(57)【要約】【課題】  レーザ光のビーム径等の光学特性を２段階以上又は無段階的に変化させることができ、かつ光学特性が変更されたレーザ光を一つの光軸に沿って出射させることができる光学装置を提供する。【解決手段】  第１のガルバノミラー１０は、入射光軸ＳＩＮに沿って入射するレーザ光の偏向角を制御信号ｓｉｇ１に従って変化させる。回転放物面鏡１１及び１２よりなる光学系は、第１の偏向器１０が、レーザ光の偏向角を変化させるときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、第２のガルバノミラー１３に入射させるレーザ光の入射方向を変化させる。第２のガルバノミラー１３は、第１のガルバノミラー１０が偏向角を変化させるときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ自己に入射したレーザ光の偏向角を変化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの入射光軸に沿って第１の偏向点に入射したレーザ光を、該第１の偏向点において偏向する第１の偏向器であって、外部から与えられる制御信号に従って該レーザ光の偏向角を変化させる第１の偏向器と、
前記第１の偏向器によって偏向されたレーザ光を、その偏向方向別に異なる光路を経由させて共通の第２の偏向点に入射させる光学系と、
前記光学系によって前記第２の偏向点に入射されたレーザ光を、該第２の偏向点において偏向する第２の偏向器であって、その偏向後のレーザ光が共通の出射光軸上を伝搬するように、外部から与えられる制御信号に従って該レーザ光の偏向角を変化させる第２の偏向器と
を備えた光学装置。
【請求項２】
前記光学系が、前記第１の偏向器が前記レーザ光の偏向角を変化させるときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、前記第２の偏向点に入射させるレーザ光の当該入射方向が変化するように構成され、
前記第２の偏向器が、前記第１の偏向器が前記レーザ光の偏向角を変化させるときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、前記第２の偏向点に入射するレーザ光の偏向角を変化させることにより、該第２の偏向点に入射するレーザ光を一つの出射光軸に沿う方向に偏向する請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第２の偏向器が、該第２の偏向器で偏向されるレーザ光の偏向角が前記第１の偏向器で偏向されるレーザ光の偏向角と等しくなるように、該第１の偏向器と同期して作動する請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記光学系が、
前記第１の偏向点を焦点とする第１の回転放物面鏡と、
前記第２の偏向点を焦点とし、かつ前記第１の回転放物面鏡の回転対称軸と一致する回転対称軸をもつように該第１の回転放物面鏡と向かい合う第２の回転放物面鏡と
を含む請求項１〜３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
前記第１の偏向器及び第２の偏向器がともに、揺動する反射鏡、音響光学偏向素子、又はポリゴンミラーからなる請求項１〜４のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６】
前記第１の偏向器によって偏向されたレーザ光が経由する前記第１の偏向点と前記第２の偏向点との間の光路上に配置され、該第１の偏向器によって偏向されたレーザ光の光学特性を、該レーザ光が経由する前記光路別に異ならせる光学特性調節手段をさらに備えた請求項１〜５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項７】
前記光学特性調節手段が、前記レーザ光のビーム断面のサイズ、ビーム断面内における強度分布、及び偏光状態のうち少なくともいずれか一つを前記光路別に異ならせる請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
一つの入射光軸に沿って偏向点に入射する入射レーザ光を、外部から与えられる制御信号に応じて定められる偏向方向に偏向するとともに、該入射レーザ光を偏向するときに、その偏向方向とは逆向きに前記偏向点に入射してくるレーザ光を、戻りレーザ光として前記入射光軸に沿う方向に偏向する偏向器と、
前記偏向器によって偏向された前記入射レーザ光を、その偏向方向別に異なる光路を経由させた後、該偏向器によって偏向されたときの偏向方向とは逆向きに前記偏向点に入射させる光学系と、
前記入射光軸を含む光路であって、前記入射レーザ光及び戻りレーザ光の双方が通る共通の光路から、前記戻りレーザ光を分離させて取り出す分離手段と
を備えた光学装置。
【請求項９】
前記光学系が、
前記偏向点を焦点とする回転放物面鏡と、
前記回転放物面鏡と向かい合い、かつ該回転放物面鏡の回転対称軸に垂直に配置された平面鏡と
を含む請求項８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記偏向器が、揺動する反射鏡、音響光学偏向素子、又はポリゴンミラーからなる請求項８又は９に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記偏向器によって偏向された前記入射レーザ光が経由する前記光路上に配置され、該偏向器によって偏向された前記入射レーザ光の光学特性を、該入射レーザ光が経由する前記光路別に異ならせる光学特性調節手段をさらに備えた請求項８〜１０のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１２】
前記光学特性調節手段が、前記入射レーザ光のビーム断面のサイズ、ビーム断面内における強度分布、及び偏光状態のうち少なくともいずれか一つを前記光路別に異ならせる請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１３】
ともに入射したレーザ光を偏向する第１の反射面と第２の反射面とを有する多反射面体であって、前記第１の反射面に入射したレーザ光の偏向角が、この多反射面体の動きに伴って変化するときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、前記第２の反射面に入射したレーザ光の偏向角が変化するように構成された多反射面体と、
一つの入射光軸に沿って前記第１の反射面に入射し、該第１の反射面において偏向されたレーザ光を、その偏向方向別に異なる光路を経由させて前記第２の反射面に入射させる光学系であって、前記第１の反射面における前記レーザ光の偏向角が変化するときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、前記第２の反射面に入射させるレーザ光の当該入射方向が変化するように構成された光学系と
を備えた光学装置。
【請求項１４】
前記光学系が、前記第２の反射面におけるレーザ光の偏向角が前記第１の反射面におけるレーザ光の偏向角と等しくなるように、該第２の反射面に入射させるレーザ光の当該入射方向を変化させる請求項１３に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記多反射面体が、一方の反射面を前記第１の反射面とし、他方の反射面を前記第２の反射面とする両面鏡からなる請求項１３又は１４に記載の光学装置。
【請求項１６】
前記光学系が、
前記第１の反射面上における前記レーザ光の偏向点を焦点とする第１の回転放物面鏡と、
前記第１の回転放物面鏡と向かい合う第１の凹面鏡と、
前記第１の凹面鏡と向かい合う第２の凹面鏡と、
前記第２の凹面鏡と向かい合い、かつ前記第２の反射面上における前記レーザ光の偏向点を焦点とする第２の回転放物面鏡と
を含む請求項１３〜１５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１７】
前記第１の反射面によって偏向されたレーザ光が経由する前記光路上に配置され、該第１の反射面によって偏向されたレーザ光の光学特性を、該レーザ光が経由する前記光路別に異ならせる光学特性調節手段をさらに備えた請求項１３〜１６のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１８】
前記光学特性調節手段が、前記レーザ光のビーム断面のサイズ、ビーム断面内における強度分布、及び偏光状態のうち少なくともいずれか一つを前記光路別に異ならせる請求項１７に記載の光学装置。
【請求項１９】
レーザ光を放射する光源と、
請求項１〜１８のいずれかに記載の光学装置と、
前記光源から放射された後、前記光学装置を経由した前記レーザ光が入射する位置に、被照射物を保持する保持手段と
を備えたレーザ照射装置。
【請求項２０】
前記保持手段が、前記被照射物の表面上における前記レーザ光の照射位置を、該被照射物の表面上で移動させる請求項１９に記載のレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の光学特性を変化させることができる光学装置及びレーザ照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いた穴あけ加工や描画等において、レーザ光のスポット径を変化させたい場合がある。例えば、形成しようとする穴の内径や描画パターンの線幅を変えたい場合である。そのような場合には、いったんレーザ発振器の稼動を停止する。そして、レーザ光のビーム径を規定するマスクを他のマスクに取り替えたり、あるいはレーザ光を集光するレンズをその光軸方向に移動させることにより該レンズの倍率を変更するといった調節作業を行う。
【０００３】
特許文献１及び２には、そのような調節作業を要さずに、レーザ光のビーム径を変化させることができる技術が開示されている。これらの技術では、光源から放射されたレーザ光の光路を、第１の光路又は第２の光路に選択的に切り替える。各光路上には、それぞれマスクが配置されている。それらマスクに形成されたピンホールの内径は互いに異なる。光源から放射されたレーザ光の光路を、所望のマスクが配置された光路へ切り替えることにより、そのレーザ光のビーム径を所望値に変更できる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５９７９号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００２−３３５０６３号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ビーム径が変更されたレーザ光を一つの光軸に沿って出射させることが望まれる。即ち、第１の光路及び第２の光路のいずれを通るレーザ光も、ビーム径が変更された後には同じ光路を進むようにすることが望まれる。特許文献１及び２の技術では、そのための手段として、偏光ビームスプリッタを用いる。しかし、偏光ビームスプリッタでは、原理的に、Ｐ偏光の光軸とＳ偏光の光軸とを一致させることしかできない。従って、光源から放射されたレーザ光の光路として、予めＰ偏光が通る光路又はＳ偏光が通る光路のどちらかしか選択することができない。つまり、レーザ光のビーム径を２段階にしか切り替えることができない。
【０００６】
本発明の目的は、レーザ光のビーム径等の光学特性を２段階以上又は無段階的に変化させることができ、かつ光学特性が変更されたレーザ光を一つの光軸に沿って出射させることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書において、偏向とは、レーザ光の進行方向を変えることをいう。偏向角とは、偏向器に入射するレーザ光の当該入射方向と、その偏向器によって偏向されたレーザ光の当該偏向器からの出射方向とのなす角度をいう。偏向方向とは、偏向器によって偏向されたレーザ光の当該偏向器からの出射方向をいう。
【０００８】
本発明の一観点によれば、一つの入射光軸に沿って第１の偏向点に入射したレーザ光を、該第１の偏向点において偏向する第１の偏向器であって、外部から与えられる制御信号に従って該レーザ光の偏向角を変化させる第１の偏向器と、前記第１の偏向器によって偏向されたレーザ光を、その偏向方向別に異なる光路を経由させて共通の第２の偏向点に入射させる光学系と、前記光学系によって前記第２の偏向点に入射されたレーザ光を、該第２の偏向点において偏向する第２の偏向器であって、その偏向後のレーザ光が共通の出射光軸に沿ってこの第２の偏向器から出射するように、外部から与えられる制御信号に従って該レーザ光の偏向角を変化させる第２の偏向器とを備えた光学装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の観点によれば、一つの入射光軸に沿って偏向点に入射した入射レーザ光を、外部から与えられる制御信号に応じて定められる偏向方向に偏向する一方、該入射レーザ光を偏向するときに、その偏向方向とは逆向きに前記偏向点に入射してくるレーザ光を、戻りレーザ光として前記入射光軸に沿う方向に偏向する偏向器と、前記偏向器によって偏向された前記入射レーザ光を、その偏向方向別に異なる光路を経由させた後、該偏向器によって偏向されたときの偏向方向とは逆向きに前記偏向点に入射させる光学系と、前記入射光軸を含む光路であって、前記入射レーザ光及び戻りレーザ光の双方が通る共通の光路から、前記戻りレーザ光を分離させて取り出す分離手段とを備えた光学装置が提供される。
【００１０】
本発明のさらに他の観点によれば、ともに入射したレーザ光を偏向する第１の反射面と第２の反射面とを有する多反射面体であって、前記第１の反射面に入射したレーザ光の偏向角が、この多反射面体の動きに伴って変化するときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、前記第２の反射面に入射したレーザ光の偏向角が変化するように構成された多反射面体と、一つの入射光軸に沿って前記第１の反射面に入射し、該第１の反射面において偏向されたレーザ光を、その偏向方向別に異なる光路を経由させて前記第２の反射面に入射させる光学系であって、前記第１の反射面における前記レーザ光の偏向角が変化するときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、前記第２の反射面に入射させるレーザ光の当該入射方向が変化するように構成された光学系とを備えた光学装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
一つの入射光軸に沿って入射したレーザ光が一つの出射光軸に沿って出射するまでの間に経由する光路の空間的位置を移動させることができるから、種々の光学素子を用いて光路別にレーザ光の光学特性を異ならせることができる。これにより、レーザ光の光学特性を２段階以上又は無段階的に変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、第１の実施例によるレーザ加工装置を示す。光源１が、レーザ光を放射する。光源１から放射されたレーザ光は、一つの入射光軸ＳＩＮに沿ってビーム径切替器２に入射する。ビーム径切替器２は、入射光軸ＳＩＮに沿って入射したレーザ光のビーム径を切り替え、ビーム径が切り替えられたレーザ光を一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿って出射する。
【００１３】
ビーム径切替器２について説明する。入射光軸ＳＩＮに沿って進むレーザ光が入射する位置に、第１のガルバノミラー１０が配置されている。第１のガルバノミラー１０の反射面上におけるレーザ光の入射位置が、この第１のガルバノミラー１０におけるレーザ光の偏向点Ｐ１である。その偏向点Ｐ１を焦点とする位置に第１の回転放物面鏡１１が配置されている。第１の回転放物面鏡１１と向かい合うように、第２の回転放物面鏡１２が配置されている。第２の回転放物面鏡１２は、第１の回転放物面鏡１１の回転対称軸と一致する回転対称軸をもつ。第１の回転放物面鏡１１及び第２の回転放物面鏡１２は、ともに軸外し回転放物面鏡である。
【００１４】
第２の回転放物面鏡１２の焦点位置には、第２のガルバノミラー１３が配置されている。第２のガルバノミラー１３の反射面上におけるレーザ光の偏向点Ｐ２が、第２の回転放物面鏡１２の焦点と一致する。第１の回転放物面鏡１１と、第２の回転放物面鏡１２との間には、ビーム径調節部１５が配置されている。
【００１５】
第１のガルバノミラー１０は、入射光軸ＳＩＮに沿って偏向点Ｐ１に入射したレーザ光を第１〜第４の光軸Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４から選択される一つの光軸に沿う方向へ偏向する。第１のガルバノミラー１０は、コントローラ１４から与えられる制御信号ｓｉｇ１に従って揺動することにより、偏向点Ｐ１に入射するレーザ光の偏向角を変化させる。これにより、偏向点Ｐ１に入射したレーザ光の偏向方向が切り替えられる。
【００１６】
第１〜第４の光軸Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４に沿って進む各レーザ光はいずれも第１の回転放物面鏡１１の反射面に入射する。第１の回転放物面鏡１１は、第１〜第４の光軸Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４に沿って入射するレーザ光を、それぞれ互いに平行な第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４に沿う方向へ反射する。ビーム径調節部１５が、第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４に沿って進むレーザ光のビーム径を互いに異ならせる。
【００１７】
図２は、ビーム径調節部１５の構成を示す。ビーム径調節部１５は、第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４上に、それぞれマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、及び１５ｄが配置されて構成されている。それらマスクの各々にはピンホールが形成されていて、ピンホールが形成された部分のみがレーザ光を通過させる。マスクを通過したレーザ光のビーム径は、そのマスクに形成されたピンホールの内径に対応したものとなる。マスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、及び１５ｄに形成されたピンホールの内径は互いに異なる。例えば、マスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの順に、大きな内径のピンホールを有する。
【００１８】
図１に戻って説明を続ける。ビーム径調節部１５によってビーム径が調節されたレーザ光はいずれも第２の回転放物面鏡１２の反射面に入射する。第２の回転放物面鏡１２は、第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４に沿って入射するレーザ光を、それぞれ異なる方向から第２のガルバノミラー１３の偏向点Ｐ２に入射させる。
【００１９】
第２のガルバノミラー１３は、コントローラ１４から与えられる制御信号ｓｉｇ２に従って揺動することにより、偏向点Ｐ２に入射するレーザ光の偏向角を変化させる。これにより、さまざまな方向から偏向点Ｐ２に入射されるレーザ光が、一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿う方向に偏向される。
【００２０】
詳細には、第２のガルバノミラー１３は、第１のガルバノミラー１０がレーザ光の偏向角を変化させるときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、偏向点Ｐ２に入射するレーザ光の偏向角を変化させる。
【００２１】
一方、一対の回転放物面鏡１１及び１２により構成される光学系は、第１のガルバノミラー１０がレーザ光の偏向角を変化させるときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、第２のガルバノミラー１３の偏向点Ｐ２に入射するレーザ光の当該入射方向を変化させる。
【００２２】
即ち、第１のガルバノミラー１０がレーザ光の偏向角を変化させるときには、第２のガルバノミラー１３の偏向点Ｐ２に入射するレーザ光の当該入射方向が変化するが、それと同時に第２のガルバノミラー１３が偏向点Ｐ２に入射するレーザ光の偏向角を変化させる。そのため、偏向点Ｐ２に入射するレーザ光の、第２のガルバノミラー１３からの出射方向が一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿う方向に保たれる。
【００２３】
より詳細には、一対の回転放物面鏡１１及び１２により構成される光学系は、第１のガルバノミラー１０によって第ｉの光軸Ｓｉに沿う方向に偏向されたレーザ光を、出射光軸ＳＯＵＴへの偏向角が、入射光軸ＳＩＮから第ｉの光軸Ｓｉへの偏向角と等しくなる方向から第２のガルバノミラー１３の偏向点Ｐ２に入射させる。（ここで、ｉは１以上、４以下の任意の自然数である。）
そして、第２のガルバノミラー１３は、この第２のガルバノミラー１３で偏向されるレーザ光の偏向角が、常に第１のガルバノミラー１０で偏向されるレーザ光の偏向角と等しくなるように、第１のガルバノミラー１０と同期して作動する。
【００２４】
従って、一対の回転放物面鏡１１及び１２によってさまざまな方向から偏向点Ｐ２に入射されるレーザ光は、第２のガルバノミラー１３によって一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿う方向に偏向される。なお、出射光軸ＳＯＵＴは、入射光軸ＳＩＮと同一の直線上に配置されていることが好ましい。
【００２５】
出射光軸ＳＯＵＴに沿って出射されたレーザ光は、ガルバノスキャナ３及びｆθレンズ４を経由して、被加工基板Ｗ１の表面に入射する。ガルバノスキャナ３は、ビーム径切替器２から出射されたレーザ光を二次元方向に走査する。ｆθレンズ４は、走査されたレーザ光を被加工基板Ｗ１の表面に略垂直に入射させる。また、ｆθレンズ４は、上記ビーム径調節部１５におけるマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、及び１５ｄの像を、被加工基板Ｗ１の表面に結ぶ。被加工基板Ｗ１は、ＸＹステージ５に保持されている。ＸＹステージ５は、被加工基板Ｗ１の位置を二次元方向に移動させる。
【００２６】
このレーザ加工装置によれば、一つの入射光軸ＳＩＮに沿ってビーム径切替器２に入射したレーザ光が一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿って出射するまでの間に経由する光路の空間的位置を異ならせることができる。それら光路上にそれぞれマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、及び１５ｄが配置されているから、光源１から出射されたレーザ光のビーム径を４段階に切り替えることができる。即ち、被加工基板Ｗ１の表面上におけるレーザ光のスポット径を４段階に変更できる。
【００２７】
また、第１及び第２のガルバノミラー１０及び１３において偏向角を変化させることのできる範囲は３０度程度である。この値は、音響光学偏向素子等の他の偏向器に比べると大きい。従って、音響光学偏向素子等を偏光器として用いる場合に比べると、レーザ光の光路をより広い空間内に分布させることができる。そのため、より多くのマスクを配置することができるから、ビーム径の切り替え数を増やせる。
【００２８】
また、このレーザ加工装置においては、ビーム径の切り替え順序を任意に設定できる。即ち、コントローラ１４は、ビーム径切替器２から出射されるレーザ光のビーム径が次第に太くあるいは細くなるようにガルバノミラー１０及び１３の姿勢を制御することができるのは勿論、ビーム径切替器２から出射されるレーザ光のビーム径が任意に変化するようにガルバノミラー１０及び１３の姿勢を制御することもできる。
【００２９】
なお、ガルバノミラー１０及び１３として、一枚の反射面を二軸方向にあおることができるように構成された二軸用ガルバノミラーを用いてもよい。二軸用ガルバノミラーを用いる場合は、回転放物面鏡１１と１２との間において、それら回転放物面鏡１１及び１２の回転対称軸と交差する２次元面内にマスクを分布させて配置することができる。二軸用ガルバノミラーとしては、例えばジンバル構造を有するプレーナ型のガルバノミラー等が挙げられる。
【００３０】
図３は、上記レーザ加工装置を用いて穴あけ加工された被加工基板Ｗ１の要部を示す断面図である。被加工基板Ｗ１は、例えばプリント基板の中間生成体である。この被加工基板Ｗ１に、二重穴（ステップビア）１８を形成する。
【００３１】
まず、第１のガルバノミラー１０が、偏向点Ｐ１に入射したレーザ光の偏向方向として第４の光軸Ｓ４に沿う方向を選択する。これにより、光源１から放射されたレーザ光がマスク１５ｄを通過する。このとき、ビーム径切替器２から出射されるレーザ光のビーム径が最大となる。そのレーザ光が、被加工基板Ｗ１の表面に入射し、その入射箇所をアブレーションさせる。これにより、穴１６が形成される。
【００３２】
次に、第１のガルバノミラー１０が、偏向点Ｐ１に入射したレーザ光の偏向方向を、第１の光軸Ｓ１に沿う方向へ切り替える。これにより、光源１から放射されたレーザ光がマスク１５ａを通過する。このとき、ビーム径切替器２から出射されるレーザ光のビーム径が最小となる。このレーザ光が、穴１６の底面の中央部分に入射し、その入射箇所をアブレーションさせる。これにより、穴１６の内径よりも小さな内径を有する穴１７が形成される。以上により、側壁がステップ状をなす二重穴１８が完成する。
【００３３】
ガルバノスキャナ３及びＸＹテーブル５の少なくともいずれか一方を駆動することにより、被加工基板Ｗ１の表面上におけるレーザ光の照射位置を移動させることができるから、被加工基板Ｗ１に複数の二重穴１８を形成できる。
【００３４】
被加工基板Ｗ１に、二重穴１８をＮ個形成することを想定する。Ｎは例えば数千である。従来の加工法では、被加工基板Ｗ１上に一旦、内径の大きな穴１６のみをＮ個形成する。次に、レーザ発振器の稼動を停止した後、レーザ光のビーム径を小さく変更する為にマスクの取り替え作業等を行う。そして、各穴１６の底面の中央部分に、ビーム径が小さく変更されたレーザ光を照射して内径の小さな穴１７を形成してゆく。Ｎ個の二重穴１８を形成する過程で、マスクの取り替え作業等は一回で済むが、一つの二重穴１８を完成させる過程でレーザ光の照射位置を移動させる必要がある。そのため、内径の大きな穴１６と内径の小さな穴１７との相対的な位置精度がガルバノスキャナ３によるレーザ光の走査精度に影響されてしまう。
【００３５】
これに対して、本レーザ加工装置では、マスクの取り替え作業等を要さず迅速にビーム径を切り替えることができるから、ビーム径の切り替えをＮ回行っても加工効率が損なわれることはない。即ち、内径の大きな穴１６の形成、ビーム径の切り替え、内径の小さな穴１７の形成の手順をＮ回繰り返しても加工効率が損なわれることはない。一つの二重穴１８を完成させる過程でガルバノスキャナ３を固定させておくため、内径の大きな穴１６と内径の小さな穴１７との相対的な位置精度を高めることができる。これにより、位置合わせの不良等に起因するプリント基板の製造歩留まりの低下を防止できる。
【００３６】
なお、二重穴１８の形成においては、まず内径の小さな穴１７を形成し、次にそれを内包するように内径の大きな穴１６を形成してもよい。また、深さ方向に複数の層を貫くように二重穴１８を形成することができる。
【００３７】
図４は、第２の実施例によるレーザ加工装置を示す。このレーザ加工装置は、図１に示されたレーザ加工装置のガルバノミラー１０及び１３に代えて、音響光学偏向素子（ＡＯＤ；Acousto Optic Deflector）３１及び３２を用いて構成したものである。コントローラ３３が、第１のＡＯＤ３１に送出するＲＦ信号ｓｉｇ３の周波数を４段階に切り替えて偏向角を変化させることにより、光源１から放射されたレーザ光のビーム径を４段階に切り替えることができる。
【００３８】
また、コントローラ３３が、第２のＡＯＤ３２を第１のＡＯＤ３１と同期して作動させることにより、ビーム径の切り替えられたレーザ光を一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿って出射させる。なお、第１のＡＯＤ３１及び第２のＡＯＤ３２の同期制御は、コントローラ３３が、第１のＡＯＤ３１にＲＦ信号ｓｉｇ３を送出するのと同時に、そのＲＦ信号ｓｉｇ３の周波数と等しい周波数をもつＲＦ信号ｓｉｇ４を第２のＡＯＤ３２に送出することにより実現される。
【００３９】
このレーザ加工装置においても、レーザ光のビーム径を４段階に切り替えることができる。また、ＡＯＤ３１及び３２には、機械的な駆動部分がない。ＡＯＤ３１及び３２が偏向角を変化させるのに要する時間は、その変化量を表す角度の大きさによらない。そのため、ガルバノミラー等の機械的に駆動する偏向器を用いる場合に比べると、ビーム径の切り替え順序を任意に設定する場合にも、その切り替えに要する時間を一定とすることができる。
【００４０】
図５は、第３の実施例によるレーザ加工装置を示す。このレーザ加工装置は、図１に示されたレーザ加工装置のガルバノミラー１０及び１３に代えて、ポリゴンミラー４１及び４２を用いて構成したものである。
【００４１】
このレーザ加工装置においても、レーザ光のビーム径を４段階に切り替えることができる。また、コントローラ４３が、一対のポリゴンミラー４１及び４２を同期して回転運動（例えば、等速回転運動）させることにより、光源１から放射されたレーザ光のビーム径を高速で周期的に変化させることができる。
【００４２】
また、ポリゴンミラー４１及び４２として、例えば８面のポリゴンミラーを用いる場合、偏向角を変化させることのできる範囲は９０度程度となる。この値は、ガルバノミラー等の他の偏向器に比べてもはるかに大きい。従って、ガルバノミラー等を偏向器として用いる場合に比べると、レーザ光の光路をより広い空間内に分布させることができる。そのため、より多くのマスクを配置することができるから、ビーム径の切り替え数を増やせる。
【００４３】
以上説明した第１〜第３の実施例によるレーザ加工装置では、前段の偏向器（ガルバノミラー１０、ＡＯＤ３１、又はポリゴンミラー４１）におけるレーザ光の偏向角と、後段の偏向器（ガルバノミラー１３、ＡＯＤ３２、又はポリゴンミラー４２）におけるレーザ光の偏向角が等しくなるように、両者を同期して作動させることとした。前段の偏向器におけるレーザ光の偏向角と、後段の偏向器におけるレーザ光の偏向角との間に、定常的な偏差をもたせてもよい。
【００４４】
また、第２の回転放物面鏡１２の焦点位置が、被加工基板Ｗ１表面上の一加工点となるように設計変更してもよい。即ち、後段の偏向器を省略し、第２の回転放物面鏡１２の焦点位置に被加工基板Ｗ１を保持する。但し、この場合は、前段の偏向器におけるレーザ光の偏向角の変化に伴って、被加工基板Ｗ１へのレーザ光の入射角も変化することになる。そこで、被加工基板Ｗ１へのレーザ光の入射角の変化分をキャンセルするように被加工基板Ｗ１を揺動させる揺動機構を設けるとよい。この場合、揺動機構は、被加工基板Ｗへのレーザ光の入射方向が、常に被加工基板Ｗの表面に対して垂直となるように作動させるとよい。
【００４５】
図６は、第４の実施例によるレーザ加工装置を示す。光源５０が、直線偏光されたレーザ光を放射する。直線偏光を放射しないレーザ発振器を用いる場合には、偏光子を用いて直線偏光を得るようにすればよい。
【００４６】
光源５０から放射されたレーザ光が、一つの入射光軸ＳＩＮに沿ってビーム径切替器６０に入射する。ビーム径切替器６０は、入射光軸ＳＩＮに沿って入射したレーザ光のビーム径を切り替え、ビーム径が切り替えられたレーザ光を一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿って出射する。
【００４７】
ビーム径切替器６０について説明する。入射光軸ＳＩＮ上に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ；Polarized Beam Splitter）６１と１／４波長板６２とがこの順に配置されている。これらＰＢＳ６１と１／４波長板６２とによって分離光学系が構成されている。
【００４８】
１／４波長板６２を通過して入射光軸ＳＩＮに沿って進むレーザ光が入射する位置に、ガルバノミラー６３が配置されている。ガルバノミラー６３の反射面上におけるレーザ光の入射位置が、このガルバノミラー６３におけるレーザ光の偏向点Ｐ１である。その偏向点Ｐ１を焦点とする位置に回転放物面鏡６４が配置されている。
【００４９】
回転放物面鏡６４と向かい合うように平面鏡６５が配置されている。平面鏡６５は、回転放物面鏡６４の回転対称軸に垂直に配置されている。向かい合う回転放物面鏡６４と平面鏡６５との間に、ビーム径調節部６６が設けられている。
【００５０】
光源５０から放射されたレーザ光（直線偏光）は、まずＰＢＳ６１に入射する。なお、光源５０からは、第１の方向に直線偏光されたレーザ光が放射される。ＰＢＳ６１は、第１の方向に直線偏光されたレーザ光を透過させる。ＰＢＳ６１を透過したレーザ光は、１／４波長板６２を通過してガルバノミラー６３の偏向点Ｐ１に入射する。
【００５１】
ガルバノミラー６３は、偏向点Ｐ１に入射したレーザ光を、第１〜第４の光軸Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４から選択される一つの光軸に沿う方向へ偏向する。ガルバノミラー６３は、コントローラ６７から与えられる制御信号ｓｉｇ７に従って、偏向点Ｐ１に入射したレーザ光の偏向角を変化させる。これにより、偏向点Ｐ１に入射したレーザ光の偏向方向が切り替えられる。
【００５２】
回転放物面鏡６４は、第１〜第４の光軸Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４に沿って入射するレーザ光を、それぞれ互いに平行な第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４に沿う方向に反射する。ビーム径調節部６６は、第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４上を進む各レーザ光のビーム径を互いに異ならせる。第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４上を進む各レーザ光はいずれも平面鏡６５に入射する。平面鏡６５は、第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４に垂直に配置されていて、第ｉの平行光軸ＳＰｉに沿って入射したレーザ光を、再び第ｉの平行光軸ＳＰｉを経由して回転放物面鏡６４に入射させるよう折り返す。ここでｉは、１以上、４以下の任意の自然数である。
【００５３】
図７は、ビーム径調節部６６及び反射鏡６５の断面図である。図７には、便宜的に平面鏡６５によって折り返されたレーザ光のみを示す。ビーム径調節部６６は、平面鏡６５の反射面上におけるレーザ光の各入射位置に、それぞれマスク６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、及び６６ｄが設けられて構成されている。各マスクに形成されたピンホールの内径は互いに異なる。平面鏡６５にマスクを担持させるから、マスクを保持する部材が不要になる。従って、その分だけビーム径調節部６６の構成を簡素化できる。
【００５４】
図６に戻って説明を続ける。平面鏡６５により第ｉの平行光軸ＳＰｉに沿う方向に折り返されたレーザ光は、第ｉの平行光軸ＳＰｉに沿って回転放物面鏡６４に入射する。第ｉの平行光軸ＳＰｉに沿って回転放物面鏡６４に入射したレーザ光は、そこで反射されることにより、第ｉの光軸Ｓｉに沿ってガルバノミラー６３の偏向点Ｐ１に入射する。ガルバノミラー６３は、第ｉの光軸に沿って偏向点Ｐ１に入射したレーザ光を、戻りレーザ光として、入射光軸ＳＩＮに沿う方向に偏向する。ここでｉは１以上、４以下の任意の自然数である。
【００５５】
ガルバノミラー６３によって、入射光軸ＳＩＮに沿う方向に偏向された戻りレーザ光は、再び１／４波長板６２に入射する。つまり光源５０から放射されたレーザ光は、行きと戻りで１／４波長板６２を合計２回通過する。従って、戻りレーザ光の直線偏光方向は、上記第１の方向とは直交する第２の方向となる。ＰＢＳ６１は、第２の方向に直線偏光されたレーザ光を、入射光軸ＳＩＮと直交する出射光軸ＳＯＵＴに沿う方向に反射する。
【００５６】
出射光軸ＳＯＵＴに沿って進むレーザ光は、ガルバノスキャナ３及びｆθレンズ４を経由して、ＸＹテーブル５に保持された被加工基板Ｗ１に入射する。
このレーザ加工装置によれば、ガルバノミラー６３によって、第１〜第４の光軸Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４に沿う方向に偏向されたレーザ光がそれぞれ、互いにピンホールの内径が異なるマスク６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、及び６６ｄを通過するから、レーザ光のビーム径を４段階に切り替えることができる。
【００５７】
また、前述した第１〜第３の実施例では、光源１から放射されたレーザ光の光路を切り替えるための第１の偏向器（第１のガルバノミラー１０、第１のＡＯＤ３１、第１のポリゴンミラー４１）と、ビーム径の変更された各レーザ光の光軸を一致させるための第２の偏向器（第２のガルバノミラー１３、第２のＡＯＤ３２、第２のポリゴンミラー４２）との２つの偏向器を用いた。
【００５８】
これに対して第４の実施例では、回転放物面鏡６４と向かい合う位置に、その回転放物面鏡６４の回転対象軸と垂直に平面鏡６５を配置したから、一つの偏向器としてのガルバノミラー６３が、レーザ光の光路を切り替える機能と、ビーム径の変更されたレーザ光の光軸を一致させる機能とを兼ねることができる。偏向器が一つで済むから、２つの偏向器を同期させる制御が不要になる。また、使用する回転放物面鏡６４が一つで済むから、装置を安価に実現できる。
【００５９】
図８は、第５の実施例によるレーザ加工装置を示す。このレーザ加工装置は、図６に示されたレーザ加工装置のガルバノミラー６３に代えて、ＡＯＤ７１を用いて構成したものである。ＡＯＤ７１は、入射光軸ＳＩＮに沿って偏向点Ｐ１に入射したレーザ光を、第１〜第４の光軸Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４の光軸のうち、コントローラ７２から与えられる制御信号ｓｉｇ８に基づいて選択される一つの光軸に沿う方向へ偏向する。
【００６０】
このレーザ加工装置においても、レーザ光のビーム径を４段階に切り替えることができる。また、偏向器として電気的に駆動するＡＯＤ７１を用いるから、機械的に駆動する偏向器を用いる場合に比べると、レーザ光の偏向角を変化させるのに要する時間を、その変化量を表す角度の大きさによらずに一定にできる。
【００６１】
図９は、第６の実施例によるレーザ加工装置を示す。このレーザ加工装置は、図６に示されたレーザ加工装置のガルバノミラー６３に代えて、ポリゴンミラー８１を用いて構成したものである。ポリゴンミラー８１は、コントローラ８２から与えられる制御信号ｓｉｇ９に従って回転運動する。
【００６２】
このレーザ加工装置においても、レーザ光のビーム径を４段階に切り替えることができる。また、偏向器としてポリゴンミラー８１を用いるから、レーザ光のビーム径を高速で周期的に変化させることができる。
【００６３】
図１０は、第７の実施例によるレーザ加工装置を示す。光源１がレーザ光を放射する。光源１から放射されたレーザ光が、一つの入射光軸ＳＩＮに沿ってビーム径切替器９０に入射する。ビーム径切替器９０は、入射光軸ＳＩＮに沿って入射したレーザ光の光学特性を切り替え、光学特性が切り替えられたレーザ光を一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿って出射する。
【００６４】
ビーム径切替器９０について説明する。入射光軸ＳＩＮに沿って進むレーザ光が入射する位置に、両面鏡９１が配置されている。両面鏡９１の表面（第１の反射面）９１ａ上におけるレーザ光の入射位置が、この第１の反射面９１ａ上におけるレーザ光の偏向点Ｐ１である。
【００６５】
その偏向点Ｐ１を焦点とする位置に、第１の回転放物面鏡９２が配置されている。第１の回転放物面鏡９２と向かい合うように第１の凹面鏡９３が配置されている。第１の凹面鏡９３と向かい合うように第２の凹面鏡９４が配置されている。凹面鏡９３及び９４としては、例えば球面鏡を用いることができる。
【００６６】
向かい合う第１の凹面鏡９３と第２の凹面鏡９４との間に、ビーム径調節部９６が配置されている。第２の凹面鏡９４と向かい合うように第２の回転放物面鏡９５が配置されている。第２の回転放物面鏡９５の焦点は、両面鏡９１の裏面（第２の反射面）９１ｂ上に位置する。その焦点の位置が、第２の反射面９１ｂ上におけるレーザ光の偏向点Ｐ２である。なお、第２の反射面９１ａは、第１の反射面９１ｂと平行である。
【００６７】
両面鏡９１は、入射光軸ＳＩＮに沿って入射したレーザ光を、第１の反射面９１ａにおいて、第１〜第４の光軸Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４から選択される一つの光軸に沿う方向に反射する。両面鏡９１は、コントローラ９６から与えられる制御信号ｓｉｇ１０に従って揺動することにより、第１の反射面９１ａにおけるレーザ光の偏向角を変化させる。これにより、レーザ光の偏向方向が切り替えられる。
【００６８】
第１の回転放物面鏡９２は、第１〜第４の光軸Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４に沿って入射するレーザ光を、それぞれ互いに平行な第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４に沿う方向に反射する。第１の凹面鏡９３は、第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４に沿って入射するレーザ光を、それぞれ第１１〜第１４の光軸Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、及びＳ１４に沿う方向に反射する。ビーム径調節部９６は、第１１〜第１４の光軸Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、又はＳ１４上を進むレーザ光のビーム径を互いに異ならせる。
【００６９】
図１１は、ビーム径調節部９６を示す。ビーム径調節部９６は、第１１〜第１４の光軸Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、及びＳ１４上に、それぞれマスク９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、及び９６ｄが配置されて構成されている。各マスクに形成されたピンホールの内径は互いに異なる。従って、第１１〜第１４の光軸Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、及びＳ１４上を進むレーザ光のビーム径が互いに異なるように調節される。
【００７０】
図１０に戻って説明を続ける。第１１〜第１４の光軸Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、及びＳ１４に沿って進むレーザ光は、第２の凹面鏡９４に入射する。第２の凹面鏡９４は、第１１〜第１４の光軸Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、及びＳ１４に沿って入射するレーザ光を、それぞれ互いに平行な第１１〜第１４の平行光軸ＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ１３、及びＳＰ１４に沿う方向に反射する。
【００７１】
第２の回転放物面鏡９５は、第１１〜第１４の平行光軸ＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ１３、及びＳＰ１４に沿って入射するレーザ光を、それぞれ第２１〜第２４の光軸Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、及びＳ２４に沿う方向から、両面鏡９１の第２の反射面９１ｂ上における偏向点Ｐ２に入射させる。
【００７２】
第２の反射面９１ｂは、第１の反射面９１ａと一体に構成されているから、両面鏡９１の揺動に伴なって第１の反射面９１ａにおけるレーザ光の偏向角が変化するときには、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、第２の反射面９１ｂにおけるレーザ光の偏向角も変化する。
【００７３】
一方、第１の回転放物面鏡９２、第１の凹面鏡９３、第２の凹面鏡９４、及び第２の回転放物面鏡９５によって構成される光学系は、第１の反射面９１ａにおけるレーザ光の偏向角が両面鏡９１の揺動に伴なって変化するときに、その変化量を表す角度と同一の角度だけ、第２の反射面９１ｂに入射させるレーザ光の当該入射方向を変化させる。これにより、まさまざな方向から第２の反射面９１ｂに入射するレーザ光が、第２の反射面９１ｂにおいて一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿う方向に反射される。
【００７４】
なお、第１の回転放物面鏡９２と第２の回転放物面鏡９５とは、第ｉの光軸Ｓｉが、第（ｉ＋２０）の光軸Ｓ（ｉ＋２０）の延長線上に配置されるか、あるいはその延長線に平行な線上に配置されることとなるように両面鏡９１を挟んで向かい合うのが好ましい。（ここでｉは、１以上、４以下の任意の自然数である。）これにより、出射光軸ＳＯＵＴは、入射光軸ＳＩＮの延長線上か、あるいはその延長線に平行な線上に配置される。
【００７５】
このレーザ加工装置によれば、コントローラ９６から送出される切替信号ｓｉｇ１０に基づいて両面鏡９１の姿勢を制御することにより、光源１から放射されたレーザ光の光路を、マスク９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、及び９６ｄのうち所望のものが配置された光路に切り替えることができる。これにより、レーザ光のビーム径を４段階に切り替えることができる。
【００７６】
上述した第１〜第３の実施例では、光源１から出射されたレーザ光の光路を切り替えるための第１の偏向器と、ビーム径の変更された各レーザ光の光軸を一致させるための第２偏向器との２つの偏向器を用いた。これに対して第７の実施例では、その第１の偏向器としての機能を両面鏡９１の第１の反射面９１ａが担い、第２の偏向器としての機能を同じ両面鏡９１の第２の反射面９１ｂが担うから、偏向器が一つで済む。そのため、２つの偏向器の同期制御が不要となる。
【００７７】
図１２は、第８の実施例によるレーザ描画装置を示す。光源１０１が、レーザ光を出射する。光源部１０１は、ヘリウム・カドミウムレーザ発振器を含んで構成されている。光源１０１から放射されるレーザ光は、例えば波長が４４１．６ｎｍの露光用レーザ光である。なお、光源１０１は、ヘリウム・ネオンレーザ発振器や半導体レーザ発振器等を用いて構成してもよい。
【００７８】
光源１０１から放射されたレーザ光の光路上には、ビーム径切替器１０２と対物レンズ１０３とがこの順に配置されている。ビーム径切替器１０２の構成は、図１に示されたビーム径切替器２の構成とほぼ同様である。但し、ビーム径切替器１０２内において、マスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、及び１５ｄの配置位置はそれぞれ、そのマスクから対物レンズ１０３に至るまでの光路に沿った距離がすべて等しくなるように調整されている。
【００７９】
ビーム径切替器１０２は、光源１０１から放射されたレーザ光のビーム径を切り替える。対物レンズ１０３は、ビーム径の切り替えられたレーザ光をウエハＷ２の表面に集光する。ウエハＷ２の表面には、フォトレジストが塗布されている。ウエハＷ２は、ＸＹステージ１０４に保持されている。ウエハＷ２にレーザ光を照射しながら、ＸＹステージ１０４によってウエハＷ２の保持位置を二次元方向に移動させる。これにより、ウエハＷ２の表面に形成されたフォトレジスト膜に、所望パターンを描画できる。
【００８０】
このレーザ描画装置によれば、フォトマスクを用いずに、ウエハＷ２の表面に形成されたフォトレジスト膜に所望のパターンを描画できる。ＸＹステージ１０４によるウエハＷ２の移動の仕方によって、フォトレジスト膜に描画するパターンを柔軟に変更できるので、多品種少量生産に好適である。
【００８１】
図１３(ａ)は、このレーザ描画装置によって描画されたパターンを示す。幅の細い線１１０は、ビーム径切替器１０２にてビーム径を小さく切り替えた状態で描画する。一方、幅の太い線１１１は、ビーム径切替器１０２にてビーム径を大きく切り替えてから描画する。
【００８２】
図１３(ｂ)は、比較例として、ビーム径を変化させないで描画されたパターンを示す。幅の太い線部１１２の描画を、幅の細い線を複数本描画することにより実現する。そのため、余計に時間がかかる。なお、対物レンズを別のものに取り替えることにより、ビームスポットを大きくすれば、幅の細い線を複数本描画することなく幅の太い線を描画できる。しかし、その場合においても対物レンズの取り替え作業の分だけ余計に時間がかかる。
【００８３】
これに対して、本レーザ描画装置によれば、ビーム径切替器１０２においてレーザ光のビーム径を切り替えるから、対物レンズ１０３の取り替えや移動等を要さず迅速に描画パターンの線幅を変更できる。これにより、描画の効率を向上できる。
【００８４】
なお、例えば光源１０１とビーム径切替器１０２との間の光路上に、音響光学変調器（ＡＯＭ；Acousto Optic Modulator）等の光強度調節素子を配置し、光源１０１から出射されたレーザ光の強度をその光強度調節素子にて調節できるようにしてもよい。そうすれば、描画パターンの線幅の細かい調整は、その光強度調節素子にてレーザ光の強度を調節することにより行い、描画パターンの線幅の大幅な調整は、ビーム径切替器１０２にて光路を切り替えることにより行える。
【００８５】
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。第１〜第８の実施例では、レーザ光のビーム径を変化させることとしたが、ビーム径以外の光学特性を変化させることができるようにしてもよい。
【００８６】
図１４(ａ)は、レーザ光のビーム断面内における強度分布を変化させることができる光強度分布切替器の要部を示す。第２〜第４の平行光軸ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４上にそれぞれエキスパンダ３０１、３０２、及び３０３が配置されている。エキスパンダは、自己に入射したレーザ光のビーム径を拡大し、ビーム径が拡大されたレーザ光を平行光線化して出射する。エキスパンダ３０１〜３０３におけるビーム径の拡大率は互いに異なる。詳細には、ビーム径の拡大率は、エキスパンダ３０１、３０２、及び３０３の順に大きい。出射光軸ＳＯＵＴ上には、マスク３０４が配置されている。
【００８７】
図１４(ｂ)は、マスク３０４を通過したレーザ光のビーム断面内における強度分布を示す。横軸はビーム断面内における径方向の位置を示し、縦軸はレーザ光の強度を示す。同図中、ｄはマスク３０４に形成されたピンホールの内径を表す。
【００８８】
符号Ａは、第１の平行光軸ＳＰ１を経由したレーザ光のビーム断面内における強度分布を示す。レーザ光が、エキスパンダを通過せずにマスク３０１に入射する。光源から出射された時のレーザ光のビーム断面内における強度分布は略ガウス分布をなす。マスク３０４において、ビーム径がｄに制限された後も、レーザ光の強度がビームの中心部分に偏る。
【００８９】
符号Ｂは、第２の平行光軸ＳＰ２を経由したレーザ光のビーム断面内における強度分布を示す。レーザ光が、エキスパンダ３０１を通過してマスク３０４に入射する。エキスパンダ３０１にてビーム径が拡大されることにより、ビーム径がｄ以内の領域における強度分布が、上記強度分布Ａよりも均一に近づく。従って、第１の平行光軸ＳＰ１を経由するレーザ光よりもビーム断面内における強度分布が均一なレーザ光が得られる。
【００９０】
符号Ｃは、第３の平行光軸ＳＰ３を経由したレーザ光のビーム断面内における強度分布を示す。レーザ光が、エキスパンダ３０２を通過してマスク３０４に入射する。エキスパンダ３０２におけるビーム径の拡大率は、エキスパンダ３０１におけるビーム径の拡大率よりも大きい。従って、第２の平行光軸ＳＰ２を経由するレーザ光よりもビーム断面内における強度分布が均一なレーザ光が得られる。
【００９１】
符号Ｄは、第４の平行光軸ＳＰ４を経由したレーザ光のビーム断面内における強度分布を示す。レーザ光が、エキスパンダ３０３を通過してマスク３０４に入射する。エキスパンダ３０３におけるビーム径の拡大率は、エキスパンダ３０２におけるビーム径の拡大率よりも大きい。従って、第３の平行光軸ＳＰ３を経由するレーザ光よりもビーム断面内における強度分布が均一なレーザ光が得られる。
【００９２】
以上のように、図１４(ａ)に示された光強度分布切替器によれば、光源から出射されたレーザ光のビーム断面内における強度分布を、強度分布Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤのいずれにも切り替えることができる。
【００９３】
この他、例えば第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４上に、それぞれ光強度調節素子を配置すれば、レーザ光の強度を４段階に切り替えることのできる光強度切替器が実現される。光強度調節素子として、例えばアッテネータを用いることができる。各光強度調節素子におけるレーザ光の強度減衰率は互いに異なる。なお、第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４のうち一つの光軸上には、光強度調節素子を配置しないようにしてもよい。
【００９４】
また、例えば第１〜第４の平行光軸ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４上には、それぞれ１／２波長板を配置してもよい。予め直線偏光されたレーザ光を、入射光軸ＳＩＮを経由してそれら１／２波長板のいずれかに入射させる。１／２波長板の偏光軸の向きを互いに異ならせることにより、レーザ光の直線偏光方向を変化させることができる直線偏光方向切替器が実現される。
【００９５】
また、例えば第１の平行光軸ＳＰ１上には光学素子を配置せずに、第２〜第４の平行光軸ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４上に、それぞれデポーラライザ（depolarizer）、円偏光子、及び楕円偏光子を配置してもよい。なお、デポーラライザは、自己に入射した直線偏光をランダム偏光に変換するものである。予め直線偏光されたレーザ光を、入射光軸ＳＩＮに沿って入射させる。これにより、レーザ光の偏光状態を、直線偏光、ランダム偏光、円偏光、及び楕円偏光のいずれにも切替えることのできる偏光状態切替器が実現される。
【００９６】
図１５は、回転放物面鏡に代えて用いることのできる反射部を示す。反射部は、第１〜第４の微小鏡Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４によって構成されている。第ｉの微小鏡Ｍｉが、第ｉの光軸Ｓｉに沿って入射するレーザ光を、第ｉの平行光軸ＳＰｉに沿う方向へ反射する。（ここでｉは、１以上、４以下の任意の自然数である。）各微小鏡としては、例えば平面鏡、凸面鏡、又は凹面鏡を用いることができる。この反射部を用いれば、高価な回転放物面を用いなくて済む。
【００９７】
また、レーザ光の光学特性の切替え数は特に４段階に限られない。上記第１〜第８の実施例による装置によれば、レーザ光の光学特性を原理的には３段階以上に切り替えることができる。レーザ光の光学特性を２段階のみに切り替えるように設計変更してもよい。また、光源から放射されるレーザ光は、パルスレーザ光であってもよいし、ＣＷレーザ光（連続波）であってもよい。
【００９８】
また、上記第１〜第８の実施例によるビーム径切替器においては、一つの入射光軸ＳＩＮに沿って入射するレーザ光が、一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿って出射するまでの間に経由する光路の空間的位置を段階的に切り替えることとしてもよい。これは、光路の切り替えのために偏向器が作動する期間内は、光源からレーザ光が放射されないようにすることで実現される。光源から放射されるレーザ光がパルスレーザ光である場合には、パルスとその次のパルスとの間の期間内に、偏向器（ガルバノスキャナ、ＡＯＤ、ポリゴンミラー、又は両面鏡）を作動させておくようにすればよい。
【００９９】
また、上記第１〜第８の実施例によるビーム径切替器においては、一つの入射光軸ＳＩＮに沿って入射するレーザ光が、一つの出射光軸ＳＯＵＴに沿って出射するまでの間に経由する光路の空間的位置を、無段階的に移動させることもできる。これは、光路の切り替えのために偏向器が作動する期間も、光源からレーザ光が放射され続けるようにすることで実現される。
【０１００】
また、例えば図１に示されたビーム径調節部１５に代えて、向かい合う一対の回転放物面鏡１１及び１２の間に、それら回転放物面鏡１１及び１２回転対称軸と交差するように配置され、該回転対称軸と垂直な方向にレーザ光の透光率が連続的に変化するように構成された光透過部材を配置すれば、レーザ光の強度を無段階的に調節できる。この他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】実施例によるビーム径調節部の概略図である。
【図３】被加工基板の断面図である。
【図４】他の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図５】さらに他の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図６】さらに他の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図７】さらに他の実施例によるビーム径調節部の概略図である。
【図８】さらに他の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図９】さらに他の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図１０】さらに他の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図１１】さらに他の実施例によるビーム径調節部の概略図である。
【図１２】実施例によるレーザ描画装置の概略図である。
【図１３】(ａ)は実施例によるレーザ描画装置によって描画されたパターンを示す線図であり、(ｂ)はレーザ光のビーム径を変化させないで描画されたパターンを示す線図である。
【図１４】(ａ)は実施例による光強度分布切替器の概略図であり、(ｂ)はレーザ光のビーム断面内における強度分布を表すグラフである。
【図１５】回転放物面鏡に代えて用いることのできる反射部の概略図である。
【符号の説明】
【０１０２】
２  ビーム径切替器（光学装置）
５  ＸＹステージ（保持手段）
１０  第１のガルバノミラー（第１の偏向器）
１１  第１の回転放物面鏡
１２  第２の回転放物面鏡
１３  第２のガルバノミラー（第２の偏向器）
１５  ビーム径調節部（光学特性調節手段）
５３  ガルバノミラー（偏光器）
５４  回転放物面鏡
５５  平面鏡
９１  両面鏡（多反射面体）
９１ａ  両面鏡の表面（第１の反射面）
９１ｂ  両面鏡の裏面（第２の反射面）
９２  第１の回転放物面鏡
９３  第１の凹面鏡
９４  第２の凹面鏡
９５  第２の回転放物面鏡
１０４  ＸＹステージ（保持手段）
Ｗ１  被加工基板（被照射物）
Ｗ２  ウエハ（被照射物）
【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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