JP4820071B2 - マルチビーム微細加工システムおよびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、包括的にマルチレーザビーム位置決めおよびエネルギー供給システムに関し、特に、電気回路基板に孔を形成するために用いられるレーザ微細加工システムに関する。

各種レーザシステムが、基板を微細加工または熱処理するために用いられる。従来のレーザシステムは、基板上にビームを集束するようにビーム操作デバイスと基板の間に位置する集束光学部品を用いる。

複数の個別に位置決め可能なレーザビームを用いるレーザ微細加工デバイスは、２００２年６月１３日に出願された、「Multiple Beam Micro-Machinig System and Method」と題する同時係属中の米国特許出願第１０／１７０，２１２号（その開示は全体を参照により援用される）に記載されている。

薄膜材料、例えばフラットパネルディスプレイ基板上の薄膜を熱処理するための複数の個別に位置決め可能なレーザビームを用いるレーザデバイスが、２００３年２月２４日に出願された、「Method for Manufacturing Flat Panel Display Substrates」と題する同時係属中のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ０３／００１４２号（その開示は全体を参照により援用される）に記載されている。

本発明は、ｆ−θ走査レンズの使用を回避する、集束レーザエネルギーのマルチビームを基板に同時に供給する改善されたマルチビームレーザビームエネルギー供給システムを提供しようとするものである。

本発明はさらに、ビーム操作デバイスと基板の間に設置される集束光学部品を回避する、集束レーザエネルギーのマルチビームを基板に同時に供給する改善されたマルチビームレーザビームエネルギー供給システムを提供しようとするものである。

本発明は、さらにまた、マルチレーザビームのそれぞれを個別に集束する、レーザエネルギーのマルチビームを基板に供給する改善されたマルチビームレーザビームエネルギー供給システムを提供しようとするものである。本発明の一実施の形態によれば、マルチレーザビームのそれぞれは、ビーム操作アセンブリの上流で個別に集束される。

本発明は、さらにまた、レーザビームのそれぞれを個別に操作するよう、かつビーム操作と協働してレーザビームのそれぞれを個別に集束するよう動作する、レーザエネルギーのマルチビームを基板に供給する集積マルチレーザビームエネルギー供給システムを提供しようとするものである。

本発明は、さらにまた、被加工物上の個別に選択可能な場所にレーザエネルギーを供給するよう動作するマルチレーザビームレーザエネルギー供給システムであって、ビーム集束光学部品の下流に配置されたビーム操作モジュールのアレイを有するデバイスを提供しようとするものである。本発明の一実施の形態によれば、ビーム集束光学部品は、選択可能な場所にマルチレーザビームのそれぞれを個別に集束するよう動作する。

本発明は、さらにまた、複数のレーザビームに対して過剰な個数の独立した集束モジュールを有する、被加工物にレーザエネルギーのマルチビームを供給するためのマルチレーザビームエネルギー供給システムを提供しようとするものである。本システムは、いくつかの集束モジュールを用いて基板上の第１の組の場所に集光レーザビームを供給するよう、かつ同時に他の集束モジュールを焦点を合わせるように移動させて、その後、基板上の第２の組の場所に集束レーザビームを供給するよう動作する。本発明の一実施の形態によれば、焦点を合わせるように集束モジュールを移動させるのに必要とされる時間は、集束モジュールを選択するのに必要とされる時間よりも長い。集束モジュール間の切換えに必要とされる時間は、隣接するパルス間の時間間隔よりも短い。

本発明は、さらにまた、レーザビームの数量よりも多い数量のレーザビーム集束モジュールと、選択可能な集束モジュールに各ビームを向けるために用いられるビーム指向器とを有する、被加工物にレーザエネルギーのマルチビームを供給するための、改善されたマルチビームレーザビームエネルギー供給システムを提供しようとするものである。第１の組のレーザビーム集束モジュールにより基板上の第１の組の選択可能な場所に集束されるレーザエネルギーを供給する一方、他のレーザビーム集束モジュールを、焦点を合わせるように移動させて、その後、次の異なる選択可能な場所に集束レーザエネルギーを供給する。

したがって、本発明の一実施の形態により、少なくとも１つのレーザビームを供給する少なくとも１つのレーザエネルギー源と、被加工物上の複数の対象サブエリア（ともに対象エリアにわたっている）に少なくとも１つのレーザビームを選択可能に操作するように配列された複数のレーザビームモジュールとを備え、複数のレーザビームモジュールは、ｆ−θレンズの介在なしで、被加工物上に少なくとも１つのレーザビームを集束するようさらに動作する、被加工物にレーザエネルギーを供給する装置および方法が提供される。

したがって、本発明の別の実施の形態によれば、パルス繰返し数で動作するとともに少なくとも１つのパルスレーザビームを供給する少なくとも１つのパルスレーザエネルギー源と、被加工物上の選択された場所に少なくとも１つのレーザビームのそれぞれを選択可能に集束するように配列された複数のレーザビーム集束光学モジュールとを備え、複数のレーザビーム集束光学モジュールは、少なくとも１つのレーザビームよりも数が多く、それによって、少なくとも１つの冗長なレーザビーム集束光学モジュールが決められる、被加工物にレーザエネルギーを供給する装置および方法が提供される。

したがって、本発明のさらに別の実施の形態によれば、少なくとも１つのレーザビームを供給する少なくとも１つのレーザエネルギー源と、対象物上の選択可能な場所に少なくとも１つのレーザビームを選択可能に操作するように配列された複数のレーザビーム操作モジュールと、レーザビーム操作モジュールに関連した、被加工物上にレーザビームを集束する複数のレーザビーム集束光学モジュールとを備える、被加工物にレーザエネルギーを供給する装置および方法が提供される。

本発明のさらに別の実施の形態によれば、被加工物上の少なくとも２つの異なる場所にレーザエネルギーを供給する少なくとも２つのレーザビームを供給するレーザエネルギー源と、少なくとも２つのレーザビームを受け取る少なくとも２つの光学部品であって、同時に少なくとも２つのレーザビームのそれぞれのビームパラメータを個別に制御するよう動作する少なくとも２つの光学部品と、少なくとも２つのレーザビームを受け取り、かつ製造中の電気回路上の個別に選択可能な場所に少なくとも２つのレーザビームを個別に操作するよう動作するレーザビーム操作組立品とを備える、被加工物にレーザエネルギーを供給する装置および方法が提供される。

したがって、本発明のさらに別の実施の形態によれば、複数のレーザビームを同時に出力する少なくとも１つのレーザビーム源と、電気回路基板上の個別に選択可能な場所に当たるように複数のレーザビームを向けるよう、少なくとも１つのレーザビーム源と電気回路基板の間に配置される複数の個別に操作可能なレーザビーム偏向器と、ｆ−θ光学部品なしで、個別に選択可能な異なる場所に複数のレーザビームを集束するよう動作する集束光学部品とを備える、電気回路基板にレーザエネルギーを供給する装置および方法が提供される。

したがって、本発明のさらに別の実施の形態によれば、少なくとも１つのパルスレーザビームを供給する少なくとも１つのパルスレーザエネルギー源と、異なる焦点距離で対象物上の選択された場所に少なくとも１つのレーザビームを選択可能に操作するように配列された複数のレーザビーム操作モジュールであって、少なくとも１つのレーザビームよりも数が多く、それによって、少なくとも１つの冗長なビーム操作モジュールが決められる複数のレーザビーム操作モジュールと、対応するレーザビーム指向器モジュールに中を通過するレーザビームを自動的に集束して、異なる焦点距離を補償する、複数のレーザビーム操作モジュールの上流の複数のレーザビーム自動集束光学モジュールであって、少なくとも１つのレーザビームよりも数が多く、それによって、少なくとも１つの冗長なレーザビーム自動集束光学モジュールが決められる、複数のレーザビーム自動集束光学モジュールとを備え、複数のレーザビーム指向器モジュールと複数のレーザビーム自動集束光学モジュールの冗長度は、少なくとも１つのパルスレーザエネルギー源のパルス繰返し数と自動集束光学モジュールのサイクル時間の差を補償する、基板にレーザエネルギーを供給する装置および方法が提供される。

本発明の各種実施の形態は、以下の機構および特徴のうち１つまたは複数を含む。しかしながら、以下の構成要素、機構、および特徴のいくつかは単独で見られてもよく、または他の機構および特徴と組み合せて見られてもよく、以下の構成要素、機構、および特徴のいくつかは、他のそれらを改善したものであり、以下の構成要素、機構、および特徴のいくつかの実施は、他の構成要素、機構、および特徴の実施を排除することに留意されたい。

レーザエネルギー源は、レーザ、および該レーザの出力を複数のレーザビームに変換するよう動作するレーザビームスプリッタを備える。

レーザエネルギー源は、レーザ、および該レーザの出力を受け取るよう、かつ複数の個々に向けられるレーザビームを供給するよう動作するレーザビーム指向器を備える。

ビームスプリッタは、レーザビームを受け取るよう、かつ個別に選択可能な方向に少なくとも２つのレーザビームのそれぞれを出力するよう動作する。

レーザエネルギー源は、レーザ、および該レーザの出力を選択可能な数のレーザビームに分割するよう、かつ選択可能な場所に各レーザビームを個別に送るよう動作するＡＯＤ（音響光学素子）を備える。

レーザビームモジュールは、被加工物上の選択可能な場所に少なくとも１つのレーザビームを操作するよう動作する少なくとも１つのレーザビーム操作モジュール、および被加工物上に少なくとも１つのレーザビームを集束するよう動作する、少なくとも１つのレーザビーム操作モジュールの上流に少なくとも１つのレーザビーム集束光学モジュールを備える。

任意選択的に、レーザビームモジュールは、被加工物上の選択可能な場所に少なくとも１つのレーザビームを操作するよう、かつ選択的に延伸または後退して選択可能な場所までの実際の距離を補償し、それによって、被加工物上に焦点を合わせて少なくとも１つのレーザビームを供給するよう動作する少なくとも１つのレーザビーム操作モジュールを備える。

レーザビームモジュールは、アレイに配置された複数のレーザビーム操作モジュールを備え、各レーザビーム操作モジュールは、対応する対象サブエリアの選択可能な場所にレーザビームを操作するよう動作する。

各レーザビーム操作モジュールは、他のレーザビーム操作モジュールとは個別に選択可能な場所にレーザビームを操作するよう動作する。

レーザビーム集束光学モジュールは、対応するレーザビーム操作モジュールと協働して動作し、被加工物上の選択可能な場所にレーザビームを集束するよう動作する。

レーザビームモジュールは、複数のレーザビーム操作モジュールおよび対応する複数のレーザビーム集束光学モジュールを備える。各レーザビーム集束光学モジュールは、対象サブエリアの任意の選択可能な場所にレーザビームを集束するよう動作する。

レーザビームモジュールは、少なくとも１つの予備のレーザビームモジュールを備える。

レーザビームはパルスレーザビームである。最初のパルスの間、第１のレーザビーム操作モジュールが、第１の選択可能な場所に焦点を合わせてレーザビームを操作するよう動作する。後続パルスの間、第２のレーザビーム操作モジュールが、第１の選択可能な場所とは異なる第２の選択可能な場所に焦点を合わせて少なくとも１つのレーザビームを操作するよう動作する。

レーザビーム操作モジュールは、対象サブエリアの選択可能な場所にレーザビームを選択可能に操作するように配列される。対象サブエリアの少なくともいくつかの選択可能な場所は、対応する集束光学モジュールとは異なる焦点距離のところにある。集束は、集束光学モジュールの集束パラメータをダイナミックに変更することによって達成される。

レーザビームは、選択可能なレーザビーム集束光学モジュールに選択可能に向けられることができる。レーザビームのそれぞれのレーザビーム集束光学モジュールの冗長度は、パルス繰返し数とレーザビーム集束光学モジュールのそれぞれのサイクル時間の差を補償する。

パルスレーザエネルギー源の第１のパルスの間、第１のレーザビーム集束光学モジュールは、被加工物上に第１のパルスレーザビームを集束するよう動作する。

パルスレーザ源の第１のパルスの間、冗長なレーザビーム集束光学モジュールは、被加工物上の後続の選択可能な場所にパルスレーザエネルギー源の後続パルスの間に出力すべき後続パルスレーザビームを集束するのに必要とされる位置に再位置決めされる。

パルスレーザエネルギー源は、各パルスの間、複数のパルスレーザビームを供給するよう動作する。

パルスレーザエネルギー源は、各パルスに対して複数のパルスレーザビームを供給するよう動作し、複数のレーザビーム集束光学モジュールは、各レーザビームのそれぞれに対し少なくとも１つの冗長なレーザビーム集束光学モジュールを有する。

被加工物上にレーザビーム集束するようにレーザビーム集束光学モジュールを構成するサイクル時間は、少なくとも１つのパルスレーザ源のパルスを分離する時間間隔を上回る。

パルスレーザエネルギー源は、少なくとも１つのパルスレーザビームを選択可能に偏向する偏向器を備える。偏向器のサイクル時間は、パルスレーザ源のパルス間の時間間隔よりも短い。

パルスレーザエネルギー源の最初のパルスの間、偏向器は、第１のレーザビーム集束光学モジュールに最初のレーザビームを偏向するよう動作し、次のパルスの間、偏向器は次のレーザ出力を冗長なレーザビーム集束光学モジュールに偏向するよう動作する。

複数のレーザビーム操作モジュールは、被加工物上の選択可能な場所にレーザビームを操作するよう、複数のレーザビーム集束光学モジュールの下流に設けられる。

レーザビーム集束モジュールは、回動に起因する平坦な面までの距離の変化を補償するために延伸または後退するよう動作する選択的に回動するミラーを有する。

レーザビーム集束モジュールは、少なくとも１つのレーザビームの操作に応じての光路長の変化を補償するためにレーザビーム操作モジュールの一部を移動させるよう動作する少なくとも１つのアクチュエータを備える。

パルスレーザは、Ｑ切換えパルスレーザを含む。

パルスレーザは、赤外線スペクトルのレーザビームを出力する。

レーザビーム操作組立品は、複数のレーザビーム操作モジュールを備える。レーザビーム操作モジュールは、レーザビーム操作モジュールの二次元アレイに配置される。

集束組立品は、レンズモジュールのアレイに配置された少なくとも２つの力学的に可動な光学素子を備える。

可変ビームパラメータは集束パラメータである。集束モジュールは、それぞれ個別に選択可能な場所に同時に少なくとも２つのレーザビームを個別に集束するよう動作する。少なくとも２つのレーザビームは、同一のレーザビーム源から引き出される。

集束モジュールのアレイは、レーザビーム源とレーザビーム操作組立品の間に配置される。

集束モジュールは、別の集束モジュールの可動レンズ素子のそれぞれに対して個別に可動な少くなくとも１つのレンズ素子を備える。

コントローラは、それぞれ個別に選択可能な場所に少なくとも２つのレーザビームを個別に集束するように可動レンズ素子を個別に移動させるよう動作する。

ズームレンズ素子は、少なくとも２つのレーザビームを受け取るよう、かつレーザビームのビーム直径特性を変えるよう動作する。

レーザビームは、対象サブエリア内の複数の選択可能な場所のうち個別に選択可能な場所に焦点を合わせるように供給可能である。個別に選択可能な場所の少なくともいくつかは、異なる集束パラメータを有する。集束は、ビームのそれぞれを個別にダイナミックに集束することによって達成される。

集束モジュールは、対応する焦点距離に応じて個別に選択可能な場所に各レーザビームを集束するよう動作する。

ビーム操作組立品は、反射体それぞれを個別に枢動させるように反射体にそれぞれが結合された少なくとも２つのアクチュエータを備える。アクチュエータはさらに、少なくとも２つのレーザビームのビーム集束パラメータを個別に調整するように各反射体を延伸または後退させるよう動作する。

レーザビームは、製造中の電気回路にビアホールを生成するようにレーザエネルギーを供給するよう動作する。

レーザビームは、製造中の電気回路の受動電気部品をトリミングするようにレーザエネルギーを供給するよう動作する。

製造中の電気回路は、製造中のプリント回路基板、製造中の集積回路、製造中のフラットパネルディスプレイである。

レーザビームは、製造中のフラットパネルディスプレイ等の製造中の電気回路においてシリコンをアニールするようにレーザエネルギーを供給するよう動作する。

レーザビームは、製造中の集積回路または製造中のフラットパネルディスプレイ等の製造中の電気回路におけるイオン注入を容易にするようにレーザエネルギーを供給するよう動作する。

したがって、本発明のさらに別の実施の形態によれば、複数の動作領域を有するビーム偏向器であって、複数の動作領域のうち第１の動作領域でレーザビームを受け取るように、かつ制御入力信号に応答して選択可能な数の出力ビームセグメントを提供するよう動作するビーム偏向器を備える、レーザビームをダイナミックに分割する装置および方法が提供される。

したがって、本発明のさらに別の実施の形態によれば、複数の動作領域を有するビーム偏向器素子であって、複数の動作領域のうち第１の動作領域で入力レーザビームを受け取るよう、かつ少なくとも１つのさらなる動作領域から出力される複数の出力ビームセグメントを提供するよう動作するビーム偏向器素子を備え、少なくとも１つの出力ビームは、第１の制御入力信号に応答して個別に偏向される、レーザビームを力学的に偏向する装置および方法が提供される。

したがって、本発明のさらに別の実施の形態によれば、複数の動作領域のうち第１の動作領域でレーザビームを受け取るよう動作する複数の動作領域を有するビーム偏向器を備え、さらに、制御入力信号に応答して選択可能な数の出力ビームセグメントを生成し、少なくとも１つの出力ビームは、第２の動作領域から出力される、レーザビームを力学的に分割する装置および方法が提供される。

本発明のこれらの態様の各種実施の形態は、以下の機構および特徴のうち１つまたは複数を含む。しかしながら、以下の構成要素、機構、および特徴のいくつかは単独で見られてもよく、または他の機構および特徴と組み合せて見られてもよく、以下の構成要素、機構、および特徴のいくつかは、他のそれらを改善したものであり、以下の構成要素、機構、および特徴のいくつかの実施は、他の構成要素、機構、および特徴の実施を排除することに留意されたい。

ビームスプリッタ／偏向器を制御する制御入力信号は、各出力ビームセグメントをそれぞれが制御する一連のパルスを含む。

出力ビームのそれぞれは、制御入力信号の特性により制御されるエネルギーパラメータを有する。

出力ビームセグメントのそれぞれは、制御入力信号のパルスの特性により制御される各偏向角度だけ偏向される。

出力ビームセグメントのそれぞれは、選択可能な数の出力ビームセグメントに関係なく、ほぼ同じ断面形状を有する。

選択可能な数の出力ビームセグメントは、制御可能なエネルギーパラメータを有する。エネルギーパラメータはエネルギー密度またはフルエンス（fluence）である。

出力ビームセグメントにおけるエネルギー密度は、ほぼ均一になるように選択可能である。任意選択的に、このエネルギー密度は概ね均一ではないように選択可能である。

ビーム偏向器は、制御入力信号に応答して各選択可能な方向に出力ビームセグメントを向けるよう動作する。

ビーム偏向器は、音響光学偏向器、および制御入力信号に応答して音響光学偏向器内に音響波を生成するトランスデューサを備える。偏向器は、制御入力信号により形成される音響波に応じて複数の動作可能領域のそれぞれにレーザビームを回折する。

ビーム偏向器は、複数の動作可能領域のうち第１の動作領域から第２の方向に向けられた出力ビームセグメントを受け取るよう、かつ複数の動作領域のうち第２の動作領域に出力ビームセグメントを向けるよう動作する。

ビーム再指向器は、再指向ビームの一部をビームスプリッタ／偏向器の動作領域にそれぞれ通過させる複数の領域を有し、かつ再指向ビームの残りの部分を平行ミラーに反射させる第１のミラーを備える。

ビーム反射体・偏向器により出力されるビームセグメントは、互いに平行ではない。

入力レーザビームは、複数の動作領域のうち第１の動作領域において空間断面を有する。ビーム再指向器は、再指向される出力ビームセグメントの空間断面が入力ビームの空間断面とほぼ同じであるように再指向出力ビームセグメント上で動作する、補償光学部品を備える。

制御入力信号は、ビームの方向を制御する周波数特性、および出力ビームのエネルギーパラメータを制御する増幅特性を有する。

上記の装置および方法のそれぞれは、例えば選択された場所で材料を削磨するためにレーザエネルギーが電気回路基板に供給される、電気回路を製造するプロセスの一部として、または、アニーリングあるいはイオン注入プロセスの一部として用いることができる。例えばさらなるフォトリソグラフィ法、エッチング法、または金属蒸着法が挙げられるがこれらに限定されないさらなる電気回路の製造作業は通常、電気回路基板上で行われる。

本発明は、図面の参照とともに、以下の詳細な説明からさらに詳細に理解されるであろう。

図１及び図２を参照する。図１は、電気回路を製造する本発明の好ましい実施の形態により構成され動作するシステムおよび機能の一部が絵により一部がブロック図による簡略図である。図１Ｂは、図１Ａのシステムおよび機能において用いられるレーザによって出力されるレーザパルスのタイミンググラフである。図１Ａに見られるシステムは、レーザ微細加工装置１０を有し、この微細加工装置は、概括的に、電気回路基板等の被加工物にマルチビームのエネルギーを同時に供給するよう動作する。

装置１０は、プリント回路板の製造中にプリント回路基板１４の場所１３にあるビア１２等の孔を微細加工することに関して特に有用である。装置１０は、本記載の本発明から逸脱せずに、基板の微細加工または熱処理を用いた他の適した製造プロセスでの使用に適応することができる。これらのプロセスには、フラットパネルディスプレイでのアモルファスシリコンの選択的なアニーリング法、フラットパネルディスプレイの薄膜トランジスタ等の半導体トランジスタの選択的なレーザ支援ドーピング法、電気回路からのはんだマスクの除去、およびプリント回路板に埋め込まれた抵抗器ならびにボールグリッドアレイ基板および「フリップチップ」型半導体回路のバンプ等の受動電気部品のトリミングが挙げられるがこれらに限定されない。したがって、本発明は、プリント回路板を微細加工することに関して説明しているが、本発明の範囲はこの用途のみに限定されるべきではない。

以下に説明されるシステムおよび方法を用いて微細加工するのに適した基板１４等のプリント回路基板は、通常、１つまたは複数の電気回路層を有する誘電体基板（例えばエポキシガラス）を含む。通常、導体パターン１６は、各電気回路層上に選択的に形成される。基板は、単一の層から形成されてもよく、または、別法では、互いに接着された複数の基板層を有する積層から形成されてもよい。さらに、図１Ａに見られるように、基板１４の最外層はその上に形成される導体パターン１６を含むことができる。あるいは、基板１４の最外層は、例えば参照符号１７で示す領域に示されるように、基板１４の外表面のひと続きの部分の上に概ね重なる金属箔を含むことができる。他の関連の応用形態に関して、基板１４は、例えば製造中のフラットパネルディスプレイであってもよい。

本発明の一実施の形態によれば、図１Ａに見られるように、レーザ微細加工装置１０は、パルスレーザビーム２２を出力するパルスレーザ２０を備える。パルスレーザビーム２２は、レーザパルスグラフ２６（図１Ｂ）においてピーク２４および２５で概略的に示された光パルスの流れにより画定される。本発明の一実施の形態によれば、パルスレーザ２０は、約１０〜１００ＫＨｚ、好ましくは約１０〜３０ＫＨｚでのパルス繰返し数でパルスＵＶレーザビーム２２を供給する３倍周波数ＱスイッチＹＡＧレーザである。適当なＱスイッチレーザは、例えばＳｐｅｃｔｒａ Ｐｈｙｓｉｃｓ（Lightwave Electronics and Coherent,Inc.、米国、カリフォルニア州所在）から現在入手可能である。プリント回路板を製造するために用いられる典型的な材料と適切に相互作用する、他の市販のパルスレーザも用いることができる。

パルスレーザ２０としての使用に適した別のレーザは、ガラスを含有する基板を微細加工するのに特に適したパルスＵＶレーザビームを出力するよう動作し、本出願人の同時係属中の米国特許出願第１０／１６７，４７２号（その開示は全体が参照により援用される）に記載されている。

図１Ａに見られる実施の形態では、パルスレーザビーム２２は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）３０等の第１の可変偏向器組立品の像面（図示せず）に供給され且つくびれを有する狭ビーム２３へ、ビーム２２を平坦化するよう動作する円筒レンズ等の第１のレンズ２８に入射する。好ましくは、ＡＯＤ３０は、トランスデューサ素子３２、および石英または他の適した結晶質材料から形成される半透明の結晶部材３４を含む。

図１Ａに見られる微細加工装置１０の各種設計細部（光学技術者の知識の範囲内にある）は、本発明の重要な教示点を明確にし、かつ曖昧にしないようにするために省いてある。例えば、各種レンズおよび光路は等尺率で描かれていない。さらに、いくつかのレンズ、例えばレンズ２８（これに限定されない）は、図示していないいくつかの別個のレンズ素子を含む。同様に、複雑なレーザエネルギー供給システムに通常必要とされる、光学技術者の技能の１つであるビーム安定化手段は、本発明の重要な教示点を明確にし、かつ曖昧にしないようにするために、図面から省かれている。

次に図１Ａに戻ると、トランスデューサ３２は、制御信号３６を受け取り、ＡＯＤ３０の結晶部材３４内を伝搬する音響波３８を生成する。制御信号３６は、ＲＦモジュレータ４０により供給され、好ましくはダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）４２、または他の適した信号発生器（例えば電圧制御発振器（ＶＯＣ））により駆動される、ＲＦ信号であることが好ましい。ＤＤＳ４２およびレーザドライバ（図示せず）と動作時に通信するシステムコントローラ４４が、制御信号３６の生成と、パルスレーザビーム２２を画定するレーザパルス２４の生成とを調整するために設けられ、それにより、製造すべき電気回路の所望の設計パターンに従って、例えば削磨により基板１４の部分が除去される。かかる設計パターンは、例えば、ＣＡＤまたはＣＡＭ（コンピュータ支援設計またはコンピュータ支援製造）データファイル４６または製造すべき電気回路の他の適したコンピュータファイル表現により提供されることができる。

例えば、２００２年６月１３日に出願された、「Multiple Beam Micro-Machining System and Method」と題する、本出願人の同時係属中の米国特許出願第１０／１７０，２１２号、および２００３年２月２４付けで出願の、「Method for Manufacturing Flat Panel Display Substrates」と題する同時係属中のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ０３／００１４２号（これらの開示は、全体が参照により援用される）に開示されているように、例えばアモルファスシリコンのレーザ支援アニーリング法または薄膜トランジスタ内へのレーザ支援イオン注入法における使用のために、用途によっては、パルスレーザビーム２４を基板１４に供給して、削磨せずに基板の部分を加熱する。

当該技術分野において周知のように、結晶部材３４内の音響波３８の存在により、ビーム２３は、結晶部材に入射すると入力ビームの軸に付随する軸に対して角度θ_ｎで偏向される。角度θ_ｎは、以下の式による音響波３８の周波数ｆ_ｎの関数である：

θ_ｎ＝Δｆ_ｎ×λ／υ_ｓ
ただし、Δｆ_ｎ＝ｆ_ｎ−ｆ_０、
λ＝ビーム２２の波長、
υ_ｓ＝ＡＯＤ３０の結晶３４内での音速、および
ｎは、以下に説明するように、レーザサブビームの指数を表す整数である。

本発明の一実施の形態によれば、ＡＯＤ３０は、ビーム２３が分割されるセグメントの数ならびに各セグメントの偏向角度のうちの少なくとも一方を統制する、ダイナミックビームスプリッタ・ビーム偏向器として機能するよう動作する。信号３６は、結晶部材３４の活性部分内に均一な周波数で音響波３８を伝搬させるように選択可能に供給されることができる。あるいは、信号３６は、結晶部材３４の活性部分内を異なる周波数で音響波３８を伝搬させるように選択可能に供給されることができる。

本発明の一実施の形態によれば、信号３６は、音響波３８がレーザビーム２３のレーザパルス２４と相互作用する瞬間に音響波３８が少なくとも２つの異なる周波数成分を含むように、異なる周波数でＡＯＤ３０内に音響波３８を生成する。これらの周波数成分は、例えば少なくとも２つの異なる重畳周波数を構成してもよく、またはそれぞれが同じ周波数を有する２つの空間的に分離した領域を構成してもよい。２つ以上の周波数成分を有する音響波３８を生成することにより、ビーム２３のセグメント化、および各セグメントがＡＯＤ３０から出力される各方向が制御される。通常、信号３６は、ビーム２３のレーザパルス２４または２５がＡＯＤ３０に入射する瞬間に、音響波３８において生じる異なる周波数成分がＡＯＤ３０内で空間的に分離するように、タイミング制御される一連のパルス３７を含む。あるいは、異なる周波数が、空間的にオーバラップする周波数成分を有する複雑な波形（図示せず）で重畳される。

本発明の一実施の形態によれば、音響波３８は、非均一な波形で結晶部材３４内を伝搬し、ビーム２３が少なくとも２つのビームセグメント５０、すなわちサブビームにセグメント化されるようにレーザビーム２３と相互作用する。

ビームセグメント５０は、図１Ａに実線で描かれている。以下にさらに詳細に説明するように、ビームセグメント５０は、ビーム経路５１で示す複数の異なるビーム経路のうち任意の経路に沿って伝搬することができる。ビームセグメント５０が占めていない経路は、図１Ａに点線で描かれている。ビームセグメント５０のそれぞれは、レーザビーム２３のパルスが結晶部材３４に当たる時点で、結晶部材３４内の音響波３８の音響波周波数（単数または複数）の関数である角度θ_ｎで個別に偏向されることが好ましい。

ビームセグメント５０のそれぞれは、例えば１つのみの周波数を有する音響波により供給される単一のセグメントであるか、または例えば長さに沿って複数の異なる周波数を有する音響波により提供される、図１Ａに見られる複数のセグメントであるかにかかわらず、可変偏向器組立品５２に入射するように向けられる。可変偏向器組立品５２は、ビーム操作モジュール５４のアレイを含む。各モジュールは、個別に傾斜可能な反射体素子５６、および各反射体素子５６に入射するビームを基板１４上の選択可能な場所に操作するように、各反射体素子５６を所望の空間向きに個別に傾斜させるよう動作するアクチュエータ５８を含む。

本発明の一実施の形態によれば、可変偏向器組立品５２は、光学ＭＥＭＳデバイスを含むか、または適した圧電モータにより傾斜可能なミラーのアレイとして形成されるか、またはガルバノメータのアレイとして形成されるか、または個別に傾斜可能な反射体デバイスの任意の他の適したアレイを含む。図１Ａに見られる可変偏向器組立品５２の構成例では、圧電により作動されるビーム操作モジュール５４の４×５のアレイが設けられている。適した数量の個別に傾斜可能な操作モジュール５４を含めた任意の他のアレイを用いてもよい。

図１Ａに見られるように、各ビーム操作モジュール５４の動作は、例えばシステムコントローラ４４と動作時に通信するサーボコントローラ６０により個別に制御される。各ビーム操作モジュール５４は、製造すべき電気回路の所望の設計パターンに従って、基板１４の所要の場所１３に当たるように対応のビームセグメント５０を適切に操作する。かかる設計パターンは、例えばＣＡＭデータファイル４６または製造すべき電気回路の他の適したコンピュータファイル表現により提供されることができる。

次に、ＡＯＤ３０の下流の光路に沿って進むと、ビームセグメント５０が一平面（入射ビーム２３の光学軸に相対した向きになっている）内にあるようにＡＯＤ３０から出力される様子が図１Ａに見られる。ＡＯＤ３０によりビームセグメント５０が偏向される角度θ_ｎは、通常、入射ビーム２３の光学軸に対して非常に小さく、１０^−２ラジアンのオーダである。より小型のシステムを提供するために、ビームセグメント５０間の間隔を増すよう動作する、レンズ６０で概略的に表した１つまたは複数の伸縮式光学素子等のビーム角度エクスパンダーがＡＯＤ３０の下流に設けられる。

線形−二次元マッピング組立品６２は、ビームセグメント５０（上述のように第１の平面内ある）を受け取り、それらを、ビーム反射体６６のアレイを含む第１の平行ビーム反射体組立品６４に向ける。マッピング組立品６２は、所与のマッピングセクション６３に当たる、ＡＯＤ３０により出力される各ビームセグメント５０が、対応のビーム反射体６６（これにマッピングされる）に向けられるように、適した空間向きにそれぞれが位置決めされる複数のマッピングセクション６３を有して形成される。

各ビーム反射体６６は、他のビーム反射体６６のそれぞれに空間向きを個別に調整することを可能にする、適切に調整可能なホルダー内に設置される。本発明の一実施の形態によれば、反射体６６のアレイは、マッピング組立品６２から受け取ったビームセグメント５０をビーム経路５１に沿って向けるように配置される。ビーム経路５１の少なくとも一部、および図１Ａに見られる実施の形態ではビーム経路５１の全てが、ビーム２３が沿って伝搬する平面に対して垂直に変位されることに留意されたい。しかしながら、ビーム経路５１の全ては、反射体組立品６４と偏向器組立品５２の間で平行な向きを概ね維持する。したがって、ビームセグメント５０は、ビーム２３が伝搬する平面の外の平面にある場所に到達するように平行なビーム経路５１に沿って伝搬する。

したがって、図１Ａに見られるように、本発明の一実施の形態では、可変偏向器組立品５２に入射する前に、ビーム経路５１は、反射体組立品６４の下流で、それぞれ、ビームセグメント５０の断面直径を制御するズーム機能を提供するズームレンズのアレイ６８、ビーム整形機能を提供するビーム整形レンズのアレイ７０、およびビーム経路５１の任意の経路のビームセグメント５０のための独立した集束機能を提供する個別に制御可能なビーム集束レンズのアレイ７２を通過する。ビーム経路５１のそれぞれは、可変偏向器組立品５２の対応するビーム操作モジュール５４に到達する。操作モジュール５４に到達するビーム５０は、反射素子５６により、基板１４上の個別に選択可能な場所１３にアドレスするように個別に操作される。

図１Ａに見られる実施の形態では、各反射素子５６の空間向きは、例えば、矢印５９で示す方向に動作する星形構成で配置された少なくとも３つの圧電ポジショナ５８を含む位置決めデバイスにより個別に制御される。適した圧電ポジショナは、２００２年６月１３日に出願された、「Multiple Beam Micro-Machining System and Method」と題する同時係属中の米国特許出願第１０／１７０，２１２号（その開示は全体が参照により援用される）に記載されている。

ズーム機能は、例えばズームレンズのアレイ６８（各ビーム経路５１について１つのズームレンズが設けられている）を移動させることによって提供されることができる。かかる構成は、各ズームレンズがより小さく、かつより安価であることができるために好ましく、その一方、ビームセグメント５０の全てまたは任意のいくつかを伝搬するビームを受け取る１つまたは複数のズームレンズを用いてもよい。通常、ズームレンズアレイ６８のレンズは、全てのビームセグメント５０が概して同じ直径を有することを確実にするように一緒に移動する。しかしながら、本発明の一実施の形態では、あるいくつかのビームが他のいくつかのビームよりも大きい倍率または小さい倍率でズームされるように、差動ズームが適用されてもよい。

ビーム整形レンズのアレイ７０は、ビーム整形機能（例えばエネルギープロファイル整形）を提供する。この整形機能は、当該技術分野で既知のように、例えば反射性または回折光学素子を用いて提供されてもよい。本発明の一実施の形態によれば、異なるビーム整形属性は、レンズまたはビーム整形素子のサブアレイをオーバラップして側方に変位させることによって提供される。したがって、図１Ａに見られるように、ビームセグメント５０はそれぞれ、４つの並んだ光学素子のうち１つを通過する。各ビーム経路５１について、所与の第１のビーム整形機能が第１の光学素子により１つのビーム５０に提供され、第２のビーム整形機能が第２の光学素子により１つのビーム５０に提供され、第３のビーム整形機能が第３の光学素子により１つのビーム５０に提供され、第４のビーム整形機能が第４の光学素子により１つのビーム５０に提供される。アレイ７０の素子の全てを保持するホルダーを適切に動かすことによって、経路５１に沿って通過する各ビームセグメント５０に所望のビーム整形機能が提供されるように所与のタイプの光学素子がビーム経路５１のそれぞれに対して適切に位置決めされる。図示の例では、例えば、ビームセグメント５０が４つのビーム整形素子のうち第２の素子を通過する様子が見られる。

個別に制御可能なビーム集束レンズのアレイ７２が、通過するビームセグメント５０をそれぞれが集束する複数の集束モジュール７４を含むことが、本発明の一特徴である。各集束モジュール７４は、他の集束モジュール７４に関連した対応の可動レンズ７６とは個別に動作する少なくとも１つの可動レンズ７６を含む。各ビームセグメント５０は、選択可能な場所１３にビーム操作モジュール５４により操作され、他のビームセグメント５０とは個別に、基板１４上の選択可能な場所１３に集束される。このような個別の集束の特徴は、例えば、集束モジュール７４とビームセグメント５０が当たる基板１４の選択可能な場所との間の異なる焦点距離を補償する。異なる焦点距離は、例えば異なる距離にある場所１３へのビーム操作により生じ得る。したがって、各ビームセグメント５０は、他のビームセグメント５０とは個別に、基板１４上の選択可能な場所１３に最適に集束することができ、いくつかのビームセグメント５０はそれぞれ、対応する選択可能な場所１３に同時に最適に集束することができる。

ズームレンズ、ビーム整形レンズ、集束レンズ、およびビーム操作モジュールは、別個の機能的組立品に分類されるものとして図１Ａに描かれているが、そのような分類は、本発明の重要な教示点の説明を簡略化するためになされているにすぎないことに留意されたい。実際に、各ズーム機能、ビーム整形機能、ビーム集束機能、およびビーム操作機能は、光学系設計の当業者に明らかであるように、光学部品の任意の適当な分類または構成により提供されることができる。したがって、簡略化のため、各ビーム５０について少なくとも個別のビーム集束およびビーム操作機能を提供する光学部品の任意の適当な組合せまたは構成はレーザビームモジュールと呼ぶことができる。

本発明の一実施の形態によれば、図１Ａの例に見られるように、集束モジュール７４の数は、ビーム経路５１の数に相当し、所与のレーザパルス２４に応答してＡＯＤ３０から出力されるビームセグメント５０の数を上回っている。ビームセグメント５０の数に比して集束モジュール７４の数がこのように多いことは、集束モジュール７４の数に冗長度を与える。第１の組の集束モジュール７４は、ＡＯＤ３０により出力されるとともに第１の組の選択可能な場所１３に操作されるビームセグメント５０のそれぞれを個別に集束するよう動作し、その一方、他の冗長な集束モジュール７４の少なくとも１つにある可動レンズ７６は、それぞれ、新たな集束位置に移動する。同様に、対応する操作モジュール５４の少なくともいくつかは、対応する新たな位置に移動する。

新たな集束位置は、第２の群の選択可能な場所７８に操作されるように、後続レーザパルス２５から対応するビームセグメント５０を集束するのに適している。したがって、後続パルス２５の間、ＡＯＤ３０内の音響波３８はビーム２３を種々のビームセグメントに分割し、その結果生じる種々のビームセグメント５０が他の集束モジュール７４を通過するように偏向される。このとき、他の集束モジュール７４は、結果として生じる種々のビームセグメント５０を基板１４上の第２の群の選択可能な場所７８に焦点を合わせて供給するように適切に構成される。

ＡＯＤ３０は、レーザビーム２２の連続したパルス２４および２５間の時間間隔よりも短いサイクル時間を有することに留意されたい。換言すれば、ビームセグメント５０の数およびＡＯＤ３０から出力されるそれぞれの方向の少なくとも一方を変更するために、レーザパルス２５が当たるときに異なる周波数組成を含むようにＡＯＤ３０内の音響波３８を再構成するのに必要とされる時間は、ビーム２２の連続したパルス２４および２５間の時間の間隔よりも短い。したがって、ビームセグメント５０の数および該ビームセグメント５０のそれぞれの方向θ_ｎが変更されることで、パルス２４および２５を隔てている時間間隔よりも短い時間で、対応する対のビーム集束モジュール７４および操作モジュール５４を選択することができる。選択可能な数のビームセグメント５０を出力し、かつ各ビームセグメント５０の方向を制御するＡＯＤ３０の好適な実施の形態を、図３Ａないし図３Ｃを参照しながらより詳細に以下に説明する。

ビーム２２のパルス２４および２５間の時間間隔よりも速いＡＯＤ３０のサイクル時間とは対照的に、ビーム操作モジュール５２とビーム集束モジュール７４の各サイクル時間は通常、ビーム２２のパルス２４および２５間の時間間隔よりも遅い。このことは、ビーム操作モジュール５４の反射体素子５６を再位置決めするか、または集束モジュール７４の可動レンズ７６を動かすのに必要とされる時間間隔が、連続したパルス２４および２５間の時間間隔よりも長いことを意味する。しかしながら、ＡＯＤ３０の音響波はパルス２４および２５間の時間間隔よりも短い時間で再構成されることができるため、また、集束モジュール７４およびビーム操作モジュール５４の冗長度のため、ＡＯＤ３０を用いて、１つまたは複数の前のパルス間隔の間に適切に再位置決めされた集束モジュール７４およびビーム操作モジュール５４（すなわちレーザビームモジュール）の対を選択することができる。

集束モジュール７４およびビーム操作モジュール５４の冗長度の１つの利点は、ビーム２２のパルス２４および２５の最適な利用を可能にするという点である。いくつかの集束モジュール７４およびビーム操作モジュール５４が、第１のパルス２４（すなわち第１の組のパルス）に関連したビームセグメント５０を能動的に操作している間、他の使用されていない（すなわち余分な）集束レンズ７６および対応する反射体素子５６は、対応する集束モジュール７２および操作モジュール５４を通過する後続ビームセグメント５０が異なる選択可能な場所７８に焦点を合わせて供給されるように、再位置決めされることができる。パルス２４間の時間間隔で音響波３８を再構成することによって、ＡＯＤ３０をこのように用いて、パルスを失うことなく、個別に選択可能な場所に集束ビームを供給するように、適切に位置決めされた集束モジュール７４およびビーム操作モジュール５４を選択する。本発明の好適な実施の形態によれば、この再位置決めおよび選択プロセスは、複数のビームについて同時に行われる。

上述した構成の特徴は、可変偏向器組立品５２のビーム操作モジュール５４と基板１４との間に介在するｆ−θ光学部品、または他の走査光学部品がないことであることに留意されたい。集束モジュール７４および操作モジュール５４の集まりを通過するビームセグメント５０はともに、任意の一対の集束モジュール７４およびビーム操作モジュール５４が関連した対象サブエリアよりも大きい基板１４上の対象エリアに及ぶ。

可変偏向器組立品５２の下流に介在するｆ−θレンズが設けられないため、図１Ａに見られるシステムでは、基板１４での各ビームセグメント５０の集束は、ビーム操作モジュール５４の上流でビームセグメント５０を個別に集束することによって維持される。ビーム操作モジュール５４の手前の上流で集束しなければ、ビームセグメント５０は、基板１４上の少なくともいくつかの選択可能な場所１３に供給されたときに焦点が合わない場合がある。焦点が合わないことは、例えば、ビームセグメント５０の許容可能な集束範囲が通常、限定的で狭いために生じる。したがって、以下に説明するように、操作モジュール５４の反射体５６の回動により、補償されていない焦点領域の曲率が生じる。そのため、基板１４のほぼ平坦な表面１７上のいくつかの選択可能な場所で、焦点が合わなくなるほど距離が長くなる可能性がある。

任意選択的に、本発明の一実施の形態によれば、焦点補償機能が適当なビーム操作モジュール５４のところに提供され、上流の集束モジュールをなくすことができる。このような構成では、ビーム集束モジュール５４は、反射体素子５６を回動させることによってビームセグメント５０を同時に操作するよう、かつ枢動に起因する焦点変化を補償するために光路を短縮または伸長するように延伸または後退させるよう動作する複雑な空間位置決めを行うように構成される。

以下は、システム１０の操作および機能の簡略化した概括的な説明である。音響波３８は、ビーム２２のパルス２４および２５と同期して結晶３４内に生じる。音響波３８は、第１のレーザビームパルス２４が結晶部材３４に入射してビーム２３をビームセグメント５０に分割する時点で所望の音響波構造が結晶部材３４内にあるように伝搬される。出力されたビームセグメント５０の各方向は、音響波３８の周波数に応じて個別に制御される。

通常、音響波３８は、例えば結晶３４内での長さに沿った種々の空間セグメントにおいて複数の異なる周波数を有する。ビームセグメント５０の数およびそれらの各偏向方向は、音響波３８の周波数を変更することによって制御される。本発明の一実施の形態によれば、ＡＯＤ３０の周期は、パルスのスキップまたはエネルギーの損失なしに、パルス２４およびパルス２５間のビームセグメント５０の偏向方向を選択可能に変えるほど音響波３８がパルス２４および２５間でダイナミックに再構成されることができるようにするほど十分に速い。ビーム２３を分割するのに適した波形構造を有し、かつその結果生じるビームセグメントのそれぞれを選択可能に向ける音響波が、パルス２４および２５のそれぞれについて生成される必要があることに留意されたい。

各ビームセグメント５０は、音響波３８の周波数（単数または複数）の関数である選択可能な角度θ_ｎで偏向される。偏向角度は比較的小さいため、ビームセグメント５０は、好ましくは１つまたは複数の角度エクスパンダーレンズ６０を通過する。ビームセグメント５０は、マッピング組立品６２の選択されたマッピングセクション６３に当たる。各ビームセグメント５０は、適当なマッピングセクション６３により、平行なビーム反射体組立品６４の対応する反射体素子６６に供給される。各反射体素子６６は、ほぼ平行なビーム経路５１に沿ってビームセグメント５０を反射させるように適切に傾斜される。反射体素子６４の下流で、各ビームセグメント５０は、好ましくは、ズームレンズのアレイ６８のズームレンズ、ビーム整形レンズのアレイ７０のビーム整形レンズ、および個別に制御可能な集束レンズのアレイ７２の集束モジュール７４を通過して対応するビーム操作モジュール５４に当たる。次に、各ビームセグメント５０は、対応するビーム操作モジュールにより個別に操作されて基板１４上の選択可能な場所１３に当たる。選択可能な場所１３はランダムに選択されてよい。

本発明の一実施の形態によれば、ＡＯＤ３０は、レーザビーム２２のパルス繰返し数よりも概ね速いデューティサイクルで動作する。しかしながら、ＡＯＤ３０により与えられる偏向は、比較的小さい偏向角度でビームセグメント５０を偏向するという点、およびビームセグメント５０の全てが同一の平面で出力されるという点で比較的制限される。

これとは反対に、集束モジュール７４の可動レンズ７６およびビーム操作モジュール５４の反射体素子５６を適切に位置決めするのに必要とされる周期は、通常、レーザビーム２２を画定する隣接したパルス２４および２５間の時間の隔たりよりも長い。各反射体素子５４は、比較的広い範囲の角度にわたって、好ましくは二次元で傾斜されることができるため、反射体素子５４に入射するレーザセグメント５０は、比較的大きな空間領域に及ぶように供給されることができる。しかしながら、本発明の一実施の形態によれば、ビームセグメント５０によってアドレスされる空間領域は、比較的大きく、通常、１００×１００ｍｍのオーダであることに留意されたい。本発明の一実施の形態によれば、可変偏向器組立品５２と基板１４の間の距離は、許容可能な程度に低いテレセントリシティを維持するのに十分に長く、通常、約３?未満である。

本発明の一実施の形態によれば、反射体素子５６のそれぞれは、隣接したビーム操作モジュール５４の反射体素子５６が、基板１４の表面上の選択可能な場所の相互に、少なくとも部分的にオーバラッピングした領域にビームセグメント５０を供給するよう動作可能であるように十分に傾斜可能である。任意選択的に、領域は互いに当接するにすぎず、オーバラップはしない。反射体素子５６は、新たな空間向きに傾斜されるため、対応する集束モジュール７４の可動レンズ７６は、それに対応して、通過するビームセグメント５０を基板１４上に集束するように移動する。ビーム操作モジュール５４および集束モジュール７４のそれぞれの移動は、各光路の各長さのいかなる差にも関係なく、基板１４に当たる複数のビームセグメント５０の全てが集束することを確実にするように調整される。

ビーム操作モジュール５４がカバーする第１の領域での微細加工作業が完了した後、基板１４および装置１０は、ビーム操作モジュール５４が基板１４上の第２の領域をカバーするように相互に変位する。全ての所望の微細加工作業が完了すると、基板１４は、電気回路製造プロセス（例えばエッチングプロセス）における後続処理段階に送られる。

本発明の一実施の形態によれば、組立体５２の操作モジュール５４の数および集束モジュール７４の数は、ＡＯＤ３０によりレーザビーム２３が分割されるビームセグメント５０の数を上回る。最初の時間間隔の間、ビームセグメント５０は、ビーム操作モジュール５４の第１の部分および集束モジュール７４の第１の部分に当たるが、他の余分な操作モジュール５４および集束モジュール７４には入射しない。最初の時間間隔はまた、残りの余分なビーム操作モジュール５４および集束モジュール７４（いずれも最初の時間間隔の間にビームセグメント５０を受け取らない）を再位置決めするのに用いられる。

次の隣接したパルス２４および２５間の後続の時間間隔の間、ビームセグメント５０は、前の時間間隔の間にビームセグメント５０を受け取っていないビーム操作モジュール５４および集束モジュール７４のうち少なくともいくつかに当たるようにＡＯＤ３０により偏向される。前の時間間隔において再位置決めされている、後続の時間間隔で用いられるビーム操作モジュール５４およびビーム集束モジュール７４は、今度は対応するビームセグメント５０を基板１４上に偏向するように適切に再位置決めされる。後続の時間間隔の間、ビームセグメント５０が入射しないビーム操作モジュール５４および集束モジュール７４のうち少なくともいくつか（おそらくは前の時間間隔で用いられたビーム操作モジュール５４および集束モジュール７４を含む）は、さらなる時間間隔での使用のために再位置決めされる。所与の時間間隔の間に用いられないビーム操作モジュール５４および集束モジュール７４を再位置決めするこのプロセスは繰り返される。本発明の一実施の形態によれば、ビームセグメント５０は、通常、ある場所での微細加工作業が完了するまで、複数のパルスの間、同じ場所に操作されることを理解されたい。微細加工作業が完了した後でのみ、ビームセグメント５０は異なる対の集束モジュール７４およびビーム操作モジュール５４にＡＯＤ３０により再び向けられて、新たな選択可能な場所７８で微細加工を行う。

概括して言えば、選択された集束モジュール７４およびビーム操作モジュール５４に当たる第１のレーザパルスからのビームセグメント５０と同時に、他の集束モジュールおよびビーム操作モジュールが後続ビームパルスからビームセグメント５０を受け取るように同時に再位置決めされると言うことができる。

通常、ビーム操作モジュール５４の反射体素子５６を再位置決めするか、または集束モジュール７４の可動レンズ７６を移動させるのに必要とされる時間間隔は、約２〜２０ミリ秒のオーダであり、これは２０ＫＨｚＱスイッチレーザの約４０〜４００パルスに相当する。レーザパルス２４および２５間の時間間隔を上回るこのような比較的長い期間を用いて、安定したビーム指向およびビーム集束の正確さを保証する。さらに、複数のビーム操作モジュール５４および複数の集束モジュール７４の使用により、ビームセグメントを集束するように可動レンズ７６を移動させることによる、またはビームを操作するように反射体５６を再位置決めすることによるパルスの損失を最小にとどめる冗長度が確保される。装置１０の速度を増大させるために、また、各ビームセグメント５０の制御されたエネルギー量を供給するために、基板１４の表面上の同じ場所に２つ以上のビームセグメント５０を同時に入射させることが必要であるかまたは望ましい場合があることを理解されたい。このような構成では、複数のビームセグメント５０はそれぞれ、別個の集束モジュール７４およびビーム操作モジュール５４に入射させるように個別に偏向され、各ビーム操作モジュールは、それぞれ、基板１４上の同じ場所に入射するようにビームセグメント５０を向ける向きにある。

次に、図２Ａ〜図２Ｃを参照する。図２Ａ〜図２Ｃは、個別に制御可能なビーム集束レンズのアレイ７２０（図１Ａの装置の個別に制御可能なビーム集束レンズのアレイ７２の一部に対応する）、および個別に制御可能なビーム操作モジュールのアレイ５４０（図１Ａの装置の可変偏向器組立品５２の一部に対応する）の動作を３つの異なる動作の向きで示す、簡略側面図である。アレイ７２０は、３つの個別に制御可能な集束モジュール７４２、７４４、および７４６を備える。各集束モジュールは、それぞれ参照符号７６２〜７７８で示された個別に可動な集束レンズそれぞれを備える。アレイ５４０は、３つの個別のビーム操作モジュール５４２、５４４、および５４６それぞれを備える。各ビーム操作モジュールは、個別に可動な反射体素子を備える。協働して動作するビーム集束モジュールおよび対応するビーム操作モジュールを備える組立品は、参照符号８００で示したレーザビームモジュールであると考えられ得る。

全体として５１０で示されたビーム経路が、集束レンズ７４２、７４４、および７４６のそれぞれを通過し、対応するビーム操作モジュール５４２、５４４、および５４６の反射体素子に当たる様子が示されている。図２Ａ〜図２Ｃでは、参照符号５０２、５０４、および５０６で示されたビームセグメントが１つだけ図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃのそれぞれに示されており、図２Ｃは、ビーム経路５１０がふさがっている。ビームセグメント５０２、５０４、および５０６に対する集束モジュールおよびビーム操作モジュールのこのような過剰性は、図１Ａに関して上述した集束モジュールおよびビーム操作モジュールの冗長度に相当する。参照符号５１２〜５２２で示した空いているビーム経路は破線で示され、ビームセグメント５０２〜５０６は図２Ａ〜図２Ｃのそれぞれに実線で示されている。ビームセグメント５０２、５０４、および５０６のそれぞれは、基板１４０（図１Ａの基板１４に対応する）のランダムに選択可能な場所に当たる。

図２Ａ〜図２Ｃでは、第１の目盛り５８０が集束モジュール７４２〜７４６の下に示されている。この目盛りは、４つの段階を有し、ビームセグメント５０２、５０４、および５０６を基板１４０上に集束する集束モジュール７４２〜７４６の個別に可動なレンズ７６２〜７７８の相対位置を示す。

それぞれ７段階（０±３）を有する第２の群の目盛り５９０は、基板１４０上の考えられ得る選択可能な場所の範囲内にあるビームセグメント５０２〜５０６の場所を示す。図２Ａ〜図２Ｃの目盛り５８０および５９０に示される段階の数は任意である。目盛り５８０および５９０に見られる段階の数は、本発明の教示の明確性および簡潔性のために選択されている。実際に、ビーム５０２〜５０６は、基板１４０の考えられ得る選択可能な場所の数よりも多くとも少なくともよい任意の数の場所で位置決めされることができ、レンズ７６２、７６４、および７６６は、考えられ得る選択可能な場所にビームを集束する必要に応じて考えられ得る位置の数よりも多くとも少なくともよい対応する数を有することができる。さらに、図２Ａ〜図２Ｃは前面図であるが、選択可能な場所は通常、基板１４０の二次元エリアにあること、および、それに従って、操作モジュール５４２〜５４６は、ビーム５０２〜５０６を二次元エリアの対応する任意の選択可能な場所に操作するよう動作可能であることに留意されたい。

目盛り５９０の真ん中の場所０は、ビーム操作モジュール５４２〜５４６を介して通る、集束モジュール７４２〜７４６と基板１４０の間の最短光路に相当する。ビームが真ん中の場所０から任意の方向に逸れるにつれて、基板１４０の表面までの光路長が増す。補償されていない焦点領域の曲率は、曲線７８０で概略的に示されており、この曲線は、基準点として真ん中の場所０を用いた場合、レンズモジュール７４２〜７４６の等距離の光路に概ね対応する。

レーザビーム２０の第１のパルス２４（図１Ａ）の間の機能的な配向に対応する図２Ａでは、ビームセグメント５０２は、真ん中の場所０にアドレスするように、操作モジュール５４４の適切に傾斜した反射体素子によって反射される。真ん中の場所までの光路が、ビームセグメント５０２によってアドレス可能な任意の選択可能な場所の最短光学長である限り、レンズ７６４は、基板１４０上にビーム５０２を集束する集束モジュール７４４では位置０（目盛り５８０で示される）にある。

図２Ａで表した時点において、操作モジュール５４２は、基板１４０上の場所−２にアドレスするようにビーム経路５１２を操作する向きにある。レンズ７６２は、ビーム経路５１２に沿って集束モジュール７４２を通過するビームセグメントが基板１４０の場所−２に集束されるように、集束モジュール７４２の位置２に配置される。操作モジュール５４６は、基板１４０の場所１にアドレスするようにビーム経路５１４を操作する向きにある。レンズ７６６は、ビーム経路５１４に沿って集束モジュール７４６を通過するビームセグメントが基板１４０上の場所１に集束するように集束モジュール７４６の位置１に配置されている。集束モジュール７４２〜７４６の集束レンズ７６２、７６４、および７６６の対応する位置は、基板１４０上の真ん中の場所０から任意の平坦方向へのビーム経路の逸れの絶対値に相当することに留意されたい。目盛り５８０の段階で示した各レンズの位置は線形分布を有して示されているが、実際には、レンズ位置の分布は均一に線形であってもよく、または非線形であってもよいことにも留意されたい。

レーザビーム２２の第２のパルス２５（図１Ａ）の間に動作する向きに対応する図２Ｂでは、ビームセグメント５０４は、選択可能な場所１にアドレスするように操作モジュール５４６の適切に傾斜した反射体素子により反射される。レンズ７６６は、集束モジュール５４６を介して基板１４０上の選択可能な位置１にビーム５０４を集束する集束モジュール７４６の対応する位置１に設置されている。ビーム操作モジュール５４６および集束モジュール７４６は、図２Ａに示したそれらの位置のそれぞれに移動していないことに留意されたい。

図２Ｂで表した時点において、操作モジュール５４２は、操作モジュール５４４および５４６とは個別に移動しており、基板１４０上の真ん中の場所０にアドレスするようにビーム経路５１６を操作する向きにある。レンズ７６２（レンズ７６４および７６６とは個別に移動している）は、ビーム経路５１６に沿って集束モジュール７４２を通過するビームセグメントが基板１４０上の場所０に集束するように集束モジュール７４２の位置０に配置されている。

操作モジュール５４４は、また、図２Ａの向きに相対して移動しており、このとき、基板１４０の場所−１にアドレスするようにビーム経路５１８を操作する向きにある。レンズ７６４（レンズ７６２および７６６とは個別に移動している）は、集束モジュール７４４を通過するビームセグメントが基板１４０上の場所１に集束するように集束モジュール７４４の位置１に配置されている。

レーザビーム２０の第３のパルス（図１Ａ）の間に動作する向きに対応する図２Ｃでは、ビームセグメント５０６は、選択可能な場所３にアドレスするように操作モジュール５４２の適切に傾斜した反射体素子により反射される。レンズ７６２は、基板１４０上の選択可能な場所３にビーム５０６を集束する集束モジュール７４２の対応する位置３に設置されている。ここで、ビーム操作モジュール５４２、および集束モジュール７４２の集束レンズ７６２は、図２Ａおよび図２Ｂに示したそれらの対応する位置のそれぞれに移動していることに留意されたい。

図２Ｃで表された時点において、操作モジュール５４４は、操作モジュール５４２および５４６とは個別に移動しており、このとき、基板１４０上の場所−２にアドレスするようにビーム経路５２０を操作する向きにある。レンズ７６４（レンズ７６２および７６６とは個別に移動している）は、ビーム経路５２０に沿って集束モジュール７４４を通過するビームセグメントが基板１４０上の場所−２に集束するように集束モジュール７４４の位置２に配置されている。

操作モジュール５４６は、また、図２Ｂでの向きに相対して移動しており、このとき、基板１４０上の真ん中の場所０にアドレスするようにビーム経路５２２を操作する向きにある。レンズ７６６（レンズ７６２および７６４とは個別に移動している）は、集束モジュール７４６を通過するビームセグメントが基板１４０上の場所０に集束するように集束モジュール７４６の位置０に配置されている。

したがって、上記から、集束モジュール７４２〜７４６の集束レンズ７６２、７６４、および７６６は、互いに個別に移動するが、所望の場所にビームセグメントを操作する必要に応じてビーム操作モジュールの向きの変更に対して調整されることが理解される。このことは、例えばビームの操作に起因して補償されていない合焦領域の曲率の結果として光路長が増減することに関係なく、ビームセグメントが基板１４０に焦点を合わせたままでいることを保証する。焦点補償値、すなわち、基板１４０上の選択可能な場所にアドレスするように、対応するビーム操作モジュールの所与の空間向きに対する集束モジュールの集束レンズの各位置を、例えばルックアップテーブル中に格納することができる。

さらに、基板上の所与の場所の処理が、例えばプリント回路基板にビアをドリル穿孔する際に、複数のパルスの持続時間にわたって続く可能性がある限り、光路長が増し、さらなる焦点調整が必要となる可能性がある。光路長のこのような変化は、集束を最適化するために、ドリル穿孔の際に対応する集束レンズ７６２〜７６６を移動させることによって補償することができる。任意選択的に、ビーム経路の実際の長さを測定し、それに従って集束レンズの場所を調整する能動自動合焦デバイスを設けることもできる。これは、例えば基板の表面（必ずしも均一に平坦ではなくともよい）の高さの偏差を補償するのにも有益である。

任意選択的に、可動レンズ７６２〜７６６を移動させることによって焦点補償機能を提供する代わりに、焦点補償機能を、ビーム操作モジュール５４２、５４４、および５４６を適当に延伸または後退させることによって提供してもよい。このような延伸または後退は、例えば反射体５６（図１Ａ）を枢動させることに起因するか、またはドリル穿孔された孔の深さの変化に起因する光路長の変化を補償する。このような焦点補償を達成する１つの方法は、ビーム操作モジュール５４２〜５４６を適当に延伸または後退させるよう動作する圧電アクチベータ（図示せず）をユニットとして設けることである。ビーム操作モジュール５４２、５４４、および５４６のこのような延伸または後退は、所望の場所にアドレスするために反射体７６の角度の向きに対する精密な調整を必要とするほど、光路幾何学形状に影響を及ぼす可能性がある。

次に、図３Ａ〜図３Ｃを参照する。図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の一実施の形態による図１Ａのシステムでの使用に適したＡＯＤ３０の簡略図である。ＡＯＤ３００は、図１ＡのＡＯＤ３０にほぼ相当する。ＡＯＤ３００は、トランスデューサ素子３２０、および石英または溶融シリカ等の他の適した結晶質材料から形成される半透明の結晶部材３４０を含む。ＲＦ信号３６０等の制御信号は、トランスデューサ素子３２０を駆動して、全体として参照符号３８０で示す音響波を結晶部材３４０にわたって伝搬させる。制御信号３６０は、例えば図１Ａに見られるＤＤＳ４２およびシステムコントローラ４４と動作可能に通信するＲＦモジュレータ４００によって供給される。

制御信号に応答して結晶部材３４０内を伝搬する音響波３８０の１つまたは複数の特性を変えることによって、入力レーザビーム２２０がｎ（ただし、ｎ≧１）個のビームにダイナミックに分割されることができ、それぞれ得られた出力ビームセグメント５００の出力方向は、音響波周波数に応じて個別に制御されることができることが、ＡＯＤ３００の特徴である。図３Ａ〜図３Ｃでは、ｎは５つのビームに相当することに留意されたい。出力ビームのこのような数ｎは任意数であり、ＡＯＤ３００は、所与の用途による必要に応じて異なる数のビームを容易に出力するように適合することができる。

本発明の一実施の形態によれば、レーザビーム２２０は、結晶部材３４０上の所与の予め選択された場所３４２に当たる。音響光学偏向デバイスでは、ビームが偏向器３００内の音響波３８０により偏向される効率は、音響波の音響増幅によって統制される。したがって、図３Ａに見られるように、適当な高出力音響波部分３８２が予め選択された場所３４２にある場合、入力ビーム２２０のほぼ全てが出力ビームセグメント５０２として偏向される。

図３Ｂに見られるように、音響波は、ビーム２２０が結晶部材３４０上の予め選択された場所３４２に当たる瞬間に、予め選択された場所３４２に音響波が存在しないように生成される。このことは、制御信号３６０を適切にタイミング制御することによって達成される。その結果、ビーム２２０は概ね偏向することなく結晶部材３４０内を通過する。通過ビーム２２２は、それぞれがＡＯＤ２３０の他の予め選択された場所２３２に通過する所与の数のビームセグメントを出力するよう動作するビームスプリッタ２３０のアレイに通過ビーム２２２を再循環させる向きにある反射体２２４、２２６、および２２８の組により反射される。本発明の一実施の形態によれば、通過ビーム２２２は、分割されてＡＯＤ３００内の他の予め選択された場所２３２を通過する前に、例えばビームを再コリメートするために、例えば通過ビーム２２２を再整形するよう動作する光学部品２３４を通過する。

ビームスプリッタのアレイ２３０は、完全反射表面２３６に隣接して配置された複数の部分反射領域を有する第１の反射性表面２３５を含む。通過ビーム２２２は、ビームスプリッタのアレイ２３０に入り、出力ビーム２２２の（ｎ−１）分の１を通過するように構成された第１の部分反射領域２３８に入射する。ただし、ｎは、ＡＯＤ３００が出力できるビームの総数（例えば図３Ｂに見られる実施の形態ではｎ＝５）である。出力ビーム２２２の残りの部分は、完全反射表面２３６に反射し、次に入射するビームの（ｎ−２）分の１を通過するように構成された第２の部分反射性表面２３６に再反射される。したがって、出力ビームは、偏向のためにＡＯＤ３００に供給される（ｎ−１）個のビームセグメントを形成するようにカスケード構成に分割される。

図３Ｂに見られる本発明の実施の形態では、ｎ＝５である。ビームスプリッタ２３０は、それぞれが概ね同じプロファイルを有するとともに概ね互いに等しい出力レベル２３２を有する４つのビーム部分２３４を、結晶部材３４０の他の予め選択された場所２３２に供給するよう動作する。したがって、第１の部分反射領域２３８は、出力ビーム２２２の２５％を通過させ、表面２３６へ７５％を反射する。第２の部分反射領域２４０は、出力ビーム２２２の残りの部分の３３．３３％を通過させ、表面２３６へ６６．６７％を反射する。第３の部分反射領域２４２は、通過ビーム２２２の残りの部分を受け取り、５０％を通過させ、表面２３６へ５０％を反射する。最後の場所２４４は、出力ビーム２２２の残りの部分の１００％を通過させる。

ビーム部分２４６のそれぞれは、結晶部材３４０の他の場所２３２のうち対応する１つに供給される。各出力ビームセグメント２４７を所望の方向に個別に偏向するのに適した周波数を有する音響波３８０は、ビーム部分２４６が結晶部材３４０に当たるときに他の場所２３２のそれぞれに存在するように時間を合わせて結晶部材３４０内に注入される。通過ビーム２２２の再コリメートおよびビームスプリッタ２３０による部分的な分割および反射は、ほぼ均一な横断面形状およびエネルギー密度を有するビーム５００のそれぞれを生じるように構成されることに留意されたい。

したがって、音響波３８０は、偏向ビーム部分２４７を出力するよう動作し、偏向ビーム部分のそれぞれは、図１Ａを参照して説明したように、ビーム部分２４６が音響波３８０と相互作用する瞬間に、音響波３８０の周波数に応じて選択可能な角度で出力される。音響波３８０のタイミングは決定要因であり、結晶部材３４０の長さおよびその結晶内での音響波３８０の速度を考慮することが必要であり、そのため、ビーム部分２４６のそれぞれを所望の選択可能な方向に個別に偏向するのに適した周波数を有する音響波が、ビーム２２０の各パルスについて結晶内の適切な個々の他の場所２３２に存在することに留意されたい。

次に図３Ｃを参照すると、ビーム２２０が５つの出力ビームセグメント５００に分割される様子が見られる。ビーム２２０は、予め選択された領域３４２（ビーム２２０の２０％を反射させ、出力の低下した通過ビーム２２３として８０％を通過させるよう動作する）の比較的低い出力の音響波（低い振幅を有するものとして見られる）と相互作用する。出力の低下した通過ビーム２２３は、所与数のビームセグメント（それぞれがＡＯＤ３００の他の予め選択された場所２３２に通される）を出力するよう動作する部分的なビームスプリッタのアレイ２３０を介して、出力の低下した通過ビーム２２３を再循環させる向きにある反射体２２４、２２６、および２２８により反射される。本発明の一実施の形態によれば、出力の低下した通過ビーム２２３は、ビームを分割してＡＯＤ３００に通す前に、例えばビームを再コリメートするために、例えば出力の低下した通過ビーム２２３を整形するよう動作する光学部品２３４を通過する。

部分的なビームスプリッタのアレイ２３０は、完全反射表面２３６に隣接して配置された複数の部分反射領域を有する第１の反射面２３５を含む。出力の低下した通過ビーム２２３は、部分的なビームスプリッタのアレイ２３０に入り、（ｎ−１）分の１に出力が低下した通過ビーム２２３を通過するように構成された第１の部分反射領域２３８に入射する。なお、ｎはＡＯＤ３００が出力できるビームの総数である。出力の低下した通過ビーム２２３の残りの部分は、完全反射面２３６に反射し、次に、そこに入射する（ｎ−２）分の１のビームを通過させるように構成された第２の部分反射領域２４０にむけて再び反射する。したがって、出力ビームは、偏向のためにＡＯＤ３００に供給されるｎ−１個のビームセグメントを形成するようにカスケード構成で分割される。

図３Ｃに見られる本発明の実施の形態では、ｎ＝５であり、ビームスプリッタ２３０は、それぞれがほぼ等しい出力レベルを有する４つのビーム部分２４６を、結晶部材３４０の他の予め選択された場所２３２に供給するよう動作する。第１の部分反射領域２３８は、出力の低下した通過ビーム２２３の２５％を通過させ、７５％を反射させる。第２の部分反射領域２４０は、出力の低下した通過ビーム２２３の残りの部分の３３．３３％を通過させ、表面２３６へ６６．６７％を反射させる。第３の部分反射領域２４２は、出力の低下した通過ビーム２２３の残りの部分を受け取り、５０％を通過させ、表面へ５０％を反射させる。最後の場所２４４は、出力の低下した通過ビーム２２３の残りの部分の１００％を通過させる。

本発明の好適な実施の形態によれば、出力ビームセグメント５００の全ては概ね同じ形状、プロファイル、エネルギー密度、およびそれらの間のフルエンスを有することに留意されたい。出力ビームセグメント５００のフルエンス特性は、出力ビームセグメント５００の数を変更することによって変えることができ、出力ビームセグメントの数は、予め選択された場所３４２における制御信号の振幅、すなわち音響波３８０の増幅を変えることによって変更することができる。図３Ｂおよび図３Ｃに見られるように、４つまたは５つのビームのそれぞれは、同じ形状、プロファイル、およびフルエンスを有する。しかしながら、出力ビームのフルエンス特性は、１つ、４つ、または５つのビームが出力される場合に変わる。

本発明の一実施の形態によれば、ＡＯＤ３００は、通常、ビームの全てがその間にほぼ均一なフルエンス特性を有するように出力されるよう動作する。５つのビームセグメント５００を出力する動作モードでは、音響波３８０は、ビーム２２３の２０％が予め選択された場所３４２に偏向され、８０％が出力の低下した通過ビーム２２３として通過するように構成される。しかしながら、任意選択的に、音響波３８０は、予め選択された場所３４２にビーム２２３の部分（２０％よりも多いかまたは少ない）を偏向するように構成されることもできる。

例えば、レーザ微細加工銅被覆ＰＣＢ基板等のいくつかの用途では、下側にあるガラスエポキシ基板に比して、銅被覆を微細加工するのに大きなフルエンス特性を有するビームが必要とされる。通常、銅の微細加工には、ガラスエポキシ基板を微細加工するのに必要とされる出力の約６倍の出力が必要である。銅とエポキシ基板の微細加工との場合で異なる出力要件は、例えば１つのビームである１つまたは複数の第１のビームセグメント（銅を微細加工するのに適したエネルギー特性をそれぞれが有する）を生成し、複数の場所での銅の微細加工にそのビームを用いることによって対応される。続いて、レーザビーム２２０が、エネルギー要件に応じて、より多くの数、例えば４つまたは５つのビームセグメント（それぞれがガラスエポキシ基板の微細加工に適している）にＡＯＤ３００によって分割される。次に、より多くの数のビームセグメントが、銅が予め露出しているガラスエポキシ基板を微細加工するのに用いられる。

本発明の任意選択の実施の形態によれば、ビーム２２３の概ね２０％未満、例えば４％だけ、予め選択された場所３４２に偏向し、次に、ＡＯＤ３００から出力された他の４つのビームセグメントのうち残りの９６％を分割することが望ましい場合がある。この結果、それらの間で非均一のフルエンスを有するビームが生じる。例えば、４％のビームセグメントは、ガラスエポキシ基板を削磨する（これは比較的迅速に行うことができる）のに用いられる。次に、ビーム２２３の残りの９６％が複数のビームセグメント、例えば４つのビームセグメント（それぞれが残りの総エネルギーの２４％を有する）に分割される。レーザビーム２２０が十分に高い出力を有すると仮定すると、生じるこれらのビームセグメントは、例えば銅被覆を微細加工するのに好適であろう。

この動作モードは、銅を微細加工するのにそれぞれが十分に強力な複数のビームを同時に生成するのに適した高出力を有するレーザ源を必要とすることを理解されたい。さらに、ガラスエポキシでの微細加工作業は、１つのビームがより多くの数のビームセグメントに追いつき、銅被覆の際に微細加工作業を同時に行うことができるように十分に迅速な速度で進行することができる。

あるいは、ビーム２２３の２０％をほぼ上回る％（例えば約６０％）だけ、予め選択された場所３４２に偏向することによって、非均一のフルエンスまたはエネルギー密度特性を有するビームを出力することが望ましい場合もある。他の４つのビームセグメントのうち偏向されていないビームの残りの４０％がＡＯＤ３００から出力されて、最初のエネルギーのそれぞれ約１０％を有するビームセグメントを生成する。この例では、ビーム２２３の６０％部分が銅被覆を微細加工するのに適用され、残りの４×１０％のビームセグメントがガラスエポキシ基板を削磨するのに用いられる。ビーム２２０を生成するレーザ源の出力、およびＡＯＤ３００が出力するビームセグメントの数、ならびにそれらの各相対エネルギーは、銅と基板の同時の微細加工を最適化するために変更することができることに留意されたい。

したがって、予め選択された領域３４２での音響波３８０の出力特性を変えることによて、第１のビームセグメント５００の相対エネルギー密度またはフルエンスを変更して、他のビームセグメントのフルエンスに対しバランスをとることができる。レーザビーム２２０の相対出力に分解し、次に、ＡＯＤ２３０が出力するビームセグメントの数、および出力ビームセグメント間の各エネルギー分布を変更することによって、微細加工システムは、銅被覆と基板を同時に微細加工するように最適化されることができる。

次に、本発明の一実施の形態により電気回路を製造する方法の流れ図６００である図４を参照する。本方法は、誘電体基板の上に金属箔層が重なっている多層プリント回路基板に微細ビアを形成するプロセスに関して説明される。

電気回路を製造する本記載の方法は、基板上の個別に選択可能な場所にレーザエネルギーを供給するよう動作する、個別に集束され個別に操作される複数のビームを操作するよう動作可能なマルチビーム微細加工デバイスを採用する。

本発明の一実施の形態によれば、ＡＯＤ等のダイナミックな偏向器デバイスは、少なくとも１つの金属加工ビームセグメントを選択可能に提供するよう動作可能である。本発明の一実施の形態では、ダイナミックな偏向器によりビーム分割機能も提供される。金属加工ビームセグメントは、例えば削磨により金属箔層の一部を除去するのに適したエネルギー密度を有する。

各金属加工ビームセグメントは、ビームが個別に集束され個別に操作されるレーザビームモジュールにダイナミックに偏向される。各レーザビームモジュールは、例えば、図１Ａに見られるように別個の傾斜可能な反射体素子５６にビームを通過させる個別の集束レンズ７４を有することができる。反射体素子は、金属加工ビームセグメントがＰＣＢ基板上の選択可能な場所（下側にある誘電体基板を露出するように金属箔の一部が除去されている）に操作されるように適切に位置決めされる。

金属加工ビームが第１の場所で金属箔の一部を除去している間、その時点で使用されていない少なくとも１つの他のビーム操作モジュールが、後続の微細加工作業の際に他の選択可能な場所の金属箔の一部を除去するように適切に再位置決めされることができる。後続パルスは、金属除去加工ビームを次の場所（金属箔の一部が除去されることになる）に向けるよう動作する予め位置決めされたビーム操作モジュールに当たるように、ダイナミックビーム偏向器により偏向される。

金属箔の部分除去は、電気回路設計が必要とする所望の複数の場所の全てで金属箔が除去されるまで選択可能な場所で続行する。これらの所望の場所は、基板上の微細加工すべき場所の全て、または全ての所望の場所のサブセットを含むことができる。

後続作業の際、ダイナミックな偏向器デバイスは、フルエンス等のエネルギー特性（金属加工ビームセグメントとは異なる）を有する少なくとも１つの誘電体加工ビームセグメントを出力するよう動作する。ビーム分割機能は、例えば図３Ａ〜図３Ｃに関して説明したように、音響光学偏向器内に適切な音響波を注入することによって提供されることができる。本発明の一実施の形態によれば、誘電体加工ビームセグメントは、金属加工ビームセグメントよりも低いフルエンスを有する。フルエンスは、単位面積あたりのビームのエネルギー（ジュール／ｃｍ^２）について示す。誘電体加工エネルギービームセグメントのエネルギー特性は、例えば削磨により誘電体層の一部を除去するのに適しているが、金属箔の一部を除去するのには適していない。エネルギーレベルのこのような低下は、例えば上記の図３Ａないし図３Ｃを参照して説明したように、例えばレーザビームをより多くの数のビームセグメントに分割することによって達成することができる。

本発明の一実施の形態によれば、ビームセグメント５０（図１Ａ）の各フルエンス特性は、レーザビーム２２を適切な数のビームセグメント５０に分割することにより、また、例えばズームレンズアレイ６８等のズーム光学部品を用いて、ビームセグメントの数に関係なく、得られるビームセグメント５０の直径を維持することによって制御される。

各誘電体加工ビームセグメントは、焦点補償機能およびビーム操作機能を備えるレーザモジュールに通される。個別の焦点補償光学部品は、微細加工すべきＰＣＢ基板上のアドレスすべき場所に少なくとも応じてビームを集束する。ビームは、レーザビームモジュールに関連したビーム操作モジュールによりその場所に操作される。ビーム操作モジュールは、各誘電体加工ビームセグメントが選択可能な場所（下側にある誘電体層を露出するように金属箔の一部が既に除去されている）に操作されるように適切に位置決めされる。次に、誘電体の所望の部分が除去される。

１つまたは複数の誘電体加工ビームが第１の組の場所で誘電体の一部を除去している間、ビーム集束モジュールおよびビーム操作モジュール（どちらもその時点で使用されていない）が、後続作業の際に他の選択可能な場所で誘電体を除去するために適切に再位置決めされることができる。したがって、後続パルスは、既に位置決めされたビーム集束モジュールおよび対応するビーム操作デバイスに当たるようにダイナミックビーム偏向器により偏向されることができる。誘電体を除去するのに低下したエネルギー密度が必要とされるため、ビーム２２は、金属加工ビームセグメントに比して、より多くの数の誘電体加工ビームセグメントに分割されることができ、したがって、金属箔の除去に比して、誘電体の除去にはより多くのシステム処理量がもたらされる。任意選択的に、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明したように、ＡＯＤ内での制御信号の振幅を調整することによって、ＡＯＤは、１つまたは複数の高密度ビームに沿って１つまたは複数の低フルエンスビームを同時に出力し、銅を微細加工するには高フルエンスビーム（単数または複数）を用い、基板材料を同時に微細加工するには低フルエンスビーム（単数または複数）を用いることができる。

誘電体がほぼ全ての場所（金属箔が先に除去されている）について除去されるまで、誘電体の除去は選択可能な場所で続行する。この作業が完了すると、基板は次の後続部分での微細加工のために再位置決めされることができる。

当業者には、本発明は上記に特に図示し説明したものに限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明は、上記の説明を読めば当業者に想起されるとともに従来技術内にない、本発明の変更および変形を含む。

本発明の好適な実施の形態により構成されるとともに動作する、電気回路を製造する装置の、一部が絵により一部がブロック図による簡略図である。 図１のシステムおよび機能に用いられるレーザにより出力されるレーザパルスのタイミンググラフである。 ３つの異なる動作の向きのうち１つにおける、図１Ａの装置の一部の動作を示した、簡略側面図である。 ３つの異なる動作の向きのうち１つにおける、図１Ａの装置の一部の動作を示した、簡略側面図である。 ３つの異なる動作の向きのうち１つにおける、図１Ａの装置の一部の動作を示した、簡略側面図である。 本発明の一実施の形態による、図１のシステムでの使用に適したＡＯＤの簡略図である。 本発明の実施の形態による、図１のシステムでの使用に適したＡＯＤの簡略図である。 本発明の実施の形態による、図１のシステムでの使用に適したＡＯＤの簡略図である。 本発明の一実施の形態による電気回路を製造する方法の流れ図である。

Claims (63)

1. 被加工物にレーザエネルギーを供給する装置であって、
   少なくとも１つのレーザビームを供給する少なくとも１つのレーザエネルギー源と、
   対象物上の選択可能な場所に前記少なくとも１つのレーザビームを選択可能に操作するように配列された複数のレーザビーム操作モジュールと、
   前記レーザビーム操作モジュールに関連した、前記被加工物上へのレーザビームの焦点距離を個別に変更する複数のレーザビーム集束光学モジュールと
   を備え、前記レーザビーム集束光学モジュールは、ｆ−θ光学素子を含まないことを特徴とする装置。
2. 前記複数のレーザビーム操作モジュールは、前記少なくとも１つのレーザビームよりも多い数のレーザビーム操作モジュールを備え、それによって、少なくとも１つの冗長なレーザビーム操作モジュールを決める、請求項１に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
3. 前記複数のレーザビーム集束光学モジュールは、前記少なくとも１つのレーザビームよりも数の多いレーザビーム集束光学モジュールを備え、それによって、少なくとも１つの冗長なレーザビーム集束光学モジュールを決める、請求項１に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
4. 前記少なくとも１つのレーザビームは、選択可能なレーザビーム操作モジュールに選択可能に向けられることができ、前記複数のレーザビーム操作モジュールの前記冗長度（redundancy）は、前記パルス繰返し数と前記レーザビーム操作モジュールのそれぞれのサイクル時間の差を補償する、請求項２に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
5. 前記複数のレーザビーム集束光学モジュールは、前記少なくとも１つのレーザビームよりも数の多いレーザビーム集束光学モジュールを備え、それによって、少なくとも１つの冗長なレーザビーム集束光学モジュールが決められる、請求項１に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
6. 前記少なくとも１つのレーザビームは、選択可能なレーザビーム集束光学モジュールに選択可能に向けられることができ、前記複数のレーザビーム集束光学モジュールの前記冗長度は、前記少なくとも１つのレーザビームのパルス繰返し数と前記レーザビーム集束光学モジュールのそれぞれのサイクル時間の差を補償する、請求項５に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
7. 前記レーザエネルギー源はパルスレーザエネルギー源であり、該少なくとも１つのパルス式レーザエネルギー源の第１のパルスの間、第１のレーザビーム集束光学モジュールが前記被加工物上に第１のパルス式レーザビームを集束するよう動作する、請求項１に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
8. 前記第１のパルスの間、余分なレーザビーム集束光学モジュールは、前記少なくとも１つのパルスレーザエネルギー源の後続パルスの間に出力すべき後続パルスレーザビームを前記被加工物上に集束するのに必要とされる位置に再位置決めされるよう動作する、請求項７に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
9. 前記レーザビーム集束モジュールは、前記ビーム操作モジュールの上流に位置し、前記レーザビーム集束モジュールは、前記被加工物上に前記パルスレーザを集束する少なくとも１つの可動レンズを備える、請求項８に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
10. 前記レーザビーム集束モジュールは、前記少なくとも１つのレーザビーム操作モジュールに少なくとも１つのアクチュエータを備え、該アクチュエータは、前記少なくとも１つのレーザビームの操作の関数として光路長の変化を補償するように軸に沿って前記レーザビーム操作モジュールの部分を移動させるよう動作する、請求項８に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
11. 前記少なくとも１つのレーザエネルギー源は、複数のレーザビームを供給するよう動作する、請求項１に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
12. 前記少なくとも１つのレーザエネルギー源は、複数のレーザビームを供給するよう動作し、前記複数のレーザビーム集束光学モジュールは、各レーザビームのそれぞれについて、少なくとも１つの余分なレーザビーム集束光学モジュールを備える、請求項１に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
13. 前記被加工物上にレーザビームを集束するようにレーザビーム集束光学モジュールを構成するサイクル時間は、前記少なくとも１つのパルス式レーザ源のパルスを分離する時間間隔を上回る、請求項７に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
14. 前記少なくとも１つのパルス式レーザエネルギー源は、前記少なくとも１つのパルス式レーザビームを選択可能に偏向する偏向器を備える、請求項４に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
15. 前記少なくとも１つのレーザエネルギー源は、前記パルス式レーザ源のパルス間の時間間隔よりも短いサイクル時間を有する音響光学偏向器を備える、請求項７に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
16. 前記パルスレーザエネルギー源の最初のパルスの間、前記偏向器は、第１のレーザビーム集束光学モジュールに最初のレーザビームを偏向するよう動作し、次のパルスの間、前記偏向器は、余分なレーザビーム集束光学モジュールに次のレーザ出力を偏向するよう動作する、請求項１５に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する装置。
17. 被加工物にレーザエネルギーを供給する方法であって、
    少なくとも２つのレーザビームを供給する工程と、
    対象物上の個別に選択可能な場所に前記少なくとも２つのレーザビームをそれぞれ選択可能に操作する工程と、
    前記対象物上に前記少なくとも２つのレーザビームの各々の焦点距離をそれぞれ個別に変更する工程と
    を含む、被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
18. 前記選択可能に操作する工程は、前記少なくとも２つのレーザビームよりも多い数のレーザビーム操作モジュールを備える複数のレーザビーム操作モジュールにより行われ、それによって、少なくとも１つの冗長なレーザビーム操作モジュールが決められる、請求項１７に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
19. 前記個別に集束する工程は、前記少なくとも２つのレーザビームよりも多い数のレーザビーム集束光学モジュールを備える複数のレーザビーム集束光学モジュールにより行われ、それによって、少なくとも１つの冗長なレーザビーム集束光学モジュールが決められる、請求項１７に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
20. 前記少なくとも２つのレーザビームを供給する工程は、選択可能なレーザビーム操作モジュールに前記少なくとも２つのレーザビームを選択可能に向ける工程を含み、前記少なくとも１つの余分なレーザビーム操作モジュールは、前記少なくとも２つのレーザビームのパルス繰返し数と前記レーザビーム操作モジュールのそれぞれのサイクル時間の差を補償する、請求項１８に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
21. 前記少なくとも２つのレーザビームを供給する工程は、選択可能なレーザビーム集束光学モジュールに前記少なくとも２つのレーザビームを選択可能に向ける工程を含み、前記複数のレーザビーム集束光学モジュールの前記冗長度は、前記少なくとも２つのレーザビームのパルス繰返し数と前記レーザビーム集束光学モジュールのそれぞれのサイクル時間の差を補償する、請求項１９に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
22. 前記少なくとも２つのレーザビームはパルスレーザビームであり、第１のパルスの間、前記被加工物上に第１のレーザビームを集束する工程を含む、請求項１７に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
23. 第１のパルスの間、前記被加工物上の後続の選択可能な場所に後続パルスの間に出力すべき後続パルスレーザビームを集束するのに必要とされる位置に、冗長なレーザビーム集束光学モジュールを再位置決めする工程を含む、請求項２２に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
24. 前記集束する工程は、前記操作モジュールの上流の少なくとも１つの可動レンズにより行われる、請求項２３に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
25. 前記集束する工程は、前記操作することによって生じる光路長の変化を補償するように軸に沿って回動用操作ミラーを移動させることにより行われる、請求項２３に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
26. 前記少なくとも２つのレーザビームを供給する工程は、少なくとも３つのレーザビームを供給する工程を含む、請求項１７に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
27. 前記被加工物上にレーザビームを集束するようにレーザビーム集束光学モジュールを構成する時間は、前記少なくとも２つのパルスビームのパルスを分離する時間間隔を上回る、請求項２２に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
28. 前記少なくとも２つのレーザビームを供給する工程は、ビームスプリッタに第１のレーザビームを供給する工程、および前記第１のレーザビームを少なくとも２つの出力レーザビームに分割する工程を含む、請求項２０に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
29. 前記分割する工程は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）内を前記第１のレーザビームを通過させる工程と、および前記第１のレーザビームを少なくとも２つのレーザビームに分割するよう動作する前記ＡＯＤ内に音響波を生成する工程とを含む、請求項２８に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
30. 前記音響波を生成する工程は、前記パルスレーザ源のパルス間の時間間隔よりも短い時間で行われる、請求項２９に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
31. 第１の音響波に応答して、第１および第２のレーザビーム集束光学モジュールに第１のレーザビームパルスに関連した少なくとも２つのレーザビームを偏向する工程、および、その後、第２の音響波に応答して、第３および第４のレーザビーム集束光学モジュールに後続レーザビームパルスに関連した少なくとも２つのレーザビームを偏向する工程を含む、請求項２９に記載の被加工物にレーザエネルギーを供給する方法。
32. 電気回路基板にレーザエネルギーを供給する装置であって、
    複数のレーザビームを同時に出力する少なくとも１つのレーザビーム源と、
    前記電気回路基板上の個別に選択可能な場所に当たるように前記複数のレーザビームを向けるよう、前記少なくとも１つのレーザビーム源と前記電気回路基板の間に配設される複数の個別に操作可能なレーザビーム偏向器と、
    ｆ−θ光学素子なしで、個別に選択可能な異なる場所に前記複数のレーザビームの各々の焦点距離を個別に変更するよう動作する集束光学部品と
    を備える、電気回路基板にレーザエネルギーを供給する装置。
33. 前記少なくとも１つのレーザビーム源は、第１のレーザビームを出力するレーザ、および前記第１のレーザビームを前記複数のレーザビームに分割する少なくとも１つのビームスプリッタを備える、請求項３２に記載の電気回路基板にレーザエネルギーを供給する装置。
34. 前記ビームスプリッタは音響光学偏向器を備える、請求項３３に記載の電気回路基板にレーザエネルギーを供給する装置。
35. 前記音響光学偏向器は、前記第１のレーザビームを前記複数のレーザビームに分割するよう、かつ複数の個別に選択可能な場所のうち個別に選択可能な方向にレーザビームをそれぞれ向けるよう動作する、請求項３４に記載の電気回路基板にレーザエネルギーを供給する装置。
36. 前記集束光学部品は少なくとも１つの可動光学素子を含む、請求項３２に記載の電気回路基板にレーザエネルギーを供給する装置。
37. 電気回路基板にレーザエネルギーを供給する方法であって、
    レーザビーム源から複数のレーザビームを同時に出力する工程と、
    前記電気回路基板上の個別に選択可能な場所に当たるように前記複数のレーザビームを個別に操作する工程と、
    ｆ−θ光学素子なしで、個別に選択可能な異なる場所に前記複数のレーザビームの各々の焦点距離を個別に変更する工程と
    を含む、電気回路基板にレーザエネルギーを供給する方法。
38. 前記同時に出力する工程は、第１のレーザビームを出力する工程、および前記第１のレーザビームを前記複数のレーザビームに分割する工程を含む、請求項３７に記載の電気回路基板にレーザエネルギーを供給する方法。
39. 前記分割する工程は、音響光学偏向器により前記第１のレーザビームを分割する工程を含む、請求項３８に記載の電気回路基板にレーザエネルギーを供給する方法。
40. 前記分割する工程は、個別に選択可能な方向に前記複数のレーザビームのうちのいくつかのビームを向ける工程を含む、請求項３９に記載の電気回路基板にレーザエネルギーを供給する方法。
41. 前記集束する工程は、少なくとも１つの光学素子を移動させる工程を含む、請求項３７に記載の電気回路基板にレーザエネルギーを供給する方法。
42. ビームスプリッタをさらに有し、
    前記ビームスプリッタは、
    複数の動作領域を有し、該複数の動作領域の第１の動作領域でレーザビームを受け取るよう、かつ制御入力信号に応答して選択可能な数の出力ビームセグメントを供給するよう動作するビーム偏向器を備える、ことを特徴とする請求項１または３２記載の装置。
43. 前記制御入力信号は、前記出力ビームセグメントのそれぞれ１つをそれぞれが制御する一連のパルスを含む、請求項４２に記載の装置。
44. 前記出力ビームのそれぞれは、前記パルスのそれぞれ１つの特性により制御されるエネルギーパラメータを有する、請求項４３に記載の装置。
45. 前記出力ビームセグメントのそれぞれは、前記パルスのそれぞれ１つの特性により制御される各偏向角度だけ偏向される、請求項４３に記載の装置。
46. 前記選択可能な数の出力ビームセグメントのそれぞれは、ほぼ同じ断面形状を有する、請求項４２に記載の装置。
47. 前記選択可能な数の出力ビームセグメントの少なくともいくつかは、制御可能なエネルギーパラメータを有する、請求項４２に記載の装置。
48. 前記エネルギーパラメータはエネルギー密度である、請求項４７に記載の装置。
49. 前記出力ビームセグメントのエネルギー密度は概ね均一である、請求項４８に記載の装置。
50. 前記出力ビームセグメントのエネルギー密度は概ね均一ではない、請求項４８に記載の装置。
51. 前記ビーム偏向器は、前記制御入力信号に応答して各方向に前記出力ビームセグメントを向けるよう動作する、請求項４２に記載の装置。
52. 前記ビーム偏向器は音響光学偏向器を備え、また、前記動作領域のそれぞれに前記レーザビームを回折するよう、前記制御入力信号に応答して前記音響光学偏向器内に音響波を生成するように結合されるトランスデューサを含む、請求項４２に記載の装置。
53. ビームを分割する工程をさらに有し、
    前記分割する工程は、
    ビーム偏向器の複数の動作領域のうち第１の動作領域でレーザビームを受け取る工程と、
    制御入力信号に応答して、少なくとも別の動作領域から選択可能な数の出力ビームセグメントを出力する工程と
    を含むことを特徴とする請求項１７または３７記載の方法。
54. 前記出力する工程は、各出力ビームセグメントをぞれぞれが制御する一連のパルスを有する制御入力信号を生成する工程を含む、請求項５３に記載の方法。
55. 前記出力ビームセグメントは、前記パルスの少なくとも１つの特性により制御されるエネルギーパラメータを有する、請求項５４に記載の方法。
56. 前記出力ビームセグメントはそれぞれ、各パルスの特性により制御される各偏向角度だけ偏向される、請求項５４に記載の方法。
57. 前記出力する工程は、ほぼ同じ断面形状をそれぞれが有する選択可能な数の出力ビームセグメントを出力する工程を含む、請求項５３に記載の方法。
58. 前記出力する工程は、少なくともいくつかの出力ビームセグメントが制御可能なエネルギーパラメータを有する選択可能な数の出力ビームセグメントを出力する工程を含む、請求項５３に記載の方法。
59. 前記エネルギーパラメータはエネルギー密度である、請求項５８に記載の方法。
60. 前記出力ビームセグメントのエネルギー密度は概ね均一である、請求項５９に記載の方法。
61. 前記出力ビームセグメントのエネルギー密度は概ね均一でない、請求項５９に記載の方方法。
62. 前記出力する工程は、前記制御入力信号に応答して選択可能な方向に前記出力ビームセグメントを向ける工程を含む、請求項５３に記載の方法。
63. 前記出力する工程は、前記動作領域のそれぞれに前記レーザビームを回折するよう、前記制御入力信号に応答して音響光学偏向器内に音響波を生成する工程を含む、請求項５３に記載の方法。

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