CN117917972A

CN117917972A - 激光加工方法和激光加工系统

Info

Publication number: CN117917972A
Application number: CN202180102220.3A
Authority: CN
Inventors: 小野濑贵士
Original assignee: Gigaphoton Inc
Current assignee: Gigaphoton Inc
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2024-04-23
Also published as: WO2023067791A1

Abstract

激光加工方法包括：第1工序，使激光会聚于被加工物的表面来形成凹部；以及第2工序，使激光会聚于所述凹部的底面，在第2工序中，在设凹部的上端处的激光的注量为Fin，设通过由于激光的照射引起的被加工物与气氛的化学反应而生成膜的上限的注量为Ffth，设被加工物可通过激光来进行加工的下限的注量为Fmth的情况下，注量Fin满足式子Ffth<Fin<Fmth。

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

近年来，在半导体曝光装置中，随着半导体集成电路的微细化及高集成化，要求提高分辨率。因此，从曝光用光源放出的光的短波长化得以进展。例如，使用了输出波长约246.0nm的激光的KrF准分子激光装置、以及输出波长约193.4nm的激光的ArF准分子激光装置，来作为曝光用的气体激光装置。

KrF准分子激光装置和ArF准分子激光装置的自然振荡光的谱线宽度较宽，为350～400pm。因此，当利用使KrF和ArF激光这样的紫外线透过的材料构成投影透镜时，有时会产生色差。其结果是，分辨率可能会下降。于是，需要对从气体激光装置输出的激光的谱线宽度进行窄带化，直到达到能够忽略色差的程度。因此，在气体激光装置的激光谐振器内，为了对谱线宽度进行窄带化，有时会设置包含窄带化元件(标准具、光栅等)的窄带化模块(Line Narrowing Module：LNM)。以下，将对谱线宽度进行窄带化的气体激光装置称为窄带化气体激光装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7837925号说明书

专利文献2：日本特开平3-157917号公报

发明内容

本公开的一个方式的激光加工方法可以包括：第1工序，使激光会聚于被加工物的表面来形成凹部；以及第2工序，使激光会聚于凹部的底面，在第2工序中，在设凹部的上端处的激光的注量为Fin，设通过被加工物与气氛的化学反应而生成膜的上限的注量为Ffth，设被加工物可通过激光来进行加工的下限的注量为Fmth的情况下，注量Fin满足式子Ffth<Fin<Fmth。

本公开的一个方式的激光加工系统可以具备：光学系统，其照射激光；以及fθ透镜，其将来自光学系统的激光会聚于被加工物的表面，在设通过激光会聚于表面而形成的凹部的上端处的激光的注量为Fin，设通过被加工物与气氛的化学反应而生成膜的上限的注量为Ffth，设被加工物可通过激光来进行加工的下限的注量为Fmth的情况下，光学系统照射出满足式子Ffth<Fin<Fmth的注量Fin的激光。

附图说明

以下，将本公开的若干实施方式仅作为例子，参照附图来进行说明。

图1是示出比较例的激光加工系统的整体的概要结构例的示意图。

图2是说明凹部和贯通孔即被加工部位的图。

图3是说明激光照射凹部的上端侧的壁面的情况的图。

图4是说明有效加工深度和激光的截面积的图。

图5是示出自然振荡的情况下的激光的光谱波形和氧对光的吸收的图。

图6是示出实施方式1的激光加工处理器的控制流程图的图。

图7是说明使激光会聚于被加工物的表面的图。

图8是说明螺旋加工的图。

图9是说明第1工序的图。

图10是说明第2工序的图。

图11是说明形成于被加工物的被加工部位的图。

图12是示出实施方式2的激光加工系统的整体的概要结构例的示意图。

图13是示出可变扩束器的概要结构例的示意图。

图14是示出实施方式2的激光加工处理器的控制流程图的图。

图15是示出实施方式3的激光加工处理器的控制流程图的图。

图16是说明在步骤SP31中使激光会聚于被加工物的表面的图。

图17是说明在实施方式3中激光照射凹部的上端侧的壁面的情况的图。

图18是说明在步骤SP37中激光照射凹部的底面的情况的图。

图19是示出变形例的气体激光装置的整体的概要结构例的示意图。

具体实施方式

1.比较例的激光加工系统和激光加工方法的说明

1.1 结构

1.2 动作

1.3 课题

2.被加工物的有效加工深度和激光的截面积的说明

3.实施方式1的激光加工系统和激光加工方法的说明

3.1 结构

3.2 动作

3.3作用·效果

4.实施方式2的激光加工系统和激光加工方法的说明

4.1 结构

4.2 动作

4.3作用·效果

5.实施方式3的激光加工系统和激光加工方法的说明

5.1 结构

5.2 动作

5.3作用·效果

6.气体激光装置的变形例的说明

以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。

以下说明的实施方式示出本公开的若干例子，并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并非都是本公开的结构和动作所必须的。另外，针对相同的结构要素标注相同的参照标号，省略重复的说明。

1.比较例的激光加工系统和激光加工方法的说明

1.1结构

对比较例的激光加工系统和激光加工方法进行说明。另外，本公开的比较例是申请人认为仅由申请人知晓的方式，并非申请人自己认可的公知例。

图1是示出激光加工系统10的整体的概要结构例的示意图。激光加工系统10具备气体激光装置100、激光加工装置300以及连接气体激光装置100和激光加工装置300的光路管500作为主要结构。以下，将与向被加工物20入射的激光的光轴方向平行的方向设为Z方向，将与Z方向正交的方向设为X方向，将与X方向及Z方向正交的方向设为Y方向来进行说明。

气体激光装置100例如是使用包含氩气(Ar)、氟气(F₂)以及氖气(Ne)的混合气体的ArF准分子激光装置。该气体激光装置100输出中心波长约为193.4nm的激光。此外，气体激光装置100也可以是ArF准分子激光装置以外的气体激光装置，例如也可以是使用包含氪气(Kr)、F₂以及Ne的混合气体的KrF准分子激光装置。在该情况下，气体激光装置100射出中心波长约为246.0nm的激光。包含作为激光介质的Ar、F₂及Ne的混合气体、包含作为激光介质的Kr、F₂及Ne的混合气体有时被称为激光气体。

气体激光装置100具备壳体110、配置于壳体110的内部空间的激光振荡器130、监视模块150、光闸170以及激光处理器190作为主要结构。

激光振荡器130具备激光腔室131、充电器141、脉冲功率模块143、后镜145以及输出耦合镜147。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室131的内部结构。

激光腔室131具有通过上述激光气体中的激光介质的激励而产生光的内部空间。该光向后述的窗口139a、139b行进。激光气体从未图示的激光气体供给源通过未图示的配管被供给至激光腔室131的内部空间。此外，针对激光腔室131内的激光气体，通过卤素过滤器来进行去除F₂气体的处理等，并利用未图示的排气泵通过未图示的配管排出到壳体110。

在激光腔室131的内部空间中，一对电极133a、133b彼此对置，且各自的长度方向沿光的行进方向而配置。电极133a、133b是用于通过辉光放电激励激光介质的放电电极。在本例中，电极133a为阴极，电极133b为阳极。

电极133a由电绝缘部135支承。电绝缘部135堵住形成于激光腔室131的开口。在电绝缘部135埋设有未图示的导电部，导电部将从脉冲功率模块143供给的高电压施加于电极133a。电极133b支承于返回板137，返回板137通过未图示的配线与激光腔室131的内表面连接。

充电器141是以规定的电压对脉冲功率模块143中的未图示的充电电容器进行充电的直流电源装置。脉冲功率模块143具有由激光处理器190控制的开关143a。当开关143a从断开变为接通时，脉冲功率模块143利用充电器141中储存的电能来生成脉冲状的高电压，并将该高电压施加于电极133a与电极133b之间。

当在电极133a与电极133b之间施加高电压时，在电极133a与电极133b之间产生放电。激光腔室131内的激光介质被该放电的能量所激励，被激励后的激光介质在转移到基态时放出光。

在激光腔室131设置有窗口139a、139b。窗口139a位于激光腔室131中的激光的行进方向上的一端侧，窗口139b位于该行进方向上的另一端侧，窗口139a、139b将电极133a与电极133b之间的空间隔在中间。窗口139a、139b以相对于激光的行进方向形成布儒斯特角的方式倾斜，以便抑制激光的P偏振光的反射。如后述那样，振荡的激光经由窗口139a、139b射出到激光腔室131的外部。如上所述，脉冲功率模块143在电极133a与电极133b之间施加脉冲状的高电压，因此该激光是脉冲激光。

后镜145配置于与激光腔室131的一端侧连接的壳体145a的内部空间中，将从窗口139a射出的激光反射而使其返回到激光腔室131。输出耦合镜147配置于与激光腔室131的另一端侧连接的光路管147a的内部空间中，使从窗口139b射出的激光中的一部分透过，将激光的另一部分反射而使其返回到激光腔室131的内部空间。这样，由后镜145和输出耦合镜147构成法布里-珀罗型的激光谐振器，激光腔室131配置在激光谐振器的光路上。

监视模块150配置在从输出耦合镜147射出的激光的光路上。监视模块150例如包括壳体151、配置于壳体151的内部空间中的分束器153以及光传感器155。在壳体151形成有开口，壳体151的内部空间通过该开口与光路管147a的内部空间连通。

分束器153使从输出耦合镜147射出的激光的一部分朝向光闸170透过，并将激光的另一部分向光传感器155的受光面反射。光传感器155对入射到受光面的激光的能量E进行计测。光传感器155将表示计测出的能量E的信号输出到激光处理器190。

本公开的激光处理器190是包括存储有控制程序的存储装置190a和执行控制程序的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)190b的处理装置。激光处理器190为了执行本公开中包含的各种处理而被特别地构成或编程。另外，激光处理器190控制气体激光装置100整体。

激光处理器190在与激光加工装置300的激光加工处理器310之间收发各种信号。例如，激光处理器190从激光加工处理器310接收表示后述的发光触发Tr和后述的目标能量Et等的信号。激光处理器190基于从光传感器155和激光加工处理器310接收到的能量E和目标能量Et来控制充电器141的充电电压。通过控制该充电电压来控制激光的能量。另外，激光处理器190向脉冲功率模块143发送开关143a的接通或断开的指令信号。另外，激光处理器190与光闸170电连接，控制光闸170的开闭。

激光处理器190关闭光闸170，直到从监视模块150接收到的能量E与从激光加工处理器310接收到的目标能量Et之差ΔE处在容许范围内。若差ΔE处在容许范围内，则激光处理器190将用于通知发光触发Tr的接收准备已完成的接收准备完成信号发送到激光加工处理器310。激光加工处理器310在接收到接收准备完成信号时，将表示发光触发Tr的信号发送到激光处理器190，激光处理器190在接收到表示发光触发Tr的信号时打开光闸170。发光触发Tr由激光的规定的重复频率f和规定的脉冲数P规定，是激光加工处理器310使激光振荡器130进行激光振荡的定时信号，是外部触发。激光的重复频率f例如为1kHz以上且10kHz以下。

光闸170配置于透过监视模块150的分束器153并通过了如下开口的激光的光路上，该开口形成在壳体151中的与连接有光路管147a的一侧相反的一侧。另外，光闸170配置于光路管171的内部空间中，光路管171以包围上述开口的方式与壳体151连接，并与壳体151连通。另外，光路管171通过壳体110的上述开口和光路管500与激光加工装置300连通。

在光路管171和光路管147a的内部空间、壳体151和壳体145a的内部空间中填充有吹扫气体。吹扫气体包含氮气(N₂)等惰性气体。吹扫气体从未图示的吹扫气体供给源通过未图示的配管被供给到光路管171和光路管147a的内部空间、壳体151和壳体145a的内部空间中。

激光加工装置300具有激光加工处理器310、壳体355、框架357、配置于壳体355的内部空间中的光学系统330、fθ透镜375以及载置台350作为主要结构。壳体355固定于框架357。光路管500与壳体355连接，壳体355的内部空间通过壳体355的开口与光路管500的内部空间连通，通过了光闸170的激光入射到壳体355。

激光加工处理器310是包括存储有控制程序的存储装置310a和执行控制程序的CPU310b的处理装置。激光加工处理器310为了执行本公开中包含的各种处理而被特别地构成或编程。另外，激光加工处理器310控制激光加工装置300整体。

光学系统330包括高反射镜331a和331b、衰减器333以及照射光学系统370。高反射镜331a和331b、衰减器333以及照射光学系统370分别固定于未图示的保持架，在壳体355内配置于规定的位置。

高反射镜331a、331b例如通过在由合成石英、氟化钙形成的透明基板的表面涂覆对激光进行高反射的反射膜而构成。高反射镜331a将从气体激光装置100入射的激光向衰减器333反射。高反射镜331b将来自衰减器333的激光向照射光学系统370反射。

衰减器333配置在高反射镜331a与高反射镜331b之间的光路上。衰减器333例如包括旋转台333a、333b和固定于旋转台333a、333b的部分反射镜333c、333d。旋转台333a、333b与激光加工处理器310电连接，根据来自激光加工处理器310的控制信号绕Y轴旋转。当旋转台333a、333b分别旋转时，部分反射镜333c、333d也分别旋转。部分反射镜333c、333d是部分反射镜333c、333d的透射率根据激光向部分反射镜333c、333d入射的入射角而变化的光学元件。通过旋转台333a、333b的旋转来调整部分反射镜333c、333d绕Y轴的旋转角，使得激光的入射角相互一致，并且使部分反射镜333c、333d的透射率成为期望的透射率。由此，来自高反射镜331a的激光被减少至期望的能量而通过衰减器333。

照射光学系统370将从气体激光装置100射出的激光向被加工物20引导，并使引导来的激光的照射点在被加工物20的投影面的面内方向上移动而照射激光。投影面是从与激光朝向被加工物20的行进方向相反的方向观察被加工物20的情况下的位于XY平面的面。在本实施方式的激光的照射中，激光在XY平面上移动。照射光学系统370包括电流扫描器(galvano scanner)371、373。

电流扫描器371包括驱动部371a和安装于驱动部371a的摆动轴并能够绕摆动轴摆动的反射镜371b。另外，电流扫描器373的结构与电流扫描器371的结构相同，电流扫描器373包括驱动部373a和安装于驱动部373a的摆动轴并能够绕摆动轴摆动的反射镜373b。

驱动部371a、373a是马达等，与激光加工处理器310电连接。驱动部371a、373a的摆动轴的摆动速度和摆动角由来自激光加工处理器310的控制信号控制。驱动部371a的摆动轴与驱动部373a的摆动轴正交。

反射镜371b将来自高反射镜331b的激光向反射镜373b反射，反射镜373b将来自反射镜371b的激光向fθ透镜375反射。反射镜371b、373b各自的朝向通过驱动部371a、373a各自的摆动轴的摆动角来调节。反射镜371b、373b各自的朝向的调节可以同步进行。摆动时的反射镜371b、373b的速度通过驱动部371a、373a的摆动轴摆动时的摆动速度来调节。

如上所述的电流扫描器371、373利用反射镜371b、373b使激光在X方向和Y方向上移动的同时照射至被加工物20的表面，通过该移动和照射来对被加工物20进行加工。在进行移动和照射时，照射被加工物20的激光的照射线的间隔及移动速度通过反射镜371b、373b的朝向及速度来控制。照射线是指激光的照射点在被加工物20上移动的线。

fθ透镜375在反射镜373b与被加工物20之间的光路上固定于未图示的保持架，在壳体355内配置于规定的位置。fθ透镜375的光轴沿着Z方向。fθ透镜375将从光学系统330的电流扫描器373照射来的激光沿着fθ透镜375的光轴会聚于被加工物20的表面。另外，fθ透镜375以使得被加工物20上的激光的照射点直径比形成于被加工物20的被加工部位的直径小的方式将激光会聚于被加工物20。

载置台350配置于壳体355的底面，具备工作台351。另外，载置台350能够通过来自激光加工处理器310的控制信号来使工作台351在X方向、Y方向以及Z方向上移动，通过该移动，能够调整工作台351的位置。

工作台351对被加工物20进行支承。作为工作台351的主面的表面和背面相对于XY平面倾斜。因此，被加工物20的表面和背面相对于激光的光轴方向倾斜，进行斜孔加工。在图1中，将被加工物20的背面相对于XY平面的倾斜角设为倾斜角θ1。通过以上的结构，载置台350能够通过工作台351使被加工物20移动而调整被加工物20的位置，使得从光学系统330射出的激光照射至被加工物20的期望的位置。

被加工物20是通过照射激光而进行激光加工的对象物。作为被加工物20，例如可举出石英玻璃。另外，作为被加工物20，例如可举出包含碳原子的材料、聚酰亚胺、氟系树脂等有机材料、碳纤维与树脂的复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics(碳纤维增强塑料)：CFRP)或金刚石。此外，作为被加工物20，例如可举出蓝宝石、SiC(碳化硅)这样的宽带隙材料、CaF₂晶体、MgF₂晶体、玻璃材料等透明材料。

在激光加工系统10运转时，惰性气体始终在壳体355的内部空间中流动。该惰性气体例如为氮气。在壳体355设置有将惰性气体吸入壳体355的未图示的吸入端口和将惰性气体从壳体355排出到外部的未图示的排出端口。在吸入端口和排出端口连接有未图示的进气管、排出管。供给惰性气体的未图示的气体供给源通过进气管与吸入端口连接。从吸入端口供给的惰性气体也向与壳体355连通的光路管500流动。

1.2动作

接着，对比较例的激光加工系统10的动作进行说明。

在气体激光装置100中，在气体激光装置100射出激光之前的状态下，从未图示的吹扫气体供给源向光路管147a、171、500的内部空间、壳体145a、151的内部空间填充吹扫气体。并且，从未图示的激光气体供给源向激光腔室131的内部空间供给激光气体。另外，在激光加工装置300中，氮气等惰性气体流动于壳体355的内部空间。

在激光加工装置300中，被加工物20被支承在工作台351上。激光加工处理器310对载置台350设定为了形成被加工部位而照射激光的初始照射位置的坐标X、坐标Y以及坐标Z。由此，载置台350使工作台351与被加工物20一起移动到所设定的初始照射位置。

在工作台351移动后，激光加工处理器310通过电流扫描器371、373的驱动部371a、373a来控制反射镜371b、373b的朝向，使得激光照射上述的初始照射位置。另外，激光加工处理器310控制气体激光装置100和光学系统330的衰减器332的透射率，使得向被加工物20照射的激光达到激光加工所需的期望的注量F。注量F由激光的能量除以与激光的光轴垂直的激光的截面积而得到的值来定义。

激光处理器190关闭光闸170，驱动充电器141。另外，激光处理器190使脉冲功率模块143的开关143a接通。由此，脉冲功率模块143利用充电器141中储存的电能在电极133a与电极133b之间施加脉冲状的高电压。通过该高电压，在电极133a与电极133b之间产生放电，电极133a与电极133b之间的激光气体中包含的激光介质转移到激励状态，并在激光介质返回基态时放出光。通过该光，光在后镜145与输出耦合镜147之间谐振，并且光在每次通过激光腔室131的内部空间中的放电空间时被放大，产生激光振荡。然后，激光的一部分作为脉冲激光透过输出耦合镜147而向分束器153行进。

行进到分束器153的激光中的一部分被分束器153反射，被光传感器155接收。光传感器155对接收到的激光的能量E进行计测，将表示能量E的信号输出到激光处理器190。激光处理器190控制充电电压，使得能量E与目标能量Et之差ΔE处在容许范围内，并且在差ΔE处在容许范围内之后，将表示发光触发Tr的接收准备已完成的接收准备完成信号发送到激光加工处理器310。

激光加工处理器310在接收到接收准备完成信号时，将发光触发Tr发送到激光处理器190。当激光处理器190与接收发光触发Tr同步地打开光闸170时，通过了光闸170的激光入射到激光加工装置300。该激光例如是中心波长为193.4nm的脉冲激光。

入射到了激光加工装置300的激光经由高反射镜331a、衰减器333、高反射镜331b、照射光学系统370而行进至fθ透镜375，并由fθ透镜375会聚于被加工物20的表面。

激光按照由激光加工所需的重复频率f和脉冲数P规定的发光触发Tr来照射被加工物20。当持续照射激光时，在被加工物20的表面附近处产生烧蚀，并产生缺陷。由此，如图2所示，在被加工物20的表面形成了凹部20a。另外，当激光进一步会聚于凹部20a的底面时，会形成例如贯通孔这样的被加工部位20c。在图2中，为了区分凹部20a和被加工部位20c，用单点划线表示被加工部位20c。

在形成了该被加工部位20c之后，在被加工物20的另一部分形成其他被加工部位20c的情况下，激光加工处理器310对载置台350设定为了形成其他被加工部位20c而照射激光的初始照射位置的坐标X、坐标Y以及坐标Z。由此，载置台350与被加工物20一起移动到所设定的初始照射位置。之后，在该坐标处，对被加工物20进行激光加工。在不形成其他被加工部位20c的情况下，激光加工结束。重复这样的步骤，直到针对所有的被加工部位20c的激光加工结束为止。在本例中，对被加工物20进行加工，直到形成多个被加工部位20c为止。

1.3课题

在比较例的激光加工装置300的加工的最后阶段，凹部20a的加工深度变深，在凹部20a的上端侧，与凹部20a的底面侧的激光的会聚位置相比，与光轴垂直的激光的截面积变大。若截面积变大，则与会聚位置相比，会导致激光的注量降低。并且，如图3所示，当注量降低的激光照射凹部20a的上端侧的壁面20e时，壁面20e与配置了被加工物20的气氛发生化学反应，并且有时会因该化学反应而在壁面20e生成未图示的膜。另外，即便注量降低的激光照射壁面以外的被加工物20，有时也会因上述化学反应而在该激光的照射部位生成膜。另外，包含贯通孔的被加工物20有时会被未图示的保护膜覆盖。在该情况下，保护膜也会覆盖通过化学反应生成的上述膜。当通过化学反应而生成的膜从壁面20e或被加工物20剥落时，有时保护膜也会因膜的剥落而从被加工物20剥落，导致被加工物20不受保护膜保护。因此，期望抑制这样的膜的生成。为了抑制这样的膜的生成，可以增大上端侧的激光的注量。但是，若为了增大注量而增大激光的能量，则有时会像凹部20a的上端被切削那样导致被加工物20被进行不必要的加工。

因此，在以下的实施方式中，例示了能够抑制膜的生成以及被加工物20的不必要的加工的激光加工系统10和激光加工方法。

在实施方式中，对被加工物20具备多个纤维和基体材料的情况进行说明，作为这样的被加工物20，例如可举出陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites：CMC)。在这种情况下，作为纤维例如可举出碳化硅纤维、碳纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维以及氮化硼纤维中的任意一种。另外，纤维也可以是由其他适当的陶瓷构成的纤维。另外，作为基体材料，例如可举出碳化硅。如上所述的被加工物20被用作要求轻量、高强度及耐热性的航空、宇宙、汽车、发电等领域中的发动机的部件。具体而言，被加工物20例如用作护罩、燃烧衬套、燃料喷嘴、旋流器、压缩机叶片以及涡轮叶片中的至少一个的至少一部分。

在实施方式中，被加工物20例如为板状，但形状没有特别限定。另外，将形成于被加工物20的被加工部位20c作为通过斜孔加工而形成的贯通孔来进行说明。贯通孔在被加工物20的背面与未图示的管连通，该管与未图示的冷却源连通。冷却源通过管将冷却用的流体送入贯通孔。该流体从贯通孔流向被加工物20的表面，将被加工物20的表面冷却。

2.被加工物的有效加工深度和激光的截面积的说明

图4是说明被进行斜孔加工的被加工物20的有效加工深度teff和激光的截面积的图。有效加工深度teff是在主面相对于光轴倾斜的被加工物20上通过斜孔加工而形成的被加工部位20c的在光轴方向上的长度，具体而言，有效加工深度teff是激光在光轴方向上的从被加工物20的表面到背面的长度。在设被加工物20的表面相对于激光的光轴的倾斜角为θ2，设与作为被加工物20的主面的表面垂直的方向上的长度即被加工物20的厚度为t的情况下，有效加工深度teff为t/sinθ2。倾斜角θ2是从90°减去被加工物20的背面相对于XY平面的倾斜角θ1而得到的角。另外，在不是斜孔加工而被加工物20的主面沿着XY平面与激光的光轴垂直的情况下，有效加工深度teff为被加工物20的厚度t。

另外，在图4中，在从fθ透镜375向被加工物20行进的激光中，将激光的束腰处的激光的截面积表示为截面积Smin。截面积Smin是激光的截面积中的最小的截面积。另外，在图4中，将从束腰向与激光的行进方向相反的方向离开瑞利长度的位置处的激光的截面积表示为截面积2×Smin。另外，在图4中，将通过激光向被加工物20的会聚而形成的凹部20a的上端的激光的截面积表示为截面积Sin。激光的截面积按照截面积Smin、截面积2×Smin、截面积Sin的顺序变大。在图4中，上述的有效加工深度teff是在束腰位于被加工物20的背面时满足2×Smin<Sin的值，其大于瑞利长度。此外，有效加工深度teff也可以是不满足2×Smin<Sin的值，也可以为瑞利长度以下。

3.实施方式1的激光加工系统和激光加工方法的说明

接着，对实施方式1的激光加工系统10和激光加工方法进行说明。此外，对与上述说明的结构相同的结构标注相同的标号，除了特别说明的情况以外，省略重复的说明。

3.1结构

在本实施方式的激光加工系统10中，激光加工处理器310预先计算出有效加工深度teff，存储装置310a存储参数。

该参数包括表示截面积Sin、2×Smin、Smin与这些截面各自的坐标Z之间的关系的数据。此外，在上述关系中，使用截面积进行了说明，但也可以不是截面积而是截面中的激光的射束直径。另外，在本实施方式的参数中，将激光的束腰位于被加工物20的表面时的工作台351的坐标Z存储为Z0。

另外，参数包括图4所示的注量Fin、注量Ffth以及注量Fmth。注量Fin是截面积Sin下的注量、即凹部20a的上端处的注量。激光加工处理器310根据截面积Sin和激光的能量来计算出注量Fin。注量Ffth是通过由于激光的照射引起的被加工物20与气氛的化学反应而在被加工物20上生成未图示的膜的上限的注量。在被加工物20为CMC的情况下，注量Ffth为1[J/cm²]以上且2[J/cm²]以下，优选设定为1.5[J/cm²]。注量Fmth是被加工物20可通过激光来进行加工的下限的注量。

在上述那样的参数中，截面积Sin、2×Smin、Smin以及这些截面各自的坐标Z可以通过进行被加工物20的样品加工而预先实际测量出，注量Ffth、Fmth也可以根据样品加工而预先计算出。这些样品加工是斜孔加工。

或者，截面积Sin、2×Smin、Smin以及这些截面各自的坐标Z也可以根据在被加工物20的主面与激光的光轴垂直的状态下向被加工物20照射激光的样品加工来计算出。在该样品加工中，准备多个被加工物20，将激光的束腰的坐标Z在各个被加工物20中定位在不同的位置，并在各个被加工物20上形成被加工部位20c。当形成被加工部位20c时，对各个被加工部位20c中的被加工物20的表面处的截面积进行计测。根据各个坐标Z与和坐标Z对应的截面积之间的关系来计算出近似曲线，并根据近似曲线来计算出截面积Sin、2×Smin、Smin以及坐标Z。另外，也可以不计算出近似曲线，而由存储装置310a预先存储上述的各个坐标Z与和坐标Z对应的截面积之间的关系，并由激光加工处理器310根据该关系通过插值法来计算出截面积Sin、2×Smin、Smin。

另外，在被加工物20的主面与光轴垂直的状态下向被加工物20照射激光的上述样品加工中，截面积Sin、2×Smin、Smin也可以根据激光的射束直径来计算出。射束直径可基于根据激光的束腰的位置与被加工物20的表面处的被加工部位20c的直径之间的关系求出的M²来计算出。此外，在激光的截面为椭圆状的情况下，也可以求出截面的长轴方向和短轴方向各自的M²。在该情况下，也可以基于截面的长轴方向和短轴方向各自的M²和坐标Z来分别计算出坐标Z处的长轴方向和短轴方向的射束直径，从而将激光的截面积Sin、2×Smin、Smin计算为长轴方向的射束直径与短轴方向的射束直径之积。

接着，对激光的波长进行说明。图5示出了不含氧的氮气中的ArF准分子激光的自然振荡(Free Running)的光谱波形FR_N2。光谱波形FR_N2的中心波长大致为193.4nm，谱线宽度以半峰全宽(FWHM)约为450.0pm。然而，已知氧具有作为吸收激光的吸收带的多个吸收线。假设在含氧的气体中，例如在空气中，若光谱波形FR_N2的一部分与氧的吸收线重叠，则在重叠的部分，激光的一部分被氧吸收。由此，氧会产生臭氧，臭氧会吸收激光的另一部分。当激光被吸收时，光谱波形FR_空气与光谱波形FR_N2相比，在多个吸收线中产生了光强度I的下降。在此，图5的纵轴的相对强度是将光强度I进行标准化后而得到的值。

例如，如日本特开平3-157917号公报所记载的那样，波长175.0nm～波长250.0nm的吸收线是由舒曼-龙格(Schumann-Runge)带的吸收跃迁引起的。该吸收线相当于由分支R(17)、P(15)、R(19)、P(17)、R(21)、P(19)、R(23)、P(21)表示的吸收带。如图5所示，在ArF准分子激光的光谱波形FR_空气中，在相当于这些分支的吸收线中，光强度I下降。

如上所述，若激光的波长与大气中的氧的吸收线重叠，则激光的强度会降低，有可能无法适当地对被加工物20进行加工。然而，在本实施方式中，惰性气体向壳体355的内部空间流动，氧从壳体355被排出，抑制了激光的波长与氧的吸收线的重叠。由此，抑制了臭氧的产生、臭氧对激光的吸收，向被加工物20照射抑制了由吸收引起的激光的强度的降低的光。

3.2动作

接着，对本实施方式中的激光加工处理器310的动作进行说明。

图6是示出本实施方式的激光加工处理器310的控制流程图的图。本实施方式的控制流程图包括步骤SP11～步骤SP15，示出了在被加工物20上形成被加工部位20c的激光加工方法。

在图6所示的开始的状态下，激光加工处理器310从激光处理器190接收到了接收准备完成信号，但未将发光触发Tr发送至激光处理器190。因此，虽然激光从激光振荡器130射出，但由于光闸170关闭，因此激光未从气体激光装置100入射到激光加工装置300。另外，在开始的状态下，被加工物20已支承于工作台351，并预先计算出了注量Ffth、Fmth。

(步骤SP11)

在本步骤中，激光加工处理器310对载置台350设定激光的照射位置的坐标X和坐标Y，使得将被加工部位20c形成于被加工物20的期望的位置。另外，激光加工处理器310将工作台351的坐标Z设定为Z0，使得激光的束腰如图7所示那样位于被加工物20的表面。当进行了该设定后，载置台350使放置有被加工物20的工作台351移动，使得激光照向所设定的位置。当工作台351的移动完成时，载置台350将表示工作台351的移动已完成的信号发送至激光加工处理器310。激光加工处理器310在接收到该信号时，使控制流程进入步骤SP12。

(步骤SP12)

在本步骤中，在工作台351的当前坐标Z为Z0的情况下，即在如图7所示那样激光的束腰位于被加工物20的表面的情况下，激光加工处理器310设定激光的能量，使得注量Fmax满足式子Fmax≥Fmth。注量Fmax是束腰位于被加工物20的表面的情况下的束腰处的注量，其等于激光的能量除以截面积Smin而得到的值。另外，在工作台351的当前坐标Z为Z0+teff的情况下，即在束腰位于加工深度最深的凹部20a的底面的情况下，激光加工处理器310设定激光的能量，使得注量Fin满足式子Ffth<Fin＝F(Z0+teff)<Fmth。注量F(Z0+teff)表示工作台351的当前坐标Z为Z0+teff时的注量Fin。另外，在束腰位于凹部20a的底面的情况下，激光加工处理器310设定激光的能量，使得注量Fb满足式子Fb≥Fmth。注量Fb是束腰处的注量，与注量Fmax同样地，其等于激光的能量除以截面积Smin而得到的值。激光处理器190根据通过上述的样品加工计算出的注量Ffth、Fmth来设定用于注量Fin、Fmax、Fb的激光的能量。为了进行激光的能量的设定，在本实施方式中，激光加工处理器310对激光透过的衰减器333的透射率进行调整。因此，本步骤可以理解为是如下的透射率调整工序，在该透射率调整工序中，对激光透过的衰减器333的透射率进行调整，使得注量Fmax满足式子Fmax≥Fmth，注量Fin满足式子Ffth<Fin<Fmth，注量Fb满足式子Fb≥Fmth。激光加工处理器310在调整了衰减器333的透射率之后，使控制流程进入步骤SP13。

(步骤SP13)

激光加工处理器310向激光处理器190发送发光触发Tr，使激光处理器190打开光闸170。由此，激光从气体激光装置100入射到激光加工装置300。入射来的激光按照高反射镜331a、衰减器333、高反射镜331b、反射镜371b、反射镜373b、fθ透镜375的顺序行进，从而照射到被加工物20。激光加工处理器310进行螺旋加工。

图8是说明螺旋加工的图。在图8中，将为了形成被加工部位20c而在被加工物20的表面照射激光的区域表示为加工区域23，图8是从fθ透镜375侧观察加工区域23的图。图8所示的虚线表示在加工区域23中大致同心圆状地以一定的间隔定位的多个圆状的各条照射线，在螺旋加工中，激光沿各条照射线进行照射。在图8中，为了清楚示出位于最外侧的圆状的照射线，将该照射线向加工区域23的内侧错开而图示。该照射线的内侧成为加工区域23。图8所示的各个箭头表示沿各条照射线进行照射的激光的行进方向。在螺旋加工中，激光沿最外侧的照射线至少移动一周并进行照射，之后沿最外侧的照射线的内侧的第一条照射线至少移动一周并进行照射。激光进行照射的照射线逐渐向内侧偏移，最后沿最内侧的照射线移动并进行照射。激光的上述移动通过借助于驱动部371a、373a的摆动轴的摆动角的反射镜371b、373b的朝向来控制。因此，激光的照射点在某个高度位置在加工区域23的投影面的面内方向上移动，照射整个加工区域23。在该照射时，激光的各个照射点的至少一部分与相邻于该照射点的其他照射点重叠。相邻表示照射线的周向和径向。当光闸170打开，激光照射被加工物20从而进行螺旋加工时，激光加工处理器310使控制流程进入步骤SP14。

(步骤SP14)

激光加工处理器310针对载置台350进行设定，使得激光的束腰从被加工物20的表面朝向被加工物20的背面侧在Z方向上错开规定量。当进行了该设定后，载置台350使放置有被加工物20的工作台351在Z方向上移动，使得激光会聚于错开了规定量的位置。当工作台351的移动完成时，载置台350将表示工作台351的移动已完成的信号发送至激光加工处理器310。激光加工处理器310在接收到该信号时，使控制流程进入步骤SP15。

(步骤SP15)

激光加工处理器310判断工作台351的当前坐标Z是否为Z≥Z0+teff。如果当前坐标Z不是Z≥Z0+teff，则激光加工处理器310使控制流程返回到步骤SP13继续进行加工，如果当前坐标Z是Z≥Z0+teff，则结束控制流程。

在上述的控制流程图中，在控制流程初次进入步骤SP13的情况下，该步骤SP13成为如图7和图9所示那样使激光会聚于被加工物20的表面从而形成凹部20a的第1工序。另外，控制流程按照步骤SP13、SP14、SP15的顺序进行，在当前坐标Z不是Z≥Z0+teff而从步骤SP15返回到步骤SP13的情况下，第2次以后的步骤SP13成为如图10所示那样使激光会聚于凹部20a的底面的第2工序。在第2工序中，通过使注量Fb满足式子Fb≥Fmth，无论激光的束腰位于哪个高度位置，在激光会聚于凹部20a的底面时，均会产生烧蚀并产生缺陷。由此，凹部20a的深度变深。第2次以后中的最后的步骤SP13成为在被加工物20的光轴方向上的加工深度最深的位置进行的第2工序。在该最后的步骤SP13中，工作台351的当前坐标Z为Z0+teff，注量Fin满足式子Ffth<Fin<Fmth。由于注量Fin大于注量Ffth，因此即便如图3所示那样激光照射凹部20a的上端侧的壁面20e，也能够抑制被加工物20与气氛发生化学反应，并且能够抑制因该化学反应而在壁面20e生成未图示的膜。另外，由于注量Fin小于注量Fmth，因此与未将注量Fmth设定为上限值的情况相比，抑制了被加工物20的不必要的加工。当最后的步骤SP13结束时，如图11所示，在被加工物20上形成被加工部位20c即贯通孔。在第1工序和第2工序中，被加工物20的表面的面内方向相对于激光的光轴倾斜，因此贯通孔相对于面内方向倾斜地形成。另外，步骤SP14成为在第1工序与第2工序之间使配置有被加工物20的工作台351向与激光的行进方向相反的方向移动的第3工序。

3.3作用·效果

在本实施方式的激光加工方法的第2工序即第2次以后的步骤SP13中，注量Fin满足式子Ffth<Fin<Fmth。另外，在本实施方式的激光加工系统10中，光学系统330向被加工物20照射出满足式子Ffth<Fin<Fmth的注量Fin的激光。

在注量Fin为注量Ffth以下的情况下，若向被加工物20照射激光，则有时被加工物20会与气氛发生化学反应，并因该化学反应而在被加工物20上生成膜。相对于此，在上述的结构中，由于注量Fin大于注量Ffth，因此能够抑制化学反应，能够抑制膜的生成。另外，虽然越增大注量Fin，越能够抑制膜的生成，但有时会像凹部20a的上端被切削那样导致被加工物20被进行不必要的加工。相对于此，在上述结构中，由于注量Fin小于注量Fmth，因此与未将注量Fmth设定为上限值的情况相比，能够抑制被加工物20的不必要的加工。

另外，在本实施方式的激光加工方法中，在控制流程中初次进行的步骤SP13即第1工序以及第2工序中，被加工物20的表面的面内方向相对于光轴倾斜。

根据上述结构，被加工部位20c能够以相对于表面的面内方向倾斜的状态形成。

另外，在本实施方式的激光加工方法中，在第1工序和第2工序中，激光在沿同心圆状的多条照射线中的一部分照射线照射至少一周之后，沿该多条照射线中的另一部分照射线照射至少一周。即，在第1工序和第2工序中进行螺旋加工。

作为在被加工物20上形成例如圆形的贯通孔作为被加工部位20c的加工，除了螺旋加工以外，还可以举出光栅扫描加工。光栅扫描加工是指，在正面观察贯通孔的情况下，使激光从贯通孔的下端朝向上端沿左右呈直线状地移动并照射的加工，在该情况下，激光的进行移动及照射的照射线逐渐向上侧偏移。在形成圆形的孔的情况下，螺旋加工与光栅扫描加工相比，更容易形成该贯通孔。

另外，在本实施方式的激光加工方法中，通过进行被加工物20的样品加工来预先计算出注量Ffth和注量Fmth。

根据上述结构，与在被加工物20的加工时计算出注量Ffth和注量Fmth的情况相比，能够缩短加工时间。

另外，在本实施方式的激光加工方法中，照射被加工物20的激光从作为准分子激光装置的气体激光装置100射出。

根据上述结构，与激光从准分子激光装置以外的装置射出的情况相比，容易减小激光的波长，容易提高激光的能量，容易抑制激光的发散角。当发散角被抑制时，被加工物20的焦点深度变深，对于被加工物20的表面的凹部20a的深度深的被加工物20、被加工物20的表面的凸部的高度高的被加工物20以及具有厚度的被加工物20，容易利用激光加工方法来进行加工。

另外，照射被加工物20的激光的波长是以不包含氧的吸收线的方式被窄带化而得到的波长。

根据上述结构，在被加工物20配置于壳体355的内部空间的情况下，在加工时，无需使氮气等惰性气体始终在该内部空间中流动。另外，在被加工物20为CMC的情况下，即使没有惰性气体流动，激光也能够加工CMC。

在本实施方式的激光加工方法中，通过衰减器333的透射率来分别调整注量Fin、Fmax，但并不限定于此。注量Fin、Fmax例如也可以分别通过充电器141中的电压来调整。在这种情况下，可以省略衰减器333。

在本实施方式的激光加工方法中使用了螺旋加工，但也可以不使激光在面内方向上移动从而将激光会聚于一点来对被加工部位20c进行加工。另外，在本实施方式的激光加工方法中，被加工部位20c的表面的面内方向相对于光轴倾斜，但也可以与光轴垂直。

4.实施方式2的激光加工系统和激光加工方法的说明

接着，对实施方式2的激光加工系统10和激光加工方法进行说明。此外，对与上述说明的结构相同的结构标注相同的标号，除了特别说明的情况以外，省略重复的说明。

4.1结构

图12是示出本实施方式的激光加工系统10的整体的概要结构例的示意图。在本实施方式的激光加工系统10中，激光加工装置300的光学系统330的结构与实施方式1的光学系统330的结构不同。本实施方式的光学系统330还具备可变扩束器380，该可变扩束器380在壳体355的内部空间中配置在高反射镜331b与反射镜371b之间，且与激光加工处理器310电连接。在图12中，简单地图示出了可变扩束器380。

图13是示出可变扩束器380的概要结构例的示意图。可变扩束器380具备基座部件381、透镜383a、383b、383c、载置台385、387以及分别保持透镜383a、383b、383c的保持架389a、389b、389c。

在基座部件381上配置有保持架389a和载置台385。在载置台385的工作台385b上配置有保持架389b和载置台387。在载置台387的工作台387c上配置有保持架389c。透镜383a、383b、383c依次从高反射镜331b朝向反射镜371b配置，来自高反射镜331b的准直光入射到透镜383a。透镜383a、383b、383c由凸透镜和凹透镜的组合构成。

载置台385、387分别根据来自激光加工处理器310的控制信号使工作台385b、387c在X方向上移动，通过该移动来调整透镜383b、383c的位置。通过该调整来对透镜383a与透镜383b之间的距离L1以及透镜383b与透镜383c之间的距离L2进行调整，从而将激光的放大率及束腰处的激光的截面积被调整后的激光作为准直光从透镜383c射出。

4.2动作

图14是示出本实施方式的激光加工处理器310的控制流程图的图。本实施方式的控制流程图与实施方式1的控制流程图的不同点在于，包括步骤SP21来代替步骤SP12。

(步骤SP21)

在本步骤中，与实施方式1同样地，激光加工处理器310设定激光的能量，使得在工作台351的当前坐标Z为Z0的情况下，满足式子Fmth≤Fmax，在当前坐标Z为Z0+teff的情况下，满足式子Ffth<Fin＝F(Z0+teff)<Fmth。为了设定能量，在本实施方式的激光加工方法中，与实施方式1不同，激光加工处理器310利用载置台385、387来调整各个透镜383a、383b、383c的距离L1、L2。因此，本步骤可以理解为是如下的距离调整工序，在该距离调整工序中，对可变扩束器380中的激光透过的多个透镜383a、383b、383c的距离L1、L2进行调整，使得注量Fin满足式子Ffth<Fin<Fmth。由此，对注量Fin、Fmax进行粗调。另外，为了设定激光的能量，在本实施方式的激光加工方法中，激光加工处理器310与实施方式1同样地对激光透过的衰减器333的透射率进行调整。由此，对注量Fin、Fmax进行微调。另外，在工作台351的当前坐标Z为Z0+teff的情况下，可变扩束器380通过调整距离L1、L2来调整截面积Sin和截面积Smin，使得截面积Sin和截面积Smin满足式子2×Smin<Sin。

激光加工处理器310在调整了距离L1、L2及透射率之后，使控制流程进入步骤SP13。

4.3作用·效果

本实施方式的激光加工方法还包括距离调整工序，在该距离调整工序中，对透镜383a、383b、383c的距离L1、L2进行调整，使得注量Fin满足式子Ffth<Fin<Fmth。

根据上述的结构，能够对透过透镜383a、383b、383c的激光的放大率及激光的束腰处的激光的截面积进行调整，使得注量Fin满足式子Ffth<Fin<Fmth。

此外，在激光的能量足够高的情况下，也可以代替可变扩束器380而配置可变光阑，可变光阑对向fθ透镜375入射的激光的直径进行调整。或者，也可以配置具备多种固定倍率的透镜的扩束器来代替可变扩束器380。另外，也可以省略可变扩束器380，并且代替fθ透镜375而配置能够改变焦距的变焦透镜。另外，也可以代替变焦透镜而配置多种固定焦距的聚光透镜。

5.实施方式3的激光加工系统和激光加工方法的说明

接着，对实施方式3的激光加工系统10和激光加工方法进行说明。此外，对与上述说明的结构相同的结构标注相同的标号，除了特别说明的情况以外，省略重复的说明。

5.1结构

本实施方式的激光加工系统10的结构与实施方式2的激光加工系统10的结构相同，因此省略说明。

5.2动作

图15是示出本实施方式的激光加工处理器310的控制流程图的图。本实施方式的控制流程图包括步骤SP31～步骤SP37。

(步骤SP31)

在本步骤中，激光加工处理器310计算在透镜383a、383b、383c的距离L1、L2的调整范围内满足2×Smin<Sin＝S(Z0+teff)、Fmth≤Fmax以及Ffth<Fin＝F(Z0+teff)<Fmth各个式子的激光的射束尺寸。截面积S(Z0+teff)表示工作台351的坐标Z为Z0+teff时的截面积Sin。注量F(Z0+teff)表示工作台351的坐标Z为Z0+teff时的注量Fin。另外，激光加工处理器310将2×Smin<Sin＝S(Z0+teff)时的激光的放大率设定为放大率Mmin。即，激光加工处理器310将有效加工深度最深时的放大率预先设定为放大率Mmin。激光加工处理器310设定了放大率Mmin之后，使控制流程进入步骤SP32。

(步骤SP32)

在本步骤中，激光加工处理器310将激光会聚于被加工物20时的放大率M设定为比放大率Mmin大的值。为此，激光加工处理器310利用载置台385、387来调整透镜383b、383c的位置，通过该调整，束腰处的激光的截面积变小。激光加工处理器310在设定了放大率M之后，使控制流程进入步骤SP33。

(步骤SP33)

在本步骤中，与步骤SP11同样地，激光加工处理器310对载置台350设定照射激光的照射位置的坐标X和坐标Y，使得被加工部位20c形成于被加工物20的期望的位置。另外，激光加工处理器310将工作台351的坐标Z设定为Z0，使得激光的束腰位于被加工物20的表面。当进行了该设定后，载置台350使放置有被加工物20的工作台351移动，使得激光照向所设定的位置。当工作台351的移动完成时，载置台350将表示工作台351的移动已完成的信号发送至激光加工处理器310。激光加工处理器310在接收到该信号时，与步骤SP13同样地向激光处理器190发送发光触发Tr，使激光处理器190打开光闸170。由此，如图16所示，激光照射被加工物20，激光加工处理器310进行螺旋加工。在图16中，为了便于理解，沿着XY平面示出了被加工物20的主面。通过激光会聚于被加工物20的表面，在被加工物20的表面形成图16中未图示的凹部20a。当进行螺旋加工时，激光加工处理器310使控制流程进入步骤SP34。

(步骤SP34)

在本步骤中，激光加工处理器310在从载置台350接收到表示工作台351的移动已完成的信号时，判断工作台351的当前坐标Z是否为Z≥Z0+teff。如果Z≥Z0+teff，则激光加工处理器310结束加工并结束控制流程。如果不是Z≥Z0+teff，则处于加工中途，因此激光加工处理器310使控制流程进入步骤SP35。

(步骤SP35)

在本步骤中，激光加工处理器310判断注量Fin是否满足式子Fin＝F(Z)＞Ffth。注量F(Z)表示工作台351的当前坐标Z处的注量Fin。如果Fin＝F(Z)＞Ffth，则能够抑制凹部20a中的膜的生成，因此激光加工处理器310使控制流程进入步骤SP36。如果不是Fin＝F(Z)＞Ffth，则如图17所示，当注量降低的激光照射凹部20a的上端侧的壁面20e时，如上所述，有时会因化学反应而在壁面20e生成未图示的膜。在图17中，为了便于理解，与图16同样地沿着XY平面示出了被加工物20的主面。因此，激光加工处理器310使控制流程进入步骤SP37。

(步骤SP36)

在本步骤中，激光加工处理器310使工作台351移动规定量ΔZ，并将工作台351的坐标Z更新为Z+ΔZ，继续进行加工。当工作台351的移动完成时，载置台350将表示工作台351的移动已完成的信号发送至激光加工处理器310。在本步骤中，在工作台351的坐标Z为Z+ΔZ的情况下，进行上述螺旋加工。

当在该坐标处的螺旋加工结束时，激光加工处理器310使控制流程返回到步骤SP34。如果在步骤SP34中工作台351的当前坐标Z不是Z≥Z0+teff，则控制流程进入步骤SP35。在步骤SP35中，激光加工处理器310判断在步骤SP36中进行了移动的工作台351的当前坐标Z处的注量Fin是否满足式子Fin＝F(Z)＞Ffth。根据步骤SP35中的判断结果，控制流程进入步骤SP36或步骤SP37。

(步骤SP37)

在本步骤中，激光加工处理器310在放大率M满足M≥Mmin的范围内将放大率M减小ΔM。通过对可变扩束器380中的激光透过的多个透镜383a、383b、383c的距离L1、L2进行调整来调整放大率M。随着加工深度变深，如图18所示，激光加工处理器310通过逐渐减小放大率来增大束腰处的激光的截面积Smin，并且减小凹部20a的上端处的激光的截面积Sin。在图18中，用虚线表示图17所示的激光，为了便于理解，与图16和图17同样地，沿着XY平面示出了被加工物20的主面。由此，凹部20a的上端处的注量Fin变大。若注量Fin大于注量Ffth，则膜的生成被抑制。激光加工处理器310在减小了放大率M之后，使控制流程返回到步骤SP35。

在本实施方式中，步骤SP33成为使激光会聚于被加工物20的表面从而形成凹部20a的第1工序。另外，步骤SP34至步骤SP37成为使激光会聚于凹部20a的底面的第2工序。

5.3作用·效果

在本实施方式的第2工序中，被加工物20的光轴方向上的加工深度越深，激光的束腰处的激光的截面积越大。若束腰处的激光的截面积变大，则加工点处的注量变高，能够缩短加工时间。

6.气体激光装置的变形例的说明

接下来，对上述实施方式的气体激光装置100的变形例进行说明。此外，对与上述说明的结构相同的结构标注相同的标号，除了特别说明的情况以外，省略重复的说明。

图19是示出变形例的气体激光装置100的整体的概要结构例的示意图。

在本变形例的气体激光装置100中，激光振荡器130是主振荡器。在激光振荡器130中，本变形例的气体激光装置100代替后镜145而包括窄带化模块210。窄带化模块210包括壳体210d、配置于壳体210d的内部空间中的棱镜210a、光栅210b以及旋转台210c。另外，棱镜的数量在本例中为一个，但只要包含至少一个通过旋转台210c进行旋转的棱镜，则并无特别限定。

棱镜210a放大从激光腔室131的窗口139a射出的光的射束直径，并使该光入射到光栅210b。并且，棱镜210a缩小来自光栅210b的反射光的射束直径，并使该光经由窗口139a返回到激光腔室131的内部空间。

光栅210b的表面由高反射率的材料构成，在表面以规定间隔形成有多个槽。各槽的截面形状例如为直角三角形。从棱镜210a入射到光栅210b的光被这些槽反射，并且在与光的波长对应的方向上衍射。光栅210b采用利特罗配置，以使得从棱镜210a入射到光栅210b的光的入射角与期望波长的衍射光的衍射角一致。由此，期望的波长附近的光经由棱镜210a返回到激光腔室131。此外，光相对于光栅210b的入射角通过借助于旋转台210c的绕Z轴的棱镜210a的朝向来变更。因此，通过使棱镜210a旋转，能够选择从光栅210b经由棱镜210a返回到激光腔室131的光的波长。这样，气体激光装置100相当于能够改变输出的激光的波长的波长可变激光装置。

在激光振荡器130中，由隔着激光腔室131设置的输出耦合镜147和光栅210b构成激光谐振器，激光腔室131配置在该激光谐振器的光路上。因此，来自激光腔室131的内部空间的光经由窗口139a、139b及棱镜210a在窄带化模块210的光栅210b与输出耦合镜147之间往复。

在激光振荡器130中，激光处理器190与实施方式1同样地控制充电器141和脉冲功率模块143内的开关143a，在电极133a与电极133b之间施加高电压。当在电极133a与电极133b之间施加了高电压时，在电极133a与电极133b之间产生放电。激光腔室131内的激光介质被该放电的能量所激励，被激励后的激光介质在转移到基态时放出光。该光的一部分是紫外线，透过窗口139a。透过的光在透过棱镜210a时在光的行进方向上被放大。另外，光在透过棱镜210a时发生波长色散，并被导向光栅210b。光以预定角度入射到光栅210b并衍射，预定波长的光以与入射角相同的反射角被光栅210b反射。被光栅210b反射后的光经由棱镜210a再次从窗口139a传播到激光腔室131的内部空间。在激光腔室131的内部空间传播的光的波长以不包含氧的吸收线的方式被进行窄带化。通过该被窄带化后的光，处于激励状态的激光介质产生受激发射，光被放大。光透过窗口139b，向输出耦合镜147行进。光的一部分透过输出耦合镜147，光的剩余一部分被输出耦合镜147反射而透过窗口139b传播到激光腔室131的内部空间。传播到激光腔室131的内部空间的光如上述那样行进到光栅210b。这样，预定波长的光在光栅210b与输出耦合镜147之间往复。光在每次通过激光腔室131的内部空间中的放电空间时被放大，产生激光振荡。然后，激光的一部分透过输出耦合镜147。

气体激光装置100还包括配置在激光振荡器130的输出耦合镜147与监视模块150的分束器153之间的激光的光路上的放大器430。放大器430是对从激光振荡器130输出的激光的能量进行放大的功率振荡器。

放大器430的结构与激光振荡器130大致相同。为了区分放大器430的结构要素和激光振荡器130的结构要素，将放大器430的各结构要素作为激光腔室431、一对电极433a、433b、电绝缘部435、返回板437、一对窗口439a、439b、充电器441、脉冲功率模块443、开关443a、输出耦合镜447以及光路管447a来进行说明。电极433a、433b生成用于放大来自激光振荡器130的激光的放电。脉冲功率模块443与脉冲功率模块143同样是电压施加电路。输出耦合镜447在光路管447a的内部空间中配置于窗口439b与分束器153之间。光路管447a的结构与光路管147a相同。

放大器430还具备配置在窗口439a与输出耦合镜147之间的后镜445，由输出耦合镜447和后镜445构成法布里-珀罗型的激光谐振器。输出耦合镜447和后镜445反射激光的一部分，并使剩余的一部分透过。后镜445与输出耦合镜147一同配置在光路管147a的内部空间中。

在本变形例的监视模块150中追加了分束器157和波长监视器159。

分束器157配置在分束器153与光传感器155之间，将被分束器153反射的反射光的一部分反射，并使剩余部分透过。透过分束器157的透射光入射到光传感器155，被分束器157反射后的反射光入射到波长监视器159。

波长监视器159是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、聚光透镜以及线传感器构成。标准具分光器利用扩散板和气隙标准具产生入射的激光的干涉条纹，并利用聚光透镜使产生的干涉条纹在线传感器的受光面上成像。然后，通过对在线传感器上成像的干涉条纹进行计测来计测激光的波长λ。波长监视器159与激光处理器190电连接，将表示与计测出的激光的波长λ相关的数据的信号输出到激光处理器190。

激光处理器190在从激光加工处理器310接收到表示目标能量Et和目标波长λt等的信号时，控制充电器141、441的充电电压和旋转台210c的旋转，使得以这些目标值来进行激光振荡。目标波长λt例如可以是在ArF准分子激光的放大区域内避开氧的吸收线的波长。这样的波长例如可以是193.4nm的波长。

激光处理器190在从激光加工处理器310接收到发光触发Tr时，使激光振荡器130如上述那样进行激光振荡，并与激光振荡器130同步地驱动放大器430。此时，激光处理器190接通放大器430的脉冲功率模块443的开关443a，以便在激光振荡器130输出的激光入射到放大器430的激光腔室431内的放电空间时产生放电。其结果是，入射到放大器430的激光在放大器430中放大振荡。

被放大器430放大并输出的激光行进到监视模块150，在监视模块150中计测该光的能量和波长。激光处理器190控制充电器141、充电器441的充电电压及窄带化模块210，使得计测出的能量和波长的实际测量值分别接近目标能量Et和目标波长λt。

当激光处理器190打开光闸170时，透过监视模块150的分束器153的激光入射到激光加工装置300。

激光的波长以不包含氧的吸收线的方式被进行窄带化。因此，在激光加工装置300中，在配置有被加工物20的壳体355的内部空间中，在激光加工系统10的运转时，不需要作为惰性气体的氮气始终流动。另外，即使没有惰性气体流动，激光也能够加工CMC。

然而，激光加工大多需要高能量，因此通过如本例的气体激光装置100那样设置放大器430，能够提高激光的能量。另外，在如本例那样将被窄带化后的激光用于激光加工的情况下，与使用自然振荡的激光的情况相比，能量降低。在本例的气体激光装置100中，能够通过放大器430来抑制能量的降低。

此外，在本例中，作为放大器430，使用了法布里-珀罗型的谐振器，但也可以使用环形谐振器。另外，放大器430也可以具备凸面镜和凹面镜来代替输出耦合镜447和后镜445。

激光振荡器130也可以包括输出种子光的半导体激光器、放大种子光的钛蓝宝石放大器和波长转换系统。

半导体激光器是输出CW(Continuous Wave：连续波)激光作为种子光的分布反馈型的半导体激光器，该CW激光是以波长773.6nm连续振荡的激光。通过变更半导体激光器的温度设定，能够改变振荡波长。

钛蓝宝石放大器包括钛蓝宝石晶体和泵浦脉冲激光装置。钛蓝宝石晶体配置在种子光的光路上。泵浦脉冲激光装置是输出YLF激光的二次谐波光的激光装置。

波长转换系统是产生中心波长为193.4nm附近的四次谐波光的波长转换系统，包括LBO(LiB₃O₅)晶体和从基波波长转换为四次谐波光的KBBF(KBe₂BO₃F₂)晶体。各晶体配置在未图示的旋转台上，构成为能够变更种子光相对于各晶体的入射角。

激光振荡器130也可以包括射出中心波长为193.4nm附近的紫外线的激光的固体激光装置和包含非线性晶体的波长转换系统。在该情况下，激光振荡器130相当于波长可变激光装置，也可以不使激光在ArF激光的放大区域内振荡，只要在175.0nm至250.0nm的波长的范围内使激光振荡即可。

上述的说明并非限制，而仅是例示。因此，本领域技术人员显然能够在不脱离权利要求书的情况下对本公开的实施方式追加变更。此外，本领域技术人员显然也能够对本公开的实施方式进行组合并使用。

除非另有明确记载，否则在整个本说明书和权利要求书中使用的术语应解释为“非限定性”的术语。例如，“包含”、“具有”、“具备”、“包括”等术语应解释为“不排除存在所记载的结构要素以外的结构要素”。此外，修饰语“1个”应解释为表示“至少1个”或者“1个或1个以上”。此外，“A、B及C中的至少1个”这样的术语应解释为“A”、“B”、“C”、“A+B”、“A+C”、“B+C”或者“A+B+C”。此外，应解释为还包含它们与“A”、“B”、“C”以外的要素的组合。

Claims

1.一种激光加工方法，其包括：

第1工序，使激光会聚于被加工物的表面来形成凹部；以及

第2工序，使所述激光会聚于所述凹部的底面，

在所述第2工序中，在设所述凹部的上端处的所述激光的注量为Fin，设通过由于所述激光的照射引起的所述被加工物与气氛的化学反应而生成膜的上限的注量为Ffth，设所述被加工物可通过所述激光来进行加工的下限的注量为Fmth的情况下，所述注量Fin满足式子Ffth<Fin<Fmth。

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述激光加工方法还包括透射率调整工序，在该透射率调整工序中，调整所述激光透过的衰减器的透射率，使得所述注量Fin满足所述式子。

3.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述激光加工方法还包括距离调整工序，在该距离调整工序中，调整可变扩束器中的所述激光透过的多个透镜的距离，使得所述注量Fin满足所述式子。

4.根据权利要求3所述的激光加工方法，其中，

设所述凹部的所述上端处的所述激光的截面积为Sin，设所述激光的束腰处的所述激光的截面积为Smin，

所述可变扩束器通过调整所述距离来调整所述截面积Sin和所述截面积Smin，使得所述截面积Sin和所述截面积Smin满足式子2×Smin<Sin。

5.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

通过所述第2工序形成贯通孔。

6.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

在所述第1工序和所述第2工序中，所述表面的面内方向相对于所述激光的光轴倾斜。

7.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述激光加工方法在所述第1工序与所述第2工序之间还包括第3工序，在该第3工序中，使配置有所述被加工物的工作台向与朝向所述被加工物行进的所述激光的行进方向相反的方向移动。

8.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

在所述第1工序和所述第2工序中，所述激光在沿同心圆状的多条照射线中的一部分照射线照射至少一周之后，沿所述多条照射线中的另一部分照射线照射至少一周。

9.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

在所述被加工物的光轴方向上的加工深度最深的位置进行所述第2工序。

10.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

在所述第2工序中，所述被加工物的光轴方向上的加工深度越深，所述激光的束腰处的所述激光的截面积越大。

11.根据权利要求10所述的激光加工方法，其中，

通过调整可变扩束器中的所述激光透过的多个透镜的距离来调整所述束腰处的所述激光的所述截面积的大小。

12.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

通过进行所述被加工物的样品加工来预先计算出所述注量Ffth和所述注量Fmth。

13.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述被加工物的光轴方向上的加工深度大于所述激光的瑞利长度。

14.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述激光从准分子激光装置射出。

15.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述注量Ffth为1[J/cm²]以上且2[J/cm²]以下。

16.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述激光的波长是以不包含氧的吸收线的方式被窄带化而得到的波长。

17.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述被加工物由陶瓷基复合材料构成。

18.一种激光加工系统，其具备：

光学系统，其照射激光；以及

fθ透镜，其将来自所述光学系统的所述激光会聚于被加工物的表面，

在设通过所述激光会聚于所述表面而形成的凹部的上端处的所述激光的注量为Fin，设通过由于所述激光的照射引起的所述被加工物与气氛的化学反应而生成膜的上限的注量为Ffth，设所述被加工物可通过所述激光来进行加工的下限的注量为Fmth的情况下，所述光学系统照射出具有满足式子Ffth<Fin<Fmth的所述注量Fin的所述激光。