JP2012035294A - テーパ穴形成装置、テーパ穴形成方法、光変調手段および変調マスク - Google Patents

テーパ穴形成装置、テーパ穴形成方法、光変調手段および変調マスク Download PDF

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Abstract

【課題】被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができるテーパ穴形成装置を提供する。
【解決手段】テーパ穴形成装置１０は、マスク照明系１１からの光を変調して、略円形の等強度線を有する光を被加工物１８に照射する光変調手段１５を備えている。光変調手段１５は、各々がテーパ穴２０に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有しており、各単位変調手段により変調されて被加工物１８に照射される光は各々、テーパ穴２０に対応する光強度分布を有する単位階調光５０となっている。また、各単位階調光５０のうち一の単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗは、その他の単位階調光５０のうち少なくとも１つの単位階調光５０における傾斜部分５２の幅と異なっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置およびテーパ穴形成方法に関する。また本発明は、光源からの光を変調する光変調手段および変調マスクに関する。
近年、電子機器などで用いられる部品において、部品（被加工物）を様々な形状に高精度で光加工することが求められている。例えば、プリンタなどに使用されるインクジェットヘッドにおいては、良好なインクの吐出性能を得るために、インクジェットヘッドのノズルまたはインク流路などを精密に光加工することが求められる。このうちノズルにおいては、インクの吐出口が基端部よりも細くなるようテーパ部が設けられる。
図４７に、レーザ光によるアブレーションを利用してノズルを形成するための、従来のレーザ加工装置１００を示す。レーザ加工装置１００のステージ１０９上には、ポリイミド等の樹脂プレートからなり、レーザ加工によりノズルが形成される被加工物１０８が載置されている。レーザ光源１０２から出射されるパルス状のレーザ光は、光強度分布を均一化する照明光学系１０３を通過した後、マスク１０４に入射される。マスク１０４は、光を透過させる石英ガラス層１０５と、光を遮蔽する金属からなる光遮蔽膜１０６とを積層することにより形成されており、また、光遮蔽膜１０６はその中央部に円形の開口部１０６ａを有している。このため、マスク１０４に入射したレーザ光のうち、光遮蔽膜１０６の開口部１０６ａに対応する領域に入射したレーザ光のみがマスク１０４を透過し、その他の光はマスク１０４の光遮蔽膜１０６により遮蔽される。マスク１０４を透過したレーザ光は、結像光学系１０７により被加工物１０８上に結像される。被加工物１０８上に結像され照射された光は、光遮蔽膜１０６の開口部１０６ａに対応する円形パターンを有しており、このため、被加工物１０８が円形に加工される。これによって、テーパ部１１０ｂが設けられたノズル１１０が作製される。
レーザ加工により作製されるノズル１１０のテーパ部１１０ｂのテーパ角と、照射されるレーザ光のエネルギー密度（光強度）との間には、図４８（ａ）に示すように、強度を小さくするとテーパ角が大きくなる関係があることが知られている。この関係を利用することにより、照射されるレーザ光の強度を調整して所望角度のテーパ部１１０ｂを形成することが可能となる。例えば特許文献１において、所定の角度を有するテーパ部１１０ｂを形成するよう、照射されるレーザ光の強度を調整してノズル１１０を形成する装置が開示されている。
特開２００２−６７３３３号公報
上述のノズルなどの部品の生産効率を向上させるため、複数のノズルを一度に製造することが求められる場合がある。この場合、例えばレーザ加工により、被加工物に複数のテーパ穴が一度に形成される。
ところで、レーザ光による加工においては、複数のテーパ穴が形成されるべき領域（テーパ穴形成領域）に対して、レーザ加工装置からそれぞれ等しい強度を有するレーザ光が出射される場合であっても、被加工物に到達する際のレーザ光の強度がテーパ穴形成領域の位置によって異なる場合がある。このように被加工物に到達する際のレーザ光の強度がテーパ穴形成領域の位置によって異なる理由としては、様々な要因が挙げられる。
例えば、１つの要因として以下のような現象が考えられる。レーザ光による加工においては、アブレーションにより被加工物の一部が除去される際に飛散物が発生するが、この飛散物によって、被加工物に到達する際のレーザ光が吸収・散乱されることが知られている。ここで、各テーパ穴形成領域間の距離が小さい場合、一のテーパ穴形成領域において発生した飛散物が、他のテーパ穴形成領域にまで到達することがある。この場合、他のテーパ穴形成領域に照射されるレーザ光は、自身の加工により発生する飛散物だけでなく、一のテーパ穴形成領域において発生した飛散物によっても吸収・散乱される。このように近傍のテーパ穴形成領域からの飛散物の影響が生じうる状況においては、複数のテーパ穴形成領域からなる一群において、一群の中央部に位置するテーパ穴形成領域は、一群の端部に位置するテーパ穴形成領域に比べて、飛散物によるレーザ光の吸収・散乱がより多く発生すると考えられる。この場合、中央部に位置するテーパ穴形成領域に到達する際のレーザ光の強度は、端部に位置するテーパ穴形成領域に到達する際のレーザ光の強度に比べて小さくなる。
また、その他の要因として以下のような現象も考えられる。複数の領域に対して、レンズを用いて結像された光を照射する場合、各領域に照射される光の収差は一般にそれぞれ異なっている。例えばレーザ加工装置によりテーパ穴形成領域の一群に対してレーザ光が照射される場合、一群の端部に位置するテーパ穴形成領域に照射される光の収差が、一群の中央部に位置するテーパ穴形成領域に照射される光の収差に比べて大きくなることが考えられる。すなわち、一群の端部に位置するテーパ穴形成領域に照射される光の点像が、一群の中央部に位置するテーパ穴形成領域に照射される光の点像に比べてボケることが考えられる。この場合、一群の端部に位置するテーパ穴形成領域に照射される光の円形パターンにおいて、円形パターンの境界部分（円形パターン内側の強い光と円形パターン外側の弱い光との間の遷移部分であり、後述する本発明の実施の形態における傾斜部分）が長くなることになる。
また、さらなる要因として、照明光学系における、レーザ光の光強度分布を均一化する機能や、結像光学系における、レーザ光を被加工物上に結像する機能が、位置によって若干ばらつき、これによってレーザ光の強度が位置によってばらつくことが考えられる。このような照明光学系または結像光学系のばらつきは、設計時の限界（位置によるムラの無い完全な設計は一般に困難であるという限界）や、製造時の製造誤差によるものである。
上述のとおり、レーザ光の強度を小さくするとテーパ角が大きくなるという関係がある。従って、被加工物に到達する際のレーザ光の強度がテーパ穴形成領域の位置によって異なる場合、形成されるテーパ穴のテーパ角が互いに異なることになる。また、被加工物に到達する際のレーザ光の境界部分の長さが、テーパ穴形成領域の位置によって異なる場合も、形成されるテーパ穴のテーパ角が互いに異なることになる。
被加工物に形成されるテーパ穴のテーパ角が、テーパ穴形成領域の位置によってばらついている場合、得られたテーパ穴を用いて構成されるノズルのインク吐出性能もばらつくことになる。ノズルのインク吐出性能がばらつくと、このノズルを用いて印刷された印刷物にスジやムラが生じることになるため、好ましくない。
本発明は、このような課題を効果的に解決し得るテーパ穴形成装置、テーパ穴形成方法、光変調手段および変調マスクを提供することを目的とする。
第１の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、光を出射する光源と、光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する光変調手段と、を備え、前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置である。
第１の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における傾斜部分の幅を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第１の本発明において、前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、各単位階調光における前記傾斜部分の幅は、列の端に向かうにつれて大きくなっていてもよい。
第１の本発明において、前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、各単位階調光における前記傾斜部分の幅は、列の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。
第２の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、光を出射する光源と、光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して出射する変調マスクと、変調マスクの出射側に設けられ、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置である。
第２の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部を含んでいる。各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅を、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と任意に異ならせることができる。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の傾斜部分の幅を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第２の本発明において、前記変調領域は、各変調領域が前記変調マスク上に一列もしくは複数列に並ぶよう配置され、各変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、列の端に向かうにつれて大きくなっていてもよい。
この場合、前記変調マスク傾斜部において、変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の数が、列の端に向かうにつれて大きくなっていてもよい。
または、前記変調マスク傾斜部において、前記変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の幅方向における寸法が、列の端に向かうにつれて大きくなっていてもよい。
第２の本発明において、前記変調領域は、各変調領域が前記変調マスク上に一列もしくは複数列に並ぶよう配置され、各変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、列の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。
この場合、前記変調マスク傾斜部において、変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の数が、列の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。
または、前記変調マスク傾斜部において、変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の幅方向における寸法が、列の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。
第２の本発明において、前記第１変調単位領域の第１の変調量および前記第２変調単位領域の第２の変調量が、互いに１８０度の奇数倍だけ異なる所定の位相変調量となっていてもよい。この場合、前記変調マスク傾斜部において、各変調単位領域における前記第１変調単位領域の占有率と前記傾斜部第２変調領域の占有率との差が、変調マスク傾斜部の外方に向かうにつれて単調に減少する。
第２の本発明において、前記第１変調単位領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含んでいてもよい。この場合、前記変調マスク傾斜部において、各変調単位領域における前記第１変調単位領域の占有率が、変調マスク傾斜部の外方に向かうにつれて単調に増加する。
第３の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、光を出射する光源を準備する工程と、光源の出射側に設けられた光変調手段により、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する工程と、を備え、前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法である。
第３の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における傾斜部分の幅を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第４の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、光を出射する光源を準備する工程と、光源の出射側に設けられた変調マスクにより、光源からの光を変調する工程と、変調マスクの出射側に設けられた結像光学系により、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する工程と、を備え、前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法である。
第４の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部を含んでいる。各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅を、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と任意に異ならせることができる。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の傾斜部分の幅を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第５の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成する光変調手段において、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっていることを特徴とする光変調手段である。
第５の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における傾斜部分の幅を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第６の本発明は、光を出射する光源と、光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、の間に設けられ、光源からの光を変調するとともに、変調された光を結像光学系に向かって出射する変調マスクにおいて、前記結像光学系から前記被加工物に照射される光により、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴が形成され、変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とする変調マスクである。
第６の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部を含んでいる。各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅を、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と任意に異ならせることができる。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の傾斜部分の幅を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第７の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、光を出射する光源と、光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する光変調手段と、を備え、前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置である。
第７の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における中央部分の光強度を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第７の本発明において、前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、各単位階調光における中央部分の光強度は、列の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。
第７の本発明において、前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、各単位階調光における中央部分の光強度は、列の端に向かうにつれて大きくなっていてもよい。
第８の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、光を出射する光源と、光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して出射する変調マスクと、変調マスクの出射側に設けられ、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、各変調マスク中央部の変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置である。
第８の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部を含んでいる。各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。また、各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなっている。そして、各変調マスク中央部の変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されている。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の中央部分の光強度を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第８の本発明において、前記変調領域は、各変調領域が前記変調マスク上に一列もしくは複数列に並ぶよう配置され、各変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率は、列の端に向かうにつれて単調に増加または減少していてもよい。
第８の本発明において、前記第１変調単位領域の第１の変調量および前記第２変調単位領域の第２の変調量が、互いに１８０度の奇数倍だけ異なる所定の位相変調量となっていてもよい。
この場合、各変調領域の変調マスク中央部における第１変調単位領域の占有率と第２変調単位領域の占有率との差が、列の端に向かうにつれて単調に減少していてもよい。
または、各変調領域の変調マスク中央部における第１変調単位領域の占有率と第２変調単位領域の占有率との差が、列の端に向かうにつれて単調に増加していてもよい。
第８の本発明において、前記第１変調単位領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含んでいてもよい。
この場合、各変調領域の変調マスク中央部における第１変調単位領域の占有率が、列の端に向かうにつれて単調に増加していてもよい。
または、各変調領域の変調マスク中央部における第１変調単位領域の占有率が、列の端に向かうにつれて単調に減少していてもよい。
第９の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、光を出射する光源を準備する工程と、光源の出射側に設けられた光変調手段により、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する工程と、を備え、前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法である。
第９の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における中央部分の光強度を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第１０の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、光を出射する光源を準備する工程と、光源の出射側に設けられた変調マスクにより、光源からの光を変調する工程と、変調マスクの出射側に設けられた結像光学系により、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する工程と、を備え、前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、各変調マスク中央部の変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法である。
第１０の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部を含んでいる。各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。また、各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなっている。そして、各変調マスク中央部の変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されている。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の中央部分の光強度を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第１１の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成する光変調手段において、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっていることを特徴とする光変調手段である。
第１１の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における中央部分の光強度を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
第１２の本発明は、光を出射する光源と、光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、の間に設けられ、光源からの光を変調するとともに、変調された光を結像光学系に向かって出射する変調マスクにおいて、前記結像光学系から前記被加工物に照射される光により、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴が形成され、変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、各変調マスク中央部の変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とする変調マスクである。
第１２の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部を含んでいる。各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。また、各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなっている。そして、各変調マスク中央部の変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されている。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の中央部分の光強度を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
本発明によれば、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。
図１は、本発明によるテーパ穴形成装置を示す図。 図２は、本発明の第１の実施の形態において、被加工物に形成される複数のテーパ穴を示す平面図。 図３（ａ）は、図２のテーパ穴を拡大して示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のテーパ穴を示す縦断面図。 図４は、被加工物に形成されるテーパ穴と、被加工物に照射される単位階調光との関係を示す図。 図５は、単位階調光の中央部分の光強度が一定となっている場合において、単位階調光の傾斜部分の幅と、単位階調光により形成されるテーパ穴のテーパ角との関係を示す図。 図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、被加工物に照射される単位階調光の中央部分の光強度および傾斜部分の幅が、テーパ穴形成領域の位置に依らず一定の場合において、各テーパ穴形成領域に形成されるテーパ穴のテーパ角を示す参考図。 図７（ａ）（ｂ）は、図６におけるテーパ穴形成領域の位置とテーパ穴のテーパ角との関係をグラフとして示す参考図。 図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態の場合であって、被加工物に照射される単位階調光の傾斜部分の幅が、テーパ穴形成領域の位置に応じて変えられる場合において、各テーパ穴形成領域に形成されるテーパ穴のテーパ角を示す。 図９（ａ）（ｂ）は、図８におけるテーパ穴形成領域の位置とテーパ穴のテーパ角との関係をグラフとして示す図。 図１０は、単位階調光の傾斜部分の幅をテーパ穴形成領域の位置に応じて変える形態の変形例を示す図。 図１１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における変調マスクを示す平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の変調マスクをＸＩｂ−ＸＩｂ方向から見た断面図。 図１２は、本発明の第１の実施の形態における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図１３は、図１２に示す変調領域において枠ＸIIIで囲まれた部分を拡大して示す図。 図１４は、図１３の変調領域を複数の仮想的な変調単位領域に区画した場合を示す図。 図１５は、図１４の変調領域をＸＶ−ＸＶ方向から見た断面図。 図１６（ａ）は、結像光学系から出射された光の被加工物に対する結像面を示す図、図１６（ｂ）は、結像面における点像分布関数を示す図、図１６（ｃ）は、結像面における点像分布関数と、変調マスクの変調領域における変調単位領域との関係を示す図、図１６（ｄ）は、結像面の点像分布関数内における光強度の概念を示す図。 図１７（ａ）は、結像光学系における瞳関数を示す図、図１７（ｂ）は、結像面における点像分布関数を示す図。 図１８は、被加工物に照射される光の強度分布を示す図。 図１９は、本発明の第１の実施の形態において、変調マスクの変調領域を設計する手順を示すフローチャート。 図２０は、本発明の第１の実施の形態において、変調マスクの変調領域のパターンを設計するための手順を詳細に示すフローチャート。 図２１Ａ（ａ）（ｂ）（ｃ）は、テーパ穴形成領域の位置に応じて、対応する変調領域の変調マスク傾斜部の幅が異なるよう設計された変調マスクを示す図。 図２１Ｂは、図２１Ａ（ａ）に示す変調領域における第１位相変調単位領域の占有率の分布を示す図。 図２２（ａ）（ｂ）は、図２１Ａ（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す各変調領域により変調されて被加工物に照射される単位階調光の光強度分布を示す図。 図２３（ａ）は、本発明の第１の形態において、各変調領域における変調マスク傾斜部の幅ｚを示す図、図２３（ｂ）は、各変調マスク傾斜部により変調されて被加工物上に結像される各単位階調光の傾斜部分の幅ｗを示す図、図２３（ｃ）は、被加工物に形成されるテーパ穴のテーパ角φを示す図。 図２４（ａ）は、本発明の第１の形態の変形例において、各変調領域における変調マスク傾斜部の幅ｚを示す図、図２４（ｂ）は、各変調マスク傾斜部により変調されて被加工物上に結像される各単位階調光の傾斜部分の幅ｗを示す図、図２４（ｃ）は、被加工物に形成されるテーパ穴のテーパ角φを示す図。 図２５（ａ）は、本発明の第１の形態の変形例において、各変調領域における変調マスク傾斜部の幅ｚを示す図、図２５（ｂ）は、各変調マスク傾斜部により変調されて被加工物上に結像される各単位階調光の傾斜部分の幅ｗを示す図、図２５（ｃ）は、被加工物に形成されるテーパ穴のテーパ角φを示す図。 図２６Ａは、変調マスクの変調領域の変形例を示す図。 図２６Ｂは、図２６Ａに示す変調領域において枠ＸＸVIＢで囲まれた部分を拡大して示す図。 図２７は、本発明の第２の実施の形態における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図２８は、図２７に示す変調領域において枠ＸＸVIIIで囲まれた部分を拡大して示す図。 図２９は、図２８の変調領域をＸＸIX−ＸＸIX方向から見た断面図。 図３０は、本発明の第２の実施の形態において、変調マスクの変調領域を設計する手順を示すフローチャート。 図３１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、テーパ穴形成領域の位置に応じて、対応する変調領域の変調マスク傾斜部の幅が異なるよう設計された変調マスクを示す図。 図３２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第３の実施の形態において、テーパ穴形成領域の位置に応じて、対応する変調領域の変調マスク傾斜部の幅が異なるよう設計された変調マスクを示す図。 図３３（ａ）（ｂ）は、図３２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す各変調領域により変調されて被加工物に照射される単位階調光の光強度分布を示す図。 図３４は、単位階調光の中央部分の光強度と、単位階調光により形成されるテーパ穴のテーパ角との関係を示す図。 図３５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態の場合であって、被加工物に照射される単位階調光の中央部分の光強度が、テーパ穴形成領域の位置に応じて変えられる場合において、各テーパ穴形成領域に形成されるテーパ穴のテーパ角を示す。 図３６（ａ）（ｂ）は、図３５におけるテーパ穴形成領域の位置とテーパ穴のテーパ角との関係をグラフとして示す図。 図３７は、単位階調光の中央部分の光強度をテーパ穴形成領域の位置に応じて変える形態の変形例を示す図。 図３８は、本発明の第４の実施の形態における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図３９は、図３８に示す変調領域において枠ＸＸＸIXで囲まれた部分を拡大して示す図。 図４０は、本発明の第４の実施の形態において、変調マスクの変調領域を設計する手順を示すフローチャート。 図４１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、テーパ穴形成領域の位置に応じて、対応する変調領域の変調マスク中央部における第１位相変調単位領域の占有率が異なるよう設計された変調マスクを示す図。 図４２（ａ）（ｂ）は、図４１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す各変調領域により変調されて被加工物に照射される単位階調光の光強度分布を示す図。 図４３は、本発明の第５の実施の形態における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図４４は、図４３に示す変調領域において枠ＸＸＸＸIVで囲まれた部分を拡大して示す図。 図４５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、テーパ穴形成領域の位置に応じて、対応する変調領域の変調マスク中央部における第１振幅変調単位領域の占有率が異なるよう設計された変調マスクを示す図。 図４６（ａ）は、被加工物に形成される複数のテーパ穴の変形例を示す図、図４６（ｂ）は、図４６（ａ）に示すテーパ穴を形成するための変調マスクの一例を示す図。 図４７は、従来のテレーザ加工装置を示す図。 図４８は、テーパ角とレーザ光の光強度との関係を示す図。
第１の実施の形態
以下、図１乃至図２６を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。
はじめに、図２を参照して、本実施の形態におけるテーパ穴形成装置１０からの光が照射される被加工物１８、および、被加工物１８に形成されるテーパ穴２０について説明する。
（被加工物およびテーパ穴）
本実施の形態においては、テーパ穴形成装置１０からの光を被加工物１８に照射することにより、一列に並ぶ複数のテーパ穴２０が形成される。例えば図２に示すように、一列に並ぶ１８個のテーパ穴２０（ａ）〜２０（ｓ）が被加工物１８に形成される。ここで図２に示すように、一列に並ぶ一群のテーパ穴２０のうち、一群の端部に位置するテーパ穴がテーパ穴２０（ａ）となっており、一群の中央部に位置するテーパ穴がテーパ穴２０（ｉ）となっている。また、テーパ穴２０（ａ）とテーパ穴２０（ｉ）の中間部に位置するテーパ穴がテーパ穴（ｅ）となっている。なお各テーパ穴２０は、各テーパ穴２０に対応する光強度分布を各々有する単位階調光（後述）をテーパ穴形成装置１０から被加工物１８に照射することにより形成される
次に図３（ａ）（ｂ）を参照して、テーパ穴２０の形状についてより詳細に説明する。図３（ａ）（ｂ）に示すように、被加工物１８に形成されるテーパ穴２０は、貫通部２０ａと、テーパ穴２０の基端部２０ｄから先端部２０ｃに向って貫通部２０ａが先細となるよう傾斜した面からなるテーパ部２０ｂとを有している。ここでテーパ部２０ｂの傾斜角度（テーパ角）は、図３（ｂ）に示すように角度φとなっている。なおテーパ穴形成装置１０からの光は、テーパ穴２０の基端部２０ｄ側から照射される。
テーパ穴２０の直径ｃおよびテーパ角φの値が特に限られることはなく、テーパ穴２０の用途に応じて適宜設定される。また、テーパ穴２０の深さ（被加工物１８の厚み）も、テーパ穴２０の用途に応じて適宜設定される。
被加工物１８の材料としては、加工性および物理的安定性の良い材料が用いられる。例えば被加工物１８を加工してインクジェットヘッドのノズルを製造する場合、被加工物１８としてポリイミドなどが用いられる。なお、図示はしないが、被加工物１８中に、シリカや炭酸カルシウムの粒子などからなるフィラーが添加されていてもよい。そのようなフィラーを添加することにより、被加工物１８同士の滑りを良くすることができ、これによって、被加工物１８にテーパ穴２０を形成する際の作業性などを向上させることができる。
（単位階調光）
次に図４を参照して、テーパ穴形成装置１０から被加工物１８に照射される光であって、各テーパ穴２０に対応する光強度分布を有する単位階調光５０について説明する。図４に示すように、単位階調光５０は、被加工物１８においてテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成されるべき領域に照射される中央部分５１と、中央部分５１の外縁に位置するとともに、被加工物１８においてテーパ穴２０のテーパ部２０ｂが形成されるべき領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分５２と、傾斜部分５２の外縁に位置する周縁部分５３と、を含んでいる。
このうち単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐは、被加工物１８を所望の速度で加工するよう、被加工物１８のアブレーション閾値よりも十分に高い値に設定されている。また、単位階調光５０の周縁部分５３の光強度Ｐ’は、被加工物１８のうち単位階調光５０の周縁部分５３が照射される領域が加工されないよう、被加工物１８のアブレーション閾値よりも低い値に設定されている。そして、単位階調光５０の傾斜部分５２の光強度は、外方に向かうにつれて光強度Ｐから光強度Ｐ’へ単調に減少するよう設定されている。
なおレーザ光を用いた加工においては、単位階調光５０における最大の光強度Ｐを有する光（中央部分５１）が照射された領域のうちの一部が、テーパ穴２０の貫通部２０ａではなくテーパ部２０ｂとなる場合がある。本発明において、単位階調光５０の中央部分５１とは、図４に示すように、テーパ穴２０の貫通部２０ａが形成されるべき領域に照射される光と同一の光強度Ｐを有するとともに、当該光に隣接している光を含む概念とする。
（テーパ角と単位階調光との基本的な関係）
次に、被加工物１８に形成されるテーパ穴２０のテーパ角φと、被加工物１８に照射される単位階調光５０との基本的な関係について説明する。なお「基本的な関係」とは、被加工物１８に１個のテーパ穴２０のみが形成される場合に、テーパ角φと単位階調光５０との間に成立する関係のことである。
図４から明らかなように、テーパ穴２０のうち単位階調光５０の傾斜部分５２が照射される領域は、傾斜部分５２における光強度の傾斜（勾配）に対応する傾斜（勾配）を有するテーパ部２０ｂとなる。すなわち、単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗと、テーパ穴２０のテーパ角φとの間には、一定の関係が成立している。なお「傾斜部分５２の幅ｗ」とは、傾斜部分５２の光強度の傾斜方向における、傾斜部分５２の寸法のことである。傾斜部分５２の輪郭が円形の場合、光強度の傾斜方向は半径方向に一致している。
一方、上述のように、単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐと、テーパ穴２０のテーパ角φとの間にも、一定の関係が成立している（図４８（ａ）参照）。すなわち被加工物１８に１個のテーパ穴２０のみが形成される場合、テーパ穴２０のテーパ角φは、単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗに基づいて算出される角度φ１と、単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐに基づいて算出される角度φ２の両方に基づいて決定されると考えられる。
図５に、単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗと、当該単位階調光５０により形成されるテーパ穴２０のテーパ角φとの関係の一例を実線で示す。図５においては、横軸が単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗとなっており、縦軸がテーパ穴２０のテーパ角φとなっている。
この場合、切片の値、すなわち傾斜部分５２の幅ｗがゼロである場合のテーパ角φの値が、単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐに基づいて算出される角度φ２となっている。また、傾斜部分５２の幅ｗが大きくなるにつれて、テーパ穴２０のテーパ角φも大きくなっており、例えば両者の関係は以下の［数１］により表される。
Figure 2012035294
 ここでαは、被加工物１８の厚みなどに基づいて決定される定数である。［数１］においては、α×ｗが上述の角度φ１に相当している。
［数１］に示すように、単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ、または単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗを適切に設定することにより、テーパ穴２０のテーパ角φを任意に調整することが可能であるといえる。
（複数のテーパ穴が同時に形成される場合のテーパ角）
ところで、被加工物１８に複数のテーパ穴２０が同時に形成される場合、テーパ穴形成装置１０から出射される各単位階調光５０が互いに同一の光であったとしても、課題の欄で述べたように、テーパ穴形成領域の位置に応じて、被加工物１８に照射される際の単位階調光５０の強度が異なることが考えられる。例えば、各テーパ穴２０間の距離が小さい場合、一のテーパ穴２０において発生した飛散物が、他のテーパ穴２０にまで到達することがある。この場合、一列に並ぶ一群のテーパ穴２０のうち、一群の中央部に位置するテーパ穴２０（ｉ）は、一群の端部に位置するテーパ穴２０（ａ）に比べて、他のテーパ穴２０からの飛散物の影響をより多く受けることになる。
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、中央部分５１の光強度Ｐおよび傾斜部分５２の幅ｗが一律である単位階調光５０（ａ），５０（ｅ），５０（ｉ）が照射された場合に、被加工物１８に形成されるテーパ穴２０（ａ），２０（ｅ），２０（ｉ）の一例を示す図である。この場合、中央部のテーパ穴２０（ｉ）は、中間部のテーパ穴２０（ｅ）または端部のテーパ穴２０（ａ）に比べて、周辺のテーパ穴２０からの飛散物の影響を多く受ける。また、中間部のテーパ穴２０（ｅ）は、端部のテーパ穴２０（ａ）に比べて、周辺のテーパ穴２０からの飛散物の影響を多く受ける。このため、中央部のテーパ穴２０（ｉ）のテーパ角φ（ｉ）は、中間部のテーパ穴２０（ｅ）のテーパ角φ（ｅ）よりも大きくなっている。また、中間部のテーパ穴２０（ｅ）のテーパ角φ（ｅ）は、端部のテーパ穴２０（ａ）のテーパ角φ（ａ）よりも大きくなっている。
この場合、端部のテーパ穴２０（ａ）におけるテーパ角φ（ａ）と傾斜部分５２の幅ｗとの間の関係が、図５に示す実線により表されているとすると、中間部のテーパ穴２０（ｅ）に関しては、テーパ角φ（ｅ）と傾斜部分５２の幅ｗとの間の関係が図５において一点鎖線で示される関係にシフトするといえる。中央部のテーパ穴２０（ｉ）に関しては、テーパ角φ（ｉ）と傾斜部分５２の幅ｗとの間の関係が図５において二点鎖線で示される関係にシフトするといえる。
図７（ａ）は、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す例において、各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを示すグラフであり、図７（ｂ）は、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す例において、形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを示すグラフである。図７（ｂ）に示すように、テーパ穴形成領域の位置に応じて、形成されるテーパ穴２０のテーパ角φが異なってしまっている。このように、中央部分５１の光強度Ｐおよび傾斜部分５２の幅ｗが各単位階調光５０において一律の値である場合、形成される複数のテーパ穴２０のテーパ角φの大きさを揃えるのは困難であるといえる。
（本実施の形態の特徴）
ここで上述のように、テーパ穴２０のテーパ角φは、単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ、または単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗに応じて変化するものである。本実施の形態においては、テーパ角φのこのような特性を利用して、テーパ穴形成領域の位置に応じて単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗを適宜調整することにより、形成される複数のテーパ穴２０のテーパ角φの大きさを全て略同一に揃えることを目的とする。
例えば、各テーパ穴２０間の距離が小さい場合を考える。この場合、形成されるテーパ穴２０のテーパ角φが、単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ、および単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗから想定される値から逸脱する主要因として、図６に示したように、アブレーションの際の飛散物の影響が考えられる。この場合、各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを、一列に並ぶテーパ穴２０の端に向かうにつれて大きくすることにより（言い換えると、一列に並ぶテーパ穴２０の中央に向かうにつれて小さくすることにより）、形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを略同一にすることができると考えられる。すなわち本実施の形態においては、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、端部のテーパ穴２０（ａ）に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗ（ａ）が、中間部のテーパ穴２０（ｅ）に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗ（ｅ）よりも大きくなるよう設定される。また、中間部のテーパ穴２０（ｅ）に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗ（ｅ）が、中央部のテーパ穴２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗ（ｉ）よりも大きくなるよう設定される。
図９（ａ）は、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す例において、各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを示すグラフであり、図９（ｂ）は、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す例において、形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを示すグラフである。このように、テーパ穴形成領域の位置に応じて、各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを適宜調整することにより、形成される複数のテーパ穴２０のテーパ角φを略同一にすることができる。この場合、傾斜部分５２の幅ｗの調整量は、図５に示す関係に応じて適宜設定される。例えば、図５に示すように、中央部のテーパ穴２０（ｉ）においては、飛散量の影響によるテーパ角φのシフト量がΔφ（ｉ）である場合、端部のテーパ穴２０（ａ）に比べてΔｗ（ｉ）だけ小さくなるよう傾斜部分５２の幅ｗが設定される。
なお図９（ａ）においては、各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗが、テーパ穴形成領域の位置に応じて連続的に調整される例を示した。しかしながら、常に連続的に傾斜部分５２の幅ｗが調整される必要はなく、図１０に示すように、傾斜部分５２の幅ｗが離散的に調整されてもよい。このような離散的な調整の場合であっても、傾斜部分５２の幅ｗが調整されない場合に比べて、形成される複数のテーパ穴２０のテーパ角φの大きさを揃えることができ、有利である。
（テーパ穴形成装置）
次に、テーパ穴２０の位置に応じて傾斜部分５２の幅ｗが調整可能な単位階調光５０を生成するためのテーパ穴形成装置１０について説明する。はじめに図１を参照して、テーパ穴形成装置１０全体について説明する。
図１に示すように、テーパ穴形成装置１０は、被加工物１８を載置する載置台１９と、光を出射するマスク照明系（光源）１１と、マスク照明系１１の出射側に設けられ、マスク照明系１１からの光を変調して出射する変調マスク２１と、変調マスク２１の出射側に設けられ、変調マスク２１により変調された光を結像して、略円形の等強度線を有する光を被加工物１８に照射する結像光学系１７と、を備えている。このうち変調マスク２１と結像光学系１７とにより、光変調手段１５が構成されている。
マスク照明系１１は、パルス状のレーザ光を出射するレーザ光源１２と、レーザ光源１２からのレーザ光の光強度分布を均一化する照明光学系１３とを有している。具体的には、レーザ光源１２は、３０８ｎｍの波長を有する光を供給するＸｅＣｌエキシマレーザ光源１２からなる。また照明光学系１３は、レーザ光源１２からの光の面内強度分布を均一化するとともに、照明光学系１３から変調マスク２１に入射される光の入射角度分布を均一化するものであり、フライアイレンズ（図示せず）と、コンデンサ光学系（図示せず）とを有している。
変調マスク２１は、前述のとおり、マスク照明系１１の出射側に設けられ、マスク照明系１１からの光を変調して出射するものである。詳細については後述する。
変調マスク２１において変調されたレーザ光は、変調マスク２１の出射側に設けられた結像光学系１７に入射される。結像光学系１７は、変調マスク２１により変調された光を結像して被加工物１８に照射するものであり、図１に示すように、凸レンズ１７ａと、凸レンズ１７ｂと、両レンズ１７ａ、１７ｂの間に設けられた開口絞り１７ｃとを有している。なお開口絞り１７ｃの開口部１７ｋの大きさは、実質的に結像光学系１７の像側開口数ＮＡに対応している。後述するように、当該開口部１７ｋの大きさは、被加工物１８において所要の光強度分布を発生させるように設定されている。
結像光学系１７により結像されたレーザ光は、被加工物１８に照射される。被加工物１８は、変調マスク２１と光学的に共役な面、すなわち結像光学系１７の後述する結像面１７ｆ上に配置されている。
（変調マスク）
次に、図１１乃至図１５を参照して、本実施の形態における変調マスク２１について説明する。変調マスク２１は、平板状の形状を有し、その平面部とレーザ光の入射および出射方向とが直交するよう配置されている。また図１１（ａ）に示すように、変調マスク２１は、テーパ穴２０の輪郭に対応する円形の輪郭からなる複数の変調領域（単位変調手段）２２と、各変調領域２２間を埋めるよう形成された非変調領域２３と、を有している。図１１（ａ）に示すように、複数の変調領域２２は、被加工物１８に形成されるテーパ穴２０（ａ）〜２０（ｓ）にそれぞれ対応する変調量分布を有する変調領域２２（ａ）〜２２（ｓ）からなっている。
（非変調領域）
非変調領域２３は、非変調領域２３に入射した光を遮蔽するよう構成されている。具体的には、図１１（ｂ）に示すように、非変調領域２３は、変調マスク本体部２１ａと、変調マスク本体部２１ａ上に設けられた光遮蔽層２１ｂと、を含んでいる。光遮蔽層２１ｂは、光を透過させない材料から形成されている。このため、照明光学系１３から変調マスク２１の非変調領域２３に入射した光は、結像光学系１７側から取り出されることなく、光遮蔽層２１ｂによって遮蔽される。
光遮蔽層２１ｂの光透過率は、非変調領域２３を通って被加工物１８に照射される光の強度が被加工物１８のアブレーション閾値を超えないよう適宜選択される。例えば、光遮蔽層２１ｂの光透過率は０．００００１以下となっており、好ましくは０となっている。光遮蔽層２１ｂの材料としては、所望の光透過率を実現することができる材料を適宜用いることができ、例えば、クロム、アルミニウム、シリコン酸化物または誘電体多層膜など様々な遮光材料を用いることができる。
（変調領域）
次に、変調マスク２１の変調領域２２について、図１２乃至図１５を参照して詳細に説明する。なお各変調領域２２（ａ）〜２２（ｓ）は、後述する変調マスク傾斜部の幅が異なるのみであり、その他の構造は略同一となっている。
図１２に示すように、変調領域２２は、被加工物１８においてテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部３４と、変調マスク中央部３４の外縁に位置し、被加工物１８においてテーパ穴２０のテーパ部２０ｂが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部３２と、変調マスク傾斜部３２の外縁に位置する変調マスク周縁部３３と、を含んでいる。
（変調マスク傾斜部）
はじめに変調マスク傾斜部３２について説明する。図１２に示すように、変調領域２２の変調マスク傾斜部３２は、光を第１の位相変調量（第１の変調量）で変調する多数の第１位相変調単位領域（第１変調単位領域）２５ａと、各第１位相変調単位領域２５ａを埋めるよう形成され、光を第２の位相変調量（第２の変調量）で変調する第２位相変調単位領域（第２変調単位領域）２５ｂと、を有している。図１２における横方向をｘ方向とし、ｘ方向に直交する方向であって、図１２における縦方向をｙ方向とした場合、各第１位相変調単位領域２５ａは、図１２に示すように、ｘ方向に延びる一対のｘ方向側縁２８ａと、ｙ方向に延びる一対のｙ方向側縁２８ｂと、を有している。後述するように、全ての第１位相変調単位領域２５ａを構成する側縁を、ｘ方向およびｙ方向のいずれかの方向にのみ延びる側縁（ｘ方向側縁２８ａまたはｙ方向側縁２８ｂ）によって構成することにより、変調領域２２の作製を容易化することができる。
ここで、各第１位相変調単位領域２５ａは、図１２および図１３に示すように、所定の円周方向線２７上において周期的に並んでいる。また、同一の円周方向線２７上に並ぶ各第１位相変調単位領域２５ａの面積は同一となっている。さらに、第１位相変調単位領域２５ａの面積は、変調領域２２の変調マスク傾斜部３２の半径方向における外側（変調領域２２の外方）に向かうにつれて単調に増加している。このため、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が、変調領域２２外方に向かうにつれて単調に増加している。ここで第１位相変調単位領域２５ａの占有率とは、後述するように、変調領域２２の変調マスク傾斜部３２を、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１位相変調単位領域２５ａを含む複数の変調単位領域に区画した場合の、変調単位領域の面積に対する第１位相変調単位領域２５ａの面積率のことである。
本発明においては、このように半径方向に沿って第１位相変調単位領域２５ａの占有率が変化する領域が、変調マスク傾斜部３２となっている。より具体的には、第１位相変調単位領域２５ａの占有率の値が、変調マスク周縁部３３における第１位相変調単位領域の占有率の値と、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域の占有率の値と、の間の値になっている変調単位領域から構成される領域が、変調マスク傾斜部３２となっている。
次に、各第１位相変調単位領域２５ａの具体的な配置パターンについて説明する。図１２に示すように、変調マスク傾斜部３２内に、円環状に設けられた複数の仮想的な円周方向線２７を考える。この場合、各第１位相変調単位領域２５ａは、円周方向線２７に沿って設けられている。具体的には、各第１位相変調単位領域２５ａは、その中心が円周方向線２７上に位置するよう配置されている。
図１３を参照して、各第１位相変調単位領域２５ａの配置パターンについてより詳細に説明する。図１３は、図１２の変調領域２２において枠ＸIIIで囲まれた部分を拡大して示す図である。図１３に示すように、第１位相変調単位領域２５ａが配置された円環状の各円周方向線２７間の半径方向距離Ｌ１は、略一定となっている。また図１３に示すように、同一円周方向線２７上で隣り合う２つの第１位相変調単位領域２５ａの中心間の円周方向距離Ｌ２は、略一定となっている。また、図１３に示すように、同一の円周方向線２７上に配置された第１位相変調単位領域２５ａ間だけではなく、すべての同一円周方向線２７上に配置された第１位相変調単位領域２５ａ間において、上記中心間の円周方向距離Ｌ２が略一定となっている。このことにより、所定の円周方向線２７上において周期的に並ぶよう、第１位相変調単位領域２５ａを配置することが可能となる。
次に、上述の半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２について説明する。結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒを、レーザ光源１２からの光の中心波長λ、結像光学系１７の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２をそれぞれ結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した距離のうち少なくとも一方がＲよりも小さくなるよう、半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２が設定されている。ここで、「半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２をそれぞれ結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した距離」とは、変調マスク２１における半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２に、結像光学系１７の倍率をそれぞれ掛けた値のことである。
次に、図１４を参照して、第１位相変調単位領域２５ａの占有率について説明する。はじめに、図１４において点線で示すように、変調マスク傾斜部３２を、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１位相変調単位領域２５ａを含む複数の変調単位領域２４ｅに区画する。
変調単位領域２４ｅを画定する図１４の点線は、例えば、隣接する２つの円周方向線２７間の中間点に沿って延びる円周方向の線と、円周方向線２７上で隣り合う２つの第１位相変調単位領域２５ａの中心を結ぶ線に直交するよう延びる半径方向の線と、からなっている。このようにして図１４に示す点線を描くことにより、変調マスク傾斜部３２を、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１位相変調単位領域２５ａを含む複数の変調単位領域２４ｅに区画することができる。ここで、各変調単位領域２４ｅを長方形で近似した場合、この長方形の長さはほぼＬ１，Ｌ２に等しい。従って、各変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した変調単位換算領域は、上述の結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒよりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。
図１４に示すように、各変調単位領域２４ｅは、１つの第１位相変調単位領域２５ａと、第１位相変調単位領域２５ａを取り囲む第２位相変調単位領域２５ｂと、からなっている。図１２乃至図１４に示す変調マスク傾斜部３２において、各第１位相変調単位領域２５ａの面積は、半径方向における外側（変調領域２２の外方）に向かうにつれて単調に増加している。このため、第１位相変調単位領域２５ａの占有率は、変調領域２２の外方に向かうにつれて単調に増加している。後述するように、変調マスク２１の変調領域２２の変調マスク傾斜部３２により位相変調され出射された光は、結像光学系１７の結像面に、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率に基づく光強度分布を生成する。このため、変調マスク傾斜部３２により位相変調され出射された光は、結像光学系１７の結像面に、外方に向かうにつれて低下する光強度分布を生成する。
このような変調マスク傾斜部３２において、その幅が符号ｚで表されている（図１２および図１３参照）。ここで「変調マスク傾斜部３２の幅ｚ」とは、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が変化する方向（占有率の傾斜方向）における変調マスク傾斜部３２の幅のことである。変調マスク傾斜部３２の輪郭が円形の場合、占有率が変化する方向は半径方向に一致している。
次に、図１５を参照して、変調マスク傾斜部３２の第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調単位領域２５ｂの構造について説明する。図１５は、図１４の変調領域２２をＸＶ−ＸＶ方向から見た断面を示す図である。図１５に示すように、変調マスク傾斜部３２において、変調マスク本体部２１ａは、その表面に凹凸を有している。変調マスク本体部２１ａは、光を透過させる材料、例えば屈折率ｎの石英ガラスから形成されている。
図１５に示すように、第１位相変調単位領域２５ａに対応する領域における変調マスク本体部２１ａの高さと、第２位相変調単位領域２５ｂに対応する領域における変調マスク本体部２１ａの高さとは異なっている。ここで、高さの差をΔｈとし、空気の屈折率を１とすると、変調マスク傾斜部３２において、第１位相変調単位領域２５ａにおける変調マスク２１の入射面から出射面までの光学距離と、第２位相変調単位領域２５ｂにおける変調マスク２１の入射面から出射面までの光学距離との差は、Δｈ×（ｎ−１）になる。
本実施の形態においては、前記の光学距離の差Δｈ×（ｎ−１）が｛λ／２｝の奇数倍となるよう、すなわち、第１位相変調単位領域２５ａにおける位相変調量と第２位相変調単位領域２５ｂにおける位相変調量との差が１８０度の奇数倍となるよう、Δｈが設定されている。例えば、マスク照明系１１から出射されるレーザ光の中心波長λが３０８ｎｍ、変調マスク本体部２１ａを形成する石英ガラスの屈折率ｎが１．４９の場合、Δｈが３１７ｎｍとなるよう変調マスク本体部２１ａの表面の凹凸形状が設計されている。
（変調マスク周縁部）
次に変調マスク周縁部３３について説明する。図１２に示すように、変調マスク周縁部３３は、光を第１の位相変調量で変調する多数の第１位相変調単位領域４５ａと、各第１位相変調単位領域４５ａ間に形成され、光を第２の位相変調量で変調する多数の第２位相変調単位領域４５ｂと、を有している。図１２に示すように、第１位相変調単位領域４５ａおよび第２位相変調単位領域４５ｂは、それぞれリング状の形状を有している。第１位相変調単位領域４５ａおよび第２位相変調単位領域４５ｂは、変調領域２２を平面図で示した場合の形状および配置パターンが異なるのみであり、その他の構成は、変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調単位領域２５ｂと略同一となっている。
第１位相変調単位領域４５ａの形状および配置パターンについてより詳細に説明する。図１２に示すように、各第１位相変調単位領域４５ａは、半径方向に多列に並べられるとともに各々が円環状に延びるよう形成されている。具体的には、各第１位相変調単位領域４５ａは、変調マスク周縁部３３内に仮想的に設けられた複数の仮想的な円周方向線２７を半径方向に均等に覆うよう形成されている。このことにより、円周方向線２７に沿って見た場合の第１位相変調単位領域４５ａの占有率（後述）を略一定とすることができる。
次に、図１３を参照して、第１位相変調単位領域４５ａの配置パターンについてより詳細に説明する。図１３に示すように、隣り合う２つの第１位相変調単位領域４５ａの半径方向距離Ｌ１（隣り合う２つの円周方向線２７間の半径方向距離）は、略一定となっている。ここで、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒを、レーザ光源１２からの光の中心波長λ、結像光学系１７の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、隣り合う２つの第１位相変調単位領域４５ａの半径方向距離Ｌ１をそれぞれ結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した距離は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっている。ここで、「半径方向距離Ｌ１を結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した距離」とは、変調マスク２１における半径方向距離Ｌ１に、結像光学系１７の倍率を掛けた値のことである。
次に、図１４を参照して、第１位相変調単位領域４５ａの占有率について説明する。はじめに、図１４において点線で示すように、変調マスク周縁部３３を、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１位相変調単位領域４５ａを半径方向に横切る複数の変調単位領域２４ｅに区画する。
図１４の点線は、例えば、変調マスク傾斜部３２における変調単位領域２４ｅの面積および形状と、変調マスク周縁部３３における変調単位領域２４ｅの面積および形状とが略同一となるよう描かれた点線からなっている。このようにして図１４に示す点線を描くことにより、変調マスク周縁部３３を、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１位相変調単位領域４５ａを半径方向に横切る複数の変調単位領域２４ｅに区画することができる。この場合、第１位相変調単位領域４５ａの占有率は、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域４５ａの面積率として定義される。
ここで、各変調単位領域２４ｅを長方形で近似した場合、この長方形の一辺の長さはほぼＬ１に等しい。従って、各変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した変調単位換算領域は、上述の結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒよりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、変調マスク周縁部３３により変調されて被加工物１８に照射される光は、第１位相変調単位領域４５ａの占有率に基づいた強度分布を有することになる。ここで変調マスク周縁部３３において、第１位相変調単位領域４５ａの占有率は全域にわたって約０．５となっている。このため後述するように、変調マスク周縁部３３により位相変調され出射された光は、結像光学系１７の結像面に、ほぼゼロの光強度分布を生成する。
（変調マスク中央部）
次に変調マスク中央部３４について説明する。変調マスク中央部３４は、被加工物１８のうちテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される領域に照射される光を変調するものである。図１２に示すように、変調マスク中央部３４は、光を第２の位相変調量で変調する第２位相変調単位領域２５ｂのみからなっている。従って、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率はゼロとなっている。
（光強度分布の生成原理）
次に、図１６および図１７を参照して、変調マスク２１の変調領域２２により位相変調され出射された光が、結像光学系１７の結像面に、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの占有率に基づく光強度分布を生成する原理について説明する。
はじめに、レーザ光の強度とアブレーション深さとの関係について説明する。被加工物１８に照射されるレーザ光の強度と、被加工物１８のうちアブレーションにより除去される部分の深さ（アブレーションレート）との間には、一般に［数２］の関係式が成り立つことが知られている。
Figure 2012035294
 ここで、ｄはパルス状のレーザ光を被加工物１８に一回照射したときのアブレーションレート、αは被加工物１８の光吸収率、Ｉはレーザ光のエネルギー密度（光強度）、Ｉｔｈは被加工物１８におけるアブレーション発生閾値を示す。
［数２］により明らかなように、アブレーションレートｄはレーザ光のエネルギー密度Ｉに依存する。また、レーザ光照射を複数回繰り返した場合、被加工物１８のうちレーザ光照射によって除去される部分の深さの合計は、レーザ光の照射回数に比例することが知られている。従って、被加工物１８に照射されるレーザ光のエネルギー密度Ｉを被加工物１８の場所に応じて任意に設定することにより、被加工物１８を任意の形状に加工することが可能となる。
次に、結像光学系１７における物体面（変調マスク２１）と結像面１７ｆ（被加工物１８）との関係について説明する。
結像光学系１７における物体面分布と結像面分布の関係は、一般にフーリエ結像論により扱うことができる。また、コヒーレンスファクタが０．５程度以下の場合は、コヒーレント結像として近似できる。この場合、結像面、すなわち被加工物１８における複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）は、以下の［数３］に示すように、変調マスク２１の複素振幅透過率分布Ｔ（ｘ，ｙ）と、結像光学系１７の複素振幅点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）の畳み込み積分で与えられる
Figure 2012035294
 ここで、＊はコンボリューション（たたみ込み積分）を表す。
上記の点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）は、結像光学系１７の瞳関数のフーリエ変換で与えられる。この場合、瞳が円形で無収差の場合は、良く知られたエアリーパターンとなる（［数４］）。
Figure 2012035294
 ここで、ｒは以下の［数５］により表される関数である。また、Ｊ１はベッセル関数、λは光の波長、ＮＡは結像光学系１７の結像側開口数を表す。
Figure 2012035294
次に、結像光学系１７の点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）について説明する。結像面１７ｆ、すなわち被加工物１８の複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）は、前述のとおり、変調マスク２１の複素振幅透過率分布Ｔ（ｘ，ｙ）と、結像光学系１７の点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）との畳み込み積分により与えられる。ここで、前述のように点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）を円筒形１７ｅで近似して考えると、図１６（ｃ）に示す円形の点像分布範囲１７ｌにおいて変調マスク２１の複素振幅透過率を均一重みで積分した結果が、結像面１７ｆにおける複素振幅になる。そして、結像面１７ｆにおける複素振幅の絶対値の二乗が、被加工物１８に照射されるレーザ光の強度となる。
点像分布範囲１７ｌでの変調マスク２１の複素振幅透過率の積分は、図１６（ｄ）に示すように、単位円１７ｇ内における複素振幅透過率をあらわす複数のベクトル１７ｈの和として考えることができる。これらの複数のベクトル１７ｈの和の絶対値を二乗することにより、対応する被加工物１８上の位置における光照射強度が算出される。
図１７（ａ）（ｂ）に、結像光学系１７における瞳関数と点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）との関係を示す。一般に、図１７（ｂ）に示す点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）は、図１７（ａ）に示す瞳関数のフーリエ変換により与えられる。また、結像光学系１７が均一円形瞳を有し、かつ収差がない場合は、上述のように、点像分布関数ＡＳＦ（ｘ，ｙ）は［数４］により表される。しかしながら、結像光学系１７に収差が存在する場合や、結像光学系１７が均一円形瞳以外の瞳関数を有する場合はこの限りではない。
結像光学系１７における瞳関数が均一円形瞳であり、かつ結像光学系１７に収差がない場合、点像分布関数ＡＳＦ（ｘ，ｙ）が最初に０となるまでの中央領域（すなわちエアリーディスク）の半径Ｒは、以下の［数６］により与えられる。
Figure 2012035294
 ここで前述の点像分布範囲１７ｌは、図１６（ｂ）または図１７（ｂ）に示すように、点像分布関数ＡＳＦ（ｘ，ｙ）が最初に０となるまでの円形状の中央領域、即ちエアリーディスク内側を意味することになる。なお本実施の形態において、例えばレーザ光の波長λ＝３０８ｎｍ、結像光学系１７の結像側の開口数ＮＡ＝０．１５とすると、Ｒ＝１．２５μｍとなる。
図１６（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、結像光学系１７の点像分布範囲１７ｌに光学的に対応する円の中に複数の変調単位領域２４ｅが含まれている場合、すなわち図１６（ｄ）に示す単位円１７ｇの中に複数のベクトル１７ｈが存在する場合、複数のベクトル１７ｈの和により光の振幅が表される。従って、各変調単位領域２４ｅにおける複素振幅透過率を調整することにより、光の強度分布を解析的にかつ簡単な計算に従って制御することが可能となる。
上述の説明から明らかなように、変調マスク２１の変調領域２２を通過した光の強度分布を自由に制御するためには、図１６（ｃ）に示すように、変調領域２２の変調単位領域２４ｅが、結像光学系１７の点像分布範囲１７ｌの半径Ｒよりも光学的に小さいことが好ましい。すなわち、変調領域２２の変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した変調単位換算領域が、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒよりも少なくとも一方向に関して小さいことが好ましい。
ここで、例えば結像光学系１７の倍率が１／５である場合、変調単位領域２４ｅを前述の結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した変調単位換算領域が、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒ＝１．２５μｍよりも少なくとも一方向に関して小さくなるよう、変調マスク２１の変調領域２２が設計される。すなわち、このような条件を満たす変調単位領域２４ｅによって変調領域２２が区画され得るよう、上述の半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２が設定される。
本実施の形態においては、上述の半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２がともに５μｍに設定されている。すなわち、各第１位相変調単位領域２５ａは、上述の半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２がともに５μｍとなるよう配置されている。また、各第１位相変調単位領域４５ａは、上述の半径方向距離Ｌ１が５μｍとなるよう配置されている。この場合、図１４に示す変調単位領域２４ｅを正方形で近似すると、当該矩形の一辺が約５μｍとなっている。この場合、５μｍ×５μｍの正方形からなる変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した変調単位換算領域は、（５μｍ×５μｍ）×１／５、すなわち１μｍ×１μｍの正方形からなり、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒ＝１．２５μｍよりも小さくなっている。
次に、変調マスク２１の変調領域とレーザ光の強度Ｉとの関係について説明する。点像分布関数ＡＳＦ（ｘ，ｙ）を、エアリーディスク内側で定数値１、その外側で０となる関数で近似すると、［数３］はエアリーディスク内側での積分に近似される（［数７］）。
Figure 2012035294
 ［数７］中、Ｃは定数であり、積分は点（ｘ,ｙ）を中心とする半径Ｒの内側の積分を示している。
ここで、変調単位領域２４ｅの作用を再度考える。この変調単位領域２４ｅは、同じ形状・大きさの領域が敷き詰められていてもよいし、また場所毎に変化してもよい。ここで、エアリーディスクの範囲内にある複数の変調単位領域２４ｅの面積が等しく、かつそれらの間で複素振幅透過率の構造が大きく変化しない場合、［数６］の積分範囲を、エアリーディスク内側から、（ｘ，ｙ）を含む変調単位領域２４ｅの内側に置き換えることができる。
次に、図１６、図１７を参照しながら、変調マスク２１の変調領域２２を通過した光の光強度分布の導出方法について説明する。前述のとおり、変調領域２２は、その表面に凹凸が設けられている屈折率ｎの石英ガラスから形成されている。この場合、レーザ光がこの凹部（凸部）を透過するとき、石英ガラスの屈折率ｎと空気の屈折率１の差だけ波面にずれが生じて位相変調となる。このときの位相変調量θは、以下の［数８］により表される。
Figure 2012035294
 ここで、Δｈは変調領域２２に形成された凹部の深さ（凸部の高さ）を表している。
ここで、凹部の深さ（凸部の高さ）Δｈが離散的である、すなわち多段加工されているものとし、ある変調単位領域２４ｅ内でのｋ番目の位相変調単位領域の面積率と位相変調量をそれぞれＤｐ，ｋ、θｋと表すとする。この場合、前述の［数７］に基づき、当該変調単位領域２４ｅに対応する結像光学系１７の結像面１７ｆにおける複素振幅透過率Ｕ、およびレーザ光の強度Ｉが以下のように求められる。
Figure 2012035294
Figure 2012035294
 ここで、Σは当該変調単位領域２４ｅにおけるすべての位相変調単位領域に関する和を表している。
簡単のため、変調マスク２１の変調領域２２が、第１位相変調単位領域（第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａ）、および第２位相変調単位領域（第２位相変調単位領域２５ｂ，４５ｂ）の２種類からなる場合について考える。第１位相変調単位領域および第２位相変調単位領域により変調されたレーザ光の位相をそれぞれθ１（＝θ）、θ２（＝０）と表す場合、レーザ光の強度Ｉは以下の［数１１］により表される。
Figure 2012035294
 ここでＤｐは、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域の面積率を表している。この式をＤｐに関して解くと、以下の［数１２］が得られる。
Figure 2012035294
 本実施の形態においては、上述のように、第１位相変調単位領域における位相変調量と第２位相変調単位領域における位相変調量との差が１８０度の奇数倍となるよう、Δｈが設定されている。すなわち、θ＝１８０度となっている。この場合、上記の［数１１］および［数１２］が以下の［数１３］および［数１４］のように表される。
Figure 2012035294
Figure 2012035294
上述のように、被加工物１８に形成するテーパ穴２０の大きさ、テーパ部２０ｂの傾斜角度などに応じて、［数２］に基づき、被加工物１８に照射されるレーザ光強度分布Ｉを設定することができる。さらに、所望のレーザ光強度分布Ｉが得られるよう、［数１４］に従い、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの面積率を設定することができる。すなわち、所定の変調マスク２１を準備することにより、所望の大きさ、傾斜角度などを有するテーパ穴２０を被加工物１８に形成することが可能となる。
図１８に、本実施の形態による変調マスク２１の変調領域２２を通った後に結像光学系１７から出射され被加工物１８上に結像される単位階調光５０の光強度分布の一例を示す。
上述のように、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率はゼロとなっている。このため、図１８に示すように、変調マスク中央部３４に対応する光として、最大の光強度Ｐを有する単位階調光５０の中央部分５１が被加工物１８上に結像される。
また上述のように、変調マスク周縁部３３における第１位相変調リング領域４５ａの占有率は、変調マスク周縁部３３の全域にわたって約０．５となっている。このため、図１８に示すように、変調マスク周縁部３３に対応する光として、ほぼゼロの光強度Ｐ’を有する単位階調光５０の周縁部分５３が被加工物１８上に結像される。
また上述のように、変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの占有率は、変調マスク傾斜部３２の半径方向における外側（変調マスク傾斜部３２の外方）に向かうにつれて単調に増加している。また、変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの占有率は０．５よりも小さくなっている。従って、変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調単位領域２５ｂの占有率との差は、変調マスク傾斜部３２の外方に向かうにつれて単調に減少している。このため、図１８に示すように、変調マスク傾斜部３２に対応する光として、外方に向かうにつれて光強度Ｐから光強度Ｐ’へ単調に強度が減少する単位階調光５０の傾斜部分５２が結像される。この場合、傾斜部分５２の幅ｗは、変調マスク傾斜部３２の幅ｚを適宜設定することにより調整可能となっている。
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、変調マスク２１を備えたテーパ穴形成装置１０を用いて、被加工物１８に、テーパ角φが互いに同一の１８個のテーパ穴２０を形成する方法について説明する。
（変調マスクの設計手順）
まず、変調マスク２１の設計手順について説明する。はじめに図１９および図２０を参照して、変調マスク２１の変調領域２２の設計手順について説明する。図１９は、変調マスク２１の変調領域２２を設計する手順を示すフローチャートであり、図２０は、変調領域２２の設計のうち、変調領域２２のパターンを設計するための手順を詳細に示すフローチャートである。
（変調領域の設計手順）
（イ）まず、被加工物１８に形成する各テーパ穴２０に関する情報（位置（ｘ、ｙ）、半径、深さ、テーパ角φなど）を入力する（Ｓ１０１）。例えばテーパ角φとして１１度が入力される。また、テーパ穴２０の半径および深さとして、３０μｍおよび５０μｍが入力される。
（ロ）次に、レーザ光の照射回数ｍを入力する（Ｓ１０２）。例えば照射回数ｍとして１５０回が入力される。
（ハ）その後、テーパ穴２０の深さおよびレーザ光の照射回数に基づいて、被加工物１８に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐを算出する（Ｓ１０３）。例えば中央部分５１の光強度Ｐとして１０００ｍJ／ｃｍ２が算出される。
（ニ）次に、図４８（ａ）参照に基づいて、上述の角度φ２を算出する（Ｓ１０４）。そして、入力されたテーパ角φと、算出された角度φ２とに基づいて、単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗに起因して形成されるべき角度φ１を算出する（Ｓ１０５）。
（ホ）次に、算出された角度φ１と、テーパ穴２０の深さに基づいて、被加工物１８に照射されるべき単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗを算出する。この際、図５の関係に基づいて、テーパ穴２０が形成されるべき位置に応じて、単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗの値を補正する（Ｓ１０６）。例えば、アブレーションの際にテーパ穴２０間で飛散物が大量に行き交うことが予想される場合、端部のテーパ穴２０（ａ）に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗ（ａ）が、中央部のテーパ穴２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗ（ｉ）よりも大きくなるよう、幅ｗの補正が施される。幅ｗの具体的な補正量は、過去の実験結果などに基づいて決定される。例えば、端部、中間部および中央部のテーパ穴２０（ａ），２０（ｅ）および２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗ（ａ），ｗ（ｅ）およびｗ（ｉ）が、それぞれ４μｍ，３μｍおよび２μｍに決定される。
（ヘ）次に、算出された幅ｗと、テーパ穴２０の位置（ｘ、ｙ）および半径に基づいて、被加工物１８における所望のアブレーションレートｄ（ｘ、ｙ）を算出する（Ｓ１０７）。
（ト）その後、ｄ（ｘ、ｙ）に基づいて、被加工物１８に照射される光の光強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）を算出する（Ｓ１０８）。なお光強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）のうち、単位階調光５０の中央部分５１に対応する領域の光強度としては、上述のＳ１０３で算出された光強度Ｐが用いられる。
（チ）次に、レーザ光の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）と［数１４］とに基づき、変調マスク２１の各変調領域２２における第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの占有率（各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの面積率Ｄｐ）が算出される（Ｓ１０９）。面積率Ｄｐは、変調単位領域２４ｅを単位として区分けされた領域ごとに算出される。
（リ）最後に、算出された面積率Ｄｐに基づいて、変調マスク２１の各変調領域２２における第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの配置パターンが決定される（Ｓ１１０）。
次に、各変調領域２２における第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの配置パターン、とりわけ変調マスク傾斜部３２の第１位相変調単位領域２５ａの配置パターンを設計するための手順について、図２０を参照して詳細に説明する。
（ヌ）まず、上述の半径方向距離Ｌ１を入力し（Ｓ１２１）、次に、上述の円周方向距離Ｌ２を入力する（Ｓ１２２）。このとき、半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２をそれぞれ結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した距離がＲよりも小さくなるよう、半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２を設定する。
（ル）次に、各変調マスク傾斜部３２内に、複数の円環状の仮想的な円周方向線２７が、隣接する円周方向線２７間の半径方向距離がＬ１となるよう設けられる（Ｓ１２３）。その後、各円周方向線２７上に、多数の第１位相変調単位領域２５ａが、隣接する第１位相変調単位領域２５ａ間の中心間の円周方向距離がＬ２となるよう配置される（Ｓ１２４）。
（ヲ）次に、変調マスク傾斜部３２が、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１位相変調単位領域２５ａを含む複数の変調単位領域２４ｅに区画される（Ｓ１２５）。この場合、例えば上述のように、隣接する２つの円周方向線２７間の中間点に沿って延びる円周方向の線と、円周方向線２７上で隣り合う２つの第１位相変調単位領域２５ａの中心を結ぶ線に直交するよう延びる半径方向の線と、を描くことにより、変調マスク傾斜部３２が複数の変調単位領域２４ｅに区画される。
（ワ）次に、Ｓ１０９において算出された面積率Ｄｐと、各変調単位領域２４ｅの面積とに基づいて、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの面積が決定される（Ｓ１２６）。
このようにして、各変調マスク傾斜部３２において、第１位相変調単位領域２５ａの配置パターンが設計される。
なお、変調マスク周縁部３３において第１位相変調単位領域４５ａを配置する方法は、上述のＳ１２１〜Ｓ１２６において円周方向距離Ｌ２に関する設計が不要になる点が異なるのみであり、その他の点は、各変調マスク傾斜部３２において第１位相変調単位領域２５ａを配置する方法と略同一である。
上述のようにして設計された具体的な変調領域２２を図２１Ａ（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図２１Ａ（ａ）（ｂ）（ｃ）は、端部の変調領域２２（ａ）、中間部の変調領域２２（ｅ）および中央部の変調領域２２（ｉ）をそれぞれ示している。
上述のように、端部、中間部および中央部のテーパ穴２０（ａ），２０（ｅ）および２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗ（ａ），ｗ（ｅ）およびｗ（ｉ）は、それぞれ４μｍ，３μｍおよび２μｍに決定されている。この場合、対応する変調領域２２（ａ），２２（ｅ）および２２（ｉ）においては、変調マスク傾斜部３２（ａ），３２（ｅ）および３２（ｉ）の幅ｚ（ａ），ｚ（ｅ）およびｚ（ｉ）がそれぞれ１５μｍ（３μｍ×（結像光学系１７の倍率１／５の逆数），１０μｍ（２μｍ×（結像光学系１７の倍率１／５の逆数）および５μｍ（１μｍ×（結像光学系１７の倍率１／５の逆数）に設定される。ここで図２１Ａ（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、各変調マスク傾斜部３２（ａ），３２（ｅ）および３２（ｉ）における幅ｚ（ａ），ｚ（ｅ）およびｚ（ｉ）は、各変調マスク傾斜部３２（ａ），３２（ｅ）および３２（ｉ）の幅方向に並ぶ変調単位領域２４ｅの数を増減させることにより調整されている。
傾斜部分５２の幅ｗ（ａ）が４μｍで、変調マスク傾斜部３２（ａ）の幅ｚ（ａ）が１５μｍ（３μｍ×（結像光学系１７の倍率１／５の逆数）となることについて説明する。
図２１Ｂは、図２１Ａ（ａ）に示す変調領域２２（ａ）における第１位相変調単位領域の占有率の分布を示す図である。図２１Ｂに示すように、変調マスク周縁部３３における第１位相変調単位領域４５ａの占有率はほぼ一定の値（約０．５）となっており、また、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率も一定の値（ゼロ）となっている。一方、変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの占有率は、０〜約０．５の範囲内の値となっており、また、変調領域２２（ａ）の外方に向かうにつれて単調に増加している。
上述のように、本実施の形態において、変調マスク傾斜部３２は、第１位相変調単位領域２５ａの占有率の値が、変調マスク周縁部３３における第１位相変調単位領域４５ａの占有率の値と、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率の値と、の間の値になっている変調単位領域２４ｅから構成される領域として定義されている。この場合、変調マスク傾斜部３２は、図２１Ｂに示すように、半径方向に沿って３つ（３重に）並んだ変調単位領域２４ｅから構成される領域として定義される。上述のように、本実施の形態において、変調単位領域２４ｅを正方形で近似した場合の一辺の長さは５μｍとなっており、このため、変調領域２２（ａ）における変調マスク傾斜部３２の幅ｚ（ａ）は１５μｍとなる。
ここで、第１位相変調単位領域の占有率のグラフにおいて、変調領域２２（ａ）の半径方向に沿って占有率の値が増加または減少する部分を占有率傾斜部分とし、占有率傾斜部分の幅をｚ’（ａ）とする。この場合、図２１Ｂに示すように、占有率傾斜部分の幅ｚ’（ａ）は、変調マスク傾斜部３２の幅ｚ（ａ）よりも大きくなっている。具体的には、占有率傾斜部分の幅ｚ’（ａ）は、ほぼ１つの変調単位領域２４ｅの幅の分だけ変調マスク傾斜部３２の幅ｚ（ａ）よりも大きくなっている。すなわち、占有率傾斜部分の幅ｚ’（ａ）は２０μｍとなっている。
上述のように、変調領域２２（ａ）により位相変調され出射された光は、結像光学系１７の結像面に、第１位相変調単位領域の占有率に基づく光強度分布を生成する。このため、変調領域２２（ａ）により変調され被加工物１８に照射される単位階調光５０（ａ）は、変調領域２２（ａ）における第１位相変調単位領域の占有率に基づく光強度分布を有している。この場合、占有率傾斜部分の幅ｚ’（ａ）が、単位階調光５０（ａ）における傾斜部分５２の幅ｗ（ａ）に対応している。従って、変調領域２２（ａ）により変調され被加工物１８に照射される単位階調光５０（ａ）の傾斜部分５２の幅ｗ（ａ）は、４μｍ（２０μｍ×１／５（結像光学系１７の倍率））となる。
同様に、変調領域２２（ｅ），変調領域２２（ｉ）における占有率傾斜部分の幅ｚ’（ｅ），ｚ’（ｉ）はそれぞれ１５μｍ，１０μｍとなっている。このため、テーパ穴２０（ｅ），２０（ｉ）に照射される単位階調光５０（ｅ），（ｉ）の傾斜部分５２の幅ｗ（ｅ），ｗ（ｉ）は、それぞれ３μｍ，２μｍとなる。
（非変調領域の設計手順）
次に、変調マスク２１の非変調領域２３の設計手順について説明する。図１１（ａ）（ｂ）に示したように、非変調領域２３は、変調マスク本体部２１ａと、変調マスク本体部２１ａ上に設けられた光遮蔽層２１ｂと、を含んでいる。この場合、非変調領域２３の光透過率は、光遮蔽層２１ｂの光透過率により決定される。すなわち、非変調領域２３の光透過率は、光遮蔽層２１ｂの光透過率とほぼ等しくなっている
上述のように、非変調領域２３の光遮蔽層２１ｂの光透過率は、非変調領域２３を通って被加工物１８に照射される光の強度が被加工物１８のアブレーション閾値を超えないよう適宜選択される。例えば、非変調領域２３に光遮蔽層２１ｂが設けられていない場合の像面における光の強度が１０００ｍＪ／ｃｍ２であり、被加工物１８のアブレーション閾値が５０ｍＪ／ｃｍ２である場合、光透過率が０．０５よりも小さくなるよう光遮蔽層２１ｂが選択される。このため、被加工物１８のうちテーパ穴２０が形成されない領域を加工し得る強度を有する光が非変調領域２３から出射されるのを防ぐことができ、このことにより、被加工物１８のうちテーパ穴２０が形成されない領域が加工されるのを確実に防ぐことができる。
（変調マスクの製造方法）
その後、設計されたパターンに従って、上述の変調領域２２および非変調領域２３を有する変調マスク２１を製造する。この場合、例えばフォトリソグラフィー法などにより、設計されたパターンに従って、変調マスク本体部２１ａ上に第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａが形成される。また、適切に選択された光遮蔽層２１ｂが、変調マスク本体部２１ａ上に設けられる。このようにして変調マスク２１が得られる。
（テーパ穴の形成方法）
次に、本実施の形態における変調マスク２１を備えたテーパ穴形成装置１０を用いて、被加工物１８にテーパ穴２０を形成する方法について説明する。
まず、載置台１９上に被加工物１８を予め載置しておく。次に、マスク照明系１１から、面内強度分布が均一化されたレーザ光を出射させる。レーザ光としては、例えば、波長が３０８ｎｍ、発振時間（１パルスあたり）が３０ｎｓのＸｅＣｌエキシマレーザが用いられる。その後、マスク照明系１１から出射された光を前述の変調マスク２１に入射させる。変調マスク２１に入射されたレーザ光は、前述の手順により決定された変調マスク２１のパターンに応じて変調または遮蔽される。
変調マスク２１から出射されたレーザ光は、結像光学系１７に入射される。結像光学系１７としては、例えば、倍率（縮小率）が１／５、結像側開口数（ＮＡ）が０．１３の結像光学系が用いられる。前述のとおり、変調マスク２１の各変調領域２２における仮想的な変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した変調単位換算領域は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒよりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域２２を通った後に結像光学系１７から出射され被加工物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布は、各変調領域２２の各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの占有率に対応する強度分布を有している。
図２２は、変調領域２２を通った後に結像光学系１７から出射され被加工物１８上に結像されるレーザ光のうち、テーパ穴２０（ａ），２０（ｅ），２０（ｉ）に照射される単位階調光５０（ａ），５０（ｅ）および５０（ｉ）の強度分布を示す図である。上述のように、変調領域２２（ａ），２２（ｅ）および２２（ｉ）において、各変調マスク傾斜部３２の幅ｚ（ａ），ｚ（ｅ）およびｚ（ｉ）はそれぞれ１５μｍ，１０μｍおよび５μｍに決定されている。このため、対応する単位階調光５０（ａ），５０（ｅ）および５０（ｉ）においても、その傾斜部分５２の幅ｗ（ａ），ｗ（ｅ）およびｗ（ｉ）がそれぞれ４μｍ，３μｍおよび２μｍとなっている。このように、変調マスク傾斜部３２の幅ｚを、変調マスク２１の端に向かうにつれて大きくすることにより、被加工物１８上に結像される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗを、一列に並ぶテーパ穴２０の端に向かうにつれて大きくすることができる。
図２３（ａ）は、各変調領域２２における変調マスク傾斜部３２の幅ｚを示すグラフであり、図２３（ｂ）は、各変調マスク傾斜部３２により変調されて被加工物１８上に結像される各単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗを示すグラフである。図２３（ｃ）は、各単位階調光５０を照射することにより形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを示すグラフである。テーパ穴２０の位置に応じて、変調マスク傾斜部３２の幅ｚを適宜調整し（図２３（ａ）参照）、これによって各単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗを適切に調整することにより（図２３（ｂ）参照）、図２３（ｃ）に示すように、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することが可能となっている。
このように本実施の形態によれば、各単位階調光５０のうち一の単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗは、その他の単位階調光５０のうち少なくとも１つの単位階調光５０における傾斜部分５２の幅と異なっている。例えば、各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗは、一列に並ぶテーパ穴２０の端に向かうにつれて大きくなっている。これによって、各単位階調光５０の照射によって形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを、各単位階調光５０が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
また本実施の形態によれば、変調マスク２１の各変調領域２２は、変調マスク中央部３４の外縁に位置し、被加工物１８においてテーパ穴２０のテーパ部２０ｂが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部３２を含んでいる。各変調マスク傾斜部３２は、複数の変調単位領域２４ｅからなっており、ここで、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域２２のうち一の変調領域２２における変調マスク傾斜部３２の幅ｚを、その他の変調領域２２のうち少なくとも１つの変調領域２２における変調マスク傾斜部３２の幅と任意に異ならせることができる。例えば、変調マスク傾斜部３２の幅ｚを、変調マスク２１の端に向かうにつれて大きくなるように設定することができる。これによって、各変調領域２２により変調されて被加工物１８に照射される各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを、一列に並ぶテーパ穴２０の端に向かうにつれて大きくすることができる。従って、各単位階調光５０の照射によって形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを、各単位階調光５０が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
また本実施の形態によれば、各変調領域２２において、変調マスク傾斜部３２の幅方向に並ぶ変調単位領域２４ｅの数が、列の端に向かうにつれて大きくなっている。このように変調単位領域２４ｅの数を増減させることにより、各変調マスク傾斜部３２の幅ｚを増減することができる。このことにより、各変調領域２２により変調されて被加工物１８に照射される各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを、テーパ穴２０の位置に応じて容易に調整することが可能となっている。
（変形例）
なお本実施の形態において、変調マスク傾斜部３２の幅ｚが、変調マスク２１の端に向かうにつれて大きくなるように設定される例を示した。しかしながら、これに限られることはない。
例えば、各テーパ穴２０間の距離が大きい場合について考える。この場合、一のテーパ穴形成領域において発生した飛散物は、他のテーパ穴形成領域にまでほとんど到達しない。一方、端部に位置するテーパ穴２０（ａ）に照射される単位階調光５０（ａ）の収差は、中央部に位置するテーパ穴２０（ｉ）に照射される単位階調光５０（ｉ）の収差に比べて大きくなると考えられる。このため、端部の単位階調光５０（ａ）の傾斜部分５２（ａ）の幅ｗ（ａ）と、中央部の単位階調光５０（ｉ）の傾斜部分５２（ｉ）の幅ｗ（ｉ）とが同一である場合、端部のテーパ穴２０（ａ）のテーパ角φ（ａ）の方が、中央部のテーパ穴２０（ｉ）のテーパ角φ（ｉ）に比べて大きくなる。
この場合、図２４（ａ）に示すように、変調マスク傾斜部３２の幅ｚが、変調マスク２１の端に向かうにつれて小さくなるように設定される。これによって、図２４（ｂ）に示すように、各変調領域２２により変調されて被加工物１８に照射される各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを、一列に並ぶテーパ穴２０の端に向かうにつれて小さくすることができる。このことにより、図２４（ｃ）に示すように、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
また、飛散物による影響と光の収差による影響が同等の大きさで混在している場合、図２５（ａ）（ｂ）に示すように、各変調マスク傾斜部３２の幅ｚおよび各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを、テーパ穴２０の位置に応じて柔軟に設定することができる。これによって、図２５（ｃ）に示すように、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
（その他の変形例）
また本実施の形態による変調マスク傾斜部３２において、第１位相変調単位領域２５ａの面積が、変調領域２２の外方に向かうにつれて単調に増加する例を示したしかしながら、これに限られることはなく、第１位相変調単位領域２５ａの面積は、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調単位領域２５ｂの占有率との差が、変調領域２２の外方に向かうにつれて単調に減少するよう設定されていればよい。すなわち、変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの占有率が０．５よりも小さい場合、第１位相変調単位領域２５ａは、変調領域２２の外方に向かうにつれてその面積が単調に増加するよう設定される。一方、変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの占有率が０．５よりも大きい場合、第１位相変調単位領域２５ａは、変調領域２２の外方に向かうにつれてその面積が単調に減少するよう設定される。
また本実施の形態において、変調マスク中央部３４が、光を第２の位相変調量で変調する第２位相変調単位領域２５ｂのみからなっている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、変調マスク中央部３４が、第１位相変調単位領域２５ａと第２位相変調単位領域２５ｂとからなっていてもよい。この場合、変調マスク中央部３４から出射されて被加工物１８に照射される光（単位階調光５０の中央部分５１）の光強度Ｐが、テーパ穴２０の貫通部２０ａを形成するのに十分な大きさを有するよう、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調単位領域２５ｂの占有率との差が適宜設定される。
（第１位相変調単位領域の形状およびパターンの意義）
次に、第１位相変調単位領域２５ａの形状およびパターンを図１２乃至図１４に示すように設定することの意義について、補足として説明する。
所定の円周方向線２７上で各第１位相変調単位領域２５ａを完全に周期的に並べるためには、各第１位相変調単位領域２５ａの側縁が変調領域２２の変調マスク傾斜部３２の半径方向または円周方向のいずれかに沿って延びている必要がある。すなわち、第１位相変調単位領域２５ａが配置される場所に応じて、側縁が延びる方向を変える必要がある。このため、各第１位相変調単位領域２５ａの側縁が上述のようにいずれもｘ方向およびｙ方向に沿って延びている場合、所定の円周方向線上において各第１位相変調単位領域２５ａを完全に周期的に並べることはできず、わずかな不完全さが生じる。
しかしながら、上述のように、第１位相変調単位領域２５ａの側縁の長さを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した長さが、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒと比べて十分に小さい場合、変調マスク２１の変調領域２２の変調マスク傾斜部３２により位相変調され出射された光は、結像光学系１７の結像面に、第１位相変調単位領域２５ａの占有率に基づく光強度分布を生成する。この場合、結像光学系１７の結像面における光強度分布が円形の等強度線を有するかどうかは、変調マスク２１の変調マスク傾斜部３２の所定の円周方向線上において第１位相変調単位領域２５ａの占有率の分布が周期的となっているかどうかにより決定される。従って、変調マスク傾斜部３２の所定の円周方向線２７上において第１位相変調単位領域２５ａの占有率の分布が周期的となるよう、各第１位相変調単位領域２５ａを配置することが重要となる。すなわち、各第１位相変調単位領域２５ａの側縁がｘ方向またはｙ方向に沿って延びていることによる周期性のわずかな不完全さが、結像光学系１７の結像面における光強度分布に与える影響は、無視され得る。
一方、変調マスク２１を作製する上では、感光材料に対するレーザビームや電子線ビームの走査露光が直交座標系に基づき行われることを考えると、各第１位相変調単位領域２５ａの側縁がｘ方向およびｙ方向に延びていることが好ましい。なぜなら、各第１位相変調単位領域２５ａの側縁が様々な方向に延びている場合に比べて、各第１位相変調単位領域２５ａの側縁がｘ方向およびｙ方向の２方向のいずれかにのみ延びている場合の方が、走査露光のために用いるデータ量が少なく、また露光時間も短くなるからである。従って、本実施の形態においては、その側縁がｘ方向およびｙ方向の２方向のいずれかにのみ延びている第１位相変調単位領域２５ａが、変調マスク傾斜部３２において採用されている。しかしながら、本発明の技術的思想から考えると、各第１位相変調単位領域２５ａがｘ方向またはｙ方向以外の方向、例えば半径方向および円周方向に延びていてもよい。
なお、第１位相変調単位領域２５ａの長さを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した長さが、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒと比べて無視できないくらいに大きい場合、各第１位相変調単位領域２５ａの側縁がｘ方向またはｙ方向に沿って延びていることによる周期性のわずかな不完全さが、結像光学系１７の結像面における光強度分布に与える影響が、無視できなくなってくる。具体的には、結像光学系１７の結像面における等強度線が、完全な円形ではなく、若干うねった円形になることが考えられる。このような場合は、図１２の変調マスク周縁部３３に示されているように、第１位相変調単位領域４５ａを用いることが好ましい。
上述の第１位相変調単位領域２５ａの配置方法によれば、変調領域２２の変調マスク傾斜部３２を、円周方向線２７に沿って所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１位相変調単位領域２５ａを含む複数の変調単位領域２４ｅに区画することが可能となっている。一方、上述のように第１位相変調単位領域２５ａを配置しない場合、同一円周方向線２７上における変調単位領域２４ｅの面積を一定にすることができない。この場合、［数１４］の関係（または後述する第２の実施の形態における［数１７］の関係）が成立しなくなってしまう。このため、上述のように第１位相変調単位領域２５ａを配置することなく、結像光学系１７の結像面に目的とする光強度分布を生成するためには、第１位相変調単位領域２５ａの面積を位置ごとに個別に計算して求める必要があり、変調マスク傾斜部３２の設計が複雑になるので好ましくない。また、結像光学系１７の結像面において均一な光強度分布を生成する場合であっても、第１位相変調単位領域２５ａの面積を様々に変化させる必要がある。このように第１位相変調単位領域２５ａの面積を変化させることは、変調マスク２１の作製が困難になるため好ましくない。
これに対して本実施の形態によれば、上述のように第１位相変調単位領域２５ａを配置することにより、結像光学系１７の結像面に円形の等強度線を有する光強度分布を生成することができる変調マスク２１の変調マスク傾斜部３２を、簡易な計算により設計することが可能となっている。また、同一円周方向線２７上における各第１位相変調単位領域２５ａの面積は一定となっており、このため、変調マスク２１を容易に作製することができる。
また上述のように、第１位相変調単位領域２５ａを構成する側縁は、ｘ方向に延びる一対のｘ方向側縁２８ａと、ｙ方向に延びる一対のｙ方向側縁２８ｂとからなっている。このため、第１位相変調単位領域２５ａを構成する側縁が様々な方向に延びる場合に比べて、フォトリソグラフィー法によって変調マスク本体部２１ａ上に第１位相変調単位領域２５ａを形成する際に用いられる露光マスクの構造が単純になっている。従って、露光マスクの製造コストが低くなっており、このことにより、第１位相変調単位領域２５ａをより容易に低コストで形成することが可能となっている。
また上述のように、変調マスク傾斜部３２において、各第１位相変調単位領域２５ａは、円環状に設けられた複数の仮想的な円周方向線２７に沿って周期的に並べられている。また、各円周方向線２７において、同一円周方向線２７上で隣り合う２つの第１位相変調単位領域２５ａの面積は略一定となっている。このことにより、図１８に示すように、単位階調光５０の傾斜部分５２を、円形の等強度線を有する光とすることができる。
なお本実施の形態の第１の特徴は、テーパ穴２０の位置に応じて、各変調領域２２の変調マスク傾斜部３２の幅ｚを調整し、これによって、各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを最適化することである。従って、上述のように第１位相変調単位領域２５ａの形状および配置を設定することは付加的な事項であり、このような形状および配置に限られるものではない。例えば図２６Ａおよび図２６Ｂに示すように、第１位相変調単位領域２５ａが格子状に配置されていてもよく、また、各第１位相変調単位領域２５ａが正方形の形状となっていてもよい。
図２６Ａおよび図２６Ｂに示す変調領域２２においても、一部の変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率が、変調領域２２の外方に向かうにつれて単調に増加または減少するよう設定されている。また、変調マスク周縁部３３における第１位相変調単位領域２５ａの占有率の値と、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率の値と、の間の値になっている変調単位領域２４ｅから構成される領域が、変調マスク傾斜部３２となっている。そして、当該変調マスク傾斜部３２の幅ｚが、本発明による技術的思想に従って調整される。
また本実施の形態において、変調領域２２が円形の輪郭を有する例を示した。しかしながら、これに限られることはない。変調領域２２において、変調マスク傾斜部３２および変調マスク中央部３４の輪郭が略円形であればよく、従って前述の図２６Ａに示されているように、変調領域２２の輪郭（変調マスク周縁部３３の輪郭）が非円形であってもよい。
第２の実施の形態
次に、図２７乃至図２９を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２７乃至図２９に示す第２の実施の形態は、変調マスクの変調領域の各変調単位領域が、光を振幅変調する第１振幅変調単位領域と第２振幅変調領域とからなる点が異なるのみであり、他の構成は、図１乃至図２６に示す第１の実施の形態と略同一である。図２７乃至図２９に示す第２の実施の形態において、図１乃至図２６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
（変調マスクの変調領域）
図１乃至図２６に示す第１の実施の形態の場合と同様に、変調マスク２１の変調領域２２は、被加工物１８においてテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部３４と、変調マスク中央部３４の外縁に位置し、被加工物１８においてテーパ穴２０のテーパ部２０ｂが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部３２と、変調マスク傾斜部３２の外縁に位置する変調マスク周縁部３３と、を含んでいる。
このうち変調マスク周縁部３３は光を第１の振幅変調量（第１の変調量）で変調する第１振幅変調単位領域（第１変調単位領域）２６ａのみからなっている。また、変調マスク中央部３４は、光を第２の振幅変調量（第２の変調量）で変調する第２振幅変調単位領域（第２変調単位領域）２６ｂのみからなっている。第１振幅変調単位領域２６ａおよび第２振幅変調単位領域２６ｂの構造については後述する。
（変調マスク傾斜部）
次に変調マスク傾斜部３２について説明する。図２７に示すように、変調領域２２の変調マスク傾斜部３２は、第１振幅変調単位領域２６ａと、各第１振幅変調単位領域２６ａを埋めるよう形成された第２振幅変調単位領域２６ｂと、を有している。
図２８に示すように、各第１振幅変調単位領域２６ａは、各々の中心が同一円環上に位置するよう配置されている。具体的には、図２８に示すように、各第１振幅変調単位領域２６ａは、その中心が、変調マスク傾斜部３２内に仮想的に設けられた複数の仮想的な円周方向線２７上に位置するよう配置されている。
次に、変調マスク傾斜部３２における第１振幅変調単位領域２６ａの形状について説明する。図２８に示すように、各第１振幅変調単位領域２６ａは、各々が変調マスク傾斜部３２の半径方向に延びる略一定長さの２側縁２６ｃ，２６ｃを含んでいる。このため、変調マスク傾斜部３２を複数の単位変調領域２４ｅに区画した場合、各単位変調領域２４ｅにおける第１振幅変調単位領域２６ａの面積率を容易に大きくすることができる。
なお図２８に示す例において、隣接する円周方向線２７間の半径方向距離Ｌ１は略一定となっており、このため、各第１振幅変調単位領域２６ａの側縁２６ｃの長さも略一定の長さ（＝Ｌ１）となっている。
また図２８に示すように、同一円周方向線２７上で隣り合う２つの第１振幅変調単位領域２６ａの中心間の円周方向距離Ｌ２は、略一定となっている。また、同一の円周方向線２７上に配置された第１振幅変調単位領域２６ａ間だけではなく、すべての同一円周方向線２７上に配置された第１振幅変調単位領域２６ａ間において、上記中心間の円周方向距離Ｌ２が略一定となっている。また、同一円周方向線２７上で隣り合う２つの第１振幅変調単位領域２６ａの円周方向長さＬ３は略同一となっている。このことにより、円周方向線２７に沿って見た場合の第１振幅変調単位領域２６ａの占有率を略一定とすることができる。
次に、上述の半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２について説明する。結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒを、レーザ光源１２からの光の中心波長λ、結像光学系１７の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２をそれぞれ結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した距離は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっている。ここで、「半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２を結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した距離」とは、変調マスク２１における半径方向距離Ｌ１および円周方向距離Ｌ２に、結像光学系１７の倍率を掛けた値のことである。
次に、図２８を参照して、第１振幅変調単位領域２６ａの占有率について説明する。はじめに、図２８において点線で示すように、変調マスク傾斜部３２を、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１振幅変調単位領域２６ａを含む複数の変調単位領域２４ｅに区画する。
変調単位領域２４ｅを画定する図２８の点線は、例えば、隣接する２つの円周方向線２７間の中間点に沿って延びる円周方向の線と、円周方向線２７上で隣り合う２つの第１振幅変調単位領域２６ａの中心を結ぶ線に直交するよう延びる半径方向の線と、からなっている。このようにして図２８に示す点線を描くことにより、変調マスク傾斜部３２を、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１振幅変調単位領域２６ａを含む複数の変調単位領域２４ｅに区画することができる。この場合、第１振幅変調単位領域２６ａの占有率は、各変調単位領域２４ｅにおける第１振幅変調単位領域２６ａの面積率として定義される。
ここで、各変調単位領域２４ｅを長方形で近似した場合、この長方形の一辺の長さはほぼＬ１，Ｌ２に等しい。従って、各変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した変調単位換算領域は、上述の結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒよりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、変調マスク傾斜部３２により変調されて被加工物１８に照射される光は、後述するように、第２振幅変調単位領域２６ｂの占有率に基づいた強度分布を有することになる。
次に、図２９を参照して、変調領域２２の第１振幅変調単位領域２６ａおよび第２振幅変調単位領域２６ｂの構造について説明する。図２９に示すように、変調領域２２において、変調マスク本体部２１ａ上には、部分的に光遮蔽層２９が設けられており、この光遮蔽層２９と、変調マスク本体部２１ａとにより、各第１振幅変調単位領域２６ａが構成されている。一方、第２振幅変調単位領域２６ｂは、変調マスク本体部２１ａのうち光遮蔽層２９が設けられていない領域からなっている。この場合、第１振幅変調単位領域２６ａにおける光の透過率は略０となっており、第２振幅変調単位領域２６ｂにおける光の透過率は略１となっている。
第１振幅変調単位領域２６ａの光遮蔽層２９は、光を透過させない材料から形成されている。このため、変調マスク２１の変調領域２２の第１振幅変調単位領域２６ａに入射した光は、変調マスク２１の結像光学系１７側から取り出されることなく、光遮蔽層２９によって遮蔽される。光遮蔽層２９の材料としては、例えば、クロム、アルミニウム、シリコン酸化物または誘電体多層膜など様々な遮光材料を用いることができる。
次に、変調マスク２１の変調領域２２により振幅変調され出射された光が、結像光学系１７の結像面に、各変調単位領域２４ｅにおける第１振幅変調単位領域２６ａの面積率に基づく光強度分布を生成する原理について説明する。
本実施の形態における変調領域２２は、透過率０の第１振幅変調単位領域２６ａと、透過率１の第２振幅変調単位領域２６ｂからなる。従って、変調領域２２における複素振幅透過率分布Ｔ（ｘ，ｙ）は、点（ｘ,ｙ）が第１振幅変調単位領域２６ａ内にある場合はＴ（ｘ,ｙ）＝０、点（ｘ,ｙ）が第２振幅変調単位領域２６ｂ内にある場合はＴ（ｘ,ｙ）＝１となる。従って、上述の［数７］の積分範囲を、（ｘ，ｙ）を含む変調単位領域２４ｅの内側に置き換えて計算を行うことにより、以下の［数１５］が得られる。
Figure 2012035294
 ここで、Ｄａ，ｉは、変調領域２２のうち第ｉ番目の変調単位領域２４ｅにおける開口率（変調単位領域２４ｅに対する第２振幅変調単位領域２６ｂの面積率）、Ｕｉは結像面１７ｆのうちこの第ｉ番目の領域に対応する位置における複素振幅透過率である。
結像面１７ｆ、すなわち被加工物１８に照射されるレーザ光の強度Ｉは複素振幅透過率Ｕの絶対値の二乗で与えられることから、以下の［数１６］、［数１７］が導かれる。
Figure 2012035294
Figure 2012035294
ここでＩについては、被加工物１８に形成するテーパ穴２０の大きさ、テーパ部２０ｂの傾斜角度などに応じて、［数２］に基づき、被加工物１８に照射されるレーザ光強度分布Ｉを設定することができる。さらに、所望のレーザ光強度分布Ｉが得られるよう、［数１７］に従い、変調領域２２の各変調単位領域２４ｅにおける開口率を設定することができる。従って、所定の変調領域２２を有する変調マスク２１を準備することにより、所望の大きさ、傾斜角度などを有するテーパ穴２０を被加工物１８に形成することが可能となる。
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、変調マスク２１を備えたテーパ穴形成装置１０を用いて、被加工物１８に、テーパ角φが互いに同一の１８個のテーパ穴２０を形成する方法について説明する。
（変調マスクの設計手順）
まず、変調マスク２１の設計手順について説明する。図２０は、変調マスク２１の変調領域２２を設計する手順を示すフローチャートである。
図３０に示す変調マスク２１の設計手順は、レーザ光強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）が算出された後（Ｓ２０８）、［数１７］に基づいて、変調マスク２１の各変調領域２２の各変調単位領域２４ｅにおける開口率Ｄａ（各変調単位領域２４ｅにおける第２振幅変調単位領域２６ｂの面積率）が算出される（Ｓ２０９）点が異なるのみであり、その他の手順は、図１９に示す第１の実施の形態における変調マスク２１の設計手順と略同一となっている。
また、各変調領域２２における第１振幅変調単位領域２６ａの配置パターンの設計手順も、図２０に示す第１の実施の形態における第１位相変調単位領域２５ａの場合と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
設計された具体的な変調領域２２を図３１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図３１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、端部の変調領域２２（ａ）、中間部の変調領域２２（ｅ）および中央部の変調領域２２（ｉ）をそれぞれ示している。なお、各変調領域２２の変調単位領域２４ｅを正方形で近似すると、一辺が約５μｍの正方形となっている。
図３１に示すように、変調マスク傾斜部３２における第１振幅変調単位領域２６ａの面積は、変調領域２２の外方に向かうにつれて単調に増加するよう設定されている。具体的には、端部の変調領域２２（ａ）においては、第１振幅変調単位領域２６ａの円周方向長さＬ３が、変調領域２２の内方から外方に向かうにつれて順に０．６５μｍ、１．４５μｍ、２．５μｍとなるよう設定されている。中間部の変調領域２２（ｅ）においては、第１振幅変調単位領域２６ａの円周方向長さＬ３が、変調領域２２の内方から外方に向かうにつれて順に０．８５μｍ、２．１５μｍとなるよう設定されている。このように第１振幅変調単位領域２６ａの面積を設定することにより、外方に向かうにつれて単調に光強度が減少する光（単位階調光５０の傾斜部分５２）を生成することができる。なお、中央部の変調領域２２（ｉ）においては、第１振幅変調単位領域２６ａの円周方向長さＬ３が１．４５μｍとなっている。
また、第１の実施の形態の場合と同様に、端部、中間部および中央部のテーパ穴２０（ａ），２０（ｅ）および２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗ（ａ），ｗ（ｅ）およびｗ（ｉ）は、それぞれ４μｍ，３μｍおよび２μｍに決定されている。この場合、対応する変調領域２２（ａ），２２（ｅ）および２２（ｉ）においては、変調マスク傾斜部３２（ａ），３２（ｅ）および３２（ｉ）の幅ｚ（ａ），ｚ（ｅ）およびｚ（ｉ）がそれぞれ１５μｍ，１０μｍおよび５μｍに設定される。ここで図３１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、各変調マスク傾斜部３２（ａ），３２（ｅ）および３２（ｉ）における幅ｚ（ａ），ｚ（ｅ）およびｚ（ｉ）は、各変調マスク傾斜部３２（ａ），３２（ｅ）および３２（ｉ）の幅方向に並ぶ変調単位領域２４ｅの数を増減させることにより調整されている。
このように、本実施の形態においても、変調マスク傾斜部３２の幅ｚが、テーパ穴２０の位置に応じて適宜調整されている。これによって、各変調領域２２により変調されて被加工物１８に照射される各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを、テーパ穴２０の位置に応じて最適化することができる。従って、各単位階調光５０の照射によって形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを、各単位階調光５０が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
なお本実施の形態において、変調マスク傾斜部３２の第１振幅変調単位領域２６ａが、変調マスク傾斜部３２の半径方向に延びる略一定長さの２側縁２６ｃ，２６ｃを含む例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、変調マスク傾斜部３２の第１振幅変調単位領域２６ａは、第１の実施の形態における第１位相変調単位領域２５ａの場合と同様に、ｘおよびｙ方向に延びる矩形形状を有していてもよい。
第３の実施の形態
次に、図３２および図３３を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図３２および図３３に示す第３の実施の形態は、変調単位領域２４ｅの寸法を増減させることにより、各変調マスク傾斜部３２の幅ｚが調整される点が異なるのみであり、他の構成は、図１乃至図２６に示す第１の実施の形態と略同一である。図３２および図３３に示す第３の実施の形態において、図１乃至図２６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図３２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実施の形態による変調マスク２１において、端部の変調領域２２（ａ）、中間部の変調領域２２（ｅ）および中央部の変調領域２２（ｉ）をそれぞれ示す図である。
本実施の形態においては、上述の第１の実施の形態の場合に比べて、被加工物１８に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗをより精密に調整することが求められている。例えば、端部、中間部および中央部のテーパ穴２０（ａ），２０（ｅ）および２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗ（ａ），ｗ（ｅ）およびｗ（ｉ）を、それぞれ３．４μｍ，２．８μｍおよび２．２μｍに調整することが求められている。このため本実施の形態においては、変調マスク傾斜部３２の幅方向に並ぶ変調単位領域２４ｅの数を増減させるのではなく、変調マスク傾斜部３２の幅方向に並ぶ変調単位領域２４ｅの幅方向における寸法を調整することにより、単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗが最適化される。
図３２（ａ）に示す端部の変調マスク傾斜部３２（ａ）においては、例えば、各円周方向線２７間の半径方向距離Ｌ１が５μｍに設定される。従って、変調マスク傾斜部３２の幅方向に並ぶ変調単位領域２４ｅの幅方向における寸法も約５μｍとなる。この結果、変調マスク傾斜部３２（ａ）の幅ｚ（ａ）は、約１０μｍとなっている。
また、図３２（ｂ）に示す中間部の変調マスク傾斜部３２（ｅ）においては、例えば、各円周方向線２７間の半径方向距離Ｌ１が４μｍに設定される。従って、変調マスク傾斜部３２の幅方向に並ぶ変調単位領域２４ｅの幅方向における寸法も約４μｍとなる。この結果、変調マスク傾斜部３２（ｅ）の幅ｚ（ｅ）は、約８μｍとなっている。
また、図３２（ｃ）に示す中央部の変調マスク傾斜部３２（ｉ）においては、例えば、各円周方向線２７間の半径方向距離Ｌ１が３μｍに設定される。従って、変調マスク傾斜部３２の幅方向に並ぶ変調単位領域２４ｅの幅方向における寸法も約３μｍとなる。この結果、変調マスク傾斜部３２（ｉ）の幅ｚ（ｉ）は、約６μｍとなっている。
図３３は、変調領域２２を通った後に結像光学系１７から出射され被加工物１８上に結像されるレーザ光のうち、テーパ穴２０（ａ），２０（ｅ），２０（ｉ）に照射される単位階調光５０（ａ），５０（ｅ）および５０（ｉ）の強度分布を示す図である。上述のように、変調領域２２（ａ），２２（ｅ）および２２（ｉ）において、各変調マスク傾斜部３２の幅ｚ（ａ），ｚ（ｅ）およびｚ（ｉ）はそれぞれ１０μｍ，８μｍおよび６μｍに決定されている。このため、対応する単位階調光５０（ａ），５０（ｅ）および５０（ｉ）においても、その傾斜部分５２の幅ｗ（ａ），ｗ（ｅ）およびｗ（ｉ）がそれぞれ３．４μｍ，２．８μｍおよび２．２μｍとなっている。このように、変調マスク傾斜部３２の幅ｚを、変調マスク２１の端に向かうにつれて大きくすることにより、被加工物１８上に結像される単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗを、一列に並ぶテーパ穴２０の端に向かうにつれて大きくすることができる。
また本実施の形態によれば、各変調領域２２において、変調マスク傾斜部３２の幅方向に並ぶ変調単位領域２４ｅの幅方向における寸法が、列の端に向かうにつれて大きくなっている。このように変調単位領域２４ｅの幅方向における寸法を増減させることにより、各変調マスク傾斜部３２の幅ｚをより精密に増減させることができる。このことにより、各変調領域２２により変調されて被加工物１８に照射される各単位階調光５０における傾斜部分５２の幅ｗを、テーパ穴２０の位置に応じてより精密に調整することが可能となっている。
なお、変調マスク傾斜部３２の幅ｚを、変調マスク２１の端に向かうにつれて大きくする例を示したが、これに限られることはなく、図２４に示す第１の実施の形態の変形例の場合と同様に、変調マスク傾斜部３２の幅ｚが、変調マスク２１の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。この場合、各変調領域２２において、変調マスク傾斜部３２の幅方向に並ぶ変調単位領域２４ｅの幅方向における寸法が、列の端に向かうにつれて小さくなっている。
第４の実施の形態
次に、図３４乃至図４２を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。図３４乃至図４２に示す第４の実施の形態においては、単位階調光の中央部分の光強度をテーパ穴の位置に応じて調整することにより、被加工物に同時に形成される複数のテーパ穴のテーパ角が最適化される。図３４乃至図４２に示す第４の実施の形態において、図１乃至図２６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
（本実施の形態の特徴）
第１の実施の形態において説明したように、テーパ穴２０のテーパ角φは、単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ、または単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗに応じて変化するものである。第１の実施の形態においては、テーパ穴２０の位置に応じて単位階調光５０の傾斜部分５２の幅ｗを適宜調整することにより、形成される複数のテーパ穴２０のテーパ角φの大きさを全て略同一に揃える方法を示した。本実施の形態においては、テーパ穴２０の位置に応じて単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐを適宜調整することにより、形成される複数のテーパ穴２０のテーパ角φの大きさを全て略同一に揃える方法について説明する。
（本実施の形態における前提条件）
被加工物１８に１個のテーパ穴２０のみが形成される場合、図３４において実線で示すように、被加工物１８に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐと、被加工物１８に形成されるテーパ穴２０のテーパ角φとの間には、光強度Ｐを小さくするとテーパ角φが大きくなるという関係がある。
（複数のテーパ穴が同時に形成される場合のテーパ角）
ところで、被加工物１８に複数のテーパ穴２０が同時に形成される場合、第１の実施の形態において説明したように、テーパ穴形成装置１０から出射される各単位階調光５０が互いに同一の光であったとしても、テーパ穴形成領域の位置に応じて、被加工物１８に照射される際の単位階調光５０の強度が異なることが考えられる。
各テーパ穴２０間の距離が小さい場合について考える。この場合、第１の実施の形態において説明したように、中央部のテーパ穴２０（ｉ）は、中間部のテーパ穴２０（ｅ）または端部のテーパ穴２０（ａ）に比べて、周辺のテーパ穴２０からの飛散物の影響を多く受ける。また、中間部のテーパ穴２０（ｅ）は、端部のテーパ穴２０（ａ）に比べて、周辺のテーパ穴２０からの飛散物の影響を多く受ける。
この場合、端部のテーパ穴２０（ａ）におけるテーパ角φ（ａ）と中央部分５１の光強度Ｐとの間の関係が、図３４に示す実線により表されているとすると、中間部のテーパ穴２０（ｅ）に関しては、テーパ角φ（ｅ）と中央部分５１の光強度Ｐとの間の関係が図３４において一点鎖線で示される関係にシフトするといえる。中央部のテーパ穴２０（ｉ）に関しては、テーパ角φ（ｉ）と中央部分５１の光強度Ｐとの間の関係が図３４において二点鎖線で示される関係にシフトするといえる。
ここで、各単位階調光５０における中央部分５１の光強度を、一列に並ぶテーパ穴２０の端に向かうにつれて小さくすることにより（言い換えると、一列に並ぶテーパ穴２０の中央に向かうにつれて大きくすることにより）、形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを略同一にすることができると考えられる。すなわち本実施の形態においては、図３５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、端部のテーパ穴２０（ａ）に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ（ａ）が、中間部のテーパ穴２０（ｅ）に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ（ｅ）よりも小さくなるよう設定される。また、中間部のテーパ穴２０（ｅ）に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ（ｅ）が、中央部のテーパ穴２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ（ｉ）よりも小さくなるよう設定される。
図３６（ａ）は、図３５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す例において、各単位階調光５０における中央部分５１の光強度Ｐを示すグラフであり、図３６（ｂ）は、図３５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す例において、形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを示すグラフである。このように、テーパ穴２０の位置に応じて、各単位階調光５０における中央部分５１の光強度Ｐを適宜調整することにより、形成される複数のテーパ穴２０のテーパ角φを略同一にすることができる。この場合、中央部分５１の光強度Ｐの調整量は、図３４に示す関係に応じて適宜設定される。例えば、図３４に示すように、中央部のテーパ穴２０（ｉ）においては、飛散量の影響によるテーパ角φのシフト量がΔφ（ｉ）である場合、端部のテーパ穴２０（ａ）に比べてΔＰ（ｉ）だけ大きくなるよう中央部分５１の光強度Ｐが設定される。
なお図３６（ａ）においては、各単位階調光５０における中央部分５１の光強度Ｐが、テーパ穴２０の位置に応じて連続的に調整される例を示した。しかしながら、常に連続的に中央部分５１の光強度Ｐが調整される必要はなく、図３７に示すように、中央部分５１の光強度Ｐが離散的に調整されてもよい。このような離散的な調整の場合であっても、中央部分５１の光強度Ｐが調整されない場合に比べて、形成される複数のテーパ穴２０のテーパ角φの大きさを揃えることができ、有利である。
次に、テーパ穴２０の位置に応じて中央部分５１の光強度Ｐが調整可能な単位階調光５０を生成するための変調マスク２１の変調領域２２について、図３８および図３９を参照して説明する。図３８は、変調領域２２を示す平面図であり、図３９は、図３８に示す変調領域２２において枠ＸＸＸIXで囲まれた部分を拡大して示す図である。
（変調領域）
図３８に示すように、変調領域２２は、被加工物１８においてテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部３４と、変調マスク中央部３４の外縁に位置する変調マスク周縁部３３と、を含んでいる。
（変調マスク中央部）
このうち変調マスク中央部３４は、光を第１の位相変調量（第１の変調量）で変調する多数の第１位相変調単位領域（第１変調単位領域）２５ａと、各第１位相変調単位領域２５ａを埋めるよう形成され、光を第２の位相変調量（第２の変調量）で変調する第２位相変調単位領域（第２変調単位領域）２５ｂと、を有している。図３８および図３９に示すように、第１位相変調単位領域２５ａの形状および配置パターンは、第１の実施の形態における変調マスク傾斜部３２の第１位相変調単位領域２５ａの形状および配置パターンと略同一であり、詳細な説明は省略する。
変調マスク中央部３４においては、後述するように、変調マスク中央部３４により変調されて生成される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐを適宜設定するため、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が調整される。
（変調マスク周縁部）
図３８に示すように、変調マスク周縁部３３は、光を第１の位相変調量で変調する多数の第１位相変調単位領域４５ａと、各第１位相変調単位領域４５ａ間に形成され、光を第２の位相変調量で変調する多数の第２位相変調単位領域４５ｂと、を有している。図３８および図３９に示すように、位相変調単位領域４５ａ，４５ｂの形状および配置パターンは、第１の実施の形態における変調マスク周縁部３３の位相変調単位領域４５ａ，４５ｂの形状および配置パターンと略同一であり、詳細な説明は省略する。
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、変調マスク２１を備えたテーパ穴形成装置１０を用いて、被加工物１８に、テーパ角φが互いに同一の１８個のテーパ穴２０を形成する方法について説明する。
（変調マスクの設計手順）
まず、変調マスク２１の設計手順について説明する。図４０は、変調マスク２１の変調領域２２を設計する手順を示すフローチャートである。
（変調領域の設計手順）
（イ）まず、被加工物１８に形成する各テーパ穴２０に関する情報（位置（ｘ、ｙ）、半径、深さ、テーパ角φなど）を入力する（Ｓ４０１）。例えばテーパ角φとして８度が入力される。また、テーパ穴２０の半径および深さとして、３０μｍおよび５０μｍが入力される。
（ロ）次に、レーザ光の照射回数ｍを入力する（Ｓ４０２）。例えば照射回数ｍとして１５０回が入力される。
（ハ）その後、テーパ穴２０の深さおよびレーザ光の照射回数に基づいて、被加工物１８に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐの初期値（後述する補正のベースとなる値）を算出する（Ｓ４０３）。例えば中央部分５１の光強度Ｐの初期値として１０００ｍJ／ｃｍ２が算出される。
（ニ）次に、図３４の関係に基づいて、テーパ穴２０が形成されるべき位置に応じて、単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐの値を補正する（Ｓ４０４）。例えば、アブレーションの際にテーパ穴２０間で飛散物が大量に行き交うことが予想される場合、端部のテーパ穴２０（ａ）に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ（ａ）が、中央部のテーパ穴２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ（ｉ）よりも小さくなるよう、光強度Ｐの値の補正が施される。光強度Ｐの具体的な補正量は、過去の実験結果などに基づいて決定される。例えば、端部、中間部および中央部のテーパ穴２０（ａ），２０（ｅ）および２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ（ａ），Ｐ（ｅ）およびＰ（ｉ）が、端部から中央部に向かうにつれて０．６８→０．８５（相対値）に増加するよう決定される。
（ホ）次に、算出された光強度Ｐと、テーパ穴２０の位置（ｘ、ｙ）および半径に基づいて、被加工物１８における所望のアブレーションレートｄ（ｘ、ｙ）を算出する（Ｓ４０５）。
（ヘ）その後、ｄ（ｘ、ｙ）に基づいて、被加工物１８に照射される光の光強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）を算出する（Ｓ４０６）。
（ト）次に、レーザ光の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）と［数１４］とに基づき、変調マスク２１の各変調領域２２における第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの占有率（各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの面積率Ｄｐ）が算出される（Ｓ４０７）。面積率Ｄｐは、変調単位領域２４ｅを単位として区分けされた領域ごとに算出される。
（チ）最後に、算出された面積率Ｄｐに基づいて、変調マスク２１の各変調領域２２における第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの配置パターンが決定される（Ｓ４０８）。
次に、各変調領域２２における第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの配置パターンを設計する。具体的な設計方法は、図２０に示す第１の実施の形態の場合と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
上述のようにして設計された具体的な変調領域２２を図４１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図４１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、端部の変調領域２２（ａ）、中間部の変調領域２２（ｅ）および中央部の変調領域２２（ｉ）をそれぞれ示している。
上述のように、端部、中間部および中央部のテーパ穴２０（ａ），２０（ｅ）および２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ（ａ），Ｐ（ｅ）およびＰ（ｉ）が、端部から中央部に向かうにつれて０．６８→０．８５に増加するよう決定されている。この場合、対応する変調領域２２（ａ），２２（ｅ）および２２（ｉ）においては、変調マスク中央部３４（ａ），３４（ｅ）および３４（ｉ）における第１位相変調単位領域２５ａの一辺の寸法Ｌ７が、変調マスク２１の端部から中央部に向かうにつれて１．５μｍ→１．０μｍと減少するよう設定される。すなわち、変調マスク中央部３４の各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率が、変調マスク２１の端部から中央部に向かうにつれて減少するよう設定される。また、変調マスク中央部３４の各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率は、０．５よりも小さくなっている。従って、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調単位領域２５ｂの占有率との差が、変調マスク２１の端部から中央部に向かうにつれて増加するよう設定されることになる。
（変調マスクの製造方法）
その後、設計されたパターンに従って、変調領域２２および非変調領域２３を有する変調マスク２１を製造する。この場合、例えばフォトリソグラフィー法などにより、設計されたパターンに従って、変調マスク本体部２１ａ上に第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａが形成される。また、適切に選択された光遮蔽層２１ｂが、変調マスク本体部２１ａ上に設けられる。このようにして変調マスク２１が得られる。
（テーパ穴の形成方法）
次に、本実施の形態における変調マスク２１を備えたテーパ穴形成装置１０を用いて、被加工物１８にテーパ穴２０を形成する方法について説明する。
まず、載置台１９上に被加工物１８を予め載置しておく。次に、マスク照明系１１から、面内強度分布が均一化されたレーザ光を出射させる。レーザ光としては、例えば、波長が３０８ｎｍ、発振時間（１パルスあたり）が３０ｎｓのＸｅＣｌエキシマレーザが用いられる。その後、マスク照明系１１から出射された光を前述の変調マスク２１に入射させる。変調マスク２１に入射されたレーザ光は、前述の手順により決定された変調マスク２１のパターンに応じて変調または遮蔽される。
変調マスク２１から出射されたレーザ光は、結像光学系１７に入射される。結像光学系１７としては、例えば、倍率（縮小率）が１／５、結像側開口数（ＮＡ）が０．１３の結像光学系が用いられる。前述のとおり、変調マスク２１の各変調領域２２における仮想的な変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した変調単位換算領域は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒよりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域２２を通った後に結像光学系１７から出射され被加工物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布は、各変調領域２２の各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａ，４５ａの面積率に対応する強度分布を有している。
図４２は、変調領域２２を通った後に結像光学系１７から出射され被加工物１８上に結像されるレーザ光のうち、テーパ穴２０（ａ），２０（ｅ），２０（ｉ）に照射される単位階調光５０（ａ），５０（ｅ）および５０（ｉ）の強度分布を示す図である。上述のように、変調領域２２（ａ），２２（ｅ）および２２（ｉ）において、各変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの一辺の寸法Ｌ７が、変調マスク２１の端部から中央部に向かうにつれて減少するよう設定されている。すなわち、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調単位領域２５ｂの占有率との差が、変調マスク２１の端部から中央部に向かうにつれて増加するよう設定されている。このため、対応する単位階調光５０（ａ），５０（ｅ）および５０（ｉ）においても、その中央部分５１の光強度Ｐ（ａ），Ｐ（ｅ）およびＰ（ｉ）が、端部から中央部に向かうにつれて増加している。このように、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの一辺の寸法Ｌ７を、変調マスク２１の中央部に向かうにつれて小さくすることにより、被加工物１８上に結像される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐを、一列に並ぶテーパ穴２０の中央部に向かうにつれて大きくすることができる。
このように本実施の形態によれば、各単位階調光５０のうち一の単位階調光５０における中央部分５１の光強度Ｐは、その他の単位階調光５０のうち少なくとも１つの単位階調光５０における中央部分５１の光強度Ｐと異なっている。例えば、各単位階調光５０における中央部分５１の光強度Ｐは、一列に並ぶテーパ穴２０の端に向かうにつれて小さくなっている。これによって、各単位階調光５０の照射によって形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを、各単位階調光５０が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
また本実施の形態によれば、変調マスク２１の各変調領域２２は、被加工物１８においてテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部３４を含んでいる。各変調マスク中央部３４は、複数の変調単位領域２４ｅからなっており、ここで、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。また、各変調単位領域２４ｅは、光を第１の位相変調量で変調する第１位相変調単位領域２５ａと、光を第２の位相変調量で変調する第２位相変調単位領域２５ｂと、からなっている。そして、各変調マスク中央部３４の変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率は、各々所定の値に設定されている。従って、変調マスク２１の各変調領域２２により変調された後、被加工物１８に照射される各単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐを、各単位階調光５０が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光５０の照射によって形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを、各単位階調光５０が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
（変形例）
なお本実施の形態において、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調単位領域２５ｂの占有率との差が、変調マスク２１の中央部に向かうにつれて大きくなるように設定される例を示した。しかしながら、これに限られることはない。
例えば、各テーパ穴２０間の距離が大きい場合について考える。この場合、一のテーパ穴２０において発生した飛散物は、他のテーパ穴２０にまでほとんど到達しない。一方、端部に位置するテーパ穴２０（ａ）に照射される単位階調光５０（ａ）の収差は、中央部に位置するテーパ穴２０（ｉ）に照射される単位階調光５０（ｉ）の収差に比べて大きくなると考えられる。このため、端部の単位階調光５０（ａ）の中央部分５１（ａ）の光強度Ｐ（ａ）と、中央部の単位階調光５０（ｉ）の中央部分５１（ｉ）の光強度Ｐ（ｉ）とが同一である場合、端部のテーパ穴２０（ａ）のテーパ角φ（ａ）の方が、中央部のテーパ穴２０（ｉ）のテーパ角φ（ｉ）に比べて大きくなる。
この場合、図２４（ａ）に示す第１の実施の形態の変形例の場合と同様の技術的思想により、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調単位領域２５ｂの占有率との差が、変調マスク２１の端に向かうにつれて大きくなるように設定される。これによって、各変調領域２２により変調されて被加工物１８に照射される各単位階調光５０における中央部分５１の光強度Ｐを、一列に並ぶテーパ穴２０の端に向かうにつれて大きくすることができる。このことにより、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
また、飛散物による影響と光の収差による影響が同等の大きさで混在している場合、各変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調単位領域２５ｂの占有率との差を、テーパ穴２０の位置に応じて柔軟に設定することができる。これによって、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
第５の実施の形態
次に、図４３乃至図４５を参照して、本発明の第５の実施の形態について説明する。図４３乃至図４５に示す第５の実施の形態は、変調マスクの変調領域の各変調単位領域が、光を振幅変調する第１振幅変調単位領域と第２振幅変調領域とからなる点が異なるのみであり、他の構成は、図３４乃至図４２に示す第４の実施の形態と略同一である。図４３乃至図４５に示す第５の実施の形態において、図３４乃至図４２に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
（変調マスクの変調領域）
図３４乃至図４２に示す第４の実施の形態の場合と同様に、変調マスク２１の変調領域２２は、被加工物１８においてテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部３４と、変調マスク中央部３４の外縁に位置する変調マスク周縁部３３と、を含んでいる。
（変調マスク中央部）
このうち変調マスク中央部３４は、光を第１の振幅変調量（第１の変調量）で変調する多数の第１振幅変調単位領域（第１変調単位領域）２６ａと、各第１振幅変調単位領域２６ａを埋めるよう形成され、光を第２の振幅変調量（第２の変調量）で変調する第２振幅変調単位領域（第２変調単位領域）２６ｂと、を有している。図４３および図４４に示すように、第１振幅変調単位領域２６ａの形状および配置パターンは、第４の実施の形態における変調マスク中央部３４の第１位相変調単位領域２５ａの形状および配置パターンと略同一であり、詳細な説明は省略する。
変調マスク中央部３４においては、第４の実施の形態の場合と同様に、変調マスク中央部３４により変調されて生成される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐを適宜設定するため、各変調単位領域２４ｅの第１振幅変調単位領域２６ａの占有率が調整される。
（変調マスク周縁部）
図４３に示すように、変調マスク周縁部３３は、光を第１の振幅変調量（第１の変調量）で変調する第１振幅変調単位領域（第１変調単位領域）２６ａのみからなっている。変調マスク周縁部３３は、図２７乃至図２９に示す第２の実施の形態における変調マスク周縁部３３と略同一であり、詳細な説明は省略する。
また、変調マスク中央部３４および変調マスク周縁部３３における第１振幅変調単位領域２６ａおよび第２振幅変調単位領域２６ｂの構造は、図２７乃至図２９に示す第２の実施の形態における第１振幅変調単位領域２６ａおよび第２振幅変調単位領域２６ｂの構造と略同一であり、詳細な説明は省略する。
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、変調マスク２１を備えたテーパ穴形成装置１０を用いて、被加工物１８に、テーパ角φが互いに同一の１８個のテーパ穴２０を形成する方法について説明する。
（変調マスクの設計）
まず、変調マスク２１を設計する。本実施の形態における変調マスク２１の設計手順は、レーザ光強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）が算出された後、［数１７］に基づいて、変調マスク２１の各変調マスク中央部３４の変調単位領域２４ｅにおける開口率Ｄａ（各変調単位領域２４ｅにおける第２振幅変調単位領域２６ｂの面積率）が算出される点が異なるのみであり、その他の手順は、図４０に示す第４の実施の形態における変調マスク２１の設計手順と略同一となっている。なお、端部、中間部および中央部のテーパ穴２０（ａ），２０（ｅ）および２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ（ａ），Ｐ（ｅ）およびＰ（ｉ）は、第４の実施の形態の場合と同様に、端部から中央部に向かうにつれて０．６８→０．８５に増加するよう設定される。
また、各変調マスク中央部３４における第１振幅変調単位領域２６ａの配置パターンの設計手順も、図４０に示す第４の実施の形態における第１位相変調単位領域２５ａの場合と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
設計された具体的な変調領域２２を図４５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図４５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、端部の変調領域２２（ａ）、中間部の変調領域２２（ｅ）および中央部の変調領域２２（ｉ）をそれぞれ示している。なお、各変調領域２２の変調単位領域２４ｅを正方形で近似すると、一辺が約５μｍの正方形となっている。
上述のように、端部、中間部および中央部のテーパ穴２０（ａ），２０（ｅ）および２０（ｉ）に照射される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ（ａ），Ｐ（ｅ）およびＰ（ｉ）が、端部から中央部に向かうにつれて０．６８→０．８５に増加するよう設定されている。この場合、対応する変調領域２２（ａ），２２（ｅ）および２２（ｉ）においては、変調マスク中央部３４（ａ），３４（ｅ）および３４（ｉ）における第１振幅変調単位領域２６ａの一辺の寸法Ｌ７が、変調マスク２１の端部から中央部に向かうにつれて２．１μｍ→１．４μｍと減少するよう設定される。すなわち、変調マスク中央部３４の各変調単位領域２４ｅにおける第１振幅変調単位領域２６ａの面積率が、変調マスク２１の端部から中央部に向かうにつれて増加するよう設定される。従って、変調マスク中央部３４における各変調単位領域２４ｅの開口率（各変調単位領域２４ｅにおける第２振幅変調単位領域２６ｂの面積率）が、変調マスク２１の端部から中央部に向かうにつれて増加するよう設定されることになる。
（変調マスクの製造方法）
その後、設計されたパターンに従って、変調領域２２および非変調領域２３を有する変調マスク２１を製造する。この場合、設計されたパターンが形成されるよう、光遮蔽層２１ａおよび光遮蔽層２９が変調マスク本体部２１ａ上に所定パターンで設けられる。このようにして変調マスク２１が得られる。
（テーパ穴の形成方法）
その後、第４の実施の形態の場合と同様にして、本実施の形態による変調マスク２１を備えたテーパ穴形成装置１０を用いて、被加工物１８に１８個のテーパ穴２０が形成される。
この際、上述のように、変調領域２２（ａ），２２（ｅ）および２２（ｉ）において、各変調マスク中央部３４における第１振幅変調単位領域２６ａの一辺の寸法Ｌ７が、変調マスク２１の端部から中央部に向かうにつれて減少するよう設定されている。すなわち、変調マスク中央部３４における各変調単位領域２４ｅの開口率が、変調マスク２１の端部から中央部に向かうにつれて増加するよう設定されている。このため、対応する単位階調光５０（ａ），５０（ｅ）および５０（ｉ）においても、その中央部分５１の光強度Ｐ（ａ），Ｐ（ｅ）およびＰ（ｉ）が、端部から中央部に向かうにつれて増加している。このように、変調マスク中央部３４における第１振幅変調単位領域２６ａの一辺の寸法Ｌ７を、変調マスク２１の中央部に向かうにつれて小さくすることにより、被加工物１８上に結像される単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐを、一列に並ぶテーパ穴２０の中央部に向かうにつれて大きくすることができる。
このように本実施の形態によれば、各単位階調光５０のうち一の単位階調光５０における中央部分５１の光強度Ｐは、その他の単位階調光５０のうち少なくとも１つの単位階調光５０における中央部分５１の光強度Ｐと異なっている。例えば、各単位階調光５０における中央部分５１の光強度Ｐは、一列に並ぶテーパ穴２０の端に向かうにつれて小さくなっている。これによって、各単位階調光５０の照射によって形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを、各単位階調光５０が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
また本実施の形態によれば、変調マスク２１の各変調領域２２は、被加工物１８においてテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部３４を含んでいる。各変調マスク中央部３４は、複数の変調単位領域２４ｅからなっており、ここで、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。また、各変調単位領域２４ｅは、光を第１の振幅変調量で変調する第１振幅変調単位領域２６ａと、光を第２の振幅変調量で変調する第２振幅変調単位領域２６ｂと、からなっている。そして、各変調マスク中央部３４の変調単位領域２４ｅにおける第１振幅変調単位領域２６ａの面積率は、各々所定の値に設定されている。従って、変調マスク２１の各変調領域２２により変調された後、被加工物１８に照射される各単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐを、各単位階調光５０が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光５０の照射によって形成されるテーパ穴２０のテーパ角φを、各単位階調光５０が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物１８に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴２０を同時に形成することができる。
（変形例）
なお本実施の形態において、なお、各変調マスク中央部３４の変調単位領域２４ｅにおける第１振幅変調単位領域２６ａの面積率を、変調マスク２１の端に向かうにつれて大きくする例を示したが、これに限られることはない。図２４に示す第１の実施の形態の変形例の場合と同様の技術的思想により、各変調マスク中央部３４の変調単位領域２４ｅにおける第１振幅変調単位領域２６ａの面積率を、変調マスク２１の端に向かうにつれて小さくしてもよい。
（その他の変形例）
また上記各実施の形態において、レーザ光源１２が、３０８ｎｍの波長を有する光を供給するＸｅＣｌエキシマレーザ光源１２からなる例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、レーザ光源１２として３０８ｎｍ以外の波長を有する光を供給するレーザ光源１２を用いても良い。この場合、レーザ光源１２の波長は、被加工物１８の材料、結像光学系１７の倍率、および結像光学系１７の開口率ＮＡなどを考慮して決定される。
また上記各実施の形態において、テーパ穴形成装置１０により被加工物１８に貫通部２０ａと傾斜部２０ｂとを有するテーパ穴２０が形成される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、テーパ穴形成装置１０により被加工物１８に非貫通のテーパ穴２０、すなわち底部分と傾斜部２０ｂとを有するテーパ穴２０を形成してもよい。
また上記各実施の形態において、変調マスク２１の変調領域２２が、円形の輪郭からなる例を示したが、これに限られることはない。変調領域２２により変調され、その後に被加工物１８に対して照射される光により、被加工物１８に所定のテーパ角φを有するテーパ穴２０が形成される限りにおいて、変調領域２２の輪郭を任意の形状とすることができる。
また上記各実施の形態において、テーパ穴形成装置１０からの各単位階調光５０を被加工物１８に照射することにより、一列に並ぶ複数のテーパ穴２０が形成される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、例えば図４６（ａ）に示すように、複数列に並ぶ複数のテーパ穴２０が形成されるよう、テーパ穴形成装置１０から被加工物１８に各単位階調光５０を照射してもよい。この場合、図４６（ｂ）に示すように、各々がテーパ穴２０に対応する変調量分布を有する複数の変調領域２２が形成された変調マスク２１が用いられる。
なお、テーパ穴２０を複数列に並べる具体的な方法が特に限られることはなく、例えば図４６（ａ）に示すように、テーパ穴２０が千鳥足状に並べられていてもよい。
また本実施の形態において、光変調手段１５が、変調マスク２１と結像光学系１７とにより構成される例を示した。しかしながら、これに限られることはない。本発明の技術的思想は、上述のように、被加工物１８に複数のテーパ穴を同時に形成する際、被加工物１８に照射される各単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ、若しくは傾斜部分５２の幅ｗを、テーパ穴２０の位置に応じて適宜調整することである。従って本発明においては、このような調整を実現可能な様々な光変調手段を用いることができる。例えば、被加工物１８に照射される光の強度を調整する方法として、所定の透過率分布を有する補正板を、被加工物１８の近傍、若しくは被加工物１８と共役な位置に設けることにより、被加工物１８に照射される光に強度分布を持たせる方法を用いることができる。
また本実施の形態において被加工物に形成される複数のテーパ穴２０が各々略同一のテーパ角φを有する例を示した。しかしながら、これに限られることはない。本発明の技術的思想は、上述のように、被加工物１８に複数のテーパ穴を同時に形成する際、被加工物１８に照射される各単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ、若しくは傾斜部分５２の幅ｗを、テーパ穴２０の位置に応じて適宜調整することである。従って本発明においては、各テーパ穴２０のテーパ角φを略同一にするだけでなく、単位階調光５０の中央部分５１の光強度Ｐ、若しくは傾斜部分５２の幅ｗを調整することにより、各テーパ穴２０のテーパ角φを位置に応じて任意に設定することが可能となっている。すなわち、被加工物１８に形成される複数のテーパ穴２０のテーパ角φを、位置に応じて意図的に変えることができる。
１０ テーパ穴形成装置
１１ マスク照明系
１２ レーザ光源
１３ 照明光学系
１５ 光変調手段
１７ 結像光学系
１７ａ 凸レンズ
１７ｂ 凸レンズ
１７ｃ 開口絞り
１７ｅ 円筒形
１７ｆ 結像面
１７ｇ 単位円
１７ｈ ベクトル
１７ｋ 開口部
１７ｌ 点像分布範囲
１８ 被加工物
１９ 載置台
２０ テーパ穴
２０ａ テーパ穴の貫通部
２０ｂ テーパ穴の傾斜部
２０ｃ テーパ穴の先端部
２０ｄ テーパ穴の基端部
２１ 変調マスク
２１ａ 変調マスク本体部
２１ｂ 光遮蔽層
２２ 変調領域
２３ 非変調領域
２４ｅ 変調単位領域
２５ａ 第１位相変調単位領域
２５ｂ 第２位相変調単位領域
２６ａ 第１振幅変調単位領域
２６ｂ 第２振幅変調単位領域
２６ｃ 側縁
２７ 円周方向線
２８ａ ｘ方向側縁
２８ｂ ｙ方向側縁
２９ 光遮蔽層
３２ 変調マスク傾斜部
３３ 変調マスク周縁部
３４ 変調マスク中央部
４５ａ 第１位相変調単位領域
４５ｂ 第２位相変調単位領域
５０ 単位階調光
５１ 中央部分
５２ 傾斜部分
５３ 周縁部分
１００ 従来のレーザ加工装置
１０２ レーザ光源
１０３ 照明光学系
１０４ マスク
１０５ 石英ガラス層
１０６ 光遮蔽膜
１０６ａ 開口部
１０７ 結像光学系
１０８ 被加工物
１０９ ステージ
１１０ ノズル
１１０ｂ ノズルのテーパ部

Claims (29)

  1. 光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、
    光を出射する光源と、
    光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する光変調手段と、を備え、
    前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、
    各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、
    各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、
    各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置。
  2. 前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、
    各単位階調光における前記傾斜部分の幅は、列の端に向かうにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載のテーパ穴形成装置。
  3. 前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、
    各単位階調光における前記傾斜部分の幅は、列の端に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載のテーパ穴形成装置。
  4. 光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、
    光を出射する光源と、
    光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して出射する変調マスクと、
    変調マスクの出射側に設けられ、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、
    各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、
    各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、
    前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
    各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、
    前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、
    各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置。
  5. 前記変調領域は、各変調領域が前記変調マスク上に一列もしくは複数列に並ぶよう配置され、
    各変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、列の端に向かうにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項４に記載のテーパ穴形成装置。
  6. 前記変調マスク傾斜部において、変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の数が、列の端に向かうにつれて大きくなることを特徴とする請求項５に記載のテーパ穴形成装置。
  7. 前記変調マスク傾斜部において、前記変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の幅方向における寸法が、列の端に向かうにつれて大きくなることを特徴とする請求項５に記載のテーパ穴形成装置。
  8. 前記変調領域は、各変調領域が前記変調マスク上に一列もしくは複数列に並ぶよう配置され、
    各変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、列の端に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項４に記載のテーパ穴形成装置。
  9. 前記変調マスク傾斜部において、変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の数が、列の端に向かうにつれて小さくなることを特徴とする請求項８に記載のテーパ穴形成装置。
  10. 前記変調マスク傾斜部において、変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の幅方向における寸法が、列の端に向かうにつれて小さくなることを特徴とする請求項８に記載のテーパ穴形成装置。
  11. 前記第１変調単位領域の第１の変調量および前記第２変調単位領域の第２の変調量が、互いに１８０度の奇数倍だけ異なる所定の位相変調量となっており、
    前記変調マスク傾斜部において、各変調単位領域における前記第１変調単位領域の占有率と前記傾斜部第２変調領域の占有率との差が、変調マスク傾斜部の外方に向かうにつれて単調に減少することを特徴とする請求項４乃至１０のいずれかに記載のテーパ穴形成装置。
  12. 前記第１変調単位領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、
    前記変調マスク傾斜部において、各変調単位領域における前記第１変調単位領域の占有率が、変調マスク傾斜部の外方に向かうにつれて単調に増加することを特徴とする請求項４乃至１０のいずれかに記載のテーパ穴形成装置。
  13. 光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、
    光を出射する光源を準備する工程と、
    光源の出射側に設けられた光変調手段により、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する工程と、を備え、
    前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、
    各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、
    各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、
    各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法。
  14. 光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、
    光を出射する光源を準備する工程と、
    光源の出射側に設けられた変調マスクにより、光源からの光を変調する工程と、
    変調マスクの出射側に設けられた結像光学系により、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する工程と、を備え、
    前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、
    各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、
    各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、
    前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
    各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、
    前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、
    各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法。
  15. 光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成する光変調手段において、
    各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、
    各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、
    各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、
    各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっていることを特徴とする光変調手段。
  16. 光を出射する光源と、光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、の間に設けられ、光源からの光を変調するとともに、変調された光を結像光学系に向かって出射する変調マスクにおいて、
    前記結像光学系から前記被加工物に照射される光により、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴が形成され、
    変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、
    各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、
    各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、
    前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
    各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、
    前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、
    各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とする変調マスク。
  17. 光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、
    光を出射する光源と、
    光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する光変調手段と、を備え、
    前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、
    各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、
    各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、
    各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置。
  18. 前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、
    各単位階調光における中央部分の光強度は、列の端に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項１７に記載のテーパ穴形成装置。
  19. 前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、
    各単位階調光における中央部分の光強度は、列の端に向かうにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項１７に記載のテーパ穴形成装置。
  20. 光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、
    光を出射する光源と、
    光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して出射する変調マスクと、
    変調マスクの出射側に設けられ、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、
    各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、
    各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、
    前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
    各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、
    各変調マスク中央部の変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、
    各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置。
  21. 前記変調領域は、各変調領域が前記変調マスク上に一列もしくは複数列に並ぶよう配置され、
    各変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率は、列の端に向かうにつれて単調に増加または減少することを特徴とする請求項２０に記載のテーパ穴形成装置。
  22. 前記第１変調単位領域の第１の変調量および前記第２変調単位領域の第２の変調量が、互いに１８０度の奇数倍だけ異なる所定の位相変調量となっており、
    各変調領域の変調マスク中央部における第１変調単位領域の占有率と第２変調単位領域の占有率との差が、列の端に向かうにつれて単調に減少することを特徴とする請求項２１に記載のテーパ穴形成装置。
  23. 前記第１変調単位領域の第１の変調量および前記第２変調単位領域の第２の変調量が、互いに１８０度の奇数倍だけ異なる所定の位相変調量となっており、
    各変調領域の変調マスク中央部における第１変調単位領域の占有率と第２変調単位領域の占有率との差が、列の端に向かうにつれて単調に増加することを特徴とする請求項２１に記載のテーパ穴形成装置。
  24. 前記第１変調単位領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、
    各変調領域の変調マスク中央部における第１変調単位領域の占有率が、列の端に向かうにつれて単調に増加することを特徴とする請求項２１に記載のテーパ穴形成装置。
  25. 前記第１変調単位領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、
    各変調領域の変調マスク中央部における第１変調単位領域の占有率が、列の端に向かうにつれて単調に減少することを特徴とする請求項２１に記載のテーパ穴形成装置。
  26. 光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、
    光を出射する光源を準備する工程と、
    光源の出射側に設けられた光変調手段により、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する工程と、を備え、
    前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、
    各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、
    各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、
    各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法。
  27. 光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、
    光を出射する光源を準備する工程と、
    光源の出射側に設けられた変調マスクにより、光源からの光を変調する工程と、
    変調マスクの出射側に設けられた結像光学系により、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する工程と、を備え、
    前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、
    各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、
    各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、
    前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
    各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、
    各変調マスク中央部の変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、
    各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法。
  28. 光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成する光変調手段において、
    各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、
    各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、
    各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、
    各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも１つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっていることを特徴とする光変調手段。
  29. 光を出射する光源と、光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、の間に設けられ、光源からの光を変調するとともに、変調された光を結像光学系に向かって出射する変調マスクにおいて、
    前記結像光学系から前記被加工物に照射される光により、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴が形成され、
    変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、
    各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、
    各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、
    前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数ＮＡを用いてＲ＝０．６１λ／ＮＡと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
    各変調単位領域は、光を第１の変調量で変調する第１変調単位領域と、光を第２の変調量で変調する第２変調単位領域と、からなり、
    各変調マスク中央部の変調単位領域における第１変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、
    各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも１つの変調領域における変調マスク中央部の第１変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とする変調マスク。
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