されるレーザパルスの第１のセット）のスポットサイズ、パルスエネルギー、パルス持続時間、パルス繰り返し率などの１以上の特性は、その特定のスポット位置又はその近傍に照射される第２のレーザパルス（又はその特定のスポット位置又はその近傍に逐次的に照射されるレーザパルスの第２のセット）の対応する特性と同一であってもよいし、異なっていてもよい。同様に、共通のスキャンパターンの異なるスポット位置に逐次的に照射されるレーザパルスのビーム特性は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。ワークピース102の加工中にワークピース102に照射されるレーザエネルギービームの１以上の（又はすべての）ビーム特性を一定に（又は少なくとも実質的に一定に）してもよいし、（例えば、実質的に非一定となるように）変調してもよいし、あるいはこれらを任意に組み合わせてもよい。フィーチャの加工中に１以上のビーム特性を変調する実施形態の例を以下に述べる。
【０１７６】
ｉ．多層ワークピースにおけるフィーチャ形成
ワークピースの複数の層を貫通する１以上のフィーチャを形成するように多層構造を有するワークピースを加工することができる。一実施形態においては、多層ワークピース102の２つの異なる層を少なくとも部分的に貫通する開口、スロット、ビア又は他の孔、溝、トレンチ、スクライブライン、切溝、凹部領域などのフィーチャを形成するように多層ワークピース102を加工することができる。多層ワークピース102の異なる層は、異なる材料から形成されていてもよいし、（例えば、照射されるレーザエネルギービームに対して）異なる光学吸収特性などを有していてもよいし、あるいはこれらを任意に組み合わせたものであってもよい。したがって、例えば、ワークピース102の２番目の層を露出させるためにビーム特性の第１のセットによって特徴付けられる照射レーザエネルギービームを用いてワークピース102の１番目の層をアブレートすることにより多層ワークピース102にフィーチャを形成してもよい。その後、ビーム特性の第１のセットとは（例えば、波長、平均パワー、空間強度プロファイルの種類、M2ファクタ、空間強度プロファイル形状、スポットサイズ、光強度、フルエンス、パルス繰り返し率、パルス持続時間、ピークパワーなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものにおいて）異なるビーム特性の第２のセットによって特徴付けられる照射レーザエネルギービームを用いてワークピース102の２番目の層をアブレートしてもよい。ビーム特性の第２のセットにおける特性は、少なくとも１つの特性がビーム特性の第１のセットにおける対応する特性よりも大きい、これよりも小さい、あるいはこれと異なる限りにおいて、ビーム特性の第１のセットにおける対応する特性と同一であってもよい。
【０１７７】
例えば、多層ワークピース102は、その第１の側で第１の導電体（例えば、（例えば、化学反応により、あるいはレーザ暗化プロセスなどにより）暗化された露出面又は暗化されていない露出面を有し得る銅箔又は銅合金箔）に固着され、必要に応じて、その第１の側とは反対の第２の側で第２の導電体（例えば、銅又は銅合金から構成されるパッド、トレース、箔など）に固着される誘電体構造（例えば、ガラス繊維強化エポキシ積層体、ポリイミド、ポリエステル、PEN、PET、ソルダレジストなどのポリマーから構成される膜）を含むPCBパネル、PCB、FPCパネル、FPCなどであってもよい。第１の導電体を完全に貫通し、誘電体構造を少なくとも部分的に貫通するビアを形成するように多層ワークピース102を加工してもよい。ビアは、第２の導電体で終端していてもよく（この場合、ビアは非貫通ビアである）、あるいは第２の導電体を完全に貫通していてもよい（この場合、ビアは貫通ビアである）。
【０１７８】
上記例では、ビーム特性の第１のセットにより特徴付けられるレーザエネルギービームは、誘電体構造を露出させる開口を形成するために第１の導電体を直接又は間接的にアブレートする第１の加工ステップにおいて第１の導電体に照射されていてもよい（また、例えば、必要に応じて、上記で例示的に述べたスキャン手法によってスキャンされてもよい）。その後、第２の加工ステップにおいて、誘電体構造内に延びる孔を形成するために誘電体構造を直接アブレートするようにビーム特性の第２のセットにより特徴付けられるレーザエネルギービームを誘電体構造に開口を通じて照射してもよい（また、例えば、必要に応じて、上記で例示的に述べたスキャン手法によってスキャンしてもよい）。
【０１７９】
一実施形態においては、ビーム特性の第１のセット及び第２のセットは、波長において同一であってもよいが（例えば、照射レーザエネルギービームは、電磁スペクトルのUV域、可視光域、IR域の波長を有していてもよい）、フルエンス、光強度など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものについては異なっていてもよい。例えば、フルエンスは、第２の加工ステップ中よりも第１の加工ステップ中の方が高くてもよい。第１の加工ステップと第２の加工ステップとの間では、照射レーザパルスビームのパルスエネルギーを減らすことにより、あるいは照射レーザパルスビームのスポットサイズを大きくすることなどにより、あるいはこれらを任意に組み合わせることにより、フルエンスを調整してもよい。例えば、平均パワーを減少させることなく、プロセススポットでのフルエンスを減少させるために（例えば、第１の導電体及び第２の導電体の材料を直接アブレートすることができる閾値フルエンスよりも低く）、第２の加工ステップ中に照射されるレーザパルスビームのスポットサイズ（すなわち「第２のスポットサイズ」）を第１の加工ステップ中に照射されるレーザパルスビームのスポットサイズ（すなわち「第１のスポットサイズ」）に対して増やしてもよい。その結果、誘電体構造に孔を形成するのに必要なパルスの数を比較的少なく維持することができ、隣接する導電体構造へのダメージを避けることができる。ある実施形態においては、第１のスポットサイズは、２μm（又はその前後）から35μm（又はその前後）の範囲にあってもよく、第１のスポットサイズよりも大きな第２のスポットサイズは、40μm（又はその前後）から150μm（又はその前後）の範囲にあってもよい。例えば、第１のスポットサイズは、２μm、３μm、５μm、７μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値に等しくてもよく（あるいは略等しくてもよく）、第２のスポットサイズは、40μm、50μm、60μm、80μm、100μm、125μm、140μm、155μmなどに等しくてもよい（あるいは略等しくてもよい）。
【０１８０】
他の実施形態においては、ビーム特性の第１のセット及び第２のセットは、波長において同一であってもよいが（例えば、照射レーザエネルギービームは、電磁スペクトルのUV域、可視光域、IR域の波長を有していてもよい）、パルス持続時間、パルス繰り返し率など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものについては異なっていてもよい。例えば、パルス持続時間は、第２の加工ステップ中よりも第１の加工ステップ中の方が長くてもよい。この場合において、パルス繰り返し率は、第２の加工ステップ中よりも第１の加工ステップ中の方が低くてもよい。第１の加工ステップ中のパルス持続時間（すなわち「第１のパルス持続時間」）が第２の加工ステップ中のパルス持続時間（すなわち「第２のパルス持続時間」）よりも長いとすると、第１のパルス持続時間は、（例えば、30ns（又はその前後）から200ns（又はその前後）の範囲にある）30nsよりも長くてもよく、第２のパルス持続時間は、（例えば、800ps（又はその前後）から40ns（又はその前後）の範囲にある）40nsよりも短くてもよい。第１の加工ステップ中の対応するパルス繰り返し率（すなわち「第１のパルス繰り返し率」）が第２の加工ステップ中の対応するパルス繰り返し率（すなわち「第２のパルス繰り返し率」）よりも低いとすると、第１のパルス繰り返し率は、（例えば、150kHz（又はその前後）から500kHz（又はその前後）の範囲にある）500kHz以下であってもよく、第２のパルス繰り返し率は、（例えば、500kHz（又はその前後）から２MHz（又はその前後）の範囲にある）300kHzより高くてもよい。利用可能な最大パルスエネルギーは、パルス持続時間とパルス繰り返し率の特定の組み合わせに依存するが、一部の組み合わせにおいては数百μJにもなり得ることは理解できよう。
【０１８１】
他の実施形態においては、ビーム特性の第１のセット及び第２のセットは、波長（例えば、照射レーザエネルギービームは、電磁スペクトルのUV域、可視光域、IR域の波長を有していてもよい）、パルス持続時間、パルス繰り返し率など、あるいはこれらの任意の組み合わせにおいて同一であってもよいが、パルスエネルギーにおいては異なっていてもよい。例えば、パルスエネルギーは、第２の加工ステップ中よりも第１の加工ステップ中の方が高くてもよい。第１の加工ステップ中のパルスエネルギー（すなわち「第１のパルスエネルギー」）は、第１の導電体の効率的で均一な除去を促進するように十分に高くてもよく、第２の加工ステップ中のパルス持続時間（すなわち「第２のパルスエネルギー」）は、第１のパルスエネルギーよりも低いが、誘電体構造をアブレートするには依然として十分に高くてもよい。形成されるフィーチャが非貫通ビアである一実施形態においては、第２のパルスエネルギーは、第２の導電体を好ましくない態様でダメージを与えることを避けるために十分に低くてもよい。
【０１８２】
ii．フィーチャ形成に関する他の考察
ワークピース102が多層であるかどうかにかかわらず、スキャンパターン（例えば、上述したスキャンパターンのうちいずれか）をスキャンし始めたときにワークピース102に照射されるレーザパルスのパルスエネルギーが、そのスキャンパターンのスキャンの終了時にワークピース102に照射するレーザパルスのパルスエネルギーよりも高くなるようにパルスエネルギーを（例えば、上述したいずれかの方法により）変調することが好ましい場合がある。
【０１８３】
他の実施形態においては、スキャンパターン内のスポット位置の場所に応じて照射レーザパルスのスポットサイズを（例えば、上述したいずれかの方法により）変調することができる。例えば、上述したスポットパターンに関して、フィーチャ境界1604に隣接するスポット位置において、フィーチャ境界1604に隣接していないスポット位置に照射されるレーザパルスのスポットサイズよりも小さくなるように、照射されたレーザパルスのスポットサイズを変調することができる。フィーチャ境界1604に隣接するスポットサイズを小さくすることは、比較的小さいテーパを有する側壁を有するフィーチャを形成することに役立つことが考えられ、フィーチャ境界1604から離れたスポットサイズを大きくすることは、ワークピース102から材料を素早く除去することに役立つことが考えられる。
【０１８４】
他の実施形態においては、ワークピース102が多層であるかどうかにかかわらず、スキャンパターン（例えば、上述したスキャンパターンのうちいずれか）をスキャンし始めたときにワークピース102に照射されるレーザパルスのパルスエネルギーが、そのスキャンパターンのスキャンの終了時にワークピース102に照射するレーザパルスのパルスエネルギーよりも高くなるようにパルスエネルギーを（例えば、上述したいずれかの方法により）変調することが好ましい場合がある。
【０１８５】
他の実施形態においては、ワークピース102が多層であるかどうかにかかわらず、第１のポジショナ106のAODシステムにより回折されるそれぞれのレーザパルスが（例えば、パルスごとになど）チャープされる度合いを、照射されたスポット位置の場所の関数として、レーザパルスが照射されるワークピース102内の深さの関数として、加工されるワークピース102内の材料の温度の関数として、加工されるワークピース102内の材料に近い材料の温度の関数として、あるいはこれに類する関数として、あるいれはこれらを任意に組み合わせたものの関数として調整することが好ましい場合がある。一実施形態においては、第１の加工ステップ及び第２の加工ステップが行われた後に上述した第２の導電体が研磨されるようにチャープを調整してもよい。
【０１８６】
IV．結論
上記は、本発明の実施形態及び例を説明したものであって、これに限定するものとして解釈されるものではない。いくつかの特定の実施形態及び例が図面を参照して述べられたが、当業者は、本発明の新規な教示や利点から大きく逸脱することなく、開示された実施形態及び例と他の実施形態に対して多くの改良が可能であることを容易に認識するであろう。したがって、そのような改良はすべて、特許請求の範囲において規定される本発明の範囲に含まれることを意図している。例えば、当業者は、そのような組み合わせが互いに排他的になる場合を除いて、いずれかの文や段落、例又は実施形態の主題を他の文や段落、例又は実施形態の一部又は全部の主題と組み合わせることができることを理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲とこれに含まれるべき請求項の均等物とによって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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【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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【国際調査報告】
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