(57)【要約】レーザ加工システムは、酸素が光吸収する波長である吸収ラインと、吸収ラインより酸素による光吸収量が少ない波長である非吸収ラインのそれぞれのレーザ光を出力する波長可変レーザ装置と、被加工物にレーザ光を照射する光学システムと、波長可変レーザ装置を制御するレーザ制御部であって、酸素を含むガス中において被加工物の表面をレーザ加工する際に、波長可変レーザ装置が出力するレーザ光の波長を非吸収ラインに設定し、かつ、酸素を含むガス中において被加工物の表面をオゾン洗浄する際に、波長可変レーザ装置が出力するレーザ光の波長を吸収ラインに設定するレーザ制御部と、を備えている。
2018100638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工システムは、以下を備える：
Ａ．酸素が光吸収する波長である吸収ラインと、前記吸収ラインより酸素による光吸収量が少ない波長である非吸収ラインのそれぞれのレーザ光を出力する波長可変レーザ装置；
Ｂ．前記被加工物に前記レーザ光を照射する光学システム；及び
Ｃ．前記波長可変レーザ装置を制御するレーザ制御部であって、酸素を含むガス中において前記被加工物の表面を前記レーザ加工する際に、前記波長可変レーザ装置が出力する前記レーザ光の波長を前記非吸収ラインに設定し、かつ、酸素を含むガス中において前記被加工物の表面をオゾン洗浄する際に、前記波長可変レーザ装置が出力する前記レーザ光の波長を前記吸収ラインに設定するレーザ制御部。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、
前記オゾン洗浄には、前記レーザ加工の後に、前記被加工物の表面からデブリを除去するデブリ洗浄が含まれる。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ加工システムであって、
前記オゾン洗浄には、さらに、前記レーザ加工の前に、前記被加工物の表面に付着した付着物を除去する表面洗浄が含まれる。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、
前記レーザ光は、ＡｒＦエキシマレーザ光である。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザ加工システムは、さらに、以下を備える：
Ｄ：前記被加工物の表面において、前記光学システムが照射する前記レーザ光の照射面積を変化させる照射面積可変機構；及び
Ｅ：前記照射面積可変機構を制御して、前記オゾン洗浄の際における前記照射面積を、前記レーザ加工の際における前記照射面積よりも大きくするレーザ加工制御部。
【請求項６】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、
前記波長可変レーザ装置は、マスターオシレータと、マスターオシレータが出力する前記レーザ光を増幅する増幅器とを含む。
【請求項７】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、
前記レーザ制御部は、前記レーザ加工時と前記オゾン洗浄時とで、前記レーザ光のエネルギを変更する。
【請求項８】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、
Ｆ：前記波長可変レーザ装置が出力する前記レーザ光の透過率を変化させて、前記レーザ光のエネルギを変化させるアッテネータを備えている。
【請求項９】
請求項１に記載のレーザ加工システムは、さらに、以下を備える：
Ｇ：前記被加工物を囲うシールド；及び
Ｈ：前記シールド内に前記酸素を含むガスを供給するガス供給口。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ加工システムは、さらに、以下を備える：
Ｉ：前記シールド内のガスを吸引により排気する排気装置。
【請求項１１】
被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工方法は、以下のステップを備える：
Ａ．波長可変レーザ装置が出力する前記レーザ光の波長を、酸素が光吸収する波長である吸収ラインよりも光吸収量が少ない波長である非吸収ラインに設定する非吸収ライン設定ステップ；
Ｂ．前記酸素を含むガス中において、前記非吸収ラインの前記レーザ光を前記被加工物に照射して、前記レーザ加工を行うレーザ加工ステップ；
Ｃ．波長可変レーザ装置が出力する前記レーザ光の波長を、前記吸収ラインに設定する第１吸収ライン設定ステップ；及び
Ｄ．前記酸素を含むガス中において、前記吸収ラインの前記レーザ光を前記被加工物に照射して、被加工物の表面のデブリをオゾン洗浄するデブリ洗浄ステップ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザ加工方法であって、
Ｅ．前記第１非吸収ライン設定ステップ及び前記レーザ加工ステップの前に、波長可変レーザ装置が出力する前記レーザ光の波長を、前記吸収ラインに設定する第２吸収ライン設定ステップ；及び
Ｆ．前記第２吸収ライン設定ステップの後、かつ、前記非吸収ライン設定ステップ及び前記レーザ加工ステップの前に、前記酸素を含むガス中において、前記吸収ラインの前記レーザ光を前記被加工物に照射して、被加工物の表面の付着物をオゾン洗浄する表面洗浄ステップ。
【請求項１３】
被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工システムは、以下を備える：
Ａ．酸素が光吸収する波長である吸収ラインと、前記吸収ラインより酸素による光吸収量が少ない波長である非吸収ラインとの間でレーザ光の波長を変化させて出力することが可能な波長可変レーザ装置；
Ｂ．前記被加工物に前記レーザ光を照射する光学システム；
Ｃ．前記被加工物に対する前記レーザ加工の本加工を行う前のプレ加工において、前記吸収ラインと前記非吸収ラインとの間で前記レーザ光の波長を変化させながら、前記被加工物の表面に複数の波長で前記レーザ光が照射されるように前記波長可変レーザ装置を制御するレーザ制御部；
Ｄ．前記複数の波長で行った前記プレ加工の加工状態に基づいて、前記本加工に使用する前記レーザ光の最適波長を選択する最適波長選択部。
【請求項１４】
請求項１３に記載のレーザ加工システムは、さらに、以下を備える；
Ｅ．前記最適波長選択部が選択した最適波長で前記本加工を行うレーザ加工装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載のレーザ加工システムは、さらに、以下を備える；
Ｆ．前記被加工物の表面を撮像して、前記複数の波長で行った前記プレ加工の波長毎の前記加工状態を表す観察画像を記録する観察装置；及び
Ｇ．前記観察画像に基づいて、前記本加工に使用する最適波長を選択する最適波長選択部。
【請求項１６】
請求項１３に記載のレーザ加工システムは、さらに、以下を備える：
Ｈ：前記被加工物を囲うシールド；及び
Ｉ：前記シールド内に前記酸素を含むガスを供給するガス供給口。
【請求項１７】
請求項１６に記載のレーザ加工システムは、さらに、以下を備える：
Ｊ：前記シールド内のガスを吸引により排気する排気装置。
【請求項１８】
請求項１３に記載のレーザ加工システムは、さらに、以下を備える；
Ｋ．前記プレ加工において、前記波長が変化する毎に、前記被加工物の表面に対して照射される前記レーザ光の照射位置を移動するステージ。
【請求項１９】
被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工方法は、以下のステップを備える：
Ａ．酸素が光吸収する波長である吸収ラインと、前記吸収ラインより酸素による光吸収量が少ない波長である非吸収ラインとの間でレーザ光の波長を変化させて出力することが可能な波長可変レーザ装置を用い、前記吸収ラインと前記非吸収ラインとの間で、前記波長可変レーザ装置が出力する前記レーザ光の波長を変化させながら、前記被加工物の表面に複数の波長で前記レーザ光を照射して、前記被加工物に対する前記レーザ加工の本加工を行う前にプレ加工を行うプレ加工ステップ；及び
Ｂ．前記複数の波長で行った前記プレ加工の加工状態に基づいて、前記本加工に使用する前記レーザ光の波長を選択する波長選択ステップ。
【請求項２０】
請求項１９に記載のレーザ加工方法は、さらに、以下を備える；
Ｃ．前記最適波長選択部が選択した最適波長で前記本加工を行う本加工ステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ加工システム及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。【０００３】
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。【０００４】
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００pmと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化部（Line  Narrow  Module）が設けられ、この狭帯域化部によりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。【０００５】
また、エキシマレーザ光はパルス幅が約数１０ｎｓであって、波長はそれぞれ、２４８．４ｎｍと１９３．４ｎｍと短い。こうした特性を利用して、エキシマレーザ光は、露光用途以外に、高分子材料やガラス材料等の直接加工に用いられることがある。高分子材料は、結合エネルギよりも高いフォトンエネルギをもつエキシマレーザ光によって、高分子材料の結合を切断できる。そのため、非加熱加工が可能となり、加工形状が綺麗になることが知られている。また、ガラスやセラミックス等はエキシマレーザ光に対する吸収率が高いので、可視及び赤外線レーザ光では加工することが難しい材料の加工もできることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８４７９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２２４８３９号公報
【特許文献３】特許３７９９０６０号公報
【特許文献４】特開平３−１５７９１７号公報
【特許文献５】特開２０００−０３１５７４号公報
【概要】
【０００７】
本開示の１つの観点に係るレーザ加工システムは、被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工システムであって、波長可変レーザ装置、光学システム、及びレーザ制御部を備える。波長可変レーザ装置は、酸素が光吸収する波長である吸収ラインと、吸収ラインより酸素による光吸収量が少ない波長である非吸収ラインのそれぞれのレーザ光を出力する。光学システムは、被加工物にレーザ光を照射する。レーザ制御部は、波長可変レーザ装置を制御するレーザ制御部であって、酸素を含むガス中において被加工物の表面をレーザ加工する際に、波長可変レーザ装置が出力するレーザ光の波長を非吸収ラインに設定し、かつ、酸素を含むガス中において被加工物の表面をオゾン洗浄する際に、波長可変レーザ装置が出力するレーザ光の波長を吸収ラインに設定する。
【０００８】
本開示の１つの観点に係るレーザ加工方法は、被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、非吸収ライン設定ステップ、レーザ加工ステップ、第１吸収ライン設定ステップ、及びデブリ洗浄ステップを備える。非吸収ライン設定ステップは、波長可変レーザ装置が出力するレーザ光の波長を、酸素が光吸収する波長である吸収ラインよりも光吸収量が少ない波長である非吸収ラインに設定する。レーザ加工ステップは、酸素を含むガス中において、非吸収ラインのレーザ光を被加工物に照射して、レーザ加工を行う。第１吸収ライン設定ステップは、波長可変レーザ装置が出力するレーザ光の波長を、吸収ラインに設定する。デブリ洗浄ステップは、酸素を含むガス中において、吸収ラインのレーザ光を被加工物に照射して、被加工物の表面のデブリをオゾン洗浄する。
【０００９】
本開示の１つの観点に係るレーザ加工システムは、被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工システムであって、波長可変レーザ装置、光学システム、レーザ制御部、及び最適波長選択部を備える。波長可変レーザ装置は、酸素が光吸収する波長である吸収ラインと、吸収ラインより酸素による光吸収量が少ない波長である非吸収ラインとの間でレーザ光の波長を変化させて出力することが可能である。光学システムは、被加工物にレーザ光を照射する。レーザ制御部は、被加工物に対するレーザ加工の本加工を行う前のプレ加工において、吸収ラインと非吸収ラインとの間でレーザ光の波長を変化させながら、被加工物の表面に複数の波長でレーザ光が照射されるように波長可変レーザ装置を制御する。最適波長選択部は、複数の波長で行ったプレ加工の加工状態に基づいて、本加工に使用するレーザ光の最適波長を選択する。
【００１０】
本開示の１つの観点に係るレーザ加工方法は、被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、プレ加工ステップ及び波長選択ステップを備える。プレ加工ステップは、酸素が光吸収する波長である吸収ラインと、吸収ラインより酸素による光吸収量が少ない波長である非吸収ラインとの間でレーザ光の波長を変化させて出力することが可能な波長可変レーザ装置を用い、吸収ラインと非吸収ラインとの間で、波長可変レーザ装置が出力するレーザ光の波長を変化させながら、被加工物の表面に複数の波長でレーザ光を照射して、被加工物に対するレーザ加工の本加工を行う前にプレ加工を行う。波長選択ステップは、複数の波長で行ったプレ加工の加工状態に基づいて、本加工に使用するレーザ光の波長を選択する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、比較例に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す。
【図２】図２は、比較例のレーザ加工手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、比較例のレーザ加工の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、自然発振した場合のレーザ光のスペクトル波形と、酸素による光吸収を示すグラフである。
【図５】図５は、第１実施形態のレーザ加工システムの構成を概略的に示す。
【図６】図６は、酸素による光の吸収特性を示すグラフである。
【図７】図７は、第１実施形態のレーザ加工とオゾン洗浄を両方行う場合のレーザ加工手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第１実施形態の表面洗浄の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、第１実施形態のレーザ加工の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、第１実施形態のデブリ洗浄の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第１実施形態における、レーザ加工とオゾン洗浄を行う場合の被加工物の状態遷移を示す。図１１Ａは、表面洗浄前の状態を示す。図１１Ｂは、表面洗浄時の状態を示す。図１１Ｃは、レーザ加工開始直後の状態を示す。図１１Ｄは、レーザ加工後の状態を示す。図１１Ｅは、デブリ洗浄時の状態を示す。図１１Ｆは、デブリ洗浄後の状態を示す。
【図１２】図１２は、第１実施形態の表面洗浄の変形例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、第１実施形態のデブリ洗浄の変形例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、第２実施形態のレーザ加工システムの構成を概略的に示す。
【図１５】図１５は、第２実施形態の表面洗浄の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、第２実施形態のデブリ洗浄の処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、第２実施形態における、レーザ加工とオゾン洗浄を行う場合の被加工物及び集光レンズの状態遷移を示す。図１７Ａは、表面洗浄前の状態を示す。図１７Ｂは、表面洗浄時の状態を示す。図１７Ｃは、レーザ加工開始直後の状態を示す。図１７Ｄは、レーザ加工後の状態を示す。図１７Ｅは、デブリ洗浄時の状態を示す。図１７Ｆは、デブリ洗浄後の状態を示す。
【図１８】図１８は、第３実施形態のレーザ加工システムの構成を概略的に示す。
【図１９】図１９は、最適波長の探索の説明図である。
【図２０】図２０は、第３実施形態のレーザ加工手順を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、最適波長の探索の処理手順を示すフローチャートの前半である。
【図２２】図２２は、最適波長の探索の処理手順を示すフローチャートの後半である。
【図２３】図２３は、最適波長の探索において波長を変化させる様子を示す説明図である。図２３Ａにおいてλ１が使用され、図２３Ｂにおいてλ２が使用され、図２３Ｃにおいてλ３が使用され、図２３Ｄにおいてλ４が使用される。
【図２４】図２４は、評価値テーブルの説明図である。
【図２５】図２５は、評価値の算出方法の１例を示す説明図である。
【図２６】図２６は、最適波長でレーザ加工を行う場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図２７】図２７は、評価値の算出方法の別の例を示す説明図である。
【図２８】図２８は、レーザ加工装置の変形例１の説明図である。
【図２９】図２９は、レーザ加工装置の変形例２の説明図である。
【図３０】図３０は、レーザ加工装置の変形例３の説明図である。
【図３１】図３１は、シールドの変形例の説明図である。
【図３２】図３２は、レーザ装置の変形例１の説明図である。
【図３３】図３３は、レーザ装置の変形例２の説明図である。
【図３４】図３４は、図３３のレーザ装置における固体レーザ装置の変形例の説明図である。
【実施形態】
【００１２】
＜内容＞
１．概要
２．比較例に係るレーザ加工システム
２．１  レーザ加工システムの構成
２．２  レーザ加工システムの動作
２．３  課題
３．第１実施形態のレーザ加工システム
３．１  構成
３．２  動作
３．３  作用
３．４  変形例
４．第２実施形態のレーザ加工システム
４．１  構成
４．２  動作
４．３  作用
４．４  変形例
５．第３実施形態のレーザ加工システム
５．１  構成
５．２  動作
５．３  作用
６．レーザ加工装置の変形例
６．１  変形例１
６．２  変形例２
６．３  変形例３
７．レーザ装置の変形例
７．１  変形例１
７．２  変形例２
８．  ７．２の変形例２における固体レーザ装置の変形例
【００１３】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１４】
１．概要
本開示は、被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工システムに関する。
【００１５】
２．比較例に係るレーザ加工システム
２．１  レーザ加工システムの構成
図１は、比較例に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す。レーザ加工システム２は、レーザ装置３と、レーザ加工装置４とを備えている。レーザ装置３とレーザ加工装置４は光路管５によって接続されている。
【００１６】
レーザ装置３は、マスターオシレータＭＯと、モニタモジュール１１と、シャッタ１２と、レーザ制御部１３とを含んでいる。レーザ装置３は、レーザ媒質として、アルゴン（Ａｒ）及びフッ素（Ｆ）を含むＡｒＦレーザガスを使用する、ＡｒＦエキシマレーザ装置である。レーザ装置３は、中心波長が約１９３．４０ｎｍのパルスレーザ光を出力する。
【００１７】
マスターオシレータＭＯは、レーザチャンバ２１と、一対の電極２２ａ及び２２ｂと、充電器２３と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）２４とを含んでいる。図１においては、レーザ光の進行方向に略垂直な方向からみたレーザチャンバ２１の内部構成が示されている。
【００１８】
レーザチャンバ２１は、ＡｒＦレーザガスが封入されるチャンバである。一対の電極２２ａ及び２２ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための電極として、レーザチャンバ２１内に配置されている。
【００１９】
レーザチャンバ２１には開口が形成され、この開口を電気絶縁部２８が塞いでいる。電極２２ａは電気絶縁部２８に支持され、電極２２ｂはリターンプレート２１ｄに支持されている。このリターンプレート２１ｄは図示しない配線でレーザチャンバ２１の内面と接続されている。電気絶縁部２８には、導電部が埋め込まれている。導電部は、パルスパワーモジュール２４から供給される高電圧を電極２２ａに印加する。
【００２０】
充電器２３は、パルスパワーモジュール２４の中の図示しない充電コンデンサに所定の電圧で充電する直流電源装置である。パルスパワーモジュール２４は、レーザ制御部１３によって制御されるスイッチ２４ａを含んでいる。スイッチ２４ａがＯＦＦからＯＮになると、パルスパワーモジュール２４は、充電器２３に保持されていた電気エネルギからパルス状の高電圧を生成し、この高電圧を一対の電極２２ａ及び２２ｂ間に印加する。
【００２１】
一対の電極２２ａ及び２２ｂ間に高電圧が印加されると、一対の電極２２ａ及び２２ｂ間の絶縁が破壊され、放電が起こる。この放電のエネルギにより、レーザチャンバ２１内のレーザ媒質が励起されて高エネルギ準位に移行する。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギ準位に移行するとき、そのエネルギ準位差に応じた光を放出する。
【００２２】
レーザチャンバ２１の両端には、ウインドウ２１ａ及び２１ｂが設けられている。レーザチャンバ２１内で発生した光は、ウインドウ２１ａ及び２１ｂを介してレーザチャンバ２１の外部に出射する。
【００２３】
マスターオシレータＭＯは、さらに、リアミラー２６と、出力結合ミラー２７とを含んでいる。リアミラー２６には高反射膜がコートされており、出力結合ミラー２７には部分反射膜がコートされている。リアミラー２６は、レーザチャンバ２１のウインドウ２１ａから出射された光を高い反射率で反射してレーザチャンバ２１に戻す。出力結合ミラー２７は、レーザチャンバ２１のウインドウ２１ｂから出力される光のうちの一部を透過させて出力し、他の一部を反射させてレーザチャンバ２１内に戻す。
【００２４】
従って、リアミラー２６と出力結合ミラー２７とで、光共振器が構成される。レーザチャンバ２１は、光共振器の光路上に配置される。レーザチャンバ２１から出射した光は、リアミラー２６と出力結合ミラー２７との間で往復し、電極２２ａと電極２２ｂとの間のレーザゲイン空間を通過する度に増幅される。増幅された光の一部が、出力結合ミラー２７を介して、パルスレーザ光として出力される。
【００２５】
モニタモジュール１１は、マスターオシレータＭＯを出射したパルスレーザ光の光路上に配置されている。モニタモジュール１１は、例えば、ビームスプリッタ１１ａと、光センサ１１ｂとを含んでいる。
【００２６】
ビームスプリッタ１１ａは、マスターオシレータＭＯから出射したパルスレーザ光を高い透過率でシャッタ１２に向けて透過させるとともに、パルスレーザ光の一部を光センサ１１ｂの受光面に向けて反射する。光センサ１１ｂは、受光面に入射したパルスレーザ光のパルスエネルギを検出し、検出されたパルスエネルギのデータをレーザ制御部１３に出力する。
【００２７】
レーザ制御部１３は、レーザ加工制御部３２との間で各種信号を送受信する。例えば、レーザ制御部１３は、レーザ加工制御部３２から、発光トリガＴｒ、目標パルスエネルギＥｔのデータ等を受信する。また、レーザ制御部１３は、充電器２３に対して充電電圧の設定信号を送信し、かつ、パルスパワーモジュール２４に対してスイッチ２４ａのＯＮ又はＯＦＦの指令信号を送信する。
【００２８】
レーザ制御部１３は、モニタモジュール１１からパルスエネルギのデータを受信し、受信したパルスエネルギのデータを参照して充電器２３の充電電圧を制御する。充電器２３の充電電圧を制御することにより、パルスレーザ光のパルスエネルギが制御される。
【００２９】
シャッタ１２は、モニタモジュール１１のビームスプリッタ１１ａを透過したパルスレーザ光の光路に配置される。レーザ制御部１３は、レーザ発振の開始後、モニタモジュール１１から受信するパルスエネルギと目標パルスエネルギＥｔとの差が許容範囲内となるまでの間は、シャッタ１２を閉じるように制御する。レーザ制御部１３は、モニタモジュール１１から受信するパルスエネルギと目標パルスエネルギＥｔとの差が許容範囲内となったら、シャッタ１２を開くように制御する。レーザ制御部１３は、シャッタ１２の開閉信号と同期して、パルスレーザ光の発光トリガＴｒの受け付けが可能となったことを表す信号を、レーザ加工制御部３２に送信する。
【００３０】
レーザ加工装置４は、レーザ加工制御部３２と、テーブル３３と、ＸＹＺステージ３４と、光学システム３６と、筐体３７と、フレーム３８とを含んでいる。筐体３７内には光学システム３６が配置される。フレーム３８には、筐体３７とＸＹＺステージ３４が固定される。
【００３１】
テーブル３３は、被加工物４１を支持する。被加工物４１は、パルスレーザ光が照射されてレーザ加工が行われる対象であり、例えば、炭素原子を含む材料である。ＸＹＺステージ３４は、テーブル３３を支持している。ＸＹＺステージ３４は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能であり、テーブル３３の位置を調整することにより、被加工物４１の位置を調整可能である。ＸＹＺステージ３４は、光学システム３６から出射するパルスレーザ光が照射されるように被加工物４１の位置を調整する。
【００３２】
光学システム３６は、例えば、高反射ミラー３６ａ〜３６ｃと、集光レンズ３６ｄとを備えている。高反射ミラー３６ａ〜３６ｃ及び集光レンズ３６ｄは、それぞれが図示しないホルダに固定されており、筐体３７内において所定の位置に配置されている。
【００３３】
高反射ミラー３６ａ〜３６ｃは、紫外領域のパルスレーザ光を高い反射率で反射する。高反射ミラー３６ａは、レーザ装置３から入力されたパルスレーザ光を高反射ミラー３６ｂに向けて反射し、高反射ミラー３６ｂは、パルスレーザ光を、高反射ミラー３６ｃに向けて反射する。高反射ミラー３６ｃは、パルスレーザ光を集光レンズ３６ｄに向けて反射する。高反射ミラー３６ａ〜３６ｃは、例えば、合成石英やフッ化カルシウムで形成された透明基板の表面に、パルスレーザ光を高反射する反射膜がコートされている。
【００３４】
集光レンズ３６ｄは、入射したパルスレーザ光を、ウインドウ４２を介して被加工物４１の表面に集光するように配置される。ウインドウ４２は、集光レンズ３６ｄと被加工物４１との間の光路上に配置されており、筐体３７に形成された開口にＯリング（図示せず）によってシールされた状態で固定される。
【００３５】
筐体３７の内部には、レーザ加工システム２の稼働中、不活性ガスである窒素（Ｎ2）ガスが常時流れている。筐体３７には、窒素ガスを筐体３７に吸入する吸入ポート３７ａと、筐体３７から窒素ガスを外部に排出する排出ポート３７ｂが設けられている。吸入ポート３７ａ及び排出ポート３７ｂには、図示しない吸気管や排出管を接続できるようになっている。吸入ポート３７ａ及び排出ポート３７ｂは、吸気管や排出管を接続した状態では、筐体３７内に外気が混入するのを抑制するようにＯリング（図示せず）によってシールされている。吸入ポート３７ａには、窒素ガス供給源４３が接続される。
【００３６】
光路管５内も窒素ガスが流れており、光路管５も、レーザ加工装置４の接続部分と、レーザ装置３との接続部分とにおいてＯリングでシールされている。
【００３７】
被加工物４１に向けてパルスレーザ光を出射するウインドウ４２と、被加工物４１との間は、空気中となっている。
【００３８】
２．２  レーザ加工システムの動作
図２及び図３を参照しながら、レーザ加工システム２の動作を説明する。図２に示すように、レーザ加工を行う場合には、被加工物４１がＸＹＺステージ３４のテーブル３３にセットされる（Ｓ１００）。レーザ加工制御部３２は、初期の加工位置の位置データをＸＹＺステージ３４にセットする（Ｓ１１０）。ＸＹＺステージ３４で、被加工物４１を初期のレーザ加工位置に移動する（Ｓ１２０）。具体的には、被加工物４１は、ＸＹ平面内の位置と、Ｚ軸方向の位置が位置決めされる。Ｚ軸方向の位置について、レーザ加工制御部３２は、集光レンズ３６ｄから出射するパルスレーザ光が、被加工物４１の表面において所望の照射径Ｄで集光される位置に被加工物４１が移動される。ここで本明細書では、パルスレーザ光の照射径Ｄは、被加工物４１の表面に照射されるパルスレーザビームの直径と定義する。
【００３９】
被加工物４１の位置決めが終了すると、レーザ加工が行われる（Ｓ１３０）。レーザ加工は、図３に示すフローチャートに従って行われる。レーザ加工制御部３２は、被加工物４１の表面に照射されるパルスレーザ光が、レーザ加工に必要な所望のフルーエンスＦｍとなるようにパルスエネルギを制御する。具体的には、レーザ加工制御部３２は、所望のフルーエンスＦｍとなるように、レーザ装置３のレーザ制御部１３に対して、目標パルスエネルギＥｔとしてレーザ加工時に必要なパルスエネルギＥｍを送信する。これにより、レーザ制御部１３において、目標パルスエネルギＥｔがレーザ加工時に必要なパルスエネルギＥｍに設定される（Ｓ１３１）。
【００４０】
ここで、フルーエンスＦとは、パルスレーザ光が照射される被加工物４１の表面における、パルスレーザ光のエネルギ密度であり、光学システム３６のロスが無視できる場合は、下記式（１）で定義される。
Ｆ＝Ｅｔ／Ｓ［ｍＪ／ｃｍ2］・・・・・・（１）
ここで、Ｓは照射面積であり、照射径をＤとすると、Ｓ＝π（Ｄ／２）2［ｃｍ2］となる。
【００４１】
そして、レーザ加工時の照射面積をＳｍ、レーザ加工時に必要な目標パルスエネルギをＥｍとすると、レーザ加工に必要なフルーエンスＦｍは、下記式（２）で定義される。
Ｆｍ＝Ｅｍ／Ｓｍ［ｍＪ／ｃｍ2］となる。
【００４２】
また、レーザ加工制御部３２は、マスターオシレータＭＯをレーザ発振させるタイミング信号である外部トリガとして、発光トリガＴｒをレーザ制御部１３に送信する。
【００４３】
レーザ制御部１３は、レーザ加工制御部３２から目標パルスエネルギＥｔを受信すると、シャッタ１２を閉じて、充電器２３を作動させる。そして、レーザ制御部１３は、図示しない内部トリガによってパルスパワーモジュール２４のスイッチ２４ａをＯＮする。これにより、マスターオシレータＭＯはレーザ発振する。
【００４４】
モニタモジュール１１は、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光をサンプルして、パルスエネルギの実測値であるパルスエネルギＥを計測する。レーザ制御部１３は、パルスエネルギＥと目標パルスエネルギＥｔとの差ΔＥが０に近づくように、充電器２３の充電電圧を制御する。具体的には、レーザ制御部１３は、ΔＥが許容範囲になるように充電電圧を制御する（Ｓ１３２）。
【００４５】
レーザ制御部１３は、ΔＥが許容範囲となった場合（Ｓ１３２でＹ）、レーザ加工制御部３２に対して、発光トリガＴｒの受信準備が完了したことを知らせる受信準備完了信号を送信し、かつ、シャッタ１２を開ける。これにより、レーザ装置３は、発光トリガＴｒの受信準備完了状態となる（Ｓ１３３）。
【００４６】
レーザ加工制御部３２は、受信準備完了信号を受信したら、所定の繰り返し周波数ｆと所定のパルス数Ｎで規定される発光トリガＴｒを、レーザ制御部１３に送信する。その結果、発光トリガＴｒに同期して、モニタモジュール１１のビームスプリッタ１１ａを透過したパルスレーザ光は、レーザ加工装置４に入射する。
【００４７】
レーザ加工装置４に入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー３６ａ〜３６ｃを経由して集光レンズ３６ｄに入射する。集光レンズ３６ｄを透過したパルスレーザ光は、ウインドウ４２と空気を介して被加工物４１の表面に集光されて照射される。このように、レーザ加工に必要な繰り返し周波数ｆ及びパルス数Ｎで規定される発光トリガＴｒに従ってレーザ照射が行われる（Ｓ１３４）。このレーザ照射により、被加工物４１に対してレーザ加工が施される。
【００４８】
初期の加工位置に対するレーザ加工が終了した場合は、レーザ加工制御部３２は、次の加工位置がある場合（Ｓ１４０でＮ）には、次の加工位置のデータをＸＹＺステージ３４にセットする（Ｓ１５０）。そして、ＸＹＺステージ３４で、被加工物４１を次の加工位置に移動する（Ｓ１２０）。次の加工位置において、被加工物４１に対してレーザ加工が行われる（Ｓ１３０）。次の加工位置が無い場合は、レーザ加工が終了する（Ｓ１４０でＹ）。こうした手順が、すべての加工位置に対するレーザ加工が終了するまで繰り返される。
【００４９】
２．３  課題
図４は、ＡｒＦエキシマレーザ光の狭帯域化しない自然発振（Free Running）のスペクトル波形ＦＲを示す。スペクトル波形ＦＲは、中心波長が約１９３．４ｎｍであり、スペクトル線幅が半値全幅（ＦＷＨＭ）で約４５０ｐｍである。酸素は、レーザ光を吸収する吸収帯である複数の吸収ラインを有していることが知られている。従って、図４に示すように、酸素を含むガス中、例えば、空気中において自然発振した場合のスペクトル波形ＦＲairは、複数の吸収ラインにおいてエネルギの吸収が生じる。このため、スペクトル波形ＦＲａｉｒは、酸素を含まない窒素ガス（Ｎ2）中におけるスペクトル波形ＦＲN2と比較して、複数の吸収ラインにおいて光強度Ｉの落ち込みが生じる。ここで、図４の縦軸の相対強度は、光強度Ｉを規格化した値である。
【００５０】
例えば、特開平３−１５７９１７号公報に記載されているように、波長１７５ｎｍから２５０ｎｍにおける吸収ラインは、Ｓｃｈｕｍａｎｎ−Ｒｕｎｇｅ帯の吸収遷移によるものであり、ブランチＰ（１１）、Ｒ（１３）、Ｐ（１３）、Ｒ（１５）、Ｐ（１５）、Ｒ（１７）、Ｐ（１７）、Ｒ（１９）、Ｐ（１９）、Ｒ（２１）、Ｐ（２１）、Ｒ（２３）、Ｐ（２３）、Ｒ（２５）で表される吸収帯に相当する。図４に示すように、ＡｒＦエキシマレーザ光のスペクトル波形ＦＲａｉｒにおいては、これらのブランチに相当する吸収ラインにおいて光強度Ｉが落ち込む。
【００５１】
このように、酸素を含むガス中を自然発振のＡｒＦエキシマレーザ光が透過すると、酸素の光吸収によって以下の課題が発生する可能性がある。第１に、酸素の光吸収によってスペクトル波形ＦＲがところどころ欠ける。そのため、酸素を含むガスがパルスレーザ光を吸収することによって、温度が上昇し、屈折率分布が発生する。その結果、酸素を含むガス中をパルスレーザ光が透過することによって、パルスレーザ光の波面が歪む。パルスレーザ光の波面が歪むと、集光レンズ３６ｄによる集光性能が低下し、被加工物４１に照射される照射径Ｄが広くなることによって、フルーエンスＦが低下する可能性がある。その結果、被加工物４１に対する加工精度が悪化する可能性があった。
【００５２】
第２に、酸素の光吸収が生じるとＡｒＦエキシマレーザ光の光強度Ｉが低下する。レーザ加工においては、レーザリソグラフィーと比較して高いパルスエネルギが必要になるため、光強度Ｉの低下をできる限り抑制したいという要望がある。この課題に対する解決策としては、ウインドウ４２からテーブル３３上の被加工物４１に至るパルスレーザ光の照射光路を、例えば、窒素ガスを充填し、酸素を含まない雰囲気とする方法が考えられる。こうすれば、酸素による光吸収が抑制されるため、加工精度の向上や光強度Ｉの低下の抑制が可能となる。
【００５３】
一方、酸素の光吸収による課題とは別に、レーザ加工においては、次のような要望もある。すなわち、パルスレーザ光の照射によって加工位置でアブレーションが発生し、加工位置の近傍にデブリが発生する。加工面の状態を高品位にするためにはデブリを除去する必要がある。デブリを除去するデブリ洗浄の方法として、ＵＶ（Ultraviolet）オゾン洗浄が考えられる。ＵＶオゾン洗浄について、以下、単にオゾン洗浄と呼ぶ。
【００５４】
オゾン洗浄の原理は、次のとおりである。紫外線によって、空気中などに含まれる酸素分子（Ｏ2）が酸素原子（Ｏ）に分解される。分解された酸素原子（Ｏ）は空気中の酸素分子（Ｏ2）と結合して、オゾン（Ｏ3）が生成される。発生したオゾンに紫外線が照射されると、オゾンは分解されて励起状態の活性酸素を発生する。一方、デブリが有機物質の場合は、紫外線の照射により有機物質の結合も分解される。オゾンの分解によって生成された活性酸素は、分解された有機物質と結合して、ＣＯ2ガスとなり、加工位置に生じるデブリを除去することができる。
【００５５】
ＡｒＦエキシマレーザ光は紫外線であるため、こうしたオゾン洗浄に利用することが検討されている。この場合には、例えば、ウインドウ４２から被加工物４１へ至るパルスレーザ光の照射光路中を、空気中など酸素を含む雰囲気とする必要がある。こうすれば、パルスレーザ光が、酸素及び有機物質からなるデブリを分解するため、デブリのオゾン洗浄が実現される。
【００５６】
しかし、上述のように、レーザ加工時においては、ＡｒＦエキシマレーザ光の一部を酸素が光吸収することによって生じる課題がある。そのため、酸素の光吸収によって生じる課題の解決と、オゾン洗浄の両方を実現する方法としては、次の２つの方法が考えられる。１つは、レーザ加工システム２とは別のオゾン洗浄装置を利用する方法であるが、この方法は、レーザ加工システム２の他にオゾン洗浄装置を用意するコストが掛かる。加えて、レーザ加工システム２とオゾン洗浄装置の２つの装置の間で被加工物４１をセットし直す必要があるため、レーザ加工のスループットが低下するという課題がある。もう１つは、ウインドウ４２と被加工物４１へ至るパルスレーザ光の照射光路中の雰囲気を、例えば、レーザ加工時には窒素ガスなど酸素を含まないガスとし、オゾン洗浄時には、空気など酸素を含むガスに置換する方法である。しかし、ガスを置換する方法は、時間も手間も掛かるため、やはりレーザ加工のスループットが低下するという課題がある。
【００５７】
３．第１実施形態のレーザ加工システム
３．１  構成
図５は、第１実施形態に係るレーザ加工システム２Ａの構成を概略的に示す。第１実施形態のレーザ加工システム２Ａは、図１を参照しながら説明した比較例のレーザ加工システム２のレーザ装置３及びレーザ加工装置４に代えて、レーザ装置３Ａ及びレーザ加工装置４Ａを備えている。第１実施形態の以下の説明において、比較例のレーザ加工システム２との相違点を中心に説明する。
【００５８】
第１実施形態のレーザ装置３Ａは、比較例のレーザ装置３と同様に、レーザ媒質としてＡｒＦレーザガスを使用するＡｒＦエキシマレーザ装置である。
【００５９】
第１実施形態のレーザ装置３Ａは、マスターオシレータＭＯにおいて、リアミラー２６の代わりに狭帯域化（ＬＮＭ:Line Narrowing Module）モジュール５１が配置されている。狭帯域化モジュール５１は、ビーム拡大プリズム５１ａと、グレーティング５１ｂと、回転ステージ５１ｃと、を含んでいる。ビーム拡大プリズム５１ａは、レーザチャンバ２１のウインドウ２１ａから出射された光のビーム幅を拡大させて、その光をグレーティング５１ｂに入射させる。また、ビーム拡大プリズム５１ａは、グレーティング５１ｂからの反射光のビーム幅を縮小させるとともに、その光を、ウインドウ２１ａを介して、レーザチャンバ２１内の放電空間に戻す。
【００６０】
グレーティング５１ｂは、表面の物質が高反射率の材料によって構成され、表面に多数の溝が所定間隔で形成されている。グレーティング５１ｂは、分散光学素子である。各溝は、例えば、断面形状が直角三角形の溝である。ビーム拡大プリズム５１ａからグレーティング５１ｂに入射した光は、これらの溝によって反射されるとともに、光の波長に応じた方向に回折させられる。グレーティング５１ｂは、ビーム拡大プリズム５１ａからグレーティング５１ｂに入射する光の入射角と、所望波長の回折光の回折角とが一致するようにリトロー配置されている。これにより、所望の波長付近の光がビーム拡大プリズム５１ａを介してレーザチャンバ２１に戻される。
【００６１】
回転ステージ５１ｃは、ビーム拡大プリズム５１ａを支持しており、Ｚ軸周りにビーム拡大プリズム５１ａを回転させる。ビーム拡大プリズム５１ａを回転させることにより、グレーティング５１ｂに対する光の入射角度が変更される。従って、ビーム拡大プリズム５１ａを回転させることにより、グレーティング５１ｂからビーム拡大プリズム５１ａを介してレーザチャンバ２１に戻る光の波長を選択することができる。このようにレーザ装置３Ａは、出力するパルスレーザ光の波長を変化させることが可能な波長可変レーザ装置に相当する。
【００６２】
レーザ加工システム２Ａは、被加工物４１に対するレーザ加工に加えて、被加工物４１の表面をオゾン洗浄する機能を備えている。レーザ加工システム２Ａは、狭帯域化モジュール５１により、レーザ加工時に後述する非吸収ラインの波長を選択して使用し、オゾン洗浄時には吸収ラインの波長を選択して使用するというように、パルスレーザ光の波長の使い分けが可能である。
【００６３】
レーザ制御部１３Ａは、比較例のレーザ制御部１３と異なり、発光トリガＴｒ及び目標パルスエネルギＥｔに加えて、レーザ加工制御部３２Ａから目標波長λｔを受信する。レーザ制御部１３Ａは、受信した目標波長λｔに応じて、狭帯域化モジュール５１を制御して、レーザ装置３Ａが出力するパルスレーザ光の波長を設定する。
【００６４】
レーザ加工制御部３２Ａは、被加工物４１の表面をレーザ加工する際には、レーザ加工に使用する波長λｍを、目標波長λｔとしてレーザ制御部１３Ａに送信し、被加工物４１の表面をオゾン洗浄する際には、オゾン洗浄に使用する波長λｏ２ａｂｓを、目標波長λｔとしてレーザ制御部１３Ａに送信する。
【００６５】
図６は、酸素がレーザ光を吸収する酸素の吸収特性を示すグラフである。図６において、縦軸は酸素がレーザ光を吸収する吸収係数ηであり、横軸は波長である。図４にも示したように、酸素によるレーザ光の吸収特性は、波長１７５ｎｍから２５０ｎｍにおいて、ブランチＰ（１１）、Ｒ（１３）、Ｐ（１３）、Ｒ（１５）、Ｐ（１５）、Ｒ（１７）、Ｐ（１７）、Ｒ（１９）、Ｐ（１９）、Ｒ（２１）、Ｐ（２１）、Ｒ（２３）、Ｐ（２３）、Ｒ（２５）で表される吸収ラインが存在する。吸収ラインは、酸素が光吸収する波長であり、図６に示すように、吸収係数ηがボトムから急激に上昇するピーク曲線で表される波長帯域である。各吸収ラインは、約０．１ｎｍから約０．２ｎｍ程度の間隔を空けて存在している。各吸収ラインにおける吸収係数ηは、波長が短くなるほど、大きくなる。
【００６６】
一方、各吸収ラインの間は、酸素によるレーザ光の吸収がほとんど生じず、吸収ラインと比較してレーザ光の吸収が少ない波長帯域である。ここで、この波長帯域、すなわち、各吸収ラインの間において、吸収ラインと重ならない波長帯域を、非吸収ラインと呼ぶ。非吸収ラインは、吸収ラインより酸素による光吸収量が少ない波長である。
【００６７】
レーザ加工に使用する波長λｍには、非吸収ラインが選択され、オゾン洗浄に使用する波長λｏ２ａｂｓには、吸収ラインが選択される。図６においてハッチングで示すように、本例において、波長λｍは、ブランチＰ（１７）とブランチＲ（２１）との間の中心波長が１９３．４０ｎｍの非吸収ラインが選択される。また、オゾン洗浄に使用する波長λｏ２ａｂｓは、ブランチＰ（１７）の波長に相当する中心波長が１９３．３０ｎｍの吸収ラインが選択される。
【００６８】
図６において二点鎖線で示すように自然発振のスペクトル波形ＦＲN2は、スペクトル線幅が広く、複数の吸収ラインおよび非吸収ラインと重なる。レーザ装置３Ａにおいては、自然発振のパルスレーザ光を使用する比較例と異なり、狭帯域化モジュール５１によって狭帯域化したパルスレーザ光を使用する。波長選択と狭帯域化により、吸収ラインと非吸収ラインが使い分けられる。レーザ加工に使用する非吸収ラインのパルスレーザ光は、隣接する各ブランチＰ（１７）、Ｒ（２１）の吸収ラインと重ならないように、たとえば半値全幅で約０．０１ｎｍから約０．０２ｎｍ程度の線幅に狭帯域化されるのが好ましい。オゾン洗浄に使用する波長λｏ２ａｂｓは、非吸収ラインと重ならないように、ピーク曲線で表される波長帯域である吸収ラインと同程度の線幅に狭帯域化される。
【００６９】
また、第１実施形態のレーザ装置３Ａは、比較例のモニタモジュール１１に代えて、モニタモジュール１１Ａが設けられている。モニタモジュール１１Ａは、モニタモジュール１１の構成に加えて、波長モニタ１１ｃとビームスプリッタ１１ｄが追加されている。
【００７０】
モニタモジュール１１Ａにおいて、ビームスプリッタ１１ｄは、ビームスプリッタ１１ａの反射光路上であって、光センサ１１ｂとの間に配置される。ビームスプリッタ１１ｄは、ビームスプリッタ１１ａが反射する反射光の一部を反射して、残りを透過する。ビームスプリッタ１１ｄを透過した透過光は、光センサ１１ｂに入射し、ビームスプリッタ１１ｄを反射した反射光は波長モニタ１１ｃに入射する。
【００７１】
波長モニタ１１ｃは、周知のエタロン分光器である。エタロン分光器は、例えば、拡散板と、エアギャップエタロンと、集光レンズと、ラインセンサとで構成される。エタロン分光器は、拡散板、エアギャップエタロンによって入射するレーザ光の干渉縞を発生させ、発生した干渉縞を集光レンズでラインセンサの受光面に結像させる。そして、ラインセンサに結像した干渉縞を計測することによって、レーザ光の波長λを計測する。
【００７２】
第１実施形態のレーザ加工装置４Ａは、比較例のレーザ加工装置４に加えて、アッテネータ５２、シールド５３及び酸素ガス供給源５４を備えている。また、レーザ加工制御部３２及びウインドウ４２の代わりに、それぞれレーザ加工制御部３２Ａ及びウインドウ４２Ａを備えている。
【００７３】
アッテネータ５２は、筐体３７内において、高反射ミラー３６ａと高反射ミラー３６ｂの間の光路上に配置されている。アッテネータ５２は、例えば、２枚の部分反射ミラー５２ａ及び５２ｂと、これらの部分反射ミラーの回転ステージ５２ｃ及び５２ｄとを含んでいる。２枚の部分反射ミラー５２ａ及び５２ｂは、パルスレーザ光の入射角度によって、透過率が変化する光学素子である。部分反射ミラー５２ａ及び部分反射ミラー５２ｂは、パルスレーザ光の入射角度が互いに一致し、且つ所望の透過率となるように、回転ステージ５２ｃ及び回転ステージ５２ｄによって傾斜角度が調整される。
【００７４】
これにより、パルスレーザ光は、所望のパルスエネルギに減光されてアッテネータ５２を通過する。アッテネータ５２は、レーザ加工制御部３２Ａの制御信号に基づいて透過率が制御される。被加工物４１に対してレーザ加工を行う場合とオゾン洗浄を行う場合では、必要なフルーエンスが異なる。パルスエネルギを変化させればフルーエンスを変化させることができるが、マスターオシレータＭＯでは、パルスエネルギを大きく変化させることは難しい。そのため、レーザ加工システム２Ａは、アッテネータ５２を使用して、レーザ加工時とオゾン洗浄時のパルスエネルギを変更する。
【００７５】
シールド５３は、テーブル３３に支持された状態の被加工物４１を囲う。シールド５３は、テーブル３３及びＸＹＺステージ３４の全体を囲う大きさを有しており、フレーム３８に固定される。
【００７６】
シールド５３の上面には、筐体３７に設けられたウインドウ４２Ａと接続する開口が形成されている。この開口はＯリングによってシールされている。ウインドウ４２Ａは、集光レンズ３６ｄからのパルスレーザ光が入射する入射面が筐体３７内に配置され、パルスレーザ光が出射する出射面がシールド５３内に配置される。これにより、ウインドウ４２Ａと被加工物４１の間のパルスレーザ光の照射光路がシールド５３で囲われる。
【００７７】
酸素ガス供給源５４は、シールド５３に酸素を含むガスを供給するガス供給源である。酸素を含むガスは、例えば、酸素と窒素を所定の混合比で混合したガスである。酸素を含むガスとしては、例えば、クリーンドライエアー（ＣＤＡ：Clean Dry Air）が使用される。ＣＤＡは、例えば、大気中のガスから、メカニカルフィルタとモレキュラーシーブスによって、パーティクルと水分等の不純物を除去したものである。こうした酸素を含むガスを、以下、単に酸素ガスと呼ぶ。
【００７８】
シールド５３の内部空間内には、レーザ加工システム２Ａの稼働中、酸素ガスが常時流れている。シールド５３には、酸素ガス供給源５４から酸素ガスをシールド５３内に吸入する吸入ポート５３ａと、シールド５３から酸素ガスを外部に排出する排出ポート５３ｂが設けられている。吸入ポート５３ａはシールド５３内に酸素ガスを供給するガス供給口に相当する。吸入ポート５３ａ及び排出ポート５３ｂには、図示しない吸気管や排出管を接続できるようになっている。
【００７９】
吸入ポート５３ａ及び排出ポート５３ｂは、吸気管や排出管を接続した状態では、シールド５３内に外気が混入するのを抑制するようにＯリング（図示せず）によってシールされている。吸入ポート５３ａには、酸素ガス供給源５４が接続される。排出管から排出された排出ガスは、大気中に漏洩しないように所定の処理装置に排出される。
【００８０】
こうしたシールド５３により、被加工物４１がレーザ加工される加工空間への不純物の混入を抑制することができる。また、後述するように被加工物４１に施されるオゾン洗浄によりシールド５３内に発生するオゾンが大気中に飛散することが防止される。
【００８１】
ウインドウ４２Ａは、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光を透過するＣａＦ2結晶である。ウインドウ４２Ａのシールド５３側の表面には、オゾンと反応し難い膜をコートしてもよい。オゾンと反応し難い膜の材料としては、例えば、酸化アルミや酸化ケイ素等の酸化物が好ましい。また、ウインドウ４２Ａの基板としては、ＣａＦ2結晶以外でもよく、オゾンとの反応性が低い合成石英やサファイヤの基板であってもよい。
【００８２】
被加工物４１は、例えば、炭素原子を含む材料であることが好ましい。例えば、ポリイミドやフッ素系樹脂等の有機材料が好ましい。また、炭素繊維と樹脂との複合材料（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）やダイヤモンドでもよい。また、ワイドバンドギャップ材料、例えば、サファイヤやＳｉＣ（炭化ケイ素）でもよい。また、ＣａＦ2結晶、ＭｇＦ2結晶、ガラス材料などの透明材料でもよい。
【００８３】
レーザ加工制御部３２Ａは、比較例のレーザ加工制御部３２と同様に、レーザ制御部１３Ａに対して、発光トリガＴｒ及び目標パルスエネルギＥｔを送信する。目標パルスエネルギＥｔとしては、レーザ加工の際には、レーザ加工時に必要なパルスエネルギＥｍが送信される。オゾン洗浄の際には、目標パルスエネルギＥｔとして、オゾン洗浄時に必要なパルスエネルギＥｏ３が送信される。
【００８４】
オゾン洗浄は、レーザ加工の前に、被加工物４１の表面に付着した付着物を除去する表面洗浄と、レーザ加工の後に、被加工物４１の表面に付着したデブリを除去するデブリ洗浄とが含まれる。表面洗浄の際には、目標パルスエネルギＥｔとして、表面洗浄時に必要なパルスエネルギＥｏ３ｐｒｅが送信され、目標パルスエネルギＥｔとして、デブリ洗浄の際には、デブリ洗浄時に必要なパルスエネルギＥｏ３ａｆｔが送信される。
【００８５】
また、レーザ加工制御部３２Ａは、目標パルスエネルギＥｔを通じたパルスレーザ光のフルーエンスの制御に加えて、アッテネータ５２の透過率Ｔを制御して、パルスレーザ光のフルーエンスを制御する。レーザ加工制御部３２Ａは、表面洗浄を行う際には、表面洗浄に必要なフルーエンスＦｏ３ｐｒｅとなるように、アッテネータ５２の透過率Ｔを制御する。レーザ加工を行う際には、レーザ加工に必要なフルーエンスＦｍとなるように、アッテネータ５２の透過率Ｔを制御する。デブリ洗浄を行う際には、デブリ洗浄に必要なフルーエンスＦｏ３ａｆｔとなるように、アッテネータ５２の透過率Ｔを制御する。
【００８６】
アッテネータ５２の透過率Ｔは、光学システム３６の光損失が無い場合、下記式（３）に基づいて求められる。
Ｔ＝π（Ｄ／２）2（Ｆ／Ｅｔ）・・・・・（３）
ここで、Ｆはフルーエンス、Ｅｔは目標パルスエネルギ、Ｄは被加工物４１の表面におけるパルスレーザ光の照射径である。
【００８７】
例えば、表面洗浄時、レーザ加工時、デブリ洗浄時の照射径をすべてＤとすると、それぞれの透過率Ｔを求める式は次のようになる。表面洗浄時の透過率Ｔを求める場合は、Ｔ＝π（Ｄ／２）2（Ｆｏ３ｐｒｅ／Ｅｏ３ｐｒｅ）となる。レーザ加工時の透過率Ｔを求める場合には、Ｔ＝π（Ｄ／２）2（Ｆｍ／Ｅｍ）となる。デブリ洗浄時の透過率Ｔを求める場合は、Ｔ＝π（Ｄ／２）2（Ｆｏ３ａｆｔ／Ｅｏ３ａｆｔ）となる。
【００８８】
また、オゾン洗浄時において被加工物４１に対してレーザ加工が施されることがないように、オゾン洗浄時のフルーエンスＦｏ３は、レーザ加工時のフルーエンスＦｍよりも低い。表面洗浄時のフルーエンスＦｏ３ｐｒｅ、デブリ洗浄時のフルーエンスＦｏ３ａｆｔ、レーザ加工時のフルーエンスＦｍの３つのフルーエンスの大小関係は、例えば、Ｆｏ３ｐｒｅ＜Ｆｐｏ３ａｆｔ＜Ｆｍである。
【００８９】
３．２  動作
図７から図１１を参照しながら、レーザ加工システム２Ａの動作を説明する。図７に示すように、レーザ加工を行う場合には、被加工物４１がＸＹＺステージ３４のテーブル３３にセットされる（Ｓ１０００）。レーザ加工制御部３２Ａは、初期の加工位置の位置データをＸＹＺステージ３４にセットする（Ｓ１１００）。ＸＹＺステージ３４で、被加工物４１を初期のレーザ加工位置に移動する（Ｓ１２００）。具体的には、被加工物４１は、ＸＹ平面内の位置と、Ｚ軸方向の位置が位置決めされる。Ｚ軸方向の位置について、レーザ加工制御部３２Ａは、集光レンズ３６ｄから出射するパルスレーザ光が、被加工物４１の表面において所望の照射径Ｄで集光される位置に被加工物４１を移動する。ここまでの動作は、図２において示した比較例のレーザ加工システム２のＳ１００からＳ１２０までの動作と同様である。
【００９０】
被加工物４１の位置決めが終了すると、レーザ加工前の表面洗浄が行われる（Ｓ１３００）。図１１Ａに示すように、被加工物４１の表面には有機物質などの付着物５６が付着している。表面洗浄は、こうした付着物５６をオゾン洗浄によって除去する。
【００９１】
表面洗浄は、本例では、図８に示すＳ１３００Ａのフローチャートに従って行われる。図８において、レーザ加工制御部３２Ａは、目標波長λｔとして、表面洗浄に使用する吸収ラインの波長λｏ２ａｂｓをレーザ制御部１３Ａに送信する。レーザ制御部１３Ａは、狭帯域化モジュール５１を制御して、パルスレーザ光の波長を吸収ラインの波長λｏ２ａｂｓに設定する（Ｓ１３１０）。
【００９２】
レーザ加工制御部３２Ａは、レーザ制御部１３Ａに対して、目標パルスエネルギＥｔとして表面洗浄時のパルスエネルギＥｏ３ｐｒｅを送信する。レーザ制御部１３Ａは、目標パルスエネルギＥｔをパルスエネルギＥｏ３ｐｒｅに設定する（Ｓ１３２０）。レーザ制御部１３Ａは、シャッタ１２を閉じた状態で、内部トリガに基づいて、マスターオシレータＭＯをレーザ発振させる。モニタモジュール１１は、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光の波長の実測値とパルスエネルギの実測値を計測する。
【００９３】
レーザ制御部１３Ａは、モニタモジュール１１から送信される波長及びパルスエネルギの実測値を監視して、実測値が目標値となるようにマスターオシレータＭＯを制御する（Ｓ１３３０）。具体的には、レーザ制御部１３Ａは、モニタモジュール１１から送信される波長の実測値が、表面洗浄時の目標波長λｔであるλｔｏ２ａｂｓになるように、狭帯域化モジュール５１を制御する。また、レーザ制御部１３Ａは、モニタモジュール１１から送信されるパルスエネルギの実測値が、表面洗浄時の目標パルスエネルギＥｔであるＥｏ３ｐｒｅになるように、パルスパワーモジュール２４の充電電圧を制御する。
【００９４】
レーザ制御部１３Ａは、波長の実測値が目標波長λｔに、かつ、パルスエネルギの実測値が目標パルスエネルギＥｔに達した場合には（Ｓ１３３０でＹ）、シャッタ１２を開ける。一方、レーザ加工制御部３２Ａは、表面洗浄に必要なフルーエンスＦｏ３ｐｒｅとなるようにアッテネータ５２の透過率Ｔを設定する（Ｓ１３４０）。
【００９５】
レーザ制御部１３Ａは、波長の実測値及びパルスエネルギの実測値が目標値に達した場合（Ｓ１３３０でＹ）には、レーザ加工制御部３２Ａからの外部トリガである発光トリガＴｒの受信準備完了信号を、レーザ加工制御部３２Ａに対して送信する（Ｓ１３５０）。
【００９６】
レーザ加工制御部３２Ａは、表面洗浄に必要な繰り返し周波数ｆｐｒｅとパルス数Ｎｐｒｅとで規定される発光トリガＴｒをレーザ制御部１３Ａに送信する。レーザ制御部１３Ａは、受信した発光トリガＴｒに従ってマスターオシレータＭＯを作動させて、パルスレーザ光をレーザ加工装置４Ａに出力する。レーザ加工装置４Ａに入力されたパルスレーザ光は、光学システム３６を経由してウインドウ４２Ａから出射して、シールド５３内の被加工物４１に照射される（Ｓ１３６０）。
【００９７】
図１１Ｂに示すように、表面洗浄においては、吸収ラインである波長λｏ２ａｂｓのパルスレーザ光ＰＬが被加工物４１に照射される。パルスレーザ光はシールド５３内の酸素によって吸収される。これにより、シールド内５３内にはオゾンが発生する。パルスレーザ光とオゾンの作用によってオゾン洗浄が行われて、被加工物４１の表面に付着した付着物５６が除去される。
【００９８】
図７において、表面洗浄（Ｓ１３００）が終了すると、レーザ加工が行われる（Ｓ１４００）。レーザ加工は、本例では、図９に示すＳ１４００Ａのフローチャートに従って行われる。図９において、レーザ加工制御部３２Ａは、目標波長λｔとして、レーザ加工に使用する酸素の非吸収ラインの波長λｍをレーザ制御部１３Ａに送信する。レーザ制御部１３Ａは、狭帯域化モジュール５１を制御して、パルスレーザ光の波長を非吸収ラインの波長λｍに設定する（Ｓ１４１０）。
【００９９】
レーザ加工制御部３２Ａは、レーザ制御部１３Ａに対して目標パルスエネルギＥｔとして、レーザ加工時のパルスエネルギＥｍを送信する。レーザ制御部１３Ａは、目標パルスエネルギＥｔをパルスエネルギＥｍに設定する（Ｓ１４２０）。レーザ制御部１３Ａは、シャッタ１２を閉じた状態で、内部トリガに基づいて、マスターオシレータＭＯをレーザ発振させる。モニタモジュール１１は、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光の波長の実測値とパルスエネルギの実測値を計測する。
【０１００】
レーザ制御部１３Ａは、モニタモジュール１１から送信される波長及びパルスエネルギの実測値を監視して、実測値が目標値となるようにマスターオシレータＭＯを制御する（Ｓ１４３０）。具体的には、レーザ制御部１３Ａは、モニタモジュール１１から送信される波長の実測値が、レーザ加工時の目標波長λｔであるλｍになるように、狭帯域化モジュール５１を制御する。また、レーザ制御部１３Ａは、モニタモジュール１１から送信されるパルスエネルギの実測値が、レーザ加工時の目標パルスエネルギＥｔであるＥｍになるように、パルスパワーモジュール２４の充電電圧を制御する。
【０１０１】
レーザ制御部１３Ａは、波長の実測値が目標波長λｔに、かつ、パルスエネルギの実測値が目標パルスエネルギＥｔに達した場合には（Ｓ１４３０でＹ）、シャッタ１２を開ける。一方、レーザ加工制御部３２Ａは、レーザ加工に必要なフルーエンスＦｍとなるようにアッテネータ５２の透過率Ｔを設定する（Ｓ１４４０）。
【０１０２】
レーザ制御部１３Ａは、波長の実測値及びパルスエネルギの実測値が目標値に達した場合（Ｓ１４３０でＹ）には、レーザ加工制御部３２Ａからの発光トリガＴｒの受信準備完了信号を、レーザ加工制御部３２Ａに対して送信する（Ｓ１４５０）。
【０１０３】
レーザ加工制御部３２Ａは、表面洗浄に必要な繰り返し周波数ｆｍとパルス数Ｎｍとで規定される発光トリガＴｒをレーザ制御部１３Ａに送信する。レーザ制御部１３Ａは、受信した発光トリガＴｒに従ってマスターオシレータＭＯを作動させて、パルスレーザ光をレーザ加工装置４Ａに出力する。レーザ加工装置４Ａに入力されたパルスレーザ光は、光学システム３６を経由してウインドウ４２Ａから出射して、シールド５３内の被加工物４１に照射される（Ｓ１４６０）。
【０１０４】
図１１Ｃに示すように、レーザ加工においては、非吸収ラインである波長λｍのパルスレーザ光ＰＬが被加工物４１に照射される。これにより、図１１Ｄに示すように、被加工物４１の表面に対してレーザ加工が施される。レーザ加工時においても、表面洗浄時と同様にシールド５３内には酸素ガスが供給されている。しかし、レーザ加工時においては非吸収ラインのパルスレーザ光が使用されるため、酸素によるパルスレーザ光の吸収はほとんど生じない。したがって、オゾンもほとんど発生しない。図１１Ｄに示すように、レーザ加工が行われると、パルスレーザ光の照射によって加工位置でアブレーションが発生し、加工位置の近傍にデブリ５７が発生する。
【０１０５】
図７において、レーザ加工（Ｓ１４００）が終了すると、レーザ加工後のデブリ洗浄が行われる（Ｓ１５００）。デブリ洗浄は、本例では、図１０に示すＳ１５００Ａのフローチャートに従って行われる。図１０において、レーザ加工制御部３２Ａは、目標波長λｔとして、デブリ洗浄に使用する吸収ラインの波長λｏ２ａｂｓをレーザ制御部１３Ａに送信する。レーザ制御部１３Ａは、狭帯域化モジュール５１を制御して、パルスレーザ光の波長を吸収ラインλｏ２ａｂｓに設定する（Ｓ１５１０）。
【０１０６】
レーザ加工制御部３２Ａは、レーザ制御部１３Ａに対して、目標パルスエネルギＥｔとしてデブリ洗浄時のパルスエネルギＥｏ３ａｆｔを送信する。レーザ制御部１３Ａは、目標パルスエネルギＥｔをパルスエネルギＥｏ３ａｆｔに設定する（Ｓ１５２０）。レーザ制御部１３Ａは、シャッタ１２を閉じた状態で、内部トリガに基づいて、マスターオシレータＭＯをレーザ発振させる。モニタモジュール１１は、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光の波長の実測値とパルスエネルギの実測値を計測する。
【０１０７】
レーザ制御部１３Ａは、モニタモジュール１１から送信される波長及びパルスエネルギの実測値を監視して、実測値が目標値となるようにマスターオシレータＭＯを制御する（Ｓ１５３０）。具体的には、レーザ制御部１３Ａは、モニタモジュール１１から送信される波長の実測値が、デブリ洗浄時の目標波長λｔである波長λｏ２ａｂｓになるように、狭帯域化モジュール５１を制御する。また、レーザ制御部１３Ａは、モニタモジュール１１から送信されるパルスエネルギの実測値が、デブリ洗浄時の目標パルスエネルギＥｔであるＥｏ３ａｆｔになるように、パルスパワーモジュール２４の充電電圧を制御する。
【０１０８】
レーザ制御部１３Ａは、波長の実測値が目標波長λｔに、かつ、パルスエネルギの実測値が目標パルスエネルギＥｔに達した場合には（Ｓ１５３０でＹ）、シャッタ１２を開ける。一方、レーザ加工制御部３２Ａは、デブリ洗浄に必要なフルーエンスＦｏ３ａｆｔとなるようにアッテネータ５２の透過率Ｔを設定する（Ｓ１５４０）。
【０１０９】
レーザ制御部１３Ａは、波長の実測値及びパルスエネルギの実測値が目標値に達した場合（Ｓ１５３０でＹ）には、発光トリガＴｒの受信準備完了信号を、レーザ加工制御部３２Ａに対して送信する（Ｓ１５５０）。
【０１１０】
レーザ加工制御部３２Ａは、デブリ洗浄に必要な繰り返し周波数ｆａｆｔとパルス数Ｎａｆｔとで規定される発光トリガＴｒをレーザ制御部１３Ａに送信する。レーザ制御部１３Ａは、受信した発光トリガＴｒに従ってマスターオシレータＭＯを作動させて、パルスレーザ光をレーザ加工装置４Ａに出力する。レーザ加工装置４Ａに入力されたパルスレーザ光は、光学システム３６を経由してウインドウ４２Ａから出射して、シールド５３内の被加工物４１に照射される（Ｓ１５６０）。
【０１１１】
図１１Ｅに示すように、デブリ洗浄においては、吸収ラインである波長λｏ２ａｂｓのパルスレーザ光ＰＬが被加工物４１に照射される。パルスレーザ光はシールド５３内の酸素によって吸収されて、シールド内５３内にはオゾンが発生する。パルスレーザ光とオゾンの作用によってオゾン洗浄が行われて、被加工物４１の表面に付着したデブリ５７が除去される。デブリ５７が除去されることにより、図１１Ｆに示すように、被加工物４１の加工位置を綺麗に仕上げることができる。
【０１１２】
図７において、初期の加工位置に対して、デブリ洗浄まで終了した場合は、レーザ加工制御部３２Ａは、次の加工位置がある場合（Ｓ１６００でＮ）には、次の加工位置のデータをＸＹＺステージ３４にセットする（Ｓ１７００）。そして、ＸＹＺステージ３４で、被加工物４１を次の加工位置に移動する（Ｓ１２００）。次の加工位置において、被加工物４１に対して、表面洗浄（Ｓ１３００）、レーザ加工（Ｓ１４００）、デブリ洗浄（Ｓ１５００）が行われる。次の加工位置が無い場合は、レーザ加工が終了する（Ｓ１６００でＹ）。こうした手順が、すべての加工位置に対するレーザ加工が終了するまで繰り返される。
【０１１３】
３．３  作用
レーザ加工システム２Ａは、レーザ加工においては、パルスレーザ光の波長として、非吸収ラインを使用する。そのため、被加工物４１が酸素を含むガス中に存在する場合でも、酸素による光吸収がほとんど生じないので、パルスレーザ光の波面の歪みによる集光性能の低下が抑制される。集光性能の低下によって引き起こされる、フルーエンスの不安定化や加工精度の悪化が抑制される。また、光強度Ｉの低下も抑制される。
【０１１４】
また、表面洗浄やデブリ洗浄などのオゾン洗浄においては、パルスレーザ光の波長として、吸収ラインを使用する。吸収ラインのパルスレーザ光は、酸素を含むガス中において、被加工物４１に照射される。そのため、パルスレーザ光と酸素の作用により、オゾン洗浄が可能になる。
【０１１５】
このように、レーザ加工システム２Ａは、波長可変レーザ装置であるレーザ装置３Ａを使用することにより、被加工物４１に照射するパルスレーザ光の波長として、レーザ加工時には非吸収ラインを選択して使用し、オゾン洗浄時には吸収ラインを選択して使用している。そして、非吸収ラインのパルスレーザ光は、吸収ラインと重ならないように狭帯域化されているため、酸素による光吸収の影響をほとんど受けない。
【０１１６】
そのため、１台のレーザ加工システム２Ａでレーザ加工とオゾン洗浄の両方を行う場合において、パルスレーザ光の照射光路など、被加工物４１が載置される加工空間内の雰囲気を、レーザ加工時には窒素ガスに置換し、一方、オゾン洗浄時には酸素ガスに置換するというようにガス置換を行う必要がない。そのため、ガス置換を行う場合と比較して、レーザ加工のスループットの低下を招くことなく、１台のレーザ加工システム２Ａでレーザ加工とオゾン洗浄を行うことができる。
【０１１７】
また、レーザ制御部１３Ａは、レーザ装置３Ａが出力するパルスレーザ光のパルスエネルギを、レーザ加工時とオゾン洗浄時とで変更することが可能である。そのため、レーザ加工及びオゾン洗浄のそれぞれにおいて適切なパルスレーザ光のフルーエンスの制御を行うことができる。
【０１１８】
また、レーザ加工システム２Ａは、レーザ装置３Ａが出力するパルスレーザ光の透過率Ｔを変化させて、パルスレーザ光のエネルギを変化させるアッテネータ５２を備えている。レーザ装置３Ａでは、例えば、レーザ加工時のパルスエネルギに対してオゾン洗浄時のパルスエネルギを１／１０にするというように、パルスエネルギを大きく変化させることは難しい。アッテネータ５２を用いることにより、パルスエネルギを大きく変化させることが可能になる。
【０１１９】
そのため、アッテネータ５２を設けることで、レーザ装置３Ａにおけるパルスエネルギの制御のみでフルーエンスの制御を行う場合と比較して、より適切なパルスレーザ光のフルーエンスの制御を行うことができる。なお、アッテネータ５２を設けなくてもよい。しかし、より適切なフルーエンスの制御が可能になるという効果が得られるため、設けることが好ましい。
【０１２０】
また、レーザ加工システム２Ａは、被加工物４１を囲うシールド５３と、酸素を含むガスをシールド５３内に供給するガス供給口である吸入ポート５３ａとを備えている。そのため、被加工物４１がレーザ加工される加工空間への不純物の混入を抑制することができる。また、オゾン洗浄によりシールド５３内に発生するオゾンが大気中に飛散することが防止される。
【０１２１】
なお、シールド５３及び吸入ポート５３ａを設けなくてもよい。大気には酸素が含まれているため、上述したように１台のレーザ加工システム２Ａによって、スループットの低下を招くことなく、レーザ加工とオゾン洗浄を行うことができるという効果は得られる。しかし、シールド５３及び吸入ポート５３ａを設けることにより、不純物の混入の抑制やオゾンの飛散防止という効果が得られるため、設けることが好ましい。
【０１２２】
また、本例では、レーザ装置３Ａとして、レーザ媒質としてＡｒＦレーザガスを使用し、中心波長１９３．４ｎｍのパルスレーザ光を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置を例に説明したが、他のレーザ装置でもよい。図６に示したように、酸素の光吸収量が大きい波長範囲は、１７５ｎｍから２００ｍｎである。そのため、この範囲内の波長のレーザ光を出力するレーザ装置に対しては、本発明は有効である。
【０１２３】
また、本例において、オゾン洗浄として、レーザ加工前の表面洗浄とレーザ加工後のデブリ洗浄の両方を実行する例で説明したが、少なくともレーザ加工後のデブリ洗浄のみ実行すればよい。表面洗浄の洗浄対象である付着物は、レーザ加工によっても除去できる場合があるからである。
【０１２４】
また、本例において、非吸収ラインとして、波長が１９３．４０ｎｍの非吸収ラインを使用し、吸収ラインとして、波長が１９３．３０ｎｍの吸収ラインを使用しているが、他の波長を使用してもよい。非吸収ラインであれば、例えば１９３．２０ｎｍや１９３．６０ｎｍの波長を使用してもよい。吸収ラインであれば、１９３．１０ｎｍや１９３．５０ｎｍにピークを有する吸収ラインを使用してもよい。
【０１２５】
３．４  変形例
上記例において、被加工物４１の位置を固定した状態で表面洗浄及びデブリ洗浄を行っているが、図１２及び図１３のフローチャートに示す変形例のように、表面洗浄及びデブリ洗浄において被加工物４１を移動させて、パルスレーザ光の照射領域を拡大してもよい。
【０１２６】
図１２は表面洗浄の変形例Ｓ１３００Ａ１のフローチャートであり、図８のフローチャートとの相違点は、Ｓ１３６０のステップが、Ｓ１３６０Ａ１とＳ１３６０Ａ２のステップに変更されている点である。それ以外のステップは図８のフローチャートのステップと同様である。Ｓ１３６０Ａ１において、発光トリガＴｒに従ってパルスレーザ光が被加工物４１に照射されて表面洗浄が行われる。この際に、レーザ加工制御部３２Ａは、ＸＹＺステージ３４を制御して、被加工物４１をＸＹ平面で移動させる。これにより照射領域が拡大される（Ｓ１３６０Ａ２）。
【０１２７】
図１３はデブリ洗浄の変形例Ｓ１５００Ａ１のフローチャートであり、図１０のフローチャートとの相違点は、Ｓ１５６０のステップが、Ｓ１５６０Ａ１とＳ１５６０Ａ２のステップに変更されている点である。それ以外のステップは図１０のフローチャートのステップと同様である。Ｓ１５６０Ａ１において、発光トリガＴｒに従ってパルスレーザ光が被加工物４１に照射されてデブリ洗浄が行われる。この際に、レーザ加工制御部３２Ａは、ＸＹＺステージ３４を制御して、被加工物４１をＸＹ平面で移動させる。これにより照射領域が拡大される（Ｓ１５６０Ａ２）。
【０１２８】
Ｓ１３６０Ａ１及びＳ１５６０Ａ１におけるレーザ照射と、Ｓ１３６０Ａ２及びＳ１５６０Ａ２の被加工物４１の移動は並行して行ってもよい。すなわち、被加工物４１を移動させながらレーザ照射を行ってもよい。あるいは、レーザ照射時には被加工物４１を静止させ、１つの位置においてレーザ照射が終了した後、被加工物４１を所定量移動させて、次の位置で被加工物４１を停止させた状態でレーザ照射を行うというようにステップバイステップ方式で行ってもよい。
【０１２９】
４．第２実施形態のレーザ加工システム
４．１  構成
図１４から図１７は、第２実施形態のレーザ加工システム２Ｂを示す。図１４に示すように、第２実施形態のレーザ加工システム２Ｂは、レーザ装置３Ａと、レーザ加工装置４Ｂとを備えている。レーザ装置３Ａは、第１実施形態と同様である。レーザ加工装置４Ｂは、第１実施形態のレーザ加工装置４Ａの構成に加えて、照射面積可変機構６１を備えている。レーザ加工制御部３２Ｂは、第１実施形態のレーザ加工制御部３２Ａに対して、照射面積可変機構６１を制御する機能が追加されている。レーザ加工システム２Ｂのそれ以外の構成は、第１実施形態のレーザ加工システム２Ａと同様であるので、以下、相違点を中心に説明する。
【０１３０】
照射面積可変機構６１は、被加工物４１の表面において、光学システム３６が照射するパルスレーザ光の照射面積を変化させる機構である。具体的には、照射面積可変機構６１は、集光レンズ３６ｄをＺ軸方向に沿った光軸方向に移動することにより、被加工物４１の表面に照射されるパルスレーザ光の照射径Ｄを変更する。照射面積可変機構６１は、例えば、集光レンズ３６ｄを光軸に沿って直線移動する１軸ステージである。１軸ステージは、例えば、集光レンズ３６ｄを保持し、かつ、ボールネジの回転によって１方向に移動可能なステージと、ボールネジを回転させるモータとで構成される。
【０１３１】
照射径Ｄは、集光レンズ３６ｄによるパルスレーザ光の焦点位置と、被加工物４１の表面の位置が一致するフォーカス状態において最小となり、照射面積も最小となる。レーザ加工制御部３２Ｂは、レーザ加工時には、被加工物４１の表面に対して、集光レンズ３６ｄをフォーカス位置に移動してフォーカス状態に設定し、照射径Ｄを小さくする。
【０１３２】
一方、レーザ加工制御部３２Ｂは、オゾン洗浄時には、パルスレーザ光の焦点位置を被加工物４１の表面から光軸方向にずらしてデフォーカス状態に設定する。具体的には、表面洗浄時は、フォーカス状態から、集光レンズ３６ｄと被加工物４１の間隔が近づくように、集光レンズ３６ｄを光軸方向の下方に向けてΔＬｐｒｅずらし、デブリ洗浄時は、同様に光軸方向にΔＬａｆｔずらす。
【０１３３】
ここで、パルスレーザ光の被加工物４１の表面におけるフルーエンスＦは、上記式（１）により、パルスレーザ光の照射面積に反比例する。そのため、パルスエネルギが同じ場合、照射径Ｄを大きくして照射面積を大きくすれば、フルーエンスＦは小さくなる。そのため、オゾン洗浄時においてデフォーカス状態にすることで、パルスエネルギを変化させることなく、パルスレーザ光のフルーエンスＦを下げることができる。
【０１３４】
４．２  動作
第２実施形態のレーザ加工システム２Ｂの動作は、全体的な動作については、第１実施形態の図７のフローチャートと同様であり、表面洗浄とデブリ洗浄の動作が異なる。第２実施形態において、表面洗浄は、図１５に示すＳ１３００Ｂのフローチャートに従って実行され、デブリ洗浄は、図１６に示すＳ１５００Ｂのフローチャートに従って実行される。
【０１３５】
図１５において、図８に示す第１実施形態の表面洗浄のＳ１３００Ａのフローチャートとの相違点は、Ｓ１３２１とＳ１３７０のステップが追加される点であり、それ以外は図８に示すＳ１３００Ａのフローチャートと同様である。同様に、図１６において、図１０に示す第１実施形態のデブリ洗浄のＳ１５００Ａのフローチャートとの相違点は、Ｓ１５２１とＳ１５７０のステップが追加される点であり、それ以外は図１０に示すＳ１５００Ａのフローチャートと同様である。
【０１３６】
図１５に示すように、第２実施形態の表面洗浄においては、Ｓ１３１０の目標波長λｔの設定及びＳ１３２０の目標パルスエネルギＥｔの設定をした後、光学システム３６をデフォーカス状態に設定する。具体的には、レーザ加工制御部３２Ｂは、照射面積可変機構６１を制御して、パルスレーザ光の焦点位置を被加工物４１の表面から光軸方向にΔＬｐｒｅずらすデフォーカス状態に設定する（Ｓ１３２１）。
【０１３７】
また、デフォーカス状態にすると、パルスレーザ光の照射径Ｄが変化するため、Ｓ１３４０における、アッテネータ５２の透過率Ｔを求める式は、次のようになる。すなわち、ΔＬｐｒｅずらした場合のデフォーカス状態の照射径をＤｐｒｅとすると、透過率Ｔ＝π（Ｄｐｒｅ／２）2（Ｆｏ３ｐｒｅ／Ｅｏ３ｐｒｅ）となる。
【０１３８】
この状態でＳ１３６０のパルスレーザ光の照射による表面洗浄が行われる。こうした動作を、図１７の遷移図で説明すると、まず、図１７Ａに示すフォーカス状態から、図１７Ｂに示すように、集光レンズ３６ｄをΔＬｐｒｅずらして、集光レンズ３６ｄと被加工物４１の間隔を狭くする。この状態で、波長λｏ２ａｂｓである吸収ラインのパルスレーザ光ＰＬが被加工物４１に照射されて表面洗浄が行われて、付着物５６が除去される。
【０１３９】
そして、レーザ照射の後、レーザ加工制御部３２Ｂは、照射面積可変機構６１を制御して、デフォーカス状態をフォーカス状態に戻すステップを実行する（Ｓ１３７０）。これにより集光レンズ３６ｄは、図１７Ｃに示すフォーカス状態に戻る。図１７Ｃの状態で、波長λｍである非吸収ラインのパルスレーザ光ＰＬでレーザ加工が行われる。
【０１４０】
レーザ加工が終了すると、デブリ洗浄が行われる。図１６に示すように、第２実施形態のデブリ洗浄においては、Ｓ１５１０の目標波長λｔの設定及びＳ１５２０の目標パルスエネルギＥｔの設定をした後、光学システム３６をデフォーカス状態に設定する。例えば、レーザ加工制御部３２Ｂは、照射面積可変機構６１を制御して、パルスレーザ光の焦点位置を被加工物４１の表面から光軸方向にΔＬａｆｔずらすデフォーカス状態に設定する（Ｓ１５２１）。
【０１４１】
表面洗浄の場合と同様に、デフォーカス状態にすると、パルスレーザ光の照射径Ｄが変化するため、Ｓ１５４０における、アッテネータ５２の透過率Ｔを求める式は、次のようになる。すなわち、ΔＬａｆｔずらした場合のデフォーカス状態の照射径をＤａｆｔとすると、透過率Ｔ＝π（Ｄａｆｔ／２）2（Ｆｏ３ａｆｔ／Ｅｏ３ａｆｔ）となる。
【０１４２】
この状態でＳ１５６０のパルスレーザ光の照射が行われる。こうした動作を、図１７の遷移図で説明すると、図１７Ｄに示すフォーカス状態から、図１７Ｅに示すように、集光レンズ３６ｄをΔＬａｆｔずらして、集光レンズ３６ｄと被加工物４１の間隔を狭くする。この状態で、波長λｏ２ａｂｓである吸収ラインのパルスレーザ光ＰＬが被加工物４１に照射されてデブリ洗浄が行われて、デブリ５７が除去される。
【０１４３】
そして、レーザ照射の後、レーザ加工制御部３２Ｂは、照射面積可変機構６１を制御して、デフォーカス状態をフォーカス状態に戻すステップを実行する（Ｓ１５７０）。これにより集光レンズ３６ｄは、図１７Ｆに示すフォーカス状態に戻る。
【０１４４】
４．３  作用
第２実施形態のように、照射面積可変機構６１を設けることで、レーザ加工時とオゾン洗浄時とにおいてパルスレーザ光の照射面積を変えることができる。これにより、オゾン洗浄時には洗浄面積を広げることが可能になる。加えて、照射面積を変化させることで、フルーエンスＦも変更することができるため、効率的である。
【０１４５】
また、第１実施形態の変形例のようにＸＹ平面で被加工物４１を移動させる場合と比べて、１軸方向の移動で済むため動作も簡便である。
【０１４６】
４．４  変形例
なお、第２実施形態において集光レンズ３６ｄを移動させる例で説明したが、集光レンズ３６ｄの代わりに、ＸＹＺステージ３４を制御して、被加工物４１を固定するテーブル３３を光軸方向に移動させてもよい。こうしても照射面積を変更することができる。この場合には、ＸＹＺステージ３４が照射面積可変機構６１を構成する。
【０１４７】
５．第３実施形態のレーザ加工システム
図１８から図２７に示す第３実施形態のレーザ加工システム２Ｃは、被加工物４１に対するレーザ加工の本加工を行う前にプレ加工を行って、吸収ラインと非吸収ラインの間で、本加工に使用するパルスレーザ光の最適波長λｏｐｔを探索する。そして、探索した最適波長λｏｐｔのパルスレーザ光を使用して本加工を行う。
【０１４８】
非吸収ラインのパルスレーザ光をレーザ加工に使用すると、レーザ加工が精度よく行われるが、加工位置の近傍でデブリが発生する。一方、吸収ラインのパルスレーザ光をレーザ加工に使用すると、酸素による光吸収のため、光強度Ｉが低下したり、フルーエンスが不安定になるというデメリットがある一方、デブリを除去するオゾン洗浄の効果が得られる。そこで、第３実施形態のレーザ加工システムは、吸収ラインと非吸収ラインの間で、デブリが少なく加工状態が良好となる最適波長を探索して、最適波長のパルスレーザ光を本加工に使用する。これにより、レーザ加工とオゾン洗浄を１つの工程で行うことが可能となり、レーザ加工のスループットの低下を抑制することができる。
【０１４９】
５．１  構成
図１８に示すように、レーザ加工システム２Ｃは、レーザ装置３Ｃとレーザ加工装置４Ｃを備えている。レーザ装置３Ｃは、第１実施形態のレーザ制御部１３Ａの代わりにレーザ制御部１３Ｃを備えている。それ以外は、第１実施形態のレーザ装置３Ａと同様である。レーザ加工装置４Ｃは、観察装置６６を備えている点と、レーザ加工制御部３２Ａの代わりにレーザ加工制御部３２Ｃを備えている点が、レーザ加工装置４Ａと相違する。それ以外はレーザ加工装置４Ａと同様である。以下、相違点を中心に説明する。
【０１５０】
レーザ加工システム２Ｃにおいて、レーザ装置３Ｃは、吸収ラインと非吸収ラインとの間でパルスレーザ光の波長を変化させて出力することが可能な波長可変レーザ装置である。レーザ制御部１３Ｃは、プレ加工において、吸収ラインと非吸収ラインとの間で、レーザ装置３Ｃが出力するレーザ光の波長を変化させる。そして、レーザ制御部１３Ｃは、レーザ光の波長を変化させながら、被加工物４１の表面に複数の波長でパルスレーザ光が照射されるように、波長可変レーザ装置を制御する。
【０１５１】
レーザ加工装置４Ｃにおいて、レーザ加工制御部３２Ｃは、プレ加工の際に、レーザ制御部１３Ｃに対して、波長を変化させながらパルスレーザ光を出力するように制御信号を送信する。
【０１５２】
観察装置６６は、被加工物４１の表面を撮像して、複数の波長で行ったプレ加工の波長毎の加工状態を表す観察画像を記録する。観察装置６６は、ハーフミラー６６ａ、コリメータレンズ６６ｂ、照明光源６６ｃ、結像レンズ６６ｄ及びイメージセンサ６６ｅを備える。また、高反射ミラー３６ｃとしては、パルスレーザ光を高反射し、かつ、照明光源６６ｃが発光する可視光を透過するミラーが使用される。
【０１５３】
照明光源６６ｃは、被加工物４１の表面を照明する照明光を発光する。照明光はコリメータレンズ６６ｂによってコリメートされる。コリメートされた照明光の光路上に、ハーフミラー６６ａ、高反射ミラー３６ｃ及び集光レンズ３６ｄが配置される。これにより、照明光が被加工物４１に照射される。
【０１５４】
また、ハーフミラー６６ａは、テーブル３３上の被加工物４１の表面において反射され、集光レンズ３６ｄ及び高反射ミラー３６ｃを透過した反射光を、結像レンズ６６ｄに反射するように配置されている。結像レンズ６６ｄは、入射した反射光がイメージセンサ６６ｅの受光面で結像するように配置されている。イメージセンサ６６ｅは、二次元イメージセンサである。
【０１５５】
レーザ加工制御部３２Ｃは、プレ加工において、目標波長λｔとして、複数の波長を順次、レーザ制御部１３Ｃに送信する。複数の波長は、例えば、図１９に示す、λ１、λ２、λ３・・・λｍａｘの波長である。図１９に示すように、λ１、λ２、λ３・・・λｍａｘは、１９３．３０ｎｍのλ１の吸収ラインと１９３．４０ｎｍのλｍａｘの非吸収ラインの間において、波長を０．０１ｎｍずつずらした波長である。このように、本例では、波長を変化させる幅Δλが０．０１ｎｍに設定されている。レーザ制御部１３Ｃは、受信した波長のパルスレーザ光が順次出力されるようにレーザ装置３Ｃを制御する。
【０１５６】
５．２  動作
図２０に示すように、レーザ加工システム２Ｃの全体的な動作は、まず、レーザ加工の本加工に使用する最適波長を探索する動作からはじまる（ＳＰ１００）。
【０１５７】
最適波長の探索は、図２１及び図２２に示すＳＰ１００のフローチャートに従って行われる。ＳＰ１１０において、レーザ加工制御部３２Ｃは、ＸＹＺステージ３４で被加工物４１を初期のプレ加工位置に移動する。被加工物４１の表面において、プレ加工が行われる領域は、例えば、被加工物４１の周縁領域など、被加工物４１において本加工が行われる部分以外の領域である。プレ加工位置は、この領域とパルスレーザ光の照射位置が一致する位置である。
【０１５８】
次に、ＳＰ１２０において、レーザ加工制御部３２Ｃから送信されるデータに基づいて、レーザ制御部１３Ｃは、目標パルスエネルギＥｔをレーザ加工時のパルスエネルギＥｍに設定する。ＳＰ１３０において、レーザ加工制御部３２Ｃは、レーザ加工に必要なフルーエンスＦｍとなるようにアッテネータ５２の透過率Ｔを設定する。
【０１５９】
ＳＰ１４０において、レーザ加工制御部３２Ｃは、プレ加工において使用する複数の波長の波長番号Ｎに１をセットする。ＳＰ１５０において、レーザ加工制御部３２Ｃからのデータに基づいて、レーザ制御部１３Ｃは、目標波長λｔとして、吸収ラインの波長である１９３．３０ｎｍをλ１として設定する。ＳＰ１６０において、レーザ制御部１３Ｃは、シャッタ１２を閉じて、内部トリガでマスターオシレータＭＯをレーザ発振させる。そして、波長の実測値がλ１に、かつ、パルスエネルギの実測値がＥｍになった場合には（ＳＰ１６０でＹ）、レーザ制御部１３は、シャッタ１２を開けて、発光トリガＴｒの受信準備完了信号をレーザ加工制御部３２Ｃに送信する（ＳＰ１７０）。
【０１６０】
レーザ加工制御部３２Ｃは、受信準備完了信号を受信すると、レーザ加工に必要な繰り返し周波数ｆｍとパルス数Ｎｍとで規定される発光トリガＴｒをレーザ制御部１３Ｃに送信する。レーザ制御部１３Ｃは、発光トリガＴｒに従って、マスターオシレータＭＯからλ１のパルスレーザ光を出力させる。これにより、λ１のパルスレーザ光がレーザ加工装置４Ｃに入力される。λ１のパルスレーザ光は被加工物４１に照射されてプレ加工が行われる（ＳＰ１８０）。
【０１６１】
図２２に示すように、プレ加工が行われると、観察装置６６によって、λ１のパルスレーザ光によるプレ加工の加工状態が計測される。観察装置６６は、イメージセンサ６６ｅで被加工物４１の表面を撮像して、プレ加工の加工状態を表す観察画像を記録する。観察画像は図示しないメモリなどのデータストレージに格納される。そして、レーザ加工制御部３２Ｃは、記録された観察画像に基づいて、λ１のパルスレーザ光によるプレ加工の加工状態を評価して、評価値Ｄｅｂ１をメモリ内に作成される評価値テーブルに記録する（ＳＰ１９０）。
【０１６２】
λ１の評価値Ｄｅｂ１の記録が終了したら、レーザ加工制御部３２Ｃは、波長番号Ｎに１を加算する（ＳＰ２００）。ＳＰ２１０において、レーザ加工制御部３２Ｃは、λＮ−１の波長にΔλを加算した波長をλＮの波長に設定する。例えば、λ１の評価値Ｄｅｂ１の記録が終了したら、Ｎに１を加算する。初期の加工位置のプレ加工が終了した段階では、Ｎ＝１なので、１を加算するとＮ＝２となる。そして、Ｎ＝２であるため、ＳＰ２１０においては、Ｎ−１＝２−１＝１となる。従って、λ１の波長にΔλを加算した波長がλ２の波長として設定される。λ１は１９３．３０ｎｍ、Δλは０．０１ｎｍであるため、λ２は１９３．３１ｎｍとなる。
【０１６３】
ＳＰ２１０で設定したλＮがλｍａｘ以下の場合には（ＳＰ２２０でＮ）、レーザ加工制御部３２Ｃは、次のプレ加工位置の位置データをセットする（ＳＰ２３０）。そして、ＸＹＺステージ３４を制御して、被加工物４１を次のプレ加工位置に移動する。次のプレ加工位置において、ＳＰ１５０からＳＰ１９０のステップが実行される。レーザ加工制御部３２Ｃは、λＮ＝λ２の場合は、λ２の評価値Ｄｅｂ２を評価値テーブルに記録する。
【０１６４】
プレ加工は、図２３Ａに示すλ１＝１９３．３０ｎｍ、図２３Ｂに示すλ２＝１９３．３１ｎｍ、図２３Ｃに示すλ３＝１９３．３２ｎｍ、図２３Ｄに示すλ４＝１９３．３３ｎｍというように、波長を０．０１ｎｍずつ変化させながら行われる。そして、図２４に示すように、波長毎の評価値Ｄｅｂ１、Ｄｅｂ２、Ｄｅｂ３、Ｄｅｂ４・・・が評価値テーブル６７に記録される。プレ加工において、こうした評価値ＤｅｂＮの記録は、λＮがλｍａｘを超えるまで（ＳＰ２２０でＹ）繰り返される。
【０１６５】
このように、プレ加工においては、ＸＹＺステージ３４は、レーザ加工制御部３２Ｃの制御のもと、波長が変化する毎に被加工物４１の表面に対して照射されるレーザ光の照射位置を移動する。プレ加工位置は自動的に変更されるため、評価値の記録が簡便である。
【０１６６】
図２５において、符号６８は、被加工物４１の表面においてパルスレーザ光の照射によって加工された加工穴であり、符号５７は、加工穴６８の外周に発生したデブリを示す。評価値ＤｅｂＮは、例えば、次式（４）で定義される。
評価値ＤｅｂＮ＝（Ｄｏｕｔ−Ｄｉｎ）／Ｄ０・・・・（４）
ここで、Ｄ０はパルスレーザ光の照射径であり、Ｄｉｎは加工穴６８の径であり、加工穴６８の外周に発生するＤｏｕｔはデブリ５７の径である。
【０１６７】
Ｄｏｕｔ−Ｄｉｎは、デブリ５７の径と加工穴６８の径の差であり、デブリ５７の幅を表す。デブリ５７の幅が小さいほど、加工状態が良好と考えられる。そのため、式（４）で計算される評価値ＤｅｂＮは、値が小さいほど評価が高い。
【０１６８】
レーザ加工制御部３２Ｃは、評価値テーブル６７を参照して、評価値ＤｅｂＮが最小の波長を本加工に使用する最適波長λｏｐｔとして選択する（ＳＰ２４０）。ここで、レーザ加工制御部３２Ｃは、観察画像に基づいて、本加工に使用する最適波長λｏｐｔを選択する最適波長選択部に相当する。
【０１６９】
図２０に戻って、最適波長の探索（ＳＰ１００）が終了したら、レーザ加工制御部３２Ｃは本加工を行う。レーザ加工制御部３２Ｃは、図７で示したＳ１１００及びＳ１２００と同様に、初期の加工位置の位置データをＸＹＺステージ３４にセットし（Ｓ１１００）、ＸＹＺステージ３４で、被加工物４１を初期のレーザ加工位置に移動する（Ｓ１２００）。被加工物４１の位置決めが終了すると、探索した最適波長λｏｐｔでレーザ加工の本加工が行われる（Ｓ１４００Ｂ）。
【０１７０】
図２６に示すフローチャートは、Ｓ１４００Ｂのレーザ加工の手順を示す。Ｓ１４１０Ｂにおいて、レーザ制御部１３Ｃは、目標波長λｔとして最適波長λｏｐｔを設定し、Ｓ１４２０において、目標パルスエネルギＥｔとしてレーザ加工時のパルスエネルギＥｍを設定する。Ｓ１４２０からＳ１４６０の手順は、第１実施形態の図９に示すフローチャートと同様である。
【０１７１】
５．３  作用
吸収ラインと非吸収ラインの間で、デブリが少なく加工状態が良好となる最適波長λｏｐｔを探索して、最適波長λｏｐｔでレーザ加工の本加工を行うため、レーザ加工とオゾン洗浄を１つの工程で行うことができる。これにより、レーザ加工のスループットの低下を抑制することができる。
【０１７２】
吸収ラインと非吸収ラインの間で波長を変化させながら最適波長λｏｐｔを探索するため、波長選択を通じて、酸素の光吸収の量を調節することもできる。これにより、被加工物４１の加工空間における酸素の濃度を調節しなくても、オゾンの発生量を調節することが可能である。これにより、波長選択を通じて、酸素の光吸収によるパルスレーザ光の波面の歪みを抑制することができる。このため、本例は、酸素ガスとして酸素の混合比を変更できないＣＤＡを使用する場合に有効である。ＣＤＡの供給源は、たとえば、メカニカルフィルタとモレキュラーシーブスによって、大気中のガスから、パーティクルと水分等の不純物ガスを除去し、これをＣＤＡとして供給するガス供給源であってもよい。
【０１７３】
また、プレ加工の加工状態を評価して最適波長λｏｐｔが選択されるため、綺麗な加工状態を確保することができる。
【０１７４】
また、本例において、波長を変化させる幅であるΔλを０．０１ｎｍとしているが、Δλを０．０１ｎｍよりも大きくしてもよいし、小さくしてもよい。
【０１７５】
５．４  その他
なお、本例では、加工状態を計測するため、観察装置６６を使用したが、観察装置６６の代わりに顕微鏡を使用して加工状態を計測してもよい。顕微鏡は、レーザ加工システム２Ｃに含まれてもよい。この場合において、被加工物４１は、レーザ加工システム２Ｃでプレ加工がされた後、たとえば、ＸＹＺステージ３４の制御により、顕微鏡による計測位置に位置決めされる。被加工物４１は、計測位置に位置決めされた後、顕微鏡によって加工状態が計測される。顕微鏡を使用することにより、観察装置６６を使用する場合と比べて、加工状態を表す高精細な観察画像が得られるため、より精度の高い評価が可能となる。
【０１７６】
また、本例では、評価値ＤｅｂＮを、加工穴６８の径とデブリ５７の径に基づいて評価したが、面積に基づいて評価してもよい。面積に基づく評価値Ｄｅｂ#ａｒ#Ｎは、次式（５）で定義される。
評価値Ｄｅｂ#ａｒ#Ｎ＝Ｓｍ／Ｓｎｄ・・・・（５）
ここで、図２７に示すように、Ｓｍは、加工穴６８の加工面積Ｓｍであり、Ｓｎｄは、加工面積Ｓｍとデブリ５７の面積の合計面積である。
【０１７７】
この場合は、合計面積Ｓｎｄに対して加工面積Ｓｍが大きいほど、デブリ５７の面積が小さくなるため、評価値は大きいほど評価が高い。レーザ加工制御部３２Ｃは、評価値が最大の波長を最適波長λｏｐｔとして選択する。
【０１７８】
こうした面積に基づく評価を行うことで、加工形状が、四角形やライン形状など円形以外でも加工状態を適正に評価することができる。
【０１７９】
６．レーザ加工装置の変形例
上記実施形態におけるレーザ加工装置は種々の変形が可能である。例えば、レーザ加工装置として、図２８から図３１に示すレーザ加工装置を使用してもよい。
【０１８０】
６．１  変形例１
図２８に示す変形例１のレーザ加工装置４Ｄは、第１実施形態のレーザ加工装置４Ａの光学システム３６に代えて、光学システム７１を備えており、それ以外は同様である。以下、相違点を中心に説明する。
【０１８１】
光学システム７１は、光学システム３６に照射面積可変機構７２を追加した構成である。照射面積可変機構７２は、凹レンズ７２ａ、凸レンズ７２ｂ及び１軸ステージ７２ｃを備えている。１軸ステージ７２ｃは、凹レンズ７２ａを保持し、凹レンズ７２ａを光軸方向に移動して、凹レンズ７２ａと凸レンズ７２ｂとの間隔を調節する。凹レンズ７２ａ及び凸レンズ７２ｂは、高反射ミラー３６ｃと集光レンズ３６ｄの間のパルスレーザ光の光路上に配置されている。高反射ミラー３６ｃで反射したパルスレーザ光は、凹レンズ７２ａ及び凸レンズ７２ｂを介して集光レンズ３６ｄに入射する。
【０１８２】
凹レンズ７２ａと凸レンズ７２ｂの間隔を調節することにより、被加工物４１の表面に照射されるパルスレーザ光の照射径Ｄを変更することができる。被加工物４１に対してレーザ加工を行う場合には、レーザ加工制御部３２Ａは、凹レンズ７２ａと凸レンズ７２ｂのそれぞれの焦点位置が一致するように、１軸ステージ７２ｃを介して凹レンズ７２ａを移動する。一方、被加工物４１に対してオゾン洗浄を行う場合には、レーザ加工制御部３２Ａは、凹レンズ７２ａと凸レンズ７２ｂの間隔が、レーザ加工時の間隔よりも所定距離短くなるように、１軸ステージ７２ｃを介して凹レンズ７２ａを移動する。
【０１８３】
これにより、オゾン洗浄時の照射径Ｄを、レーザ加工時の照射径Ｄよりも広げることができる。照射径の調節により照射面積が変化するため、オゾン洗浄時には洗浄領域を広げることができる。また、照射面積を変更することにより、フルーエンスを制御することもできる。
【０１８４】
６．２  変形例２
図２９に示す変形例２のレーザ加工装置４Ｅは、第１実施形態のレーザ加工装置４Ａの光学システム３６に代えて、光学システム７３を備えており、それ以外は同様である。以下、相違点を中心に説明する。
【０１８５】
光学システム７３は、光学システム３６の構成に、ビームホモジナイザ７４及び可変スリット７５を追加し、集光レンズ３６ｄの代わりに転写レンズ７６を設けた構成であり、こうした構成により転写光学系として機能する。
【０１８６】
ビームホモジナイザ７４及び可変スリット７５は、高反射ミラー３６ｂ及び３６ｃの間の光路上に配置されている。ビームホモジナイザ７４は、フライアイレンズ７４ａとコンデンサレンズ７４ｂとを備えている。ビームホモジナイザ７４は、高反射ミラー３６ｂで反射したパルスレーザ光の光強度分布を均一化して、可変スリット７５をケーラ照明するように配置される。可変スリット７５は、光を透過するスリットを有し、スリットの大きさを変更することが可能である。可変スリット７５は、被加工物４１への加工寸法に応じて、スリットの大きさを調節することができる。可変スリット７５のスリットの大きさは、レーザ加工制御部３２Ａが制御する。
【０１８７】
可変スリット７５には、ビームホモジナイザ７４によって光強度が均一化されたパルスレーザ光が入射する。可変スリット７５のスリットをパルスレーザ光が透過すると、スリットの形状に応じた像光が形成される。この像光は、高反射ミラー３６ｃを介して転写レンズ７６に入射する。転写レンズ７６は、ウインドウ４２Ａを介して、可変スリット７５のスリットの形状に応じたスリット像を被加工物４１の表面に結像させて、スリット像を転写する。これにより、被加工物４１の表面の加工形状を、可変スリット７５のスリットに応じた形状にすることができる。
【０１８８】
本例において、可変スリット７５の代わりに、例えば、所望の形状の複数の穴が形成されたマスクを配置してもよい。この場合は、被加工物４１の表面に対して、複数の穴の加工を同時に行うことができる。
【０１８９】
また、本例において、例えば、オゾン洗浄時に、可変スリット７５のスリットの大きさをレーザ加工時よりも大きくして、パルスレーザ光の照射面積を広げてもよい。また、レーザ加工時にマスクを用いる場合は、オゾン洗浄時にはマスクを取り外して、パルスレーザ光の照射面積を広げてもよい。マスクの取り外しは、例えばレーザ加工制御部３２Ａから制御可能なマスクステージを通じて行われる。そして、広げた照射面積に応じてアッテネータ５２の透過率Ｔを調節することで、オゾン洗浄時のフルーエンスを制御することができる。
【０１９０】
６．３  変形例３
図３０に示す変形例３のレーザ加工装置４Ｆは、図２８の変形例１のレーザ加工装置４Ｄのシールド５３を小型のシールド７７に変更し、さらに、排気装置７８を追加したものである。それ以外は、図２８のレーザ加工装置４Ｄと同様であり、以下、相違点を中心に説明する。
【０１９１】
シールド７７は、シールド５３のようにテーブル３３及びＸＹＺステージ３４を全体的に囲うものではなく、被加工物４１の加工位置を含む一部分を囲う。シールド７７には、吸入ポート７７ａが設けられている。吸入ポート７７ａは吸入ポート５３ａと同様に、酸素ガス供給源５４からの酸素ガスのガス供給口に相当する。シールド７７は、例えば円筒形状をしている。シールド７７において、円筒形の下端部の一部には、被加工物４１の表面との間に隙間が生じるように切り欠きが形成されている。この隙間がシールド７７内のガスを排出する排出ポートとして機能する。
【０１９２】
排気装置７８は、吸引ポンプを有する本体部７８ａと、配管７８ｂと、配管７８ｂの先端に設けられた吸引ノズル７８ｃとを備えている。吸引ノズル７８ｃは、排出ポートとして機能する隙間と吸引口とが対向するように配置される。
【０１９３】
酸素ガスは、酸素ガス供給源５４から吸入ポート７７ａを通じてシールド７７に供給される。吸収ラインのパルスレーザ光を使用するオゾン洗浄時には、シールド７７内において、パルスレーザ光と酸素が反応してオゾンが発生する。排気装置７８は、排出ポートに配置される吸引ノズル７８ｃを通じて、シールド７７内のオゾンを含むガスを吸引する。吸引したガスは本体部７８ａに回収される。こうした排気装置７８を設けることで、オゾンを確実に回収することができる。
【０１９４】
また、図３０に示すレーザ加工装置４Ｆにおいて、円筒形状のシールド７７を用いているが、図３１に示すように円錐形状のシールド７９を用いてもよい。シールド７９は、吸引ポート７９ａを有し、被加工物４１の表面と対面する下端部に向かって径が細くなっている。
【０１９５】
７．レーザ装置の変形例
上記実施形態において、波長可変レーザ装置に相当するレーザ装置は種々の変形が可能である。例えば、レーザ装置として、図３２から図３４に示すレーザ装置を使用してもよい。
【０１９６】
７．１  変形例１
図３２に示す変形例１のレーザ装置３Ｄは、第１実施形態のレーザ装置３Ａに、増幅器に相当するパワーオシレータＰＯを追加したものであり、それ以外は同様である。パワーオシレータＰＯは、マスターオシレータＭＯとモニタモジュール１１の間のパルスレーザ光の光路上に配置されている。パワーオシレータＰＯは、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光のエネルギを増幅する増幅器である。
【０１９７】
パワーオシレータＰＯは、基本的な構成は、マスターオシレータＭＯと同様であり、マスターオシレータＭＯと同様に、レーザチャンバ２１、充電器２３、及びパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）２４を備えている。パワーオシレータＰＯは、出力結合ミラー８１とリアミラー８２とで構成される、ファブリペロ型の光共振器を備えている。出力結合ミラー８１及びリアミラー８２はパルスレーザ光の一部を反射して、一部を透過する。ここで、出力結合ミラー８１の反射率は、例えば、約１０％から３０％であり、リアミラー８２の反射率は、例えば、約８０％から９０％である。
【０１９８】
レーザ制御部１３Ａは、レーザ加工制御部３２Ａから受信した目標パルスエネルギＥｔ及び目標波長λｔのデータを受信すると、目標値でレーザ発振するように、充電器２３の充電電圧及び狭帯域化モジュール５１を制御する。
【０１９９】
レーザ制御部１３Ａは、レーザ加工制御部３２Ａから発光トリガＴｒを受信すると、マスターオシレータＭＯをレーザ発振させる。加えて、マスターオシレータＭＯに同期してパワーオシレータＰＯが作動するように制御する。レーザ制御部１３Ａは、マスターオシレータＭＯが出力するパルスレーザ光が、パワーオシレータＰＯのレーザチャンバ２１内の放電空間に入射したときに放電が生じるように、パワーオシレータＰＯのパルスパワーモジュール２４のスイッチ２４ａをオンする。その結果、パワーオシレータＰＯに入射したパルスレーザ光は、パワーオシレータＰＯにおいて増幅発振する。
【０２００】
パワーオシレータＰＯで増幅されて出力されたパルスレーザ光は、モニタモジュール１１においてパルスエネルギと波長が計測される。レーザ制御部１３Ａは、計測されたパルスエネルギ及び波長の実測値がそれぞれ目標パルスエネルギＥｔ及び目標波長λｔに近づくように、充電器２３の充電電圧と、マスターオシレータＭＯの狭帯域化モジュール５１を制御する。
【０２０１】
シャッタ１２が開くと、モニタモジュール１１のビームスプリッタ１１ａを透過したパルスレーザ光は、レーザ加工装置４に入射する。
【０２０２】
レーザ装置３Ｄのように、増幅器としてパワーオシレータＰＯを設けることで、パルスレーザ光のパルスエネルギを高くすることができる。レーザ加工には高いパルスエネルギが必要になる場合が多い。本例のように、狭帯域化したパルスレーザ光をレーザ加工に使用する場合には、自然発振のパルスレーザ光を使用する場合と比べて、パルスエネルギが低下する。そのため、パルスエネルギを高くすることが可能な増幅器を設けることは有効である。
【０２０３】
なお、本例では、光共振器としてファブリペロ型の共振器を用いた増幅器を使用しているが、リング共振器を用いた増幅器を使用してもよい。
【０２０４】
７．２  変形例２
レーザ加工システムにおいて、図３３に示す変形例２のレーザ装置３Ｅを用いてもよい。レーザ装置３Ｅは、マスターオシレータ８３と、増幅器８４とを備えている。モニタモジュール１１は第１実施形態のレーザ装置３Ａと同様である。マスターオシレータ８３は、固体レーザ装置であり、シード光を出力する半導体レーザ８６と、シード光を増幅するチタンサファイヤ増幅器８７と、波長変換システム８８とを備えている。
【０２０５】
半導体レーザ８６は、シード光として、波長が７７３．６ｎｍで連続発振するレーザ光である、ＣＷ（Continuous Wave）レーザ光を出力する分布帰還型の半導体レーザである。半導体レーザ８６の温度設定を変更することによって、発振波長を変化させることができる。
【０２０６】
チタンサファイヤ増幅器８７は、チタンサファイヤ結晶（図示せず）と、ポンピング用パルスレーザ装置（図示せず）とを含む。チタンサファイヤ結晶は、シード光の光路上に配置される。ポンピング用パルスレーザ装置は、ＹＬＦレーザの第２高調波光を出力するレーザ装置である。
【０２０７】
波長変換システム８８は、第４高調波光を発生させる波長変換システムであって、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶と、ＫＢＢＦ（ＫＢｅ2ＢＯ3Ｆ2）結晶とを含んでいる。各結晶は、図示しない回転ステージ上に配置されており、各結晶に対するシード光の入射角度を変更できるように構成されている。
【０２０８】
増幅器８４は、図３２に示したパワーオシレータＰＯと同様に、１対の電極２２ａ及び２２ｂ、レーザ媒質としてＡｒＦレーザガスを含むレーザチャンバ２１と、パルスパワーモジュール２４と、充電器２３とを含んでいる。また、増幅器８４は、パワーオシレータＰＯと異なり、出力結合ミラー８１及びリアミラー８２の代わりに、凸面ミラー９１と、凹面ミラー９２とを備えている。
【０２０９】
凸面ミラー９１と凹面ミラー９２は、マスターオシレータ８３から出力されたパルスレーザ光が、凸面ミラー９１及び凹面ミラー９２で反射することにより、レーザチャンバ２１の放電空間内を３パスしてビームが拡大するように配置されている。
【０２１０】
レーザ制御部１３Ｅは、レーザ加工制御部３２Ａから目標波長λｔと目標パルスエネルギＥｔを受信すると、マスターオシレータ８３の固体レーザ制御部８９に目標波長λｔを送信する。また、目標パルスエネルギとなるように、増幅器８４の充電器２３の充電電圧を設定する。
【０２１１】
固体レーザ制御部８９は、レーザ制御部１３Ｅから目標波長λｔを受信すると、波長変換システム８８から出力されるシード光の波長が、目標波長λｔとなるように、半導体レーザ８６の発振波長λａ１を変更する。ここで、発振波長λａ１は、目標波長λｔの４倍、すなわち、λａ１＝４λｔに設定される。目標波長λｔが１９３．４０であるので、λａ１は、１９３．４×４＝７７３．６ｎｍとなる。
【０２１２】
波長変換システム８８において、ＬＢＯ結晶とＫＢＢＦ結晶の波長変換効率が最大となるように、固体レーザ制御部８９は、図示しない回転ステージを制御して、各結晶に対するレーザ光の入射角度を設定する。
【０２１３】
固体レーザ制御部８９は、レーザ制御部１３Ｅから発光トリガＴｒが入力されると、チタンサファイヤ増幅器８７のポンピング用パルスレーザ装置にトリガ信号を送信する。チタンサファイヤ増幅器８７において、ポンピング用パルスレーザ装置はトリガ信号に基づいて、入力されたシード光であるＣＷレーザ光をパルスレーザ光に変換して出力する。チタンサファイヤ増幅器８７から出力されたパルスレーザ光は、波長変換システム８８に入力される。波長変換システム８８は、λａ１のパルスレーザ光を第４高調波である目標波長λｔのパルスレーザ光に波長変換して出力する。
【０２１４】
また、レーザ制御部１３Ｅは、レーザ加工制御部３２Ａから発光トリガＴｒを受信すると、マスターオシレータ８３から出力されたパルスレーザ光が増幅器８４のレーザチャンバ２１の放電空間に入射した時に放電するように、パルスパワーモジュール２４のスイッチ２４ａをオンする。
【０２１５】
その結果、マスターオシレータ８３から増幅器８４に入射したパルスレーザ光は、レーザチャンバ２１において、凸面ミラー９１及び凹面ミラー９２の作用によって放電空間内を３パスして増幅される。また３パスすることによってパルスレーザ光のビーム径が拡大される。
【０２１６】
増幅されたパルスレーザ光は、モニタモジュール１１Ａによってサンプルされ、パルスエネルギと波長の実測値が計測される。レーザ制御部１３Ｅは、計測された実測値が目標パルスエネルギＥｔと目標波長λｔとの差が０に近づくように、それぞれ、充電器２３の充電電圧と半導体レーザの発振波長λａ１を制御する。モニタモジュール１１Ａのビームスプリッタ１１ａを透過したパルスレーザ光は、シャッタ１２が開くと、レーザ加工装置に入射する。
【０２１７】
本例において、増幅器８４として、マルチパス増幅器の例を示したが、これに限定されることなく、例えば、図３２において説明したファブリペロ型の共振器やリング型の共振器を備えた増幅器であってもよい。
【０２１８】
また、本例において、マスターオシレータ８３として固体レーザ装置を用い、固体レーザ装置と、レーザ媒質としてＡｒＦレーザガスを使用する増幅器８４と組み合わせて、レーザ装置３Ｅを構成した。しかし、増幅器８４を設けなくともよく、固体レーザ装置であるマスターオシレータ８３を単体でレーザ装置を構成してもよい。
【０２１９】
また、固定レーザ装置を単体で波長可変レーザ装置として使用する場合には、レーザ光をＡｒＦレーザの増幅領域で発振させなくてもよく、酸素の吸収が発生する１７５ｎｍから２００ｍｎの波長の範囲内でレーザ光を発振させればよい。
【０２２０】
８．  ７．２の変形例２における固体レーザ装置の変形例
図３４に示す固体レーザシステム８３Ａは、図３３に示すレーザ装置３Ｅにおいてマスターオシレータ８３として示した固体レーザ装置の変形例である。固体レーザシステム８３Ａは、第１の固体レーザ装置１１１と、第２の固体レーザ装置１１２と、ダイクロイックミラー１１３と、高反射ミラー１１４と、波長変換システム１１５と、同期回路１１６と、固体レーザ制御部８９Ａと、を備えている。
【０２２１】
第１の固体レーザ装置１１１は、第１のシードレーザ１２０と、第１の光強度可変部１２１と、第１の増幅器１２２と、波長変換部１２３と、を含む。第１の増幅器１２２は、ファイバ増幅器１２２ａと、固体増幅器１２２ｂと、図示しないＣＷ励起半導体レーザと、を含む。波長変換部１２３は、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶１２３ａと、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）結晶１２３ｂと、を含む。ＬＢＯ結晶１２３ａとＣＬＢＯ結晶１２３ｂとは、非線形結晶である。
【０２２２】
第１のシードレーザ１２０は、シングル縦モードであって、波長が約１０３０ｎｍのＣＷ光またはパルス光を第１のシード光として出力する。第１のシードレーザ１２０は、例えば、分布帰還型の半導体レーザである。第１の光強度可変部１２１は、第１のシードレーザ１２０から第１のシード光が入射される半導体素子を含む。第１の光強度可変部１２１は、図示しない電流制御部によって、半導体素子にパルス電流を印加することによって、第１のシード光を所定のパルス幅のレーザ光に変換する。以下、第１の光強度可変部１２１によって変換された第１のシード光を、第１のシードパルス光という。
【０２２３】
ファイバ増幅器１２２ａは、Ｙｂがドープされた複数の石英ファイバが多段に接続されたものである。固体増幅器１２２ｂは、ＹｂがドープされたＹＡＧ結晶である。ファイバ増幅器１２２ａ及び固体増幅器１２２ｂは、図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。第１の増幅器１２２は、第１の光強度可変部１２１から入射する第１のシードパルス光を増幅する。
【０２２４】
波長変換部１２３は、第１の増幅器１２２によって増幅された第１のシードパルス光を、高調波に変換して、第１のパルスレーザ光ＰＬ１として出力する。具体的には、波長変換部１２３は、ＬＢＯ結晶１２３ａとＣＬＢＯ結晶１２３ｂとを含むことにより、第１のシードパルス光を、波長が約２５７．５ｎｍの第４高調波を生成し、第４高調波を第１のパルスレーザ光ＰＬ１として出力する。
【０２２５】
第２の固体レーザ装置１１２は、第２のシードレーザ１３０と、第２の光強度可変部１３１と、第２の増幅器１３２と、を含む。第２の増幅器１３２は、ＥｒとＹｂが共にドープされた複数の石英ファイバが多段に接続された図示しないＥｒファイバ増幅器と、図示しないＣＷ励起半導体レーザと、を含む。
【０２２６】
第２のシードレーザ１３０は、シングル縦モードであって、波長が約１５５４ｎｍのＣＷ光またはパルス光を第２のシード光として出力する。第２のシードレーザ１３０は、例えば、分布帰還型の半導体レーザである。第２の光強度可変部１３１は、第２のシードレーザ１３０から第２のシード光が入射される半導体素子を含む。第２の光強度可変部１３１は、図示しない電流制御部によって、半導体素子にパルス電流を印加することによって、第２のシード光を所定のパルス幅のレーザ光に変換する。以下、第２の光強度可変部１３１によって変換された第２のシード光を、第２のシードパルス光という。
【０２２７】
第２の増幅器１３２に含まれるＥｒファイバ増幅器は、図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。第２の増幅器１３２は、第２の光強度可変部１３１から入射する第２のシードパルス光を増幅する。第２の増幅器１３２は、増幅した第２のシードパルス光を、第２のパルスレーザ光ＰＬ２として出力する。
【０２２８】
ダイクロイックミラー１１３は、第１の固体レーザ装置１１１から出力される第１のパルスレーザ光ＰＬ１が入射する位置に配置されている。高反射ミラー１１４は、第２の固体レーザ装置１１２から出力される第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高反射し、高反射された第２のパルスレーザ光ＰＬ２がダイクロイックミラー１１３に入射するように配置されている。
【０２２９】
ダイクロイックミラー１１３には、波長が約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光ＰＬ１を高透過し、波長が約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高反射する膜がコートされている。ダイクロイックミラー１１３は、高透過した第１のパルスレーザ光ＰＬ１の光路軸と、高反射した第２のパルスレーザ光ＰＬ２の光路軸とが一致するように配置されている。
【０２３０】
波長変換システム１１５は、第１のＣＬＢＯ結晶１４０と、第２のＣＬＢＯ結晶１４１と、第１のθステージ１４２と、第２のθステージ１４３と、第１のダイクロイックミラー１４４と、第２のダイクロイックミラー１４５と、高反射ミラー１４６と、を含む。第１のＣＬＢＯ結晶１４０と第２のＣＬＢＯ結晶１４１とは、非線形結晶である。
【０２３１】
第１のＣＬＢＯ結晶１４０と、第１のダイクロイックミラー１４４と、第２のＣＬＢＯ結晶１４１と、第２のダイクロイックミラー１４５とは、この順序で、第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２の光路上に配置されている。第１のＣＬＢＯ結晶１４０には、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが入射する。
【０２３２】
第１のＣＬＢＯ結晶１４０では、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが重なり、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波に対応する波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光ＰＬ３が生成される。第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２は、第１のＣＬＢＯ結晶１４０を透過する。
【０２３３】
第１のダイクロイックミラー１４４は、第１のパルスレーザ光ＰＬ１を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第３のパルスレーザ光ＰＬ３とを高透過する膜がコートされている。第１のダイクロイックミラー１４４を高透過した第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３が、第２のＣＬＢＯ結晶１４１に入射する。
【０２３４】
第２のＣＬＢＯ結晶１４１では、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第３のパルスレーザ光ＰＬ３とが重なり、波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍとの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光ＰＬ４が生成される。第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３は、第２のＣＬＢＯ結晶１４１を透過する。
【０２３５】
第２のダイクロイックミラー１４５は、第４のパルスレーザ光ＰＬ４を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第３のパルスレーザ光ＰＬ３とを高透過する膜がコートされている。高反射ミラー１４６は、第２のダイクロイックミラー１４５により高反射された第４のパルスレーザ光ＰＬ４が高反射されて、波長変換システム１１５から出力される位置に配置されている。
【０２３６】
第１のＣＬＢＯ結晶１４０は、第１のθステージ１４２にホルダを介して取り付けられており、第１のθステージ１４２によって保持される。第１のθステージ１４２は、Ｈ軸を中心とする回転方向であるθ方向に第１のＣＬＢＯ結晶１４０を回転させる。第１のθステージ１４２は、例えば、図示しないステッピングモータにより構成される駆動部によって回転駆動される。
【０２３７】
Ｈ軸、Ｖ軸、及びＺ軸は、互いに直交している。Ｚ軸方向は、波長変換システム１１５に入射する第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２の光路軸方向である。
【０２３８】
第２のＣＬＢＯ結晶１４１及び第２のθステージ１４３の構成は、第１のＣＬＢＯ結晶１４０及び第１のθステージ１４２と同様であり、第２のθステージ１４３は、θ方向に第２のＣＬＢＯ結晶１４１を回転させる。
【０２３９】
固体レーザ制御部８９Ａは、第１及び第２のθステージ１４２，１４３の駆動部と電気的に接続されており、第１及び第２のθステージ１４２，１４３の移動を制御する。また、固体レーザ制御部８９Ａは、同期回路１１６と電気的に接続されている。同期回路１１６は、第１及び第２の光強度可変部１２１，１３１と電気的に接続されている。同期回路１１６は、固体レーザ制御部８９Ａから入力される発光トリガＴｒに基づき、第１及び第２の光強度可変部１２１，１３１を制御し、第１及び第２のシードパルス光の生成タイミングを同期させる。さらに、固体レーザ制御部８９Ａは、第１及び第２のシードレーザ１２０，１３０と、第１及び第２の増幅器１２２，１３２に含まれる各ＣＷ励起半導体レーザと、図示しない信号線を介して電気的に接続されている。
【０２４０】
固体レーザ制御部８９Ａは、図示しないレーザ加工装置に含まれるレーザ加工制御部３２Ａからレーザ制御部１３Ｅを介して、発光トリガＴｒ及び目標波長λｔを受信する。固体レーザ制御部８９Ａは、受信した発光トリガＴｒ及び目標波長λｔに基づいて、第１及び第２のθステージ１４２，１４３、同期回路１１６、第１及び第２のシードレーザ１２０，１３０等を制御する。
【０２４１】
１．２  動作
次に、固体レーザシステム８３Ａの動作を説明する。レーザ制御部１３Ｅは、レーザ加工制御部３２Ａからレーザ発振準備信号を受信すると、受信したレーザ発振準備信号を固体レーザ制御部８９Ａに送信する。固体レーザ制御部８９Ａは、このレーザ発振準備信号に基づいて、第１及び第２のシードレーザ１２０，１３０と、第１及び第２の増幅器１２２，１３２に含まれる各ＣＷ励起半導体レーザとの発振動作を開始させる。
【０２４２】
これにより、第１のシードレーザ１２０から第１のシード光が出力され、第１の光強度可変部１２１に入力される。後述する制御信号が第１の光強度可変部１２１に入力されるまでの間は、第１の光強度可変部１２１により第１のシード光の増幅が抑制される。同様に、第２のシードレーザ１３０から第２のシード光が出力され、第２の光強度可変部１３１に入力される。後述する制御信号が第２の光強度可変部１３１に入力されるまでの間は、第２の光強度可変部１３１により第２のシード光の増幅が抑制される。また、第１及び第２の増幅器１２２，１３２は、それぞれ図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。
【０２４３】
固体レーザ制御部８９Ａは、レーザ加工制御部３２Ａからの発光トリガＴｒを、レーザ制御部１３Ｅを介して受信すると、同期回路１１６に発光トリガＴｒを同期回路１１６に送信する。同期回路１１６は、発光トリガＴｒを受信すると、第１及び第２の光強度可変部１２１，１３１に制御信号をそれぞれ送信する。第１の光強度可変部１２１は、制御信号を受信すると、所定の期間のみ第１のシード光を増幅させることにより、所定のパルス幅を有する第１のシードパルス光を生成し、第１の増幅器１２２に入射させる。同様に、第２の光強度可変部１３１は、制御信号を受信すると、所定の期間のみ第２のシード光を増幅させることにより、所定のパルス幅を有する第２のシードパルス光を生成し、第２の増幅器１３２に入射させる。
【０２４４】
第１及び第２のシードパルス光は、それぞれ第１及び第２の増幅器１２２，１３２に入射すると、誘導放出が生じて増幅される。第１の増幅器１２２により増幅された第１のシードパルス光は、波長変換部１２３に入射する。波長変換部１２３に入射された第１のシードパルス光は、第４高調波に変換され、第１のパルスレーザ光ＰＬ１として第１の固体レーザ装置１１１から出力される。一方、第２の増幅器１３２により増幅された第２のシードパルス光は、第２のパルスレーザ光ＰＬ２として第２の固体レーザ装置１１２から出力される。
【０２４５】
第１の固体レーザ装置１１１から出力された第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、ダイクロイックミラー１１３を高透過することにより波長変換システム１１５に入射する。第２の固体レーザ装置１１２から出力された第２のパルスレーザ光ＰＬ２は、高反射ミラー１１４により高反射され、ダイクロイックミラー１１３により高反射されることにより波長変換システム１１５に入射する。
【０２４６】
同期回路１１６は、波長変換システム１１５に入射した第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２が、ほぼ同時に第１のＣＬＢＯ結晶１４０に入射するように、第１及び第２の光強度可変部１２１，１３１への前述の制御信号の入力タイミングを調節する。
【０２４７】
第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２が第１のＣＬＢＯ結晶１４０上で重なることにより、両者の和周波光である第３のパルスレーザ光ＰＬ３が生成される。第１のＣＬＢＯ結晶１４０を透過した第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、第１のダイクロイックミラー１４４により高反射される。第１のＣＬＢＯ結晶１４０を透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２と、第３のパルスレーザ光ＰＬ３とは、第１のダイクロイックミラー１４４を高透過して第２のＣＬＢＯ結晶１４１に入射する。
【０２４８】
第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３が第２のＣＬＢＯ結晶１４１上で重なることにより、両者の和周波光である第４のパルスレーザ光ＰＬ４が生成される。第２のＣＬＢＯ結晶１４１を透過した第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３は、第２のダイクロイックミラー１４５を高透過する。一方、第４のパルスレーザ光ＰＬ４は、第２のダイクロイックミラー１４５により高反射され、さらに高反射ミラー１４６により高反射されることにより、波長変換システム１１５から出力される。
【０２４９】
波長変換システム１１５から出力された第４のパルスレーザ光ＰＬ４は、固体レーザシステム８３Ａから出力される。本例において、固定レーザシステム８３Ａは、図３３に示すマスターオシレータ８３としての固定レーザ装置の変形例であるため、固体レーザシステム８３Ａから出力されたパルスレーザ光ＰＬ４は、図３３に示す増幅器８４に入力される。そして、パルスレーザ光ＰＬ４は、増幅器８４によって増幅された後、モニタモジュール１１Ａとシャッタ１２を通過して、例えば図５に示すレーザ加工装置４Ａに入力される。レーザ加工装置４Ａに入力されたパルスレーザ光ＰＬ４は、レーザ加工に用いられる。
【０２５０】
固体レーザ制御部８９Ａは、レーザ加工制御部３２Ａ及びレーザ制御部１３Ｅを通じて発光トリガＴｒを受信するたびに、同期回路１１６に発光トリガＴｒを同期回路１１６に送信する。これにより、固体レーザシステム８３Ａから第４のパルスレーザ光ＰＬ４の出力が繰り返し行われる。
【０２５１】
また、固体レーザ制御部８９Ａは、レーザ加工制御部３２Ａ及びレーザ制御部１３Ｅを通じて受信する目標波長λｔに応じて、第１のシードレーザ１２０または第２のシードレーザ１３０の発振波長を変更する。さらに、固体レーザ制御部８９Ａは、目標波長λｔに応じて、第１及び第２のθステージ１４２，１４３をθ方向に回転駆動させる。具体的には、固体レーザ制御部８９Ａは、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶１４０，１４１に入射するレーザ光の入射角度が、目標波長λｔに対応した位相整合角となるように第１及び第２のＣＬＢＯ結晶１４０，１４１をそれぞれθ方向に回転させる。これにより、目標波長λｔが変更された場合においても、レーザ光の入射角度が位相整合角に常に一致し、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶１４０，１４１で、強度の強い和周波光が生成される。
【０２５２】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の各実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０２５３】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【国際調査報告】
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