(57)【要約】レーザ加工システムは、以下を備える：Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ装置であって、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；Ｂ．波長可変レーザ装置から出力されたパルスレーザ光を被加工物に照射する光学システム；Ｃ．被加工物の材料に応じた光子吸収に対応する基準波長を取得する基準波長取得部；Ｄ．波長可変レーザ装置を制御して、被加工物に対して本加工を施す前にプレ加工を実行する制御部であって、基準波長を含む所定範囲内で波長可変レーザ装置が出力するパルスレーザ光の波長を変化させながら、複数の波長で波長探索用プレ加工を実行するレーザ加工制御部；Ｅ．複数の波長で行った波長探索用プレ加工の波長毎の加工状態を計測する加工状態計測器；及びＦ．波長毎の加工状態を評価して、本加工に使用する最適波長を決定する最適波長決定部。
2018134868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物にパルス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、以下を備える：
Ａ．前記パルスレーザ光を出力するレーザ装置であって、前記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；
Ｂ．前記波長可変レーザ装置から出力された前記パルスレーザ光を前記被加工物に照射する光学システム；
Ｃ．前記被加工物の材料に応じた光子吸収に対応する基準波長を取得する基準波長取得部；
Ｄ．前記波長可変レーザ装置を制御して、前記被加工物に対して本加工を施す前にプレ加工を実行する制御部であって、前記基準波長を含む所定範囲内で前記波長可変レーザ装置が出力する前記パルスレーザ光の波長を変化させながら、複数の波長で波長探索用プレ加工を実行するレーザ加工制御部；
Ｅ．複数の波長で行った前記波長探索用プレ加工の波長毎の加工状態を計測する加工状態計測器；及び
Ｆ．波長毎の前記加工状態を評価して、前記本加工に使用する最適波長を決定する最適波長決定部。
【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、
前記レーザ加工制御部は、前記本加工を行う際に、前記波長可変レーザ装置が出力する前記パルスレーザ光の目標波長として前記最適波長を設定する。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、さらに、以下を備える；
Ｇ．前記被加工物の材料毎に前記基準波長を記録した波長選択テーブルを記憶する記憶部；
ここで、前記基準波長取得部は、入力された材料識別情報を受け付けて、前記波長選択テーブルを参照して、入力された前記材料識別情報に応じた前記基準波長を取得する。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ加工システムであって、
前記波長選択テーブルには、前記基準波長を含む所定範囲のデータが記録されており、
前記基準波長取得部は、前記基準波長を含む所定範囲のデータを取得する。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、
前記加工状態計測器は、前記加工状態として、少なくとも加工が施されたか否かを計測する。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザ加工システムであって、さらに、以下を備える；
Ｈ．前記パルスレーザ光の前記被加工物におけるフルーエンスであって、前記波長探索用プレ加工において使用される波長探索用フルーエンスを決定する波長探索用フルーエンス決定部。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ加工システムであって、
前記レーザ加工制御部は、目標波長を前記基準波長に固定した状態で、フルーエンスを変化させながら、複数のフルーエンスで、フルーエンス決定用のプレ加工である第１プレ加工を実行する；
前記加工状態計測器は、複数のフルーエンスで行った前記第１プレ加工のフルーエンス毎の加工状態を計測する；
前記波長探索用フルーエンス決定部は、複数のフルーエンス毎の前記加工状態を評価して、前記被加工物に対して加工が施される直前のフルーエンスの最大値を前記波長探索用フルーエンスとして決定する。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザ加工システムであって、
前記レーザ加工制御部は、前記第１プレ加工の後に、目標フルーエンスを前記波長探索用フルーエンスに固定した状態で、前記波長探索用プレ加工を第２プレ加工として実行し、
前記加工状態計測器は、複数の波長で行った前記第２プレ加工の波長毎の加工状態を計測し、
前記最適波長決定部は、前記第２プレ加工の波長毎の加工状態を評価して、加工が施された波長を前記最適波長として決定する。
【請求項９】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、
前記加工状態計測器は、前記加工状態として、加工深さを計測する加工深さ計測器である。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ加工システムであって、
前記加工深さ計測器は、レーザ顕微鏡、レーザ変位計、及び原子間力顕微鏡のいずれかを含む。
【請求項１１】
請求項９に記載のレーザ加工システムであって、
前記レーザ加工制御部は、本加工に使用するフルーエンスを目標フルーエンスに設定して、前記波長探索用プレ加工を実行する；
前記最適波長決定部は、複数の波長で行った前記波長探索用プレ加工の加工深さから加工速度を求め、前記加工速度が最大の波長を前記最適波長として決定する。
【請求項１２】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、
前記基準波長取得部は、前記材料毎の前記基準波長として、１光子で光子吸収が生じる吸収波長である１光子吸収波長を取得する。
【請求項１３】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、
前記基準波長取得部は、前記材料毎の前記基準波長として、前記１光子吸収波長に加えて、２光子で光子吸収が生じる吸収波長である２光子吸収波長を取得する。
【請求項１４】
請求項１３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、前記パルスレーザ光のパルス幅が可変である。
【請求項１５】
請求項１４に記載のレーザ加工システムであって、さらに、以下を含む；
Ｉ．前記１光子吸収波長が所定値未満の場合に、前記プレ加工に使用する前記基準波長として前記２光子吸収波長を選択する波長選択部；及び
Ｊ．前記２光子吸収波長が選択された場合において、前記パルス幅を、前記１光子吸収波長が選択された場合の第１パルス幅より短い第２パルス幅に設定するパルス幅設定部。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレーザ加工システムは、さらに、以下を含む。
Ｋ．前記パルス幅設定部が設定した前記パルス幅を基準パルス幅として、前記基準パルス幅を含む所定範囲の中から、本加工に使用する最適パルス幅を決定する最適パルス幅決定部。
【請求項１７】
請求項１６に記載のレーザ加工システムであって、
前記レーザ加工制御部は、前記基準パルス幅を含む所定範囲内で前記波長可変レーザ装置が出力する前記パルスレーザ光のパルス幅を変化させながら、複数のパルス幅でパルス幅探索用プレ加工を実行する；
前記加工状態計測器は、複数のパルス幅で行った前記パルス幅探索用プレ加工のパルス幅毎の加工状態を計測する；及び
前記最適パルス幅決定部は、前記パルス幅探索用プレ加工のパルス幅毎の加工状態を評価して、前記最適パルス幅を決定する。
【請求項１８】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、
前記基準波長は、前記被加工物の材料が結晶材料である場合は、前記結晶材料のバンドギャップに応じた吸収波長である。
【請求項１９】
請求項１に記載のレーザ加工システムであって、さらに、以下を含む；
Ｌ．前記被加工物の表面を撮像して観察画像を記録する観察装置。
【請求項２０】
被加工物にパルス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、以下のステップを備える：
Ａ．前記被加工物の材料に応じた光子吸収に対応する基準波長を取得する基準波長取得ステップ；
Ｂ．前記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を用い、前記基準波長を含む所定範囲内で前記波長可変レーザ装置が出力する前記パルスレーザ光の波長を変化させながら、複数の波長で波長探索用プレ加工を実行する波長探索用プレ加工ステップ；
Ｃ．前記複数の波長で行った前記波長探索用プレ加工の波長毎の加工状態を計測する加工状態計測ステップ；及び
Ｄ．波長毎の前記加工状態を評価して、本加工に使用する最適波長を決定する最適波長決定ステップ。
【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】
近年、レーザ加工分野において、パルス幅が非常に短い超短パルスのパルスレーザ光を使用したレーザ加工が注目されている。たとえば、ピコ秒やフェムト秒のパルス幅のパルスレーザ光を被加工材料に照射することによって、被加工材料の表面において光子吸収が起こり、非熱加工による綺麗な加工ができることが知られている。【０００３】
また、出力するパルスレーザ光の波長を変化させることができる波長可変レーザ装置を用いて、被加工物に応じた適切な波長のパルスレーザ光を選択してレーザ加工を行うことが試みられている。例えば、被加工物が結晶材料である場合は、適切な波長として、材料のバンドギャップに対応して理論的に決まる光の吸収波長が選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７３５８１号公報
【特許文献２】特表２００８−５０３０３２号公報
【特許文献３】ＷＯ２００３／０７６１５１号公報
【概要】
【０００５】
本開示の１つの観点に係る、被加工物にパルス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．パルスレーザ光を出力するレーザ装置であって、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；
Ｂ．波長可変レーザ装置から出力されたパルスレーザ光を被加工物に照射する光学システム；
Ｃ．被加工物の材料に応じた光子吸収に対応する基準波長を取得する基準波長取得部；
Ｄ．波長可変レーザ装置を制御して、被加工物に対して本加工を施す前にプレ加工を実行する制御部であって、基準波長を含む所定範囲内で波長可変レーザ装置が出力するパルスレーザ光の波長を変化させながら、複数の波長で波長探索用プレ加工を実行するレーザ加工制御部；
Ｅ．複数の波長で行った波長探索用プレ加工の波長毎の加工状態を計測する加工状態計測器；及び
Ｆ．波長毎の加工状態を評価して、本加工に使用する最適波長を決定する最適波長決定部。
【０００６】
本開示の１つの観点に係る、被加工物にパルス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．被加工物の材料に応じた光子吸収に対応する基準波長を取得する基準波長取得ステップ；
Ｂ．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を用い、基準波長を含む所定範囲内で波長可変レーザ装置が出力するパルスレーザ光の波長を変化させながら、複数の波長で波長探索用プレ加工を実行する波長探索用プレ加工ステップ；
Ｃ．複数の波長で行った波長探索用プレ加工の波長毎の加工状態を計測する加工状態計測ステップ；及び
Ｄ．波長毎の加工状態を評価して、本加工に使用する最適波長を決定する最適波長決定ステップ。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
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】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である。
【図２】比較例のレーザ加工制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】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】比較例のレーザ制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】第１波長選択テーブルの説明図である。
【図６】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である。
【図７】第１実施形態のレーザ加工制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態の最適波長の探索の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】波長検索用フルーエンスを決定する処理手順を示すフローチャートの前半である。
【図１０】波長検索用フルーエンスを決定する処理手順を示すフローチャートの後半である。
【図１１】フルーエンス評価値テーブルの説明図である。
【図１２】波長探索処理手順を示すフローチャートの前半である。
【図１３】波長探索処理手順を示すフローチャートの後半である。
【図１４】第１評価値テーブルの説明図である。
【図１５】最適波長の決定の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】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である。
【図１７】加工深さの説明図である。
【図１８】第２実施形態のレーザ加工制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】第２実施形態の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２０】第１実施形態の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２１】加工状態の計測と第２波長評価値の記録の処理手順を示すフローチャートである。
【図２２】第２評価値テーブルの説明図である。
【図２３】材料Ａの特性図である。
【図２４】材料Ｂの特性図である。
【図２５】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である。
【図２６】第２波長選択テーブルの説明図である。
【図２７】第３実施形態のレーザ加工制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図２８】基準波長λａの選択とパルス幅ΔＴａの決定の手順を示すフローチャートである。
【図２９】第３実施形態のレーザ制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図３０】第４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である。
【図３１】第４実施形態のレーザ加工制御部の処理手順を示すフローチャートの前半である。
【図３２】第４実施形態のレーザ加工制御部の処理手順を示すフローチャートの後半である。
【図３３】最適パルス幅の探索手順を示すフローチャートの前半である。
【図３４】最適パルス幅の探索手順を示すフローチャートの後半である。
【図３５】加工状態の計測とパルス幅評価値の記録の手順を示すフローチャートである。
【図３６】パルス幅評価値テーブルの説明図である。
【図３７】波長可変レーザ装置の具体例を示す説明図である。
【図３８】転写光学系を有するレーザ加工装置の説明図である。
【図３９】反射型の集光光学系の説明図である。
【図４０】反射型の転写光学系の説明図である。
【実施形態】
【０００８】
＜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
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
５．４  変形例
６．第４実施形態のレーザ加工システム
６．１  構成
６．２  動作
６．３  作用
７．波長可変レーザ装置の具体例
７．１  構成
７．２  動作
７．３  変形例
８．レーザ加工装置の変形例
８．１  構成
８．２  動作
９．反射型の光学系
９．１  反射型の集光光学系
９．２  反射型の転写光学系
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
レーザ装置３は、固体レーザ装置１０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、パルスレーザ光を出力するレーザ装置であって、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である。
【００１３】
固体レーザ装置１０は、波長可変チタンサファイヤ発振器１６と、チタンサファイヤ増幅器１７と、波長変換システム１８と、ポンピングレーザ装置１９とを含んでいる。波長可変チタンサファイヤ発振器１６は、チタンサファイヤ結晶と波長選択素子と出力結合ミラーからなる光共振器を含む。ポンピングレーザ装置１９から出力されたパルスレーザ光により、チタンサファイヤ結晶がパルス状に励起される。この波長可変チタンサファイヤ発振器１６から出力されるシード光は、光共振器中の波長選択素子によって、波長選択され、６５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲のパルスレーザ光を出力する。ここで波長選択素子の具体例としては、たとえば、グレーティングである。
【００１４】
チタンサファイヤ増幅器１７は、チタンサファイヤ結晶とマルチパス増幅するための光学系と、を含む。シード光がチタンサファイヤ結晶に入射するのと同期して、ポンピングレーザ装置１９から出力されたパルスレーザ光により、パルス状に励起される。その結果、チタンサファイヤ増幅器１７において、パルスレーザ光であるシード光は増幅され、増幅されたパルスレーザ光が出力される。
【００１５】
増幅されたパルスレーザ光のパルス幅は、ポンピングレーザ装置１９から出力される励起用のパルスレーザ光のパルス幅に依存する。例えば、被加工物４１の材料において１光子の光子吸収が生じるパルス幅となるように励起用のパルスレーザ光のパルス幅が設定されており、具体的には、被加工物４１に照射されるパルスレーザ光のパルス幅は１ｎｓ以上１００ｎｓ以下の範囲となるように励起用のパルスレーザ光のパルス幅が設定されている。
【００１６】
ポンピングレーザ装置１９は、例えば、励起光として、ＹＬＦレーザの第２高調波光のパルスレーザ光を出力するレーザ装置である。ポンピングレーザ装置１９は、波長可変チタンサファイヤ発振器１６及びチタンサファイヤ増幅器１７に励起光を入力する。
【００１７】
波長変換システム１８は、チタンサファイヤ増幅器１７で増幅されたシード光の波長を変換する。波長変換システム１８において、シード光は、第２高調波（３２５ｎｍ〜５５０ｎｍ）、第３高調波（２１７ｎｍ〜３６７ｎｍ）、及び第４高調波（１６２ｎｍ〜２７５ｎｍ）のいずれかに選択的に変換される。固体レーザ装置１０は、波長変換システム１８で波長変換されたパルスレーザ光を出力する。
【００１８】
モニタモジュール１１は、固体レーザ装置１０が出力する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、波長モニタ１１ｃとを含んでいる。
【００１９】
ビームスプリッタ１１ａは、固体レーザ装置１０が出力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ビームスプリッタ１１ｄに向けて反射する。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。
【００２０】
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。
【００２１】
波長モニタ１１ｃは、例えば、グレーティング等の波長分散素子を含み、その回折像をイメージセンサで検出し、検出した回折像に基づいて波長を検出する分光器である。
【００２２】
レーザ制御部１３は、レーザ加工装置４のレーザ加工制御部３２との間で各種の信号を送受信する。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、目標波長λｔのデータ等を受信する。
【００２３】
レーザ制御部１３は、モニタモジュール１１の光センサ１１ｂからパルスエネルギのデータを受信する。レーザ制御部１３は、受信したパルスエネルギのデータに基づいてポンピングレーザ装置１９から出力される励起用パルスレーザ光のパルスエネルギを制御する。ポンピングレーザ装置１９は、励起用パルスレーザ光を、波長可変チタンサファイヤ発振器１６及びチタンサファイヤ増幅器１７に出力する。励起用パルスレーザ光のパルスエネルギを制御することにより、波長可変チタンサファイヤ発振器１６及びチタンサファイヤ増幅器１７が出力するパルスレーザ光のパルスエネルギが制御される。
【００２４】
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の開信号と同期して、パルスレーザ光の発光トリガＴｒの受信が可能となったことを表すレーザ加工ＯＫ信号を、レーザ加工制御部３２に送信する。
【００２５】
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。
【００２６】
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加工対象である。被加工物４１は、例えば、結晶材料である。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。
【００２７】
光学システム３６は、例えば、高反射ミラー３６ａ〜３６ｃと、集光光学系としての集光レンズ３６ｄと、アッテネータ５２とを備えている。高反射ミラー３６ａ〜３６ｃ、集光レンズ３６ｄ及びアッテネータ５２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。
【００２８】
高反射ミラー３６ａ〜３６ｃは、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。
【００２９】
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Ｔ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Ｔ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。
【００３０】
アッテネータ５２は、レーザ加工制御部３２の制御信号に基づいて透過率Ｔが制御される。アッテネータ５２は、透過率Ｔの制御により、入射するパルスレーザ光のパルスエネルギを所望のパルスエネルギに調節する。
【００３１】
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。集光レンズ３６ｄは、例えば、合成石英とＣａＦ2結晶など材料の異なるレンズを組み合わせた色収差補正レンズである。色収差補正範囲は、例えば、波長可変レーザ装置であるレーザ装置３から出力されるパルスレーザ光の波長範囲に応じて設定される。
【００３２】
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。
【００３３】
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（図示せず）と、筐体３７から窒素ガスを外部に排出する排出ポート（図示せず）が設けられている。吸入ポート及び排出ポートは、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。吸入ポート及び排出ポートは、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。吸入ポートには、窒素ガス供給源（図示せず）が接続される。
【００３４】
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との接続部分と、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。
【００３５】
なお、筐体３７内に窒素ガスを流す目的は、紫外領域の光が大気に一部吸収される特性を有しているため、このような大気を筐体３７内から排出することにある。したがって、パルスレーザ光の波長が紫外領域でない場合は、筐体３７内に窒素ガスを流さなくてもよい。また、筐体３７において、筐体３７内への大気の流入を抑制するウインドウ４２が配置されているが、パルスレーザ光の波長が紫外領域でない場合は、ウインドウ４２を配置しなくてもよい。
【００３６】
２．２  レーザ加工システムの動作
図２〜図４のフローチャートを参照しながら、レーザ加工システム２の動作を説明する。図２に示すＳ１０００は、レーザ加工装置４のレーザ加工制御部３２の処理を示すフローチャートであり、図４に示すＳ２０００は、レーザ装置３のレーザ制御部１３の処理を示すフローチャートである。
【００３７】
まず、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。そして、図２に示すように、まず、Ｓ１０１０において、レーザ加工制御部３２は、セットされた被加工物４１の材料名ＭＮの入力を待機する。材料名ＭＮの入力は、例えば、オペレータによる操作パネルを通じた材料名ＭＮのマニュアル入力や、外部装置から送信される材料名ＭＮのデータを受信することにより行われる。外部装置としては、例えば、レーザ加工システム２が設置される工場の工場管理システムなどの操作端末である。
【００３８】
レーザ加工制御部３２は、被加工物４１の材料名ＭＮを取得すると（Ｓ１０１０でＹ）、Ｓ１０２０において、材料名ＭＮに対応する波長λａを取得する。具体的には、レーザ加工制御部３２は、図５に示す第１波長選択テーブル５６から、材料名ＭＮに対応する波長λａを読み出す。第１波長選択テーブル５６は、ダイヤモンド（Ｄｉａｍｏｎｄ）や窒化シリコン（ＳｉＣ）などの被加工物４１の各種の材料毎に予め設定された波長λａを記録したテーブルデータである。
【００３９】
第１波長選択テーブル５６は、例えば、レーザ加工制御部３２の内部メモリに記憶される。なお、第１波長選択テーブル５６を記憶する記憶部としては、レーザ加工制御部３２の内部メモリに限らず、レーザ加工システム２内に設けられるデータストレージでもよい。また、レーザ加工システム２と通信可能に接続されたコンピュータなどの外部記憶装置でもよい。
【００４０】
波長λａは、被加工物４１の材料に応じた光子吸収に対応する基準波長である。より具体的には、基準波長λａは、材料において光子吸収が生じる吸収波長として想定される波長である。光子吸収とは、材料が光子を吸収して電子が励起される過程をいう。吸収波長は、材料が結晶材料である場合は、結晶材料のバンドギャップに応じて決まる。具体的には、バンドギャップが大きいほど、光子吸収を生じさせるために大きなエネルギが必要になるため、１光子吸収波長は短くなる。基準波長λａは、理論上は、加工速度が最大となり、レーザ加工に使用する波長として最適な波長である。ここで、加工速度とは、材料に照射するパルスレーザ光の１パルス当たりの加工深さＤｅｐｔｈであり、下記式（１）で定義される。
ＰＳ＝Ｄｅｐｔｈ／Ｎｍ・・・・・・（１）
ここで、ＰＳは加工速度、Ｎｍはパルス数である。
【００４１】
第１波長選択テーブル５６は、材料名ＭＮ毎に、基準波長λａとして、１光子吸収波長のデータを記録したテーブルである。図５において、第１波長選択テーブル５６には、１光子吸収波長に加えて、バンドギャップのデータも記録されている。図５において、バンドギャップのデータが記録されているのは、１光子吸収波長との相関関係を示すためであり、バンドギャップのデータを第１波長選択テーブル５６に記録しなくてもよい。バンドギャップの単位は［ｅＶ］であり、１光子吸収波長の単位は［ｎｍ］である。
【００４２】
Ｓ１０３０において、レーザ加工制御部３２は、目標波長λｔに、取得した基準波長λａを設定し、Ｓ１０４０において、目標パルスエネルギＥｔに、レーザ加工時のパルスエネルギＥｍを設定する。次に、Ｓ１０５０において、レーザ加工制御部３２は、設定した目標波長λｔと目標パルスエネルギＥｔのデータを、レーザ制御部１３に送信する。
【００４３】
Ｓ１０６０において、レーザ加工制御部３２は、レーザ装置３において準備動作が完了するまでの間、レーザ制御部１３からのレーザ加工ＯＫ信号の受信を待機する。レーザ加工ＯＫ信号は、レーザ装置３において発光トリガＴｒの受信準備が完了したことを表す信号であり、レーザ制御部１３がレーザ加工制御部３２に送信する信号である。
【００４４】
レーザ加工制御部３２は、レーザ制御部１３からレーザ加工ＯＫ信号を受信すると（Ｓ１０６０でＹ）、Ｓ１０７０において、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。Ｓ１０８０において、レーザ加工制御部３２は、ＸＹＺステージ３４を制御して、被加工物４１を初期のレーザ加工位置に移動する。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で集光される位置に、被加工物４１が移動される。ここで、パルスレーザ光の照射径は、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である。
【００４５】
レーザ加工制御部３２は、被加工物４１の位置決めが終了すると、Ｓ１０９０において、レーザ制御部１３に対して発光トリガＴｒを送信して、被加工物４１のレーザ加工を実行する。発光トリガＴｒに同期してレーザ装置３からパルスレーザ光が出力される。パルスレーザ光はレーザ加工装置４に入射する。
【００４６】
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、アッテネータ５２、及び高反射ミラー３６ｂ、３６ｃを経由して集光レンズ３６ｄに入射する。パルスレーザ光はアッテネータ５２を透過する際にパルスエネルギが調節される。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。
【００４７】
初期の加工位置に対するレーザ加工が終了した後は、レーザ加工制御部３２は、次の加工位置がある場合（Ｓ１１００でＮ）には、Ｓ１１１０において、次の加工位置の位置データをＸＹＺステージ３４にセットする。そして、Ｓ１０８０において、ＸＹＺステージ３４で被加工物４１が次の加工位置に移動される。Ｓ１０９０において、次の加工位置で、被加工物４１に対してレーザ加工が行われる。次の加工位置が無い場合は、レーザ加工が終了する（Ｓ１１００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。
【００４８】
Ｓ１０９０のレーザ加工は、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ＦＬｍとなるようにパルスエネルギを制御する。
【００４９】
ここで、フルーエンスＦＬ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の光損失が無視できる場合は、下記式（２）で定義される。
ＦＬ＝Ｅｔ／Ｓ［ｍＪ／ｃｍ2］・・・・・・（２）
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。
【００５０】
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ＥｔをＥｍとすると、レーザ加工に必要なフルーエンスＦＬｍは、下記式（３）で定義される。
ＦＬｍ＝Ｅｍ／Ｓｍ［ｍＪ／ｃｍ2］・・・・・・（３）
【００５１】
レーザ加工制御部３２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ＦＬ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ＦＬを制御する。アッテネータ５２の透過率ＴによるフルーエンスＦＬの制御は、レーザ装置３においてパルスエネルギを大きく変更できない場合に有効である。
【００５２】
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（４）に基づいて求められる。
Ｔ＝π（Ｄ／２）2（ＦＬ／Ｅｔ）・・・・・（４）
ここで、ＦＬ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。レーザ加工に必要なフルーエンスＦＬｍを得るための透過率Ｔを求める場合には、Ｔ＝π（Ｄ／２）2（ＦＬｍ／Ｅｍ）となる。
【００５３】
レーザ加工制御部３２は、Ｓ１０９１において透過率Ｔを設定した後、Ｓ１０９２において、レーザ加工に必要な所定の繰り返し周波数ｆｍと所定のパルス数Ｎｍ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。これにより、発光トリガＴｒに応じたレーザ照射が行われる。
【００５４】
図４に示すように、Ｓ２０１０において、レーザ制御部１３は、レーザ加工制御部３２から目標波長λｔと目標パルスエネルギＥｔのデータを受信すると、Ｓ２０２０において、レーザ加工ＮＧ信号をレーザ加工制御部３２に送信する。レーザ加工ＮＧ信号は、レーザ加工制御部３２からの発光トリガＴｒの送信を禁止する信号である。レーザ制御部１３は、レーザ加工ＮＧ信号を送信した後、Ｓ２０３０において、シャッタ１２を閉じる。これにより、レーザ制御部１３は、目標波長λｔと目標パルスエネルギＥｔに応じたパルスレーザ光の出力をするための準備動作を開始する。
【００５５】
レーザ制御部１３は、Ｓ２０４０において、固体レーザ装置１０が出力するパルスレーザ光が目標波長λｔ及び目標パルスエネルギＥｔとなるように、図示しない内部発光トリガに基づいて、所定の繰り返し周波数で固体レーザ装置１０に調整発振を行わせる。
【００５６】
モニタモジュール１１は、固体レーザ装置１０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と波長の実測値を計測する。レーザ制御部１３は、パルスエネルギの実測値と目標パルスエネルギＥｔとの差ΔＥが０に近づくように、ポンピングレーザ装置１９の励起光のパルスエネルギを制御する。また、レーザ制御部１３は、波長の実測値と目標波長λｔとの差Δλが０に近づくように、波長可変チタンサファイヤ発振器１６の波長選択素子の選択波長を制御することによって、出力波長を制御する。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励起光のパルスエネルギを制御し、かつ、Δλが許容範囲になるように波長可変チタンサファイヤ発振器１６の波長選択素子の選択波長を制御することによって、パルスレーザ光のパルスエネルギと波長を制御することができる。
【００５７】
レーザ制御部１３は、ΔＥ及びΔλが許容範囲となった場合、調整発振を停止する。そして、Ｓ２０５０において、シャッタ１２を開けて、かつ、Ｓ２０６０において、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表すレーザ加工ＯＫ信号を送信する。
【００５８】
レーザ制御部１３は、レーザ加工ＯＫ信号を送信した後、発光トリガＴｒを受信する。Ｓ２０７０において、レーザ加工制御部３２からの発光トリガＴｒに基づいて、固体レーザ装置１０にレーザ発振を行わせる。レーザ制御部１３は、発光トリガＴｒによるレーザ発振中において、モニタモジュール１１からの実測値に基づいてフィードバック制御を行う。レーザ制御部１３は、パルスエネルギ及び波長の実測値が許容範囲に無い場合（Ｓ２０８０でＮ）、Ｓ２０２０に戻り、Ｓ２０２０からＳ２０７０のステップを実行する。これにより、パルスエネルギ及び波長の実測値が許容範囲になるようにフィードバック制御が行われる。
【００５９】
また、レーザ制御部１３は、レーザ発振中において、レーザ加工制御部３２からの目標波長λｔ又は目標パルスエネルギＥｔの変更要求を受け付ける（Ｓ２０９０）。レーザ制御部１３は、目標波長λｔ又は目標パルスエネルギＥｔのいずれかの変更要求が有った場合は（Ｓ２０９０でＹ）、Ｓ２０１０に戻り、上記ステップを繰り返す。レーザ制御部１３は、レーザ加工制御部３２からの次の発光トリガＴｒが有る場合（Ｓ２１００でＹ）には、レーザ発振を継続する。レーザ制御部１３は、次の発光トリガＴｒの送信が終了するまで（Ｓ２１００でＮ）、上記ステップを繰り返す。
【００６０】
２．３  課題
比較例のレーザ加工システム２は、被加工物４１の材料のバンドギャップに対応する基準波長λａのパルスレーザ光でレーザ加工を行う。上述のとおり、基準波長λａは、理論的には、加工速度ＰＳが最大となる最適な波長と考えられる。しかし、レーザ加工において、加工速度ＰＳを改善するために基準波長λａに合わせても、実際には、加工速度ＰＳが改善しない場合があった。その理由は、実際に加工される被加工物４１の材料においては、不純物等の影響で、理論的なバンドギャップとは多少異なるバンドギャップとなる場合があるためと考えられる。
【００６１】
３．第１実施形態のレーザ加工システム
３．１  構成
図６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に示す比較例のレーザ加工システム２のレーザ加工装置４に代えて、レーザ加工装置４Ａを備えている。第１実施形態のレーザ装置３は、比較例のレーザ装置３と同様である。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。
【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使用する最適波長λｏｐｔを探索する機能を備えている。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制御部３２に代えて、レーザ加工制御部３２Ａを備えている。レーザ加工制御部３２Ａの内部メモリには、レーザ加工制御部３２と同様に、第１波長選択テーブル５６が記憶されている。
【００６３】
レーザ加工制御部３２Ａは、最適波長λｏｐｔの探索処理を実行する。最適波長λｏｐｔの探索は、被加工物４１に対してレーザ加工の本加工を行う前にプレ加工を行って、プレ加工の加工状態を評価することにより行われる。レーザ加工制御部３２Ａは、レーザ制御部１３を介してレーザ装置３を制御して、プレ加工を実行する。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、観察装置６６を備えている。
【００６４】
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。観察画像６６は、観察画像を記録することにより、加工状態として、少なくとも加工が施されたか否を計測する。本例において、観察装置６６は、加工状態計測器として機能する。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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、レーザ加工が実行される加工位置にある被加工物４１の表面の像が観察できるように配置されている。具体的には、結像レンズ６６ｄは、被加工物４１の表面で反射して、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。
【００６７】
３．２  動作
図７から図１５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のＳ１０００Ａに示すレーザ加工制御部３２Ａの処理のフローチャートにおいて、図２に示すＳ１０００の比較例の処理と異なるのは、１つは、Ｓ１０２０の直後に、Ｓ１０２１Ａの最適波長λｏｐｔを探索する処理が追加されている点である。
【００６８】
もう１つは、図２に示す比較例のＳ１０３０がＳ１０３０Ａに変更されている点である。具体的には、比較例のＳ１０３０においては、目標波長λｔに、基準波長λａそのものを設定している。これに対して、第１実施形態のＳ１０３０Ａでは、目標波長λｔに、探索処理において決定した最適波長λｏｐｔを設定する。これにより、第１実施形態においては、最適波長λｏｐｔを使用してレーザ加工の本加工が行われる。その他の各ステップは、図２に示す比較例と同様である。
【００６９】
図８に示すように、Ｓ１０２１Ａの最適波長λｏｐｔの探索は、ＳＲ１１０の波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを決定する処理と、ＳＲ１２０の決定された波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを使用して最適波長λｏｐｔを探索する波長探索処理とを含む。ＳＲ１１０の波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを決定する処理と、ＳＲ１２０の波長探索処理のどちらも、被加工物４１に対してプレ加工を施すことにより実行される。
【００７０】
各処理のプレ加工を区別するために、第１実施形態においては、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを決定する処理において実行されるフルーエンス決定用のプレ加工を第１プレ加工と呼び、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを使用して行う波長探索用プレ加工を第２プレ加工と呼ぶ。レーザ加工制御部３２Ａは、第２プレ加工において使用される波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを決定する波長探索用フルーエンス決定部として機能する。
【００７１】
図９及び図１０は、本例の波長探索用フルーエンスＦＬｔｈの決定処理（ＳＲ１１０）のフローチャートを示す。ＳＲ１１０において、レーザ加工制御部３２Ａは、目標波長λｔを基準波長λａに固定した状態で、フルーエンスを変化させながら、複数のフルーエンスで第１プレ加工を実行する。
【００７２】
図９に示すＳＲ１１０１において、レーザ加工制御部３２Ａは、目標波長λｔに基準波長λａを設定し、ＳＲ１１０２において、目標パルスエネルギＥｔにレーザ加工時のパルスエネルギＥｍを設定する。次に、ＳＲ１１０３において、レーザ加工制御部３２Ａは、設定した目標波長λｔと目標パルスエネルギＥｔのデータを、レーザ制御部１３に送信する。
【００７３】
レーザ加工制御部３２Ａは、ＳＲ１１０４において、レーザ加工ＯＫ信号の受信を待機する。レーザ制御部１３からレーザ加工ＯＫ信号を受信した場合には（ＳＲ１１０４でＹ）、ＳＲ１１０５において、レーザ加工制御部３２Ａは、第１プレ加工において使用するフルーエンスＦＬｐ（Ｎ）の値を初期化する。具体的には、ＳＲ１１０５において、初期値Ｆｍ０を、第１プレ加工で使用する１番目のフルーエンスＦＬｐ（１）にセットする。そして、ＳＲ１１０６において、使用するフルーエンスＦＬｐ（Ｎ）の番号Ｎに「１」をセットして、ＦＬｐ（１）を選択する。
【００７４】
レーザ加工制御部３２Ａは、ＳＲ１１０７において、初期のプレ加工位置の位置データをセットする。ＳＲ１１０８において、レーザ加工制御部３２Ａは、セットした位置データに基づいて、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。
【００７５】
レーザ加工制御部３２Ａは、ＳＲ１１０９において、目標フルーエンスＦＬｔにフルーエンスＦＬｐ（Ｎ）を設定する。フルーエンスＦＬｐ（Ｎ）の番号Ｎに「１」がセットされている場合には、目標フルーエンスＦＬｔに、１番目のフルーエンスＦＬｐ（１）である初期値ＦＬｐ０が設定される。図１０に示すように、ＳＲ１１１０において、レーザ加工制御部３２Ａは、目標フルーエンスＦＬｔとなるようにアッテネータ５２の透過率Ｔを設定する。ＳＲ１１１１において、レーザ加工制御部３２Ａは、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１３に送信する。これにより、レーザ装置３からパルスレーザ光が出力されて、被加工物４１のプレ加工位置に対して第１プレ加工が実行される。
【００７６】
フルーエンスＦＬｐ（Ｎ）による第１プレ加工が実行されると、ＳＲ１１１２において、観察装置６６は、第１プレ加工の加工状態を計測する。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、フルーエンスＦＬｐ（Ｎ）による第１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。レーザ加工制御部３２Ａは、記録された観察画像に基づいて、フルーエンスＦＬｐ（Ｎ）による第１プレ加工の加工状態を評価する。
【００７７】
具体的には、フルーエンスＦＬｐ（Ｎ）による第１プレ加工により、被加工物４１のプレ加工位置に加工が施されたか否かを判定する。例えば、第１プレ加工により、被加工物４１の表面に丸い穴を形成する場合、穴が形成された場合は、加工が施されたと判定し、穴が形成されていない場合には、加工が施されていないと判定する。そして、レーザ加工制御部３２Ａは、判定結果Ｄｏｋ（Ｎ）を、フルーエンス評価値として、図１１に示すフルーエンス評価値テーブル６７に記録する。番号Ｎが「１」の場合は、１番目のフルーエンスＦＬｐ（１）による第１プレ加工の判定結果Ｄｏｋ（１）が、フルーエンス評価値として、フルーエンス評価値テーブル６７に記録される。
【００７８】
１つのフルーエンスＦＬｐ（Ｎ）についてフルーエンス評価値の記録が終了した場合には、ＳＲ１１１３において、レーザ加工制御部３２Ａは、番号Ｎに１を加算する。ＳＲ１１１４において、レーザ加工制御部３２Ａは、ＦＬｐ（Ｎ−１）のフルーエンスの値にΔＦＬｓを加算した値を、ＦＬｐ（Ｎ）のフルーエンスの値として設定する。例えば、ＦＬｐ（１）のフルーエンス評価値の記録が終了したら、Ｎに１を加算する。初期のプレ加工位置の第１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、ＳＲ１１１４において、Ｎ−１＝２−１＝１となる。従って、ＦＬｐ（１）の値にΔＦＬｓを加算した値が、ＦＬｐ（２）のフルーエンスの値として設定される。ＦＬｐ（１）の値は、初期値ＦＬｐ０であるため、ＦＬｐ（２）＝ＦＬｐ０＋ΔＦＬｓとなる。
【００７９】
ＳＲ１１１４で設定したＦＬｐ（Ｎ）の値がＦＬｐｍａｘ以下の場合には（ＳＲ１１１５でＮ）、レーザ加工制御部３２Ａは、次のプレ加工位置の位置データをセットする（ＳＲ１１１７）。そして、ＳＲ１１０８において、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、ＳＲ１１０９からＳＲ１１１４のステップが実行される。レーザ加工制御部３２Ａは、ＳＲ１１１２において、ＦＬｐ（Ｎ）＝ＦＬｐ（２）の場合は、ＦＬｐ（２）の判定結果Ｄｏｋ（２）をフルーエンス評価値として、フルーエンス評価値テーブル６７に記録する。こうした処理が、ＦＬｐ（Ｎ）の値がＦＬｐｍａｘを超えるまで（ＳＲ１１１５でＹ）、繰り返される。
【００８０】
図１１に示すように、フルーエンス評価値テーブル６７は、第１プレ加工において使用した複数のフルーエンスＦＬｐ（Ｎ）の値と、各ＦＬｐ（Ｎ）に対応するフルーエンス評価値である判定結果Ｄｏｋ（Ｎ）とを対応付けて記録したテーブルである。第１プレ加工により、被加工物４１の表面に穴を形成する場合、フルーエンスＦＬｐ（Ｎ）の値が小さすぎると、穴が形成されないが、ＦＬｐ（Ｎ）の値を大きくしていくと、ある値で穴が形成される。穴が形成されない場合は、レーザ加工制御部３２Ａは、加工が施されないと判定して、判定結果Ｄｏｋ（Ｎ）として、加工が施されないことを表す「加工ＮＧ」を記録する。一方、穴が形成された場合は、加工が施されたと判定して、判定結果Ｄｏｋ（Ｎ）として、加工が施されたことを表す「加工ＯＫ」を記録する。
【００８１】
フルーエンス評価値テーブル６７には、第１プレ加工において、ＦＬｐ（Ｎ）の値をΔＦＬｐずつ段階的に大きくした場合のそれぞれの判定結果Ｄｏｋ（Ｎ）がフルーエンス評価値として記録される。
【００８２】
図１０のＳＲ１１１６において、レーザ加工制御部３２Ａは、フルーエンス評価値テーブル６７を参照して、フルーエンス評価値が「加工ＮＧ」のフルーエンスＦＬｐ（Ｎ）の最大値を、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈとして決定する。フルーエンス評価値が「加工ＮＧ」のフルーエンスＦＬｐ（Ｎ）の最大値は、言い換えれば、被加工物４１に対して加工が施される直前のフルーエンスＦＬｐ（Ｎ）の最大値である。図１１に示す例では、ハッチングで示したＦＬｐ（５）の値が、ＦＬｔｈとして決定される。こうして決定した波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを使用して、最適波長λｏｐｔの波長探索処理が行われる。
【００８３】
図１２のＳＲ１２０の波長探索処理において、レーザ加工制御部３２Ａは、フルーエンスを波長探索用フルーエンスＦＬｔｈに固定した状態で、波長を変化させながら、複数の波長で第２プレ加工を実行する。
【００８４】
ＳＲ１２０１において、レーザ加工制御部３２Ａは、目標パルスエネルギＥｔにレーザ加工時のパルスエネルギＥｍを設定する。次に、ＳＲ１２０２において、レーザ加工制御部３２Ａは、設定した目標パルスエネルギＥｔのデータを、レーザ制御部１３に送信する。そして、レーザ加工制御部３２Ａは、ＳＲ１２０３において、目標フルーエンスＦＬｔに波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを設定し、ＳＲ１２０４において、目標フルーエンスＦＬｔとなるようにアッテネータ５２の透過率Ｔを設定する。
【００８５】
ＳＲ１２０５において、レーザ加工制御部３２Ａは、第２プレ加工において使用する波長λｐ（Ｎ）の値を初期化する。具体的には、ＳＲ１２０５において、初期値である最小波長λｐｍｉｎを、第２プレ加工で使用する１番目の波長λｐ（１）にセットする。ＳＲ１２０６において、使用する波長λｐ（Ｎ）の番号Ｎに「１」をセットして、λｐ（１）を選択する。
【００８６】
ここで、最小波長λｐｍｉｎは、第２プレ加工において使用する波長範囲の下限値である。第２プレ加工において使用する波長範囲は、基準波長λａを含む所定範囲である。最小波長λｐｍｉｎは、基準波長λａ−ΔλＬで求められる。ΔλＬは、基準波長λａと最小波長λｐｍｉｎの差である。
【００８７】
レーザ加工制御部３２Ａは、ＳＲ１２０７において、初期のプレ加工位置の位置データをセットする。ＳＲ１２０８において、レーザ加工制御部３２Ａは、セットした位置データに基づいて、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。第２プレ加工のプレ加工位置は、第１プレ加工のプレ加工位置と同様に本加工が行われる部分以外の領域であるが、第１プレ加工のプレ加工位置とは異なる領域に設定される。
【００８８】
図１３に示すように、レーザ加工制御部３２Ａは、ＳＲ１２０９において、目標波長λｔに、波長λｐ（Ｎ）を設定する。波長λｐ（Ｎ）の番号Ｎに「１」がセットされている場合には、目標波長λｔに、１番目の波長λｐ（１）である最小波長λｐｍｉｎが設定される。そして、ＳＲ１２１０において、目標波長λｔをレーザ制御部１３に送信する。
【００８９】
ＳＲ１２１１において、レーザ加工制御部３２Ａは、レーザ制御部１３からのレーザ加工ＯＫ信号を待機する。レーザ加工制御部３２Ａは、レーザ加工ＯＫ信号を受信した場合（ＳＲ１２１１でＹ）には、ＳＲ１２１２において、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１３に送信する。これにより、レーザ装置３からパルスレーザ光が出力されて、被加工物４１のプレ加工位置に対して第２プレ加工が実行される。
【００９０】
波長λｐ（Ｎ）による第２プレ加工が実行されると、ＳＲ１２１３において、観察装置６６は、第２プレ加工の波長毎の加工状態を計測する。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、波長λｐ（Ｎ）による第２プレ加工の加工状態を表す観察画像を記録する。これにより、レーザ加工制御部３２Ａは、記録された観察画像に基づいて、波長λｐ（Ｎ）による第２プレ加工の加工状態を評価する。
【００９１】
具体的には、波長λｐ（Ｎ）による第２プレ加工により、被加工物４１のプレ加工位置に加工が施されたか否かを判定する。例えば、第２プレ加工により、被加工物４１の表面に丸い穴を形成する場合、穴が形成された場合は、加工が施されたと判定し、穴が形成されていない場合には、加工が施されていないと判定する。そして、レーザ加工制御部３２Ａは、判定結果Ｄｏｋ（Ｎ）を、第１波長評価値として、図１４に示す第１波長評価値テーブル６９に記録する。番号Ｎが「１」の場合は、１番目の波長λｐ（１）による第２プレ加工の判定結果Ｄｏｋ（１）が、第１波長評価値として、第１波長評価値テーブル６９に記録される。
【００９２】
１つの波長λｐ（Ｎ）について第１波長評価値の記録が終了した場合には、ＳＲ１２１４において、レーザ加工制御部３２Ａは、番号Ｎに１を加算する。ＳＲ１２１５において、レーザ加工制御部３２Ａは、λｐ（Ｎ−１）の波長の値にΔλｓを加算した値を、λｐ（Ｎ）の波長の値として設定する。例えば、λｐ（１）の第１波長評価値の記録が終了したら、Ｎに１を加算する。初期のプレ加工位置の第２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、ＳＲ１２１５において、Ｎ−１＝２−１＝１となる。従って、λｐ（１）の値にΔλｓを加算した値が、λｐ（２）の波長の値として設定される。λｐ（１）の値は、初期値である最小波長λｐｍｉｎであるため、λｐ（２）＝λｐｍｉｎ＋Δλｓとなる。
【００９３】
ＳＲ１２１５で設定したλｐ（Ｎ）の値が最大波長λｐｍａｘ以下の場合には（ＳＲ１２１６でＮ）、レーザ加工制御部３２Ａは、次のプレ加工位置の位置データをセットする（ＳＲ１２１８）。最大波長λｐｍａｘは、第２プレ加工において使用する波長範囲の上限値である。最大波長λｐｍａｘは、基準波長λａ＋ΔλＵで求められる。ΔλＵは、基準波長λａと最大波長λｐｍａｘの差である。
【００９４】
ＳＲ１２１８において位置データをセットした後、ＳＲ１２０８において、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、ＳＲ１２０９からＳＲ１２１５のステップが実行される。レーザ加工制御部３２Ａは、Ｓ１２１３において、λｐ（Ｎ）＝λｐ（２）の場合は、λｐ（２）の判定結果Ｄｏｋ（２）を第１波長評価値として、第１波長評価値テーブル６９に記録する。
【００９５】
こうした処理が、λｐ（Ｎ）の値がλｐｍａｘを超えるまで（ＳＲ１２１６でＹ）、繰り返される。このようにして、レーザ加工制御部３２Ａは、基準波長λａを含む所定の波長範囲内でパルスレーザ光の波長を変化させながら、複数の波長で波長探索用プレ加工である第２プレ加工を実行する。
【００９６】
図１４に示すように、第１波長評価値テーブル６９は、第２プレ加工において使用した複数の波長λｐ（Ｎ）の値と、各λｐ（Ｎ）に対応する第１波長評価値である判定結果Ｄｏｋ（Ｎ）とを対応付けて記録したテーブルである。上述のとおり、第２プレ加工においては、基準波長λａを使用した場合に、加工が施される直前のフルーエンスの最大値が使用される。基準波長λａと最適波長λｏｐｔが異なっている場合には、基準波長λａよりも、最適波長λｏｐｔの方が、加工速度ＰＳが大きいと考えられる。そのため、第２プレ加工においては、基準波長λａを使用した場合に「加工ＮＧ」であっても、基準波長λａとは異なる波長を使用した場合に、「加工ＯＫ」となる場合がある。
【００９７】
例えば、図１４に示すように、基準波長λａがλｐ（１０）の場合、第２プレ加工では、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈが使用されるため、λｐ（１０）の第１波長評価値は「加工ＮＧ」である。波長探索用フルーエンスＦＬｔｈは、被加工物４１に対して加工が施される直前のフルーエンスＦＬであるからである。一方、λｐ（１０）よりも長波長側のλｐ（１２）からλｐ（１５）までは、第１評価値が「加工ＯＫ」となっている。λｐ（１２）は「加工ＯＫ」の波長の最小値λｏｋｍｉｎであり、λｐ（１５）は「加工ＯＫ」の波長の最大値λｏｋｍａｘとなる。最適波長λｏｐｔは、最小値λｏｋｍｉｎから最大値λｏｋｍａｘの範囲から決定される。
【００９８】
図１３のＳＲ１２１７Ａにおいて、レーザ加工制御部３２Ａは、第１波長評価値テーブル６９に基づいて、最適波長λｏｐｔを決定する。本例において、レーザ加工制御部３２Ａは、波長毎の加工状態を評価して、本加工に使用する最適波長λｏｐｔを決定する最適波長決定部に相当する。図１５は、ＳＲ１２１７Ａの最適波長λｏｐｔの決定処理のフローチャートである。
【００９９】
ＳＲ１２１７Ａ１において、レーザ加工制御部３２Ａは、第２プレ加工を行って第１波長評価値を記録した第１波長評価値テーブル６９を読み込む。レーザ加工制御部３２Ａは、ＳＲ１２１７Ａ２において、第１波長評価値テーブル６９から、第１波長評価値である判定結果Ｄｏｋが「加工ＯＫ」の波長λｐ（Ｎ）の範囲を読み出す。そして、「加工ＯＫ」の波長λｐ（Ｎ）の範囲から、「加工ＯＫ」の波長の最小値λｏｋｍｉｎと、「加工ＯＫ」の波長の最大値λｏｋｍａｘとを求める。レーザ加工制御部３２Ａは、ＳＲ１２１７Ａ３において、λｏｐｔ＝（λｏｋｍｉｎ＋λｏｋｍａｘ）／２を計算して、最適波長λｏｐｔを求める。すなわち、最小値λｏｋｍｉｎと、最大値λｏｋｍａｘの中間値を最適波長λｏｐｔとして決定する。図７のＳ１０３０Ａにおいて示したように、レーザ加工の本加工は、最適波長λｏｐｔを使用して実行される。
【０１００】
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、最適波長λｏｐｔを使用する。レーザ加工制御部３２Ａは、基準波長λａを含む所定の波長範囲内でパルスレーザ光の波長を変化させながら、複数の波長で波長探索用プレ加工を行い、プレ加工の加工状態を評価して最適波長λｏｐｔを決定する。このように、本例においては、実際にプレ加工を行って最適波長λｏｐｔを決定する。そのため、加工される被加工物４１の材料において、不純物等の影響により、理論上の最適波長である基準波長λａと実際の最適波長λｏｐｔとが異なる場合でも、実際の最適波長λｏｐｔを正確に求めることができる。そして、最適波長λｏｐｔを使用してレーザ加工を行うため、被加工物４１において効率よくパルスレーザ光が吸収される。これにより、加工速度ＰＳを改善することができる。
【０１０１】
本例においては、レーザ加工装置４Ａに搭載されている観察装置６６を用いて、テーブル３３上の被加工物４１の加工状態を観察している。このため、観察装置６６がレーザ加工装置４とは別に設けられている場合と比較して、加工状態の計測及び評価を短時間で行うことができる。このため、最適波長λｏｐｔの探索を比較的短時間で行うことができる。
【０１０２】
被加工物４１の材料は、図５の第１波長選択テーブル５６に示した結晶材料であることが好ましい。なお、被加工物４１の材料は、結晶材料でなくもよく、光子吸収が生じる吸収波長が予め判明しているガラス材料や有機材料等であってもよい。このような材料の場合は、予め判明している吸収波長を基準波長λａとして、最適波長λｏｐｔの探索が行われる。
【０１０３】
３．４  変形例
上記例では、第１波長選択テーブル５６から基準波長λａを読み出して、図１２のＳＲ１２０５及び図１３のＳＲ１２１５に示すように、基準波長λａに基づいて波長を変化させる所定の波長範囲を計算により求めている。こうした例に限らず、第１波長選択テーブル５６に、波長を変化させる所定の波長範囲であって、基準波長λａを含む波長範囲のデータを記録しておいてもよい。この場合、レーザ加工制御部３２Ａは、第１波長選択テーブル５６から、材料名ＭＮに対応する波長範囲のデータを取得する。これによれば、所定の波長範囲を求める計算が不要となる。
【０１０４】
上記例では、レーザ加工制御部３２Ａが、入力された材料名ＭＮに基づいて第１波長選択テーブル５６から基準波長λａを求めており、レーザ加工制御部３２が基準波長取得部に相当する。基準波長取得部は、材料名ＭＮの代わりに、直接、被加工物４１に応じた基準波長λａの入力を受け付けてもよい。基準波長λａの入力は、上述したマニュアル入力や外部装置からの入力であってもよい。基準波長λａが直接入力される場合には、第１波長選択テーブル５６を用いなくてもよい。
【０１０５】
もちろん、第１波長選択テーブル５６のように材料名ＭＮと基準波長λａとの対応関係を記録した波長選択テーブルを用いることで、材料名ＭＮを入力するだけで基準波長λａを特定できるので、操作が簡便である。そのため、第１波長選択テーブル５６のような波長選択テーブルを用いることが好ましい。
【０１０６】
また、材料名ＭＮは、材料の種類を特定する材料識別情報である。材料識別情報としては、材料名ＭＮの他に、材料の種類を特定するコード情報などを使用することも可能である。
【０１０７】
４．第２実施形態のレーザ加工システム
４．１  構成
図１６から図２２は、第２実施形態のレーザ加工システム２Ｂを示す。図１６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３と、レーザ加工装置４Ｂとを備えている。レーザ装置３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、加工深さ計測器７０を備えている。レーザ加工制御部３２Ｂは、第１実施形態とは異なる方式の最適波長探索機能を備えている。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。
【０１０８】
加工深さ計測器７０は、例えば、筐体３７に取り付けられており、テーブル３３上の被加工物４１の表面を計測可能な位置に配置される。加工深さ計測器７０は、被加工物４１の表面の加工状態を計測する加工状態計測器の１つの態様であって、加工状態として加工深さＤｅｐｔｈを計測する。加工深さ計測器７０は、例えば、共焦点型のレーザ顕微鏡である。
【０１０９】
図１７において、符号７１は、レーザ加工により、被加工物４１の表面に形成された穴７１である。図１７Ａは、被加工物４１の平面図であり、図１７Ｂは、図１７ＡにおけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。加工深さ計測器７０は、図１７Ｂにおいて示される、穴７１の加工深さＤｅｐｔｈを計測する。
【０１１０】
また、図１６に示すように、レーザ加工装置４Ｂには、加工深さ計測器７０に加えて、第１実施形態のレーザ加工装置４Ａと同様に観察装置６６が設けられている。後述するように、レーザ加工装置４Ｂにおいては、プレ加工の加工状態を計測する加工状態計測器としては、専ら加工深さ計測器７０が機能し、観察装置６６は加工状態計測には用いられない。しかし、観察装置６６は、被加工物４１の位置決め用途として有効であるため、レーザ加工装置４Ｂにおいても設けられている。
【０１１１】
４．２  動作
図１８から図２１を参照しながら、レーザ加工システム２Ｂの動作を説明する。図１８のＳ１０００Ｂに示すように、第２実施形態のレーザ加工制御部３２Ｂの処理において、図７の第１実施形態のＳ１０００Ａの処理と異なるのは、最適波長λｏｐｔの探索の方式である。第２実施形態では、Ｓ１０２１Ａが、Ｓ１０２１Ｂに変更されている。その他の各ステップは、図７に示す第１実施形態と同様である。
【０１１２】
図１９及び図２０に示すように、第２実施形態のＳ１０２１Ｂの最適波長λｏｐｔの探索は、第１実施形態と異なり、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを使用しない。そのため、第２実施形態のＳ１０２１Ｂにおいては、第１実施形態のように波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを決定する処理はない。第２実施形態のＳ１０２１Ｂは、レーザ加工の本加工に使用するフルーエンスＦＬｍを用いて、波長探索用プレ加工を実行する方式の波長探索処理である。
【０１１３】
図１９及び図２０に示す第２実施形態のＳ１０２１Ｂは、第１実施形態の図１２及び図１３のＳＲ１２０と類似しており、同一のステップには同一の符号を付し、説明を省略する。まず、図１９に示す第２実施形態のＳ１０２１Ｂにおいては、図１２に示す第１実施形態のＳＲ１２０３と異なり、ＳＲ１２０３Ｂにおいて、目標フルーエンスＦＬｔにレーザ加工に使用するフルーエンスＦＬｍを設定する点が異なる。
【０１１４】
図１９及び図２０に示す第２実施形態のＳ１０２１Ｂにおいて、ＳＲ１２０４からＳＲ１２１２までの各ステップ、ＳＲ１２１４からＳＲ１２１６の各ステップ、及びＳＲ１２１８のステップは、図１２及び図１３に示す第１実施形態と同様である。第１実施形態においては、図１３に示すように、ＳＲ１２１２とＳＲ１２１４の間に、プレ加工の加工状態を計測して第１波長評価値を記録するステップであるＳＲ１２１３が挿入されている。このため、第１実施形態では、波長を変化させる毎にプレ加工の加工状態を計測している。
【０１１５】
これに対して第２実施形態においては、図２０に示すように、ＳＲ１２１２とＳＲ１２１４の間に、プレ加工の加工状態を計測して評価値を記録するステップは挿入されていない。代わりに、ＳＲ１２１６の後に、プレ加工の加工状態を計測して、第２波長評価値を第２波長評価値テーブルに記録するステップであるＳＲ１２１６−２が挿入されている。このため、第２実施形態では、複数の波長によるプレ加工を実行した後、複数のプレ加工位置の加工状態をまとめて計測する。
【０１１６】
第２実施形態のＳＲ１２１６−２において、レーザ加工制御部３２Ｂは、複数の波長の加工状態を計測し、各プレ加工位置の第２波長評価値を、図２２に示す第２波長評価値テーブル７２に記録する。そして、ＳＲ１２１７Ｂにおいて、レーザ加工制御部３２Ｂは、第２波長評価値テーブル７２を参照して、最適波長λｏｐｔを決定する。
【０１１７】
ＳＲ１２１６−２の手順を示す図２１において、レーザ加工制御部３２Ｂは、まず、ＳＲ１２１６−２１において、番号Ｎに「１」をセットして初期化する。ＳＲ１２１６−２２において、レーザ加工制御部３２Ｂは、ＸＹＺステージ３４を制御して、加工深さ計測器７０の計測位置に被加工物４１のＮ番目のプレ加工位置を位置決めする。Ｎ＝１の場合は、１番目の加工位置を計測位置に位置決めする。ＳＲ１２１６−２３において、加工深さ計測器７０によって、加工状態として、加工深さＤｅｐｔｈ（Ｎ）を計測する。ＳＲ１２１６−２４において、加工深さＤｅｐｔｈ（Ｎ）から、第２波長評価値として加工速度ＰＳ（Ｎ）を計算する。加工速度ＰＳ（Ｎ）は、上記式（１）で示したように、加工深さＤｅｐｔｈをパルス数Ｎｍで割った値であり、ＰＳ（Ｎ）＝Ｄｅｐｔｈ（Ｎ）／Ｎｍで計算される。
【０１１８】
ＳＲ１２１６−２５において、レーザ加工制御部３２Ｂは、プレ加工に使用した波長λｐ（Ｎ）と加工速度ＰＳ（Ｎ）とを対応付けて、図２２に示すように、第２波長評価値テーブル７２に記録する。ＳＲ１２１６−２６において、レーザ加工制御部３２Ｂは、番号Ｎに「１」を加算する。番号Ｎが最大値Ｎｍａｘ以下の場合には（ＳＲ１２１６−２７でＮ）、レーザ加工制御部３２Ｂは、次のプレ加工位置が有ると判定する。最大値Ｎｍａｘは、加工状態の評価対象となるプレ加工位置の総数である。レーザ加工制御部３２Ｂは、次のプレ加工位置が有ると判定した場合には、ＳＲ１２１６−２２に戻り、次のプレ加工位置に対して、ＳＲ１２１６−２５までの処理を繰り返して、次のプレ加工位置の第２波長評価値を記録する。
【０１１９】
レーザ加工制御部３２Ｂは、番号Ｎが最大値Ｎｍａｘを超えるまで（ＳＲ１２１６−２７でＹ）、すなわち、すべてのプレ加工位置の加工状態の評価が終了するまで、ＳＲ１２１６−２２からＳＲ１２１６−２６までの処理を繰り返す。
【０１２０】
図２０のＳＲ１２１７Ｂにおいて、レーザ加工制御部３２Ｂは、第２波長評価値テーブル７２を参照して、加工速度ＰＳ（Ｎ）が最大の波長λｐ（Ｎ）を最適波長λｏｐｔとして決定する。
【０１２１】
４．３  作用
このように、第２実施形態において、レーザ加工制御部３２Ｂは、本加工に使用するフルーエンスＦＬｍを目標フルーエンスＦＬｔに設定して、波長探索用プレ加工を実行する。そして、最適波長決定部として機能するレーザ加工制御部３２Ｂは、複数の波長で行ったプレ加工の加工深さＤｅｐｔｈから加工速度ＰＳを求めて、加工速度ＰＳが最大の波長を最適波長λｏｐｔとして決定する。第１実施形態と同様に、実際にプレ加工を行って最適波長λｏｐｔを決定するため、実際の最適波長λｏｐｔを正確に求めることができる。これにより、加工速度ＰＳを改善することができる。
【０１２２】
また、レーザ加工装置４Ｂに搭載されている加工深さ計測器７０を用いて、テーブル３３上の被加工物４１の加工状態を観察できるため、第１実施形態と同様に、加工状態の計測及び評価を短時間で行うことができる。このため、最適波長λｏｐｔの探索を比較的短時間で行うことができる。また、加工状態計測器として加工深さ計測器７０を使用するため、加工深さＤｅｐｔｈから加工速度ＰＳを評価値として使用できる。そのため、加工深さＤｅｐｔｈまで計測することができない観察装置６６を使用する場合と比較して高精度な評価が可能となる。これにより、最適波長λｏｐｔの探索を高精度に行うことができる。
【０１２３】
また、第２実施形態は、第１実施形態と異なり、次のような効果が得られる。図２３及び図２４は、被加工物４１のそれぞれの材料Ａ、Ｂにおける、フルーエンスＦＬと加工深さＤｅｐｔｈとの関係について、パルスレーザ光の波長依存性を示すグラフである。ここで、加工深さＤｅｐｔｈは、加工に必要なパルス数Ｎｍのパルスレーザ光を照射した場合の値である。また、図２３及び図２４のグラフは、λa＜λ１＜λ２＜λ３＜λ４＜λ５関係にある５つの波長のパルスレーザ光で材料Ａ及びＢを加工した場合の例であり、いずれも、基準波長であるλａよりも長波長側に最適波長λｏｐｔが存在する例である。
【０１２４】
図２３及び図２４に示すように、材料の種類に拘わらず、一般に、パルスレーザ光の波長が同じ場合は、フルーエンスＦＬの値が大きいほど、加工深さＤｅｐｔｈの値は増加する。また、上述のとおり、フルーエンスＦＬｔｈは、波長λａを使用した場合に被加工物４１に対して加工が施される直前のフルーエンスＦＬの最大値と定義される。そのため、図２３及び図２４に示すように、材料の種類に拘わらず、波長λａにおいては、フルーエンスＦＬｔｈで加工した場合は、「加工ＮＧ」となり、加工深さＤｅｐｔｈは「０」である。
【０１２５】
図２３の材料Ａでは、波長λａに加えて、λ１及びλ５においても、フルーエンスＦＬｔｈで加工した場合に「加工ＮＧ」となり、加工深さＤｅｐｔｈは「０」である。つまり、図２３の材料Ａにおいては、波長λａに加えて、波長λ１及びλ５においても、フルーエンスＦＬｔｈでは、「加工ＯＫ」となる加工閾値のフルーエンスＦＬに達していない。一方、波長λ２、λ３及びλ４においては、フルーエンスＦＬｔｈが加工閾値のフルーエンスＦＬに達しており、加工深さＤｅｐｔｈは「０」を超える。すなわち、波長λ２、λ３及びλ４においては、「加工ＯＫ」となる。
【０１２６】
したがって、図２３の材料Ａの場合、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを使用して最適波長λｏｐｔを探索する第１実施形態の方式では、「加工ＯＫ」の波長λ２〜λ４の範囲内に存在する波長であって、フルーエンスＦＬと加工深さＤｅｐｔｈとの関係を表す曲線が点Ｐ１を通過する波長が、最適波長λｏｐｔとして決定される。点Ｐ１は、「加工ＯＫ」の波長の最大値λｏｋｍａｘである波長λ４と、「加工ＯＫ」の波長の最小値λｏｋｍｉｎである波長λ２の中間値となる。この中間値は、波長λ３に近くなる。
【０１２７】
また、図２３の材料Ａの場合、レーザ加工時のフルーエンスＦＬｍを使用し、かつ、加工速度ＰＳを求めることにより最適波長λｏｐｔを探索する第２実施形態の方式では、フルーエンスＦＬｍにおいて、点Ｐ２を通過する波長λ３の加工深さＤｅｐｔｈが最大となり、加工速度ＰＳも最大となる。そのため、第２実施形態の方式では、波長λ３が最適波長λｏｐｔとして決定される。以上のように材料Ａを加工する場合は、第１の実施形態と第２の実施形態で決定される最適波長λｏｐｔは略一致する。
【０１２８】
図２４の材料Ｂでは、図２３の材料Ａの場合と同様に、波長λａ、λ１及びλ５において、フルーエンスＦＬｔｈで加工した場合に「加工ＮＧ」となり、加工深さＤｅｐｔｈは「０」である。つまり、図２４の材料Ｂも、図２３の材料Ａと同様に、波長λａ、λ１及びλ５において、フルーエンスＦＬｔｈでは、「加工ＯＫ」となる加工閾値のフルーエンスＦＬに達していない。一方、波長λ２、λ３及びλ４においては、フルーエンスＦＬｔｈが加工閾値のフルーエンスＦＬに達しており、加工深さＤｅｐｔｈは「０」を超える。すなわち、波長λ２、λ３及びλ４においては、「加工ＯＫ」となる。
【０１２９】
したがって、図２４の材料Ｂの場合、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを使用して最適波長λｏｐｔを探索する第１実施形態の方式では、「加工ＯＫ」の波長λ２〜λ４の範囲内に存在する波長であって、フルーエンスＦＬと加工深さＤｅｐｔｈとの関係を表す曲線が点Ｐ３を通過する波長が、最適波長λｏｐｔとして決定される。点Ｐ３は、「加工ＯＫ」の波長の最大値λｏｋｍａｘである波長λ４と、「加工ＯＫ」の波長の最小値λｏｋｍｉｎである波長λ２の中間値となる。この中間値は、波長λ３に近くなる。
【０１３０】
ところが、図２４の材料Ｂの場合、レーザ加工時のフルーエンスＦＬｍを使用し、かつ、加工速度ＰＳを求めることにより最適波長λｏｐｔを探索する第２実施形態の方式では、フルーエンスＦＬｍにおいて、点Ｐ４を通過する波長λ４の加工深さＤｅｐｔｈが最大となり、加工速度ＰＳも最大となる。そのため、第２実施形態の方式では、波長λ４が最適波長λｏｐｔとして決定される。以上のように、材料Ａと異なり、フルーエンスＦＬｔｈとフルーエンスＦＬｍにおいて加工深さｄｅｐｔｈの波長依存特性が変化する材料Ｂを加工する場合は、第１の実施形態と第２の実施形態で決定される最適波長λｏｐｔは大きく異なることがある。
【０１３１】
最適波長λｏｐｔとしては、レーザ加工に使用するフルーエンスＦＬｍにおいて加工速度ＰＳが最大となる波長が選択されるのが適切である。図２３の特性を持つ材料Ａの場合には波長λ３が選択されるのが適切であり、図２４の特性を持つ材料Ｂの場合は、波長λ４が選択されるのが適切である。第１実施形態の方式と異なり、第２実施形態の方式では、図２３及び図２４に示すように各材料Ａ、Ｂの特性に違いがあっても、常に適切な最適波長λｏｐｔを決定することが可能である。このため、第１実施形態と比較して、第２実施形態の方式が好ましい。
【０１３２】
上記例では、図２０に示すＳＲ１２１６−２において、複数の波長でプレ加工を行った後、各波長の加工状態の計測及び評価をまとめて行っている。そのため、図１３に示す第１実施形態のＳＲ１２１３のように、１つの波長でプレ加工を行う毎に加工状態の計測及び評価を行う場合と比べて、計測及び評価を効率的に行うことができる。もちろん、第２実施形態においても、第１実施形態のように１つの波長でプレ加工を行う毎に加工状態の計測及び評価を行ってもよい。
【０１３３】
また、加工深さ計測器７０としては、レーザ顕微鏡の他に、レーザ変位計や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）などを使用することが可能である。
【０１３４】
５．第３実施形態のレーザ加工システム
５．１  構成
図２５から図２９に示す第３実施形態の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とを備えている。第３実施形態のレーザ装置３Ｃは、レーザ装置３の固体レーザ装置１０に代えて固体レーザ装置１０Ｃを備えている。また、レーザ制御部１３がレーザ制御部１３Ｃに変更されている。固体レーザ装置１０Ｃは、固体レーザ装置１０の構成に加えて、同期回路８１、パルス波形調節器８２、及び光シャッタ８３が追加されており、パルスレーザ光のパルス幅ΔＴを変化させるパルス幅可変機能を備えている。レーザ装置３Ｃの他の構成は、レーザ装置３の構成と同様である。以下、レーザ装置３Ｃについて、レーザ装置３との相違点を中心に説明する。
【０１３５】
同期回路８１は、発光トリガＴｒまたは図示しない内部発光トリガが入力されるタイミングと同期して、ポンピングレーザ装置１９に第１のトリガを送信し、かつ、パルス波形調節器８２に対して、第１のトリガに対して遅延されたタイミングで第２のトリガを送信するように構成されている。光シャッタ８３は、波長可変チタンサファイヤ発振器１６とチタンサファイヤ増幅器１７の間の光路上に配置されている。光シャッタ８３は、高速の光シャッタであり、ＥＯポッケルスセルと、偏光子と、ＥＯポッケルスセルに高電圧を印加する電源とを含む。光シャッタ８３は、電源に対して矩形波電圧であるパルス信号が加えられると、入力された光の波形を、電圧波形に対応する光パルスに整形する。パルス波形調節器８２は、レーザ加工制御部３２Ｃから送信されるパルス幅ΔＴのデータを、レーザ制御部１３Ｃを介して受信する。そして、受信したパルス幅ΔＴに基づいて、光シャッタ８３を駆動する。パルス波形調節器８２は、受信したパルス幅ΔＴのパルス信号を光シャッタ８３の電源に入力することで、パルス幅ΔＴに対応するパルス波形を有するパルスレーザ光を生成する。
【０１３６】
ここで、同期回路８１からポンピングレーザ装置１９に第１のトリガが入力されると、ポンピングレーザ装置１９からチタンサファイヤ発振器１６に励起用パルスレーザ光が出力される。チタンサファイヤ発振器１６において、励起用パルスレーザ光が入力されると、チタンサファイヤ発振器１６のチタンサファイヤ結晶が励起され、励起用パルスレーザ光の入力タイミングに対して遅れてレーザ発振する。同期回路８１は、チタンサファイヤ発振器１６から出力されるパルスレーザ光が光シャッタ８３によって光整形されて所望のパルス波形となるように、第１のトリガに対して所定時間遅延して第２のトリガをパルス波形調節器８２に出力するように設定される。これにより、チタンサファイヤ発振器１６がレーザ発振してパルスレーザ光を出力するタイミングに合わせて、光シャッタ８３が動作する。
【０１３７】
レーザ加工装置４Ｃは、レーザ加工装置４Ａのレーザ加工制御部３２Ａに代えて、レーザ加工制御部３２Ｃを備えている。他の構成はレーザ加工装置４Ａと同様である。レーザ加工制御部３２Ｃは、レーザ加工制御部３２Ａと同様に基準波長取得部として機能する。レーザ加工制御部３２Ｃは、図２６に示す第２波長選択テーブル８４を参照して、被加工物４１の材料に応じた基準波長λａを取得する。第２波長選択テーブル８４は、例えば、レーザ加工制御部３２Ｃの内部メモリに記憶される。
【０１３８】
第２波長選択テーブル８４は、図５に示す第１波長選択テーブル５６と異なり、１光子吸収波長に加えて、２光子の吸収波長である２光子吸収波長が材料毎に記録されたテーブルである。２光子吸収は、材料が２つの光子を同時に吸収して、２つの光子で１つの電子が励起される過程をいう。２光子吸収では、１つの光子当たりのエネルギが１光子吸収の半分となる。そのため、光子の振動数νが１／２となり、２光子吸収波長λ２ｈνは１光子吸収波長λ１ｈνの倍になる。
【０１３９】
レーザ加工制御部３２Ｃは、第２波長選択テーブル８４を参照して、材料に応じた基準波長λａとして、１光子吸収波長λ１ｈνに加えて、２光子吸収波長λ２ｈνを取得する。そして、レーザ加工制御部３２Ｃは、１光子吸収波長λ１ｈνが所定値以上の場合に、プレ加工に使用する基準波長λａとして２光子吸収波長λ２ｈνを選択する波長選択部として機能する。さらに、レーザ加工制御部３２Ｃは、２光子吸収波長λ２ｈνが選択された場合において、パルス幅ΔＴを、１光子吸収波長が選択された場合の第１パルス幅ΔＴ１ｈνよりも短い第２パルス幅ΔＴ２ｈνに設定するパルス幅設定部として機能する。
【０１４０】
５．２  動作
図２７に示す第３実施形態のＳ１０００Ｃのフローチャートは、第３実施形態のレーザ加工制御部３２Ｃの処理手順を示す。第３実施形態のＳ１０００Ｃは、図７に示す第１実施形態のＳ１０００Ａの変形例である。第３実施形態のＳ１０００Ｃにおいて、第１実施形態のＳ１０００Ａと異なる点は、Ｓ１０２０がＳ１０２０Ｃに、Ｓ１０２１ＡがＳ１０２１Ｃに、Ｓ１０５０がＳ１０５０Ｃに、それぞれ変更されている点であり、他のステップは同様である。以下、相違点を中心に説明する。
【０１４１】
レーザ加工制御部３２Ｃは、材料名ＭＮを取得すると（Ｓ１０１０でＹ）、Ｓ１０２０Ｃにおいて、プレ加工に使用する基準波長λａの選択と、パルス幅ΔＴａの決定を行う。レーザ加工制御部３２Ｃは、Ｓ１０２１Ｃにおいて、図１２及び図１３に示す第１実施形態の波長探索処理と同様の手順で、プレ加工を行って最適波長λｏｐｔの探索を行う。Ｓ１０２１Ｃにおいて、レーザ加工制御部３２Ｃは、プレ加工の目標波長λｔに、選択した基準波長λａを設定し、決定したパルス幅ΔＴａを、プレ加工のパルス幅ΔＴに設定し、設定したデータをレーザ制御部１３Ｃに送信する。これにより、基準波長λａ及びパルス幅ΔＴａを使用して最適波長λｏｐｔの探索が行われる。最適波長λｏｐｔの探索では、第１実施形態と同様に、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを決定し、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを使用して最適波長λｏｐｔを決定する。
【０１４２】
Ｓ１０３０Ａにおいて、レーザ加工制御部３２Ｃは、決定した最適波長λｏｐｔを目標波長λｔに設定して、レーザ加工の本加工を行う。Ｓ１０５０Ｃにおいて、レーザ加工制御部３２Ｃは、Ｓ１０２０Ｃにおいて、決定したパルス幅ΔＴａをパルス幅ΔＴに設定して、レーザ制御部１３Ｃに送信する。これにより、パルス幅ΔＴａが本加工のパルス幅ΔＴとしても使用される。
【０１４３】
図２８は、図２７のＳ１０２０Ｃの処理手順を示す。レーザ加工制御部３２Ｃは、まず、Ｓ１０２１Ｃ１において、第２波長選択テーブル８４を参照して、材料名に対応する基準波長λａとして、１光子吸収波長λ１ｈνと２光子吸収波長λ２ｈνを取得する。次に、Ｓ１０２０Ｃ２において、１光子吸収波長λ１ｈνが所定値λｚ以上か否かを判定する。
【０１４４】
１光子吸収波長λ１ｈνが所定値λｚ以上の場合（Ｓ１０２０Ｃ２でＹ）、レーザ加工制御部３２Ｃは、Ｓ１０２０Ｃ３において、基準波長λａとして１光子吸収波長λ１ｈνを選択する。また、レーザ加工制御部３２Ｃは、Ｓ１０２０Ｃ３において、１光子吸収波長λ１ｈνに対応する第１パルス幅ΔＴ１ｈνをパルス幅ΔＴａとして決定する。
【０１４５】
一方、１光子吸収波長λ１ｈνが所定値λｚ未満の場合（Ｓ１０２０Ｃ２でＮ）、レーザ加工制御部３２Ｃは、Ｓ１０２０Ｃ４において、基準波長λａとして２光子吸収波長λ２ｈνを選択する。また、レーザ加工制御部３２Ｃは、Ｓ１０２０Ｃ４において、２光子吸収波長λ２ｈνに対応する第２パルス幅ΔＴ２ｈνをパルス幅ΔＴａとして決定する。Ｓ１０２０Ｃ５において、レーザ加工制御部３２Ｃは、レーザ制御部１３Ｃに送信するパルス幅ΔＴに、パルス幅ΔＴａを設定する。
【０１４６】
所定値λｚは、例えば、２２０ｎｍである。２２０ｎｍという波長は、第２波長選択テーブル８４において、ダイヤモンドとＳｉＯ2のそれぞれの１光子吸収波長λ１ｈνの間に位置する。そのため、レーザ加工制御部３２Ｃは、被加工物４１の材料がダイヤモンドの場合は、基準波長λａとして、１光子吸収波長λ１ｈνを選択し、ＳｉＯ2の場合は、基準波長λａとして、２光子吸収波長λ２ｈνを選択する。所定値λｚ＝２２０ｎｍの場合は、第２波長選択テーブル８４において、材料に応じてハッチングで示す吸収波長が、基準波長λａとして選択される。
【０１４７】
また、第２パルス幅ΔＴ２ｈνは、第１パルス幅ΔＴ１ｈνよりも短い。例えば、第１パルス幅ΔＴ１ｈνは、１ｎｓ≦ΔＴ１ｈν≦５０ｎｓの範囲内で設定され、第２パルス幅ΔＴ２ｈνは、０．０１ｎｓ≦ΔＴ２ｈν＜１ｎｓの範囲内で設定される。
【０１４８】
図２９に示すＳ２０００Ｃは、第３実施形態のレーザ制御部１３Ｃの処理手順を示すフローチャートである。Ｓ２０００Ｃは、図４に示す比較例のＳ２０００の処理手順と同様である。相違点は、レーザ加工制御部３２Ｃからパルス幅ΔＴが送信されることに伴って、図４に示すＳ２０１０とＳ２０９０の各ステップが、それぞれＳ２０１０Ｃ及びＳ２０９０Ｃに変更されている点と、Ｓ２０１１Ｃが追加される点である。レーザ加工制御部３２Ｃは、Ｓ２０１０Ｃにおいて、目標波長λｔと目標パルスエネルギＥｔパルス幅ΔＴに加えて、パルス幅ΔＴを受信する。Ｓ２０１１Ｃにおいて、受信したパルス幅ΔＴがパルス波形調節器８２にパルス幅ΔＴが送信される。Ｓ２０９０Ｃにおいて、レーザ加工制御部３２Ｃは、目標波長λｔと目標パルスエネルギＥｔに加えて、パルス幅ΔＴの変更要求を待機する。
【０１４９】
５．３  作用
第３実施形態において、レーザ加工制御部３２Ｃは、１光子吸収波長λ１ｈνが所定値λｚよりも短い場合、基準波長λａとして２光子吸収波長λ２ｈνを選択する。材料のバンドギャップが比較的小さく、１光子吸収波長λ１ｈνが長い場合には、固体レーザ装置１０から出力されるパルスレーザ光として、第２高調波（３２５ｎｍ〜５５０ｎｍ）または第３高調波（２１７ｎｍ〜３６７ｎｍ）を使用することができる。第２高調波または第３高調波であれば、波長変換効率が比較的高いため、高いパルスエネルギを確保することができる。パルスエネルギが高いと、効率よく光子吸収を生じさせることができるため、加工速度ＰＳが改善する。
【０１５０】
これに対して、材料のバンドギャップが比較的大きく、１光子吸収波長λ１ｈνが短い場合には、固体レーザ装置１０から出力されるパルスレーザ光として、第４高調波１６２ｎｍ〜２７５ｎｍ）を使用することになる。第４高調波は、第２または第３高調波と比較して、波長変換効率が低いため、パルスエネルギが低下する。パルスエネルギが低いと、効率よく光子吸収を生じさせることができないため、加工速度ＰＳが低下する。
【０１５１】
このため、１光子吸収波長λ１ｈνが短い場合には、１光子吸収波長λ１ｈνに代えて２光子吸収波長λ２ｈνを基準波長λａとして選択すれば、第２または第３高調波を使用することができる。これにより、波長変換効率が改善するため、加工速度ＰＳも改善できる。ただし、２光子吸収は、２つの光子を同時に吸収させる必要があるため、１光子吸収よりも吸収効率が低い。そのため、レーザ加工制御部３２Ｃは、２光子吸収波長λ２ｈνを選択した場合には、第１パルス幅ΔＴ１ｈνよりも短い第２パルス幅ΔＴ２ｈνをパルス幅ΔＴａに決定する。これにより、２光子吸収の吸収効率の改善が期待できる。また、２光子吸収の吸収効率を向上するために、２光子吸収波長λ２ｈνを選択した場合には、１光子吸収波長λ１ｈνを選択した場合よりも、パルスレーザ光のピークパワーを上げることが好ましい。
【０１５２】
５．４  変形例
上記例において、図２７に示すＳ１０２１Ｃの最適波長λｏｐｔの探索を、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを使用する第１実施形態の方式で行う例で説明したが、波長探索用フルーエンスＦＬｔｈを使用しない第２実施形態の方式で行ってもよい。この場合には、第２実施形態のレーザ加工装置４Ｂと同様に、レーザ加工装置４Ｃに加工深さ計測器７０が設けられる。
【０１５３】
６．第４実施形態のレーザ加工システム
６．１  構成
図３０から図３６に示す第４実施形態のレーザ加工システム２Ｄは、レーザ装置３Ｃと、レーザ加工装置４Ｄとを備えている。レーザ加工システム２Ｄにおいて、図２５に示す第３実施形態のレーザ加工システム２Ｃと異なる点は、レーザ加工装置４Ｃに代えて、レーザ加工装置４Ｄを備えている点である。その他の点は第３実施形態のレーザ加工システム２Ｃと同様である。
【０１５４】
レーザ加工装置４Ｄは、加工深さ計測器７０を備えている。また、レーザ加工装置４Ｃのレーザ加工制御部３２Ｃに代えて、レーザ加工制御部３２Ｄを備えている。レーザ加工制御部３２Ｄは、レーザ加工制御部３２Ｃと同様に、１光子吸収波長λ１ｈνが所定値λｚ未満の場合に２光子吸収波長λ２ｈνを基準波長λａとして選択する波長選択部として機能する。第４実施形態においても、第２波長選択テーブル８４を使用する。第２波長選択テーブル８４は、レーザ加工制御部３２Ｃと同様に、レーザ加工制御部３２Ｄの内部メモリ等に記憶されている。
【０１５５】
また、レーザ加工制御部３２Ｄは、パルス幅設定部として機能する点はレーザ加工制御部３２Ｃと同様である。すなわち、レーザ加工制御部３２Ｄは、１光子吸収波長λ１ｈνが選択された場合に、第１パルス幅ΔＴ１ｈνをパルス幅ΔＴａに設定し、２光子吸収波長２ｈνが選択された場合に、第２パルス幅ΔＴ２ｈνをパルス幅ΔＴａに設定する。加えて、レーザ加工制御部３２Ｄは、設定したパルス幅ΔＴａを基準パルス幅として、パルス幅ΔＴａを含む所定範囲のパルス幅の中から、本加工に使用する最適パルス幅ΔＴｏｐｔを決定する最適パルス幅決定部として機能する。
【０１５６】
６．２  動作
図３１及び図３２に示す第４実施形態のＳ１０００Ｄのフローチャートは、第４実施形態のレーザ加工制御部３２Ｄの処理手順を示す。図１８に示すＳ１０００Ｂや図２７に示す第３実施形態のＳ１０００Ｃと同じステップについては、説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。
【０１５７】
図３１に示すように、第４実施形態のＳ１０００Ｄにおいて、図２７に示す第３実施形態のＳ１０００Ｃと同様に、レーザ加工制御部３２Ｄは、Ｓ１０２０Ｃの基準波長λａの選択とパルス幅ΔＴａの決定を行う。また、図１８に示す第２実施形態のＳ１０００Ｂと同様に、レーザ加工制御部３２Ｄは、Ｓ１０２１Ｂの最適波長λｏｐｔの探索を行う。
【０１５８】
加えて、レーザ加工制御部３２Ｄは、Ｓ１０２０Ｃにおいて決定したパルス幅ΔＴａを基準パルス幅として、Ｓ１０２２Ｄにおいて、基準パルス幅を含む所定範囲のパルス幅の中から、本加工に使用する最適パルス幅ΔＴｏｐｔを決定する。
【０１５９】
レーザ加工制御部３２Ｄは、Ｓ１０３１Ｄにおいて、レーザ制御部１３Ｃに送信されるパルス幅ΔＴに最適パルス幅ΔＴｏｐｔを設定する。そして、図３２に示すＳ１０５０Ｃにおいて、レーザ加工制御部３２Ｄは、最適波長λｏｐｔが設定された目標波長λｔに加えて、最適パルス幅ΔＴｏｐｔが設定されたパルス幅ΔＴをレーザ制御部１３Ｃに送信する。これにより、図３２のＳ１０９０において、最適波長λｏｐｔ及び最適パルス幅ΔＴｏｐｔのパルスレーザ光でレーザ加工が実行される。
【０１６０】
図３３及び図３４において、Ｓ１０２２Ｄの最適パルス幅ΔＴｏｐｔの探索の処理手順を示す。図３３のＳ１０２２Ｄの最適パルス幅ΔＴｏｐｔの探索において、レーザ加工制御部３２Ｄは、図１９及び図２０に示す第２実施形態のＳ１０２１Ｂと同様に、レーザ加工の本加工に使用するフルーエンスＦＬｍを用いて、パルス幅探索用プレ加工を実行する。
【０１６１】
第４実施形態の図３１に示すＳ１０２２Ｄは、最適パルス幅ΔＴｏｐｔを求めるか、最適波長λｏｐｔを求めるかについて異なるものの、全体の処理の流れとしては、第２実施形態の図１９及び図２０のＳ１０２１Ｂと類似する。
【０１６２】
図３３に示すように、まず、レーザ加工制御部３２Ｄは、ＳＲ１３０１において目標パルスエネルギＥｔに、レーザ加工時のパルスエネルギＥｍを設定し、ＳＲ１３０２において、目標パルスエネルギＥｔをレーザ制御部１３Ｃに送信する。ＳＲ１３０３において、目標フルーエンスＦＬｔにレーザ加工時のフルーエンスＦＬｍを設定する。レーザ加工制御部３２Ｄは、ＳＲ１３０４において、目標フルーエンスＦＬｔとなるようにアッテネータ５２の透過率Ｔを設定する。
【０１６３】
ＳＲ１３０５において、レーザ加工制御部３２Ｄは、パルス幅探索用プレ加工において使用するΔＴｐ（Ｎ）の値を初期化する。具体的には、ＳＲ１３０５において、初期値である最小パルス幅ΔＴｐｍｉｎを、パルス幅探索用プレ加工で使用する１番目のパルス幅ΔＴ（１）にセットする。そして、ＳＲ１３０６において、使用するパルス幅ΔＴｐ（Ｎ）の番号Ｎに「１」をセットして、ΔＴｐ（１）を選択する。
【０１６４】
ここで、最小パルス幅ΔＴｐｍｉｎは、パルス幅探索用プレ加工において使用する範囲の下限値である。パルス幅探索用プレ加工において使用する範囲は、基準パルス幅として設定されたパルス幅ΔＴａを含む所定範囲である。最小パルス幅ΔＴｐｍｉｎは、パルス幅ΔＴａ−ΔＴＬで求められる。ΔＴＬは、パルス幅ΔＴａと最小パルス幅ΔＴｐｍｉｎの差である。
【０１６５】
レーザ加工制御部３２Ｄは、ＳＲ１３０７において、初期のプレ加工位置の位置データをセットする。ＳＲ１３０８において、レーザ加工制御部３２Ｄは、セットした位置データに基づいて、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。
【０１６６】
図３４に示すように、レーザ加工制御部３２Ｄは、ＳＲ１３０９において、パルス幅ΔＴに、ΔＴｐ（Ｎ）を設定する。ΔＴｐ（Ｎ）の番号Ｎに「１」がセットされている場合には、パルス幅ΔＴに、１番目のパルス幅ΔＴｐ（１）である最小パルス幅ΔＴｐｍｉｎが設定される。そして、ＳＲ１３１０において、パルス幅ΔＴをレーザ制御部１３Ｃに送信する。
【０１６７】
ＳＲ１３１１において、レーザ加工制御部３２Ｄは、レーザ制御部１３からのレーザ加工ＯＫ信号を待機する。レーザ加工制御部３２Ｄは、レーザ加工ＯＫ信号を受信した場合（ＳＲ１３１１でＹ）には、ＳＲ１３１２において、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１３に送信する。これにより、レーザ装置３からパルスレーザ光が出力されて、被加工物４１のプレ加工位置に対してパルス幅探索用プレ加工が実行される。
【０１６８】
１つのパルス幅ΔＴｐ（Ｎ）についてパルス幅探索用プレ加工が終了した場合には、ＳＲ１３１４において、レーザ加工制御部３２Ｄは、番号Ｎに１を加算する。ＳＲ１３１５において、レーザ加工制御部３２Ｄは、パルス幅ΔＴｐ（Ｎ−１）の値にΔＴｓを加算した値を、ΔＴｐ（Ｎ）のパルス幅の値として設定する。例えば、ΔＴｐ（１）のプレ加工が終了したら、Ｎに１を加算する。初期のプレ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、ＳＲ１３１５において、Ｎ−１＝２−１＝１となる。従って、ΔＴｐ（１）の値にΔＴｓを加算した値が、ΔＴｐ（２）のパルス幅の値として設定される。ΔＴｐ（１）の値は、初期値である最小パルス幅ΔＴｐｍｉｎであるため、ΔＴｐ（２）＝ΔＴｐｍｉｎ＋ΔＴｓとなる。
【０１６９】
ＳＲ１３１５で設定したΔＴｐ（Ｎ）の値が最大パルス幅ΔＴｐｍａｘ以下の場合には（ＳＲ１３１６でＮ）、レーザ加工制御部３２Ｄは、次のプレ加工位置の位置データをセットする（ＳＲ１３１８）。最大パルス幅ΔＴｐｍａｘは、パルス幅探索用プレ加工において使用する波長範囲の上限値である。最大パルス幅ΔＴｐｍａｘは、パルス幅ΔＴａ＋ΔＴＵで求められる。ΔＴＵは、パルス幅ΔＴａと最大パルス幅ΔＴｐｍａｘの差である。
【０１７０】
ＳＲ１３１６−２において、レーザ加工制御部３２Ｄは、複数の波長の加工状態を計測し、各プレ加工位置のパルス幅評価値を、図３６に示すパルス幅評価値テーブル８６に記録する。そして、ＳＲ１３１７において、レーザ加工制御部３２Ｄは、パルス幅評価値テーブル８６を参照して、最適パルス幅ΔＴｏｐｔを決定する。
【０１７１】
図３５は、ＳＲ１３１６−２の処理手順を示すフローチャートである。ＳＲ１３１６−２は、図２１の第２実施形態のＳＲ１２１６−２の処理手順とほぼ同様である。図３５に示すように、レーザ加工制御部３２Ｄは、まず、ＳＲ１３１６−２１において、番号Ｎに「１」をセットして初期化する。ＳＲ１３１６−２２において、レーザ加工制御部３２Ｄは、加工深さ計測器７０の計測位置に被加工物４１のＮ番目のプレ加工位置を位置決めする。Ｎ＝１の場合は、１番目の加工位置を計測位置に位置決めする。ＳＲ１３１６−２３において、加工深さ計測器７０によって、加工状態として、加工深さＤｅｐｔｈ（Ｎ）を計測する。ＳＲ１３１６−２４において、加工深さＤｅｐｔｈ（Ｎ）から、パルス幅評価値として加工速度ＰＳ（Ｎ）を計算する。加工速度ＰＳ（Ｎ）は、上記式（１）で示したように、ＰＳ（Ｎ）＝Ｄｅｐｔｈ（Ｎ）／Ｎｍで計算される。
【０１７２】
ＳＲ１３１６−２５において、レーザ加工制御部３２Ｄは、パルス幅探索用プレ加工に使用したパルス幅ΔＴｐ（Ｎ）と加工速度ＰＳ（Ｎ）とを対応付けて、図３６に示すように、パルス幅評価値テーブル８６に記録する。ＳＲ１３１６−２６において、レーザ加工制御部３２Ｄは、番号Ｎに「１」を加算する。番号Ｎが最大値Ｎｍａｘ以下の場合には（ＳＲ１３１６−２７でＮ）、レーザ加工制御部３２Ｄは、次のプレ加工位置が有ると判定する。最大値Ｎｍａｘは、加工状態の評価対象となるプレ加工位置の総数である。レーザ加工制御部３２Ｄは、次のプレ加工位置が有ると判定した場合には、ＳＲ１３１６−２２に戻り、次のプレ加工位置に対して、ＳＲ１３１６−２５までの処理を繰り返して、次のプレ加工位置のパルス幅評価値を記録する。
【０１７３】
レーザ加工制御部３２Ｄは、番号Ｎが最大値Ｎｍａｘを超えるまで（ＳＲ１３１６−２７でＹ）、すなわち、すべてのプレ加工位置の加工状態の評価が終了するまで、ＳＲ１３１６−２２からＳＲ１３１６−２６までの処理を繰り返す。
【０１７４】
図３４のＳＲ１３１７において、レーザ加工制御部３２Ｄは、パルス幅評価値テーブル８６を参照して、加工速度ＰＳ（Ｎ）が最大のパルス幅ΔＴｐ（Ｎ）を最適パルス幅ΔＴｏｐｔとして決定する。
【０１７５】
６．３  作用
第４実施形態において、レーザ加工制御部３２Ｄは、パルスレーザ光のパルス幅を変化させながら、複数のパルス幅でパルス幅探索用プレ加工を実行し、パルス幅毎の加工状態を計測し、パルス幅毎の加工状態を評価して、最適パルス幅ΔＴｏｐｔを決定する。このため、最適波長λｏｐｔに加えて、最適パルス幅ΔＴｏｐｔでレーザ加工できるため、光子の吸収効率のさらなる改善と、加工速度ＰＳの向上が期待できる。特に、２光子吸収は、１光子吸収よりも吸収効率が低いので、本例は有効である。
【０１７６】
７．波長可変レーザ装置の具体例
７．１  構成
図３７において、第３実施形態及び第４実施形態で使用される波長可変レーザ装置であるレーザ装置３Ｃの具体例を示す。上述したとおり、レーザ装置３Ｃは、固体レーザ装置１０Ｃと、モニタモジュール１１と、レーザ制御部１３Ｃとを備えている。
【０１７７】
固体レーザ装置１０Ｃにおいて、波長可変チタンサファイヤ発振器１６は、出力結合ミラー１６Ａ、チタンサファイヤ結晶１６Ｂ、ビームエキスパンダ１６Ｃと、グレーティング１６Ｄと、回転ステージ１６Ｅとを備えている。
【０１７８】
光共振器は、出力結合ミラー１６Ａとグレーティング１６Ｄとで構成される。出力結合ミラー１６Ａは、約６５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲で部分反射する膜がコートされている。光共振器の光路上にチタンサファイヤ結晶１６Ｂと、ビームエキスパンダ１６Ｃとが配置されている。
【０１７９】
ビームエキスパンダ１６Ｃは、プリズムを含んでおり、チタンサファイヤ結晶１６Ｂから出射された光のビーム幅を拡大して、その光をグレーティング１６Ｄに入射させるように配置される。また、ビームエキスパンダ１６Ｃは、グレーティング１６Ｄ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、チタンサファイヤ結晶１６Ｂ及び出力結合ミラー１６Ａに戻す。
【０１８０】
グレーティング１６Ｄ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１６Ｄ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。ビームエキスパンダ１６Ｃからグレーティング１６Ｄ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１６Ｄは、ビームエキスパンダ１６Ｃからグレーティング１６Ｄ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エキスパンダ１６Ｃを介してチタンサファイヤ結晶１６Ｂ及び出力結合ミラー１６Ａに戻される。
【０１８１】
回転ステージ１６Ｅは、グレーティング１６Ｄを支持しており、Ｘ軸回りに回転することにより、グレーティング１６Ｄへの光の入射角度を変更する。グレーティング１６Ｄを回転させることにより、グレーティング１６Ｄからビームエキスパンダ１６Ｃを介して出力結合ミラー１６Ａに戻る光の波長を選択することができる。
【０１８２】
光シャッタ８３は、波長可変チタンサファイヤ発振器１６と、チタンサファイヤ増幅器１７との間の光路上に配置される。上述のとおり、光シャッタ８３は、ＥＯポッケルスセルと、偏光子と、ＥＯポッケルスセルに高電圧を印加する電源とを含む。チタンサファイヤ増幅器１７は、図示しないチタンサファイヤ結晶と複数のミラーとを含む。光シャッタ８３によってパルス波形整形されたパルスレーザ光は、チタンサファイヤ増幅器１７に入射する。チタンサファイヤ増幅器１７において、図示しない複数のミラーは、チタンサファイヤ結晶をマルチパスするように配置されている。
【０１８３】
波長変換システム１８は、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶１８Ａ、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）結晶１８Ｂ、及びＫＢＢＦ（ＫＢｅ2ＢＯ3Ｆ2）結晶１８Ｃの３つの非線形結晶と、複数の回転ステージ１８Ｄと、１軸ステージ１８Ｅと、ステージ制御部１８Ｆとを備えている。各回転ステージ１８Ｄは、ＬＢＯ結晶１８Ａ、ＣＬＢＯ結晶１８Ｂ、ＫＢＢＦ結晶１８Ｃのそれぞれを支持している。各回転ステージ１８Ｄは、Ｘ軸回りに回転して、各結晶１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを回転させる。
【０１８４】
１軸ステージ１８Ｅは、ＣＬＢＯ結晶１８ＢとＫＢＢＦ結晶１８Ｃとを回転ステージ１８Ｄとともに支持し、ＣＬＢＯ結晶１８ＢとＫＢＢＦ結晶１８ＣとをＺ軸方向に移動する。１軸ステージ１８Ｅは、ＬＢＯ結晶１８Ａの出射光路上に、ＣＬＢＯ結晶１８ＢまたはＫＢＢＦ結晶１８Ｃのいずれかを挿入する挿入位置、及び出射光路から両方の非線形結晶を退避する退避位置との間で移動自在である。ステージ制御部１８Ｆは、回転ステージ１８Ｄの回転及び１軸ステージ１８Ｅの移動を制御する。
【０１８５】
ポンピングレーザ装置１９は、ＹＬＦレーザの第２高調波であって、励起用パルスレーザ光を出力する。ポンピングレーザ装置１９の出射光路上には図示しないビームスプリッタが配置されている。ビームスプリッタは、励起用パルスレーザ光を分岐させて、波長可変サファイヤ発振器１６とチタンサファイヤ増幅器１７に入射させる。
【０１８６】
７．２  動作
レーザ制御部１３Ｃは、レーザ加工制御部３２Ｃから、目標波長λｔ、目標パルスエネルギＥｔ、パルス幅ΔＴ、及び発光トリガＴｒのデータを受信する。レーザ制御部１３Ｃは、シャッタ１２を閉じて、レーザ加工ＮＧ信号をレーザ加工制御部３２Ｃに送信する。レーザ制御部１３Ｃは、パルス幅ΔＴのデータをパルス波形調節器８２に送信する。
【０１８７】
レーザ制御部１３Ｃは、ステージ制御部１８Ｆに、目標波長λｔのデータを送信する。ステージ制御部１８Ｆは、目標波長λｔに基づいて、ＣＬＢＯ結晶１８ＢまたはＫＢＢＦ結晶１８Ｃのどちらの結晶を使用するかを決定し、１軸ステージ１８Ｅを制御して、使用する結晶をＬＢＯ結晶１８Ａの出射光路上に挿入する。また、ステージ制御部１８Ｆは、目標波長λｔに基づいて、ＬＢＯ結晶１８Ａの入射角度と、ＣＬＢＯ結晶１８ＢまたはＫＢＢＦ結晶１８Ｃのうち使用する非線形結晶の入射角度を決定し、決定した入射角度になるように各回転ステージ１８Ｄを制御する。
【０１８８】
ステージ制御部１８Ｆは、例えば、次のように、目標波長λｔの波長範囲に応じて使用する非線形結晶を選定する。第１に、第２高調波（３２５ｎｍ〜５５０ｎｍ）の波長範囲内の目標波長λｔが選択された場合は、ＬＢＯ結晶１８Ａのみが使用される。この場合、ステージ制御部１８Ｆは、１軸ステージ１８Ｅを退避位置に移動して、ＣＬＢＯ結晶１８ＢとＫＢＢＦ結晶１８Ｃの両方をＬＢＯ結晶１８Ａの出射光路から退避させる。
【０１８９】
第２に、第３高調波（２１７ｎｍ〜３６７ｎｍ）の波長範囲内の目標波長λｔが選択された場合は、ＬＢＯ結晶１８ＡとＣＬＢＯ結晶１８Ｂが使用される。この場合、ステージ制御部１８Ｆは、ＣＬＢＯ結晶１８Ｂの挿入位置に１軸ステージ１８Ｅを移動する。第３に、第４高調波（１６２ｎｍ〜２７５ｎｍ）の波長範囲内の目標波長λｔが選択された場合は、ＫＢＢＦ結晶１８Ｃが使用される。ステージ制御部１８Ｆは、ＫＢＢＦ結晶１８Ｃの挿入位置に１軸ステージ１８Ｅを移動する。
【０１９０】
レーザ制御部１３Ｃは、ポンピングレーザ装置１９へパルスエネルギの初期値を送信する。ここで、第１〜第３高調波のいずれかの高調波を第ｍ高調波と表記する。第ｍ高調波が目標波長λｔとして選択された場合において、レーザ制御部１３Ｃは、波長可変チタンサファイヤ発振器１６が目標波長λｔのｍ倍に近い波長で発振するように、回転ステージ１６Ｅを制御して、グレーティング１６Ｄの入射角度を調節する。
【０１９１】
また、レーザ制御部１３Ｃは、図示しない内部発光トリガを同期回路８１に送信する。同期回路１８は、内部発光トリガに同期して、ポンピングレーザ装置１９に第１のトリガを出力し、かつ、パルス波形調節器８２に、第１のトリガに対して所定時間遅延させて第２のトリガを出力する。ポンピングレーザ装置１９からの励起用パルスレーザ光は、波長可変チタンサファイヤ発振器１６とチタンサファイヤ増幅器１７のそれぞれのチタンサファイヤ結晶に入射する。これにより、それぞれのチタンサファイヤ結晶が励起される。
【０１９２】
グレーティング１６Ｄの入射角度は、目標波長λｔのｍ倍に対応する角度に設定されているため、波長可変チタンサファイヤ発振器１６において、約λｔ・ｍ倍の波長のパルスレーザ光が出力される。このパルスレーザ光は、光シャッタ８３によって、パルス幅ΔＴとなるようにパルス整形される。パルス整形されたパルスレーザ光はチタンサファイヤ増幅器１７によって、マルチパス増幅される。増幅されたパルスレーザ光は、波長変換システム１８によって、第ｍ高調波光であるパルスレーザ光が出力される。
【０１９３】
レーザ制御部１３Ｃは、モニタモジュール１１の光センサ１１ｂによって、波長変換後のパルスレーザ光のパルスエネルギの実測値Ｅを検出する。レーザ制御部１３Ｃは、実測値Ｅと目標パルスエネルギＥｔとの差ΔＥ＝Ｅ−Ｅｔが「０」に近づくように、ポンピングレーザ装置１９から出力される励起用パルスレーザのパルスエネルギを制御する。
【０１９４】
また、レーザ制御部１３Ｃは、モニタモジュール１１の波長モニタ１１ｃによって、波長変換後のパルスレーザ光の波長の実測値λを検出する。レーザ制御部１３Ｃは、実測値λと目標波長λｔとの差Δλ＝λ-λtが「０」に近づくように、波長可変チタンサファイヤ発振器１６のグレーティング１６Ｄの入射角度を、回転ステージ１６Ｅを通じて制御する。さらに、レーザ制御部１３Ｃは、ΔＥ及びΔλが許容範囲となったら、内部発光トリガを停止して、シャッタ１２を開ける。
【０１９５】
レーザ制御部１３Ｃは、レーザ加工制御部３２Ｃにレーザ加工ＯＫ信号を送信する。レーザ制御部１３Ｃは、レーザ加工制御部３２Ｃからの発光トリガＴｒを同期回路８１に入力する。その結果、パルス幅ΔＴ、目標波長λｔ、目標パルスエネルギＥｔのパルスレーザ光がレーザ加工装置４Ｃに入射する。
【０１９６】
７．３  変形例
図３７に示すレーザ装置３Ｃから、同期回路８１、パルス波形調節器８２及び光シャッタ８３を取り除くと、図１に示す比較例、図６に示す第１実施形態、図１６に示す第２実施形態の各レーザ装置３として使用することができる。この場合は、パルス幅は１ｎｓから数十ｎｓのパルスレーザ光が出力されるため、２光子吸収の割合は殆どなくなる。
【０１９７】
図３７に示すように、波長可変レーザ装置であるレーザ装置３Ｃとして、波長可変チタンサファイヤ発振器１６と、チタンサファイヤ増幅器１７と、波長変換システム１８とを備えた例で示したが、この例に限定されない。波長約２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、またはその一部の範囲内において、波長可変を行うことができるレーザ装置であればよい。他の波長可変レーザ装置の例としては、特開２００２−２７３５８１に記載の短パルス波長可変ラマンレーザ装置や、オプティカルパラメトリックオシレータ（ＯＰＯ：optical parametric oscillator）による波長可変レーザ装置等がある。
【０１９８】
８．レーザ加工装置の変形例
８．１  構成
上記各実施形態のレーザ加工装置において、集光光学系として機能する光学システムを備えた例で説明したが、図３８に示すレーザ加工装置４Ｅのように、被加工物４１に対して像を転写できる転写光学系として機能する光学システム９３を備えていてもよい。光学システム９３は、ビームホモジナイザ９１と、可変スリット９２と、転写レンズ９４とを備えている。ここで、転写レンズ９４は、硝材が異なる複数枚のレンズの組み合わせで構成され、波長可変レーザ装置の波長可変範囲において色収差補正を行うことが可能な色収差補正レンズである。複数枚のレンズとしては、たとえば、合成石英レンズとＣａＦ2結晶レンズの組合せレンズが使用される。
【０１９９】
ビームホモジナイザ９１及び可変スリット９２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９１は、フライアイレンズ９１ａとコンデンサレンズ９１ｂとを備えている。ビームホモジナイザ９１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９２をケーラ照明するように配置される。可変スリット９２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９２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９２のスリットの大きさは、レーザ加工制御部３２Ａが制御する。
【０２００】
また、レーザ加工装置４Ｅは、観察装置６６に代えて、観察装置９６を備えている。観察装置９６は、観察装置６６の構成から、コリメータレンズ６６ｂと結像レンズ６６ｄを削除した構成である。イメージセンサ６６ｅは、加工面の像が転写レンズ９４によって結像する位置に配置されている。
【０２０１】
８．２  動作
高反射ミラー３６ｂによって反射したパルスレーザ光は、ビームホモジナイザ９１によって光強度が空間的に均一化されて、可変スリット９２に入射する。可変スリット９２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９４に入射する。転写レンズ９４は、ウインドウ４２Ａを介して、可変スリット９２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９２のスリットに応じた形状にすることができる。
【０２０２】
照明光源６６ｃから出た照明光は、ハーフミラー６６ａと高反射ミラー３６ｃを介して、転写レンズ９４によって、被加工物４１の加工面を照明する。加工面を照明した光は反射して、転写レンズ９４によって、高反射ミラー３６ｃとハーフミラー６６ａを介して、イメージセンサ６６ｅ上に結像する。その結果、被加工物４１の加工面の加工状態をイメージセンサ６６ｅによって計測できる。
【０２０３】
本例において、可変スリット９２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。
【０２０４】
９．反射型の光学系
上記実施形態において、集光光学系や転写光学系として機能する光学システムは、集光レンズ３６ｄや転写レンズ９４などのレンズを使用する例で説明したが、光学システムにおいて、レンズの代わりに反射型の光学系を使用してもよい。
【０２０５】
９．１  反射型の集光光学系
図３９に示す反射型の集光光学系１０１は、集光レンズ３６ｄの代わりに使用することが可能である。集光光学系１０１は、平面ミラー１０１ａと軸外放物面の凹面ミラー１０１ｂとを備えている。集光光学系１０１は、平面ミラー１０１ａと凹面ミラー１０１ｂの反射によって光を集光する。平面ミラー１０１ａと凹面ミラー１０１ｂは、反射面に、波長可変レーザ装置の波長可変範囲の光を高反射する高反射コーティングが施されている。この高反射コーティングは、例えば、Ａｌ膜の上にＭｇＦ2をコートしたもの、または、波長可変レーザ装置の波長可変範囲においてある程度の高い反射率を有する誘電体多層膜のコートである。
【０２０６】
集光光学系１０１は、レンズを用いない反射型であるため、波長可変レーザ装置３から出力されるパルスレーザ光の波長が変化しても、色収差の影響を受けない。また、フレネルロスなどの光損失も少ないため、集光効率もよい。また、観察装置６６を用いる場合は、集光光学系１０１には可視光の照明光も入射するが、照明光についても、パルスレーザ光と同様に、色収差の影響を回避できるとともに、集光効率もよい。波長可変レーザ装置のように波長を可変させる場合には、色収差の影響が無視できない場合もある。そのため、反射型の集光光学系１０１は、波長可変レーザ装置に用いた場合に、特に有効である。
【０２０７】
９．２  反射型の転写光学系
図４０に示す転写光学系１０２は、図３８に示す転写レンズ９４の代わりに使用することが可能である。転写光学系１０２は、周知のＳｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄタイプの光学系であり、中央に開口が形成された球面凹面ミラー１０２ｂと、球面凸面ミラー１０２ａとを備えている。マスク１０３を透過した像光は、球面凹面ミラー１０２ｂの開口に入射して、球面凸面ミラー１０２ａと球面凹面ミラー１０２ｂとで反射することにより、被加工物４１の加工面に結像する。
【０２０８】
球面凹面ミラー１０２ｂと、球面凸面ミラー１０２ａは、反射面に、波長可変レーザ装置の波長可変範囲の光を高反射する高反射コーティングが施されている。この高反射コーティングは、例えば、Ａｌ膜の上にＭｇＦ2をコートしたもの、または、波長可変レーザ装置の波長可変範囲においてある程度の高い反射率を有する誘電体多層膜のコートである。
【０２０９】
転写光学系１０２は、集光光学系１０１と同様に、レンズを用いない反射型であるため、色収差の影響を受けず、集光効率もよい。また、転写光学系１０２は、集光光学系１０１と同様に、波長可変レーザ装置に用いる場合に、特に有効である。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【国際調査報告】
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