JP2023169127A - マルチビーム３ｄ焦点生成器 - Google Patents

Abstract

【課題】光子ビームを材料内で集束させるデバイスであって、材料内で光子ビームの集束を向上させることができる。【解決手段】デバイスは、光子ビームを複数の成分ビームに分割する手段と、成分ビームを材料内の所定の焦点深度において集束させる手段と、焦点深度に少なくとも部分的に基づいて成分ビームの波面を適応的に変更する手段とを含む。【選択図】図２

Description

本特許出願は、２０２２年５月１３日にドイツ特許商標庁に出願された「Ｍｕｌｔｉ－Ｓｔｒａｈｌ ３Ｄ Ｆｏｋｕｓ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」という名称のドイツ特許出願ＤＥ第１０２０２２２０４６８８．９号の優先権を主張する。ドイツ特許出願ＤＥ第１０２０２２２０４６８８．９号は、参照によりその全体が本特許出願に組み込まれる。

本発明は、光子ビームを材料内に集束させるデバイス、対応する方法およびコンピュータプログラムに関する。

光学技術の分野では、光子ビームを目標を定めた方式で材料内で集束させる用途がますます検討されるようになっている。たとえば、材料内の光子ビームの焦点の領域において反応を生じさせる用途であって、反応がその領域における材料に局所的に変更を加え、または材料を局所的に（永久的に）異なる状態に変換することができる用途が知られている。用途固有の集束の場合、定義された光学的品質を有する光子ビームの焦点を、材料の３次元空間内の異なる位置に目標を定めた方式で配置することが有用な場合があり、たとえば局所的材料変更の範囲での用途の場合、信頼性のある適用を可能にするために、光学的品質が（たとえば焦点深度、空間座標に対して相対的な）位置とは関係なく保証される必要がある。用途によっては、局所的変更は、たとえば材料の任意の所望の物理特性（たとえば、力学的、光学的および／または化学的特性の変更など）の変更を含む。

たとえば、対象物を加工する目的でリソグラフィのために目標を定めた方式でその対象物に焦点を生じさせる用途が知られている。たとえば、これに関連して米国特許出願公開第２０１９／１７０９９１号を参照する。この場合、対象物はたとえばリソグラフィマスクを含み得る。光子ビームの焦点をマスク内に生じさせることによって、プロセス時に、対応する局所変更、たとえばマスクの修復またはマスクの修正を実施することが可能である。

また、たとえば、（３次元）重合（たとえば多光子重合）、透明媒体（たとえばガラス）のレーザ穿孔、マイクロ流体システムの製造などの領域において、材料内での集束を必要とすることがある、他の用途も知られている。この文脈では、将来、材料内の光子ビームの信頼性のある集束を必要とするさらなる用途も出現する可能性があると想定することができる。

従来の用途では、定義された光学的品質を有する所望の焦点を特定のパラメータ空間内で生じさせることができる。しかし、満足のいく品質のためのパラメータ空間は通常、材料の特定の部分に空間的に限定される。また、知られている焦点システムは通常、単位時間当たりに生じさせることができる焦点の数が、システム機構の技術的限界の制約を受ける場合が多いため、焦点生成に関して時間的制限を有する。また、異なる材料または材料の周辺部の場合であっても材料内で適切な光学的品質を備えた集束が生じ得ることが技術的に望ましい場合がある（たとえば、これは異なる材料および材料周辺部の異なる屈折率の場合にも保証される必要がある）。

しかし、従来の手法は、集束の領域で技術的に望まれる要件を部分的にしか満たすことができなかった。

米国特許出願公開第２０１９／１７０９９１号

したがって、本発明の目的は、材料内での集束を向上させることである。
この目的は、本発明の様々な態様によって少なくとも部分的に達成される。

第１の態様は、材料内に光子ビームを集束させるためのデバイスに関する。デバイスは、光子ビームを複数の成分ビームに分割する手段と、成分ビームを材料内の所定の焦点深度において集束させる手段とを含む。また、デバイスは、焦点深度に少なくとも部分的に基づいて成分ビームの波面を適応的に変更する手段を含むことができる。

したがって、本発明は、材料内での１本の光子ビームの導入を可能にするだけでなく、材料中への複数の成分ビームの導入を可能にすることができる。プロセス時、複数の成分ビームを材料内に（実質的に）同時に集束させることができ、その結果、所定の焦点深度に（実質的に）同時に複数の焦点が存在する。この場合、所定の焦点深度における焦点は、たとえば所定の焦点深度における異なる表面座標に位置する、空間的に分離可能および区別可能な焦点の形態とすることができる。

したがって、本発明は、第１に、材料内での焦点の並列または同時生成を可能にすることができ、これは様々な用途にとって有利となり得る。たとえば、材料の加工の領域では、材料中のたとえば１つの焦点深度（または深度面）の異なる位置における複数の焦点の配置を必要とすることがある。光子ビームを分割しない場合、光子ビームはこの目的のためにたとえば複数のステップにより焦点深度における異なる位置で順次に集束させることが必要になり、その際、各個別の集束は、たとえば光子ビームの別個の露光（または作用）、光子ビームの別個の位置決め、および／または、焦点の別個の調整を含む場合がある。それに対して、本発明による光子ビームの分割は、光子ビームの１回のみの露光（または作用）によって複数の焦点を生成することができ、その結果、複数の焦点を生じさせるときの技術的な労力を最小限にすることができる、並行手法を提供する。また、本発明による装置は、成分ビームの同時に存在する焦点が材料内で同じ焦点深度を有することを可能にすることができる。したがって、成分ビームの焦点がサンプルの１つの深度面に存在し、焦点が深度面におけるそれぞれの横方向位置について（のみ）異なるように保証することが可能である。また、この並行手法は、光子ビームによる１回の露光（または作用）の範囲で同時に複数の焦点を生じさせることができるため、焦点を生じさせるときのスループットの向上を可能にすることができる。この場合、スループットの向上は、たとえば、複数の成分ビームの数に応じ得る倍率をとることができる。たとえば、成分ビームの集束は、材料内で１本の成分ビームを集束させるのと同じ時間を要すると想定することができる。複数の成分ビームの数（たとえば、少なくとも２本、少なくとも３本、少なくとも１０本など）に応じて、複数の焦点を生じさせるのに要する時間がそれだけ（たとえば半分、３分の１、１０分の１などに）短縮可能である。これに伴って、特に、きわめて多数の焦点を導入する必要があるリソグラフィマスクの修正の領域の用途の場合、時間をきわめて大幅に節約することができる。このような時間の節約は、たとえば、成分ビームをフォトポリマーに集束させる場合、および／または、たとえばマイクロ流体デバイスのためのガラス穿孔またはガラスの構造化の領域において集束させる場合の光重合の領域における、本明細書に記載の集束の任意の他の用途でも有用となり得る。

また、本発明人らは、集束の領域において焦点深度依存影響が存在する可能性があり、成分ビームの焦点の光学的品質に影響を与える可能性があることも認識している。ここで、所望の焦点品質を保証することができるようにするために、成分ビームの波面を適応的に変更する手段によって、このような影響を考慮に入れることができる。このような適応的変更手段がない場合、焦点（たとえば、成分ビームの焦点）の光学的品質が、実際には材料の３次元空間内の（有意な）変動の影響を受けることになり、したがって用途の領域における焦点の技術的要件を十分な程度まで常に保証することはできない。しかし、本発明は、焦点深度を考慮に入れることと、それに応じて波面を適応的に変更することとによって、材料の深度全体にわたって定義された焦点品質を有する焦点を確実に生じさせることができる、３次元焦点生成器を可能にする。

一実施例では、成分ビームの（所定の）焦点深度に基づいて成分ビームの波面を適応的に変更することができる。成分ビームのその時の焦点深度との関連で実施されることが意図されている波面の適応的変更特性は、たとえば予め決定する（または記憶する）ことができる。波面の適応的変更特性については、たとえば、成分ビームの焦点深度をパラメータとして含む関数によって記述することができる。たとえば、波面の適応的変更特性を、成分ビームの焦点深度とそれに対応する波面適応的変更特性とをパラメータとして含むデータベースに記憶することもできる。この場合、適応的変更手段は、成分ビームの波面に（たとえば波面の形状に）所望の特性を与えるのに適し得る。たとえば、波面の形状は適応的変更手段によって希望通りに適応的に変更することができる。一実施例では、光子ビームまたは成分ビームは、まず、初期波面（たとえば（実質的に）平面または球面の波面）を有することに留意されたい。この場合、初期波面は、たとえば光子ビームの放出元のビーム光源から生じたものとすることができる（したがって、たとえば成分ビームにおける波面としても存在し得る）。この初期波面（たとえば波面の対応する初期形状）を成分ビームの焦点深度に応じて変更するために、適応的変更手段を使用することができる。たとえば、適応的変更手段は、波面マニピュレータを含むことができ、その場合、適応的変更手段は、たとえば可変ミラー、空間光変調器（ＳＬＭ）および／または適応型光学ユニットを含むことができる。また、適応的変更手段は、互いに対して相対的に移動可能な２つの非回転対称面を有する、アルバレス要素を含むことも考えられる。たとえば、デバイスは、それによって特定の焦点深度を設定および／またはプログラムすることができるユーザインターフェースを含むことができ、集束手段および／または材料が、焦点深度が設定されるようにデバイスによって自動的に配置される。その場合、適応的変更手段も、デバイスによって、たとえば焦点深度に基づいて自動的に調整可能である。

所定の焦点深度は、目標を定めた方式で設定された焦点深度と解釈することができる。この場合、所定の焦点深度は、材料深度全体または材料の厚さにわたる深度を含み得る。たとえば、所定の焦点深度ｄは、０ｍｍ≦ｄ≦ｔの範囲で予め決定することができ、ここで、ｔはたとえば１ｍｍと２０ｍｍの間の範囲、たとえば少なくとも３ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、または少なくとも１５ｍｍとすることができる。たとえば、焦点が材料表面上にある場合には、所定の焦点深度は、（実質的に）ゼロも含むことができる。したがって、所定の焦点品質を材料の厚さ全体にわたって、焦点深度とは関係なく得ることができる。

また、所定の焦点深度は、材料の面（または点）、たとえば、成分ビームが入射または出射する材料面に対して相対的に定義可能な材料の深度に対応し得ることに留意されたい。また、焦点深度は、成分ビームの主光線（または任意の他の（成分）光線）が、材料への入射から成分ビームの焦点または焦点領域まで進む距離によって定義されると考えることもできる。所定の焦点深度は、必ずしも成分ビームのすべての焦点について同一である必要はないことに留意されたい。一実施例では、所定の焦点深度は、正確に１本の成分ビームの焦点深度に関係することができ、この場合、たとえば、さらなる成分ビームおよびその焦点が所定の焦点深度と実質的に（たとえばわずかな逸脱があるかまったく逸脱なしに）同じ寸法を有するものと（デバイスの光学機構から）想定することができる。

分割のための手段（分割手段と称する場合もある）は、光子ビームを受光し、それを複数の空間的に分離可能なビームに分割（または変換）する手段を含むことができる。たとえば、分割手段は、入射ビーム（たとえば光子ビーム）を複数のビーム（たとえば複数の成分ビーム）に分割するスプリッタを含むことができる。分割のための手段は、光子ビームを、たとえば少なくとも２本、好ましくは少なくとも３本、より好ましくは少なくとも４本、最も好ましくは少なくとも５本の成分ビームに分割することができる。デバイスは、光子ビームを目標を定めた方式で分割手段に向けることができるように構成することができる。また、分割のための手段は、光子ビームを選択的に分割することができるように、可変的にデバイスの光軸に導入したり光軸から除去したりすることができることも考えられる。たとえば、タレットの回転により、異なる数の成分光線および／または材料内の焦点の異なる配置を選択することができるように、複数の異なる分割手段をタレットに装着することが可能である。

集束のための手段（集束手段と称する場合もある）は、（適応的に変更された）成分ビームを受光し、それを材料内の所定の焦点深度において集束させるように構成された手段を含むことができる。集束手段は、たとえば分割手段によって光子ビームが複数の成分ビームに分割されない場合に光子ビームを所定の焦点深度に集束させることもできるように配置可能である。集束手段は、たとえば、成分ビームを集束させるための１つまたは複数の（光学）素子を含む、集束ユニットおよび／またはレンズを含むことができる。この集束ユニットの光学素子は、プロセス時に、たとえばその光軸に沿って移動させることができる。たとえば、集束ユニットは、切り換え可能光学素子、たとえばアルバレスプレートおよび／または液体充填レンズ素子も含むことができる。一実施例では、成分ビームは、特に材料を加工するために集束させることができる。一実施例では、デバイスは、材料が成分ビームの焦点の領域内で（物理的に）変更されるように、成分ビームが材料内で集束されるように構成可能である。たとえば、これは、成分ビームの適切な強度および／またはパワーによって保証可能である。

一実施例では、適応的変更のための手段（適応的変更手段と称することもある）は、所定の焦点深度における成分ビームの焦点の所与の焦点品質を生じさせるために、波面が適応的に変更されるように構成可能である。たとえば、これは、第１の所定の焦点深度において第１の所与の焦点品質が生じるように実装可能である。したがって、本発明は、波面の適応的変更によって、成分ビームの焦点品質が所与の焦点品質に目標を定めた方式で調整されることを可能にすることができる。したがって、たとえば、その時の焦点深度とは関係なく、焦点の同じ（光学）焦点品質を保証することが可能である。

集束手段（たとえば集束ユニットまたはレンズ）は通常、材料内の成分ビームの所定の補償された焦点深度の定義された焦点品質のために設計可能であることに留意されたい。たとえば、集束手段は、完全球状焦点または、たとえば所定の非点収差を有する焦点を提供することができる。しかし、所定の補償された焦点深度からの成分ビームのその時の焦点深度の逸脱があればただちに、焦点品質に焦点深度依存変化（たとえば、完全球面焦点または所定の非点収差からの逸脱）が起こり得る。したがってこの場合、定義された焦点品質は得られなくなる。したがって、（たとえば、従来の集束システムの場合のように）波面の適応的変更がない場合、異なる焦点深度での集束が生じ得ることになるが、この場合、焦点品質は異なる焦点深度にわたって異なることになるか、または焦点品質の焦点深度依存変化を有することになる。しかし、本発明によるデバイスは、それぞれの場合において選択された焦点深度には関係なく、所望の所定の焦点品質が得られるようにすることが可能である。

一実施例では、適応的変更手段は、複数の所定の焦点深度について所与の焦点品質を生じさせることができるように構成可能である。

適応的変更手段は、第２の所定の焦点深度について第２の所与の品質を生じさせるようにも構成可能である。たとえば、適応的変更手段の適切な調整により、焦点深度に応じて異なる所与の焦点品質を得ることができる。たとえば、焦点品質は、（たとえば、材料の深度または高さ全体にわたる）複数の深度にわたる波面適応的変更によって調整可能であり、その結果、複数の焦点深度にわたってそれぞれの所望の（たとえば同一または異なる）焦点品質をそこで（実質的に）保証することができる。したがって、本発明は、任意による所定の補償された焦点深度とは関係なく、焦点深度の広いパラメータ空間にわたって適切な集束も可能にする。その結果、その時の焦点深度に関係なく、材料の大部分（または材料全体）をその焦点の同じ焦点品質に露光することができる。したがって、光学焦点品質は材料の特定の深度範囲に限定される必要がなく、その結果、材料全体内で焦点を生成する領域において信頼性のある再現可能な３次元用途を可能にすることができる。したがって、本発明は信頼性のある３次元焦点生成器として使用可能である。

たとえば、異なる焦点深度における所望の（所与の）焦点品質を基準にした焦点品質の逸脱を、焦点深度依存収差とも呼ぶ場合がある。この場合、本発明は、波面の適応的変更により、収差をたとえば有意に（たとえば完全にも）補償可能にすることができる。たとえば、適応的変更手段は、所定の焦点深度について、適応的変更手段がなければ生じることになる収差が実質的に補償されるように、デバイスによって自動的に調整可能である。本明細書では、この補償を事前補償とも呼ぶ場合がある。

一実施例では、所与の（第１および／または第２の）焦点品質は、焦点深度における波面の目標状態に少なくとも部分的に基づくことができる。たとえば、適応的変更手段は、波面が適応的に変更され、その結果として成分ビームの波面の目標状態が材料内の焦点において生じるように構成可能である。たとえば、所与の焦点品質は、成分ビームの波面の目標状態に対応することができる。また、適応的変更手段は、たとえば、波面の目標状態がほぼ達成される（または、本明細書に記載のようにわずかな逸脱がある）ように構成可能である。たとえば、焦点深度における波面の目標状態は、定義された球状波面および／または定義された非点収差波面を含み得る。さらなる実施例では、目標状態は、任意の定義可能な波面に対応することができる。（たとえば材料内の場所のための、または場所における）波面の目標状態は、たとえば、対応するゼルニケ多項式またはゼルニケフリンジ多項式を有するゼルニケ関数またはゼルニケフリンジ関数によって記述された波面の定義により実現可能である。

たとえば、球状波面の場合、対応する目標状態は、少なくとも２次を含む次数のゼルニケフリンジ多項式（たとえば、４次、９次、１６次、２５次および／または３６次のゼルニケフリンジ多項式）によって定義することが考えられる。この場合、ゼルニケフリンジ多項式の次数は、フリンジの規約に従う周知の数え方に対応し得る。また。関連付けられた焦点を生じさせる異なる次数のゼルニケフリンジ多項式の任意の他の組合せも、目標波面の定義のために考えられる。球状目標波面の場合、それらの焦点にわたる成分ビームのエネルギー（および／またはパワー）を材料内の最小ボリュームに集中させることが可能なように、たとえば（デバイスの光学系の）点広がり関数が材料において回転対称となることができるようにしてもよい。たとえば、これは多光子重合の領域の用途にとって有利な場合がある。

たとえば、非点収差波面の場合、対応する目標状態を、少なくとも５次および／または６次を含む次数のゼルニケフリンジ多項式によって定義することが考えられ、この場合、非点収差波面はさらに、たとえば４次のゼルニケフリンジ多項式を含むことができる。また、目標波面の定義のために、非点収差波面を生じさせる異なる次数のゼルニケフリンジ多項式の任意の組合せも考えられる。非点収差波面の場合、成分ビームのエネルギー（および／またはパワー）が焦点の領域内の材料に非対称に生じるように、点広がり関数を楕円となるようにすることができる。たとえば、これは、材料加工（たとえばリソグラフィマスクの修復）に有用な場合がある。非点収差波面において生じさせる所与の焦点品質は、たとえば、成分ビームの焦点が回転対称性を有しないようなものとすることもできる（たとえば、焦点が楕円設計を有し、定義された軸に沿って細長く、および／または目標を定めた方式で軸を基準にして傾いていることができ、さらなる対応する形状も考えられる）。

また、この場合も、目標波面は異なる所定の焦点深度ごとに異なっていてもよいことを強調しておく。たとえば、第１の焦点深度においてデバイスによって所与の焦点品質として第１の（たとえば非点収差）特性を有する第１の目標波面を生じさせることができ、第１の特性はたとえばゼルニケフリンジ多項式の第１のセットによって定義することができる。この場合、所与の焦点品質として第２の（たとえば同様に非点収差）特性を有する第２の目標波面を第２の焦点深度において生じさせることができ、第２の特性はたとえばゼルニケフリンジ多項式の第２のセットによって定義することができる。この場合、第１のセットおよび第２のセットは、多項式の次数が必ずしも異なっている必要はないが、多項式の異なる特性または係数によって定義することもできる。このようにして、波面の適応的変更により、デバイスによって材料内の異なる深度において所望の焦点品質を生じさせることができる。したがって、デバイスは必ずしも、深度に関係なく一定した焦点品質を生じさせることができるように（当然ながらこれは可能ではあるが）構成される必要はない。むしろ、任意の所望の所与の焦点品質を、深度とは関係なく生じさせることができる。

一実施例では、所与の焦点品質は、（所定の）焦点深度における波面の目標状態の変換に対応する、デバイスの面における波面の目標状態に、少なくとも部分的に基づくことができる。たとえば、成分ビームの波面の目標状態は、最初に材料内の所定の焦点深度において定義することができる。デバイスの機構またはデバイスの部品、集束手段および適応的変更手段の状態および／または材料を考慮に入れたシミュレーションおよび／または逆算によって、この目的のために必要な成分ビームまたは光子ビームの波面の状態を、デバイスの任意の面において逆算することができる。この計算された状態は、焦点深度における目標状態に関連付けられたデバイスの面における波面の変換された目標状態に対応し得る。したがって、デバイス内でこの変換された目標状態が得られる場合、焦点深度において、対応する目標状態が生じるように保証することが可能である。たとえば、適応的変更手段はこのようにして波面の変換された目標状態を生じさせるように構成することができる。

一実施例では、所与の焦点品質は、対応する波面の実際の状態に対して相対的な、焦点深度における波面の目標状態および／または装置の面における波面の目標状態の比較尺度を含むことができる。たとえば、デバイスは、波面の実際の状態を判定する手段を含むことができる。判定手段は、たとえば、そのために変換された目標状態が計算されたデバイスの面に配置された検出器を含むことができる。したがって、検出器は、その面における波面の実際の状態を検出または測定することができる。たとえば、実際の状態を判定する手段は、（共役）瞳の近傍に、および／または、（共役）瞳内に位置づけることができる。この場合、検出器における実際の状態は、焦点深度における実際の状態に関連付けられた、変換された実際の状態に対応することができる。この場合、比較尺度を判定するために、変換された実際の状態と対応する変換された目標状態との比較を行うことができる。また、変換された実際の状態は、焦点深度における目標状態と直接比較することができるように、焦点深度における実際の状態に変換することもできる。この場合、比較尺度は、たとえば、（本明細書で説明するように）対応する実際の状態に対して相対的な目標状態のＲＭＳ波面誤差を含むことができる。

一実施例では、比較尺度は、５００ｍλ未満、好ましくは２００ｍλ未満、より好ましくは１００ｍλ未満、最も好ましくは５０ｍλ未満の焦点深度における目標状態に対して相対的な焦点深度における実際の状態のＲＭＳ波面誤差を含むことができる。さらに他の実施例では、所定の目標状態に対して相対的な波面のＲＭＳ波面誤差は、４０ｍλ未満、好ましくは３０ｍλ未満、より好ましくは１０ｍλ未満、最も好ましくは５ｍλ未満である。ＲＭＳ波面誤差は、目標状態の波面から実際の状態の波面の逸脱の正規化２乗和の平方根によって定量化することができる。この場合、波面のこのＲＭＳ収差は、成分ビームの（または光子ビームの）使用波長λの整数分の１として規定することができる。したがって、１ｍλ（すなわち１ミリラムダ）が使用光子ビームの波長の１０００分の１に対応する。したがって、ここで言及した比較尺度の値が集束の領域において満たされることによっても、所与の焦点品質を定義することができる。たとえば、少なくとも３ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、または少なくとも１５ｍｍの範囲の焦点深度にわたってＲＭＳ波面誤差の値を保証することができる。

一実施例では、デバイスは、波面の実際の状態、好ましくは、デバイスの面における、および／または、所定の焦点深度における実際の状態を判定する手段と、対応する目標状態を基準にした判定された実際の状態の逸脱に基づいて、適応的変更手段を制御する手段とを含むことができる。制御手段は、たとえば判定手段と適応的変更手段とに結合された、任意のループコントローラを含むことができる。ここで、制御手段による制御は、閉制御ループおよび／または開制御ループに基づくことができる。目標状態と実際の状態との比較に基づき、適応的変更手段によって波面をそれに応じて変形することが可能であり、その結果、逸脱が低減または最小限にされる。たとえば、目標状態は、デバイスによって、制御手段によって、および／または別の装置に含まれるデータベースに記憶することができ、または対応付けられて記憶されている関数から得ることができる。逸脱は、（本明細書に記載のように）ＲＭＳ波面誤差として定量化することができる。応用において、たとえば理想的な場合において実現可能なことは、波面の適応的変更後に、実際の状態が目標状態に（実質的に）対応することである。別の実施例では、制御によって、集束時に、本明細書で言及されているＲＭＳ波面誤差の値が満たされるように保証することができ、その結果、それに対応して十分な焦点品質が保証される。たとえば、制御のために、波面が集束手段（たとえばレンズ）に入射結合される前にさらなる光学素子にさらされることなく面内で検出されるように、判定手段が集束手段の上流の面において波面を検出することができる。たとえば、これにより制御における集束手段に属さない光学素子の影響を最小限にすることができる。そのような影響には、たとえばそれらの光学素子の形状および位置の公差が含まれる。

一実施例では、適応的変更手段は、所与の焦点品質を生じさせるために波面が変形または湾曲させられるように、波面が適応的に変更されるように構成することができる。たとえば、この場合の波面の湾曲は、成分ビームの焦点深度に少なくとも部分的に基づくことができる（この場合、たとえば焦点深度はすべての成分ビームについて実質的に同じとすることができる）。湾曲は、たとえば、波面の局所部分を含むことができ、大域的湾曲（たとえば、大域的曲率半径、すなわち球面曲率を有する）も考えられる。また、湾曲は、任意の回転対称湾曲または非点収差湾曲も含むことができる。プロセス時、適応的変更手段が成分ビームに実質的に同様に作用することができる。本発明人らは、たとえば集束成分ビームの場合に存在する焦点品質が、成分ビームの波面の定義された変形または湾曲によって生成可能であることを認めた。この場合、本発明人らの発想は、成分ビームの目標光路差を生じさせることを含む。この場合、成分ビームは、たとえば複数の成分光線を含むことができる（たとえば、主光線および周辺光線に加えてさらなる成分光線が含まれ得る）。成分ビームの波面の（局所）湾曲または変形により、この場合、成分ビームの異なる成分光線について基準面（たとえば集束手段の瞳）に対して相対的な異なる光路差を生じさせることが可能である。ここで成分ビームが、定義された光路差を有する集束手段に入射結合される場合、この定義された光路差は、成分ビームの成分光線であっても材料内で（波面の適応的変更がない成分光線の位相に対して相対的な）位相の変化も生じさせる。成分ビームの焦点品質は、成分光線のこの位相変化によって生じさせることができる（成分光線は成分ビームの焦点で収束する）。波面の光路差は、ここでは１つまたは複数の成分ビームについて実現可能であり、その結果、１つまたは複数の成分ビームについてそれに応じて所与の焦点品質を生じさせることができる。

成分ビームのその時点の焦点深度に対して相対的に実現されることが意図された波面の（任意により局所的に異なる）湾曲または変形は、たとえばプロセス時に予め決定（または記憶）することができる。プロセス時、波面の湾曲または変形をたとえば、湾曲に対する成分ビームの焦点深度の関係を含む関数によって記述することができる。たとえば、波面の湾曲特性を、成分ビームの焦点深度および対応する波面変形をパラメータとして含むデータベースに記憶することもできる。波面の湾曲または変形は、（たとえば波面の目標状態の適切な定義のために）たとえば半径変数および／または角度変数によって記述することができることに留意されたい。

一実施例では、適応的変更手段は、湾曲波面が対称軸を有するように構成可能である。したがって、湾曲は必ずしも波面の複雑な（たとえば非対称）曲面プロファイルとする必要はない。一実施例では、この文脈における対称軸は波面が湾曲しているそれぞれの成分ビームの主光線を含む。さらなる実施例では、適応的変更手段は、波面の湾曲が、成分ビームの主光線からの成分ビームの成分光線の（半径方向）距離に少なくとも部分的に基づくように構成可能である。波面の湾曲の曲面プロファイルは、この場合、たとえば横軸として成分ビームの主光線からの成分光線の距離を含むことができ、成分光線ごとの光路差を縦軸にプロットすることができる。

一実施例では、適応的変更手段は、集束成分ビームが受ける屈折率差に少なくとも部分的に基づいて波面を適応的に変更するように構成可能である。たとえば、この場合の波面の湾曲は、屈折率差に（少なくとも部分的に）基づくように延びることができる。屈折率差は、必ずしもデバイスの光学コンポーネントの屈折率には関連付けられず、その代わりに、たとえば成分ビームが材料に入射するときに受ける、材料とその周辺部の屈折率に関連付けられた、屈折率差を含むことができる。

一実施例では、屈折率差は、材料に隣接する媒体の屈折率および材料の屈折率によって生じさせることができる。たとえば、媒体は材料に直接隣接することができ、その結果として成分ビームは集束手段を通過した後、最初に（たとえば第１の屈折率を有する）媒体を通過し、その後、（たとえば第２の屈折率を有する）材料中に屈折させられる。したがって、異なる焦点深度において、成分ビームの成分光線が、この場合は異なる幾何学的距離にわたって材料を通過することができ、幾何学的距離は成分光線の材料への入射点と焦点との間に生じる。したがって、成分ビームの成分光線は、異なる焦点深度において異なる光路差を有することができ、それによって成分ビームの焦点品質の焦点深度依存変化を生じさせることができる。この場合、本発明人らは、たとえば所与の焦点品質を生じさせるために、（たとえば第１の屈折率および第２の屈折率の）この屈折率差を波面の湾曲の文脈で（たとえば適応的変更手段を適切に制御することによって）考慮に入れることができることを認めた。この場合、考慮に入れる必要があるのは必ずしも屈折率の差である必要はなく、代わりに屈折率の値をたとえば互いに対する屈折率の比の形態などで波面の曲面プロファイルに導入することができる。

一実施例では、所与の焦点品質は、集束成分ビームの球面収差が最小になるように選定することができる。

一実施例では、適応的変更手段は、成分ビームの波面を適応的に変更するために、光子ビームの波面を適応的に変更するように構成可能である。たとえば、適応的変更手段は、光子ビームの波面を適応的に変更するように（たとえば、これも可能ではあるが成分ビームの波面を直接変更するのではなく）デバイスに配置することができる。しかし、適応的に変更された光子ビームが後で分割手段を介して複数の成分ビームに分割される場合、一実施例では、光子ビームの適応的に変更された波面が実質的に成分ビームの波面の特性に対応すると想定することができる。したがって、光子ビームの波面の適応的変更による成分ビームの波面の（間接的）適応的変更を行うことができる。たとえば、この目的のために、分割手段は、有意な逸脱を生じさせずに光子ビームの波面の特性を複数の成分ビームの波面の特性に移転するように構成可能である。

一実施例では、分割手段は、少なくとも２本の成分ビームが実質的に同じエネルギーおよび／または実質的に同じパワーを有するように構成可能である。材料内での成分ビームの並行集束のために、たとえば焦点も成分ビームのエネルギーおよび／またはパワーに関して実施的に同じ特性を有することが有用であり得る。したがって、本発明により、（並行して生成可能な）焦点が波面の目標状態に関して類似しているだけでなく、成分ビームの少なくとも２つの焦点について光学特性がエネルギー／パワーに関して（実質的に）類似しているように保証することが可能である。たとえば、これにより、材料内で光学特性の点で実質的に区別できない複数の焦点を（並行して、または同時に）生じさせることができる。たとえば、局所材料変更は成分ビームのエネルギー／パワーに依存し得るため、これは焦点による局所的材料変更にとって有利な場合があり、その結果、材料変更の最終結果には実質的な相違が存在することなく、この例では少なくとも２つの焦点の並行処理を可能にすることができる。一実施例では、分割手段は、少なくとも３本、好ましくは少なくとも４本、より好ましくは少なくとも５本、最も好ましくは少なくとも１０本の成分ビームが同じエネルギーおよび／またはパワーを含むように構成可能である。ここで、たとえばすべての成分ビームが同じエネルギーおよび／またはパワーを有することができ、成分ビームのうちの所定のサブセットのみが同じエネルギーおよび／またはパワーを有することができること、しかし、さらなる成分ビームが有意に低いエネルギーおよび／またはパワーおよび／または実質的に無視できるエネルギーならびに／もしくはパワーを含むことも考えられることに留意されたい。

一実施例では、分割手段は、光子ビームの回折により、および／または、光子ビームの局所位相変調により、光子ビームを複数の成分ビームに分割することができる。たとえば、分割手段は、光子ビームを回折によって複数の成分ビームに分割するために、回折格子を含むことができる。たとえば、回折格子は透過型格子および／または反射格子を含むことができ、さらなる光格子も考えられる。回折格子が使用される場合、成分ビームは、光子ビームの回折次数に対応することができる。一実施例では、分割手段は、光子ビームの局所位相変調を複数の成分ビームに分割するための適応光学ユニット、可変（たとえば適応）ミラーおよび／または空間光変調器（ＳＬＭ）も含むことができる。空間光変調器（ＳＬＭ）は、たとえば、液晶ＳＬＭ（たとえば液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）ＳＬＭ）を含むことができる。しかし、光子ビームが複数の成分ビームに分割されるように、複数の位置で光子ビームの位相を局所的に変更することができるさらなる位相変調器も考えられる。

たとえば、分割手段は、面内（２Ｄ）で成分ビームを生じさせるように構成可能である。しかし、分割手段は、互いに対して相対的に３次元に配置された成分ビームを生じさせるように構成することも可能である。

一実施例では、分割手段は、適応的変更手段を含むことができ、適応的変更手段は、光子ビームが同時に複数の成分ビームに分割されるように、光子ビームを適応的に変更するように構成可能である。したがって、たとえば分割手段および適応的変更手段はデバイスの同じ光学素子によって実装可能であり、これは、たとえば分割兼適応的変更手段であると解釈することができる。したがって、分割兼適応的変更手段は、光子ビームを受光し、その光子ビームを複数の成分ビームに分割し、（本明細書に記載のように）成分ビームの波面を適応的に変更することができる。たとえば、分割兼適応的変更手段は、適応光学ユニット、たとえば空間光変調器（ＳＬＭ）を含み得る。

一実施例では、分割手段は、材料における成分ビームの焦点の所定の幾何形状配置を生じさせるように構成可能である。たとえば、幾何形状配置は、成分ビームの焦点の互いに対して相対的な任意の空間配置を含むことができる。たとえば、焦点は、矩形パターン、三角形パターン、円形および／または楕円形パターンに配置可能であり、配置のどのような配列度も考えられる。たとえば、分割手段は、回折（またはその回折特性）によって、互いに対して相対的な焦点の配置を生じさせることができる。また、分割手段は、光子ビームの局所位相変調によって、互いに対して相対的な焦点の配置を生じさせることもできる。

一実施例では、分割手段は、成分ビームが集束手段の瞳径内に実質的に包含されるように、デバイスの集束手段の瞳の周辺部および／または共役瞳の周辺部に配置することができる。一実施例では、成分ビームの波面が互いから（実質的に）オフセットしないようにして成分ビームの波面が瞳に入射することができる。具体的には、この場合の瞳は集束手段の一部であるレンズの瞳を指し得る。

この場合、集束手段の瞳は、集束手段の絞りと解釈することができ、集束手段の共役瞳はこの絞りの像と解釈することができる。この場合、絞りとは、たとえばビーム経路および／または境界要素によって生じる面に沿った光子放射の放射口の画定された境界を意味するものと解釈することができる。この場合、境界は、デバイスの光学系における光子放射の偏向とは実質的に独立であることができる。たとえば、デバイスの動作中（およびたとえば、デバイスの光学コンポーネント、たとえば集束手段の光学コンポーネントが移動させられるときも）、光子放射は瞳径を完全に通過すると想定することができる。この場合、集束手段の瞳に光アクセスが可能とすることができ、すなわち、瞳において光線を適応的に変更することができるように、光学素子を瞳に導入することができる。しかし、集束手段の瞳は光アクセス不能とすることもでき、すなわち、瞳が光学素子（たとえばレンズ素子またはレンズ）内に位置づけられることもできる。この場合、集束手段の瞳の１つまたは複数の共役瞳がデバイス内に存在することができ、光子放射はデバイスの動作時（たとえば、光子放射の偏向とは関係なく）共役瞳（瞳の像としての）の瞳径も完全に通過する。したがって、集束手段の（共役）瞳は、原則的にデバイスの瞳と解釈することもできる。

デバイスの（共役）瞳は、光子放射の主光線が（共役）瞳の中心において交わる（すなわち、（共役）瞳への光子放射の入射角とは関係なく、光子放射の直径が実質的に完全に瞳内にある）という意味で解釈することもできることに留意されたい。したがって、デバイスの機能は、通常、光子放射と瞳との相互作用との関連で設計することができる。成分ビームを生じさせるときにデバイスのこの機能設計を考慮に入れることができる。この場合、本発明人らは、分割手段を瞳および／または共役瞳の周辺部に配置した場合、成分ビームと瞳との相互作用を向上させることができることを認めた。たとえば、周辺部は、成分ビームの有意な一部が集束手段の瞳内に導入可能になり次第、（共役）瞳に近接しているとみなすことができ、その結果、焦点の光学的品質を保証することができる。たとえば、周辺部は、成分ビームの少なくとも７０％、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９８％、最も好ましくは少なくとも９９％が、完全に集束手段の瞳径内に位置づけられるようにすることを含むことができる。たとえば、（共役）瞳がアクセス可能であれば、分割手段は、この場合、瞳および／または共役瞳内に直接配置することもできる。また、（共役）瞳は、たとえば、光学機構、分割手段（または本明細書に記載のその他のコンポーネント）が上記の（共役）瞳内に配置可能であることによって（たとえばケプラーシステムにより）目標を定めた方式で生じさせることができることに留意されたい。

一実施例では、成分ビームの主光線と（集束手段の）瞳の面との交差が、瞳径の１０％以下、好ましくは瞳径の１％以下、最も好ましくは瞳径の０．１％以下の、瞳の中心からの距離を含むように、周辺部が設計される（または分割手段が配置される）。したがって、（共役）瞳の周辺部に分割手段をこのように配置することによって集束手段の瞳への成分ビームの入射を向上させることができる。したがって、成分ビームの入射に含まれる集束手段の瞳への光子放射の入射に対して相対的な逸脱を小さくすることができる。たとえば、（共役）瞳における分割手段の直接配置の場合、成分ビームの主光線が集束手段の瞳の中心と交わると想定することができる。これは技術的に有利であるが、これは場合によってはデバイスの技術要件に起因して実装可能ではない場合があり、本発明は、成分ビームの主光線の瞳の面との交差のための本明細書で言及されている境界条件が満たされるように、分割手段を（共役）瞳に十分に近く位置づければ十分であるということを利用する。したがって、本発明によると、光子放射に対して相対的な集束手段の瞳が、成分ビーム対して相対的な瞳にも実質的に対応するように保証することが可能である。成分ビームの主光線の瞳面との交差の距離の（本明細書に記載の）境界条件は、複数の成分ビーム、好ましくはすべての成分ビームについても満たすことができることに留意されたい。

一実施例では、周辺部は、少なくとも２本の成分ビームの主光線と瞳の面との交差点が、瞳径の１０％以下、好ましくは瞳径の１％以下、最も好ましくは瞳径の０．１％以下を含む瞳径の範囲内に配置されるように設計される。実施例によっては、２本を超える成分ビームの（またはすべての成分ビームの、または実質的に同じパワー／エネルギーを有する成分ビームの）主光線の交差点を、上記のような瞳径内に配置することができる。したがって、このデバイスの場合、集束手段の瞳への成分ビームの入射は必ずしも瞳の中心によって記述される必要はない。瞳の面内のほぼ同じ位置における主光線の入射によって、主光線が材料に同じ角度で入射するように保証することができる。

一実施例では、（たとえば分割手段が適応的変更手段を含まない場合でも）適応的変更手段が同様に集束手段の瞳および／または共役瞳の周辺部（または瞳および／または共役瞳内）に配置可能であることをさらに留意されたい。したがって、適応的変更手段の１点を通るすべての光線が、（たとえば、光子ビームの偏向または成分ビームの空間的分離とは関係なく）集束手段の瞳の面内の共通の点にも実質的に入射するように保証することが可能である。したがって、材料内の焦点の光学的品質を保証することができる。たとえば、結果として達成可能なことは、成分ビームの成分光線の適応的変更が実質的に等しく行われ、その結果、成分ビームの波面の適応的変更も同様に実質的に均一に行われ、その結果として、成分ビームの各焦点について光学的品質を確実に実現することができることである。

一実施例では、集束手段は、所定の補償された焦点深度および集束手段への実質的に平面的な波面入射のための波面の適応的変更を行わずに、所与の焦点品質を生じさせることができるように構成可能である。したがって、集束手段は、（本明細書に記載のような）適応的変更手段に頼る必要なしに、光子放射および／または成分ビームの所与の焦点品質が存在する特定の焦点深度のために設計することができる。たとえば、波面の目標状態はこのようにして、波面の適応的変更なしで所定の補償された焦点深度に存在することができる。所定の補償された焦点深度は、たとえば、材料の波面依存屈折率と材料の周囲の媒体の屈折率とに基づくことができる。所定の補償された焦点深度から逸脱した焦点深度の場合、本発明により、本明細書に記載のような波面の適応的変更を実施することができ、この適応的変更は同様に所定の補償された焦点深度についても実施可能であることに留意されたい。また、デバイスは、成分ビームの焦点が厳密に１つの焦点深度、すなわち材料の厳密に１つの深度面に配置されるように構成可能であることにも留意されたい。この場合、所与の焦点品質は所定の補償された焦点深度における焦点について実質的に同じとすることができる。

一実施例では、デバイスは、集束手段の位置を移動させることによって、および／または、材料の位置を移動させることによって、焦点深度が調整されるように構成可能である。たとえば、この移動は光軸に沿って実施することができ、その結果、材料内の１つまたは複数の焦点もそれに応じて同様に光軸に沿って（または光軸の方向に）移動させられる。一用途では、プロセス時に集束手段のみを移動させることができる。しかし、材料内の焦点深度を設定するために、材料のみを光軸に沿って移動させること、または両方のコンポーネント、すなわち移動手段と材料とを移動させることも考えられる。

たとえば、集束手段は、成分ビームの主光線が材料の表面に垂直に入射するように構成可能である。集束手段は、材料側においてテレセントリックなレンズを含むことができる。

たとえば、デバイスはまた、焦点深度が適応的変更手段によってさらに調整されるように構成可能である。したがって、焦点深度は、集束手段および／または材料を移動させることによって設定可能であり、さらに、たとえば波面の適応的変更によって（たとえば波面の適切な湾曲によって）微調整することができる。また、その応用の領域において適応的変更手段のみによって（たとえば集束手段も材料も移動させずに）焦点深度を可変調整することができる応用も考えられる。

一実施例では、デバイスは、成分ビームの焦点によって形成される焦点深度面において集束成分ビームを横方向に偏向させる手段を含む（横方向に偏向させる手段を横方向偏向手段とも称することがある）。たとえば、横方向偏向手段は、材料内の焦点深度内で（すなわち焦点面に沿って）成分ビームの焦点が（たとえば特定の程度まで）横方向にオフセットすることができるように成分ビームを偏向させることが可能な旋回型ミラーを含むことができる。これにより、そのためにたとえば材料を横方向にオフセットする必要なしに、または集束手段を空間的に傾けたり移動させたりする必要なしに、焦点の位置決めのために光軸に対して相対的な横方向の遊びをもたせることができる。たとえば、横方向偏向手段を、光子ビームを偏向させ、または光子ビームのビーム経路を光軸に対して相対的に傾けさせ、それによって成分ビームの対応する偏向（または傾き）を生じさせることができるように構成することができる。これで、成分ビームが集束手段の瞳に入射する角度を、必然的に光子ビームの偏向によって可変となるように設計することができ、その結果、材料内の成分ビームの焦点の対応する横方向のオフセットを生じさせることができる。また、横方向偏向手段が成分ビームを直接受光し、さらにこれらの成分ビームを対応して横方向にオフセットするように偏向させることも考えられる。

たとえば、デバイスは、横方向に偏向された焦点のために（たとえば本明細書に記載のＲＭＳ波面誤差内の）所与の焦点品質も得られるように構成可能である。たとえば、このような焦点は、少なくとも２０μｍ、少なくとも５０μｍ、またはさらに１００μｍの絶対値を有する横方向の偏向にわたって５００ｍλ未満、好ましくは２００ｍλ未満、より好ましくは１００ｍλ未満、最も好ましくは５０ｍλ未満の逸脱で得ることができる。実施例によっては、ＲＭＳ波面誤差は、少なくとも、１０μｍ、２０μｍ、または５０μｍまでの横方向の偏向内で１０ｍλ未満またはさらに５ｍλ未満である。たとえばこれらの値は、少なくとも３ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、または少なくとも１５ｍｍの焦点深度範囲にわたって得ることができる。

一実施例では、横方向偏向手段は、分割手段および／または適応的変更手段（も）含むことができる。一実施例では、分割手段は、たとえば、プロセス時に旋回可能であるように構成することができ、その結果、成分ビームを（同時に）光軸に対して相対的に傾けることができる。したがって、集束手段への成分ビームの入射角を可変となるように設計することができ、その結果、材料内の焦点の横方向のオフセットを生じさせることができる。また、集束手段への成分ビームの入射角を同じように可変となるように設計するために、適応的変更手段が旋回可能に構成されることも考えられ、その結果、材料内の焦点の横方向のオフセットを生じさせることが可能になる。一実施例では、適応的変更手段は、旋回／傾きなしに集束手段への成分ビームの入射角を可変となるように設計することもできる（たとえば、成分ビームまたは光子ビームの空間位相変調を用いる。たとえば、この場合、適応的変更手段を空間光変調器ＳＬＭとして設計することができる）。

一実施例では、横方向偏向手段は、集束手段の瞳および／または共役瞳の周辺部に（または瞳および／または共役瞳内に）配置することができる。したがって、（たとえば、光子ビームの偏向または成分ビームの空間的分離とは関係なく）横方向偏向手段の１点を通過するすべての光線が実質的に集束手段の瞳面内の共通の点にも入射するように保証することができる。したがって、（横方向の偏向とは関係なく）材料内の焦点の光学的品質を保証することができる。

一実施例では、デバイスは、成分ビーム（または光子ビーム）がリソグラフィマスクに集束されるように構成可能である。たとえば、デバイスはマスクを受け入れるのに適合可能であり、材料はマスク材料を含むことができる。この文脈で、デバイスは、具体的にはマスク修復またはマスク修正デバイスとして設計可能である。

別の一実施例では、デバイスは、成分ビーム（または光子ビーム）がフォトポリマーに集束されるように構成可能であり、フォトポリマーは材料に相当する。成分ビームは、たとえば適切な（たとえば本明細書に記載されているような）焦点パラメータを使用して（液体または固体）フォトポリマーに集束させることができ、その結果、フォトポリマーの多光子重合が生じる。

別の一実施例では、デバイスは、成分ビーム（または光子ビーム）が、材料に相当するガラスに集束するように構成可能である。したがって、この場合、デバイスはガラスを加工するように機能することができる。成分ビームは、たとえば適切な（たとえば本明細書に記載されているような）焦点パラメータを用いてガラスに集束させることができ、その結果、ガラスに穿孔穴ができる。また、ガラスへの集束は、ガラスが切削されるように実施することもできる。また、ガラスへの集束は、たとえばガラス中にマイクロ流体構造を生じさせるためにガラスが構造化される（または構造化可能である）ように実施することができる。たとえば、集束によって、液体を誘導可能な流路をガラス中に形成することができる。

第２の態様は、光子ビームを材料内で集束させる方法であって、光子ビームが複数の成分ビームに分割されるように光子ビームを分割する手段に光子ビームを向けることと、成分ビームを（たとえば集束手段を使用して）材料内で集束させることであって、成分ビームが材料内の所定の焦点深度で集束される、成分ビームを集束させることと、焦点深度に少なくとも部分的に基づいて、（たとえば適応的変更手段を使用して）成分ビームの波面を適応的に変更することとを含む方法に関する。

たとえば、方法は第１の態様によるデバイスを使用して実施可能である。

方法の一実施例では、所定の焦点深度において成分ビームの焦点の所与の焦点品質を生じさせるように波面を適応的に変更することができる。

第３の態様は、波面の目標状態を判定する方法であって、第１の態様のデバイスを集束させる手段とシミュレーション材料とに少なくとも基づくシミュレーション機構によって、光子ビーム（および／または少なくとも成分ビーム）の経路をシミュレーションすることを含む方法に関する。また、シミュレーション機構は、デバイスのさらなるシミュレーションコンポーネントおよび／または光学素子も含むことができる。また方法は、シミュレーション材料内の所定の焦点深度における光子ビームおよび／または少なくとも１本の成分ビームの波面の目標状態を定義することと、その焦点深度における波面の目標状態を、シミュレーションされるデバイスの面内の波面の対応する目標状態に変換することとを含む。

面内の対応する目標状態は、その後、第１の態様のデバイス、第１の態様のデバイスの手段、および／またはコンピュータに送信される。したがって、目標状態は受信側によって受信可能であり、本明細書に記載のようなデバイスの動作のために（たとえば、目標状態からの逸脱に基づく実際の状態の制御のために）使用することができる。

第４の態様は、命令を含むコンピュータプログラムに関し、命令は、第１の態様によるデバイスおよび／またはコンピュータによって実行されると、そのデバイスおよび／またはコンピュータに、第２の態様および／または第３の態様による方法を実施させる。

上記に代えて、または上記に加えて、コンピュータプログラムは、本明細書に記載のさらなる方法ステップを実行する、または、本明細書に記載のデバイスの機能を実施する命令を含むことができる。たとえば、コンピュータプログラムは、プログラムにおいて選択されている焦点深度が材料において（自動的に）生じるようにデバイスの特定の光学素子（または手段）を移動および／または作動させることができる。したがって、デバイスは、コンピュータプログラムと、デバイスの光学素子（または手段）とのインターフェースとに基づいて制御可能である。たとえば、コンピュータプログラムは、適応的変更手段のための制御ループ（たとえば制御閉ループ）を実装するコンピュータプログラムを含むことができる。

さらなる態様は、光子ビームを使用してリソグラフィ対象物を加工するデバイスであって、光子ビームを複数の成分ビームに分割する手段と、成分ビームを集束する手段とを含むデバイスに関する。デバイスは、プロセス時、対象物が成分ビームの焦点の領域で変更されるようにして成分ビームが対象物内に集束されるように構成することができる。このさらなる態様のデバイスは、この場合、第１の態様のデバイスと同様に設計可能であり、波面を適応的に変更する手段は必ずしも含まれなくてもよい。この場合、リソグラフィ対象物は、リソグラフィマスクを含むことができる。したがって、デバイスは、マスク修復デバイスまたはマスク修正デバイスとしても機能することができる。

さらなる態様は、デバイスの少なくとも部分的に自動化された制御のためのコンピュータプログラムを含むメモリを有する、本明細書に記載のデバイスに関する。また、一態様のデバイスは、コンピュータプログラムを実行する手段を有することができる。あるいは、コンピュータプログラムを他の場所（たとえばクラウド）に記憶し、装置は他の場所でのプログラムの実行から生じる命令を受け取る手段を有するだけであることも可能である。いずれの場合も、これによって方法は、システムおよび／またはデバイス内で自動式または自律式に実行可能とすることができる。したがって、手動手段による介入を最小限にすることができ、たとえばその結果、動作時の複雑さを低減することができる。

本明細書で明記されている方法の特徴は（および実施例も）、言及されているデバイスにも同様に適用されるかまたは適用可能とすることができる。本明細書で明記されているデバイスの特徴は（および実施例も）、本明細書に記載の方法（およびコンピュータプログラム）にも同様に適用されるかまたは適用可能とすることができる。

以下の詳細な説明では、技術的背景情報と本発明の実施例について、以下のものを示す図面を参照しながら説明する。

本発明による第１の例示のデバイスを側面図で概略的に示す図である。この場合、図１ａは光子ビームのビームのビーム経路を示し、図１ｂは、３本の成分ビームの主光線のビーム経路を示す。 第２の例示のデバイスを側面図で概略的に示す図である。 例示のデバイスの対物レンズＯを側面図で概略的に示す図である。 材料内の５つの焦点深度のための例示の集束ユニットの異なる位置を側面図で示す図である。 左段に動径成分に沿った５つの焦点深度のための成分ビームの光路長の変化を示し、右段にそれぞれの場合における関連付けられたＲＭＳ波面誤差を横方向位置の関数として示す図である。 例示のデバイスにおける分割手段として使用可能な回折格子の一例を示す図である。 横方向に沿った焦点深度における材料内の成分ビームの焦点の例示の強度分布を示す図である。 例示のデバイスにおける分割手段として使用可能なさらなる回折格子を示す図である。 焦点深度における材料内の成分ビームの例示の強度分布を示す図である。 分割手段が適応的変更手段を含む、第３の例示のデバイスを側面図で概略的に示す図である。 焦点の第１の配置を生じさせる第３の例示のデバイスの適応的変更手段の位相分布を定性的に示す図であり、焦点深度における材料内の成分ビームの定性的強度分布も示す図である。 焦点の第２の配置を生じさせる第３の例示のデバイスの適応的変更手段の位相分布を定性的に示す図であり、焦点深度における材料内の成分ビームの定性的強度分布も示す図である。この場合、焦点は目標を定めた方式で生じさせた非点収差を含む。 焦点の第３の配置を生じさせる第３の例示のデバイスの適応的変更手段の位相分布を定性的に示す図であり、焦点深度における材料内の成分ビームの定性的強度分布も示す図である。この場合、焦点は、向きが目標を定めた方式で整列された、目標を定めた方式で生じさせた非点収差を含む。

図１ａ／図１ｂに、本発明による第１の例示のデバイス１００を側面図で概略的に示す。この場合、図１ａは光子ビームＬのビームのビーム経路を示す。図１ｂは、３本の成分ビームの主光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のビーム経路を示す。

本発明を説明するために、最初に図１ａの例示のビーム経路を参照することができる。デバイス１００は、入射した光子ビームＬを複数の成分ビームに分割することができるスプリッタＢを含むことができる。図１ａには光子ビームの分割は図示されていない。説明のために、示されているのはデバイス１００を通る光子ビームの基本経路だけである。基本経路は、図１ａで、光子ビームＬの印が付けられている主光線Ｒ１および２本の周縁光線によって辿ることができる。スプリッタＢの下流で、デバイス１００の光軸に沿ったさらなるビーム経路から、デバイス１００は、レンズ素子１’およびレンズ素子２’を含むことができ、したがって第１のケプラーシステムを形成することができる、第１のレンズ素子系を含むことができることがわかる。また、デバイス１００は、焦点深度に基づいて光子ビームＬの波面を適応的に変更するのに適し得る波面操作器Ｗを含むことができる。波面操作器Ｗは、この場合、本明細書に記載の波面の適応的変更手段に対応する。図１ａで、光子ビームＬは、たとえばプロセス時に波面操作器Ｗを通って伝達される。これに続いて、デバイス１００に折り畳みミラーＭ０を配置することができ、この折り畳みミラーは（たとえば空間領域のためのデバイスにおける）光軸の幾何学的経路を適応的に変更するに過ぎない。これに続いて、第２のレンズ系を構成することができ、第２のレンズ系はレンズ素子１とレンズ素子２とを含み、したがって第２のケプラーシステムを形成することができる。光軸に沿ったさらなる経路には対物レンズＯがある。この場合、対物レンズＯは瞳面において瞳Ｐを含むことができる。この場合、レンズに入射した光子放射は、対物レンズＯのコンポーネントによって材料Ｔ内で集束させることができる。図１ａで、焦点深度が焦点深度ｄ０として概略的に記載されている。この場合、レンズ素子２および対物レンズＯは集束ユニット３であると解釈することができる。この場合、対物レンズＯまたは集束ユニット３は本明細書に記載の波面集束手段に対応し得る。

次に、本発明の概念について、図１ｂに基づいてさらに深く掘り下げて説明することができる。この場合、図１ｂは、デバイス１００を通る成分ビームの主光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の経路のみを示している。この場合、スプリッタＢに入射した光子放射の主光線Ｌを最初に同様に識別することができる。スプリッタＢは、この光子ビームＬを複数の成分ビームに分割し、図１ｂには３本の成分ビームへの分割の例が示されている。デバイス１００を通る３本の成分ビームのさらなる経路を、その主光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって追跡することができる。（たとえば図１ａのような）１本の光子ビームＬの使用とは異なり、ここではデバイス１００を実質的に同時に通る３本の成分ビームであることに留意されたい。したがって、１本の光子ビームＬから始まって、この場合、材料Ｔにおける焦点深度（たとえば焦点深度ｄ０）において成分ビームの３つの焦点を生じさせることができる。この場合、成分ビームの焦点は、焦点深度の面に沿って配置可能であり、互いからの規定された横方向の空間的なオフセットを有することができる。一実施例では、これらの焦点は材料の局所材料加工のために使用することができ、光子ビームまたは成分ビームの適切なパラメータによって焦点の領域に材料改変を生じさせることができる。しかし、材料Ｔ内の焦点の光学的品質を保証するために、デバイス１００の光学機構を、目標を定めた方式で設計することが有用である。この場合、本発明は、特に、デバイス１００の瞳に対して相対的なデバイス１００のコンポーネントの適切な位置決めに基づく。したがってこれに関連して図１ｂではデバイスの瞳Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３がマークされている。この場合、デバイス１００は、最初に対物レンズＯの（または集束ユニット３の）瞳Ｐ１を含むことができる。この場合、瞳Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は（本明細書に記載のように）、光子放射の主光線または成分ビームの主光線（たとえばＲ１、Ｒ２、Ｒ３）が交わる点を含む。この場合、交差は光軸に対して相対的な光子ビームまたは成分ビームの偏向／傾きとは無関係とすることができ、その結果、瞳は絞りまたは絞りの像と解釈することもできる。したがって、デバイス１００の光学的設計は、デバイスの動作時に、主光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が対物レンズＯの瞳における点（たとえば瞳Ｐ３の中心）で交わる。図１ｂからわかるように、次に主光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は瞳面に異なる入射角で入射し続け、その結果、対物レンズＯによって、材料Ｔ内で成分ビームの焦点の横方向のオフセットを生じさせることができる。この場合、対物レンズＯは、図１ｂに示すように、主光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が材料Ｔの材料面に対して垂直に材料Ｔに入射するように、テレセントリックに設計することができる。

しかし、（本明細書に記載のように）瞳面上の主光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の定義された入射を可能にするために、デバイス１００のコンポーネントは光軸に沿って定義された方式で配置される必要がある。第１に、この目的のために、図１ｂに示すようにスプリッタＢは瞳Ｐ１の共役面Ｐ３に配置することができる。同様に、この目的のために、波面操作器Ｗを瞳Ｐ１の共役面Ｐ２に配置することができる。スプリッタＢおよび／または波面操作器Ｗをデバイスの瞳の周辺部に配置すれば十分な場合もあることに留意されたい。この場合、スプリッタＢおよび／または波面操作器Ｗは、主光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が同様に互いに近接して、または瞳Ｐ１の中心に近接して、対物レンズＯの瞳Ｐ１に入射するように、デバイス１００の瞳に十分に近く配置することができる。境界条件は、主光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と瞳面Ｐとの交差点が、瞳径ＤＰの少なくとも１０％未満である瞳Ｐ１の中心からの距離を有するほど、スプリッタＢおよび／または波面操作器Ｗが（共役）瞳に近接して配置される必要があることである。好ましくは、瞳Ｐ１の中心からの主光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と瞳面との交差点の距離は、瞳径ＤＰの少なくとも１０％未満、および／または瞳径ＤＰの少なくとも１％未満、および／または瞳径ＤＰの少なくとも０．１％未満とすることができる。この場合、瞳径ＤＰは、たとえば、瞳Ｐ１の開口の直径によって定義可能である。代替の境界条件は、瞳面Ｐにおける２本の主光線（たとえばＲ１およびＲ３）の交差点が、瞳径の少なくとも１０％以下、好ましくは瞳径の１％以下、最も好ましくは瞳径の０．１％以下の互いからの距離を有することである。瞳径は、一実施例では６ｍｍとすることができる。瞳の特定の直径とは関係なく、主光線の交差点の瞳の中心との距離は、好ましくは６００μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは６μｍ以下とすることができる。同じことは、主光線の交差点の互いからの距離にも当てはまり得る。しかし、成分ビームの主光線の交差点の瞳の中心からの距離は、瞳径の０．１％未満（たとえば瞳径の０．０１％および／または０．００１％）であることも考えられ、成分ビームの主光線が瞳の中心と直接交わることも可能である。

たとえばさらなるケプラーシステムによって、デバイス１００においてさらなる（共役）瞳を生じさせることができ、そのさらなる瞳にさらなる光学コンポーネントをそれに応じて装着できることに留意されたい。しかし、光学機構のシステムの複雑さを少なくするためには、（共役）瞳の数を最小限にすることが有用な場合がある。対物レンズＯの瞳にアクセス可能であることを条件として、たとえばスプリッタＢおよび／または波面操作器Ｗを対物レンズＯの瞳Ｐ１（または瞳Ｐ１の周辺部）に配置することができる。たとえば、スプリッタＢと波面操作器Ｗの配置が対物レンズＯの瞳Ｐ１の厳密に１つの共役瞳に対して相対的に実装されることも考えられる。一事例では、たとえばスプリッタＢのみがデバイスの瞳内に配置され、波面操作器Ｗはこの瞳の周辺部に配置されることも可能である。別の事例では、たとえば波面操作器Ｗのみがデバイスの瞳内に配置され、スプリッタＢはこの瞳の周辺部に配置されることも可能である。たとえば、成分ビームの対物レンズＯの瞳への入射のための本明細書に記載の境界条件を満たすように、波面操作器ＷとスプリッタＢの両方を瞳の近傍または周辺部に配置することができる。この場合、たとえば別の光学素子を共役瞳に（直接）配置することができる。また、（本明細書に記載の境界条件を満たす目的で）スプリッタＢと波面操作器Ｗをデバイスの瞳内または瞳の周辺部に配置する結果として、スプリッタＢと波面操作器という配置の順序は希望通りとすることができることに留意されたい。たとえば、図１ｂで、波面操作器Ｗが瞳Ｐ３に（またはその近傍に）配置され、スプリッタＢが瞳２に（またはその近傍に）配置されてもよい。その場合、デバイスはたとえばレンズ素子１’および２’なしで済む場合がある。

スプリッタＢが同時に移動可能とすることもでき、その結果、さらに、それぞれの焦点深度における面内の成分光線の走査が可能になる。

本明細書に記載のように、瞳に対して相対的なスプリッタＢおよび／または波面操作器Ｗの配置により、材料Ｔにおける成分ビームの焦点の光学的品質を保証することができる。具体的には、この配置により、対物レンズＯまたは集束ユニット３への確実な入射結合が可能になる。この場合、焦点深度に基づいて波面操作器Ｗによって成分ビームの波面を適応的に変更することにより、焦点の光学的品質をさらに保証することができる。波面を適応的に変更することにより、プロセス時に、成分ビームを集束させるときに材料の周辺部の屈折率を基準にした材料Ｔの屈折率差の影響を（本明細書に記載のように）考慮に入れることが可能である。プロセス時、屈折率差は、たとえば、対物レンズＯまたは集束ユニット３の単なる移動によって補償することができない焦点深度依存球面収差を生じさせる可能性がある。しかし、本発明によると、焦点深度依存収差を実質的に補償（または低減）することができ、その結果、焦点深度面（すなわち２次元）に沿ってだけでなく、材料Ｔの深度全体にわたって信頼性のある光学的品質を保証することができるため、機能的な３Ｄ焦点生成器が可能になる。本明細書に記載のように、プロセス時に波面操作器Ｗによって成分ビームの波面を焦点深度に応じて湾曲させることができる。波面の湾曲または曲面プロファイルは、材料Ｔの屈折率および／または材料の周囲の媒体の屈折率に依存し得る。

本発明について説明するために、さらに以下に記載の関係にも言及する。一実施例では、光子ビームＬは、最初に波面操作器Ｗに通され、次に、適応的に変更された光子ビームＬをｍ本の成分ビーム（たとえばｍ≧２）に分割することができるスプリッタＢに通される。この場合、光子ビームＬの波面は、典型的には、（たとえば、本明細書に記載のように焦点深度依存波面の適応的変更により）波面操作器Ｗの下流で湾曲させることができる。スプリッタＢが（共役）瞳の近傍に配置されていない場合、成分ビームのｍ個の湾曲波面がレンズ（または集束ユニット）の瞳に対して相対的に移動させられ、その結果、成分ビームの焦点が異なる焦点品質を有することになる。したがって、本明細書に記載のようにスプリッタＢを（共役）瞳の近傍に配置することができる。この実施例では、一方では、波面操作器Ｗが（共役）瞳に配置されるものと想定することが可能である。しかし、デバイスのビーム光源とスプリッタＢとの間に位置づける場合、波面操作器Ｗは必ずしも（共役）瞳に配置される必要はない。たとえば、波面操作器Ｗは、（共役）瞳に対して相対的に移動させることも可能であり、たとえば平行ビーム経路の面に配置可能であり、平行ビーム経路は（共役）瞳の面に入射する（これはたとえば図２で確認可能である）。

別の一実施例では、光子ビームＬは最初に、ｍ本の成分ビームを生成するスプリッタＢに通すことができ、ｍ本の成分ビームはその後、波面操作器Ｗに通される。プロセス時にスプリッタＢが対物レンズＯまたは集束ユニット３の共役瞳の周辺部に配置されない場合、ｍ本の成分ビームのｍ本の主光線が瞳内でオフセットされ、その結果として成分ビームが部分的に遮断される。その結果、成分ビームのｍ個の焦点の品質がばらつくことになる。この実施例では、単純化として、スプリッタＢが（共役）瞳に配置されるものと想定することが可能である。

（共役）瞳の周辺部または直接に（共役）瞳内へのスプリッタＢと波面操作器Ｗの配置によって、成分ビームの波面の信頼性のある適応的変更と、成分ビームの対物レンズまたは集束ユニットへの指向性入射の両方をそれに応じて確実に保証することができる。焦点深度に基づく波面の適応的変更は、たとえば本明細書で（後で）説明するように、コンピューティングユニットによって制御可能である。

図２に、第２の例示のデバイスを側面図で概略的に示す。ここで確認可能なことは、光子ビームが最初に、たとえば焦点深度に基づいて光子ビームＬの波面を適応的に変更する波面操作器Ｗを通過することである。その後、光子ビームは走査ミラーＳまで誘導される。走査ミラーＳは、光子ビームを希望通りに偏向させることができる。たとえば、走査ミラーＳは１つまたは複数の軸を中心に旋回可能とすることができる。たとえば、走査ミラーＳは、１つまたは複数の軸に沿って移動可能とすることもできる。この場合、走査ミラーＳは、たとえば材料内で焦点を横方向に偏向させる手段として使用することができる。図２では、走査ミラーＳの対応する傾きは確認することができないが、光子ビームＬの３本の結果のビーム経路（光軸に対して相対的に傾いているかまたは偏向している）が例示として示されている。この場合、光子ビームのビーム経路の３つの偏向がＬ１、Ｌ２、Ｌ３でマークされており、走査ミラーＳの各偏向について主光線および周辺光線が図示されている。光子ビームＬ（または偏向光子ビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３）は走査ミラーＳの下流のスプリッタＢに入射することができ、スプリッタは光子ビームＬをｍ本の複数成分ビームに分割する。この場合、スプリッタＢは光子ビームをｍ≧２本の成分ビームに分割することができる。この実施例では、スプリッタＢは、光子ビームに対して透過可能に設計することができる。この場合、スプリッタＢによって生成された成分ビームは図中で示されている縮尺では分解して図示することができないため、図２では確認することができない。したがって図示されているのは、スプリッタＢなしで存在し得る偏向光子ビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３のビーム経路のみであることに留意されたい。しかし、本明細書に記載のスプリッタＢにおける分割から、偏向光子ビーム（たとえばＬ１、Ｌ２、Ｌ３）が、分割の結果としての複数の局所的に分離可能な成分ビームに対応し得ることが明らかである。たとえば、スプリッタＢは回折格子を含むことができ、図２における偏向光子ビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３は回折格子のゼロ次数に対応することができ、回折の他の次数は分解能の理由で明示することができない。典型的には、ｍ本の成分ビーム間の角度はかなり小さいが、成分ビームの点広がり関数が重なり合わずに材料Ｔ内にｍ個の焦点を生じさせるのに十分に大きくすることができる。この場合、焦点間の角度は、たとえば、０．０２°～０．２°、または０．０５°～０．１°の範囲、またはたとえば０．０２°のオーダーとすることができる。この場合、スプリッタＢにおける光子放射の直径は、たとえば、０．５ｍｍ～５０ｍｍまたは２ｍｍ～２５ｍｍ、あるいは約１５ｍｍとすることができる。

スプリッタＢにおける分割に続いて、成分ビームは第１のレンズ素子１まで導かれ、２つの折り畳みミラーＭ１／Ｍ２を介して第２のレンズ素子２まで誘導される。この場合、第１のレンズ素子１および第２のレンズ素子２がケプラーシステムを形成することができる。一実施例では、第１のレンズ素子の焦点は、この場合、ほぼ走査ミラーＳの領域にある。また、レンズ素子１およびレンズ素子２は、レンズ素子１の焦点とレンズ素子２との焦点が実質的に同じ位置に配置される（たとえば図２からわかるように、折り畳みミラーＭ２とレンズ素子２との間に配置される。すなわち、平行にレンズ素子１に入射したビームがレンズ素子２によって再び平行にされる）ように配置可能である。また、レンズ素子２の焦点は、実質的にレンズの瞳面Ｐにあるように設計することができる。

デバイスによって、材料Ｔ内に球面または非球面参照波面による焦点を生じさせることができる。この場合、開口数（ＮＡ）は、たとえば０．３～０．５、０．３５～０．４５、または約０．３７とすることができ、光子ビームの波長はたとえば５３２ｎｍとすることができる。この場合、材料Ｔは屈折率がｎ２＝１．４６１の石英を含むことができる。しかし、材料が、屈折率ｎ２＞１、少なくともｎ２＞１．１、好ましくは少なくともｎ２＞１．３、より好ましくは少なくともｎ２＞１．４を有する材料であることも考えられ、ｎ２＞１．５も有効であり得る。材料を囲む媒体は、この場合、屈折率ｎ１＝１の空気を含み得る。しかし、媒体は、屈折率ｎ１＞１、少なくともｎ１＞１．１、好ましくは少なくともｎ１＞１．３、より好ましくは少なくともｎ１＞１．４の媒体であることも考えられ、ｎ１＞１．５も有効であり得る。しかし、屈折率ｎ２および／またはｎ１は、少なくとも１．７超、少なくとも２超、少なくとも３超である屈折率も含み得る。この場合、第１のレンズ素子１の焦点距離はｆ１＝２００．４ｍｍを含み得る。この場合、第２のレンズ素子２の焦点距離はｆ２＝８０．１ｍｍを含み得る。対物レンズＯは、焦点距離ｆ３＝８．０９ｍｍのテレセンチリック顕微鏡対物レンズを含むことができる。しかし、光学設計によっては、光学コンポーネントの他の焦点距離も可能であり、それぞれの寸法によりデバイスの対応する機能を可能にする。この場合、顕微鏡対物レンズは、材料側においてテレセントリックとすることができる。これは、顕微鏡対物レンズの後焦点面と同一の顕微鏡対物レンズの瞳を含むことができる。この場合、顕微鏡対物レンズの瞳面は、顕微鏡対物レンズ内に位置してもよく、アクセス不能であってもよい。

この実施例では、顕微鏡対物レンズの瞳径ＤＰはＤＰ＝６ｍｍとすることができる。図２の実施例では、走査ミラーＳは２Ｄまたは３Ｄ走査ミラーとして実装可能である。この場合、走査ミラーＳの中立位置は入射光線ビームＬの９０°偏向と定義することができる。この場合、走査ミラーＳの支点は走査ミラーＳの表面上にあるとみなすことができ、支点は第１のレンズ素子１の焦点に位置づけることができる。この場合、最大走査角は、中立位置にある走査ミラーＳによって反射される成分光線と、傾き位置にある走査ミラーＳによって反射される成分光線との間の最大角度と定義することができる。一実施例では、走査ミラーＳの傾きは、最大走査角がたとえば０．５度～４度、たとえば約１度になるように選定される。

前述のように、顕微鏡対物レンズＯの瞳Ｐは第２のレンズ素子２の焦点と一致し得る。この場合、顕微鏡対物レンズＯおよび第２のレンズ素子２を共通のステージ（たとえば連係可動機械ユニット）上に配置可能である。たとえば、第２のレンズ素子２および顕微鏡対物レンズＯは、動作時に互いからの固定距離を有することができる。この場合、レンズ素子２および顕微鏡対物レンズＯは、たとえば共通ステージの移動によってデバイスに対して相対的に移動させることができるが、レンズ素子２と顕微鏡対物レンズＯとの間には相対移動はない。この意味で、レンズ素子２および顕微鏡対物レンズＯは、可動式共通ステージによって制御可能な集束ユニット３を形成することができる。たとえば、集束ユニット３は、デバイスの光軸に沿って移動させることができる（たとえば、コンピュータユニットの適切な制御によって。同じことは図１の集束ユニット３にも適用可能である）。走査ミラーＳの支点は第１のレンズ素子１の焦点に配置することができるため、走査ミラーＳの中心から出射する成分光線は、第１のレンズ素子１と第２のレンズ素子２との間でデバイスの光軸に対して平行である。光子ビームＬの主光線が走査ミラーＳの中心に入射するため、たとえばこれは図２の光子ビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３の主光線によりわかる。これらの成分光線は第２のレンズ素子２によって屈折させられ、顕微鏡レンズの瞳（または対物レンズＯの瞳）に集束される。したがって、２Ｄ走査ミラーＳの支点が顕微鏡対物レンズの瞳に結像する（ｉｍａｇｅ）。

この場合、この特性（またはこの結像）は、集束ユニット３の位置または移動とは無関係に実現可能である。

図２で、走査ミラーＳは、たとえばデバイスの（共役）瞳内に配置することができる。たとえば、この場合、走査ミラーＳの支点を（共役）瞳内に配置することができる。図２で、波面操作器ＷおよびスプリッタＢをそれに応じて走査ミラーＳに近接して配置することができ、その結果、これらは本明細書に記載の境界条件を満たすようにこの（共役）瞳の周辺部に位置づけられる。しかし、波面操作器Ｗも（共役）瞳の面に入射するビーム経路に沿って移動させることができる。他の実施例では、走査ミラーを同時にたとえば波面操作器Ｗ（たとえば適応型ミラー）および／またはスプリッタＢ（たとえば回折格子）として設計することもできる。

たとえば、対物レンズＯと材料Ｔとの間の距離は、（対物レンズＯの）瞳において（実質的に）平坦な波面を有するビームが、（本明細書に記載のような）所定の補償された焦点深度において所与の球状波面または所与の非点収差波面を有するように選定可能である。したがって、たとえば波面の適応的変更を必要とせずに、所定の補償された焦点深度の材料Ｔ内での成分ビームの焦点の定義された焦点品質を保証することができる。所定の補償された焦点深度は、材料Ｔの厚さの半分（たとえばリソグラフィマスクの基板の厚さの半分）に対応する深度とすることができる。たとえば、補償された焦点深度は、１ｍｍ～５ｍｍ、たとえば３ｍｍ～３．５ｍｍとすることができる。図２には、所定の補償された焦点深度ｄ＝３．１７５ｍｍの焦点を例示として示している。したがって、たとえば焦点の光学的品質の変更を必要としないため、波面操作器Ｗは図２では中立状態にあることができる。中立状態では、波面操作器Ｗは波面の形状を実質的に変化させない。たとえば、波面操作器Ｗは、たとえば液晶に基づく透過空間光変調器（ＳＬＭ）を含むことができる。

図３に、図２の例示のデバイスの対物レンズＯを側面図で概略的に示す。図３では、（図２の）光子放射の主光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が特に強調されている。ここで、光子放射Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の焦点は、焦点深度にあることがわかる。したがって、走査ミラーＳは、一定した焦点深度の面において光子放射または成分ビームの焦点を、様々な角度にわたって横方向に偏向させることができる。また、図３から、主光線が互いに最も近い面において、瞳が顕微鏡対物レンズの後焦点面にあるように配置されることがわかる。したがって、対物レンズＯと材料Ｔとの間の主光線は、光軸と平行であり、その結果、テレセントリック対物レンズＯが存在する。図３では、ｍ＞２本の異なる成分ビームの成分光線が（本明細書に記載のように）それらの間の角度が小さいため分解不可能である。

この場合、集束ユニット３が光軸に沿って移動させられることと、波面操作器Ｗによって成分ビームの波面に適切な光路差ΔＷ（ｄ）が導入されることとにより、材料内の焦点の深度ｄを選定することができる。この場合、光路差ΔＷ（ｄ）は、たとえばｄによって指定可能な焦点深度の関数とすることができる。光路差ΔＷ（ｄ）は本明細書ではＯＰＤまたは光路長の変化と呼ぶこともある。この場合、光路差は、たとえば本明細書に記載のように成分ビームの波面の湾曲によってもたらすことができる。焦点深度を調整するために、異なる深度について材料Ｔにおける波面変形を事前補償するために、材料Ｔを光軸に沿って移動させることと、波面をそれに応じて適応的に変更することも考えられる。同様に、材料Ｔと集束ユニット３を移動させることによって焦点深度を調整することができる。この場合、デバイスの光学設計によって横方向の移動の範囲内で焦点の品質を（十分に）保証することができるため、焦点深度に沿った焦点の横方向の移動は、たとえば光路長差の適応的変更を必要としない。

また、本明細書に記載のデバイスは、たとえば光路差ΔＷ（ｄ）の導入を制御可能なコンピューティングユニットを含むことができる。この場合、コンピューティングユニットは、たとえば光学コンポーネントの制御、適応的変更および／または偏向などを行うために、適切なインターフェースを介して光学コンポーネントに関連付けることができる。この場合、コンピューティングユニットは、対応するコンピュータプログラムを含むことができる。また、デバイスは外部インターフェースによって制御することもでき、コンピューティングユニットは、たとえばデバイスの外部に位置することができる。いずれにしても、コンピューティングユニットは、たとえば、デバイスのコンポーネントから信号および／またはパラメータを受信して、その信号および／またはパラメータを処理し、適切な制御信号を返すように構成することができる。

また、本発明のデバイスは、焦点深度を判定する手段を含むことができる。たとえば、デバイスは、集束ユニット３の位置から焦点深度を導き出すことができ、および／または、これは光子放射の検出によって実施することができる。たとえば、焦点深度はプロセス時にデバイスのコンピューティングユニットに送信可能であり、コンピューティングユニットはそれに応じて波面適応的変更手段を閉ループまたは開ループ制御下に置くことができ、また、適応的変更手段が判定手段から現在の焦点深度を取得し、それに基づいて波面を適応的に変更することも考えられる。

実装される波面の適応的変更または導入される光路差ΔＷ（ｄ）は、たとえば、この場合、球状目標波面の動径関数によって記述可能である。したがって、（成分ビームの）波面は瞳面Ｐ上にほぼ平面状の波面の形態では入射せず、したがってこの結果、（成分ビームの）異なる成分光線について瞳面Ｐに対する異なる光路差が生じ、それによって材料中の成分ビームの焦点品質を適応的に変更することができる。したがって、光路差ΔＷ（ｄ）によって、波面の曲面プロファイルを制御することが可能であり、そのため（湾曲）波面の曲面プロファイルを本明細書では光路差ΔＷ（ｄ）のプロファイルとも呼ぶ場合がある。関数ΔＷ（ｄ）を適切に選定した場合、材料内の成分ビームの波面の目標状態と実際の状態との間のＲＭＳ波面誤差は十分に小さくなり、それに応じて焦点品質も（本明細書に記載のように）十分に高くなるように保証することが可能である。波面をそれに合わせて適応的に変更する必要がある曲面プロファイルは、たとえば、材料Ｔ内に存在する成分ビームの焦点深度ｄに依存する関数によって記述することができる。この関数は材料Ｔの屈折率に対応し得る屈折率ｎ₂にさらに依存し得る。また、この関数は、材料Ｔの周囲の媒体（たとえば、空気、浸漬媒体など）の屈折率に対応し得る屈折率ｎ₁に基づき得る。球状目標波面の場合、この関数は、半径ｒに依存するものとして記述することができ、半径座標ｒは主光線からの点の距離を示す。この場合、半径ｒは、たとえば、面（たとえば（共役）瞳面）内のビーム径の（境界）半径に対応し得る半径ｒ₀に正規化することができる。したがって、半径ｒはビームの成分光線に対応することができ、湾曲はｒに基づいて関数によって実装され、したがって、たとえば半径ｒの対応する成分光線について対物レンズＯの瞳面において経路差を生じさせることが可能である。材料における非球状目標波面の場合、ΔＷ（ｄ）は半径座標ｒに加えてアジマス角αにも依存する。

したがって、要約すると、球状目標波面の場合、波面の曲面プロファイルは、その時の焦点深度ｄと、所定の補償された焦点深度ｄ₀と、材料の屈折率ｎ₂と、周辺媒体の屈折率ｎ₁とに応じて半径方向ｒで記述することができ、本発明によるデバイス（またはそのレンズ）の開口数ＮＡに応じて記述することも可能である。成分ビームの焦点の収差の焦点深度依存低減のために、たとえば、"Optical design of Zeiss ForTune photo mask tuning system: how generate diffraction-limited laser foci in thick specimens" （Proceedings Volume 10690, Optical Design and Engineering VII; 106900Y (2018), SPIE Optical Systems Design）のｓｅｃｔｉｏｎ ３に記載されているように、波面の適応的変更によって光路差を生じさせることが可能である。

したがって、焦点の焦点品質を低下させるために、動作時に、焦点深度ｄとその他の所与のパラメータとに基づいて、関数ΔＷ（ｒ，ｄ）に従って波面の適応的変更を行うことができる。簡潔に言えば、光路差の上記の関数ΔＷ（ｒ，ｄ）は、焦点の焦点品質を最低にする瞳面における成分ビームの波面の所望の曲面プロファイルに（実質的に）対応し得る。（共役）瞳の周辺部／近傍における適応的変更手段の配置により、曲面プロファイルは、具体的には波面操作器Ｗによって生じさせた波面の曲面プロファイルに対応することが可能である。したがって、本明細書に記載の関数の曲面プロファイルは、波面操作器Ｗのすぐ下流の成分ビームの波面に存在することができる。光路差ΔＷ（ｒ，ｄ）の半径曲面はこの場合、半径ｒの関数として、または正規化ｒ／ｒ₀の関数として直接指定することもできる。波面操作器Ｗの場合、成分ビームの主光線は波面操作器の中心と（実質的に）一致し、その結果、それに対応して曲面の半径プロファイルを設計することが可能なので有利である。この関数により、波面の湾曲が主光線の軸に沿って対称性を有することが可能である。本明細書では記載されている関数の略語としてΔＷ（ｄ）も使用される場合が多いことに留意されたい。

この関数における関係を実装するために、本明細書に記載のコンピューティングユニットが、たとえば、パラメータｄ₀、ｎ₂およびｎ₁を記憶および／または受け取り済みであってもよい。動作時、本事例ではコンピューティングユニットによってその時の焦点深度ｄを受け取りおよび／または判定することができる。これに基づいて、焦点品質の低下を生じさせる関数によって、波面の曲面プロファイルの目標状態を判定することが可能である。一例として、曲面プロファイルの目標状態を、目標状態を達成することができるように、適応的変更手段が波面の対応する適応的変更を実施するように適応的変更手段を制御するために使用される制御信号に変形することができる。したがって、これによって動作時に焦点深度ｄとは関係なく焦点の光学的品質を保証することができる。

また、デバイスは、光子ビームを発生するためのビーム光源を含むことができる。たとえば、この場合のビーム光源はレーザまたは短パルスレーザを含むことができ、レーザ光は光子放射として使用することが可能である。また、ビーム光源は、たとえばパルスレーザ光も発生するためのさらなるビーム整形コンポーネントも含むことができる。この場合、光子ビームは任意の所望の波長を含むことができる。したがって、光子ビームは、任意の所望の波長を有する電磁波に対応することができる。たとえば、紫外線領域、可視領域、赤外線領域における波長が考えられる。

図４に、材料内の５つの焦点深度のための図２の例示のデバイスの集束ユニット３の異なる位置を、概略図で示す。たとえば、集束ユニット３がしかるべく配置され、光路差ΔＷ（ｄ）の対応する適応的変更があることにより、材料の表面上で焦点がどのように生じるかを確認することが可能である。したがって、この場合、焦点深度はｄ＝０ｍｍに対応することができ、したがって、本発明のデバイスによって材料上に焦点を生じさせることも可能である。また、図４には集束ユニット３のさらなる位置が対応する焦点深度ｄとともに記載されている。基準線に基づく様々な焦点深度のための（ｚ方向としてマークされている）光軸に沿った集束ユニット３のオフセットがわかる。この場合、設定焦点深度は、ｄ＝１．５９ｍｍ、ｄ＝３．１７５ｍｍ、ｄ＝４．７６ｍｍおよびｄ＝６．３５ｍｍを含む。本明細書に記載のように、ｄ＝３．１７５ｍｍは所定の補償された焦点深度に対応し得る。この場合、焦点深度ｄ＝６．３５ｍｍは、材料Ｔの最下面に対応し、したがってこの実施例では材料の厚さに対応し得る。図３の所定の焦点深度ｄ＝３．１７５ｍｍから開始して、上記２つの最大位置を実装する目的で、集束ユニットをここでは光軸に沿って±２．１７ｍｍだけ移動させる。

球面目標波面の場合について、図５の左段に、半径座標ｒに沿った５つの焦点深度について補償を目的として波面操作器Ｗによってもたらされた成分ビームの光路長の変化を示す。この場合、半径座標ｒは波面操作器Ｗの中心から開始し、光子ビームの主光線をこの中心に対して実質的に誘導することができる。したがって、焦点の光学的品質を保証する目的で、波面操作器の半径座標ｒを介して本明細書に記載の波面の曲面プロファイルの関数を導入することができる。右段に、それぞれの場合において関連付けられた残りのＲＭＳ波面誤差を横方向位置ｘ_latの関数として示す。この場合、横方向位置は光子ビームまたは成分ビームの横方向の偏向によって実装可能である。ｘ＝０において走査ミラーＳはその中立位置に位置づけることができ、たとえば、ｘ＞０における値が成分ビームの焦点の横方向の偏向に対応する。この場合、図５に示すように、ＲＭＳ波面誤差はスプリッタＢの関連する回折次数の、異なる焦点について一定している。この場合、ＲＭＳ波面誤差は、焦点の光学的品質を規定するパラメータとみなすことができる。具体的には、図５は、図４の焦点深度ｄについて光路差ＯＰＤ ΔＷ（ｄ）とＲＭＳ波面誤差とを示す。ｄ＝３．１７５ｍｍの場合、波面操作器は（実質的に）中立状態であることがわかる。この場合、２０ｍλ未満のＲＭＳ波面誤差によって最高焦点品質を記述することができる。たとえば、この最高焦点品質は、ｄ＝０ｍｍとｄ＝６．３５ｍｍの間の焦点深度の場合に横フィールド半径１００μｍについて保証可能である。この横方向偏向は、この場合、０．４０°の走査ミラーＳの走査角に対応する。比較的大きいＲＭＳ波面誤差でも用途にとって十分である場合は、フィールド半径はたとえば１４０μｍを超えてもよく、これは０．４０°より大きい走査角に対応し得る。あるいは、少なくとも２μｍ、少なくとも４μｍまたは少なくとも６．３５μｍの深度範囲にわたる走査ミラーＳの中立位置における（またはそのようなミラーがない場合の）ＲＭＳ波面誤差が２０ｍλ未満、１０ｍλまたはさらに５ｍλであることも、本明細書に記載のデバイスの特性とすることができる。

図６に、例示のデバイスにおける分割手段として使用可能な第１の回折格子を示す。したがって、図６の第１の回折格子は、たとえばスプリッタＢとして使用可能である。たとえば、このような回折格子によってｍ＝３本の成分ビームを生成することが可能であり、したがって材料において３つの焦点を同時に生じさせることが可能である。これは、入射ビーム（たとえば光子ビーム）を複数のビーム（たとえば成分ビーム）に回折する直線格子を回折格子として使用することによって保証することができる。このようにして生成された成分ビームは、たとえば光軸を基準にした角度（またはこれに対する傾き）のみが異なり得る。回折格子は、光学ガラス製のスラブを含むことができる。この場合、回折格子は、波長λ＝５３２ｎｍにおいて屈折率ｎ_bを含むことができ、回折格子の一面が正弦波位相格子を含むことができる。たとえば、溝幅または正弦波形の半周期をｇと指定することができ、ピークから谷までの溝深度（または正弦波形のピーク－谷値）をｈと指定することができる。回折によって、（たとえば図２からわかるように）位相格子は入射光子ビームを第１のレンズ素子１の方向に複数の成分ビームに分割することができる。光学の分野で知られているように、正弦波位相格子から回折された回折次数ｑの回折ビームの強度Ｉ_qは十分に記述可能である。

したがって、以下の式が適用可能である。
Ｉ_q＝Ｉ_iη_q
この場合、

ここで、Ｉ_iは入射ビームの強度を含み、η_qは次数ｑの回折効率を含み、Ｊ_qは次数ｑの第１の種類のベッセル関数を含む。正弦波位相格子の対称性の結果として、Ｉ_q＝Ｉ_-qが成立可能である。回折次数ｑに回折されたビームは、数ｑの焦点を生じさせることができ、この焦点は強度Ｉ_qに比例するエネルギー量を含むことができる。焦点のエネルギー量は、正弦波位相格子の溝深度ｈを適応的に変更（選定）することによって調整可能である。強度Ｉ_q、したがって焦点のエネルギー量は、正弦波位相格子の溝幅ｇとは無関係であり得ることに留意されたい。

ｍ本の異なる成分ビームについてｍ個の異なる焦点を生じさせる範囲内では、同じ強度Ｉ_qを含むことが有利な場合がある。第１の種類のベッセル関数には、Ｊ₀（１．４３４７）＝Ｊ₁（１．４３４７）＝Ｊ_-1（１．４３４７）が適用される。

に従って溝深度を選定することによって、回折次数ｑ＝０、＋１、－１について以下の強度を得ることができる。

したがって、この溝深度ｈにより回折次数ｑ＝０、＋１、－１のｍ＝３本のビームが得られ、これらの（回折）ビームのそれぞれが回折格子に入射したビームの強度Ｉ_iの３０％を有する。したがって、他の回折次数の残りの回折ビームは合わせて、回折格子に入射したビームの強度Ｉ_iの１０％を含み、したがって無視可能である（したがって、それぞれのさらなる回折次数は有意により低い強度を有し、具体的には等しい強度の３本のビームのそれぞれの強度の少なくとも６分の１である）。（本明細書に記載の回折格子として形成された）スプリッタＢが２ｍｍの厚さの（たとえばショットガラスＮ－ＢＫ７製の）、５３２ｎｍの波長でｎｂｓ＝１．５１９４７の屈折率を有するスラブから形成される場合、対応する溝深度ｈは

とすることができる。当然ながら、他の実施例では他のパラメータも可能である。

一実施例では、正弦波位相格子の溝幅ｇは、材料Ｔ内の隣接する焦点がｉ＝ｘ＊ｒ_Airyの距離を含むように選定することができ、ここでｒ_Airyはエアリー半径に相当し、ｘはたとえば１～２０、３～１５、６～１０の範囲から選択することができ、または８に等しくてもよい。１つのエアリー半径は、

と記述することができる。

に従って溝幅ｇを選定することによってたとえばｉ＝８＊ｒ_Airyを得ることができ、ここでＤ_bsは回折格子に入射したビームのビーム径を示す。ビーム径は一実施例ではＤ_bs＝１５ｍｍを満たすことができる。したがって、溝幅ｇはたとえばｇ＝１．５３７ｍｍと選定することができる。回折格子に入射角θ_iで入射し、回折格子から回折する回折次数ｑの放射ビームの出射角がθ_qのビームの場合、以下の周知の回折格子式が適用される。

したがって、回折次数ｑ＝０とｑ±１のビーム間の角度は（おおよそ）

によって与えられる。したがって、この角度は（本明細書に記載のような）走査ミラーＳの走査角よりも実質的に小さくすることができる。要約すれば、スプリッタＢの一面において表面全体にわたりｙ方向に平行な溝を有する正弦波位相格子は、以下のように記述することができる。

ここで、ｈ＝０．４６８μｍおよびｇ＝１．５３７ｍｍである。

第１の回折格子の位相格子の場合の本明細書に記載の関係およびパラメータは、３本を超える成分ビームと、材料内の焦点の他の間隔にも適用可能であることに留意されたい。

図７に、横方向に沿った焦点深度における材料内の成分ビームの焦点の強度分布を定性的に示す。この場合、強度分布は、本明細書で明記されているパラメータを使用して図６の正弦波位相格子によって生じる強度分布に相当し得る。この場合、ｘ軸は、成分ビームの焦点と平行になるように選定されている（または、ｘ軸は焦点深度に対して相対的な横方向に対応可能である）。この場合、位置が回折次数ｑ＝０の焦点と一致するように位置ｘ＝０μｍが選定される。この場合、図７から、回折次数ｑ＝０、ｑ＝＋１およびｑ＝－１に対応する、（実質的に）等しい強度のｍ＝３個の焦点が生じることを読み取ることができる。また、これらの焦点は互いから（おおよそ）Δｘ＝７μｍの距離を有することを読み取ることができる。同様に、次数ｑ＝＋２およびｑ＝－２の成分ビームの焦点を認めることができるが、これらは実質的により低い強度を有する。たとえば、強度の低い焦点はこの強度差の結果としていかなる局所材料改変も生じさせない。したがって、材料改変を生じさせるすべての焦点が実質的に等しい強度を有する、複数の焦点を生じさせることができる。したがって、正弦波位相格子については、要約すると、正弦波位相格子は走査ミラーＳから入射した光子ビームＬを、入射光子ビームに対して０°および±０．０２°の角度を有するｍ＝３本の成分ビームに分割する。したがって、このデバイスによって、材料内で（成分ビームの）ｍ＝３個の焦点を同時に生じさせることが可能であり、これらの焦点は同じエネルギー量を有し、たとえば８・ｒ_Airy＝８・０．８７７μｍ＝７μｍだけ互いから空間的に分離されている。３つの焦点のこのパターンは、走査ミラーＳによって材料内で横方向に移動させることができることに留意されたい。

図２の例示のデバイスおよびスプリッタＢとしての第１の回折格子の結果として、レンズの共役瞳の近傍に回折格子を装着することが可能であり、その結果、レンズの瞳における主光線の（本明細書に記載の）境界条件が満たされる。たとえば、このことは、成分光線追跡法によって（たとえばレイトレーシングによって）わかる。たとえば、これは、スプリッタＢにおける成分光線（たとえば主光線）から開始して、スプリッタＢの法線との角度０．０２°（すなわち、本明細書に記載のパラメータの例における回折次数ｑ＝０とｑ＝±１のビーム間の角度）を含めることで実装可能である。この成分光線のプロファイルを、その後、デバイスを通して追跡することができる。プロセス時、この成分光線について瞳面Ｐにおける成分光線の交差点と瞳の中心との間の距離を計算することができる。第１の回折格子の本明細書で指定されているパラメータを使用した集束ユニット３のすべての（可能な）位置について、距離ｌ_d＝２μｍが生じる。この実施例における瞳径ＤＰはＤＰ＝６ｍｍであることに留意されたい。したがって、この実施例では距離ｌ_dが瞳径の少なくとも１０％未満（および瞳径ＤＰの少なくとも１％未満、少なくとも０．１％未満）であるという条件が満たされる。したがって、成分ビームの焦点の光学的品質を保証することが可能である。

図８に、例示のデバイスにおける分割手段として使用可能な第２の回折格子を示す。このように、第２の回折格子は、たとえば図２の例示のデバイスにおけるスプリッタＢとして使用可能である。たとえば、このような第２の回折格子によってｍ＝９本の成分ビームを生成することが可能であり、したがって、材料Ｔにおいてｍ＝９個の焦点を同時に生じさせることができる。この場合、図８からわかるように、第２の回折格子は、２面に正弦波位相格子を含むことができる。光子ビームＬによる露光の場合に同時に存在可能な材料内の焦点全体の横方向の範囲は、この実施例では２００μｍ×２００μｍを含むことができる。焦点全体の横方向の範囲は焦点ボリュームとも呼ばれることがある。したがって、光子ビームＬによる露出時に、材料における比較的広い作用領域に対処することができる。たとえば、材料内のｍ＝９個の焦点間の距離は、約５０μｍ～８０μｍ、たとえば６６．６６μｍとすることができる。たとえば、対物レンズＯおよびレンズ素子１、２の焦点距離によって、第２の回折格子上の隣接焦点間の角度θを以下のように規定することができる。

たとえば、第２の回折格子は、厚さ２ｍｍのショットＮ－ＢＫ７ガラスを含むスラブで形成することができる。材料内に６６．６６μｍの横方向の焦点間隔を有する３×３配列のｍ＝９個の焦点を有するパターンを可能にするために、第２の回折格子の２面に正弦波位相格子を定義された方式で設計することができる。この実施例では、正弦波位相格子は、（実質的に）同一のプロファイルを有することができる。例として、各正弦波位相格子は入射ビームからｍ＝３本のビームを生成することができる。したがって、第２の回折格子の入射面に光子ビームＬが入射すると、最初に、位相格子によって入射面においてｍ＝３本のビームを生成することができる。これらのｍ＝３本のビームは次に位相格子の他方の面に入射することができる。したがって、この位相格子は各ビームから（回折により）出射面で３本のそれぞれのビームを生成することができ、その結果、第２の回折格子によって合計ｍ＝９本のビーム、したがってｍ＝９個の焦点を生じさせることができる。この場合、第２の回折格子の入射面および出射面の２つの位相格子は、ｈ＝０．４６８μｍの溝深度とｇ＝λ／ｓｉｎθ＝０．５３２μｍ／ｓｉｎ０．１８９°＝１６１．３μｍの溝幅とを有することができる。プロセス時、第２の回折格子の第１および第２の正弦波位相格子は、以下の式に従って表面ｚ₁（ｘ，ｙ）およびｚ₂（ｘ，ｙ）によって記述することができる。

および

図９に、材料内の焦点深度における成分ビームの、例示の第２の回折格子における回折によって生じる強度分布を定性的に示す。

この場合、材料内の焦点の配置が３×３マトリックス内に実装可能であり、焦点は互いから６６．６６μｍの距離を有することがわかる。この場合、第２の回折格子のパラメータは、ｍ＝９個の焦点がすべて（実質的に）同じ強度を有するように選定される。

一面にのみ回折光学素子（たとえば１つのみの位相格子）を有する回折格子によっても、図９と類似した焦点の配置または類似した焦点のパターンを得ることができる。この場合、表面ｚ（ｘ，ｙ）は、たとえば次のように記述することができる。

スプリッタＢとしての第２の回折格子の場合も、レンズの共役瞳の近傍に第２の回折格子を装着することが可能であり、その結果、レンズの瞳における主光線の（本明細書に記載の）境界条件が満たされる。たとえば、このことは、成分光線追跡法によって（たとえばレイトレーシングによって）わかる。たとえば、これは、スプリッタＢにおける成分光線（たとえば主光線）から開始して、スプリッタＢの法線との角度

を含めることで実施可能である。この成分光線のプロファイルを、その後、デバイスを通して追跡することができる。プロセス時、この成分光線について瞳面Ｐにおける成分光線の交差点と瞳の中心との間の距離を計算することができる。第２の回折格子の本明細書で指定されているパラメータを使用した集束ユニット３のすべての（可能な）位置について、距離ｌ_d＝２７μｍが生じる。この実施例における瞳径ＤＰはＤＰ＝６ｍｍであることに留意されたい。したがって、この実施例では距離ｌ_dが瞳径の少なくとも１０％未満（および瞳径ＤＰの少なくとも１％未満）であるという条件が満たされる。したがって、成分ビームの焦点の光学的品質を保証することが可能である。

図１０に、分割手段が適応的変更手段を含む第３の例示のデバイスを側面図で概略的に示す。この場合、光子ビームＬの分割と、成分ビームの波面の適応的変更とは、位相変調器ＷＢによって実施可能である。この場合、位相変調器ＷＢは、空間光変調器（ＳＬＭ）を含むことができ、位相変調器ＷＢは強度を変調することもできる。たとえば、この場合の位相変調器ＷＢとして液晶ＳＬＭ（たとえば、液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）ＳＬＭ）が考えられる。この場合、位相変調器ＷＢに入射した光子ビームＬは、この位相変調器ＷＢによって複数の成分ビームに変換され、成分ビームの波面を同様に位相変調器によって適応的に変更可能である。ここで、図１０における例示の第３のデバイス３００の場合、対物レンズＯおよび材料Ｔは第１および第２の例示のデバイスの対物レンズＯおよび材料Ｔと実質的に同じである。この場合、第１のレンズ素子１の焦点距離はｆ₁＝１５０ｍｍとすることができる。この場合、第２のレンズ系２の焦点距離はｆ＝６０ｍｍとすることができる。また、第３の例示のデバイス３００は、焦点の横方向偏向のための２つの音響光学偏向器（ＡＯＤ）Ｓ１、Ｓ２を含むことができる。第３のデバイス３００はさらに、波面センサ４を含むことができる。ここで、第３のデバイス３００の位相変調器ＷＢは反射において使用することができる。光子ビームＬの直径は、最初に、デバイス３００で拡大される。たとえば、ＡＯＤ Ｓ１、Ｓ２に入射する前には光子ビームＬは３ｍｍの直径を有する。ＡＯＤ Ｓ１、Ｓ２を通過した後、直径は２つの焦点レンズＥ１、Ｅ２を含むことができるテレスコープによって拡大され得る。この場合、テレスコープの倍率はｍ＝５とすることができ、その結果、直径をＤ＝１５ｍｍに拡大することができる。したがって、この例示の直径Ｄ＝１５ｍｍは、位相変調器ＷＢ（たとえばＬＣｏＳ ＳＬＭ）の直径に合わせて適応的に変更することができる。プロセス時、位相変調器ＷＢは、デバイス３００において光子ビームＬの対応する誘導機構を介して光子ビームＬを受光することができる。たとえば、位相変調器への光子ビームＬのこの誘導機構は、偏光ビームスプリッタＣ１および４分の１波長板Ｑ１によって実装可能である。プロセス時、位相変調器ＷＢをデバイス３００の（共役）瞳に装着することができ、その結果、位相変調器をテレセントリックレンズの瞳に結像する（ｉｍａｇｅ）ことができる。この場合、結像は、第１のレンズ素子１および第２のレンズ素子２を介して実施可能である。また、デバイス３００は、ビーム方向の第２のレンズ素子２の下流にビームスプリッタＣ２を含むことができる。この場合、ビームスプリッタＣ２から出射するビーム経路を波面センサ４まで誘導することができる。波面センサ４は、たとえば閉ループ制御の形態で波面の適応的変更を制御することを可能にすることができる。この場合、位相変調器ＷＢによって適応的に変更された成分ビームの放射を、ビームスプリッタＣ２を介して波面センサ４によって測定することができる。具体的には、これによって、成分ビームの波面を判定することができる。波面の実際の判定（たとえば実際に存在する湾曲）によって、位相変調器ＷＢによって成分ビームに対してもたらされる光路差ＯＰＤの目標を定めた方式での設定と制御が可能である。この実施例では、内部集束機構のすべての位置について、たとえば集束ユニット３のすべての位置について、位相変調器ＷＢは瞳の共役面にある。したがって、位相変調器ＷＢの中心を通過するｍ本の成分光線すべてが実質的に対物レンズＯの中心で、または本明細書に記載の境界条件のうちの１つに従う点において、レンズの瞳と交わるように保証することが可能である。対物レンズＯの上流にさらなる４分の１波長板Ｑ２を設けることができる。適切な回転の場合、この４分の１波長板は、直線偏光光子放射が円偏光光子放射に変換されるように保証することができる。これによって、大型の口径の場合であっても、焦点において偏光関連非対称がないように保証する。

原則として、位相変調器ＷＢ（たとえばＬＣｏＳ ＳＬＭ）によって任意の所望の数ｍの焦点または任意の所望の数ｍの成分ビームを生成することができ、ここでｍ≧２である。位相変調器ＷＢは、同様に、成分ビームの焦点が材料Ｔの焦点深度において任意の所望のパターンで配置されることを可能にすることができる。この場合、位相変調器ＷＢによる入射ビームからの複数の成分ビームの生成は、光学の分野で知られている。プロセス時、高自由度で定義された成分ビームの特性（たとえば、成分ビームの定義された空間分離、定義された数、定義された傾きなど）を生じさせることが可能である。

この文脈において、図１１に、位相変調器ＷＢによってｍ＝５個の焦点が環状配置で生じさせられるような、第３の例示のデバイス３００の適応的変更手段の位相分布を定性的に示す。この場合、焦点深度における材料内の成分ビームの定性的強度分布も示されている。ここで、強度分布は、周知のフラウンホーファー回折によって図示されている。ここで、左側の図において、位相変調器ＷＢによって生じさせた局所的位相変化をｘおよびｙ方向の関数として確認することができる。また、この場合、たとえば、位相変調器ＷＢの活性領域を示し得る位相変調器ＷＢの直径Ｄ＝１５も確認することができる。焦点深度におけるｘｙ面（ｘ軸としてｘ_targetおよびｙ軸としてｙ_targetを有する）の焦点のこの例示の配置を中央の図で確認することができる。ｍ＝５個の焦点がｒ＝５０μｍの半径に配置され、焦点が互いから同じ距離を有することが明らかである。また、１つの焦点について焦点深度におけるｘ方向に沿った強度も示されている。当然ながら、この特定の実施例に加えて、位相変調器ＷＢにより実装可能な焦点のさらなる配置またはパターンが考えられることに留意されたい。

また、この実施例における焦点パターンの実装形態についてさらに詳細に説明することができる。材料Ｔ内の同じ焦点深度ｄにおけるｍ個の焦点の横方向の分離を得るために、位相変調器ＷＢによって、目標を定めた方式で所望の成分ビームの電界を調整することができる。たとえば、プロセス時、成分ビームの電界Ｅ（ｘ_SLM，ｙ_SLM）は平面波の線形合成を示すことができ、これはたとえば、周知のフーリエ光学によって以下のように記述可能である。

この場合、ｋ_x,iおよびｋ_y,iは、ｉ番目の焦点の波数ベクトルの対応する成分に対応し、

である。（光子ビームＬの）均一な入射場の純粋な位相変調によって、成分ビームの所望の電界にきわめて近い電界を生じさせることができる。

プロセス時に円環リング状に半径ｒ＝５０μｍに規則的に配置されたｍ＝５個の焦点を材料内で実現することができるように、波数ベクトルの成分をたとえば以下のように適応的に変更することが可能である。

および

この場合、ｆ＝２０．２２ｍｍが成立可能であり、これは、材料までのビーム経路における位相変調器ＷＢに続く光学素子の実効焦点距離に対応し得る。

より高次の回折次数を無視した場合、ｋ_x,iおよびｋ_y,iの適切な選定により、位相変調器ＷＢを使用してさらなる所望のパターンを実現することができる。

図１２に、焦点の第２の配置を生じさせる第３の例示のデバイスの位相変調器ＷＢの位相分布を定性的に示し、材料内の焦点深度における成分ビームの定性的強度分布も示す。この実施例（中央の図）から、焦点深度におけるｘｙ面においてｍ＝７個の焦点が環状配置で存在することがわかる。この場合、焦点は線状または細長い形態を有し、焦点の「線」がｘ方向に対して角度をなしている。この配置では、位相変調器ＷＢによって所与の焦点品質、具体的には非点収差が目標を定めた方式で生じている。したがって、焦点は回転対称ではない。ここでは、周知のフラウンホーファー解析によって強度分布が示されている。

また、焦点のこの第２の配置の実装形態について、より詳細に説明することができる。焦点の第２の配置のために、焦点品質を記述する参照波として非点収差波面を選定した。その結果、位相変調器ＷＢによって材料内に所与の焦点品質、この場合は非点収差目標波面を、目標を定めた方式で生じさせることができる。たとえば、対応する参照波面は、プロセス時に、フリンジゼルニケ係数によって、たとえば（周知の）係数ｃ₅＝０．８λを使用して記述することができる。この場合、材料Ｔ内の深度ｄにおいて線状の焦点を生じさせるために、（周知の）係数ｃ₄＝０．５λによってデフォーカスを付加することができる。この場合、成分ビームのｍ個の複数の焦点の生成および成分ビームの波面への焦点深度依存光路差ＯＰＤ ΔＷ（ｄ）の付加とともに、これらの非点収差波面を含めるには対応する電界が必要であり、この電界は位相変調器ＷＢによって生じさせることができる。ここで非点収差波面が追加として組み込む必要があるため、位相変調器ＷＢにおける電界に追加の位相項ΔＷ（ｘ_SLM，ｙ_SLM）を乗じる必要がある。この場合、生じる電界は以下のように記述可能である。

ここで、材料内の複数の線状の焦点は、ΔＷ（ｘ_SLM，ｙ_SLM）の適切な選定により生じさせることができ、その結果、これらの焦点はデフォーカス（ｃ₄＝０．５λ）および非点収差（ｃ₅＝０．８λ）を有することになる。周知のゼルニケフリンジ多項式に従って、これは（

による）正規化デカルト表現で実現可能であり、ここでＤは、環状と想定される位相変調器ＷＢ（たとえばＳＬＭ）の直径を表す。したがって、この追加の波面は、たとえば以下のように選定可能である。

要約すると、第２の配置、生じさせるその非点収差、および焦点の数（この場合、たとえばｍ＝７）は、操作波面ΔＷの適切な選定と、ｋ_x,iおよびｋ_y,iの適切な選定とによって実現可能である。

図１３に、焦点の第３の配置を生じさせる第３の例示のデバイスの適応的変更手段の位相分布を定性的に示し、焦点深度における材料内の成分ビームの定性的強度分布も示す。この場合、焦点は目標を定めた方式で生じさせた非点収差を含み、その向きは目標を定めた方式で整列されている。図１２と同様に、ｍ＝７個の焦点が環状配置で生じていることが確認できる。しかし、この焦点の整列または焦点の「線」とｘ軸とがなす角度は図１２のものとは異なる。中央の図から、焦点深度のｘｙ面において、線状焦点の整列が今度はｘ軸に平行であることがわかる。したがって、位相変調器ＷＢによって、任意の所望の非点収差焦点品質を生じさせるだけでなく、波面の非点収差の整列または特性も目標を定めた方式で制御することが可能である。したがって、生じる焦点品質は位相変調器ＷＢによって高い自由度で設計可能である。

また、第３の配置の実装形態について詳細に説明することができる。このために、非点収差項としてゼルニケフリンジ係数を選定することができ、たとえば（周知の）ゼルニケフリンジ係数は、ｃ₄＝０．５λ、ｃ₅＝０．１λ、およびｃ₆＝－０．８λのように設計可能である。したがって、追加の波面をたとえば以下のように選定可能である。

Claims (29)

1. 光子ビーム（Ｌ）を材料（Ｔ）内に集束させるデバイス（１００）であって、
   前記光子ビームを複数の成分ビーム（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に分割する手段（Ｂ）と、
   前記成分ビームを前記材料内の所定の焦点深度において集束させる手段（３）と、
   前記焦点深度に少なくとも部分的に基づいて前記成分ビームの波面を適応的に変更する手段（Ｗ）とを含む、デバイス。
2. 前記適応的変更手段が、第１の所定の焦点深度において前記成分ビームの焦点の第１の所与の焦点品質を生じさせるために前記波面が適応的に変更されるように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記適応的変更手段が、第２の所定の焦点深度において前記成分ビームの前記焦点の第２の所与の焦点品質を生じさせるために前記波面が適応的に変更されるように構成されている、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記所与の焦点品質が、前記焦点深度における前記波面の目標状態に少なくとも部分的に基づく、請求項２または３に記載のデバイス。
5. 前記所与の焦点品質が、前記焦点深度における前記波面の目標状態の変換に対応する前記デバイスの面における前記波面の前記目標状態に少なくとも基づく、請求項４に記載のデバイス。
6. 前記所与の焦点品質が、前記波面の対応する実際の状態に対して相対的な、前記焦点深度における前記波面の前記目標状態および／または前記装置の前記面における前記波面の目標状態の比較尺度を含む、請求項４または５に記載のデバイス。
7. 前記比較尺度が、５００ｍλ未満、好ましくは２００ｍλ未満、より好ましくは１００ｍλ未満、最も好ましくは５０ｍλ未満の焦点深度における前記目標状態に対して相対的な、前記焦点深度における前記実際の状態のＲＭＳ波面誤差を含む、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記デバイスが、前記波面の前記実際の状態、好ましくは前記デバイスの面内および／または前記所定の焦点深度における前記実際の状態を判定する手段と、
   前記目標状態に対して相対的な判定された前記実際の状態の逸脱に基づいて、前記適応的変更手段を制御する手段とを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載のデバイス。
9. 前記適応的変更手段が、集束された前記成分ビームが受ける屈折率差に少なくとも部分的に基づいて前記波面を適応的に変更するように構成されている、請求項１～８のいずれか１項に記載のデバイス。
10. 前記屈折率差が、前記材料に隣接する媒体の屈折率および前記材料の屈折率とによって生じる、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記適応的変更手段が、前記成分ビームの前記波面を適応的に変更するために、前記光子ビームの前記波面を適応的に変更するように構成されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載のデバイス。
12. 前記分割手段が、少なくとも２本の成分ビームが実質的に同じエネルギーおよび／または実質的に同じパワーを有するように構成されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載のデバイス。
13. 前記分割手段が、前記光子ビームの回折によって前記光子ビームを複数の成分ビームに分割、および／または、
    前記分割手段が、前記光子ビームの局所的位相変調によって前記光子ビームを複数の成分ビームに分割する、請求項１～１２のいずれか１項に記載のデバイス。
14. 前記分割手段が、前記光子ビームが同時に前記複数の成分ビームに分割されるように前記光子ビームの前記波面を適応的に変更するように構成された前記適応的変更手段を含む、請求項１～１３のいずれか１項に記載のデバイス。
15. 前記分割手段が、前記材料において前記成分ビームの前記焦点の所定の幾何形状分布を生じさせるように構成されている、請求項１～１４のいずれか１項に記載のデバイス。
16. 前記分割手段が、前記成分ビームが前記集束手段の瞳径内に実質的に含まれるように、前記デバイスの前記集束手段の瞳（Ｐ１）の周辺部および／または共役瞳（Ｐ２、Ｐ３）の周辺部に配置される、請求項１～１５のいずれか１項に記載のデバイス。
17. 前記周辺部が、成分ビームの指向性光線と前記瞳の面との交差点が、前記瞳径の１０％未満、好ましくは前記瞳径の１％未満、最も好ましくは前記瞳径の０．１％未満の前記瞳の中心からの距離を含むように設計されている、請求項１６に記載のデバイス。
18. 前記周辺部が、少なくとも２本の成分ビームの前記指向性光線と前記瞳の前記面との交差点が前記瞳径の１０％未満、好ましくは前記瞳径の１％未満、最も好ましくは前記瞳の０．１％未満を含む瞳径内に配置されるように設計されている、請求項１６または１７に記載のデバイス。
19. 前記集束手段が、所定の補償された焦点深度（ｄ₀）のためと、前記集束手段上に実質的に平面状に入射する波面のためとの前記波面の適応的変更なしに前記所与の焦点品質を生じさせることができるように構成されている、請求項２～１８のいずれか１項に記載のデバイス。
20. 前記デバイスが、前記集束手段を移動させることによって、および／または、前記材料を移動させることによって、前記焦点深度が調整されるように構成されている、請求項１～１９のいずれか１項に記載のデバイス。
21. 前記デバイスが、前記成分ビームの前記焦点によって形成された焦点深度面において集束された前記成分ビームを横方向に偏向させる手段（Ｓ）を含む、請求項１～２０のいずれか１項に記載のデバイス。
22. 前記横方向偏向手段が、分割手段および／または適応的変更手段を含む、請求項２１に記載のデバイス。
23. 前記デバイスが、前記光子ビームをリソグラフィマスク内に集束させるように構成されている、請求項１～２２のいずれか１項に記載のデバイス。
24. 前記デバイスが、好ましくはフォトポリマーの多光子重合を生じさせるために、前記光子ビームを前記フォトポリマー内に集束させるように構成されている、請求項１～２３のいずれか１項に記載のデバイス。
25. 前記デバイスが、好ましくは、ガラス内に穿孔穴を生じさせるため、ガラスを切削するため、および／またはガラスを構造化するために、前記光子ビームを前記ガラス内に集束させるように構成されている、請求項１～２４のいずれか１項に記載のデバイス。
26. 光子ビームを材料内に集束させる方法であって、
    光子ビームが複数の成分ビームに分割されるように前記光子ビームを分割する手段に、前記光子ビームを方向づけることと、
    成分ビームが前記材料内の所定の焦点深度において集束される、前記成分ビームを前記材料内で集束させることと、
    前記焦点深度に少なくとも部分的に基づいて、前記成分ビームの波面を適応的に変更することとを含む、方法。
27. 前記波面が、前記所定の焦点深度における前記成分ビームの焦点の所与の焦点品質を生じさせるように適応的に変更される、請求項２６に記載の方法。
28. 波面の目標状態を判定する方法であって、
    請求項１～２５のいずれか１項に記載のデバイスを集束させる手段と材料とに少なくとも部分的に基づくシミュレーション機構によって、光子ビームの経路をシミュレーションすることと、
    前記材料内の所定の焦点深度における前記光子ビームおよび／または成分ビームの波面の目標状態を定義することと、
    前記焦点深度における前記波面の前記目標状態を、シミュレーションされた前記デバイスの面における前記波面の対応する目標状態に変換することとを含む、方法。
29. 命令を含むコンピュータプログラムであって、請求項１～２５のいずれか１項に記載のデバイスおよび／またはコンピュータによって実行されると、前記デバイスおよび／または前記コンピュータに請求項２６～２８のいずれか１項に記載の方法を実施させる、コンピュータプログラム。