JP2021130137A - ビームディザリング及びスカイビングのためのレーザ加工システム並びに方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ビームディザリング及びスカイビングのためのレーザ加工システム並びに方法を提供する。【解決手段】レーザ加工システムは、ビーム軌跡に沿った、ワークピースに対するビーム光路の第１の相対移動を生じさせる第１の位置決めシステムと、複数のディザ行に沿ったビーム光路の第２の相対移動を決定する１以上のプロセッサと、第２の相対移動を生じさせる第２の位置決めシステムと、レーザビームパルスを照射するレーザ源とを含む。このシステムは、ディザ行を所定の角度で維持するために加工速度の変化を補償してもよい。例えば、ディザ行は、加工速度に関係なく、ビーム軌跡に対して垂直のままであってよい。整数個のディザ行を加工してトレンチを完成させるために加工速度を調整してもよい。トレンチの幅に基づいて各行において多数のディザ点を選択してもよい。加工速度及びトレンチ幅に対する変化に対する調整によりフルエンスを正規化してもよい。【選択図】図３８

Description

本開示は、誘電材料又は他の材料のレーザ加工に関するものである。
電子部品における微細特徴部をアブレートするために誘電材料及び導電材料のレーザ加工が一般的に用いられている。例えば、半導体ダイからボールグリッドアレイ又は同様のパッケージに信号を送るためにチップ実装基板をレーザ加工してもよい。レーザ加工された特徴部は、信号トレース、接地トレース、及び（パッケージ層の間で信号トレースを接続するための）マイクロビアを含み得る。
レーザダイレクトアブレーション（ＬＤＡ）は、１つの層上に信号トレースと接地トレースとを組み込んでチップパッケージにおける層の数を少なくしつつ信号インピーダンスをしっかりと制御する。そのようなアプローチでは、特徴部の寸法と間隔を小さくしたり（例えば、約１０ミクロン（μm）から約２５μm）、パッケージごとのトレース長を長くしたり（約５メーター（ｍ）から約１０ｍ）しなければならないことがある。チップパッケージを経済的に構成するために、そのような特徴部をアブレートする速度を非常に高速に（例えば、約１メーター／秒（m/s）から約１０m/s）してもよい。顧客のスループットの目標を達成するために、パッケージを例えば約０．５秒（ｓ）から約５ｓで加工してもよい。
チップ実装の他の有用な特徴は、深さの変化を制御しつつトレースを交差させることでもあり得る。例えば、接地トレースは、パターンにわたって複数の点で分岐していてもよい。それぞれの分岐交点において、約＋／−１０％未満の所望の深さの変化としつつトレースをアブレートしてもよい。通常、２つのトレースを１点でアブレートする場合、アブレートするビームの二重露光により約１００％の深さの変化が生じる。
チップ実装の他の有用な特徴は、パッケージの異なる部分においてトレース幅を可変にしてインピーダンスを制御すること、あるいは層間接続ビアのためのパッドを提供することでもあり得る。トレース幅制御は、主トレースの高速加工に対する害を低減あるいは最小限にしたものでなければならない。
また、任意のサイズ及び形状の特徴部を高速で、かつその特徴部の特性を変化させるような時間を削減又は最小限にして加工することも有用であり得る。例えば、特徴部は、種々の直径及び／又は側壁テーパを有するマイクロビア、正方形又は長方形パッド、アライメント基準、及び／又は英数字表記を含んでいる。従来、マイクロビアのような特徴部を加工するためには、可変の直径を有する整形された強度プロファイル（例えばフラットトップビーム）又は純粋なガウス型ビームを提供するように光学系が設計されてきた。これらの光学系は、レーザ加工スポットの特性を変更する際に、かなりの時間遅延（例えば、約１０ミリ秒（ms）から約１０ｓ）を伴う場合がある。
他の問題は、上述した加工パラメータを満たすように機械を構築することに関連する。例えば、取り回しの要件のためにパッケージにわたってトレースの方向を変更することがある。高速でトレースを加工する際に、軌跡の角度の変化により、非常に短いタイムスケールでビーム位置の加速度を高くしなければならない場合がある。レーザ加工は、例えば、高いスループットのために使用される高速動作（例えば、約１m/sから約１０m/s）の場合に、ビームポジショナの動的制限を簡単に超えてしまう。
そのような加速度及び／又は速度では、この種の加工に使用されるタイムスケール（例えば、約１マイクロ秒（μsec）から約１００μsecのオーダー）では反応できない静的（又はゆっくりと変化する）ビーム調整光学部品とともにミラーガルバノメータビームデフレクタ（ここでは「ガルボ」又は「ガルバノミラー」という）と組み合わされる直動ステージのようなビーム位置決め技術に依存する従来のレーザ加工機械においては、成果をあげることが難しい場合がある。
実際のアブレーション工程も考慮すべきファクターとなり得る。融解やクラッキング、基板損傷などの熱的な副作用を最小限にしつつ誘電材料をアブレートするためにピークパワーの高いレーザパルスを用いることができる。例えば、約５メガヘルツ（MHz）から約１００MHzの繰り返し率で約２０ピコ秒（ps）から約５０psの範囲のパルス幅を有する超高速レーザは、パルスをかなり重ね合わせることにより、パルススペーシング効果を避けつつ、高いピークパワーで材料を加工することができる。現在、ファイバレーザは、通常、約５００キロヘルツ（kHz）を超える繰り返し率でナノ秒領域のパルス幅を提供する。通常、所定の加工条件（アブレーション深さ及び幅）に対して、加工された材料に照射される「線量」（パワー／速度）は一定にする必要がある。しかしながら、低速時には、照射されるパワーが低くなり、熱的効果（例えば、融解や炭化）を誘因せずに材料をアブレートするにはピークパルスパワーが不十分になることがある。
ビームポジショナの設計により、ガルボを用いた加工ビームが偏向することがある。ワークピースでの加工ビームの強度プロファイルは、（ガウスビームの単純な集束のための）ガウス形であってもよく、固定された光学ビーム整形器により調整されたビームのために整形された強度プロファイル（例えばフラットトッププロファイル）であってもよい。
一実施形態においては、レーザビームをディザリングする方法は、ビーム軌跡に沿った加工速度が変化することとは関係なく、ワークピース内に１以上の所望のトレンチ幅を有するトレンチを形成する。前記方法は、ビーム軌跡に沿った、前記ワークピースの表面に対するレーザビーム光路の第１の相対移動を生じさせ、複数のディザ行に沿った前記レーザビーム光路の第２の相対移動を決定する。前記第２の相対移動は、前記ビーム軌跡に対して所定の角度で前記第１の相対移動に重ね合わされる。前記第２の相対移動の決定は、前記複数のディザ行のそれぞれに対して前記所定の角度を維持するために加工速度の変化を補償することを含んでいる。前記方法は、さらに、前記レーザビーム光路の前記第２の相対移動を生じさせ、複数のレーザビームパルスを前記複数のディザ行に沿った複数のスポット位置で前記ワークピースに照射して、前記所定の角度で定義される方向にトレンチを広げる。ある実施形態においては、前記所定の角度は前記ビーム軌跡に対して垂直である。加えて、あるいは他の実施形態においては、前記複数のレーザビームパルスを照射することは一定の速度で照射することを含み、前記方法は、さらに、整数個のディザ行を加工して前記トレンチを完成させるように前記加工速度を選択的に調整する。
他の実施形態においては、レーザ加工システムは、ビーム軌跡に沿った、ワークピースの表面に対するレーザビーム光路の第１の相対移動を生じさせる第１の位置決めシステムと、複数のディザ行に沿った前記レーザビーム光路の第２の相対移動を決定する１以上のプロセッサとを備えている。前記第２の相対移動は、前記ビーム軌跡に対して所定の角度で前記第１の相対移動に重ね合わされる。前記第２の相対移動の決定は、前記複数のディザ行のそれぞれに対して前記所定の角度を維持するように前記ビーム軌跡に沿った加工速度の変化を補償することを含んでいる。また、前記システムは、前記レーザビーム光路の前記第２の相対移動を生じさせる第２の位置決めシステムと、複数のレーザビームパルスを前記複数のディザ行に沿った複数のスポット位置で前記ワークピースに照射して、前記所定の角度で定義される方向にトレンチを広げるレーザ源とを備えている。
他の実施形態においては、レーザビームをディザリングする方法は、ワークピースにトレンチを生成する。前記方法は、前記トレンチの長さを定義するビーム軌跡に沿った、前記ワークピースの表面に対するレーザビーム光路の第１の相対移動を生じさせ、複数のディザ行に沿った前記レーザビーム光路の前記第２の相対移動を生じさせる。前記第２の相対移動は、前記トレンチを広げるために前記第１の相対移動に重ね合わされる。前記トレンチの幅は可変である。前記方法は、さらに、前記複数のディザ行のそれぞれに含まれるディザ点の数を選択する。当該選択により各ディザ行を加工する時間が短縮され、各ディザ行における前記ディザ点の数はそれぞれのディザ行に対応する前記トレンチの前記幅に基づいたものである。前記方法は、さらに、複数のレーザビームパルスを前記複数のディザ行のそれぞれにおける前記ディザ点に対応する複数のスポット位置で前記ワークピースに照射する。
他の実施形態においては、ワークピース上の２次元のスカイブ領域をレーザ加工する方法は、レーザダイレクトアブレーションシステムを用いる。前記方法は、前記スカイブ領域内でレーザスポット位置のグリッドを生成する。前記グリッド内の前記レーザスポット位置間の間隔は、少なくとも部分的にレーザスポットサイズ及び隣接するレーザスポットの所望の重なりに基づいている。前記方法は、さらに、前記グリッドをビーム軌跡に沿ったレーザビーム光路のそれぞれのパスに対応する複数のストリップに分割する。各ストリップは、前記ビーム軌跡に対してディザ方向に沿った複数のディザ行を含む。前記方法は、さらに、前記複数のストリップにわたって連続的に前記ビーム軌跡に沿った前記レーザビーム光路の第１の相対移動を生じさせ、各ディザ行に対して前記ディザ方向に沿った前記レーザビーム光路の第２の相対移動を生じさせ、前記スカイブ領域内の前記レーザスポット位置への前記レーザビーム光路に沿って複数のレーザビームパルスを前記ワークピースに照射する。
ある実施形態においては、前記方法は、前記ディザ行のそれぞれに対してデータをフィルタリングして、前記グリッドの隣接するストリップの両側に沿ってレーザスポット強度プロファイルに傾斜を付け、深さの変化が前記スカイブ領域内で制御されるように前記レーザビームの前記パス間に重なりを形成する。前記複数のレーザビームパルスのそれぞれに対する前記レーザスポット強度は、前記フィルタリングされたデータに基づいて選択される。加えて、あるいは他の実施形態においては、前記方法は、前記レーザビーム光路が前記グリッドの第１のストリップから前記グリッドの第２のストリップに移動するときに、前記ディザ方向を反転させる。前記ディザ方向は、前記ビーム軌跡の方向に基づいていてもよい。
更なる態様及び利点は、添付図面を参照して以下に述べられる好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
図１は、加工スポットのグリッドを示す模式図であり、これらの加工スポットは、移動ビーム又は固定ラスタパターンをディザリングすることにより生成することができる。 図２は、一実施形態における、（スポット径により正規化された）相対グリッド幅とグリッド幅にわたるディザ点の数との関数としての有効幅EffectiveWidthにおける変化をグラフで示すものである。 図３は、一実施形態における、異なるグリッド濃度を有する２つの交差する特徴部のグリッドパターンをグラフで示すものである。 図４は、一実施形態における、振幅正規化の後に交差する特徴部（非合成）のモデル化フルエンスをグラフで示すものである。 図５は、一実施形態における、交差する特徴部の合成フルエンスをグラフで示すものである。 図６は、一実施形態における、タブを有する円形パッドに対するラスタグリッド（右側）及びフルエンスプロファイル（左側）をグラフで示すものである。 図７は、一実施形態における、幅の変化するトレンチに対するフルエンス正規化の影響をグラフで示すものである。 図８は、一実施形態におけるプロセス較正テスト行列の一例を示すものである。 図９は、一実施形態における材料テーブルMaterial Tableの一例を示すものである。 図１０は、一実施形態における、ＡＯＤに指令を与えるための簡易加工・データフローアーキテクチャを示すブロック図である。 図１０Ａは、一実施形態における、レーザビームをディザリングするためのＡＯＤサブシステム及びガルボサブシステムを含むシステムのブロック図である。 図１０Ｂは、一実施形態におけるビーム整形用システムのブロック図である。 図１０Ｃは、一実施形態における、斜行した加工ビームを供給するシステムのブロック図である。 図１１は、一実施形態における、ＦＰＧＡ内に実装されたＡＯＤ制御データフローを表すブロック図である。 図１２は、一実施形態における、ＤＳＰとＦＰＧＡの同期の例を示すタイミングチャートである。 図１３は、一実施形態における、バンク処理を用いる加工条件を示す模式図である。 図１４は、一実施形態における、バンクパラメータスケーリングの例をグラフで示すものである。 図１５は、ディザ動作の例におけるＸＹビーム位置の例をグラフで示すものである。 図１６は、図１５に示されるディザ動作の例における、Ｘビーム位置及びＹビーム位置と時間の例をグラフで示すものである。 図１７は、図１５及び図１６に示されるディザ動作の例のビーム位置及び加工パラメータのテーブルの例を示すものである。 図１８は、ＬＤＡシステムがＦ／１８の１００mm走査フィールドレンズを含む実施形態の例における走査フィールド歪みパターンをグラフで示すものである。 図１９は、実施形態の一例における、Ｘ及びＹ走査フィールド歪み誤差とＸ及びＹフィールド位置をグラフで示すものである。 図２０は、図１９に示される実施形態の例における、Ｘ及びＹ走査フィールド歪み倍率及び回転誤差とＸ及びＹフィールド位置をグラフで示すものである。 図２１は、図１９及び図２０に示される例における、ラスタリングされた特徴部の局所的な位置幾何配置補正歪みの例をグラフで示すものである。 図２２は、一実施形態における３次プロファイリングサブシステムを模式的に示すものである。 図２３は、一実施形態におけるＡＯＤ較正パターンを模式的に示すものである。 図２４は、ある実施形態におけるＡＯＤ較正角をグラフで示すものである。 図２５は、一実施形態におけるパワー制御用の信号の流れを示すブロック図である。 図２６は、一実施形態におけるパワー制御曲線の例をグラフで示すものである。 図２７は、一実施形態におけるch1 ＡＯＤパワー線形化曲線セットの例をグラフで示すものである。 図２８は、一実施形態における、ch0 ＡＯＤに対する曲線の例を示している。 図２９は、ある実施形態におけるＡＯＤ効率曲線の例を示すグラフである。 図３０は、ある実施形態におけるＡＯＤ効率利得の例を示すグラフである。 図３１は、一実施形態におけるパワー較正データの流れを示すブロック図である。 図３２は、一実施形態における、速度変化に対する３次フィルタの応答をグラフで示すものである。 図３３は、一実施形態におけるモンテカルロＡＯＤ過渡状態シミュレーションをグラフで示すものである。 図３４は、一実施形態における、Taod＝Tcmd＝１μsecであるときの速度制限の例をグラフで示すものである。 図３５は、一実施形態における、ＡＯＤ移動範囲と特徴部の幅をグラフで示すものである。 図３６は、一実施形態における、加工速度に対するレーザパワー制限をグラフで示すものである。 図３７は、ある実施形態におけるスポット歪みの例をグラフで示すものである。 図３８は、一実施形態において、公称ビーム軌跡に対して垂直となるように揃えられたディザ行を模式的に示すものである。 図３９は、一実施形態における傾斜ラスタ加工の例を模式的に示すものである。 図４０は、ある実施形態における幅広ラインのスカイビングによるピクセル化誤差を模式的に示すものである。 図４１は、一実施形態における、グリッドストライプに分割されたスカイブ領域を模式的に示すものである。 図４２は、一実施形態における、スカイブディザ点のフィルタリング未処理グリッドと、スカイブ処理されたディザ点の対応するフィルタリング処理グリッドとをグラフで示すものである。 図４３は、一実施形態における、図４１に示されるストリップに対応する３つの第１のスカイブビームのフルエンス分布をグラフで示すものである。 図４４は、一実施形態におけるスカイビングの例をグラフで示すものである。 図４５は、一実施形態における、スカイビング中のビームコマンドをグラフで示すものである。 図４６は、一実施形態における、材料除去速度とスカイブ行の長さ及び幅を示すプロットである。 図４７は、一実施形態におけるスカイブ行の幾何配置の側面図を模式的に示すものである。 図４８は、一実施形態における、ベクトル加工用のＡＯＤコマンドの生成を示すブロック図である。 図４９は、一実施形態における、ラスタ加工用のＡＯＤコマンドの生成を示すブロック図である。 図５０は、一実施形態における、スカイブ加工用のＡＯＤコマンドの生成を示すブロック図である。 図５１は、一実施形態における、ガルボ及びＡＯＤ較正データの流れ５１００を示すブロック図である。 図５２は、一実施形態におけるディザ行フルエンス制御をグラフで示すものである。
本明細書に含まれる開示では、音響光学偏向器（ＡＯＤ）をビーム位置決め装置として用いるＬＤＡシステムに対する実施の詳細について述べる。本明細書に開示される例示実施形態はＡＯＤを対象としているが、電気光学偏向器（ＥＯＤ）を用いることもできる。ある実施形態においては、例えばＥＯＤが、ＡＯＤの指向（偏向）機能の一部又は全部を好適に置換するものとなる。
ある実施形態においては、加工された特徴部の幾何配置（例えば幅及び深さ）を高いレベルでユーザが特定した後、それを機械制御ソフトウェアにより加工コマンドに変換してもよい。ある実施形態においては、レーザパワー及びディザリング動作の詳細が自動化され、煩わしくて誤りがちな手動の機械セットアップ工程が防止される。例えば、公称寸法で幾何的特徴部を生成する単純な工程をユーザに提供してもよい。特徴部には、目標幅及び深さを有するトレンチあるいは目標径及び深さを有するパッドが含まれ得る。ユーザがこれらの幾何的パラメータを直接入力し、システムがこれに反応して、特徴部を作るのに必要とされる適切な加工パラメータ（例えば、ビーム速度、ディザ幅、レーザパワー）を生成してもよい。あるＬＤＡ機器は、（ビームポジショナ及びレーザパワーに対する制約の下でのスループットを最大にするために）任意のビーム速度で動作できるので、加工パラメータを速度に対して自動的に調整してもよい。この自動化により、システムに自動的にスループットを最大化させつつ、操作者の間違いという付随するリスクを伴う、ユーザに低レベルの詳細（例えば、レーザパワー、ディザ幅、ディザ点、速度）を特定させることを避けることができる。
ある実施形態は、ディザ点の選択を最適化する。この実施形態は、最小限のディザ点で所望のディザ範囲をカバーするようにディザテーブルを大きさで分けることによりスループットを最大化する。ディザ点の数を最小限にする１つの理由は、各ディザ点が、ある更新時間Tdither（例えば、後述する実施形態の例によれば約１μsの更新速度）を使うからである。１行あたりのディザ点の数をNptsとすると、Tdither×Npts＝（１行あたりに使用される時間）となる。このように、ディザ点の数を最小限にすることにより、均一なフルエンス分布及びそれゆえ特徴部の均一なアブレーションを生成するのに有用なディザ行の間の重なりを十分に維持しつつ、システムが可能な限り高速で特徴部を加工することが可能となる。例えば、ＡＯＤディザリングにより特徴部を形成する場合、ディザスポットは最小限の重なりを維持してフルエンス変化を最小限にする。トレンチを広げるために使用されるディザ点の数がこの重なりに影響し得る。ある実施形態においては、高い加工速度と適切なスポット重なりの両方を提供するために、ディザ点の選択が最適化される。
ある実施形態は、幅の広い円弧の加工のためにフルエンス正規化を行う。そのような実施形態は、円弧の半径に対する幅の比が比較的大きい場合に、アブレートされる円弧特徴部の品質（例えば均一なトレンチ深さ）を維持する。これにより、実現可能なものよりも狭い領域に円弧を取り回す回路レイアウト設計者により多くの自由度が与えられる。例えば、円形の円弧部を形成する広いトレンチを加工するためにディザリングする際に、広いトレンチにわたって照射されるフルエンスは、円弧中心からの半径の関数として変化する。ある実施形態においては、一定の深さを有する円弧を加工するために、このフルエンスが正規化される。
ある実施形態は、ＡＯＤ及びガルボ位置決めシステムの調整較正を行う。異なる位置決めシステムの高速ステアリングミラー（ＦＳＭ）調整較正を用い、走査フィールド全体にわたってディザリング動作の正確性を維持するシステムなどの他の位置決めシステムを用いてもよい。ＡＯＤビーム位置決めサブシステムは、走査レンズ、ガルバノミラー、及びＡＯＤサブシステムの実装により走査フィールド歪みを生じる場合がある。例えば、走査レンズは、一般的に、走査フィールド位置とともに変化する局所的な幾何的歪みを有している。走査フィールド位置の関数としての局所補正を施すことにより、ディザリングの精度は、交点において許容できる程度の深さ変化を得るのに有用なレベルに維持される。加えて、あるいは他の実施形態においては、３次ビーム位置決めを適切に実装するために、ＡＯＤビーム位置決めサブシステムの較正がガルボサブシステムの較正に組み合わされる。以下に述べるように、そのような較正がディザリングモード、ラスタリングモード、及びスカイビングモード中に使用される。これは、３次ビーム位置決めと連係して行われてもよく、３次ビーム位置決めは、ＡＯＤサブシステムに（ベクトルモード又はスカイブモードにおけるディザリング中に）軌跡の中心線を維持させ、あるいは（ラスタモード中に）ラスタの中心点を維持させる。
ある実施形態は、ラスタパターンを重ねる。ＡＯＤラスタリング動作は、ステージ又はガルボビーム位置決めを用いた場合よりもずっと高速に生じるので、可能なすべての場所において特徴部をラスタリングすることによりスループットを最適化してもよい。しかしながら、ＡＯＤフィールドのフィールドサイズの制約により１工程でＡＯＤラスタ処理可能な特徴部のサイズが制限される。ラスタパターンを重ねることで、重なった領域の交点において適切な深さ制御を維持しつつ、ＡＯＤフィールドサイズを超えるパターンに対して良質のラスタパターンを生成することができ、スループットを最大化することができる。ある実施形態においては、ＡＯＤ範囲内でガルボサブシステムからの運動がない状態で２次元特徴部をラスタリングするためにＡＯＤサブシステムが使用される。また、別個の（かつ固定された）ガルボ座標において複数の別個のラスタパターンを重ねることにより、ＡＯＤフィールドよりも大きなパターンをラスタリングしてもよい。このアプローチは、ガルボ軌跡を移動させる一般的な２次元スカイビングよりも効率的で（かつより望ましい）加工方法であることがある。本明細書で使用されるように、２次元（２Ｄ）とは、２Ｄ領域を（例えばＸ方向及びＹ方向に）加工することをいうが、深さ制御を伴う３次元（３Ｄ）のレーザ加工を含むものでもある。深さ制御は、例えばＺ方向に材料を除去すること又は加工された特徴部の整形を含むものである。
ある実施形態は、ＡＯＤ効率対ＡＯＤ範囲を最適化する。ＬＤＡシステムにおいて特徴部を加工する際に実現できるスループットは、必要とされる加工パラメータが与えられた際の利用可能レーザパワーに比例する。このレーザパワーを最適化することによりスループットが最適化される。（動作ＡＯＤフィールドにわたってＡＯＤパワーの正確な線形化を維持しつつ）必要とされるＡＯＤ動作範囲の関数としてのＡＯＤ効率を最適化することにより、そのようなパワー最適化が実現される。大きな特徴部に対して必要とされる場合にはＡＯＤ範囲を最大化する能力を依然として提供しつつ、比較的小さなＡＯＤフィールドを必要とする特徴部を加工する際にはスループットが最大化される。例えば、ＡＯＤでディザリングをするか、あるいは２次元のラスタパターンを形成する場合、偏向範囲が大きくなるとともに光学効率が低下する。このため、ＡＯＤ動作を予測可能かつ不変なものとするために、ＡＯＤからの光学出力パワーを動作範囲にわたって線形化することが好ましい場合がある。ある実施形態においては、ある動作において使用される、小さくしたＡＯＤ偏向範囲に対して光学効率を高めるとともに、他の動作に対しては、より大きな範囲（光学効率は低下するが）を利用可能としつつ、線形化パワー制御が行われる。
ある実施形態は、３次フィルタリングを用いて速度最適化を行う。３次フィルタリングのアプローチは、制限されたＡＯＤビーム変位範囲と組み合わされ、一定の特徴部幅を考慮した最大ビーム速度に制限を課す。この制限（一定のディザ幅及びＡＯＤ動作範囲の関数としてのＡＯＤパワー制限）を算出することにより、一定の制約条件の下で最適速度を決定することができ、これによりスループットを最適化することができる。保存速度の制限の設定の代替法は、すべての条件下で機能するが、許容できない程度にスループットを低下させる場合がある。ＡＯＤビーム制御を用いた３次フィルタリングによりガルボビームポジショナに対する帯域幅の要件を減らすことができる。３次フィルタのダイナミクスと偏向範囲の関数としてのＡＯＤ光学効率の変化とを組み合わせてトレンチを加工する際の許容可能な加工速度に対して制限を設定することができる。ある実施形態においては、この最適速度を決定する自動システム及び自動処理を使用して加工速度を最高速度にする。ある実施形態は、軌跡に垂直なディザリングを維持する。そのような実施形態においては、加工速度から独立して所望のライン幅が自動的に維持されることが保証されていてもよい。これにより、ビームポジショナ及びパワーの制約の範囲内でスループットを最適化するのに要求されるように速度を任意に変化させつつ、予測可能で繰り返し可能な加工品質が提供される。ビームをディザリングしてワークピース材料に可変幅のトレンチを形成する際に、例えば、ディザリングされたビームは、加工速度にかかわらずトレンチの接線に対して垂直のままである。ある実施形態は、整数個のディザ行を用いる。そのような実施形態は、直線状の加工特徴部を広げるために使用されるディザ点の数にかかわらず、また、選択された加工速度にかかわらず、予測可能な加工結果を提供する。その予測可能な加工結果は、例えば、特徴部の間の交点を作成する際に有用である。整数個のディザ行を完成させることにより、直線状の加工特徴部の端部がうまく画定され、他のトレンチやパッドのような他の特徴部との交点において深さの変化をうまく制御できる。
ある実施形態は、ワークピース上で大きな２次元の領域を加工する効率を向上する。これは、その領域をスカイビングし、ディザリングを使って加工スポットを広げることにより行うことができる。このアプローチは、スカイビングされた領域周囲の解像度を良好にし、隣接するスカイビングパスの重なりから生ずる深さの変化を適切に制御する。そのような実施形態は、重なりが制御され、エッジの解像度を高くした効率的なスカイビングを提供する。大きな領域をスカイビングすることは、ＬＤＡ機械により加工される用途においては一般的である。スループットを最大にするためには、スカイビングされた領域のエッジの解像度を十分に維持しつつ、これらのスカイビングされた特徴部の加工を最適化することが有用である。これらの実施形態により、より広いディザビームを使用して、スカイビングされた領域を加工すると同時に、エッジの解像度を高品質に維持し、スカイビングされた領域内で深さの変化がうまく制御されるように、スカイブパス間の重なりを整形することが可能となる。
ここで、図面が参照され、これらの図面において、同様の参照符号は同様の要素を表している。わかりやすくするため、参照符号の最初の数字は、対応する要素が最初に使用された図の番号を示す。以下の説明では、本明細書で開示される実施形態を十分に理解するために非常に多くの具体的な詳細が示される。しかしながら、当業者であれば、これらの実施形態は、１以上の具体的な詳細がなくても、あるいは、他の方法や要素又は材料を使っても実施することができることを理解するであろう。さらに、場合によっては、本発明の態様が不明瞭になるのを避けるために、周知の構造、材料、又は動作の詳細は示されておらず、また説明されない。また、説明される特徴部や構造又は特徴部分は、１以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
実施形態は種々の工程を含んでいてもよく、これらの工程は、汎用又は専用コンピュータ（又は他の電子機器）により実行される機械実行可能な指令の形態で具現化され得る。あるいは、これらの工程を実施する特定のロジックを含むハードウェア要素により、あるいはハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの組み合わせによりこれらの工程を行ってもよい。
また、本明細書で述べられた処理を行わせるようにコンピュータ（又は他の電子機器）をプログラミングするのに使用され得る指令を格納した一時的なものではない機械読取可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品として実施形態を実現してもよい。機械読取可能な媒体には、ハードドライブ、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、固体記憶装置、又は電子的指令の格納に好適な他の種類の媒体／コンピュータ読取可能媒体が含まれ得るが、これらに限られるものではない。
Ｉ．はじめに
本開示では、ＬＤＡシステムにおいて使用されるＡＯＤ制御方法について説明する。この制御は、ＬＤＡアーキテクチャの性能を拡張し、スカイビングされた大きな領域に対するスループットを向上するとともに、トレンチ加工に対する高速動作をサポートする。
ＬＤＡシステムの性能は、加工ビームを超高速（＞１MHz）で偏向してレーザ加工性能を得るために音響光学偏向器（ＡＯＤ）を使用するものである。典型的には、ＡＯＤは、５〜２０スポット径の範囲にわたってビームを偏向することができる。ＬＤＡシステムは、例えば、ベクトルモード、ラスタモード、ベクトルモード、及びスカイブモードで動作することができる。
ベクトルモードにおいては、システムは、トレンチをワークピースにおける「線」として加工する。ＡＯＤビームは、ビーム軌跡に直交する軸における１次元（１Ｄ）線に沿ってディザリングし、アブレートされるトレンチを人為的に広げる。
ラスタモードにおいては、ＡＯＤは、加工ビームを偏向し、加工フィールド内で２次元（２Ｄ）領域を加工する。これらのラスタ領域の空間及び強度パターンは一般的に任意なものである。例えば、トレンチ間に交点を作成するために、あるいはビアパッドのような特徴部を作成するために、この性能を使用してもよい。
スカイブモードにおいては、（ＡＯＤフィールドサイズを超える）大きな領域が加工され得る。これは、ディザリングにより広げられたラインを用いて行うことができる。しかしながら、湾曲したエッジの過度のピクセル化を避けるため、また、良好な重なり及び良好な交点品質を得るために傾斜したフルエンスプロファイルを提供するために、特別な加工が用いられる。
以下のセクションでは、これらのモードについて説明し、ＬＤＡシステムの様々な実施形態に対する実施の詳細の要点を述べる。
ＩＩ．ＡＯＤ加工理論
一実施形態においては、ＬＤＡシステムは、ＡＯＤサブシステムを用いて加工ビームを操作して、様々な寸法の特徴部を作成する。このセクションでは、この加工の背後にある理論について説明した後、システムアーキテクチャを説明する。
Ａ．深さ制御のための中心フルエンス正規化
材料が除去される体積は、名目上、（一定のレーザパワーレベルに対して）フルエンスに比例し、このため、フルエンスを制御して特徴部の深さを制御することができる。加えて、線量に変えてフルエンスを特定することにより、特徴部の寸法とフルエンスとの間の相互作用をなくすことができる。線量が特定された場合、ディザリング又はラスタリングされた領域において得られたフルエンスが、ディザ点の数及び加工スポットサイズに対する特徴部の寸法に依存し、これは、ディザされたグリッド領域の外側にあるガウス形スポットエネルギー分布の結果である。この相互作用をなくすために、この効果を算出し補償することができる。システムは、自動的にレーザパワーを動的に調整し、速度又はディザ（又はラスタ）グリッド寸法とは独立して、トレンチ又はラスタ領域の中心で特定されたフルエンスを維持する。その結果、加工較正結果に影響を与えることなく、システムの基本ビーム伝達設定（例えば、スポットサイズ、最小ディザ（又はラスタ）スポット重なり）を変更することができる。
１．理論フルエンス
図１は、加工スポット１１０のグリッド１００を示す模式図であり、加工スポット１１０は、移動ビームを（例えばベクトルモードで）あるいは固定ラスタパターンを（例えばラスタモードで）ディザリングすることにより生成することができる。加工スポット１１０はそれぞれ、オン軸（ＯＡ）及びクロス軸（ＣＡ）上にそれぞれDoa及びDcaのＸＹスポット分離幅を有している。この例に係るディザリングされたビームに関しては、ビームが（矢印１１２にて示されるように）Ｙ軸に移動すると、ディザパターンが（例えば、本質的にずっと）繰り返されるものとする。算出領域は、それぞれＯＡ軸及びＣＡ軸におけるNoa個及びNca個によりカバーされる。換言すれば、Ncaは、クロス軸方向における点の数である。
ｉ．ラスタフルエンス
レーザパワーをＰ、各点ごとのＡＯＤ滞留時間をTaodとすると、平均フルエンス（単位面積AあたりのエネルギーE）は、以下の式によって与えられる。
フルエンスFluence＝E／A＝P×Taod／（Dca×Doa）
この式は、ラスタ加工において有用である。ラスタ加工は、予測可能なグリッド間隔によってうまく説明される。この場合において、「フルエンススケールFluenceScale」は、フルエンスをパワーに変換するように以下のように定義することができる。
フルエンススケールFluenceScale＝（Dca×Doa）／Taod
そして、特定されたフルエンスに対するラスタパワー（単位ワット）は以下により求めることができる。
パワーPower＝フルエンススケールFluenceScale×フルエンスFluence
ｉｉ．ベクトルフルエンス
ディザビームの場合、速度が可変でありディザ幅が変化するために、グリッド間隔が一定ではない。この場合において、フルエンスの算出は、線量に基づいて説明することができる。
Doa＝V×Nca×Taod
幅Width＝Dca×（Nca−１）
とすると、
フルエンスFluence＝P×Taod／（Dca×V×Nca×Taod）
＝（P／V）／（幅Width×Nca／（Nca−１））
＝線量Dosage／有効幅EffectiveWidth
である。ここで、（例えば図１に示されるＹ軸に沿った）ビーム速度＝V、線量Dosage＝P／V、有効幅EffectiveWidth＝幅Width×Nca／（Nca−１）＝Dca×Ncaである。
これは、（理想的な場合について）一定の領域内のフルエンスを、（ディザリングされた線に対する）線量Dosage及び幅Widthあるいは（ラスタリングされた領域に対する）間隔及び滞留時間という既知の加工パラメータを用いて正規化できることを意味するので、有用な結果である。経時変化するスポット分布によりディザリングされた特徴部と、任意のスポット分布によりラスタリングされた特徴部とを組み合わせて、それぞれのフルエンスレベルを正規化した後に交点を形成することができる。
線量Dosageが制御される限りにおいては、ベクトル加工中のディザリングの詳細（ディザ点の数Nd、ディザ間隔、速度）は必要とされないことに留意されたい。ＬＤＡシステムのビーム制御のアーキテクチャはディザ間隔及び速度を任意に変化できるかに依存しているので、これは有用である。
ｉｉｉ．エッジ効果
ディザリングされたパターンの寸法がスポットサイズに対して小さい場合には、上述したフルエンスモデルは理論から逸脱してしまう。そのような小さな寸法の場合は、各スポットにおけるパワーがグリッド１００「から漏れ出し」、グリッド領域の中心においてフルエンスが小さくなる。この効果は、グリッド寸法とグリッド内の点の数の両方の関数である。例えば、図２は、一実施形態における、（スポット径Dspotにより正規化された）相対グリッド幅とグリッド幅にわたるディザ点の数との関数としての有効幅EffectiveWidth（Weff）における変化をグラフで示すものである。この有効幅EffectiveWidthにおける偏差は予想し補償できるものである。
図２において、正規化されたグリッド幅の０から約１の間で、一番上の曲線は６つのスポットに対応し、次に高い曲線は５つのスポットに対応し、次に高い曲線は４つのスポットに対応し、次に高い曲線は３つのスポットに対応し、最も低い曲線は２つのスポットに対応する。
２．フルエンス正規化
別々に加工される領域を予測可能な結果に合成できるように、上述した式によりレーザスポットの任意のグリッドのフルエンスを算出する。この「フルエンス正規化」は、幅の変化するトレンチや特徴部の交点を形成するのに有用である。２つの例によりこれを示す。
フルエンス正規化の１つ目の例が図３、図４、図５、及び図６に示されている。図３は、一実施形態における、グリッド濃度の異なる２つの交差する特徴部のグリッドパターンをグラフで示すものである。図３において、２つの特徴部はそれぞれ異なるディザグリッド間隔で交差する。それらの特徴部の一方に対する加工スポットが丸で表され、他方の特徴部に対する加工スポットがプラス記号（＋）で表されている。１つの交点について、これらのパターンの一方は例えばトレンチであり、他方は交点ラスタパターンの切断である。スポット振幅を小さくして交差傾斜を生成し、位置決め誤差に対して許容誤差を与えていることに留意されたい。図４は、一実施形態における、振幅正規化の後に交差する特徴部（非合成）のモデル化フルエンスをグラフで示すものである。図４において、各パターンにわたるフルエンスは、各グリッドに対してそのスポット濃度によりスポットエネルギーをスケーリングした後、シミュレーションされたものである。図５は、一実施形態における、交差する特徴部の合成フルエンスをグラフで示すものである。図５において、２つのパターンのフルエンスは合成され比較的滑らかな交差となっている。
このアプローチは、そのような規則的な矩形パターンに対してはうまく機能する。トレンチや円形パッド（ＬＤＡで一般的な交点）のような、より複雑な交点の場合、パッドパターンは、パッドグリッドを矩形セクションまで延長する「タブ」を含み得る。その後、矩形セクションは上述のように加工され得る。例えば、図６は、一実施形態における、タブ６１２を有する円形パッド６１０に対するラスタグリッド（右側）及びフルエンスプロファイル（左側）をグラフで示すものである。図６の例において、タブ６１２は、約５０μmの長さを有しており、交点の移行のために使用することができる。
２つ目の例が図７に示されており、図７は、一実施形態における、幅の変化するトレンチに対するフルエンス正規化の影響をグラフで示すものである。図７において、グラフが３列に整理されており、一番上のグラフはディザパターンを示し、真ん中のグラフは対応するフルエンス分布を示し、一番下のグラフは対応する中心フルエンス７１０，７１２，７１４（すなわち、トレンチの幅が変化するときの各トレンチの中央におけるフルエンス）を示すものである。左側の列は補償がない場合を示し、真ん中の列は幅補償を示し、右側の列は非線形補償を示している。この例において、線量がディザグリッド幅によって単にスケーリングされている場合、図２に示される有効幅における非線形性によって、ディザ幅が狭くなるにつれて依然としてフルエンスの変化が生じる。これに対して、図７は、非線形フルエンス補正を適用することにより、幅が変化してもフルエンスを一定にすることができることを示している。図７に示されるように、トレンチ幅が変化するにつれて、補償をしなかった中心フルエンス７１０と、幅に基づく線形補償を行った中心フルエンス７１２の両方が変化する。しかしながら、（例えば、フルエンスFluence＝P×Taod／（Dca×V×Nca×Taod）という線量Dosageと幅Widthのパラメータに基づく）上述した非線形フルエンス補正を用いた場合、中心フルエンス７１４は一定のままである（すなわち、曲線７１４は正規化された値が「１」のままである）。
フルエンス線形性補正がディザ（又はラスタ）グリッド幅の関数として適用された後、一定の線量（パワー／速度）を適用して速度に関係なくこのフルエンスを維持することができる。このため、中心フルエンスを一定に維持しつつ、ベクトル加工されたトレンチの幅及び速度を変化させることができる。
フルエンス線形性補償を、ラスタリングされた領域に対する（例えばパッドや他の大きな特徴部に対する）２次元に拡張してもよい。しかしながら、この効果は、約１．５×スポット径よりも大きなパッド直径に対しては無視することができる。パッドは典型的にはこの直径の基準を満たすので、ある実施形態においては、パッドがフルエンス補償を必要としない場合もある。
３．フルエンスモデリングに対する注意
上記分析を理想化する。深さの変化を制御しつつ交点を生成する際のシステムの性能に影響を与え得るいくつかの注意点について言及すべきである。
材料は加工閾値を有しているため、アブレートされる材料の量を予測するために必ずしもフルエンスを線形的に合成するわけではない。これは、一定の線量で速度とともにパワーが増大するにつれて加工閾値効果が低減するので、線量一定の加工では均一な結果が得られない場合があることを示唆している。
（特に偏向速度が高いときの、ＡＯＤ偏向からの効果を含む）スポット歪みによりフルエンスフィールドが歪められる。
トレンチの端部におけるフルエンス非線形性については述べていないかもしれない。典型的には、トレンチは、他のトレンチ（パッド上のスタブやラスタリングされた交点上の脚部）との交点で終端する。交差する双方のトレンチが交差領域にわたるフルエンスにおいて同一の斜面を有する限り、端部の影響は名目上相殺される。
Ｂ．ディザ抽出
この結果に基づいて、ディザリング及びラスタリングの処理を抽出して、ディザリングの低レベルの詳細（例えばディザ点の数及びそれらのスケーリング）をカプセル化してもよい。これにより、ユーザ（又はプログラマ）がディザ加工又はラスタ加工を特定する方法に影響を与えることなく、システムアーキテクチャ又は構成要素を簡単に変更すること（例えば、新しいＡＯＤのデザインや異なる光学的レイアウトなど）が可能となる。ソフトウェアアーキテクチャ、機械較正、及びアプリケーション設定が簡略化される。
交点の形成において、交点におけるフルエンス変化（ひいては深さ変化）を避ける配慮が必要である。実施形態の例においては、周りのトレンチの寸法に基づいて、それぞれのタイプの交点に対して生成されたカスタムラスタパターン（例えば、Matlabや他のツールを用いてオフラインで予め算出されたもの）で各交点がカスタマイズされる。このプロセスは製造機械用に合理化することができる。
ＬＤＡシステムに関しては、ディザリングされた対象物及びラスタリングされた対象物が、スポット密度及び寸法的な範囲により記述される、ディザリングされたスポットのグリッドからなるものと考えることにより双方の目的を満たすことができる。これを行うことにより、ワークピース上のディザリングされた領域又はラスタリングされた領域内のフルエンスを算出することができ、そのように算出されたフルエンスに基づいて交点ラスタパターンを生成することができる。
１．ディザマップ
交点定義にはディザ幾何配置の詳細が必要とされないので、ベクトル加工中のディザの仕様をスポットグリッド幅及び線量に要約することができる。スポット配置は、（速度ベクトルに沿った）オン軸及びクロス軸のいずれについても、明確な定義を必要としない。むしろ、ディザマップ（Dither Map）は、グリッド幅を低レベルディザパラメータ、例えばディザ点の数Ndやディザ幅の倍率Kwに変換する。差し当たり「形状」の概念（Ks）は無視されていることに留意されたい。
本明細書において述べるプロセス較正（Process Calibration）工程は、グリッド幅及びフルエンスのインタフェイスを通じてディザ動作を考えている。ある実施形態におけるNd及びKwの詳細は、プロセス較正（Process Calibration）ステップにおける複雑さを避けるために、ディザマップ（Dither Map）においてカプセル化されている。スポットサイズ又はＡＯＤ範囲が変更される場合には、ディザマップ（Dither Map）を変更できることに留意されたい。ある実施形態においては、プロセス較正（Process Calibration）のために同一のディザマップ（Dither Map）がランタイム加工中に使用され、一貫した較正加工結果が確実に得られるようにしている。
この加工をサポートするＡＯＤディザテーブルがシステム較正中に予めセットされる。ディザマップ（Dither Map）は、プロセス較正（Process Calibration）、プロセスマップ（Process Map）、シーケンサ（Sequencer）などのディザパラメータに対するユーザとのインタフェイスをカプセル化している。ディザマップ（Dither Map）は、以下のステップを用いてディザテーブルをセットアップする。
まず、システム較正中にＡＯＤ偏向倍率を決定する。
次に、システム較正データにおける有効スポット径Deffを１：１の深さ／幅のアスペクト比に対する最小トレンチ寸法に基づいてセットする。このセッティングは、（ピッチを控えめな最大値に設定するために）ＡＯＤテーブルをセットアップし、フルエンスを線形化するための指針に過ぎない。ある実施形態においては、Deffの値が正確に〜１０％−２０％の範囲内にある必要があり得る。Deffの下限は重なりを確保するために使用することができるが、ディザ点の数が増えてしまうし、最高速度を下げることがある。
次に、（例えば、後述するような書換可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）内において）３２個のシーケンシャルディザテーブルを初期化する。ディザテーブルのそれぞれは１から３２個の点を含んでおり、各点は０．３５×Deffのピッチを有している。ディザテーブルは、１０×Deffのディザ範囲までカバーし得る。これにより、重なったパルスが均一なフルエンス分布を生成するのが確保され、Deffの定義において１０％の許容誤差が与えられる。
Ｃ．プロセス較正及びマッピング
フルエンス制御の実例を考えると、ＬＤＡシステムにおいてプロセスセットアップ工程を修正してもよい。ＬＤＡシステムの実施形態の一例においては、加工パラメータは、低レベルディザパラメータ（Kw，Ks）及び線量（パワー／速度）（（実際の線量の単位は任意であるが）名目的にはジュール毎メートル（J/m）の単位である）を含んでいる。ＬＤＡシステムは、一貫した、較正された単位により、また低レベルの実施の詳細から離れることにより、加工セットアップのためのユーザインタフェイスを簡略化することができる。
ＬＤＡシステムにおける材料加工は、２つのパラメータ、フルエンス（J/cm2）とディザ又はラスタグリッド寸法（ベクトル加工及びスカイブ加工についての幅、ラスタリングについてのＸＹラスタ寸法）によって定義され得る。
１．プロセス較正
フルエンス正規化は、ディザ（又はラスタ）特徴部の中心領域に適用される。特徴部のエッジでのフルエンスは、ガウス形スポットの末尾部に由来しているので、それほど簡単に正規化できない。その結果として、トレンチ幅がディザグリッド幅の非線形関数として変化し、ある実施形態においてはそれが依然として較正される。これは、プロセス較正（Process Calibration）の特徴的な機能である。これと同じ工程が、所定の材料に対する特徴部の深さ対フルエンスを較正するために使用される。
図８は、一実施形態におけるプロセス較正テスト行列８００の一例を示すものである。較正テスト行列８００は、フルエンスレベルとディザグリッド幅の範囲を特定するものである。一組の特徴部（パラメータ行列における各項目に対するもの）が機械上で自動的に加工され、外部計測工具により計測が行われる。特徴部の幅及び深さの結果がプロセス較正ソフトウェアに取り込まれ、プロセス較正ソフトウェアは、任意の寸法の特徴部を加工するために使用される加工パラメータ（フルエンス及びグリッド幅）を自動的に選択するために使用される「プロセステーブル（Process Table）」データベースを構築する。
２．プロセスマップ及び材料テーブル
ベクトル加工について、トレンチの寸法（幅及び深さ）は、アプリケーション用の材料テーブル（Material Table）にデータを加えるプロセスマップ（Process Map）を介してディザグリッド幅及びフルエンスを決定する。プロセスマップ（Process Map）は、プロセス較正（Process Calibration）テーブルから与えられたデータに基づいてこのマッピングを行う。図９は、一実施形態における材料テーブル（Material Table）９００の一例を示すものである。材料テーブル（Material Table）９００中の灰色の項目はプロセスマップ（Process Map）により入力され、ユーザによって変えられないものであることに留意されたい。プロセステストを行うため、あるいはプロセスを微調整するために加工パラメータに対する微調整が可能である。
アプリケーションがロードされると、アプリケーションに含まれるすべてのベクトル特徴部及びスカイブ特徴部の寸法（トレンチ幅及び深さ）とラスタ特徴部の寸法（パッド径及び深さ）とが材料テーブル（Material Table）９００に入力される。
必要に応じて材料テーブル（Material Table）９００の微調整をユーザが行ってもよい。これは、ある実施形態においては生産工程処理の観点から推奨されないが、プロセステスト及び微調整のためには有用な場合がある。プロセス較正（Process Calibration）テーブルが利用できない場合は、材料テーブル（Material Table）９００の項目を手動で入力することができる。
プロセスマップ（Process Map）の機能は、プロセス較正（Process Calibration）中に集められた比較的散在している情報に基づいて、必要とされる材料テーブル（Material Table）９００の項目を補間することである。
III．システムアーキテクチャ
以下のセクションでは、ＡＯＤ動作を行うシステムアーキテクチャ及び構成要素の実施形態について述べる。
Ａ．データフロー及び加工
図１０は、一実施形態における、ＡＯＤに指令を与えるための簡易加工・データフローアーキテクチャ（本明細書では「ＡＯＤ加工アーキテクチャ」１０００ともいう）を示すブロック図である。ＡＯＤ加工アーキテクチャ１０００は、システム制御コンピュータ（ＳＣＣ）１０１０と、加工クラスタ１０１２と、ＡＯＤフロントエンドボード（ＡＦＥＢ）１０１４と、ＡＯＤドライバ１０１６，１０１８と、ＡＯＤ１０２０，１０２２とを含んでいる。後に詳述するように、ＳＣＣ１０１０は、レーザ加工アプリケーションを前処理して個々のプロセスセグメント及び関連する加工パラメータを生成する。ＳＣＣ１０１０は、インタフェイス１０２３を介してセグメントデータを（例えば２００kHzのデータ転送速度で）加工クラスタ１０１２のインタフェイス１０２４に送信する。加工クラスタ１０１２は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１０２６と書換可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１０２８とを含んでいる。（例えばＤＳＰ１０２６及び／又はＦＰＧＡ１０２８に加えて、あるいはこれらに代えて）他の種類の処理ロジックも利用できることは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
ＤＳＰ１０２６は、（例えば１MHzのデータ転送速度で）詳細なビーム軌跡及びディザパラメータを算出する。その後、このデータは、ＦＰＧＡ１０２８に送られる。後に詳述するように、ＦＰＧＡ１０２８は、（例えば４MHzのデータ転送速度までの）高速ＡＯＤコマンドを算出する。高速ＡＯＤコマンドは、ＳＳＰ１シリアルリンクを介してＡＦＥＢ１０１４に送信される。ＡＦＥＢ１０１４はＡＯＤコマンドをパラレルデータワードに変換し、パラレルデータワードはＡＯＤドライバ１０１６，１０１８に送られる。そして、ＡＯＤドライバ１０１６，１０１８が、ＡＯＤ１０２０，１０２２を動作させる高周波（ＲＦ）ドライブ信号を生成して、ＡＯＤセルにより（ＲＦ信号の周波数を介して）光学ビームの偏向を制御し、（ＲＦ信号の振幅を介して）振幅を制御する。以下では、ＡＯＤ１０２０，１０２２及び他の光学要素の動作の例について図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃを参照して説明する。
図１０Ａは、一実施形態における、レーザビームをディザリングするためのＡＯＤサブシステム１０４２及びガルボサブシステム１０４４を含むシステム１０４０のブロック図である。他の種類の位置決めサブシステムを利用可能であることは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。例えば位置決めサブシステムはＦＳＭを利用することができる。このシステム１０４０は、ＡＯＤサブシステム１０４２に加工ビーム１０４８を供給するためのレーザ源１０４６を含んでいる。一実施形態では、レーザ源１０４６は、加工ビーム１０４８が一連のレーザパルスを有するようにパルスレーザ源を含んでいる。他の実施形態においては、レーザ源１０４６は、加工ビーム１０４８がＣＷレーザビームとなるような連続波（ＣＷ）レーザ源を含んでいる。そのような実施形態においては、ＡＯＤサブシステム１０４２が、加工ビーム１０４８を離散（「パルス」）間隔で偏向させることにより、ＣＷレーザビームからレーザパルスを生成する。
上述したように、ＡＯＤサブシステム１０４２は、加工ビーム１０４８の１次ビーム１０４９をＡＯＤ偏向角１０５０で偏向させ、加工ビーム１０４８の０次ビーム１０５１をビームダンプ１０５２に偏向させる。このシステム１０４０は、１次ビーム１０４９をガルボサブシステム１０４４に偏向させるための固定ミラー１０５４と、レーザビームスポット１０５８の焦点をワークピース１０６０上又はワークピース１０６０内に合わせるための走査レンズ１０５６とをさらに含んでいてもよい。本明細書では、走査レンズ１０５６の出力を集束レーザビーム１０６１と呼ぶことがある。
一実施形態においては、ＡＯＤサブシステム１０４２が、ガルボサブシステム１０４４により加工軌跡１０６２に沿った第２の方向の偏向を提供しつつ、第１の方向（例えばディザ方向）に往復する偏向を提供するために使用される単一のＡＯＤを含んでいてもよい。図１０Ａに示される実施形態においては、ＡＯＤディザスポットの各行（Ｘ軸に沿って示されている）は、加工軌跡１０６２に対して垂直である。しかしながら、高速化及び汎用性の向上のために、図１０Ａに示される実施形態におけるＡＯＤサブシステム１０４２は、ワークピース１０６０の表面に対してＸ軸及びＹ軸に沿った２次元偏向を提供する。この例では、Ｙ軸は加工軌跡１０６２に平行であると言え、Ｘ軸は加工軌跡１０６２に対して垂直であると言える。このため、Ｘ軸をディザリング方向と呼ぶことができる。加工軌跡１０６２は、例えば、このシステム１０４０が（例えばガルボサブシステム１０４４の管理下で）トレンチ１０６４をワークピース１０６０の表面にスクライブする又は切り込む方向に対応し得る。
図示した２次元偏向を提供するために、ＡＯＤサブシステム１０４２は、ガルボサブシステム１０４４がビーム軸を加工軌跡１０６２に沿って移動させるに伴って、第１の方向の１次ビーム１０４９を偏向させる第１のＡＯＤ１０２０と、第２の方向の１次ビーム１０４９を偏向させる第２のＡＯＤ１０２２とを含んでいる。換言すれば、ＡＯＤサブシステム１０４２によって提供されるビームスポット位置の移動は、ガルボサブシステム１０４４によって提供されるビームスポット位置の移動に重ね合わされる。また、図１０Ａに示されるように、ガルボサブシステム１０４４は、１次ビーム１０４９をワークピース１０６０に対してＸ軸方向及びＹ軸方向の双方に偏向するための第１のガルバノミラー１０６６及び第２のガルバノミラー１０６７を含んでいてもよい。
ＡＯＤ偏向の方向付けは、ガルボサブシステム１０４４の偏向軸に揃っていなくてもよい。一般的に、ＡＯＤ偏向コマンドに対して座標変換を適用して、得られたＡＯＤ偏向を所望の座標系に揃えてもよい。また、ガルボサブシステム１０４４により画定される加工軌跡に対してＡＯＤビーム偏向を垂直に維持するために、この座標変換を速度の関数とし、ＡＯＤ偏向座標系を回転させてもよい。
システム１０４０に含まれるＡＯＤサブシステム１０４２により、いくつかの動作モードが可能となる。一実施形態においては、動作モードは、ワークピース１０６０でのレーザビームスポット１０５８を効果的に広げるために加工ビーム１０４８をディザリングする能力を含んでいる。換言すれば、加工ビーム１０４８をディザリングすることは、一連の集束レーザビームスポット１０６８の位置を空間的に決めて、走査レンズ１０５６により焦点が合わされる単一のレーザビームスポット１０５８の寸法よりも大きな寸法を有する幾何的特徴部を生成することを含んでいる。説明の便宜上、図１０Ａは、加工軌跡１０６２の方向にトレンチ１０６４が加工される際に、ディザリングされるレーザビームスポット１０６８をワークピース１０６０の表面の上方から見たところを示している。このように、例えば、一定の繰り返し率でディザリングされた一連のレーザビームスポット１０６８は、より低いパルス繰り返し率で加工軌跡１０６２の方向に順次照射される、より大きな径の一連のレーザビームスポットの効果を有している。
ある実施形態においては、ＡＯＤ１０２０，１０２２は、約０．１μsから約１０μsまでのオーダーでそれぞれの音場を更新する（新しい音響波形で光学的開口（optical aperture）を満たす）ことができる。例としての更新速度が約１μsであったとすると、ディザリングされたレーザビームスポット１０６８のいくつかが加工中に重なるように加工ビームの位置をすぐに更新することができる。ディザリングされたレーザビームスポット１０６８は、加工される特徴部（例えばトレンチ１０６４）を広げるために、加工軌跡１０６２に垂直な寸法において（例えばＸ軸又はディザ方向に沿って）重なっていてもよい。図１０Ａに示されるように、ディザリングされたレーザビームスポット１０６８は、加工軌跡１０６２の方向に重なっていてもよい。ディザリングされたビームを加工軌跡１０６２に垂直な方向に向け続けるために、ある実施形態によれば、加工軌跡１０６２の角度が変化するのに従ってディザ軸を絶えず調整してもよい。加えて、加工軌跡速度の関数としての、ディザ点の線上に与えられた角度を補償するようにディザ軸を調整してもよい。
ワークピース１０６０の表面に対してビーム位置をディザリングすることに加えて、あるいは他の実施形態においては、ディザ軸の強度プロファイルを変化させるためにＡＯＤサブシステム１０４２を使用してもよい。加工ビーム１０４８の強度プロファイルをディザ軸に沿って操作することにより、加工されたトレンチ１０６４の断面の整形をすることが可能となる。例えば、トレンチ１０６４を矩形状、Ｕ字状、又はＶ字状の断面を有するように加工してもよい。側壁斜面のような特徴部を整形することは、交点形成のような状況においては有用な場合がある。整形の解像度は基本スポットサイズに基づいていてもよく、整形される強度プロファイルは、ディザパターン（位置及び強度）とスポット強度プロファイル（例えば、ガウス形又は他のプロファイル形状）とのたたみ込みであってもよい。例えば、対象材料を所望の量だけ除去するためにパルスをディザ軸に沿ったある位置で重ねることによって（例えば２以上のパルスを同じ位置に照射してもよい）、及び／又はディザ軸に沿った偏向位置の関数としてレーザパルスのパワー振幅を変調することによって、特徴部を整形してもよい。
ディザ軸に沿って特徴部を整形することに加えて、あるいは他の実施形態においては、加工軌跡１０６２に沿った位置の関数としてパワーを制御して、加工された直線状特徴部の「端点」を同様に整形するためにＡＯＤサブシステム１０４２を使ってもよい。また、加工軌跡１０６２に沿った位置の関数としてパワーを制御することは、交点形成のような用途においては有用な場合がある。ＡＯＤサブシステム１０４２を使うことにより、高い加工速度（例えば約１m/sから約５m/sの範囲）で強度プロファイルの微細な制御（例えば約５μmから約５０μmの範囲の特徴部寸法を実現する）が可能となるように、パワー変調を非常に高速で（例えばマイクロ秒のオーダーで）生じさせることが可能となる。
また、ガウス形ビームの偏向に加えて、ある実施形態では、例えば、回折光学素子（ＤＯＥ）をはじめとする従来のビーム整形技術により整形されたビームが偏向される。例えば、図１０Ｂは、一実施形態におけるビーム整形用システム１０７０のブロック図である。このシステム１０７０は、図１０Ａに示された、（第１のＡＯＤ１０２０及び第２のＡＯＤ１０２２を有する）ＡＯＤサブシステム１０４２と、０次ビームダンプ１０５２と、ミラー１０５４とを含んでいる。このシステム１０７０は、ビーム整形用回折光学素子（ＤＯＥ）１０７２と、光学要素１０７４（例えば結像光学系やガルバノミラー、走査レンズ）とをさらに含んでいる。説明の便宜上、図１０Ｂの１次ビーム１０４９は、ＡＯＤ偏向角１０５０の範囲にわたって示されている。図１０Ｂに示される実施形態においては、ＡＯＤサブシステム１０４２によって偏向された１次ビーム１０４９は、ＡＯＤサブシステム１０４２により与えられるＡＯＤ偏向角１０５０にかかわらず、１次ビーム１０４９をＤＯＥの開口の中央に維持するための（ビームの転心（pivot point）の像をＤＯＥ１０７２に写す）リレーレンズ１０７６を介してＤＯＥ１０７２に中継される。そして、ＤＯＥ１０７２は、（そのようなビーム整形ＤＯＥではよくなされるように）付加的な波面位相歪みを与えることによりビーム強度を整形する。このアプローチは、大きな径の整形ビームが偏向され隣接されて、例えば正方形の強度プロファイルを有する、より均一なディザリングされたフルエンスプロファイルを形成するような状況においては利点がある場合がある。また、このアプローチは、所望の特徴部（例えば、誘電体材料に穿孔されるマイクロビア）を形成するには少数のレーザパルスが適切であるような状況においては利点がある場合がある。この場合において、ガウス形パルスのラスタリングへの適用は、整形された強度プロファイルを適用することに比べて効率的ではない場合がある。整形された強度加工スポット位置の高速制御に対しては、さらに高速のＡＯＤ偏向が好ましい場合がある。
他の実施形態においては、同様のリレーレンズの配置を用いて、ＡＯＤ偏向ビームの偏向を走査レンズで調整してもよい。これは、少なくとも２つの理由で好ましい場合がある。１つ目は、ビームの転心を（ビーム側方偏向（beam lateral deflection）をなくす）ガルボ走査ミラーに中継して、（ａ）ビームクリッピングを避けるためにビームをガルバノミラー及び走査レンズの開放口（clear aperture）内の中央に維持し、（ｂ）そのような変位によりビームがワーク表面で傾くことがあるため、走査レンズの入射瞳の中央からビームが変位することを避けるのが好ましい場合があるからである。２つ目は、意図的にワーク表面でビームを傾けるために、走査レンズにおいて側方ビーム偏向を与えることが好ましい場合があるからである。傾いたビームは、加工された特徴部内で急峻な側壁を生成するガウス形レーザ穿孔の用途（例えばマイクロビア穿孔）においては利点がある場合がある。
図１０Ｃは、一実施形態における、斜行した加工ビーム１０８２を供給するシステム１０８０のブロック図である。このシステム１０８０は、図１０Ａに示された、（第１のＡＯＤ１０２０及び第２のＡＯＤ１０２２を有する）ＡＯＤサブシステム１０４２と、０次ビームダンプ１０５２と、ミラー１０５４とを含んでいる。このシステム１０８０は、リレーレンズ１０７６と光学要素１０７４（例えば結像光学系やガルバノミラー、走査レンズ）とをさらに含んでいる。説明の便宜上、図１０Ｃの１次ビーム１０４９は、ＡＯＤ偏向角１０５０の範囲にわたって示されている。図１０Ｃに示されるように、走査レンズから（例えば図１０Ａに示される走査レンズ１０５６から）リレーレンズ１０７６の間隔１０８４を適切に設計することにより、ＡＯＤサブシステム１０４２により偏向された１次ビーム１０４９を横方向に偏向させてワークピース１０６０の表面で傾斜ビーム１０８２を生成することができる。ワークピース１０６０での加工スポットの所定の偏向に対するビーム傾斜量を、（ａ）ＡＯＤ１０２０，１０２２を使ってワークピース１０６０で横方向スポット偏向を実質的に生じさせ、リレーレンズ１０７６の光学系及び走査レンズ（例えば走査レンズ１０５６）までの間隔１０８４を変化させることにより制御してもよく、あるいは、（ｂ）ワークピース１０６０での所望の横方向スポット偏向と無関係に、走査レンズで任意の横方向ビーム偏向が（そしてこれによりワークピース１０６０での任意のビーム傾斜が）与えられ得るように、ガルボ（例えば図１０Ａに示されるガルボ１０６６，１０６７）及びＡＯＤ１０２０，１０２２を調整することにより制御してもよい。
整形技術のさらなる詳細ついては「ＡＯＤ制御実施形態の例」という表題のセクションの中で開示する。
ビームディザリングは、所望のフルエンスプロファイルを生成するのに非常に有効であり柔軟であり得るが、ディザリングに対する他の（時としてより限定的な）アプローチでは、チャープ波形（chirp waveform）をＡＯＤ１０２０，１０２２の少なくとも一方に当てることによりレーザビームスポット１０５８の焦点を変化させる。チャープ波形により、ＡＯＤの結晶を通過する光学加工ビーム１０４８の内部で音波の瞬時周波数が線形的に変化する。音波の瞬時周波数の線形変化は、別個のステップにおいてレーザビームスポット１０５８を変位させるのではなく、短軸の（アナスチグマチックな）焦点限界点（focusing term）を加工ビーム１０４８に適用する効果を有する。ある実施形態によれば、チャープ波形をＡＯＤ１０２０，１０２２の双方に当てることにより、レーザビームスポット１０５８の焦点が対称にずれ、ワークピース１０６０でのスポットサイズが大きくなる。このアプローチは、例えば、トレンチ１０６４を広げる際の強度変化を避けるためにワークピース１０６０でパルスをうまく重ねる程度までパルス繰り返し周波数が高くはないような、繰り返し率の低いレーザの場合には有用な場合がある。また、低いフルエンスを用いた加工ステップ中にレーザビームスポットの焦点をずらすためにもチャープを用いることができる。例えば、レーザ加工（例えば半導体ウェハ上又は半導体ウェハ内に形成された集積回路の間のスクライビング）は、上にある金属層（例えば銅層）を切断する第１の加工ステップと、それに続いて、フルエンスを下げて下にある誘電体層を加工する第２の加工ステップとを含んでいる。一実施形態では、２パスのレーザビームを用いるのではなく、両方の層が単一のパスで加工されるようにチャープを用いてレーザビームスポットの焦点をずらしている。
Ｂ．ディザアーキテクチャ
１．基本ディザ（又はラスタ）テーブルアーキテクチャ
図１１は、一実施形態における、ＦＰＧＡ１０２８内に実装されたＡＯＤ制御データフローを表すブロック図である。ディザとラスタは同義で用いられることが多いことに留意すべきである。これらはともに同様に実行されるが、ディザは１次元のビーム偏向を意味し、ラスタリングは２次元の偏向を意味する。ＦＰＧＡ１０２８は、１以上のディザテーブル１１１０と、整形テーブル１１１２と、線形化テーブル１１１４，１１１５と、待ち時間調整部（latency adjustment）１１１６とを含んでいる。
２組のディザ点がディザテーブル１１１０にロードされる。ディザテーブル１１１０は、いつまでもアドレス指定可能なサーキュラバッファとして動作する。多くのディザテーブル１１１０がＦＰＧＡ１０２８内に格納されている。それぞれのディザテーブル１１１０はアドレスと長さによって特定される。ＦＰＧＡ１０２８は、特定されたテーブル長を受け入れるように自動的にサーキュラバッファのアドレス指定を調整する。
ラスタ動作又はディザ動作中は、ディザテーブルの項目が読み込まれて変換行列により調整され、ディザ（又はラスタ）パターンをスケーリング及び回転させ、２つのＡＯＤチャンネルに対する周波数コマンドを得る。
変換されたディザコマンドに一対の付加的周波数オフセットが追加され、ディザコマンドが適用される名目上のコマンドベクトルが得られる。
１組の線形化テーブル１１１４，１１１５は、ＡＯＤ周波数コマンドに基づいてＡＯＤ振幅コマンドを生成する。
また、図１１に関して以下の定義が与えられる。
F0：ＡＯＤ周波数コマンド、軸０
F1：ＡＯＤ周波数コマンド、軸１
Fnom：ゼロ偏向に対する公称ＡＯＤ周波数コマンド
Fd［１．．Nd］：上述した「ディザテーブル」１１１０を有する１組の偏向周波数
Nd：偏向周波数点の数（例えばディザ点の数）
Kw：ディザ幅の倍率。ディザがない場合（公称加工ビーム）はKw＝０。
Kp：パワーコマンド倍率
Ks：強度整形ファクター
Atten：減衰コマンド
２．ＦＰＧＡインタフェイス
更新時間Tcmd（例えば１μsec）ごとにデータがＤＳＰ１０２６からＦＰＧＡ１０２８に送信される。
３．ＤＳＰ／ＦＰＧＡ同期
加工中、ＤＳＰ１０２６がＦＰＧＡ１０２８に連続的にデータをストリーミングし、ＦＰＧＡ１０２８はそれらのデータ伝送とＡＯＤ制御実行を同期させる。これは、更新時間（Tcmd）の例を１μsecとすると、以下の手順で行うことができる。図１２は、このタイミングを示すものである。
図１２は、一実施形態における、ＤＳＰとＦＰＧＡの同期の例を示すタイミングチャートである。図１２に示されるように、ＤＳＰ１０２６は、１０組の制御データ１２１０（これは５μsecのＤＳＰサイクルの２サイクル分に対して十分なものである）をＦＰＧＡ１０２８に書き込む。ＤＳＰ１０２６は、ＦＰＧＡ１０２８内の「Synch」レジスタ１２１２をセットし、データ処理の準備できたことをＦＰＧＡ１０２８に通知する。ＦＰＧＡ１０２８は、破線１２１８に示されるように、次の５μsecのＤＳＰ割込１２１６でデータ処理１２１４を開始する。（ＦＰＧＡ１０２８及びＤＳＰ１０２６は同一の割込を受信する。）それぞれのＤＳＰサイクル中は、ＤＳＰ１０２６が新しいデータ１２２０をＦＰＧＡ１０２８にロードする。ＦＰＧＡ１０２８は、このデータを先入れ先出し（ＦＩＦＯ）の方法により処理する。それぞれのＤＳＰサイクル中は、ガルボコマンドデータが算出されるが、これは次のＤＳＰサイクルにおいてガルボコントローラに適用される。このようにして、ガルボ１０６６，１０６７及びＡＯＤ１０２０，１０２２は、同一のタイミング基準を共有する。ＤＳＰ１０２６は、ガルボコマンドデータに対してＡＯＤコマンドデータを遅らせてガルボとＡＯＤ制御の間で様々な信号処理遅延を生じさせる。この遅延は、（１２１０で示される）最初のデータ伝送と（１２１４で示される）データ実行の開始の間の２サイクル遅延に対するＦＰＧＡ１０２８による調整を含んでいる。
４．バンクパラメータ
図１１には示されていないパラメータの１つは「バンク」パラメータ（Kb）であり、これはＬＤＡシステムのディザ定義に含まれる場合がある。このパラメータは、ディザリングされたビームの幅にわたって与えられるパワーを変化させて、（バンクのある競技場の湾曲部のような）円弧の内側のエッジと外側のエッジとの間に速度差を生じさせるために使用される。これは、付加的な倍率をディザ位置の関数としてのディザ振幅に適用することによりなされ、ある実施形態において使用される「形状」パラメータに類似するものである。
図１３は、一実施形態における、バンク処理を用いる加工条件を示す模式図である。図１３は、幅の広い円弧１３１０を示している。幅の広い円弧１３１０は、比較的小さな平均半径Rを有しており、外側円弧長Roに対する内側円弧長Riの比は１から大きく異なる場合があり、トレンチ幅Wにわたるフルエンス変化を生ずる。
Kb＝１／（２×Rb）
特徴部の幅Wに対する平均半径Rの比を以下のバンク比として定義する。
Rb＝R／W
そして、外側速度と内側速度の比は以下のようになる。
Wo／Vi＝（２×Rb＋１）／（２×Rb−１）
ディザ幅にわたってレーザパワーを調整するために、「バンクパラメータ」Kbは、ディザ位置の関数としてのパワースケーリングの変化を定義する。図１４は、一実施形態における、バンクパラメータスケーリングの例をグラフで示すものである。バンクパラメータKbは、−１から＋１の間で変化し、以下のように定義することができる。
Kb＝（Kstart−Kend）／２
ここで、
Kstart＝ディザサイクルの開始時のバンク振幅スケーリング
Kend＝ディザサイクルの終了時のバンク振幅スケーリング
である。
バンクパラメータは、以下のようにバンク比と関係している。
Kb＝１／（２×Rb）
Kb＝０のとき、ディザ範囲にわたって倍率は１である（影響なし）。両極端（｜Kb｜＝１）では、ディザ範囲の一方がゼロまで縮小し、他方が２倍まで増幅される。典型的な円弧を加工する場合、Kbを中間値（例えば約０．５未満）に設定することができる。
ディザ範囲の中央（ディザリングされたビームの中心線）でのバンクスケーリングは影響を受けない。このため、（より遅いビーム速度を補償するために）内側エッジパワーは減衰され、（より速いビーム速度を補償するために）外側エッジパワー（Pouter）は以下のように増幅され、中心線パワー（Pnom）は変わらないままである。
Pouter＝Pnom×（１＋Kb）
ある実施形態におけるＬＤＡの設計基準では、妥当な速度比及びパワースケーリングを維持するために、比R／Wは約２．０よりも大きくなるように制限されなければならない。加工中、増幅されたパワーがチェックされ、最大利用可能パワーを超えていないことが確認される。円弧における速度は、増幅されたパワーが最大利用可能パワーを超えないことを保証するように設定される。３次プロファイリング能力のために、円弧セグメントの端部でこの速度低下がすぐに起きる。
５．ディザ動作の例
図１５、図１６、及び図１７において単純な例によりディザとコマンド更新のタイミングを図示している。図１５は、このディザ動作の例におけるＸＹビーム位置の例をグラフで示すものである。図１６は、図１５に示されるディザ動作の例における、Ｘビーム位置及びＹビーム位置と時間の例をグラフで示すものである。図１７は、図１５及び図１６に示されるディザ動作の例のビーム位置及び加工パラメータのテーブルの例を示すものである。この例では、Taod＝Tcmd＝１μsecである。トレンチは、１つのディザテーブル（Nd＝５，Td＝５μsec）で切り込まれる。切り込みの開始時に線量Dosage（Kd）を変化させる。円弧の途中でバンクパラメータ（Kb）が修正され、カーブの内側エッジと外側エッジでのフルエンスが正規化される。
この例におけるトレンチは、トレンチ幅が大きくなり始める移行セグメント１５１０を含んでいる。この例において、移行セグメント１５１０は、１３番目と１４番目のディザ行を含んでいる。しかしながら、他の実施形態においては、異なる数のディザ行を用いてもよい（例えば、４つ、５つ、あるいは６つ以上のディザ行を移行領域で使用してもよい）。最初に（例えば１３番目の行の開始時に）、前のセグメントに合致するように大きなディザテーブル（Nd＝７）が圧縮される（Kw＜１）。そして、Kwが２つのディザ行にわたってKw＝１（全幅）まで増加する。換言すれば、図１７に示されるように、１３番目のディザ行においてはKw＝０．７６であり、１４番目のディザ行においてはKw＝０．８７であり、１５番目のディザ行においてはKw＝１である。
また、幅パラメータが変化すると線量Dosage（Kd）が修正される。ディザ間隔が圧縮されると（例えば、新しいディザテーブルの開始が１３番目のディザ行で始まると）、線量が減少し、パルスの重なりが大きくなる。換言すれば、Nd＝７に対して移行セグメント１５１０の外側でKd＝１．４となる。しかしながら、（ディザテーブルがNd＝５から初めてNd＝７に変化する）移行セグメント内では、１３番目のディザ行でKdが１．０６に下がる。そして、１５番目のディザ行でさらに１．４に上げられる前に、１４番目のディザ行でKdが１．２２まで上げられる。
この例では、形状は一定のままであるが、一般には、Kd、Kw、Kbと同様の方法で変化してもよい。一実施形態におけるＬＤＡシステムについては形状が無視される。
各ディザ行に対して、加工パラメータ（Kw、Kd、Kb、Ks）とディザテーブル選択（Nd）は一定のままにされることに留意されたい。先に述べたように、ＦＰＧＡ１０２８は、このパラメータ更新タイミングを適用する。ＤＳＰ１０２６は、すべての加工パラメータの規則的な更新を行うことができ、適切な場合にＦＰＧＡ１０２８が加工パラメータを適用することを可能にする。
Ｃ．ＡＯＤ座標系及び較正
ＡＯＤビーム偏向は、最終的なワーク面ビーム位置を得るためにガルボビーム偏向と連係して動作する。３次位置決め中、ディザリング中、及びラスタリング中のＡＯＤ偏向及びそのガルボビーム偏向との相互作用の較正は、（例えば交点形成を支持するために）局所的な繰り返し精度を維持し、ディザリング及びラスタリングされた特徴部の寸法を制御するためには有用である。
一実施形態においては、ＡＯＤサブシステム１０４２及びガルバノミラー１０６６，１０６７は、加工ビームが走査レンズ１０５６に入射する前に加工ビーム角をそれぞれ偏向させる。任意のＡＯＤビームの角度偏向がガルボ１０６６，１０６７の角度偏向に追加される。したがって、ＡＯＤ偏向コマンドは、ガルボの「未処理の」コマンド（これらは「ビーム角」座標である）と等価なものであると考えることができる。ＡＯＤ偏向コマンドを、ガルボ１０６６，１０６７の「ビーム角」コマンドに追加される「ビーム角」コマンドと考えてもよい。ある実施形態においては、光学系の一連のレイアウトによりこれら２つの軸の間で回転を生じる場合があり、ＡＯＤ偏光器１０２０，１０２２は特有の倍率を有しているので、これは、ＡＯＤビーム偏向座標系をスケーリングし回転して（図３８により述べられるような）ガルボ座標系のものと合致させた後においてのみ当てはまることことがある。
ガルバノミラー１０６６，１０６７から仮想ＡＯＤ偏向の転心をずらすことによる２次的効果がある。ＡＯＤ１０２０，１０２２がビームを偏向させると、横方向ビーム位置がレンズ入射瞳の中でわずかに移動し、小さな付加的な歪みが生じる。ある実施形態においては、サブミクロンと予測されるこの誤差を無視することができる。
ＡＯＤ１０２０，１０２２により適用される「増加角」という概念は、システム性能の目標を達成するために必要とされる較正や必要とされるランタイム補正に対して影響を与え、３次プロファイリング、ディザリング、及びラスタリングの動作を考慮したときには有用なものである。
１．ＡＯＤ変換
ある実施形態においては、ＡＯＤサブシステム１０４２へのコマンド信号は、ＡＯＤ処理の種類に固有の座標変換を介して得られる。以下の議論では、いくつかの座標系を参照する。「理想的な」座標は、較正されたワーク面の座標である。これらは、ＸＹステージのガラスグリッド較正により定義することができる。本明細書では、「所望の」や「公称」という用語は、「理想的な」の代わりに用いられることがある。「未処理ガルボ（Raw Galvo）」座標は、ガルボサーボループを指令するために用いられる。「未処理ＡＯＤ（Raw AOD）」座標は、ＡＯＤチャンネルを指令するために用いられる。
本明細書においては、TMframe、TMfield、TMdither、及びTMaodという変換が参照される。TMframeは、未処理ガルボ（Raw Galvo）座標を未処理ＡＯＤ（Raw AOD）座標に変換する。（公称ガルボ位置あたりで外れている）１組の未処理増加ガルボ座標にTMframeを適用することにより形成されるＡＯＤコマンドは、この公称位置あたりの増加ガルボ偏向と光学的に同一であるＡＯＤビーム偏向を生成する。このように、TMframeを未処理ガルボ（Raw Galvo）コマンドに適用した後、ＡＯＤは「仮想ガルボ（virtual galvo）」となる。この変換は、所定の光学的配置に対して固定的であり、ガラスグリッド較正により変化しない。この変換はＡＯＤ位置較正ルーチンにより算出される。
TMfieldは局所的な走査フィールド歪みの変換である。これは、１組の増加理想（又は所望の）座標（走査フィールド中の何らかの公称位置あたりで外れている）を増加未処理ガルボ座標に変換する。「前方（forward）」（理想（Ideal）を未処理ガルボ（Raw Galvo）に）及び「後方（reverse）」（未処理ガルボ（Raw Galvo）を理想（Ideal）に）の双方が用いられる。この変換は、走査フィールド位置の関数である。この較正は理想座標系を定義しているので、この変換はガラスグリッド較正とともに変化する。TMfieldは、ガルボ較正データから算出し得る。
TMditherは、ベクトル加工中にTMaodを算出する際に使用される、ＳＣＣ１０１０からＤＳＰ１０２６を通過する１組の変換項である。TMditherは、ベクトル又はスカイブ加工セグメントごとにＳＣＣ１０１０によって算出され、走査フィールド位置及びビーム速度の関数である。
TMaodは、ＦＰＧＡ１０２８内部のディザ／ラスタテーブルに格納された理想ＡＯＤデータを回転及びスケーリングする変換である。ベクトル加工又はスカイブ加工において、TMaodは、理想ディザベクトルが理想軌跡ベクトルに対して垂直になるように維持する。ラスタ加工においては、TMaodは、交点加工又は一般的なラスタパターン形成のために、２次元のラスタデータを必要に応じてスケーリングして揃える。ベクトル又はスカイブ加工中は、ＤＳＰによってこの変換がビーム軌跡速度ベクトル及びTMdither変換に基づいてリアルタイムに算出される。ラスタ加工中は、ＳＣＣ１０１０によってTMaod変換が１回算出される。
２．走査レンズフィールド歪み
走査レンズ１０５６及びガルバノミラービーム伝達システムに起因するフィールド歪みから、座標系及び較正式についての懸念が生じる。理想的な走査レンズにおいては、入射ビームの角度が偏向されてワーク表面でスポットの変位を生じる。うまく設計されたテレセントリック走査レンズ（「Ｆ−θ」レンズ）については、レンズ入射瞳の中央を中心としてビームが回転すると、スポット変位がビーム角に比例することとなり、較正の必要がない。しかしながら、ガルバノミラー１０６６，１０６７を入射瞳で一纏めにするという物理的制約によって、理想的な点を中心にビームを正確に回転させることができない。ビーム偏向中には何らかのビーム並進運動が生じる。これにより、図１８に示されるような走査フィールド歪みパターンが生じる。
図１８は、ＬＤＡシステムがＦ／１８の１００mm走査フィールドレンズを含む実施形態の例における走査フィールド歪みパターンをグラフで示すものである。典型的なレーザ加工システムにおいては、補正項がビームポジショナに適用され、ワーク表面に（名目的に）歪みのないパターンが生じるように、この歪みパターンがマッピングされる。そのような較正変換の出力は、ビームポジショナの「未処理」座標系におけるコマンドであり、ガルボ１０６６，１０６７の場合のミラー角コマンドと同等なものである。ＬＤＡガルボコントローラサブシステム内では、公称倍率（例えば２×レンズ焦点距離）が適用され、ワーク表面の単位μmにおける未処理コマンドが生じる。ＦＳＭ位置決めシステムを用いる実施形態においては、走査フィールドレンズの入射瞳に位置するＦＳＭは、ガルボの歪みと比較して比較的小さな補正すべき歪みを有するであろう。
システム上で計測される実際のフィールド歪みは、一連の光学系（ガルボブロック＋走査レンズ）における幾何的歪みとガルボポジショナ誤差（オフセット、倍率、非線形性）とが組み合わさったものであることに留意されたい。光学系のフィールド歪み項は、ガルボとＡＯＤ偏向の双方に共通なものであり、同じ補正項を適用できる。しかしながら、ガルボ１０６６，１０６７自体における較正誤差（角度に依存する線形性誤差と倍率（ＳＦ）ドリフト）もまた走査フィールド較正条件に含められ、ＡＯＤ偏向に適用されたときに較正誤差を生成する。しかしながら、このガルボ誤差は小さく、倍率（ＳＦ）非線形性誤差及び温度ドリフトは０．１％未満であり、１００μmの３次ＡＯＤ偏向に対してはガルボ偏向とＡＯＤ偏向との間の不一致が０．１μm未満となり得る。しかしながら、ガルボ１０６６，１０６７における公称倍率の許容量が大きいことがあり（例えば２０％）、その場合には後述する較正手順に影響を与える。
走査フィールド歪みパターンは、走査フィールド位置の関数として変化する局所的な歪みを生ずる。例えば、図１９は、実施形態の一例における、Ｘ及びＹ走査フィールド歪み誤差（err）とＸ及びＹフィールド位置をグラフで示すものである。図２０は、図１９に示される実施形態の例における、Ｘ及びＹ走査フィールド歪み倍率（ＳＦ）及び回転誤差とＸ及びＹフィールド位置をグラフで示すものである。図２１は、図１９及び図２０に示される例における、ラスタリングされた特徴部の局所的な位置幾何配置補正（ＰＧＣ）歪みの例をグラフで示すものである。ＸＹフィールド位置の関数としてのＸ誤差及びＹ誤差の傾きは、局所的な倍率及び回転誤差、例えばＰＧＣ歪み関係として取り扱うことができる。これらの誤差が十分に大きい場合、局所的なＰＧＣ歪みによりラスタパターン中に許容できない誤差が生じる場合がある。例えば、（−５０mm，−５０mm）のフィールド位置に位置する２００×２００μmのラスタパターンを考える。（図２０から得られる）局所的なＰＧＣ歪みがあると、図２１に示されるような歪んだパターンが生じる。大きな回転誤差のためパターンの角部でＸ誤差は５μmに達し、これは、交点形成において許容できないテーブル深さ変化を生じるのに十分に大きい場合がある。
走査フィールド歪みパターンは、少なくとも次の３つの形態でＬＤＡビームポジショナに影響を与える。すべてのモード中、３次プロファイリングが公称ビーム軌跡を生成するようにＡＯＤ及びガルボコマンドを定義するときと、ベクトル又はスカイブモード中、ＡＯＤディザコマンドがスケーリングされ回転されるときと、ラスタモード中、潜在的に大きなラスタ領域が歪む可能性があるときである。
３．３次プロファイリング中のＡＯＤ較正補正
図２２は、一実施形態における３次プロファイリングサブシステム２２００を模式的に示すものである。３次プロファイリングにおいては、ガルボサブシステム１０４４とＡＯＤサブシステム１０４２との間でビーム位置決めが分割される。３次プロファイリングは、ＡＯＤサブシステム１０４２を（例えばＸＹステージ及びガルボサブシステム１０４４に加えて）３次ポジショナとして使うことを意味する。本開示の譲受人に譲渡された米国特許第６，７０６，９９９号にはレーザビーム３次ポジショナの例が記載されている。なお、この米国特許は全体として参照により本明細書に組み込まれる。本明細書に開示されるように、ＡＯＤサブシステム１０４２を用いた３次プロファイリングは、別個のタイミング境界からＡＯＤコマンドが発行されるような場合に、高速で（例えばタイミング分解能を得るために約１μsの更新時間を使用する）ビーム光路をプロファイリングすることを考慮している。３次プロファイリングサブシステム２２００は、プロファイリングフィルタ２２０４と、遅延要素２２０６と、減算器２２０８とを含んでいる。
図２２は、ワークピースに切り込もうとしているトレンチに対応する例示ビームプロファイル２２１０（本明細書では例示「ビームコマンド」と呼ぶこともある）を示している。この例示ビームプロファイル２２１０は、ガルボサブシステム１０４４を使って高速で追跡するのが難しいかもしれない急な変化を含んでいる。走査フィールド較正変換２２０３を通過した後、例示ビームプロファイル２２１０は３次フィルタ２２０５に供給される。３次フィルタ２２０５は、プロファイリングフィルタ２２０４と遅延要素２２０６とを含んでいる。プロファイリングフィルタ２２０４は、ガルボサブシステム１０４４により追跡するのが難しいかもしれない高周波数成分を除去する低域フィルタを備えている。位置プロファイル２２１２により示されているように、プロファイリングフィルタ２２０４の出力をガルボコマンド（ガルボ制御信号）として用いてもよい。図２２は、位置プロファイル２２１２の一部を拡大したもの２２１３を示しており、ガルボサブシステム１０４４により与えられた実際の位置２２１８に対して、指示された位置２２１６を示している。ＡＯＤサブシステム１０４２は、この指示された位置２２１６と実際の位置２２１８との間の差を補正するために使用される。
一実施形態においては、プロファイリングフィルタ２２０４は、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタである。他の実施形態においては、プロファイリングフィルタ２２０４は、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタである。当然、ＦＩＲフィルタは、任意の周波数範囲における信号に対して一定の遅延を有する。しかしながら、他の種類のフィルタも使用できることは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。遅延要素２２０６は、プロファイリングフィルタ２２０４により導入された遅延とほぼ同じ量だけ例示ビームプロファイル２２１０を遅延させる。減算器２２０８は、遅延要素２２０６の出力からプロファイリングフィルタ２２０４の出力を減算し、ガルボコマンドから除去された高周波要素を得る。その後、減算器２２０８により出力された高周波要素は、ＡＯＤサブシステム１０４２を制御するＡＯＤコマンド信号として利用することができる。図２２は、例示ＡＯＤ位置コマンドプロファイル２２１４を示している。図示されていないが、位置コマンドプロファイル２２１４に差分を用いて対応する速度及び加速度コマンドプロファイルを算出してもよい。
例示ビームコマンド２２１０は、パネル位置合わせ変換の適用後における、「所望の」座標におけるワーク表面上のビームの所望の軌跡である。上述したように、例示ビームプロファイル２２１０は、（指示されたビーム位置信号として）走査フィールド較正変換２２０３に与えられる。その軌跡を低周波要素と高周波要素に分けるようにデータがフィルタされ、ＡＯＤサブシステム１０４２により高周波低振幅コマンドを追跡することが可能になり、帯域幅が制限された大きな振幅のコマンドをガルボサブシステム１０４４に通過させる。走査フィールド較正変換２２０３を適用することにより「未処理ガルボ」座標が生成される。これは３次フィルタ２２０５によりコマンドが分割される前に起きるので、３次フィルタ２２０５の出力は、それぞれ同じ未処理ガルボ座標で表されるガルボ要素とＡＯＤ要素である。
未処理ガルボ座標系においてビームを偏向させるためにＡＯＤサブシステム１０４２が較正される場合には、ＡＯＤ３次変位に対してそれ以上走査フィールド較正変換は必要とされない。これは、局所ＡＯＤフィールド歪み補正が不要となることを意味している点で有用である。換言すれば、走査フィールド較正変換２２０３が適用される際に走査フィールド歪み効果はすでに生じている。
このアプローチの他の解釈は、３次プロファイリングフィルタにより未処理ガルボ座標において所望のコマンドからガルボコマンドが遠ざけられることである。ＡＯＤサブシステム１０４２は、このガルボビーム角度変位を補うための補償変位を提供するだけである。
そして、「未処理ガルボ」座標におけるＡＯＤコマンド出力は変換されて（スケーリング及び回転されて）「未処理ＡＯＤ」偏向コマンドが生成される。この変換を「TMtert」変換という。
TMtert変換は、少なくとも２つの理由から、ディザリングを修正するのに使用されるTMaod変換（図１１に示される）から分離されたままである。まず、TMtert内部のスケーリングは、ＡＯＤ及びガルボのＳＦの両方を補正するものであり、ガルボ運動とは独立したディザリングには適用されないので、ディザリング中にはTMtert内部のスケーリングを使用することができない。次に、軌跡角度とともに変化するTMaodディザ変換（ＦＰＧＡ１０２８内部で適用される）とは対照的にTMtertにおける回転項は固定されており、速度ベクトル角とは独立している。このように、TMtert変換は、それがＦＰＧＡ１０２８に送信される前にＡＯＤ軌跡データに適用され、このデータはそれ以上TMaodにより影響を受けない。
また、TMtert変換を「未処理ガルボ」座標に適用することにより、ＡＯＤ誤差補正項を３次ＡＯＤデータに追加する機会が与えられる。（ＡＯＤ誤差補正データを生成するようにフィルタされる）ガルボコントローラ誤差は未処理ガルボ座標で表されるので、これは便利である。
得られた較正データフローの概要が図５１に示されている。
上記議論は３次フィルタアルゴリズムに供給されるビーム中心軌跡位置の処理にのみ適用される。ディザリング及びラスタリングに対する較正効果は後述するように若干異なる。
４．ラスタパターン形成中のＡＯＤ較正補正
上述したように、フィールド位置の関数としてのラスタパターンに対する局所較正補正を必要とするほど局所走査フィールドＰＧＣ歪みが十分に大きい場合がある。この場合は、（ＡＯＤ偏向コマンドを予め補償することを意味する）予め補償されたガルボ偏向の代わりにＡＯＤ偏向がなされるわけではなく、ラスタパターンの中心点のみのフィールド歪みが補償されるので、上述した３次プロファイリングの場合と異なることに留意されたい。ラスタパターンを加工するために使用されるＡＯＤ偏向は補償されない。
局所ＰＧＣ補正は、走査フィールド較正変換から得られ、ラスタ加工中又はラスタ加工前にＳＣＣ１０１０からＤＳＰ１０２６に送信することができる。局所ＰＧＣ変換は、後の「ベクトル処理の概要」で述べるように、ディザ角及びＡＯＤ座標系回転のために他のＡＯＤ変換と組み合わされる。
５．ディザリング中のＡＯＤ較正補正
ディザリングの場合、ＡＯＤフィールドの局所ＰＧＣ歪みがディザベクトルの幅及び回転に影響を与え得る。ビームがトレンチの幅にわたってディザリングされるので、クロス軸（「回転」）の歪み誤差成分は、（トレンチに沿った）オン軸方向に偏向を生じさせ、幅に対して無視し得る程度の影響を与える（例えばコサイン誤差０．２％未満）。クロス軸におけるＰＧＣスケーリング誤差は、トレンチ幅に直接約２％から約３％の影響を与える。
しかしながら、非常に幅の広いトレンチは、大きなラスタパターンの場合と同様に、その端点が回転歪みによりずれることがある。これが幅の広いトレンチに対する交点に影響を与えることがあるので、ＰＧＣ補正はディザリングに対して適切なものである。歪み項は、加工セグメントごとにＳＣＣ１０１０からＤＳＰ１０２６に送信され、誤差範囲が１２．５％、１／１０２４のスケーリング後の解像度が０．１％であるとすると、これを８ビットで表すことができる。
６．ＡＯＤ較正手順
図２３は、一実施形態におけるＡＯＤ較正パターンを模式的に示すものである。以下の手順によりガルボフレーム２３１２に対するＡＯＤフレーム回転２３１０及びＡＯＤ倍率が較正される。走査フィールド歪みが無視できる走査フィールドの中心近傍でTMtert変換に対する較正がなされる。ガルボフレーム２３１２の回転は、ディザリング及びラスタリングの両方に対する懸念にはならないことがあることに留意されたい。ＡＯＤフレーム２３１０が直交し、ガルボフレーム２３１２に位置合わせされている限り、ディザリング及びラスタリングの動作はガルボフレーム２３１２に対するものであるため、ディザリング及びラスタリングは適切に位置合わせがなされる。
この手順では、TMtert変換をデフォルト（行列×公称ＳＦを特定する）に設定し、Ｘステージをその移動範囲の中心に移動する。そして、ＦＰＧＡ１０２８が４つの十字線ラスタパターン２３１４とともにロードされる。説明のために、図２３は、十字線ラスタパターン２３１８の１つを拡大（及び回転）したもの２３１６を示している。それぞれのパターンは、中心十字線２３２０（ゼロＡＯＤ変位）と、ＡＯＤ軸（＋ch0，−ch0，＋ch1，−ch1）の１つにおいて変位された十字線２３２２とを含んでいる。これらの変位は、ワークピース又はガルボ座標系（ＸＹ）ではなく、未処理ＡＯＤ座標系（ch0，１）におけるものであることに留意されたい。この手順では、４つの十字線較正パターン２３１４のグループ及び／又はそれぞれのパターン２３１８をシステム設定により変化し得る加工スポットサイズでスケーリングする。加工スポットサイズはシステム設定パラメータである。
また、この手順では、走査フィールド中心に中央がくるように配置されたグリッドパターンで４つのパターン２３１４のそれぞれを切り離す。それぞれのパターンに対して、ガルボがパターンのそれぞれの位置に移動され、ラスタリングの前に（例えば１msの間）固定される。実施形態の一例においては、すべてのパターンは、走査フィールド中心から１mm四方の中に入り得る。この手順では、４つのパターン２３１４のそれぞれを所定の回数だけ切り離し、Ｙ直動ステージを移動させパターンを変位させる工程を繰り返す。例えば、図２３に示されるように、４つのパターン２３１４は、１０回（又は特定の実施形態によっては他の所定の回数だけ）切り離される場合がある。この手順では、データを収集して、変位されたＡＯＤ十字線２３２２を対応するゼロ変位の十字線２３２０に対して位置付ける。そして、この手順では、（例えば１０個の）データセットを平均し、ＡＯＤ倍率（ＡＯＤのミクロン当たりのMHz）とガルボ座標系２３１２に対する回転を算出する。４つの中心十字線（ゼロＡＯＤ変位）がガルボ回転に関する情報を与えることに留意されたい。ＡＯＤ軸の回転はガルボ軸の角度に対して算出されなければならない。また、この手順では、ガルボパターンの回転が約１％未満であることを光学的設定のチェックとして確認することとしてもよい。
ｉ．倍率分離及びTMtert形成
ＡＯＤ較正手順では、以下の２つの倍率（ＳＦ）を生成する。
MHzPerRawμm：［ＡＯＤ MHz］／［未処理ガルボ μm］，
MHzPerμm：［ＡＯＤ MHz］／［μm］
１つ目のＳＦ（MHzPerRawμm）は、Ｘ成分及びＹ成分とともに、TMtert変換におけるスケーリング項を構成する。上記で説明したように、３次プロファイリングは、３次位置決め中にガルボサブシステム１０４４と合致するように、未処理ガルボ座標におけるＡＯＤコマンドを生成する。このため、このＳＦは、ＡＯＤ項及びガルボＳＦ項の組み合わせを表している。
２つ目のＡＯＤのＳＦ（MHzPerμm）は、（ＸＹワーク面μmの単位により特定される）ＳＣＣディザ（又はラスタ）テーブルデータを、そのデータがＦＰＧＡ１０２８にダウンロードされる前にＡＯＤ単位（MHz）に変換する。
ＡＯＤ較正の結果、MHzPerμmが生成される。MHzPerRawμmを生成するために、ガルボ較正に埋め込まれたガルボ倍率データが適用される。ガルボ較正データのＸＹ倍率からガルボＳＦ項（RawμmPerμm＝［未処理ガルボ μm］／［μm］）を抽出することができ、フィールド歪みを無視し得る走査フィールドの中心でそれを評価することができる。そして、ＸＹ成分のそれぞれに対して以下のようになる。
MHzPerRawμm［Ｘ，Ｙ］＝MHzPerμm／RawμmPerμm［Ｘ，Ｙ］
TMtert変換を形成するために、ガルボフレームに対するＡＯＤフレームの回転が上記で決定された倍率と組み合わされる。ＡＯＤフレーム回転は、ＡＯＤ１０２０，１０２２及びマウントにおける機械的公差のために非直交であってもよい。このため、２つの別々の回転項が含まれる。図２４は、ある実施形態におけるＡＯＤ較正角をグラフで示すものである。ＡＯＤ座標系（TMframe）の回転変換は以下のように定義することができる。
Figure 2021130137
 ここで、図２４に示されるように、
ThetaAod0＝ch0とＸガルボ軸とのなす角
ThetaAod1＝ch1とＹガルボ軸とのなす角
K0＝ＡＯＤ ch0対ワーク面の大きさのスケーリング（μmＡＯＤ０／μm）
K1＝ＡＯＤ ch1対ワーク面の大きさのスケーリング（μmＡＯＤ１／μm）
である。
図２４において、角度とスケーリングは、走査フィールドの中心で評価される。TMframeは、ＡＯＤ座標系をガルボ座標系に合わせることを意図している。TMfield変換は、ガルボ軸の符号フリップ（sign flips）を含む走査フィールド歪み及び公称ガルボアライメントを補正する。混乱を避けるために、ある実施形態においては、ＡＯＤ軸における符号フリップは、回転角（付加的な１８０°回転）に起因するものであり、K0／１の倍率に起因するものではない。K0及びK1はMHzPerμm倍率を含んでいない。このスケーリングは、ディザ（又はラスタ）テーブルをロードするときに適用されるか、あるいは（プロファイリングのために）TMtert変換に含められる。むしろ、K0及びK1は、公称MHzPerμm倍率を適用した後に、ＡＯＤ０とＡＯＤ１の間で生じ得るスケーリングの変化を表している。ある実施形態においては、K0及びK1は、１．０に等しいものと期待される。
そして、３次プロファイリング中に適用される変換であるTMtertは以下により与えられる。
Figure 2021130137
ここで、MHzPerRawμm［Ｘ，Ｙ］スケーリング項は、規模スケーリングのみを含む必要があり、TMframeの回転項において符号が生じる。
TMtertは、ランタイム算出において使用され、３次フィルタから出力されたＡＯＤコマンドに適用される。
Figure 2021130137
TMtertの定義は、倍率補正に続いて回転が行われることを示唆していることに留意されたい。このため、ＡＯＤ較正データを評価する際に、TMframe変換は、ＡＯＤ偏向を評価してMHzPerRawμm［Ｘ，Ｙ］を算出する前に、ＡＯＤデータを回転させてガルボフレームと揃うように最初に適用される。
Ｄ．パワー制御
ディザリング中及び速度変化中に一貫したレーザパワーを維持するためにＬＤＡシステムではパワー制御が使用される。パワー制御は、ＡＯＤパワー減衰の線形化と、ワーク表面パワーに線形化されたＡＯＤパワー制御の較正とを含んでいる。
１．ＡＯＤパワー線形化
図２５は、一実施形態におけるパワー制御用の信号の流れを示すブロック図である。適用されるＲＦ信号周波数及び所望の光学出力パワーの関数としての光学出力パワーを線形化するためのch1 ＲＦ信号振幅コマンド２５１４を生成するために、２つの線形化テーブル２５１０，２５１２が使用される。
２つのＡＯＤセル１０２０，１０２２（ch0及びch1）のそれぞれに対して、周波数偏移（ビーム軌跡）コマンド（Fdev0又はFdev1）及び公称中心周波数（Fctr0又はFctr1）にディザ（例えばDither0又はDither1）が加えられ、総合周波数コマンド（RfFreq0又はRfFreq1）が生成される。ch0周波数コマンドRfFreq0はch0線形化テーブル２５１０にインデックス化され、Pscale0パワースケーリングコマンドが生成される。Pscale0パワースケーリングコマンドは、ch0光学出力パワーを周波数の関数として線形化し続けるために使用される光学出力パワー倍率を表している。線形化テーブル２５１０は、ch0周波数のみの１次元の関数である。
Pscale0に（ＤＳＰ１０２６により指令された）システムパワーコマンド倍率Kpが乗算され、総合パワー倍率Pscaleが算出される。このコマンドは、ch1周波数コマンドRfFreq1とともに、２次元のルックアップテーブル２５１２にインデックス化され、ch1 ＲＦ信号振幅コマンドであるRfAmpCmd２５１４が生成される。ch0に対するＲＦ信号振幅は一定とされることに留意されたい。換言すれば、この実施形態の例におけるすべての出力パワー制御は、ch1のＲＦ信号振幅変調を介してなされる。
ｉ．線形化テーブル
ＡＯＤ１０２０，１０２２は、ＡＯＤセルに印加されるＲＦ信号パワーレベルを変化させることにより光学パワーを制御する。図２６は、一実施形態におけるパワー制御曲線（正規化された光学出力パワー対正規化されたＲＦ信号パワー）の例をグラフで示すものである。図２６は、ＲＦ振幅コマンドから得られる光学パワー出力を示していることに留意されたい。
ある実施形態においては、図２６に示される非線形カーブは、所望の正規化出力パワー（０から１、１は最大出力パワー）をこの出力を達成するために必要とされるＡＯＤ ＲＦ信号パワーに変換するルックアップテーブルを生成するようにマッピングされる。これは、図２６のＸ軸及びＹ軸のフリップ（flip）として考えることができる。すなわち、所望の光学パワーを与えると、必要とされるＲＦ振幅コマンドが決定される。
得られた線形化曲線が図２７に示されている。図２７は、一実施形態におけるch1 ＡＯＤパワー線形化曲線セットの例をグラフで示すものである。図２６に示されるパワー制御曲線は、単一のＲＦ信号周波数でのＡＯＤの振る舞いを表していることに留意されたい。実際には、この曲線は、ＡＯＤセル１０２０，１０２２に印加されるＲＦ信号周波数とともに変化する。このように、ＡＯＤサブシステム１０４２の動作周波数範囲にわたるそれぞれのＲＦ信号周波数に対して非線形マッピングが繰り返される。図２７は、線形化カーブの集合を示している。
ch1線形化テーブルは、要求された光学出力パワースケーリングを生成するのに必要なＲＦ振幅コマンドを生成する。ＲＦ信号振幅出力は、光学出力パワーに影響を与えるが、出力パワーを直接設定するものではない。
ch1テーブルとは対照的に、ch0テーブルは、（ＲＦ振幅コマンドではなく）Pscale0パワー倍率を生成する。Pscale0は、ch0レスポンスをch0 ＲＦ信号周波数の関数として線形化する。ch0 ＲＦ信号振幅は一定に保持され、線形化テーブルでは使用されない。図２８は、一実施形態における、ch0 ＡＯＤに対する曲線の例を示している。図２８は、ch0光学効率対ＲＦ信号周波数における変化を示しており（左側のプロット）、これにより線形化に対する必要なパワースケーリング（右側のプロット）が生じる。
図２８に示されるように、ＡＯＤ１０２０，１０２２は、周波数の関数としての振幅コマンドを減少させることにより、任意の周波数での出力パワーが効率の最も低い周波数でのパワーに等しくなるように、周波数範囲にわたって線形化される。このため、線形化によりＡＯＤサブシステム１０４２の有効光学効率が低下し、ＡＯＤ１０２０，１０２２の動作周波数範囲がサブシステムの光学効率に影響を与える。
ｉｉ．ハイパワーモード：効率利得
上述したパワー線形化手順により、ch0及びch1において最も悪い場合の光学効率の結果に等しくなるまで光学効率が下げられ、動作ＲＦ信号周波数範囲の全体にわたりパワーが完全に線形化されたＡＯＤサブシステム１０４２が提供される。ＡＯＤサブシステム１０４２は、このモードでは、パワーが適切に線形化され、ＲＦ振幅コマンドの飽和もない状態で控えめに動作する。
しかしながら、ch0及びch1 ＲＦ信号周波数範囲（すなわち、等価的にはＡＯＤ ＸＹ偏向範囲）の関数としての実際のＡＯＤサブシステム１０４２の光学効率を算出することにより、かなりの光学効率利得を実現することができる。光学効率が高くなるにつれ低いＲＦ振幅コマンドが必要となるので、これにより、ＲＦ振幅コマンドを飽和させることなく、より高いパワーレベルで、全パワー較正範囲よりも狭い範囲でＡＯＤサブシステム１０４２を動作させることが可能となる。あるいは、等価的に、このアプローチにより、大きなラスタフィールド又は非常に幅の広いトレンチを受け入れるために、より典型的でより小さな偏向範囲における通常の動作に影響を与えることなく、通常よりも非常に大きな周波数範囲にわたってＡＯＤ１０２０，１０２２のパワーを較正することが可能となる。
一実施形態においては、（ch0及びch1の両方について）選択された周波数範囲にわたって最低効率を決定し、２つの最も悪い場合の値を乗算することで最も悪い場合の効率を算出し、考えられる周波数範囲のそれぞれについてこれを繰り返すことにより、光学効率利得が算出される。この手順により、一般的な用途及びラスタリング時に好適である、効率利得対周波数範囲に対する控えめな曲線が生成される。ディザリングとＡＯＤの過渡状態との間でＡＯＤ偏向を分割するようなベクトル処理を考慮するとさらに改良が可能である。ディザリングにより、ＡＯＤ座標系において角度回転させた線に沿ってＡＯＤ偏向を生ずる。ch0偏向器及びch1偏向器において使用される実際のＡＯＤ範囲は、（sin関数及びcos関数としての）ディザ角に依存している。いずれの軸も同時に完全な偏向を受けることはない。このように、総合効率は上記のように求めた控えめな概算よりも高くなる場合がある。
しかしながら、ディザリング中にＡＯＤ過渡変化域（AOD transient excursions）が長じる場合もある。そのようなＡＯＤ過渡変化域はビーム軌跡に応じていずれの軸でも生じ得る。
図２９及び図３０は、効率利得の算出結果を示すグラフである。図２９は、ある実施形態におけるＡＯＤ効率曲線の例を示すグラフである。図３０は、ある実施形態におけるＡＯＤ効率利得の例を示すグラフである。例えば、図２９は２つのＡＯＤセル１０２０，１０２２（ch0及びch1）の効率を示しており、図３０はラスタモード及びベクトルモードについての、完全に線形化された不飽和効率に対する効率利得を示している。
２．ＡＯＤワーク面パワー較正
上記線形化手順の完了後、線形化テーブルがＦＰＧＡ１０２８のＡＯＤコントローラにロードされる。そして、ＦＰＧＡ１０２８に送られた正規化パワーコマンド（Kp、０から１の範囲）により、指令されたパワー振幅の１次関数であって、ＡＯＤ１０２０，１０２２に適用されたＲＦ周波数コマンドとは独立している場合のある光学パワー出力が得られる。ある実施形態においては、線形化テーブルの量子化及び較正の不確実性により、約１％から約２％の間の残余線形性誤差が生じる。
しかしながら、ある実施形態においては、線形化されたパワー出力のスケーリングは任意である。最後のパワー較正工程において、チャックパワーメーター（ＣＰＭ）によりその結果生じたワーク表面パワーを測定しつつ、正規化レーザパワーコマンドは０から１の間のいくつかの値に設定される。線形適合性（linear fit）が、ＣＰＭオフセットと、加工中にＤＳＰ１０２６からＦＰＧＡ１０２８に送られる正規化パワーコマンドKpにワーク表面パワー（ワット）を変換する倍率Kpwrとを決定する。
図３１は、一実施形態におけるパワー較正データの流れ３１００を示すブロック図である。図３１に示されるパワー制御データの流れ３１００は、効率利得により利用可能となるハイパワーモードもサポートしている。これは、分数のKp値を増幅して、１より大きな効率利得の利用を可能にするためにＦＰＧＡ１０２８内部に２倍利得を含んでいる。ＦＰＧＡ１０２８の付加的な倍率KpNormはKpコマンドを正規化し、Kp＝０．５は最大不飽和線形化出力パワーを表し、０．５より大きな値は、効率利得により縮小されたＡＯＤ範囲内で（飽和することなく）達成し得るより高いパワーを表すこととなる。
一実施形態におけるワーク面パワー較正を提供する方法は、ＡＯＤパワー線形化較正を行うことを含んでいる。このデータから、システムは最小ch1効率であるPscaleCalを決定する。この方法は、さらに、ＦＰＧＡ１０２８に線形化テーブルをロードし、ＦＰＧＡ１０２８の倍率KpNormをPscaleCalに設定することを含んでいる。そして、この方法は、ＤＳＰ１０２６のパワー倍率Kpwrを０．５に設定し、１に等しいパワーコマンドを発行することを含んでいる。内部ＦＰＧＡ１０２８のスケーリングを得るために、このコマンドは、パワー線形化較正範囲内の任意のFdev0又はFdev1周波数コマンドに対してch1 Pscale値をわずかPscaleCalに制限する。これにより、飽和することなく全ＡＯＤ周波数範囲にわたって線形化された出力パワーを確実に取得することができる。Pscale0（ch0線形化テーブルの出力）が１未満のとき、PscaleはPscaleCalよりも小さくなり得るが、これは光学効率の高いch0周波数でのみ生じることに留意されたい。このように、実際の光学出力パワーは、名目上、すべてのFdev0周波数にわたって一定であり続ける。同様の原理がch1線形化出力にも当てはまる。また、この方法は、完全に線形化された不飽和パワーコマンド（先の工程で設定される）によりチャックパワーメーターで測定されたワーク面パワーであるLinPmaxを記録することを含んでいる。そして、ＤＳＰ１０２６のパワー倍率Kpwrを０．５／LinPmaxに設定する。これにより、ＦＰＧＡ１０２８のパワー制御が較正されたワーク面パワーを生じるように、ＤＳＰ１０２６のパワーコマンド（ワット）が正規化される。このときパワーコマンド（ワット）は効率利得が１よりも大きいＡＯＤ範囲に対してLinPmaxを超えることがある。そのような場合には、Pscale0及び／又はch1線形化テーブル項目は１未満に設定され、得られる振幅コマンドは不飽和のままである。
要約すれば、Ch0線形化テーブルと、Ch1線形化テーブルと、KpNormと、Kpwrと、効率利得（Gain）テーブルと、LinPmaxというデータが較正データとして格納され、初期化中にＤＳＰ１０２６及びＦＰＧＡ１０２８にロードされ得る。
Ｅ．加工速度制限
トレンチに対して、最大加工セグメント速度は、ディザタイミング（ディザ行間で必要とされるスポットサイズの重なり）、３次フィルタリングによるＡＯＤダイナミクス、トレンチを加工するために利用可能なレーザパワー、及びデータ転送速度制限をはじめとするいくつかのファクターにより決まる。
１．ディザ速度制限
ディザリングによる速度制限は、ディザ行間に使用される重なりから生じる。ある実施形態においては、ディザ行間の最大位置増分は０．３５×Deffである（安全域を得るために重なり６５％とする）。このように、この重なりを維持するための速度制限は、０．３５×Deff／Td＝０．３５×Deff／（Nd×Taod）である。
各ディザ行について線量及び幅パラメータはこの間は一定に維持され、すべての変化は次のディザ行の開始時にのみ有効となる。低レベルＦＰＧＡ１０２８制御アルゴリズムがこれを行うので、ＤＳＰ１０２６により算出され、ＦＰＧＡ１０２８に送られたパラメータが直線補間される場合があり、ＦＰＧＡ１０２８により適切な時期にディザ行のパラメータが更新される。
一般に、上述したディザ生成は、ディザ更新が限定ファクターとならないように設計され、システムがレーザパワーの限界点で動作することを可能にしている。
２．３次フィルタ制限
較正ＡＯＤフィールドサイズが制限されるとすると、３次フィルタリングの処理は加工速度に制限を課すものである。
３次フィルタリング中、加工セグメント間で速度がステップ状に変化すると、ＡＯＤコマンドに過渡応答が生じる。例えば、図３２は、一実施形態における、速度変化に対する３次フィルタの応答をグラフで示すものである。この応答の大きさは速度のステップ状の変化に比例しており、その減衰時間は３次フィルタ帯域幅及び減衰比の関数である。
図３２は、ＡＯＤ変化域を最大にする最も悪い場合の速度プロファイル３２１０を示しており、これは、ある速度変化３２１０（２×Vmaxに等しい）の後に、大きさは等しいが反対の符号を有する、３次フィルタのオーバーシュート３２１６のピーク（３kHzの３次フィルタについては速度変化後約０．１２msec）に合わせた次の速度変化３２１４が続くときに起きる。
ＡＯＤ過渡倍率を「Ktrans」と定義すると、加工セグメントの速度変化deltaVに対して以下のようになる。
deltaAod＝Ktrans×deltaV
Ktransの値の例としては、４次の３kHzの３次フィルタに対して２６．６μm/（m/sec）である。このように、例えば、＋２m/secから−２m/secの速度変化をし得る２m/secの加工速度のセグメントに対して、deltaAodの制限＝２×（２m/s）×（２６．６μm/（m/s））＝１０６．４μmである。
図３３は、一実施形態におけるモンテカルロＡＯＤ過渡状態シミュレーションをグラフで示すものである。タイミングがランダムで速度セグメントの大きさもランダムな（＋−Vmaxまで）ランダム速度シーケンス３３０８の簡単なモンテカルロモデルは、図３２に関して上記で述べたシナリオにより（図３３に示されるように）ＡＯＤ変化域３３１０が限度内に留められていることを確認するものである。したがって、３次フィルタ応答により、与えられたレーザ加工速度に対して最も悪い場合のＡＯＤ変化域を確実に予測することができる。
３．レーザパワー制限
レーザパワーは、加工速度に根本的な制限を課すものである。１次近似に対して、トレンチを加工するために必要な線量（パワー／速度＝W／（m/sec）＝J/m）は、トレンチ領域に依存している。ディザリングされていないガウス形ビームにより切り込まれたトレンチに対しては、Deff＝有効スポットサイズであるような実施形態の例においては、断面積がおよそ０．６５×幅Width×Deffとなる。幅がディザリングにより増えると、全面積はD×（０．６５×Deff＋幅Width−Deff）となる。
線量の必要条件に対する例示モデルは以下のものである。
線量Dosage（J／m）＝面積Area（μm2）／１４３＋０．３）
較正されたＬＤＡシステム上で、プロセスマップ（Process Map）は線量に対する較正値を与える。ここで、
線量Dosage＝フルエンスFluence×有効幅EffectiveWidth
である。
線量はパワー／速度に等しいので、必要とされる線量が、与えられた利用可能レーザパワーに対する最高速度を決定する。
図３４は、一実施形態における、Taod＝Tcmd＝１μsecであるときの速度制限の例をグラフで示すものである。図３４は、線量制限に対する曲線の例と、可変数の点（Npt）の制限に対する曲線の例とを含んでいる。ワーク表面のレーザパワーの制限（ＬＤＡシステムの例については約８Ｗ）は、図３４に示されるように、幅の関数としての加工速度を制限する。ある実施形態において、図示された曲線の例は、ＡＯＤ効率の影響（例えば最大幅で６５〜７０％）や３次プロファイリングにより必要とされる付加的なＡＯＤ偏向を含んでいないため、楽観的なものであるかもしれない。それでもなお、レーザにより制限された加工速度の図示された上限は、スループットを制限することを避けるために他の速度制限（ビームポジショナ及びディザリング）が超えてしまう控え目な下限を形成する。図３４は、ディザテーブルが最大幅に必要とされる最大数の点（最大Npt制限）を使ったならば、より小さな幅での最高速度が許容できない程度に制限されるであろうということを強調している。
実際には、最大ワーク表面のパワーは、（ＡＯＤ効率曲線により）ＡＯＤ範囲とともに変化する光学縦列効率（optical train efficiency）の関数である。所望のトレンチ幅によってグリッド幅gridWidth（必要とされるディザ偏向）が決まり、グリッド幅gridWidthによって（ＡＯＤパワー線形化により）最大パワーレベルが決まる。３次ＡＯＤ偏向は、付加的なＡＯＤ偏向を必要とし、このため最大効率を下げるので、この算出にも含められる。このように、利用可能なレーザパワーはトレンチ幅とともに減少し、図３４の曲線に影響を与える。
セグメント速度Vsegの関数としての必要ＡＯＤ範囲は、以下により与えられる。
AODrange＝［グリッド幅gridWidth＋４×Vseg×Ktrans］×１．１０
これは、トレンチに対する必要グリッド幅gridWidth（可変であれば最大グリッド幅gridWidth）による成分と、３次フィルタダイナミクスによる（「Ktrans」倍率を介した）ＡＯＤ変化域による成分と（セグメント速度Vsegに対して、最大速度変化は２×Vsegであり、pk−pk ＡＯＤ偏向範囲は２×（２×Vseg）×Ktransであることに留意されたい）、走査フィールド歪み及び速度に依存するディザ角効果を含む１０％の安全域による成分とを含んでいる。
結果の例が図３５に示されており、図３５は、一実施形態における、ＡＯＤ移動範囲と特徴部の幅をグラフで示すものである。図３５に示される例は、速度２m/sec、レーザパワー８Ｗ、ＡＯＤ範囲２８０μmを用いている。また、このモデルは、ラスタ位置への移動の後に静止することなく加工が可能な最大ラスタ径を予測している。これは、例えば、１００μm未満の場合があり、多くのパッドには十分な大きさではないが、トレンチ交点には適切な場合がある。大きなラスタ領域に対する代替案は、３次フィルタ応答で定義された時間（一般に０．４〜０．５msec）だけラスタ点で静止することである。
図３５は、ＡＯＤ効率におけるＡＯＤ範囲の効果を含んでいないことに留意されたい。加工速度の算出に対するこの影響を具体化するために、算出されたＡＯＤ範囲は効率曲線（図３０）と組み合わされてVsegの関数として利用可能レーザパワーを算出する。そして、（速度に依存するＡＯＤ範囲に基づいた）利用可能レーザパワーを、（線量に基づいた）必要レーザパワーと比較することにより、加工速度に対するレーザパワー制限を決定することができる。例えば、図３６は、一実施形態における、加工速度に対するレーザパワー制限をグラフで示すものである。図３６に示される例では、５０μmのトレンチが示されており、その中での加工速度は１．６５m/secである。
i．円弧加工効果
幅の広い円弧の間は、外側のパワーは（１＋W／R／２）により増幅され、外側エッジ上のパワーが制限されることを防止するために円弧内の中心線速度を低くしなければならない場合がある。しかしながら、上記モデルは、公称加工速度が最も悪い場合のＡＯＤ移動を許容するように選択されている限り、速度のステップ状の変化（公称速度の２倍未満）が許容できることを示している。このように、ＡＯＤ移動範囲の制限を気にすることなく幅の広い円弧を加工してもよい。
４．データ転送速度制限
データ流量制限により、任意の加工セグメントに対する許容可能な加工時間に対する下限が設定される（おそよ７μsec）。加工セグメントの長さが与えられると、これによりセグメント速度の上限が設定される。例えば、２１μmのセグメントは、データ転送速度により３m/secの速度制限を受ける。
５．加工速度制限の概要
一実施形態においては、トレンチに対する加工速度の算出はこれらの工程の後に行われる。以下に述べる工程を異なる順番で行うことも可能であることは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
第１の工程では、プロセスマップ（Process Map）を用いてトレンチ寸法（幅及び深さ）に基づいてフルエンスFluence、グリッド幅gridWidth、及び有効幅EffectiveWidthを決定する。
第２の工程では、トレンチに対して線量Dosage＝フルエンスFluence×有効幅EffectiveWidthを算出する。このとき、加工速度Vsegの関数としての必要レーザパワーは、Preq＝線量Dosage×Vsegである。
第３の工程では、Vsegの関数としての必要ＡＯＤ偏向範囲を算出する。最大較正ＡＯＤ範囲が与えられたとして、この結果を用いてＡＯＤ移動範囲（Vaod）による速度制限を決定する。
第４の工程では、効率利得（Efficiency Gain）曲線（「ハイパワーモード」参照）を用いて、ＡＯＤ範囲の関数としての最大利用可能レーザパワーを算出する。
第５の工程では、レーザパワー（Vlaser）による速度制限、すなわち必要レーザパワーが利用可能レーザパワーに等しくなる加工速度を決定する。
第６の工程では、ディザの重なり（Vdither）による速度制限を決定する。
第７の工程では、最小セグメント時間（Vsegtime）による速度制限を決定する。
第８の工程では、加工速度をVaod、Vlaser、Vdither、及びVsegtimeの最小値に設定する。
ＩＶ．加工モード
一実施形態においては、ＬＤＡシステムは３つの異なるモードで材料を加工する。ベクトルモードは、幅及び深さの異なる直線状トレースを加工する。これら幅及び深さはいずれも任意に制御可能である。ラスタモードは、（例えば加工スポットサイズよりも１０倍大きな）１つのＡＯＤ走査フィールド内で任意の２次元形状を有する小さな特徴部を生成する。スカイブモードは、周囲位置の精度及びスカイブ処理領域内での材料のアブレーション深さの一貫性をうまく制御しつつ、任意の形状を有する大きな領域を加工する。
Ａ．ベクトル加工
トレンチのベクトル加工は、トレンチ幅を制御するのにＡＯＤディザリングに依存している。ＬＤＡシステムのある実施形態においては、例えば、ディザパターンがトレンチの始点及び終点で任意の位置で始まり、ディザ角が（主ビーム軌跡に対して）軌跡速度とともに変化するようなディザリングに対する矛盾したアプローチに対して懸念が生ずる場合がある。
この懸念に取り組むために、一実施形態では、各加工セグメントに対する整数個の行に対してディザを適用し、均一かつ繰り返し可能で輪郭のはっきりしたセグメント端部を生成する。加工セグメントコマンドは、そのような整数個のディザ行のタイミングをサポートするように調整されている。
整数個のディザ行の数は、交点を生成するために使用されるトレース端部の移行領域をサポートしている。４０〜５０μmの移行例では、深さ許容範囲として５〜１０％を維持しつつ、ビームの位置誤差として２〜３μmを許容する。ＬＤＡシステムの一実施形態において使用される公称２５μmの有効スポットサイズ対しては、この移行長さは、線量移行のディザ行を４〜５行使用する。
線量は、トレース端部で一貫した幅を維持するために各ディザ行の間は一定とされる。すべての線量制御は、線量が変化する間、形成されるトレンチ幅の変化を予測可能なものとするために、ディザ行ごとに適用してもよい。
ある実施形態においては、スポット径の６０％よりも多くの量だけ重なるようにディザが適用される。また、連続する行間の重なりを６０％よりも多くするのに十分なぐらい早くディザが適用される。幅の広いトレンチについては、多くのディザパルスが必要となり、ＡＯＤ更新期間に対する制約があるため、これが問題となる場合がある。
ＡＯＤ更新期間は、ＡＯＤ内の光学ビームを横切る音波の移動時間により制約される。一実施形態において、ＬＤＡシステムのＡＯＤ１０２０，１０２２は、５００nsecよりも長い更新時間で動作可能である。更新速度が速いと、音波における過渡現象による、偏向されたスポットにおける歪みが非常に顕著になる。５００nsecであってもスポット歪みが問題となる場合がある。スポット径を大きくするとワーク表面のフルエンスが減少し、深さ変化が生じる。一実施形態においては、ＡＯＤ１０２０，１０２２は、ＡＯＤ内の４．５mmの光学ビームを横切る音波の実際の移動時間である７５０nsecよりも早い速度で更新される。図３７は、ある実施形態におけるスポット歪みの例をグラフで示すものである。図３７は、左から右にかけて、４４０nsec、６４０nsec、１２４０nsecの更新期間で偏向された２つのスポットの歪みを比較するものである。
ＬＤＡシステムの他の実施形態は、もっと速いビーム軌跡速度で動作する。速い速度、スポットの重なり要件、及び制限されたＡＯＤ更新速度の組み合わせは、ディザ点の数が特徴部の幅とともに変化することを意味している。他の実施形態においては、１つのディザテーブルが使用され、ディザ点間の距離をスケーリングすることにより特徴部のサイズを変化させる。
１．ディザパラメータ算出
ある実施形態においては、以下の用語がディザパラメータの算出及び設定を定義する。
入力パラメータ：
Deff：有効スポットサイズ（μm）。ディザリングされていないトレンチの所望の深さにおける幅。Deffは、所望の深さだけではなく（深さを増やすために必要とされる線量の増加により幅も増加するため）、光学スポット径とともに変化することに留意されたい。
BiteSizeRatio：滑らかなフルエンス分布を維持するのに十分な重なりを提供するようなスポットごとの最大偏向。スポット径の何分の１かにより表される。ガウス形のスポットについて、BiteSizeRatioは０．４以下である。
Taodmin：最小ＡＯＤ更新期間（μsec）。ＬＤＡシステムの一実施形態についてはおよそ４００〜７００nsecである。
Tclock：ＡＯＤクロック期間（μsec）。Taodがこの期間に量子化される。名目上は０．０４μsecである。
出力パラメータ：
Taod：実際のＡＯＤ更新期間（μsec）。
Nd：所望のトレンチ幅に必要なディザ点の数。幅及びDeffの関数である。
Td：総ディザ期間（μsec）＝Nd×Taod。各ディザ行に対して一定に保持される加工パラメータ（幅、深さ、形状、バンク）は、この割合で更新される。
Tcmd：公称ビーム位置への更新の間の期間（μsec）。名目上は１μsec。
Ncmd：プロセス変数及び／又はディザパラメータ（Nd、Taod）に対する変化の間にあるTcmdコマンド期間の数
可変数のディザ点が存在する場合があるので、Tcmdの境界上で行全体を更新するようにＡＯＤ更新期間を調整してもよい。加えて、ＡＯＤ更新期間は２０nsecの間隔に量子化される。
依存パラメータの算出は所望の特徴部幅から始める。ディザリングされたトレースの幅は以下により概略近似される。
幅Width＝Deff＋Nd×Deff×BiteSizeRatio
所望の幅に対して使用されるディザ点の数は、離散値に切り上げられ、以下により得られる。
Nd≧１＋ceil（（幅Width−Deff）／（Deff×BiteSizeRatio））
ここで、「ceil」は次の整数に切り上げる天井関数である。
切り上げにより、Ndは、通常、必要とされるよりも大きくなることがあり、BiteSizeRatioは、（Kwパラメータを介して）幅を所望値にスケーリングするために小さくされることがある。Ndの値が与えられたとすると、コマンドパラメータは以下により与えられる。
Ncmd＝ceil（Nd×Taodmin／Tcmd）
Taod＝ceil（Ncmd／Nd×Tcmd／Tclock）×Tclock
例えば、Deff＝２５μm、幅Width＝２５０μm、BiteSizeRatio＝０．４、Taod＝０．５μsec、Tcmd＝１μsecについては、以下のようになる。
Nd＝ceil（（２５０−２５）／（２５×０．４））＝２３
Ncmd＝ceil（２３×０．５／１．０）＝１３
Taod＝ceil（１３／２３×１．０／０．０２）×０．０２＝０．５８０μsec
一実施形態におけるＬＤＡシステムのＡＯＤ１０２０，１０２２の最大偏向範囲は、１０×Deffと等価である。すべてのＡＯＤ範囲が使用されている場合はNd≦２４である。
上記式はディザパラメータに対する一般的な解を与えるものである。Taodを一定にし、Ncmdに対する離散値を生み出すNdの値を適用するのがより良い場合もある。例えば、Tcmd＝１μsecに対しては、Ndが２の累乗であり、Taod＝０．５μsecであるか、あるいはNdが４の累乗であり、Taod＝０．７５μsecであってもよい。次のセクションで述べるように、一実施形態においては、ＡＯＤ周波数制限、光学スポット品質、及び上記式を組み合わせれば、Taod及びTcmdに対して１μsecの期間を用いるＬＤＡシステムとなる。
２．公称周波数
公称ビーム光路（すなわちトレンチの中心線）を特定する１対の公称ＡＯＤ周波数（Fnom0/1）に対する周波数の偏差としてディザが適用される。Fnom0/1は、コマンド更新速度（Tcmd秒ごと）に更新され、このため、一般には、ディザ行ごとに複数回更新される。一実施形態においては、Fnom0/1はディザ行の完了を待たずにすぐに適用され、主ビーム軌跡における正確性が維持される。これは、各ディザ行で一定に保持される加工パラメータ（幅、形状、線量、バンク）の更新と対照的である。
しかしながら、ある実施形態においては、Fnom更新は次に利用可能なＡＯＤ更新（Taod秒ごと）でのみ効果を生じる。Fnom更新がＡＯＤ更新サイクルと同期していない場合には、Fnom更新の有効タイミング不確実性はTaodに等しくなる。加えて、一定に維持されない場合（例えば、上述したようにNdの関数として算出される場合）には、このジッタの大きさが変化する。
ランダムなジッタは較正でなくすことができないので、非同期動作により導入される不確実性は加工の正確性を低下させる。例えば、Taod＝７５０nsecに対しては、２m/secで加工されるトレンチでは、付加的な位置決め不確実性が±０．７５μmになる。
この誤差を避けるために、TcmdをTaodの倍数としてもよい。Tcmd＝１μsecでありＤＳＰ１のサーボサイクル（５μsec）ごとに更新がＦＰＧＡ１０２８に送られるとすると、Taodの未処理値は５００又は１０００nsecである。他の選択肢としてはTaod＝Tcmd＝７５０nsecがあるが、これはサーボサイクルごとに可変数のデータパケットを必要とすることがある。
図３７に示されるように、ＡＯＤから偏向されたビームの歪みは約５００nsecで限界に近くなる。この歪みを避けるために、ベクトルモード加工は、Tcmd＝Taod＝１０００nsecで動作する。他の実施形態においては、ＡＯＤの設計によりTaod（例えば２５０nsec）をより小さな値にしてもよい。このように、アーキテクチャはTcmd及びTaodの変更を許容する。
３．ディザ角の補正及び大きさのスケーリング
一実施形態においては、ＡＯＤディザパターンの方向付けは、公称ビーム軌跡に対して直交するように（すなわち垂直になるように）維持されるように調整される。例えば、図３８は、一実施形態において、公称ビーム軌跡３８１２に対して垂直となるように揃えられたディザ行３８１０を模式的に示すものである。ビーム速度によるスキューイングを生じる処理について、図３８において述べられた標準名称を用いて以下に述べる。各レーザスポット位置３８１４（１１個が示されている）は、各レーザスポット位置３８１４がビーム軌跡３８１２に対して動く際のレーザビームの速度とは関係なく、ディザ行３８１０に沿って直線状に並べられている。
ｉ．符号変換
本明細書で開示された実施形態の例において使われているように、ディザリングされたビームは、ガルボＸ軸においてディザリングされた後、ディザリングされたビームがビーム軌跡３８１２に対して垂直であり続けるように正しい方向を向くように回転されたものと定義される。ＡＯＤサブシステム１０４２は、走査フィールドの中心においてガルボＸＹ座標系に適合するように較正される。以下の式はディザ回転行列を展開したものである。特に示されない限り、角度に関する慣行は、＋Ｘガルボ軸に沿った方向をゼロとした時計回りの正の方向（ＣＣＷ）である。
ｉｉ．ＡＯＤ回転及び変換成分
最後のＡＯＤコマンドは以下の式で算出することができる。
AODcmd＝TMframe×TMfield×Rdither×Dither
又は
AODcmd＝TMaod×Dither
ここで、
AODcmd＝それぞれのＲＦドライバに対するＡＯＤ ＲＦ周波数コマンド（２要素ベクトル）
TMframe＝ＡＯＤ較正のセクションで定義されたように、ＡＯＤ ＸＹコマンドをＡＯＤ座標系に変換する非直交変換行列
TMfield＝ガルボＸＹフレームにおける局所走査フィールド歪み補正（４要素行列）
Rdither＝ビーム軌跡３８１２に対してディザベクトルを方向付ける回転行列（４要素行列）
Dither＝ＦＰＧＡ１０２８にロードされるディザ（又はラスタ）テーブル
TMaod＝上記の構成要素から得られる完全なＡＯＤコマンド変換行列（この行列の要素はＦＰＧＡ１０２８に送信され、Kw0項、Kw1項を置換する）
である。
TMfield補正項（２軸スケーリング及び回転）が適用され、局所走査フィールド歪みが得られる。ＡＯＤ１０２０，１０２２は、走査フィールド較正補正なしで動作しているので、これを用いることができる場合がある。この行列の要素は以下のようなものである。
Figure 2021130137
 ここで、
SFx＝Ｘ軸スケーリング（名目上は１．０）
SFy＝Ｙ軸スケーリング
Ryx＝Ｙ軸のＸ軸への回転（rad）
Rxy＝Ｘ軸のＹ軸への回転
である。
ｉｉｉ．Rditherの導出
ディザリングされたビームは、（１ディザサイクルにおいて）以下の大きさのオン軸要素及びクロス軸要素を持っている。
DitherCA＝幅Width
DitherOA＝Vel×Taod×（Nd−１）
ＯＡディザ成分は、各ディザ行におけるすべての点のオン軸位置が固定され続けるように（例えばレーザスポット位置３８１４は、図３８に示されるディザ行３８１０に沿って固定され続ける）、ビーム軌跡３８１２に対してディザリングされたビームを「逆方向に」移動させることに留意されたい。このように、ＯＡディザ成分は、各ディザ行がビーム軌跡３８１２に対して垂直になることを維持するように速度ベクトルに基づいている。ＯＡディザ成分とＣＡディザ成分は合成されて、＋Ｘガルボ軸に対して角θditherをなす「ディザベクトル」を形成する。図３８に示されるように、ＯＡディザ成分とＣＡディザ成分は速度補償角θvelを以下のように定義している。
θvel＝atan（DitherOA／DitherCA）
ディザベクトルの方向付けは、以下のように、速度補償角θvelに軌跡角θtraj及び９０°（すなわち、図３８においてビーム軌跡３８１２とＣＡディザ成分DitherCAとがなす角９０°）の回転を加えたものである。
θdither＝θvel＋θtraj＋π／２
このように、ディザ角θditherは、ガルボＸＹフレームに対する全ディザベクトル角である。その後、ディザベクトルは、角θaodによりＡＯＤフレームに揃えられてもよい。角θaodは光学縦列レイアウトによりガルボＸＹフレームに対して回転させてもよい。
加工中は、較正の後にＡＯＤ角（θaod）が一定となる一方で、軌跡角（θtraj）が（ビーム軌跡速度成分Vx及びVyの関数として）リアルタイムで更新される。リアルタイム更新（１μsec更新）について三角関数の算出を最小限にしてもよい。これは、例えば、sin（atan（y／x））＝y／sqrt（x2＋y2）などの三角恒等式を適用することによって可能である。
ディザの向きを算出するためにＤＳＰ１０２６が以下の変数を使用してもよい。
ditherRange＝現在のディザテーブルの全範囲（μm）
Kw＝所望のディザ幅を生成するためにディザテーブルに適用される倍率（セグメントを次第に減らすためにこれが補間される場合がある）
Nd＝現在のディザテーブルにおけるディザ点の数（各セグメントで一定である）
Taod＝ディザテーブル更新速度（μsec）
Vx，Vy＝未処理ガルボＸＹ座標におけるビーム軌跡３８１２のＸ成分及びＹ成分（m/sec）
Vel＝sqrt（Vx2＋Vy2）＝速度ベクトルの大きさ
そして、三角恒等式は、Rdither回転行列に対するsin項及びcos項が以下により算出されることを可能にする。
// スケーリング後の公称クロス軸ディザ幅
ditherCA = ditherRange*Kw（μm）;
// ディザ点を揃え続けるために１つのディザ行中に必要なオン軸増分
ditherOA = Vel*Taod*(Nd-1);
// 速度補償による全ディザベクトルの大きさ（ＯＡ、ＣＡのベクトル和）
ditherMag = sqrt(ditherOA^2+ditherCA^2);
// ゼロで割ることの問題を避ける。恒等行列に対するデフォルト値
if abs(Vel*ditherMag) <1e-6
cosThetaDither = 1;
sinThetaDither = 0;
else
cosThetaDither = -(Vy*ditherCA + Vx*ditherOA)/(Vel*ditherMag);
sinThetaDither = (Vx*ditherCA - Vy*ditherOA)/(Vel*ditherMag);
end
ｉｖ．スケーリング及びTMaod算出
速度が補正されたディザベクトルにおいて余分な斜辺の長さを得るためにディザベクトルの大きさを調整してもよい。したがって、以下のようになる。
KwCorr＝Kw×ditherMag／ditherCA＝ditherMag／ditherRange
そして、最後の変換行列は以下の行列積により得られる。
Figure 2021130137
 最初の２項（TMframe、TMfield）をＳＣＣ１０１０において前もって算出し、以下のような「TMdither」変換行列としてもよい。
Figure 2021130137
 最後の２項（Rdither、KwCorr）を速度ベクトル及び補間されたKwに基づいてリアルタイムで算出してもよい。Rdither及びKwCorrの両方はditherMagの項を含んでおり、積Rdither×KwCorrによりditherMagが相殺され、ＤＳＰ１０２６において犠牲の多いsqrt()の算出を避けていることに留意されたい。もし、
cosThetaDitherCorr＝−（Vy×ditherCA＋Vx×ditherOA）／（Vel×ditherRange）
sinThetaDitherCorr＝（Vx×ditherCA−Vy×ditherOA）／（Vel×ditherRange）
あるいは（ditherOA及びditherCAの算出を避けて）、
cosThetaDitherCorr＝−（Vy×Kw／Vel＋Vx×（Nd−１）×Taod／ditherRange）
sinThetaDitherCorr＝（Vx×Kw／Vel−Vy×（Nd−１）×Taod／ditherRange）
と定義すれば、
Figure 2021130137
 である。
そして、TMaodの４つの要素がＦＰＧＡ１０２８に送信され、ＦＰＧＡ１０２８はＲＦ信号周波数更新を以下のように算出する。
Figure 2021130137
 ここで、DitherX及びDitherYはＡＯＤディザテーブル内の項目である。ラスタ算出は同一の処理に従う。上述したように、慣例により、DitherYの項目はベクトルモード又はスカイブモードにおいてゼロである。ディザ項目はディザマップ（Dither Map）フィルDitherXにより生成される。
TMframe行列における項は、一定であり、予め算出してＤＳＰ１０２６内に記憶しておくことができる。TMfield行列における項は、ガルボ較正データから抜き出される。TMframe回転が大きい場合がある（大きな回転角に対しては回転が可換とならない）ので、この変換はガルボＸＹフレームにおいて適用される。
ｖ．付加的に較正されるTMaod算出
ある実施形態では、軌跡コマンドに対する較正補正の効果を生じるディザリング中にTMaodの算出を行う。上記で提示した導出法において、理想的な（ワーク面）速度を仮定した。しかしながら、ある実施形態においては、走査フィールド歪み補正は、ＤＳＰ１０２６に送信される前に軌跡コマンドに適用される。これらの補正はＤＳＰ１０２６により算出されるように軌跡速度を修正する。これにより、ディザベクトル速度角の算出において、数ミクロンの誤差になり得るような小さな誤差が生じる。さらに補正を行うために、局所フィールド歪み補正をTMdither行列に埋め込むことができる。
まず、ディザベクトルを回転しスケーリングする変換行列を構成する要素を以下のように再定義する。
Figure 2021130137
 ここで、クロス軸及びオン軸のディザ角係数は以下のように定義される。
Kca＝Kw／VelIdeal
Koa＝Taod×（Ndither−１）／ditherRange
ＳＣＣによりKca及びKoaの両方を加工セグメントパラメータに基づいて理想座標における軌跡速度を用いて算出することができる。
この定式化により様々な実施オプションが提供される。一実施形態においては、Kwに対する値が１つの加工セグメントにわたって一定に保持され、単一の一定のTMdither変換がＳＣＣ１０１０からＤＳＰ１０２６に渡される。それぞれ一定のKw値を有する一連の短いセグメントにより徐々に細くなる線を生成することができるので、Kwを一定にすることはある実施形態においては許容できる制約である場合がある。他の実施形態においては、TMditherの要素が、一定のものとKwによってスケーリングされたものという２つの変換を生じるように展開される。そして、ＤＳＰ１０２６は、加工セグメント内で以下のようにTMditherを更新することができる。
TMdither＝TMdither1＋Kw×TMdither2
そして、１つの加工セグメントにわたって徐々に小さくなるライン幅を生成するようにKwの値が補間される。これは、ＤＳＰ１０２６によってより多くの算出が必要となること、そしてより多くのデータがＳＣＣ１０１０からＤＳＰ１０２６に送られることを示唆している。より短い幅とより正確な幅の移行を行うことができることがトレードオフである。
最後のディザコマンドは、ＦＰＧＡ１０２８によって以下のように生成される。
Figure 2021130137
 しかしながら、慣例により、DitherX成分のみがＦＰＧＡディザテーブルにおいて非ゼロである。このため、ディザリング中にはTMaodの第１列のみが必要とされる。
Figure 2021130137
前のセクションにおける式に基づいて、この列は以下のように与えられる。
Figure 2021130137
 しかしながら、ＤＳＰ１０２６において利用可能なビーム軌跡データは、理想（Ideal）座標ではなく、未処理ガルボ（Raw Galvo）座標内にある。走査フィールド歪みにより修正されたビーム軌跡速度ベクトルの角度及び大きさはディザベクトルを歪ませる。理想座標におけるディザベクトルを適切に算出するために、ある実施形態においては、ディザベクトルの算出前に、以下のように（TMfieldによって記述される）局所走査フィールド歪みを速度ベクトルから取り除いてもよい。
Figure 2021130137
この変換により、理想座標においてディザベクトルを算出することが可能となり、そしてディザベクトルを未処理ＡＯＤ座標に変換することが可能となる。この手順は、TMfield（未処理ガルボ（Raw Galvo）を理想（Ideal）に）、TMfield（理想（Ideal）を未処理ガルボ（Raw Galvo）に）、及びTMframe（未処理ガルボ（Raw Galvo）を未処理ＡＯＤ（Raw AOD）に）という３つの変換を用いる。そして、TMaodの第１列は以下のように与えられる。
Figure 2021130137
ＳＣＣ１０１０により各セグメントに対してTMdither行列が算出され、VxRaw及びVyRawのリアルタイム値に基づく処理のためにＤＳＰ１０２６に渡される。そして、ディザ変換項がＳＣＣ１０１０上で予め算出されるので、これによりＤＳＰ処理が簡単になる。
そして、ＤＳＰからＦＰＧＡ１０２８に送信された完全なTMaod行列は以下のようになる。
Figure 2021130137
 このTMaodの形態はディザリングに対してのみの特別な場合である。ラスタリングについては、完全なTMaod行列が一般的に使用される。
ｖｉ．ディザ方向制御
例えばスカイビング中に、アブレートされた大きな領域がむらなく加工される場合に（速度軌跡に対する）ディザリングの方向を用いてもよい。経験によれば、デブリアシスト気流（debris assist airflow）に対するレーザ加工の方向が加工結果に大きく影響を与え得る。一般に、「風に向かって」加工することは、デブリプルーム（debris plume）との相互作用を避ける点で好ましい。
上記式が与えられた場合に、TMditherの式におけるKcaの符号を単に変えてクロス軸ディザ運動を効果的に反転させることにより、ディザ方向を変更してもよい。これは、スカイブパスの速度軌跡に基づいてＳＣＣレベルで行うことができる。一般に、スカイブパスは、デブリアシスト気流に対するディザ方向の簡単な制御を可能にする１つの角度方向で複数の行が規則的に間隔を空けて配置されていることに留意されたい。
４．ディザ行フルエンス制御
ある実施形態においては、ディザリング中のフルエンス制御の実施により、ディザ行あたりの線量が一定に維持される。これにより、ラインの幅にわたって線量を一定に維持しつつ、加工セグメントの端部で線量を落とすことが可能になる。これは例えば幅の広いディザリングラインに対して線量が急速に変化する場合には有用である場合がある。
図５２は、一実施形態におけるディザ行フルエンス制御をグラフで示すものである。一番上のプロット５２１０は、２つの加工セグメント（破線５２１４によって分離されたセグメントＮとセグメントＮ＋１として示されている）にわたる一連のディザ行５２１２（６つが示されている）を示している。２番目のプロット５２１６は、各ディザ行５２１２に対するオン軸（ＯＡ）ディザコマンド５２１７を示している。３つ目のプロット５２１８は、各ディザ行５２１２に対するクロス軸（ＣＡ）ディザコマンド５２２０を示している。ＯＡディザ成分は負の傾きを有しており、主ビーム軌跡が一定の速度で移動する際にディザをワークピースに対して固定させていることに留意されたい。一番下のプロット５２２２は、理想的なフルエンスコマンド５２２４と実際のフルエンスコマンド５２２６とを示している。２番目の加工セグメント（破線５２１４の左側）においては、フルエンスが下がっている（例えば交点の一方の脚を形成している）ことに留意されたい。連続的なフルエンスの変化が、各ディザ行に対してフルエンスが一定に維持された一連のステップ状フルエンスに変換されている。各ディザ行に対するフルエンスレベルは、ディザ行の中央のフルエンス変化値によって与えられる。
ディザ行５２１２のオン軸位置は、加工セグメントの開始又は終了と揃っておらず、Taod×Vel×（Ndither−１）／２に等しいオフセットを有していることにも留意されたい。。これにより、任意のセグメントを任意の方向で加工できるように加工セグメントの概念を一般化することができる。この小さなオフセットにより生じる加工の結果は、特定のセグメントで速度を低下させディザ行間隔を小さくすることにより緩和することができる。
これは、ディザ行ごとにフルエンスを一定にするアプローチについて述べている。加工セグメント内でディザ幅を変更することが許されているのであれば、同様のアプローチを使用することができる。
５．TMaod制限
ある実施形態においては、TMaod項目の大きさは２未満に制限されている。これは以下の展開式で表される。
|cosThDitherCorr|＝（Vy／Vel×ditherCA＋Vx／Vel×ditherOA）／ditherRange
又は
|cosThDitherCorr|＝sinThVel×ditherCA／ditherRange＋cosThVel×ditherOA／ditherRange
スポットの重なりを維持するために、ディザテーブルの項目の間隔は〜０．３５×Deff未満とされる。同様に、セグメント速度が、ディザ行（ditherOA）間の間隔が〜０．３５×Deff未満となるように制限される。これにより、最も悪いディザの場合（Nd＝２）であってもditherOA／ditherRange≦１が保証される。定義上は、ditherCA／ditherRange＝Kw≦１である。したがって、|cosThDitherCorr|の最大値は、これらの項のそれぞれが１であるときに生じ、
|cosThDitherCorr|＝sinThVel＋cosThVel
となって、ThVel＝４５度のときに最大値が１．４１４となる。同様の制限が|sinThDitherCorr|にも当てはまる。
TMfieldの項は、走査レンズ歪み局所倍率により１よりも少しだけ大きくてもよい（例えばおそらく１．２まで）。非直交性によりTMframeの項が〜１．１にまでなることがある。このように、TMaodのすべての項の大きさは２未満である。
この制限を保証するために、ディザマップ（Dither Map）は、適切な間隔をおいてディザテーブル点を配置し（ditherRangeが大きくなるにつれNdを増やす）、セグメント速度は|ditherOA|に制約を加えるように制限される。
TMaodにおけるスケーリングは１よりも大きいことがあるが、TMaodにおけるスケーリングの項は他のスケーリング効果を補償するので、これはスポットの重なりの変化を示唆するものではないことに留意されたい。例えば、ディザベクトルの斜辺が長くなると（速度補償により、図３８参照）、スポットの重なりが小さくなるように見えるが、スポットが実際にワーク表面に照射されるので、速度効果がスポットを揃えて、幾何配置が正常に戻る。同様の議論が局所レンズ歪みスケーリングにも当てはまる（TMfieldの項＞１であれば局所レンズスケーリング＜１に対する正規化がなされる）。このように、ディザマップ（Dither Map）は、TMaodスケーリング効果に関係なく公称スポット間隔を特定することができる。
６．ベクトル加工の概要
ある実施形態におけるベクトルモードでの加工は以下のように概説することができる。以下の工程は、１つのアプリケーションの各加工セグメントに対して行われる。（後述する）図４８は、ベクトル加工セグメントデータをＦＰＧＡ１０２８へのコマンドに変換するこの処理フローを示している。以下の工程の一部を異なる順番で行ってもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
ステップ１：ＳＣＣ１０１０は、以下の規則を用いてアプリケーションを別々の加工セグメントに分割する。円弧には別個のセグメントが必要である。すべてのセグメントは最大セグメント長さ（〜１mm、較正について）未満である。すべてのセグメントは１２．５μsecよりも長い時間で加工を行う（この特定の例に関して、加工は、セグメント当たり１２．５μsecの持続更新速度をサポートしており、これは２m/secで２５μmの最小セグメント長さをサポートするであろう。もちろん、他の実施形態では、異なる更新速度が用いられる。）。
ステップ２：ＳＣＣ１０１０は、プロセスマップ（Process Map）とトレンチ幾何配列（幅、深さ）を用いて、必要とされる加工パラメータ（グリッド幅GridWidth及びフルエンスFluence）を決定する。
ステップ３：ＳＣＣ１０１０は、DitherMapを用いて必要グリッド幅GridWidthに対応するディザテーブルパラメータ（Nd，Kw）を決定する。Ndは各セグメントに対して一定とされるが、Kwは移行セグメントにわたって補間されてもよいことに留意されたい。
ステップ４：ＳＣＣ１０１０は、DitherMapを用いてNdに対応するディザテーブルパラメータtableAddress及びtableLengthを決定する。
ステップ５：ＳＣＣ１０１０は、DitherMapを用いて有効幅EffectiveWidthを算出する。Kwは補間され得るので、有効幅EffectiveWidthもまた移行セグメントにわたって補間され得る。
ステップ６：ＳＣＣ１０１０は、線量Dosage＝フルエンスFluence×有効幅EffectiveWidthを算出する。これは移行セグメントにわたって補間され得る。
ステップ７：ＳＣＣ１０１０は、（必要であれば）円弧セグメントの半径に基づいてKbを算出する
ステップ８：ＳＣＣ１０１０は、以下の１以上の制限に基づいて（セグメントにわたって一定に維持される）セグメント速度を決める。ａ．パワーマップ（Power Map）及び必要線量に基づく、レーザパワーが制限された速度、ｂ．必要グリッド幅GridWidth、ＡＯＤフィールドサイズ、及び３次フィルタ過渡状態の大きさによるＡＯＤ速度制限、ｃ．ディザ行（＝Taod×（Nd−１）×Vel）間の最大間隔（これは０．３５×Deff未満であり得る）によるＡＯＤ速度制限、ｅ．ステップ１において言及された最小セグメント時間の要件を満たすために必要とされる場合には、セグメントにおける速度を下げてもよい。
ステップ９：ＳＣＣ１０１０は、加工及び位置プロファイルデータをＤＳＰ１０２６に送信する。（この例では形状パラメータKsは使用されない。）ＳＣＣ１０１０からＤＳＰ１０２６に送られたデータは、セグメント端点ＸＹ座標、円弧セグメントの中心のＸＹ座標及び半径、軌跡サンプルの数（〜速度）、ディザtableAddress、ディザtableLength、線量Dosage、Kw、及びKbを含んでいる。
ステップ１０：ＤＳＰ１０２６は、更新期間Tcmdで中心線位置データ（Xc，Yc）を算出し、３次フィルタでそのデータを処理する。
ステップ１１：ＤＳＰ１０２６は、ディザ行ごとに（Nd×Taod秒ごとに）１回、新しいディザパラメータ（Kw）及び加工パラメータ（Kp，Kb）を算出し、（移行セグメントにおいて）必要であれば補間を行う。
ステップ１２：ＤＳＰ１０２６は、軌跡角度及び速度に基づいてTMaod変換成分を算出する。
ステップ１３：ＤＳＰ１０２６は、低レベルコマンドをＦＰＧＡ１０２８に送り、ＡＯＤ動作を制御する。ＤＳＰ１０２６及びＦＰＧＡ１０２８は異なる更新期間（TdspとTaod）で動作しているため、各ＤＳＰサイクルで十分なデータが送信され、これによりＦＰＧＡ１０２８が次のTdsp秒（すなわちTdsp／Tcmdデータセットの合計）の間に加工することが可能となる。
Ｂ．ラスタ加工
ラスタ加工は、ベクトル加工でのような１Ｄテーブルではなく、２ＤラスタテーブルがＡＯＤ制御のために使用される点を除き、ベクトル加工と同様である。
一実施形態においては、ラスタ加工は、ベクトル加工とともにインラインで実施され、これにより、ラスタ位置を再検討する無駄な時間が避けられ、ベクトル書き込みと交点加工との間の経過時間が最短にされてレーザビームのふらつき効果（wander effects）が最小限にされる。加えて、大フィールド走査レンズ歪み特性を検討したところ、大きなラスタパターン（例えば幅２００μm）は、特にトレンチによる交差がある場合には、ＰＧＣスケーリング及び回転補正が適用される場合があることが示された。
一実施形態においては、ＬＤＡシステムは、ラスタ加工及びベクトル加工用に同一のハードウェアアーキテクチャを用いることにより、ベクトル加工及びラスタ加工を一緒に行う。各加工セグメントに対して一意なディザテーブルが特定されるので、ラスタ動作は、他のテーブルとしてのプロセスフローにシームレスに統合される。
一般に、ラスタ加工中は、公称ビーム位置の速度はゼロに設定される。加えて、大きなラスタ領域が加工される（ＡＯＤ範囲の多くを使用する）場合には、３次フィルタは、追加されたＡＯＤ３次偏向を最小限にするために固定され得る。一般に、ある実施形態においては、これは０．２５msecのオーダーである。
上述したディザ回転の説明で述べたように、スケーリング／回転補正を１組のＰＧＣ項として与えてもよい。ラスタ加工については、Rdither行列は、ガルボＸＹ座標系におけるラスタパターンの回転を含んでおり、（軌跡速度に基づいてＤＳＰ１０２６により算出されるのではなくて）ラスタパターンごとにＳＣＣ１０１０により送信される。この回転は、適切な交点を形成するために、周りのトレースに対して交点ラスタパターンを方向付ける場合がある。
また、走査フィールド歪みを得るために、ＳＣＣ１０１０は、ラスタ較正データ及びガルボ較正データのＸＹ走査フィールド位置に基づいてＰＧＣ補正を特定する。ある実施形態においては、これにより、ラスタ領域にわたるＸ／Ｙ誤差における誤差が５〜６％まで補正される。これは、ラスタ加工中の未補正誤差である場合がある。ベクトル加工においては、走査フィールド較正は、セグメント端点に対して明示的に適用され、短距離（〜１mm）の端点間の非線形性誤差は小さいことに留意されたい。
１．ラスタ加工の概要
ラスタモードでの加工は以下のように以下のように概説することができる。以下の工程は、１つのアプリケーションの各加工セグメントに対して行われ得る。（以下に述べる）図４９は、ラスタ加工セグメントデータをＦＰＧＡ１０２８へのコマンドに変換するこの加工フローの概要を示している。以下の工程の一部を異なる順番で行ってもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
ステップ１：ＳＣＣ１０１０は、ラスタパターンを算出し、アプリケーションの「変換」中に多くの個々のパターンを用いてラスタテーブルを構築する。場合によっては、単一のラスタ「場所（site）」がいくつかの小さなラスタパターン（例えば丸いパッド＋様々な角度の「タブ（tabs）」）からなっていてもよい。これらを組み合わせて１つの大きなパターンにすることもでき、あるいは別個に処理することもできる。一部のラスタパターンは、アプリケーションを通して異なる回転角度で何回か使用され得ることに留意されたい。
ステップ２：ＳＣＣ１０１０は、すべてのラスタパターンに対して、例えばＣＡＤ（特定の用途のためのコンピュータ支援設計）座標における回転角度を特定する。
ステップ３：ＳＣＣ１０１０は、アプリケーションが起動する前に、ラスタテーブルデータをＦＰＧＡ１０２８にダウンロードする。
ステップ４：ＳＣＣ１０１０は、各ラスタ位置に対してTMdither変換を生成する。このＰＧＣは、ＦＰＧＡ１０２８に送られたTMaod変換に対応する。TMdither変換は、ＣＡＤ座標におけるラスタ回転と、ワークピース位置合わせ回転と、局所走査フィールド歪みＰＧＣと、ユーザにより選択的に特定される付加的スケーリング調整とを含んでいる。
ステップ５：ＳＣＣ１０１０は、ラスタの継続期間中は速度をゼロとしたラスタ加工セグメントを形成する。ユーザが（例えば加工制御を改善するために）ラスタの繰り返しを指定した場合には、複数のセグメントが数珠つなぎにされ得る。
ステップ６：ＳＣＣ１０１０は、３次フィルタの整定を可能にする整定持続時間とともに、前縁及び後縁ゼロ速度セグメントを含むことがあり、大きなラスタパターンに対して余分なＡＯＤ変化域を防止している。
ステップ７：ＳＣＣ１０１０は、特定されたラスタ深さ及びプロセスマップ（Process Map）に基づき所望のフルエンスを算出する。
ステップ８：ＳＣＣ１０１０は、ラスタスポットのピッチ及びオプションのKwスケーリング調整ファクターに基づいて公称パワーを算出する。
ステップ９：ＳＣＣ１０１０は、ラスタパラメータをＤＳＰ１０２６に送る。ＤＳＰ１０２６は、「線量」をラスタセグメントに対する「パワー」と解釈する場合があり、幾何的スケーリングがKw項ではなくＰＧＣ項に組み込まれ、バンク処理が使用されないことに留意されたい。「ラスタモード」識別子は、これを異なるデータ構造としてフラグを付けるために有用である場合がある。ＳＣＣ１０１０からＤＳＰに送られたラスタパラメータは、（ゼロ速度に対して同一である）セグメント端点のＸＹ座標と、円弧セグメントの中心のＸＹ座標及び半径（未使用）と、軌跡サンプルの数（〜ラスタ時間）と、ラスタtableAddressと、ラスタtableLengthと、（線量に代わる）パワーと、TMdither（フィールド歪みとラスタ角）とを含み得る。
ステップ１０：ＤＳＰ１０２６は、上記ラスタパラメータを処理のためにＦＰＧＡ１０２８に送る。ラスタはディザとして見られるので、特別なモードを設定する必要はない。
２．傾斜ラスタ加工
ある状況においてはラスタ加工の変形例が有用である場合がある。図３９は、一実施形態における傾斜ラスタ加工の例を模式的に示すものである。図３９において、２つのパッド３９１０，３９１２は、近接しており、短いトレース３９１４によって接続されている。領域全体は単一のラスタパターンに対しては大きすぎ、典型的なパッド−トレース−パッドの加工シーケンスに対してパッド３９１０，３９１２を近接させすぎる程度に間隔を空けることとしてもよい。加工領域の形状のためにレーザデューティサイクルは低いが、この領域がスカイビングされ得る。
一実施形態における他のアプローチは、２つのラスタ領域３９１６，３９１８の間に移行領域３９２０を形成するように傾斜され重ねられた２つのラスタパターン３９１６，３９１８としてこの領域を加工することである。ラスタパターン３９１６，３９１８は、ＳＣＣ１０１０上で以下のように定義することができる。任意の「小塊（blob）」（すなわち任意の形状及び／又は寸法を有する領域）を、重なりが所望の移行長さ３９２２（例えば約４０〜５０μm）に等しくなり、各小塊の周りの境界が移行長さ３９２２を超えるように、重なったいくつかのラスタ領域３９１６，３９１８に分解する。均一な振幅を有するスポットグリッドで各領域を満たす。各寸法に沿ってＦＩＲフィルタを適用して（例えばスカイビングフィルタのように）移行領域３９２０におけるラスタ振幅を小さくする。各ラスタ領域内で小塊領域の外部のデータを削除して、タイル間に傾斜した移行領域を有する小塊領域をより明確に画定する。そして、各ラスタパターンを適切な位置でダウンロード及び実行する。
これは、数個のラスタフィールド内に含めることができる小さな小塊に対してはうまく作用する場合があり、（何もない空間はすべて省略して）必要な点のみをラスタリングするだけでよいので、また、ＡＯＤフィールド間で二、三のガルボの動きがあるだけであるので、図３９に示されるような低濃度パターンに対してはスカイビングよりも速い場合がある。
その度に新しいスカイブデータを再計算するのとは対照的に、反復パターンを（適切な回転をして）繰り返すことができる。もちろん、「同一パターン」を特定することは困難な場合がある。
Ｃ．スカイブ加工
スカイビングは、（細長いトレンチではなく）大きな領域にわたって材料を除去する工程である。以下に概説されるそのアプローチにより、ディザで幅の広げられたラインが、そのような幅広ラインにより生じ得る「ピクセル化」効果を避けつつ、公称スポットを用いるよりもずっと効率的に材料を除去することが可能となる。例えば、図４０は、ある実施形態における幅広ラインのスカイビングによるピクセル化誤差を模式的に示すものである。図４０において、加工される小塊の例（左側）は、適切な解像度を得るには十分に細いビームを用いて加工される、丸みのあるエッジを含んでいる。幅広ビームを使って特徴部（右側）を加工することにより、過度のピクセル化及び許容できない程度の解像度の損失が生じる。
ある実施形態においては、スカイブビームの側方傾斜及び端部傾斜を整形することは有用である。これらの「移行傾斜（transition slopes）」により、隣接するスカイブパスを適切に重ねて、（例えば均一な深さ制御のために）ワークピース上で均一のフルエンスを生成することができ、ビーム位置誤差に対して許容誤差を与えることができる。加えて、スカイブ領域がトレンチと交差する場合には、（同じく均一性と位置誤差に対する許容誤差を提供するので）スカイビングされたビームの端部が傾斜していることが望ましい。
一実施形態においては、線量及び形状を制御しつつ、幅広スカイブビームのそのような整形が行われる。しかしながら、加工中にライン幅が一定に維持される場合には、幅広ラインのピクセル化問題はこのアプローチを難しくする。
他の実施形態においては、「ピクセルのグリッド」を処理し、フィルタをそのグリッドに適用して所望の側方傾斜及び端部傾斜を得ることにより幅広ディザパターンを変化させる。
図４１は、一実施形態における、グリッドストライプ４１０２，４１０４，４１０６に分割されたスカイブ領域４１００を模式的に示すものである。３つのストリップ４１０２，４１０４，４１０６のみが示されているが、付加的なストリップを使用してスカイブ領域４１００全体を完成させてもよい。汎用又は任意の「小塊」領域が、（例えば６０％よりも大きな重なりを要求する）基本スポットサイズに基づいたピクセル４１１０間の最小間隔を有するピクセル４１１０のグリッドに変換される。スカイブ対象は、スカイブビーム軌跡と位置が合わせられる（例えば、図４１の例では矢印４１１２によって示されるように第１のストリップ４１０２に対しては左から右）ことがある細長い１つの軸を有していてもよい。
この主ビーム軌跡（「オン軸」）に沿ったグリッド間隔は、速度、ディザ点の更新速度、及びディザ点の数によっては、直交軸（「クロス軸」）において必要とされる間隔よりも小さくてもよい。スポットグリッドは、特に他の特徴部がスカイビングされた領域と交差する場合には、スカイビングされた領域の輪郭が正確に描かれるように設定される。このように、最終的なスポットグリッドの間隔は輪郭寸法に依存している。また、ある実施形態においては、ディザ行の実行時間は固定され量子化される（＝Taod×Nd）ので、スカイブ軌跡速度は、整数個のスカイブディザ行がちょうどスカイブ領域を満たすように調整される。
そして、グリッドは、別々のパス（図４１において４１０２（ストリップ１）、４１０４（ストリップ２）、４１０６（ストリップ３）として示されており、説明の便宜上、破線で分割されているものとして示されている）に分割される。それぞれのパスにおいて、ビームがディザリングされて所望の幅を生成する。通常、これにより、図４０に示されるように、許容できないピクセル化誤差が生じ得る。しかしながら、ディザパターンをオン軸位置の関数として調整できるのであれば、そのようなピクセル化を避けることができる。
ピクセル化を避けるために、各「ディザ行」が２進パターンにより特定され、グリッドパターンが順次ＦＰＧＡ１０２８のＡＯＤコントローラにロードされる。そして、側方傾斜及び端部傾斜を生成するためにこのパターンがフィルタリングされる。フィルタリングされたグリッドの結果が図４２に示されている。図４２は、一実施形態における、スカイブディザ点のフィルタリング未処理グリッド（左側）と、スカイブ処理されたディザ点の対応するフィルタリング処理グリッド（右側）とをグラフで示すものである。図４３は、一実施形態における、図４１に示されるストリップ４１０２，４１０４，４１０６に対応する３つの第１のスカイブビームのフルエンス分布をグラフで示すものである。１つ目のグラフ４３１０は、第１のストリップ４１０２に対応するフルエンス分布を示している。２つ目のグラフ４３１２は、第２のストリップ４１０４の追加に対応するフルエンス分布を示している。３つ目のグラフは、第３のストリップ４１０６の追加に対応するフルエンス分布を示している。４つ目のグラフ４３１６は、ストリップ４１０２，４１０４，４１０６に対応する合成フルエンスのフルエンス分布を示している。
ある実施形態においては、ディザ方向（スカイブビーム軌跡に対してクロス軸方向）は、スカイブビーム軌跡の方向に基づいてあるストリップから次のストリップへパスが変わるときに切り替わる。例えば、再び図４１を参照すると、第１のストリップ４１０２に対するスカイブビーム軌跡４１１２は左から右、第２のストリップ４１０４に対するスカイブビーム軌跡４１１４は右から左、第３のストリップ４１０６に対するスカイブビーム軌跡４１１６は再び左から右に向かう。スカイブパスごとに主ビーム軌跡が方向を反転するとき、図４１は（矢印４１１８，４１２０，４１２２によって示される）各ディザ行に沿ったディザ方向も方向を変えることを示している。第１のパスについてスカイブビーム軌跡４１１２は左から右に移動するとき、第１のストリップ４１０２における各ディザ行は第１のディザ方向４１１８に（例えば下から上へ）加工される。第２のパスについてスカイブビーム軌跡４１１４は右から左に移動するとき、第２のストリップ４１０４における各ディザ行は第２のディザ方向４１２０に（上から下へ）加工される。また、第３のパスについてスカイブビーム軌跡４１１６は左から右に移動するとき、第３のストリップ４１０６における各ディザ行は第１のディザ方向４１２２（下から上へ）加工される。ある実施形態においては、スカイブパスの方向に基づいてディザ方向を切り替えることは、スカイビング加工の制御及び品質に影響を与える（例えばスカイブの深さに影響を与える）。ある実施形態においては、ユーザは、（例えばスカイブパスの方向に基づいて）スカイブ中にディザ方向を反転するか維持するかを選択できる。
以下の概要は、一実施形態におけるスカイブの手順を概説するものである。
最適化された効率に対してスカイブ行の幅の選択が使用される。以下では、２つのシナリオ例について述べる。
１つ目のシナリオは、図４４及び図４５に示されるように、スカイブ行間での移動後は整定がないものと仮定している。図４４は、一実施形態におけるスカイビングの例をグラフで示すものである。図４４において、説明の便宜上、複数のスカイブ行４４１０，４４１２，４４１４，４４１６は互いに分離されている。しかしながら、上述したように、図４１及び図４３に関して、スカイブ行４４１０，４４１２，４４１４，４４１６が互いに隣接していてもよい（あるいは互いに部分的に重なっていてもよい）ことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。図４５は、一実施形態における、スカイビング中のビームコマンドをグラフで示すものである。各スカイブ行４４１０，４４１２，４４１４，４４１６が加工されるとき、（３次フィルタが整定した後）３次ＡＯＤ位置は中央に位置付けられ、ＡＯＤサブシステム１０４２は、行の幅の±半分だけ中央付近をディザリングする。ビームポジショナが各行の処理を完了し、次に移動するとき、（３次プロファイリングにより）行の幅の半分に等しいＡＯＤフィールドにおける付加的な偏向を生ずる（ＡＯＤ偏向は現在の行と次の行とで分割される）。このように、次の行への移動後の最大ＡＯＤ偏向は、１つの行の幅の合計を使用する。この「非整定」アプローチにおいては、次行への移動後に整定は必要とされないが、各行の長さは、前の行からの移動後３次フィルタが整定可能な程度に長くなるように選択される。選択されたスカイブ幅に応じて、短い行長さが依然として付加的な「整定セグメント」を用いてこの時間を提供してもよい。スカイブ幅が最大ＡＯＤ範囲未満にうまく設定されていても、パワー（そしてこれにより速度）を偏向範囲全体にわたって最も悪い場合のＡＯＤ効率を受け入れるように設定して、このアプローチの効率を下げてもよいことに留意されたい。
２つ目のシナリオは、ＡＯＤ幅の全体を使用可能にするが、スカイブ行の加工が始まる前に３次過渡状態を減衰させるために整定セグメントが常に挿入される。これにより、より広いスカイブ幅を使用することが可能になる。これにより、１行あたりの除去面積が大きくなってスカイビング効率が上がる場合があるが、スカイブ幅を広げることにより得られる効率は、（システムがパワーを偏向の幅の関数として増加させるができると仮定すると）より広い偏向範囲においてより低いＡＯＤ効率によって相殺される。
これら２つのシナリオから得られるスカイビング効率のモデルが図４６に示されており、これは、一実施形態における、材料除去速度（毎秒の面積）対スカイブ行の長さ（skiveLength）及び幅（Line pitch）を示すプロットである。図４６におけるプロットは、スカイブ深さが１０μm、スポットサイズが２５μmであると仮定している。これは、この例で用いられたＡＯＤについては、「未整定」シナリオは「整定」シナリオとほとんど同じくらい効率的であるということを示している。これは、効率を上げたり、偏向範囲を広げたりした異なるＡＯＤ設計によって、あるいは、スカイブ深さや公称スポットサイズが異なる場合には変化することがある。「未整定」の場合は、行間の移動中の付加的なＡＯＤ偏向により、より制限された幅範囲にわたって動作することに留意されたい。この例では、最適なスカイブ行の幅はおよそ５０μmである。
図４７は、一実施形態におけるスカイブ行の幾何配置の側面図を模式的に示すものである。図４７は、フィルタリング前のスカイブ行幅４７１０と、フィルタリング後のディザ幅４７１２を示している。フィルタリングにより、移行幅４７１６を有する移行領域内に（例えば、隣接するスカイブ行又は他の特徴部と交差するための）傾斜側壁４７１４が生成される。傾斜と移行幅４７１６の程度はフィルタリングに基づいている（例えば、CrossAxisTaps×スポットピッチ）。
１．スカイブ加工の概要
スカイブモードでの加工は以下のように概説することができる。以下の工程の一部を異なる順番で行ってもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。（後述する）図５０は、ラスタ加工セグメントデータをＦＰＧＡ１０２８へのコマンドに変換するこの処理フローの概要を示している。
ｉ．前処理ステップ
ステップ１：ＳＣＣ１０１０はスカイブ領域を認識する。このスカイブ領域は、アプリケーションのファイルにおいて別個の層に置かれ得る。
ステップ２：ＳＣＣ１０１０は、スカイブ領域を、スポットサイズに基づくクロス軸間隔と、速度及びディザパラメータに基づくオン軸間隔とを有する２進スポットのグリッドに変換する。
ステップ３：ＳＣＣ１０１０は、スカイブグリッドを１組の行に変換する。
ａ．図４６に示されるように、行の幅を最適化してもよい（幅と効率とのトレードオフ）。傾斜したエッジを生成するフィルタリングによりスカイブ幅が大きくなり、このため、幅の最適化の算出にこれを考慮する場合があることに留意されたい。エッジにおける移行は（位置誤差２μmとしたときの深さ誤差５％に対して）幅が約４０μmになる場合があり、フィルタリングされていない公称エッジからフィルタリングされたエッジに延長すると、移行長さの１／２に等しくなる。
ｂ．（オン軸方向における）スカイブディザ行の間隔は、最大ピッチに対する要件（スポットの重なり＞６０％）、パワー制約内の加工速度の要件、及び各スカイブセグメント内の整数個のディザ行の要件を満足する。加えて、ディザ行間隔を、所望のオン軸移行長さ及び特定されたオン軸ボックスカーフィルタ（以下を参照）に適合するものとしてもよい。ボックスカーフィルタリングは整数個のディザ行に対して作用するので、ディザ行間隔が移行領域内で整数個の行を提供する場合がある。必要であれば、これを可能とするように、整合する移行長さを有する対応交点と同じくらい長くなるように移行長さを少し大きくしてもよい。
ステップ４：ＳＣＣ１０１０は、ボックスカー平均（CrossAxisTaps及びOnAxisTaps）の長さを特定し、エッジ及び端部に所望の傾斜を生成する。
ａ．CrossAxisTaps及びOnAxisTapsは奇数である（中心点＋それを取り囲む、対になった点）。
ｂ．CrossAxisTaps及びOnAxisTapsは、（ディザが制御された）クロス軸間隔及び（Nd×Taod×velにより制御される）オン軸間隔によって異なっていてもよい。移行領域は、交点に対して使用されるものと同じ、例えば（位置誤差２μmに対する深さ誤差５％について）約４０μmであってもよい。
ｃ．OnAxisTapsは丸められた整数値であるので、端点位置及び移行傾斜幅の要件を満足するために、（速度及び／又はTaodを介した）ディザ行のタイミングを調整する必要がある場合がある。
ステップ５：各スカイブ行に対して、ＳＣＣ１０１０は、１組のSkiveDataワードを生成する。
ａ．各SkiveDataワードは、ディザ行ごとの１組の振幅点を表しており、未処理点はゼロに設定される。
ｂ．SkiveDataワードの長さは、スカイビングに使用されるディザテーブル長さ（３２点まで）に等しい。
ｃ．SkiveDataワードの端部のそれぞれで、「CrossAxisTaps」個の点をゼロに設定し、図４７に示されるようにボックスカーフィルタの幅を得てもよい。
ｄ．クロス軸におけるレーザ加工を「CrossAxisTaps」個のディザ点の分だけ（ディザテーブルの端部に向かって）シフトさせる。スカイブディザテーブルはこのシフトを生じる。スカイブディザテーブルは、上述したゼロでパディングされた十分な数の項目を含んでいる。
ステップ６：ＳＣＣ１０１０は、加工セグメント位置を算出する。各スカイブ行の実際のレーザ加工は「OnAxisTaps」個のディザ行の分だけオン軸に沿ってシフトされる（遅れる）。加工セグメントの幾何配置がこのシフトを生じる。
ステップ７：ＳＣＣ１０１０は、プロセスマップ（Process Map）とトレンチ幾何配置（幅、深さ）を用いて、必要とされる加工パラメータ（グリッド幅GridWidth及びフルエンスFluence）を決定する。
ステップ８：ＳＣＣ１０１０は、ディザマップ（Dither Map）を用いて、必要とされるグリッド幅GridWidthに対応するディザテーブルパラメータ（Nd、Kw）を決定する。
ステップ９：ＳＣＣ１０１０は、ディザマップ（Dither Map）を用いて、Ndに対応するディザテーブルパラメータtableAddress及びtableLengthを決定する。
ステップ１０：ＳＣＣ１０１０は、ディザマップ（Dither Map）を用いて、有効幅EffectiveWidthを算出する。Kwを補間してもよいので、有効幅EffectiveWidthも移行セグメントにわたって補間してもよい。
ステップ１１：ＳＣＣ１０１０は、線量Dosage＝フルエンスFluence×有効幅EffectiveWidthを算出する。これは移行セグメントにわたって補間してもよい。
ステップ１２：ＳＣＣ１０１０は、パワーマップ（Power Map）を用いて、必要線量に基づいてセグメントに対して許容される最大速度を決定する。セグメントは、最小セグメント時間要件を満足するために必要であれば速度を低くしてもよい。速度は、任意のセグメントにわたって一定に保持される。
ステップ１３：ＳＣＣ１０１０は以下の式によって線量をスケーリングする。
Kskive＝１／（CrossAxisTaps×OnAxisTaps）
ステップ１４：ＳＣＣ１０１０は、スカイブモードに入ることをＤＳＰ１０２６に通知する。ＤＳＰ１０２６は、ＦＰＧＡ１０２８をスカイブモードに設定する。
ｉｉ．ランタイム処理
以下の工程は、スカイブ加工中に各セグメントに対して行われる。
ステップ１：ＳＣＣ１０１０は、各スカイブ行に対して加工セグメントを生成し、セグメント端点のＸＹ座標、円弧セグメントの中心のＸＹ座標及び半径、軌跡サンプルの数（〜速度）、スカイブtableAddress、スカイブtableLength、線量Dosage、Kw、SkiveData、OnAxisTaps、CrossAxisTaps、及びスカイブモード（Skive Mode）通知といったデータをＤＳＰ１０２６に送信する。
ステップ２：ＤＳＰ１０２６は、ベクトルモードと同様に、ＳＣＣ１０１０から流れ出たデータを処理し、そのデータをＦＰＧＡ１０２８に送る。
ステップ３：ＦＰＧＡ１０２８は、ディザ行ベクトルを生成し、非ゼロデータ点は特定の線量に設定される。
ステップ４：ＦＰＧＡ１０２８は、ディザ行に対してクロス軸及びオン軸ボックスカー平均フィルタを以下のように実行する。
ａ．クロス軸データ（各ディザ行）が届くと、これにボックスカーフィルタを実行する。各点に対する各ボックスカーフィルタは、その点と±（CrossAxisTaps−１）／２周囲点（ベクトル端部でゼロパッドを有する）の総和である。スケーリングは必要とされない（線量はKskiveによって事前にスケーリングされた）。
ｂ．これらのフィルタリングされたディザ行をキューに加える
ｃ．このキューからディザ行を処理する。周囲の（OnAxisTaps−１）／２行（必要に応じて最初と最後の行がゼロによりパディングされる）で各行を合計することによりオン軸ボックスカーフィルタリングを適用する。また、Kskiveの事前スケーリングによりスケーリングは必要とされない。
ステップ５：角度及び線量のパラメータは（通常のディザリングと同様に）依然として適用されるが、形状やバンクのパラメータは適用されない（ボックスカーフィルタリングが形状パラメータを適用し、スカイビングは直線に制約される。したがってバンクのパラメータは適用されない）ことに留意されたい。
ステップ６：同期が調整され、ボックスカーフィルタからの遅延が生じる。
図４８は、一実施形態における、ベクトル加工用のＡＯＤコマンドの生成を示すブロック図である。上述したように、ＳＣＣ１０１０は、アプリケーションを、それぞれ対応するセグメントデータ４８１０を有する別個の加工セグメントに分解する。材料テーブル４８１２（例えば図９参照）を用いて、ＳＣＣ１０１０は、セグメントデータ４８１０からのトレンチの幾何配置（例えば深さ及び幅）とプロセスマップ４８１４からのデータとを処理し、グリッド幅GridWidthやフルエンスFluenceのような加工パラメータを決定する。ＳＣＣ１０１０は、ディザマップ４８１６を用いて、グリッド幅GridWidthを処理してディザテーブルパラメータNd及びKwを決定する。ある実施形態においては、各セグメントに対してNdは一定に保持されるが、Kwは移行セグメントにわたって補間されてもよい。そして、ＳＣＣ１０１０は、ディザマップ４８１６を用いて、Ndに対応するディザテーブルパラメータtableAddress及びtableLengthを決定する。また、ＳＣＣ１０１０は、ディザマップ（DitherMap）を用いて有効幅EffeciveWidth（Weff）を算出する。Kwは補間され得るので、有効幅EffeciveWidthも移行セグメントにわたって補間されてもよい。図４８に示されるように、ＳＣＣ１０１０は、線量Dosage＝フルエンスFluence×有効幅EffeciveWidthを算出する。線量Dosageも移行セグメントにわたって補間されてもよい。また、ディザマップ４８１６は、ディザ範囲DitherRangeをＤＳＰ１０２６に供給する
ＳＣＣ１０１０は、線量Dosageをパワーマップ４８１８に供給し、（セグメントにわたって一定に保持される）セグメント速度MaxVelを割り当てる。セグメント速度MaxVelは、レーザパワーが制限される速度及び／又は１以上のＡＯＤ速度制限に基づくものであってよい。レーザパワーが制限される速度は、パワーマップ４８１８及び算出された線量Dosageに基づいている。ＡＯＤ速度制限は、必要とされるグリッド幅GridWidth、ＡＯＤフィールドサイズ、及び３次フィルタ過渡状態の大きさに基づくものであってもよい。加えて、あるいは他の実施形態においては、ＡＯＤ速度制限は、ある実施形態によれば０．３５×Deff未満であるディザ行間の最大間隔（＝Taod×（Nd−１）×Vel）に基づいていてもよい。ある実施形態においては、最小セグメント時間要件を満足するために必要とされる場合には、セグメントにおける速度を下げてもよい。
ＳＣＣ軌跡生成モジュール４８２０は、セグメントデータ４８１０からのＸＹビーム座標と割り当てられたセグメント速度MaxVelを受信する。円弧セグメントに対してバンク処理が使用される場合は、ＳＣＣ軌跡生成モジュール４８２０は、円弧セグメントの半径に基づいてバンクパラメータKbを算出する。また、ＳＣＣ軌跡生成モジュール４８２０は、セグメント軌跡データ（例えば、セグメント端点のＸＹ座標、円弧セグメントの中心のＸＹ座標及び半径、及び軌跡サンプルの数）を生成する。
ＳＣＣ１０１０は、セグメントデータ４８１０を用いて、走査フィールド歪み及び公称ガルボ位置合わせを補正するTMfield変換４８２２を生成する。また、ＳＣＣ１０１０は、ＡＯＤ座標系の位置をガルボ座標系の位置に合わせるためのTMframe変換４８２３を生成する。図４８に示されるように、ＳＣＣ１０１０は、TMfield変換４８２２とTMframe変換４８２３とを乗算してTMdither変換行列を決定する。
ＤＳＰ１０２６内では、ＤＳＰ軌跡生成モジュール４８２４が、ＳＣＣ１０１０から受信したセグメント軌跡データ、ディザ範囲DitherRange、及びKwを用いて、更新期間Tcmdで中心線の位置データ（Ｘc，Ｙc）を算出する。図４８には示されていないが、ある実施形態においては、ＤＳＰ１０２６は、３次フィルタ（例えば、図２２及び図５１に示される３次フィルタ２２０５を参照）を用いてデータを処理する。ＤＳＰ軌跡生成モジュール４８２４は、速度、ＡＯＤ偏向座標、及びディザベクトルスケール／回転を出力する。ＡＯＤ偏向座標は、TMtert変換４８３２に供給され、TMtert変換４８３２は、周波数偏移コマンドFdev0及びFdev1を出力する。
ＤＳＰ１０２６は、ディザ行ごと（Nd×Taod秒ごと）に１回新しいディザ（Kw）と加工パラメータ（Kp，Kb）を算出する。セグメントが移行セグメントである場合、ＤＳＰ１０２６は、補間４８２６を用いて、新しいディザパラメータKwを算出する。また、移行セグメントに対しても、ＤＳＰ１０２６は、補間４８２８を用いて線量Dosageを決定する。図４８に示されるように、ＤＳＰ１０２６は、ＤＳＰ軌跡生成モジュール４８２４により算出された線量Dosage及び速度を用いて、Kpwrモジュール４８３０に供給されるワーク表面パワーが決定される。Kpwrモジュール４８３０は、ワーク表面パワーを正規化パワーコマンドKpに変換する。
図４８に示されるように、ＤＳＰ１０２６は、上述したように、TMdither及びディザベクトルスケール／回転に基づいてTMaod変換成分を算出する。
ＤＳＰ１０２６は、低レベルコマンドをＦＰＧＡ１０２８に送りＡＯＤ動作を制御する。
図４９は、一実施形態における、ラスタ加工用のＡＯＤコマンドの生成を示すブロック図である。上述したように、ＳＣＣ１０１０は、アプリケーションをそれぞれ対応するセグメントデータ４８１０を有する別個の加工セグメントに分解する。ＳＣＣ１０１０は、アプリケーションの「変換」中に、ラスタパターンを算出し、多数の個々のパターンを有するラスタテーブルを構築する。セグメントデータ４８１０は、ラスタパターン用のラスタ回転角を含んでいる。各ラスタセグメントは、ゼロ速度を有している。
材料テーブル４８１２を用いて、ＳＣＣ１０１０は、セグメントデータ４８１０からのラスタ幾何配置（例えば、深さ及び幅）とプロセスマップ４８１４からのデータを処理し、（例えば、グリッド幅GridWidthに対応する）RasterIDやフルエンスFluenceのような加工パラメータを決定する。ＳＣＣ１０１０は、ディザマップ４８１６を用いて、RasterIDを処理し、フルエンススケーリングだけではなくディザテーブルパラメータNd及びKwも決定する。図４９に示されるように、ユーザは、選択的にKwを調整してもよい。また、ＳＣＣ１０１０は、ディザマップ４８１６を用いて、Ndに対応するラスタテーブルパラメータtableAddress及びtableLengthを決定する。図４９に示されるように、ＳＣＣ１０１０は、材料テーブル４８１２からのフルエンスに、ディザマップ４８１６により提供されるフルエンススケーリングを乗算することにより所望のフルエンスを算出する。
ＳＣＣ軌跡生成モジュール４８２０は、セグメントデータ４８１０からＸＹビーム座標を受信する。ＳＣＣ軌跡生成モジュール４８２０は、セグメント軌跡データを生成し、ＤＳＰ軌跡生成モジュール４８２４に供給する。
図４９に示されるように、ＳＣＣは、TMfield変換４８２２、TMframe変換４８２３、セグメントデータ４８１０からのラスタ回転、及びディザマップ４８１６からのKwを用いてTMdither変換行列を算出する。TMdither変換は、ＦＰＧＡ１０２８に送られるTMaod変換に対応する。
また、図４９にも示されるように、ＤＳＰ１０２６は、ラスタセグメントに対して線量を「パワー」として解釈する場合がある。Kpwrモジュール４８３０は、パワーを正規化パワーコマンドKpに変換する。
ＤＳＰ軌跡生成モジュール４８２４は、ＡＯＤ偏向座標を出力する。ＡＯＤ偏向座標はTMtert変換４８３２に供給され、TMtert変換４８３２は周波数偏移コマンドFdev0及びFdev1を出力する。
図５０は、一実施形態における、スカイブ加工用のＡＯＤコマンドの生成を示すブロック図である。上述したように、ＳＣＣ１０１０は、アプリケーションをそれぞれ対応するセグメントデータ４８１０を有する別個の加工セグメントに分解する。この実施形態においては、ＳＣＣ１０１０は、スカイブ領域を認識する。このスカイブ領域は、アプリケーションのファイルにおいて別個の層に置くことができる。ＳＣＣ１０１０は、スカイブ領域を、スポットサイズに基づくクロス軸間隔と、速度及びディザパラメータに基づくオン軸間隔とを有する２進スポットのグリッドに変換する。上述したように、ＳＣＣ１０１０は、スカイブグリッドを１組の行に変換する。
材料テーブル４８１２を用いて、ＳＣＣ１０１０は、セグメントデータ４８１０からのトレンチ幾何配置（例えば、深さ及び幅）とプロセスマップ４８１４からのデータを処理し、グリッド幅GridWidthやフルエンスFluenceのような加工パラメータを決定する。ＳＣＣ１０１０は、ディザマップ４８１６を用いて、グリッド幅GridWidthを処理しディザテーブルパラメータNd及びKwを決定する。ある実施形態においては、各セグメントに対してNdが一定に保持されるが、移行セグメントにわたって補間されてもよい。そして、ＳＣＣ１０１０は、ディザマップ４８１６を用いて、Ndに対応するディザテーブルパラメータtableAddress及びtableLengthを決定する。また、ＳＣＣ１０１０は、ディザマップDitherMapを用いて有効幅EffectiveWidth（Weff）を算出する。Kwは補間される場合があるので、有効幅EffectiveWidthも移行セグメントにわたって補間されてもよい。図５０に示されるように、ＳＣＣ１０１０は、線量Dosage＝フルエンスFluence×有効幅EffectiveWidthを算出する。線量Dosageも移行セグメントにわたって補間されてもよい。また、ディザマップ４８１６はディザ範囲DitherRangeをＤＳＰ１０２６に供給する。
ＳＣＣ１０１０は、線量Dosageをパワーマップ４８１８に供給し、そのセグメントに対する最大速度MaxVel（そのセグメントにわたって一定に保持される）を決定する。ある実施形態においては、最小セグメント時間要件を満足するために必要であれば、セグメントにおける速度を下げてもよい。
ＳＣＣ軌跡生成モジュール４８２０は、セグメントデータ４８１０からのＸＹビーム座標と最大速度MaxVelを受信する。ＳＣＣ軌跡生成モジュール４８２０は、ボックスカー平均（CrossAxisTaps及びOnAxisTaps）の長さを特定し、エッジ及び端部で所望の傾斜を生成する。このため、設定中は、ＳＣＣ軌跡生成モジュール４８２０は、スカイブタップSkiveTapsをＦＰＧＡ１０２８に供給する。また、各スカイブ行に対して、ＳＣＣ軌跡生成モジュール４８２０は、１組のSkiveDataワードを生成する。ＳＣＣ軌跡生成モジュール４８２０は、セグメント軌跡データを生成し、このセグメント軌跡データは、加工セグメント位置を含み得る。各スカイブ行の実際のレーザ加工は、「OnAxisTaps」個のディザ行の分だけオン軸に沿ってシフトされる（遅れる）。加工セグメント幾何配置によりこのシフトが生ずる。
上述したように、ＳＣＣ１０１０は、Kskive＝１／（CrossAxisTaps×OnAxisTaps）により線量をスケーリングする。
図５０に示されるように、ＳＣＣ１０１０は、TMfield変換４８２２とTMframe変換４８２３とを乗算し、TMdither変換行列を決定する。
ＤＳＰ１０２６内では、ＤＳＰ軌跡生成モジュール４８２４は、ＳＣＣ１０１０から受信したセグメント軌跡データ、ディザ範囲DitherRange、及びKwを用いて、速度、ＡＯＤ偏向座標、及びディザベクトルスケール／回転を出力する。ＡＯＤ偏向座標は、TMtert変換４８３２に供給され、TMtert変換４８３２は、周波数偏移コマンドFdev0及びFdev1を出力する。
図５０に示されるように、ＤＳＰ１０２６は、ＤＳＰ軌跡生成モジュール４８２４により算出された線量Dosage及び速度を用いて、Kpwrモジュール４８３０に供給されるワーク表面パワーを決定する。Kpwrモジュール４８３０は、ワーク表面パワーを正規化パワーコマンドKpに変換する。ＤＳＰ１０２６は、上述したように、TMdither及びディザベクトルスケール／回転に基づいてTMaod変換成分を算出する。
ＤＳＰ１０２６は、低レベルコマンドをＦＰＧＡ１０２８に送りＡＯＤ動作を制御する。ＦＰＧＡ１０２８は、ディザ行ベクトルを生成し、非ゼロデータ点は特定の線量に設定される。また、ＦＰＧＡ１０２８は、ディザ行に対してクロス軸及びオン軸ボックスカー平均フィルタを実行する。
図５１は、一実施形態における、ガルボ及びＡＯＤ較正データの流れ５１００を示すブロック図である。ガルボ及びＡＯＤ較正データフロー５１００において、ＳＣＣ１０１０は、（例えばワーク表面座標における）ＸＹセグメント座標を含むＳＣＣ軌跡詳細５１１０（図２２に示される例示ビームプロファイル２２１０など）を走査フィールド変換２２０３に供給する。そして、走査フィールド変換２２０３は、（例えば未処理ガルボ座標における）補正後のＸＹセグメント座標をＤＳＰ軌跡生成ユニット４８２４に供給し、ＤＳＰ軌跡生成ユニット４８２４は、３次フィルタ２２０５に送られる（例えば未処理ガルボ座標における）詳細なビーム軌跡及びディザパラメータを算出する。上述したように、３次フィルタ２２０５は、（例えば未処理ガルボ座標における）未処理ＸＹガルボ制御コマンドをガルボコントローラ５１１４に供給する。また、３次フィルタ２２０５は、（未処理ガルボ座標におけるオプションのＸＹガルボ誤差補正項が加えられることがある）ＸＹ ＡＯＤコマンドをTMtert変換４８３２に供給する。そして、TMtert変換４８３２からの出力が（例えばch0 ＡＯＤコマンド及びch1 ＡＯＤコマンドとして）ＦＰＧＡ１０２８に供給され、ＦＰＧＡ１０２８は、最後のＡＯＤ ＲＦコマンドを生成する。
また、ＳＣＣ１０１０は、回転変換TMframe５１１８を局所走査フィールド歪み補正TMfield４８２２に組み合わせてTMdither変換行列を生成する。そして、TMdither変換行列は、ディザ回転／スケール変換５１２２（例えばRdither及びKwCorr）と組み合わされてＡＯＤコマンド変換行列TMaod変換が生成され、これがＦＰＧＡ１０２８に供給される。また、ＳＣＣ１０１０は、（例えばワーク表面座標における）ＳＣＣディザデータ５１２４を用いて、倍率MHzPerμmを生成し、この倍率MHzPerμmは、ディザ（又はラスタ）テーブル１１１０にプリロードされたデータとして含まれ得る。ＦＰＧＡ１０２８は、ディザテーブル１１１０からのデータをTMoad変換と組み合わせてディザ及びラスタデータを生成し、ＦＰＧＡ１０２８はこれらをTMtert変換４８３２からのＡＯＤコマンドと組み合わせてＡＯＤ ＲＦコマンドを生成する。
本発明の根底にある原理から逸脱することなく、上述した実施形態の詳細に対して多くの変更を加えることができることを当業者は理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。
ある実施形態は、幅の広い円弧セグメントの加工のためにフルエンス正規化を行う。そのような実施形態は、円弧セグメントの半径に対する幅の比が比較的大きい場合に、アブレートされる円弧セグメント特徴部の品質（例えば均一なトレンチ深さ）を維持する。これにより、実現可能なものよりも狭い領域に円弧セグメントを取り回す回路レイアウト設計者により多くの自由度が与えられる。例えば、円形の円弧部を形成する広いトレンチを加工するためにディザリングする際に、広いトレンチにわたって照射されるフルエンスは、円弧中心からの半径の関数として変化する。ある実施形態においては、一定の深さを有する円弧セグメントを加工するために、このフルエンスが正規化される。
図１１には示されていないパラメータの１つは「バンク」パラメータ（Kb）であり、これはＬＤＡシステムのディザ定義に含まれる場合がある。このパラメータは、ディザリングされたビームの幅にわたって与えられるパワーを変化させて、（バンクのある競技場の湾曲部のような）円弧セグメントの内側のエッジと外側のエッジとの間に速度差を生じさせるために使用される。これは、付加的な倍率をディザ位置の関数としてのディザ振幅に適用することによりなされ、ある実施形態において使用される「形状」パラメータに類似するものである。
図１３は、一実施形態における、バンク処理を用いる加工条件を示す模式図である。図１３は、幅の広い円弧セグメント１３１０を示している。幅の広い円弧セグメント１３１０は、比較的小さな平均半径Rを有しており、外側円弧長Roに対する内側円弧長Riの比は１から大きく異なる場合があり、トレンチ幅Wにわたるフルエンス変化を生ずる。
Kb＝１／（２×Rb）
図１５、図１６、及び図１７において単純な例によりディザとコマンド更新のタイミングを図示している。図１５は、このディザ動作の例におけるＸＹビーム位置の例をグラフで示すものである。図１６は、図１５に示されるディザ動作の例における、Ｘビーム位置及びＹビーム位置と時間の例をグラフで示すものである。図１７は、図１５及び図１６に示されるディザ動作の例のビーム位置及び加工パラメータのテーブルの例を示すものである。この例では、Taod＝Tcmd＝１μsecである。トレンチは、１つのディザテーブル（Nd＝５，Td＝５μsec）で切り込まれる。切り込みの開始時に線量Dosage（Kd）を変化させる。円弧セグメントの途中でバンクパラメータ（Kb）が修正され、カーブの内側エッジと外側エッジでのフルエンスが正規化される。
幅の広い円弧セグメントの間は、外側のパワーは（１＋W／R／２）により増幅され、外側エッジ上のパワーが制限されることを防止するために円弧セグメント内の中心線速度を低くしなければならない場合がある。しかしながら、上記モデルは、公称加工速度が最も悪い場合のＡＯＤ移動を許容するように選択されている限り、速度のステップ状の変化（公称速度の２倍未満）が許容できることを示している。このように、ＡＯＤ移動範囲の制限を気にすることなく幅の広い円弧を加工してもよい。

Claims (34)

  1. ビーム軌跡に沿った加工速度が変化することとは関係なく、レーザビームをディザリングしてワークピース内に１以上の所望のトレンチ幅を形成する方法であって、
    第１の位置決めシステムを用いて、ビーム軌跡に沿った、前記ワークピースの表面に対するレーザビーム光路の第１の相対移動を生じさせ、
    プロセッサを用いて、複数のディザ行に沿った前記レーザビーム光路の第２の相対移動を決定し、前記第２の相対移動は、前記ビーム軌跡に対して所定の角度で前記第１の相対移動に重ね合わされ、前記第２の相対移動の決定は、前記複数のディザ行のそれぞれに対して前記所定の角度を維持するために加工速度の変化を補償することを含んでおり、
    第２の位置決めシステムを用いて、前記レーザビーム光路の前記第２の相対移動を生じさせ、
    複数のレーザビームパルスを前記複数のディザ行に沿った複数のスポット位置で前記ワークピースに照射して、前記所定の角度で定義される方向にトレンチを広げる、
    方法。
  2. 前記所定の角度は前記ビーム軌跡に対して垂直である、請求項１の方法。
  3. 前記複数のレーザビームパルスを照射するときに、一定の速度で照射し、
    さらに、整数個のディザ行を加工して前記トレンチを完成させるように前記加工速度を選択的に調整する、
    請求項１の方法。
  4. 前記複数のディザ行に沿った前記レーザビーム光路の前記第２の相対移動を決定するときに、
    ディザリングされたスポット位置を定義する、前記第１の位置決めシステムの軸に沿ったベクトルを決定し、
    前記ディザリングされたスポット位置を前記ビーム軌跡に実質的に垂直なディザ行に沿って位置決めするように前記ベクトルの方向を回転させる、
    請求項１の方法。
  5. 前記回転されたベクトルは、
    前記ビーム軌跡に平行で、前記ビーム軌跡に沿った現在の加工速度に基づいて前記ディザリングされたスポット位置を前記ディザ行に沿って定義するオン軸ベクトル成分と、
    前記ビーム軌跡に垂直で、前記ディザリングされたスポット位置での前記ディザ行の幅に対応するクロス軸ベクトル成分と、
    前記オン軸ベクトル成分と前記クロス軸ベクトル成分との組み合わせにより定義される速度補償角であって、加工速度が増加するに伴い増加する速度補償角と、
    前記ビーム軌跡と前記第１の位置決めシステムの座標系の軸との間の軌跡角と、
    の和からなるディザ角と、
    を備え、
    前記所定の角度は前記ディザ行を前記ビーム軌跡に対して実質的に垂直に維持するように選択される、
    請求項４の方法。
  6. 前記第２の位置決めシステムの座標系は、前記第１の位置決めシステムの座標系に対して回転され、
    さらに、前記回転されたベクトルを前記第２の位置決めシステムの前記座標系に合わせる、
    請求項４の方法。
  7. さらに、前記回転されたベクトルを回転させて走査フィールド歪みを補正する、請求項４の方法。
  8. 前記第２の位置決めシステムは、高周波数（ＲＦ）信号によって駆動される音響光学偏向器を備え、
    さらに、前記ＲＦ信号をチャープしてレーザスポットの焦点を前記ワークピースの表面からずらす、
    請求項１の方法。
  9. ビーム軌跡に沿った、ワークピースの表面に対するレーザビーム光路の第１の相対移動を生じさせる第１の位置決めシステムと、
    複数のディザ行に沿った前記レーザビーム光路の第２の相対移動を決定する１以上のプロセッサであって、前記第２の相対移動が前記ビーム軌跡に対して所定の角度で前記第１の相対移動に重ね合わされ、前記第２の相対移動の決定が前記複数のディザ行のそれぞれに対して前記所定の角度を維持するように前記ビーム軌跡に沿った加工速度の変化を補償することを含んでいるプロセッサと、
    前記レーザビーム光路の前記第２の相対移動を生じさせる第２の位置決めシステムと、
    複数のレーザビームパルスを前記複数のディザ行に沿った複数のスポット位置で前記ワークピースに照射して、前記所定の角度で定義される方向にトレンチを広げるレーザ源と、
    を備えたレーザ加工システム。
  10. 前記所定の角度は前記ビーム軌跡に対して実質的に垂直である、請求項９のシステム。
  11. 前記１以上のプロセッサは、整数個のディザ行を加工して前記トレンチを完成させるように前記加工速度を選択的に調整する、請求項９のシステム。
  12. 前記第１の位置決めシステムは、ガルバノメーター駆動ミラー及びファーストステアリングミラーからなる群から選択される１以上のビームポジショナを備える、請求項９のシステム。
  13. 前記第２の位置決めシステムは、音響光学偏向器及び電気光学偏向器からなる群から選択される１以上のビームポジショナを備える、請求項９のシステム。
  14. 前記１以上のプロセッサは、さらに、前記複数のディザ行のそれぞれに含めるようにディザ点の数を選択するように構成されており、当該選択により各ディザ行を加工する時間が短縮され、各ディザ行における前記ディザ点の数はそれぞれのディザ行に対応する前記トレンチの幅に基づいている、請求項９のシステム。
  15. 前記１以上のプロセッサは、さらに、前記トレンチの中心で一定のフルエンスを維持するように前記レーザ源のパワーを調整するように構成され、前記パワーを調整することにより前記加工速度に対する変化が生じ、さらに前記パワーを調整することにより前記トレンチの幅に対する変化が生じる、請求項９のシステム。
  16. 前記１以上のプロセッサは、さらに、円弧セグメントの内半径及び外半径に対するディザ点位置の関数として前記パワーを調整するように構成される、請求項１５のシステム。
  17. レーザビームをディザリングしてワークピースにトレンチを生成する方法であって、
    第１の位置決めシステムを用いて、前記トレンチの長さを定義するビーム軌跡に沿った、前記ワークピースの表面に対するレーザビーム光路の第１の相対移動を生じさせ、
    第２の位置決めシステムを用いて、複数のディザ行に沿った前記レーザビーム光路の前記第２の相対移動を生じさせ、前記第２の相対移動は前記トレンチを広げるために前記第１の相対移動に重ね合わされ、前記トレンチの幅は可変であり、
    前記複数のディザ行のそれぞれに含めるようにディザ点の数を選択し、当該選択により各ディザ行を加工する時間が短縮され、各ディザ行における前記ディザ点の数はそれぞれのディザ行に対応する前記トレンチの幅に基づいており、
    複数のレーザビームパルスを前記複数のディザ行のそれぞれにおける前記ディザ点に対応する複数のスポット位置で前記ワークピースに照射する、
    方法。
  18. 前記ディザ点の数を選択するときに、
    前記ワークピースの対象材料に対する、ディザリングされていないトレンチの所望の深さでの幅からなる有効スポットサイズを決定し、
    レーザスポットごとの最大偏向からなるバイトサイズ比を選択し、
    前記トレンチの選択された幅に対応する１以上のディザ行に対して、前記選択された幅、前記有効スポットサイズ、及び前記バイトサイズ比の関数として前記ディザ点の数を算出する、
    請求項１７の方法。
  19. 前記ディザ点の数を算出するときに、
    Ndを前記ディザ点の数、ceilを次の整数に切り上げる天井関数、Widthを前記トレンチの前記選択された幅、Deffを前記決定された有効スポットサイズ、BiteSizeRatioを前記選択されたバイトサイズ比として、
    Nd≧１＋ceil（（Width−Deff）／（Deff×BiteSizeRatio））
    を算出する、
    請求項１８の方法。
  20. さらに、前記トレンチの中心で一定のフルエンスを維持するように前記レーザビームのパワーを調整し、
    前記パワーを調整することにより前記ビーム軌跡に沿った前記レーザビームの速度に対する変化が生じ、
    さらに前記パワーを調整することにより前記トレンチの前記幅に対する変化が生じる、
    請求項１７の方法。
  21. 前記トレンチの前記中心での前記フルエンスは、前記複数のディザ行により定義されるグリッド内で前記ワークピースに照射される線量の関数であり、前記線量は前記パワーを前記速度で除算したものに等しく、各ディザ行の有効幅は、前記ディザ行における前記点の数に前記ディザ行における前記点間の距離を乗算したものに等しく、各ディザ行の前記フルエンスは、前記線量を前記それぞれのディザ行の有効幅で除算したものに等しい、請求項１７の方法。
  22. 前記トレンチは、円弧セグメントを含み、前記円弧セグメントの内半径に対する前記レーザビームの速度は、前記円弧セグメントの外半径に対する前記レーザビームの速度より低く、
    さらに、前記円弧セグメントの内半径及び外半径に対するディザ点位置の関数として前記レーザビームのパワーを調整する、
    請求項２１の方法。
  23. さらに前記パワーを調整するときに、
    前記円弧セグメントの内半径に沿って前記パワーを減らして速度を減少させ、
    前記円弧セグメントの外半径に沿って前記パワーを増やして速度を増加させる、
    請求項２２の方法。
  24. レーザダイレクトアブレーションシステムを用いてワークピース上の２次元のスカイブ領域をレーザ加工する方法であって、
    前記スカイブ領域内でレーザスポット位置のグリッドを生成し、前記グリッド内の前記レーザスポット位置間の間隔は、少なくとも部分的にレーザスポットサイズ及び隣接するレーザスポットの所望の重なりに基づいており、
    前記グリッドをビーム軌跡に沿ったレーザビーム光路のそれぞれのパスに対応する複数のストリップに分割し、各ストリップは前記ビーム軌跡に対してディザ方向に沿った複数のディザ行を有し、
    第１の位置決めシステムを用いて、前記複数のストリップにわたって連続的に前記ビーム軌跡に沿った前記レーザビーム光路の第１の相対移動を生じさせ、
    第２の位置決めシステムを用いて、各ディザ行に対して前記ディザ方向に沿った前記レーザビーム光路の第２の相対移動を生じさせ、前記第２の相対移動は前記第１の相対移動に重ね合わされ、
    前記スカイブ領域内の前記レーザスポット位置への前記レーザビーム光路に沿って複数のレーザビームパルスを前記ワークピースに照射する、
    方法。
  25. さらに、前記ディザ行のそれぞれに対してデータをフィルタリングして、前記グリッドの隣接するストリップの両側に沿ってレーザスポット強度プロファイルに傾斜を付け、深さの変化が前記スカイブ領域内で制御されるように前記レーザビームの前記パス間に重なりを形成し、前記複数のレーザビームパルスのそれぞれに対する前記レーザスポット強度は、前記フィルタリングされたデータに基づいて選択される、
    請求項２４の方法。
  26. 前記データは、ディザ行ごとに１組の振幅点を含む、請求項２５の方法。
  27. さらに、前記データをフィルタリングして、前記それぞれのストリップの１以上の端部で前記レーザスポット強度プロファイルに傾斜を付ける、
    請求項２５の方法。
  28. 前記第１の位置決めシステムは、ガルバノメーター駆動ミラー及びファーストステアリングミラーからなる群から選択される１以上のビームポジショナを備える、請求項２７の方法
  29. 前記第２の位置決めシステムは、音響光学偏向器及び電気光学偏向器からなる群から選択される１以上のビームポジショナを備える、請求項２７の方法。
  30. さらに、前記音響光学偏向器を制御して、レーザスポット強度プロファイルに従って前記レーザビームパルスのそれぞれの振幅を調整する、
    請求項２９の方法。
  31. さらに、前記グリッド内の各ストリップが整数個のディザ行を含むように前記ビーム軌跡の速度を調整する、
    請求項２４の方法。
  32. 前記ビーム軌跡の方向におけるレーザスポット位置の間のオン軸間隔は、少なくとも部分的に加工速度及びディザリングパラメータに基づいている、請求項２４の方法。
  33. さらに、前記レーザビーム光路が前記グリッドの第１のストリップから前記グリッドの第２のストリップに移動するときに、前記ディザ方向を反転させる、
    請求項２４の方法。
  34. さらに、
    前記グリッドの連続するストリップを加工する間で前記ビーム軌跡の方向を変更し、
    前記ビーム軌跡の方向に基づいて前記ディザ方向を選択する、
    請求項２４の方法。
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