JP7270652B2 - レーザ加工装置及び被加工物の加工方法 - Google Patents

Description

本開示は、レーザ加工装置及び被加工物の加工方法に関する。

近年、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては、半導体集積回路の微細化および高集積化につれて、解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。一般的に、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る。たとえば、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線のレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置、ならびに波長１９３ｎｍの紫外線のレーザ光を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられる。

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。
高分子材料における化学結合は、結合エネルギーよりも高いフォトンエネルギーをもつエキシマレーザ光によって切断することができる。そのため、エキシマレーザ光によって高分子材料の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であっても、エキシマレーザ光により加工できることが知られている。

特開２０１０－０６７７９４号公報 特開２００７－２７３５３９号公報

概要

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、レーザ光の一部を遮断するように構成されたマスクにおけるレーザ光の照射領域が短辺及び長辺を有する矩形状となるように、レーザ光を整形する整形光学系であって、短辺に平行な方向における照射領域の第１の照射幅と独立に、長辺に平行な方向における照射領域の第２の照射幅を変更可能であり、照射領域を長辺に平行な方向に移動可能であるように構成された整形光学系と、マスクのパターンを載置台に載置された被加工物に投影するように構成された投影光学系と、照射領域を短辺に平行な方向に移動可能に構成された移動装置と、を備える。

本開示の１つの観点に係る被加工物の加工方法は、被加工物を載置する載置台と、レーザ光の一部を遮断するように構成されたマスクにおけるレーザ光の照射領域が短辺及び長辺を有する矩形状となるように、レーザ光を整形する整形光学系であって、短辺に平行な方向における照射領域の第１の照射幅と独立に、長辺に平行な方向における照射領域の第２の照射幅を変更可能であり、照射領域を長辺に平行な方向に移動可能であるように構成された整形光学系と、マスクのパターンを載置台に載置された被加工物に投影するように構成された投影光学系と、照射領域を短辺に平行な方向に移動可能に構成された移動装置と、を備えたレーザ加工装置を用いて、照射領域が矩形状となるようにレーザ光を整形し、マスクのパターンを載置台に載置された被加工物に投影し、照射領域を短辺に平行な方向に移動させることを含む。

本開示の実施形態を、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は、比較例に係るレーザ加工装置１４を含むレーザ加工システム１０の構成を概略的に示す。 図２Ａは、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１の例を示す。図２Ｂは、比較例においてレーザ光が照射されるマスク１４０の例を示す平面図である。 図３は、ビームスキャン方式による被加工物１６０のレーザ加工方法の例を示す平面図である。 図４は、レーザ加工制御部１００の動作を示すフローチャートである。 図５は、レーザ加工条件パラメータの読込の処理内容の例を示すフローチャートである。 図６は、レーザ加工装置１４の制御パラメータの計算及び設定の処理内容の例を示すフローチャートである。 図７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８は、本開示の実施形態に係るレーザ加工装置１４を含むレーザ加工システム１０の構成を概略的に示す。 図９Ａは、本実施形態に係るレーザ加工装置１４に含まれる整形光学系１３０ａ及び１軸ステージ１３８ａをＺ軸の負の方向に見た平面図である。図９Ｂは、本実施形態に係るレーザ加工装置１４に含まれる整形光学系１３０ａ及び１軸ステージ１３８ａをＹ軸の正の方向に見た正面図である。図９Ｃは、本実施形態に係るレーザ加工装置１４に含まれる整形光学系１３０ａ及び１軸ステージ１３８ａをＸ軸の正の方向に見た右側面図である。 図１０は、本実施形態に係るレーザ加工装置１４に含まれる整形光学系１３０ａにおいて第２のフライアイレンズ１３４ｂをレーザ光の光路に配置した第２の状態を示す右側面図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂは、本実施形態においてレーザ光が照射されるマスク１４０の例を示す平面図である。 図１２は、本実施形態の第２の状態における被加工物１６０のレーザ加工方法の例を示す平面図である。 図１３は、本実施形態において実行されるレーザ加工条件パラメータの読込の処理内容の例を示すフローチャートである。 図１４は、本実施形態において実行されるレーザ加工装置１４の制御パラメータの計算及び設定の処理内容の例を示すフローチャートである。 図１５は、本実施形態において実行される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。

実施形態

内容
１．比較例に係るレーザ加工装置及びレーザ加工システム
１．１ 構成
１．１．１ レーザ装置の構成
１．１．２ レーザ加工装置の構成
１．２ 動作
１．２．１ レーザ装置の動作
１．２．２ レーザ加工装置の動作
１．２．３ マスクにおける照射領域の移動
１．２．４ 被加工物における照射領域の移動
１．２．５ レーザ加工制御部の動作
１．２．５．１ メインフロー
１．２．５．２ レーザ加工条件パラメータの読込の詳細
１．２．５．３ 制御パラメータの計算及び設定の詳細
１．２．５．４ ビームスキャン加工の詳細
１．３ 課題
２．照射幅及び照射領域を変更可能なレーザ加工装置
２．１ 構成
２．１．１ 整形光学系の構成
２．１．２ １軸ステージの構成
２．２ 動作
２．２．１ マスクにおける照射領域の移動
２．２．１．１ 第１の状態
２．２．１．２ 第２の状態
２．２．２ 被加工物における照射領域の移動
２．２．３ レーザ加工制御部の動作
２．２．３．１ レーザ加工条件パラメータの読込
２．２．３．２ 制御パラメータの計算及び設定
２．２．３．３ ビームスキャン加工
２．３ 作用
３． その他

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、本開示の一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、本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。

１．比較例に係るレーザ加工装置及びレーザ加工システム
１．１ 構成
図１は、比較例に係るレーザ加工装置１４を含むレーザ加工システム１０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。

１．１．１ レーザ装置の構成
レーザ装置１２は、紫外線の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、Ｆ_２、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。

発振器２０は、チャンバ３０と、リアミラー３３と、出力結合ミラー３４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、一対の電極４３及び４４と、絶縁部材４５と、ウインドウ４７及び４８と、を含む。絶縁部材４５には複数の導電部材２９が埋め込まれている。電極４３は絶縁部材４５に支持されている。電極４３は、導電部材２９を介してパルスパワーモジュール３８に電気的に接続されている。電極４４は、チャンバ３０を構成する導電性の部材を介して接地電位に接続されている。

リアミラー３３及び出力結合ミラー３４は光共振器を構成する。リアミラー３３は平面基板に高反射膜がコートされたものであり、出力結合ミラー３４は、平面基板に部分反射膜がコートされたものである。光共振器の光路にチャンバ３０が配置される。

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。
シャッタ２６は、ビームスプリッタ５０を通過したレーザ光の光路に配置される。
レーザ光の光路は、筐体６０及び光路管１３によってシールされ、Ｎ_２ガスでパージされていてもよい。

１．１．２ レーザ加工装置の構成
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、レーザ加工制御部１００と、を含む。

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のテーブル７６に被加工物１６０が支持される。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。

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とを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。この基板を構成する電気絶縁材料としては、例えば、高分子材料、ガラスエポキシ材料、ガラス材料などがある。

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、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１４５と、ウインドウ１４６と、筐体１５０と、を含む。

高反射ミラー１１１は、光路管１３を通過したレーザ光の光路に配置される。高反射ミラー１１１は、レーザ光がアッテネータ１２０を通過して高反射ミラー１１２に入射するように配置される。

アッテネータ１２０は、高反射ミラー１１１と高反射ミラー１１２との間の光路に配置される。アッテネータ１２０は、２枚の部分反射ミラー１２１及び１２２と回転ステージ１２３及び１２４とを含む。回転ステージ１２３及び１２４は、それぞれ部分反射ミラー１２１及び１２２に対するレーザ光の入射角を変更可能に構成されている。

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整形光学系１３０に入射するように配置される。

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。
整形光学系１３０に含まれる高反射ミラー１３３は、入射したレーザ光をフライアイレンズ１３４に入射させるように配置される。
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の前側焦点面と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の位置とが一致するように配置される。
整形光学系１３０は、以上の構成により、マスク１４０をケーラー照明する。

図２Ａは、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１の例を示す。照射領域１４１は、レーザ光の光路の断面であって、マスク１４０の表面に沿った断面に相当する。照射領域１４１は、矩形状の形状を有する。矩形状の形状は、短辺及び長辺を有する。矩形状の照射領域１４１の短辺に平行な方向をＸ軸方向とし、長辺に平行な方向をＹ軸方向とする。短辺に平行な方向における照射幅をＢｘとし、長辺に平行な方向における照射幅をＢｙとする。

図１を再び参照し、整形光学系１３０は、筐体１３５に収容される。筐体１３５は、整形光学系１３０とともに、双方向矢印Ａで示されるＸ軸方向に移動できるように、１軸ステージ１３８に支持される。整形光学系１３０がＸ軸方向に移動することにより、照射領域１４１がマスク１４０上をＸ軸方向に移動する。

マスク１４０は、例えば、紫外光であるエキシマレーザ光を透過させる合成石英基板に、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、被加工物１６０としてのプリント基板にビアホール加工する場合のマスク１４０には、直径５μｍ～３０μｍの穴のパターンが形成されている。

投影光学系１４５は、マスク１４０の倒立像が被加工物１６０の表面で形成されるように配置される。投影光学系１４５は、複数のレンズ１４３及び１４４の組合せレンズで構成される縮小投影光学系であってもよい。

ウインドウ１４６は、投影光学系１４５と被加工物１６０との間のレーザ光の光路に配置される。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させるＣａＦ_２結晶や合成石英基板の両面に反射抑制膜がコートされたものでもよい。

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リング等によってシールされ、Ｎ_２ガスでパージされていてもよい。

レーザ加工制御部１００は、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。レーザ加工制御部１００は、レーザ装置１２に、目標パルスエネルギーＥｔのデータを送信したり、発光トリガを出力したりするように構成されている。

１．２ 動作
１．２．１ レーザ装置の動作
レーザ装置１２において、レーザ制御部２８は、レーザ加工制御部１００から受信した目標パルスエネルギーＥｔのデータに基づいて、充電器３６に充電電圧の設定信号を送信する。また、レーザ制御部２８は、レーザ加工制御部１００から受信した発光トリガに基づいて、パルスパワーモジュール３８に含まれるスイッチ３９に発光トリガを送信する。

パルスパワーモジュール３８のスイッチ３９は、レーザ制御部２８から発光トリガを受信するとオン状態となる。パルスパワーモジュール３８は、スイッチ３９がオン状態となると、充電器３６に充電された電気エネルギーからパルス状の高電圧を生成する。パルスパワーモジュール３８は、この高電圧を一対の電極４３及び４４の間に印加する。

一対の電極４３及び４４の間に高電圧が印加されると、一対の電極４３及び４４の間に放電が起こる。この放電のエネルギーにより、チャンバ３０内のレーザガスが励起されて高エネルギー準位に移行する。励起されたレーザガスが、その後、低エネルギー準位に移行するとき、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出する。

チャンバ３０内で発生した光は、ウインドウ４７及び４８を介してチャンバ３０の外部に出射する。チャンバ３０のウインドウ４８から出射した光は、リアミラー３３によって高い反射率で反射されてチャンバ３０に戻される。

出力結合ミラー３４は、チャンバ３０のウインドウ４７から出射した光のうちの一部を透過させて出力し、他の一部を反射してチャンバ３０に戻す。

このようにして、チャンバ３０から出射した光は、リアミラー３３と出力結合ミラー３４との間で往復し、一対の電極４３及び４４の間の放電空間を通過する度に増幅され、レーザ発振する。その結果、レーザ光が出力結合ミラー３４から出力される。このレーザ光はパルスレーザ光である。

モニタモジュール２４は、出力結合ミラー３４から出力されたレーザ光のパルスエネルギーを検出する。モニタモジュール２４は、検出したパルスエネルギーのデータをレーザ制御部２８に送信する。

レーザ制御部２８は、モニタモジュール２４から受信したパルスエネルギーの測定データと、レーザ加工制御部１００から受信した目標パルスエネルギーＥｔのデータとに基づいて、充電器３６に設定する充電電圧をフィードバック制御する。

１．２．２ レーザ加工装置の動作
ＸＹＺステージ７４は、被加工物１６０の所望の加工対象領域にマスク１４０の倒立像が形成されるように、テーブル７６を位置決めする。

シャッタ２６が開いた状態で、モニタモジュール２４のビームスプリッタ５０を透過したレーザ光は、光路管１３を介してレーザ加工装置１４に入射する。レーザ光は、照射光学システム７０によって、以下のようにして被加工物１６０に導かれる。

レーザ加工装置１４に入射したレーザ光は、高反射ミラー１１１によって反射され、アッテネータ１２０を通過した後、高反射ミラー１１２によってＸ軸方向に反射される。

高反射ミラー１１２によって反射されたレーザ光は、整形光学系１３０によって、光強度分布が空間的に均一化されるとともに、短辺及び長辺を有する矩形状のビームに整形される。整形光学系１３０から出射したレーザ光は、マスク１４０に入射する。１軸ステージ１３８の駆動によって整形光学系１３０がＸ軸方向に移動速度Ｖｘｍで移動するのに伴って、照射領域１４１は、マスク１４０上をＸ軸方向に移動速度Ｖｘｍで移動する。

マスク１４０に形成されたパターンに従って、レーザ光の一部は遮断され、他の一部はマスク１４０を透過する。マスク１４０を透過したレーザ光は、投影光学系１４５によって、被加工物１６０の表面に縮小投影される。被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１は、マスク１４０に形成されたパターンのうちの照射領域１４１に相当する部分を縮小した形状を有する。照射領域１６１は、レーザ光の光路の断面であって、被加工物１６０の表面に沿った断面に相当する。被加工物１６０にレーザ光が照射されると、被加工物１６０の表面がアブレーションし、レーザ加工される。

１軸ステージ１３８の駆動によってマスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１がＸ軸方向に移動速度Ｖｘｍで移動するのに伴って、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１は、被加工物１６０上をＸ軸方向に移動速度－Ｍ・Ｖｘｍで移動する。Ｍは投影光学系１４５の倍率である。投影光学系１４５は縮小投影光学系であるため、Ｍは１より小さい正の値である。Ｍは、例えば１／４以上、１／２以下の範囲の値であってよい。１軸ステージ１３８の駆動による照射領域１４１の移動方向と照射領域１６１の移動方向とは、互いに反対方向となる。なお、照射領域１６１の短辺に平行な方向における照射幅はＭ・Ｂｘとなり、長辺に平行な方向における照射幅はＭ・Ｂｙとなる。

１．２．３ マスクにおける照射領域の移動
図２Ｂは、比較例においてレーザ光が照射されるマスク１４０の例を示す平面図である。マスク１４０は、パターンが形成されたパターン領域１４０ｐを有する。１軸ステージ１３８を駆動することにより、照射領域１４１は、図２Ｂの左端に位置する初期位置１４１ｓから右方向に移動する。これにより、パターン領域１４０ｐの全体にレーザ光が照射される。

次に、１軸ステージ１３８を逆方向に駆動することにより、照射領域１４１は、図２Ｂの右端から左方向に移動する。このときも、パターン領域１４０ｐの全体にレーザ光が照射される。

このように１軸ステージ１３８の駆動方向を切り替えることにより、パターン領域１４０ｐへのレーザ光の照射を繰り返すことができる。

１．２．４ 被加工物における照射領域の移動
図３は、ビームスキャン方式による被加工物１６０のレーザ加工方法の例を示す平面図である。図３において、被加工物１６０の加工面は、「Ｓ＃１」から「Ｓ＃１２」までの１２個の加工対象領域に区画されている。「Ｓ＃１」から「Ｓ＃１２」までの符号の順番は、ビームスキャン方式による被加工物１６０の加工順番に相当する。一点鎖線の矢印は、それぞれの加工対象領域における照射領域１６１の移動方向を示す。

まず、マスク１４０の倒立像が形成される領域に最初の加工対象領域Ｓ＃１が一致するように、ＸＹＺステージ７４を動作させて被加工物１６０を移動させ、ＸＹＺステージ７４を停止させる。そして、マスク１４０にレーザ光を照射し、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１を、１軸ステージ１３８により図２Ｂの左端に位置する初期位置１４１ｓから右方向に移動させる。これにより、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１が、図３における加工対象領域Ｓ＃１の右端に位置する初期位置１６１ｓから左方向に移動する。この１回のビームスキャン動作によって加工対象領域Ｓ＃１の加工が完了する。

１つの加工対象領域についてビームスキャン動作が終わったら、レーザ光の照射を停止させる。

次に、マスク１４０の倒立像が形成される領域に次の加工対象領域Ｓ＃２が一致するように、ＸＹＺステージ７４を動作させて被加工物１６０を移動させ、ＸＹＺステージ７４を停止させる。そして、マスク１４０にレーザ光を照射し、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１を、１軸ステージ１３８により図２Ｂの右端から左方向に移動させる。これにより、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１が、図３における加工対象領域Ｓ＃２の左端に位置する初期位置１６１ｓから右方向に移動する。これにより加工対象領域Ｓ＃２の加工が完了する。

このようにして、ＸＹＺステージ７４をＸ軸方向又はＹ軸方向に動作させることにより、「Ｓ＃１」、「Ｓ＃２」、「Ｓ＃３」、・・・、「Ｓ＃１２」の順番に、マスク１４０の倒立像が形成される領域が変更される。加工対象領域ごとにビームスキャンが実施され、マスク１４０の倒立像が形成される領域が変更されるごとに照射領域１６１の移動方向が反転する。このような動作によって、レーザ加工が行われる。

１．２．５ レーザ加工制御部の動作
１．２．５．１ メインフロー
図４は、レーザ加工制御部１００の動作を示すフローチャートである。以下のようにしてビームスキャン方式によるレーザ加工が行われる。

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にセットされる。被加工物１６０は、例えば、レーザ加工制御部１００によって制御される図示せぬワーク搬送ロボットやその他の自動搬送装置によって、テーブル７６にセットされる。

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については、図５を参照しながら後述する。

ステップＳ１４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の表面に形成されるように、ＸＹＺステージ７４をＺ軸方向に制御する。

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の最初の加工対象領域Ｓ＃１に形成されるように、ＸＹＺステージ７４をＸ軸方向及びＹ軸方向に制御する。

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及び設定を行う。レーザ加工装置１４の制御パラメータについては、図６を参照しながら後述する。

ステップＳ１７において、レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０におけるビームスキャン方向を表すパラメータＸａの値を初期値－１に設定する。

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の制御を行う。レーザ加工制御部１００は、１つの加工対象領域についてビームスキャン動作を行い、この加工対象領域の加工を行う。ビームスキャン加工については、図７を参照しながら後述する。

ステップＳ２２において、レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０全体のビームスキャン加工が終了したか否かを判定する。ステップＳ２２にてＮＯと判定された場合、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、マスク１４０の像が次の加工対象領域に形成されるように、ＸＹＺステージ７４をＸ軸方向又はＹ軸方向のいずれかに制御し、その後ステップＳ２０に戻る。レーザ加工制御部１００は、すべての加工対象領域のビームスキャン加工を終了するまで、ステップＳ２０からステップＳ２２までの処理を繰り返す。

すべての加工対象領域のビームスキャン加工が終了し、ステップＳ２２にてＹＥＳと判定されると、レーザ加工制御部１００は図４のフローチャートを終了する。

１．２．５．２ レーザ加工条件パラメータの読込の詳細
図５は、レーザ加工条件パラメータの読込の処理内容の例を示すフローチャートである。図５に示されるフローチャートは、図４のステップＳ１２のサブルーチンに相当する。

ステップＳ３１において、レーザ加工制御部１００は、図示せぬ記憶装置から以下のレーザ加工条件パラメータを読み込む。
（ａ）被加工物１６０の表面でのフルーエンスの目標値Ｆｔ
（ｂ）同じ位置への照射パルス数Ｎｐ
（ｃ）繰り返し周波数ｆ
同じ位置への照射パルス数Ｎｐは、例えば２以上の整数である。

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。

１．２．５．３ 制御パラメータの計算及び設定の詳細
図６は、レーザ加工装置１４の制御パラメータの計算及び設定の処理内容の例を示すフローチャートである。図６に示されるフローチャートは、図４のステップＳ１６のサブルーチンに相当する。

ステップＳ５６において、レーザ加工制御部１００は、被加工物１６０の表面でのフルーエンスＦが目標値Ｆｔとなるように、アッテネータ１２０の透過率Ｔの目標値Ｔｔを計算する。目標値Ｔｔの計算は以下のように行われる。

まず、アッテネータ１２０の透過率が最大である時の、レーザ装置１２から出力された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Ｔｐとする。投影光学系１４５の倍率をＭとする。被加工物１６０の表面でのフルーエンスＦは、被加工物１６０の表面でのパルスエネルギーＴ・Ｔｐ・Ｅｔを、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１の面積Ｍ^２・Ｂｘ・Ｂｙで除算して、次の式（１）で表される。
Ｆ＝Ｍ^－２（Ｔ・Ｔｐ・Ｅｔ）／（Ｂｘ・Ｂｙ） ・・・（１）

式（１）から、被加工物１６０の表面でのフルーエンスＦを目標値Ｆｔとするために設定されるアッテネータ１２０の透過率Ｔの目標値Ｔｔは、次の式（２）で表される。
Ｔｔ＝（Ｍ^２／Ｔｐ）（Ｆｔ／Ｅｔ）（Ｂｘ・Ｂｙ） ・・・（２）

ステップＳ５７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を目標値Ｔｔ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が目標値Ｔｔに近づくように、回転ステージ１２３及び１２４を制御して部分反射ミラー１２１及び１２２の角度を調整する。

次に、ステップＳ５８において、レーザ加工制御部１００は、１軸ステージ１３８の駆動速度の絶対値Ｖｘｍｉを計算する。１軸ステージ１３８の駆動速度の絶対値Ｖｘｍｉは、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１の移動速度Ｖｘｍの絶対値｜Ｖｘｍ｜と同じである。繰り返し周波数ｆのパルスレーザ光を同じ位置にＮｐ回照射するための所要時間はＮｐ／ｆである。１軸ステージ１３８の駆動速度の絶対値は、照射領域１４１の短辺に平行な方向における照射幅Ｂｘを所要時間Ｎｐ／ｆで除算して、次の式（３）で表される。
Ｖｘｍｉ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｐ ・・・（３）

ステップＳ５８の後、レーザ加工制御部１００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。

１．２．５．４ ビームスキャン加工の詳細
図７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７に示されるフローチャートは、図４のステップＳ２０のサブルーチンに相当する。

ステップＳ７２において、レーザ加工制御部１００は、パラメータＸａの値に－１を乗算する。これにより、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、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切り替える。
図４のステップＳ１７では、例としてパラメータＸａの値が初期値－１に設定されている。この場合に、図７の処理を初めて実行するときは、パラメータＸａの値は１に設定される。
パラメータＸａの値が１である場合、被加工物１６０の表面を照射領域１６１が移動する方向は、例えばＸ軸の正の方向であり、図３における左方向である。パラメータＸａの値が－１である場合、被加工物１６０の表面を照射領域１６１が移動する方向はＸ軸の負の方向であり、図３における右方向である。
ステップＳ７２の後、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ７４に進む。

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の駆動速度をセットする。１軸ステージ１３８の駆動速度は、整形光学系１３０の等速直線運動中の移動速度Ｖｘｍと照射領域１４１の移動速度Ｖｘｍとの両方に等しく、次の式（４）に従って決定される。
Ｖｘｍ＝－Ｘａ・Ｖｘｍｉ ・・・（４）
ステップＳ７４においては、さらに、等速直線運動の前後の加速及び減速のそれぞれが所定の時間で行われるように、１軸ステージ１３８を制御するための各種パラメータがセットされてもよい。

式（４）によって決定される移動速度Ｖｘｍの値が負の場合は、１軸ステージ１３８の駆動方向はＸ軸の負の方向となる。その結果、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１の移動方向は、Ｘ軸の正の方向となる。
式（４）によって決定される移動速度Ｖｘｍの値が正の場合は、１軸ステージ１３８の駆動方向はＸ軸の正の方向となる。その結果、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１の移動方向は、Ｘ軸の負の方向となる。

ステップＳ７５において、レーザ加工制御部１００は、１軸ステージ１３８の駆動を開始させる。１軸ステージ１３８によって、整形光学系１３０は加速され、その後、等速直線運動させられる。

ステップＳ７６において、レーザ加工制御部１００は、レーザ制御部２８に対して、目標パルスエネルギーＥｔのデータを送信する。また、レーザ加工制御部１００は、レーザ制御部２８に対して、繰り返し周波数ｆでの発光トリガの出力を開始する。これにより、レーザ装置１２からのレーザ光の出力が開始される。レーザ光の出力が開始された時点での照射領域１４１が初期位置１４１ｓに一致するように、１軸ステージ１３８が制御される。

ステップＳ７７において、レーザ加工制御部１００は、設定されたビームスキャン方向のビームスキャンが終了したか否かの判定を行う。すなわち、マスク１４０のパターン領域１４０ｐのＸ軸方向の一端から他端まで、照射領域１４１が移動したか否かを判定する。

レーザ加工制御部１００は、ステップＳ７７にてＹＥＳと判定されるまで、ステップＳ７７を繰り返す。これにより、レーザ光が被加工物１６０の加工対象領域に照射される。ステップＳ７７にてＹＥＳと判定された場合、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ７８に進む。
ステップＳ７８において、レーザ加工制御部１００は、発光トリガの出力を停止する。これにより、レーザ装置１２からのレーザ光の出力が停止される。

ステップＳ７９において、レーザ加工制御部１００は、１軸ステージ１３８の駆動を停止させる。これにより、整形光学系１３０は減速され、その後、停止させられる。

ステップＳ７９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。

１．３ 課題
以上説明した比較例においては、フルーエンスＦを目標値Ｆｔに近づけるために、アッテネータ１２０の透過率が変更されている。アッテネータ１２０の透過率が最大である時に、フルーエンスＦが最大値Ｆｍａｘとなる。アッテネータ１２０の透過率を変更することにより、フルーエンスＦを最大値Ｆｍａｘ以下の目標値Ｆｔ付近まで低下させることができる。しかし、最大値Ｆｍａｘより高いフルーエンスＦを得ることはできなかった。

最大値Ｆｍａｘを高くしておくことにより、フルーエンスＦの目標値Ｆｔが高い場合にも対応できるようになる。しかし、最大値Ｆｍａｘを高くした場合には、最大値Ｆｍａｘが低い場合よりもアッテネータ１２０の透過率を低くしなければ同じ目標値Ｆｔまでフルーエンスを低下させることができず、エネルギーの無駄が大きくなる。また、最大値Ｆｍａｘを高くしても、フルーエンスＦの目標値Ｆｔが低い場合には、レーザ装置の能力に見合ったレーザ加工の生産性を得ることができなかった。

以下に説明される実施形態に係るレーザ加工装置１４は、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙを変更可能に構成される。さらに、この照射領域１４１をＹ軸方向に移動可能に構成される。フルーエンスＦの目標値Ｆｔが高い場合に、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙを小さくすることにより、フルーエンスＦを高くすることができる。ビームスキャンを１回行うごとに照射領域１４１をＹ軸方向に移動しながら、複数回のビームスキャンを行うことにより、マスク全体を照射することができる。

２．照射幅及び照射領域を変更可能なレーザ加工装置
２．１ 構成
図８は、本開示の実施形態に係るレーザ加工装置１４を含むレーザ加工システム１０の構成を概略的に示す。本実施形態において、レーザ加工装置１４は、図１を参照しながら説明した整形光学系１３０及び１軸ステージ１３８の代わりに、整形光学系１３０ａ及び１軸ステージ１３８ａを含む。

２．１．１ 整形光学系の構成
図９Ａは、本実施形態に係るレーザ加工装置１４に含まれる整形光学系１３０ａ及び１軸ステージ１３８ａをＺ軸の負の方向に見た平面図である。
図９Ｂは、本実施形態に係るレーザ加工装置１４に含まれる整形光学系１３０ａ及び１軸ステージ１３８ａをＹ軸の正の方向に見た正面図である。
図９Ｃは、本実施形態に係るレーザ加工装置１４に含まれる整形光学系１３０ａ及び１軸ステージ１３８ａをＸ軸の正の方向に見た右側面図である。

整形光学系１３０ａは、第１及び第２のアクチュエータ１３２ａ及び１３２ｂと、第１及び第２のミラー１３３ａ及び１３３ｂと、第１、第２、及び第３のフライアイレンズ１３４ａ、１３４ｂ、及び１３４ｃと、第１及び第２のコンデンサレンズ１３６ａ及び１３６ｂと、を含む。これらの構成要素は、筐体１３５に収容されている。

第２のミラー１３３ｂは、高反射ミラー１１２によってＸ軸の正の方向に反射されたレーザ光の光路に配置されている。第２のミラー１３３ｂは、レーザ光をＹ軸の負の方向に向けて反射する。
第１のミラー１３３ａは、第２のミラー１３３ｂによってＹ軸の負の方向に反射されたレーザ光の光路に配置されている。第１のミラー１３３ａは、レーザ光をＺ軸の負の方向に向けて反射する。

第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂは、ホルダ１３４ｄに保持されている。ホルダ１３４ｄは、第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂとともに、双方向矢印Ｃで示されるＺ軸方向に移動できるように、第２のアクチュエータ１３２ｂに支持される。第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂは、第１のミラー１３３ａと第２のミラー１３３ｂとの間のレーザ光の光路に選択的に配置される。すなわち、第２のアクチュエータ１３２ｂは、第１のフライアイレンズ１３４ａがレーザ光の光路に配置された第１の状態と、第２のフライアイレンズ１３４ｂがレーザ光の光路に配置された第２の状態と、を切り替えるように構成されている。第２のアクチュエータ１３２ｂは、レーザ加工制御部１００から出力される制御信号に基づいて動作する。

第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂの各々は、複数のシリンドリカル面を有する。第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂの各々は、レーザ光の光路に配置されたときに、複数のシリンドリカル面がＺ軸方向に配列され、複数のシリンドリカル面の各々がＸ軸に平行な焦点軸を有するように構成されている（図９Ｃ参照）。

第１のコンデンサレンズ１３６ａは、第１のミラー１３３ａによってＺ軸の負の方向に反射されたレーザ光の光路に配置されている。第１のコンデンサレンズ１３６ａは、シリンドリカル面を有する。第１のコンデンサレンズ１３６ａは、シリンドリカル面がＸ軸に平行な焦点軸を有するように配置されている（図９Ｃ参照）。

第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂのいずれか１つを通過したレーザ光が、第１のコンデンサレンズ１３６ａに入射する。第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂのいずれか１つと、第１のコンデンサレンズ１３６ａと、によって、マスク１４０の表面におけるＹ軸方向の光強度分布が均一化される。

第３のフライアイレンズ１３４ｃは、第１のミラー１３３ａと第１のコンデンサレンズ１３６ａとの間のレーザ光の光路に配置されている。すなわち、第１のミラー１３３ａは、第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂのうちのレーザ光の光路に配置されたフライアイレンズと、第３のフライアイレンズ１３４ｃとの間に配置されている。第３のフライアイレンズ１３４ｃは、Ｘ軸方向に配列された複数のシリンドリカル面を有する。第３のフライアイレンズ１３４ｃは、複数のシリンドリカル面の各々がＹ軸に平行な焦点軸を有するように配置されている（図９Ｂ参照）。
あるいは、第３のフライアイレンズ１３４ｃは、第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂのうちのレーザ光の光路に配置されたフライアイレンズと、第１のミラー１３３ａとの間に配置されてもよい。その場合は、第３のフライアイレンズ１３４ｃは、複数のシリンドリカル面の各々がＺ軸に平行な焦点軸を有する。

第２のコンデンサレンズ１３６ｂは、第１のコンデンサレンズ１３６ａを通過したレーザ光の光路に配置されている。第２のコンデンサレンズ１３６ｂは、シリンドリカル面を有する。第２のコンデンサレンズ１３６ｂは、シリンドリカル面がＹ軸に平行な焦点軸を有するように配置されている（図９Ｂ参照）。

第３のフライアイレンズ１３４ｃを通過したレーザ光が、第２のコンデンサレンズ１３６ｂに入射する。第３のフライアイレンズ１３４ｃと第２のコンデンサレンズ１３６ｂとによって、マスク１４０の表面におけるＸ軸方向の光強度分布が均一化される。

このようにして、Ｘ軸方向とＹ軸方向とでそれぞれ光強度分布が均一化され、矩形状の照射領域１４１が形成される。以下に説明するように、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙは、第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂのいずれをレーザ光の光路に配置するかによって、変更することができる。

図９Ｃには、第１のフライアイレンズ１３４ａをレーザ光の光路に配置した第１の状態が示されている。第１のフライアイレンズ１３４ａの一方の面に平行光が入射したときに第１のフライアイレンズ１３４ａの他方の面から出射する光の発散角をθｆ１とする。発散角θｆ１は、全角で表される。

図１０は、本実施形態に係るレーザ加工装置１４に含まれる整形光学系１３０ａにおいて第２のフライアイレンズ１３４ｂをレーザ光の光路に配置した第２の状態を示す右側面図である。第２のフライアイレンズ１３４ｂの一方の面に平行光が入射したときに第２のフライアイレンズ１３４ｂの他方の面から出射する光の発散角をθｆ２とする。発散角θｆ２は、全角で表される。

第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂは、互いに異なる焦点距離を有するとともに、互いに異なる発散角を有する。例えば、第１のフライアイレンズ１３４ａの合成焦点距離をＦ１とし、第２のフライアイレンズ１３４ｂの合成焦点距離をＦ２としたとき、合成焦点距離Ｆ１は合成焦点距離Ｆ２よりも小さくてもよい。この場合、発散角θｆ１は発散角θｆ２よりも大きくなる。
また例えば、合成焦点距離Ｆ１が合成焦点距離Ｆ２の半分である場合、合成焦点距離Ｆ１及び合成焦点距離Ｆ２が十分に大きければ、発散角θｆ１は発散角θｆ２の２倍となる。

第１の状態においては、第１のフライアイレンズ１３４ａの発散角θｆ１が大きいので、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙが大きくなる。これに対し、第２の状態においては、第２のフライアイレンズ１３４ｂの発散角θｆ２が小さいので、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙが小さくなる。例えば、発散角θｆ１が発散角θｆ２の２倍の大きさである場合、第１の状態における照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙは、第２の状態における照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙの２倍となる。

これにより、整形光学系１３０ａは、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１の短辺に平行な方向における照射幅Ｂｘと独立に、長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙを変更することができる。好ましくは、短辺に平行な方向における照射幅Ｂｘを固定して、長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙを変更する。短辺に平行な方向における照射幅Ｂｘは、本開示における第１の照射幅に相当する。長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙは、本開示における第２の照射幅に相当する。

例えば、第１の状態における照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙを１００ｍｍとするとき、第１のフライアイレンズ１３４ａのパラメータは以下のように設定される。
（ｉ）合成焦点距離Ｆ１ ２０ｍｍ
（ｉｉ）レンズピッチ ５ｍｍ

また例えば、第２の状態における照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙを５０ｍｍとするとき、第２のフライアイレンズ１３４ｂのパラメータは以下のように設定される。
（ｉ）合成焦点距離Ｆ２ ４０ｍｍ
（ｉｉ）レンズピッチ ５ｍｍ

第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂのパラメータを以上のように設定した場合、第１のコンデンサレンズ１３６ａの焦点距離は、例えば、４００ｍｍとする。

第１のアクチュエータ１３２ａは、第１のミラー１３３ａの姿勢を変更可能に構成されている。第１のアクチュエータ１３２ａは、Ｘ軸に平行な軸周りに第１のミラー１３３ａを回転可能に構成されている。第１のアクチュエータ１３２ａによる第１のミラー１３３ａの回転方向が双方向矢印Ｂで示されている。第１のアクチュエータ１３２ａは、Ｘ軸に平行な軸周りに第１のミラー１３３ａを回転させることにより、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１をＹ軸方向に移動させることができる。第１のアクチュエータ１３２ａは、レーザ加工制御部１００から出力される制御信号に基づいて動作する。

Ｘ軸に平行な軸周りに第１のミラー１３３ａを回転させた場合、第１のミラー１３３ａによって反射されたレーザ光の光路の中心軸の方向は、第１のミラー１３３ａを回転させた回転角度θの２倍変化する。そこで、第２の状態において、第１のミラー１３３ａを第２のフライアイレンズ１３４ｂの発散角θｆ２の半分だけ回転させる。これにより、第１のミラー１３３ａによって反射されたレーザ光の光路の中心軸の方向は、発散角θｆ２と同等な角度だけ変化する。このとき、照射領域１４１のＹ軸方向に沿った移動距離は、第２の状態における照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙとほぼ等しくなる。

２．１．２ １軸ステージの構成
図９Ａ～図９Ｃ、及び図１０に示されるように、１軸ステージ１３８ａは、レール１３８ｂ及び１３８ｃを含むリニアガイドと、モーター１３８ｄと、軸受１３８ｅと、ボールねじ１３８ｆと、プレート１３８ｇと、ナット１３７と、を含む。１軸ステージ１３８ａは、本開示における移動装置に相当する。

レール１３８ｂ及び１３８ｃは、プレート１３８ｇに固定される。レール１３８ｂ及び１３８ｃは、プレート１３８ｇに対して筐体１３５が双方向矢印Ａで示されるＸ軸方向にすべり移動できるように、筐体１３５を支持している。レール１３８ｂ及び１３８ｃを含むリニアガイドとしては、例えば、ＴＨＫ株式会社から提供される「ＳＨＳ１５」シリーズが使用可能である。
ナット１３７は、筐体１３５に固定されている。ボールねじ１３８ｆは、ナット１３７にねじ込まれてナット１３７を貫通している。ボールねじ１３８ｆとしては、例えば、ＴＨＫ株式会社から提供される「ＤＩＫ」シリーズが使用可能である。

モーター１３８ｄ及び軸受１３８ｅは、プレート１３８ｇに固定されている。ボールねじ１３８ｆの長手方向の一端及び他端が、それぞれモーター１３８ｄ及び軸受１３８ｅに支持されている。ボールねじ１３８ｆの長手方向が、Ｘ軸方向に一致する。モーター１３８ｄは、ボールねじ１３８ｆの長手方向の軸周りにボールねじ１３８ｆを回転させるように構成されている。モーター１３８ｄは、レーザ加工制御部１００から出力される制御信号に基づいて動作する。

モーター１３８ｄがボールねじ１３８ｆを回転させることにより、ボールねじ１３８ｆがナット１３７をＸ軸方向に移動させる。これにより、整形光学系１３０ａがＸ軸方向に移動する。整形光学系１３０ａがＸ軸方向に移動することにより、照射領域１４１がＸ軸方向に移動する。

高反射ミラー１１２から整形光学系１３０ａの第２のミラー１３３ｂに入射するレーザ光の進行方向はＸ軸と平行であるため、整形光学系１３０ａがＸ軸方向に移動しても、第２のミラー１３３ｂの位置がレーザ光の光路からずれてしまうことが抑制される。
他の点については、本実施形態の構成は比較例の構成と同様である。

２．２ 動作
２．２．１ マスクにおける照射領域の移動
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本実施形態においてレーザ光が照射されるマスク１４０の例を示す平面図である。上述のように、整形光学系１３０ａは、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１の短辺に平行な方向における照射幅Ｂｘと独立に、長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙを変更可能に構成されている。図１１Ａは第１の状態を示し、図１１Ｂは第２の状態を示す。図１１Ａ及び図１１Ｂの各々に示される初期位置１４１ｓの形状及び大きさは、照射領域１４１の形状及び大きさに相当する。

２．２．１．１ 第１の状態
フルーエンスＦの目標値Ｆｔが低い場合には、第１のフライアイレンズ１３４ａがレーザ光の光路に配置された第１の状態となるように、第２のアクチュエータ１３２ｂが制御される（図９Ｃ参照）。
これにより、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙが大きくなり、効率よくマスク１４０のビームスキャンを行うことができる。第１の状態における照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙは、例えば、Ｙ軸方向におけるマスク幅Ｂｍｙ以上とすることができる。

第１のミラー１３３ａは、第１のアクチュエータ１３２ａにより所定の姿勢に設定される。所定の姿勢は、例えば基準姿勢である。基準姿勢とは、マスク１４０に入射するレーザ光の光路の中心軸が、マスク１４０のＹ軸方向における中心に一致するような第１のミラー１３３ａの姿勢をいうものとする。第１のミラー１３３ａが所定の姿勢に設定された状態で１軸ステージ１３８ａが駆動されることにより、ビームスキャンが行われる。

図１１Ａに初期位置１４１ｓとして示されるように、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙが、Ｙ軸方向におけるマスク幅Ｂｍｙ以上の大きさである場合、１回のビームスキャン動作によってマスク１４０の全体を照射することができる。従って、この場合には第１のミラー１３３ａの姿勢は基準姿勢のまま固定しておいてもよい。

２．２．１．２ 第２の状態
フルーエンスＦの目標値Ｆｔが高い場合には、第２のフライアイレンズ１３４ｂがレーザ光の光路に配置された第２の状態となるように、第２のアクチュエータ１３２ｂが制御される（図１０参照）。
これにより、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙが小さくなり、マスク１４０の表面でのフルーエンスが高くなる。第２の状態における照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙは、例えば、Ｙ軸方向におけるマスク幅Ｂｍｙ未満とすることができる。

第２の状態における照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙが、Ｙ軸方向におけるマスク幅Ｂｍｙより小さい場合、マスク１４０の全体を照射するためには、照射領域１４１をＹ軸方向にずらしながら複数回のビームスキャン動作を行う必要がある。

照射領域１４１をＹ軸方向にずらすために、第１のアクチュエータ１３２ａが、第１のミラー１３３ａの姿勢を変更する。例えば、第１のミラー１３３ａは、基準姿勢に対して第１方向に第１の角度傾いた第１の姿勢と、基準姿勢に対して第１方向と反対の第２方向に第２の角度傾いた第２の姿勢と、をとることができる。第１のミラー１３３ａの第１の姿勢の例が図１０に実線で示され、このときに第１のミラー１３３ａによって反射されたレーザ光の光路が図１０に点線で示されている。第１のミラー１３３ａの第２の姿勢の例が図１０に一点鎖線で示され、このときに第１のミラー１３３ａによって反射されたレーザ光の光路が図１０に一点鎖線で示されている。

第１のミラー１３３ａを第１の姿勢とした状態で１軸ステージ１３８ａをＸ軸方向に駆動することにより、照射領域１４１を図１１Ｂに示される初期位置１４１ｓからＸ軸方向に移動させて１回目のビームスキャンを行う。その後、第１のミラー１３３ａを第２の姿勢に変更することにより、照射領域１４１をＹ軸方向にＢｙ移動する。さらに、第１のミラー１３３ａを第２の姿勢とした状態で１軸ステージ１３８ａを駆動することにより、図１１Ｂに示される初期位置１４２ｓから、１回目のビームスキャンと反対方向に照射領域１４１を移動させて２回目のビームスキャンを行う。このようにして複数回のビームスキャンを行うことにより、マスク１４０の全体を照射することができる。

２．２．２ 被加工物における照射領域の移動
図１２は、本実施形態の第２の状態における被加工物１６０のレーザ加工方法の例を示す平面図である。図１２に示される「Ｓ＃１」から「Ｓ＃１２」までの加工対象領域は図３を参照しながら説明したものと同様である。第１の状態における被加工物１６０のレーザ加工方法については、図３を参照しながら説明したものと同様であるので説明を省略する。

まず、マスク１４０の倒立像が形成される領域に最初の加工対象領域Ｓ＃１が一致するように、ＸＹＺステージ７４を動作させて被加工物１６０を移動させ、ＸＹＺステージ７４を停止させる。
そして、第１のミラー１３３ａを第１の姿勢とする。マスク１４０にレーザ光を照射し、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１を、１軸ステージ１３８ａにより図１１Ｂの初期位置１４１ｓから右方向に移動させる。これにより、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１が、図１２における加工対象領域Ｓ＃１の初期位置１６１ｓから左方向に移動する。１回目のビームスキャン動作が終わったら、レーザ光の照射を停止させる。

その後、第１のミラー１３３ａを第２の姿勢とすることにより、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１を図１１Ｂの上方向にＢｙ移動させる。これにより、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１は図１２の下方向に移動する。
そして、マスク１４０にレーザ光を照射し、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１を、１軸ステージ１３８ａにより図１１Ｂの初期位置１４２ｓから左方向に移動させる。これにより、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１が、図１２における加工対象領域Ｓ＃１の初期位置１６２ｓから右方向に移動する。２回目のビームスキャン動作が終わったら、レーザ光の照射を停止させる。
ｎ回のビームスキャン動作によって、加工対象領域Ｓ＃１の加工が完了する。

次に、マスク１４０の倒立像が形成される領域に次の加工対象領域Ｓ＃２が一致するように、ＸＹＺステージ７４を動作させて被加工物１６０を移動させ、ＸＹＺステージ７４を停止させる。その後、最初の加工対象領域Ｓ＃１を加工したときと同様に、ｎ回のビームスキャン動作を行う。但し、マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１の移動経路は、最初の加工対象領域Ｓ＃１を加工したときの移動経路と反対方向となる。従って、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１は、図１２における加工対象領域Ｓ＃２の初期位置１６１ｓから左方向に移動し、上方向に移動した後、初期位置１６２ｓから右方向に移動する。

このようにして、ＸＹＺステージ７４をＸ軸方向又はＹ軸方向に動作させることにより、「Ｓ＃１」、「Ｓ＃２」、「Ｓ＃３」、・・・、「Ｓ＃１２」の順番に、加工対象領域が変更される。加工対象領域ごとにｎ回のビームスキャンが実施されることにより、レーザ加工が行われる。

２．２．３ レーザ加工制御部の動作
２．２．３．１ レーザ加工条件パラメータの読込
図１３は、本実施形態において実行されるレーザ加工条件パラメータの読込の処理内容の例を示すフローチャートである。図１３に示されるフローチャートは、図４のステップＳ１２のサブルーチンに相当しており、上述の比較例における図５のフローチャートの代わりに実行される。

ステップＳ３１ａにおいて、レーザ加工制御部１００は、図示せぬ記憶装置から以下のレーザ加工条件パラメータを読み込む。
（ａ）被加工物１６０の表面でのフルーエンスの目標値Ｆｔ
（ｂ）同じ位置への照射パルス数Ｎｐ
（ｃ）繰り返し周波数ｆ
（ｄ）Ｙ軸方向におけるマスク幅Ｂｍｙ
（ｅ）短辺に平行な方向における照射幅Ｂｘ
上記（ａ）～（ｃ）については比較例と同様である。

上記（ｄ）のＹ軸方向は、照射領域１４１の長辺に平行な方向に相当する。Ｙ軸方向におけるマスク幅Ｂｍｙは、パターンが形成されたパターン領域１４０ｐの幅でもよい。
上記（ｅ）の短辺に平行な方向における照射幅Ｂｘは、照射領域１４１の照射幅である。
レーザ加工制御部１００は、ステップＳ３１ａの後、図４のメインフローに復帰する。

２．２．３．２ 制御パラメータの計算及び設定
図１４は、本実施形態において実行されるレーザ加工装置１４の制御パラメータの計算及び設定の処理内容の例を示すフローチャートである。図１４に示されるフローチャートは、図４のステップＳ１６のサブルーチンに相当しており、上述の比較例における図６のフローチャートの代わりに実行される。

ステップＳ５３ａにおいて、レーザ加工制御部１００は、マスク１４０の表面でのフルーエンスの目標値Ｆｍｔを計算する。マスク１４０におけるレーザ光の照射領域１４１の面積は、被加工物１６０におけるレーザ光の照射領域１６１の面積の１／Ｍ^２倍であるので、マスク１４０の表面でのフルーエンスの目標値Ｆｍｔは、次の式（５）で表される。
Ｆｍｔ＝Ｍ^２・Ｆｔ ・・・（５）

ステップＳ５４ａにおいて、レーザ加工制御部１００は、ビームスキャン回数ｎを設定する。ビームスキャン回数ｎは、照射領域１４１をマスク１４０内でＸ軸方向に移動させてビームスキャンする回数である。ビームスキャン回数ｎは、次の式（６）のように、Ｙ軸方向におけるマスク幅Ｂｍｙを照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙで除算して得られた値以上で最小の整数として与えられる。
ｎ＝ｃｅｉｌ（Ｂｍｙ／Ｂｙ） ・・・（６）
ここで、ｃｅｉｌ（ｘ）は、ｘ以上で最小の整数を表すものとする。照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙは、マスク１４０の表面でのフルーエンスの目標値Ｆｍｔによって異なる。

上記式（６）に含まれるＢｍｙ／Ｂｙの分母と分子にそれぞれＦｍｔ・Ｂｘを乗算すると、次の式（７）が得られる。
ｎ＝ｃｅｉｌ（Ｆｍｔ・Ｂｍｙ・Ｂｘ／（Ｆｍｔ・Ｂｙ・Ｂｘ）） ・・・（７）
このとき、分母Ｆｍｔ・Ｂｙ・Ｂｘはマスク１４０の表面でのパルスエネルギーに相当する。マスク１４０の表面でのパルスエネルギーは、ほぼ目標パルスエネルギーＥｔに一致する。そこで、ビームスキャン回数ｎは次の式（８）によって決定される。
ｎ＝ｃｅｉｌ（Ｆｍｔ・Ｂｍｙ・Ｂｘ／Ｅｔ） ・・・（８）

ステップＳ５５ａにおいて、レーザ加工制御部１００は、ｎ回ビームスキャン用のフライアイレンズがレーザ光の光路に配置されるように、第２のアクチュエータ１３２ｂを制御する。ｎ回ビームスキャン用のフライアイレンズとは、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙが所定範囲内となるようなフライアイレンズをいうものとする。照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙの所定範囲は、例えば次の式（９）で表される。
Ｂｍｙ／ｎ≦Ｂｙ＜Ｂｍｙ／（ｎ－１） ・・・（９）
例えば、ビームスキャン回数ｎが２である場合に、２回ビームスキャン用のフライアイレンズとは、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅ＢｙがＢｍｙ／２以上、Ｂｍｙ未満となるようなフライアイレンズである。仮にそのようなフライアイレンズがレーザ加工装置１４に用意されていない場合には、ビームスキャン回数ｎを３に設定し直す。ビームスキャン回数ｎを３に設定し、３回ビームスキャン用のフライアイレンズを光路に配置することにより、フルーエンスＦの目標値Ｆｔを達成することができる。

ステップＳ５６～Ｓ５８の処理は、図６を参照しながら説明したものと同様である。ステップＳ５８の後、レーザ加工制御部１００は、図１４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。

２．２．３．３ ビームスキャン加工
図１５は、本実施形態において実行される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１５に示されるフローチャートは、図４のステップＳ２０のサブルーチンに相当し、上述の比較例における図７のフローチャートの代わりに実行される。

ステップＳ７１ａにおいて、レーザ加工制御部１００は、カウンタｎｘを初期値１にセットする。カウンタｎｘは、ビームスキャン回数ｎをカウントするために使用される。

ステップＳ７２及びＳ７３の処理は、図７を参照しながら説明したものと同様である。ステップＳ７３の後、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ７４ａに進む。

ステップＳ７４ａにおいて、レーザ加工制御部１００は、第１のミラー１３３ａの基準姿勢に対する回転角Δθを、次の式（１０）により設定する。
Δθ＝θｆｎ・（－（ｎ－１）／２＋ｎｘ－１）／２ ・・・（１０）
ここで、θｆｎは、ｎ回ビームスキャン用のフライアイレンズの一方の面に平行光が入射したときにｎ回ビームスキャン用のフライアイレンズの他方の面から出射する光の発散角である。発散角θｆｎは、全角で表される。

例えば、ビームスキャン回数ｎを２とした場合、１回目のビームスキャンにおいてはカウンタｎｘの値が１であるので、基準姿勢に対する回転角Δθは、－θｆｎ／４となる。２回目のビームスキャンにおいてはカウンタｎｘの値が２であるので、基準姿勢に対する回転角Δθはθｆｎ／４となり、この値は、１回目のビームスキャンにおける回転角Δθの値にθｆｎ／２を加算した値に相当する。第１のミラー１３３ａを発散角θｆｎの半分だけ回転させると、第１のミラー１３３ａによって反射されたレーザ光の光路の中心軸の方向は、発散角θｆｎと同等な角度だけ変化する。このとき、照射領域１４１のＹ軸方向の移動距離は、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙとほぼ等しくなる。

ステップＳ７５～Ｓ７９の処理は、図７を参照しながら説明したものと同様である。ステップＳ７９の後、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ８０ａに進む。

ステップＳ８０ａにおいて、レーザ加工制御部１００は、マスク１４０全体の照射が終了したか否かを判定する。マスク１４０全体の照射が終了したか否かは、ｎ回のビームスキャンが終了したか否か、すなわち、カウンタｎｘの値がビームスキャン回数ｎに達したか否かによって判定される。

ｎ回のビームスキャンが終了していない場合は、ステップＳ８０ａにおいてＮＯと判定される。ステップＳ８０ａにおいてＮＯと判定された場合、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ８１ａに進む。
ステップＳ８１ａにおいて、レーザ加工制御部１００は、カウンタｎｘの値に１を加算してカウンタｎｘの値を更新する。
ステップＳ８１ａの後、レーザ加工制御部１００は、ステップＳ７２に戻り、ビームスキャン方向を切り替えて、ｎ回のビームスキャンが終了するまでステップＳ７２からステップＳ８０ａまでの処理を繰り返す。

ｎ回のビームスキャンが終了した場合は、ステップＳ８０ａにおいてＹＥＳと判定される。ステップＳ８０ａにおいてＹＥＳと判定された場合、レーザ加工制御部１００は、図１５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。
他の点については、本実施形態の動作は比較例の動作と同様である。

２．３ 作用
本実施形態によれば、フルーエンスＦの目標値Ｆｔが高い場合に、照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙを小さくすることにより、フルーエンスＦを高くすることができる。照射領域１４１をＹ軸方向に移動して複数回のビームスキャンを行うことにより、マスク全体を照射することができる。

本実施形態においては、照射領域１４１の短辺に平行な方向における照射幅Ｂｘと独立に照射領域１４１の長辺に平行な方向における照射幅Ｂｙを変更するように構成されている。これにより、フルーエンスＦの調整しろが大きいレーザ加工装置１４を実現できる。

本実施形態においては、第１のミラー１３３ａをＸ軸に平行な軸周りに回転させることにより、照射領域１４１をＹ軸方向に移動する。これによれば、１軸ステージ１３８ａによって整形光学系１３０ａの全体をＹ軸方向に移動するような構成や、マスク１４０と被加工物１６０とを同期させてＹ軸方向に移動するような構成に比べて、照射領域１４１を高速で移動することができる。従って、複数回のビームスキャンを行うために照射領域１４１をＹ軸方向に移動する動作を短時間で行い、レーザ加工の生産性を向上できる。

本実施形態においては、第１のミラー１３３ａが、第１及び第２のフライアイレンズ１３４ａ及び１３４ｂのうちのレーザ光の光路に配置されたフライアイレンズと、第１のコンデンサレンズ１３６ａとの間に配置されている。これによれば、第１のミラー１３３ａは、基準姿勢に対して傾けられたときに、レーザ光の光路の中心軸を傾け、このレーザ光を第１のコンデンサレンズ１３６ａに対して斜めに入射させる。そして、第１のコンデンサレンズ１３６ａは、第１のミラー１３３ａによって傾けられたレーザ光の光路の中心軸を、マスク１４０の表面に対してほぼ垂直な方向に戻すことができる。

３． その他
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。

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。

Claims (15)

1. 被加工物を載置する載置台と、
   レーザ光の一部を遮断するように構成されたマスクにおける前記レーザ光の照射領域が短辺及び長辺を有する矩形状となるように、前記レーザ光を整形する整形光学系であって、
   前記短辺に平行な方向における前記照射領域の第１の照射幅と独立に、前記長辺に平行な方向における前記照射領域の第２の照射幅を変更可能であり、
   前記照射領域を前記長辺に平行な方向に移動可能であるように構成された
   前記整形光学系と、
   前記マスクのパターンを前記載置台に載置された前記被加工物に投影するように構成された投影光学系と、
   前記照射領域を前記短辺に平行な方向に移動可能に構成された移動装置と、
   を備え、
   前記整形光学系は、
   前記レーザ光の光路に配置された第１のミラーと、
   前記第１のミラーの姿勢を変更することにより前記照射領域を前記長辺に平行な方向に移動可能に構成された第１のアクチュエータと、
   互いに異なる発散角を有する第１のフライアイレンズ及び第２のフライアイレンズと、
   前記第１のフライアイレンズを前記レーザ光の光路に配置した第１の状態と、前記第２のフライアイレンズを前記レーザ光の光路に配置した第２の状態と、を切り替えることにより前記照射領域の前記第２の照射幅を変更可能に構成された第２のアクチュエータと、
   を含む
   レーザ加工装置。
2. 請求項１記載のレーザ加工装置であって、
   前記整形光学系は、前記第１のフライアイレンズ及び前記第２のフライアイレンズのうちのいずれかを通過した前記レーザ光が入射する第１のコンデンサレンズをさらに含む、レーザ加工装置。
3. 請求項２記載のレーザ加工装置であって、
   前記第１の状態における前記照射領域の前記第２の照射幅は、前記長辺に平行な方向における前記マスクの前記パターンが形成されたパターン領域の幅以上であり、
   前記第２の状態における前記照射領域の前記第２の照射幅は、前記長辺に平行な方向における前記マスクの前記パターンが形成されたパターン領域の幅より小さい、レーザ加工装置。
4. 請求項２記載のレーザ加工装置であって、
   前記第１のフライアイレンズ及び前記第２のフライアイレンズの各々は、複数のシリンドリカル面を有し、前記複数のシリンドリカル面の各々は、前記短辺に平行な焦点軸を有する、レーザ加工装置。
5. 請求項４記載のレーザ加工装置であって、
   前記第１のコンデンサレンズは、シリンドリカル面を有し、前記シリンドリカル面は、前記短辺に平行な焦点軸を有する、レーザ加工装置。
6. 請求項４記載のレーザ加工装置であって、
   前記整形光学系は、前記レーザ光の光路に配置された第３のフライアイレンズをさらに含み、
   前記第３のフライアイレンズは、複数のシリンドリカル面を有し、前記複数のシリンドリカル面の各々は、前記長辺に平行な焦点軸を有する、レーザ加工装置。
7. 請求項６記載のレーザ加工装置であって、
   前記整形光学系は、前記第３のフライアイレンズを通過した前記レーザ光が入射する第２のコンデンサレンズをさらに含み、
   前記第２のコンデンサレンズは、シリンドリカル面を有し、前記シリンドリカル面は、前記長辺に平行な焦点軸を有する、レーザ加工装置。
8. 請求項２記載のレーザ加工装置であって、
   前記第１のミラーは、前記第１のフライアイレンズ及び前記第２のフライアイレンズのうちの前記レーザ光の光路に配置されたフライアイレンズと、前記第１のコンデンサレンズと、の間に配置された、レーザ加工装置。
9. 請求項２記載のレーザ加工装置であって、
   前記整形光学系は、前記レーザ光の光路に配置された第３のフライアイレンズをさらに含み、
   前記第１のミラーは、前記第１のフライアイレンズ及び前記第２のフライアイレンズのうちの前記レーザ光の光路に配置されたフライアイレンズと、前記第３のフライアイレンズと、の間に配置された、レーザ加工装置。
10. 請求項２記載のレーザ加工装置であって、
    前記第１のアクチュエータは、前記短辺に平行な軸周りに前記第１のミラーを回転させることにより前記照射領域を前記長辺に平行な方向に移動可能に構成された、レーザ加工装置。
11. 請求項１０記載のレーザ加工装置であって、
    前記移動装置は、前記整形光学系を前記短辺に平行な方向に移動することにより前記照射領域を前記短辺に平行な方向に移動可能に構成された、レーザ加工装置。
12. 請求項１１記載のレーザ加工装置であって、
    前記整形光学系は、前記整形光学系に対して前記短辺に平行な方向に入射する前記レーザ光の光路に配置された第２のミラーをさらに含む、レーザ加工装置。
13. 請求項１２記載のレーザ加工装置であって、
    前記第２のミラーは、前記レーザ光が前記第１のミラーに前記長辺に平行な方向に入射するように前記レーザ光を反射するように構成された、レーザ加工装置。
14. 請求項１２記載のレーザ加工装置であって、
    前記第１のフライアイレンズ及び前記第２のフライアイレンズは、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間に配置される、レーザ加工装置。
15. 被加工物の加工方法であって、
    前記被加工物を載置する載置台と、
    レーザ光の一部を遮断するように構成されたマスクにおける前記レーザ光の照射領域が短辺及び長辺を有する矩形状となるように、前記レーザ光を整形する整形光学系であって、
    前記短辺に平行な方向における前記照射領域の第１の照射幅と独立に、前記長辺に平行な方向における前記照射領域の第２の照射幅を変更可能であり、
    前記照射領域を前記長辺に平行な方向に移動可能であるように構成された
    前記整形光学系と、
    前記マスクのパターンを前記載置台に載置された前記被加工物に投影するように構成された投影光学系と、
    前記照射領域を前記短辺に平行な方向に移動可能に構成された移動装置と、
    を備え、
    前記整形光学系は、
    前記レーザ光の光路に配置された第１のミラーと、
    前記第１のミラーの姿勢を変更することにより前記照射領域を前記長辺に平行な方向に移動可能に構成された第１のアクチュエータと、
    互いに異なる発散角を有する第１のフライアイレンズ及び第２のフライアイレンズと、
    前記第１のフライアイレンズを前記レーザ光の光路に配置した第１の状態と、前記第２のフライアイレンズを前記レーザ光の光路に配置した第２の状態と、を切り替えることにより前記照射領域の前記第２の照射幅を変更可能に構成された第２のアクチュエータと、
    を含む
    レーザ加工装置を用いて、
    前記照射領域が矩形状となるように前記レーザ光を整形し、
    前記マスクの前記パターンを前記載置台に載置された前記被加工物に投影し、
    前記照射領域を前記短辺に平行な方向に移動させること
    を含む被加工物の加工方法。

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