JP7347554B2 - 加工装置及び加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工装置及び加工方法に係り、さらに詳しくは、ワークにビームを照射して加工する加工装置及び加工方法に関する。

機械を造る工作機械の分野では、レーザ光などを用いる加工装置（例えば、特許文献１参照）の工作機械としての利便性、性能の向上が強く望まれている。

米国特許出願公開第２００２／００１７５０９号明細書

本発明の第１の態様によれば、ワークにビームを照射して加工する加工装置であって、前記ワークが載置される第１保持部材を有し、前記第１保持部材に保持されたワークを移動する第１保持システムと、前記ビームを射出する集光光学系を含むビーム照射システムと、前記第１保持システムと前記照射システムとを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第１保持部材と前記集光光学系からのビームとを相対移動させつつ前記ワークの目標部位に対して所定の加工が行われるように、前記第１保持システムと前記照射システムとを制御し、前記集光光学系の射出面側の第１面における前記ビームの強度分布、及び、前記集光光学系の光軸方向の位置が前記第１面と異なる第２面における前記ビームの強度分布の少なくとも一方が変更可能である加工装置が、提供される。

ここで、第１面は、加工の際に、ワークの目標部位を位置合わせすべき仮想的な面であっても良い。その所定面は、例えば、集光光学系の光軸に垂直な面であっても良い。その所定面は、集光光学系の像面あるいはその近傍の面、又は後側焦点面あるいはその近傍の面であっても良い。

本発明の第２の態様によれば、ワークにビームを照射して加工する加工装置であって、前記ワークが載置される第１保持部材を有し、前記第１保持部材に保持されたワークを移動する第１保持システムと、前記ビームを射出する集光光学系を含むビーム照射システムと、前記第１保持システムと前記照射システムとを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記集光光学系から第１面に照射されるビームと前記第１保持部材とを相対移動させつつ前記ワークの目標部位に対して所定の加工が行われるように、前記第１保持システムと前記照射システムとを制御し、前記ビーム照射システムは、前記集光光学系から射出されるビームの、前記集光光学系の瞳面における断面強度分布を変更可能な光学デバイスを有する加工装置が、提供される。

本発明の第３の態様によれば、ワークにビームを照射して加工する加工装置であって、前記ワークが載置される第１保持部材を有し、前記第１保持部材に保持されたワークを移動する第１保持システムと、前記ビームを射出する集光光学系を含むビーム照射システムと、前記第１保持システムと前記照射システムとを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記集光光学系から第１面に照射されるビームと前記第１保持部材とを相対移動させつつ前記ワークの目標部位に対して所定の加工が行われるように、前記第１保持システムと前記照射システムとを制御し、前記集光光学系から射出される前記ビームの断面における強度分布は１回回転対称である加工装置が、提供される。

本発明の第４の態様によれば、ワークにビームを照射して加工する加工方法であって、第１保持部材にワークを保持することと、集光光学系を含むビーム照射部から射出されるビームと前記ワークが保持された第１保持部材とを相対移動させつつ前記ワークの目標部位に対して所定の加工が行われるように、前記第１保持部材の移動と前記ビーム照射部からのビームの照射動作とを制御することと、を含み、前記加工に際して、前記集光光学系の射出面側の第１面における前記ビームの強度分布、及び、前記集光光学系の光軸方向の位置が前記第１面と異なる第２面における前記ビームの強度分布の少なくとも一方を変更する加工方法が、提供される。

本発明の第５の態様によれば、ワークにビームを照射して加工する加工方法であって、第１保持部材にワークを保持することと、集光光学系を含むビーム照射部から第１面に照射されるビームと前記ワークが保持された第１保持部材とを相対移動させつつ前記ワークの目標部位に対して所定の加工が行われるように、前記第１保持部材の移動と前記ビーム照射部からのビームの照射動作とを制御することと、を含み、前記加工に際して、前記集光光学系から射出されるビームの、前記集光光学系の瞳面における強度分布を変更する加工方法が、提供される。

本発明の第６の態様によれば、ワークにビームを照射して加工する加工方法であって、第１保持部材にワークを保持することと、集光光学系を含むビーム照射部から第１面に照射されるビームと前記ワークが保持された第１保持部材とを相対移動させつつ前記ワークの目標部位に対して所定の加工が行われるように、前記第１保持部材の移動と前記ビーム照射部からのビームの照射動作とを制御することと、を含み、前記集光光学系から射出されるビームの断面における強度分布は１回回転対称である加工方法が、提供される。

一実施形態に係る加工装置の全体構成を示すブロック図である。 第１ステージシステムの構成を、計測システムとともに概略的に示す図である。 ワークが搭載された第１ステージシステムを示す斜視図である。 ビーム照射システムを、マスクが設けられたマスクステージ及びワークが搭載されたテーブルとともに示す図である。 マスクの平面図である。 ビーム照射システムが備える光源系の構成の一例を示す図である。 光源系からの平行ビームが第２のミラーアレイに照射され、複数のミラー素子それぞれからの反射ビームが第１部分照明光学系に入射する様子を示す図である。 第１部分照明光学系からの平行ビームが第１のミラーアレイに照射され、複数のミラー素子それぞれからの反射ビームが集光光学系に入射する様子を示す図である。 図９（Ａ）は、集光光学系からワークの目標部位にビームが照射されスリット状の照射領域が形成される際のワークの対象面近傍を拡大して示す図、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示されるスリット状の照射領域とスキャン方向との関係を示す図である。 図１０（Ａ）は、本実施形態に係る加工装置において設定可能な加工モードの一例の説明図、図１０（Ｂ）は、モード１、モード２、モード３及びモード４の光刃物をそれぞれ用いた加工を説明するための図、図１０（Ｃ）は、モード５及びモード６の光刃物をそれぞれ用いた加工を説明するための図である。 テーブル上の計測装置の配置を示す図である。 計測装置を構成する、テーブル内部に配置された構成部分を、計測部材とともに示す図である。 図１３（Ａ）は、集光光学系の像面におけるビームの強度分布を計測する際の光学配置を示す図、図１３（Ｂ）は、瞳面におけるビームの強度分布を計測する際の光学配置を示す図である。 加工装置の制御系を中心的に構成する制御装置の入出力関係を示すブロック図である。 制御装置の一連の処理アルゴリズムに対応するフローチャートである。 図６のステップＳ１０のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。 加工装置で行なうことができる各種処理の内容を、それぞれの処理を行なうのに用いられていた従来の工作機械と対応させて示す図である。 加工面におけるビームの強度分布を計測するための計測装置の一例を示す図である。

以下、一実施形態について、図１～図１８に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る加工装置１００の全体構成が、ブロック図にて示されている。

加工装置１００は、加工対象物（ワークとも呼ばれる）にビーム（通常、レーザビーム）を照射して除去加工（機械加工として行われる切削加工、研削加工などに相当）を含む種々の加工を行う装置である。

加工装置１００は、第１ステージシステム２００Ａと、第２ステージシステム２００Ｂと、搬送システム３００、計測システム４００及びビーム照射システム５００の４つのシステムと、これらのシステムを含み、加工装置１００の全体を制御する制御装置６００とを備えている。このうち、搬送システム３００と、計測システム４００と、ビーム照射システム５００とは、所定方向に関して互いに離れて配置されている。以下の説明では、便宜上、搬送システム３００と、計測システム４００と、ビーム照射システム５００とは、後述するＸ軸方向（図２参照）に関して互いに離れて配置されているものとする。

図２には、第１ステージシステム２００Ａの構成が、計測システム４００とともに概略的に示されている。また、図３には、ワークＷが搭載された第１ステージシステム２００Ａが、斜視図にて示されている。以下では、図２における紙面内の左右方向をＹ軸方向、紙面に直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸に直交する方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向を、それぞれθｘ、θｙ及びθｚ方向として説明を行う。

第１ステージシステム２００Ａは、ワークＷの位置及び姿勢を変更する。具体的には、ワークＷが搭載される後述するテーブルを６自由度方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θｘ、θｙ及びθｚの各方向）に動かすことで、ワークＷの６自由度方向の位置の変更を行う。本明細書においては、テーブル又はワークなどについて、θｘ、θｙ及びθｚ方向の３自由度方向の位置を適宜「姿勢」と総称し、これに対応して残りの３自由度方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向）の位置を適宜「位置」と総称する。

第１ステージシステム２００Ａは、テーブルの位置及び姿勢を変更する駆動機構の一例としてスチュワートプラットホーム型の６自由度パラレルリンク機構を備えている。なお、第１ステージシステム２００Ａは、テーブルを６自由度方向に駆動できるものに限定されないし、パラレルリンク機構にも限定されない。

第１ステージシステム２００Ａ（但し、後述する平面モータの固定子を除く）は、図２に示されるように、床Ｆ上にその上面がＸＹ平面とほぼ平行になるように設置されたベースＢＳ上に配置されている。第１ステージシステム２００Ａは、図３に示されるように、ベースプラットホームを構成する平面視正六角形状のスライダ１０と、エンドエフェクタを構成するテーブル１２と、スライダ１０とテーブル１２とを連結する６本の伸縮可能なロッド（リンク）１４₁～１４₆と、ロッド１４₁～１４₆にそれぞれ設けられ当該各ロッドを伸縮させる伸縮機構１６₁～１６₆（図３では図示せず、図１４参照）とを有している。第１ステージシステム２００Ａは、ロッド１４₁～１４₆の長さを伸縮機構１６₁～１６₆でそれぞれ独立に調整することにより、テーブル１２の動きを３次元空間内で６自由度で制御できる構造となっている。第１ステージシステム２００Ａは、テーブル１２の駆動機構として、スチュワートプラットホーム型の６自由度パラレルリンク機構を備えているので、高精度、高剛性、支持力が大きい、逆運動学計算が容易などの特徴がある。

本実施形態に係る加工装置１００では、ワークに対する加工時等において、ワークに対して所望の加工を行なうため、ビーム照射システム５００に対し、より具体的には後述する照明光学系からのビームに対しワークＷ（テーブル１２）の位置及び姿勢が制御される。原理的には、この逆に照明光学系からのビームの方が可動であっても良いし、ビームとワーク（テーブル）の両方が可動であっても良い。後述するようにビーム照射システム５００は複雑な構成であるため、ワークの方を動かす方が簡便である。

テーブル１２は、ここでは、正三角形の各頂点の部分を切り落としたような形状の板部材から成る。テーブル１２の上面に加工対象のワークＷが搭載される。テーブル１２には、ワークＷを固定するためのチャック機構１３（図３では不図示、図４、図１４参照）が設けられている。チャック機構１３としては、例えばメカニカルチャックあるいは真空チャックなどが用いられる。また、テーブル１２には、図３に示される平面視円形の計測部材９２を含む、計測装置１１０（図１１、図１２参照）が設けられている。計測装置１１０については、後に詳述する。なお、テーブル１２は、図３に示される形状に限らず、矩形板状、円盤状など如何なる形状でも良い。

この場合、図３から明らかなように、ロッド１４₁～１４₆のそれぞれは、両端がユニバーサルジョイント１８を介して、スライダ１０とテーブル１２とにそれぞれ接続されている。また、ロッド１４₁、１４₂は、テーブル１２の三角形の１つの頂点位置の近傍に接続され、スライダ１０とこれらのロッド１４₁、１４₂とによって概略三角形が構成されるような配置となっている。同様に、ロッド１４₃，１４₄、及びロッド１４₅，１４₆は、テーブル１２の三角形の残りの各頂点位置の近傍にそれぞれ接続され、スライダ１０と、ロッド１４₃、１４₄、及びロッド１４₅，１４₆とによって、それぞれ概略三角形が構成されるような配置となっている。

これらのロッド１４₁～１４₆のそれぞれは、図３にロッド１４₁について代表的に示されるように、それぞれの軸方向に相対移動可能な第１軸部材２０と、第２軸部材２２とを有しており、第１軸部材２０の一端（下端）は、スライダ１０にユニバーサルジョイント１８を介して取り付けられており、第２軸部材２２の他端（上端）は、テーブル１２にユニバーサルジョイントを介して取り付けられている。

第１軸部材２０の内部には、段付き円柱状の中空部が形成されており、この中空部の下端側には、例えばベローズ型のエアシリンダが収納されている。このエアシリンダには、空圧回路及び空気圧源（いずれも不図示）が接続されている。そして、その空気圧源から供給される圧縮空気の空気圧を空圧回路を介して制御することにより、エアシリンダの内圧を制御し、これによってエアシリンダが有するピストンが軸方向に往復動されるようになっている。エアシリンダでは、戻り工程は、パラレルリンク機構に組み込まれた際にピストンに作用する重力を利用するようになっている。

また、第１軸部材２０の中空部内の上端側には、軸方向に並べて配置された複数の電機子コイルから成る電機子ユニット（不図示）が配置されている。

一方、第２軸部材２２は、その一端部（下端部）が第１軸部材２０の中空部内に挿入されている。この第２軸部材２２の一端部には、他の部分に比べて直径が小さい小径部が形成されており、この小径部の周囲には、磁性体部材から成る円管状の可動子ヨークが設けられている。可動子ヨークの外周部には、同一寸法の複数の永久磁石から成る中空円柱状、すなわち円筒状の磁石体が設けられている。この場合、可動子ヨークと磁石体とによって、中空円柱状の磁石ユニットが構成されている。本実施形態では、電機子ユニットと磁石ユニットとによって、電磁力リニアモータの一種であるシャフトモータが構成されている。このようにして構成されたシャフトモータでは、固定子である電機子ユニットの各コイルに対し、所定周期及び所定振幅の正弦波状の駆動電流を供給することにより、磁石ユニットと電機子ユニットとの間の電磁気的相互作用の一種である電磁相互作用によって発生するローレンツ力（駆動力）により第１軸部材２０に対し第２軸部材２２が軸方向に相対駆動される。

すなわち、本実施形態では、上述したエアシリンダと、シャフトモータとによって、第１軸部材２０と第２軸部材２２とを軸方向に相対駆動して、ロッド１４₁～１４₆のそれぞれを伸縮させる前述の伸縮機構１６₁～１６₆（図１４参照）が、それぞれ構成されている。

また、シャフトモータの可動子である磁石ユニットは、第１軸部材２０の内周面に設けられたエアパッドを介して固定子である電機子ユニットに対して非接触で支持されている。

また、図３では図示が省略されているが、ロッド１４_１～１４_６のそれぞれには、第１軸部材２０を基準とする第２軸部材２２の軸方向の位置を検出するアブソリュート型のリニアエンコーダ２４_１～２４_６が設けられており、リニアエンコーダ２４_１～２４_６の出力は、制御装置６００に供給されるようになっている（図１４参照）。リニアエンコーダ２４_１～２４_６で検出される第２軸部材２２の軸方向の位置は、ロッド１４_１～１４_６それぞれの長さに対応する。

リニアエンコーダ２４_１～２４_６の出力に基づいて、伸縮機構１６₁～１６₆が、制御装置６００により制御されるようになっている（図１４参照）。本実施形態の第１ステージシステム２００Ａと同様のパラレルリンク機構の構成の詳細は、例えば米国特許第６，９４０，５８２号明細書に開示されており、制御装置６００は上記米国特許明細書に開示されているのと同様の方法により、逆運動学計算を用いて伸縮機構１６₁～１６₆を介してテーブル１２の位置及び姿勢を制御する。

第１ステージシステム２００Ａでは、ロッド１４_１～１４_６にそれぞれ設けられる伸縮機構１６₁～１６_６が、相互に直列（又は並列）に配置されたエアシリンダと電磁力リニアモータの一種であるシャフトモータとを有していていることから、制御装置６００ではエアシリンダの空圧制御により、テーブル１２を、粗く大きく移動するとともに、シャフトモータにより細かく微動させることができる。この結果、テーブル１２の６自由度方向の位置（すなわち位置及び姿勢）の制御を短時間で正確に行うことが可能になる。

また、ロッド１４_１～１４_６のそれぞれは、シャフトモータの可動子である磁石ユニットを固定子である電機子ユニットに対して非接触で支持するエアパッドを有しているので、伸縮機構によるロッドの伸縮を制御する際の非線形成分となる摩擦を回避することができ、これにより、テーブル１２の位置及び姿勢の制御を一層高精度に行うことができる。

また、本実施形態では、伸縮機構１６₁～１６₆を構成する電磁力リニアモータとしてシャフトモータが用いられ、該シャフトモータでは可動子側に円筒状の磁石が用いられた磁石ユニットが用いられているので、その磁石の放射方向の全方向に磁束（磁界）が発生し、その全方向の磁束を、電磁相互作用によるローレンツ力（駆動力）の発生に寄与させることができ、例えば通常のリニアモータ等に比較して明らかに大きな推力を発生させることができ、油圧シリンダ等に比べて小型化が容易である。

したがって、各ロッドがシャフトモータをそれぞれ含む第１ステージシステム２００Ａによれば、小型・軽量化と出力の向上とを同時に実現でき、加工装置１００に好適に適用できる。

また、制御装置６００では、伸縮機構をそれぞれ構成するエアシリンダの空圧を制御することにより低周波振動を制振するとともにシャフトモータに対する電流制御により高周波振動を絶縁するようにすることができる。

第１ステージシステム２００Ａは、さらに平面モータ２６（図１４参照）を備えている。スライダ１０の底面には、磁石ユニット（又はコイルユニット）から成る、平面モータ２６の可動子が設けられ、これに対応してベースＢＳの内部には、コイルユニット（又は磁石ユニット）から成る、平面モータ２６の固定子が収容されている。スライダ１０の底面には、可動子を取り囲んで複数のエアベアリング（空気静圧軸受）が設けられ、複数のエアベアリングによってスライダ１０は、平坦度が高く仕上げられたベースＢＳの上面（ガイド面）上に所定のクリアランス（ギャップ又は隙間）を介して浮上支持されている。平面モータ２６の固定子と可動子との間の電磁相互作用によって生じる電磁力（ローレンツ力）により、スライダ１０は、ベースＢＳの上面に対して非接触でＸＹ平面内で駆動される。本実施形態では、第１ステージシステム２００Ａは、図１に示されるように、計測システム４００及びビーム照射システム５００、並びに搬送システム３００の配置位置相互間で、テーブル１２を自在に移動可能である。なお、第１ステージシステム２００Ａが、それぞれにワークＷを搭載する複数のテーブル１２を備えていても良い。例えば複数のテーブルの１つに保持されたワークに対してビーム照射システム５００を用いた加工を行っている間に、別の１つのテーブルに保持されたワークに対して計測システム４００を用いた計測を行っても良い。かかる場合においても、計測システム４００及びビーム照射システム５００、並びに搬送システム３００の配置位置相互間で、それぞれのテーブルが自在に移動可能である。あるいは、もっぱら計測システム４００を用いた計測のときにワークを保持するテーブルと、もっぱらビーム照射システム５００を用いた加工のときにワークを保持するテーブルを設けるとともに、その２つのテーブルに対するワークの搬入及び搬出がワーク搬送系等によって可能となる構成を採用した場合には、それぞれのスライダ１０は、ベースＢＳ上に固定されていても良い。複数のテーブル１２を設ける場合であっても、それぞれのテーブル１２は、６自由度方向に可動であり、その６自由度方向の位置の制御が可能である。

なお、平面モータ２６としては、エア浮上方式に限らず、磁気浮上方式の平面モータを用いても良い。後者の場合、スライダ１０には、エアベアリングを設ける必要はない。また、平面モータ２６としては、ムービング・マグネット型、ムービング・コイル型のいずれをも用いることができる。

制御装置６００では、平面モータ２６を構成するコイルユニットの各コイルに供給する電流の大きさ及び方向の少なくとも一方を制御することで、スライダ１０を、ベースＢＳ上でＸ，Ｙ２次元方向に自在に移動することができる。

本実施形態では、第１ステージシステム２００Ａは、スライダ１０のＸ軸方向及びＹ軸方向に関する位置情報を計測する位置計測系２８（図１４参照）を備えている。位置計測系２８としては、２次元アブソリュートエンコーダを用いることができる。具体的には、ベースＢＳの上面に、Ｘ軸方向の全長に渡る所定幅の帯状のアブソリュートコードを有する２次元スケールを設け、これに対応してスライダ１０の底面に、発光素子などの光源と、該光源から射出された光束により照明された２次元スケールからの反射光をそれぞれ受光するＸ軸方向に配列された１次元受光素子アレイ及びＹ軸方向に配列された１次元受光素子アレイとによって構成されるＸヘッド及びＹヘッドを設ける。２次元スケールとしては、例えば非反射性の基材（反射率０％）上において、互いに直交する２方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に沿って一定の周期で複数の正方形の反射部（マーク）が２次元配列され、反射部の反射特性（反射率）が、所定の規則に従う階調を有するものが使用される。２次元アブソリュートエンコーダとしては、例えば米国特許出願公開第２０１４／００７００７３号明細書に開示されている２次元アブソリュートエンコーダと同様の構成を採用しても良い。米国特許出願公開第２０１４／００７００７３号明細書と同様の構成のアブソリュート型２次元エンコーダによると、従来のインクリメンタルエンコーダと同等の高精度な２次元位置情報の計測が可能になる。アブソリュートエンコーダであるから、インクリメンタルエンコーダと異なり原点検出が不要である。位置計測系２８の計測情報は、制御装置６００に送られる。

本実施形態では、後述するように、計測システム４００により、テーブル１２上に搭載されたワークＷ上の対象面（例えば上面）の少なくとも一部の３次元空間内の位置情報（本実施形態では形状情報）が計測され、その計測後にワークＷに対する加工が行われる。ここで、対象面とは、加工の目標部位が設けられた面という意味である。したがって、制御装置６００は、ワークＷ上の対象面の少なくとも一部の形状情報を計測したときに、その計測結果と、その計測時におけるロッド１４_１～１４_６に設けられたリニアエンコーダ２４_１～２４_６の計測結果及び位置計測系２８の計測結果と、を対応づけることで、テーブル１２に搭載されたワークＷ上の対象面に設けられた目標部位の位置及び姿勢を、加工装置１００の基準座標系（以下、テーブル座標系と呼ぶ）と関連付けることができる。これにより、それ以後は、リニアエンコーダ２４_１～２４_６及び位置計測系２８の計測結果に基づくテーブル１２の６自由度方向の位置のオープンループの制御により、ワークＷ上の目標部位（対象面）の目標値に対する６自由度方向に関する位置制御が可能になっている。本実施形態では、リニアエンコーダ２４_１～２４_６及び位置計測系２８として、アブソリュート型のエンコーダが用いられているので原点出しが不要なためリセットが容易である。なお、テーブル１２の６自由度方向の位置のオープンループの制御によるワークＷの目標部位の目標値に対する６自由度方向に関する位置制御を可能にするために用いられる、計測システム４００で計測すべき前述の３次元空間内の位置情報は、形状に限らず、対象面の形状に応じた少なくとも３点の３次元位置情報であれば足りる。

なお、本実施形態では、スライダ１０をＸＹ平面内で動かす駆動装置として、平面モータ２６を用いる場合について説明したが、平面モータ２６に代えてリニアモータを用いても良い。この場合、前述した２次元アブソリュートエンコーダに代えて、アブソリュート型のリニアエンコーダによりスライダ１０の位置情報を計測する位置計測系を構成しても良い。また、スライダ１０の位置情報を計測する位置計測系を、エンコーダに限らず、干渉計システムを用いて構成しても良い。

また、本実施形態では、テーブルを移動する機構を、スライダをＸＹ平面内で動かす平面モータと、スライダによってベースプラットホームが構成されるスチュワートプラットホーム型の６自由度パラレルリンク機構とを用いて構成する場合について例示したが、これに限らず、その他のタイプのパラレルリンク機構、あるいはパラレルリンク機構以外の機構を用いてテーブルを移動する機構を構成しても良い。例えば、ＸＹ平面内で移動するスライダと、スライダ上でテーブル１２をＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向に移動するＺチルト駆動機構を採用しても良い。かかるＺチルト駆動機構の一例としては、テーブル１２を三角形の各頂点位置で例えばユニバーサルジョイントその他のジョイントを介して下方から支持するとともに、各支持点を互いに独立してＺ軸方向に駆動可能な３つのアクチュエータ（ボイスコイルモータなど）を有する機構が挙げられる。ただし、第１ステージシステム２００Ａのテーブルを移動する機構の構成は、これらに限定されるものではなく、ワークが載置されるテーブル（可動部材）をＸＹ平面内の３自由度方向、及びＺ軸方向、並びにＸＹ平面に対する傾斜方向の少なくとも５自由度方向に駆動できる構成であれば良く、ＸＹ平面内で移動するスライダを備えていなくても良い。例えばテーブルとこのテーブルを移動するロボットとによって第１ステージシステムを構成しても良い。いずれの構成であっても、テーブルの位置を計測する計測系を、アブソリュート型のリニアエンコーダの組み合わせ、又は該リニアエンコーダとアブソリュート型のロータリエンコーダとの組み合わせを用いて構成すると、リセットを容易にすることができる。

この他、第１ステージシステム２００Ａに代えて、テーブル１２をＸＹ平面内の３自由度方向、及びＺ軸方向、並びにＸＹ平面に対する傾斜方向（θｘ又はθｙ）の少なくとも５自由度方向に駆動可能なシステムを採用しても良い。この場合において、テーブル１２そのものを、エア浮上又は磁気浮上によって、ベースＢＳなどの支持部材の上面上に所定のクリアランス（ギャップ又は隙間）を介して浮上支持（非接触支持）しても良い。このような構成を採用すると、テーブルは、これを支持する部材に対して非接触で移動するので、位置決め精度上極めて有利であり、加工精度向上に大きく寄与する。

計測システム４００は、テーブル１２に搭載されたワークの位置及び姿勢をテーブル座標系と関連付けるためのワークの３次元位置情報、一例として形状の計測を行う。計測システム４００は、図２に示されるように、レーザ非接触式の３次元計測機４０１を備えている。３次元計測機４０１は、ベースＢＳ上に設置されたフレーム３０と、フレーム３０に取付けられたヘッド部３２と、ヘッド部３２に装着されたＺ軸ガイド３４と、Ｚ軸ガイド３４の下端に設けられた回転機構３６と、回転機構３６の下端に接続されたセンサ部３８と、を備えている。

フレーム３０は、Ｙ軸方向に延びる水平部材４０と、水平部材４０をＹ軸方向の両端部で下方から支持する一対の柱部材４２とから成る。

ヘッド部３２は、フレーム３０の水平部材４０に取付けられている。

Ｚ軸ガイド３４は、ヘッド部３２にＺ軸方向に移動可能に装着され、Ｚ駆動機構４４（図２では図示せず、図１４参照）によってＺ軸方向に駆動される。Ｚ軸ガイド３４のＺ軸方向の位置（又は基準位置からの変位）は、Ｚエンコーダ４６（図２では図示せず、図１４参照）によって計測される。

回転機構３６は、センサ部３８をヘッド部３２（Ｚ軸ガイド３４）に対して所定角度範囲（例えば９０度（π／２）又は１８０度（π）の範囲）内でＺ軸と平行な回転中心軸回りに連続的に（又は所定角度ステップで）回転させることができる。本実施形態では、回転機構３６によるセンサ部３８の回転中心軸は、センサ部３８を構成する後述する照射部から照射されるライン光の中心軸と一致している。回転機構３６によるセンサ部３８の基準位置からの回転角度（又はセンサ部３８のθｚ方向の位置）は、例えばロータリエンコーダなどの回転角度センサ４８（図２では図示せず、図１４参照）によって計測される。

センサ部３８は、テーブル１２上に載置される被検物（図２ではワークＷ）に光切断を行うためのライン光を照射する照射部５０と、ライン光が照射されることで光切断面（線）が現れた被検物の表面を検出する検出部５２と、を主体に構成される。また、センサ部３８には、検出部５２により検出された画像データに基づいて被検物の形状を求める演算処理部６１０が接続されている。演算処理部６１０は、本実施形態では加工装置１００の構成各部を統括的に制御するための制御装置６００に含まれる（図１及び図１４参照）。

照射部５０は、図示しないシリンドリカルレンズ及び細い帯状の切り欠きを有したスリット板等から構成され、光源からの照明光を受けて扇状のライン光５０ａを生じさせるものである。光源としては、ＬＥＤ、レーザ光源あるいはＳＬＤ（super luminescent diode）等を用いることができる。ＬＥＤを用いた場合は安価に光源を形成することができる。また、レーザ光源を用いた場合、点光源であるため収差の少ないライン光を作ることができ、波長安定性に優れ半値幅が小さく、迷光カットに半値幅の小さいフィルタが使えるため、外乱の影響を少なくすることができる。また、ＳＬＤを用いた場合は、レーザ光源の特性に加え可干渉性がレーザ光よりも低いため被検物面でのスペックルの発生を抑えることができる。検出部５２は、被検物（ワークＷ）の表面に投影されるライン光５０ａを照射部５０の光照射方向とは異なる方向から撮像するためのものである。また、検出部５２は、図示しない結像レンズやＣＣＤ等から構成され、後述するようにテーブル１２を移動させてライン光５０ａが所定間隔走査される毎に被検物（ワークＷ）を撮像するようになっている。なお、照射部５０及び検出部５２の位置は、被検物（ワークＷ）の表面上のライン光５０ａの検出部５２に対する入射方向と、照射部５０の光照射方向とが、所定角度θを成すように定められている。本実施形態では、所定角度θが例えば４５度に設定されている。

検出部５２で撮像された被検物（ワークＷ）の画像データは、演算処理部６１０に送られ、ここで所定の画像演算処理がなされて被検物（ワークＷ）の表面の高さが算出され、被検物（ワークＷ）の３次元形状（表面形状）が求められるようになっている。演算処理部６１０は、被検物（ワークＷ）の画像において、被検物（ワークＷ）の凹凸に応じて変形したライン光５０ａによる光切断面（線）の位置情報に基づき、光切断面（線）（ライン光５０ａ）が延びる長手方向の画素毎に三角測量の原理を用いて被検物（ワークＷ）表面の基準平面からの高さを算出し、被検物（ワークＷ）の３次元形状を求める演算処理を行う。

本実施形態では、制御装置６００が、被検物（ワークＷ）に投影されたライン光５０ａの長手方向と略直角な方向にテーブル１２を移動させることで、ライン光５０ａを被検物（ワークＷ）の表面を走査させる。制御装置６００は、センサ部３８の回転角度を回転角度センサ４８で検出し、該検出結果に基づいてテーブル１２をライン光５０ａの長手方向と略直角な方向に移動させる。このように、本実施形態では、被検物（ワークＷ）の形状等の計測に際し、テーブル１２を移動させるので、その前提として、ワークＷを保持して計測システム４００のセンサ部３８の下方に移動してきた時点では、テーブル１２の位置及び姿勢（６自由度方向の位置）は、常に所定の基準状態に設定されている。基準状態は、例えばロッド１４_１～１４_６がいずれも伸縮ストローク範囲の中立点に相当する長さ（あるいは最小の長さ）となる状態であり、このとき、テーブル１２のＺ軸、θｘ、θｙ及びθｚの各方向の位置（Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）＝（Ｚ_０、０、０、０）となる。また、この基準状態では、テーブル１２のＸＹ平面内の位置（Ｘ，Ｙ）は、位置計測系２８によって計測されるスライダ１０のＸ、Ｙ位置と一致する。

その後、被検物（ワークＷ）に対する上述した計測が開始されるが、この計測中を含み、テーブル１２の６自由度方向の位置は、制御装置６００によってテーブル座標系上で管理される。すなわち、制御装置６００は、位置計測系２８の計測情報に基づいて平面モータ２６を制御するとともに、リニアエンコーダ２４_１～２４_６の計測値に基づいて、伸縮機構１６₁～１６₆を制御することで、テーブル１２の６自由度方向の位置を制御する。

ところで、本実施形態に係る３次元計測機４０１のように光切断法を用いる場合、センサ部３８の照射部５０から被検物（ワークＷ）に照射されるライン光５０ａを、センサ部３８とテーブル１２（被検物（ワークＷ））との相対移動方向と直交する方向に配置させるのが望ましい。例えば、図２において、センサ部３８と被検物（ワークＷ）との相対移動方向をＹ軸方向に設定した場合、ライン光５０ａをＸ軸方向に沿って配置するのが望ましい。このようにすると、計測時にライン光５０ａの全域を有効に利用した被検物（ワークＷ）に対する相対移動を行うことができ、被検物（ワークＷ）の形状を最適に計測できるためである。ライン光５０ａの向きと上述の相対移動方向とを常に直交させることができるように、回転機構３６が設けられている。

上述した３次元計測機４０１は、例えば米国特許出願公開第２０１２／０１０５８６７号明細書に開示されている形状測定装置と同様に構成されている。ただし、ライン光の被検物に対するＸ、Ｙ平面に平行な方向の走査は、米国特許出願公開第２０１２／０１０５８６７号明細書に記載されている装置では、センサ部の移動によって行われるのに対し、本実施形態では、テーブル１２の移動によって行われる点が相違する。なお、本実施形態では、ライン光の被検物に対するＺ軸に平行な方向の走査に際しては、Ｚ軸ガイド３４及びテーブル１２のいずれを駆動しても良い。

本実施形態に係る３次元計測機４０１を用いる計測方法では、光切断法を用いることで、被検物の表面に一本のライン光からなるライン状投影パターンを投影し、ライン状投影パターンを被検物表面の全域を走査させる毎に、被検物に投影されたライン状投影パターンを投影方向と異なる角度から撮像する。そして、撮像された被検物表面の撮像画像よりライン状投影パターンの長手方向の画素毎に三角測量の原理等を用いて被検物表面の基準平面からの高さを算出し、被検物表面の３次元形状を求める。

この他、計測システム４００を構成する３次元計測機としては、例えば米国特許第７,００９,７１７号明細書に開示されている光プローブと同様の構成の装置を用いることもできる。この光プローブは、２つ以上の光学グループで構成され、２以上の視野方向と２以上の投影方向を含む。１つの光学グループでは１つ以上の視野方向と１つ以上の投影方向を含み、少なくとも１つの視野方向と少なくとも１つの投影方向が光学グループ間で異なり、視野方向により得られたデータは同じ光学グループの投影方向により投影されたパターンのみにより生成される。

計測システム４００は、上述の３次元計測機４０１の代わりに、あるいは上述の３次元計測機に加えて、アライメントマークを光学的に検出するマーク検出系５６（図１４参照）を備えていても良い。マーク検出系５６は、例えばワークに形成されたアライメントマークを検出することができる。制御装置６００は、マーク検出系５６を用いて少なくとも３つのアライメントマークの中心位置（３次元座標）をそれぞれ正確に検出することで、ワーク（又はテーブル１２）の位置及び姿勢を算出する。かかるマーク検出系５６は、例えばステレオカメラを含んで構成することができる。

本実施形態では、制御装置６００は、上述したようにして３次元計測機４０１を用いて、ワークＷの表面（対象面）を走査し、その表面形状データを取得する。そして、制御装置６００は、その表面形状データを用いて最小自乗的処理を行いワーク上の対象面の３次元的位置及び姿勢をテーブル座標系に対して関連付けを行う。ここで、被検物（ワークＷ）に対する上述した計測中を含み、テーブル１２の６自由度方向の位置は、制御装置６００によってテーブル座標系上で管理されているので、ワークの３次元的位置及び姿勢がテーブル座標系に対して関連付けられた後は、加工時を含み、ワークＷの６自由度方向の位置（すなわち位置及び姿勢）の制御は全てテーブル座標系に従ったテーブル１２のオープンループの制御により行うことができる。

図４には、ビーム照射システム５００が、マスクＭを保持する保持部材としてのマスクステージ１５、及びワークＷが搭載されたテーブル１２とともに示されている。

第２ステージシステム２００Ｂの一部を構成するマスクステージ１５には、複数の開口（開口パターン）を有する開口部材としてのマスクＭが、保持されている。なお、開口として貫通孔が設けられたマスクを用いても良いし、ビームを透過可能な基材（合成石英など）の上面又は下面に開口が形成されるようにクロムなどの遮光材料を蒸着してマスクを形成しても良い。本実施形態では、マスクステージ１５に、マスクＭが常設されているが、マスクステージ１５上のマスクを交換可能な構成を採用しても良い。第２ステージシステム２００Ｂは、マスクステージ１５の移動によって、後述するように集光光学系５３０に対するマスクＭの位置を変更可能である。具体的には、マスクＭが常設されたマスクステージ１５を、マスクステージ駆動系１７（図４では不図示、図１４参照）によって４自由度方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びθｚの各方向）に移動することで、マスクＭの４自由度方向の位置の変更を行う。マスクステージ１５のＸ軸方向、Ｙ軸方向、θｚ方向、及びＺ軸方向の位置情報は、例えば干渉計システムから成るマスクステージ位置計測系１９（図４では不図示、図１４参照）によって、例えば０．２５～１ｎｍ程度の分解能で計測されている。マスクステージ位置計測系１９を、エンコーダシステムその他のセンサにより構成しても良い。

マスクステージ駆動系１７は、例えば磁気浮上型の平面モータによって構成されている。平面モータに限らず、例えばマスクステージ１５をＸ軸方向及びＹ軸方向に加えてＺ軸方向にも駆動可能な構成のリニアモータシステムによってマスクステージ駆動系を構成しても良い。なお、マスクステージ駆動系１７は、４自由度方向にマスクステージ１５を移動可能であるが、６自由度方向にマスクステージ１５を移動可能であっても良いし、開口の変更が可能であれば、マスクステージ１５がＸ軸方向、又はＹ軸方向だけに移動可能な構成であっても良い。

本実施形態においては、マスクＭとして、フィルム状、あるいは板状のマスクが用いられている。マスクＭとして、ステンシルマスクを用いることもできる。マスクＭは、低熱膨張の材料で形成しても良い。マスクステージ１５には、図４に断面図にて示されるようにビームの通路となる上下方向（Ｚ軸方向）の貫通孔１５ａが形成されており、マスクＭはこの貫通孔１５ａの上部に配置されている。図５には、マスクＭの平面図が示されている。図５に示されるように、マスクＭには、それぞれがＸ軸方向に延びており、同じ線幅（例えば、例えば１０μｍ）を有し、Ｘ軸方向の長さの異なる複数種類（一例として４種類）のスリット状の開口、それぞれがＹ軸方向に延びており、同じ線幅（例えば、例えば１０μｍ）を有し、Ｙ軸方向の長さの異なる複数種類（一例として４種類）のスリット状の開口、直径の異なる複数種類（一例として４種類）の円形の開口（ピンホール状の開口）、及び一辺の長さが異なる複数種類（一例として４種類）の正方形の開口が形成されている。図５に示される開口ＰＡａ及び開口ＰＡｂのそれぞれは、一例として線幅１０μｍで長さ１０ｍｍのスリット状の開口である。また、開口ＰＡｃは、一例として直径１０μｍのピンホール状の開口である。なお、開口の形状は、スリット状、円形、正方形に限られず、矩形、多角形などの他の形状で良いことは言うまでもないし、スリット状の開口、円形開口、正方形開口の少なくとも１つを備えていなくても良い。また、それぞれの形状の開口の数（種類）も４つに限られず、例えば円形の開口の数が１つで、正方形の開口の数が３つであっても良い。

ビーム照射システム５００は、図４に示されるように、光源系５１０と、光源系から射出されるビームをマスクＭに照射する照明光学系５２０と、マスクＭを通過したビームをワークＷの対象面上に集光する集光光学系５３０と、を備えている。

光源系５１０は、図６に示されるように、光源ユニット６０と、光源ユニット６０に接続されたライトガイドファイバ６２と、ライトガイドファイバ６２の射出側に配置されたダブルフライアイ光学系６４と、コンデンサレンズ系６６と、を備えている。

光源ユニット６０は、ハウジング６８と、ハウジング６８の内部に収納され、互いに平行にマトリクス状に並べられた複数のレーザユニット７０と、を備えている。レーザユニット７０としては、パルス発振又は連続波発振動作を行う各種レーザ、例えば炭酸ガスレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ファイバレーザ、あるいはＧａＮ系半導体レーザなどの光源のユニットを用いることができる。また、レーザユニット７０として使用されるレーザは、ナノ秒レーザでも良いし、ピコ秒レーザでも良いし、フェムト秒レーザでも良い。

ライトガイドファイバ６２は、多数の光ファイバ素線をランダムに束ねて構成されたファイババンドルであって、複数のレーザユニット７０の射出端に個別に接続された複数の入射口６２ａと、入射口６２ａの数より多い数の射出口を有する射出部６２ｂとを有している。ライトガイドファイバ６２は、複数のレーザユニット７０のそれぞれから射出される複数のレーザビーム（以下、適宜「ビーム」と略記する）を、各入射口６２ａを介して受光して多数の射出口に分配し、各レーザビームの少なくとも一部を共通の射出口から射出させる。このようにして、ライトガイドファイバ６２は、複数のレーザユニット７０のそれぞれから射出されるビームを混合して射出する。これにより、単一のレーザユニットを用いる場合に比べて、総出力をレーザユニット７０の数に応じて増加させることができる。ただし、単一のレーザユニットで十分な出力が得られる場合には、複数のレーザユニットを使わなくても良い。

ここで、射出部６２ｂは、次に説明するダブルフライアイ光学系６４の入射端を構成する第１フライアイレンズ系の入射端の全体形状と相似な断面形状を有し、その断面内に射出口がほぼ均等な配置で設けられている。このため、ライトガイドファイバ６２は、上述のようにして混合したビームを、第１フライアイレンズ系の入射端の全体形状と相似になるように整形する整形光学系の役目も兼ねている。

ダブルフライアイ光学系６４は、ビーム（照明光）の断面強度分布を一様化するためのもので、ライトガイドファイバ６２後方のレーザビームのビーム路（光路）上に順次配置された第１フライアイレンズ系７２、レンズ系７４、及び第２フライアイレンズ系７６から構成される。なお、第２フライアイレンズ系７６の周囲には、絞りが設けられている。

この場合、第１フライアイレンズ系７２の入射面、第２フライアイレンズ系７６の入射面は、光学的に互いに共役に設定されている。また、第１フライアイレンズ系７２の射出側焦点面（ここに後述する面光源が形成される）、第２フライアイレンズ系７６の射出側焦点面（ここに後述する面光源が形成される）、及び集光光学系５３０の瞳面（入射瞳）ＰＰ２は光学的に互いに共役に設定されている。

ライトガイドファイバ６２によって混合されたビームは、ダブルフライアイ光学系６４の第１フライアイレンズ系７２に入射する。これにより、第１フライアイレンズ系７２の射出側焦点面に面光源、すなわち多数の光源像（点光源）から成る２次光源が形成される。これらの多数の点光源の各々からのレーザ光は、レンズ系７４を介して第２フライアイレンズ系７６に入射する。これにより、第２フライアイレンズ系７６の射出側焦点面に多数の微小な光源像を所定形状の領域内に一様分布させた面光源（３次光源）が形成される。なお、第１フライアイレンズ系７２の射出側焦点面は、第１フライアイレンズ系７２がビームにより損傷する可能性を低減させるため、第１フライアイレンズ系７２の射出面からビーム射出側に離れた面であっても良い。このとき、第１フライアイレンズ系７２による２次光源は、第１フライアイレンズ系７２の射出面から外れた位置に形成される。同様に、第２フライアイレンズ系７６の射出側焦点面は、第２フライアイレンズ系７６の射出面からビーム射出側に離れた面であっても良い。このとき、第２フライアイレンズ系７６による３次光源は、第２フライアイレンズ系７６の射出面から外れた位置に形成される。

コンデンサレンズ系６６は、第２フライアイレンズ系７６の射出面又はその近傍に位置決めされた前側焦点を有し、上記３次光源から射出されたレーザ光を、照度分布が均一なビームとして射出する。

なお、第２フライアイレンズ系７６の入射端の面積、コンデンサレンズ系６６の焦点距離などの最適化により、コンデンサレンズ系６６から射出されるビームは、平行ビームとみなすことができる。

本実施形態の光源系５１０は、ライトガイドファイバ６２とダブルフライアイ光学系６４とコンデンサレンズ系６６とを備えた照度均一化光学系を備え、この照度均一化光学系を用いて、複数のレーザユニット７０からそれぞれ射出されるビームを混合し、断面照度分布が均一化された平行ビームを生成する。なお、断面照度分布を均一化することが、照度均一化光学系に入射するビームのビーム断面における照度分布よりも、照度均一化光学系から射出されるビームのビーム断面における照度分布の方が均一により近い状態となることを含んでもいても良い。

なお、照度均一化光学系は、上述した構成に限られない。ロッドインテグレータ、コリメーターレンズ系などを用いて照度均一化光学系を構成しても良い。

光源系５１０の光源ユニット６０は、制御装置６００に接続されており（図１４参照）、制御装置６００によって、光源ユニット６０を構成する複数のレーザユニット７０のオンオフが、個別に制御される。これにより、照明光学系５２０（及びマスクＭ）を介して集光光学系５３０からワークＷ（上の対象面）に照射されるレーザビームの光量（レーザ出力）が調整される。

照明光学系５２０は、図４に示されるように、光源系５１０（コンデンサレンズ系６６）からの平行ビームの光路上に順次配置された光学デバイス７８、第１部分照明光学系７９、ミラーアレイ８０及び第２部分照明光学系８２を有する。

光学デバイス７８は、光源系５１０（コンデンサレンズ系６６）からの平行ビームの断面の強度分布を変更可能である。本実施形態では、光学デバイス７８は、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）の一種であるミラーアレイによって構成されている。ここで、空間光変調器とは、所定方向へ進行する光の振幅（強度）、位相あるいは偏光の状態を空間的に変調する素子の総称である。以下では、光学デバイス７８を、第２のミラーアレイ７８とも呼ぶ。第２のミラーアレイ７８は、光源系５１０からの平行ビームの照明光学系５２０の瞳面ＰＰ１における断面強度分布（、照明形状）を変更可能である。なお、以下では、第２のミラーアレイ７８との識別のため、上述のミラーアレイ８０を、第１のミラーアレイ８０と称する（光学デバイス８０と称しても良い）。

第２のミラーアレイ７８は、図７に示されるように、ＸＹ平面及びＸＺ平面に対して４５度（π/４）を成す面（以下、便宜上基準面と呼ぶ）を一面に有するベース部材７８Ａと、ベース部材７８Ａの基準面上に例えばＩ行Ｊ列のマトリクス状に配置された例えばＫ（＝Ｉ×Ｊ）個のミラー素子８１_ｉ，ｊ（ｉ＝１～Ｉ、ｊ＝１～Ｊ）と、各ミラー素子８１_ｉ，ｊを個別に動かすＫ個のアクチュエータ（不図示）を含む駆動部７８Ｂ（図７では図示せず、図１４参照）とを有している。

第２のミラーアレイ７８の各ミラー素子８１_ｉ，ｊは、例えば各ミラー素子８１_ｉ，ｊの一方の対角線に平行な回転軸回りに回動可能に構成され、その反射面の基準面に対する傾斜角度を所定角度範囲内の任意の角度に設定可能である。各ミラー素子の反射面の角度は、回転軸の回転角度を検出するセンサ、例えばロータリエンコーダ８３_ｉ，ｊ（図７では不図示、図１４参照）によって計測される。

駆動部７８Ｂは、例えばアクチュエータとして電磁石あるいはボイスコイルモータを含み、個々のミラー素子８１_ｉ，ｊは、アクチュエータによって駆動されて非常に高応答で動作する。

第２のミラーアレイ７８を構成する複数のミラー素子８１_ｉ，ｊのそれぞれは、光源系５１０からの平行ビームによって照明され、その反射面の傾斜角度に応じた方向に複数の反射ビーム（平行ビーム）ＬＢを射出し、第１部分照明光学系７９に入射させる（図７参照）。第１部分照明光学系７９は、リレーレンズを含む複数のレンズ等を含み、例えばその内部に照明光学系５２０の瞳面ＰＰ１が配置される。第１部分照明光学系７９は、第２のミラーアレイ７８と瞳面ＰＰ１との間に部分光学系７９１を有する。部分光学系７９１は、その前側焦点位置が第２のミラーアレイ７８が配置されている面又はその近傍に位置し、且つその後側焦点位置が瞳面ＰＰ１又はその近傍に位置するように配置され、第２のミラーアレイ７８からの複数の反射ビームＬＢの進行方向に応じて、複数の反射ビームＬＢを瞳面ＰＰ１上に分布させる。すなわち第２のミラーアレイ７８は、複数のミラー素子８１_ｉ，ｊのそれぞれの反射面の傾斜角度を調整することによって瞳面ＰＰ１におけるビームの断面強度分布を設定、あるいは変更することができる。したがって、第２のミラーアレイ７８は、複数のミラー素子８１_ｉ，ｊのそれぞれの反射面の傾斜角度を調整することによって瞳面ＰＰ１におけるビームの断面形状（照明形状と呼んでも良い）を設定、あるいは変更することができる。ここで、瞳面ＰＰ１は集光光学系５３０の瞳面（入射瞳面）ＰＰ２の共役面である。

なお、部分光学系７９１は、入射ビームの角度を射出側での位置に変換する光学系と見なすこともできる。また、光学デバイス７８を、ミラーアレイ等の空間光変調器に限らず、例えば回転可能な円盤部材に複数種類の開口絞りが形成され、その複数種類の開口絞りをビームの光路上に交換して配置可能な照明系開口絞り板等によって構成することも可能である。この照明系開口絞り板は、第１部分照明光学系７９内の瞳面ＰＰ１又はその近傍に配置しても良いし、集光光学系５３０の瞳面ＰＰ２又はその近傍に配置しても良い。この場合、光学デバイス７８を設けなくても良い。なお、第２のミラーアレイ７８は、集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）と共役な面又はその近傍に位置しており、かつ光源系５１０からの平行ビームの一部（例えば、一部のミラー素子（適宜、ミラーとも称する）からの平行ビーム）を、照明光学系５２０に入射させないようにすることもできるので、集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）における加工ビームの強度、あるいは強度分布を調整することが可能である。例えば、集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）において、集光光学系５３０からの加工ビームの照射領域内の強度分布を調整することができる。

本実施形態では、光学デバイス（一例として第２のミラーアレイ）７８を経由した平行ビームは、後述するように第１部分照明光学系７９、第１のミラーアレイ８０及び第２部分照明光学系８２を介してマスクＭに照射され、マスクＭの開口を介して集光光学系５３０に入射する。光学デバイス（一例として第２のミラーアレイ）７８を用いて光源系５１０からの平行ビームの断面強度分布を変更することによって、照明光学系５２０の瞳面ＰＰ１、及び集光光学系５３０の瞳面（入射瞳）ＰＰ２におけるビームの強度分布、すなわちビームの断面形状を変更することが可能である。

また、光学デバイス７８は、集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）と共役な位置、又はその近傍に配置されているので、光学デバイス７８を用いて光源系５１０からの平行ビームの断面強度分布を変換することによって、実質的に集光光学系５３０から射出されるビームの集光光学系５３０の像面における強度分布を変更することも可能である。例えば、第２のミラーアレイ７８の一部のミラーの傾斜角度を、そのミラーで反射されたビームが照明光学系５２０に入射しないように設定することで、像面（加工面ＭＰ）におけるビームの照射領域内の強度分布を変更することができる。また、光学デバイス７８は、マスクＭの開口が配置される面と共役、又はその近傍に配置されているので、光学デバイス７８を用いて光源系５１０からの平行ビームの断面強度分布を変換することによって、実質的にマスクＭ上でのビームの強度分布を変更、あるいは調整することが可能である。例えば、マスクＭの開口に入射するビームに不均一な強度分布を与えることも可能である。

照明光学系５２０の瞳面ＰＰ１に第２のミラーアレイ７８の各ミラー素子８１_ｉ，ｊから反射面の傾斜角度に応じた方向に射出された複数の反射ビーム（平行ビーム）ＬＢが入射され、その瞳面ＰＰ１における断面強度分布（すなわち、断面形状、照明形状）が、第２のミラーアレイ７８の各ミラー素子８１_ｉ，ｊの反射面の傾斜角度に応じて設定される。第１の部分照明光学系７９によって、その設定された断面強度分布を有するビームが、照明光学系５２０の瞳面ＰＰ１と共役な位置又はその近傍に配置される第１のミラーアレイ８０に照射される。

第１のミラーアレイ８０は、図８に示されるように、ＸＹ平面及びＸＺ平面に対して４５度（π/４）を成す面（以下、便宜上基準面と呼ぶ）を一面に有するベース部材８０Ａと、ベース部材８０Ａの基準面上に例えばＰ行Ｑ列のマトリクス状に配置された例えばＭ（＝Ｐ×Ｑ）個のミラー素子８１_ｐ,ｑ（ｐ＝１～Ｐ、ｑ＝１～Ｑ）と、各ミラー素子８１_ｐ,ｑを個別に動かすＭ個のアクチュエータ（不図示）を含む駆動部８０Ｂ（図４では図示せず、図１４参照）とを有し、向きは左右反対ではあるが、第２のミラーアレイ７８と同様に構成されている。

第１のミラーアレイ８０を構成する複数のミラー素子のうち、第１部分照明光学系７９からの平行ビームによって照明されたミラー素子８１_ｐ,ｑのそれぞれは、その反射面の傾斜角度に応じた方向に複数の反射ビーム（平行ビーム）ＬＢを射出し、第２部分照明光学系８２に入射させ、第２部分照明光学系８２から射出されるビームを、任意の大きさ、任意の形状（例えば、スポット状又はスリット状など）で、マスクＭ上に集光することができる。この第２部分照明光学系８２は、その前側焦点位置が第１のミラーアレイ８０の位置又はその近傍に位置し、且つその後側焦点位置がマスクＭの位置又はその近傍（例えば、マスクＭの開口が配置されている面）に位置している。したがって、本実施形態では、マスクＭのＸＹ平面内の位置を調整することにより、マスクＭ上の任意の１つの開口を含む一部の領域のみにビームを照射することが可能である。したがって、本実施形態では、照明光学系５２０からのビームを、マスクＭを介して効率よく集光光学系５３０に入射させることができる。なお、マスクＭの開口にビームが照射されるならば、第１のミラーアレイ８０を設けなくても良い。

本実施形態において、集光光学系５３０は、開口数Ｎ．Ａ．が例えば０．５以上、好ましくは０．６以上の高ＮＡで、低収差の光学系である。本実施形態では、集光光学系５３０として、ＮＡが０．７５、投影倍率１／１０で、最大フィールドが１ｍｍ角の縮小投影レンズが用いられている。

本実施形態において、集光光学系５３０は、大口径、低収差かつ高ＮＡであるため、第１のミラーアレイ８０から第２部分照明光学系８２を介してマスクＭ上に照射され、マスクＭの１つの開口を透過した複数のビームを、像面上の少なくとも１つの位置あるいは領域に集光することができる。詳細は後述するが、本実施形態において、ビーム照射システム５００は、集光光学系５３０から射出されるビームを、マスクＭの開口の形状に応じて、例えば、スポット形状又はスリット形状に集光することができる。本実施形態において、集光光学系５３０は、マスクＭ上の開口パターンを像面上に縮小投影して、開口パターンの縮小像を像面に形成することができる、とも言える。なお、集光光学系５３０の像面において、開口の像（ビームの照射領域）は、集光光学系５３０の光軸上に形成しても良いし、光軸からずれた位置に形成しても良い。この場合、加工に用いるマスクＭの開口を、集光光学系５３０の光軸から外れた位置に配置し、その開口に第１ミラーアレイ８０からのビームが照射されるようにすれば良い。

なお、マスクステージ１５を移動して、加工に用いられる開口を変更することにより、集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）におけるビームの照射領域の大きさ、形状を変更することができるので、マスクステージ１５を、集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布を変更する機構の一部と見なしても良い。

また、集光光学系５３０は、１又は複数枚のレンズによって構成される（図４、図８等では、１枚のレンズを代表的に図示）ので、入射光の面積を大きくすることができ、これにより、開口数Ｎ．Ａ．が小さい集光光学系を用いる場合に比べてより多量の光エネルギを取り込むことができる。したがって、本実施形態に係る集光光学系５３０によって集光されたビームは、極めてシャープで高エネルギ密度を有することとなり、このことはワークの加工に際して加工精度を高めることに直結する。

本実施形態では、後述するように、テーブル１２をＸＹ平面に平行な走査方向（図４では、一例としてＹ軸方向）に移動することにより、目標部位が設けられたワークＷの加工対象面（適宜、対象面とも称する）ＴＡＳを、ＸＹ平面に平行に、又は垂直になる状態にして、ビームとワークＷとを走査方向（スキャン方向）に相対走査しながら加工（加工処理）を行う場合を説明する。なお、加工の際に、テーブル１２のＹ軸方向への移動中に、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向の少なくとも１つの方向にテーブル１２を移動しても良いことは言うまでもない。

本実施形態に係る加工装置１００では、前述したような手法で大いに高められたレーザの総出力（レーザパワー）を極力生かした高スループットな加工処理を実現するため、後述するように、マスクＭ上のスリット状の開口、例えば前述のスリット状の開口ＰＡａ又はＰＡｂの像、すなわちスリット状のビームの照射領域（図９（Ｂ）の符号ＬＳ参照）を、集光光学系５３０の像面（以下、加工面と呼ぶ）ＭＰ（例えば図４及び図９（Ａ）参照）上に形成し、その照射領域ＬＳを形成するビームに対してその長手方向に垂直な方向にワークＷを相対走査しながら所望の加工（例えば除去加工など）を行うことができる。これにより、スポット状のビームでワークを走査（スキャン）する場合に比べて格段広い面積（例えば数倍から数十倍程度の面積）を一気に加工、例えば除去加工を行うことができる。

なお、図４、図９においては、ワークＷに対する除去加工の一例を示しており、加工面ＭＰが、ワークＷの加工後の表面（ワークＷの一部がビームで除去された後の表面）と一致するようにワークＷの位置が制御される。この場合、図４，９からの明らかなように、ワークＷの加工前の表面（対象面ＴＡＳ）は、像面（加工面ＭＰ）から＋Ｚ方向にΔＺだけずれている。このΔＺは、ビームの強度、ワークＷの材質、ビームとワークの相対的な走査速度の少なくとも１つに基づいて決めても良い。

なお、所望の除去加工で可能であれば、加工面ＭＰが、ワークＷの加工後の表面と一致していなくても良い。例えば、ワークＷの対象面ＴＡＳと加工面ＭＰとがほぼ一致するようにワークＷの位置を制御しても良い。

本実施形態の加工装置１００では、第２のミラーアレイ７８を用いて設定される、光源系５１０からの平行ビームの、照明光学系５２０の瞳面ＰＰ１の断面強度分布（集光光学系５３０の瞳面ＰＰ２における断面強度分布）と、マスクＭ上の開口との組み合わせによって、集光光学系５３０の射出面側の第１面及びその近傍におけるビームの３次元的な強度分布を変更可能である。以下、これについて詳述する。本実施形態において、集光光学系５３０の射出面側の第１面とは、マスクＭ上の開口の像が形成される面であり、例えばワークの表面の一部を集光光学系５３０からのビームで除去加工する場合に、加工面ＭＰを指す。本実施形態において、加工面ＭＰは、集光光学系５３０の像面である（例えば図４及び図９（Ａ）参照）が、加工面ＭＰは、像面の近傍の面でも良い。また、本実施形態において、加工面ＭＰは、集光光学系５３０の射出側の光軸ＡＸに垂直であるが、垂直でなくても良い。また、加工面ＭＰに照射されるビームＬＢは、本実施形態では、ワークＷの切削加工などを行なう際に工具として使われる刃物と同様に機能するとも言えるので、そのビームの先端を、本明細書では、光刃物とも称する。

図１０（Ａ）には、本実施形態に係る加工装置１００において設定可能な加工モードの一例の説明図が示されている。ここでは、モード１からモード６の６つのモードについて説明する。図１０（Ａ）において、「照明形状」の図には、瞳面の中心（光軸）で直交する仮想の軸線が一点鎖線で示されている。図１０（Ａ）において、「照明形状」は、照明光学系５２０の瞳面ＰＰ１におけるビームの断面強度分布（断面形状）であるが、集光光学系５３０の瞳面ＰＰ２におけるビームの断面強度分布（断面形状）とも言える。

さらに、図１０（Ａ）において、ビームの先端（光刃物）の「正面図」と「側面図」は、集光光学系５３０と像面（加工面ＭＰ）との間の光軸に垂直な仮想面と、像面（加工面ＭＰ）との間におけるビームの先端（光刃物）の形状を示すものである。なお、非可視波長帯のレーザビームを用いる場合にも、見えるものと仮定して、図１０（Ａ）を用いて説明することができる。

モード１は、一様な強度分布であり、光軸を中心とした円形の照明形状（通常照明とも呼ぶ）を設定し、マスクＭ上の開口として、線幅１０μｍで長さ１０ｍｍのスリット状開口、すなわち前述の開口ＰＡａ又はＰＡｂを選択する加工モードである。本明細書において、開口を選択するとは、第１のミラーアレイ８０を用いて、その選択された開口を含むマスクＭ上の一部の領域にのみ照明光が照射される照明フィールド（照明光の照射領域）を形成（設定）することを含む。ここで、第１のミラーアレイ８０を用いて、選択された開口を含むマスクＭ上の一部の領域にのみ照明フィールドを形成するのは、光源系５１０から射出されるビームの全体を、選択されたパターン部分に集中して照射することで、レーザパワーの損失を極力小さくするためである。

モード１では、光刃物の形状は、図１０（Ａ）に示されるように、正面から見ると、上下反転した等脚台形状でその刃先の長さは１ｍｍとなり、側面から見ると上下反転した二等辺三角形状でその刃先の寸法は１μｍとなる。なお、図１０（Ａ）において、光刃物の正面図及び側面図にそれぞれ示されている座標軸が示す方向は、加工の際のワークの走査方向を示す。モード１において、開口ＰＡａが選択された場合には、走査方向は、Ｘ軸方向となり、開口ＰＡｂが選択された場合には、走査方向はＹ軸方向となる。

モード２は、マスクＭ上の開口として、前述のスリット状開口ＰＡａ又はＰＡｂを選択し、選択した開口の長手方向に対応する直線部を有する半円形の照明形状を設定する加工モードである。モード２の照明形状は、図１０（Ａ）の紙面左右方向に延びる仮想軸線に沿うエッジを有しており、瞳面においては、この仮想軸線で分けられる２つの領域のうちの一側の領域にビームが分布する。モード２における半円形の照明形状は、瞳面の中心（光軸）に関して、１回回転対称な照明形状と称することができる。モード２では、紙面左右方向に延びる仮想軸線が、像面（ＸＹ平面）におけるワークの走査方向と直交する方向に対応している。

モード２では、光刃物の形状は、図１０（Ａ）に示されるように、正面から見ると、モード１と同様、上下反転した等脚台形状でその刃先の長さは１ｍｍとなるが、側面から見るとモード１における上下反転した二等辺三角形を半分にした直角三角形状となる。モード２において、開口ＰＡａが選択された場合には、走査方向は、Ｘ軸方向となり、開口ＰＡｂが選択された場合には、走査方向はＹ軸方向となる。モード２では、側面図に示すように、光刃物（ビームの先端）は、光刃物の進行方向（ワークの走査方向と逆方向）の側に、集光光学系５３０の光軸に平行な面内に実質的に含まれる外縁を有し、この外縁を含む面にほぼ直交する方向（走査方向と平行な方向）にワークと光刃物が相対的に移動する。なお、モード２の照明形状においては、紙面左右方向に延びる仮想軸線に沿うエッジを有しており、瞳面においては、この仮想軸線で分けられる２つの領域のうちの一側（下側）の領域にビームが分布しているが、他側（上側）の領域にビームが分布する別のモードがあっても良い。

モード３は、マスクＭ上の開口として、前述のスリット状開口ＰＡａ又はＰＡｂを選択し、選択した開口の長手方向に直交する方向に対応する直線部を有する半円形の照明形状を設定する加工モードである。モード３の照明形状は、図１０（Ａ）の紙面上下方向に延びる仮想軸線に沿うエッジを有しており、瞳面においては、この仮想軸線で分けられる２つの領域のうちの一側の領域にビームが分布する。このモード３における半円形の照明形状は、瞳面の中心（光軸）に関して、１回回転対称な照明形状と称することができる。モード３では、紙面上下方向に延びる仮想軸線が、像面（ＸＹ平面）におけるワークの走査方向に対応している。モード３では、光刃物の形状は、図１０（Ａ）に示されるように、正面から見ると、モード１における上下反転した等脚台形から右端の直角三角形部分を切除したような台形状であり、一方の脚は、上底と下底に対して垂直であり、刃先の長さは、モード１、２と同様に１ｍｍである。側面から見ると、モード１と同様の二等辺三角形状でその刃先の寸法は１μｍとなる。モード３において、開口ＰＡａが選択された場合には、走査方向は、Ｘ軸方向となり、開口ＰＡｂが選択された場合には、走査方向はＹ軸方向となる。モード３では、正面図に示すように、光刃物（ビームの先端）は、集光光学系５３０の光軸に平行な面内に実質的に含まれる外縁を有し、この外縁を含む面と平行な方向（走査方向と平行な方向）にワークと光刃物が相対的に移動する。なお、モード３の照明形状においては、紙面上下方向に延びる仮想軸線に沿うエッジを有しており、瞳面においては、この仮想軸線で分けられる２つの領域のうちの一側（左側）の領域にビームが分布しているが、他側（右側）の領域にビームが分布する別のモードがあっても良い。

モード４は、マスクＭ上の開口として、前述のスリット状開口ＰＡａ又はＰＡｂを選択し、選択した開口の長手方向及び長手方向に直交する方向にそれぞれ対応する２つの直線部を有する四分円形の照明形状を設定する加工モードである。モード４の照明形状は、図１０（Ａ）の紙面左右方向に延びる仮想軸線に沿うエッジと、紙面上下方向に延びる仮想軸線に沿うエッジを有しており、瞳面においては、この２つの仮想軸線で分けられる４つの領域のうちの１つの領域にビームが分布する。モード４では、光刃物の形状は、図１０（Ａ）に示されるように、正面から見ると、モード３と同様の台形状で、側面から見ると、モード２と同様の直角三角形状となる。モード４において、パターンＰＡａが選択された場合には、走査方向は、Ｘ軸方向となり、パターンＰＡｂが選択された場合には、走査方向はＹ軸方向となる。このモード４における四分円形の照明形状は、瞳面の中心（光軸）に関して、１回回転対称な照明形状を称することができる。モード４では、モード２と同様に、光刃物（ビームの先端）は、光刃物の進行方向（ワークの走査方向と逆方向）の側に、集光光学系５３０の光軸に平行な面内に実質的に含まれる第１の外縁を有し、この第１の外縁が含まれる面とほぼ直交する方向（走査方向と平行な方向）にワークと光刃物が相対的に移動する。さらにモード４では、モード３と同様に、光刃物（ビームの先端）は、集光光学系５３０の光軸に平行な面内に実質的に含まれる第２の外縁を有し、この第２の外縁を含む面とほぼ平行な方向（走査方向と平行な方向）にワークと光刃物が相対的に移動する。なお、モード４の照明形状においては、紙面左右方向に延びる仮想軸線に沿うエッジと、紙面上下方向に延びる仮想軸線に沿うエッジを有しており、瞳面においては、この２つの仮想軸線で分けられる４つの領域（象限）のうちの一つの領域（第３象限）にビームが分布しているが、４つの領域（象限）のうちの他の領域（象限）、例えば第１象限にビームが分布する別のモードがあっても良い。

モード５は、瞳面の中心部に、光軸を中心とする直径の小さな円形の照明形状（小σ照明とも呼ぶ）を設定し、マスクＭ上の開口として、直径１０μｍのピンホール状の開口ＰＡｃを選択する加工モードである。モード５では、光刃物の形状は、図１０（Ａ）に示されるように、正面及び側面のいずれから見ても、直径１μｍの上下（Ｚ軸方向）に延びる直線状となる。この場合の光刃物は、断面円形の棒状であり、側面視では、いずれの方向から見ても直径１μｍの上下（Ｚ軸方向）に延びる直線状である。したがって、モード５においては、走査方向は、任意の方向に設定することができる。

モード６は、照明形状として通常照明を設定し、マスクＭ上の開口として、直径１０μｍのピンホール状の開口ＰＡｃを選択する加工モードである。モード６では、光刃物の形状は、図１０（Ａ）に示されるように、正面及び側面のいずれから見ても、モード１の側面図と同様の上下反転した二等辺三角形状となる。この場合の光刃物は、断面円形の円錐状であり、側面視では、いずれの方向から見ても同じ上下反転した二等辺三角形状である。したがって、モード６においては、走査方向は、任意の方向に設定することができる。

なお、モード２と同様のマスクＭの開口と照明形状を用いて、像面（ＸＹ平面）内において、Ｘ軸及びＹ軸と交差する方向にワークとビームを相対的に移動しても良い。同様に、モード３と同様のマスクＭの開口と照明形状を用いて、像面（ＸＹ平面）内において、Ｘ軸及びＹ軸と交差する方向にワークとビームを相対的に移動しても良い。同様に、モード４と同様のマスクＭの開口と照明形状を用いて、像面（ＸＹ平面）内において、Ｘ軸及びＹ軸と交差する方向にワークとビームを相対的に移動しても良い。

図１０（Ｂ）には、モード１、モード２、モード３及びモード４の光刃物をそれぞれ用いて加工するのに好適なワークの目標部位の例が示され、図１０（Ｃ）には、モード５及びモード６の光刃物をそれぞれ用いて加工するのに好適なワークの目標部位の例が示されている。

モード１の光刃物は、例えば図１０（Ａ）中の光刃物正面図及び光刃物側面図、並びに図１０（Ｂ）に示されるように、ワーク表面の除去加工に特に好適である。また、モード２、モード３及びモード４それぞれの光刃物は、例えば図１０（Ａ）中の光刃物正面図及び光刃物側面図、並びに図１０（Ｂ）に示されるように、ワークの表面に所定深さの溝部を形成する際の溝部側面の除去加工に好適である。特に、モード４は、溝部のコーナー部分の除去加工に好適である。

また、モード５の光刃物は、例えば図１０（Ａ）中の光刃物正面図及び光刃物側面図から明らかなように、例えば板状の部材を、任意の曲線状又は直線上に切断する切断加工に好適である。図１０（Ｃ）中の「ｍｏｄｅ５」は、モード５の光刃物によって板状部材が切断された結果、瓢箪のような形状のワークが作製され、そのワークの側面がモード５の光刃物による切断面であることを示している。

また、モード６の光刃物は、図１０（Ａ）中の光刃物正面図及び光刃物側面図並びに図１０（Ｃ）から明らかなように、ワーク表面に任意形状の微細な溝パターン、例えばバイオチップ流路等の微細パターンを形成するのに特に適している。

加工装置１００には、この他、液体供給装置５４０（図１４参照）が設けられている。液体供給装置５４０は、例えば、集光光学系５３０からのビームを用いた焼入れ加工に用いることができる。液体供給装置５４０は、冷却液（冷却水）を供給する供給口を有し、冷却液を冷却対象物に供給するものである。液体供給装置５４０は、制御装置６００に接続されている（図１４参照）。制御装置６００は、焼入れ加工に際し、光源ユニット６０を制御してワークに照射される集光光学系５３０からのビームの熱エネルギを焼入れ加工に適切な値に調節する。そして、制御装置６００は、テーブル１２に保持されたワークの表面にビームを照射して高温にした後、テーブル１２にワークを保持したまま、液体供給装置５４０からの冷却液をその高温部に噴射して急冷することにより、焼入れ加工を行うことができる。

本実施形態に係る加工装置１００には、集光光学系５３０からのビームを受けて計測処理を行う計測装置１１０（図１１参照）が設けられている。例えば、計測装置１１０は、集光光学系５３０からのビームを受光して、ビームの光学特性などを計測可能である。本実施形態では、計測装置１１０は、例えば、ビームの強度分布を管理するために、用いることができる。本実施形態では、計測装置１１０は、集光光学系５３０の像面（本実施形態では、加工面ＭＰと一致）におけるビームの強度分布と、集光光学系５３０の瞳面ＰＰ２におけるビームの強度分布の少なくとも一方を計測可能である。なお、集光光学系５３０の瞳面ＰＰ２におけるビームの強度分布は、集光光学系５３０の像面におけるビームの角度方向の強度分布と見なすこともできる。

計測装置１１０は、図１１に示されるように、テーブル１２の上面の一部を構成する計測部材９２と、テーブル１２の内部に収容された残りの構成部分とを有している。

図１２には、計測装置１１０の一部であり、テーブル１２内部に配置された構成部分が、計測部材９２とともに斜視図にて示されている。図１２に示されるように、計測装置１１０は、計測部材９２と、第１光学系９４と、光学系ユニット９５と、受光器９６とを備えている。

計測部材９２は、上面がテーブル１２の残りの部分と面一（同一面）となる状態で、テーブル１２の上面に形成された円形開口内に配置されている。計測部材９２は、集光光学系５３０からのビームを透過可能な、例えば合成石英などで形成された基材を有し、その基材の表面には、クロム等の金属の蒸着により反射膜を兼ねる遮光膜が形成されており、その遮光膜の中央部に、円形の開口９２ａが形成されている。したがって、計測部材９２の上面は、遮光膜の表面と開口９２ａ内の基材表面とを含む。なお、遮光膜は、非常に薄く形成されており、以下の説明では、遮光膜の表面と開口９２ａ内の基材表面とは同一面内に位置するとみなして説明する。また、遮光膜を形成しなくても良いが、遮光膜を形成することによって、計測の際に、フレアなどの影響を抑制する効果を期待できる。

第１光学系９４は、計測部材９２の下方に配置されている。計測部材９２の開口９２ａを介したビームは、第１光学系９４に入射する。なお、本実施形態において、第１光学系９４は、コリメータ光学系であるが、コリメータ光学系でなくても良い。

光学系ユニット９５は、中心に回転軸１０１ａが設けられた円形の回転板１０１を有している。回転板１０１には、回転軸１０１ａを中心として所定角度間隔で開口部９７とレンズ（第２光学系）９８とが配置されている。回転軸１０１ａの回転、すなわち回転板１０１の回転により、開口部９７とレンズ９８とのいずれかを、第１光学系９４を介した光の光路上（光軸ＡＸ１に対応する位置）に、選択的に配置可能となっている。回転軸１０１ａの回転は、制御装置６００の指示の下、駆動装置１０２（図１２では不図示、図１４参照）によって行われる。

開口部９７は、第１光学系９４から射出された平行光をそのまま通過させる。この開口部９７を、集光光学系５３０を介したビームの光路上に配置するとともに、第１光学系９４、又は第１光学系９４を構成する少なくとも１つの光学素子を動かすことにより、受光器９６では、集光光学系５３０の瞳面（入射瞳）におけるビームの強度分布を計測することが可能となる。なお、計測装置１１０は、集光光学系５３０の瞳面（入射瞳）の強度分布を計測できなくても良い。この場合、レンズ９８は固定であっても良い。

レンズ９８は、第１光学系９４とともにリレー光学系を構成し、開口９２ａが形成された計測部材９２の上面と受光器９６の受光素子（後述）の受光面とを光学的に共役にする。

受光器９６は、２次元ＣＣＤ等から成る受光素子（以下、適宜、「ＣＣＤ」と呼ぶ）９６ａと、例えば電荷転送制御回路等の電気回路９６ｂと、を有している。なお、受光素子９６ａとしてＣＭＯＳイメージセンサを用いても良いことは言うまでもない。受光器９６の受光結果（受光データ）は制御装置６００に出力される（図１４参照）。ＣＣＤ９６ａは、開口９２ａを介して第１光学系９４に入射し、第１光学系９４から射出され開口部９７を通過する平行光のすべてを受光するのに十分な面積を有している。また、ＣＣＤ９６ａの受光面は、第１光学系９４とレンズ９８とによって構成されるリレー光学系によって計測部材９２の上面（開口９２ａの形成面）と光学的に共役である。また、ＣＣＤ９６ａの各画素は、上述のリレー光学系を介して収束されるビームの照射領域内に複数の画素が含まれるサイズを有している。ＣＣＤ９６ａには、１つ又は複数の基準画素が定められており、その基準画素とテーブル１２の基準点、例えば中心点との位置関係は既知である。したがって、制御装置６００は、受光器９６の出力から、ＣＣＤ９６ａに入射するビームと基準画素との位置関係を知ることができ、テーブル座標系内におけるビームの位置情報（例えば、ビームの集光位置情報）を取得することができる。

なお、ＣＣＤ９６ａの受光面は、計測部材９２の上面（基材表面）が集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）に一致し、かつ開口部９７が、開口９２ａ及び第１光学系９４を介したビームの光路上に配置されている状態では、集光光学系５３０の瞳面と共役である。

また、開口部９７の代わりに、光学系（光学部材）を回転板１０１に配置して、ＣＣＤ９６ａの受光面と集光光学系５３０の瞳面とを共役にしても良い。また、計測の際に、計測部材９２の上面を集光光学系５３０の像面から光軸ＡＸ方向にずらした位置に配置しても良い。

また、光学系ユニット９５は、上述のものに限られない。例えば、回転板１０１を使わずに、例えば可動部材でレンズ９８を保持して、その可動部材を光軸に垂直方向に（例えばＸ軸方向に沿って）移動することによってレンズ９８を挿脱しても良い。

上述の説明から明らかなように、本実施形態では、計測部材９２を含む計測装置１１０が６自由度方向に自在に移動可能なテーブル１２に設けられているので、計測装置１１０の受光部として機能する計測部材９２は、集光光学系５３０の射出面側の光軸ＡＸに平行なＺ軸方向、光軸ＡＸに垂直なＸ軸、Ｙ軸方向の少なくとも一方向に移動しながら、集光光学系５３０からのビームを受光可能である。

ここで、説明は前後するが、計測装置１１０を用いる計測について説明する。集光光学系５３０の像面及びその近傍（Ｚ軸方向に関する近傍の面）におけるビームの強度分布の計測は、例えば次のようにして行われる。

制御装置６００は、まず、位置計測系２８及びリニアエンコーダ２４_１～２４_６の計測値に基づいて、平面モータ２６及び伸縮機構１６_１～１６_６を、既知の目標値（設計情報など）に基づいて制御してテーブル１２を移動し、計測部材９２の開口９２ａを、集光光学系５３０の光軸ＡＸ上の位置に位置決めする。

また、制御装置６００は、駆動装置１０２を介して回転板１０１を回転し、レンズ９８を、開口９２ａ及び第１光学系９４を介したビームの光路上に配置する。そして、この状態で、レンズ９８によってＣＣＤ９６ａの受光面上に収束されるビームの受光結果である受光データ（ＬＲＤ１とする、図１４参照）に基づいて、集光光学系５３０の像面におけるビームの強度分布を計測する。

図１３（Ａ）には、集光光学系５３０の像面におけるビームの強度分布を計測する際の光学配置が、計測装置１１０の光軸ＡＸ１及び集光光学系５３０の光軸ＡＸに沿って展開して示されている（但し、集光光学系５３０より上流側の部分は図示を省略）。ビームの強度分布の計測に際して、例えば前述したモード１からモード６のいずれかのモードにおけるマスクＭの位置決め及び第２のミラーアレイ７８の各ミラー素子８１_ｉ，ｊの反射面の設定が行われ、さらに、第１のミラーアレイ８０の各ミラー素子８１_ｐ，ｑの反射面は、マスクＭ上において所望のビームの強度分布（ビームの照射領域の形状、大きさ、位置等）が得られるような設計上の角度に設定されているものとする。

上記の前提条件の下、図１３（Ａ）に示される光学配置において、制御装置６００が光源ユニット６０の少なくとも１つのレーザユニット７０からレーザビームを発振させ、光源系５１０から平行ビームが射出されると、その平行ビームは、第２のミラーアレイ７８、第１部分照明光学系７９を介して第１のミラーアレイ８０に照射され、第１のミラーアレイ８０の複数のミラー素子８１_ｐ，ｑによってそれぞれ反射され、複数の平行ビームとなって第２部分照明光学系８２を介してマスクＭの選択された開口を取り囲む一回り大きい領域に照射される。マスクＭの開口を介して集光光学系５３０に入射した複数のビームは、集光光学系５３０により像面に集光され、該像面又はその近傍に位置する開口９２ａに入射する。

開口９２ａを通過した光は、第１光学系９４及びレンズ９８から成るリレー光学系によって、計測部材９２の光学的な共役面すなわちＣＣＤ９６ａの受光面上で集光される。したがって、ＣＣＤ９６ａの受光面の強度分布は、計測部材９２の上面内におけるビームの強度分布となる。ＣＣＤ９６ａにより、その強度分布を有するビームが受光され、光電変換されて得られる受光データＬＲＤ１が受光器９６（電気回路９６ｂ）から制御装置６００に送信される（図１４参照）。

そこで、制御装置６００は、リニアエンコーダ２４_１～２４_６の計測値に基づいて伸縮機構１６_１～１６_６を介してテーブル１２をＺ軸方向にステップ移動しつつ、上記受光データＬＲＤ１の取り込みを行い、その取り込んだ受光データＬＲＤ１に基づいて、例えばＣＣＤ９６ａの受光面に形成されるビームの照射領域の面積が最小となるＺ軸方向の位置を見つける。ＣＣＤ９６ａの受光面に形成されるビームの照射領域の面積が最小となるのは、計測部材９２の上面が、集光光学系５３０の像面に一致して、開口９２ａ内に最もシャープなビームの照射領域が形成されるときである。したがって、制御装置６００は、受光器９６からの受光データＬＲＤ１に基づき、ビームを受光した画素の数が最も少なくなるテーブル１２のＺ位置を、計測部材９２の上面と像面とが一致しているＺ位置と判断することができる。本実施形態では、像面を加工面ＭＰとしているので、制御装置６００は、そのＺ位置における受光データＬＲＤ１に基づいて、加工面ＭＰにおけるビームの強度分布（ビームの照射領域の形状、大きさ、位置等）を求めることができる。本実施形態では、制御装置６００は、計測部材９２の上面と像面とが一致しているテーブル１２のＺ位置を求める過程でＺ軸方向のステップ位置毎に取り込んだ受光データＬＲＤ１に基づいて、像面（加工面ＭＰ）と、その近傍（＋Ｚ側）の面（前述の仮想面）との間におけるビームの３次元的強度分布を求めることができる。ビームの３次元的な強度分布を求めることは、光刃物の形状を求めることとも言える。そこで、制御装置６００は、ビームの３次元的強度分布（例えば、像面近傍の＋Ｚ側の面における断面強度分布）が所望状態と異なる場合、例えば第２のミラーアレイ７８の複数のミラー素子８１_ｉ，ｊの少なくとも一部の角度を調整し、ビームの３次元的強度分布を所望状態に調整する。ビームの３次元的強度分布の調整は、光刃物の形状の調整とも言える。

なお、制御装置６００は、ビームの３次元的強度分布を考慮することなく、像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布の計測結果のみを考慮して加工面ＭＰにおけるビームの強度分布（ビームの照射領域の形状、大きさ、位置等）を所望状態に調整することも可能である。なお、第１のミラーアレイ８０は、集光光学系５３０の瞳面ＰＰ２と共役又はその近傍の位置に配置されているので、ミラー素子８１_ｉ，ｊの少なくとも一部の角度を調整することによってビームの３次元的な強度分布を調整しても良い。

また、集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布が所望状態と異なる場合には、制御装置６００は、マスクＭ（開口）の位置調整、第２のミラーアレイ７８の複数のミラー素子８１_ｉ，ｊの少なくとも一部の角度調整の少なくとも一方を行う。

なお、集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布を変更するために、マスクＭ（開口）を変形させても良い。また、集光光学系５３０を調整して（例えば、集光光学系５３０の一部の光学素子を動かして）、開口の像の大きさを変更したり、開口の像を歪ませたりしても良い。

また、計測部材９２の上面と集光光学系５３０の像面とが一致している状態での、ＣＣＤ９６ａの受光面におけるビームの強度分布と、１つ又は複数の基準画素との位置関係から、加工面ＭＰ（集光光学系５３０の像面）におけるビームの照射領域の、テーブル座標系上の位置などを求めることができる。

本実施形態では、制御装置６００は、上述の加工面ＭＰにおけるビームの強度分布（ビームの照射領域の形状、大きさ、位置等）とその近傍の面におけるビームの強度分布の少なくとも一方の計測を行った後に、次に説明する集光光学系５３０の瞳面（入射瞳）ＰＰ２におけるビームの強度分布の計測を行う。なお、瞳面ＰＰ２におけるビームの強度分布の計測を、像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布の計測を行う前に実施しても良い。また、瞳面ＰＰ２におけるビームの強度分布の計測と、像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布の計測とを連続して行わなくても良い。

集光光学系５３０の瞳面（入射瞳）におけるビームの強度分布の計測は、例えば次のようにして行われる。

上述した加工面ＭＰにおけるビームの強度分布の計測の終了後、制御装置６００は、計測部材９２の上面（開口９２ａの形成面）が集光光学系５３０の光軸ＡＸ上の位置であって加工面ＭＰと同一高さとなる位置に、テーブル１２の位置を、維持したまま、駆動装置１０２を介して回転板１０１を回転し、開口部９７を、開口９２ａ及び第１光学系９４を介したビームの光路上に配置する。そして、この状態で、瞳面ＰＰ２におけるビームの強度分布の計測を行う。集光光学系５３０の瞳面ＰＰ２におけるビームの強度分布の計測は、瞳面ＰＰ２におけるビームの断面形状の計測とも言える。また、照明光学系５２０の瞳面ＰＰ１は、集光光学系５３０の瞳面ＰＰ２と共役なので、瞳面ＰＰ２における強度分布の計測は、瞳面ＰＰ１における強度分布の計測とも言える。照明光学系５２０の瞳面ＰＰ１における強度分布の計測は、瞳面ＰＰ１におけるビームの断面形状（照明形状）の計測とも言える。

図１３（Ｂ）には、瞳面におけるビームの強度分布計測が行われる際の光学配置が、計測装置１１０の光軸ＡＸ１及び集光光学系５３０の光軸ＡＸに沿って展開して示されている（但し、集光光学系５３０より上流側の部分は図示を省略）。図１３（Ｂ）に示されるように、この状態では、ビームの光路上には、開口部９７が配置されているため、第１光学系９４を介した平行光は、そのまま受光器９６を構成するＣＣＤ９６ａに入射する。この場合、ＣＣＤ９６ａの受光面は、集光光学系５３０の瞳面と共役な位置に配置されているとみなすことができ、その瞳面におけるビームの強度分布に対応する光束を受光することが可能となる。そこで、制御装置６００は、受光器９６の受光データ（ＬＲＤ２とする、図１４参照）を取り込み、その受光データＬＲＤ２に基づいて瞳面におけるビームの強度分布を求める。そして、その求めた強度分布のデータをメモリに記憶する。

制御装置６００は、瞳面におけるビームの強度分布の計測結果に基づいて、例えば第２のミラーアレイ７８の複数のミラー素子８１_ｉ．ｊの少なくとも一部の角度を調整することができる。なお、像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布と、瞳面ＰＰ２におけるビームの強度分布を、ビームの３次元的強度分布と見なしても良い。すなわち、計測装置１１０を使って計測された像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布と、瞳面ＰＰ２におけるビームの強度分布とから、ビームの３次元的な強度分布（光刃物の形状）を求めて良いし、その結果に基づいて、例えば第１のミラーアレイ８０、第２のミラーアレイ７８の少なくとも一方の、少なくとも一部の角度を調整しても良い。

図１に戻り、制御装置６００は、ホスト・コンピュータを含む上位システムに例えばローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）などを介してオンラインにて接続された上位システム連携部６２０と、レシピ作成部６３０と、を含む。上位システム連携部６２０は、オペレータの指示に基づき、加工前後のワークのＣＡＤデータを上位システムからオンラインにて取得する。レシピ作成部６３０は、上位システム連携部６２０が取得した加工前後のワークのＣＡＤデータに基づいて、加工装置１００による加工で用いるためのレシピデータ（加工に際しての加工装置１００の各部に対する制御情報であって、一連の手順を指示する情報）を作成する。すなわち、加工装置１００では、オペレータは、レシピデータ（以下、適宜、レシピと略記する）の作成を指示するだけで、加工装置１００による加工で用いるためのレシピを取得することができる。

図１４には、加工装置１００の制御系を中心的に構成する制御装置６００の入出力関係を示すブロック図が示されている。制御装置６００は、ワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等を含み、加工装置１００の構成各部を統括制御する。

上述のようにして構成された本実施形態に係る加工装置１００は、集光光学系５３０からのビームを使って、加工対象物（ワーク）に対し、ワークの一部を除去する除去加工、ワークを切断する切断加工等の種々の加工を行なうことが可能である。ワークは加工装置１００に投入され、加工された後に加工装置１００から搬出される。加工装置１００で行われる一連の作業は自動化されており、ワークの供給は、パレットにまとめた一定量を１ロットとして、ロット単位で投入することが可能である。

図１５には、制御装置６００の一連の処理アルゴリズムに対応するフローチャートが示されている。以下のフローチャートにおける各ステップの処理（判断を含む）は、制御装置６００によって行われるが、以下では特に必要な場合を除き、制御装置６００に関する説明は省略する。

前提として、予めオペレータのレシピ作成指示に応じて、制御装置６００が有する上位システム連携部６２０及びレシピ作成部６３０によって少なくとも１つのレシピが作成され、レシピデータベースとして不図示の記憶装置内に記憶されているものとする。そして、オペレータによって、所望のレシピの選択が、制御装置６００に指示されると、図１５のフローチャートに従う処理が開始される。

まず、ステップＳ２において、ロット内のワークの番号を示すカウンタのカウント値ｎを初期化する（ｎ←１）。

次のステップＳ４では加工前の１ロットのワークが搭載されたパレット（不図示）を外部から加工装置１００内の所定の搬出入位置に搬入する。この搬入は、制御装置６００の指示に応じて不図示の搬出入装置によって行われる。ここで、１ロットは例えばｉ×ｊ個であり、パレット上にｉ×ｊ個のワークがｉ行ｊ列のマトリックス状の配置で搭載されている。すなわち、パレット上面には、ｉ行ｊ列のマトリックス状の配置でワークの搭載位置（載置位置）が定められており、それぞれの搭載位置にワークが搭載（載置）されている。例えば各搭載位置には、それぞれマークが付されており、各マークのパレット上の位置は既知である。以下では、１ロットは、一例として４×５＝２０個とし、パレット上面には、４行５列のマトリックス状の配置でマークが付されており、各マークの上にワークが搭載されているものとする。例えば、ロット内の第１～第５番目のワークは、それぞれ１行１列～１行５列の位置に配置され、第６～第１０番目のワークは、それぞれ２行１列～２行５列の位置に配置され、第１１～第１５番目のワークは、それぞれ３行１列～３行５列の位置に配置され、第１６～第２０番目のワークは、それぞれ４行１列～４行５列の位置に配置される。

次のステップＳ６ではロット内のｎ番目のワークをパレットから取り出してテーブル１２に搭載する。このとき第１ステージシステム２００Ａは、加工装置１００内の搬送システム３００が設置された位置の近傍に設定されているローディング／アンローディングポジションにあるものとする。また、このときテーブル１２は、前述した基準状態（Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）＝（Ｚ_０、０、０、０）にあり、そのＸＹ位置は、位置計測系２８によって計測されているスライダ１０のＸ、Ｙ位置と一致している。

具体的には、制御装置６００が、カウント値ｎを参照して、取り出すべきワークのパレット上の位置（ｉ，ｊ）を特定するとともに、搬送システム３００に対し、その特定した位置（ｉ．ｊ）にあるワークの取り出しの指示を与える。この指示に応じ、搬送システム３００によりワークがパレット上から取り出されてテーブル１２上に搭載される。例えば、ｎ＝１の場合、パレット上の１行１列目の位置にあるワークが取り出されてテーブル１２上に搭載される。

次いで、ステップＳ７において、ワークを搭載したテーブル１２を、計測システム４００（センサ部３８）の下方に移動する。このテーブル１２の移動は、制御装置６００が位置計測系２８の計測情報に基づいて、平面モータ２６を制御して、第１ステージシステム２００ＡをベースＢＳ上でＸ軸方向（及びＹ軸方向）に動かすことで行われる。この移動中も、テーブル１２は、前述した基準状態が維持されている。

次のステップＳ８では、計測システム４００を用いて、基準状態にあるテーブル１２上に搭載されたワーク上の対象面の少なくとも一部の３次元空間内の位置情報（本実施形態では３次元形状情報）の計測が行われる。これ以後は、この計測結果に基づき、ワーク上の対象面の６自由度方向の位置は、テーブル座標系（基準座標系）上で、オープンループの制御により管理することが可能になる。

次のステップＳ９では、対象面の少なくとも一部の位置情報（形状情報）の計測が終了したワークを搭載したテーブル１２を、上述した計測システム４００の下方への移動と同様にしてビーム照射システム５００の下方に移動する。

次のステップＳ１０のサブルーチンにおいて、テーブル１２上のワークに対して、レシピに従った加工が行われる。なお、ここでは説明を簡略化するため、同一のレシピには、同一の加工モードでの加工の指定は１回のみ行われるものとする。

ステップＳ１０のサブルーチンでは、図１６に示されるように、まず、ステップＳ１０２において、選択したレシピで次に指定された加工モード（ただし、初回は、最初に指定された加工モードとなる）に対応する所定の設定、すなわち照明形状の設定、及びマスクＭ上の開口の選択設定を行なう。ここでは、前述したモード１からモード６のうちの１つが指定されているものとする。例えば最初にモード１が指定されている場合、照明形状として通常照明が設定され、レシピで指定された開口が選択される。一例としてスリット状の開口ＰＡａが選択される。

次のステップＳ１０４では、前述した手順で、加工面ＭＰ及びその近傍におけるビームの３次元的強度分布（光刃物の形状）の計測、及びその計測結果に基づく調整が行われる。この調整は、例えば、第１のミラーアレイ８０の少なくとも一部のミラー素子の角度の調整、第２のミラーアレイ７８の少なくとも一部のミラー素子の角度の調整、集光光学系５３０の調整（一部のレンズの位置、傾斜などの調整を含む）、及びマスクＭ（開口）の位置調整の少なくとも１つを含む。なお、ビームの３次元的強度分布（光刃物の形状）の計測に基づく調整は、必要な場合にのみ行われることは言うまでもない。また、ステップＳ１０４での計測結果に基づいて加工面ＭＰの位置を決めて良いし、加工面ＭＰとテーブル１２との位置関係を決定しても良い。

次のステップＳ１０６では、集光光学系５３０の瞳面ＰＰ２におけるビームの強度分布の計測（照明形状の計測とも言える）、及びその計測結果に基づく調整が行われる。この調整は、例えば第１のミラーアレイ８０の少なくとも一部のミラー素子の角度の調整、及び第２のミラーアレイ７８の少なくとも一部のミラーアレイの角度の調整の少なくとも一方を含む。この場合も、瞳面ＰＰ２におけるビームの強度分布の計測結果に基づく調整は、必要な場合にのみ行われることは言うまでもない。このようにして、必要な準備作業が終了する。なお、ステップＳ１０４とステップＳ１０６の少なくとも一方は、省略しても良い。

次のステップＳ１０８では、ワークＷに対する加工を行うべく、第１ステージシステム２００Ａ及びビーム照射システム５００を制御して、レシピに従いワークの加工（例えばモード１の場合は、モード１の光刃物による表面の除去加工）が、ビームに対してテーブル１２をスキャン方向に走査しながら行われる。ワークとビームとの相対移動速度（この場合、テーブル１２の移動速度）は、制御装置６００によって制御される。この相対速度は、ワークＷの材質、加工の種類などに基づいて、決定しても良い。なお、先に計測された加工面ＭＰでの強度分布（強度）に応じて相対移動速度を決定しても良い。ここで、加工時におけるワーク上の対象面（及び目標部位）の位置及び姿勢の制御は、先に計測システム４００を用いて計測した対象面の位置情報（本実施形態では形状情報）を考慮して行われる。例えば、計測システム４００を使って取得されたワークＷの対象面ＴＡＳ（図９（Ａ）参照）の位置情報（形状情報）は、ワークＷの対象面ＴＡＳ上の目標部位ＴＡ（図９（Ａ）参照）と、加工面ＭＰにおけるビームの照射領域とを、所望の位置関係で相対移動するために用いられる。

次のステップＳ１１０では、レシピにより指定され、加工が終了していないモードが残っていないか否かを判断し、この判断が否定された場合、すなわち終了していないモードが残っている場合には、ステップＳ１０２に戻り、以降、ステップＳ１１０の判断が工程されるまで、ステップＳ１０２→Ｓ１０４→Ｓ１０６→Ｓ１０８→Ｓ１１０のループの処理（判断を含む）が、繰り返し行われる。これにより、レシピで指定された全ての加工モードにおけるレシピに従ったワークの加工処理が順次行われる。そして、レシピで指定された全ての加工処理が終了すると、ステップＳ１１０の判断が肯定され、メインルーチンのステップＳ１２に戻る。なお、ステップＳ１１０の判断が否定された場合にも、ステップＳ１０２の後の、ステップＳ１０４とステップＳ１０６の少なくとも一方を省いても良い。

ところで、ワークＷとして、テーブル１２上に載置された状態で、テーブル１２の上面（例えばＸＹ平面に平行な面）に対して所定角度傾斜した斜面を有するワークが用いられ、その斜面を対象面として、例えば除去加工を行う必要がある場合も想定される。しかるに、本実施形態に係る加工装置１００は、ワークが搭載されるテーブル１２の６自由度方向の位置を任意に設定可能な第１ステージシステム２００Ａを備えている。そこで、かかる場合において、制御装置６００は、計測システム４００を用いて計測したワークの３次元形状に基づいて、第１ステージシステム２００Ａを制御することで、そのワークの対象面（傾斜面）を加工面ＭＰに位置合わせすることも容易に行なうことができる。当然ながら、テーブル１２上に載置された任意形状のワークに対して、上述のような傾斜面を形成することも容易に行なうことができる。

ステップＳ１２では、加工済みのワークが搭載されたテーブル１２を前述のローディング／アンローディングポジションに移動する。

次のステップＳ１４では、テーブル１２上に搭載されている加工済みのロット内のｎ番目のワークをパレットに戻す。具体的には、制御装置６００が、カウント値ｎを参照して、パレット上の位置を特定し、搬送システム３００に対し、パレット上の特定した位置にワークを戻させるための指示を与える。この指示に応じ、搬送システム３００により、加工済みのワークがテーブル１２上から取り出されてパレット上の特定された位置に戻される。

ステップＳ１４の処理が実行されると、ステップＳ１６に移行する。この時点では、テーブル１２上には、ワークは存在しない。ステップＳ１６では、カウンタのカウント値ｎを１インクリメント（ｎ←ｎ＋１）する。

次のステップＳ１８では、カウント値ｎがＮ（Ｎは、１ロットのワークの数、本実施形態ではＮ＝２０）を超えているか否かを判断する。そして、ステップＳ１８における判断が否定された場合、すなわちロット内に処理が終了していないワークが存在する場合には、ステップＳ６に戻り、ステップＳ１８における判断が肯定されるまで、ステップＳ６～Ｓ１８の処理（判断を含む）を繰り返す。これにより、ロット内の第２番目以降のワークに対して、上述した一連の処理（判断を含む）が行われる。そして、ロット内の全てのワークに対して処理が終了し、ステップＳ１８における判断が肯定されると、ステップＳ２０に進んで、不図示の搬出入装置に対し、処理済みのワークが搭載されたパレットの装置外への搬出を指示した後、本ルーチンの一連の処理を終了する。

なお、上述したステップＳ１０のサブルーチンでは、瞳面におけるビームの強度分布の計測を、ビームの３次元的強度分布を計測した後に行なうものとしたが、これに限らず、瞳面におけるビームの強度分布の計測を、像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布の計測を行う前に実施しても良い。また、ビームの３次元的な強度分布の計測と瞳面におけるビームの強度分布の計測とを連続して行わなくても良い。また、ビームの３次元的強度分布の計測の頻度と像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布の計測頻度が異なっていても良い。

また、上述した瞳面におけるビーム強度分布の計測結果に基づく調整の結果、加工面ＭＰ（像面）におけるビームの強度分布、ビームの３次元的な強度分布の少なくとも一方が変化するおそれがある場合には、制御装置６００は、再度、加工面ＭＰにおけるビームの強度分布と、３次元的な強度分布を計測しても良いし、その結果に基づく調整を行っても良い。

また、上述したステップＳ１０４、及びステップＳ１０６は、モード１からモード６のいずれが設定された場合にも、各モードが設定される度に行なうこととしているが、これに限らず、モード１からモード６の一部のモードについてのみ、ステップＳ１０４及びステップＳ１０６の処理を行うこととしても良い。

なお、上の説明では、ワークＷに対する加工の終了後、加工済みのワークＷを搭載したテーブル１２を、その加工済みのワークをパレットに戻すため、ローディング／アンローディングポジションに移動することとしたが、ワークに対する加工の終了後、加工済みのワークＷを搭載したテーブル１２を計測システム４００の下方に移動して、計測システム４００の３次元計測機４０１を用いてテーブル１２上のワークの形状を検査することとしても良い。例えば、計測された形状情報（３次元位置情報の一種）に基づいて、加工部位の寸法誤差を求めることとしても良い。この場合において、寸法誤差を用いて加工の合否判定をさらに行うこととしても良い。合否判定の結果、不合格と判定されたワークのうち、寸法誤差が正の値であるワーク（除去加工などにより修正可能なワーク）については、その寸法誤差に基づいて、テーブル１２上に載置した（テーブル１２上にチャック機構１３で保持した）まま、必要な修正加工をビーム照射システム５００により行なっても良い。あるいは、ワークに対する加工の終了後、加工済みのワークＷを搭載したテーブル１２を計測システム４００の下方に移動して、計測システム４００の３次元計測機４０１を用いてテーブル１２上のワークの形状を検査し、その検査結果にかかわらず、修正加工を施すこと無く、加工済みのワークをパレットに戻すため、ローディング／アンローディングポジションに移動することとしても良い。この場合、形状検査の結果データを、制御装置６００によって外部の装置、例えば上位装置に送ることとしても良い。

以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る加工装置１００及び加工装置１００で実行される加工方法によると集光光学系５３０の瞳面ＰＰ２におけるビームの断面強度分布（照明光学系５２０の瞳面における断面強度分布（照明形状））と、加工面ＭＰ（像面）におけるビームの強度分布（マスクＭ上の開口）との組み合わせによって、集光光学系５３０の射出面側の像面近傍におけるビームの３次元的な強度分布を変更可能である。すなわち前述した光刃物の形状を変更可能である。したがって、先にモード１からモード６について説明したように、種々の形状の光刃物を用いたワークの加工が可能である。なお、モード１からモード６は、一例であって、加工装置１００では、多種多様の加工モードの設定が可能であり、マスクＭ上の開口の種類を追加し、あるいは設定する照明形状の種類を追加するなどにより、さらに多くの種類の加工モードの設定が可能である。この場合において、上述した計測の結果に基づく調整は、各モードについて、選択された１つの開口について代表的に行なっても良いし、あるいは開口毎に行なっても良い。

図１７には、加工装置１００で行なうことができる各種処理の内容が、それぞれの処理を行なうのに用いられていた従来の工作機械と対応させて示されている。

加工装置１００で対応可能な処理の種類としては、大きく、除去加工、熱処理及び計測の３つの処理が挙げられる。このうち、加工装置１００の主たる役割は、加工によってワークの形状が変わる除去加工であり、この除去加工は、従来、平面切削、平面研削、円筒切削、円筒研削、穴あけ切削、穴あけ研削、平面研磨、切断、文字あるいはパターンの彫刻・刻印、金属金型による自由形状の転写、微細形状の生成などに分類でき、それぞれの処理には、これまでは図１７中の従来の工作機械の欄に記載されている工作機械が用いられていた。

このように、本実施形態に係る加工装置１００は、加工対象物に対する除去加工として、表面加工（研削、切削など）、溝加工（溝形成時の切削、形成後の表面研削など）、及び任意形状の切断、微細加工パターンの形成などあらゆる加工に１台で対応可能である。また、加工装置１００は、穴、円筒、溝の加工を行う場合、対応可能な深さに制約があるかもしれないが、各加工を高精度に実行可能である。特に、バイオチップ流路、マイクロリアクタなどの微細パターンのパターニングに関しては、形成可能な線幅の細さ、位置精度、形成可能なパターン形状の自由度の何れに関しても、従来の工作機械とは別次元とも言える加工が可能である。また、従来ローエンド露光装置などを用いて行われていた微細形状の生成を、現像、エッチング、レイヤ分割などが不要なワークに対する直接加工で実現することが可能である。また、立体的な形状にも対応可能である。加工装置１００は、その他、焼入れ処理などの表面改質処理、及び物体の３次元的な形状検査にも対応可能である。

なお、図１７には記載されていないが、集光光学系５３０からのビームで溶接などの接合加工にも対応できるようにしても良いし、集光光学系５３０からのビームで付加加工（３次元造形加工）を行うようにしても良い。この場合、接合加工、あるいは付加加工を行うための材料を、像面近傍に供給する装置を加工装置１００が備えていても良い。付加加工が可能な場合には、除去加工後のワークの表面に付加加工を実行しても良いし、付加加工後のワークの表面に対して除去加工（付加部分の少なくとも一部を除去する加工）を行っても良い。また、接合加工あるいは付加加工を行う場合にも、瞳面におけるビームの強度分布と像面におけるビームの強度分布（マスクの開口）の最適な組み合わせを設定すれば良い。

また加工装置１００によって加工されるワークの材料は、金属であっても良いし、樹脂であっても良い。

また、本実施形態に係る加工装置１００によると、加工に伴う反力は無いに等しいので、ワークの固定状態が、加工精度や仕上がりに直結するマシニングセンタのような工作機械とは異なり、ワークをテーブル１２上に強固に固定する必要がない。また、加工装置１００は、計測システム４００を備えているので、搬送システム３００によりワークがテーブル１２上に多少ラフに搭載されたとしても、計測システム４００により後に改めて座標系に対する位置が特定されるので問題とならない。この計測システム４００による３次元形状計測（３次元アライメントの一態様）が行われるが故に、搬送システム３００による、ワークのテーブル１２上へのロード及びテーブル１２上からの加工済みのワークのアンロードを含む、一連の動作の自動化が可能となり、効率の良い生産が可能となる。

また、本実施形態に係る加工装置１００及び加工装置１００で実行される加工方法によると、ワークの加工中、目標位置に基づいて、ビームに対するワーク（テーブル１２）の位置制御が行われるが、テーブル１２の制御応答特性、制御精度などに起因して目標位置に対する位置誤差が極力生じないように、テーブル１２の位置情報及びマスクステージ位置計測系１９の計測情報に基づき、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の少なくとも１つの方向において、マスクＭ（マスクステージ１５）のワークＷに対する追従制御を行っても良い。これにより、ワークＷの目標部位とマスクＭの開口を介したビームの照射領域との相対的な位置関係を正確に制御することができる。したがって、サブミクロン、あるいはそれより微細な加工を、例えばテーブル１２の位置制御精度がミクロンオーダー程度以上であっても実現することができる。

また、本実施形態に係る加工装置１００によると、ビーム照射システム５００が備える光源系５１０によって、複数のレーザユニット７０のそれぞれから出力される複数のレーザビームを合成して大径の平行ビームにして、照明光学系５２０に向かって射出する。これにより、レンズなどの各部品にダメージを与えることなく総パワーの向上が可能になる。

また、本実施形態に係る加工装置１００によると、加工に際して、第１のミラーアレイ８０を用いて、選択されたパターンを含むマスクＭ上の一部の領域にのみビーム（照明光）が照射される照明フィールド（照明光の照射領域）が形成（設定）され、光源系５１０から射出されるビームの全体を選択されたパターン部分に集中して照射することで、レーザパワーの損失を極力小さくしている。そして、マスクＭの選択された開口を透過したビームが、ＮＡの大きな縮小投影レンズからなる集光光学系５３０を介してワークに照射される。したがって、ワークの対象面上では、高いエネルギ密度を保ったままフィールドサイズを１ｍｍ程度まで拡大することができ、１０μｍ程度の直径のスポットビームを用いていた従来のレーザ加工装置などと比べて、単位時間に加工できる範囲を飛躍的に拡大することができる。また、短波長のパルスレーザを採用することにより、対象面上で小スポットサイズかつ高エネルギ密度のビームを生成することが可能になり、これにより高い金属への吸収率を確保することが可能になる。

また、本実施形態に係る加工装置１００によると、反力に耐える強固なチャックをテーブル１２上に設ける必要がなくなる。また、ワークをテーブル１２に載置した状態で、計測システム４００によりワークの形状を計測し、その計測結果に基づいてワークの位置を制御することができるので、ワークの位置を出すための治具、段取り専用の治具などが不要になる。また、加工装置１００によると、ワークの加工前後のＣＡＤデータから制御装置６００がレシピを自動生成するので、図面に基づいて技術者がＣＡＤでレシピを作成するためのプログラミングをする必要がない。また、加工に際しては、オペレータは、既に作成されているレシピの選択を指示するだけで良くなるので、装置の前で工具の軌跡をオペレータが手入力で指示する必要がなくなる。

本実施形態に係る加工装置１００及び加工装置１００で実行される加工方法によると、加工が施されたワークをテーブル１２から取り外すことなくテーブル１２上に搭載したままの状態でのそのワークの対象面の３次元形状を、計測システム４００により計測することが可能になり、その計測結果に基づいて、例えば、加工後の形状の合否（OK/NG）を判定することが可能になる。そして、不合格の場合には、ワークをテーブル１２上に搭載したまま、ビーム照射システム５００を用いてそのまま修正加工することも可能であり、極めて効率的である。

また、大量に部品を生産していく過程において、部品を製作しその場で寸法検査を行うことは、品質をコントロールする上で極めて都合が良い。なぜなら、装置の精度には様々な要因から、ドリフトがつきものである。検査をその場で行うことによって、このドリフトの傾向を制御装置６００が感知することが出来、その結果に基づき加工精度に対してフィードバックしていくことが可能になる。すなわち、制御装置６００は、計測システム４００を用いて取得したワークの対象面の位置情報（形状情報）に基づいて、加工における装置のドリフトの傾向を求め、その求めた結果に応じて計測システム４００、ビーム照射システム５００及び第１ステージシステム２００Ａの少なくとも１つを調整することが可能になり、これによって寸法の変動を抑え、歩留まり、品質ばらつきを向上させることが可能になる。

なお、制御装置６００は、加工における装置のドリフトの傾向を求める場合に限らず、計測システム４００を用いて取得したワークの対象面の位置情報（形状情報）に基づいて、計測システム４００、ビーム照射システム５００及び第１ステージシステム２００Ａの少なくとも１つを調整することとしても良い。この場合のワークは、加工を施した後のワーク、及び修正加工を施した後のワークのいずれも含む。ビーム照射システムの調整には、加工面ＭＰにおけるビームの強度分布の調整も含まれる。

なお、これまでは、マスクＭを介して集光光学系５３０に複数のビームを入射させ、その複数のビームを集光光学系５３０で像面（加工面ＭＰ）に集光（マスクＭの開口の像を像面（加工面ＭＰ）上に形成）する場合について説明した。しかしながら、加工装置１００では、マスクＭを必ずしも用いる必要はない。

その理由は、加工面ＭＰ上におけるビームの強度分布を設定する、あるいは変更する方法（例えば、上述したようなスリット状の照明領域を加工面ＭＰ上に形成する方法）としては、例えば第１のミラーアレイ８０によって、集光光学系５３０の物体面上でのビームの集光位置又は集光領域を制御できるからである。

また、集光光学系として、その瞳面（入射瞳）と前側焦点面とが一致する構成、若しくは瞳面（入射瞳）と前側焦点面とが近傍に位置する構成を採用しても良い。この場合も、マスク（開口）を用いずに、例えば、第１のミラーアレイ８０を用いて、集光光学系に入射する複数の平行ビームの入射角度の変更により、その複数の平行ビームのそれぞれの後側焦点面における集光位置を正確に、簡便に制御することができる。この構成の集光光学系を用いる場合には、集光光学系の後側焦点面を加工面ＭＰとすることができる。このタイプの集光光学系を用いる場合にも、上述の計測装置１１０を用いて、後側焦点面（加工面ＭＰ）、後側焦点面の近傍の面、瞳面、瞳面の近傍の面の少なくとも一つでのビームの強度分布を計測することができる。

また、本実施形態では、同一の集光光学系５３０を通る光のみによって、例えばスリット状又はスポット状の照射領域が形成される。このため、別々の光学系を介した光を同一領域に集光してビームスポット（レーザスポット）を形成する場合に比べて、高品質なビームスポットの形成が可能である。

また、本実施形態では、制御装置６００が、前述したロータリエンコーダを用いて、各ミラー素子の状態（ここでは反射面の傾斜角度）を検出し、これにより各ミラー素子の状態を、リアルタイムでモニタしているので、ミラーアレイ７８，８０の各ミラー素子の反射面の傾斜角度を正確に制御できる。

本実施形態に係る加工装置１００では、制御装置６００は、計測装置１１０を用いて、前述した手法により、適当な頻度でビームの３次元的な強度分布、加工面ＭＰ内におけるビームの強度分布などを計測し、必要なキャリブレーションを行うことができる。例えば、制御装置６００は、計測装置１１０を用いた計測結果に基づいて、ビームの３次元的な強度分布、加工面ＭＰ内におけるビームの強度分布などを調整することができる。

また、制御装置６００は、計測装置１１０を用いて加工面ＭＰ内におけるビームの強度分布の計測、加工面ＭＰと異なる面におけるビームの強度分布の計測の少なくとも一方を、例えばワークに対する加工処理に先立って行い、その計測結果に基づいて、加工処理中に、ビーム照射システム５００と第１ステージシステム２００Ａとの少なくとも一方の調整を行うこととしても良い。加工面ＭＰ（像面）と異なる面は、加工面ＭＰ（像面）の近傍の面、もしくは瞳面（ＰＰ２）を含む。

この場合における第１ステージシステム２００Ａの調整（制御）としては、テーブル１２の位置制御が代表的に挙げられる。

また、ビーム照射システム５００の調整（制御）の内容としては、先に、加工面上におけるビームの強度分布、例えば加工面上に形成されるビームの照射領域の形状、大きさ、位置等を設定又は変更する方法として説明したビーム照射システムの各種制御内容の全てが含まれる。

また、例えば加工面ＭＰにおけるビームの強度分布の計測を、テーブル１２が静止した状態で受光器９６で一度に行うことができない場合、例えば、特にマスクＭを用いない場合で加工面ＭＰにおけるビームの照射領域の配置範囲が広い場合などには、テーブル１２（計測部材９２の開口９２ａ）をＸＹ平面内でＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方向に移動しながら加工面ＭＰにおけるビームの強度分布の計測が行われる。

なお、本実施形態に係る加工装置１００では、テーブル１２に計測装置１１０の全ての構成部分が設けられているが、これに限らず、ＣＣＤ９６ａの受光面と、受光部として機能する計測部材９２の開口９２ａの形成面との光学的な共役関係が保たれるのであれば、計測部材９２以外の計測装置１１０の構成部分は、テーブル１２の外部に設けても良い。

また、上述の計測装置１１０と同様のセンサ装置が搭載され、テーブル１２とは独立して移動可能な可動部材を、テーブル１２とは別に設けても良い。この場合、可動部材は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に可動であれば良く、制御装置６００が、テーブル座標系上でその可動部材及びセンサの位置を制御（管理）可能な構成を採用しても良い。センサ装置を用いて、制御装置６００が、前述したビームの強度分布の計測を行うことができる。また、この場合も、制御装置６００は、センサ装置を用いて計測したビームの強度分布に基づいて、加工処理中に、上述したビーム照射システム５００と第１ステージシステム２００Ａとの少なくとも一方の調整を行うこととしても良い。この他、制御装置６００は、テーブル１２上のワークを、計測システム４００を用いて計測するのと並行して、センサ装置を用いて前述したビームの強度分布の計測などを行うことができる。

なお、これまでの説明からわかるように、計測装置１１０は、ビームの強度の照射領域内部のむら（強度分布）を検出するむらセンサとしても用いることができる。

また、計測装置１１０を使って集光光学系５３０の収差、例えば波面収差を計測するようにしても良い。例えば、図１２に示される回転板１０１の空き領域、例えば図１２中の仮想線（二点鎖線）の円内の領域に開口９２ａの形成面と、ＣＣＤ９６ａの受光面とを光学的に共役にする複数のマイクロレンズがマトリックス状に配置されたマイクロレンズアレイを配置しても良い。この場合、回転板１０１を回転させて、そのマイクロレンズアレイを、第１光学系９４から射出される平行光の光路上に位置させ、マスクＭのピンホールパターンを選択し、そのピンホールパターンに第２部分照明光学系８２を介してビームを集光することで、集光光学系５３０の波面収差を計測可能なシャック・ハルトマン方式の波面収差計測器を構成することも可能である。波面収差計測が可能な構成を採用した場合、集光光学系５３０の像面の位置が変化しても、波面収差計測結果から、変化後の集光光学系５３０の像面の位置を計測することができ、それに基づいて加工面ＭＰの位置を変更したり、計測装置１１０による計測処理の際の計測部材９２の上面の位置を調整したりすることができる。また、波面収差計測が可能な構成を採用した場合、併せて、集光光学系５３０の光学特性を調整可能な構成としても良い。例えば、集光光学系５３０を複数のレンズで構成し、そのうちの一部のレンズを、圧電素子等の駆動素子により、光軸ＡＸ方向及び光軸ＡＸに直交する平面に対する傾斜方向（チルト方向）に駆動可能な構成としても良い。かかる場合には、可動なレンズを軸ＡＸ方向及びチルト方向の少なくとも一方の方向に動かすことで、集光光学系５３０の光学特性を調整することができる。

この他、上述した計測装置１１０に代えて、図１８に示されるように、前述の受光器９６を、テーブル１２の上面に、ＣＣＤ９６ａの受光面が、テーブル１２のその他の部分と面一（同一面）、或いはテーブル１２のその他の部分と共役となるように配置しても良い。そして、この受光器９６により、例えば加工面ＭＰにおけるビームの強度分布等を計測することとしても良い。この場合も、テーブル１２が停止した状態での計測だけではなく、テーブル１２が動きながらのビームの強度分布を計測するスキャン計測を可能にすることで、ＣＣＤやミラーアレイの有限な画素数の影響を排除し、正しい計測結果を得ることができる。このように、集光光学系５３０からのビームを受光するセンサでビームの強度分布を計測することで、集光光学系５３０の熱収差などの変動要因も加味されたビームの強度分布の管理が可能となる。また、その結果に基づく調整を行うことによって、集光光学系５３０の加工面ＭＰ（像面など）におけるビームの強度分布を所望状態に精度良く設定することができる。

また、計測装置１１０として、例えば米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号公報に開示される、スリット走査型の空間像計測装置を用いても良い。

以上のように、本実施形態に係る加工装置１００は、従来の工具を用いる工作機械と比較して、多数の利便性、実際の部品等の製造現場（加工現場）の要求に沿うソリューションを備えていることが大きな特徴である。

なお、上記実施形態では、一例として、パレットにまとめた一定量を１ロットとして、ロット単位でワークが処理される場合について説明したが、これに限らず、ワークを１つずつ処理しても良い。この場合、搬送システム３００によって、外部搬送系から受けとった加工前のワークがテーブル１２上にロードされるとともに、加工終了後のワークがテーブル上からアンロードされて、外部搬送系に渡される。

なお、上記実施形態では、マスクＭとして複数の開口を有する透過型マスクを用いる場合について説明したが、これに代えて、反射型マスクを用いても良い。

また、上記実施形態では、照明光学系５２０からのビームが、マスクＭ上の複数の開口のうちの少なくとも１つに照射されるように、マスクステージ１５を用いてマスクＭを移動させていたが、第１のミラーアレイ８０を用いて、マスクＭ上の複数の開口のうちの少なくとも１つを照射するように制御しても良い。このとき、マスクＭはその位置が固定であっても良く、移動可能であっても良い。この場合、加工に用いられる開口を変更することにより、集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）におけるビームの照射領域の大きさ、形状を変更することができるので、第１のミラーアレイ８０を、集光光学系５３０の像面（加工面ＭＰ）におけるビームの強度分布を変更する機構の一部と見なしても良い。

また、マスクＭ上の複数の開口を用いる場合（例えば、像面（加工面ＭＰ）上に複数のビームの照射領域を形成する場合、言い換えれば、像面（加工面ＭＰ）上に複数の開口の像を形成する場合）には、その複数の開口を含む一部の領域のみにビームを照射するようにしても良い。この場合、マスクＭ上で互いに離れた複数の領域にビームを照射するようにしても良い。

なお、上記実施形態では、光源ユニット６０として可視領域～赤外領域の波長を持つビームを発生させるものを用いたが、これに代えて、紫外領域の波長を持つビームを発生させるエキシマレーザ等の紫外光源や、極端紫外領域の波長を持つビームを発生させるＸ線光源等を用いても良い。

なお、上記実施形態では、空間光変調器として第１、第２のミラーアレイ８０、７８を用いる場合について説明したが、これに代えて、ＭＥＭＳ技術によって作製されるデジタル・マイクロミラー・デバイス（Digital Micromirror Device：ＤＭＤ（登録商標））を多数マトリクス状に配置して成る大面積のデジタル・ミラーデバイスを用いても良い。かかる場合には、各ミラー素子の状態（例えばチルト角）をエンコーダなどで計測することは困難になる。かかる場合には、その大面積のデジタル・ミラーデバイスの表面に検出光を照射し、デジタル・ミラーデバイスを構成する多数のミラー素子からの反射光を受光し、その強度分布に基づき、各ミラー素子の状態を検出する検出システムを用いても良い。この場合、検出システムは、デジタル・ミラーデバイスによって形成される像を撮像手段により撮像して得られた画像情報に基づいて多数のミラー素子それぞれの状態を検出するものであっても良い。また、第１、第２のミラーアレイ８０、７８に代えて、反射面の面形状を能動的に変更できるアダプティブ・ミラーを用いても良く、屈折率を局所的に能動的に変更できる透過光学部材を用いても良い。

また、上記実施形態では、第１のミラーアレイ８０を照明光学系５２０の瞳位置又はその近傍に配置する場合について説明したが、第１のミラーアレイ８０は、照明光学系の被照射面（マスクＭが配置される面）と共役な位置又はその近傍に配置しても良い。また、上記実施形態では、第２のミラーアレイ７８を照明光学系の被照射面（マスクＭが配置される面）と共役な位置又はその近傍に配置したが、第２のミラーアレイは、照明光学系の瞳位置又はその近傍に配置しても良い。

なお、上記実施形態では、第１、第２のミラーアレイ８０、７８によって光路を９０度折り曲げる場合について説明したが、第１、第２のミラーアレイ８０、７８による光路の折り曲げ角度は、９０度には限定されず、例えば１１０～１７５度（入射光と射出光とが５～８０度の鋭角を成す）、あるいは５～８０度（入射光と射出光とが１２０～１７５度の鈍角を成す）等の任意の角度にすることができる。

なお、上記実施形態において、光源ユニット６０からのビームの強度を検出する検出器を設けても良い。例えば、集光光学系５３０の上流でビームの一部を分岐して、集光光学系５３０に入射しない分岐されたビームを検出器で受光しても良い。例えば、この検出器の出力から集光光学系５３０に入射するビームの強度（エネルギ）を求めることができるので、この検出器からの出力を用いて、加工面ＭＰに向かうビームのＺ軸方向の集光位置（像面のＺ軸方向の位置）を推測しても良い。そして、その推測結果を用いて、上記集光位置（像面のＺ軸方向の位置）が所望の位置となるように集光光学系５３０を制御しても良い。

なお、上記実施形態に係る加工装置１００において、例えばロータリエンコーダ８３_ｐ,ｑとともに、図１４に仮想線で示される検出システム８９を、用いても良い。この検出システム８９としては、第１のミラーアレイ８０の表面に検出光を照射し、第１のミラーアレイ８０を構成する多数のミラー素子８１_ｐ,ｑからの反射光を受光し、その強度分布に基づき、各ミラー素子８１_ｐ,ｑの状態を検出する検出システムを用いることができる。検出システムとしては、例えば米国特許第８，４５６，６２４号明細書に開示されるものと同様の構成のシステムを用いることができる。ロータリエンコーダ８３_ｉ，ｊとともに、検出システム８９を用いても良い。

また、上記実施形態では、各ミラー素子８１_ｉ，ｊ又は８１_ｐ,ｑの反射面の基準面に対する傾斜角度を変更可能なタイプのミラーアレイ７８、８０を用いる場合について例示したが、これに限らず、各ミラー素子が、基準面に対して傾斜可能かつ基準面に直交する方向に変位可能な構造のミラーアレイを採用しても良い。また、各ミラー素子は、必ずしも基準面に対して傾斜可能でなくても良い。このように、基準面に直交する方向に変位可能なミラーアレイは、例えば米国特許第８，４５６，６２４号明細書に開示されている。この他、各ミラー素子が、基準面に平行な互いに直交する２軸の回りに回転可能（すなわち直交する２方向の傾斜角度を変更可能）なタイプのミラーアレイを採用しても良い。このように直交する２方向の傾斜角度を変更可能なミラーアレイは、例えば米国特許第６，７３７，６６２号明細書に開示されている。これらの場合においても、上記米国特許第８，４５６，６２４号明細書に開示される検出システムを用いて各ミラー素子の状態を検出することができる。

なお、ミラーアレイ７８又は８０の表面に検出光を照射し、ミラーアレイ７８、８０をそれぞれ構成する多数のミラー素子８１_ｉ，ｊ又は８１_ｐ,ｑからの反射光を受光する検出システムを用いても良い。あるいは、検出システムとして、各ミラー素子の基準面（ベース）に対する傾斜角及び間隔を個別に検出するセンサを、ミラーアレイ（光学デバイス）に設けても良い。

なお、集光光学系５３０に入射する複数のビームの全ての入射角度などが制御（変更）可能でなくても良い。したがって、上記実施形態と同様にミラーアレイを用いる場合などに、全てのミラー素子が反射面の状態（反射面の位置及び傾斜角度の少なくとも一方）を変更可能でなくても良い。あるいは、ミラーアレイは、複数のミラー素子の反射面の状態を個別に変更可能であっても良いし、グループ毎に変更可能であっても良い。前者には、制御装置６００が、グループ毎にミラーアレイの反射面の状態を変更する場合も含まれる。

また、上記実施形態のミラーアレイに代えて、以下に説明する空間光変調器（非発光型画像表示素子）を用いても良い。透過型空間光変調器としては、透過型液晶表示素子（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）以外に、エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）等が例として挙げられる。また、反射型空間光変調器としては、上述のマイクロミラー・アレイの他に、反射型液晶表示素子、電気泳動ディスプレイ（ＥＰＤ：Electro Phonetic Display）、電子ペーパー（又は電子インク）、光回折型ライトバルブ（Grating Light Valve）、回折光学素子（Diffractive Optical Element）等が例として挙げられる。

なお、上記実施形態において、ビームの断面強度分布は、２値の強度分布であっても良いし、３値以上の多値の強度分布をであっても良いことは言うまでもない。また、ビーム強度分布、ビームの断面形状（例えば照明形状）などは、その断面において、ワークの加工に有効な強度を有する範囲で規定しても良い。

また、上記実施形態では、マスクＭ上の開口に照射されるビームの照度分布を均一な分布にする場合について説明したが、マスクＭ上の開口に照射されるビームの照度分布は不均一なものであっても良い。

また、上述したように、集光光学系５３０は大口径であることが望ましいが、開口数Ｎ．Ａ．が０．５より小さい集光光学系を用いても良い。また、集光光学系５３０と被加工物としてのワークとの間を液体で満たす液浸加工を行っても良い。この場合、集光光学系の開口数Ｎ．Ａ．が１．０よりも高くても良い。また、集光光学系５３０とワークとの間の雰囲気が真空であっても良い。

また、上述の実施形態において、集光光学系５３０の収差を完全に０にするのではなく、所定の収差量が残存する状態としても良い。

なお、上記実施形態では、一例として、制御装置６００が、第１ステージシステム２００Ａ、第２ステージシステム２００Ｂ、搬送システム３００、計測システム４００及びビーム照射システム５００の構成各部を制御する場合について説明したが、これに限らず、加工システムの制御装置を、マイクロプロセッサ等の処理装置をそれぞれ含む複数のハードウェアにより構成しても良い。この場合において、第１ステージシステム２００Ａ、第２ステージシステム２００Ｂ、搬送システム３００、計測システム４００及びビーム照射システム５００のそれぞれが処理装置を備えていても良いし、第１ステージシステム２００Ａ、第２ステージシステム２００Ｂ、搬送システム３００、計測システム４００及びビーム照射システム５００のうちの少なくとも２つを制御する第１処理装置と、残りのシステムを制御する第２処理装置との組み合わせであっても良いし、あるいは上記４つのシステムのうちの２つを制御する第１処理装置と、残り２つのシステムを個別に制御する第２及び第３処理装置との組み合わせであっても良い。いずれの場合もそれぞれの処理装置が、上述した制御装置６００の機能の一部を受け持つことになる。あるいは、複数のマイクロプロセッサ等の処理装置と、これらの処理装置を統括的に管理するホスト・コンピュータとによって、加工システムの制御装置を構成しても良い。

なお、加工装置１００が計測システム４００を備えていなくても良い。

上述の実施形態の複数の構成要件は適宜組み合わせることができる。したがって、上述の複数の構成要件のうちの一部が用いられなくても良い。

以上説明したように、本発明に係る加工装置及び加工方法は、ワークの加工に適している。

１０…スライダ、１２…テーブル、１３…チャック機構、１５…マスクステージ、１６₁～１６₆…伸縮機構、１７… マスクステージ駆動系、１９…マスクステージ位置計測系、２４_１～２４_６…リニアエンコーダ、２６…平面モータ、２８…位置計測系、６２…ライトガイドファイバ、６４…ダブルフライアイ光学系、７０…レーザユニット、７８…第２のミラーアレイ、８０…第１のミラーアレイ、８０_ｐ，ｑ…ミラー素子、８３_ｐ，ｑ…ロータリエンコーダ、８９…検出システム、９２…計測部材、９２ａ…開口、１００…加工装置、９６…受光器、１１０…計測装置、２００Ａ…第１ステージシステム、２００Ｂ…第２ステージシステム、３００…搬送システム、４００…計測システム、４０１…３次元計測機、５００…ビーム照射システム、５２０…照明光学系、５３０…集光光学系、６００…制御装置、ＢＳ…ベース、ＬＢ…ビーム、Ｍ…マスク、ＭＰ…加工面、ＰＡａ～ＰＡｃ…開口パターン、ＴＡ…目標部位、Ｗ…ワーク。

Claims (32)

1. ワークにビームを照射して前記ワークを除去加工する加工装置であって、
   前記ワークが載置される第１保持部材を有し、前記第１保持部材を移動することで、前記第１保持部材に保持されたワークを移動する第１保持システムと、
   前記ビームを射出する集光光学系を含むビーム照射システムと、
   前記第１保持部材に保持された前記ワークの位置情報を取得するための３次元計測機を含む計測システムと、
   制御装置と、を備え、
   前記第１保持部材と前記集光光学系からのビームとを相対移動させつつ前記ワークの目標部位に対して除去加工が行われ、
   前記ワークを第１ワークとして、前記第１ワークと異なる第２ワークが載置される第２保持部材を有し、前記第２保持部材を移動することで、前記第２保持部材に保持された前記第２ワークを移動する第２保持システムをさらに備え、
   前記第１保持部材に保持された前記第１ワークに前記ビーム照射システムを用いた除去加工を行っている間に、前記第２保持部材に保持された前記第２ワークの位置情報を、前記計測システムを用いて取得する
   加工装置。
2. 前記計測システムは、前記目標部位を含む前記ワークの対象面の3次元形状を計測可能である請求項１に記載の加工装置。
3. 前記計測システムは、光切断法を用いて、前記ワークの前記対象面の３次元形状を計測する請求項２記載の加工装置。
4. 前記制御装置は、前記ワークに対する加工情報と、前記計測システムの計測結果とに基づいて、前記第１保持システムと前記ビーム照射システムとを制御して、前記ワークの除去加工を行う請求項１～３のいずれか一項に記載の加工装置。
5. 前記制御装置は、前記計測システムで前記第１保持部材に保持された前記ワークの位置情報を取得した後に、前記ワークが保持された前記第１保持部材を移動し、前記ビーム照射システムを用いて、前記第１保持部材に保持された前記ワークの除去加工を開始する請求項４記載の加工装置。
6. 前記制御装置は、前記除去加工の後に、前記第１保持部材に保持された前記ワークの加工部位を含む少なくとも一部の位置情報を、前記計測システムを用いて取得する請求項１～５のいずれか一項に記載の加工装置。
7. 前記制御装置は、前記除去加工の後に取得された前記計測システムの計測結果に基づいて、前記第１保持部材で前記ワークを保持したまま、前記ビーム照射システムを用いて前記ワークに修正加工を行う請求項６に記載の加工装置。
8. 前記制御装置は、前記除去加工の後に取得された前記計測システムの計測結果に基づいて、前記計測システム、前記ビーム照射システム及び前記第１保持システムの少なくとも１つを調整する請求項６に記載の加工装置。
9. 前記計測システムは、センサ部と、前記センサ部を前記集光光学系の光軸と平行な方向に移動する駆動機構を有する請求項１～８のいずれか一項に記載の加工装置。
10. 前記計測システムの計測結果により、前記第１保持部材に保持された前記ワークの位置および姿勢が、前記加工装置の基準座標系との関連付けられる請求項１～９のいずれか一項記載の加工装置。
11. 前記ビーム照射システムは、複数のミラーを有する光学デバイスを含み、
    前記制御装置は、前記複数のミラーの少なくとも一部の角度調整を行うことにより、前記集光光学系に入射する少なくとも一つのビームの、前記集光光学系の光軸と交差する面内での集光位置を制御する請求項１～１０のいずれか一項に記載の加工装置。
12. 前記集光光学系からのビームを受光部で受光する計測装置をさらに備え、
    前記計測装置の少なくとも一部は、前記第１保持部材、または前記第１保持部材とは異なる可動部材に設けられる請求項１～１１のいずれか一項に記載の加工装置。
13. 前記目標部位に照射される前記ビームは、前記目標部位を含む前記ワークの表面からずれた集光位置に集光する請求項１～１２のいずれか一項記載の加工装置。
14. 前記目標部位を含む前記ワークの表面は、前記目標部位に照射される前記ビームの前記集光位置と前記集光光学系との間に位置する請求項１３に記載の加工装置。
15. 前記集光光学系から射出された前記ビームは加工面に集光し、
    前記目標部位を含む前記ワークの表面と前記加工面とは、前記集光光学系の光軸と平行な方向にずれている請求項１３又は１４に記載の加工装置。
16. 前記ワークの除去加工後の表面と前記集光位置が一致するように前記除去加工が行われる請求項１３～１５のいずれか一項に記載の加工装置。
17. 前記集光光学系の射出面側における前記ビームの強度分布が変更可能である請求項１～１６のいずれか一項に記載の加工装置。
18. 前記集光光学系は、その瞳面とその前側焦点面とが一致する構成、または前記瞳面と前記前側焦点面が近傍に位置する構成である請求項１～１７のいずれか一項に記載の加工装置。
19. 前記第１保持部材及び前記第２保持部材は、前記計測システムの配置位置、及び前記ビーム照射システムの配置位置の相互の間で移動する請求項１～１８のいずれか一項に記載の加工装置。
20. ワークにビームを照射して前記ワークを除去加工する加工方法であって、
    第１保持部材にワークを保持することと、
    前記第１保持部材を移動することで、前記第１保持部材に保持されたワークを移動することと、
    ３次元計測機を含む計測システムを用いて前記第１保持部材に保持された前記ワークの位置情報を取得することと、
    前記計測システムの計測結果に基づいて、集光光学系を含むビーム照射システムから射出されるビームと前記ワークが保持された第１保持部材とを相対移動させつつ前記ワークの目標部位に対して除去加工を行うことと、
    前記ワークを第１ワークとして、前記第１ワークと異なる第２ワークを第２保持部材に保持することと、
    前記第２保持部材を移動することで、前記第２保持部材に保持された前記第２ワークを移動することと、
    前記第１保持部材に保持された前記第１ワークに前記ビーム照射システムを用いた除去加工を行っている間に、前記第２保持部材に保持された前記第２ワークの位置情報を、前記計測システムを用いて取得すること
    を含む加工方法。
21. 前記計測システムは、前記目標部位を含む前記ワークの対象面の3次元形状を計測可能である請求項２０に記載の加工方法。
22. 前記計測システムは、光切断法を用いて、前記ワークの前記対象面の３次元形状を計測する請求項２１記載の加工方法。
23. 前記計測システムで前記第１保持部材に保持された前記ワークの位置情報を取得した後に、前記ワークが保持された前記第１保持部材を移動し、前記ビーム照射システムを用いて、前記第１保持部材に保持された前記ワークの除去加工を開始する請求項２０～２２のいずれか一項に記載の加工方法。
24. 前記除去加工の後に、前記第１保持部材に保持された前記ワークの加工部位を含む少なくとも一部の位置情報を、前記計測システムを用いて取得することをさらに含む請求項２０～２３のいずれか一項に記載の加工方法。
25. 前記除去加工の後に取得された前記計測システムの計測結果に基づいて、前記第１保持部材で前記ワークを保持したまま、前記ビーム照射システムを用いて前記ワークに修正加工を行うことをさらに含む請求項２４に記載の加工方法。
26. 前記目標部位に照射される前記ビームは、前記目標部位を含む前記ワークの表面からずれた集光位置に集光する請求項２０～２５のいずれか一項に記載の加工方法。
27. 前記ビームの前記集光位置と前記集光光学系との間に前記目標部位を含む前記ワークの表面が位置する状態で、前記ワークの表面に含まれる前記目標部位に前記ビームを照射する請求項２６に記載の加工方法。
28. 前記集光光学系から射出された前記ビームは加工面に集光し、
    前記目標部位を含む前記ワークの表面と前記加工面とは、前記集光光学系の光軸と平行な方向にずれている請求項２６又は２７に記載の加工方法。
29. 前記ワークの除去加工後の表面と前記集光位置が一致するように前記ワークの除去加工が行われる請求項２６～２８のいずれか一項に記載の加工方法。
30. 前記集光光学系の射出面側における前記ビームの強度分布が変更可能である請求項２０～２９のいずれか一項に記載の加工方法。
31. 前記集光光学系は、その瞳面とその前側焦点面とが一致する構成、または前記瞳面と前記前側焦点面が近傍に位置する構成である請求項２０～３０のいずれか一項に記載の加工方法。
32. 前記第１保持部材及び前記第２保持部材は、前記計測システムの配置位置と、前記ビーム照射システムの配置位置との間で移動する請求項２０～３１のいずれか一項に記載の加工方法。

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