CN111417487A - 激光加工方法和激光加工系统 - Google Patents

Abstract

一种激光加工方法，对相对于紫外线透明的透明材料实施激光加工，其中，该激光加工方法具有以下步骤：A.定位步骤，以使转印位置成为在光轴方向上从透明材料的表面起以规定的深度ΔZsf进入透明材料的内部后的位置的方式对转印像的转印位置进行定位；B.照射条件取得步骤；C.判定步骤，根据照射条件，判定透明材料的表面上的脉冲激光的最大注量是否在规定的范围内；以及D.控制步骤，在判定为最大注量在规定的范围内的情况下，容许脉冲激光的照射，其中，目标注量为与脉冲激光的光轴垂直的方向上的、转印位置处的射束的截面内的平均注量，将透明材料的表面上的射束的截面分割为多个小区域，最大注量为分割后的每个小区域的注量中的最大值。

Description

激光加工方法和激光加工系统

技术领域

本公开涉及激光加工方法和激光加工系统。

背景技术

关于半导体集成电路的细微化、高集成化，在半导体曝光装置中要求分辨率的提高。以下，将半导体曝光装置简称作“曝光装置”。因此，推进了从曝光用光源输出的光的短波长化。替代现有的汞灯，曝光用光源使用气体激光装置。目前，作为曝光用气体激光装置，使用输出波长为大约248.4nm的紫外线的KrF准分子激光装置和输出波长为大约193.4nm的紫外线的ArF准分子激光装置。

作为目前的曝光技术，如下浸液曝光被实用化：用液体充满曝光装置侧的投影透镜与晶片之间的间隙，改变该间隙的折射率，由此，使曝光用光源的外观上的波长短波长化。在使用ArF准分子激光装置作为曝光用光源进行了浸液曝光的情况下，对晶片照射等价的波长为134nm的紫外光。将该技术称作ArF浸液曝光。ArF浸液曝光也称作ArF浸液光刻。

KrF、ArF准分子激光装置的自然振荡中的光谱线宽为大约350～400pm，较宽，因此，产生通过曝光装置侧的投影透镜缩小投影在晶片上的激光(紫外线光)的色像差，分辨率下降。因此，需要直到色像差成为可无视的程度为止使从气体激光装置输出的激光的光谱线宽窄带化。光谱线宽也称作光谱宽度。因此，在气体激光装置的激光谐振器内设置有具有窄带化元件的窄带化部(Line Narrow Module)，通过该窄带化部实现了光谱宽度的窄带化。另外，窄带化元件也可以为标准具、光栅等。将以这样的方式使光谱宽度窄带化的激光装置称作窄带化激光装置。

此外，准分子激光的脉冲宽度为1ns～100ns，中心波长分别短为248.4nm和193.4nm。准分子激光利用这样的特性，除了曝光用途以外，有时被用于高分子材料、玻璃材料等的直接加工。高分子材料能够通过具有比耦合能量高的光子能量的准分子激光，切断高分子材料的耦合。因此，已知能够进行非加热加工，加工形状变得美观。此外，已知有由于玻璃、陶瓷等的针对准分子激光的吸收率较高，所以也能够进行难以在可见激光和红外线激光中进行加工的材料的加工。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2008/126742号公报

专利文献2：美国公开2015/0034613号公报

专利文献3：日本特开平4-111800号公报

专利文献4：日本特开2005-066687号公报

专利文献5：日本特开2003-119044号公报

发明内容

本公开的1个观点的激光加工方法使用激光加工系统对相对于紫外线透明的透明材料实施激光加工，该激光加工系统具有：激光装置，其输出紫外线的脉冲激光；转印掩模，其形成有使脉冲激光透过的转印图案；以及转印光学系统，其对转印像进行转印，该转印像是通过使脉冲激光透过转印图案而形成的，且形状与转印图案对应，其中，该激光加工方法具有以下步骤：

A.定位步骤，在脉冲激光的光轴方向上进行由转印光学系统转印的转印像的转印位置与透明材料之间的相对定位，在该定位步骤中，以使转印位置成为在光轴方向上从透明材料的表面起以规定的深度ΔZsf进入透明材料的内部后的位置的方式进行定位；

B.照射条件取得步骤，取得包含转印位置处的脉冲激光的目标注量和深度ΔZsf的照射条件；

C.判定步骤，根据照射条件，判定透明材料的表面上的脉冲激光的最大注量是否在规定的范围内；以及

D.控制步骤，在判定为最大注量在规定的范围内的情况下，容许脉冲激光的照射，

其中，目标注量为与脉冲激光的光轴垂直的方向上的、转印位置处的射束的截面内的平均注量，最大注量为将透明材料的表面上的射束的截面分割为多个小区域后，被分割的每个小区域的注量中的最大值。

本公开的1个观点的激光加工方法使用激光加工系统对相对于紫外线透明的透明材料实施激光加工，该激光加工系统具有：激光装置，其输出紫外线的脉冲激光；以及聚光光学系统，其使脉冲激光会聚，其中，该激光加工方法具有以下步骤：

A.定位步骤，在脉冲激光的光轴方向上进行脉冲激光的射束腰部位置与透明材料之间的相对定位，在该定位步骤中，以使射束腰部位置成为在光轴方向上从透明材料的表面起以规定的深度ΔZsfw进入透明材料的内部后的位置的方式进行定位；

B.照射条件取得步骤，取得包含射束腰部位置处的脉冲激光的目标注量和深度ΔZsf的照射条件；

C.判定步骤，根据照射条件，判定透明材料的表面上的脉冲激光的最大注量是否在规定的范围内；以及

D.控制步骤，在判定为最大注量在规定的范围内的情况下，容许脉冲激光的照射，

其中，目标注量为与脉冲激光的光轴垂直的方向上的、射束腰部位置处的射束的截面内的平均注量，最大注量为将透明材料的表面上的射束的截面分割为多个小区域后，被分割的每个小区域的注量中的最大值。

本公开的1个观点的激光加工系统对相对于紫外线透明的透明材料照射紫外线的脉冲激光，从而实施激光加工，其中，该激光加工系统具有：

A.激光装置，其输出脉冲激光；

B.转印掩模，在该转印掩模上形成有使从激光装置输出的脉冲激光透过的转印图案；

C.转印光学系统，其将转印像转印到透明材料，该转印像是通过使脉冲激光透过转印图案而形成的，且形状与转印图案对应；

D.定位机构，其在脉冲激光的光轴方向上进行由转印光学系统转印的转印像的转印位置与透明材料之间的相对定位，该定位机构以使转印位置成为在光轴方向上从透明材料的表面起以规定的深度ΔZsf进入透明材料的内部后的位置的方式进行定位；

E.照射条件取得部，其取得包含转印位置处的脉冲激光的目标注量和深度ΔZsf的照射条件；

F.判定部，其根据照射条件，判定透明材料的表面上的脉冲激光的最大注量是否在规定的范围内；以及

G.控制部，在判定为最大注量在规定的范围内的情况下，该控制部容许脉冲激光的照射，

其中，目标注量为与脉冲激光的光轴垂直的方向上的、转印位置处的射束的截面内的平均注量，最大注量为将透明材料的表面上的射束的截面分割为多个小区域后，被分割的每个小区域的注量中的最大值。

附图说明

以本公开的多个实施方式为单纯的例子，以下参照附图进行说明。

图1概略性地示出比较例的激光加工系统的结构。

图2是转印位置FP的说明图。图2A是将转印位置FP设定于被加工物的表面的例子，图2B是将转印位置FP设定与从被加工物的表面起进入内部后的位置的例。

图3是示出比较例的激光加工过程的流程图。

图4是示出比较例的激光加工的处理过程的流程图。

图5是示出实施了第1实施方式中的激光加工的情况下的被加工物的状态转变的说明图。图5A示出结合将脉冲激光的转印位置从被加工物的表面起以深度ΔZsf进入内部后的位置而照射脉冲激光的状态。图5B示出刚刚照射脉冲激光之后的被加工物的加工状态。图5C示出脉冲激光进行自收敛的状态。图5D示出基于脉冲激光的照射的被加工物的加工状态。

图6是在表面附近产生孔H的裂纹CR的说明图。

图7是拍摄有裂纹CR的照片。

图8是顶帽型射束轮廓的说明图。

图9是高斯分布的射束轮廓的说明图。

图10是作为求出最大注量的基础的小区域的注量的说明图。

图11是示出使用转印光学系统的脉冲激光的射束的集束和发散的方式的说明图。

图12是示出使转印位置FP位于被加工物41的内部的情况下的脉冲激光的射束的方式的说明图。

图13是示出距转印位置FP的各距离ZL处的射束的截面SP的形状和光强度分布的计测数据。图13A是距离ZL为最大的位置的计测数据。图13E是距离ZL为“0”的转印位置FP处的计测数据。图13C和图13D是图13A与图13E之间的各距离ZL处的计测数据。

图14是示出距离ZL与光强度比R的相关关系数据的曲线图。

图15是示出转印位置FP处的目标注量Ft与加工深度ΔZd的关系的第1曲线图。

图16是与图15不同的条件的第2曲线图。

图17是按照图15和图16的曲线图所包含的条件进行了加工的情况下的裂纹CR的产生状况的照片。

图18是与图16不同的条件的第3曲线图。

图19是与图18不同的条件的第4曲线图。

图20是按照图19和图18的曲线图所包含的条件加工的情况下的裂纹CR的产生状况的照片。

图21是汇总图15至图20所示的实验结果的表。

图22概略性地示出第1实施方式的激光加工系统的结构。

图23是示出第1实施方式的激光加工过程的流程图。

图24是示出第1实施方式的最大注量的评价过程的流程图。

图25是示出照射脉冲数N与加工深度ΔZd的关系的曲线图。

图26概略性地示出第2实施方式的激光加工系统的结构。

图27是示出使用聚光光学系统的情况下的脉冲激光的方式的说明图。

图28是射束腰部位置和被加工物的表面上的射束轮廓的说明图。

图29是示出第2实施方式的距离ZLw与光强度比R的相关关系数据的曲线图。

图30是示出第2实施方式的激光加工过程的流程图。

图31是示出第2实施方式的最大注量的评价过程的流程图。

图32是示出激光加工的处理过程的流程图。

图33示出第3实施方式的激光加工系统的结构的概略。

图34是示出相关关系数据的取得过程的流程图。

图35是示出最大光强度和平均光强度的计算过程的流程图。

图36是示出最大光强度的计算过程的流程图。

图37示出激光加工装置的第1变形例。

图38示出激光加工装置的第2变形例。

图39示出激光装置的第1变形例。

图40示出激光装置的第2变形例。

具体实施方式

<内容>

1.概要

2.比较例的激光加工系统和激光加工方法

2.1结构

2.1.1整体结构

2.1.2转印位置的深度ΔZsf

2.2动作

2.2.1高纵横比的孔加工的估计机制

2.3课题

3.产生裂纹的原因的分析

4.第1实施方式的激光加工系统和激光加工方法

4.1结构

4.2动作

4.3作用

4.4优选的加工条件

4.4.1脉冲激光的脉冲宽度

4.4.2射束的直径Di的范围

4.4.3被加工物41为合成石英玻璃的情况下的优选条件

4.4.3.1脉冲激光的波长

4.4.3.2深度ΔZsf的范围

4.4.3.3目标注量Ft的范围

4.4.3.4最大注量Fsfp的容许范围

4.4.3.5照射脉冲数N的范围

4.5其他

5.第2实施方式的激光加工系统和激光加工方法

5.1结构

5.1结构

5.2动作

5.3作用

5.4其他

6.第3实施方式的激光加工系统和激光加工方法

6.1结构

6.2动作

6.3作用

6.4其他

7.激光加工装置的变形例

7.1变形例7-1

7.2变形例7-2

8.激光装置的变形例

8.1变形例8-1

8.2变形例8-2

以下，参照附图详细地说明本公开的实施方式。以下说明的实施方式示出本公开的多个例子，不限定本公开的内容。此外，在各实施方式中说明的结构和动作全部不一定作为本公开的结构和动作是必需的。另外，对相同的结构要素标注相同的参考标号，并省略重复的说明。

1.概要

本公开涉及对被加工物照射激光而进行激光加工的激光加工系统和激光加工方法。

2.比较例的激光加工系统和激光加工方法

2.1结构

2.1.1整体结构

图1概略性地示出比较例的激光加工系统的结构。激光加工系统2具有激光装置3和激光加工装置4。激光装置3和激光加工装置4通过光路管5连接。

激光装置3包含主振荡器10、监视器模块11、快门12和激光控制部13。激光装置3是使用包含氩(Ar)和氟(F)的ArF激光气体作为激光介质的ArF准分子激光装置。激光装置3输出中心波长为大约193.4nm的ArF激光即紫外线的脉冲激光。

主振荡器10包含激光腔21、一对电极22a和22b、充电器23和脉冲功率模块(PPM)24。在图1中示出了从与激光的行进方向大致垂直的方向观察到的激光腔21的内部结构。

激光腔21是封入有ArF激光气体的腔。一对电极22a和22b作为用于通过放电激发激光介质的电极，配置在激光腔21内。

在激光腔21中形成开口，电绝缘部28堵塞该开口。电极22a被支承于电绝缘部28，电极22b被支承于返回板21d。该返回板21d通过未图示的配线与激光腔21的内面连接。在电绝缘部28中嵌入有导电部。导电部将从脉冲功率模块24供给的高电压施加到电极22a。

充电器23是以规定的电压对脉冲功率模块24中的未图示的充电电容器充电的直流电源装置。脉冲功率模块24包含开关24a，该开关24a通过激光控制部13控制。当开关24a从断开变为接通时，脉冲功率模块24根据充电器23所保持的电能生成脉冲状的高电压，对一对电极22a和22b之间施加该高电压。

当对一对电极22a和22b之间施加高电压时，一对电极22a和22b之间的绝缘损坏，产生放电。通过该放电的能量，激光腔21内的激光介质被激发，转移到高能级。在被激发的激光介质之后转移到低能级时，释放与该能级差对应的光。

在激光腔21的两端设置有窗21a和21b。在激光腔21内产生的光经由窗21a和21b射出到激光腔21的外部。

主振荡器10还包含后视镜26和输出耦合镜27。在后视镜26上涂布高反射膜，在输出耦合镜27上涂布部分反射膜。后视镜26对从激光腔21的窗21a射出的光以较高的反射率进行反射，并返回激光腔21。输出耦合镜27使从激光腔21的窗21b输出的光中的一部分透过并输出，使其他的一部分反射并返回激光腔21内。

因此，由后视镜26和输出耦合镜27构成光谐振器。激光腔21配置在光谐振器的光路上。从激光腔21射出的光在后视镜26与输出耦合镜27之间往返，每次通过电极22a与电极22b之间的激光增益空间时被放大。所放大的光的一部分经由输出耦合镜27作为脉冲激光输出。

监视器模块11配置在从主振荡器10射出的脉冲激光的光路上。监视器模块11例如包含分束器11a和光传感器11b。

分束器11a使从主振荡器10射出的脉冲激光以较高的透过率朝向快门12透过，并且使脉冲激光的一部分朝向光传感器11b的受光面反射。光传感器11b检测入射到受光面的脉冲激光的脉冲能量，将检测出的脉冲能量的数据输出到激光控制部13。

激光控制部13与激光加工控制部32之间收发各种信号。例如，激光控制部13从激光加工控制部32接收发光触发Tr、目标脉冲能量Et的数据等。此外，激光控制部13向充电器23发送充电电压的设定信号，并且向脉冲功率模块24发送开关24a的接通或断开的指令信号。

激光控制部13从监视器模块11接收脉冲能量的数据，参考接收到的脉冲能量的数据来控制充电器23的充电电压。通过控制充电器23的充电电压，可控制脉冲激光的脉冲能量。

快门12配置在透过监视器模块11的分束器11a的脉冲激光的光路上。激光控制部13控制成在开始激光振荡之后到从监视器模块11接收的脉冲能量与目标脉冲能量Et之差在容许范围内为止的期间内，关闭快门12。激光控制部13控制成如果从监视器模块11接收的脉冲能量与目标脉冲能量Et之差在容许范围内，则打开快门12。激光控制部13与快门12的开闭信号同步地将表示能够受理脉冲激光的发光触发Tr的信号发送到激光加工装置4的激光加工控制部32。

激光加工装置4包含激光加工控制部32、工作台33、XYZ载台34、光学系统36、壳体37和框架38。在壳体37内配置有光学系统36。在框架38上固定有壳体37和XYZ载台34。

工作台33支承被加工物41。被加工物41是被照射脉冲激光而进行激光加工的加工对象。被加工物41为相对于紫外线的脉冲激光透明的透明材料，例如为合成石英玻璃。激光加工例如为在被加工物41上开孔的孔加工。XYZ载台34正支承工作台33。XYZ载台34能够在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上移动，通过调整工作台33的位置，能够调整被加工物41的位置。XYZ载台34根据激光加工控制部32的控制，以使从光学系统36射出的脉冲激光照射到期望的加工位置的方式调整被加工物41的位置。

激光加工系统2例如对被加工物41的1个位置或多个位置实施孔加工。在激光加工控制部32中依次设置有与多个加工位置对应的位置数据。各加工位置的位置数据例如是规定了以XYZ载台34的原点位置为基准的、各加工位置的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上的各个位置的坐标数据。激光加工控制部32根据这样的坐标数据来控制XYZ载台34的移动量，从而对XYZ载台34上的被加工物41进行定位。

光学系统36例如具有高反射镜36a～36c、转印掩模47和转印透镜48，将与加工形状对应的像转印到被加工物41的表面。高反射镜36a～36c、转印掩模47和转印透镜48分别固定于未图示的保持架，并配置于壳体37内的规定的位置。

高反射镜36a～36c对紫外线区域的脉冲激光以较高的反射率进行反射。高反射镜36a将从激光装置3输入的脉冲激光朝向高反射镜36b反射，高反射镜36b将脉冲激光朝向高反射镜36c反射。高反射镜36c将脉冲激光朝向转印透镜48反射。高反射镜36a～36c例如在由合成石英、氟化钙形成的透明基板的表面上涂布反射膜，该反射膜对脉冲激光进行高反射。

转印掩模47配置在高反射镜36b及36c之间的光路上。转印掩模47通过使被高反射镜36b反射的脉冲激光的一部分透过，形成与针对被加工物41的加工形状对应的脉冲激光的像。转印掩模47例如在具有遮挡脉冲激光的遮光性的遮光板上形成有转印图案，该转印图案由使光透过的透过孔构成。这里，将与转印掩模47的转印图案的形状对应地形成的脉冲激光的像称作转印像。

在本例子中，转印掩模47的转印图案为圆形的针孔。本例子的激光加工装置4使用这样的转印掩模47，对被加工物41实施孔加工，在该孔加工中，形成截面为圆形的孔。此外，转印掩模47具有能够变更针孔的大小的可变机构，能够根据对被加工物41的加工尺寸来调节针孔的大小。激光加工控制部32控制转印掩模47的可变机构而调节针孔的大小。

转印透镜48使所入射的脉冲激光会聚，经由窗42将所会聚的脉冲激光朝向被加工物41射出。转印透镜48构成转印光学系统，该转印光学系统使通过在转印掩模47中透过而生成的脉冲激光的针孔形状的转印像形成在与转印透镜48的焦距对应的位置。这里，将借助转印透镜48的作用形成转印像的成像位置称作转印位置。

该转印位置的Z轴方向上的位置根据预先取得的照射条件，被设定为以供脉冲激光入射的入射侧的表面为基准的规定位置。转印位置的Z轴方向上的定位相当于脉冲激光的光轴方向上的定位。之后叙述该转印位置的定位。此外，以下，在简称作被加工物41的表面的情况下，表示被加工物41的入射侧的表面。这里，Z轴方向与射出转印透镜48并入射到被加工物41的脉冲激光的光轴方向平行。

转印透镜48通过多个透镜的组合来构成。转印透镜48是如下的缩小光学系统：使比设置在转印掩模47上的针孔的实际尺寸小的尺寸的针孔形状的转印像形成在转印位置。由转印透镜48构成的转印光学系统的倍率M例如为M＝1/10～1/5。此外，在本例子中，以组合透镜的例子示出了转印透镜48，但是，在使1个较小的圆形的转印像形成在转印透镜48的光轴上附近的情况下，也可以由单透镜构成转印透镜48。

窗42配置于转印透镜48与被加工物41之间的光路上，在被O型环(未图示)密封的状态下固定于开口，该开口形成在壳体37上。

衰减器52配置在壳体37内的、高反射镜36a与高反射镜36b之间的光路上。衰减器52例如包含2个部分反射镜52a和52b、这些部分反射镜的旋转载台52c和52d。2个部分反射镜52a及52b是透过率与脉冲激光的入射角度对应地发生变化的光学元件。部分反射镜52a与部分反射镜52b的倾斜角度通过旋转载台52c和旋转载台52d调整成脉冲激光的入射角度相互一致并且成为期望的透过率。

由此，脉冲激光减少为期望的脉冲能量，通过衰减器52。衰减器52根据激光加工控制部32的控制信号，控制透过率T。激光加工控制部32除了通过目标脉冲能量Et来控制激光装置3输出的脉冲激光的注量以外，还控制衰减器52的透过率T，从而控制脉冲激光的注量。如果使目标脉冲能量Et发生变化，则能够使注量发生变化，但是，在激光装置3的主振荡器10中，难以使脉冲能量较大发生变化。通过使用衰减器52，即使主振荡器10的输出是固定的，也能够使注量发生变化。

在壳体37的内部，在激光加工系统2的运转中，始终流过作为惰性气体的氮(N₂)气体。在壳体37上设置有将氮气吸入壳体37内的吸入口37a和从壳体37将氮气排出到外部的排出口37b。吸入口37a和排出口37b能够与未图示的进气管、排出管连接。吸入口37a和排出口37b在与进气管、排出管连接的状态下，被O型环(未图示)密封，以使抑制外部气体混入到壳体37内。吸入口37a与氮气提供源43连接。此外，激光装置3内的光路被密封，通过作为惰性气体的氮气净化。

光路管5内也流过氮气，光路管5也在激光加工装置4的连接部分与激光装置3的连接部分处通过O型环密封。

2.1.2转印位置的深度ΔZsf

如图2所示，激光加工控制部32以被加工物41的表面41a为基准进行脉冲激光PL的转印位置FP与被加工物41在Z轴方向上的相对定位。具体而言，激光加工控制部32以使转印位置FP成为沿光轴方向从被加工物41的表面41a起以规定的深度ΔZsf进入被加工物41的内部后的位置的方式进行定位。深度ΔZsf被作为照射条件输入。激光加工控制部32根据深度ΔZsf的值来控制XYZ载台34，以进行转印位置FP与被加工物41在Z轴方向上的定位。

如图2A所示，在深度ΔZsf的值为0mm的情况下，转印位置FP设定为表面41a的位置。该情况下，在Z轴方向上，转印位置FP与被加工物41的表面41a一致。如图2B所示，在ΔZsf的值例如为1mm等大于0的情况下，根据该值将转印位置FP设定为从表面41a起以深度ΔZsf进入内部后的位置。激光加工控制部32相当于通过控制作为定位机构的XYZ载台34来在脉冲激光的光轴方向上进行转印位置FP与被加工物41的相对定位的定位控制部。

2.2动作

参照图3和图4，说明激光加工系统2的动作。如图3所示，在进行激光加工的情况下，将被加工物41设置在XYZ载台34的工作台33上(S1100)。激光加工控制部32将初始的加工位置的位置数据设定在XYZ载台34中(S1200)。

激光加工控制部32控制XYZ载台34，以调整被加工物41的XY平面的位置(S1300)。在S1300中，激光加工控制部32通过根据位置数据所包含的XY平面内的坐标数据来控制XYZ载台34的移动量，调整被加工物41的XY平面内的位置。由此，对被加工物41的XY平面内的位置进行定位。

激光加工控制部32取得脉冲激光PL的照射条件(S1400)。照射条件的数据例如通过操作员的操作从操作面板等手动地输入，并存储到激光加工控制部32内的存储器、外部的数据存储装置中。激光加工控制部32通过从存储器、数据存储装置读取照射条件的数据，取得照射条件。照射条件中包含转印位置FP处的目标注量Ft、转印位置FP的深度ΔZsf、要照射的脉冲激光的照射脉冲数N和脉冲激光的重复频率f。另外，照射条件中的、深度ΔZsf包含在S1200中设定的位置数据中。

接着，激光加工控制部32以使脉冲激光PL的转印像的转印位置FP达到照射条件的深度ΔZsf的方式控制XYZ载台34，以调整被加工物41的Z轴方向上的位置(S1500)。

在本例中，转印位置FP根据转印掩模47与转印透镜48之间的距离和转印透镜48的焦距等来确定。因此，在S1500中，激光加工控制部32通过控制XYZ载台34的移动量，进行脉冲激光PL的转印像的转印位置FP与被加工物41的表面41a在Z轴方向上的相对定位。如上所述，Z轴方向与入射到被加工物41的脉冲激光的光轴方向平行，因此，Z轴方向上的定位相当于脉冲激光的光轴方向上的定位。

当被加工物41的定位结束时，进行激光加工(S1600)。在针对初始的加工位置的激光加工已结束时，在存在下一个加工位置的情况下(S1700中的“是”)，激光加工控制部32将下一个加工位置的位置数据设定在XYZ载台34中(S1800)。然后，激光加工控制部32进行被加工物41向下一个加工位置的移动和照射条件的取得(S1300至S1500)。在下一个加工位置处，对被加工物41进行激光加工(S1600)。在不存在下一个加工位置的情况下，激光加工结束(S1700中的“是”)。直到针对全部加工位置的激光加工结束为止，重复这样的过程。

在本例子中，按照每个加工位置，进行XY平面的位置和Z轴方向上的位置双方的调整。此外，按照每个加工位置取得了照射条件。但是，在多个加工位置之间，Z轴方向上的位置相同并且照射条件也相同的情况下，也可以如下所示。

即，也可以在初始的加工位置处实施取得照射条件的步骤S1400和调整Z轴方向上的位置的步骤S1500之后，针对在此之后的加工位置，省略步骤S1400和S1500。该情况下，例如，在设定初始的加工位置的位置数据的步骤S1200之后，首先，实施取得照射条件的步骤S1400和调整Z轴方向上的位置的步骤S1500。然后，实施步骤S1300，调整与初始的加工位置相关的XY平面的位置，实施步骤SS1600。然后，在针对下一个加工位置实施步骤S1800之后，仅实施步骤S1300，省略步骤S1400和S1500，实施步骤S1600。

按照图4所示的流程图进行图3中的S1600的激光加工。激光加工控制部32向激光装置3的激光控制部13发送目标脉冲能量Et。由此，激光控制部13设定目标脉冲能量Et(S1601)。

激光控制部13在从激光加工控制部32接收到目标脉冲能量Et时，关闭快门12，使充电器23工作。然后，激光控制部13通过未图示的内部触发器，使脉冲功率模块24的开关24a接通。由此，主振荡器10进行激光振荡。

监视器模块11对从主振荡器10输出的脉冲激光进行采样，计测作为脉冲能量的实测值的脉冲能量E。激光控制部13控制充电器23的充电电压，以使脉冲能量E与目标脉冲能量Et之差ΔE接近0。具体而言，激光控制部13控制充电电压，以使差ΔE在容许范围。

激光控制部13监视差ΔE是否在容许范围(S1602)。在差ΔE在容许范围的情况下(S1602中的“是”)，激光控制部13向激光加工控制部32发送通知发光触发Tr的接收准备已完成的接收准备完成信号，并且打开快门12。由此，激光装置3成为发光触发Tr的接收准备完成状态(S1603)。

在接收到接收准备完成信号的情况下，激光加工控制部32将衰减器52的透过率T设定成脉冲激光的转印像的转印位置FP处的注量成为用照射条件规定的目标注量Ft(S1604)。

在不存在光学系统36的光损耗的情况下，转印位置FP处的注量F根据下述式(1)求出。

F＝(Et/Tsl)·T/{π(Di/2)²}……(1)

其中，T为衰减器的透过率，Et为从激光装置输出的脉冲激光的脉冲能量，Tsl为转印掩模47中的脉冲激光的透过率，Di为转印像的直径。换言之，Di为与脉冲激光的光轴方向垂直的射束的截面、即转印位置处的射束的截面的直径。

在不存在光学系统36的光损耗的情况下，衰减器的透过率T通过上述式(1)至下述式(2)来求出。

T＝π(Di/2)²·F/(Et·Tsl)……(2)

另外，上述式(2)是假设为如下情况的式：如高反射镜36a～36c、转印透镜48、窗42的透过率为100％那样，不存在光学系统36的光损耗。由于考虑光学系统36的光损耗，也可以使用光学系统36的透过率TS0，如下述式(3)那样计算。

T＝π(Di/2)²·F/(Et·Tsl·TS0)……(3)

激光加工控制部32在设定衰减器52的透过率T之后，将用规定的重复频率f和规定的照射脉冲数N规定的发光触发Tr发送到激光控制部13。其结果，透过监视器模块11的分束器11a的脉冲激光与发光触发Tr同步地从激光装置3输出，入射到激光加工装置4。

入射到激光加工装置4的脉冲激光经由高反射镜36a在衰减器52中减少。透过衰减器52的脉冲激光被高反射镜36b反射，照射到转印掩模47。

照射到转印掩模47的脉冲激光中的、透过针孔的脉冲激光被高反射镜36c反射，入射到转印透镜48。透过转印掩模47的针孔的脉冲激光入射到转印透镜48。在利用转印透镜48将转印掩模47的针孔缩小后的转印像经由窗42转印到相对于被加工物41的表面的深度为ΔZsf的位置。透过转印透镜48的脉冲激光对该转印像的区域的被加工物41的表面和内部进行照射。依照用激光加工所需的重复频率f和照射脉冲数N规定的发光触发Tr，进行这样的脉冲激光的激光照射(S1605)。通过该激光照射，对被加工物41实施激光加工，在该激光加工中形成针孔形状的孔。

2.2.1高纵横比的孔加工的估计机制

可知通过这样的在被加工物41上形成孔的激光加工形成高纵横比的孔。高纵横比的孔表示如下的孔：相对于孔的直径，孔的深度即加工深度较深且细长。具体而言，高纵横比的孔例如为如下的孔：相对于孔的直径为大约10μm至大约150μm，加工深度为大约1.0mm(1000μm)以上。这里，将高纵横比定义为1000μm/100μm＝10以上。

图5是示出使用比较例的激光加工系统2和激光加工方法对被加工物41实施激光加工的情况下的被加工物41的状态转变的说明图。图5为如下例子：深度ΔZsf例如为1mm，如图5A所示，进行定位使得脉冲激光PL的转印像的转印位置FP成为进入被加工物41的表面41a的内部1mm的位置。在该状态下进行激光照射，透过窗42的脉冲激光PL照射到被加工物41。

脉冲激光PL是中心波长为大约193.4nm的ArF激光，被加工物41是相对于ArF激光透明的合成石英玻璃，因此，如图5A所示，在刚刚照射之后，脉冲激光PL透过被加工物41。当继续脉冲激光PL的照射时，如图5B所示，在被加工物41的表面附近产生缺陷DF，开始脉冲激光PL的吸收。

当继续脉冲激光的照射时，脉冲激光的吸收率在开始脉冲激光PL的吸收的被加工物41的表面41a附近增加，如图5B所示，开始烧蚀加工。在开始烧蚀加工之后，脉冲激光的一部分也不被吸收，而透过被加工物41内部。如图5C所示，该脉冲激光的透过光在开始烧蚀加工之后，从某个时刻起在被加工物41的内部不发散而进行自收敛，在与Z轴方向平行的深度方向上行进。然后，自收敛后的脉冲激光使烧蚀加工在深度方向上行进。由此，如图5D所示，实施相对于孔H的直径为大约10μm至大约150μm的、加工深度ΔZd为1.5mm以上的高纵横比的孔H的加工。

当基于这样的形成高纵横比的孔H的加工结果考虑时认为，如图5C所示，在被加工物41的内部，脉冲激光由于某些理由正在进行自收敛。认为自收敛的理由的原因是，如图5C所示，在被加工物41的内部，脉冲激光透过的光路产生改性，生成沿深度方向细长地延伸的改性层RF。

作为1个假设，认为该改性层RF的折射率由于脉冲激光的透过而比其他部分増大，由此产生了自收敛。作为另一个假设，认为如在光纤内传播的光那样，在作为改性层RF与未改性部分的边界的孔H的内壁面处，脉冲激光重复菲涅耳反射并在深度方向上行进，由此产生了自收敛。

这样的自收敛的理由暂且不论，已确认在按照上述的加工条件对被加工物41进行了激光加工时，高精度地进行高纵横比的孔加工。

2.3课题

在上述的比较例的激光加工系统2中，存在如下问题：虽然能够进行高纵横比的孔加工，但是如图6所示，有时在孔H的表面41a附近产生沿孔H的径向如小树枝那样延伸的裂纹CR。图7是拍摄有孔H的实际的加工状态的照片，对产生裂纹CR的部位标注圆框。

3.产生裂纹的原因的分析

发明人进行实验，分析了产生裂纹CR的原因。考虑实验结果得到如下结论：裂纹CR的原因与被加工物41的表面41a的脉冲激光的后述的最大注量Fsfp相关。

图8和图9示出脉冲激光PL的射束的截面SP的径向上的光强度的分布即射束轮廓的例子。图8是径向上的光强度的分布几乎均匀的顶帽型射束轮廓的例子。图9是径向上的光强度的分布在中心处最大、在其周边较大下降的高斯分布的射束轮廓的例子。如图10所示，通过将射束分析仪81的图像传感器81a插入脉冲激光PL的光轴的位置中，利用图像传感器81a检测射束的截面SP内的光强度I，测量射束轮廓。

如图10所示，图像传感器81a具有将多个像素PX二维地排列而成的受光面，按照每个像素PX输出表示要接收的脉冲激光PL的光强度I的电信号。作为图像传感器81a，例如，使用CCD(Charge Coupled Device；电荷耦合元件)图像传感器、CMOS(complementary metaloxide semiconductor；互补性金属氧化膜半导体)图像传感器。沿着射束的截面SP的径向绘制这样的按照每个像素PX输出的光强度I所得的射束轮廓是图8和图9所示的射束轮廓。

更加准确而言，截面SP的面积是射束的总截面SP0中的、检测出阈值Ith以上的光强度I的部分的面积。阈值Ith是从各像素PX输出的光强度I中的最大值的1/e²的值。

目标注量Ft(J/cm²)是转印位置FP处的射束的截面SP内的平均注量。即，目标注量Ft相当于根据转印位置FP处的射束的截面SP的整个范围内的平均光强度Iavs来计算的值。

与此相对，最大注量Fsfp是指将被加工物41的表面41a上的脉冲激光的射束的截面SP分割为多个小区域并按照分割后的每个小区域求出的注量中的最大值。即，最大注量Fsfp是以表面41a上的射束的截面SP内的多个小区域各自的光强度I中的最大值为基准求出的值。

在本例子中，各小区域为图像传感器81a的1个像素PX的区域。该情况下，最大注量Fsfp根据按照每个像素PX检测的光强度I中的最大值来计算。转印位置FP处的截面SP的直径Di为10μm～150μm。像素PX的大小取决于图像传感器81a的分辨率。像素PX的大小例如为大约4μm见方。在直径Di在10μm～150μm的范围内的情况下，作为该图像传感器81a的分辨率，优选为4μm以上且50μm以下的分辨率。

此外，在能够确保必要的分辨率的情况下，例如，也可以将对相邻的4个像素PX进行合计后的区域等对多个像素PX进行合计后的区域作为1个小区域，根据按照每个该小区域检测的光强度I中的最大值来计算最大注量Fsfp。

另一方面，在图像传感器81a的1个像素PX的大小比大约4μm见方大的情况等图像传感器81a的分辨率相对较低的情况下，也可以在计测射束轮廓时，使图像传感器81a形成将脉冲激光的射束放大后的转印像。这样，即使在图像传感器81a的分辨率相对较低的情况下，也能够提高脉冲激光PL的射束轮廓的分辨率。关于该情况下的射束轮廓的分辨率，也优选为上述的4μm以上且50μm以下的分辨率。

在采用如图8所示的顶帽型射束轮廓的情况下，截面SP内的光强度I是在截面SP的中心处示出最大光强度Imax但是遍及截面SP的整个范围地几乎相同的值。因此，截面SP内的平均光强度Iavs与最大光强度Imax为几乎相同的值。

与此相对，在采用如图9所示的高斯分布的射束轮廓的情况下，截面SP内的光强度I截面SP的中心处示出最大光强度Imax，与顶帽型相比，在其周边处较大下降。因此，截面SP内的平均光强度Iavs小于最大光强度Imax，平均光强度Iavs与最大光强度Imax之差较大。

这里，如下述式(4)所示，将基准位置处的最大光强度Imax与平均光强度Iavs之比定义为光强度比R。

R＝Imax/Iavs…(4)

在采用如图8所示的顶帽型射束轮廓的情况下，光强度比R例如为大约1。另一方面，在采用如图9所示的高斯分布的射束轮廓的情况下，光强度比R例如为大约2以上的值。

这里，在本例子中，基准位置为转印位置FP，平均光强度Iavs为转印位置FP处的截面SP内的平均光强度Iavs。与此相对，最大光强度Imax为在脉冲激光PL的光轴方向上的各位置的射束轮廓处示出的最大光强度Imax。即，在本例子中，如之后使用图13和图14所示，光强度比R是以转印位置FP处的平均光强度Iavs为基准表示光轴方向上的各位置处的最大光强度Imax相对于作为基准的平均光强度Iavs为何种程度的大小的值。

此外，如图11和图12所示，脉冲激光的射束的截面SP的面积根据Z轴方向上的位置发生变化。虽然在图2、图5中简化地示出，但是，准确地，使用转印透镜48的情况下的脉冲激光PL的射束如图11和图12所示。即，从窗42射出的脉冲激光PL的射束先在聚光点CP处会聚，然后发散并在转印位置FP处连接转印像。射束的截面SP的面积从转印位置FP朝向聚光点CP变小。

图11是深度ΔZsf为0mm、转印位置FP与被加工物41的表面41a一致的例子。在图11的情况下，在转印位置FP处的光强度比R为大约1的情况下，转印位置FP处的目标注量Ft与表面41a上的最大注量Fsfp几乎一致。

与此相对，图12是深度ΔZsf例如为1mm、转印位置FP从表面41a进入内部的例子。在图12的情况下，即使转印位置FP处的光强度比R为大约1，转印位置FP处的目标注量Ft与表面41a上的最大注量Fsfp也不一致。这是因为，射束的截面SP的射束轮廓在脉冲激光PL的光轴方向上发生变化。因此，这是因为，关于最大光强度Imax，作为基准位置的转印位置FP的最大光强度Imax与表面41a的最大光强度Imax也不一致，光强度比R发生变化。

图13是计测脉冲激光PL的光轴方向上的各位置处的射束的截面SP的形状和光强度分布后的数据。距离ZL是以转印位置FP为基准的光轴方向(Z轴方向)上的距离，设从转印位置FP朝向窗42和转印透镜48的方向为正。

在图13中，图13E示出ZL＝0的转印位置FP处的射束的截面SP的形状和光强度分布，按照图13D、图13C、图13B、图13A的顺序示出接近窗42的位置的射束的截面SP的形状和光强度分布。图13D示出距离ZL＝0.5mm的截面SP，图13C示出距离ZL＝0.9mm的截面SP，图13B示出距离ZL＝1.1mm的截面SP，图13A示出距离ZL＝1.5mm的截面SP。图13D至图13A是存在于转印位置FP与聚光点CP之间的截面SP。

光强度分布通过截面SP内的深浅的变化表示，深浅的差越大，光强度I的差越大。根据图13可知各距离ZL处的截面SP内的中央部分与周边的浓度差随着从图13E朝向图13A而变大的情形。

在图13E所示的转印位置FP处，射束的截面SP的形状成为与转印掩模47的针孔的形状对应的圆形，截面SP内的光强度分布呈几乎平的顶帽型。如图13E至图13A所示，距转印位置FP的距离ZL越大，截面SP的形状越接近椭圆，此外，截面SP的径向的射束轮廓也接近中心与周边之差较大的高斯分布。这样，截面SP的射束轮廓在脉冲激光PL的光轴方向上发生变化。其结果，具体而言，如图14所示，光强度比R也与距离ZL对应地发生变化。

图14是根据图13所示的计测数据生成的、距离ZL与光强度比R的相关关系数据。如上所述，光强度比R是表示相对于图13E所示的作为基准位置的转印位置FP的平均光强度Iavs的、如图13E至图13A所示的各位置处的最大光强度Imax的大小的值。

在转印位置FP处，截面SP的射束轮廓为顶帽型，因此，如图14的曲线图所示，光强度比R为大约1。而且，在距离ZL为0至1.5mm、即，从转印位置FP朝向聚光点CP的期间内，距离ZL越大，光强度比R越大，在距离ZL＝0.5mm、1.0mm和1.5mm处分别成为光强度比R＝1.5、2、2.5。这示出了如下内容：距离ZL越大，截面SP的射束轮廓越接近如高斯分布的形状，其结果，各距离ZL处的最大光强度Imax相对于转印位置FP的平均光强度Iavs变大。

因此，如图11所示，在将转印位置FP设定于表面41a的情况下，如果射束轮廓例如为如图8所示的顶帽型，则转印位置FP处的目标注量Ft与表面41a上的最大注量Fsfp大致一致。但是，如图12所示，在将转印位置FP设定为从表面41a进入内部的位置的情况下，根据图14所示的距离ZL与光强度比R的关系，表面41a上的最大注量Fsfp表示比转印位置FP处的目标注量Ft大的值。

这里，被加工物41的表面41a上的最大注量Fsfp能够根据光强度比R和转印位置FP处的目标注量Ft，通过以下的式求出。

Fsfp＝R·Ft……(5)

例如，在距离ZL＝1.0mm处，光强度比R＝2。这意味着，距离ZL＝1.0mm的位置处的最大光强度Imax为转印位置FP处的平均光强度Iavs的2倍。因此，相对于以转印位置FP处的平均光强度Iavs为基准的目标注量Ft，距离ZL＝1.0mm处的最大注量Fsfp成为目标注量Ft的2倍。

考察这样的最大注量Fsfp与目标注量Ft的关系和以下所示的图15至图20的实验结果，其结果得出如下结论：该被加工物41的表面41a上的最大注量Fsfp与裂纹CR相关。

图15是示出转印位置FP处的目标注量Ft与加工深度ΔZd的关系的曲线图。横轴为目标注量Ft，纵轴为加工深度ΔZd。图15的照射条件是转印位置FP处的射束的截面SP的直径Di＝55μm、重复频率f＝1kHz、照射脉冲数N＝5000脉冲、照射时间5sec。而且，在图15的例子中，深度ΔZfs＝0，如图11所示，转印位置FP与表面41a一致。

在图15的例子中，使目标注量Ft从5J/cm²变化至30J/cm²。根据图15的曲线图可知，在目标注量Ft为10J/cm²至30J/cm²的范围内，进行了加工深度ΔZd为1mm以上的高纵横比的孔加工。在该目标注量Ft的范围内，未产生裂纹CR。

在图16中，除了与图15所示的相同的深度ΔZfs＝0的曲线图以外，还添加了深度ΔZfs＝0.5mm的曲线图。深度ΔZfs＝0的曲线图用菱形表示绘制点，深度ΔZfs＝0.5mm的曲线图用四边形表示绘制点。其他照射条件与图15相同。

如图16所示，在深度ΔZfs＝0.5mm处，也在目标注量Ft为10J/cm²至30J/cm²的范围内，进行了加工深度ΔZd为1mm以上的高纵横比的孔加工。但是，在深度ΔZfs＝0.5mm的情况下，直到目标注量Ft为25J/cm²为止不产生裂纹CR，但是，在用圆框表示的30J/cm²处，产生了裂纹CR。

图17是示出将目标注量Ft设定为30J/cm²的情况下的、设定为深度ΔZfs＝0mm而进行孔加工的情况和设定为深度ΔZfs＝0.5mm而进行孔加工的情况下的各个孔H的状态的照片。如图17所示，可知如下情形：在深度ΔZfs＝0mm的情况下，未产生裂纹CR，但是，在深度ΔZfs＝0.5mm的情况下，产生了裂纹CR。

在深度ΔZfs＝0mm的情况下，距离ZL＝0mm，因此，根据图14的曲线图，光强度比R为大约1。因此，在转印位置FP的目标注量Ft为30J/cm²的情况下，最大注量Fsfp也为大约30J/cm²，不改变。与此相对，在深度ΔZfs＝0.5mm的情况下，距离ZL＝0.5mm，因此，根据图14的曲线图，光强度比R为大约1.5。因此，即使转印位置FP的目标注量Ft为30J/cm²，最大注量Fsfp也为大约45J/cm²。

图18和图19也示出与图16相同的实验结果的曲线图。在图18和图19中，也与图16同样，还插入有图15的曲线图，以能够与图15的曲线图进行比较。

图18是将深度ΔZfs设定为1mm的情况下的例子，在图18中，在深度ΔZfs＝1mm的曲线图中，用三角形表示绘制点。在图18中，绘制点为菱形的曲线图为与深度Δzfs＝0mm的图15相同的曲线图。图19是设深度ΔZfs为1.5mm的情况下的例子，在图19中，在深度ΔZfs＝1.5mm的曲线图中，用*标记表示绘制点。在图19中，绘制点为菱形的曲线图也为与深度Δzfs＝0mm的图15相同的曲线图。在图18和图19中，深度ΔZfs以外的照射条件与图15的例子相同。

如图18和图19所示，在深度ΔZfs＝0.5mm处，也在目标注量Ft为从10J/cm²到30J/cm²的范围内，进行了加工深度ΔZd为1mm以上的高纵横比的孔加工。

但是，在图18和图19中，如圆框所示，在目标注量Ft为20J/cm²至30J/cm²的范围内，产生了裂纹CR。

在深度ΔZfs＝1mm的情况下，距离ZL＝1mm，因此，根据图14的曲线图，光强度比R为大约2。因此，在转印位置FP的目标注量Ft为20J/cm²的情况下，最大注量Fsfp为大约40J/cm²。同样，在目标注量Ft为30J/cm²的情况下，最大注量Fsfp为大约60J/cm²。

此外，在深度ΔZfs＝1.5mm的情况下，距离ZL＝1.5，因此，根据图14的曲线图，光强度比R为大约2.5。因此，即使转印位置FP的目标注量Ft为20J/cm²，最大注量Fsfp也为大约50J/cm²。同样，在目标注量Ft为30J/cm²的情况下，最大注量Fsfp为大约75J/cm²。

图20是示出将目标注量Ft设定为20J/cm²的情况下的、图18的设定为深度ΔZfs＝1mm而进行孔加工的情况和图19的设定为深度ΔZfs＝1.5mm而进行孔加工的情况下的各个孔H的状态的照片。如图20所示，可知如下情形：在深度ΔZfs＝1mm的情况和1.5mm的情况下，均产生了裂纹CR。

图21示出汇总图15至图19的实验结果的表。在图21中，条件1-1至条件1-3的数据为与图15的曲线图所示的实验结果对应的数据。即，条件1-1至条件1-3的数据是设定为深度ΔZfs＝0并且将目标注量Ft分别设定为10J/cm²、20J/cm²、30J/cm²而进行孔加工的情况下的实验结果。

同样，在图21中，条件2-1至条件2-3的数据为与图16的曲线图所示的实验结果对应的数据。即，条件2-1至条件2-3的数据是设定为深度ΔZfs＝0.5mm并且将目标注量Ft分别设定为10J/cm²、20J/cm²、30J/cm²而进行孔加工的情况下的实验结果。

同样，在图21中，条件3-1至条件3-3的数据为与图18的曲线图所示的实验结果对应的数据。即，条件3-1至条件3-3的数据是设定为深度ΔZfs＝1mm并且将目标注量Ft分别设定为10J/cm²、20J/cm²、30J/cm²而进行孔加工的情况下的实验结果。

同样，在图21中，条件4-1至条件4-3的数据为与图19的曲线图所示的实验结果对应的数据。即，条件4-1至条件4-3的数据是设定为深度ΔZfs＝1.5mm并且将目标注量Ft分别设定为10J/cm²、20J/cm²、30J/cm²而进行孔加工的情况下的实验结果。

在图21中可知，如像条件2-3、3-2、3-3、4-2、4-3那样将使单元变灰的条件所示，在表面41a上的最大注量Fsfp为40J/cm²以上的情况下，产生了裂纹CR。发明人根据这样的实验结果发现，最大注量Fsfp认为是裂纹CR的原因。

4.第1实施方式的激光加工系统和激光加工方法

4.1结构

图22概略性地示出第1实施方式的激光加工系统2A的结构。第1实施方式的激光加工系统2A替代参照图1所说明的比较例的激光加工系统2的激光加工装置4，具有激光加工装置4A。在第1实施方式的以下说明中，以比较例的激光加工系统2的不同点为中心进行说明，对相同的结构标注相同的标号并省略说明。

第1实施方式的激光加工装置4A与比较例的激光加工装置4不同，替代激光加工控制部32，具有激光加工控制部32A。关于激光加工装置4A的其他结构，与比较例的激光加工装置4相同。

激光加工控制部32A与比较例的激光加工控制部32的不同之处在于，追加了如下处理：在激光加工之前，根据被设定为照射条件的、转印位置FP处的目标注量Ft，判定被加工物41的表面41a上的最大注量Fsfp是否在规定的范围内。关于其他方面，与激光加工控制部32A相同。

4.2动作

参照图23和图24，说明激光加工系统2A的动作。第1实施方式的图23的流程图与比较例中的图3的流程图的不同之处在于，在步骤S1400与步骤S1500之间追加有步骤S1410和S1420。此外，追加有S1900的方面不同。其他方面也相同。

与比较例同样，第1实施方式的激光加工控制部32A执行S1100至S1400的处理。然后，执行S1410和S1420的处理。S1410是对被加工物41的表面41a上的最大注量Fsfp进行评价的处理。S1420根据S1410的评价结果来判定最大注量Fsfp是否在容许范围内的处理。容许范围的数据例如预先存储到激光加工控制部32A内的存储器、外部存储装置等中。在S1420中判定为最大注量Fsfp在容许范围内的情况下(S1420中的“是”)，激光加工控制部32A进入S1500。以后的处理与比较例相同。

这样，激光加工控制部32A作为判定作为透明材料的被加工物41的表面41a上的脉冲激光PL的最大注量Fsfp是否在规定的容许范围内的判定部发挥功能。并且，激光加工控制部32A作为如下控制部发挥功能：在判定为最大注量Fsfp在规定的容许范围内的情况下，容许脉冲激光PL的照射。

另一方面，在S1420中判定为最大注量Fsfp在容许范围外的情况下(S1420中的“是”)，激光加工控制部32A进入S1900，进行警告。警告的内容是如下内容：由于在所设定的照射条件下有可能产生裂纹CR，所以通知无法进行激光加工。激光加工控制部32A在警告处理中，控制未图示的显示器以向用户通知这样的内容的消息。或者，也可以控制扬声器以通过声音通知消息。并且，也可以替代激光加工系统2A的显示器、扬声器，或除了这些以外，还向对工厂内进行管理的工厂管理系统通知警告的消息。

图24是对S1410中的最大注量Fsfp进行评价的处理过程的流程图。激光加工控制部32A从照射条件的数据中读出深度ΔZsf的值，将在存储器内所读出的ΔZsf设定为距离ZL(S1411)。激光加工控制部32A在S1412中，从图14所示的距离ZL与光强度比R的相关关系数据中读出与照射条件对应的光强度比R。具体而言，读出与在S1411中设定为深度ΔZsf的值的距离ZL对应的光强度比R(S1412)。

另外，图14所示的相关关系数据预先存储到激光加工控制部32A的存储器、外部存储装置中。相关关系数据可以以表的形式记录，也可以以函数的形式记录。

激光加工控制部32A基于所读出的光强度比R，根据转印位置FP处的目标注量Ft，基于上述的式(5)计算被加工物41的表面41a上的最大注量Fsfp(S1413)。

在S1414中判定为最大注量Fsfp在容许范围内的情况下，激光加工控制部32A将“0”作为评价结果记录在标志FRG中(S1415)。在S1414中判定为最大注量Fsfp在容许范围外的情况下，激光加工控制部32A将“1”作为评价结果记录在标志FRG中(S1416)。然后，激光加工控制部32A返回图23所示的主例程，执行S1420。

4.3作用

如上所述，在照射脉冲激光PL而实施高纵横比的孔加工的激光加工中判定为最大注量Fsfp在容许范围内的情况下，第1实施方式的激光加工系统2A容许脉冲激光的照射。因此，能够抑制裂纹CR的产生。

此外，在判定为最大注量Fsfp在容许范围外的情况下，激光加工系统2A进行警告。因此，用户能够可靠地掌握照射条件是不适当的。此外，在判定为最大注量Fsfp在容许范围外的情况下，激光加工系统2A禁止激光加工。因此，能够将裂纹CR的发生防止于未然。

另外，在判定为最大注量Fsfp在容许范围外的情况下，激光加工控制部32A也可以自动地变更为不可能产生裂纹CR的适当照射条件而进行激光加工。

4.4优选的加工条件

4.4.1脉冲激光的脉冲宽度

在使用紫外线的脉冲激光的情况下，优选使用脉冲宽度在半高全宽中为1ns～100ns的纳秒级的脉冲激光。这是因为，脉冲宽度根据激光装置3的性能来确定，但是，难以制造能够在当前时刻输出脉冲宽度在皮秒级中较高的脉冲能量的脉冲激光作为紫外线的脉冲激光的激光装置3。通过如本例子那样使用纳秒级的紫外线的脉冲激光，可以使用能够在当前时刻容易地购入的激光装置3。

作为优选的脉冲宽度，在半高全宽中为1ns～100ns，进一步优选为10ns～20ns。作为激光装置3，优选使用这样的输出脉冲宽度的脉冲激光的激光装置3。

使用这样的纳秒级的紫外线的脉冲激光来对合成石英玻璃等相对于紫外线透明的透明材料即被加工物41实施高纵横比的孔加工的情况下的优选的加工条件如下所述。

4.4.2射束的直径Di的范围

脉冲激光PL的转印位置FP处的射束的直径Di的范围优选为10μm以上且150μm以下。这是因为，在使用紫外线的脉冲激光PL的情况下，在直径Di的范围为10μm以上且150μm以下时产生如图5所示的现象。这是因为，这样的现象是用于实现高纵横比的孔加工的前提条件。

4.4.3被加工物41为合成石英玻璃的情况下的优选条件

4.4.3.1脉冲激光的波长

在对合成石英玻璃实施孔加工的情况下，优选地，脉冲激光的中心波长为157.6nm～248.7nm。特别地，作为脉冲激光，优选为中心波长为大约193.4nm的ArF激光。

4.4.3.2深度ΔZsf的范围

此外，深度ΔZsf的范围优选为0mm以上4mm以下。根据实验结果可知，越使深度ΔZsf加深至固定的值，加工深度ΔZd越大。但是，当深度ΔZsf超过大约4mm时，加工深度ΔZd较大地中断1mm，无法进行高纵横比的孔加工。认为这是因为，当转印位置FP过深时，被加工物41的表面41a附近的注量不足，表面附近的烧蚀加工无法进展，其结果，烧蚀加工未在深度方向上行进。

4.4.3.3目标注量Ft的范围

目标注量Ft优选为5J/cm²以上且30J/cm²以下。可知如果目标注量Ft小于5J/cm²，则无法进行如图5所示的高纵横比的孔加工。即，目标注量Ft的优选范围的下限值为5J/cm²。此外，如图16至图21所示，当在转印位置FP的深度ΔZfs＝0.5mm以上且1.5mm以下的范围内，目标注量Ft超过30J/cm²时，担心产生裂纹CR。因此，目标注量Ft的优选范围的上限值为30J/cm²。

4.4.3.4最大注量Fsfp的容许范围

作为最大注量Fsfp的容许范围，基于图15至图21所示的实验结果，优选为10J/cm²以上40J/cm²以下。根据在于，在容许范围内，下限的10J/cm²那样的值为高纵横比的孔加工所需的目标注量Ft的下限值的5J/cm²。

如图14的曲线图所示，根据距离ZL的值的不同，光强度比R的最大值为2以上。因此，当将作为目标注量Ft的下限值的5J/cm²乘以“2”作为较少估计光强度比R的最大值后的值时，获得10J/cm²。即，为了实现高纵横比的孔加工，作为目标注量Ft，最低限度需要5J/cm²，当设光强度比为2以上时，最大注量Fsfp成为10J/cm²以上。根据在于，设最大注量Fsfp的下限值为10J/cm²。

另一方面，如图21所示，当最大注量Fsfp超过40J/cm²时，产生裂纹CR。因此，优选为容许范围的上限值的40J/cm²。

4.4.3.5照射脉冲数N的范围

图25是示出照射脉冲数N与加工深度ΔZd的关系的曲线图。图25所示的6个曲线图全部为转印位置FP的深度ΔZdsf＝0.5mm的情况下的曲线图。各曲线图的不同点在于目标注量Ft和最大注量Fsfp的值。图25示出了在使照射脉冲数N从5，000脉冲变化到30,000脉冲的情况下，加工深度ΔZd如何发生变化。此外，作为在各曲线图中共用的其他照射条件，照射时间为5sec至30sec、射束的截面SP的直径Di为55μm、重复频率f＝1kHz。

在图25中，绘制点为菱形的曲线图是目标注量Ft＝5.1J/cm²并且最大注量Fsfp＝7.5J/cm²的情况下的曲线图。绘制点为四边形的曲线图是目标注量Ft＝10.1J/cm²并且最大注量Fsfp＝15J/cm²的情况下的曲线图。绘制点为三角形的曲线图是目标注量Ft＝15.2J/cm²并且最大注量Fsfp＝22.5J/cm²的情况下的曲线图。

绘制点为×标记的曲线图是目标注量Ft＝20.2J/cm²并且最大注量Fsfp＝30J/cm²的情况下的曲线图。绘制点为*标记的曲线图是目标注量Ft＝25.3J/cm²并且最大注量Fsfp＝37.5J/cm²的情况下的曲线图。绘制点为圆形标记的曲线图是目标注量Ft＝30.3J/cm²并且最大注量Fsfp＝45J/cm²的情况下的曲线图。

如图25所示，当在照射脉冲数N为5，000脉冲至20，000脉冲的区域内，使目标注量Ft从大约5J/cm²起增加至大约25J/cm²时，加工深度ΔZd从大约1mm(1，000μm)增加至大约5mm(5,000μm)。此外，加工深度ΔZd在照射脉冲数N为20，000脉冲时饱和，即使进一步增加照射脉冲数N，该加工深度ΔZd也不会增加。

此外，在照射脉冲数N为5，000脉冲至20,000脉冲的区域内，能够进行加工深度ΔZd最大为5mm(5,000μm)的孔加工。作为加工深度ΔZd的最大值的5mm(5,000μm)的情况下的纵横比的射束的截面SP的直径Di为55μm，因此，成为5,000μm/55μm＝大约90。在照射脉冲数N为5,000脉冲至20,000脉冲的区域内，能够进行最大为大约90的高纵横比的孔加工。综上所述，照射脉冲数N优选为5,000脉冲至20,000脉冲的范围。

4.5其他

此外，在本例子中，通过控制XYZ载台34以使被加工物41移动，进行脉冲激光PL的转印位置FP与被加工物41的相对定位。也可以替代如这样使被加工物41移动，通过使转印掩模47沿脉冲激光的光轴方向移动来进行相对定位。即，使转印掩模47沿脉冲激光PL的光轴方向移动仅是使转印透镜48进行转印的转印像的物体侧的位置相对于转印透镜48发生变化，因此，转印像的转印位置也沿光轴方向发生变化。由此，能够进行脉冲激光PL的转印位置FP与被加工物41的相对定位。另外，该情况下，当使转印透镜48相对于转印掩模47沿光轴方向移动时，转印像的大小也发生变化。也可以使转印掩模47的针孔的直径发生变化，以使抑制这样的由于转印掩模47的移动引起的转印像的直径的变化。

此外，在如本例子那样使用转印光学系统将针孔形状的转印像转印到被加工物41的情况下，与如后述的第2实施方式那样使脉冲激光简单地会聚而照射到被加工物41的情况相比，存在可抑制射束的直径的变化的长处。关于激光装置3输出的脉冲激光的射束，在激光装置3的光谐振器等的状态下，模式发生变化，从而射束的直径发生变化。与此相对，在使用转印光学系统的情况下，不将脉冲激光的射束直接照射到被加工物41，而通过转印掩模47形成脉冲激光的针孔形状的转印像，将所形成的转印像转印到被加工物41。因此，可抑制由于脉冲激光的模式变化引起的射束的直径的变化。

此外，在本例子中，作为激光装置3，以使用ArF激光气体作为激光介质并输出中心波长为大约193.4nm的脉冲激光的ArF准分子激光装置为例进行了说明，但是也可以是其他激光装置。作为激光装置3，也可以使用KrF准分子激光装置，该KrF准分子激光装置使用KrF激光气体作为激光介质，并输出中心波长为大约248.4nm的脉冲激光。在使用合成石英玻璃作为被加工物41的情况下，脉冲激光的中心波长的范围优选为从F₂激光的中心波长即大约157.6nm到KrF激光的中心波长即248.4mn的范围。

以合成石英玻璃为例作为被加工物41，但是，也可以不限定于合成石英玻璃，作为被加工物41，只要为相对于紫外线的脉冲激光透明的透明材料即可。例如，作为相对于紫外线的脉冲激光透明的透明材料，存在MgF₂晶体、CaF₂晶体、蓝宝石、石英等。

5.第2实施方式的激光加工系统和激光加工方法

5.1结构

图26示出第2实施方式的激光加工系统2B。如图26所示，第2实施方式的激光加工系统2B具有激光装置3和激光加工装置4B。激光装置3与第1实施方式相同。激光加工装置4B替代第1实施方式的激光加工装置4A的光学系统36，具有光学系统61。光学系统61是如下光学系统：不如第1实施方式的光学系统36那样具有转印掩模47、转印透镜48，而具有使激光装置3输出的具有高斯分布的脉冲激光的射束直接会聚而照射到被加工物41的聚光光学系统。

激光加工控制部32B替代如第1实施方式的激光加工控制部32A那样进行脉冲激光的转印位置与被加工物41的相对定位，进行脉冲激光PL的射束腰部位置BW与被加工物41的相对定位。第2实施方式中的深度ΔZsfw不是转印位置FP的深度ΔZsf，而是射束腰部位置的深度。此外，第2实施方式中的目标注量Ftw不是转印位置FP处的目标注量Ft，而是射束腰部位置BW处的目标注量。此外，激光加工控制部32B根据射束腰部位置BW处的目标注量Ftw，判定被加工物41的表面41a上的最大注量Fsfp是否在容许范围内。

激光加工系统2B的除此以外的结构与第1实施方式的激光加工系统2A相同，因此，以下，以不同点为中心进行说明。

光学系统61具有高反射镜36a至36c、衰减器52和聚光透镜62。高反射镜36a至36c和衰减器52与第1实施方式的光学系统36相同。高反射镜36c将脉冲激光朝向聚光透镜62反射。

聚光透镜62配置成将所入射的脉冲激光经由窗42会聚至被加工物41。

此外，与第1实施方式的激光加工系统2A同样，第2实施方式的激光加工系统2B也对被加工物41进行加工直径为10μm以上且150μm以下的高纵横比的孔的加工。因此，激光加工系统2B也将射束腰部位置BW处的射束的直径Dw为10μm以上且150μm以下的脉冲激光照射到被加工物41。与图9中所示的直径Di同样，射束腰部位置处的脉冲激光PL的射束的直径Dw是在射束轮廓中为最大光强度Imax的1/e²的值的位置的宽度即1/e²全宽。

在激光加工系统2B的情况下，与激光加工系统2A不同，在不将高斯分布的脉冲激光PL变换为转印像的情况下照射到被加工物41。因此，脉冲激光PL的射束的直径根据激光装置3的规格来确定。

在不存在光学系统36的光损耗的情况下，射束腰部位置BW处的注量Fw根据下述式(6)求出。

Fw＝Et·T/{π(Dw/2)²}……(6)

其中，T为衰减器的透过率，Et为从激光装置输出的脉冲激光的脉冲能量，Dw为射束腰部位置BW处的射束的截面SP的直径。

在不存在光学系统36的光损耗的情况下，衰减器的透过率T通过上述式(6)至下述式(7)来求出。

T＝π(Dw/2)²·Fw/Et……(7)

如图27所示，第2实施方式的脉冲激光PL的射束在从聚光透镜62射出之后，在射束腰部位置BW处最缩小，然后发散。射束的截面SP的直径的射束腰部位置BW为最小。在使用聚光透镜62的第2实施方式中，如使用转印透镜48的第1实施方式那样，在聚光透镜62与被加工物41之间不存在聚光点CP(参照图12)。

因此，如图27所示，即使在使射束腰部位置BW从表面41a进入内部的情况下，表面41a上的射束的截面SP的直径和面积也大于射束腰部位置BW处的射束的截面SP的直径和面积。

此外，如图28所示，当对射束腰部位置BW处的射束轮廓与表面41a上的射束轮廓进行比较时，均为高斯分布。此外，射束腰部位置BW处的最大光强度Imax1大于表面41a上的最大光强度Imax2。

使用聚光光学系统的情况下的脉冲激光PL具有这样的特性。因此，在第2实施方式中，当设相当于第1实施方式的距离ZL的值为从射束腰部位置BW到表面41a的距离ZLw时，光强度比Rw与距离ZLw的关系成为如图29所示的关系。

这里，光强度比Rw是如第2实施方式那样利用聚光透镜42会聚脉冲激光PL并照射到被加工物41的情况下的光强度比、即射束腰部位置BW处的射束轮廓接近高斯分布的情况下的光强度比。光强度比Rw能够根据以下的式(8)求出。

Rw＝Imax/Iavw……(8)

其中，Iavw为射束腰部位置BW处的平均光强度，平均光强度Imax为位于距射束腰部位置BW的距离ZLw的各位置处的最大光强度Imax。

此外，被加工物41的表面41a上的最大注量Fsfp能够根据光强度比Rw和转印位置FP处的目标注量Ft，通过下述式(9)求出。

Fsfp＝Rw·Ftw……(9)

在图29中，距离ZLw＝0、即，射束腰部位置BW与表面41a一致的情况下的光强度比Rw为最大，距离ZLw越大，光强度比Rw越小。

在第2实施方式中，激光加工控制部32B使用这样的图29所示的距离ZLw与光强度比Rw的相关关系的数据，判定被加工物41的表面41a上的最大注量Fsfp是否在容许范围内。

5.2动作

参照图30至图32，说明激光加工系统2B的动作。第2实施方式的图30的流程图与第1实施方式的图23的流程图的不同之处在于将步骤S1400变更为步骤S1400B，将步骤S1410变更为S1410B，将S1500和S1600分别变更为S1500B和S1600B。其他方面也相同。激光加工控制部32B在执行S1100至S1300之后，执行S1400B。

在S1400B中，激光加工控制部32B取得脉冲激光的照射条件。在S1400B中，在照射条件中包含射束腰部位置BW处的目标注量Ftw、射束腰部位置BW的深度ΔZfsw、照射脉冲数N和重复频率f。

S1410B是对被加工物41的表面41a上的最大注量Fsfp进行评价的处理。S1420是根据S1410B的评价结果来判定最大注量Fsfp是否在容许范围内的处理。在S1420中判定为最大注量Fsfp在容许范围内的情况下(S1420中的“是”)，激光加工控制部32B进入S1500B。然后，激光加工控制部32B执行S1600B的处理。主流程图中的以后的处理与第1实施方式相同。

图32是示出对S1410B中的最大注量Fsfp进行评价的处理过程的流程图。在图32中，与第1实施方式的图24的不同点在于将S1411至S1413变更为S1411B至S1413B的方面。在S1411B中，激光加工控制部32B从照射条件的数据读出深度ΔZsfw的值，将所读出的ΔZsfw设定为距离ZLw。激光加工控制部32A在S1412B中，从图29所示的距离ZLw与光强度比Rw的相关关系数据中读出与照射条件对应的光强度比Rw。具体而言，读出与在S1411B中设定了深度ΔZsfw的值的距离ZLw对应的光强度比Rw(S1412B)。

激光加工控制部32B根据所读出的光强度比Rw，基于上述的式(9)，根据射束腰部位置BW处的目标注量Ftw计算被加工物41的表面41a上的最大注量Fsfp(S1413B)。在图31的子例程中，之后的处理与第1实施方式相同。

图32示出S1600B的激光加工的处理过程。在图32中，与比较例的图4的不同点在于将S1604变更为S1604B。在S1604B中，激光加工控制部32B以使脉冲激光PL的射束腰部位置BW处的注量Fw成为照射条件的目标注量Ftw的方式，设定衰减器52的透过率T。其他处理与图4相同。

5.3作用

与第1实施方式同样，在判定为最大注量Fsfp在容许范围内的情况下，第2实施方式的激光加工系统2B容许脉冲激光的照射。因此，能够抑制裂纹CR的产生。此外，与使用转印透镜48的第1实施方式相比，使用聚光光学系统的第2实施方式的脉冲激光PL的使用效率较高。因此，在第2实施方式中，在对相同的材料实施相同尺寸的孔加工的情况下，与第1实施方式相比，能够降低从激光装置3输出的脉冲激光PL的脉冲能量。在第2实施方式中，关于其他作用效果和优选加工条件，也与第1实施方式相同。

5.4其他

激光装置3的谐振器可以是法布里珀罗型谐振器，也可以是不稳定谐振器。不稳定谐振器是指输出耦合镜27的部分反射面由凸面形成并且后视镜26的高反射面由凹面形成的谐振器。通过采用这样的不稳定谐振器，能够减小脉冲激光PL的射束腰部位置BW的直径Dw，能够提高射束腰部位置BW处的注量。

6.第3实施方式的激光加工系统和激光加工方法

6.1结构

图33示出第3实施方式的激光加工系统2C。如图33所示，第3实施方式的激光加工系统2C具有激光装置3和激光加工装置4C。激光装置3与第1实施方式相同。激光加工装置4C替代第1实施方式的激光加工装置4A的结构，具有射束分析仪81。

此外，激光加工装置4C替代激光加工装置4A的激光加工控制部32A，具有激光加工控制部32C。激光加工控制部32C替代激光加工控制部32A的功能，具有对射束分析仪81进行控制而取得表示图14所示的距离ZL与光强度比R的相关关系的数据的功能。在第3实施方式中，除此以外的方面与第1实施方式相同。以下，以不同点为中心进行说明。

如图33所示，射束分析仪81设置于工作台33的端部。射束分析仪81具有图像传感器81a、支架81b和单轴载台81c。在支架81b的一端安装有图像传感器81a，另一端安装在单轴载台81c上。

单轴载台81c使图像传感器81a在Y轴方向上移动。具体而言，单轴载台81c在将图像传感器81a插入从转印透镜48射出的脉冲激光PL的光轴的位置的插入位置与从插入位置退避的退避位置之间移动。退避位置是对工作台33上的被加工物41实施激光加工不存在障碍的位置。图像传感器81a的Z轴方向上的位置能够通过XYZ载台34来调节。此外，虽然省略图示，但是，在射束分析仪81中设置有未图示的ND滤波器。ND滤波器使入射到图像传感器81a的受光面的脉冲激光减少。

6.2动作

第3实施方式的激光加工过程与第1实施方式中的图23和图24几乎相同。不同点在于在图23的流程图中的S1100之前追加有图34所示的S1000的处理。

图34所示的S1000是距离ZL与光强度比R的相关关系数据的取得处理。如图34的流程图所示，在S1010中，激光加工控制部32C控制单轴载台81c，以将射束分析仪81的图像传感器81a插入脉冲激光PL的光轴位置。

激光加工控制部32C在S1015中控制XYZ载台34而使图像传感器81a的Z轴方向上的位置与脉冲激光的转印位置FP对准。该位置是距离ZL与图像传感器81a的受光面一致的位置。因此，激光加工控制部32C将存储器上的距离ZL的值设置为初始值“0”。

并且，激光加工控制部32C通过将以典型条件进行激光振荡的控制信号发送到激光控制部13，使激光装置3进行激光振荡(S1020)。这里，典型条件例如为激光装置3的额定值。作为具体值，例如，目标脉冲能量Et为40mJ～200mJ的范围，重复频率f为10Hz～6kHz的范围。在假设在该时刻判明了激光加工时的加工条件的情况下，也可以设定被规定为加工条件的目标脉冲能量Et和重复频率f而使其进行激光振荡。

在S1030中，激光加工控制部32C从激光装置3输出脉冲激光PL，通过图像传感器81a接收该脉冲激光PL，测量射束轮廓。根据测量出的射束轮廓，计算脉冲激光的最大光强度Imax和平均光强度Iavs。然后，激光加工控制部32C依照上述式(4)，计算光强度比R＝Imax/Iavs(S1040)。激光加工控制部32C与距离ZL的值相关联地将通过计算求出的光强度比R的值记录到存储器中(S1045)。

当光强度比R的记录结束时，激光加工控制部32C使图像传感器81a的Z轴方向上的位置向上方移动Δds(S1050)。激光加工控制部32C伴随于此将存储器上的距离ZL的值与Δds相加。获得Z轴方向上的图像传感器81a的移动间隔。即，激光加工控制部32C按照Δds间隔计测光强度比R。这里，Δds的值例如为100μm。

激光加工控制部32C在S1055中判定距离ZL是否超过上限值Zmax。上限值Zmax的值例如为1.5mm。在距离ZL为上限值Zmax以下的情况下(S1055中的“是”)，激光加工控制部32C进入S1070。S1070是测量在S1050中所设定的距离ZL处的射束轮廓来计算最大光强度Imax的处理。

激光加工控制部32C在结束S1070的处理之后，重复上述的S1040至S1050的处理。由此，按照Δds间隔记录有光强度比R的数据。另一方面，在距离ZL超过上限值Zmax的情况下(S1055中的“是”)，激光加工控制部32C结束计测，停止激光振荡(S1060)。然后，激光加工控制部32C将射束分析仪81的图像传感器81a移动到退避位置(S1065)。激光加工控制部32C根据所记录的Δds间隔的光强度比R的数据，生成如图14所示的距离ZL与光强度比R的相关关系数据。

激光加工控制部32C将所生成的相关关系数据存储到存储器、外部存储装置中。相关关系数据可以以表的形式记录，也可以根据按照每个Δds所记录的多个光强度比R的数据求出近似式，以函数的形式记录。此外，也可以根据按照每个Δds所记录的光强度比R，对数据进行插值。在以这样的方式取得相关关系数据之后，激光加工控制部32C进入图23的S1100。以后的处理与第1实施方式相同。

图35的流程图表示S1030的最大光强度Imax和平均光强度Iavs的计算的处理过程。关于S1030的处理，与在图8至图10子中示意性地所说明的内容相同。在S1030中，计算转印位置FP处的平均光强度Iavs和转印位置FP处的最大光强度Imax。

首先，激光加工控制部32C进行基于图像传感器81a的射束轮廓的测量(S1031)。接着，从图像传感器81的各像素PX的光强度I中，求出作为最大值的最大光强度Imax(S1032)。接着，激光加工控制部32C根据下述式(10)，计算表示最大光强度Imax的1/e²的值的光强度即阈值Ith(S1033)。

Ith＝Imax/e²……(10)

最后，激光加工控制部32C计算阈值Ith以上的值的像素PX的光强度I的平均值即平均光强度Iavs(S1034)。

图36的流程图示出S1070的最大光强度Imax的计算的处理过程。在S1070的处理中，与图35所示的S1030的处理不同，不计算平均光强度，而计算从转印位置FP移动之后的距离ZL的位置处的最大光强度Imax。

因此，S1070的处理与图35的前半部分的步骤相同，不存在计算后半部分的平均光强度的步骤。即，在S1071中，首先，激光加工控制部32C进行基于图像传感器的射束轮廓的测量。接着，从图像传感器81的各像素PX的光强度I中，求出作为最大值的最大光强度Imax(S1072)。

6.3作用

在第3实施方式中，在激光加工之前，使用射束分析仪81来实际测量距离ZL与光强度比R的相关关系数据。因此，能够取得例如光学系统36的特性等反映了激光加工系统2C的个体差的相关关系数据。因此，最大注量Fsfp的计算精度提高。

6.4其他

在本例中，通过ND滤波器使入射到图像传感器81a的脉冲激光减少。但是，在即使使用ND滤波器，减光量也不足并且使图像传感器81a的输出信号饱和的情况下，也可以控制衰减器52的透过率T而使入射到图像传感器81a的脉冲激光的能量下降。但是，在取得相关关系数据的期间内，对衰减器52的透过率T进行固定。这是因为，当透过率T在取得中途发生变动时，无法取得准确的相关关系数据。

7激光加工装置的变形例

7.1变形例7-1

图37所示的激光加工装置4D是图26所示的第2实施方式的激光加工装置4B的变形例。激光加工装置4D替代激光加工装置4B的光学系统61，具有光学系统71。此外，替代激光加工控制部32B，具有激光加工控制部32D。除此以外的结构相同。以下，以不同点为中心进行说明。

光学系统71在光学系统61中追加波面调节器72。波面调节器72具有凹透镜72a、凸透镜72b和单轴载台72c。单轴载台72c对凹透镜72a进行保持，使凹透镜72a在光轴方向上移动，调节凹透镜72a与凸透镜72b的间隔。凹透镜72a和凸透镜72b配置在高反射镜36c与聚光透镜62之间的脉冲激光的光路上。被高反射镜36c反射的脉冲激光经由凹透镜72a和凸透镜72b入射到聚光透镜62。

通过调节凹透镜72a与凸透镜72b的间隔，能够变更照射到被加工物41的脉冲激光的射束腰部位置。

激光加工控制部32D控制XYZ载台34而调整被加工物41的XY平面的位置。另一方面，关于Z轴方向上的、脉冲激光的射束腰部位置BW与被加工物41的相对位置，替代在XYZ载台34上使被加工物41移动，控制波面调节器72的单轴载台72c而调整射束腰部的Z轴方向上的位置。具体而言，激光加工控制部32D通过控制单轴载台72c而调节凹透镜72a与凸透镜72b的间隔，变更脉冲激光的波面。通过控制该脉冲激光的波面，可调整脉冲激光的射束腰部位置BW。

7.2变形例7-2

图38所示的激光加工系统2E将第1实施方式的激光加工系统2A的激光加工装置4A变更为激光加工装置4E。激光加工装置4E具有均束器46。均束器46在脉冲激光的光轴方向上，配置于转印掩模47的上游侧。均束器46具有蝇眼透镜46a和聚光透镜46b。均束器4配置成使被高反射镜36b反射的脉冲激光的光强度分布均匀化，对转印掩模47进行科勒照明。激光加工装置4E替代激光加工控制部32A，具有激光加工控制部32E。其他结构与第1实施方式相同。

均束器46的蝇眼透镜46a为二维地排列有多个小透镜的形态。因此，在比形成转印像的转印位置FP靠上游侧的射束的截面SP的射束轮廓中，有时与各小透镜对应地产生多个峰值。即使在该情况下，也在转印位置FP处，1个顶帽成为1个形状。

但是，在使转印位置FP从被加工物41的表面41a进入内部的情况下，产生多个峰值的射束的截面SP有时接近比转印位置FP靠上游侧的表面41a。该情况下，在表面41a上的射束的截面SP内，存在多个注量的峰值。在存在多个表面41a上的注量的峰值的情况下，激光加工控制部32E将各峰值中的、表示最大值的峰值判定为最大注量Fsfp。然后，激光加工控制部32E判定该最大注量Fsfp是否在容许范围内。其他处理与第1实施方式相同。

如本例子那样，当使用均束器46时，对转印掩模47照射使光强度均匀化后的脉冲激光，因此，可使转印位置FP处的光强度分布均匀化。

另外，作为转印掩模47，也可以使用形成有多个孔的转印掩模。在该情况下，能够对被加工物41同时实施多个孔加工。

8.激光装置的变形例

在上述各实施方式中，激光装置能够进行各种变形。例如，作为激光装置，也可以使用图39、图40所示的激光装置。

8.1变形例1

图39所示的变形例1的激光装置3D在第1实施方式的激光装置3中追加有放大器80，除此以外几乎相同。放大器80配置在主振荡器10与监视器模块11之间的脉冲激光的光路上。放大器80是将从主振荡器10输出的脉冲激光的能量放大的放大器。

放大器80的基本结构与主振荡器10相同，与主振荡器10同样，具有激光腔21、充电器23和脉冲功率模块(PPM)24。

当接收到从激光加工控制部32A接收到的目标脉冲能量Et的数据时，激光控制部13D控制充电器23的充电电压而对脉冲能量进行控制。

激光控制部13D在从激光加工控制部32A接收到发光触发Tr时，使主振荡器10进行激光振荡。除此以外，控制成使放大器80与主振荡器10同步地进行动作。激光控制部13D打开放大器80的脉冲功率模块24的开关24a，以使主振荡器10输出的脉冲激光在入射到放大器80的激光腔21内的放电空间时产生放电。其结果，入射到放大器80的脉冲激光被放大器80放大。

被放大器80放大并输出的脉冲激光通过监视器模块11对脉冲能量进行计测。激光控制部13D控制放大器80和主振荡器10的各个充电器23的充电电压，以使所计测的脉冲能量的实测值分别接近目标脉冲能量Et。

当快门12打开时，在透过监视器模块11的分束器11a的脉冲激光入射到图22所示的激光加工装置4A。

如激光装置3D那样，通过设置放大器80，能够提高脉冲激光的脉冲能量。

8.2变形例2

在激光加工系统中，也可以使用图40所示的变形例2的激光装置3E。激光装置3E具有主振荡器83和放大器84。此外，激光装置3E替代监视器模块11，具有监视器模块11E。

监视器模块11E除了第1实施方式的监视器模块11的结构以外，还追加有波长监视器11c和分束器11d。

在监视器模块11E中，分束器11d配置在分束器11a的反射光路上的、与光传感器11b之间。分束器11d对分束器11a反射的反射光的一部分进行反射，使剩余部分透过。透过分束器11d的透过光入射到光传感器11b，被分束器11d反射的反射光入射到波长监视器11c。

波长监视器11c为公知的标准具分光器。标准具分光器例如由扩散板、气隙标准具、聚光透镜和线传感器构成。标准具分光器通过扩散板、气隙标准具产生要入射的激光的干涉条纹，通过聚光透镜使所产生的干涉条纹在线传感器的受光面上成像。然后，通过计测成像在线传感器上的干涉条纹，计测激光的波长λ。

主振荡器83是固体激光装置，并具有输出种子光的半导体激光器86、放大种子光的钛蓝宝石放大器87和波长变换系统88。

半导体激光器86是输出波长为773.6nm并进行连续振荡的激光即CW(ContinuousWave：连续波)激光作为种子光的分布反馈型半导体激光器。通过变更半导体激光器86的温度设定，能够使振荡波长发生变化。

钛蓝宝石放大器87包含钛蓝宝石晶体(未图示)和泵送用脉冲激光装置(未图示)。钛蓝宝石晶体配置在种子光的光路上。泵送用脉冲激光装置是输出YLF激光的第2谐波光的激光装置。

波长变换系统88是产生第4谐波光的波长变换系统，包含LBO(LiB₃O₅)晶体和KBBF(KBe₂BO₃F₂)晶体。各晶体配置在未图示的旋转载台上，构成为能够变更种子光相对于各晶体的入射角度。

与图39所示的放大器80同样，放大器84包含一对电极22a和22b、激光腔21、脉冲功率模块24和充电器23，该激光腔21包含ArF激光气体作为激光介质。此外，放大器84具有凸面镜91和凹面镜92。

凸面镜91和凹面镜92配置成通过使从主振荡器83输出的脉冲激光被凸面镜91和凹面镜92反射，在激光腔21的放电空间内3次通过而使射束放大。

激光控制部13E在从激光加工控制部32A接收到目标波长λt和目标脉冲能量Et时，将目标波长λt发送到主振荡器83的固体激光控制部89。此外，激光控制部13E设定放大器84的充电器23的充电电压，使得成为目标脉冲能量。

固体激光控制部89在从激光控制部13E接收到目标波长λt时，变更半导体激光器86的振荡波长λa1，使得从波长变换系统88输出的种子光的波长成为目标波长λt。这里，振荡波长λa1设定为目标波长λt的4倍、即、λa1＝4λt。目标波长λt为193.4nm，因此，λa1为193.4×4＝773.6nm。这里，将ArF激光气体作为激光介质的放大器84的可放大波长范围为193.2nm～193.6nm，因此，也可以根据需要，在该波长范围内变更目标波长λt。

固体激光控制部89控制未图示的旋转载台而设定激光相对于各晶体的入射角度，使得LBO晶体和KBBF晶体的波长变换效率在波长变换系统88中成为最大。

固体激光控制部89在从激光控制部13E输入发光触发Tr时，将触发信号发送到钛蓝宝石放大器87的泵送用脉冲激光装置。在钛蓝宝石放大器87中，泵送用脉冲激光装置根据触发信号，将作为所输入的种子光的CW激光变换为脉冲激光并输出。从钛蓝宝石放大器87输出的脉冲激光输入到波长变换系统88。波长变换系统88将λa1的脉冲激光波长变换为第4高次谐波即目标波长λt的脉冲激光并输出。

此外，激光控制部13E在从激光加工控制部32A接收到发光触发Tr时，打开脉冲功率模块24的开关24a，使得从主振荡器83输出的脉冲激光在入射到放大器84的激光腔21的放电空间时放电。

其结果，从主振荡器83入射到放大器84的脉冲激光在激光腔21中，借助凸面镜91和凹面镜92的作用，在放电空间内进行三通而被放大。此外，通过三通而使脉冲激光的射束的直径放大。

放大后的脉冲激光通过监视器模块11E进行采样，计测脉冲能量和波长的实测值。激光控制部13E控制充电器23的充电电压，使得所计测的脉冲能量与目标脉冲能量Et之差接近0。并且，激光控制部13E控制半导体激光器的振荡波长λa1，使得所计测的波长与目标波长λt之差接近0。当快门12打开时，透过监视器模块11E的分束器11a的脉冲激光入射到激光加工装置。

在主振荡器83为固体激光装置的情况下，优选作为图26所示的激光加工装置4B或图37所示的激光加工装置4D的光源应用。所输出的脉冲激光的射束接近单横模式的高斯射束，因此，能够将射束腰部位置处的射束的直径缩小至衍射边界附近。

在本例中，作为放大器84，示出了多通放大器的例子，但不限定于此，例如，也可以是具有法布里珀罗(Fabry Perot)型的谐振器、环型的谐振器的放大器。

此外，在本例中，使用固体激光装置作为主振荡器83，将固体激光装置与使用ArF激光气体作为激光介质的放大器84组合起来构成激光装置3E。

在放大器84为将KrF激光气体作为激光介质的放大器的情况下，可放大波长范围为248.1nm～248.7nm。作为该情况下的激光装置，可以使用能够由主振荡器83在上述可放大波长范围内使波长发生变化的波长可变的固体激光装置，也可以为使光谱线宽窄带化的窄带化KrF准分子激光装置。并且，在放大器84为将F₂激光气体作为激光介质的放大器的情况下，可放大波长为157.6nm。该情况下的激光装置例如可以使用主振荡器83在该波段进行振荡的固体激光装置。如上所述，基于对紫外线的脉冲激光进行放大的放大器的观点，紫外线的脉冲激光的波长优选在157.6nm～248.7nm的范围内。

上述的说明不是限制，旨在单纯的例示。因此，对于本领域人员来说，很明显，能够在不脱离附上的权利要求的情况下对本公开的实施方式施加变更。

在本说明书和附上的权利要求整体中使用的用语应该解释为“非限定的”用语。例如，“包含”或“包括”的用语应该解释为“不限定于记载为包括的内容”。“具有”的用语应该解释为“不限定于记载为具有的内容”。此外，本说明书和附上的权利要求所记载的修饰词“1个”应该被解释为“至少1个”或“1个或1个以上”。

Claims (20)

1.一种激光加工方法，使用激光加工系统对相对于紫外线透明的透明材料实施激光加工的激光加工方法，该激光加工系统具有：激光装置，其输出紫外线的脉冲激光；转印掩模，其形成有使所述脉冲激光透过的转印图案；以及转印光学系统，其对转印像进行转印，该转印像是通过使所述脉冲激光透过所述转印图案而形成的，且形状与所述转印图案对应，其中，该激光加工方法具有以下步骤：

A.定位步骤，在所述脉冲激光的光轴方向上进行由所述转印光学系统转印的所述转印像的转印位置与所述透明材料之间的相对定位，以使所述转印位置成为在所述光轴方向上从所述透明材料的表面起以规定的深度ΔZsf进入所述透明材料的内部的位置的方式进行所述定位；

B.照射条件取得步骤，取得包含所述转印位置处的所述脉冲激光的目标注量和所述深度ΔZsf的照射条件；

C.判定步骤，根据所述照射条件，判定所述透明材料的表面上的所述脉冲激光的最大注量是否在所述规定的范围内；以及

D.控制步骤，在判定为所述最大注量在所述规定的范围内的情况下，容许所述脉冲激光的照射，

其中，所述目标注量为与所述脉冲激光的光轴垂直的方向上的、所述转印位置处的射束的截面内的平均注量，所述最大注量为将所述透明材料的表面上的所述射束的截面分割为多个小区域后，被分割的每个所述小区域的注量中的最大值。

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，该激光加工方法还具有以下步骤：

E.警告步骤，在所述判定步骤中判定为所述最大注量在所述规定的范围外的情况下，进行警告。

3.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述脉冲激光的脉冲宽度在1ns～100ns的范围内，并且，所述转印位置处的射束的直径为10μm以上且150μm以下。

4.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述透明材料为合成石英玻璃，所述脉冲激光的波长为157.6nm～248.7nm。

5.根据权利要求4所述的激光加工方法，其中，

所述脉冲激光为ArF激光。

6.根据权利要求5所述的激光加工方法，其中，

所述深度ΔZsf的范围为0mm以上且4mm以下。

7.根据权利要求6所述的激光加工方法，其中，

所述最大注量为10J/cm²以上且40J/cm²以下。

8.根据权利要求7所述的激光加工方法，其中，

所述脉冲激光的所述转印位置处的目标注量为5J/cm²以上且30J/cm²以下。

9.根据权利要求5所述的激光加工方法，其中，

所述脉冲激光的照射脉冲数为5,000脉冲以上。

10.根据权利要求9所述的激光加工方法，其中，

所述照射脉冲数为20,000脉冲以下。

11.一种激光加工方法，使用激光加工系统对相对于所述紫外线透明的透明材料实施激光加工，该激光加工系统具有：激光装置，其输出紫外线的脉冲激光；以及聚光光学系统，其使所述脉冲激光会聚，其中，该激光加工方法具有以下步骤：

A.定位步骤，在所述脉冲激光的光轴方向上进行所述脉冲激光的射束腰部位置与所述透明材料之间的相对定位，在该定位步骤中，以使所述射束腰部位置成为在所述光轴方向上从所述透明材料的表面以规定的深度(ΔZsfw)进入所述透明材料的内部的位置的方式进行所述定位；

B.照射条件取得步骤，取得包含所述射束腰部位置处的所述脉冲激光的目标注量和所述深度ΔZsf的照射条件；

C.判定步骤，根据所述照射条件，判定所述透明材料的表面上的所述脉冲激光的最大注量是否在所述规定的范围内；以及

D.控制步骤，在判定为所述最大注量在所述规定的范围内的情况下，容许所述脉冲激光的照射，

其中，所述目标注量为与所述脉冲激光的光轴垂直的方向上的、所述射束腰部位置处的射束的截面内的平均注量，所述最大注量为将所述透明材料的表面上的所述射束的截面分割为多个小区域后，被分割的每个所述小区域的注量中的最大值。

12.根据权利要求11所述的激光加工方法，其中，该激光加工方法还具有以下步骤：

E.警告步骤，在所述判定步骤中判定为所述最大注量在所述规定的范围外的情况下，进行警告。

13.根据权利要求11所述的激光加工方法，其中，

所述脉冲激光的脉冲宽度在1ns～100ns的范围内，并且，所述射束腰部位置处的射束的直径为10μm以上且150μm以下。

14.根据权利要求11所述的激光加工方法，其中，

所述透明材料为合成石英玻璃，所述脉冲激光的波长为157.6nm～248.7nm。

15.根据权利要求14所述的激光加工方法，其中，

所述脉冲激光为ArF激光。

16.根据权利要求15所述的激光加工方法，其中，

所述深度ΔZsf的范围为0mm以上且4mm以下。

17.根据权利要求16所述的激光加工方法，其中，

所述最大注量为10J/cm²以上且40J/cm²以下。

18.根据权利要求17所述的激光加工方法，其中，

所述脉冲激光的所述射束腰部位置处的目标注量为5J/cm²以上且30J/cm²以下。

19.根据权利要求18所述的激光加工方法，其中，

所述脉冲激光的照射脉冲数为5,000脉冲以上。

20.一种激光加工系统，其对相对于紫外线透明的透明材料照射所述紫外线的脉冲激光，从而实施激光加工，其中，该激光加工系统具有：

A.激光装置，其输出脉冲激光；

B.转印掩模，在该转印掩模上形成有使从所述激光装置输出的所述脉冲激光透过的转印图案；

C.转印光学系统，其将转印像转印到所述透明材料，该转印像是通过使所述脉冲激光透过所述转印图案而形成的，且形状与所述转印图案对应；

D.定位机构，其在所述脉冲激光的光轴方向上进行由所述转印光学系统转印的所述转印像的转印位置与所述透明材料之间的相对定位，该定位机构以使所述转印位置成为在所述光轴方向上从所述透明材料的表面起以规定的深度ΔZsf进入所述透明材料的内部的位置的方式进行所述定位；

E.照射条件取得部，其取得包含所述转印位置处的所述脉冲激光的目标注量和所述深度ΔZsf的照射条件；

F.判定部，其根据所述照射条件，判定所述透明材料的表面上的所述脉冲激光的最大注量是否在所述规定的范围内；以及

G.控制部，在判定为所述最大注量在所述规定的范围内的情况下，该控制部容许所述脉冲激光的照射，

其中，所述目标注量为与所述脉冲激光的光轴垂直的方向上的、所述转印位置处的射束的截面内的平均注量，所述最大注量为将所述透明材料的表面上的所述射束的截面分割为多个小区域后，被分割的每个所述小区域的注量中的最大值。

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