JP5737608B2 - 光変調素子および光変調素子の製造方法 - Google Patents
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算出された前記理想的な面積に対応する面積を有する複数の理想矩形形状であって、前記x方向および前記y方向に沿って延びる矩形状の理想矩形形状を、算出された理想的な配置に従って前記加工図面上に配置する工程と、各理想矩形形状を包含するとともに前記x方向グリッド線および前記y方向グリッド線に沿って延びる長方形を、前記加工図面上に生成する工程と、前記長方形の各辺と前記理想矩形形状の各辺との間に位置する中間領域の面積を、前記長方形の辺ごとに算出する工程と、前記中間領域に対応する面積を有する凹部を前記長方形の対応する辺に形成し、これによって、前記長方形に前記凹部を設けてなる前記実形状を生成する工程と、を有することを特徴とする光変調素子の製造方法である。
以下、図1乃至図16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光変調素子を備えた光照射装置10を用いた加工方法により被照射物18に形成されるテーパ穴20について説明する。本実施の形態においては、アブレーションにより被照射物18が加工されてテーパ穴20が形成されることが想定されている。図2(a)は、被照射物18に形成されるテーパ穴20を示す平面図であり、図2(b)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る。
次に、図1を参照して、被照射物18に照射される光を生成する光照射装置10全体について説明する。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光変調素子と、光変調素子の出射側に設けられ、光変調素子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。なお本実施の形態においては、光変調素子として変調マスク21が用いられる例について説明する。
次に図4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。図4は、変調マスク21を示す平面図であり、図5は、図4に示される変調マスク21の変調領域22の左上部分を拡大して示す平面図である。図6は、図5に示される変調領域22をVI−VI方向から見た断面図である。
以下、変調領域22について詳細に説明する。図4に示すように、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。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る。また変調マスク周縁部33は、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以下となるよう光を変調するものである。
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。
なお「配置を一致させる」とは、製造される変調マスク21における第1位相変調領域25aの面積と設計段階における第1位相変調領域25aの面積とが同一となっている場合に、得られるレーザ光の強度が設計段階でのレーザ光の強度に一致するよう、製造段階において第1位相変調領域25aが位置づけられることを意味している。例えば、製造される変調マスク21における第1位相変調領域25aの重心を、設計段階における第1位相変調領域25aの重心に一致させることが考えられる。なお「重心」とは、点像分布関数ASF(x,y)の重みを考慮することなく第1位相変調領域25aの形状のみを考慮して算出される第1位相変調領域25aの質量中心のことである。
はじめに、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9は、変調マスク21の変調領域22を設計する手順全体を示すフローチャートであり、図10は、第1位相変調領域25aの具体的な形状を設計する手順を詳細に示す図である。
はじめに図9を参照して、変調領域22を設計する手順全体について説明する。
まず、描画装置の加工分解能に対応する間隔で並べられたグリッド線を有する加工図面40を準備する。以下、この加工図面40上において各第1位相変調領域25aの形状を設定する手順について説明する。
次に、加工図面40に基づいて変調マスク21を製造する方法について説明する。はじめに、基材21aを加工して変調領域22の第1位相変調領域25aおよび第2位相変調領域25bを形成する方法について説明する。
図15は、得られる変調マスク21の変調領域22の第1位相変調領域25aを拡大して示す図である。図15に示すように、第1位相変調領域25aは、実形状46の内側長方形43に対応する長方形領域26と、実形状46の凸部45a〜45dに対応する凸部領域27とを有している。第1位相変調領域25aの輪郭線は、x方向またはx方向に直交するy方向のいずれかに延びている。
図16(a)は、変調マスク21により変調されて被照射物18に照射される光の強度分布を等強度線により示す図であり、図16(b)は、図16(a)を線XVIb−XVIb方向から見た場合のグラフである。図16(a)に示すように、本実施の形態による変調マスク21を用いることにより、被照射物18に照射される光の等強度線を略円形にすることができる。また図16(b)に示すように、傾斜部20bに照射される光の強度分布の傾斜を一定にすることができる。これによって、所望の輪郭および傾斜角度φを有するテーパ穴20を得ることができる。
次に、図17および図18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17は、比較の形態における変調マスクの加工図面40に生成される実形状146を示す図であり、図18(a)は、比較の形態におけ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分布を等強度線により示す図であり、図18(b)は、図18(a)を線XVIIIb−XVIIIb方向から見た場合のグラフである。実形状146は、比較の形態における変調マスクの第1位相変調領域に対応している。
次に図19乃至図22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19乃至図22に示す第2の実施の形態において、第1位相変調領域は、x方向またはy方向に延びる4辺からなるとともに第1変調領域を包含する長方形領域と、長方形領域の少なくとも1辺に形成された凹部領域と、を有している。図19乃至図22に示す第2の実施の形態において、図1乃至図16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。なお図19乃至図22は、それぞれ第1の実施の形態における図12乃至図15に対応する図となっている。
以下、本実施の形態における第1位相変調領域25aの形状の設計手順について説明する。はじめに、図19に示すように、理想的な面積および配置を有する第1位相変調領域25aに対応する理想矩形形状41が加工図面40上に配置される。次に図20に示すように、理想矩形形状41を包含するとともにx方向グリッド線47およびy方向グリッド線48に沿って延びる外側長方形53を加工図面40上に生成する。図20において、外側長方形53が二点鎖線にて表されている。外側長方形53は、x方向に延びる第1辺53aおよび第3辺53cと、y方向に延びる第2辺53bおよび第4辺53dとからなっている。なお本実施の形態において、外側長方形53は、理想矩形形状41を包含し得る長方形のうち最小の面積を有する長方形となっている。
次に、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の第1変調領域および第2変調領域が、光を振幅変調する第1振幅変調領域と第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16に示す第1の実施の形態または図19乃至図22に示す第2の実施の形態と略同一である。図23に示す第3の実施の形態において、図1乃至図16に示す第1の実施の形態または図19乃至図22に示す第2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。
本実施の形態においても、理想的な面積および配置を有する第1振幅変調領域36aに対応する理想矩形形状41が加工図面40上に配置される。なお本実施の形態において、「理想矩形形状」は、第1振幅変調領域36aが矩形状の形状を有するという前提のもとで、上述の〔数12〕に基づいて算出される面積および配置を有する第1振幅変調領域36aの形状を意味している。理想矩形形状41に基づいて加工図面40上に実形状46を生成し、そして実形状46に基づいて第1振幅変調領域36aを形成する方法は、上述の第1または第2の実施の形態の場合と同一であるので、詳細な説明は省略する。
次に、図24乃至図27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24乃至図27に示す第4の実施の形態において、第1位相変調領域は、x方向またはy方向に延びる4辺からなる長方形領域と、長方形領域の少なくとも1辺に形成された凸部領域と、長方形領域の少なくとも1辺に形成された凹部領域と、を有している。図24乃至図27に示す第4の実施の形態において、図1乃至図16に示す第1の実施の形態または図19乃至図22に示す第2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。なお図24乃至図27は、それぞれ第1の実施の形態における図12乃至図15に対応する図となっている。
以下、本実施の形態における第1位相変調領域25aの形状の設計手順について説明する。はじめに、図24に示すように、理想的な面積および配置を有する第1位相変調領域25aに対応する理想矩形形状41が加工図面40上に配置される。次に図25に示すように、x方向グリッド線47およびy方向グリッド線48に沿って延びる長方形のうち理想矩形形状41の各辺に最も近接する辺からなる長方形を加工図面40上に生成する。本実施の形態において、このような長方形が近接長方形と称され、また符号63で表される。
なお上記各実施の形態による実形状46において、凸部または凹部が長方形43,53,63の辺の中点に接するよう配置される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、理想矩形形状41の重心と実形状46との重心が略一致する限りにおいて、凸部または凹部が長方形43,53,63の辺の中点に接しない位置に設けられてもよい。
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
18 被照射物
19 載置台
20 テーパ穴
21 変調マスク
21a 基材
22 変調領域
23 非変調領域
24e 変調単位領域
25a 第1位相変調領域
25b 第2位相変調領域
26 長方形領域
27 凸部領域
28 凹部領域
29 円周方向線
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
36a 第1振幅変調領域
36b 第2振幅変調領域
40 加工図面
41 理想矩形形状
41e 重心
42a〜42d 第1中間領域〜第4中間領域
43 内側長方形
45a〜45d 第1凸部〜第4凸部
46 実形状
46e 重心
47 x方向グリッド線
48 y方向グリッド線
53 内側長方形
55a〜55d 第1凹部〜第4凹部
63 近接長方形
Claims (11)
- 光を第1の変調量で変調する複数の第1変調領域と、各第1変調領域間に配置され、光を第2の変調量で変調する第2変調領域と、を含む光変調素子の製造方法において、
加工されることにより前記第1変調領域および前記第2変調領域が形成される基材を準備する工程と、
前記第1変調領域が形成されるべき領域に対応する複数の実形状が示されている加工図面であって、前記基材を加工する際に参照される加工図面を準備する図面準備工程と、
所定の加工分解能を有する加工装置を用いて、前記加工図面に基づいて前記基材を加工する加工工程と、を備え、
前記加工図面は、前記加工分解能に対応する間隔で並べられ、x方向に延びる複数のx方向グリッド線と、前記加工分解能に対応する間隔で並べられ、前記x方向に直交するy方向に延びる複数のy方向グリッド線と、を含み、
前記加工図面の前記実形状は、その輪郭線が前記x方向グリッド線および前記y方向グリッド線に重なるよう配置されており、
前記図面準備工程は、
形成される各第1変調領域の理想的な面積および配置を算出する工程と、
算出された理想的な面積を有する複数の理想矩形形状であって、前記x方向および前記y方向に沿って延びる矩形状の理想矩形形状を、算出された配置に従って前記加工図面上に配置する工程と、
各理想矩形形状に包含されるとともに前記x方向グリッド線および前記y方向グリッド線に沿って延びる長方形を、前記加工図面上に生成する工程と、
前記長方形の各辺と前記理想矩形形状の各辺との間に位置する中間領域の面積を、前記長方形の辺ごとに算出する工程と、
前記中間領域に対応する面積を有する凸部を前記長方形の対応する辺に配置し、これによって、前記長方形および前記凸部からなる前記実形状を生成する工程と、を有し、
前記長方形の各辺と前記理想矩形形状の各辺との間の距離は、前記加工分解能よりも小さく、
前記図面準備工程において、前記凸部は、前記理想矩形形状の重心と前記実形状の重心とが略一致するよう前記長方形の辺に配置されることを特徴とする光変調素子の製造方法。 - 前記凸部は、前記長方形の辺の中点近傍に配置されることを特徴とする請求項1に記載の光変調素子の製造方法。
- 前記光変調素子は、光を出射する光源と、光を結像して被照射物に照射する結像光学系と、の間に配置され、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径R0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R0=0.61λ/NAと定義したとき、前記実形状の前記凸部に対応する前記第1変調領域の凸部領域の高さを前記結像光学系の結像面に換算することにより得られる寸法は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも小さくなっていることを特徴とする請求項1または2に記載の光変調素子の製造方法。 - 光を第1の変調量で変調する複数の第1変調領域と、各第1変調領域間に配置され、光を第2の変調量で変調する第2変調領域と、を含む光変調素子の製造方法において、
加工されることにより前記第1変調領域および前記第2変調領域が形成される基材を準備する工程と、
前記第1変調領域が形成されるべき領域に対応する複数の実形状が示されている加工図面であって、前記基材を加工する際に参照される加工図面を準備する図面準備工程と、
所定の加工分解能を有する加工装置を用いて、前記加工図面に基づいて前記基材を加工する加工工程と、を備え、
前記加工図面は、前記加工分解能に対応する間隔で並べられ、x方向に延びる複数のx方向グリッド線と、前記加工分解能に対応する間隔で並べられ、前記x方向に直交するy方向に延びる複数のy方向グリッド線と、を含み、
前記加工図面の前記実形状は、その輪郭線が前記x方向グリッド線および前記y方向グリッド線に重なるよう配置されており、
前記図面準備工程は、
形成される各第1変調領域の理想的な面積および配置を算出する工程と、
算出された前記理想的な面積に対応する面積を有する複数の理想矩形形状であって、前記x方向および前記y方向に沿って延びる矩形状の理想矩形形状を、算出された理想的な配置に従って前記加工図面上に配置する工程と、
各理想矩形形状を包含するとともに前記x方向グリッド線および前記y方向グリッド線に沿って延びる長方形を、前記加工図面上に生成する工程と、
前記長方形の各辺と前記理想矩形形状の各辺との間に位置する中間領域の面積を、前記長方形の辺ごとに算出する工程と、
前記中間領域に対応する面積を有する凹部を前記長方形の対応する辺に形成し、これによって、前記長方形に前記凹部を設けてなる前記実形状を生成する工程と、を有し、
前記長方形の各辺と前記理想矩形形状の各辺との間の距離は、前記加工分解能よりも小さく、
前記図面準備工程において、前記凹部は、前記理想矩形形状の重心と前記実形状の重心とが略一致するよう前記長方形の辺に配置されることを特徴とする光変調素子の製造方法。 - 前記凹部は、前記長方形の辺の中点近傍に配置されることを特徴とする請求項4に記載の光変調素子の製造方法。
- 前記光変調素子は、光を出射する光源と、光を結像して被照射物に照射する結像光学系と、の間に配置され、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径R0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R0=0.61λ/NAと定義したとき、前記実形状の前記凹部に対応する前記第1変調領域の凹部領域の深さを前記結像光学系の結像面に換算することにより得られる寸法は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも小さくなっていることを特徴とする請求項4または5に記載の光変調素子の製造方法。 - 前記光変調素子は、光を出射する光源と、光を結像して被照射物に照射する結像光学系と、の間に配置され、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径R0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R0=0.61λ/NAと定義したとき、前記第1変調領域を前記結像光学系の結像面に換算した領域は、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いることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の光変調素子の製造方法。 - 前記第1変調領域は、第1の位相変調量を有する第1位相変調領域からなり、
前記第2変調領域は、第2の位相変調量を有する第2位相変調領域からなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の光変調素子の製造方法。 - 前記第1位相変調領域の第1の位相変調量と、前記第2位相変調領域の第2の位相変調量とが、互いに180度の奇数倍だけ異なっていることを特徴とする請求項8に記載の光変調素子の製造方法。
- 前記第1変調領域は、第1の振幅変調量を有する第1振幅変調領域からなり、 前記第2変調領域は、第2の振幅変調量を有する第2振幅変調領域からなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の光変調素子の製造方法。
- 前記第1振幅変調領域または前記第2振幅変調領域のいずれか一方が、光を遮蔽する光遮蔽層を含むことを特徴とする請求項10に記載の光変調素子の製造方法。
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