(57)【要約】  本開示の一観点に係るレーザ加工装置は、被加工物を載置する載置台と、載置台に載置された被加工物にレーザ光を導く光学系と、被加工物上におけるレーザ光の照射領域の周辺に気体を供給する気体供給口と、気体供給口から供給された気体を回収する気体回収口と、被加工物上のレーザ光の照射領域を移動させる移動装置と、照射領域の移動方向に応じて、気体供給口から気体回収口に流す気体の気体流の方向を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、移動装置による照射領域の移動方向の変更に伴い、照射領域の移動方向と逆方向に気体を流すように、気体流の方向を変更する。
2020003421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を載置する載置台と、
前記載置台に載置された前記被加工物にレーザ光を導く光学系と、
前記被加工物上における前記レーザ光の照射領域の周辺に気体を供給する気体供給口と、
前記気体供給口から供給された前記気体を回収する気体回収口と、
前記被加工物上の前記レーザ光の前記照射領域を移動させる移動装置と、
前記照射領域の移動方向に応じて、前記気体供給口から前記気体回収口に流す前記気体の気体流の方向を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記移動装置による前記照射領域の移動方向の変更に伴い、前記照射領域の移動方向と逆方向に前記気体を流すように、前記気体流の方向を変更するレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置であって、
複数の前記気体供給口と、
複数の前記気体回収口と、
を備え、
前記制御装置は、前記照射領域の移動方向に応じて、前記複数の前記気体供給口及び前記複数の前記気体回収口のうちから、前記気体を吹き出させる前記気体供給口と前記気体を回収させる前記気体回収口の組み合わせを変更することにより、前記気体流の方向を変更するレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ加工装置であって、さらに、
前記複数の前記気体供給口の中で、前記気体を吹き出させる前記気体供給口と、前記気体の吹き出しを停止させる前記気体供給口と、を切り替える第１の切替バルブと、
前記複数の前記気体回収口の中で、前記気体を回収させる前記気体回収口と、前記気体の回収を停止させる前記気体回収口と、を切り替える第２の切替バルブと、
を備え、
前記制御装置は、前記照射領域の移動方向に応じて、前記第１の切替バルブ及び前記第２の切替バルブを制御するレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ加工装置であって、さらに、
前記気体供給口と前記気体回収口の配置位置を入れ替える回転装置を備え、
前記制御装置は、前記照射領域の移動方向に応じて、前記回転装置を回転させることにより、前記気体流の方向を変更するレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザ加工装置であって、さらに、
前記気体回収口と接続される排気装置を備えるレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項１に記載のレーザ加工装置であって、
前記光学系は、
長方形のビーム形状を有するラインビームを生成するラインビーム整形光学系と、
前記ラインビームが照射されるマスクと、
前記マスクの像を前記被加工物の表面に投影する投影光学系と、
を含むレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ加工装置であって、
前記移動装置は、前記ラインビーム整形光学系を第１軸の方向に往復移動させる１軸ステージを含むレーザ加工装置。
【請求項８】
請求項６に記載のレーザ加工装置であって、
前記移動装置として、前記ラインビームの短軸方向である第１軸の方向に前記レーザ光を移動させる第１の移動装置が用いられ、
さらに、
前記第１軸の方向及び前記ラインビームの長軸方向である第２軸の方向の各方向に前記被加工物を移動させる第２の移動装置を備え、
前記制御装置は、前記第１の移動装置及び前記第２の移動装置を制御するレーザ加工装置。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザ加工装置であって、
前記制御装置は、前記第２の移動装置を動作させて前記被加工物の加工対象領域を変更する制御と、前記第１の移動装置を動作させて前記被加工物上の前記レーザ光の前記照射領域を移動させながら前記加工対象領域の加工を行う制御と、を交互に実施するレーザ加工装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のレーザ加工装置であって、さらに、
前記気体供給口から吹き出す前記気体の流量を調節する流量調節部を備え、
前記制御装置は、加工条件と、前記被加工物への前記レーザ光の照射によって発生するデブリ量を予測する情報とに基づいて、前記流量調節部を制御するレーザ加工装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のレーザ加工装置であって、
前記デブリ量を予測する情報は、前記加工条件から前記デブリ量を算出する計算式のデータを含むレーザ加工装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のレーザ加工装置であって、
前記デブリ量を予測する情報は、前記加工条件と前記デブリ量を関連付けたテーブルデータを含むレーザ加工装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載のレーザ加工装置であって、
前記加工条件には、マスクの開口率が含まれるレーザ加工装置。
【請求項１４】
請求項１に記載のレーザ加工装置であって、
前記移動装置は、前記光学系の少なくとも一部を移動させるレーザ加工装置。
【請求項１５】
請求項１に記載のレーザ加工装置であって、さらに、
前記気体供給口から前記気体が供給される空間を囲うカバーを備えるレーザ加工装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレーザ加工装置であって、
前記カバーに、前記気体供給口及び前記気体回収口が配置されているレーザ加工装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のレーザ加工装置であって、さらに、
前記照射領域の移動方向に応じて、前記カバーを回転移動させる回転装置を備えるレーザ加工装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載のレーザ加工装置であって、さらに、
前記移動装置による前記レーザ光の前記照射領域の移動に追従して前記カバーを移動させる第３の移動装置を備えるレーザ加工装置。
【請求項１９】
レーザ光を出力するレーザ装置と、
前記レーザ装置から出力された前記レーザ光を伝送する伝送系と、
被加工物を載置する載置台と、
前記伝送系を介して伝送された前記レーザ光を整形し、前記載置台に載置された前記被加工物に導く光学系と、
前記被加工物上における前記レーザ光の照射領域の周辺に気体を供給する気体供給口と、
前記気体供給口から供給された前記気体を回収する気体回収口と、
前記被加工物上の前記レーザ光の前記照射領域を移動させる移動装置と、
前記照射領域の移動方向に応じて、前記気体供給口から前記気体回収口に流す前記気体の気体流の方向を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記移動装置による前記照射領域の移動方向の変更に伴い、前記照射領域の移動方向と逆方向に前記気体を流すように、前記気体流の方向を変更するレーザ加工システム。
【請求項２０】
レーザ加工方法であって、
被加工物を載置台に載置するステップと、
レーザ装置からレーザ光を出力するステップと、
前記載置台に載置された前記被加工物に、光学系を介して前記レーザ光を導き、前記レーザ光を前記被加工物に照射するステップと、
前記被加工物上における前記レーザ光の照射領域の周辺に気体供給口から気体を供給し、前記気体供給口から供給された前記気体を気体回収口から回収するステップと、
前記被加工物上の前記レーザ光の前記照射領域を移動させるステップと、
前記照射領域の移動方向に応じて、前記気体供給口から前記気体回収口に流す前記気体の気体流の方向を制御するステップと、を含み、
前記気体流の方向を制御するステップは、前記照射領域の移動方向の変更に伴い、前記照射領域の移動方向と逆方向に前記気体を流すように、前記気体流の方向を変更するレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ加工装置、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、ウエハには等価における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。【０００４】
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化部（Line  Narrow  Module）が設けられ、この狭帯域化部によりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。【０００５】
また、エキシマレーザ光はパルス幅が約数１０ｎｓであって、波長はそれぞれ、２４８．４ｎｍと１９３．４ｎｍと短いことから、高分子材料やガラス材料等の直接加工に用いられることがある。高分子材料は、結合エネルギよりも高いフォトンエネルギをもつエキシマレーザ光によって、高分子材料の結合を切断できる。そのため、非加熱加工が可能となり、加工形状が綺麗になることが知られている。【０００６】
また、ガラスやセラミックス等はエキシマレーザ光に対する吸収率が高いので、可視レーザ光及び赤外線レーザ光では加工することが難しい材料の加工もできることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／０１０６４７１号明細書
【特許文献２】特開平９−１６８８８５号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０１４５５６７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８／００４１８３２号明細書
【概要】
【０００８】
本開示の１つの観点に係るレーザ加工装置は、被加工物を載置する載置台と、載置台に載置された被加工物にレーザ光を導く光学系と、被加工物上におけるレーザ光の照射領域の周辺に気体を供給する気体供給口と、気体供給口から供給された気体を回収する気体回収口と、被加工物上のレーザ光の照射領域を移動させる移動装置と、照射領域の移動方向に応じて、気体供給口から気体回収口に流す気体の気体流の方向を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、移動装置による照射領域の移動方向の変更に伴い、照射領域の移動方向と逆方向に気体を流すように、気体流の方向を変更する。
【０００９】
本開示の他の１つの観点に係るレーザ加工システムは、レーザ光を出力するレーザ装置と、レーザ装置から出力されたレーザ光を伝送する伝送系と、被加工物を載置する載置台と、伝送系を介して伝送されたレーザ光を整形し、載置台に載置された被加工物に導く光学系と、被加工物上におけるレーザ光の照射領域の周辺に気体を供給する気体供給口と、気体供給口から供給された気体を回収する気体回収口と、被加工物上のレーザ光の照射領域を移動させる移動装置と、照射領域の移動方向に応じて、気体供給口から気体回収口に流す気体の気体流の方向を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、移動装置による照射領域の移動方向の変更に伴い、照射領域の移動方向と逆方向に気体を流すように、気体流の方向を変更する。
【００１０】
本開示の他の１つの観点に係るレーザ加工方法は、被加工物を載置台に載置するステップと、レーザ装置からレーザ光を出力するステップと、載置台に載置された被加工物に、光学系を介してレーザ光を導き、レーザ光を被加工物に照射するステップと、被加工物上におけるレーザ光の照射領域の周辺に気体供給口から気体を供給し、気体供給口から供給された気体を気体回収口から回収するステップと、被加工物上のレーザ光の照射領域を移動させるステップと、照射領域の移動方向に応じて、気体供給口から気体回収口に流す気体の気体流の方向を制御するステップと、を含み、気体流の方向を制御するステップは、照射領域の移動方向の変更に伴い、照射領域の移動方向と逆方向に気体を流すように、気体流の方向を変更する。
【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、例示的なレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、ラインビームのビーム形状の例を示す図である。
【図３】図３は、ラインビームスキャン方式による被加工物のレーザ加工方法の例を示す平面図である。
【図４】図４は、レーザ加工システムの制御例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、レーザ加工条件パラメータの読込（１）の処理内容の例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、レーザ装置の調整発振を行う際の処理内容の例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、レーザ加工装置の制御パラメータの計算と設定（１）の処理内容の例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、ビームスキャン方向の決定を行う処理内容の例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、ビームスキャン加工の処理内容の例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、ラインビームスキャン動作の様子を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す構成の側面図である。
【図１２】図１２は、図１０に示す例と逆方向のラインビームスキャン動作の様子を模式的に示す平面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す構成の側面図である。
【図１４】図１４は、実施形態１に係るレーザ加工装置を含むレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。
【図１５】図１５は、ビームスキャン方向がＸ軸の負の方向である場合におけるラインビームスキャン動作の様子を模式的に示す平面図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す構成の側面図である。
【図１７】図１７は、ビームスキャン方向がＸ軸の正の方向である場合におけるラインビームスキャン動作の様子を模式的に示す平面図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す構成の側面図である。
【図１９】図１９は、実施形態１に係るレーザ加工装置を含むレーザ加工システムの制御例を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、レーザ加工装置の制御パラメータの計算と設定（２）の処理内容の例を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、パージガスの方向を制御する処理の例を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、実施形態２に係るレーザ加工装置を含むレーザ加工システムの制御例を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、レーザ加工条件パラメータの読込（２）の処理内容の例を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、レーザ加工装置の制御パラメータの計算と設定（３）の処理内容の例を示すフローチャートである。
【図２５】図２５は、デブリを除去する集塵システムの変形例１の構成を概略的に示す要部断面図である。
【図２６】図２６は、図２５に示す構成の平面図である。
【図２７】図２７は、デブリを除去する集塵システムの変形例２の構成を概略的に示す要部断面図である。
【図２８】図２８は、図２７に示す構成の平面図である。
【図２９】図２９は、デブリを除去する集塵システムの変形例３の構成を概略的に示す要部断面図である。
【図３０】図３０は、図２９に示す構成の平面図である。
【図３１】図３１は、図２９のビームスキャン方向を逆方向にした場合の様子を示す断面図である。
【図３２】図３２は、図３１に示す構成の平面図である。
【図３３】図３３は、デブリを除去する集塵システムの変形例４の構成を概略的に示す要部断面図である。
【図３４】図３４は、図３３に示す構成の平面図である。
【図３５】図３５は、図３３のビームスキャン方向を逆方向にした場合の様子を示す断面図である。
【図３６】図３６は、図３５に示す構成の平面図である。
【図３７】図３７は、フライアイレンズの構成例を示す正面図である。
【図３８】図３８は、図３７に示すフライアイレンズの側面図である。
【図３９】図３９は、図３７に示すフライアイレンズの上面図である。
【図４０】図４０は、レーザ加工条件の具体例を示す図表である。
【実施形態】
【００１２】
−目次−
１．レーザ加工システムの全体説明
１．１  構成
１．２  動作
１．３  レーザ加工システムの制御例
２．用語の説明
３．課題
４．実施形態１
４．１  構成
４．２  動作
４．３  作用・効果
５．実施形態２
５．１  構成
５．２  動作
５．３  作用・効果
６．パージガスを流す集塵システムの変形例  
６．１  変形例１
６．１．１  構成
６．１．２  動作
６．１．３  作用・効果
６．２  変形例２
６．２．１  構成
６．２．２  動作
６．２．３  作用・効果
６．３  変形例３
６．３．１  構成
６．３．２  動作
６．３．３  作用・効果
６．４  変形例４
６．４．１  構成
６．４．２  動作
６．４．３  作用・効果
７．フライアイレンズの例
７．１  構成
７．２  動作
７．３  その他
８．レーザ加工条件の具体例
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１３】
１．レーザ加工システムの全体説明
１．１  構成
図１に、例示的なレーザ加工システムの構成を概略的に示す。レーザ加工システム１０は、レーザ装置１２と、光路管１３と、レーザ加工装置１４と、を含む。レーザ装置１２は、紫外線のパルスレーザ光を出力するレーザ装置である。例えば、レーザ装置１２は、Ｆ２、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、又はＸｅＦをレーザ媒質とする放電励起式レーザ装置であってよい。レーザ装置１２は、発振器２０と、モニタモジュール２４と、シャッタ２６と、レーザ制御部２８と、を含む。
【００１４】
発振器２０は、チャンバ３０と、光共振器３２と、充電器３６と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）３８と、を含む。チャンバ３０には、エキシマレーザガスが封入される。チャンバ３０は、１対の電極４３、４４と、絶縁部材４５と、ウインドウ４７、４８と、を含む。
【００１５】
光共振器３２は、リアミラー３３と出力結合ミラー（ＯＣ：Output Coupler）３４とを含む。リアミラー３３と出力結合ミラー３４２の各々は、平面基板に、高反射膜と部分反射膜とがコートされる。チャンバ３０は、光共振器３２の光路上に配置される。
【００１６】
モニタモジュール２４は、ビームスプリッタ５０と、光センサ５２と、を含む。
【００１７】
シャッタ２６は、モニタモジュール２４から出力されるパルスレーザ光の光路上に配置される。パルスレーザ光の光路は、図示せぬ筐体及び光路管によってシールされ、Ｎ２ガスでパージされていてもよい。
【００１８】
レーザ加工装置１４は、照射光学システム７０と、フレーム７２と、ＸＹＺステージ７４と、テーブル７６と、パージガスノズル８０と、排気ダクト９０と、レーザ加工制御部１００と、を含む。
【００１９】
照射光学システム７０は、高反射ミラー１１１及び高反射ミラー１１２と、アッテネータ１２０と、ラインビーム整形光学系１３０と、１軸ステージ１３８と、マスク１４０と、投影光学系１４２と、ウインドウ１４６と、筐体１５０と、を含む。
【００２０】
高反射ミラー１１１は、光路管１３を通過したパルスレーザ光がアッテネータ１２０に通過して高反射ミラー１１２に入射するように配置される。
【００２１】
アッテネータ１２０は、高反射ミラー１１１と高反射ミラー１１２の間の光路上に配置される。アッテネータ１２０は、２枚の部分反射ミラー１２１、１２２とそれぞれのミラーの入射角を可変する回転ステージ１２３、１２４と、を含む。
【００２２】
高反射ミラー１１２は、アッテネータ１２０を通過したレーザ光がラインビーム整形光学系１３０に入射するように配置される。
【００２３】
ラインビーム整形光学系１３０は、高反射ミラー１３３と、フライアイレンズ１３４と、コンデンサレンズ１３６と、を含む。ラインビーム整形光学系１３０は、マスク１４０をライン状のビームでケーラー照明するように配置される。ライン状のビームとは、長方形（矩形）のビーム形状を有する矩形型のビームをいう。ライン状のビームを「ラインビーム」という。ここでは、ラインビームの短軸方向をＸ軸方向とし、ラインビームの長軸方向をＹ軸方向とする。
【００２４】
ラインビーム整形光学系１３０の高反射ミラー１３３は、入射したパルスレーザ光をフライアイレンズ１３４に入射するように配置される。
【００２５】
フライアイレンズ１３４は、フライアイレンズ１３４の焦点面とコンデンサレンズ１３６の前側焦点面が一致するように配置される。コンデンサレンズ１３６は、コンデンサレンズ１３６の後側焦点面とマスク１４０の位置が一致するように配置される。
【００２６】
ラインビーム整形光学系１３０は、マスク１４０上をラインビームがＸ軸方向に移動可能なように１軸ステージ１３８に固定される。
【００２７】
マスク１４０は、例えば、紫外光を透過する合成石英基板に、金属又は誘電体多層膜のパターンが形成されたマスクである。例えば、プリント基板等のビアホール加工の場合は、マスク１４０に、直径５μｍ〜３０μｍの穴のパターンが形成されている。
【００２８】
投影光学系１４２は、ウインドウ１４６を介して、マスク１４０の像が被加工物１６０の表面で結像するように配置される。投影光学系１４２は、複数のレンズ１４３、１４４の組合せレンズであって、縮小投影光学系であってもよい。
【００２９】
ウインドウ１４６は、投影光学系１４２と、被加工物１６０の間のレーザ光路上に配置される。ウインドウ１４６は、筐体１５０に設けられた穴に、図示せぬＯリング等を介して配置される。ウインドウ１４６は、エキシマレーザ光を透過するＣａＦ２結晶や、合成石英基板であって、両面に反射抑制膜がコートされていてもよい。
【００３０】
筐体１５０には、窒素ガスの入口１５２と出口１５４とが配置されている。筐体１５０は、筐体１５０内に外気が混入するのを抑制するようにＯリング等を介してシールされていてもよい。
【００３１】
フレーム７２に、照射光学システム７０とＸＹＺステージ７４とが固定される。ＸＹＺステージ７４の上にテーブル７６が固定される。被加工物１６０は、テーブル７６上に固定される。テーブル７６は被加工物１６０を載置する載置台の一例である。
【００３２】
被加工物１６０は、例えば、ＬＳＩ（large‐scale integrated circuit）チップとメインのプリント基板の間で中継するインターポーザ基板やフレキシブルなプリント基板であってもよい。例えば、この基板の電気絶縁材料としては、高分子材料、ガラスエポキシ材料、ガラス材料などがある。
【００３３】
パージガスノズル８０は、被加工物１６０におけるパルスレーザ光が照射される領域にパージガスが流れるように配置される。パージガスノズル８０は、配管８６を介してパージガス供給源８８と接続される。パージガス供給源８８から供給されるパージガスは、アブレーションにより生成した物質を除去できるガスであればよい。例えば、パージガスは、Ｎ２ガス又はクリーンドライエアであってよい。
【００３４】
排気ダクト９０は、パルスレーザ光によって、アブレーションしたデブリがパージガスと一緒に流れて排気されるように配置される。排気ダクト９０は、配管９６を介して排気装置９８と接続される。
【００３５】
レーザ加工制御部１００は、レーザ装置１２、アッテネータ１２０、１軸ステージ１３８及びＸＹＺステージ７４の動作を制御する。
【００３６】
１．２  動作
レーザ加工制御部１００は、レーザ加工時の照射条件パラメータであるレーザ加工条件パラメータを読込む。具体的には、レーザ加工制御部１００は、レーザ加工を行う際の被加工物１６０上でのフルーエンスFｉと、照射パルス数Ｎｉと、繰り返し周波数ｆｉとを読込む。レーザ加工制御部１００は、レーザ加工条件パラメータに従い、レーザ装置１２に調整発振をさせる。
【００３７】
レーザ制御部２８は、目標パルスエネルギＥｔをレーザ加工制御部１００から受信する。レーザ制御部２８は、目標パルスエネルギＥｔを受信すると、シャッタ２６を閉じ、目標パルスエネルギとなるように充電器３６を制御する。
【００３８】
レーザ加工制御部１００は、レーザ制御部２８に、発振開始トリガ信号を送信する。レーザ加工制御部１００から発せられた発振開始トリガ信号は、レーザ制御部２８を介してＰＰＭ３８のスイッチ３９に入力される。その結果、発振器２０は自然発振する。
【００３９】
発振器２０から出力されたパルスレーザ光は、モニタモジュール２４のビームスプリッタ５０によってサンプルされ、光センサ５２によってパルスエネルギＥが計測される。
【００４０】
光センサ５２を用いて計測されたパルスエネルギＥの情報はレーザ制御部２８に送られる。
【００４１】
レーザ制御部２８は、目標パルスエネルギＥｔとパルスエネルギＥの計測結果の差ΔＥが０に近づくように、充電器３６の充電電圧を制御する。レーザ制御部２８は、ΔＥが許容範囲となったら、レーザ加工制御部１００に、パルスエネルギＯＫ信号を送信し、シャッタ２６を開ける。
【００４２】
レーザ加工制御部１００は、レーザ制御部２８からパルスエネルギＯＫ信号を受信する。
【００４３】
次に、レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０上において最初にレーザ照射を行う加工位置にパルスレーザ光が照射されるように、ＸＹＺステージ７４をＸ軸方向及びＹ軸方向に制御する。また、レーザ加工制御部１００は、マスク１４０の像が被加工物１６０の表面の位置に結像するように、ＸＹＺステージ７４をＺ軸方向に制御する。
【００４４】
レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０の表面位置、すなわち、マスク１４０の像の位置のフルーエンスが目標のフルーエンスＦｉとなるように、アッテネータ１２０の透過率Ｔを計算する。
【００４５】
続いて、レーザ加工制御部１００は、アッテネータ１２０の透過率がＴとなるように、２つの部分反射ミラー１２１、１２２の入射角度をそれぞれの回転ステージ１２３、１２４によって制御する。
【００４６】
続いて、レーザ加工制御部１００は、ラインビームの短軸方向のビーム幅がＢｘの場合に、繰り返し周波数ｆｉで照射パルス数がＮｉとなるように１軸ステージ１３８の移動速度Ｖｍｘを計算する。
【００４７】
レーザ加工制御部１００は、Ｘ軸方向にＶｍｘで、ラインビーム整形光学系１３０が等速直線運動で移動するように制御する。その結果、マスク１４０上をラインビームがＶｍｘで等速直線運動する。
【００４８】
この間、レーザ制御部２８は、繰り返し周波数ｆｉの発光トリガ信号Ｔｒを送信する。発光トリガ信号Ｔｒに同期して、モニタモジュール２４のビームスプリッタ５０を透過したパルスレーザ光は、光路管１３を介してレーザ加工装置１４に入射する。
【００４９】
このパルスレーザ光は、高反射ミラー１１１によって反射され、アッテネータ１２０を通過して、減光された後、高反射ミラー１１２によって反射される。
【００５０】
高反射ミラー１１２で反射したパルスレーザ光は、ラインビーム整形光学系１３０によって、光強度が空間的に均一化されて、ラインビームに整形される。ラインビーム整形光学系１３０から出力されたラインビームは、マスク１４０に入射する。このラインビームは、１軸ステージ１３８の動きによって、マスク１４０上をＶｍｘでＸ軸方向に移動する。
【００５１】
マスク１４０を透過したパルスレーザ光は、投影光学系１４２によって、被加工物１６０の表面に縮小投影される。
【００５２】
パルスレーザ光は、投影光学系１４２を通過して、転写結像した領域の被加工物１６０に照射される。被加工物１６０の表面でパルスレーザ光が照射された部分がアブレーションし、レーザ加工される。
【００５３】
マスク１４０上に照射されたラインビームは、被加工物１６０上では、縮小投影されて、被加工物１６０上を反対方向に「−Ｍ・Ｖｍｘ」の速度で移動する。Ｍは投影光学系１４２の倍率である。投影光学系１４２は、縮小転写光学系であるため、Ｍは１より小さい正の値である。
【００５４】
図２は、被加工物１６０に照射されるラインビームの例を示す。ラインビームＬＢは、短軸方向であるＸ軸方向のビーム幅がＢｘであり、長軸方向であるＹ軸方向のビーム幅がＢｙである矩形型のビーム形状を有する。
【００５５】
図３は、ラインビームスキャン方式による被加工物のレーザ加工方法の例を示す平面図である。図３に、ラインビームスキャン方式による被加工物上の加工対象領域ごとの加工順番とラインビームの移動方向の例を示す。図３において、被加工物１６０の加工面は、「Ｓ＃１」〜「Ｓ＃１２」の１２個の加工対象領域に区画されている。「Ｓ＃１」→「Ｓ＃２」→「Ｓ＃３」→・・・→「Ｓ＃１２」の順番に、加工対象領域を変更しながら、加工対象領域ごとにラインビームスキャンを実施してレーザ加工が行われる。
【００５６】
各加工対象領域内に示した矢印は、ラインビームＬＢのスキャン方向を表している。最初の加工対象領域である第１加工対象領域Ｓ＃１の右端がラインビームＬＢの初期位置である。この初期位置からラインビームＬＢの移動（レーザ加工）をスタートさせる。図３において、各加工対象領域の加工開始位置におけるラインビームＬＢの位置を矩形の塗りつぶしパターンで表示してある。
【００５７】
第１加工対象領域Ｓ＃１を加工する際には、ラインビームＬＢを初期位置から図３の左方向に移動させ、第１加工対象領域Ｓ＃１の左端まで移動させる。この１回のラインビームスキャン動作によって第１加工対象領域Ｓ＃１の加工が完了する。
【００５８】
１つの加工対象領域について、Ｘ軸方向のラインビームスキャンが終わると、ビーム照射を停止させ、被加工物１６０における次の加工対象領域の加工開始位置にラインビームの照射領域を移動させるように、ＸＹＺステージ７４がＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に制御される。ＸＹＺステージ７４は、ラインビームの照射を停止している期間に駆動される。
【００５９】
例えば、第１加工対象領域Ｓ＃１の加工を終えた後、ＸＹＺステージ７４をＸ軸方向に制御して、ラインビームＬＢの位置を第２加工対象領域Ｓ＃２の左端に移動させる。第２加工対象領域Ｓ＃２を加工する際には、１軸ステージ１３８を移動させながらビーム照射を行い、ラインビームＬＢの照射領域を第２加工対象領域Ｓ＃２の左端から右端に移動させる。ラインビームＬＢは、１軸ステージ１３８によってＸ軸方向に往復移動される。
【００６０】
このように、各加工対象領域内についてのレーザ加工中のラインビームのＸ軸方向への移動は、１軸ステージ１３８を制御することによって実現され、加工対象領域を変更する際の被加工物１６０の移動は、ＸＹＺステージ７４を制御することによって実現される。ラインビームＬＢは、１軸ステージ１３８によってＸ軸方向に往復移動される。
【００６１】
被加工物１６０に、未加工の加工対象領域が無くなるまで、上述のラインビームスキャン動作と、被加工物１６０の移動動作とを交互に繰り返して行う。
【００６２】
このとき、ラインビームのスキャン方向は、ＸＹＺステージ７４で被加工物１６０を移動させるごとに、逆方向となるように制御される（図３参照）。
【００６３】
以上のように、レーザ加工システム１０は、加工対象領域ごとにラインビームをＸ軸方向に移動させてパルスレーザ光の照射を行うことにより、レーザ加工を行う。そして、加工対象領域を順次変更し、ラインビームのスキャン方向を逆方向に切り替えて、ラインビームスキャン方式によるレーザ加工を行う。
【００６４】
１．３  レーザ加工システムの制御例
図４は、レーザ加工システムの制御例を示すフローチャートである。ステップＳ１１において、被加工物１６０がＸＹＺステージ７４のテーブル７６上にセットされる。被加工物１６０は、図示せぬワーク搬送ロボットその他の自動搬送装置によってテーブル７６にセットされてよい。被加工物１６０がテーブル７６上にセットされた後は、図示せぬアライメント光学系によりテーブル７６上で被加工物１６０の位置が決定され、加工位置との整合を図ることが可能とする。
【００６５】
ステップＳ１２において、レーザ加工制御部１００は、レーザ加工条件パラメータの読込みを行う。レーザ加工条件パラメータは、レーザ加工時のレーザ照射条件パラメータである。
【００６６】
図５は、レーザ加工条件パラメータの読込（１）の処理内容の例を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、図４のステップＳ１２の処理に適用される。
【００６７】
ステップＳ３１において、レーザ加工制御部１００は、レーザ加工を行う際の被加工物１６０上でのフルーエンスＦｉと、照射パルス数Ｎｉと、繰り返し周波数ｆｉと、を読込む。ここで照射パルス数Ｎｉは、２以上の整数とする。レーザ加工制御部１００は、ステップＳ３１の後、図４のメインフローに復帰する。
【００６８】
ステップＳ１３において、レーザ加工制御部１００は、レーザ装置１２に調整発振を実施させる。レーザ加工制御部１００は、繰り返し周波数ｆｉで、レーザ装置１２が目標パルスエネルギＥｔとなるように調整発振させる。
【００６９】
図６は、レーザ装置の調整発振を行う際の処理内容の例を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、図４のステップＳ１３に適用される。図６のステップＳ４１において、レーザ加工制御部１００は、目標パルスエネルギＥｔと繰り返し周波数ｆｉのデータをレーザ制御部２８に送信する。この場合の目標パルスエネルギＥｔと繰り返し周波数ｆｉは、レーザ装置１２が安定して動作し得る定格のデータであることが好ましい。例えば、目標パルスエネルギＥｔは３０ミリジュール［ｍＪ］から１００ミリジュール［ｍＪ］の範囲内の値であってよい。また、繰り返し周波数ｆｉは、１００ヘルツ［Ｈｚ］から６０００ヘルツ［Ｈｚ］の範囲内の値であってよい。レーザ加工制御部１００は、レーザ装置１２の定格のパルスエネルギを目標パルスエネルギＥｔとして予め記憶している。
【００７０】
ステップＳ４２において、レーザ加工制御部１００は、レーザ制御部２８からパルスエネルギＯＫ信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ４２の判定処理は、レーザ装置１２から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギＥと目標パルスエネルギＥｔとの差が許容範囲に収まっているか否かの判定に相当する。
【００７１】
レーザ加工制御部１００は、ステップＳ４２にてＹｅｓ判定となるまで、ステップＳ４２を繰り返す。ステップＳ４２にてＹｅｓ判定となった場合は、図６のフローチャートを抜けて、図４のメインフローに復帰する。
【００７２】
ステップＳ１４において、レーザ加工制御部１００は、レーザ加工エリアが最初のエリア位置となるように、ＸＹＺステージ７４をＸ軸方向及びＹ軸方向に制御する。
【００７３】
ステップＳ１５において、レーザ加工制御部１００は、マスク１４０の像が被加工物１６０の表面に結像するように、ＸＹＺステージ７４をＺ軸方向に制御する。
【００７４】
ステップＳ１６において、レーザ加工制御部１００は、レーザ加工装置１４の制御パラメータの計算と設定の処理を行う。レーザ加工装置１４の制御パラメータには、レーザ加工時の制御パラメータが含まれる。具体的には、レーザ加工制御部１００は、ラインビームの短軸方向のビーム幅がＢｘの場合に、フルーエンスＦｉと照射パルス数Ｎｉとなるように、アッテネータ１２０の透過率Ｔを計算し、求めた透過率Ｔを設定する。
【００７５】
また、レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０上におけるラインビームの移動速度Ｖｘを計算し、その値からラインビーム整形光学系１３０の１軸ステージ１３８の移動速度の絶対値Ｖｘｍを計算する。
【００７６】
図７は、レーザ加工装置の制御パラメータの計算と設定（１）の処理内容の例を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、図４のステップＳ１６に適用される。図７のステップＳ５１において、レーザ加工制御部１００は、レーザ加工条件時のフルーエンスＦｉとなるアッテネータ１２０の透過率Ｔｉを計算する。
【００７７】
被加工物表面のフルーエンスは以下の式（１）で表される。
【００７８】
Ｆ＝Ｍ−２（Ｔ・Ｔｐ・Ｅｔ）／（Ｂｘ・Ｂｙ）                （１）
式中のＭは、投影光学系１４２の倍率を表す。Ｍは、例えばＭ＝１／２から１／４の範囲の値であってよい。
【００７９】
式中のＴｐは、アッテネータ１２０が最大透過率時のレーザ装置１２から出力されたパルスレーザ光が、被加工物１６０に到達するまでの光学系の透過率を表す。
【００８０】
式（１）からアッテネータ１２０の透過率Ｔｉは、次の式（２）から求められる。
【００８１】
Ｔｉ＝（Ｍ２／Ｔｐ）（Ｆｉ／Ｅｔ）（Ｂｘ・Ｂｙ）        （２）
ステップＳ５２において、レーザ加工制御部１００は、アッテネータ１２０の透過率ＴをＴｉに設定する。すなわち、レーザ加工制御部１００は、アッテネータ１２０の透過率ＴがＴｉとなるように、部分反射ミラー１２１、１２２の角度を制御する。
【００８２】
次に、ステップＳ５３において、レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０の表面をラインビームが移動する速度の絶対値Ｖｘｉを計算する。
【００８３】
ラインビームの移動速度の絶対値Ｖｘｉとすると、レーザ加工時の照射パルス数Ｎｉは、次の式（３）で表される。
【００８４】
Ｎｉ＝ｆｉ・Ｂｘ／Ｖｘｉ                          （３）
式（３）からラインビームの移動速度の絶対値Ｖｘｉは、次の式（４）から求められる。
【００８５】
Ｖｘｉ＝ｆｉ・Ｂｘ／Ｎｉ                          （４）
式中のＮｉは、同じ加工対象領域の位置でパルスレーザ光が照射されるパルス数（Ｎｉ≧２）となる。
【００８６】
ステップＳ５４において、レーザ加工制御部１００は、１軸ステージ移動速度の絶対値Ｖｘｍｉを計算する。レーザ加工制御部１００は、縮小転写光学系である投影光学系１４２の倍率Ｍを考慮して、ラインビームスキャンによるレーザ加工時のラインビーム整形光学系１３０の１軸ステージ移動速度の絶対値Ｖｘｍｉを計算する。
【００８７】
１軸ステージ移動速度の絶対値Ｖｘｍｉは、次の式（５）から求められる。
【００８８】
Ｖｘｍｉ＝（１／Ｍ）・Ｖｘｉ        （５）
ステップＳ５４の後、レーザ加工制御部１００は、図７のフローチャートを抜けて、図４のメインフローに復帰する。
【００８９】
図４のステップＳ１７において、レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０上のビームスキャン方向を表すパラメータＸａの値を初期値の「１」に設定する。
【００９０】
次に、ステップＳ１８において、レーザ加工制御部１００は、ビームスキャン方向の決定を行う。例えば、レーザ加工制御部１００は、パラメータＸａの正負の符号を逆にして置き換える処理を行う。すなわち、レーザ加工制御部１００は、前回設定されたビームスキャン方向と逆方向にビームスキャン方向を設定する。
【００９１】
図８は、ビームスキャン方向の決定を行う処理内容の例を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、図４のステップＳ１８に適用される。図８のステップＳ６１において、レーザ加工制御部１００は、パラメータＸａがＸａ＝１であるか否かを判定する。
【００９２】
ステップＳ６１にてＹｅｓ判定である場合、すなわち、Ｘａ＝１である場合には、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ６２に進み、Ｘａ＝−１に設定する。
【００９３】
その一方、ステップＳ６１において、Ｎｏ判定である場合、すなわち、Ｘａ＝−１である場合には、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ６３に進み、Ｘａ＝１に設定する。
【００９４】
Ｘａ＝１は、被加工物１６０の表面をラインビームが移動する方向がＸ軸の正の方向であることを表す。Ｘａ＝−１は、被加工物１６０の表面をラインビームが移動する方向がＸ軸の負の方向であることを表す。
【００９５】
ステップＳ６２又はステップＳ６３の後、レーザ加工制御部１００は、図８のフローチャートを抜けて、図４のメインフローに復帰する。
【００９６】
図４のステップＳ２０において、レーザ加工制御部１００は、ビームスキャン加工を実施させる制御を行う。ビームスキャン加工時には、ステップＳ１２にて設定された繰り返し周波数ｆｉ、フルーエンスＦｉ、及び照射パルス数Ｎｉで被加工物１６０にパルスレーザ光が照射される。
【００９７】
図９は、ビームスキャン加工の処理内容の例を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、図４のステップＳ２０に適用される。図９のステップＳ７１において、レーザ加工制御部１００は、１軸ステージ１３８の移動速度と移動方向を規定するパラメータＶｘｍをセットする。Ｖｘｍは、次の式（６）に従って決定される。
【００９８】
Ｖｘｍ＝−Ｘａ・Ｖｘｍｉ        （６）
なお、実際には、ビームスキャンの移動距離に対応して、加速、等速直線運動、及び減速のそれぞれが所定の時間で行われるように各パラメータをセットする。ここでは、説明を簡単にするために、等速直線運動時の速度がＶｘｍである場合を例示する。
【００９９】
式（６）から定まるＶｘｍが負の場合は、１軸ステージ１３８をＸ軸の正の方向に移動させる。その結果、被加工物１６０の表面においてラインビームは、Ｘ軸の負の方向に移動する。
【０１００】
式（６）から定まるＶｘｍが正の場合は、１軸ステージ１３８をＸ軸の負の方向に移動させる。その結果、被加工物１６０の表面のラインビームはＸ軸の正の方向に移動する。
【０１０１】
ステップＳ７２において、レーザ加工制御部１００は、１軸ステージ移動開始信号を送信する。１軸ステージ移動開始信号は、１軸ステージ１３８の移動を開始させる制御信号である。
【０１０２】
ステップＳ７３において、レーザ加工制御部１００は、繰り返し周波数ｆｉで発光トリガ信号を出力する。
【０１０３】
ステップＳ７４において、レーザ加工制御部１００は、１軸ステージ１３８のスキャン照射方向の移動が終了したか否かの判定を行う。１軸ステージ１３８のスキャン照射方向とは、マスク１４０上に照射するラインビームの移動方向を意味する。１軸ステージ１３８のスキャン照射方向の移動が終了するまで、すなわち、ステップＳ７４にてＮｏ判定の場合、ステップＳ７３〜Ｓ７４を繰り返す。ラインビームスキャンが開始されてから停止するまでの間は、繰り返し周波数ｆｉでレーザ加工制御部１００からレーザ制御部２８に対し、１軸ステージ１３８の等速直線運動中に発光トリガ信号を出力する。これにより、パルスレーザ光は、繰り返し周波数ｆｉで被加工物１６０の加工対象領域に照射される。
【０１０４】
ステップＳ７４にてＹｅｓ判定の場合、すなわち、１つの加工対象領域に対するラインビームスキャンが完了して、１軸ステージ１３８の移動が終了すると、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ７５に進み、発光トリガ信号の出力を停止する。これにより、レーザ装置１２からのパルスレーザ光の出力が停止される。
【０１０５】
ステップＳ７５の後、レーザ加工制御部１００は、図９のフローチャートを抜けて、図４のメインフローに復帰する。
【０１０６】
ステップＳ２２において、レーザ加工制御部１００は、レーザ加工のための全てのビームスキャン加工を終了したか否かを判定する。ステップＳ２２にてＮｏ判定である場合、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４において、レーザ加工制御部１００は、次のビームスキャン加工の初期位置となるようにＸＹＺステージ７４をＸ軸方向及びＹ軸方向に制御し、ステップＳ１８に戻る。レーザ加工制御部１００は、加工対象領域の全てのビームスキャン加工を終了するまで、ステップＳ１８〜ステップＳ２２を繰り返す。全てのビームスキャン加工が終了し、ステップＳ２２にてＹｅｓ判定になると、図４のフローチャートを終了する。
【０１０７】
なお、図４〜図９で説明した例では、簡単のために、１回のラインビームスキャン照射を実施するために、１軸ステージ１３８の移動を開始してから停止するまでの期間、一定の繰り返し周波数ｆｉでパルスレーザ光を出力したが、この例に限定されない。例えば１軸ステージ１３８の加速時や減速時は、ラインビームが被加工物１６０に照射されないので、これらの期間中は、パルスレーザ光を照射しなくてもよい。この場合は、レーザ装置１２が出力するパルスレーザ光のパルス数を節約できる。
【０１０８】
２．用語の説明
「デブリ」とは、被加工物にレーザ光を照射するレーザ加工において、アブレーションにより被加工物の表面から飛散した物質をいう。デブリは、微粒子、若しくはガス、又はこれらの組み合わせであってよい。
【０１０９】
「ラインビームスキャン方式」とは、マスクの像を投影光学系によって、被加工物の表面に結像させてレーザ光を照射するレーザ光照射において、マスク上にライン状に整形されたレーザ光のビームを照射し、このビームを等速移動させながら照射することによって、被加工物の表面をラインビームが等速移動しながらレーザ光を照射するレーザ光照射方式をいう。アブレーション加工の際に、被加工物の表面をビームが移動する方向を「ビームスキャン方向」という。
【０１１０】
３．課題
図１に示す構成において、ラインビームスキャン方式によるレーザ加工を実施すると、被加工物１６０の加工面内で加工レートが異なり、中央部分での加工レートが小さいという課題があった。その原因の１つは、レーザ加工により発生したデブリがレーザ光を遮ることにより、加工レートが低下するためであると考えられる。また、他の原因の１つは、発生したデブリが加工面に再付着することにより、加工レートが低下するためであると考えられる。
【０１１１】
図１０は、ラインビームスキャン動作の様子を模式的に示す平面図である。図１０では、簡単のために、被加工物１６０における単一の加工対象領域をビームスキャン領域１６１とする例を示す。図１０中の矢印Ａは、ラインビームスキャン方向を示す。被加工物１６０にラインビームＬＢが照射されることにより、デブリ１７４が発生する。図１０においてデブリ１７４の飛散領域をドットパターンによって模式的に表示している。
【０１１２】
図１１は、図１０に示す構成の側面図である。図１０及び図１１において、ラインビームスキャン方向は、Ｘ軸の負の方向である。すなわち、図１０において、ラインビームは、被加工物１６０の表面上をＸ軸の負の方向へ移動しながら、被加工物１６０に照射される。
【０１１３】
ビームスキャン動作中、パージガスノズル８０からパージガスが噴射される。排気ダクト９０は、レーザ加工にて発生したデブリ１７４を集塵する。図１０及び図１１に示す例では、ラインビームスキャン方向の前方（ラインビームＬＢの進行方向）に配置されたパージガスノズル８０からパージガスが噴射され、ラインビームスキャン方向の後方に配置された排気ダクト９０によって、デブリ１７４が集塵される。
【０１１４】
したがって、デブリ１７４は、ラインビームＬＢを既に照射済みである加工済み領域の方向に、つまり、ラインビームスキャン方向の後方に向かって流れる。このため、ラインビームの未照射領域へのデブリの拡散が抑制されている。
【０１１５】
図１２及び図１３は、図１０及び図１１と比較して、ラインビームスキャン方向が逆方向である場合を示している。図１２は平面図、図１３は図１２に示す構成の側面図である。図１２中の矢印Ｂは、ラインビームスキャン方向を示す。
【０１１６】
図１２及び図１３において、ラインビームスキャン方向は、Ｘ軸の正の方向である。すなわち、図１２において、ラインビームＬＢは、被加工物１６０の表面上をＸ軸の正の方向へ移動しながら、被加工物１６０に照射される。ラインビームスキャン動作中、パージガスノズル８０からパージガスが噴射される。排気ダクト９０は、レーザ加工にて発生したデブリ１７４を集塵する。図１２及び図１３に示す例では、ラインビームスキャン方向の後方に配置されたパージガスノズル８０からパージガスが噴射され、ラインビームスキャン方向の前方に配置された排気ダクト９０によって、デブリ１７４が集塵される。
【０１１７】
したがって、デブリ１７４は、ラインビームＬＢを未だ照射していない未加工領域の方向、つまり、ラインビームスキャン方向の前方に向かって流れる。このため、ラインビームの未照射領域へのデブリが拡散していくことになる。
【０１１８】
図１２及び図１３に示すように、デブリ１７４がラインビームＬＢのレーザ光を遮ることにより加工レートが低下する。また、発生したデブリ１７４が未加工の加工面に再付着することにより加工レートが低下し得る。
【０１１９】
４．実施形態１
４．１  構成
図１４は、実施形態１に係るレーザ加工装置を含むレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。図１との相違点を説明する。
【０１２０】
図１４に示す実施形態１に係るレーザ加工装置１４は、第１パージガスノズル８１、第２パージガスノズル８２、パージガス切替バルブ８４及びガス流量制御弁８５を備える。レーザ加工装置１４は、さらに、第１排気ダクト９１、第２排気ダクト９２、及び排気ガス切替バルブ９４を備える。
【０１２１】
第１パージガスノズル８１と第２パージガスノズル８２は、被加工物１６０のビームスキャン領域１６１を挟んでＸ軸方向に互いに対向して配置される。第１排気ダクト９１と第２排気ダクト９２も、被加工物１６０のビームスキャン領域１６１を挟んでＸ軸方向に互いに対向して配置される。
【０１２２】
第１パージガスノズル８１は、配管を介してパージガス切替バルブ８４に接続される。第２パージガスノズル８２は、配管を介してパージガス切替バルブ８４に接続される。パージガス切替バルブ８４は、レーザ加工制御部１００から出力される切替指令信号に従い、パージガスの供給口を第１パージガスノズル８１又は第２パージガスノズル８２に切り替えることができる。
【０１２３】
ガス流量制御弁８５は、パージガス供給源８８からパージガス切替バルブ８４までの間の管路の途中に配置される。ガス流量制御弁８５は、レーザ加工制御部１００から出力される流量制御信号に従い、パージガスの流量を調整する。
【０１２４】
第１排気ダクト９１は、配管を介して排気ガス切替バルブ９４に接続される。第２排気ダクト９２は、配管を介して排気ガス切替バルブ９４に接続される。排気ガス切替バルブ９４は、レーザ加工制御部１００から出力される切替指令信号に従い、デブリを含むガスの回収口を第１排気ダクト９１又は第２パージガスノズル８２に切り替えることができる。
【０１２５】
４．２  動作
図１４のように構成された実施形態１に係るレーザ加工装置１４の動作を説明する。レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０を加工するラインビームのスキャン方向に応じて、パージガスを吹き出すパージガスノズルと、ガスを回収する排気ダクトとの組み合わせを切り替える制御を行う。
【０１２６】
ビームスキャン方向がＸ軸の負の方向である場合には、パージガスの供給口として第１パージガスノズル８１が選択され、かつ、デブリを含むガスの回収口として第１排気ダクト９１が選択される。すなわち、第１パージガスノズル８１からパージガスを吹き出し、第１排気ダクト９１から吸い込む。このとき、第２パージガスノズル８２からのパージガスの吹き出しは停止され、第２排気ダクト９２からの吸い込みも停止される。
【０１２７】
これにより、第１パージガスノズル８１から第１排気ダクト９１に向かうパージガスの流れが形成される。第１パージガスノズル８１から第１排気ダクト９１へと流れるパージガスの気体流の方向は、被加工物１６０上におけるラインビームの照射領域の移動方向と逆方向である。
【０１２８】
図１５は、ビームスキャン方向がＸ軸の負の方向である場合におけるラインビームスキャン動作の様子を模式的に示す平面図である。図１６は、図１５に示す構成の側面図である。図１５及び図１６において、図１０及び図１１で説明した構成と同一の要素には、同一の参照符号を付す。図１５中の矢印Ｃは、パージガスの気体流の方向を示す。被加工物１６０にラインビームＬＢが照射されることにより、デブリ１７４が発生する。
【０１２９】
ビームスキャン動作中、第１パージガスノズル８１からパージガスが噴射される。第１排気ダクト９１は、レーザ加工にて発生したデブリ１７４を集塵する。図１０及び図１１で説明した例と同様に、ラインビームスキャン方向の前方に配置された第１パージガスノズル８１からパージガスが噴射され、ラインビームスキャン方向の後方に配置された第１排気ダクト９１によって、デブリ１７４が集塵される。
【０１３０】
したがって、デブリ１７４は、ラインビームＬＢを既に照射済みである加工済み領域の方向に、つまり、ラインビームスキャン方向の後方に向かって流れる。このため、ラインビームの未照射領域へのデブリの拡散が抑制されている。
【０１３１】
次に、ビームスキャン方向がＸ軸の正の方向である場合を説明する。ビームスキャン方向がＸ軸の正の方向である場合には、パージガスの供給口として第２パージガスノズル８２が選択され、かつ、デブリを含むガスの回収口として第２排気ダクト９２が選択される。すなわち、第２パージガスノズル８２からパージガスを吹き出し、第２排気ダクト９２から吸い込む。このとき第１パージガスノズル８１からのパージガスの吹き出しは停止され、第１排気ダクト９１からの吸い込みも停止される。これにより、第２パージガスノズル８２から第２排気ダクト９２に向かうパージガスの流れが形成される。第２パージガスノズル８２から第２排気ダクト９２へと流れるパージガスの気体流の方向は、被加工物１６０上におけるラインビームＬＢの照射領域の移動方向と逆方向である。
【０１３２】
図１７は、ビームスキャン方向がＸ軸の正の方向である場合におけるラインビームスキャン動作の様子を模式的に示す平面図である。図１８は、図１７に示す構成の側面図である。図１７中の矢印Ｄは、パージガスの気体流の方向を示す。被加工物１６０にラインビームＬＢが照射されることにより、デブリ１７４が発生する。
【０１３３】
ビームスキャン動作中、第２パージガスノズル８２からパージガスが噴射される。第２排気ダクト９２は、レーザ加工にて発生したデブリ１７４を集塵する。ラインビームスキャン方向の前方に配置された第２パージガスノズル８２からパージガスが噴射され、ラインビームスキャン方向の後方に配置された第２排気ダクト９２によって、デブリ１７４が集塵される。
【０１３４】
したがって、デブリ１７４は、ラインビームＬＢを既に照射済みである加工済み領域の方向に、つまり、ラインビームスキャン方向の後方に向かって流れる。このため、ラインビームの未照射領域へのデブリの拡散が抑制されている。
【０１３５】
このように、第１パージガスノズル８１及び第２パージガスノズル８２のうち、ビームスキャン方向の前方に配置されている一方のパージガスノズルからパージガスの供給を行う。そして、その反対側、つまりビームスキャン方向とは逆方向に配置されている一方の排気ダクト（第１排気ダクト９１又は第２排気ダクト９２）からデブリを含むガスの回収を行う。
【０１３６】
ビームスキャン方向が変更され、前回のビームスキャン方向と逆方向となった場合は、パージガスを吹き出すパージガスノズルとデブリを集塵する排気ダクトとの組み合わせを変更して、気体流の方向を前回の気体流の方向とは逆向きの方向に変更する。つまり、ビームスキャン方向の変更に伴い、パージガスの流れの方向を変更する。
【０１３７】
レーザ加工制御部１００は、ビームスキャン方向に応じて、パージガス切替バルブ８４及び排気ガス切替バルブ９４の切り替えを制御して、上述の動作を実現する。
【０１３８】
図１９は、実施形態１に係るレーザ加工装置を含むレーザ加工システムの制御例を示すフローチャートである。図１９において、図４で説明したフローチャートとの相違点を説明する。図１９に示すフローチャートは、図４のステップＳ１６に代えて、ステップＳ１６Ａを含む。
【０１３９】
また、図１９に示すフローチャートは、ステップＳ１８とステップＳ２０の間に、パージガスの方向を制御するステップ（ステップＳ１９）を含む。
【０１４０】
ステップＳ１６Ａは、図４のステップＳ１６で説明した制御パラメータの計算と設定に加え、繰り返し周波数ｆｉと、ラインビームの短軸方向のビーム幅Ｂｘと、を基に、パージガスの流速Ｖｐｇｉを計算する処理を含む。また、ステップＳ１６Ａは、Ｖｐｇｉからパージガスの流量Ｑｐｇを計算し、パージガスの流量を制御する処理を含む。
【０１４１】
図２０は、レーザ加工装置の制御パラメータの計算と設定（２）の処理内容の例を示すフローチャートである。図２０に示すフローチャートは、図１９のステップＳ１６Ａに適用される。図２０において、図７のフローチャートで説明したステップと同一のステップには、同一のステップ番号を付し、重複する説明を省略する。図２０では、ステップＳ５４の後に、ステップＳ５５〜ステップＳ５７の各ステップを含む。
【０１４２】
ステップＳ５５において、レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０の表面におけるパージガスの平均流速Ｖｐｇｉを計算する。被加工物１６０の表面に流すパージガスの平均流速Ｖｐｇｉは、式（７）から求めることができる。
【０１４３】
Ｖｐｇｉ＝α・ｆｉ・Ｂｘ        （７）
式中のαは、比例係数である。例えば、αの値は１であってよい。
【０１４４】
式（７）は、パルスレーザ光の繰り返し周期（１／ｆｉ）の間にラインビームの短軸幅Ｂｘだけデブリが移動すればデブリの影響を抑制できる、という観点から計算される被加工物１６０の表面におけるパージガスの平均流速Ｖｐｇｉである。
【０１４５】
ステップＳ５６において、レーザ加工制御部１００は、平均流速がＶｐｇｉとなるようなガス流量制御弁の流量Ｑｐｇｉを計算する。流量Ｑｐｇｉは、式（８）から求めることができる。
【０１４６】
Ｑｐｇｉ＝β・Ｖｐｇｉ          （８）
式中のβは比例係数である。例えば、被加工物１６０の表面に流れるパージガスの流路断面積をＳとすると、β＝Ｓであってよい。
【０１４７】
次にステップＳ５７において、レーザ加工制御部１００は、ガス流量制御弁の流量Ｑｐｇをセットする。すなわち、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ５６で求めたＱｐｇｉを流量Ｑｐｇに設定する。そして、レーザ加工制御部１００は、パージガスの流量を制御するガス流量制御弁に流量がＱｐｇとなるようにデータを送信する。
【０１４８】
ステップＳ５７の後、レーザ加工制御部１００は、図２０のフローチャートを抜けて、図１９のメインフローに復帰する。
【０１４９】
図２１は、パージガスの方向を制御する処理の例を示すフローチャートである。図２１に示すフローチャートは、図１９のステップＳ１９に適用される。図１９のステップＳ８１において、レーザ加工制御部１００は、パラメータＸａの値を確認し、Ｘａの値に応じて、ステップＳ８２又はステップＳ８３のいずれかの処理を選択する。
【０１５０】
ステップＳ８１にてＸａ＝−１である場合、ラインビームの移動方向はＸ軸の負の方向なので、パージガスはＸ軸の正の方向に流す（ステップＳ８２）。すなわち、Ｘａ＝−１である場合、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ８２に進み、Ｘ軸の正の方向にパージガスを流す制御を行う。具体的には、ステップＳ８２にて、レーザ加工制御部１００は、パージガス切替バルブ８４と排気ガス切替バルブ９４の各々に制御信号を送り、第１パージガスノズル８１から第１排気ダクト９１にパージガスが流れるように制御する。
【０１５１】
その一方、ステップＳ８１にてＸａ＝１である場合、ラインビームの移動方向はＸ軸の正の方向なので、パージガスはＸ軸の負の方向に流す（ステップＳ８３）。すなわち、Ｘａ＝１である場合、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ８３に進み、Ｘ軸の負の方向にパージガスを流す制御を行う。具体的には、ステップＳ８３にて、レーザ加工制御部１００は、パージガス切替バルブ８４と排気ガス切替バルブ９４の各々に制御信号を送り、第２パージガスノズル８２から第２排気ダクト９２にパージガスが流れるように制御する。
【０１５２】
ステップＳ８２又はステップＳ８３の後、図２１のフローチャートを抜けて、図１９のメインフローに復帰する。
【０１５３】
なお、実施形態１におけるテーブル７６は本開示における「載置台」の一例である。ラインビーム整形光学系１３０、マスク１４０及び投影光学系１４２は、レーザ装置１２から出力されたパルスレーザ光を被加工物１６０に導く光学系を構成しており、本開示における「光学系」の一例である。１軸ステージ１３８は本開示における「移動装置」及び「第１の移動装置」の一例である。パージガスは本開示における「気体」の一例である。第１パージガスノズル８１と第２パージガスノズル８２の各々は本開示における「気体供給口」の一例である。第１排気ダクト９１と第２排気ダクト９２の各々は本開示における「気体回収口」の一例である。パージガス切替バルブ８４は本開示における「第１の切替バルブ」の一例である。排気ガス切替バルブ９４は本開示における「第２の切替バルブ」の一例である。高反射ミラー１１１、１１２及びアッテネータ１２０は本開示における「伝送系」の一例である。レーザ装置１２とレーザ加工装置１４との間にレーザ光を伝送する伝送系として機能する他の光学系を含んでもよい。ガス流量制御弁８５は本開示における「流量調節部」の一例である。レーザ加工制御部１００は本開示における「制御装置」の一例である。Ｘ軸の方向は本開示における「第１軸の方向」の一例である。Ｙ軸の方向は本開示における「第２軸の方向」の一例である。ＸＹＺステージ７４は本開示における「第２の移動装置」の一例である。
【０１５４】
４．３  作用・効果
第１実施形態によれば、被加工物１６０の表面のデブリを効果的に除去することができ、加工レートと加工面内における加工レートの均質性が改善される。
【０１５５】
５．実施形態２
５．１  構成
実施形態２に係るレーザ加工装置を含むレーザ加工システムの構成は、図１４に示す実施形態１と同様である。
【０１５６】
５．２  動作
実施形態２では、レーザ加工制御部１００がレーザ加工条件からデブリ発生量を予測し、その予測結果に基づいてパージガスの流量を制御する。
【０１５７】
図２２は、実施形態２に係るレーザ加工装置を含むレーザ加工システムの制御例を示すフローチャートである。
【０１５８】
図２２において、図４及び図１９で説明したフローチャートとの相違点を説明する。図２２に示すフローチャートは、図１９におけるステップＳ１２に代えて、ステップＳ１２Ｂを含む。また、図２２に示すフローチャートは、図１９におけるステップＳ１６Ａに代えて、ステップＳ１６Ｂを含む。
【０１５９】
図２２のステップＳ１２Ｂにおいて、レーザ加工制御部１００は、レーザ加工条件パラメータの読込みを行う。
【０１６０】
図２３は、レーザ加工条件パラメータの読込（２）の処理内容の例を示すフローチャートである。図２３に示すフローチャートは、図２２のステップＳ１２Ｂに適用される。
【０１６１】
図２３のステップＳ３１Ｂにおいて、図４のステップＳ１２で説明したフルーエンスＦｉ、照射パルス数Ｎｉ、及び繰り返し周波数ｆｉに加え、さらに、マスク１４０の開口率Ｏｉと、１パルス当たりに発生するデブリ量係数γと、を読み込む。
【０１６２】
マスク１４０の開口率Ｏｉに比例してデブリの発生量が増加する。また、被加工物１６０の吸収率やフルーエンスＦｉによって、１パルス当たりに発生するデブリ量が変化する。デブリ量係数γは、基準のデブリ発生量に対する係数である。例えば、基準材料をポリイミド材料として、基準フルーエンスでの１パルス当たりの加工深さＰＩ［μｍ／パルス］とすると、
フルーエンスＦｉでの１パルス当たりの加工深さＤ［μｍ／パルス］をプレ試験で求めることによって、デブリ量係数γを、次の式（９）、
γ＝Ｄ／ＰＩ          （９）
から求めることができる。
【０１６３】
ステップＳ３１の後、レーザ加工制御部１００は、図２２のメインフローに復帰する。
【０１６４】
なお、図２３のステップＳ３１Ｂにて読み込まれるレーザ加工条件は本開示における「加工条件」の一例である。
【０１６５】
図２４は、レーザ加工装置の制御パラメータの計算と設定（３）の処理内容の例を示すフローチャートである。図２４に示すフローチャートは、図２２のステップＳ１６Ｂに適用される。
【０１６６】
図２４において、図７及び図２０のフローチャートで説明したステップと同一のステップには、同一のステップ番号を付し、重複する説明を省略する。図２４に示すフローチャートは、図２０のフローチャートにおけるステップＳ５５に代えて、ステップＳ５５Ｂを含む。
【０１６７】
ステップＳ５５Ｂにおいて、レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０の表面におけるパージガスの平均流速Ｖｐｇｉを、次の式（１０）から計算する。
【０１６８】
Ｖｐｇｉ＝Ｏｉ・γ・α・ｆｉ・Ｂｘ          （１０）
１パルス当たりのデブリの発生量は、マスク１４０の開口率Ｏｉと１パルス当たりのアブレーション発生量を表すデブリ量係数γとにそれぞれ比例する。
【０１６９】
したがって、被加工物１６０の表面におけるパージガスの平均流速Ｖｐｇｉは、これらのパラメータを用いて式（１０）のように表される。
【０１７０】
マスク１４０の開口率Ｏｉと１パルス当たりに発生するデブリ量係数γは、加工によって発生するデブリ量を予測する情報の一例である。レーザ加工制御部１００は、式（１０）の計算式のデータを保持していてもよいし、式（１０）に相当する演算結果が得られるテーブルデータを保持していてもよい。また。レーザ加工制御部１００は、レーザ加工条件から発生するデブリ量を算出する計算式のデータを保持していてもよい。また、レーザ加工制御部１００は、レーザ加工条件と発生するデブリ量を関連付けたテーブルデータを用いて、デブリ発生量を予測してもよい。
【０１７１】
ステップＳ５５Ｂの後に、レーザ加工制御部１００はステップＳ５６に進む。ステップＳ５６以降のステップは、図２０のフローチャートと同様である。
【０１７２】
５．３  作用・効果
実施形態２によれば、実施形態１で得られる効果に加え、パージガス流量を適切化することができるため、パージガスの消費量を低減することができる。
【０１７３】
６．パージガスを流す集塵システムの変形例  
６．１  変形例１
６．１．１  構成
図２５は、デブリを除去する集塵システムの変形例１の構成を概略的に示す要部断面図である。図２６は、図２５に示す構成の平面図である。
【０１７４】
図１４で説明した第１パージガスノズル８１、第２パージガスノズル８２、第１排気ダクト９１及び第２排気ダクト９２を配置する形態に代えて、図２５に示す集塵ユニット２０１を採用してもよい。図２５において、図１４に示した構成と対応する要素には、同一の参照符号を付す。図１４に示した構成との相違点を説明する。
【０１７５】
図２５に示す集塵ユニット２０１は、被加工物１６０上のレーザ照射が行われる領域の周辺を囲うカバー２１２と、保護ウインドウ２４６と、第１パージガスノズル８１と、第２パージガスノズル８２と、第１排気ダクト９１と、第２排気ダクト９２と、を含む。カバー２１２によって囲われる空間は、パージガスが供給される空間である。
【０１７６】
第１パージガスノズル８１、第２パージガスノズル８２、第１排気ダクト９１及び第２排気ダクト９２は、カバー２１２の壁面に取り付けられている。すなわち、第１パージガスノズル８１及び第２パージガスノズル８２は、カバー２１２の壁面の互いに対向する位置に取り付けられている。第１排気ダクト９１及び第２排気ダクト９２も、カバー２１２の壁面の互いに対向する位置に取り付けられている。
【０１７７】
白抜きの両向き矢印ＢＳは、ビームスキャンによるラインビームの照射領域の移動方向を表している。図３で説明したとおり、ラインビームスキャン方式によって被加工物１６０を加工する際のビームスキャン方向は、Ｘ軸の正の方向である場合と、負の方向である場合とがある。
【０１７８】
保護ウインドウ２４６は、カバー２１２の上部開口を封止するよう配置される。保護ウインドウ２４６は、照射光学システム７０の筐体１５０に取り付けられたウインドウ１４６と兼用してもよい。
【０１７９】
ラインビームＬＢのスキャン方向に応じて、パージガスの供給口と排気用の吸込口との組み合わせを切り替えることができる。すなわち、ラインビームＬＢのスキャン方向に応じて、第１パージガスノズル８１及び第１排気ダクト９１を使用してパージガスを流す第１の形態と、第２パージガスノズル８２及び第２排気ダクト９２を使用してパージガスを流す第２の形態とを切り替えることができる。
【０１８０】
なお、図２６において、破線の矩形で示した範囲は、被加工物１６０上においてラインビームＬＢが移動してレーザ照射が行われる領域１６６を表している。レーザ照射が行われる領域１６６は、加工対象領域の一部又は全部であってよい。
【０１８１】
６．１．２  動作
保護ウインドウ２４６を透過したレーザ光２１０は、被加工物１６０に照射される。被加工物１６０に対してレーザ光２１０を移動させながら加工を行う際に、ビームスキャン方向の前方のパージガスノズルからパージガスを吹き出し、反対側の排気ダクトからデブリを除去する。
【０１８２】
ビームスキャン方向が上記の方向と逆の方向となった場合は、パージガスの供給と排気の向きを逆向きに切り替えて、同様の動作を行う。
【０１８３】
ビームスキャン方向に応じて、パージガスの気体流の方向を切り替える制御については、実施形態１又は実施形態２と同様である。
【０１８４】
６．１．３  作用・効果
変形例１に示す構成によれば、実施形態１や実施形態２と同様の作用効果が得られる。さらに、変形例１に示す構成によれば、パージガスが供給される周囲空間をカバー２１２で囲うことによって、デブリの拡散範囲を抑制することができ、デブリを効率よく除去できる。
【０１８５】
６．２  変形例２
６．２．１  構成
図２７は、デブリを除去する集塵システムの変形例２の構成を概略的に示す要部断面図である。図２８は、図２７に示す構成の平面図である。図２７及び図２８に示す構成において、図２５及び図２６に示した構成と同一の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１８６】
図２７に示す集塵ユニット２０２は、レーザ光２１０のスキャン移動と共にカバー２１２を移動させる１軸ステージ２２０を含む。１軸ステージ２２０は、例えば、図１４に示した照射光学システム７０の筐体１５０に固定されてよい。カバー２１２は、１軸ステージ２２０に固定される。１軸ステージ２２０は、レーザ加工制御部１００によって制御される。なお、図２８において、１軸ステージ２２０の図示は省略されている。
【０１８７】
６．２．２  動作
図２７及び図２８に示す変形例２において、ビームスキャン方向に応じて、パージガスの気体流の方向を切り替える制御を行う点は、変形例１と同様である。
【０１８８】
さらに、変形例２では、レーザ光２１０のビームとパージガスの供給口の距離が一定になるように、ビームスキャンの動きに追従して、１軸ステージ２２０を制御し、ビームスキャンと一緒に、同じ方向にカバー２１２を動かす。
【０１８９】
ビームスキャン方向がＸ軸の負の方向である場合には、ビームスキャンのスキャン速度と同じ速度で、カバー２１２を第１パージガスノズル８１及び第１排気ダクト９１と共に、Ｘ軸の負の方向に移動させる。
【０１９０】
ビームスキャン方向がＸ軸の正の方向になった場合には、ビームスキャンのスキャン速度と同じ速度で、カバー２１２を第２パージガスノズル８２及び第２排気ダクト９２と共に、Ｘ軸の正の方向に移動させる。
【０１９１】
なお、図２７中に示す実線の両向き矢印は、ビームスキャンに追従してカバー２１２を含む集塵ユニット２０２を図２７の左右方向に移動させることを表している。
【０１９２】
１軸ステージ２２０は本開示における「第３の移動装置」の一例である。
【０１９３】
６．２．３  作用・効果
変形例２に示す構成によれば、変形例１と同様の作用効果が得られることに加え、ビームとパージガスの供給口との距離が一定のため、流速が安定し、デブリをさらに効率よく除去できる。
【０１９４】
さらに、変形例２によれば、変形例１に比べて、カバー２１２を含むユニットを小型化できる。
【０１９５】
６．３  変形例３
６．３．１  構成
図２９は、デブリを除去する集塵システムの変形例３の構成を概略的に示す要部断面図である。図３０は、図２９に示す構成の平面図である。図２９及び図３０に示す構成において、図２５及び図２６に示した構成と同一の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。図２５及び図２６に示した変形例１との相違点を説明する。
【０１９６】
図２９に示す集塵ユニット２０３は、パージガスの供給口と回収口を１組のみ有しており、回転ステージ２３０によって、供給口と回収口の配置位置を入れ替えることができる。
【０１９７】
すなわち、集塵ユニット２０３は、パージガスの供給口としてパージガスノズル８０のみを有し、排気用の回収口として排気ダクト９０のみを有する。パージガスノズル８０及び排気ダクト９０は、カバー２１２の壁面の互いに対向する位置に取り付けられている。また、集塵ユニット２０３は、パージガスノズル８０及び排気ダクト９０を備えたカバー２１２を回転移動させる回転ステージ２３０を含む。
【０１９８】
回転ステージ２３０は、例えば、図１４に示した照射光学システム７０の筐体１５０に固定されてよい。カバー２１２は、回転ステージ２３０に固定される。回転ステージ２３０は、レーザ加工制御部１００によって制御される。なお、図３０において、回転ステージ２３０の図示は省略されている。
【０１９９】
ラインビームＬＢを移動させるビームスキャン方向に応じて、回転ステージ２３０を回転させることにより、パージガスノズル８０と排気ダクト９０の配置位置を入れ替えて、パージガスの気体流の方向を切り替える。
【０２００】
変形例３の構成の場合、図１４で説明したパージガス切替バルブ８４及び排気ガス切替バルブ９４を省略することができる。すなわち、変形例３を採用する場合、パージガスの供給及び排気の配管構造については、図１に示す構成を採用し得る。
【０２０１】
６．３．２  動作
図２９に示す白抜きの矢印ＢＳ１は、ビームスキャンによるラインビームの照射領域の移動方向を表している。図２９に示すように、レーザ光２１０がＸ軸の負の方向に移動しながら被加工物１６０を加工する場合には、ラインビームＬＢのスキャン方向の前方に配置されたパージガスノズル８０からパージガスを吹き出し、反対側の排気ダクト９０からデブリを除去する。
【０２０２】
ビームスキャン方向が逆方向になった場合には、回転ステージ２３０を回転させてパージガスノズル８０と排気ダクト９０の配置位置を入れ替える。
【０２０３】
図３１及び図３２には、ビームスキャン方向がＸ軸の正の方向である場合の例が示されている。図３１は断面図、図３２は平面図である。図３１に示す白抜きの矢印ＢＳ２は、ビームスキャンによるラインビームの照射領域の移動方向を表している。図３１において、パージガスノズル８０は、ラインビームＬＢの照射領域の右側に配置され、排気ダクト９０は左側に配置される。
【０２０４】
図３１及び図３２に示すように、レーザ光２１０がＸ軸の正の方向に移動しながら被加工物１６０を加工する場合には、ラインビームＬＢのスキャン方向の前方に配置されたパージガスノズル８０からパージガスを吹き出し、反対側の排気ダクト９０からデブリを除去する。
【０２０５】
回転ステージ２３０は本開示における「回転装置」の一例である。パージガスノズル８０は本開示における「気体供給口」の一例である。排気ダクト９０は本開示における「気体回収口」の一例である。
【０２０６】
６．３．３  作用・効果
変形例３に示す構成によれば、変形例１と同様の効果が得られる。また、変形例３に示す構成によれば、変形例１と比較して、パージガスの供給及び排気の配管構造を簡易化できる。
【０２０７】
６．４  変形例４
６．４．１  構成
図３３は、デブリを除去する集塵システムの変形例４の構成を概略的に示す要部断面図である。図３４は、図３３に示す構成の平面図である。図３３及び図３４に示す構成において、図２５〜図３２に示した構成と同一の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。図３１及び図３２に示した変形例３との相違点を説明する。
【０２０８】
図３３に示す集塵ユニット２０４は、変形例２の１軸ステージ２２０と変形例３とを組み合わせた形態となっている。図３３に示す集塵ユニット２０４は、レーザ光２１０のスキャン移動と共に回転ステージ２３０及びカバー２１２を一体的に移動させる１軸ステージ２２０を含む。パージガスの供給口として、パージガスノズル８０のみを有し、排気用の回収口として、排気ダクト９０のみを有する点は変形例３と同様である。
【０２０９】
なお、図３４において、１軸ステージ２２０及び回転ステージ２３０の図示は省略されている。
【０２１０】
６．４．２  動作
図３３に示すように、レーザ光２１０がＸ軸の負の方向に移動しながら被加工物１６０を加工する場合には、ラインビームＬＢのスキャン方向の前方に配置されたパージガスノズル８０からパージガスを吹き出し、反対側の排気ダクト９０からデブリを除去する。
【０２１１】
また、変形例４では、レーザ光２１０のビームとパージガスの供給口の距離が一定になるように、ビームスキャンの動きに追従して１軸ステージ２２０を制御し、ビームスキャンと一緒に同じ方向にカバー２１２を動かす。
【０２１２】
なお、図３３中に示す実線の矢印は、ビームスキャンに追従してカバー２１２を含む集塵ユニット２０４を図３３の右方向に移動させることを表している。
【０２１３】
ビームスキャン方向が逆方向になった場合には、回転ステージ２３０を回転させてパージガスノズル８０と排気ダクト９０の配置位置を入れ替える。
【０２１４】
図３５及び図３６には、ビームスキャン方向がＸ軸の正の方向である場合の例が示されている。図３５は断面図、図３６は平面図である。図３５において、パージガスノズル８０は、ラインビームＬＢの照射領域の右側に配置され、排気ダクト９０は左側に配置される。
【０２１５】
図３５及び図３６に示すように、レーザ光２１０がＸ軸の正の方向に移動しながら被加工物１６０を加工する場合には、ラインビームＬＢのスキャン方向の前方に配置されたパージガスノズル８０からパージガスを吹き出し、反対側の排気ダクト９０からデブリを除去する。また、ビームとパージガスの供給口の距離が一定になるように、ビームスキャンの動きに追従して、カバー２１２を移動させる。なお、図３５中に示す実線の矢印は、ビームスキャンに追従してカバー２１２を含む集塵ユニット２０４を図３５の右方向に移動させることを表している。
【０２１６】
６．４．３  作用・効果
変形例４に示す構成によれば、変形例３と同様の効果が得られることに加え、ビームとパージガスの供給口との距離が一定のため、流速が安定し、デブリをさらに効率よく除去できる。
【０２１７】
７．フライアイレンズの例
７．１  構成
図３７〜図３９は、ラインビーム整形光学系に適用されるフライアイレンズの構成例を概略的に示している。図３７は正面図、図３８は側面図、図３９は上面図である。
【０２１８】
フライアイレンズ１３４は、レーザ装置１２から出力されるパルスレーザ光を高い透過率で透過させる材料を用いて構成される。フライアイレンズ１３４に好適な材料として、例えば、合成石英やＣａＦ２結晶を用いることができる。
【０２１９】
以下の説明において、Ｉ方向、Ｈ方向及びＶ方向の各方向を次のように定める。Ｉ方向はレーザビームの進行方向である。Ｖ方向はレーザビームの垂直方向である。Ｈ方向はレーザビームの水平方向である。
【０２２０】
フライアイレンズ１３４の第１面には、Ｈ方向に沿った凹面のシリンドリカル面３１０がＶ方向にピッチＬｈで一列に並んで配置されている。
【０２２１】
フライアイレンズ１３４の第２面には、Ｖ方向に沿った凹面のシリンドリカル面３１２がＨ方向にピッチＬｖで一列に並んで配置される。
【０２２２】
シリンドリカル面３１０、３１２のそれぞれの曲率半径は、互いの焦点の位置が略一致するように構成してもよい。
【０２２３】
ここで、Ｈ方向を軸とするシリンドリカル面３１０のピッチＬｈは、Ｖ方向を軸とするシリンドリカル面３１２のピッチＬｖよりも小さい。
【０２２４】
７．２  動作
フライアイレンズ１３４にパルスレーザ光を透過させると、シリンドリカル面３１０、３１２の焦点の位置に２次光源が生成される。そして、コンデンサレンズ１３６によって、コンデンサレンズ１３６の焦点面の位置に、長方形の形状でケーラー照明される。ここでケーラー照明される領域の形状は、フライアイレンズ１３４におけるＬｖ×Ｌｈの寸法を有する１個のレンズ形状の相似形となる。
【０２２５】
７．３  その他
図３７〜図３９に示す例では、パルスレーザ光を透過する基板に凹面のシリンドリカル面を加工してフライアイレンズ１３４を得ることを説明したが、この例に限定されることなく、シリンドリカル凸レンズを基板に加工してもよい。
【０２２６】
図３７〜図３９に例示したフライアイレンズ１３４と同じ機能を果たすフレネルレンズを基板に加工してもよい。
【０２２７】
また、上述の各実施形態及び変形例では、ラインビームを用いて被加工物１６０を加工する構成を説明したが、被加工物１６０に照射されるレーザ光のビーム形状については、ラインビーム以外の形態であってもよい。例えば、正方形のビーム形状であってもよい。正方形の照射ビームを形成するには、シリンドリカル面３１０、３１２のピッチをＬｖ＝Ｌｈの正方形の形状とすればよい。
【０２２８】
８．レーザ加工条件の具体例
図４０に、レーザ加工条件の具体例を示す。図４０に示した各パラメータの数値は、あくまで一例であり、被加工物１６０の材料や加工目的に応じて、適宜変更される。
【０２２９】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０２３０】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。また、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」という用語は、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ａ＋Ｂ」「Ａ＋Ｃ」「Ｂ＋Ｃ」又は「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」と解釈されるべきである。さらに、それらと「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」以外のものとの組み合わせも含むと解釈されるべきである。
【図１】
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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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