CN116438030A

CN116438030A - 光加工装置

Info

Publication number: CN116438030A
Application number: CN202080106603.3A
Authority: CN
Inventors: 须藤健太
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2023-07-14
Also published as: JPWO2022091253A1; EP4238685A1; US20230390864A1; WO2022091253A1

Abstract

本发明的光加工装置包括：分割光学系统(14)，将入射的第一光束(L1)分割成包括多个光束的第二光束(L2)；变倍光学系统(11、19)，配置于要入射至分割光学系统的第一光束的光路上、及从分割光学系统射出的第二光束所包括的多个光束的光路上的至少一者；及聚光光学系统(27)，使第二光束聚光，所述光加工装置利用来自聚光光学系统的第二光束对物体进行加工。

Description

光加工装置

技术领域

本发明涉及一种光加工装置。

背景技术

作为能够加工物体的加工装置，专利文献1中记载了一种对物体的表面照射激光光线而形成结构的加工装置。对于这种加工装置，要求在物体上适当地形成结构(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第4994639号说明书

发明内容

根据第一形态，光加工装置包括：分割光学系统，将入射的第一光束分割成包括多个光束的第二光束；变倍光学系统，配置于要入射至所述分割光学系统的所述第一光束的光路上、及从所述分割光学系统射出的所述第二光束所包括的所述多个光束的光路上的至少一者；及聚光光学系统，使所述第二光束聚光，所述光加工装置利用来自所述聚光光学系统的所述第二光束对物体进行加工。

根据第二形态，光加工装置在第一形态的光加工装置中，还包括：反射装置，配置于所述分割光学系统与所述聚光光学系统之间的所述第二光束的光路上，包括将所述第二光束所包括的所述多个光束反射的能够摆动的反射面。

根据第三形态，光加工装置在第一形态的光加工装置中，所述第二光束所包括的所述多个光束为三个以上光束，所述聚光光学系统使来自所述分割光学系统的所述三个以上光束分别聚光。

附图说明

图1是概略性地表示第一实施方式的光加工装置的结构的图。

图2是表示通过分割光学系统所分割的光束的一例的图。

图3是表示要入射至第二变倍光学系统中的光束、及从第二变倍光学系统中射出的光束的图。

图4是表示通过聚光光学系统而聚光于聚光面的第二光束的概念图。

图5是表示使用第一实施方式的光加工装置而形成于物体上的沟槽结构的一例的立体图。

图6是表示分割光学系统的另一例的图。

具体实施方式

在本说明书中，“变倍光学系统”是指构成光学系统的光学构件的移动使得光学系统的横倍率、角倍率的至少一者发生变化的光学系统。因此，变倍光学系统也包括光学构件的移动使得焦距发生变化的变焦透镜(zoom lens)及变焦距透镜(varifocal lens)、或光学构件的移动使得角倍率发生变化的光学系统。所述角倍率发生变化的光学系统可在保持无焦系统的状态下使角倍率发生变化。

(第一实施方式的光加工装置)

图1是概略性地表示第一实施方式的光加工装置1的结构的图。图1及下文所述的各图中以箭头表示的X方向、Y方向及Z方向为各自正交的方向，并且X方向、Y方向及Z方向分别在各图中表示相同的方向。而且，图1中以箭头表示的XZ方向是上述X方向与Z方向的中间的方向，即表示与Y方向正交且与X方向及Z方向分别相距45°的方向。以下，将各箭头所表示的方向分别称为+X方向、+Y方向、+Z方向、及+XZ方向。而且，将X方向的位置称为X位置，将Y方向的位置称为Y位置，将Z方向的位置称为Z位置。

第一实施方式的光加工装置1是包括第一变倍光学系统11、分割光学系统14、第二变倍光学系统19、第一反射构件24、聚光光学系统27、及反射装置22等的装置。光加工装置1将从光源装置10供给的光照射至作为被加工物的物体W的表面(被加工面WS)。

作为一例，从激光等光源装置10供给直径D0的大致平行光、即开角(发散角或收敛角)大致为0的第一光束L1。此处，光束的直径例如为具有高斯分布型的截面强度分布的光束中强度成为峰强度的1/e²的范围的全宽。所供给的直径D0的第一光束L1沿着-Z方向行进并被导入第一变倍光学系统11。

作为一例，第一变倍光学系统11是包括第一镜筒12及4枚透镜13a～透镜13d的无焦系统的变倍光学系统。第一镜筒12使前组透镜13a、13b与后组透镜13c、13d分别沿着Z方向移动。由此，第一变倍光学系统11整体的角倍率发生变化。

在第一变倍光学系统11为无焦系统时，作为要入射至第一变倍光学系统11的大致平行光的第一光束L1因第一变倍光学系统11而其直径被扩大或缩小，成为直径D1并从第一变倍光学系统11射出。而且，通过变更第一变倍光学系统11的前组透镜13a、13b与后组透镜13c、13d的Z位置，使得第一光束L1的直径D1发生变化。

从第一变倍光学系统11射出的直径D1的第一光束L1入射至分割光学系统14。因此，第一变倍光学系统11可谓配置于要入射至分割光学系统14的第一光束L1的光路上。

图2是表示通过分割光学系统14分割的光束的一例的图。作为一例，分割光学系统14在透光基板15上形成有作为一例而为一维透光性的衍射光栅即相位型衍射光栅的衍射光学元件16。作为一例，衍射光学元件16是沿着Y方向延伸的光栅沿着X方向周期性地排列而成。此外，设置于衍射光学元件16的凹凸图案(相位图案)并不限定于一维图案。例如，可为如美国专利第5,580,300号公报所公开的具有二维的凹凸图案(相位图案)的相位型衍射光学元件。而且，衍射光学元件16也可为振幅型衍射光学元件。

沿着+Z方向行进的第一光束L1通过衍射光学元件16衍射而沿着X方向被分割。其中，作为直进光的以实线表示的0次衍射光L22沿着+Z方向行进。以虚线表示的+1次衍射光L23沿着从+Z方向向+X方向偏离角度φ2的方向行进。并且，以点线表示的-1次衍射光L21沿着从+Z方向向-X方向偏离角度φ1的方向行进。

此外，除此以外，也可以从衍射光学元件16产生±2次以上的高次衍射光。

以下，将0次衍射光L22、+1次衍射光L23、-1次衍射光L21、±2次以上的高次衍射光总称、或分别称为第二光束L2。而且，对于这些衍射光穿过第二变倍光学系统19后的各衍射光(L22a、L23a、L21a等)、及穿过聚光光学系统27后的各衍射光(L22b、L23b、L21b等)，也总称、或分别称为第二光束L2。

即，第二光束L2包括在与其行进方向垂直的截面中包括例如0次衍射光L22、+1次衍射光L23、-1次衍射光L21的三个以上光束。

作为一例，0次衍射光L22的行进方向与-1次衍射光L21的行进方向所形成的角度φ1大于0°且小于90°。同样地，作为一例，0次衍射光L22的行进方向与+1次衍射光L23的行进方向所形成的角度φ2大于0°且小于90°。包括±2次光以上的高次衍射光在内，从分割光学系统14射出的第二光束L2所包括的三个以上光束(0次衍射光L22、+1次衍射光L23、-1次衍射光L21等)中彼此相邻的两个光束各自的沿着行进方向的轴彼此所形成的角度为锐角。

以下，再次参照图1进行说明。

作为一例，包括由分割光学系统14分割的多个光束的第二光束L2入射至包括二色分光镜的合成光学系统17。合成光学系统17是使从分割光学系统14入射的第二光束L2与从位置检测部18入射的以双点划线表示的第三光束L3合流(合成)，并朝向第二变倍光学系统19射出的光学系统。

作为一例，第二光束L2为波长λ2的光，第三光束L3为与波长λ2不同的波长λ3的光，合成光学系统17的二色面17a使波长λ2的第二光束L2透过，并将波长λ3的第三光束L3反射。而且，如下文所述，第三光束L3被物体W反射或散射，成为第四光束L4并从第二变倍光学系统19侧入射至合成光学系统17。合成光学系统17将从第二变倍光学系统19侧入射的第四光束L4导至位置检测部18。下文对位置检测部18进行说明。

合成光学系统17并不限于上述二色分光镜，也可由包括二向色镜的平板玻璃构成。或在为第二光束L2与第三光束L3的偏光面彼此相互大致正交的直线偏光光的情况下，也可以使用偏振分束器。

射出分割光学系统14、进而穿过合成光学系统17的第二光束L2入射至第二变倍光学系统19。因此，第二变倍光学系统19可谓配置于从分割光学系统14射出的第二光束L2的光路上。

此外，通过合成光学系统17而与第二光束L2合流的第三光束L3也与第二光束L2一起入射至第二变倍光学系统19。

作为一例，第二变倍光学系统19是包括第二镜筒20及4枚透镜21a～透镜21d的无焦系统的变倍光学系统。第二镜筒20使前组透镜21a、21b与后组透镜21c、21d分别沿着Z方向移动。由此，第二变倍光学系统19整体的角倍率发生变化。

图3是表示要入射至第二变倍光学系统19的第二光束与从第二变倍光学系统中射出的第二光束的图。如上所述，要入射至第二变倍光学系统19的第二光束L2中0次衍射光L22的行进方向为+Z方向。并且，-1次衍射光L21的行进方向为从+Z方向向-X方向偏离角度φ1的方向，+1次衍射光L23的行进方向为从+Z方向向+X方向偏离角度φ2的方向。入射的第二光束L21、第二光束L22、第二光束L23的直径均为D1。

入射至第二变倍光学系统19的第二光束L21、第二光束L22、第二光束L23分别成为第二光束L21a、第二光束L22a、第二光束L23a，从第二变倍光学系统19射出。与入射的0次衍射光L22相对应的0次衍射光L22a沿着+Z方向射出。与入射的-1次衍射光L21相对应的-1次衍射光L21a沿着从+Z方向向-X方向偏离角度φ3的方向射出。与入射的+1次衍射光L23相对应的+1次衍射光L23a沿着从+Z方向向+X方向偏离角度φ4的方向射出。射出的第二光束L21a、第二光束L22a、第二光束L23a的直径均为D2。

第二变倍光学系统19的角倍率的变化使得上述角度φ3、角度φ4、及直径D2发生变化。第二变倍光学系统19为无焦系统，因此即使第二变倍光学系统19的角倍率发生变化，射出的第二光束L21a、第二光束L22a、第二光束L23a的开角也不变化。

此外，图3中省略了图示，但对于从第二变倍光学系统19射出的±2次以上的衍射光，其行进方向相对于+Z方向的角度也不同，但与上述+1次衍射光L23a及-1次衍射光L21a相同。进而，第三光束L3也因第二变倍光学系统19而直径、或者进而开角或行进方向发生变化。

此外，在以下说明中，第二光束L2也包括±2次以上的衍射光。但关于±2次以上的衍射光，仅其行进方向相对于+Z方向的偏离角与+1次衍射光L23a及-1次衍射光L21a不同，除此以外的动作与+1次衍射光L23a及-1次衍射光L21a相同，因此省略说明。

以下，再次参照图1进行说明。

射出第二变倍光学系统19的第二光束L21a、第二光束L22a、第二光束L23a、及未图示±2次以上衍射光入射至设置于反射装置22的反射面23。作为一例，反射面23为沿着与XZ方向及Y方向平行的面配置的平面。沿着+Z方向行进并入射至反射面23的第二光束L22a被反射面23沿着+X方向反射。

沿着从+Z方向向-X方向偏离角度φ3的方向行进并入射至反射面23的第二光束L21a被反射面23沿着从+X方向向-Z方向偏离角度φ3的方向反射。而且，沿着从+Z方向向+X方向偏离角度φ4的方向行进并入射至反射面23的第二光束L23a被反射面23沿着从+X方向向+Z方向偏离角度φ4的方向反射。

作为一例，反射面23经由反射装置22而被驱动构件24保持为以XZ方向作为旋转中心而在规定角度的范围内能够摆动。作为反射装置22、反射面23、及驱动构件24，作为一例，可使用所谓检流计镜(galvanometer mirror)。若反射面23以XZ方向作为旋转中心而在规定的角度范围内摆动，则被反射面23反射的第二光束L21a、第二光束L22a、第二光束L23a各自的行进方向在从上述方向向±Y方向偏离所述规定的角度的2倍的角度的两个方向之间变化(摆动)。此外，作为用来主动变更第二光束的射出角度的结构，并不限定于检流计镜，例如也可以使用多面镜或声光偏转器(acousto-optic deflector，AOD)。

被反射面23反射的第二光束L21a、第二光束L22a、第二光束L23a入射至设置于第二反射装置25的第二反射面26。作为一例，第二反射面26为沿着与XZ方向及Y方向平行的面配置的平面，使沿着以上述+X方向作为中心的方向行进并入射至第二反射面26的第二光束L21a、第二光束L22a、第二光束L23a的行进方向沿着以+Z方向作为中心的各方向反射。

第二反射装置25无需以能够摆动的方式被保持，相对于光加工装置1的整体被固定保持即可。此外，第二反射装置25也可以能够摆动的方式被保持。

被第二反射面26反射的第二光束L21a、第二光束L22a、第二光束L23a入射至聚光光学系统27。第二光束L21a、第二光束L22a、第二光束L23a通过聚光光学系统27而转换为分别为收敛光束的第二光束L21b、第二光束L22b、第二光束L23b。然后，在聚光面CP中，第二光束L21b聚光于聚光部S1，第二光束L22b聚光于聚光部S2，第二光束L23b聚光于聚光部S3。

作为一例，聚光光学系统27包括3枚透镜27a～透镜27c，其中的1枚透镜27b由焦点位置变更构件28所保持。通过焦点位置变更构件28使透镜27b沿着Z方向移动，由此可调整聚光光学系统27的焦点位置(聚光面CP的位置)。此外，除了使构成聚光光学系统27的多个透镜中的至少一部分沿着Z方向移动而变更焦点位置的结构以外，可取而代之或在其基础上，设为在合成光学系统17与聚光光学系统27之间的第二光束及/或第三光束的光路上设置能够沿着光的行进方向移动的光学构件(典型而言为透镜)的结构。

图4是表示通过聚光光学系统27而聚光于聚光面CP的第二光束L21b～第二光束L23b的概念图。此外，在图4中，为了简化，而以1枚透镜表示聚光光学系统27。而且，图4示出供配置反射面23的面MP，同时省略了第二反射面26的记载。因此，在图4中，从反射面23射出的第二光束L21a～第二光束L23a表示为沿着以+Z方向作为中心的方向行进的光束。如上所述，第二光束L21a～第二光束L23a的直径均为D2。

如上所述，入射至聚光光学系统27的第二光束L21a～第二光束L23a通过聚光光学系统27的折射力而转换为分别为收敛光的第二光束L21b～第二光束L23b，并分别聚光于沿着X方向排列的三个聚光部S1～聚光部S3。而且，第三光束L3也通过聚光光学系统27而聚光于聚光面CP上的第二聚光部S10。

第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ由使用聚光光学系统27的焦距f的式(1)决定。

2×f×sin(θ)＝D2…(1)

第二光束L21a～第二光束L23a的直径均为D2而相等，因此第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ也成为分别相等的角度。

聚光面CP中的三个聚光部S1～聚光部S3的直径D3为使用第二光束L2的波长λ2与开角θ而以式(2)表示。

D3＝2×λ2/{π×sin(θ)}…(2)

通过变更第二变倍光学系统19的角倍率，第二光束L21a～第二光束L23a的直径D2发生变化，因此能够变更第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ。其结果为，根据式(2)，能够变更三个聚光部S1～聚光部S3的直径D3。

此外，通过变更第一变倍光学系统11的角倍率，同样地能够变更第二光束L21a～第二光束L23a的直径D2。其原因在于：若变更第一变倍光学系统11的角倍率，则射出第一变倍光学系统11的第一光束L1的直径D1变更，射出第二变倍光学系统19的第二光束L21a～第二光束L23a的直径D2与第一光束L1的直径D1成比例。

因此，通过变更第一变倍光学系统11的角倍率，也能够变更第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ，并变更三个聚光部S1～聚光部S3的直径D3。

作为一例，聚光光学系统27是所谓fθ透镜系统。此外，聚光光学系统27的射影特性并不限定于fθ。在聚光光学系统27的射影特性为fθ的情况下，聚光面CP中的聚光光学系统27的光轴AX至聚光部S1～聚光部S3的距离与射出反射面23的第二光束L21a～第二光束L23a各自的行进方向相对于+Z方向的偏离角度成比例。

第二光束L22a从反射面23向+Z方向行进，因此在聚光光学系统27中聚光的第二光束L22b的聚光部S2在X方向上的位置与光轴AX一致。

第二光束L21a从反射面23起沿着相对于+Z方向而向-X方向偏离角度φ3的方向行进，因此聚光部S1的X方向的位置成为从光轴AX向-X方向偏离距离P1的位置。而且，第二光束L23a从反射面23起沿着相对于+Z方向而向+X方向偏离角度φ4的方向行进，因此聚光部S3的X方向的位置成为从光轴AX向+X方向偏离距离P2的位置。距离P1及距离P2也可以为聚光部S1～聚光部S3的X方向的间隔，因此以下也将距离P1、距离P2分别称为间隔P1、间隔P2。

距离P1为角度φ3乘以聚光光学系统27的焦距所得的值，距离P2为角度φ4乘以聚光光学系统27的焦距所得的值。如上所述，角度φ3及角度φ4可通过变更第二变倍光学系统19的角倍率而变更。因此，通过变更第二变倍光学系统19的角倍率，而能够变更多个聚光部S1～聚光部S3的X方向的间隔P1、间隔P2。

将以上汇总而言，通过变更第一变倍光学系统11的角倍率，而能够变更第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ，并变更多个聚光部S1～聚光部S3的直径D3。而且，通过变更第二变倍光学系统19的角倍率，而能够变更第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ，并变更多个聚光部S1～聚光部S3的直径D3，同时能够变更多个聚光部S1～聚光部S3的X方向的间隔P1、间隔P2。

换言之，通过变更第二变倍光学系统19的角倍率，而能够将多个聚光部S1～聚光部S3的X方向的间隔P1、间隔P2变更为所需的值。伴随于此，第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ也被变更，但第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ可通过变更第一变倍光学系统11的角倍率而设定为所需的值。因此，通过第一变倍光学系统11及第二变倍光学系统19的变倍，能够使从聚光光学系统27射出的多个第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ与聚光于聚光面CP上的多个聚光部S1～聚光部S3的X方向的间隔P1、间隔P2独立地变化。

如上所述，若反射装置22的反射面23以XZ方向作为旋转中心而在规定的角度范围内摆动，则被反射面23反射的第二光束L2的行进方向以大致为+X方向的上述方向作为中心，沿着±Y方向以规定角度的2倍的角度摆动。因此，若反射装置22的反射面23摆动，则多个聚光部S1～聚光部S3在聚光面CP上沿着Y方向摆动(移动)。

在第一实施方式的光加工装置1中，将聚光于聚光面CP的多个第二光束L2各自的聚光部S1～聚光部S3沿着X方向排列形成。换言之，这也可谓是分割光学系统14将第一光束L1以在聚光面CP中聚光于沿着X方向排列的多个聚光部S1～聚光部S3的方式分割成多个第二光束L2。

而且，也可谓反射装置22的反射面23以使各自的聚光部S1～聚光部S3在聚光面CP上沿着与X方向交叉的Y方向移动的方式摆动。

也可以将X方向称为第一方向，将Y方向称为第二方向。

在聚光面CP配置作为被加工物的物体W的被加工面WS。第一实施方式的光加工装置1包括试样台29，所述试样台29保持物体W，沿着X方向在导件30上移动。

在将物体W及试样台29配置于规定的X位置的状态下，使反射装置22的反射面23以XZ方向作为旋转中心而在规定的角度范围内摆动，由此能够使多个聚光部S1～聚光部S3分别在物体W的被加工面WS上沿着Y方向移动(扫描)。

图5是表示使用第一实施方式的光加工装置1而在物体W的被加工面WS上形成的沟槽结构的一例的立体图。在形成沟槽结构时，在将被加工面WS与聚光面CP一致地配置的状态下，使在聚光面CP上沿着X方向排列的多个聚光部S1～聚光部S3在聚光面CP上沿着Y方向扫描。由此，能够在被加工面WS上形成包括分别沿着Y方向延伸且沿着X方向周期性地配置的例如三条凹部RS的凹部组SG。此外，也可以将凹部RS称为槽。

然后，使物体W及试样台29的X位置依次移动，并且多次使聚光部S1～聚光部S3在聚光面CP上沿着Y方向扫描，由此能够在被加工面WS上形成包括大量凹部RS的沟槽结构。此处，沟槽结构也可以视为包括大量凸部PS或凹凸部。物体W及试样台29的X位置的移动可为大致以等速沿着X方向移动的连续的移动。

可通过作为加工光的第二光束L2的照射，使金属等物体W的被加工面WS的一部分熔解、蒸发或升华，由此形成各凹部RS。或可通过第二光束L2的照射使配置于金属等物体W的被加工面WS上的金属等的粉体熔解、固化，由此形成凸部，从而在凸部与凸部之间形成凹部。或可通过第二光束L2的照射使物体W的被加工面WS上的涂布膜熔解、蒸发或升华，由此形成凹部。

此外，在聚光面CP上沿着X方向排列的多个聚光部S1～聚光部S3的数量并不限于上述3个，可为2个以上的任意数量。

在第一实施方式的光加工装置1中，在聚光面CP上形成沿着X方向排列的多个聚光部S1～聚光部S3，使这些多个聚光部S1～聚光部S3统一沿着Y方向移动(扫描)，对物体W的被加工面WS进行加工，因此与使一个聚光部扫描并加工的情况相比，能够提高加工速度。

而且，在第一实施方式的光加工装置1中，能够变更在聚光面CP上沿着X方向排列的多个聚光部S各自的直径D3(或朝向聚光面CP的第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ)、及X方向的间隔P1、间隔P2，因此能够自由地变更对物体W的被加工面WS进行加工的各凹部RS的宽度(或凸部PS的宽度)、或者多个凹部RS的X方向的间隔(或多个凸部PS的X方向的间隔)、凹部RS的宽度与凸部PS的比率。因此，可根据物体W的用途等在被加工面WS形成多种结构。

作为一例，可变更朝向聚光面CP的第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ，并改变沟槽结构的凹部RS的斜面的斜率(凸部PS的斜面的斜率)。此外，在对沿着Y方向延伸的凹部RS进行加工时，在使聚光部S沿着Y方向移动而进行加工后，可使所述聚光部S的位置沿着X方向移动，其后使聚光部S沿着Y方向移动而进行加工。此时，聚光部S朝向X方向的移动量可为小于聚光部的直径D3的量。

从位置检测部18射出并通过合成光学系统17而与第二光束L2合流(合成)的第三光束L3与第二光束L2同样，经过第二变倍光学系统19、反射面23、第二反射面26、及聚光光学系统27而聚光于聚光面CP上的第二聚光部S10。然后，第三光束L3照射至配置于聚光面CP的物体W的被加工面WS。照射至被加工面WS的第三光束L3被被加工面WS反射或散射，其至少一部分成为第四光束L4，使与第三光束L3大致相同的光路与第三光束L3逆行而返回合成光学系统17。

第四光束L4被合成光学系统17的二色面17a反射，被导向位置检测部18，并被位置检测部18所接收。

位置检测部18基于所接收的第四光束L4，对物体W的例如Z方向的位置进行检测。位置检测部18例如可包括干涉仪。作为这种位置检测部，可应用日本专利第5231883号所公开的三维形状计测装置。

或位置检测部18可对物体W的被加工面WS上的规定形状的部分的X方向、或Y方向的位置进行检测。

第一变倍光学系统11、第二变倍光学系统19并不限于无焦系统，也可以为焦距发生变化的所谓变焦透镜系统、或变焦距系统。在所述情况下，随着第一变倍光学系统11或第二变倍光学系统19的变倍，不仅从第一变倍光学系统11或第二变倍光学系统19射出的光束的直径发生变化，开角也发生变化。

而且，第一变倍光学系统11、第二变倍光学系统19、及构成聚光光学系统27的透镜的枚数并不限于上述枚数，可分别包括任意枚数的透镜。或第一变倍光学系统11、第二变倍光学系统19、及聚光光学系统27的至少一个系统可为包括反射镜或棱镜等反射光学构件的反射光学系统或反射折射光学系统。此外，第一变倍光学系统11、第二变倍光学系统19、及聚光光学系统27的至少一个系统可为衍射型光学系统。

在上述例子中，合成光学系统17配置于分割光学系统14与第二变倍光学系统19之间，但也可以配置于第二变倍光学系统19的内部、或第二变倍光学系统19与反射装置22之间。此外，在无需使第三光束L3在聚光面CP上移动的情况下，合成光学系统也可以配置于反射装置22的聚光面CP侧。

此外，光加工装置1也可以不包括第一变倍光学系统11或第二变倍光学系统19中的其中一者。如上所述，在光加工装置1包括第二变倍光学系统19的情况下，通过使第二变倍光学系统19变倍，能够变更第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ，并且能够变更多个聚光部S1～聚光部S3的X方向的间隔P1、间隔P2。而且，在光加工装置1包括第一变倍光学系统11的情况下，通过使第一变倍光学系统11变倍，能够变更第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ。

试样台29可使所保持的物体W沿着X方向及Y方向移动。在所述情况下，通过利用试样台29使物体W相对于聚光部S1～聚光部S3移动而非使反射装置22及反射面23摆动，能够使物体W的被加工面WS内的聚光部S1～聚光部S3的相对位置沿着Y方向移动(扫描)。因此，在所述情况下，光加工装置1可不包括反射装置22及反射面23。

在以上说明中，第二反射装置25及第二反射面26相对于光加工装置1的整体而被固定，但第二反射装置25及第二反射面26也可以Y方向作为旋转中心而在规定的角度范围内摆动。由此，也能够使聚光部S1～聚光部S3在聚光面CP上沿着X方向移动(扫描)。

在所述情况下，聚光面CP中的多个聚光部S1～聚光部S3在聚光面CP上沿着Y方向排列形成。而且，通过反射面23的摆动，使得聚光部S1～聚光部S3在聚光面CP上沿着X方向移动(扫描)。因此，在所述情况下，光加工装置1可不包括保持物体W并使其沿着X方向移动的试样台29。

在以上说明中，分割光学系统14将第一光束L1沿着X方向分割成多个第二光束L2，反射装置22及反射面23以XZ方向作为旋转中心而在规定的角度范围内摆动。但不限于此，分割光学系统14也可以将第一光束L1沿着Y方向分割成多个第二光束L2，反射装置22及反射面23以Y方向作为旋转中心而在规定的角度范围内摆动。

分割光学系统14可未必以多个聚光部S1～聚光部S3在聚光面CP上沿着X方向或Y方向排列的方式将第一光束L1分割。也可以取而代之，以聚光面CP上的多个聚光部S1～聚光部S3的X位置或Y位置各不相同的方式将第一光束L1分割成第二光束L2。

而且，分割光学系统14也可以将第一光束L1分割成两个第二光束L2。

光加工装置1可不包括光源装置10，例如，也可以从设置于光加工装置1的外部的光源经由光纤等导光构件来接受第一光束L1的供给。

分割光学系统14并不限于包括上述衍射光学元件16的结构，只要将第一光束L1分割成行进方向互相分离规定的角度的多个第二光束L2，则可为任意光学系统。

作为分割光学系统14的另一例，图6示出包括反射构件的分割光学系统14a。在分割光学系统14a中，通过偏振分束器41而入射的第一光束L1被分割成透过反射面41a的P偏光的第一光束L11与被反射面41a反射的S偏光的第一光束L12。

透过偏振分束器41的P偏光的第一光束L1被1/4波片42转换成圆偏光，并被反射镜43反射。然后，再次透过1/4波片42而转换成S偏光，被偏振分束器41的反射面41a反射，作为第二光束L21而从分割光学系统14a射出。

被偏振分束器41反射的S偏光的第一光束L2被1/4波片44转换成圆偏光，被反射镜45反射。然后，再次透过1/4波片44而转换成P偏光，透过偏振分束器41，作为第二光束L22而从分割光学系统14a射出。

此时，将反射镜43的反射面与反射镜45的反射面少许偏离正交的方向配置，由此第二光束L21与第二光束L22的行进方向例如偏离角度差φ1。

在图6所示的结构中，第二光束L21与第二光束L22的行进方向大致为-X方向，但也可以通过配置未图示的折叠反射镜，使第二光束L21与第二光束L22的行进方向在保持所述角度差φ1的状态下转换为大致+Z方向。

从分割光学系统14a射出的光束为第二光束L21与第二L22这两束，但也可以通过串联配置多个分割光学系统14a，而将一束第光束L1分割成更多的第二光束L2。在串联配置多个分割光学系统14a的情况下，可在这些分割光学系统之间配置1/4波片，将从一个分割光学系统14a射出的第二光束L21与第二L22转换成圆偏光。

(第一实施方式的光加工装置的效果)

(1)以上所说明的第一实施方式的光加工装置1包括：分割光学系统14，将入射的第一光束L1分割成包括多个光束(L21、L22、L23)的第二光束L2；变倍光学系统(11、19)，配置于要入射至分割光学系统14的第一光束L1的光路上、及从分割光学系统14射出的第二光束L2所包括的多个光束的光路上的至少一者；及聚光光学系统27，使第二光束L2聚光，所述光加工装置1利用来自聚光光学系统27的第二光束L2对物体W进行加工。

根据所述结构，可在物体W的被加工面WS形成多个聚光部S1～聚光部S3，并且通过使变倍光学系统(11、19)变倍，能够变更聚光于聚光部S1～聚光部S3的各第二光束L21b～第二光束L23b的开角θ。

因此，可实现能够同时对被加工面WS上的多处进行加工的处理能力高的光加工装置1。而且，可实现能够变更(调整)聚光部S1～聚光部S3的直径D3、即被加工面WS的加工区域的尺寸变更容易的光加工装置1。

(2)光加工装置1可还包括：反射装置22，配置于分割光学系统14与聚光光学系统27之间的第二光束L2的光路上，包括将第二光束L2所包括的多个光束反射的能够摆动的反射面23。

在所述结构中，通过反射面23的摆动，能够使形成于被加工面WS上的多个聚光部S1～聚光部S3在被加工面WS上移动(扫描)。由此，可实现处理能力更高的光加工装置1。

(3)在光加工装置1中，第二光束L2所包括的多个光束为三个以上光束(L21、L22、L23)，聚光光学系统27可制成使来自分割光学系统14的三个以上光束分别聚光的结构。

根据所述结构，能够同时对被加工面WS上的三处以上部位进行加工，而可实现处理能力更高的光加工装置1。

本发明并不限定于以上内容。在本发明的技术思想的范围内考虑到的其他形态也包括于本发明的范围内。本实施方式可将所述形态的全部或一部分加以组合。

[符号的说明]

1：光加工装置

10：光源装置

11：第一变倍光学系统

14：分割光学系统

17：合成光学系统

L1：第一光束

L2：第二光束

L3：第三光束

18：位置检测部

22：反射装置

23：反射面

27：聚光光学系统

CP：聚光面

29：试样台

30：导件

W：物体

WS：被加工面

Claims

1.一种光加工装置，包括：

分割光学系统，将入射的第一光束分割成包括多个光束的第二光束；

变倍光学系统，配置于要入射至所述分割光学系统的所述第一光束的光路上、及从所述分割光学系统射出的所述第二光束所包括的所述多个光束的光路上的至少一者；及

聚光光学系统，使所述第二光束聚光，

所述光加工装置利用来自所述聚光光学系统的所述第二光束对物体进行加工。

2.根据权利要求1所述的光加工装置，其中

所述第二光束所包括的所述多个光束为三个以上光束，

所述光加工装置还包括反射装置，所述反射装置配置于所述分割光学系统与所述聚光光学系统之间的所述第二光束的光路上，包括将所述第二光束所包括的所述三个以上光束反射的能够摆动的反射面，

所述聚光光学系统使来自所述反射装置的所述三个以上光束分别聚光。

3.根据权利要求2所述的光加工装置，其中

所述分割光学系统以通过所述聚光光学系统而聚光于聚光面上的所述三个以上光束各自的聚光部沿着第一方向排列的方式将所述第一光束分割，

所述反射装置的所述反射面以使所述各自的聚光部沿着与所述第一方向交叉的第二方向移动的方式摆动。

4.根据权利要求2或3所述的光加工装置，其中

从所述分割光学系统射出的所述第二光束所包括的所述三个以上光束中彼此相邻的两个光束各自的沿着行进方向的轴彼此形成的角度为锐角。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光加工装置，其中

所述变倍光学系统包括：第一变倍光学系统，配置于要入射至所述分割光学系统的所述第一光束的光路上；及第二变倍光学系统，配置于从所述分割光学系统射出的所述第二光束所包括的所述多个光束的光路上，通过所述第一变倍光学系统及所述第二变倍光学系统的变倍，使从所述聚光光学系统射出的所述第二光束所包括的所述多个光束各自的光束的开角与通过所述聚光光学系统而聚光于聚光面上的所述第二光束所包括的所述多个光束各自的聚光部的间隔独立地变化。

6.根据权利要求5所述的光加工装置，其中

所述第二变倍光学系统为无焦系统。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的光加工装置，其中

所述变倍光学系统配置于从所述分割光学系统射出的所述第二光束所包括的所述多个光束的光路上，通过变倍，使从所述聚光光学系统射出的所述第二光束所包括的所述多个光束各自的光束的开角变化，并且使通过所述聚光光学系统而聚光于聚光面上的所述第二光束所包括的所述多个光束各自的光束的聚光部的间隔变化。

8.根据权利要求7所述的光加工装置，其中

所述变倍光学系统为无焦系统。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的光加工装置，其中

所述变倍光学系统配置于要入射至所述分割光学系统的所述第一光束的光路上，通过变倍，使要入射至所述分割光学系统的所述第一光束的直径变化。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光加工装置，其中

所述分割光学系统包括衍射光学元件。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的光加工装置，其中

所述分割光学系统包括反射构件。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的光加工装置，包括：

合成光学系统，使来自所述分割光学系统的所述第二光束与不同于所述第二光束的第三光束合成，

所述聚光光学系统使来自所述合成光学系统的所述第二光束所包括的所述多个光束与所述第三光束分别聚光。

13.根据权利要求12所述的光加工装置，其中

所述第二光束与所述第三光束为波长不同的光束，

所述合成光学系统包括二向色镜或二向色棱镜。

14.根据权利要求12或13所述的光加工装置，还包括：

位置检测部，经由所述合成光学系统与所述聚光光学系统将所述第三光束照射至物体，基于经由所述聚光光学系统及所述合成光学系统所检测到的作为所述第三光束从所述物体的回光的第四光束，对所述物体的位置进行检测。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的光加工装置，还包括：

光源装置，射出要入射至所述分割光学系统的所述第一光束。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的光加工装置，还包括：

试样台，以来自所述聚光光学系统的所述第二光束照射至所述物体的方式支撑所述物体。

17.根据权利要求1所述的光加工装置，还包括：

反射装置，配置于所述分割光学系统与所述聚光光学系统之间的所述第二光束的光路上，包括将所述第二光束所包括的所述多个光束反射的能够摆动的反射面。

18.根据权利要求17所述的光加工装置，其中

所述反射装置的所述反射面以使通过所述聚光光学系统而聚光于聚光面上的所述第二光束所包括的多个光束各自的聚光部沿着与所述各自的聚光部所排列的第一方向交叉的第二方向移动的方式摆动。

19.根据权利要求18所述的光加工装置，其中

所述分割光学系统以所述各自的聚光部沿着所述第一方向排列的方式将所述第一光束分割。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的光加工装置，其中

从所述分割光学系统射出的所述第二光束所包括的所述多个光束中彼此相邻的两个光束各自的沿着行进方向的轴彼此形成的角度为锐角。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的光加工装置，其中

所述变倍光学系统包括：第一变倍光学系统，配置于要入射至所述分割光学系统的所述第一光束的光路上；及第二变倍光学系统，配置于所述分割光学系统与所述反射装置之间的所述第二光束所包括的所述多个光束的光路上，通过所述第一变倍光学系统及所述第二变倍光学系统的变倍，使从所述聚光光学系统射出的所述第二光束所包括的所述多个光束各自的光束的开角与通过所述聚光光学系统而聚光于聚光面上的所述第二光束所包括的所述多个光束各自的聚光部的间隔独立地变化。

22.根据权利要求21所述的光加工装置，其中

所述第二变倍光学系统为无焦系统。

23.根据权利要求17至20中任一项所述的光加工装置，其中

所述变倍光学系统配置于所述分割光学系统与所述反射装置之间的所述第二光束所包括的所述多个光束的光路上，通过变倍，使从所述聚光光学系统射出的所述第二光束所包括的所述多个光束各自的光束的开角变化，并且使通过所述聚光光学系统而聚光于聚光面上的所述第二光束所包括的所述多个光束各自的光束的聚光部的间隔变化。

24.根据权利要求23所述的光加工装置，其中

所述变倍光学系统为无焦系统。

25.根据权利要求17至20中任一项所述的光加工装置，其中

26.根据权利要求17至25中任一项所述的光加工装置，其中

所述分割光学系统包括衍射光学元件。

27.根据权利要求17至25中任一项所述的光加工装置，其中

所述分割光学系统包括反射构件。

28.根据权利要求17至27中任一项所述的光加工装置，还包括：

29.根据权利要求17至28中任一项所述的光加工装置，包括：

30.根据权利要求29所述的光加工装置，其中

所述第二光束与所述第三光束为波长不同的光束，

所述合成光学系统包括二向色镜或二向色棱镜。

31.根据权利要求29或30所述的光加工装置，还包括：

32.根据权利要求17至31中任一项所述的光加工装置，还包括：

33.根据权利要求1所述的光加工装置，其中

所述第二光束所包括的所述多个光束为三个以上光束，

所述聚光光学系统使来自所述分割光学系统的所述三个以上光束分别聚光。

34.根据权利要求33所述的光加工装置，其中

所述分割光学系统以通过所述聚光光学系统而聚光于聚光面上的所述三个以上光束各自的聚光部沿着规定方向排列的方式将所述第一光束分割。

35.根据权利要求33或34所述的光加工装置，其中

36.根据权利要求33至35中任一项所述的光加工装置，其中

37.根据权利要求36所述的光加工装置，其中

所述第二变倍光学系统为无焦系统。

38.根据权利要求33至35中任一项所述的光加工装置，其中

39.根据权利要求38所述的光加工装置，其中

所述变倍光学系统为无焦系统。

40.根据权利要求33至35中任一项所述的光加工装置，其中

41.根据权利要求33至40中任一项所述的光加工装置，其中

所述分割光学系统包括衍射光学元件。

42.根据权利要求33至40中任一项所述的光加工装置，其中

所述分割光学系统包括反射构件。

43.根据权利要求33至42中任一项所述的光加工装置，还包括：

44.根据权利要求33至43中任一项所述的光加工装置，包括：

45.根据权利要求44所述的光加工装置，其中

所述第二光束与所述第三光束为波长不同的光束，

所述合成光学系统包括二向色镜或二向色棱镜。

46.根据权利要求44或45所述的光加工装置，还包括：

47.根据权利要求33至46中任一项所述的光加工装置，还包括：