JP5424125B2 - 光照射装置および変調マスク - Google Patents

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本発明は、光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置に関する。また本発明は、光照射装置に用いられる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（被照射物）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。
被照射物を精密に加工する方法として、アブレーションを利用したレーザ加工方法が知られている。例えば特許文献１において、レーザ光源と、レーザ光を整形するビーム整形光学系と、被照射物の加工形状に対応した所定のパターンを有するマスクと、マスクのパターン像を被照射物の照射面上に所定の倍率で結像させる結像光学系と、を用いたレーザ加工方法が提案されている。特許文献１に記載のレーザ加工方法において、マスクは、結像光学系での分解能を上記の所定の倍率で割った値よりも小さい減光部を有している。このため、減光部の配置の仕方によって、マスクを通って被照射物に照射される光の強度分布を任意に設定することが可能となっている。
特開平１０−１１８７８２号公報
ところで、レーザ加工においては、略円形の等強度線を有する光を被照射物に対して照射することにより、被照射物を円形に加工することが求められる場合がある。例えばインクジェットヘッドのノズルにおいては、良好なインクの吐出性能を得るため、ノズルの断面の輪郭が円形であることが求められる。
しかしながら、特許文献１に記載のレーザ加工方法においては、減光部が格子状に配置されている。このため、マスク上に仮想的な円環状の円周方向線を配置した場合、当該円上における減光部のパターンは、円周方向線に沿った周期的なパターンとはなっていない。従って、マスクから出射される光の等強度線は、完全な円形にはならず、このため、当該マスクから出射される光によってノズルを作製した場合、ノズルの断面の輪郭が完全な円形にはならないと考えられる。
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置を提供することを目的とする。また本発明は、当該光照射装置に用いられる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、光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、光を出射する光源と、前記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、前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、前記変調領域は、円環状に設けられた複数の円周方向線に沿って配置され、光を第１の変調量で変調する多数の第１変調単位領域と、各第１変調単位領域間を埋めるよう形成され、光を第２の変調量で変調する第２変調領域と、を有し、前記第１変調単位領域が配置された円環状の各円周方向線間の半径方向距離は略一定となっており、各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの第１変調単位領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、かつ、前記中心間の円周方向距離はすべての円周方向線上で略一定となっており、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、前記円周方向線間の半径方向距離または前記中心間の円周方向距離をそれぞれ前記結像光学系の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの第１変調単位領域の面積は略一定となっていることを特徴とする光照射装置である。また第１の本発明は、当該光照射装置に用いられる変調マスクである。
第１の本発明によれば、変調マスクの変調領域において、多数の第１変調単位領域は、円周方向線上で隣り合う２つの第１変調単位領域の中心間の円周方向距離が略一定となるよう配置されている。このため、変調領域のパターンは、円周方向における周期性を有している。また、各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの第１変調単位領域の面積は略一定となっている。このため、円周方向線に沿って見た場合の第１変調単位領域の占有率が略一定となっている。このことにより、略円形の等強度線を有する光を被照射物に照射することができる。
第２の本発明は、光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、光を出射する光源と、前記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、前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、前記変調領域は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部を含み、前記変調マスク傾斜部は、円環状に設けられた複数の円周方向線に沿って配置され、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調単位領域と、各傾斜部第１変調単位領域間を埋めるよう形成され、光を第２の変調量で変調する傾斜部第２変調領域と、を有し、前記傾斜部第１変調単位領域が配置された円環状の各円周方向線間の半径方向距離は略一定となっており、各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの傾斜部第１変調単位領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、かつ、前記中心間の円周方向距離はすべての円周方向線上で略一定となっており、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、前記円周方向線間の半径方向距離または前記中心間の円周方向距離をそれぞれ前記結像光学系の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの傾斜部第１変調単位領域の面積は略一定となっており、前記傾斜部第１変調単位領域の面積は、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することを特徴とする光照射装置である。また第２の本発明は、当該光照射装置に用いられる変調マスクである。
第２の本発明によれば、変調マスクの変調領域の変調マスク傾斜部において、多数の傾斜部第１変調単位領域は、円周方向線上で隣り合う２つの傾斜部第１変調単位領域の中心間の円周方向距離が略一定となるよう配置されている。このため、変調領域の変調マスク傾斜部のパターンは、円周方向における周期性を有している。また、各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの傾斜部第１変調単位領域の面積は略一定となっている。このため、円周方向線に沿って見た場合の傾斜部第１変調単位領域の占有率が略一定となっている。また、傾斜部第１変調単位領域の面積は、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いる。このことにより、略円形の等強度線を有するとともに、外方に向かうにつれて強度が単調に増加または減少する光を被照射物に照射することができる。
第２の本発明において、前記変調マスク傾斜部は、所定の面積を有するとともに、各々が、１つの前記傾斜部第１変調単位領域と、傾斜部第２変調領域とを含む、複数の変調単位領域に区画され得る。この場合、前記傾斜部第１変調単位領域の第１の変調量および前記傾斜部第２変調領域の第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、前記変調単位領域における前記傾斜部第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、変調領域の外方に向かうにつれて単調に減少していてもよい。
第２の本発明において、前記傾斜部第１変調単位領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、前記傾斜部第１変調単位領域の面積が、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加していてもよい。
第３の本発明は、光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、光を出射する光源と、前記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、前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、前記変調領域は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部を含み、前記変調マスク傾斜部は、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調スポーク領域と、各傾斜部第１変調スポーク領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の傾斜部第２変調スポーク領域と、を有し、円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、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、円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっており、前記傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さは、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することを特徴とする光照射装置である。また第３の本発明は、当該光照射装置に用いられる変調マスクである。
第３の本発明によれば、変調マスクの変調領域の変調マスク傾斜部において、多数の傾斜部第１変調スポーク領域は、円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離が略一定となるよう配置されている。このため、変調領域の変調マスク傾斜部のパターンは、円周方向における周期性を有している。また、各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の面積は略一定となっている。このため、円周方向線に沿って見た場合の傾斜部第１変調スポーク領域の占有率が略一定となっている。また、傾斜部第１変調スポーク領域の面積は、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いる。このことにより、略円形の等強度線を有するとともに、外方に向かうにつれて強度が単調に増加または減少する光を被照射物に照射することができる。
第２の本発明において、前記変調マスク傾斜部は、前記傾斜部第１変調単位領域および前記傾斜部第２変調領域よりも外側に配置され、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調スポーク領域と、各傾斜部第１変調スポーク領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の傾斜部第２変調スポーク領域と、をさらに有していてもよい。この場合、円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、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、円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっており、前記傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さは、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いる。
第２および第３の本発明において、前記傾斜部第１変調スポーク領域の第１の変調量および前記傾斜部第２変調スポーク領域の第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、傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さと、当該傾斜部第１変調スポーク領域に円周方向において隣接するよう形成された傾斜部第２変調スポーク領域の円周方向長さとの差が、変調領域の外方に向かうにつれて単調に減少していてもよい。
第２および第３の本発明において、前記傾斜部第１変調スポーク領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、前記傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さが、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加していてもよい。
第４の本発明は、光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、光を出射する光源と、前記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、前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、前記変調領域は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部を含み、前記変調マスク傾斜部は、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調リング領域と、各傾斜部第１変調リング領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の傾斜部第２変調リング領域と、を有し、隣り合う２つの傾斜部第１変調リング領域間の半径方向距離は略一定となっており、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、隣り合う２つの傾斜部第１変調リング領域間の半径方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、前記傾斜部第１変調リング領域の半径方向長さは、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することを特徴とする光照射装置である。また第４の本発明は、当該光照射装置に用いられる変調マスクである。
第４の本発明によれば、変調マスクの変調領域の変調マスク傾斜部は、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調リング領域を有している。このため、変調領域の変調マスク傾斜部のパターンは、円周方向における周期性を有している。また、傾斜部第１変調リング領域の面積は、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いる。このことにより、略円形の等強度線を有するとともに、外方に向かうにつれて強度が単調に増加または減少する光を被照射物に照射することができる。
第２の本発明において、前記変調マスク傾斜部は、前記傾斜部第１変調単位領域および前記傾斜部第２変調領域よりも外側に配置され、かつ半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調リング領域と、各傾斜部第１変調リング領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の傾斜部第２変調リング領域と、をさらに有していてもよい。この場合、隣り合う２つの傾斜部第１変調リング領域間の半径方向距離は略一定となっており、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、隣り合う２つの傾斜部第１変調リング領域間の半径方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、前記傾斜部第１変調リング領域の半径方向長さは、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いる。
第２および第４の本発明において、前記傾斜部第１変調リング領域の第１の変調量および前記傾斜部第２変調リング領域の第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、傾斜部第１変調リング領域の半径方向長さと、当該傾斜部第１変調リング領域に隣接して形成された傾斜部第２変調リング領域の半径方向長さとの差が、変調領域の外方に向かうにつれて単調に減少していてもよい。
第２および第４の本発明において、前記傾斜部第１変調リング領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、前記傾斜部第１変調リング領域の半径方向長さが、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加していてもよい。
第２乃至第４の本発明において、前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部をさらに含んでいてもよい。この場合、前記変調マスク周縁部は、円環状に設けられた複数の円周方向線に沿って配置され、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調単位領域と、各周縁部第１変調単位領域間を埋めるよう形成され、光を第２の変調量で変調する周縁部第２変調領域と、を有し、前記周縁部第１変調単位領域が配置された円環状の各円周方向線間の半径方向距離は略一定となっており、前記変調マスク周縁部の各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの周縁部第１変調単位領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、かつ、前記中心間の円周方向距離はすべての円周方向線上で略一定となっており、前記変調マスク周縁部において、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、前記円周方向線間の半径方向距離または前記中心間の円周方向距離をそれぞれ前記結像光学系の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、各周縁部第１変調単位領域の面積は略同一となっていてもよい。
第２乃至第４の本発明において、前記周縁部第１変調単位領域の第１の変調量および前記周縁部第２変調領域の第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、前記変調マスク周縁部において、前記周縁部第１変調単位領域の占有率と前記周縁部第２変調領域の占有率とが略同一となっていてもよい。
第２乃至第４の本発明において、前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部をさらに含んでいてもよい。この場合、前記変調マスク周縁部は、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調スポーク領域と、各周縁部第１変調スポーク領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の周縁部第２変調スポーク領域と、を有し、円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、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、円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、各周縁部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっていてもよい。
第２乃至第４の本発明において、前記周縁部第１変調スポーク領域の第１の変調量および前記周縁部第２スポーク変調領域の第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、各周縁部第１変調スポーク領域の円周方向長さと、各周縁部第２変調スポーク領域の円周方向長さとが略同一となっていてもよい。
第２乃至第４の本発明において、前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部をさらに含んでいてもよい。この場合、前記変調マスク周縁部は、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調リング領域と、各周縁部第１変調リング領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の周縁部第２変調リング領域と、を有し、隣り合う２つの周縁部第１変調リング領域間の半径方向距離は略一定となっており、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、隣り合う２つの周縁部第１変調リング領域間の半径方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、各周縁部第１変調リング領域の半径方向長さは略同一となっていてもよい。
第２乃至第４の本発明において、前記周縁部第１変調リング領域の第１の変調量および前記周縁部第２リング変調領域の第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、各周縁部第１変調リング領域の半径方向長さと、各周縁部第２変調リング領域の半径方向長さとが略同一となっていてもよい。
第２乃至第４の本発明において、前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部をさらに含み、前記変調マスク周縁部は、光を遮蔽する光遮蔽層を含んでいてもよい。
第５の本発明は、光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、光を出射する光源と、前記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、前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、前記変調領域は、変調領域と同一の外側の輪郭を有する変調マスク周縁部を含み、前記変調マスク周縁部は、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調スポーク領域と、各周縁部第１変調スポーク領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の周縁部第２変調スポーク領域と、を有し、円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、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、円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、各周縁部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっていることを特徴とする光照射装置である。また第５の本発明は、当該光照射装置に用いられる変調マスクである。
第５の本発明によれば、変調マスクの変調領域の変調マスク周縁部において、多数の周縁部第１変調スポーク領域は、円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離が略一定となるよう配置されている。このため、変調領域の変調マスク周縁部のパターンは、円周方向における周期性を有している。また、各周縁部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっている。このことにより、略円形の等強度線を有する光を被照射物に照射することができる。
第５の本発明において、前記周縁部第１変調スポーク領域の第１の変調量および前記周縁部第２スポーク変調領域の第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、各周縁部第１変調スポーク領域の円周方向長さと、各周縁部第２変調スポーク領域の円周方向長さとが略同一となっていてもよい。
第６の本発明は、光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、光を出射する光源と、前記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、前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、前記変調領域は、変調領域と同一の外側の輪郭を有する変調マスク周縁部を含み、前記変調マスク周縁部は、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調リング領域と、各周縁部第１変調リング領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の周縁部第２変調リング領域と、を有し、隣り合う２つの周縁部第１変調リング領域間の半径方向距離は略一定となっており、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、隣り合う２つの周縁部第１変調リング領域間の半径方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、各周縁部第１変調リング領域の半径方向長さは略同一となっていることを特徴とする光照射装置である。また第６の本発明は、当該光照射装置に用いられる変調マスクである。
第６の本発明によれば、変調マスクの変調領域の変調マスク周縁部は、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調リング領域を有している。このため、変調領域の変調マスク周縁部のパターンは、円周方向における周期性を有している。また、各周縁部第１変調リング領域の半径方向長さは略同一となっている。このことにより、略円形の等強度線を有する光を被照射物に照射することができる。
第６の本発明において、前記周縁部第１変調リング領域の第１の変調量および前記周縁部第２リング変調領域の第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、各周縁部第１変調リング領域の半径方向長さと、各周縁部第２変調リング領域の半径方向長さとが略同一となっていてもよい。
第２乃至第６の本発明において、前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部または前記変調マスク周縁部の内縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク中央部をさらに含んでいてもよい。この場合、前記変調マスク中央部は、円環状に設けられた複数の円周方向線に沿って配置され、光を第１の変調量で変調する多数の中央部第１変調単位領域と、各中央部第１変調単位領域間を埋めるよう形成され、光を第２の変調量で変調する中央部第２変調領域と、を有し、前記中央部第１変調単位領域が配置された円環状の各円周方向線間の半径方向距離は略一定となっており、前記変調マスク中央部の各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの中央部第１変調単位領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、かつ、前記中心間の円周方向距離はすべての円周方向線上で略一定となっており、前記変調マスク中央部において、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、前記円周方向線間の半径方向距離または前記中心間の円周方向距離をそれぞれ前記結像光学系の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、各中央部第１変調単位領域の面積が略同一となっていてもよい。
第２乃至第６の本発明において、前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部または前記変調マスク周縁部の内縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク中央部をさらに含み、前記変調マスク中央部における変調量は、変調マスク中央部の全域にわたって均一となっていてもよい。
第１乃至第６の本発明において、前記変調マスクの前記変調領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含む非変調領域により囲まれていてもよい。
本発明によれば、光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置を提供することができる。
図１は、本発明による光照射装置を示す図。 図２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２（ｂ）は、図２（ａ）の変調マスクをIIｂ−IIｂ方向から見た断面図。 図３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４は、図３の変調領域において枠IVで囲まれた部分を拡大して示す図。 図５は、図４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６は、図５の変調領域をVI−VI方向から見た断面図。 図７（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７（ｂ）は、結像面における点像分布関数を示す図、図７（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７（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８（ａ）は、結像光学系における瞳関数を示す図、図８（ｂ）は、結像面における点像分布関数を示す図。 図９（ａ）は、本発明の第１の実施の形態において、被照射物に形成されるテーパ穴を示す縦断面図、図９（ｂ）は、被照射物に形成されるテーパ穴を示す平面図。 図１０（ａ）（ｂ）は、被照射物に照射される光と、被照射物に形成されるテーパ穴との対応を示す図、図１０（ｃ）は、被照射物に照射される光のエネルギー密度と、被照射物に形成されるテーパ穴のテーパ角度との関係を示す図。 図１１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１２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１３は、本発明の第１の実施の形態において、被照射物に照射される光の強度分布を示す図。 図１４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１５は、図１４の変調領域において枠XVで囲まれた部分を拡大して示す図。 図１６は、図１５の変調領域をXVI−XVI方向から見た断面図。 図１７（ａ）は、本発明の第３の実施の形態において、被照射物に形成される多数のマイクロレンズを示す平面図、図１７（ｂ）は、被照射物に形成される多数のマイクロレンズを示す断面図、図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）のマイクロレンズを形成するために被照射物に照射される光の強度分布を示す図。 図１８は、本発明の第３の実施の形態における変調マスクを示す平面図、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の変調マスクをXVIIIｂ−XVIIIｂ方向から見た断面図。 図１９は、本発明の第３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２０は、図１９の変調領域において枠XXで囲まれた部分を拡大して示す図。 図２１は、図２０の変調領域をXXI−XXI方向から見た断面図。 図２２は、本発明の第３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２３は、本発明の第３の実施の形態において、被照射物に照射される光の強度分布を示す図。 図２４は、比較の形態における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図２５は、比較の形態において、被照射物に照射される光の強度分布を示す図。 図２６は、本発明の第３の実施の形態の変形例における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図２７は、図２６の変調領域において枠XXVIIで囲まれた部分を拡大して示す図。 図２８は、本発明の第３の実施の形態の変形例において、被照射物に照射される光の強度分布を示す図。 図２９は、本発明の第３の実施の形態のその他の変形例における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図３０は、図２９の変調領域において枠XXXで囲まれた部分を拡大して示す図。 図３０Ａは、図３０に示す第１位相変調リング領域の変形例を示す図。 図３１は、本発明の第３の実施の形態のその他の変形例において、被照射物に照射される光の強度分布を示す図。 図３２は、変調マスク傾斜部のさらなる変形例を示す図。 図３３は、変調マスク傾斜部のさらなる変形例を示す図。 図３４（ａ）は、本発明の第４の実施の形態における変調マスクを示す平面図、図３４（ｂ）は、図３４（ａ）に示す変調マスクと、被照射物に形成されるテーパ穴との対応を示す図、図３４（ｃ）は、図３４（ｂ）のテーパ穴を形成するために被照射物に照射される光の強度分布を示す図。 図３５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３６は、本発明の第４の実施の形態において、変調マスクの非変調領域を形成する方法を示す図。 図３７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形成する方法を示す図。 図３８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態において、被照射物に形成されるテーパ穴と、被照射物に照射される光の強度分布との対応を示す図。 図３９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の変形例を示す平面図。 図４０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の変形例を示す平面図。 図４１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の変形例を示す平面図。 図４２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の変形例を示す平面図。 図４３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の変形例を示す平面図。 図４４（ａ）は、実施例１において、被照射物に形成されたテーパ穴の形状を示す縦断面図、図４４（ｂ）は、図４４（ａ）に示すテーパ穴を形成するために被照射物に照射された光の強度分布を示す図、図４４（ｃ）は、光の強度分布を図４４（ｂ）の線XXXXIVｃに沿って示す図。 図４５は、実施例１における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図４６（ａ）は、実施例２において、被照射物に形成されたテーパ穴の形状を示す縦断面図、図４６（ｂ）は、図４６（ａ）に示すテーパ穴を形成するために被照射物に照射された光の強度分布を示す図、図４６（ｃ）は、光の強度分布を図４６（ｂ）の線XXXXVIｃに沿って示す図。 図４７は、実施例２における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図４８（ａ）は、実施例３において、被照射物に形成されたテーパ穴の形状を示す縦断面図、図４８（ｂ）は、図４８（ａ）に示すテーパ穴を形成するために被照射物に照射された光の強度分布を示す図、図４８（ｃ）は、光の強度分布を図４８（ｂ）の線XXXXVIIIｃに沿って示す図。 図４９は、実施例３における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図５０は、実施例４における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図５１は、実施例５における変調マスクの変調領域を示す平面図。 図５２は、実施例６における変調マスクの変調領域を示す平面図。
第１の実施の形態
以下、図１乃至図１３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。
（被照射物およびテーパ穴）
はじめに、図９を参照して、本実施の形態における光照射装置１０からの光が照射される被照射物１８、および、光照射装置１０を加工装置として用いた場合に、被照射物１８に形成されるテーパ穴２０について説明する。図９（ａ）は、被照射物１８に形成されるテーパ穴２０を示す縦断面図であり、図９（ｂ）は、被照射物１８に形成されるテーパ穴２０を示す平面図である。
図９（ａ）（ｂ）に示すように、被照射物１８は、平板状の形状を備えるとともに、基本樹脂１８ｄと、当該基本樹脂１８ｄに添加されたフィラー１８ｅとを有している。また図９（ａ）（ｂ）に示すように、被照射物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傾斜部２０ｂとを有している。ここで傾斜部２０ｂの傾斜角度は、図９（ａ）に示すように角度φとなっている。なお図９（ａ）においては、被照射物１８の上面側にのみフィラー１８ｅが添加されている例を示したが、これに限られることはなく、被照射物１８の下面側にフィラー１８ｅが添加されていてもよい。また、被照射物１８全体にわたってフィラー１８ｅが添加されていてもよい。または、フィラー１８ｅが添加されていなくてもよい。
被照射物１８の基本樹脂１８ｄ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。例えば被照射物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、基本樹脂１８ｄとしてポリイミドなどが用いられる。また、基本樹脂１８ｄに添加されるフィラー１８ｅとしては、被照射物１８の易滑性を高めることができる材料が用いられ、例えばシリカや炭酸カルシウムの粒子などが用いられる。このようなフィラー１８ｅを基本樹脂１８ｄに添加することにより、被照射物１８同士の滑りを良くすることができ、これによって、被照射物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。
光照射装置１０から被照射物１８に照射される光の強度分布を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）（ｂ）に示すように、被照射物１８のテーパ穴２０が形成されるべき領域には所定の高いエネルギー密度を有する光が照射され、一方、被照射物１８のそれ以外の領域には、被照射物１８のアブレーション閾値よりも小さいエネルギー密度を有する光が照射される。このような２値のエネルギー密度からなる強度分布を有する光が被照射物１８に照射される場合、被照射物１８に形成されるテーパ穴２０のテーパ角度φと、テーパ穴２０が形成されるべき領域に照射される光の照射エネルギー密度との間に、図１０（ｃ）に示す関係が成立することが知られている（例えば、特開２００２−６７３３３号公報参照）。従って、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度を調整することにより、所望のテーパ角度φを有するテーパ穴を形成することが可能となる。
（光照射装置）
次に、図１を参照して、光照射装置１０全体について説明する。図１は、本発明における光照射装置１０を示す図である。図１に示すように、光照射装置１０は、被照射物１８を載置する載置台１９と、光を出射するマスク照明系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照射物１８に照射する結像光学系１７と、を備えている。
このうちマスク照明系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照射物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、被照射物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、被照射物１８に照射される。光照射装置１０が加工装置として用いられる場合、被照射物１８は、レーザ光によるアブレーションにより加工しやすい物質から形成されており、例えばポリイミドなどの高分子材料から形成されている。なお被照射物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２乃至図６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２（ａ）に示すように、変調マスク２１は、円形の輪郭からなる変調領域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。後述するように、変調領域２２に入射された光は、被照射物１８に対して照射される際に円形の等強度線を有するよう、変調領域２２によって変調される。
（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２（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。
光照射装置１０が加工装置として用いられる場合、光遮蔽層２１ｂの光透過率は、非変調領域２３を通って被照射物１８に照射される光の強度が被照射物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３乃至図６を参照して詳細に説明する。
図３に示すように、変調領域２２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（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の位相変調量で変調する第２位相変調領域２５ｂと、を有している。図３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３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３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３に示すように、所定の円周方向線上において周期的に並ぶとともに、変調領域２２の全域にわたって第１位相変調単位領域２５ａの占有率が略一定となるよう配置されている。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、位相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。
ところで、所定の円周方向線上で各第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、後述するように、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の変調領域２２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、変調領域２２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、後に第３の実施の形態の変形例または第３の実施の形態のその他の変形例において詳細に説明するように、第１位相変調スポーク領域または第１位相変調リング領域を用いることが好ましい。
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３に示すように、変調領域２２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４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４は、図３の変調領域２２において枠IVで囲まれた部分を拡大して示す図である。図４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４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４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とともに、変調領域２２の全域にわたって第１位相変調単位領域２５ａの占有率が略一定となるよう、第１位相変調単位領域２５ａを配置することが可能となる。
本願の発明者が見出した、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（後述）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、後述する［数１３］の関係（または後述する第２の実施の形態における［数１６］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、変調領域２２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。
これに対して本願発明によれば、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の変調領域２２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。
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５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５において点線で示すように、変調領域２２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５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５に示す点線を描くことにより、変調領域２２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５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位相変調領域２５ｂと、からなっている。図３乃至図５に示す変調領域２２において、各第１位相変調単位領域２５ａの面積は略一定となっている。このため、変調領域２２の全域にわたって、第１位相変調単位領域２５ａの占有率は略同一となっている。このため、後述するように、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。
次に、図６を参照して、変調領域２２の第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂの構造について説明する。図６は、図５の変調領域２２をVI−VI方向から見た断面を示す図である。図６に示すように、変調領域２２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６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、変調領域２２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。
（光強度分布の生成原理）
次に、図７および図８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。被照射物１８に照射されるレーザ光の強度と、被照射物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１］の関係式が成り立つことが知られている。
Figure 0005424125
 ここで、ｄはパルス状のレーザ光を被照射物１８に一回照射したときのアブレーションレート、αは被照射物１８の光吸収率、Ｉはレーザ光のエネルギー密度、Ｉｔｈは被照射物１８におけるアブレーション発生閾値を示す。
［数１］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、被照射物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、被照射物１８に照射されるレーザ光のエネルギー密度Ｉを被照射物１８の場所に応じて任意に設定することにより、被照射物１８を任意の形状に加工することが可能となる。
なお、レーザ光のエネルギー密度Ｉが所定の値、例えばＩｕｐｐｅｒを超えると、アブレーションにより被照射物１８の一部が除去された際に発生する飛散物によって、被照射物１８に照射されるレーザ光が吸収・散乱されるという現象が発生する。この場合、被照射物１８に照射されるレーザ光のエネルギーが、被照射物１８のアブレーションと飛散物によるレーザ光の吸収・散乱とに使用されることになり、このため、レーザ光のエネルギー密度Ｉを大きくしても、アブレーションレートｄがある値で飽和するようになる。すなわち、［数１］の関係式が成立しなくなる。従って、本実施の形態において、レーザ光のエネルギー密度ＩはＩｕｐｐｅｒを超えないよう設定される。
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（被照射物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、すなわち被照射物１８における複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）は、以下の［数２］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 0005424125
 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３］）。
Figure 0005424125
 ここで、ｒは以下の［数４］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 0005424125
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、すなわち被照射物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７（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、被照射物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７（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、対応する被照射物１８上の位置における光照射強度が算出される。
図８（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８（ｂ）に示す点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）は、図８（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３］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５］により与えられる。
Figure 0005424125
 ここで前述の点像分布範囲１７ｌは、図７（ｂ）または図８（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７（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７（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７（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が、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。この場合、図５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よりも小さい。
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２］はエアリーディスク内側での積分に近似される（［数６］）。
Figure 0005424125
 ［数６］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７、図８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７］により表される。
Figure 0005424125
 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番目の位相変調領域の面積率と位相変調量をそれぞれＤ（ｐ）ｋ、θｋと表すとする。この場合、前述の［数６］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 0005424125
Figure 0005424125
 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２種類の位相変調領域（第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂ）からなる場合について考える。第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂ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１０］により表される。
Figure 0005424125
 ここでＤ（ｐ）は、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの面積率を表している。この式をＤ（ｐ）に関して解くと、以下の［数１１］が得られる。
Figure 0005424125
 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。すなわち、θ＝１８０度となっている。この場合、上記の［数１０］および［数１１］が以下の［数１２］および［数１３］のように表される。
Figure 0005424125
Figure 0005424125
上述のように、被照射物１８に形成するテーパ穴２０の大きさ、傾斜部２０ｂの傾斜角度などに応じて、［数１］に基づき、被照射物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１３］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を被照射物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を備えた光照射装置１０を用いて、披照射物１８に、テーパ角度が互いに異なる６つのテーパ穴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１１および図１２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１１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１２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。
（イ）まず、被照射物１８に形成する各テーパ穴２０の位置、半径およびテーパ角度を入力する（Ｓ１０１）。
（ロ）次に、各テーパ穴２０のテーパ角度を実現するために求められる光照射エネルギー密度が、図１０（ｃ）に示す関係に基づいて算出される（Ｓ１０２）。例えば、テーパ角度が１２度であるテーパ穴に対しては、求められる光照射エネルギー密度として４００ｍＪ／ｃｍ２が算出される。このようにして、テーパ角度が互いに異なる６つのテーパ穴２０に対して、光照射エネルギー密度Ｉ１〜Ｉ６が算出される。
（ハ）次に、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の面積率Ｄ（ｐ））が、［数１３］に基づいて算出される（Ｓ１０３）。
（ニ）最後に、算出された面積率Ｄ（ｐ）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の配置パターンが決定される（Ｓ１０４）。
このようにして、変調マスク２１の変調領域２２が設計される。
次に、各変調領域２２における第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１２を参照して詳細に説明する。
（ホ）まず、上述の半径方向距離Ｌ１を入力し（Ｓ１１１）、次に、上述の円周方向距離Ｌ２を入力する（Ｓ１１２）。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。
（ヘ）次に、各変調領域２２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（Ｓ１１３）。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（Ｓ１１４）。
（ト）次に、変調領域２２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（Ｓ１１５）。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、変調領域２２が複数の変調単位領域２４ｅに区画される。
（チ）次に、ステップ１０３において算出された面積率Ｄ（ｐ）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（Ｓ１１６）。
このようにして、各変調領域２２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。その後、設計されたパターンに従って、フォトリソグラフィー法などにより、変調マスク本体部２１ａ上に第１位相変調単位領域２５ａが形成される。この際、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。
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２（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。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を通って被照射物１８に照射される光の強度が被照射物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、被照射物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、被照射物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、被照射物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。
（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を備えた光照射装置１０を用いて、被照射物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上に被照射物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。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。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から出射され被照射物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の面積率に対応する強度分布を有している。
図１３は、各変調領域２２を通った後に結像光学系１７から出射され被照射物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布を示す図である。図１３に示すように、被照射物１８には、光エネルギー密度Ｉ＝Ｉｋ（ｋ＝１〜６）からなる略円形の等強度線を有する光が照射される。これによって、被照射物１８に、テーパ角度が互いに異なる６つのテーパ穴２０を形成することができる。
このように本実施の形態によれば、変調マスク２１は、略円形の輪郭からなる変調領域２２を有し、各変調領域２２は、円環状に設けられた複数の円周方向線２７に沿って配置され、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の位相変調量で変調する第２位相変調領域２５ｂと、を有している。ここで、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は略一定となっており、また、各円周方向線２７において、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は略一定となっており、かつ、この円周方向距離Ｌ２はすべての円周方向線２７上で略一定となっている。このため、各第１位相変調単位領域２５ａが所定の円周方向線上において周期的に並んでいる。
さらに、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、上記の半径方向距離Ｌ１または円周方向距離Ｌ２をそれぞれ結像光学系１７の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、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。このため、変調領域２２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に区画した場合、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、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。このことにより、被照射物１８に、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの面積率に基づいた強度分布を有する光を照射することができる。
さらに、各円周方向線２７において、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。このため、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２５ａの占有率が略一定となっている。
本実施の形態によれば、これらのことにより、被照射物１８に対して、略円形の等強度線を有する光を照射することができる。
また本実施の形態によれば、変調マスク２１の非変調領域２３は、光を遮蔽する光遮蔽層２１ｂを含んでいる。このため、マスク照明系１１から変調マスク２１に入射する光のうち非変調領域２３に入射する光は、その大半が光遮蔽層２１ｂにより遮蔽される。これによって、マスク照明系１１から変調マスク２１に入射した光が、被照射物１８うちテーパ穴２０が形成されない領域に照射されるのを防ぐことができ、このことにより、被照射物１８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。
また本実施の形態によれば、光を遮蔽する非変調領域２３を光遮蔽層２１ｂによって構成することにより、円形の輪郭からなる各変調領域２２間を非変調領域２３で容易に埋めることが可能となる。
また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を構成する側縁が、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、変調マスク２１の作成が容易になる。このように本実施の形態によれば、第１位相変調単位領域２５ａの配置パターンを工夫することにより、被照射物１８に対して略円形の等強度線を有する光を照射することを可能にするとともに、作製が容易な変調マスク２１を提供することができる。
第２の実施の形態
次に、図１４乃至図１６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１４乃至図１６に示す第２の実施の形態は、変調マスク２１の変調領域２２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１３に示す第１の実施の形態と略同一である。図１４乃至図１６に示す第２の実施の形態において、図１乃至図１３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。
（変調領域）
図１４乃至図１６を参照して、本実施の形態における変調マスク２１の変調領域２２について説明する。図１４は、本発明の形態における変調マスク２１の変調領域２２を示す平面図であり、図１５は、図１４の変調領域２２において枠XVで囲まれた部分を拡大して示す図である。図１６は、図１５の変調領域２２をXVI−XVI方向から見た断面図である。
図１４に示すように、変調領域２２は、光を第１の振幅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振幅変調単位領域間２６ａを埋めるよう形成され、光を第２の振幅変調量で変調する第２振幅変調領域２６ｂと、を有している。
図１５に示すように、各第１振幅変調単位領域間２６ａは、円周方向線２７上において周期的に並ぶとともに、変調領域２２の全域にわたって第１振幅相変調単位領域２６ａの占有率が略一定となるよう配置されている。各第１振幅変調単位領域間２６ａの具体的な配置パターンは、図１乃至図１３に示す第１の実施の形態における各第１位相変調単位領域２５ａの配置パターンと略同一であるので、詳細な説明は省略する。また、図１乃至図１３に示す第１の実施の形態の場合と同様に、図１５に示すように、変調領域２２を、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１振幅変調単位領域間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。
次に、図１６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振幅変調領域２６ｂの構造について説明する。図１６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振幅変調領域２６ｂ内にある場合はＴ（ｘ,ｙ）＝１となる。従って、上述の［数６］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１４］が得られる。
Figure 0005424125
 ここで、Ｄ（ａ）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振幅変調領域２６ｂの面積比）、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、すなわち被照射物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１５］、 ［数１６］が導かれる。
Figure 0005424125
Figure 0005424125
ここでレーザ光の強度Ｉについては、被照射物１８に形成するテーパ穴２０の大きさ、テーパ角度などに応じて、［数１］に基づき、被照射物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１６］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、テーパ角度などを有するテーパ穴２０を被照射物１８に形成することが可能となる。
本実施の形態によれば、変調マスク２１は、略円形の輪郭からなる変調領域２２を有し、各変調領域２２は、円環状に設けられた複数の円周方向線２７に沿って配置され、光を第１の振幅変調量で変調する多数の第１振幅変調単位領域２６ａと、各第１振幅変調単位領域間２６ａを埋めるよう形成され、光を第２の振幅変調量で変調する第２振幅変調領域２６ｂと、を有している。第１の実施の形態の場合と同様に、第１振幅変調単位領域２６ａ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は略一定となっており、また、各円周方向線２７において、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は略一定となっており、かつ、この円周方向距離Ｌ２はすべての円周方向線２７上で略一定となっている。このため、各第１振幅変調単位領域間２６ａが所定の円周方向線上において周期的に並んでいる。
さらに、第１の実施の形態の場合と同様に、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、上記の半径方向距離Ｌ１または円周方向距離Ｌ２をそれぞれ結像光学系１７の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、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。このため、変調領域２２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に区画した場合、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、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。このことにより、被照射物１８に、各変調単位領域２４ｅにおける開口率（変調単位領域２４ｅに対する第２振幅変調領域２６ｂの面積比）に基づいた強度分布を有する光を照射することができる。
さらに、各円周方向線２７において、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の面積は略一定となっている。このため、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の占有率が略一定となっている。
本実施の形態によれば、これらのことにより、被照射物１８に対して、略円形の等強度線を有する光を照射することができる。
第３の実施の形態
次に、図１７乃至図２３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１７乃至図２３に示す第３の実施の形態は、変調マスク２１の変調領域２２の各第１位相変調単位領域の面積が、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加する点が異なるのみであり、他の構成は、図１乃至図１３に示す第１の実施の形態と略同一である。図１７乃至図２３に示す第３の実施の形態において、図１乃至図１３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。
（マイクロレンズ）
はじめに、図１７を参照して、本実施の形態における光照射装置１０を用いて、被照射物１８に形成されるマイクロレンズ３０について説明する。図１７（ａ）は、被照射物１８に形成される多数のマイクロレンズ３０を示す平面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のマイクロレンズ３０をXVIIｂ−XVIIｂ方向から見た断面図であり、図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）のマイクロレンズを形成するために被照射物に照射される光の強度分布を示す図である。
図１７（ａ）（ｂ）に示すように、被照射物１８に形成される多数のマイクロレンズ３０は、各々半球形状を有しており、また、各マイクロレンズ３０は、被照射物１８に凹型で形成されている。なお図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第１の実施の形態においては、被照射物１８に照射される光の強度分布がＨｉｇｈ／Ｌｏｗの二値である例を示したが、本実施の形態においては、図１７（ｃ）に示すように、被照射物１８に照射される光の強度分布が、マイクロレンズ３０の形状に応じて連続的に変化している。このような光強度の連続的な変化は、後述するように、変調マスク２１の変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの占有率を、変調領域２２の外方に向かうにつれて変化させることにより実現される。
なお、光照射装置１０を用いて被照射物１８に形成されるマイクロレンズが凹型に限られることはなく、光照射装置１０を用いて被照射物１８に凸型のマイクロレンズを形成してもよい。
（変調マスク）
次に、図１８乃至図２１を参照して、マイクロレンズ３０を形成するために用いられる光照射装置１０の変調マスク２１について説明する。はじめに図１８（ａ）（ｂ）を参照して、本実施の形態における変調マスク２１全体について説明する。図１８（ａ）は、本実施の形態における変調マスク２１を示す平面図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の変調マスク２１をXVIIIｂ−XVIIIｂ方向から見た断面図である。
図１８（ａ）に示すように、変調マスク２１は、円形の輪郭からなる多数の変調領域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。各変調領域２２が、被照射物１８に形成されるマイクロレンズ３０にそれぞれ対応している。すなわち、変調領域２２に入射された光は、結像光学系１７を経て被照射物１８に対して照射される際、円形の等強度線を有するとともに外方に向かうにつれて照射エネルギー密度が連続的に小さくなるよう、変調領域２２によって変調される。
次に、図１９乃至図２１を参照して、変調マスク２１の変調領域２２について説明する。図１９は、本実施の形態における変調マスク２１の変調領域２２を示す平面図であり、図２０は、図１９の変調領域２１において枠XXで囲まれた部分を拡大して示す図である。図２１は、図２０の変調領域２２をXXI−XXI方向から見た断面図である。なお図１９においては、円形の輪郭からなる変調領域２２のうち、その左上部分のみが示されている。
図１９に示すように、変調領域２２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２５ａと、各第１位相変調単位領域２５ａ間を埋めるよう形成され、光を第２の位相変調量で変調する第２位相変調領域２５ｂと、を有している。図１乃至図１３に示す第１の実施の形態の場合と同様に、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。
一方、図１９に示すように、本実施の形態による変調領域２２において、第１位相変調単位領域２５ａの面積は、変調領域２２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。ここで、変調領域２２のうち、その半径方向に沿って第１位相変調単位領域２５ａの面積が変化する領域を、特に変調マスク傾斜部３２と呼ぶ。また、変調マスク傾斜部３２に含まれる第１位相変調単位領域２５ａにより、傾斜部第１変調単位領域が構成され、変調マスク傾斜部３２に含まれる第２位相変調領域２５ｂにより、傾斜部第２変調領域が構成されている。
図２０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２０に示すように、各円周方向線２７において、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２０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。
図１乃至図１３に示す第１の実施の形態の場合と同様に、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、図１乃至図１３に示す第１の実施の形態の場合と同様にして、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。このようにして形成された各変調単位領域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。このため、変調マスク傾斜部３２により変調されて被照射物１８に照射される光は、第１位相変調単位領域２５ａ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の面積率）に基づいた強度分布を有することになる。
図２１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、変調領域２２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も、第１の実施の形態の場合と同様に、前記の光学距離の差Δｈ×（ｎ−１）が｛λ／２｝の奇数倍となるよう、Δｈが設定されている。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位相変調領域２５ｂにおける位相変調量の差が１８０度の奇数倍となるよう、Δｈが設定されている。
次に、変調マスク傾斜部３２の各変調単位領域２４ｅにおける、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差について説明する。
図１９乃至図２１に示すように、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。具体的には、変調マスク傾斜部３２の中心点（または内縁）３２ａ近傍において、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が略０となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が略０．５となっている。一方、変調マスク傾斜部３２の中心点（または内縁）３２ａ近傍において、第２位相変調領域２５ｂの占有率が略１となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において、第２位相変調領域２５ｂの占有率が略０．５となっている。すなわち、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差は、変調マスク傾斜部３２の中心点（または内縁）３２ａ近傍において略１となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において略０となっている。このように、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域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。
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を備えた光照射装置１０を用いて、披照射物１８に多数のマイクロレンズ３０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）
まず図２２を参照して、変調マスク２１の設計手順について説明する。図２２は、変調マスク２１の変調マスク傾斜部３２を設計する手順を示すフローチャートである。
（イ）まず、被照射物１８に形成するマイクロレンズ３０の形状を入力する（Ｓ３０１）。例えば、被照射物１８のうちレーザ光が入射される側の面における位置を（ｘ，ｙ）座標で表す場合の、位置（ｘ，ｙ）における加工深さＳ（ｘ，ｙ）を入力する。
（ロ）次に、レーザ光の照射回数ｍを入力する（Ｓ３０２）。
（ハ）次に、加工深さＳ（ｘ，ｙ）とレーザ光の照射回数ｍとに基づき、アブレーションレートｄ（ｘ，ｙ）が算出される（Ｓ３０３）。
（ニ）その後、アブレーションレートｄ（ｘ，ｙ）と［数１］とに基づき、所望形状を有するマイクロレンズ３０を形成するために被照射物１８に照射されるレーザ光の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）が算出される（Ｓ３０４）。
（ホ）次に、レーザ光の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）と［数１３］とに基づき、変調マスク２１の各変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの占有率（各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの面積率Ｄ（ｐ））が算出される（Ｓ３０５）。面積率Ｄ（ｐ）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。
（ヘ）最後に、算出された面積率Ｄ（ｐ）に基づいて、変調マスク２１の各変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの配置パターンが決定される（Ｓ３０６）。
算出された面積率Ｄ（ｐ）に基づいて第１位相変調単位領域２５ａの配置パターンを決定する手順については、図１２に示す第１の実施の形態における手順と略同一であるため、詳細な説明は省略する。
このようにして、変調マスク２１の各変調マスク傾斜部３２が設計される。
なおレーザ光を照射することにより被照射物１８にマイクロレンズ３０を形成する場合、パルス状のレーザ光を照射するたびにアブレーションにより被照射物１８の一部が除去される。このため、レーザ光が多数回照射された後、被照射物１８の加工面が結像光学系１７の焦点面から離れるという現象が発生し（デフォーカス）、これによって、被照射物１８に照射されるレーザ光の強度分布が変化する。また、アブレーションの際に生じる飛散物の影響によっても、被照射物１８に照射されるレーザ光の強度が低下する。このため、レーザ光を照射することにより被照射物１８にマイクロレンズ３０を実際に形成した場合、形成されたマイクロレンズ３０の深さは、前述のＳ３０１において入力したマイクロレンズ３０の形状よりも浅くなりまた形状も変形する傾向がある。前述のＳ３０１においては、このような傾向を考慮して、加工深さＳ（ｘ，ｙ）を補正することが好ましい。
変調マスク２１の非変調領域２３の設計手順は、図１乃至図１３に示す第１の実施の形態における非変調領域２３の設計手順と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
（マイクロレンズの形成方法）
次に、本実施の形態における変調マスク２１を備えた光照射装置１０を用いて、被照射物１８にマイクロレンズ３０を形成する方法について説明する。
まず、載置台１９上に被照射物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。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。前述のとおり、変調マスク２１の各変調マスク傾斜部３２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、各変調マスク傾斜部３２を通った後に結像光学系１７から出射され被照射物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布は、各変調マスク傾斜部３２の各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの面積率に対応する強度分布を有している。
図２３は、変調マスク傾斜部３２を通った後に結像光学系１７から出射され被照射物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布を示す図である。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。さらに、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の外方に向かうにつれて単調に増加している。このことにより、図２３に示すように、被照射物１８に、円形の等強度線を有するとともに、外方に向かうにつれて照射エネルギー密度が連続的に小さくなる光を照射することができる。
ここで、上述のように、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差は、変調マスク傾斜部３２の中心点（または内縁）３２ａ近傍において略１となっている。また、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域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。そして、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差は、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において略０となっている。このため、図２３に示すように、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度は、光の中心点近傍で最大（Ｉｍａｘ）となっている。また、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度は、光の外方に向かうにつれて小さくなり、そして、変調マスク傾斜部３２の外縁に対応する領域の近傍でＩｍｉｎとなっている。
また第１の実施の形態の場合と同様に、非変調領域２３は、光を遮蔽する光遮蔽層２１ｂを含んでいる。このため、変調マスク傾斜部３２の外縁に対応する領域よりも外方において、図２３に示すように、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度を略０とすることができる。
（比較の形態）
次に、図２４および図２５を参照して、本実施の形態の効果を、比較の形態と比較して説明する。図２４は、比較の形態における変調マスクの変調マスク傾斜部１３２を示す平面図であり、図２５は、比較の形態において、被照射物１８に照射される光の強度分布を示す図である。
図２４および図２５に示す比較の形態における変調マスクの変調マスク傾斜部１３２は、各第１位相変調単位領域２５ａが格子状のパターンで配置されている点が異なるのみであり、他の構成は、図１７乃至図２３に示す第３の実施の形態と略同一である。図２４および図２５に示す比較の形態において、図１７乃至図２３に示す第３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２４に示すように、変調マスク傾斜部１３２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２５ａと、各第１位相変調単位領域２５ａ間を埋めるよう形成され、光を第２の位相変調量で変調する第２位相変調領域２５ｂと、を有している。図２４に示すように、各第１位相変調単位領域２５ａは格子状のパターンで配置されている。また、隣接する２つの第１位相変調単位領域２５ａ間の距離はＭとなっている。
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、上記の距離Ｍを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した距離は、Ｒよりも小さくなっている。このため、変調マスク傾斜部１３２により変調されて被照射物１８に照射される光は、第１位相変調単位領域２５ａ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、図２４に示すように、変調マスク傾斜部１３２において、仮想的な円周方向線１２７を考える。図２４から明らかなように、変調マスク傾斜部１３２において、各第１位相変調単位領域２５ａ間は、円周方向線１２７上において周期的には並んでいない。このため、円周方向線１２７に沿って第１位相変調単位領域２５ａの占有率を見た場合、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が場所によって異なっている。このため、図２５に示すように、変調マスク傾斜部１３２により変調されて被照射物１８に照射される光の等強度線は、完全な円形にはならないと考えられる。このことにより、被照射物１８に形成されるマイクロレンズ３０の形状も、完全な半球形状にはならず、表面に多数の凹凸が形成された半球形状になると考えられる。
これに対して、本実施の形態によれば、上述のように、各第１位相変調単位領域２５ａ間は、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。このため、変調マスク傾斜部３２により変調されて被照射物１８に照射される光の等強度線を、完全な円形とすることができる。このことにより、被照射物１８に、表面に凹凸の無い半球形状のマイクロレンズ３０を形成することができる。
なお本実施の形態の変調マスク傾斜部３２において、第１位相変調単位領域２５ａの面積が、変調マスク傾斜部３２の外方に向かうにつれて単調に増加し、このことにより、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差が、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の面積が、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、このことにより、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差が、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てもよい。
また本実施の形態の変調マスク傾斜部３２において、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差が、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の占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差が、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てもよい。この場合、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度が、光の外方に向かうにつれて大きくなる。このことにより、被照射物１８に、凸型のマイクロレンズを形成することが可能となる。
また、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差が、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または減少している例を示したが、これに限られることはない。例えば、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差が、変調マスク傾斜部３２の外方に向かうにつれて増加と減少とを繰り返してもよい。これによって、被照射物１８を、波状など様々な形状に加工することができる。
また本実施の形態の変調マスク傾斜部３２において、光を第１の変調量で変調する傾斜部第１変調単位領域が、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域２５ａからなり、光を第２の変調量で変調する傾斜部第２変調領域が、第２の位相変調量を有する第２位相変調領域２５ｂ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、光を第１の変調量で変調する傾斜部第１変調単位領域が、第１の振幅変調量を有する第１振幅変調単位領域からなり、光を第２の変調量で変調する傾斜部第２変調領域が、第２の振幅変調量を有する第２振幅変調領域からなっていてもよい。第１振幅変調単位領域および第２振幅変調領域の形状および構造は、図１４乃至図１６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振幅変調領域２６ｂの形状および構造と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
第３の実施の形態の変形例
次に、図２６乃至図２８を参照して、本発明の第３の実施の形態の変形例について説明する。図２６乃至図２８に示す第３の実施の形態の変形例は、変調マスク傾斜部が、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の位相変調量で変調する多数の第１位相変調スポーク領域（傾斜部第１変調スポーク領域）と、各第１位相変調スポーク領域間に形成され、光を第２の位相変調量で変調する多数の第２位相変調スポーク領域（傾斜部第２変調スポーク領域）と、を有する点が異なるのみであり、他の構成は、図１７乃至図２３に示す第３の実施の形態と略同一である。図２６乃至図２８に示す第３の実施の形態の変形例において、図１７乃至図２３に示す第３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）
図２６および図２７を参照して、本形態における変調マスク２１の変調マスク傾斜部３２について説明する。図２６は、本発明の第３の実施の形態の変形例における変調マスク２１の変調マスク傾斜部３２を示す平面図であり、図２７は、図２６の変調マスク傾斜部３２において枠XXVIIで囲まれた部分を拡大して示す図である。なお図２６においては、円形の輪郭からなる変調マスク傾斜部３２のうち、その左上部分のみが示されている。
図２６に示すように、変調マスク傾斜部３２は、光を第１の位相変調量で変調する多数の第１位相変調スポーク領域３５ａ（傾斜部第１変調スポーク領域）と、各第１位相変調スポーク領域３５ａ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位相変調スポーク領域３５ｂ（傾斜部第２変調スポーク領域）と、を有している。第１位相変調スポーク領域３５ａおよび第２位相変調スポーク領域３５ｂは、変調マスク傾斜部３２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、図１７乃至図２３に示す第３の実施の形態における第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂと略同一となっている。
第１位相変調スポーク領域３５ａの配置パターンについて説明する。図２６に示すように、各第１位相変調スポーク領域３５ａ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２６に示すように、各第１位相変調スポーク領域３５ａ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、第１位相変調スポーク領域３５ａの形状について説明する。図２６に示すように、各第１位相変調スポーク領域３５ａ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３５ｃ，３５ｃを含んでいる。このため、後述するように変調マスク傾斜部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位相変調スポーク領域３５ａの面積率を容易に大きくすることができる。
なお図２６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位相変調スポーク領域３５ａの側縁３５ｃの長さも略一定の長さ（＝Ｌ１）となっている。
次に、図２７を参照して、第１位相変調スポーク領域３５ａの配置パターンについてより詳細に説明する。図２７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位相変調スポーク領域３５ａ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２７に示すように、同一の円周方向線２７上に配置された第１位相変調スポーク領域３５ａ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位相変調スポーク領域３５ａ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位相変調スポーク領域３５ａ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位相変調スポーク領域３５ａの占有率（後述）を略一定とすることができる。
次に、上述の円周方向距離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、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、「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２７を参照して、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率について説明する。はじめに、図２７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位相変調スポーク領域３５ａ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２７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位相変調スポーク領域３５ａ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２７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位相変調スポーク領域３５ａ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位相変調スポーク領域３５ａの占有率は、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調スポーク領域３５ａ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照射物１８に照射される光は、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率に基づいた強度分布を有することになる。
次に、変調マスク傾斜部３２の各変調単位領域２４ｅにおける、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率と第２位相変調スポーク領域３５ｂの占有率との差について考える。
図２６に示すように、第１位相変調スポーク領域３５ａの円周方向長さＬ３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。すなわち、図１９乃至図２１に示す第３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、第１位相変調スポーク領域３５ａ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。具体的には、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ近傍において、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率が略０．３となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率が略０．５となっている。一方、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ近傍において、第２位相変調スポーク領域３５ｂの占有率が略０．７となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において、第２位相変調スポーク領域３５ｂの占有率が略０．５となっている。すなわち、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率と第２位相変調スポーク領域３５ｂの占有率との差は、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ近傍において略０．４となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において略０となっている。このように、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率と第２位相変調スポーク領域３５ｂ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。言い換えると、第１位相変調スポーク領域３５ａの円周方向長さＬ３と、当該第１位相変調スポーク領域３５ａに円周方向において隣接するよう形成された第２位相変調スポーク領域３５ｂの円周方向長さＬ４との差が、変調領域の外方に向かうにつれて単調に減少している。
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。
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。前述のとおり、変調マスク２１の各変調マスク傾斜部３２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、各変調マスク傾斜部３２を通った後に結像光学系１７から出射され被照射物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布は、各変調マスク傾斜部３２の各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調スポーク領域３５ａの面積率に対応する強度分布を有している。
図２８は、変調マスク傾斜部３２を通った後に結像光学系１７から出射され被照射物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布を示す図である。上述のように、変調マスク傾斜部３２において、各第１位相変調スポーク領域３５ａ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、同一円周方向線２７上で隣り合う２つの第１位相変調スポーク領域３５ａの円周方向長さＬ３は略一定となっている。さらに、第１位相変調スポーク領域３５ａの円周方向長さＬ３と、当該第１位相変調スポーク領域３５ａに円周方向において隣接するよう形成された第２位相変調スポーク領域３５ｂの円周方向長さＬ４との差が、変調領域の外方に向かうにつれて単調に減少している。このことにより、図２８に示すように、被照射物１８に、円形の等強度線を有するとともに、外方に向かうにつれて照射エネルギー密度が連続的に小さくなる光を照射することができる。
ここで、上述のように、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率と第２位相変調スポーク領域３５ｂ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２８に示すように、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度は、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａに対応する領域の近傍で最大（Ｉｍａｘ）となる。
また、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率と第２位相変調スポーク領域３５ｂの占有率との差は、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において略０となっている。このため、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度は、光の外方に向かうにつれて小さくなり、そして、変調マスク傾斜部３２の外縁に対応する領域の近傍でＩｍｉｎとなる。
また第３の実施の形態の場合と同様に、非変調領域２３は、光を遮蔽する光遮蔽層２１ｂを含んでいる。このため、変調マスク傾斜部３２の外縁に対応する領域よりも外方において、図２８に示すように、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度を略０とすることができる。
また本実施の形態によれば、各第１位相変調スポーク領域３５ａ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３５ｃ，３５ｃを含んでいる。このため、各単位変調領域２４ｅが上述の第３の実施の形態における第１位相変調単位領域２５ａを有する場合に比べて、隣接する第１位相変調スポーク領域３５ａが重なり合う、若しくは変調マスク２１の作製が困難になる程度に近接するのを避けるとともに、円周方向線２７上において周期的であることを完全に保ちながら、各単位変調領域２４ｅにおける第１位相変調領域（第１位相変調単位領域２５ａまたは第１位相変調スポーク領域３５ａ）の面積率を大きくすることができる。
好ましくは、変調マスク傾斜部３２において、第１位相変調領域（第１位相変調単位領域２５ａまたは第１位相変調スポーク領域３５ａ）の占有率が小さい場合には第１位相変調単位領域２５ａが用いられ、第１位相変調領域の占有率が大きい場合には第１位相変調スポーク領域３５ａが用いられる。より具体的には、一例として、第１位相変調領域の占有率が０〜０．３の範囲内においては第１位相変調単位領域２５ａが用いられ、第１位相変調領域の占有率が０．３〜０．５０の範囲内においては第１位相変調スポーク領域３５ａが用いられる。
また本実施の形態の変調マスク傾斜部３２において、光を第１の変調量で変調する傾斜部第１変調スポーク領域が、第１の位相変調量を有する第１位相変調スポーク領域３５ａからなり、光を第２の変調量で変調する傾斜部第２変調スポーク領域が、第２の位相変調量を有する第２位相変調スポーク領域３５ｂ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、光を第１の変調量で変調する傾斜部第１変調スポーク領域が、第１の振幅変調量を有する第１振幅変調スポーク領域（図示せず）からなり、光を第２の変調量で変調する傾斜部第２変調スポーク領域が、第２の振幅変調量を有する第２振幅変調スポーク領域（図示せず）からなっていてもよい。この場合、変調マスク傾斜部３２を平面図で示した場合の第１振幅変調スポーク領域および第２振幅変調スポーク領域の形状は、第１位相変調スポーク領域３５ａおよび第２位相変調スポーク領域３５ｂの形状と略同一であるので、詳細な説明は省略する。また、変調マスク傾斜部３２を断面図で示した場合の第１振幅変調スポーク領域および第２振幅変調スポーク領域の構造は、図１６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振幅変調領域２６ｂの構造と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
第３の実施の形態のその他の変形例
次に、図２９乃至図３１を参照して、本発明の第３の実施の形態のその他の変形例について説明する。図２９乃至図３１に示す第３の実施の形態のその他の変形例は、変調マスク傾斜部が、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の位相変調量で変調する多数の第１位相変調リング領域（傾斜部第１変調リング領域）と、各第１位相変調リング領域間に形成され、光を第２の位相変調量で変調する多数の第２位相変調リング領域（傾斜部第２変調リング領域）と、を有する点が異なるのみであり、他の構成は、図１７乃至図２３に示す第３の実施の形態と略同一である。図２９乃至図３１に示す第３の実施の形態のその他の変形例において、図１７乃至図２３に示す第３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）
図２９および図３０を参照して、本形態における変調マスク２１の変調マスク傾斜部３２について説明する。図２９は、本発明の第３の実施の形態のその他の変形例における変調マスク２１の変調マスク傾斜部３２を示す平面図であり、図３０は、図２９の変調マスク傾斜部３２において枠XXXで囲まれた部分を拡大して示す図である。なお図２９においては、円形の輪郭からなる変調マスク傾斜部３２のうち、その左上部分のみが示されている。
図２９に示すように、変調マスク傾斜部３２は、光を第１の位相変調量で変調する多数の第１位相変調リング領域４５ａ（傾斜部第１変調リング領域）と、各第１位相変調リング領域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位相変調リング領域４５ｂ（傾斜部第２変調リング領域）と、を有している。第１位相変調リング領域４５ａおよび第２位相変調リング領域４５ｂは、変調マスク傾斜部３２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、図１７乃至図２３に示す第３の実施の形態における第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂと略同一となっている。
第１位相変調リング領域４５ａの形状および配置パターンについて説明する。図２９に示すように、各第１位相変調リング領域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、図２９に示すように、各第１位相変調リング領域４５ａは、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位相変調リング領域４５ａの占有率（後述）を略一定とすることができる。
次に、図３０を参照して、第１位相変調リング領域４５ａの配置パターンについてより詳細に説明する。図３０に示すように、隣り合う２つの第１位相変調リング領域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位相変調リング領域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３０を参照して、第１位相変調リング領域４５ａの占有率について説明する。はじめに、図３０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位相変調リング領域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。
変調単位領域２４ｅを画定する図３０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、円周方向における所定の距離、例えば０．８Ｒ’（Ｒ’は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒを変調マスク２１上に換算した長さ）ごとに第１位相変調リング領域４５ａを半径方向に横切る半径方向の線と、からなっている。このようにして図３０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位相変調リング領域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位相変調リング領域４５ａの占有率は、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調リング領域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、変調マスク傾斜部３２により変調されて被照射物１８に照射される光は、第１位相変調リング領域４５ａの占有率に基づいた強度分布を有することになる。
次に、変調マスク傾斜部３２の各変調単位領域２４ｅにおける、第１位相変調リング領域４５ａの占有率と第２位相変調リング領域４５ｂの占有率との差について考える。
図２９および図３０に示すように、第１位相変調リング領域４５ａの半径方向長さＬ５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。すなわち、図１９乃至図２１に示す第３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、第１位相変調リング領域４５ａ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。具体的には、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ近傍において、第１位相変調リング領域４５ａの占有率が略０．３となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において、第１位相変調リング領域４５ａの占有率が略０．５となっている。一方、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ近傍において、第２位相変調リング領域４５ｂの占有率が略０．７となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において、第２位相変調リング領域４５ｂの占有率が略０．５となっている。すなわち、第１位相変調リング領域４５ａの占有率と第２位相変調リング領域４５ｂの占有率との差は、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ近傍において略０．４となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において略０となっている。このように、第１位相変調リング領域４５ａの占有率と第２位相変調リング領域４５ｂ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。言い換えると、第１位相変調リング領域４５ａの半径方向長さＬ５と、当該第１位相変調リング領域４５ａに半径方向において隣接するよう形成された第２位相変調リング領域４５ｂの半径方向長さＬ６との差が、変調領域の外方に向かうにつれて単調に減少している。
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。
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。前述のとおり、変調マスク２１の各変調マスク傾斜部３２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、変調マスク傾斜部３２を通った後に結像光学系１７から出射され被照射物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布は、変調マスク傾斜部３２の各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調リング領域４５ａの面積率に対応する強度分布を有している。
図３１は、変調マスク傾斜部３２を通った後に結像光学系１７から出射され被照射物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布を示す図である。上述のように、変調マスク傾斜部３２において、各第１位相変調リング領域４５ａは、各々が円環状に延びている。また、隣り合う２つの第１位相変調リング領域４５ａの半径方向距離Ｌ１は、略一定となっている。さらに、第１位相変調リング領域４５ａの半径方向長さＬ５と、当該第１位相変調リング領域４５ａに半径方向において隣接するよう形成された第２位相変調リング領域４５ｂの半径方向長さＬ６との差が、変調領域の外方に向かうにつれて単調に減少している。このことにより、図３１に示すように、被照射物１８に、円形の等強度線を有するとともに、外方に向かうにつれて照射エネルギー密度が連続的に小さくなる光を照射することができる。
ここで、上述のように、第１位相変調リング領域４５ａの占有率と第２位相変調リング領域４５ｂ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３１に示すように、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度は、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａに対応する領域の近傍で最大（Ｉｍａｘ）となる。
また、第１位相変調リング領域４５ａの占有率と第２位相変調リング領域４５ｂの占有率との差は、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において略０となっている。このため、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度は、光の外方に向かうにつれて小さくなり、そして、変調マスク傾斜部３２の外縁に対応する領域の近傍でＩｍｉｎとなる。
また第３の実施の形態の場合と同様に、非変調領域２３は、光を遮蔽する光遮蔽層２１ｂを含んでいる。このため、変調マスク傾斜部３２の外縁に対応する領域よりも外方において、図３１に示すように、被照射物１８に照射される光のエネルギー密度を略０とすることができる。
また本実施の形態によれば、各第１位相変調リング領域４５ａは、各々が円環状に延びるよう形成されている。このため、各単位変調領域２４ｅが上述の第３の実施の形態における第１位相変調単位領域２５ａを有する場合に比べて、隣接する第１位相変調領域が重なり合う、若しくは変調マスク２１の作製が困難になる程度に近接するのを避けるとともに、円周方向線２７上において周期的であることを完全に保ちながら、各単位変調領域２４ｅにおける第１位相変調領域（第１位相変調単位領域２５ａまたは第１位相変調リング領域４５ａ）の面積率を大きくすることができる。
好ましくは、変調マスク傾斜部３２において、第１位相変調領域（第１位相変調単位領域２５ａまたは第１位相変調リング領域４５ａ）の占有率が小さい場合には第１位相変調単位領域２５ａが用いられ、第１位相変調領域の占有率が大きい場合には第１位相変調リング領域４５ａが用いられる。より具体的には、第１位相変調領域の占有率が０〜０．３の範囲内においては第１位相変調単位領域２５ａが用いられ、第１位相変調領域の占有率が０．３〜０．５０の範囲内においては第１位相変調リング領域４５ａが用いられる。
なお本実施の形態の変調マスク傾斜部３２において、光を第１の変調量で変調する傾斜部第１変調リング領域が、第１の位相変調量を有する第１位相変調リング領域４５ａからなり、光を第２の変調量で変調する傾斜部第２変調リング領域が、第２の位相変調量を有する第２位相変調リング領域４５ｂ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、光を第１の変調量で変調する傾斜部第１変調リング領域が、第１の振幅変調量を有する第１振幅変調リング領域（図示せず）からなり、光を第２の変調量で変調する傾斜部第２変調リング領域が、第２の振幅変調量を有する第２振幅変調リング領域（図示せず）からなっていてもよい。この場合、変調マスク傾斜部３２を平面図で示した場合の第１振幅変調リング領域および第２振幅変調リング領域の形状は、第１位相変調リング領域４５ａおよび第２位相変調リング領域４５ｂの形状と略同一であるので、詳細な説明は省略する。また、変調マスク傾斜部３２を断面図で示した場合の第１振幅変調リング領域および第２振幅変調リング領域の構造は、図１６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振幅変調領域２６ｂの構造と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
また本実施の形態の変調マスク傾斜部３２において、各第１位相変調リング領域４５ａ（各傾斜部第１変調リング領域）が、円形の輪郭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、図３０Ａに示すように、各第１位相変調リング領域４５ａ（各傾斜部第１変調リング領域）が、多角形の輪郭を有していてもよい。この場合、好ましくは、多角形の一辺の長さＬ７を結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した長さは、上述の結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっている。このことにより、各第１位相変調リング領域４５ａが多角形の輪郭を有している場合であっても、変調マスク傾斜部３２により変調されて結像光学系１７の結像面に生成される光強度分布の等強度線を円形にすることができる。
また上記第３の実施の形態、第３の実施の形態の変形例、および第３の実施の形態のその他の変形例において、変調マスク傾斜部３２が、第１位相変調単位領域２５ａ、第１位相変調スポーク領域３５ａまたは第１位相変調リング領域４５ａのいずれか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く、変調マスク傾斜部３２は、第１位相変調単位領域２５ａ、第１位相変調スポーク領域３５ａおよび第１位相変調リング領域４５ａのうちの２種または３種を有していてもよい。
例えば、図３２に示すように、変調マスク傾斜部３２は、第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂと、第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂよりも外方に配置された第１位相変調スポーク領域３５ａおよび第２位相変調スポーク領域３５ｂとを有していてもよい。
若しくは、図３３に示すように、変調マスク傾斜部３２は、第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂと、第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂよりも外方に配置された第１位相変調リング領域４５ａおよび第２位相変調リング領域４５ｂとを有していてもよい。
図３２または図３３に示すように、変調マスク傾斜部３２のうち、第１位相変調領域（第１位相変調単位領域２５ａ、第１位相変調スポーク領域３５ａまたは第１位相変調リング領域４５ａ）の占有率が小さい領域を第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂによって構成することにより、変調マスク傾斜部３２の作製を容易化することができる。
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（すなわち、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が大きい場合）、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の周期性に与える影響が、無視できなくなってくる。すなわち上述のように、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、変調マスク傾斜部３２のうち、第１位相変調領域（第１位相変調単位領域２５ａ、第１位相変調スポーク領域３５ａまたは第１位相変調リング領域４５ａ）の占有率が大きい領域を、第１位相変調スポーク領域３５ａおよび第２位相変調スポーク領域３５ｂ、または、第１位相変調リング領域４５ａおよび第２位相変調リング領域４５ｂによって構成することが好ましい。これによって、変調マスク傾斜部３２の作製を容易化するとともに、円周方向線２７上において周期的であることを保つことができる。
第４の実施の形態
次に、図３４乃至図３８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３８に示す第４の実施の形態において、変調マスクの変調領域は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部と、変調マスク傾斜部の外縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部と、変調マスク傾斜部の内縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク中央部と、を有している。図３４乃至図３８に示す第４の実施の形態において、図１乃至図１３に示す第１の実施の形態、または図１７乃至図２３に示す第３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）
はじめに、図３４（ａ）（ｂ）および図３５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。図３４（ａ）は、本実施の形態における変調マスク２１を示す平面図であり、図３４（ｂ）は、図３４（ａ）に示す変調マスク２１と、被照射物１８に形成されるテーパ穴２０との対応を示す図であり、図３４（ｃ）は、図３４（ｂ）のテーパ穴を形成するために被照射物に照射される光の強度分布を示す図である。図３５は、本実施の形態における変調マスク２１の変調領域２２を示す平面図である。
本実施の形態においては、複数の変調領域２２を有する変調マスク２１を備えた光照射装置１０を用いて、被照射物１８に複数のテーパ穴２０が形成される。図３４（ａ）（ｂ）は、被照射物１８に形成されるテーパ穴２０と、当該テーパ穴２０を形成するよう被照射物１８に照射される光を変調する変調マスク２１の変調領域２２と、の対応を示す図である。
図３４（ａ）に示すように、変調マスク２１の変調領域２２は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部３２と、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂに位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部３３と、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａに位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク中央部３４と、を有している。図３４（ａ）（ｂ）に示すように、変調マスク中央部３４は、被照射物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。また、変調マスク傾斜部３２は、被照射物１８のうちテーパ穴２０の傾斜部２０ｂが形成される領域に照射される光を変調するものであり、変調マスク周縁部３３は、被照射物１８のうちテーパ穴２０が形成されない領域に照射される光を変調するものである。
なお図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第１の実施の形態においては、被照射物１８に照射される光の強度分布がＨｉｇｈ／Ｌｏｗの二値である例を示したが、本実施の形態においては、図３４（ｃ）に示すように、被照射物１８に照射される光の強度分布が、テーパ穴２０のテーパ角度に応じて連続的に変化している。このような光強度の連続的な変化は、後述するように、変調マスク２１の変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの占有率を、変調領域２２の外方に向かうにつれて変化させることにより実現される。
（変調領域）
次に、図３５を参照して、変調マスク２１の変調領域２２について詳細に説明する。図３５においては、円形の輪郭からなる変調領域２２のうち、その左上部分のみが示されている。
（変調マスク傾斜部）
図３５に示すように、変調マスク傾斜部３２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（傾斜部第１変調単位領域）２５ａと、各第１位相変調単位領域２５ａ間を埋めるよう形成され、光を第２の位相変調量で変調する第２位相変調領域（傾斜部第２変調領域）２５ｂと、を有している。また図３５に示すように、変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの面積は、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。
（変調マスク周縁部）
図３５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（周縁部第１変調単位領域）２５ａと、各第１位相変調単位領域２５ａ間を埋めるよう形成され、光を第２の位相変調量で変調する第２位相変調領域（周縁部第２変調領域）２５ｂと、を有している。また図３５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２５ａの面積は、変調マスク周縁部３３の全域にわたって略同一となっている。
（変調マスク中央部）
図３５に示すように、変調マスク中央部３４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（中央部第１変調単位領域）２５ａと、各第１位相変調単位領域２５ａ間を埋めるよう形成され、光を第２の位相変調量で変調する第２位相変調領域（中央部第２変調領域）２５ｂと、を有している。また図３５に示すように、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの面積は、変調マスク中央部３４の全域にわたって略同一となっている。
図３５に示すように、変調マスク傾斜部３２、変調マスク周縁部３３および変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａは、円環状に設けられた複数の円周方向線２７に沿って配置されている。ここで、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は略一定となっており、また、各円周方向線２７において、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は略一定となっており、かつ、この円周方向距離Ｌ２はすべての円周方向線２７上で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。
図１乃至図１３に示す第１の実施の形態の場合と同様に、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。このため、変調マスク傾斜部３２、変調マスク周縁部３３および変調マスク中央部３４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に区画した場合、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。従って、変調マスク傾斜部３２、変調マスク周縁部３３および変調マスク中央部３４により変調されて被照射物１８に照射される光は、第１位相変調単位領域２５ａ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の面積率）に基づいた強度分布を有することになる。
次に、変調マスク傾斜部３２、変調マスク周縁部３３および変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率について説明する。
はじめに、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率について説明する。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の面積は、変調マスク中央部３４の全域にわたって略同一となっている。このため、第１位相変調単位領域２５ａの占有率も、変調マスク中央部３４の全域にわたって略同一となっている。
具体的には、図３５に示す変調マスク中央部３４の各変調単位領域２４ｅにおいて、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が略０．１となっており、第２位相変調領域２５ｂの占有率が略０．９となっている。すなわち、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差が略０．８となっている。この場合、変調マスク中央部３４により変調されて被照射物１８に照射される光の規格化された強度の設計値は略０．８となる。なお規格化においては、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が１（若しくは、第２位相変調領域２５ｂの占有率が１）である変調マスクにより変調されて被照射物１８に照射される光の強度を１としている。
次に、変調マスク傾斜部３２における第１位相変調単位領域２５ａの占有率について説明する。図３５に示すように、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の外方に向かうにつれて単調に増加している。具体的には、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ近傍において、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が略０．１５となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が略０．４５となっている。このため、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差は、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ近傍において略０．７となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において略０．１となっている。このように、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域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。
この場合、変調マスク傾斜部３２により変調されて被照射物１８に照射される光の規格化された強度の設計値は、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ近傍において略０．７となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において略０．１となっている。また、変調マスク傾斜部３２により変調されて被照射物１８に照射される光の規格化された強度の設計値は、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。このことにより、被照射物１８に、所定の角度で傾斜するテーパ穴２０の傾斜部２０ｂを形成することができる。
なお上述の例において、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位相変調領域２５ｂの占有率との差が、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ近傍において略０．７となっており、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂ近傍において略０．１となっている例を示したが、これに限られることはない。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位相変調領域２５ｂの占有率との差は、被照射物１８に形成されるテーパ穴２０の傾斜部２０ｂの形状に応じて適宜設定される。
次に、変調マスク周縁部３３における第１位相変調単位領域２５ａの占有率について説明する。上述のように、変調マスク周縁部３３における第１位相変調単位領域２５ａの面積は、変調マスク周縁部３３の全域にわたって略同一となっている。このため、第１位相変調単位領域２５ａの占有率も、変調マスク周縁部３３の全域にわたって略同一となっている。
具体的には、図３５に示す変調マスク周縁部３３の各変調単位領域２４ｅにおいて、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と、第２位相変調領域２５ｂの占有率とが略同一となっている。すなわち、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と第２位相変調領域２５ｂの占有率との差が略０となっている。この場合、変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８に照射される光の規格化された強度の設計値は略０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、はじめに変調マスク２１の作製方法について説明し、次に、変調マスク２１を備えた光照射装置１０を用いて、披照射物１８にテーパ穴２０を形成する方法について説明する。
変調マスクの作製方法
図３６および図３７を参照して、変調マスク２１の作製方法について説明する。図３６は、図３６は、変調マスク２１の非変調領域２３を形成する方法を示す図であり、図３７は、変調マスク２１の変調領域２２を形成する方法を示す図である。
図３６を参照して、変調マスク２１の非変調領域２３を形成する方法について説明する。はじめに、図３６（ａ）に示すように、屈折率ｎの石英ガラスからなる変調マスク本体部２１ａを準備する。次に、図３６（ｂ）に示すように、変調マスク本体部２１ａに光遮蔽層２１ｂを設ける。光遮蔽層２１ｂを設ける方法が限られることはなく、例えばスパッタリング法などが用いられる。
次に、図３６（ｃ）に示すように、光遮蔽層２１ｂ上に、光に対する光溶解型の感光性を有する第１感光層５１を設ける。その後、図３６（ｄ）に示すように、第１感光層５１のうち、変調マスク本体部２１ａにおいて変調領域２２が形成される部分に対応する領域に、レーザビーム若しくは電子線ビームを照射する（以下、第１の走査露光処理と称する）。その後、第１感光層５１に対して現像処理を施すことにより、図３６（ｅ）に示すように、変調領域２２が形成される部分における第１感光層５１が除去される。
次に、図３６（ｆ）に示すように、第１感光層５１をマスクとして光遮蔽層２１ｂをエッチングし、その後、残っている第１感光層５１を除去する。これによって、図３６（ｇ）に示すように、変調マスク本体部２１ａと光遮蔽層２１ｂとからなる非変調領域２３が形成される。
次に、図３７を参照して、変調マスク２１の変調領域２２を形成する方法について説明する。はじめに、図３７（ａ）に示すように、光遮蔽層２１ｂ上に、光に対する光溶解型の感光性を有する第２感光層５３を設ける。その後、図３７（ｂ）に示すように、第３感光層５３のうち、変調マスク本体部２１ａの変調領域２２において第１位相変調単位領域２５ａが形成される部分に対応する領域、レーザビーム若しくは電子線ビームを照射する（以下、第２の走査露光処理と称する）。その後、第２感光層５３に対して現像処理を施すことにより、図３７（ｃ）に示すように、第１位相変調単位領域２５ａが形成される部分における第２感光層５３が除去される。
次に、図３７（ｄ）に示すように、第２感光層５３をマスクとして変調マスク本体部２１ａをエッチングし、その後、残っている第２感光層５３を除去する。これによって、図３７（ｅ）に示すように、第１位相変調単位領域２５ａと第２位相変調領域２５ｂとからなる変調領域２２が形成される。このようにして、変調領域２２と非変調領域２３とを有する変調マスク２１が作製される。
テーパ穴の形成方法
次に、得られた変調マスク２１を備えた光照射装置１０を用いて、被照射物１８にテーパ穴２０を形成する。図３８（ｂ）は、変調マスク２１を通った後に結像光学系１７から出射され被照射物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布を示す図である。図３８（ｂ）において、等強度線５５により、変調マスク２１の変調領域２２の変調マスク中央部３４により変調されて被照射物１８上に結像される光の強度分布が示されている。また、等強度線５７により、変調マスク２１の変調領域２２の変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８上に結像される光の強度分布が示されている。また、等強度線５５と等強度線５７との間に位置する等強度線５６ａ〜５６ｆにより、変調マスク２１の変調領域２２の変調マスク傾斜部３２により変調されて被照射物１８上に結像される光の強度分布が示されている。また、等強度線５８により、変調マスク２１の非変調領域２３を通って被照射物１８上に結像される光の強度分布が示されている。
上述のように、変調領域２２の変調マスク傾斜部３２、変調マスク周縁部３３および変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａは、所定の円周方向線２７上において周期的に並ぶよう配置されている。このため、図３８（ｂ）に示すように、被照射物１８に照射される光の等強度線が円形となっている。このことにより、被照射物１８に、円形の輪郭を有するテーパ穴２０を形成することができる。
図３８（ｃ）は、被照射物１８に照射される光の規格化された強度を、図３８（ｂ）の線XXXVIIIに沿って示す図である。また図３８（ａ）は、被照射物１８に照射される光の強度分布と、被照射物１８に形成されるテーパ穴２０との対応を示す図である。図３８（ｃ）に示すように、変調マスク中央部３４により変調されて被照射物１８上に結像される光の規格化された強度は略０．８となっている。また図３８（ａ）に示すように、変調マスク中央部３４により変調されて被照射物１８上に結像される光によって、テーパ穴２０の貫通部２０ａが形成されるとともに、テーパ穴２０の先端部２０ｃの円形の輪郭が画定されている。
また図３８（ｃ）に示すように、変調マスク傾斜部３２により変調されて被照射物１８上に結像される光の規格化された強度は、外方に向かうにつれて単調に減少している。また図３８（ａ）に示すように、変調マスク傾斜部３２により変調されて被照射物１８上に結像される光によって、テーパ穴２０の傾斜部２０ｂが形成されている。
また図３８（ｃ）に示すように、変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８上に結像される光の規格化された強度は、略０であり、かつ、フィラー１８ｅのアブレーション閾値および基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも小さくなっている。このため、変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８上に結像される光によって、被照射物１８が加工されることはない。従って、図３８（ａ）に示すように、変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８上に結像される光によって、テーパ穴２０の基端部２０ｄの円形の輪郭が画定される。
次に、被照射物１８に形成されたテーパ穴２０における、先端部２０ｃの輪郭と基端部２０ｄの輪郭との関係について説明する。上述のように、変調マスク２１の変調領域２２において、変調マスク中央部３４および変調マスク周縁部３３は、いずれも、第２の走査露光処理に基づいて形成されている。従って、変調マスク中央部３４に対して、変調マスク周縁部３３を精度良く配置することが可能となっている。このため、変調マスク中央部３４の第１位相変調単位領域２５ａが配置される円周方向線２７の中心と、変調マスク周縁部３３の第１位相変調単位領域２５ａが配置される円周方向線２７の中心とを、容易に精度良く一致させることができる。従って、変調マスク中央部３４により変調されて被照射物１８上に結像される光による円形の等強度線５５と、変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８上に結像される光による円形の等強度線５７と、を精度良く同心にすることができる。このことにより、先端部２０ｃの円形の輪郭と、基端部２０ｄの円形の輪郭と、を精度良く同心にすることができる。
ところで、上述のように、変調マスク２１において、変調領域２２の輪郭は第２の走査露光処理により画定され、一方、非変調領域２３と変調領域２２との間の境界は、第１の走査露光処理により画定されている。このため、第１の走査露光処理時のアライメントと、第２の走査露光処理時のアライメントとがずれていた場合、第２の走査露光処理により画定される変調領域２２の輪郭と、第１の走査露光処理により画定される非変調領域２３と変調領域２２との間の境界と、が相違することが考えられる。この場合、図３８（ｂ）に示すように、変調領域２２により変調されて被照射物１８上に結像される光による円形の等強度線５５〜５７と、非変調領域２３を通って被照射物１８上に結像される光による円形の等強度線５８と、が同心にならないことが考えられる。
しかしながら、本実施の形態によれば、変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８上に結像される光の規格化された強度は、略０であり、かつ、フィラー１８ｅのアブレーション閾値および基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも小さくなっている。このため、変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８上に結像される光によって、被照射物１８が加工されることはない。従って、図３８（ａ）に示すように、変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８上に結像される光によって、テーパ穴２０の基端部２０ｄの円形の輪郭が画定されている。このため、円形の等強度線５５〜５７と円形の等強度線５８とが同心となっていない場合であっても、先端部２０ｃの円形の輪郭と、基端部２０ｄの円形の輪郭と、を精度良く同心にすることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、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。さらに、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の外方に向かうにつれて単調に増加している。このことにより、被照射物１８に、円形の等強度線を有するとともに、外方に向かうにつれて照射エネルギー密度が連続的に小さくなる光を照射することができる。このことにより、被照射物１８に、所望のテーパ角度を有するテーパ穴２０の傾斜部２０ｂを精度良く形成することができる。
また本実施の形態によれば、変調マスク中央部３４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、変調マスク中央部３４全域にわたって、各第１位相変調単位領域２５ａの面積は略同一となっている。このことにより、被照射物１８に、円形の等強度線を有する光を照射することができ、これによって、円形の輪郭を有するテーパ穴２０の先端部２０ｃを精度良く形成することができる。
また本実施の形態によれば、変調マスク周縁部３３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。さらに、変調マスク周縁部３３において、第１位相変調単位領域２５ａの占有率と、第２位相変調領域２５ｂの占有率とが略同一となっている。このことにより、被照射物１８に、円形の等強度線を有するとともに、規格化された強度の設計値が０となる光を照射することができる。これによって、円形の輪郭を有するとともに、先端部２０ｃと同心の基端部２０ｄを精度良く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の非変調領域２３は、光を遮蔽する光遮蔽層２１ｂを含んでいる。このため、マスク照明系１１から変調マスク２１に入射する光のうち非変調領域２３に入射する光は、その大半が光遮蔽層２１ｂにより遮蔽される。これによって、マスク照明系１１から変調マスク２１に入射した光が、被照射物１８のうちテーパ穴２０が形成されない領域に照射されるのを防ぐことができ、このことにより、被照射物１８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。
また本実施の形態によれば、光を遮蔽する非変調領域２３を光遮蔽層２１ｂによって構成することにより、円形の輪郭からなる各変調領域２２間を非変調領域２３で容易に埋めることが可能となる。
なお本実施の形態において、変調領域２２の変調マスク周縁部３３が、第１位相変調単位領域２５ａと第２位相変調領域２５ｂと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、図３９に示すように、変調マスク周縁部３３が、光を第１の位相変調量で変調する多数の第１位相変調スポーク領域３５ａ（周縁部第１変調スポーク領域）と、各第１位相変調スポーク領域３５ａ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位相変調スポーク領域３５ｂ（周縁部第２変調スポーク領域）と、を有していてもよい。
図３９に示すように、変調マスク周縁部３３において、各第１位相変調スポーク領域３５ａの円周方向長さＬ３と、各第２位相変調スポーク領域３５ｂの円周方向長さＬ４とは略同一となっている。円周方向長さＬ３および円周方向長さＬ４以外の点において、変調マスク周縁部３３の第１位相変調スポーク領域３５ａおよび第２位相変調スポーク領域３５ｂの配置および形状は、図２６乃至図２８に示す第３の実施の形態の変形例における第１位相変調スポーク領域３５ａおよび第２位相変調スポーク領域３５ｂの配置および形状と略同一であるので、詳細な説明は省略する。なお、図３９に示す変調マスク周縁部３３は、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１位相変調スポーク領域３５ａを円周方向に横切る複数の変調単位領域２４ｅによって区画され得る。
上述のように、各第１位相変調スポーク領域３５ａの円周方向長さＬ３と、各第２位相変調スポーク領域３５ｂの円周方向長さＬ４とは略同一となっている。このため、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率と第２位相変調スポーク領域３５ｂの占有率との差が略０となっている。従って、変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８上に結像される光の規格化された強度は、略０であり、かつ、フィラー１８ｅのアブレーション閾値および基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも小さくなっている。このことにより、円形の輪郭を有するとともに、先端部２０ｃと同心の基端部２０ｄを精度良く形成することができる。
さらに、各第１位相変調スポーク領域３５ａは、各々が変調マスク周縁部３３の半径方向に延びる略一定長さの２側縁３５ｃ，３５ｃを含んでいる。このため、変調マスク周縁部３３が第１位相変調単位領域２５ａを有する場合に比べて、隣接する第１位相変調領域が重なり合う、若しくは変調マスク２１の作製が困難になる程度に近接するのを避けるとともに、円周方向線２７上において周期的であることを完全に保ちながら、各単位変調領域２４ｅにおける第１位相変調領域（第１位相変調単位領域２５ａまたは１位相変調スポーク領域３５ａ）の面積率を大きくすることができる。
若しくは、本実施の形態において、図４０に示すように、変調マスク周縁部３３が、光を第１の位相変調量で変調する多数の第１位相変調リング領域４５ａ（周縁部第１変調リング領域）と、各第１位相変調リング領域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位相変調リング領域４５ｂ（周縁部第２変調リング領域）と、を有していてもよい。
図４０に示すように、変調マスク周縁部３３において、各第１位相変調リング領域４５ａの半径方向長さＬ５と、各第２位相変調リング領域４５ｂの半径方向長さＬ６とは略同一となっている。半径方向長さＬ５および半径方向長さＬ６以外の点において、変調マスク周縁部３３の第１位相変調リング領域４５ａおよび第２位相変調リング領域４５ｂの配置および形状は、図２９乃至図３１に示す第３の実施の形態のその他の変形例における第１位相変調リング領域４５ａおよび第２位相変調リング領域４５ｂの配置および形状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、各第１位相変調リング領域４５ａの半径方向長さＬ５と、各第２位相変調リング領域４５ｂの半径方向長さＬ６とは略同一となっている。このため、第１位相変調リング領域４５ａの占有率と第２位相変調リング領域４５ｂの占有率との差が略０となっている。従って、変調マスク周縁部３３により変調されて被照射物１８上に結像される光の規格化された強度は、略０であり、かつ、フィラー１８ｅのアブレーション閾値および基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも小さくなっている。このことにより、円形の輪郭を有するとともに、先端部２０ｃと同心の基端部２０ｄを精度良く形成することができる。
さらに、各第１位相変調リング領域４５ａは、各々が円環状に延びるよう形成されている。このため、変調マスク周縁部３３が第１位相変調単位領域２５ａを有する場合に比べて、隣接する第１位相変調領域が重なり合う、若しくは変調マスク２１の作製が困難になる程度に近接するのを避けるとともに、円周方向線２７上において周期的であることを完全に保ちながら、各単位変調領域２４ｅにおける第１位相変調リング領域４５ａの面積率を大きくすることができる。
さらに本実施の形態において、図４１に示すように、変調マスク周縁部３３が、円形の輪郭を有するとともに、光を遮蔽する光遮蔽層２９を含んでいてもよい。これによって、変調マスク周縁部３３を通って被照射物１８上に結像される光の規格化された強度を、略０とすることができる。
また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の占有率が略０．１と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、テーパ穴２０の深さや光照射回数などに応じて、変調マスク中央部３４における第１位相変調単位領域２５ａの占有率を適宜設定することができる。この場合、図４２に示すように、変調マスク中央部３４が第１位相変調単位領域２５ａを有していなくてもよい。すなわち、変調マスク中央部３４が第２位相変調領域２５ｂのみからなっていてもよい。このことにより、変調マスク中央部３４により変調されて被照射物１８に照射される光の規格化された強度の設計値を１とすることができる。
また本実施の形態において、変調領域２２の変調マスク傾斜部３２が、第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂから構成されている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図２６乃至図２８に示す本発明の第３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が、第１位相変調スポーク領域３５ａと第２位相変調スポーク領域３５ｂとから構成されていてもよい。若しくは、図２９乃至図３１に示す本発明の第３の実施の形態のその他の変形例の場合と同様に、変調マスク傾斜部３２が、第１位相変調リング領域４５ａと第２位相変調リング領域４５ｂとから構成されていてもよい。
また本実施の形態において、変調マスク２１の変調領域２２が、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部３２と、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ｂに位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部３３と、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａに位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク中央部３４と、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、図４３に示すように、変調領域２２が、略円形の輪郭を有する変調マスク中央部３４と、変調マスク中央部３４の外縁３４ｂに位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部３３と、からなっていてもよい。この場合、変調マスク周縁部３３を構成する第１位相変調領域が、図４３に示す第１位相変調リング領域４５ａおよび第２位相変調リング領域４５ｂに限られることはない。変調マスク周縁部３３が、第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂから構成されていてもよく、または、第１位相変調スポーク領域３５ａおよび第２位相変調スポーク領域３５ｂから構成されていてもよい。
また、上記各実施の形態において、被照射物１８に光を照射してしてテーパ穴２０またはマイクロレンズ３０を形成する際、被照射物１８の加工が全てアブレーションにより行われることが好ましいが、しかしながら、被照射物１８の加工が部分的にレーザ光照射により生じた熱により行われても構わない。
また上記各実施の形態において、レーザ光のエネルギー密度ＩはＩｕｐｐｅｒを超えないよう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く、レーザ光のエネルギー密度Ｉを、Ｉｕｐｐｅｒを超える値に設定してもよい。この場合、レーザ光のエネルギー密度Ｉは、被照射物１８の一部が除去された際に発生する飛散物に起因するレーザ光の吸収・散乱を考慮して設定される。
また上記各実施の形態において、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、被照射物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、光照射装置１０により被照射物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、光照射装置１０により被照射物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、光照射装置１０が、被照射物１８を加工するために用いられる例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、光照射装置１０を、加工以外の用途、例えば感光材料に対する露光や、材料改質などの用途において用いてもよい。
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、その後に被照射物１８に対して照射される光が円形の等強度線を少なくとも部分的に有する限りにおいて、変調領域２２の輪郭を任意の形状とすることができる。
本発明による変調マスク２１を備えた光照射装置１０を用いて、被照射物１８にテーパ穴２０を形成した例について説明する。なお、以下の実施例１乃至６において用いられる変調マスク２１は、複数の変調領域２２と、各変調領域間２２を埋める非変調領域２３とからなっている。非変調領域２３は、上述の場合と同様に、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。
（実施例１）
図４４（ａ）は、実施例１において、被照射物１８に形成されたテーパ穴２０の形状を示す縦断面図であり、図４４（ｂ）は、図４４（ａ）に示すテーパ穴２０を形成するために被照射物１８に照射された光の強度分布を示す図であり、図４４（ｃ）は、光の強度分布を図４４（ｂ）の線XXXXIVｃに沿って示す図である。図４５は、実施例１における変調マスク２１の変調領域２２を示す平面図である。
実施例１による変調マスク２１を備えた光照射装置１０を用いて、被照射物１８に、基端部２０ｄの直径ｗ１が３０μｍ、傾斜部２０ｂの傾斜角度φが８．３度、傾斜部２０ｂの半径方向における幅ｗ２が５．５μｍであるテーパ穴２０を作製した（図４４（ａ））。被照射物１８としては、厚さが３８μｍ、吸収係数αが１．４３μｍ−１、アブレーション閾値Ｉｔｈが５０ｍＪ／ｃｍ２であるポリミドフィルムからなる基本樹脂１８ｄによって構成された被照射物１８を用いた。
実施例１において用いた光照射装置１０の光学特性の詳細は以下のとおりである。
（１） 光源 レーザ光源：ＸｅＣｌエキシマレーザ、波長：３０８ｎｍ、パルス幅：３０ｎＳ、光強度：結像面上で１０００ｍＪ／ｃｍ２
（２） 位相変調量 第１の位相変調量と第２の位相変調量の差：１８０度
（３） 結像光学系 結像光学系倍率：１／５、結像側開口数（ＮＡ）：０．１３
（４） コヒーレントファクタ ０．５
この場合、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒ＝１．４５μｍとなる。
上述のテーパ穴２０を形成するために被照射物１８に照射された光の強度分布を図４４（ｂ）（ｃ）に示す。図４４（ｃ）に示すように、被照射物１８にテーパ穴２０の貫通部２０ａを形成するため、等強度線５５により表される、規格化された光強度が１である光が照射された。また、被照射物１８にテーパ穴２０の傾斜部２０ｂａを形成するため、等強度線５６ａ，５６ｂ，５７により表される、テーパ穴２０の外方に向かうにつれて規格化された光強度が１から０まで単調に減少する光が照射された。なお、アブレーションにより被照射物１８の一部が除去された際に発生する飛散物の影響や、加工途中の形状変化に伴うデフォーカスや回折の影響により、上述の［数１］に示す光強度とアブレーションレートとの関係が厳密には成立しないことを考慮して、規格化された光強度が１となる円形の領域の半径（円形の等強度線５５の半径）ｗ３を１２μｍとし、光強度が単調に減少する領域の幅ｗ４を３μｍとした。
図４４（ｂ）（ｃ）に示す光の強度分布を実現するために用いた変調マスク２１の変調領域２２を図４５に示す。以下、変調領域２２の設計方法について説明する。
はじめに、変調領域２２における仮想的な円環状の円周方向線２７間の半径方向距離Ｌ１を５μｍに設定した。この場合、上述のように、変調領域２２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、または、所定の面積を有するとともに、各々が１つの第１位相変調リング領域４５ａを半径方向に横切る複数の変調単位領域２４ｅに区画した場合、半径方向における変調単位領域２４ｅの長さは上述の半径方向距離Ｌ１にほぼ等しくなっている。すなわち、半径方向における変調単位領域２４ｅの長さは略５μｍとなっている。この場合、半径方向における変調単位領域２４ｅの長さを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した距離は、５μｍ×結像光学系倍率（＝１／５）＝１μｍとなる。すなわち、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒ＝１．４５μｍよりも小さくなっている。このため、変調領域２２により変調されて被照射物１８に照射される光は、図４５に示す第１位相変調単位領域２５ａまたは第１位相変調リング領域４５ａの占有率に基づいた強度分布を有することになる。
次に、変調領域２２における第１位相変調単位領域２５ａまたは第１位相変調リング領域４５ａの占有率を設定した。
変調マスク中央部３４においては、テーパ穴２０の貫通部２０ａを形成するために照射される光の規格化された強度が１となるよう、第１位相変調単位領域２５ａの占有率を０に設定した。
変調マスク傾斜部３２においては、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、内縁３２ａ側から外縁３２ｂ側に向かって０．３０３から０．４０６に増加するよう設定した。
変調マスク周縁部３４においては、変調マスク周縁部３４により変調されて被照射部１８に照射される光の規格化された強度が略０となるよう、第１位相変調リング領域４５ａの占有率を０．５に設定した。すなわち、第１位相変調リング領域４５ａの半径方向長さＬ５と第２位相変調リング領域４５ｂの半径方向長さＬ６とを略等しくした。
このようにして設計した変調マスク２１を用いることにより、所望のテーパ角度を有するテーパ穴２０を精度良く作製することができた。
（実施例２）
図４６（ａ）は、実施例２において、被加工物１８に形成されたテーパ穴２０の形状を示す縦断面図であり、図４６（ｂ）は、図４６（ａ）に示すテーパ穴２０を形成するために被照射物１８に照射された光の強度分布を示す図であり、図４６（ｃ）は、光の強度分布を図４６（ｂ）の線XXXXVIｃに沿って示す図である。図４７は、実施例２における変調マスク２１の変調領域２２を示す平面図である。
実施例２による変調マスク２１を備えた光照射装置１０を用いて、被照射物１８に、基端部２０ｄの直径ｗ１が３０μｍ、傾斜部２０ｂの傾斜角度φが１２．１度、傾斜部２０ｂの半径方向における幅ｗ２が８．１μｍであるテーパ穴２０を作製した（図４６（ａ））。この場合、円形の等強度線５５の規格化された光強度を０．７１、半径ｗ３を９μｍとし、光強度が単調に減少する領域の幅ｗ４を６μｍとした。その他の条件は上述の実施例１の場合と同一であるので、詳細な説明は省略する。
図４６（ｂ）（ｃ）に示す光の強度分布を実現するために用いた変調マスク２１の変調領域２２を図４７に示す。ここで、第１位相変調単位領域２５ａおよび第１位相変調リング領域４５ａの配置パターンは、上述の実施例１の場合と同一であるので、詳細な説明は省略する。
変調領域２２における第１位相変調単位領域２５ａまたは第１位相変調リング領域４５ａの占有率について説明する。
変調マスク中央部３４においては、テーパ穴２０の貫通部２０ａを形成するために照射される光の規格化された強度が０．７１となるよう、第１位相変調単位領域２５ａの占有率を０．１４５に設定した。
変調マスク傾斜部３２においては、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、内縁３２ａ側から外縁３２ｂ側に向かって０．１４５から０．５に単調に増加するよう設定した。
変調マスク周縁部３４においては、変調マスク周縁部３４により変調されて被照射部１８に照射される光の規格化された強度が略０となるよう、第１位相変調リング領域４５ａの占有率を０．５に設定した。
このようにして設計した変調マスク２１を用いることにより、所望のテーパ角度を有するテーパ穴２０を精度良く作製することができた。
（実施例３）
図４８（ａ）は、実施例３において、被加工物１８に形成されたテーパ穴２０の形状を示す縦断面図であり、図４８（ｂ）は、図４８（ａ）に示すテーパ穴２０を形成するために被照射物１８に照射された光の強度分布を示す図であり、図４８（ｃ）は、光の強度分布を図４８（ｂ）の線XXXXVIIIｃに沿って示す図である。図４９は、実施例３における変調マスク２１の変調領域２２を示す平面図である。
実施例３による変調マスク２１を備えた光照射装置１０を用いて、被照射物１８に、基端部２０ｄの直径ｗ１が３０μｍ、傾斜部２０ｂの傾斜角度φが４．５度、傾斜部２０ｂの半径方向における幅ｗ２が３．０μｍであるテーパ穴２０を作製した（図４８（ａ））。この場合、円形の等強度線５５の規格化された光強度を０．８４、半径ｗ３を略１５μｍとした。その他の条件は上述の実施例１の場合と同一であるので、詳細な説明は省略する。
図４８（ｂ）（ｃ）に示す光の強度分布を実現するために用いた変調マスク２１の変調領域２２を図４９に示す。ここで、第１位相変調単位領域２５ａおよび第１位相変調リング領域４５ａの配置パターンは、上述の実施例１の場合と同一であるので、詳細な説明は省略する。
変調領域２２における第１位相変調単位領域２５ａまたは第１位相変調リング領域４５ａの占有率について説明する。
変調マスク中央部３４においては、テーパ穴２０の貫通部２０ａを形成するために照射される光の規格化された強度が０．８４となるよう、第１位相変調単位領域２５ａの占有率を０．０８に設定した。
変調マスク周縁部３４においては、変調マスク周縁部３４により変調されて被照射部１８に照射される光の規格化された強度が略０となるよう、第１位相変調リング領域４５ａの占有率を０．５に設定した。
このようにして設計した変調マスク２１を用いることにより、所望のテーパ角度を有するテーパ穴２０を精度良く作製することができた。
（実施例４）
被照射物１８にテーパ穴２０を形成するために用いられる変調マスク２１の変調領域２２の一形態例を図５０に示す。図５０に示す変調領域２２において、変調マスク中央部３４の半径は６０μｍ（結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した半径は１２μｍ）となっている。また、変調マスク傾斜部３２の幅は１０μｍとなっており、変調マスク周縁部３３の幅は１５μｍとなっている。
図５０に示すように、変調マスク中央部３４は、第２位相変調領域２５ｂのみからなっている。すなわち、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が０となっている。
変調マスク傾斜部３２においては、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が、内縁３２ａ側から外縁３２ｂ側に向かって単調に増加している。
変調マスク周縁部３４においては、変調マスク周縁部３４により変調されて被照射部１８に照射される光の規格化された強度が略０となるよう、第１位相変調スポーク領域３５ａの占有率が０．５に設定されている。すなわち、第１位相変調スポーク領域３５ａの円周方向長さＬ３と第２位相変調スポーク領域３５ｂの円周方向長さＬ４とが略等しくなっている。
（実施例５）
被照射物１８にテーパ穴２０を形成するために用いられる変調マスク２１の変調領域２２の一形態例を図５１に示す。図５１に示す変調領域２２において、変調マスク中央部３４の半径は６０μｍ（結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した半径は１２μｍ）となっている。また、変調マスク傾斜部３２の幅は１０μｍとなっている。
図５１に示すように、変調マスク中央部３４は、第２位相変調領域２５ｂのみからなっている。すなわち、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が０となっている。
変調マスク傾斜部３２においては、第１位相変調単位領域２５ａの占有率が、内縁３２ａ側から外縁３２ｂ側に向かって単調に増加している。
（実施例６）
被照射物１８にテーパ穴２０を形成するために用いられる変調マスク２１の変調領域２２の一形態例を図５２に示す。図５２に示す変調領域２２において、変調マスク中央部３４の半径は４５μｍ（結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した半径は９μｍ）となっている。また、変調マスク傾斜部３２の幅は３０μｍとなっている。
図５２に示すように、変調マスク中央部３４は、第２振幅変調領域２６ｂのみからなっている。すなわち、開口率が１となっている。
図５２に示すように、変調マスク傾斜部３２の内縁３２ａ側の領域は、第１振幅変調単位領域２６ａと第２振幅変調領域２６ｂとからなっている。また、変調マスク傾斜部３２の外縁３２ａ側の領域は、第１振幅変調スポーク領域３６ａと第２振幅変調スポーク領域３６ｂとからなっている。図５２に示すように、変調マスク傾斜部３２における開口率が、内縁３２ａ側から外縁３２ｂ側に向かって単調に減少するよう、第１振幅変調単位領域２６ａまたは第１振幅変調スポーク領域３６ａの形状が設定されている。
１０ 光照射装置
１１ マスク照明系
１２ レーザ光源
１３ 照明光学系
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 被照射物
１８ｄ 基本樹脂
１８ｅ フィラー
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位相変調領域
２６ａ 第１振幅変調単位領域
２６ｂ 第２振幅変調領域
２７ 円周方向線
２８ａ ｘ方向側縁
２８ｂ ｙ方向側縁
２９ 光遮蔽層
３０ マイクロレンズ
３２ 変調マスク傾斜部
３２ａ 変調マスク傾斜部の内縁（中心点）
３２ｂ 変調マスク傾斜部の外縁
３３ 変調マスク周縁部
３３ａ 変調マスク周縁部の内縁
３３ｂ 変調マスク周縁部の外縁
３４ 変調マスク中央部
３４ｂ 変調マスク中央部の外縁
３５ａ 第１位相変調スポーク領域
３５ｂ 第２位相変調スポーク領域
３５ｃ 第１位相変調スポーク領域の側縁
３６ａ 第１振幅変調スポーク領域
３６ｂ 第２振幅変調スポーク領域
４５ａ 第１位相変調リング領域
４５ｂ 第２位相変調リング領域
５１ 第１感光層
５３ 第２感光層

Claims (32)

  1. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、円環状に設けられた複数の円周方向線に沿って配置され、光を第１の変調量で変調する多数の第１変調単位領域と、各第１変調単位領域間を埋めるよう形成され、光を第２の変調量で変調する第２変調領域と、を有し、
    前記第１変調単位領域が配置された円環状の各円周方向線間の半径方向距離は略一定となっており、
    各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの第１変調単位領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、かつ、前記中心間の円周方向距離はすべての円周方向線上で略一定となっており、
    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、前記円周方向線間の半径方向距離または前記中心間の円周方向距離をそれぞれ前記結像光学系の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの第１変調単位領域の面積は略一定となっていることを特徴とする光照射装置。
  2. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部を含み、
    前記変調マスク傾斜部は、円環状に設けられた複数の円周方向線に沿って配置され、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調単位領域と、各傾斜部第１変調単位領域間を埋めるよう形成され、光を第２の変調量で変調する傾斜部第２変調領域と、を有し、
    前記傾斜部第１変調単位領域が配置された円環状の各円周方向線間の半径方向距離は略一定となっており、
    各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの傾斜部第１変調単位領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、かつ、前記中心間の円周方向距離はすべての円周方向線上で略一定となっており、
    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、前記円周方向線間の半径方向距離または前記中心間の円周方向距離をそれぞれ前記結像光学系の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの傾斜部第１変調単位領域の面積は略一定となっており、
    前記傾斜部第１変調単位領域の面積は、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することを特徴とする光照射装置。
  3. 前記変調マスク傾斜部は、所定の面積を有するとともに、各々が、１つの前記傾斜部第１変調単位領域と、傾斜部第２変調領域とを含む、複数の変調単位領域に区画され、
    前記傾斜部第１変調単位領域の第１の変調量および前記傾斜部第２変調領域の第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、
    前記変調単位領域における前記傾斜部第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、変調領域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２に記載の光照射装置。
  4. 前記傾斜部第１変調単位領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、
    前記傾斜部第１変調単位領域の面積が、変調領域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２に記載の光照射装置。
  5. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部を含み、
    前記変調マスク傾斜部は、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調スポーク領域と、各傾斜部第１変調スポーク領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の傾斜部第２変調スポーク領域と、を有し、
    円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、
    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、円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっており、
    前記傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さは、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することを特徴とする光照射装置。
  6. 前記変調マスク傾斜部は、前記傾斜部第１変調単位領域および前記傾斜部第２変調領域よりも外側に配置され、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調スポーク領域と、各傾斜部第１変調スポーク領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の傾斜部第２変調スポーク領域と、をさらに有し、
    円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、
    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、円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっており、
    前記傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さは、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することを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
  7. 前記傾斜部第１変調スポーク領域の第１の変調量および前記傾斜部第２変調スポーク領域の第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、
    傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さと、当該傾斜部第１変調スポーク領域に円周方向において隣接するよう形成された傾斜部第２変調スポーク領域の円周方向長さとの差が、変調領域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５または６に記載の光照射装置。
  8. 前記傾斜部第１変調スポーク領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、
    前記傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さが、変調領域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５または６に記載の光照射装置。
  9. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部を含み、
    前記変調マスク傾斜部は、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調リング領域と、各傾斜部第１変調リング領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の傾斜部第２変調リング領域と、を有し、
    隣り合う２つの傾斜部第１変調リング領域間の半径方向距離は略一定となっており、
    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、隣り合う２つの傾斜部第１変調リング領域間の半径方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    前記傾斜部第１変調リング領域の半径方向長さは、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することを特徴とする光照射装置。
  10. 前記変調マスク傾斜部は、前記傾斜部第１変調単位領域および前記傾斜部第２変調領域よりも外側に配置され、かつ半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調リング領域と、各傾斜部第１変調リング領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の傾斜部第２変調リング領域と、をさらに有し、
    隣り合う２つの傾斜部第１変調リング領域間の半径方向距離は略一定となっており、
    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、隣り合う２つの傾斜部第１変調リング領域間の半径方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    前記傾斜部第１変調リング領域の半径方向長さは、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することを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
  11. 前記傾斜部第１変調リング領域の第１の変調量および前記傾斜部第２変調リング領域の第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、
    傾斜部第１変調リング領域の半径方向長さと、当該傾斜部第１変調リング領域に隣接して形成された傾斜部第２変調リング領域の半径方向長さとの差が、変調領域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９または１０に記載の光照射装置。
  12. 前記傾斜部第１変調リング領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、
    前記傾斜部第１変調リング領域の半径方向長さが、変調領域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９または１０に記載の光照射装置。
  13. 前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部をさらに含み、
    前記変調マスク周縁部は、円環状に設けられた複数の円周方向線に沿って配置され、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調単位領域と、各周縁部第１変調単位領域間を埋めるよう形成され、光を第２の変調量で変調する周縁部第２変調領域と、を有し、
    前記周縁部第１変調単位領域が配置された円環状の各円周方向線間の半径方向距離は略一定となっており、
    前記変調マスク周縁部の各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの周縁部第１変調単位領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、かつ、前記中心間の円周方向距離はすべての円周方向線上で略一定となっており、
    前記変調マスク周縁部において、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、前記円周方向線間の半径方向距離または前記中心間の円周方向距離をそれぞれ前記結像光学系の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各周縁部第１変調単位領域の面積は略同一となっていることを特徴とする請求項２乃至１２のいずれかに記載の光照射装置。
  14. 前記周縁部第１変調単位領域の第１の変調量および前記周縁部第２変調領域の第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、
    前記変調マスク周縁部において、前記周縁部第１変調単位領域の占有率と前記周縁部第２変調領域の占有率とが略同一となっていることを特徴とする請求項１３に記載の光照射装置。
  15. 前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部をさらに含み、
    前記変調マスク周縁部は、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調スポーク領域と、各周縁部第１変調スポーク領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の周縁部第２変調スポーク領域と、を有し、
    円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、
    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、円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各周縁部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっていることを特徴とする請求項２乃至１２のいずれかに記載の光照射装置。
  16. 前記周縁部第１変調スポーク領域の第１の変調量および前記周縁部第２スポーク変調領域の第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、
    各周縁部第１変調スポーク領域の円周方向長さと、各周縁部第２変調スポーク領域の円周方向長さとが略同一となっていることを特徴とする請求項１５に記載の光照射装置。
  17. 前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部をさらに含み、
    前記変調マスク周縁部は、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調リング領域と、各周縁部第１変調リング領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の周縁部第２変調リング領域と、を有し、
    隣り合う２つの周縁部第１変調リング領域間の半径方向距離は略一定となっており、
    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、隣り合う２つの周縁部第１変調リング領域間の半径方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各周縁部第１変調リング領域の半径方向長さは略同一となっていることを特徴とする請求項２乃至１２のいずれかに記載の光照射装置。
  18. 前記周縁部第１変調リング領域の第１の変調量および前記周縁部第２リング変調領域の第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、
    各周縁部第１変調リング領域の半径方向長さと、各周縁部第２変調リング領域の半径方向長さとが略同一となっていることを特徴とする請求項１７に記載の光照射装置。
  19. 前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク周縁部をさらに含み、
    前記変調マスク周縁部は、光を遮蔽する光遮蔽層を含むことを特徴とする請求項２乃至１２のいずれかに記載の光照射装置。
  20. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、変調領域と同一の外側の輪郭を有する変調マスク周縁部を含み、
    前記変調マスク周縁部は、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調スポーク領域と、各周縁部第１変調スポーク領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の周縁部第２変調スポーク領域と、を有し、
    円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、
    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、円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各周縁部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっていることを特徴とする光照射装置。
  21. 前記周縁部第１変調スポーク領域の第１の変調量および前記周縁部第２スポーク変調領域の第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、
    各周縁部第１変調スポーク領域の円周方向長さと、各周縁部第２変調スポーク領域の円周方向長さとが略同一となっていることを特徴とする請求項２０に記載の光照射装置。
  22. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置において、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、変調領域と同一の外側の輪郭を有する変調マスク周縁部を含み、
    前記変調マスク周縁部は、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調リング領域と、各周縁部第１変調リング領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の周縁部第２変調リング領域と、を有し、
    隣り合う２つの周縁部第１変調リング領域間の半径方向距離は略一定となっており、
    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、隣り合う２つの周縁部第１変調リング領域間の半径方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各周縁部第１変調リング領域の半径方向長さは略同一となっていることを特徴とする光照射装置。
  23. 前記周縁部第１変調リング領域の第１の変調量および前記周縁部第２リング変調領域の第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、
    各周縁部第１変調リング領域の半径方向長さと、各周縁部第２変調リング領域の半径方向長さとが略同一となっていることを特徴とする請求項２２に記載の光照射装置。
  24. 前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部または前記変調マスク周縁部の内縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク中央部をさらに含み、
    前記変調マスク中央部は、円環状に設けられた複数の円周方向線に沿って配置され、光を第１の変調量で変調する多数の中央部第１変調単位領域と、各中央部第１変調単位領域間を埋めるよう形成され、光を第２の変調量で変調する中央部第２変調領域と、を有し、
    前記中央部第１変調単位領域が配置された円環状の各円周方向線間の半径方向距離は略一定となっており、
    前記変調マスク中央部の各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの中央部第１変調単位領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、かつ、前記中心間の円周方向距離はすべての円周方向線上で略一定となっており、
    前記変調マスク中央部において、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、前記円周方向線間の半径方向距離または前記中心間の円周方向距離をそれぞれ前記結像光学系の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各中央部第１変調単位領域の面積が略同一となっていることを特徴とする請求項２乃至２３のいずれかに記載の光照射装置。
  25. 前記変調領域は、前記変調マスク傾斜部または前記変調マスク周縁部の内縁に位置するとともに、略円形の輪郭を有する変調マスク中央部をさらに含み、
    前記変調マスク中央部における変調量は、変調マスク中央部の全域にわたって均一となっていることを特徴とする請求項２乃至２３のいずれかに記載の光照射装置。
  26. 前記変調マスクの前記変調領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含む非変調領域により囲まれていることを特徴とする請求項２乃至２５のいずれかに記載の光照射装置。
  27. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置に用いられる変調マスクにおいて、
    光照射装置は、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、円環状に設けられた複数の円周方向線に沿って配置され、光を第１の変調量で変調する多数の第１変調単位領域と、各第１変調単位領域間を埋めるよう形成され、光を第２の変調量で変調する第２変調領域と、を有し、
    前記第１変調単位領域が配置された円環状の各円周方向線間の半径方向距離は略一定となっており、
    各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの第１変調単位領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、かつ、前記中心間の円周方向距離はすべての円周方向線上で略一定となっており、
    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、前記円周方向線間の半径方向距離または前記中心間の円周方向距離をそれぞれ前記結像光学系の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの第１変調単位領域の面積は略一定となっていることを特徴とする変調マスク。
  28. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置に用いられる変調マスクにおいて、
    光照射装置は、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部を含み、
    前記変調マスク傾斜部は、円環状に設けられた複数の円周方向線に沿って配置され、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調単位領域と、各傾斜部第１変調単位領域間を埋めるよう形成され、光を第２の変調量で変調する傾斜部第２変調領域と、を有し、
    前記傾斜部第１変調単位領域が配置された円環状の各円周方向線間の半径方向距離は略一定となっており、
    各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの傾斜部第１変調単位領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、かつ、前記中心間の円周方向距離はすべての円周方向線上で略一定となっており、
    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、前記円周方向線間の半径方向距離または前記中心間の円周方向距離をそれぞれ前記結像光学系の結像面に換算した距離のうち少なくとも一方は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各円周方向線において、円周方向線上で隣り合う２つの傾斜部第１変調単位領域の面積は略一定となっており、
    前記傾斜部第１変調単位領域の面積は、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することを特徴とする変調マスク。
  29. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置に用いられる変調マスクにおいて、
    光照射装置は、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部を含み、
    前記変調マスク傾斜部は、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調スポーク領域と、各傾斜部第１変調スポーク領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の傾斜部第２変調スポーク領域と、を有し、
    円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、
    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、円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    円周方向において隣り合う２つの傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっており、
    前記傾斜部第１変調スポーク領域の円周方向長さは、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することを特徴とする変調マスク。
  30. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置に用いられる変調マスクにおいて、
    光照射装置は、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、略円形の輪郭を有する変調マスク傾斜部を含み、
    前記変調マスク傾斜部は、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の傾斜部第１変調リング領域と、各傾斜部第１変調リング領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の傾斜部第２変調リング領域と、を有し、
    隣り合う２つの傾斜部第１変調リング領域間の半径方向距離は略一定となっており、
    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、隣り合う２つの傾斜部第１変調リング領域間の半径方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    前記傾斜部第１変調リング領域の半径方向長さは、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することを特徴とする変調マスク。
  31. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置に用いられる変調マスクにおいて、
    光照射装置は、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、変調領域と同一の外側の輪郭を有する変調マスク周縁部を含み、
    前記変調マスク周縁部は、各々の中心が同一円環上に位置するとともに各々が半径方向に延びる略一定長さの２側縁を含み、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調スポーク領域と、各周縁部第１変調スポーク領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の周縁部第２変調スポーク領域と、を有し、
    円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離は略一定となっており、
    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、円周方向において隣り合う２つの周縁部第１変調スポーク領域の中心間の円周方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各周縁部第１変調スポーク領域の円周方向長さは略同一となっていることを特徴とする変調マスク。
  32. 光源からの光を変調して、略円形の等強度線を有する少なくとも１つの光を被照射物に対して照射する光照射装置に用いられる変調マスクにおいて、
    光照射装置は、
    光を出射する光源と、
    前記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、
    前記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照射物に照射する結像光学系と、を備え、
    前記変調マスクは、少なくとも１つの変調領域を有し、
    前記変調領域は、変調領域と同一の外側の輪郭を有する変調マスク周縁部を含み、
    前記変調マスク周縁部は、半径方向に多列に並べられるとともに各々が略円環状に延び、光を第１の変調量で変調する多数の周縁部第１変調リング領域と、各周縁部第１変調リング領域間に形成され、光を第２の変調量で変調する多数の周縁部第２変調リング領域と、を有し、
    隣り合う２つの周縁部第１変調リング領域間の半径方向距離は略一定となっており、
    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、隣り合う２つの周縁部第１変調リング領域間の半径方向距離を前記結像光学系の結像面に換算した距離は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒよりも小さくなっており、
    各周縁部第１変調リング領域の半径方向長さは略同一となっていることを特徴とする変調マスク。
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