DE102023208112A1

DE102023208112A1 - Verarbeitungsvorrichtung und artikelherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102023208112A1
Application number: DE102023208112.1A
Authority: DE
Inventors: Saori Hasegawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2023-08-24
Publication date: 2024-04-04
Also published as: US20240109151A1; CN117773311A; JP2024049687A

Abstract

Um einen Verarbeitungsstrahl einer Kreisform anzunähern, enthält die optische Einrichtung in einer Verarbeitungsvorrichtung, die eine optische Einrichtung enthält, die einen von einer Lichtquelle emittierten Laserstrahl zu einem Zielobjekt führt und das Zielobjekt mit von der optischen Einrichtung emittiertem Licht verarbeitet, einen Korrekturmechanismus, der rotationsasymmetrische optische Eigenschaften der optischen Einrichtung korrigiert, wobei der Korrekturmechanismus mindestens zwei optische Elemente mit rotationsasymmetrischer Brechkraft und einen Mechanismus enthält, der es den mindestens zwei optischen Elementen ermöglicht, sich um ihre jeweiligen optischen Achsen zu drehen, wobei sich die Größe der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften aufgrund einer Drehwinkeldifferenz zwischen den mindestens zwei optischen Elementen ändert und sich eine Richtung der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften in Abhängigkeit von einem gemeinsamen Drehwinkel der mindestens zwei optischen Elemente ändert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verarbeitungsvorrichtung, die einen Laser verwendet, ein Artikelherstellungsverfahren und dergleichen.
Beschreibung des Stands der Technik
Als optische Einrichtung im Stand der Technik gibt es eine optische Einrichtung, die in 6 dargestellt ist. 6 ist ein Diagramm, das eine Verarbeitungsvorrichtung im Stand der Technik darstellt. Von einer Laserlichtquelle LS emittiertes Laserlicht durchläuft eine optische Einrichtung 500 und wird dann zu einem Zielobjekt 10 emittiert.
Die optische Einrichtung 500 enthält einen Neigungsanpassungsmechanismus 1, der eine einfallende optische Achse eines Laserstrahls in Bezug auf ein Zielobjekt in einem beliebigen Winkel neigt, und einen Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2, der eine Fokusposition eines Laserstrahls an eine beliebige Position in der Richtung der optischen Achse verschiebt. Die optische Einrichtung 500 enthält auch einen Positionsanpassungsmechanismus 3, der eine Position der einfallenden optischen Achse eines Laserstrahls in Bezug auf ein Zielobjekt an eine beliebige Position verschiebt, und einen Lichtbündelungsmechanismus 4, der eine Funktion zum Bündeln eines Laserstrahls aufweist.
Um eine feinere Verarbeitung unter Verwendung der optischen Einrichtung 500 durchzuführen, ist eine Technik zum Verkürzen einer Verarbeitungslaserwellenlänge, Erhöhen der NA von Verarbeitungslicht oder Verringern eines Verarbeitungspunktdurchmessers bekannt.
Um eine hochwertige Feinverarbeitung durchzuführen, ist es wünschenswert, nicht nur einen Verarbeitungspunktdurchmesser zu verringern, sondern auch ein Zielobjekt mit einem idealen kreisförmigen Verarbeitungsstrahl zu bestrahlen, aber rotationsasymmetrische optische Eigenschaften können in Abhängigkeit von der Herstellungsgenauigkeit von optischen Bauelementen, wie beispielsweise einer Linse und einem Spiegel, und einem Verfahren zum Halten der optischen Bauelemente auftreten. Aufgrund von rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften besteht ein Problem, dass Verarbeitungslicht an einer Fokusposition und einer Defokusposition zu einer Ellipse wird.
Es gibt auch ein Verfahren zum Erhöhen der Herstellungsgenauigkeit von optischen Bauelementen und ein Verfahren zum Halten der optischen Bauelemente, die keine rotationsasymmetrische optische Eigenschaften verursachen, aber es gibt Grenzen in Bezug auf Genauigkeit und Kosten, und die Auswirkungen von rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften können nicht vollständig eliminiert werden.
Andererseits wird beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2002-273589 eine Korrektur unter Verwendung einer zylindrischen Linse als ein Verfahren zum Korrigieren von rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften durchgeführt.
In einem Korrekturmechanismus, der in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2002-273589 offenbart ist, kann jedoch die Größe von rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften durch Einstellen eines Abstands zwischen zwei zylindrischen Linsen bestimmt werden, aber die Ausrichtung der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften kann nicht bestimmt werden.
Da somit in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2002-273589 die Größe und Ausrichtung von rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften nicht bestimmt werden kann, weist ein Verarbeitungsstrahl an einer Fokusposition und einer Defokusposition keine ideale Kreisform auf und somit kann eine hochwertige Feinverarbeitung nicht durchgeführt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die Aufgabe zu lösen, ist eine Verarbeitungsvorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Verarbeitungsvorrichtung, die eine optische Einrichtung enthält, die einen von einer Lichtquelle emittierten Laserstrahl zu einem Zielobjekt führt, wobei die Verarbeitungsvorrichtung das Zielobjekt mit von der optischen Einrichtung emittiertem Licht verarbeitet, wobei die optische Einrichtung einen Korrekturmechanismus enthält, der rotationsasymmetrische optische Eigenschaften der optischen Einrichtung korrigiert, wobei der Korrekturmechanismus mindestens zwei optische Elemente mit rotationsasymmetrischer Brechkraft und einen Mechanismus enthält, der es den mindestens zwei optischen Elementen ermöglicht, sich um ihre jeweiligen optischen Achsen zu drehen, wobei sich die Größe der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften aufgrund einer Drehwinkeldifferenz zwischen den mindestens zwei optischen Elementen ändert und sich eine Richtung der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften in Abhängigkeit von einem gemeinsamen Drehwinkel der mindestens zwei optischen Elemente ändert.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer optischen Einrichtung in einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines typischen Astigmatismus darstellt.
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Korrekturmechanismus in der ersten Ausführungsform darstellt.
4 ist ein Diagramm einer ersten zylindrischen Linse 21 und einer zweiten zylindrischen Linse 22 bei Betrachtung aus einer Richtung der optischen Achse.
5 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer optischen Einrichtung in einer zweiten Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Diagramm, das eine optische Einrichtung im Stand der Technik darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorteilhafte Varianten der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Ausführungsformen beschrieben. In jedem Diagramm werden die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Bauelemente oder Elemente angewendet, und eine doppelte Beschreibung wird weggelassen oder vereinfacht.
< Erste Ausführungsform >
1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer optischen Einrichtung in einer ersten Ausführungsform darstellt. Ein von einer Laserlichtquelle LS emittierter Laserstrahl durchläuft eine optische Einrichtung 100 und wird dann zu einem Zielobjekt 10 emittiert. Zum Beispiel bezeichnet BC einen Strahlanpassungsmechanismus, der einen Strahldurchmesser und einen Strahldivergenzwinkel des von der Laserlichtquelle LS emittierten Laserstrahls ändert, und 1 bezeichnet einen Neigungsanpassungsmechanismus, der eine einfallende optische Achse des Laserstrahls in Bezug auf ein Zielobjekt in einem beliebigen Winkel neigt.
2 bezeichnet einen Fokuspositionsanpassungsmechanismus, der eine Fokusposition eines Laserstrahls an eine beliebige Position in der Richtung der optischen Achse verschiebt, 3 bezeichnet einen Positionsanpassungsmechanismus, der eine Position der einfallenden optischen Achse eines Laserstrahls in Bezug auf ein Zielobjekt an eine beliebige Position verschiebt, und 4 bezeichnet einen Lichtbündelungsmechanismus 4, der eine Funktion zum Bündeln eines Lichtstrahls aufweist.
Zusätzlich enthält die optische Einrichtung 100 der ersten Ausführungsform den Strahlanpassungsmechanismus BC, den Neigungsanpassungsmechanismus 1, den Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2, den Positionsanpassungsmechanismus 3, den Lichtbündelungsmechanismus 4 und dergleichen, kann aber auch nur mindestens einen von diesen enthalten.
Ferner ist in der optischen Einrichtung 100 der ersten Ausführungsform ein Korrekturmechanismus 20, der rotationsasymmetrische optische Eigenschaften korrigiert, zwischen dem Neigungsanpassungsmechanismus 1 und dem Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2 vorgesehen. CTL bezeichnet eine Steuereinrichtung, die eine CPU als einen Computer und einen Speicher, der ein Computerprogramm speichert, enthält. Antriebsgrößen und Antriebszeitpunkte des Neigungsanpassungsmechanismus 1, des Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2, des Positionsanpassungsmechanismus 3 und dergleichen werden als Reaktion auf ein Antriebssignal, das von der Steuereinrichtung CTL ausgegeben wird, gesteuert.
Der Neigungsanpassungsmechanismus 1 und der Positionsanpassungsmechanismus 3 bestehen aus mehreren Spiegelbauelementen, die reflektierende Oberflächen aufweisen, und die Neigung und Position werden unter Verwendung von entweder fest angeordneten Spiegelbauelementen oder Spiegelbauelementen, die jeweils einen Winkelverstellmechanismus aufweisen, angepasst. Die fest angeordneten Spiegelbauelemente können in einer Prismenform konfiguriert sein oder können unabhängig voneinander konfiguriert sein.
Das Spiegelbauelement, das einen Winkelverstellmechanismus aufweist, enthält einen Galvanomotor und dreht das Spiegelbauelement über eine Ausgangswelle mit einer Antriebsgröße, die einem Antriebssignal des Galvanomotors entspricht. Das Spiegelbauelement, das einen Winkelverstellmechanismus aufweist, ist nicht auf einen Galvanomotor oder dergleichen beschränkt, solange das Spiegelbauelement auf einen gewünschten Drehwinkel eingestellt werden kann.
Der Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2 besteht aus einer Linse und einem Antriebsmechanismus, der die Linse in der Richtung der optischen Achse antreibt und die Linse gemäß einer Fokuspositionsbewegungsgröße antreibt. Die Konfiguration ist nicht auf die oben beschriebene Konfiguration beschränkt, solange die Fokusposition mit einer gewünschten Bewegungsgröße angetrieben werden kann. Die optische Einrichtung 100 kann auch Messmechanismen wie eine Beobachtungseinheit für eine verarbeitete Oberfläche zum Beobachten einer verarbeiteten Oberfläche und eine Beobachtungseinheit für die optische Achse zum Beobachten des Anpassungszustands der optischen Achse enthalten.
Die optische Einrichtung 100 weist rotationsasymmetrische optische Eigenschaften auf. Eine rotationsasymmetrische optische Eigenschaft ist Astigmatismus. Zu den Faktoren, die Astigmatismus verursachen, zählen die Herstellungsgenauigkeit von Linsen und Spiegelbauelementen und die Oberflächenverzerrung aufgrund des Haltens von Spiegelbauelementen. Insbesondere verwendet der Neigungsanpassungsmechanismus 1 eine große Anzahl von Spiegelbauelementen und Oberflächenverzerrung oder dergleichen aufgrund des Haltens der Spiegelbauelemente verursacht Astigmatismus.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines typischen Astigmatismus darstellt. Konturlinien, die durch durchgezogene Linien angegeben sind, stellen Aberrationen in der positiven Richtung dar und Konturlinien, die durch gestrichelte Linien angegeben sind, stellen Aberrationen in der negativen Richtung dar. Wenn Astigmatismus, wie in 2 dargestellt, auftritt, wird positive Brechkraft in der X-Achsenrichtung erzeugt und negative Brechkraft wird in der dazu orthogonalen Y-Achsenrichtung erzeugt. Wenn ein Abstand zwischen einer Position, an der Astigmatismus auftritt, und einer Pupillenebene zunimmt, nimmt ein Strahldurchmesser in der X-Achsenrichtung ab und ein Strahldurchmesser in der Y-Achsenrichtung nimmt zu.
Infolgedessen tritt an einer Lichtbündelungsposition nicht nur eine Bildebenendifferenz aufgrund von Verschiebungen einer Fokusposition in der X-Richtung und Y-Richtung auf, sondern auch eine numerische Aperturdifferenz (NA-Differenz) tritt in der X-Richtung und der Y-Richtung auf.
Obwohl 2 ein Beispiel darstellt, in dem eine Bildebenendifferenz und eine NA-Differenz in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung auftreten, kann die Richtung des Astigmatismus in allen Richtungen mit der optischen Achse als Drehachse auftreten. Wenn sich die Richtung des Astigmatismus um die optische Achse dreht, tritt eine Bildebenendifferenz oder eine NA-Differenz zwischen zwei orthogonalen Achsen in einer Richtung auf, die der Richtung des Astigmatismus entspricht.
In der ersten Ausführungsform ist beispielsweise der Korrekturmechanismus 20 zwischen dem Neigungsanpassungsmechanismus 1 und dem Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2 angeordnet, um die Bildebenendifferenz und die NA-Differenz zu korrigieren. Das heißt, der Korrekturmechanismus 20 ist unmittelbar hinter dem Neigungsanpassungsmechanismus 1 angeordnet, der aus einer großen Anzahl von Spiegelbauelementen wie oben beschrieben besteht und dazu neigt, Astigmatismus zu erzeugen.
Dies liegt daran, dass, wenn der Korrekturmechanismus 20 an einer Position entfernt von einem Ort des Auftretens von Astigmatismus angeordnet ist, ein Strahl zu einem Zeitpunkt, zu dem der Strahl auf den Korrekturmechanismus 20 einfällt, zu einer Ellipse wird. Wenn der Korrekturmechanismus 20 an einer solchen Position angeordnet ist, wird eine Strahldurchmesserdifferenz zwischen der X-Richtung und der Y-Richtung nicht korrigiert, selbst wenn der Korrekturmechanismus 20 Astigmatismus korrigiert, und somit bleibt eine NA-Differenz bestehen. Andererseits bleibt die Bildebenendifferenz bestehen, da der Astigmatismus nicht korrigiert wird, selbst wenn die NA-Differenz durch den Korrekturmechanismus 20 korrigiert wird.
Somit ist beispielsweise in der ersten Ausführungsform der Korrekturmechanismus 20 unmittelbar hinter dem Neigungsanpassungsmechanismus 1 angeordnet, wo Astigmatismus auftritt, bevor ein Strahl zu einer Ellipse wird, um Astigmatismus zu korrigieren, und somit können sowohl eine Bildebenendifferenz als auch eine NA-Differenz unterdrückt werden.
In der ersten Ausführungsform ist der Neigungsanpassungsmechanismus 1 ein optischer Mechanismus, der Astigmatismus erzeugt, (rotationsasymmetrische optische Eigenschaften aufweist), aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Das heißt, andere Mechanismen können Astigmatismus erzeugen, und der Korrekturmechanismus 20 der ersten Ausführungsform kann auch auf solche Mechanismen angewendet werden.
In der ersten Ausführungsform ist der Korrekturmechanismus 20 zwischen einem optischen System (beispielsweise dem Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2), das unmittelbar hinter einem optischen Mechanismus (beispielsweise dem Neigungsanpassungsmechanismus 1) angeordnet ist, der Astigmatismus erzeugt (rotationsasymmetrische optische Eigenschaften aufweist), und dem oben beschriebenen optischen Mechanismus (beispielsweise dem Neigungsanpassungsmechanismus 1) angeordnet.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Das heißt, es reicht aus, dass eine Konfiguration, in der die Größe und Richtung von Astigmatismus durch den optischen Mechanismus (beispielsweise den Neigungsanpassungsmechanismus 1), der den Astigmatismus erzeugt, und den Korrekturmechanismus 20 aufgehoben werden kann, angenommen wird.
Somit kann der Korrekturmechanismus 20 zwischen dem optischen System (beispielsweise dem Strahlanpassungsmechanismus BC oder anderen optischen Systemen), das unmittelbar vor dem optischen Mechanismus (beispielsweise dem Neigungsanpassungsmechanismus 1), der Astigmatismus erzeugt, angeordnet ist, und dem oben beschriebenen optischen Mechanismus (beispielsweise dem Neigungsanpassungsmechanismus 1) angeordnet sein.
Das heißt, es reicht aus, dass der Korrekturmechanismus 20 zwischen einem optischen System, das unmittelbar vor oder nach dem optischen Mechanismus (beispielsweise dem Neigungsanpassungsmechanismus 1), der Astigmatismus erzeugt, angeordnet ist, und dem oben beschriebenen optischen Mechanismus (beispielsweise dem Neigungsanpassungsmechanismus 1) angeordnet ist.
Alternativ kann der Korrekturmechanismus 20 innerhalb (beispielsweise zwischen mehreren Spiegeln) des oben beschriebenen optischen Mechanismus (beispielsweise des Neigungsanpassungsmechanismus 1), der Astigmatismus erzeugt (rotationsasymmetrische optische Eigenschaften aufweist), angeordnet sein. Es ist gewünscht, dass der Korrekturmechanismus 20 an einer Position (nahe) so nahe wie möglich an einer Position des Auftretens von Astigmatismus angeordnet ist.
Als Nächstes wird der Korrekturmechanismus 20 unter Verwendung von 3 beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Korrekturmechanismus der ersten Ausführungsform darstellt. 3 stellt einen Querschnitt in einem Fall dar, in dem der Korrekturmechanismus 20 entlang einer Ebene angenommen wird, die die optische Achse enthält.
In der ersten Ausführungsform enthält der Korrekturmechanismus 20 mindestens zwei optische Elemente mit rotationsasymmetrischer Brechkraft, und jedes der optischen Elemente verwendet in der ersten Ausführungsform eine torische Linse. Die torischen Linsen enthalten eine erste zylindrische Linse 21 und eine zweite zylindrische Linse 22, von denen jede eine zylindrische Oberfläche auf einer Seite und eine flache Oberfläche auf der anderen Seite aufweist.
Ferner sind ein erster Rotationsmechanismus 23 und ein zweiter Rotationsmechanismus 24 zum jeweiligen Drehen der ersten zylindrischen Linse 21 und der zweiten zylindrischen Linse 22 um die optische Achse vorgesehen. Das heißt, jedes der mindestens zwei optischen Elemente enthält einen Mechanismus, der um die optische Achse als eine Drehachse drehbar ist.
Der erste Rotationsmechanismus 23 und der zweite Rotationsmechanismus 24 können manuell oder durch die Steuereinrichtung CTL eingestellt werden. Das heißt, der erste Rotationsmechanismus 23 und der zweite Rotationsmechanismus 24 können manuell oder als Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuereinrichtung CTL durch relatives Drehen des ersten Rotationsmechanismus 23 und des zweiten Rotationsmechanismus 24 eingestellt werden, so dass eine Winkeldifferenz auftritt. Der erste Rotationsmechanismus 23 und der zweite Rotationsmechanismus 24 können auch so eingestellt werden, dass sich eine Winkeldifferenz nicht durch Drehen sowohl des ersten Rotationsmechanismus 23 als auch des zweiten Rotationsmechanismus 24 in die gleiche Richtung um den gleichen Winkel ändert.
Auf diese Weise werden in der ersten Ausführungsform ein Mechanismus, der die mindestens zwei optischen Elemente relativ dreht, und ein Mechanismus, der die mindestens zwei optischen Elemente in die gleiche Richtung um den gleichen Winkel dreht, bereitgestellt.
In dem Beispiel von 3 hat die erste zylindrische Linse 21 negative Brechkraft und die zweite zylindrische Linse 22 hat positive Brechkraft. Zylindrische Oberflächen der ersten zylindrischen Linse 21 und der zweiten zylindrischen Linse 22 sind so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind, und die zwei zylindrischen Linsen sind in Reihe in der Richtung der optischen Achse angeordnet.
In der ersten Ausführungsform ist, wenn die Brennweite der ersten zylindrischen Linse F1 ist, die Brennweite der zweiten zylindrischen Linse F2 ist und ein Abstand zwischen der ersten zylindrischen Linse 21 und der zweiten zylindrischen Linse 22 D ist, die zylindrische Linse so angeordnet, dass sie Gleichung 1 erfüllt. $F1 + F2 = D$
Die Reihenfolge, in der die zylindrische Linse mit positiver Brechkraft und die zylindrische Linse mit negativer Brechkraft in der Richtung der optischen Achse angeordnet sind, spielt keine Rolle. Sowohl die erste zylindrische Linse 21 als auch die zweite zylindrische Linse 22 können positive Brechkraft haben oder beide können negative Brechkraft haben.
In der ersten Ausführungsform ist ein Ausgang des Neigungsanpassungsmechanismus 1 im Wesentlichen paralleles Licht. Somit ist der Korrekturmechanismus 20, der die Beziehung von Gleichung 1 erfüllt, zwischen dem Neigungsanpassungsmechanismus 1 und dem Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2 angeordnet, der unmittelbar hinter dem Neigungsanpassungsmechanismus 1 angeordnet ist, und die kombinierte Brechkraft an dem Korrekturmechanismus 20 ist null, wenn die Richtungen der Mantellinie der ersten zylindrischen Linse 21 und der Mantellinie der zweiten zylindrischen Linse 22 miteinander übereinstimmen. Auf diese Weise ändern sich die optischen Eigenschaften überhaupt nicht, was einem Fall entspricht, in dem parallele Platten angeordnet sind.
Als ein Ergebnis der Korrektur, die durch den Korrekturmechanismus 20 durchgeführt wird, wenn die Position / der Winkel eines Strahls, der auf das Zielobjekt 10 einfällt, von einer Zielposition / einem Zielwinkel abweicht, ist es ausreichend, dass Abweichungen von der Zielposition / dem Zielwinkel durch den Neigungsanpassungsmechanismus 1, den Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2 und den Positionsanpassungsmechanismus 3 angepasst werden. Wenn ein Punktdurchmesser an einer Lichtkonvergenzposition durch den Korrekturmechanismus 20 geändert wird, ist es ausreichend, dass ein Strahldurchmesser durch den Strahlanpassungsmechanismus BC angepasst wird.
Als Nächstes wird ein Beispiel von Drehwinkeln der ersten zylindrischen Linse 21 und der zweiten zylindrischen Linse 22 unter Verwendung von 4 beschrieben. 4 ist ein Diagramm der ersten zylindrischen Linse 21 und der zweiten zylindrischen Linse 22 bei Betrachtung aus der Richtung der optischen Achse und stellt Drehwinkel dar, nachdem die Größe und die Richtung des Astigmatismus durch die erste zylindrische Linse 21 und die zweite zylindrische Linse 22 korrigiert wurden.
Bevor die Größe und die Richtung des Astigmatismus eingestellt werden, wird angenommen, dass die Mantellinie der ersten zylindrischen Linse 21 und die Mantellinie der zweiten zylindrischen Linse 22 mit der X-Achse übereinstimmen. In dem Prozess des Einstellens der Größe und der Richtung des Astigmatismus wird die erste zylindrische Linse 21 um β Grad gedreht und die zweite zylindrische Linse 22 wird um (α + β) Grad gedreht, mit der optischen Achse als Drehachse.
Nach der Drehung ist die Mantellinie der ersten zylindrischen Linse 21 L21 und die Mantellinie der zweiten zylindrischen Linse 22 ist L22.
Ein Prozess des Bestimmens eines Drehwinkels wird im Detail beschrieben. Die erste zylindrische Linse 21 und die zweite zylindrische Linse 22 weisen eine relative Drehwinkeldifferenz α auf. Astigmatismus tritt gemäß der Drehwinkeldifferenz α auf. Je größer die Drehwinkeldifferenz α ist, desto größer ist der Astigmatismus und ein maximaler Astigmatismus tritt auf, wenn die Mantellinie L21 der ersten zylindrischen Linse 21 und die Mantellinie L22 der zweiten zylindrischen Linse 22 bei α = 90 Grad orthogonal zueinander sind.
Somit werden die erste zylindrische Linse 21 und die zweite zylindrische Linse 22 so gedreht, dass die Größe des Astigmatismus, der aufgrund der Drehwinkeldifferenz α zwischen der ersten zylindrischen Linse 21 und der zweiten zylindrischen Linse 22 auftritt, mit der Astigmatismusgröße übereinstimmt, die korrigiert werden soll. Das heißt, in der ersten Ausführungsform wird eine rotationsasymmetrische optische Eigenschaftsgröße (die Größe des Astigmatismus, eine Bildebenendifferenz zwischen den XY-Achsen aufgrund von Astigmatismus oder dergleichen) unter Verwendung einer Drehwinkeldifferenz zwischen mindestens zwei optischen Elementen korrigiert.
Da Astigmatismus eine Ausrichtung sowie eine Größe aufweist, kann der Astigmatismus nicht nur mit der Drehwinkeldifferenz α korrigiert werden. Folglich werden die erste zylindrische Linse 21 und die zweite zylindrische Linse 22 gleichzeitig um einen gemeinsamen Drehwinkel β gedreht, während die Drehwinkeldifferenz α zwischen der ersten zylindrischen Linse 21 und der zweiten zylindrischen Linse 22 beibehalten wird. Dadurch kann die Richtung des Astigmatismus gemäß dem gemeinsamen Drehwinkel β geändert werden, während die Größe des Astigmatismus beibehalten wird.
Somit werden sowohl die erste zylindrische Linse 21 als auch die zweite zylindrische Linse 22 um den gemeinsamen Drehwinkel β in einer Richtung gedreht, in der der Astigmatismus, der korrigiert werden soll, aufgehoben wird. Das heißt, in der ersten Ausführungsform wird die Richtung der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften unter Verwendung des gemeinsamen Drehwinkels von mindestens zwei optischen Elementen korrigiert.
In der ersten Ausführungsform werden, nachdem die zweite zylindrische Linse 22 um α Grad relativ zur ersten zylindrischen Linse 21 gedreht wurde, die erste zylindrische Linse 21 und die zweite zylindrische Linse 22 gleichzeitig um den gemeinsamen Drehwinkel von β Grad gedreht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein solches Verfahren beschränkt.
Wenn zum Beispiel die Größe des Astigmatismus bei der Drehwinkeldifferenz von α Grad zwischen der ersten zylindrischen Linse 21 und der zweiten zylindrischen Linse 22 bestimmt werden kann und die Richtung des Astigmatismus bei dem gemeinsamen Drehwinkel von β Grad bestimmt werden kann, können die erste zylindrische Linse 21 und die zweite zylindrische Linse 22 unabhängig voneinander gedreht werden.
Obwohl ein Fall, in dem der Mechanismus, der Astigmatismus erzeugt, beispielsweise nur der Neigungsanpassungsmechanismus 1 ist, in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und wenn es mehrere Mechanismen gibt, die Astigmatismus erzeugen, ist es ausreichend, dass beispielsweise ein Korrekturmechanismus unmittelbar vor oder hinter jedem Mechanismus, der Astigmatismus erzeugt, angeordnet ist.
In der ersten Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem das optische Element mit rotationsasymmetrischer Brechkraft ein optisches Element mit einer zylindrischen Oberfläche auf einer Seite und einer flachen Oberfläche auf der anderen Seite ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und ein optisches Element mit einer beliebigen Konfiguration kann verwendet werden, solange es ein optisches Element ist, das Astigmatismus durch relatives Drehen des optischen Elements erzeugt.
Obwohl ein Beispiel, in dem zwei optische Elemente mit rotationsasymmetrischer Brechkraft im Korrekturmechanismus verwendet werden, in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und die Anzahl der optischen Elemente kann zwei oder mehr betragen.
Wie oben beschrieben, ist gemäß der ersten Ausführungsform der Korrekturmechanismus 20 in der Nähe einer Position angeordnet, an der Astigmatismus auftritt, der durch den Neigungsanpassungsmechanismus 1 oder dergleichen auftritt, und die Größe des Astigmatismus wird gemäß einer Drehwinkeldifferenz zwischen mindestens zwei optischen Elementen bestimmt, und die Richtung des Astigmatismus wird durch einen gemeinsamen Drehwinkel eingestellt. Dadurch ist es möglich, eine optische Einrichtung zu realisieren, die in der Lage ist, eine Bildebenendifferenz und eine NA-Differenz zu unterdrücken, während Astigmatismus korrigiert wird.
<Zweite Ausführungsform>
5 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer optischen Einrichtung in einer zweiten Ausführungsform darstellt. Die zweite Ausführungsform bezieht sich auf eine Konfiguration, in der eine Korrektur durchgeführt werden kann, selbst wenn es keinen Raum zum Anordnen eines Korrekturmechanismus in der Nähe eines Mechanismus gibt, der Astigmatismus erzeugt, oder selbst wenn es mehrere Mechanismen gibt, die Astigmatismus erzeugen, und es schwierig ist, einen Korrekturmechanismus für jeden Mechanismus anzuordnen, der Astigmatismus erzeugt.
Das heißt, es wird ein Konfigurationsbeispiel beschrieben, in dem eine Bildebenendifferenz und eine NA-Differenz, die durch Astigmatismus verursacht werden, selbst im oben beschriebenen Fall korrigiert werden können.
Ein von einer Laserlichtquelle LS emittiertes Laserlicht durchläuft eine optische Einrichtung 200 und wird dann zu einem Zielobjekt 10 emittiert. Die optische Einrichtung 200 enthält einen Neigungsanpassungsmechanismus 1, der eine einfallende optische Achse des Laserstrahls in Bezug auf das Zielobjekt in einem beliebigen Winkel neigt, und einen Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2, der eine Fokusposition eines Laserstrahls an eine beliebige Position in der Richtung der optischen Achse verschiebt.
Die optische Einrichtung 200 enthält auch einen Positionsanpassungsmechanismus 3, der eine Position der einfallenden optischen Achse des Laserstrahls in Bezug auf das Zielobjekt an eine beliebige Position verschiebt. Ferner enthält die optische Einrichtung 200 einen Lichtbündelungsmechanismus 4, der eine Funktion zum Bündeln eines Laserstrahls aufweist.
Antriebsgrößen und Antriebszeitpunkte des Neigungsanpassungsmechanismus 1, des Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2, des Positionsanpassungsmechanismus 3 und dergleichen werden als Reaktion auf ein Antriebssignal, das von einer Steuereinrichtung CTL ausgegeben wird, gesteuert. Die optische Einrichtung 200 der zweiten Ausführungsform enthält ferner Korrekturmechanismen 30 und 40, die rotationsasymmetrische optische Eigenschaften korrigieren.
Die Positionen der Korrekturmechanismen 30 und 40 können von einer Position getrennt sein, an der Astigmatismus, der durch den Neigungsanpassungsmechanismus 1 oder dergleichen auftritt, auftritt. Ferner sind die Positionen der angeordneten Korrekturmechanismen 30 und 40 und die Reihenfolge ihrer Anordnung nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Die optische Einrichtung 200 kann einen Strahlanpassungsmechanismus BC enthalten, der einen Strahldurchmesser eines von der Laserlichtquelle LS emittierten Laserstrahls ändert. Ferner kann die optische Einrichtung 200 einen Messmechanismus wie eine Beobachtungseinheit für eine verarbeitete Oberfläche und eine Beobachtungseinheit für die optische Achse enthalten.
Der Korrekturmechanismus 30 enthält eine erste zylindrische Linse und eine zweite zylindrische Linse, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Der Korrekturmechanismus 40 enthält auch eine erste zylindrische Linse und eine zweite zylindrische Linse, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Der Korrekturmechanismus 30 und der Korrekturmechanismus 40 haben unterschiedliche Rollen, der Korrekturmechanismus 30 weist eine Funktion zum Korrigieren einer NA-Differenz auf und der Korrekturmechanismus 40 weist eine Funktion zum Korrigieren einer Bildebenendifferenz auf.
Der Korrekturmechanismus 30 zum Korrigieren einer NA-Differenz bestimmt die Größe der NA-Differenz basierend auf einer Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten zylindrischen Linse und der zweiten zylindrischen Linse und bestimmt eine Richtung, in der die NA-Differenz auftritt, basierend auf einem gemeinsamen Drehwinkel. Der Korrekturmechanismus 40 zum Korrigieren einer Bildebenendifferenz bestimmt die Größe der Bildebenendifferenz basierend auf einer Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten zylindrischen Linse und der zweiten zylindrischen Linse und bestimmt eine Richtung, in der die Bildebenendifferenz auftritt, basierend auf einem gemeinsamen Drehwinkel.
Wie oben beschrieben, wird in der zweiten Ausführungsform eine Anpassung unter Verwendung einer Kombination des Korrekturmechanismus 30 (erster Korrekturmechanismus) zum Korrigieren einer NA-Differenz und des Korrekturmechanismus 40 (zweiter Korrekturmechanismus) zum Korrigieren einer Bildebenendifferenz durchgeführt.
Somit kann eine ausreichende Korrektur durchgeführt werden, selbst wenn es keinen Raum zum Anordnen eines Korrekturmechanismus in der Nähe eines Mechanismus gibt, der Astigmatismus erzeugt, oder selbst wenn es schwierig ist, einen Korrekturmechanismus für jeden Mechanismus anzuordnen, der Astigmatismus erzeugt, weil es mehrere Mechanismen gibt, die Astigmatismus erzeugen. Das heißt, es ist möglich, eine optische Einrichtung bereitzustellen, die eine Bildebenendifferenz und eine NA-Differenz verringert, während ein Freiheitsgrad in den Anordnungspositionen des ersten Korrekturmechanismus und des zweiten Korrekturmechanismus ermöglicht wird.
<Dritte Ausführungsform>
Ein Beispiel einer Verarbeitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform wird beschrieben, wobei die Verarbeitungsvorrichtung ein Zielobjekt 10 mit von der optischen Einrichtung emittiertem Licht gemäß der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, verarbeitet.
In der Verarbeitungsvorrichtung, die die optische Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet, wird von der Laserlichtquelle LS emittiertes Licht angepasst, um einen Lichtstrahl durch den Neigungsanpassungsmechanismus 1, den Korrekturmechanismus 20, den Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2 und den Positionsanpassungsmechanismus 3 zu einer Zielposition auf dem Zielobjekt 10 zu führen.
Ferner wird in der Verarbeitungsvorrichtung, die die optische Einrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet, von der Laserlichtquelle emittiertes Licht durch den Korrekturmechanismus 30, den Neigungsanpassungsmechanismus 1, den Korrekturmechanismus 40, den Fokuspositionsanpassungsmechanismus 2 und den Positionsanpassungsmechanismus 3 angepasst, um einen Lichtstrahl zu einer Zielposition auf dem Zielobjekt 10 zu führen.
Infolgedessen ist es möglich, rotationsasymmetrische optische Eigenschaften durch Bestimmen der Größe von rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften und der Richtung der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften durch den Korrekturmechanismus zu korrigieren und einen verarbeiteten Strahl nahe einem idealen Kreis an einer Fokusposition und einer Defokusposition zu bilden. Somit ist es möglich, eine Verarbeitungsvorrichtung zu realisieren, die in der Lage ist, eine hochwertige Feinverarbeitung (gewünschte Lochverarbeitung, wie beispielsweise ZylinderLoch-Verarbeitung, Kegel-Loch-Verarbeitung, Freiform-Loch-Verarbeitung, Schneiden und dergleichen) durchzuführen.
<Vierte Ausführungsform>
Ein Beispiel eines Artikelherstellungsverfahrens unter Verwendung der Verarbeitungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform wird beschrieben. Das Artikelherstellungsverfahren beinhaltet einen Verarbeitungsschritt des Verarbeitens eines Objekts (Zielobjekt) unter Verwendung der Verarbeitungsvorrichtung und einen Bearbeitungsschritt des Bearbeitens des im Verarbeitungsschritt verarbeiteten Zielobjekts, und es ist möglich, einen Artikel aus dem im Bearbeitungsschritt bearbeiteten Zielobjekt herzustellen.
Der Bearbeitungsschritt kann zum Beispiel mindestens eine Bearbeitung beinhalten, die sich von der Verarbeitung unter Verarbeitung, Transport, Inspektion, Sortierung, Montage und Verpackung unterscheidet. Im Vergleich zu einem Verfahren des Stands der Technik kann das Artikelherstellungsverfahren in der vierten Ausführungsform einen Verarbeitungsbalken mit einer kreisförmigen Form herstellen, und daher ist es in Bezug auf die Artikelleistung, Qualität, Produktivität, Produktionskosten und dergleichen vorteilhaft.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist. Dem Umfang der folgenden Ansprüche soll die breiteste Auslegung zuteil werden, um alle derartigen Modifikationen und äquivalenten Strukturen und Funktionen einzuschließen.
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der japanischen Patentanmeldung Nr. 2022-156073 , eingereicht am 29. September 2022, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002273589 [0007, 0008, 0009]
JP 2022156073 [0074]

Claims

Verarbeitungsvorrichtung, umfassend: eine optische Einrichtung, die einen von einer Lichtquelle emittierten Laserstrahl zu einem Zielobjekt führt, wobei die Verarbeitungsvorrichtung das Zielobjekt mit von der optischen Einrichtung emittiertem Licht verarbeitet, wobei die optische Einrichtung einen Korrekturmechanismus enthält, der rotationsasymmetrische optische Eigenschaften der optischen Einrichtung korrigiert, der Korrekturmechanismus mindestens zwei optische Elemente mit rotationsasymmetrischer Brechkraft und einen Mechanismus enthält, der es den mindestens zwei optischen Elementen ermöglicht, sich um ihre jeweiligen optischen Achsen zu drehen, sich die Größe der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften aufgrund einer Drehwinkeldifferenz zwischen den mindestens zwei optischen Elementen ändert, und sich eine Richtung der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften in Abhängigkeit von einem gemeinsamen Drehwinkel der mindestens zwei optischen Elemente ändert.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Neigungsanpassungsmechanismus, der eine einfallende optische Achse des Laserstrahls in Bezug auf das Zielobjekt in einem beliebigen Winkel neigt; einen Fokuspositionsanpassungsmechanismus, der eine Fokusposition des Laserstrahls in eine beliebige Position in einer Richtung der optischen Achse verschiebt; und einen Positionsanpassungsmechanismus, der eine Position der einfallenden optischen Achse des Laserstrahls in Bezug auf das Zielobjekt an eine beliebige Position verschiebt.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Korrekturmechanismus innerhalb des optischen Mechanismus mit den rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften oder zwischen dem optischen Mechanismus und einem optischen System, das unmittelbar vor oder hinter dem optischen Mechanismus angeordnet ist, angeordnet ist.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der optische Mechanismus der Neigungsanpassungsmechanismus ist.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Korrekturmechanismus einen Mechanismus, der die mindestens zwei optischen Elemente relativ dreht, und einen Mechanismus, der die mindestens zwei optischen Elemente in die gleiche Richtung um den gleichen Winkel dreht, enthält.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei optischen Elemente jeweils torische Linsen enthalten.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die mindestens zwei optischen Elemente eine zylindrische Linse mit negativer Brechkraft und eine zylindrische Linse mit positiver Brechkraft enthalten.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Abstand D zwischen der zylindrischen Linse mit negativer Brechkraft und der zylindrischen Linse mit positiver Brechkraft F1 + F2 = D erfüllt, wobei F1 und F2 Brennweiten der jeweiligen zylindrischen Linsen bezeichnen.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Korrekturmechanismus einen ersten Korrekturmechanismus zum Korrigieren einer NA-Differenz in den optischen Eigenschaften und einen zweiten Korrekturmechanismus zum Korrigieren einer Bildebenendifferenz in den optischen Eigenschaften enthält.
Artikelherstellungsverfahren unter Verwendung einer Verarbeitungsvorrichtung, die eine optische Einrichtung enthält, die einen von einer Lichtquelle emittierten Laserstrahl zu einem Zielobjekt führt und das Zielobjekt mit von der optischen Einrichtung emittiertem Licht verarbeitet, wobei die optische Einrichtung einen Korrekturmechanismus enthält, der rotationsasymmetrische optische Eigenschaften der optischen Einrichtung korrigiert, der Korrekturmechanismus mindestens zwei optische Elemente mit rotationsasymmetrischer Brechkraft und einen Mechanismus enthält, der es den mindestens zwei optischen Elementen ermöglicht, sich um ihre jeweiligen optischen Achsen zu drehen, die optische Einrichtung so konfiguriert ist, dass sich die Größe der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften aufgrund einer Drehwinkeldifferenz zwischen den mindestens zwei optischen Elementen ändert und sich eine Richtung der rotationsasymmetrischen optischen Eigenschaften in Abhängigkeit von einem gemeinsamen Drehwinkel der mindestens zwei optischen Elemente ändert, das Artikelherstellungsverfahren umfasst: Verarbeiten eines Zielobjekts mit von der optischen Einrichtung emittiertem Licht; und Bearbeiten des verarbeiteten Zielobjekts, wobei ein Artikel aus dem Zielobjekt hergestellt wird, das beim Bearbeiten des verarbeiteten Zielobjekts bearbeitet worden ist.