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WO2022091253A1 - 光加工装置 - Google Patents

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Publication number
WO2022091253A1
WO2022091253A1 PCT/JP2020/040446 JP2020040446W WO2022091253A1 WO 2022091253 A1 WO2022091253 A1 WO 2022091253A1 JP 2020040446 W JP2020040446 W JP 2020040446W WO 2022091253 A1 WO2022091253 A1 WO 2022091253A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical system
light
optical
processing apparatus
optical processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2020/040446
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健太 須藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to EP20959771.5A priority Critical patent/EP4238685A4/en
Priority to US18/034,224 priority patent/US20230390864A1/en
Priority to JP2022558672A priority patent/JP7505573B2/ja
Priority to CN202080106603.3A priority patent/CN116438030A/zh
Priority to PCT/JP2020/040446 priority patent/WO2022091253A1/ja
Publication of WO2022091253A1 publication Critical patent/WO2022091253A1/ja
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Priority to JP2024095562A priority patent/JP2024116337A/ja
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head

Definitions

  • the present invention relates to an optical processing apparatus.
  • Patent Document 1 describes a processing device that irradiates the surface of an object with a laser beam to form a structure. This type of processing apparatus is required to appropriately form a structure on an object (Patent Document 1).
  • the optical processing apparatus includes a split optical system that divides an incident first light beam into a second light beam including a plurality of light rays, an optical path of the first light beam incident on the split optical system, and a light path.
  • a variable magnification optical system arranged on at least one of the plurality of light beams included in the second light beam emitted from the divided optical system on the optical path, and a condensing optical system for condensing the second light beam are provided.
  • the object is processed with the second light beam from the condensing optical system.
  • the optical processing apparatus is arranged on the optical path of the second light beam between the split optical system and the condensing optical system, and the second aspect is described. Further provided is a reflector having a swingable reflecting surface that reflects the plurality of light rays included in the light beam.
  • the plurality of light fluxes included in the second light beam are three or more light fluxes
  • the condensing optical system is a condensing optical system. Each of the three or more light fluxes from the split optical system is focused.
  • the perspective view which shows an example of the riblet structure formed on the object by using the optical processing apparatus of 1st Embodiment.
  • variable optical system refers to an optical system in which at least one of the lateral magnification and the angular magnification of the optical system changes due to the movement of the optical members constituting the optical system. Therefore, the variable magnification optical system also includes a zoom lens and a varifocal lens whose focal length changes due to the movement of the optical member, or an optical system whose angular magnification changes due to the movement of the optical member. In the optical system in which the angular magnification changes, the angular magnification may change while maintaining the afocal system.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the optical processing apparatus 1 of the first embodiment.
  • the X, Y, and Z directions indicated by arrows in FIG. 1 and each figure described later are orthogonal to each other, and the X, Y, and Z directions each indicate the same direction in each figure. ..
  • the XZ direction indicated by the arrow in FIG. 1 is a direction intermediate between the X direction and the Z direction described above, that is, a direction orthogonal to the Y direction and 45 ° away from the X direction and the Z direction, respectively. There is.
  • the directions indicated by the arrows are referred to as + X direction, + Y direction, + Z direction, and + XZ direction, respectively.
  • the position in the X direction is referred to as the X position
  • the position in the Y direction is referred to as the Y position
  • the position in the Z direction is referred to as the Z position.
  • the optical processing device 1 of the first embodiment includes a first variable magnification optical system 11, a split optical system 14, a second variable magnification optical system 19, a first reflection member 24, a condensing optical system 27, a reflection device 22, and the like. It is a device that includes.
  • the light processing device 1 irradiates the surface (processed surface WS) of the object W, which is a work piece, with the light supplied from the light source device 10.
  • a light source device 10 such as a laser supplies a substantially parallel light having a diameter D0, that is, a first luminous flux L1 having an opening angle (divergence angle or convergence angle) of almost 0.
  • the diameter of the luminous flux is, for example, the entire width of a range in which the intensity is 1 / e 2 of the peak intensity in a luminous flux having a Gaussian distribution type cross-sectional intensity distribution.
  • the supplied first luminous flux L1 having a diameter D0 travels in the ⁇ Z direction and is introduced into the first variable magnification optical system 11.
  • the first variable magnification optical system 11 is an afocal variable magnification optical system including a first lens barrel 12 and four lenses 13a to 13d as an example.
  • the first lens barrel 12 moves the front group lenses 13a and 13b and the rear group lenses 13c and 13d in the Z direction, respectively.
  • the angular magnification of the first variable magnification optical system 11 as a whole changes.
  • the diameter of the first light beam L1 which is substantially parallel light incident on the first variable magnification optical system 11, is expanded or reduced by the first variable magnification optical system 11. Then, the diameter becomes D1 and is ejected from the first variable magnification optical system 11. Then, the diameter D1 of the first luminous flux L1 is changed by changing the Z positions of the front group lenses 13a and 13b and the rear group lenses 13c and 13d of the first variable magnification optical system 11.
  • the first luminous flux L1 having a diameter D1 emitted from the first variable magnification optical system 11 is incident on the split optical system 14. Therefore, it can be said that the first variable magnification optical system 11 is arranged on the optical path of the first luminous flux L1 incident on the split optical system 14.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a luminous flux divided by the division optical system 14.
  • the split optical system 14 has a diffractive optical element 16 which is a phase type diffraction grating which is a one-dimensional translucent diffraction grating formed on a translucent substrate 15.
  • the diffractive optical element 16 has lattices extending in the Y direction periodically arranged in the X direction.
  • the uneven pattern (phase pattern) provided in the diffractive optical element 16 is not limited to the one-dimensional pattern.
  • a phase diffractive optical element having a two-dimensional uneven pattern (phase pattern) as disclosed in US Pat. No. 5,580,300 may be used.
  • the diffractive optical element 16 may be an amplitude type diffractive optical element.
  • the first luminous flux L1 traveling in the + Z direction is diffracted by the diffractive optical element 16 and divided in the X direction.
  • the 0th-order diffracted light L22 shown by the solid line which is straight light, travels in the + Z direction.
  • the + 1st-order diffracted light L23 shown by the broken line travels in the direction separated by an angle ⁇ 2 from the + Z direction to the + X direction.
  • the -1st-order diffracted light L21 shown by the dotted line travels in the direction separated by an angle ⁇ 1 from the + Z direction to the ⁇ X direction.
  • high-order diffracted light of ⁇ 2nd order or higher may be generated from the diffractive optical element 16.
  • the 0th-order diffracted light L22, the + 1st-order diffracted light L23, the -1st-order diffracted light L21, and the higher-order diffracted light of ⁇ 2nd order or higher are collectively or individually referred to as the second luminous flux L2.
  • each diffracted light (L22a, L23a, L21a, etc.) after these diffracted light passes through the second variable magnification optical system 19, and each diffracted light (L22b, L23b, etc.) after passing through the condensing optical system 27.
  • the second luminous flux L2 includes, for example, three or more luminous fluxes including the 0th-order diffracted light L22, the + 1st-order diffracted light L23, and the -1st-order diffracted light L21 in the cross section perpendicular to the traveling direction.
  • the angle ⁇ 1 formed by the traveling direction of the 0th-order diffracted light L22 and the traveling direction of the -1st-order diffracted light L21 is, for example, larger than 0 ° and less than 90 °.
  • the angle ⁇ 2 formed by the traveling direction of the 0th-order diffracted light L22 and the traveling direction of the + 1st-order diffracted light L23 is, for example, larger than 0 ° and less than 90 °.
  • the angle formed by the axes of the two adjacent light fluxes along the traveling directions is an acute angle.
  • the second luminous flux L2 including a plurality of luminous fluxes split by the split optical system 14 is incident on the synthetic optical system 17 including a dichroic beam splitter as an example.
  • the synthetic optical system 17 merges (synthesizes) the second luminous flux L2 incident from the split optical system 14 and the third luminous flux L3 indicated by the two-dot chain line incident from the position detection unit 18, and is a second variable magnification optical system. It is an optical system that ejects toward 19.
  • the second luminous flux L2 is light having a wavelength ⁇ 2
  • the third luminous flux L3 is light having a wavelength ⁇ 3 different from the wavelength ⁇ 2
  • the dichroic surface 17a of the synthetic optical system 17 has a second luminous flux L2 having a wavelength ⁇ 2. It transmits and reflects the third luminous flux L3 having a wavelength ⁇ 3.
  • the third luminous flux L3 is reflected or scattered by the object W to become the fourth luminous flux L4, which is incident on the synthetic optical system 17 from the second variable magnification optical system 19 side.
  • the synthetic optical system 17 guides the fourth luminous flux L4 incident from the second variable magnification optical system 19 side to the position detection unit 18.
  • the position detection unit 18 will be described later.
  • the synthetic optical system 17 is not limited to the above-mentioned dichroic beam splitter, and may be made of flat glass having a dichroic mirror.
  • a polarization beam splitter may be used.
  • the second luminous flux L2 that ejects the split optical system 14 and further passes through the synthetic optical system 17 is incident on the second variable magnification optical system 19. Therefore, it can be said that the second variable magnification optical system 19 is arranged on the optical path of the second luminous flux L2 emitted from the split optical system 14.
  • the third luminous flux L3 merged with the second luminous flux L2 by the synthetic optical system 17 is also incident on the second variable magnification optical system 19 together with the second luminous flux L2.
  • the second variable magnification optical system 19 is an afocal variable magnification optical system including a second lens barrel 20 and four lenses 21a to 21d as an example.
  • the second lens barrel 20 moves the front group lenses 21a and 21b and the rear group lenses 21c and 21d in the Z direction, respectively.
  • the angular magnification of the second variable magnification optical system 19 as a whole changes.
  • FIG. 3 is a diagram showing a second luminous flux incident on the second variable magnification optical system 19 and a second luminous flux emitted from the second variable magnification optical system.
  • the traveling direction of the 0th-order diffracted light L22 is the + Z direction.
  • the traveling direction of the -1st-order diffracted light L21 is a direction separated by an angle ⁇ 1 from the + Z direction in the ⁇ X direction
  • the traveling direction of the + 1st-order diffracted light L23 is a direction separated by an angle ⁇ 2 from the + Z direction in the + X direction.
  • the diameters of the incident second luminous fluxes L21, L22, and L23 are all D1.
  • the second luminous flux L21, L22, and L23 incident on the second variable magnification optical system 19 become the second luminous flux L21a, L22a, and L23a, respectively, and are emitted from the second variable magnification optical system 19.
  • the 0th-order diffracted light L22a corresponding to the incident 0th-order diffracted light L22 is emitted in the + Z direction.
  • the -1st-order diffracted light L21a corresponding to the incident -1st-order diffracted light L21 is emitted in a direction separated by an angle ⁇ 3 from the + Z direction to the ⁇ X direction.
  • the + 1st-order diffracted light L23a corresponding to the incident + 1st-order diffracted light L23 is emitted in a direction away from the + Z direction by an angle ⁇ 4 in the + X direction.
  • the diameters of the second luminous fluxes L21a, L22a, and L23a to be emitted are all D2.
  • the angle ⁇ 3, the angle ⁇ 4, and the diameter D2 described above change due to the change in the angular magnification of the second variable magnification optical system 19. Since the second variable magnification optical system 19 is an afocal system, the opening angles of the second luminous fluxes L21a, L22a, and L23a to be emitted do not change even if the angular magnification of the second variable magnification optical system 19 changes.
  • the above-mentioned +1st-order diffracted light is also different from the + Z direction in the traveling direction of the diffracted light of ⁇ 2nd order or higher emitted from the second variable magnification optical system 19. It is the same as L23a and -1st order diffracted light L21a. Further, the diameter, or further the opening angle or the traveling direction of the third luminous flux L3 is changed by the second variable magnification optical system 19.
  • the second luminous flux L2 also includes diffracted light of ⁇ 2nd order or higher.
  • the deviation angle from the + Z direction in the traveling direction is different from that of the +1st order diffracted light L23a and the -1st order diffracted light L21a. Since it is the same as the primary diffracted light L21a, the description thereof will be omitted.
  • the second luminous flux L21a, L22a, L23a emitted from the second variable magnification optical system 19 and the diffracted light of ⁇ 2nd order or higher are incident on the reflecting surface 23 provided in the reflecting device 22.
  • the reflection surface 23 is a plane arranged along a plane parallel to the XZ direction and the Y direction.
  • the second luminous flux L22a traveling in the + Z direction and incident on the reflecting surface 23 is reflected in the + X direction by the reflecting surface 23.
  • the second luminous flux L21a that travels in a direction away from the + Z direction by an angle ⁇ 3 and is incident on the reflection surface 23 is reflected by the reflection surface 23 in a direction away from the + X direction by an angle ⁇ 3. .. Further, the second luminous flux L23a that travels in a direction away from the + Z direction by an angle ⁇ 4 in a direction away from the + X direction and is incident on the reflection surface 23 is reflected by the reflection surface 23 in a direction away from the + X direction by an angle ⁇ 4 in the + Z direction. ..
  • the reflecting surface 23 is held by the driving member 24 via the reflecting device 22 so as to be swingable within a predetermined angle with the rotation center in the XZ direction as an example.
  • a so-called galvano mirror may be used as the reflecting device 22, the reflecting surface 23, and the driving member 24.
  • the traveling directions of the second light fluxes L21a, L22a, and L23a reflected by the reflecting surface 23 are the above-mentioned predetermined directions from the above-mentioned directions. It changes (swings) between two directions separated by ⁇ Y direction by an angle twice the angle.
  • the configuration for actively changing the emission angle of the second luminous flux is not limited to the galvano mirror, and for example, a polygon mirror or an AOD (acoustic optical deflector) may be used.
  • the second light fluxes L21a, L22a, and L23a reflected by the reflecting surface 23 are incident on the second reflecting surface 26 provided in the second reflecting device 25.
  • the second reflecting surface 26 is a plane arranged along a plane parallel to the XZ direction and the Y direction, travels in the direction centered on the + X direction described above, and is incident on the second reflecting surface 26.
  • the traveling directions of the second light fluxes L21a, L22a, and L23a are reflected in each direction centered on the + Z direction.
  • the second reflecting device 25 does not need to be held swingably, and may be fixed and held with respect to the entire optical processing device 1.
  • the second reflecting device 25 may be held so as to be swingable.
  • the second luminous fluxes L21a, L22a, and L23a reflected by the second reflecting surface 26 are incident on the condensing optical system 27.
  • the second light fluxes L21a, L22a, and L23a are converted into the second light fluxes L21b, L22b, and L23b, which are convergent light fluxes, respectively, by the condensing optical system 27.
  • the second light flux L21b is focused on the light collecting unit S1
  • the second light flux L22b is focused on the light collecting unit S2
  • the second light flux L23b is focused on the light collecting unit S3.
  • the condensing optical system 27 includes three lenses 27a to 27c as an example, and one of the lenses 27b is held by the focal position changing member 28. By moving the lens 27b in the Z direction by the focal position changing member 28, the focal position of the condensing optical system 27 (the position of the condensing surface CP) can be adjusted.
  • the synthetic optical system 17 and the condensing optical system 27 are used instead of or in addition to the configuration in which at least a part of the plurality of lenses constituting the condensing optical system 27 is moved in the Z direction to change the focal position.
  • An optical member typically a lens that can move along the traveling direction of light may be provided in the optical path of the second light beam and / or the third light beam between the two.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the second light fluxes L21b to L23b focused on the focusing surface CP by the focusing optical system 27.
  • the condensing optical system 27 is shown by one lens for simplification.
  • FIG. 4 shows the surface MP on which the reflective surface 23 is arranged, and the description of the second reflective surface 26 is omitted. Therefore, in FIG. 4, the second luminous fluxes L21a to L23a emitted from the reflecting surface 23 are shown to travel in the direction centered on the + Z direction. As described above, the diameters of the second luminous fluxes L21a to L23a are all D2.
  • the second light beams L21a to L23a incident on the condensing optical system 27 are converted into the second light beams L21b to L23b, which are convergent lights, by the refractive power of the condensing optical system 27, and are arranged in the X direction.
  • the light is collected in each of the three light collecting units S1 to S3. Further, the third light flux L3 is also focused on the second light collecting unit S10 on the light collecting surface CP by the light condensing optical system 27.
  • the diameters D3 of the three condensing portions S1 to S3 on the condensing surface CP are represented by the equation (2) using the wavelength ⁇ 2 of the second luminous flux L2 and the opening angle ⁇ .
  • D3 2 ⁇ ⁇ 2 / ⁇ ⁇ sin ( ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (2)
  • the diameter D2 of the second luminous flux L21a to L23a changes by changing the angular magnification of the second variable magnification optical system 19
  • the opening angle ⁇ of the second luminous flux L21b to L23b can be changed.
  • the diameters D3 of the three light collecting portions S1 to S3 can be changed from the equation (2).
  • the diameter D2 of the second luminous flux L21a to L23a can be changed in the same manner.
  • the diameter D1 of the first luminous flux L1 that emits the first variable magnification optical system 11 is changed, and the second luminous flux L21a to L23a that emit the second variable magnification optical system 19 is changed. This is because the diameter D2 of the first light flux L1 is proportional to the diameter D1 of the first light flux L1.
  • the opening angle ⁇ of the second light fluxes L21b to L23b can be changed, and the diameters D3 of the three condensing portions S1 to S3 can be changed. ..
  • the condensing optical system 27 is, for example, a so-called f ⁇ lens system.
  • the projection characteristics of the condensing optical system 27 are not limited to f ⁇ .
  • the distance from the optical axis AX of the condensing optical system 27 on the condensing surface CP to the condensing portions S1 to S3 is the second light beam L21a to which the reflecting surface 23 is emitted. It is proportional to the deviation angle of each traveling direction of L23a from the + Z direction. Since the second luminous flux L22a travels in the + Z direction from the reflecting surface 23, the position of the second luminous flux L22b focused by the focusing optical system 27 in the X direction coincides with the optical axis AX. There is.
  • the position of the condensing unit S1 in the X direction is a distance from the optical axis AX in the ⁇ X direction. It is located away from P1. Further, since the second luminous flux L23a travels in a direction away from the reflecting surface 23 by an angle ⁇ 4 with respect to the + Z direction in the + X direction, the position of the condensing unit S3 in the X direction is a distance from the optical axis AX in the + X direction. It is located away from P2. Since the distance P1 and the distance P2 can be said to be the distances between the light collecting portions S1 and S3 in the X direction, the distances P1 and the distance P2 are also referred to as the distance P1 and the distance P2, respectively.
  • the distance P1 is a value obtained by multiplying the angle ⁇ 3 by the focal length of the condensing optical system 27, and the distance P2 is a value obtained by multiplying the angle ⁇ 4 by the focal length of the condensing optical system 27.
  • the angle ⁇ 3 and the angle ⁇ 4 can be changed by changing the angular magnification of the second variable magnification optical system 19. Therefore, by changing the angular magnification of the second variable magnification optical system 19, the intervals P1 and P2 in the X direction of the plurality of condensing units S1 to S3 can be changed.
  • the opening angle ⁇ of the second light fluxes L21b to L23b is changed, and the diameters D3 of the plurality of condensing portions S1 to S3 are changed. Can be done. Further, by changing the angular magnification of the second variable magnification optical system 19, the opening angle ⁇ of the second light fluxes L21b to L23b can be changed, and the diameters D3 of the plurality of condensing portions S1 to S3 can be changed. , The intervals P1 and P2 in the X direction of the plurality of condensing units S1 to S3 can be changed.
  • the distances P1 and P2 in the X direction of the plurality of condensing units S1 to S3 can be changed to desired values.
  • the opening angle ⁇ of the second luminous flux L21b to L23b is also changed, but the opening angle ⁇ of the second luminous flux L21b to L23b is desired by changing the angular magnification of the first variable magnification optical system 11. Can be set to the value of.
  • the distances P1 and P2 in the X direction of the plurality of light collecting units S1 to S3 that are focused on can be independently changed.
  • the traveling direction of the second light flux L2 reflected by the reflecting surface 23 is approximately the + X direction. It swings in the ⁇ Y direction by an angle twice a predetermined angle around the direction of the movement. Therefore, when the reflecting surface 23 of the reflecting device 22 swings, the plurality of light collecting portions S1 to S3 swing (move) in the Y direction on the light collecting surface CP.
  • the light collecting portions S1 to S3 of the plurality of second light fluxes L2 that collect light on the light collecting surface CP are arranged side by side in the X direction.
  • the split optical system 14 condenses the first light flux L1 on the plurality of light flux L2 arranged in the X direction on the light condensing surface CP. It can be said that it is divided.
  • the reflecting surface 23 of the reflecting device 22 swings so that the respective condensing portions S1 to S3 move on the condensing surface CP along the Y direction intersecting the X direction.
  • the X direction can be called the first direction
  • the Y direction can be called the second direction.
  • a work surface WS of an object W which is a work piece, is arranged on the light collection surface CP.
  • the optical processing apparatus 1 of the first embodiment has a sample table 29 that holds an object W and moves on a guide 30 in the X direction. With the object W and the sample table 29 arranged at a predetermined X position, the reflecting surface 23 of the reflecting device 22 is swung within a predetermined angle range with the XZ direction as the rotation center, whereby a plurality of condensing units S1 to S1 to Each of S3 can be moved (scanned) in the Y direction on the workpiece WS of the object W.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of a riblet structure formed on a workpiece surface WS of an object W using the optical processing apparatus 1 of the first embodiment.
  • a plurality of condensing portions S1 to S3 arranged in the X direction on the condensing surface CP are placed on the condensing surface CP in a state where the work surface WS is arranged so as to coincide with the condensing surface CP.
  • a recess group SG including, for example, three recesses RS, each extending in the Y direction and periodically arranged in the X direction on the surface WS to be machined.
  • the recess RS may be referred to as a groove.
  • the condensing portions S1 to S3 are scanned in the Y direction on the condensing surface CP a plurality of times, so that a large number of condensing portions S1 to S3 are scanned on the workpiece surface WS. It is possible to form a riblet structure composed of the concave RS of the above.
  • the riblet structure may be regarded as composed of a large number of convex portions PS or uneven portions.
  • the movement of the X position of the object W and the sample table 29 may be a continuous movement in the X direction at a substantially constant velocity.
  • Each concave portion RS may be formed by melting, evaporating or sublimating a part of the workpiece surface WS of the object W such as metal by irradiation with the second luminous flux L2 which is the processing light.
  • the convex portion and the convex portion can be formed by forming a convex portion by dissolving and solidifying the powder such as metal arranged on the workpiece surface WS of the object W such as metal by irradiation with the second luminous flux L2.
  • a recess may be formed between the two.
  • the concave portion may be formed by melting, evaporating or sublimating the coating film on the work surface WS of the object W by irradiation with the second luminous flux L2.
  • the number of the plurality of light collecting portions S1 to S3 arranged in the X direction on the light collecting surface CP is not limited to the above-mentioned three, and may be any number of two or more.
  • a plurality of condensing units S1 to S3 arranged in the X direction are formed on the condensing surface CP, and these plurality of condensing units S1 to S3 are collectively Y. Since the workpiece surface WS of the object W is machined by moving (scanning) in the direction, the machining speed can be improved as compared with the case of scanning and machining one condensing unit.
  • the diameters D3 of each of the plurality of light collecting portions S arranged in the X direction on the light collecting surface CP (or the second light fluxes L21b to L23b toward the light collecting surface CP). Since the opening angle ⁇ ) and the distances P1 and P2 in the X direction can be changed, the width of each concave portion RS (or the width of the convex portion PS) to be machined on the workpiece surface WS of the object W and a plurality of concave portions.
  • the distance between the RSs in the X direction (or the distance between the plurality of convex portions PS in the X direction) and the ratio between the width of the concave portion RS and the convex portion PS can be freely changed. Therefore, a plurality of types of structures can be formed on the surface WS to be machined depending on the use of the object W and the like.
  • the inclination ⁇ of the second light flux L21b to L23b toward the condensing surface CP can be changed to change the inclination of the slope of the concave portion RS of the riblet structure (the inclination of the slope of the convex portion PS).
  • the light collecting unit S is moved in the Y direction for processing, then the position of the light collecting unit S is moved in the X direction, and then the light collecting unit S is processed. May be moved in the Y direction for processing.
  • the amount of movement of the condensing unit S in the X direction may be smaller than the diameter D3 of the condensing unit.
  • the third light beam L3, which is ejected from the position detection unit 18 and merged (combined) with the second light beam L2 by the synthetic optical system 17, has the second variable magnification optical system 19, the reflecting surface 23, and the same as the second light beam L2.
  • the light After passing through the second reflecting surface 26 and the condensing optical system 27, the light is condensed on the second condensing unit S10 on the condensing surface CP.
  • the third luminous flux L3 irradiates the workpiece surface WS of the object W arranged on the condensing surface CP.
  • the third luminous flux L3 irradiated on the workpiece WS is reflected or scattered by the workpiece WS, and at least a part thereof becomes the fourth luminous flux L4, and the optical path substantially the same as the third luminous flux L3 is referred to as the third luminous flux L3. Goes back and returns to the synthetic optical system 17.
  • the fourth luminous flux L4 is reflected by the dichroic surface 17a of the synthetic optical system 17, guided to the position detection unit 18, and received by the position detection unit 18.
  • the position detection unit 18 detects the position of the object W in, for example, the Z direction based on the received fourth luminous flux L4.
  • the position detection unit 18 may include, for example, an interferometer. As such a position detecting unit, the three-dimensional shape measuring device disclosed in Japanese Patent No. 5231883 may be applied. Alternatively, the position detection unit 18 may detect the position of the portion of the object W having a predetermined shape on the workpiece WS in the X direction or the Y direction.
  • first variable magnification optical system 11, the second variable magnification optical system 19, and the afocal system may be a so-called zoom lens system or a varifocal system in which the focal length changes.
  • zoom lens system or a varifocal system in which the focal length changes.
  • the opening angle also changes.
  • the number of lenses constituting the first variable magnification optical system 11, the second variable magnification optical system 19, and the condensing optical system 27 is not limited to the above-mentioned number, and each has an arbitrary number of lenses. It may be a thing.
  • at least one of the first-magnification optical system 11, the second-magnification optical system 19, and the condensing optical system 27 is a catadioptric system or a catadioptric system including a reflective optical member such as a mirror or a prism. You may.
  • At least one of the first variable magnification optical system 11, the second variable magnification optical system 19, and the condensing optical system 27 may be a diffraction type optical system.
  • the synthetic optical system 17 is arranged between the split optical system 14 and the second variable magnification optical system 19, but is inside the second variable magnification optical system 19 or the second variable magnification optical system. It may be arranged between 19 and the reflecting device 22.
  • the synthetic optical system may be arranged on the condensing surface CP side of the reflecting device 22.
  • the optical processing apparatus 1 does not have to have either the first variable magnification optical system 11 or the second variable magnification optical system 19.
  • the opening angle ⁇ of the second light fluxes L21b to L23b is increased by scaling the second variable magnification optical system 19.
  • the distances P1 and P2 in the X direction of the plurality of condensing units S1 to S3 can be changed.
  • the opening angle ⁇ of the second light fluxes L21b to L23b is changed by scaling the first variable magnification optical system 11. Can be done.
  • the sample table 29 may move the held object W in the X direction and the Y direction.
  • the object W instead of swinging the reflecting device 22 and the reflecting surface 23, the object W is moved with respect to the condensing portions S1 to S3 by the sample table 29, so that the object W is moved in the workpiece surface WS of the object W.
  • the relative positions of the light collecting portions S1 to S3 can be moved (scanned) in the Y direction. Therefore, in this case, the optical processing device 1 does not have to have the reflecting device 22 and the reflecting surface 23.
  • the second reflecting device 25 and the second reflecting surface 26 are fixed to the entire optical processing device 1, but the second reflecting device 25 and the second reflecting surface 26 are Y. It may swing within a predetermined angle range with the direction as the center of rotation. As a result, the condensing units S1 to S3 can be moved (scanned) in the X direction on the condensing surface CP.
  • the plurality of condensing portions S1 to S3 on the condensing surface CP are formed side by side in the Y direction on the condensing surface CP. Further, due to the swing of the reflecting surface 23, the condensing portions S1 to S3 move (scan) in the X direction on the condensing surface CP. Therefore, in this case, the optical processing apparatus 1 does not have to have the sample table 29 that holds the object W and moves it in the X direction.
  • the split optical system 14 divides the first light flux L1 into a plurality of second light fluxes L2 in the X direction, and the reflecting device 22 and the reflecting surface 23 swing within a predetermined angle range with the XZ direction as the rotation center. I decided to move. However, not limited to this, the split optical system 14 divides the first light flux L1 into a plurality of second light fluxes L2 in the Y direction, and the reflecting device 22 and the reflecting surface 23 swing within a predetermined angle range with the Y direction as the rotation center. It may be a moving one.
  • the split optical system 14 does not necessarily have to divide the first light flux L1 so that the plurality of condensing portions S1 to S3 are arranged in the X direction or the Y direction on the condensing surface CP.
  • the first luminous flux L1 may be divided into the second luminous flux L2 so that the X position or the Y position of the plurality of light collecting portions S1 to S3 on the light collecting surface CP are different from each other.
  • the split optical system 14 may divide the first light flux L1 into two second light fluxes L2.
  • the optical processing device 1 does not have to have the light source device 10, and for example, the first light flux L1 is supplied from a light source provided outside the optical processing device 1 via a light guide member such as an optical fiber. It may be something that you receive.
  • the split optical system 14 is not limited to the configuration having the diffractive optical element 16 described above, and may divide the first light flux L1 into a plurality of second light flux L2 whose traveling directions are separated from each other by a predetermined angle. Any optical system may be used.
  • FIG. 6 shows a split optical system 14a including a reflective member as another example of the split optical system 14.
  • the first light flux L1 incidented by the polarization beam splitter 41 includes a first light flux L11 of P polarization transmitted through the reflection surface 41a and a first light flux L12 of S polarization reflected by the reflection surface 41a. It is split into.
  • the first light flux L1 of P polarization transmitted through the polarization beam splitter 41 is converted into circular polarization by the 1/4 wave plate 42 and reflected by the reflector 43. Then, it is again transmitted through the 1/4 wave plate 42, converted into S-polarized light, reflected by the reflecting surface 41a of the polarizing beam splitter 41, and emitted from the split optical system 14a as the second luminous flux L21.
  • the first light flux L2 of S polarization reflected by the polarization beam splitter 41 is converted into circular polarization by the 1/4 wave plate 44 and reflected by the reflector 45. Then, it is again transmitted through the 1/4 wave plate 44 and converted into P-polarized light, transmitted through the polarization beam splitter 41, and is emitted from the split optical system 14a as the second luminous flux L22.
  • the traveling direction of the second light flux L21 and the second light flux L22 is, for example, an angle difference ⁇ 1. It will be just off.
  • the traveling directions of the second luminous flux L21 and the second luminous flux L22 are generally in the ⁇ X direction, but by arranging a bent mirror (not shown), the second luminous flux L21 and the second luminous flux L22 can be arranged.
  • the traveling direction may be changed to approximately the + Z direction while maintaining the above angle difference ⁇ 1.
  • the light flux emitted from the split optical system 14a is two, a second light flux L21 and a second L22, but by arranging a plurality of split optical systems 14a in series, one first light flux L1 can be further increased. It may be divided into two light fluxes L2. When a plurality of divided optical systems 14a are arranged in series, a 1/4 wave plate is arranged between them, and the second luminous flux L21 and the second L22 emitted from one divided optical system 14a are circularly polarized. You may convert it.
  • the optical processing apparatus 1 of the first embodiment described above includes a split optical system 14 that divides the incident first light beam L1 into a second light beam L2 including a plurality of light rays (L21, L22, L23).
  • the variable magnification optical system (11, 19) and a condensing optical system 27 for condensing the second light beam L2 are provided, and the object W is processed by the second light beam L2 from the condensing optical system 27.
  • a plurality of condensing portions S1 to S3 can be formed on the workpiece surface WS of the object W, and by scaling the variable magnification optical system (11, 19), the condensing portions S1 to S3 can be formed.
  • the opening angle ⁇ of each of the second light fluxes L21b to L23b to be focused on can be changed. Therefore, it is possible to realize an optical processing apparatus 1 having a high processing capacity, which can simultaneously perform processing at a plurality of locations on the surface to be processed WS. Further, it is possible to realize the optical processing apparatus 1 in which the diameters D3 of the condensing portions S1 to S3 can be changed (adjusted), that is, the dimensions of the processed region of the workpiece WS can be easily changed.
  • the optical processing apparatus 1 is further arranged on the optical path of the second light flux L2 between the split optical system 14 and the condensing optical system 27, and reflects a plurality of light fluxes included in the second light flux L2.
  • a reflecting device 22 having a movable reflecting surface 23 may be provided. In this configuration, by swinging the reflective surface 23, a plurality of light collecting portions S1 to S3 formed on the work surface WS can be moved (scanned) on the work surface WS. As a result, it is possible to realize the optical processing apparatus 1 having higher processing capacity.
  • a plurality of light fluxes included in the second light flux L2 are three or more light fluxes (L21, L22, L23), and the condensing optical system 27 is three from the split optical system 14.
  • Each of the above light fluxes can be focused. With this configuration, it is possible to simultaneously process three or more locations on the surface WS to be processed, and it is possible to realize an optical processing apparatus 1 having a higher processing capacity.
  • the present invention is not limited to the above contents. Other aspects considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
  • the present embodiment may be a combination of all or part of the above-described embodiments.
  • Optical processing device 10: Light source device, 11: First variable magnification optical system, 14: Split optical system, 17: Synthetic optical system, L1: First light beam, L2: Second light beam, L3: Third light beam, 18: Position detector, 22: Reflector, 23: Reflective surface, 27: Condensing optical system, CP: Condensing surface, 29: Sample stand, 30: Guide, W: Object, WS: Processed surface

Landscapes

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Abstract

光加工装置は、入射する第１光束（Ｌ１）を複数の光束を含む第２光束（Ｌ２）に分割する分割光学系（１４）と、分割光学系に入射する第１光束の光路上、及び分割光学系から射出する第２光束に含まれる複数の光束の光路上の少なくとも一方に配置された変倍光学系（１１、１９）と、第２光束を集光させる集光光学系（２７）と、を備え、集光光学系からの第２光束で物体を加工する。

Description

光加工装置
　本発明は、光加工装置に関する。
　物体を加工可能な加工装置として、特許文献１には、物体の表面にレーザー光線を照射して構造を形成する加工装置が記載されている。この種の加工装置には、物体に構造を適切に形成することが要求されている（特許文献１）。
米国特許第４９９４６３９号明細書
　第１の態様によると、光加工装置は、入射する第１光束を複数の光束を含む第２光束に分割する分割光学系と、前記分割光学系に入射する前記第１光束の光路上、及び前記分割光学系から射出する前記第２光束に含まれる前記複数の光束の光路上の少なくとも一方に配置された変倍光学系と、前記第２光束を集光させる集光光学系と、を備え、前記集光光学系からの前記第２光束で物体を加工する。
　第２の態様によると、光加工装置は、第１の態様の光加工装置において、前記分割光学系と前記集光光学系との間の前記第２光束の光路上に配置され、前記第２光束に含まれる前記複数の光束を反射する揺動可能な反射面を有する反射装置をさらに備える。
　第３の態様によると、光加工装置は、第１の態様の光加工装置において、前記第２光束に含まれる前記複数の光束は、３つ以上の光束であり、前記集光光学系は、前記分割光学系からの前記３つ以上の光束をそれぞれ集光させる。
第１実施形態の光加工装置の構成を概略的に示す図。 分割光学系により分割される光束の一例を示す図。 第２変倍光学系に入射する光束、および第２変倍光学系から射出する光束を示す図。 集光光学系により集光面に集光される第２光束を示す概念図。 第１実施形態の光加工装置を用いて物体上に形成したリブレット構造の一例を示す斜視図。 分割光学系の他の例を示す図。
　本明細書において、「変倍光学系」とは、光学系を構成する光学部材の移動により、光学系の横倍率、角倍率の少なくとも一方が変化する光学系をいう。従って、変倍光学系には、光学部材の移動により焦点距離が変化するズームレンズおよびバリフォーカルレンズ、または光学部材の移動により角倍率が変化する光学系も含まれる。この角倍率が変化する光学系は、アフォーカル系を保ったまま角倍率が変化していてもよい。
（第１実施形態の光加工装置）
　図１は、第１実施形態の光加工装置１の構成を概略的に示す図である。図１および後述する各図に矢印で示したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向はそれぞれ直交する方向であるとともに、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のそれぞれは各図において同一の方向を示している。また、図１に矢印で示したＸＺ方向は、上述したＸ方向とＺ方向との中間の方向であり、すなわちＹ方向と直交し、Ｘ方向およびＺ方向からそれぞれ４５°離れた方向を示している。以下では、各矢印の示す方向を、それぞれ＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、＋Ｚ方向、および＋ＸＺ方向と呼ぶ。また、Ｘ方向の位置をＸ位置、Ｙ方向の位置をＹ位置、Ｚ方向の位置をＺ位置と呼ぶ。
　第１実施形態の光加工装置１は、第１変倍光学系１１、分割光学系１４、第２変倍光学系１９、第１反射部材２４、集光光学系２７、および反射装置２２等を含む装置である。光加工装置１は、光源装置１０から供給される光を、被加工物である物体Ｗの表面（被加工面ＷＳ）に照射する。
　レーザー等の光源装置１０からは、一例として、直径Ｄ０の概ね平行光、すなわち開き角（発散角または収束角）がほぼ０である第１光束Ｌ１が供給される。ここで光束の直径とは、例えばガウス分布型の断面強度分布を持つ光束においては、強度がピーク強度の１／ｅ２となる範囲の全幅である。供給された直径Ｄ０の第１光束Ｌ１は、－Ｚ方向に進行して第１変倍光学系１１に導入される。
　第１変倍光学系１１は、一例として第１鏡筒１２と４枚のレンズ１３ａ～１３ｄを含むアフォーカル系の変倍光学系である。第１鏡筒１２は、前群レンズ１３ａ、１３ｂと後群レンズ１３ｃ、１３ｄとをそれぞれＺ方向に移動させる。これにより、第１変倍光学系１１の全体としての角倍率が変化する。
　第１変倍光学系１１がアフォーカル系であるとき、第１変倍光学系１１に入射した略平行光である第１光束Ｌ１は、第１変倍光学系１１によりその直径が拡大または縮小され、直径Ｄ１となって第１変倍光学系１１から射出される。そして、第１変倍光学系１１の前群レンズ１３ａ、１３ｂと後群レンズ１３ｃ、１３ｄのＺ位置を変更することにより、第１光束Ｌ１の直径Ｄ１が変化する。
　第１変倍光学系１１から射出された直径Ｄ１の第１光束Ｌ１は、分割光学系１４に入射する。従って、第１変倍光学系１１は、分割光学系１４に入射する第１光束Ｌ１の光路上に配置されているということができる。
　図２は、分割光学系１４により分割される光束の一例を示す図である。分割光学系１４は、一例として、透光基板１５上に、一例として１次元の透光性の回折格子である位相型回折格子である回折光学素子１６が形成されたものである。回折光学素子１６は一例としてＹ方向に延びる格子がＸ方向に周期的に配列されたものである。なお、回折光学素子１６に設けられる凹凸パターン（位相パターン）は１次元パターンには限定されない。例えば、米国特許第５，５８０，３００号公報に開示されるような２次元の凹凸パターン（位相パターン）を持つ位相型回折光学素子であってもよい。また、回折光学素子１６は振幅型回折光学素子であってもよい。
　＋Ｚ方向に進行する第１光束Ｌ１は、回折光学素子１６により回折されＸ方向に分割される。このうち直進光である実線で示した０次回折光Ｌ２２は＋Ｚ方向に進行する。破線で示した＋１次回折光Ｌ２３は＋Ｚ方向から＋Ｘ方向に角度φ２だけ離れた方向に進行する。そして、点線で示した－１次回折光Ｌ２１は＋Ｚ方向から－Ｘ方向に角度φ１だけ離れた方向に進行する。
　なお、回折光学素子１６からは、これらに加えて±２次以上の高次の回折光が発生しても良い。
　以下では、０次回折光Ｌ２２、＋１次回折光Ｌ２３、－１次回折光Ｌ２１、±２次以上の高次の回折光を総称して、あるいは個々に、第２光束Ｌ２とも呼ぶ。また、これらの回折光が第２変倍光学系１９を通過した後の各回折光（Ｌ２２ａ、Ｌ２３ａ、Ｌ２１ａ等）、および集光光学系２７を通過した後の各回折光（Ｌ２２ｂ、Ｌ２３ｂ、Ｌ２１ｂ等）についても総称して、あるいは個々に、第２光束Ｌ２とも呼ぶ。
　すなわち、第２光束Ｌ２には、その進行方向に垂直な断面の中に、例えば０次回折光Ｌ２２、＋１次回折光Ｌ２３、－１次回折光Ｌ２１を含む３つ以上の光束が含まれている。
　０次回折光Ｌ２２の進行方向と－１次回折光Ｌ２１の進行方向とが成す角度φ１は、一例として０°より大きく、かつ９０°未満である。同様に０次回折光Ｌ２２の進行方向と＋１次回折光Ｌ２３の進行方向とが成す角度φ２は、一例として０°より大きく、かつ９０°未満である。±２次光以上の高次回折光を含めても、分割光学系１４から射出される第２光束Ｌ２に含まれる３つ以上の光束（０次回折光Ｌ２２、＋１次回折光Ｌ２３、－１次回折光Ｌ２１等）のうち、互いに隣り合う２つの光束のそれぞれの進行方向に沿った軸同士の成す角度は鋭角となっている。
　以下、再び図１を参照して説明する。
　分割光学系１４により分割された複数の光束を含む第２光束Ｌ２は、一例としてダイクロイックビームスプリッターから成る合成光学系１７に入射する。合成光学系１７は、分割光学系１４から入射する第２光束Ｌ２と、位置検出部１８から入射する２点鎖線で示した第３光束Ｌ３とを合流（合成）させ、第２変倍光学系１９に向けて射出する光学系である。
　一例として、第２光束Ｌ２は波長λ２の光であり、第３光束Ｌ３は波長λ２とは異なる波長λ３の光であり、合成光学系１７のダイクロイック面１７ａは、波長λ２の第２光束Ｌ２を透過し、波長λ３の第３光束Ｌ３を反射する。また、後述するように、第３光束Ｌ３は物体Ｗで反射または散乱して、第４光束Ｌ４となって第２変倍光学系１９側から合成光学系１７に入射する。合成光学系１７は、第２変倍光学系１９側から入射した第４光束Ｌ４を位置検出部１８に導く。位置検出部１８については後述する。
　合成光学系１７は、上述したダイクロイックビームスプリッターに限られるものではなく、ダイクロイックミラーを有する平板ガラスにより構成されていても良い。あるいは、第２光束Ｌ２と第３光束Ｌ３との偏光面同士が相互に概ね直交する直線偏光光である場合には、偏光ビームスプリッタを用いても良い。
　分割光学系１４を射出し、さらに合成光学系１７を通過した第２光束Ｌ２は、第２変倍光学系１９に入射する。従って、第２変倍光学系１９は、分割光学系１４から射出する第２光束Ｌ２の光路上に配置されているということができる。
　なお、合成光学系１７により第２光束Ｌ２と合流した第３光束Ｌ３も、第２光束Ｌ２とともに、第２変倍光学系１９に入射する。
　第２変倍光学系１９は、一例として第２鏡筒２０と４枚のレンズ２１ａ～２１ｄを含むアフォーカル系の変倍光学系である。第２鏡筒２０は、前群レンズ２１ａ、２１ｂと後群レンズ２１ｃ、２１ｄとをそれぞれＺ方向に移動させる。これにより、第２変倍光学系１９の全体としての角倍率が変化する。
　図３は、第２変倍光学系１９に入射する第２光束と、第２変倍光学系から射出する第２光束を示す図である。上述したとおり、第２変倍光学系１９に入射する第２光束Ｌ２のうち、０次回折光Ｌ２２の進行方向は＋Ｚ方向である。そして、－１次回折光Ｌ２１の進行方向は＋Ｚ方向から－Ｘ方向に角度φ１だけ離れた方向であり、＋１次回折光Ｌ２３の進行方向は＋Ｚ方向から＋Ｘ方向に角度φ２だけ離れた方向である。入射する第２光束Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の直径は、いずれもＤ１である。
　第２変倍光学系１９に入射した第２光束Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、それぞれ第２光束Ｌ２１ａ、Ｌ２２ａ、Ｌ２３ａとなって、第２変倍光学系１９から射出する。入射した０次回折光Ｌ２２に対応する０次回折光Ｌ２２ａは＋Ｚ方向に射出される。入射した－１次回折光Ｌ２１に対応する－１次回折光Ｌ２１ａは＋Ｚ方向から－Ｘ方向に角度φ３だけ離れた方向に射出される。入射した＋１次回折光Ｌ２３に対応する＋１次回折光Ｌ２３ａは＋Ｚ方向から角度φ４だけ＋Ｘ方向に離れた方向に射出される。射出される第２光束Ｌ２１ａ、Ｌ２２ａ、Ｌ２３ａの直径は、いずれもＤ２である。
　第２変倍光学系１９の角倍率の変化により、上述した角度φ３、角度φ４、および直径Ｄ２が変化する。第２変倍光学系１９はアフォーカル系であるので、第２変倍光学系１９の角倍率が変化しても、射出される第２光束Ｌ２１ａ、Ｌ２２ａ、Ｌ２３ａの開き角は変化しない。
　なお、図３においては図示を省略したが、第２変倍光学系１９から射出する±２次以上の回折光についても、その進行方向の＋Ｚ方向からの角度は異なるが、上述した＋１次回折光Ｌ２３ａおよび－１次回折光Ｌ２１ａと同様である。さらに、第３光束Ｌ３も、第２変倍光学系１９により、直径、あるいはさらに開き角または進行方向が変化する。
　なお、以下の説明においても、第２光束Ｌ２には±２次以上の回折光も含まれている。ただし、±２次以上の回折光については、その進行方向の＋Ｚ方向からのずれ角が＋１次回折光Ｌ２３ａおよび－１次回折光Ｌ２１ａと異なるだけで、それ以外の振る舞いについては＋１次回折光Ｌ２３ａおよび－１次回折光Ｌ２１ａと同様であるため、説明を省略する。
　以下、再び図１を参照して説明する。
　第２変倍光学系１９を射出した第２光束Ｌ２１ａ、Ｌ２２ａ、Ｌ２３ａ、および不図示±２次以上回折光は、反射装置２２に設けられている反射面２３に入射する。反射面２３は、一例として、ＸＺ方向とＹ方向とに平行な面に沿って配置された平面である。＋Ｚ方向に進行して反射面２３に入射した第２光束Ｌ２２ａは、反射面２３により＋Ｘ方向に反射される。
　＋Ｚ方向から角度φ３だけ－Ｘ方向に離れた方向に進行して反射面２３に入射した第２光束Ｌ２１ａは、反射面２３により＋Ｘ方向から角度φ３だけ－Ｚ方向に離れた方向に反射される。また、＋Ｚ方向から角度φ４だけ＋Ｘ方向に離れた方向に進行して反射面２３に入射した第２光束Ｌ２３ａは、反射面２３により＋Ｘ方向から角度φ４だけ＋Ｚ方向に離れた方向に反射される。
　反射面２３は、反射装置２２を介して駆動部材２４により、一例としてＸＺ方向を回転中心として、所定角度の範囲内で揺動可能に保持されている。反射装置２２、反射面２３、および駆動部材２４として、一例として、いわゆるガルバノミラーを用いても良い。反射面２３がＸＺ方向を回転中心として所定の角度範囲内で揺動すると、反射面２３により反射された第２光束Ｌ２１ａ、Ｌ２２ａ、Ｌ２３ａのそれぞれの進行方向は、上述した方向から上記の所定の角度の２倍の角度だけ±Ｙ方向に離れた２つの方向の間で変化（揺動）する。なお、第２光束の射出角度を能動的に変更するための構成としては、ガルバノミラーには限定されず、例えばポリゴンミラーやＡＯＤ（音響光学偏向器）を用いてもよい。
　反射面２３により反射された第２光束Ｌ２１ａ、Ｌ２２ａ、Ｌ２３ａは、第２反射装置２５に設けられている第２反射面２６に入射する。第２反射面２６は、一例として、ＸＺ方向とＹ方向とに平行な面に沿って配置された平面であり、上述した＋Ｘ方向を中心とする方向に進行して第２反射面２６に入射した第２光束Ｌ２１ａ、Ｌ２２ａ、Ｌ２３ａの進行方向を、＋Ｚ方向を中心とする各方向に反射する。
　第２反射装置２５は揺動可能に保持される必要は無く、光加工装置１の全体に対して固定されて保持されていればよい。なお、第２反射装置２５が揺動可能に保持されていてもよい。
　第２反射面２６により反射された第２光束Ｌ２１ａ、Ｌ２２ａ、Ｌ２３ａは、集光光学系２７に入射する。第２光束Ｌ２１ａ、Ｌ２２ａ、Ｌ２３ａは、集光光学系２７により、それぞれが収束光束である第２光束Ｌ２１ｂ、Ｌ２２ｂ、Ｌ２３ｂに変換される。そして集光面ＣＰにおいて、第２光束Ｌ２１ｂは集光部Ｓ１に、第２光束Ｌ２２ｂは集光部Ｓ２に、第２光束Ｌ２３ｂは集光部Ｓ３に、それぞれ集光する。
　集光光学系２７は、一例として３枚のレンズ２７ａ～２７ｃを含み、そのうちの１枚のレンズ２７ｂは、焦点位置変更部材２８に保持されている。焦点位置変更部材２８によりレンズ２７ｂをＺ方向に移動することにより、集光光学系２７の焦点位置（集光面ＣＰの位置）を調整することができる。なお、集光光学系２７を構成する複数のレンズのうちの少なくとも一部をＺ方向に移動させて焦点位置を変更する構成に代えて、或いは加えて、合成光学系１７と集光光学系２７との間の第２光束及び／又は第３光束の光路に、光の進行方向に沿って移動可能な光学部材（典型的にはレンズ）を設ける構成としてもよい。
　図４は、集光光学系２７により集光面ＣＰに集光される第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂを示す概念図である。なお、図４では、簡略化のために集光光学系２７を１枚のレンズで示している。また、図４には反射面２３が配置される面ＭＰを示すとともに、第２反射面２６の記載を省略している。このため、図４においては、反射面２３から射出される第２光束Ｌ２１ａ～Ｌ２３ａは、＋Ｚ方向を中心とする方向に進行するものとして示している。第２光束Ｌ２１ａ～Ｌ２３ａの直径は、上述したとおり、いずれもＤ２である。
　上述したとおり、集光光学系２７に入射した第２光束Ｌ２１ａ～Ｌ２３ａは、集光光学系２７の屈折力により、それぞれが収束光である第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂに変換され、Ｘ方向に並ぶ３つの集光部Ｓ１～Ｓ３にそれぞれ集光する。また、第３光束Ｌ３も、集光光学系２７により集光面ＣＰ上の第２集光部Ｓ１０に集光される。
　第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θは、集光光学系２７の焦点距離ｆを用いた式（１）により決まる。
　　　２×ｆ×ｓｉｎ（θ） ＝ Ｄ２　　・・・（１）
　第２光束Ｌ２１ａ～Ｌ２３ａの直径は、いずれもＤ２であり等しいので、第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θも、それぞれ等しい角度になる。
　集光面ＣＰにおける３つの集光部Ｓ１～Ｓ３の直径Ｄ３は、第２光束Ｌ２の波長λ２と、開き角θを用いて、式（２）で表される。
　　　Ｄ３ ＝ ２×λ２／｛π×ｓｉｎ（θ）｝　　・・・（２）
　第２変倍光学系１９の角倍率を変更することにより、第２光束Ｌ２１ａ～Ｌ２３ａの直径Ｄ２が変化するため、第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θを変更することができる。この結果、式（２）より、３つの集光部Ｓ１～Ｓ３の直径Ｄ３を変更することができる。
　なお、第１変倍光学系１１の角倍率を変更することにより、同様に第２光束Ｌ２１ａ～Ｌ２３ａの直径Ｄ２を変更することができる。第１変倍光学系１１の角倍率を変更すると第１変倍光学系１１を射出する第１光束Ｌ１の直径Ｄ１が変更され、第２変倍光学系１９を射出する第２光束Ｌ２１ａ～Ｌ２３ａの直径Ｄ２は、第１光束Ｌ１の直径Ｄ１に比例するためである。
　従って、第１変倍光学系１１の角倍率を変更することによっても、第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θを変更し、３つの集光部Ｓ１～Ｓ３の直径Ｄ３を変更することができる。
　集光光学系２７は一例として、いわゆるｆθレンズ系である。なお、集光光学系２７の射影特性はｆθには限定されない。集光光学系２７の射影特性がｆθの場合、集光面ＣＰにおける集光光学系２７の光軸ＡＸから集光部Ｓ１～Ｓ３までの距離は、反射面２３を射出した第２光束Ｌ２１ａ～Ｌ２３ａのそれぞれの進行方向の＋Ｚ方向からのずれ角度に比例する。
　第２光束Ｌ２２ａは、反射面２３から＋Ｚ方向に進行するため、集光光学系２７で集光された第２光束Ｌ２２ｂの集光部Ｓ２のＸ方向の位置は、光軸ＡＸと一致している。
　第２光束Ｌ２１ａは、反射面２３から＋Ｚ方向に対して角度φ３だけ－Ｘ方向に離れた方向に進行するため、集光部Ｓ１のＸ方向の位置は、光軸ＡＸから－Ｘ方向に距離Ｐ１離れた位置となる。また、第２光束Ｌ２３ａは、反射面２３から＋Ｚ方向に対して角度φ４だけ＋Ｘ方向に離れた方向に進行するため、集光部Ｓ３のＸ方向の位置は、光軸ＡＸから＋Ｘ方向に距離Ｐ２離れた位置となる。距離Ｐ１および距離Ｐ２は、集光部Ｓ１～Ｓ３のＸ方向の間隔であるということもできるため、以下では、距離Ｐ１、距離Ｐ２を、それぞれ間隔Ｐ１、間隔Ｐ２とも呼ぶ。
　距離Ｐ１は角度φ３に集光光学系２７の焦点距離を乗じた値であり、距離Ｐ２は角度φ４に集光光学系２７の焦点距離を乗じた値である。上述したように、角度φ３および角度φ４は、第２変倍光学系１９の角倍率を変更することにより、変更することができる。従って、第２変倍光学系１９の角倍率を変更することにより、複数の集光部Ｓ１～Ｓ３のＸ方向の間隔Ｐ１、Ｐ２を変更することができる。
　以上を纏めると、第１変倍光学系１１の角倍率を変更することにより、第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θを変更し、複数の集光部Ｓ１～Ｓ３の直径Ｄ３を変更することができる。また、第２変倍光学系１９の角倍率を変更することにより、第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θを変更し、複数の集光部Ｓ１～Ｓ３の直径Ｄ３を変更することができるとともに、複数の集光部Ｓ１～Ｓ３のＸ方向の間隔Ｐ１、Ｐ２を変更することができる。
　換言すれば、第２変倍光学系１９の角倍率を変更することにより、複数の集光部Ｓ１～Ｓ３のＸ方向の間隔Ｐ１、Ｐ２を所望の値に変更することができる。これに伴って、第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θも変更されるが、第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θは、第１変倍光学系１１の角倍率を変更することにより、所望の値に設定することができる。従って、第１変倍光学系１１および第２変倍光学系１９の変倍により、集光光学系２７から射出される複数の第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θと、集光面ＣＰ上に集光される複数の集光部Ｓ１～Ｓ３のＸ方向の間隔Ｐ１、Ｐ２とを、独立して変化させることができる。
　上述したように反射装置２２の反射面２３がＸＺ方向を回転中心として所定の角度範囲内で揺動すると、反射面２３で反射された第２光束Ｌ２の進行方向は、概ね＋Ｘ方向である上述した方向を中心として、所定の角度の２倍の角度だけ±Ｙ方向に揺動する。従って、反射装置２２の反射面２３が揺動すると、複数の集光部Ｓ１～Ｓ３は、集光面ＣＰ上でＹ方向に揺動（移動）する。
　第１実施形態の光加工装置１においては、集光面ＣＰに集光する複数の第２光束Ｌ２のそれぞれの集光部Ｓ１～Ｓ３を、Ｘ方向に並べて形成する。これは、換言すれば、分割光学系１４が、第１光束Ｌ１を、集光面ＣＰにおいてＸ方向に並んだ複数の集光部Ｓ１～Ｓ３に集光するように複数の第２光束Ｌ２に分割しているともいえる。
　また、反射装置２２の反射面２３は、Ｘ方向と交差するＹ方向に沿って、それぞれの集光部Ｓ１～Ｓ３が集光面ＣＰ上を移動するように揺動するともいえる。
　Ｘ方向を第１方向と呼ぶこともでき、Ｙ方向を第２方向と呼ぶこともできる。
　集光面ＣＰには、被加工物である物体Ｗの被加工面ＷＳが配置される。第１実施形態の光加工装置１は、物体Ｗを保持し、ガイド３０上をＸ方向に移動する試料台２９を有している。
　物体Ｗおよび試料台２９を所定のＸ位置に配置した状態で、反射装置２２の反射面２３をＸＺ方向を回転中心として所定の角度範囲内で揺動させることにより、複数の集光部Ｓ１～Ｓ３のそれぞれを、物体Ｗの被加工面ＷＳ上でＹ方向に移動（走査）させることができる。
　図５は、第１実施形態の光加工装置１を用いて物体Ｗの被加工面ＷＳ上に形成したリブレット構造の一例を示す斜視図である。リブレット構造の形成に際しては、被加工面ＷＳを集光面ＣＰに一致して配置した状態で、集光面ＣＰ上でＸ方向に並ぶ複数の集光部Ｓ１～Ｓ３を集光面ＣＰ上でＹ方向に走査する。これにより、被加工面ＷＳ上に、それぞれがＹ方向に延び、Ｘ方向に周期的に配置された、例えば３本の凹部ＲＳを含む凹部群ＳＧを形成することができる。なお、凹部ＲＳを溝と称してもよい。
　そして、物体Ｗおよび試料台２９のＸ位置を順次移動させつつ、複数回に渡って集光部Ｓ１～Ｓ３を集光面ＣＰ上でＹ方向に走査することにより、被加工面ＷＳ上に多数の凹部ＲＳから成るリブレット構造を形成することができる。ここで、リブレット構造は、多数の凸部ＰＳ又は凹凸部から成るとみなしてもよい。物体Ｗおよび試料台２９のＸ位置の移動は、概ね等速でＸ方向に移動する連続的な移動であっても良い。
　それぞれの凹部ＲＳは、加工光である第２光束Ｌ２の照射により、金属等の物体Ｗの被加工面ＷＳの一部を融解・蒸発或いは昇華させることにより形成しても良い。あるいは、金属等の物体Ｗの被加工面ＷＳ上に配置した金属等の粉体を第２光束Ｌ２の照射により溶解し、固化させることにより凸部を形成することで、凸部と凸部との間に凹部を形成しても良い。あるいは物体Ｗの被加工面ＷＳ上の塗布膜を第２光束Ｌ２の照射により融解・蒸発或いは昇華させることにより凹部を形成しても良い。
　なお、集光面ＣＰ上でＸ方向に並ぶ複数の集光部Ｓ１～Ｓ３の数は、上述した３個に限られるわけではなく、２個以上の任意の数で良い。
　第１実施形態の光加工装置１においては、集光面ＣＰ上にＸ方向に並ぶ複数の集光部Ｓ１～Ｓ３を形成し、これらの複数個の集光部Ｓ１～Ｓ３を一括してＹ方向に移動（走査）して、物体Ｗの被加工面ＷＳを加工するため、１つの集光部を走査して加工する場合に比べて、加工速度を向上させることができる。
　また、第１実施形態の光加工装置１においては、集光面ＣＰ上にＸ方向に並ぶ複数の集光部Ｓのそれぞれの直径Ｄ３（或いは集光面ＣＰへ向かう第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θ）と、Ｘ方向の間隔Ｐ１、Ｐ２を変更することができるため、物体Ｗの被加工面ＷＳに加工するそれぞれの凹部ＲＳの幅（或いは凸部ＰＳの幅）や、複数の凹部ＲＳのＸ方向の間隔（或いは複数の凸部ＰＳのＸ方向の間隔）、凹部ＲＳの幅と凸部ＰＳとの比率を、自在に変更することができる。従って、物体Ｗの用途等に応じて、被加工面ＷＳに複数種類の構造を形成することができる。
　一例として、集光面ＣＰへ向かう第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θを変更して、リブレット構造の凹部ＲＳの斜面の傾き（凸部ＰＳの斜面の傾き）を変えることができる。なお、Ｙ方向に延びた凹部ＲＳを加工するときに、集光部ＳをＹ方向に移動させて加工した後に、その集光部Ｓの位置をＸ方向に移動させ、その後に集光部ＳをＹ方向に移動させて加工してもよい。このとき、集光部ＳのＸ方向への移動量は集光部の直径Ｄ３よりも小さい量であってもよい。
　位置検出部１８から射出され、合成光学系１７により第２光束Ｌ２と合流（合成）された第３光束Ｌ３は、第２光束Ｌ２と同様に、第２変倍光学系１９、反射面２３、第２反射面２６、および集光光学系２７を経て、集光面ＣＰ上の第２集光部Ｓ１０に集光される。そして、第３光束Ｌ３は、集光面ＣＰに配置されている物体Ｗの被加工面ＷＳに照射される。被加工面ＷＳに照射された第３光束Ｌ３は、被加工面ＷＳで反射または散乱され、その少なくとも一部が第４光束Ｌ４となり、第３光束Ｌ３と概ね同様の光路を第３光束Ｌ３とは逆行して、合成光学系１７に戻る。
　第４光束Ｌ４は、合成光学系１７のダイクロイック面１７ａで反射され、位置検出部１８へと導かれ、位置検出部１８により受光される。
　位置検出部１８は、受光した第４光束Ｌ４に基づいて、物体Ｗの例えばＺ方向の位置を検出する。位置検出部１８は、例えば干渉計を含んでいても良い。このような位置検出部として、日本国特許第５２３１８８３号に開示される三次元形状計測装置を適用してもよい。
　あるいは、位置検出部１８は、物体Ｗの被加工面ＷＳ上の所定形状の部分のＸ方向、またはＹ方向の位置を検出するものであっても良い。
　第１変倍光学系１１、第２変倍光学系１９、アフォーカル系に限られるわけではなく、焦点距離が変化するいわゆるズームレンズ系、またはバリフォーカル系であっても良い。この場合には、第１変倍光学系１１または第２変倍光学系１９の変倍に伴い、第１変倍光学系１１または第２変倍光学系１９から射出される光束の直径だけでなく、開き角も変化する。
　また、第１変倍光学系１１、第２変倍光学系１９、および集光光学系２７を構成するレンズの枚数は、上述した枚数に限られるわけではなく、それぞれ任意の枚数のレンズを有するものであっても良い。あるいは、第１変倍光学系１１、第２変倍光学系１９、および集光光学系２７の少なくとも１つは、ミラーまたはプリズム等の反射光学部材を含む反射光学系や反射屈折光学系であっても良い。なお、第１変倍光学系１１、第２変倍光学系１９、および集光光学系２７の少なくとも１つは、回折型光学系であってもよい。
　上述した例では、合成光学系１７は、分割光学系１４と第２変倍光学系１９との間に配置されていたが、第２変倍光学系１９の内部、或いは第２変倍光学系１９と反射装置２２との間に配置されていてもよい。なお、第３光束Ｌ３を集光面ＣＰ上で移動させる必要がない場合には、合成光学系は反射装置２２の集光面ＣＰ側に配置されていてもよい。
　なお、光加工装置１は、第１変倍光学系１１または第２変倍光学系１９のうちの一方を有していなくても良い。上述したように、光加工装置１が第２変倍光学系１９を備えている場合には、第２変倍光学系１９を変倍することにより、第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θを変更できるとともに、複数の集光部Ｓ１～Ｓ３のＸ方向の間隔Ｐ１、Ｐ２を変更することができる。また、光加工装置１が第１変倍光学系１１を備えている場合には、第１変倍光学系１１を変倍することにより、第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θを変更することができる。
　試料台２９は、保持した物体ＷをＸ方向およびＹ方向に移動させるものであっても良い。この場合には、反射装置２２および反射面２３を揺動させる代わりに、試料台２９により物体Ｗを集光部Ｓ１～Ｓ３に対して移動させることにより、物体Ｗの被加工面ＷＳ内での集光部Ｓ１～Ｓ３の相対位置を、Ｙ方向に移動（走査）させることができる。従って、この場合には、光加工装置１は反射装置２２および反射面２３を有しなくても良い。
　以上の説明においては、第２反射装置２５および第２反射面２６は光加工装置１の全体に対して固定されているものとしたが、第２反射装置２５および第２反射面２６は、Ｙ方向を回転中心として、所定の角度範囲内で揺動しても良い。これにより、集光部Ｓ１～Ｓ３を集光面ＣＰ上でＸ方向に移動（走査）することもできる。
　この場合、集光面ＣＰにおける複数の集光部Ｓ１～Ｓ３は、集光面ＣＰ上でＹ方向に並んで形成される。また、反射面２３の揺動により、集光部Ｓ１～Ｓ３は集光面ＣＰ上をＸ方向に移動（走査）する。従って、この場合には、光加工装置１は物体Ｗを保持しＸ方向に移動させる試料台２９を有しなくても良い。
　以上の説明においては、分割光学系１４は第１光束Ｌ１をＸ方向に複数の第２光束Ｌ２に分割し、反射装置２２および反射面２３はＸＺ方向を回転中心として所定の角度範囲内で揺動するものとした。しかしこれに限らず、分割光学系１４は第１光束Ｌ１をＹ方向に複数の第２光束Ｌ２に分割し、反射装置２２および反射面２３はＹ方向を回転中心として所定の角度範囲内で揺動するものであっても良い。
　分割光学系１４は、必ずしも複数の集光部Ｓ１～Ｓ３が集光面ＣＰ上でＸ方向またはＹ方向に並ぶように第１光束Ｌ１を分割しなくても良い。代わりに、集光面ＣＰ上での複数の集光部Ｓ１～Ｓ３のＸ位置またはＹ位置がそれぞれ異なるように第１光束Ｌ１を第２光束Ｌ２分割しても良い。
　また、分割光学系１４は、第１光束Ｌ１を２つの第２光束Ｌ２に分割するものであっても良い。
　光加工装置１は、光源装置１０を有していなくても良く、例えば、光加工装置１の外部に設けられている光源から光ファイバー等の導光部材を経由して第１光束Ｌ１の供給を受けるものであっても良い。
　分割光学系１４は、上述した回折光学素子１６を有する構成に限られるわけではなく、第１光束Ｌ１を相互に進行方向が所定の角度だけ離れた複数の第２光束Ｌ２に分割するものであれば、どのような光学系であっても良い。
　図６に、分割光学系１４の他の一例として、反射部材を含む分割光学系１４ａを示す。分割光学系１４ａにおいては、偏光ビームスプリッタ４１により入射した第１光束Ｌ１は、反射面４１ａを透過するＰ偏光の第１光束Ｌ１１と、反射面４１ａで反射されるＳ偏光の第１光束Ｌ１２とに分割される。
　偏光ビームスプリッタ４１を透過したＰ偏光の第１光束Ｌ１は１／４波長板４２により円偏光に変換され、反射鏡４３で反射される。そして再度１／４波長板４２を透過してＳ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ４１の反射面４１ａで反射され、第２光束Ｌ２１として分割光学系１４ａから射出される。
　偏光ビームスプリッタ４１で反射されたＳ偏光の第１光束Ｌ２は１／４波長板４４により円偏光に変換され、反射鏡４５で反射される。そして再度１／４波長板４４を透過してＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ４１を透過して、第２光束Ｌ２２として分割光学系１４ａから射出される。
　このとき、反射鏡４３の反射面と反射鏡４５の反射面とを、直交する方向から僅かにずらして配置することにより、第２光束Ｌ２１と第２光束Ｌ２２との進行方向は例えば角度差φ１だけずれたものとなる。
　図６に示した構成では、第２光束Ｌ２１と第２光束Ｌ２２の進行方向は概ね－Ｘ方向であるが、不図示の折り曲げミラーを配置することで、第２光束Ｌ２１と第２光束Ｌ２２の進行方向を、上記の角度差φ１を保ったまま概ね＋Ｚ方向に変換させても良い。
　分割光学系１４ａから射出される光束は、第２光束Ｌ２１と第２Ｌ２２の２本であるが、複数の分割光学系１４ａを直列に配置することにより、１本の第光束Ｌ１をさらに多くの第２光束Ｌ２に分割しても良い。複数の分割光学系１４ａを直列に配置する場合には、それらの間に１／４波長板を配置して、１つの分割光学系１４ａから射出された第２光束Ｌ２１と第２Ｌ２２を円偏光に変換しても良い。
（第１実施形態の光加工装置の効果）
（１）以上で説明した第１実施形態の光加工装置１は、入射する第１光束Ｌ１を複数の光束（Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３）を含む第２光束Ｌ２に分割する分割光学系１４と、分割光学系１４に入射する第１光束Ｌ１の光路上、及び分割光学系１４から射出する第２光束Ｌ２に含まれる複数の光束の光路上の少なくとも一方に配置された変倍光学系（１１、１９）と、第２光束Ｌ２を集光させる集光光学系２７と、を備え、集光光学系２７からの第２光束Ｌ２で物体Ｗを加工する。
　この構成により、物体Ｗの被加工面ＷＳに複数の集光部Ｓ１～Ｓ３を形成することができとともに、変倍光学系（１１、１９）を変倍することにより、集光部Ｓ１～Ｓ３に集光するそれぞれの第２光束Ｌ２１ｂ～Ｌ２３ｂの開き角θを変更することができる。
　従って、被加工面ＷＳ上の複数個所の加工を同時に行うことができる、処理能力の高い光加工装置１を実現することができる。また、集光部Ｓ１～Ｓ３の直径Ｄ３を変更（調整）可能、すなわち被加工面ＷＳの加工領域の寸法の変更が容易な光加工装置１を実現することができる。
（２）光加工装置１は、さらに、分割光学系１４と集光光学系２７との間の第２光束Ｌ２の光路上に配置され、第２光束Ｌ２に含まれる複数の光束を反射する揺動可能な反射面２３を有する反射装置２２を備えていても良い。
　この構成においては、反射面２３の揺動により、被加工面ＷＳ上に形成される複数の集光部Ｓ１～Ｓ３を、被加工面ＷＳ上で移動（走査）させることができる。これにより、より処理能力の高い光加工装置１を実現することができる。
（３）光加工装置１において、第２光束Ｌ２に含まれる複数の光束を３つ以上の光束（Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３）であり、集光光学系２７は、分割光学系１４からの３つ以上の光束をそれぞれ集光させる構成とすることができる。
　この構成により、被加工面ＷＳ上の３カ所以上の箇所の加工を同時に行うことができ、一層処理能力の高い光加工装置１を実現することができる。
　本発明は以上の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。本実施形態は、上記した態様の全て又は一部を組み合わせてもよい。
１：光加工装置、１０：光源装置、１１：第１変倍光学系、１４：分割光学系、１７：合成光学系、Ｌ１：第１光束、Ｌ２：第２光束、Ｌ３：第３光束、１８：位置検出部、２２：反射装置、２３：反射面、２７：集光光学系、ＣＰ：集光面、２９：試料台、３０：ガイド、Ｗ：物体、ＷＳ：被加工面

Claims (47)

  1. 　入射する第１光束を複数の光束を含む第２光束に分割する分割光学系と、
    　前記分割光学系に入射する前記第１光束の光路上、及び前記分割光学系から射出する前記第２光束に含まれる前記複数の光束の光路上の少なくとも一方に配置された変倍光学系と、
    　前記第２光束を集光させる集光光学系と、を備え、
    　前記集光光学系からの前記第２光束で物体を加工する、光加工装置。
  2. 　請求項１に記載の光加工装置において、
    　前記第２光束に含まれる前記複数の光束は、３つ以上の光束であり、
    　前記分割光学系と前記集光光学系との間の前記第２光束の光路上に配置され、前記第２光束に含まれる前記３つ以上の光束を反射する揺動可能な反射面を有する反射装置をさらに備え、
    　前記集光光学系は、前記反射装置からの前記３つ以上の光束をそれぞれ集光させる、光加工装置。
  3. 　請求項２に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系は、前記集光光学系により集光面上に集光される前記３つ以上の光束のそれぞれの集光部が、第１方向に並ぶように前記第１光束を分割し、
    　前記反射装置の前記反射面は、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記それぞれの集光部が移動するように揺動する、光加工装置。
  4. 　請求項２または請求項３に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系から射出される前記第２光束に含まれる前記３つ以上の光束のうち、互いに隣り合う２つの光束のそれぞれの進行方向に沿った軸同士の成す角度は鋭角である、光加工装置。
  5. 　請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系は、前記分割光学系に入射する前記第１光束の光路上に配置された第１変倍光学系と、前記分割光学系から射出する前記第２光束に含まれる前記複数の光束の光路上に配置された第２変倍光学系を含み、前記第１変倍光学系および前記第２変倍光学系の変倍により、前記集光光学系から射出される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの光束の開き角と、前記集光光学系により集光面上に集光される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの集光部の間隔とを、独立して変化させる、光加工装置。
  6. 　請求項５に記載の光加工装置において、
    　前記第２変倍光学系は、アフォーカル系である、光加工装置。
  7. 　請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系は、前記分割光学系から射出する前記第２光束に含まれる前記複数の光束の光路上に配置され、変倍により、前記集光光学系から射出される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの光束の開き角を変化させるとともに、前記集光光学系により集光面上に集光される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの光束の集光部の間隔を変化させる、光加工装置。
  8. 　請求項７に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系はアフォーカル系である、光加工装置。
  9. 　請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系は、前記分割光学系に入射する前記第１光束の光路上に配置され、変倍により、前記分割光学系に入射する前記第１光束の径を変化させる、光加工装置。
  10. 　請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系は、回折光学素子を含む、光加工装置。
  11. 　請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系は、反射部材を含む、光加工装置。
  12. 　請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系からの前記第２光束と、前記第２光束とは異なる第３光束とを合成させる合成光学系を備え、
    　前記集光光学系は、前記合成光学系からの前記第２光束に含まれる前記複数の光束と前記第３光束とをそれぞれ集光させる、光加工装置。
  13. 　請求項１２に記載の光加工装置において、
    　前記第２光束と前記第３光束とは、波長の異なる光束であり、
    　前記合成光学系は、ダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムを含む、光加工装置。
  14. 　請求項１２または請求項１３に記載の光加工装置において、
    　前記合成光学系と前記集光光学系を介して前記第３光束を物体に照射し、前記集光光学系および前記合成光学系を介して検出した、前記第３光束の前記物体からの戻り光である第４光束に基づいて、前記物体の位置を検出する位置検出部をさらに備える、光加工装置。
  15. 　請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系に入射する前記第１光束を射出する光源装置をさらに備える、光加工装置。
  16. 　請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記集光光学系からの前記第２光束が前記物体に照射されるように前記物体を支持する試料台をさらに備える、光加工装置。
  17. 　請求項１に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系と前記集光光学系との間の前記第２光束の光路上に配置され、前記第２光束に含まれる前記複数の光束を反射する揺動可能な反射面を有する反射装置をさらに備える、光加工装置。
  18. 　請求項１７に記載の光加工装置において、
    　前記反射装置の前記反射面は、前記集光光学系により集光面上に集光される前記第２光束に含まれる複数の光束のそれぞれの集光部が並ぶ第１方向と交差する第２方向に沿って前記それぞれの集光部が移動するように揺動する、光加工装置。
  19. 　請求項１８に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系は、前記それぞれの集光部が、前記第１方向に並ぶように前記第１光束を分割する、光加工装置。
  20. 　請求項１７から請求項１９までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系から射出される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のうち、互いに隣り合う２つの光束のそれぞれの進行方向に沿った軸同士の成す角度は鋭角である、光加工装置。
  21. 　請求項１７から請求項２０までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系は、前記分割光学系に入射する前記第１光束の光路上に配置された第１変倍光学系と、前記分割光学系と前記反射装置の間における前記第２光束に含まれる前記複数の光束の光路上に配置された第２変倍光学系を含み、前記第１変倍光学系および前記第２変倍光学系の変倍により、前記集光光学系から射出される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの光束の開き角と、前記集光光学系により集光面上に集光される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの集光部の間隔とを、独立して変化させる、光加工装置。
  22. 　請求項２１に記載の光加工装置において、
    　前記第２変倍光学系は、アフォーカル系である、光加工装置。
  23. 　請求項１７から請求項２０までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系は、前記分割光学系と前記反射装置の間における前記第２光束に含まれる前記複数の光束の光路上に配置され、変倍により、前記集光光学系から射出される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの光束の開き角を変化させるとともに、前記集光光学系により集光面上に集光される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの光束の集光部の間隔を変化させる、光加工装置。
  24. 　請求項２３に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系はアフォーカル系である、光加工装置。
  25. 　請求項１７から請求項２０までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系は、前記分割光学系に入射する前記第１光束の光路上に配置され、変倍により、前記分割光学系に入射する前記第１光束の径を変化させる、光加工装置。
  26. 　請求項１７から請求項２５までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系は、回折光学素子を含む、光加工装置。
  27. 　請求項１７から請求項２５までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系は、反射部材を含む、光加工装置。
  28. 　請求項１７から請求項２７までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系に入射する前記第１光束を射出する光源装置をさらに備える、光加工装置。
  29. 　請求項１７から請求項２８までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系からの前記第２光束と、前記第２光束とは異なる第３光束とを合成させる合成光学系を備え、
    　前記集光光学系は、前記合成光学系からの前記第２光束に含まれる前記複数の光束と前記第３光束とをそれぞれ集光させる、光加工装置。
  30. 　請求項２９に記載の光加工装置において、
    　前記第２光束と前記第３光束とは、波長の異なる光束であり、
    　前記合成光学系は、ダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムを含む、光加工装置。
  31. 　請求項２９または請求項３０に記載の光加工装置において、
    　前記合成光学系と前記集光光学系を介して前記第３光束を物体に照射し、前記集光光学系および前記合成光学系を介して検出した、前記第３光束の前記物体からの戻り光である第４光束に基づいて、前記物体の位置を検出する位置検出部をさらに備える、光加工装置。
  32. 　請求項１７から請求項３１までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記集光光学系からの前記第２光束が前記物体に照射されるように前記物体を支持する試料台をさらに備える、光加工装置。
  33. 　請求項１に記載の光加工装置において、
    　前記第２光束に含まれる前記複数の光束は、３つ以上の光束であり、
    　前記集光光学系は、前記分割光学系からの前記３つ以上の光束をそれぞれ集光させる、光加工装置。
  34. 　請求項３３に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系は、前記集光光学系により集光面上に集光される前記３つ以上の光束のそれぞれの集光部が、所定方向に並ぶように前記第１光束を分割する、光加工装置。
  35. 　請求項３３または請求項３４に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系から射出される前記第２光束に含まれる前記３つ以上の光束のうち、互いに隣り合う２つの光束のそれぞれの進行方向に沿った軸同士の成す角度は鋭角である、光加工装置。
  36. 　請求項３３から請求項３５までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系は、前記分割光学系に入射する前記第１光束の光路上に配置された第１変倍光学系と、前記分割光学系から射出する前記第２光束に含まれる前記複数の光束の光路上に配置された第２変倍光学系を含み、前記第１変倍光学系および前記第２変倍光学系の変倍により、前記集光光学系から射出される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの光束の開き角と、前記集光光学系により集光面上に集光される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの集光部の間隔とを、独立して変化させる、光加工装置。
  37. 　請求項３６に記載の光加工装置において、
    　前記第２変倍光学系は、アフォーカル系である、光加工装置。
  38. 　請求項３３から請求項３５までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系は、前記分割光学系から射出する前記第２光束に含まれる前記複数の光束の光路上に配置され、変倍により、前記集光光学系から射出される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの光束の開き角を変化させるとともに、前記集光光学系により集光面上に集光される前記第２光束に含まれる前記複数の光束のそれぞれの光束の集光部の間隔を変化させる、光加工装置。
  39. 　請求項３８に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系はアフォーカル系である、光加工装置。
  40. 　請求項３３から請求項３５までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記変倍光学系は、前記分割光学系に入射する前記第１光束の光路上に配置され、変倍により、前記分割光学系に入射する前記第１光束の径を変化させる、光加工装置。
  41. 　請求項３３から請求項４０までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系は、回折光学素子を含む、光加工装置。
  42. 　請求項３３から請求項４０までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系は、反射部材を含む、光加工装置。
  43. 　請求項３３から請求項４２までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系に入射する前記第１光束を射出する光源装置をさらに備える、光加工装置。
  44. 　請求項３３から請求項４３までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記分割光学系からの前記第２光束と、前記第２光束とは異なる第３光束とを合成させる合成光学系を備え、
    　前記集光光学系は、前記合成光学系からの前記第２光束に含まれる前記複数の光束と前記第３光束とをそれぞれ集光させる、光加工装置。
  45. 　請求項４４に記載の光加工装置において、
    　前記第２光束と前記第３光束とは、波長の異なる光束であり、
    　前記合成光学系は、ダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムを含む、光加工装置。
  46. 　請求項４４または請求項４５に記載の光加工装置において、
    　前記合成光学系と前記集光光学系を介して前記第３光束を物体に照射し、前記集光光学系および前記合成光学系を介して検出した、前記第３光束の前記物体からの戻り光である第４光束に基づいて、前記物体の位置を検出する位置検出部をさらに備える、光加工装置。
  47. 　請求項３３から請求項４６までのいずれか一項に記載の光加工装置において、
    　前記集光光学系からの前記第２光束が前記物体に照射されるように前記物体を支持する試料台をさらに備える、光加工装置。
     
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