(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を減衰させる光アッテネータであって、
入射光の波長域で透明なガラス基板の表裏の少なくとも一方の面に入射光が回折を生じる大きさの凹凸パターンの繰返しからなる微細構造を有し、
前記微細構造はピッチが一定であり、
前記微細構造はピッチに対する凸部の割合を示すフィリングファクタ及び凹部の深さの異なる領域を複数有し、前記凹部の深さはフィリングファクタの大きい領域では浅く、フィリングファクタの小さい領域では深くなっており、
フィリングファクタ及び凹部の深さの異なる領域間では入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合が異なっていることを特徴とする減衰率可変の光アッテネータ。
【請求項２】
前記微細構造のピッチは使用波長の２倍〜６００倍の範囲であり、前記微細構造の凹部の深さはピッチの０.１％〜８０％である請求項１に記載の光アッテネータ。
【請求項３】
前記ガラス基板は表裏の表面が互いに平行であり、前記微細構造は一方の面にのみ形成されている請求項１又は２に記載の光アッテネータ。
【請求項４】
前記ガラス基板は表裏の表面が互いに平行であり、前記微細構造は前記ガラス基板の表裏の両方の面に形成されている請求項１又は２に記載の光アッテネータ。
【請求項５】
表側の面の微細構造と裏側の面の微細構造はピッチが等しく、
表側の面の微細構造とそれに対向する裏側の面の微細構造はフィリングファクタが異なっている請求項４に記載の光アッテネータ。
【請求項６】
前記微細構造は前記ガラス基板の表面上で一直線に沿ってフィリングファクタが連続的に又は段階的に変化するように構成されており、
前記ガラス基板を前記微細構造のフィリングファクタが変化している方向の直線に沿って移動させると入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合が変化する請求項１から５のいずれか一項に記載の光アッテネータ。
【請求項７】
前記微細構造は前記ガラス基板の表面上で円の円周方向に沿ってフィリングファクタが連続的に又は段階的に変化するように構成されており、
前記ガラス基板を前記円の中心を回転中心として回転させると入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合が変化する請求項１から５のいずれか一項に記載の光アッテネータ。
【請求項８】
前記ガラス基板は表裏の表面が互いに非平行であり、
前記微細構造に対する入射光の入射位置をフィリングファクタの異なる領域間で移動させると入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合が変化するとともに、出射光の出射角度も変化する請求項１から７のいずれか一項に記載の光アッテネータ。
【請求項９】
前記微細構造の凹凸パターンの表面に入射光の波長の半分以下のピッチをもつ凹凸構造の反射防止構造が形成されている請求項１から８のいずれか一項に記載の光アッテネータ。
【請求項１０】
前記微細構造の凹凸パターンの表面に入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合に対する波長依存性を低減する反射防止膜が形成されている請求項１から８のいずれか一項に記載の光アッテネータ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の光アッテネータと、
前記微細構造に対する入射光の入射位置がフィリングファクタの異なる領域間で移動するように前記ガラス基板を変位させる移動機構と、
を備えた光アッテネータモジュール。
【請求項１２】
前記光アッテネータに対する入射光のビーム径を小さくするための集光レンズと、前記光アッテネータを透過した０次回折光を受光する集光レンズをさらに配置した請求項１１に記載の光アッテネータモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工装置など、光を用いる装置において光量を所望のレベルに低下させるための素子である光アッテネータと、その光アッテネータを用いて光量を所望のレベルに調整する動作ユニットも含めた光アッテネータモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光アッテネータには光量を複数のレベルに減衰させることのできるバリアブル光アッテネータがある。バリアブル光アッテネータは、（１）バタフライ方式、（２）偏光方式及び（３）膜分布方式の３種類に大別される。
【０００３】
バタフライ方式は、誘電体多層膜の透過率の入射角依存性を利用したものであり、素子を傾けることによって透過率を変化させる。その方式は、ビーム径内での透過率差が発生しないことと、動作ユニットを含めて小型化できることから、広く採用されている。
【０００４】
偏光方式は、レーザ光の光路上に偏光板と（λ／２）波長板を配置し、偏光板又は（λ／２）波長板を相対的に回転させることによって透過率を変化させる方式である。偏光板の変わりに偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いているものもある。偏光方式は実現が容易であるが、減衰させる対象となる光線が直線偏光又はそれに近いものでなければ機能せず、円偏光やランダム偏光の光線では機能しない。
【０００５】
膜分布方式は、誘電体多層膜や金属薄膜を形成する際に、場所ごとに膜厚を変化させることで場所ごとに透過率を変えた素子である。しかし、薄膜の透過率特性は使用温度によって変化し、また、入射光量のうち透過しなかった光量は素子に吸収されるので、素子自体の温度が上昇し、それに伴って薄膜の物理膜厚が変化して透過率が変化する。膜の吸収係数が大きい高性能薄膜では温度上昇はより顕著である。そのため、実使用を可能にするには、レーザを照射し続け、素子温度が一定になって透過率が安定するまで待たなければならないという問題がある。さらに、高出力のレーザの使用によって薄膜が破損して使用できなくなることもある。
【０００６】
よって現在はビーム径内での透過率分布が無く、ランダム偏光への対応が可能で、装置全体の小型化に対応できるバタフライ方式が主流となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いずれの方式も薄膜を使用する。薄膜は製作時の歩留まりが悪いために価格が高くなる。特に、高性能薄膜は膜厚を厳密に制御しなければならないために歩留まりが一層悪くなるうえ、薄膜材料が高価であることも加わって価格が一層高くなる。
【０００８】
バタフライ方式でも膜分布方式でも、誘電体多層膜を用いるものは、ＹＡＧレーザ加工装置のような高出力の光学系に光アッテネータを使用する場合に、薄膜がレーザ光を吸収して薄膜材料が昇華するなど、耐久性が課題となる。
【０００９】
いずれの方式も薄膜を光束が透過する。薄膜の透過率特性は使用温度によって変化する。さらに、いずれも入射光量のうち透過しなかった光量は素子に吸収されることになるので、素子自体の温度上昇に伴って薄膜の物理膜厚が変化し透過率が変化する。膜の吸収係数が大きい高性能薄膜では温度上昇はより顕著である。そのため、実使用を可能にするには、レーザを照射し続け、素子温度が一定になって透過率が安定するまで待たなければならなかった。
【００１０】
従来の方式は薄膜を使用することから波長依存性が大きく、使用波長範囲が狭いため使用するレーザ波長毎に専用の光学素子が必要である。
【００１１】
バタフライ方式では透過率を変化させるためには入射角度を変更するが、薄膜は光学特性に対する入射角度依存性が大きく、入射角度のわずかな差で特性が大きく変化するため、調光の分解能が悪い。
【００１２】
本発明は耐久性が高く、透過率特性も安定した光アッテネータと、それを用いた光アッテネータモジュールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光アッテネータは、入射光の波長域で透明なガラス基板の表裏の少なくとも一方の面に入射光が回折を生じる大きさの凹凸パターンの繰返しからなる微細構造を備えている。一形態では、その微細構造はピッチが一定であり、ピッチに対する凸部の割合を示すフィリングファクタ（ＦＦ）の異なる領域を複数有する。フィリングファクタの異なる領域間では入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合が異なっている。そして、微細構造に対する入射光の入射位置をフィリングファクタの異なる領域間で移動させることにより入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合を変化させるものである。
【００１４】
入射光は光アッテネータ素子に吸収されることなく、０次回折光の他、一次回折光や二次回折光としてこの光アッテネータ素子から出射していく。
【００１５】
凹凸パターンからなる微細構造のピッチは入射光が回折を生じる大きさ以上である。具体的には、微細構造のピッチは入射光波長の２倍〜６００倍の範囲が好ましい。この範囲は次のように求められる。回折が発生する条件は「ピッチ＞入射光波長」である。しかし、ピッチが入射光波長と同等の領域では微細構造の凹凸パターンの深さを変えても透過率が０にならない。図９に微細構造の凹凸パターンの深さと０次回折光の透過率の関係を示す。図９のデータの入射光波長は１.０６４μｍ、フィリングファクタは０.５である。例えば、ピッチを２μｍにすると微細構造の凹凸パターンの深さが１.４μｍのときに０次回折光の透過率が約７％になる。０次回折光の透過率をさらに０％に近づけようとすると、微細構造のピッチの下限は使用波長の２倍以上が必要になる。微細構造のピッチの上限については、回折が生じるという条件からは制限はない。しかし、微細構造のピッチが大きくなると回折角度が小さくなるので、０次回折光（回折角度は０°）と１次回折光の分離が困難になる。例えば、ピッチが入射光波長の１００倍であれば１次回折光の回折角度は０.５７°、５００倍であれば０.１２°、５７５倍であれば０.１０°、１０００倍であれば０.０６°である。０次回折光と１次回折光の分離の観点からピッチの上限は入射光波長の６００倍程度である。
【００１６】
また、微細構造の凹部の深さはピッチの０.１％〜８０％が適当である。この範囲は次のように求められる。図９の結果によれば、例えばピッチが２μｍの微細構造であれば、０次回折光の透過率を最大値から最小値まで変化させるには微細構造の凹部の深さを０〜１.４μｍ程度の範囲で変化させる必要がある。このときの微細構造の凹部の深さはピッチの０％〜７０％に相当する。同様にしてピッチ２０μｍまでの関係をまとめたものが表１である。
【００１７】
【表１】
0005444098.tif 000002
【００１８】
０次回折光の透過率は後で図２に示すようにフィリングファクタが０.５のときに最小値をとるので、表１の結果からピッチを１.５μｍとすると微細構造の凹部の深さはピッチの８０％にしなければならない。ピッチを２０μｍとすると微細構造の凹部の深さはピッチの６％でよくなる。さらにピッチを大きくすれば微細構造の凹部の深さは浅くてもすむようになる。ピッチには実用的な観点からの上限が存在するので、微細構造の凹部の深さもいくらでも浅くできるものではなく、０.１％程度が限界である。
【００１９】
微細構造をドライエッチングにより形成するので、凹部の深さはフィリングファクタの大きい領域では浅く、フィリングファクタの小さい領域では深くなる。
【００２０】
本発明の光アッテネータは、ガラス基板の表裏の表面が互いに平行であるものと、平行でないもののいずれも使用することができる。表裏の表面が互いに平行なガラス基板を使用すると、０次回折光は入射光と同じ方向に出射される。一方、表裏の表面が互いに平行でないガラス基板を使用すると、０次回折光は入射光とは異なった方向に出射される。
【００２１】
本発明の光アッテネータは、微細構造がガラス基板の一方の面にのみ形成されているものと、表裏の両面に形成されているものの両方を含んでいる。
【００２２】
微細構造がガラス基板の表裏の両面に形成されている光アッテネータでは、表側の面の微細構造と裏側の面の微細構造は同じであっても異なっていてもよい。例えば、両面の微細構造のピッチが等しく、表側の面の微細構造とそれに対向する裏側の面の微細構造のフィリングファクタも等しいものであってもよく、表側の面の微細構造とそれに対向する裏側の面の微細構造のフィリングファクタが異なっているものであってもよい。
【００２３】
光アッテネータの一形態では、微細構造はガラス基板の表面上で一直線に沿ってフィリングファクタが連続的に又は段階的に変化するように構成されており、ガラス基板を微細構造のフィリングファクタが変化している方向の直線に沿って移動させると入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合が変化する。そのため、この光アッテネータを用いるときは、入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合を変化させるためにガラス基板をその微細構造のフィリングファクタが変化している方向の直線に沿って移動させる。
【００２４】
光アッテネータの他の形態では、微細構造はガラス基板の表面上で円の円周方向に沿ってフィリングファクタが連続的に又は段階的に変化するように構成されており、ガラス基板をその円の中心を回転中心として回転させると入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合が変化する。そのため、この光アッテネータを用いるときは、入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合を変化させるためにガラス基板をその円の中心を回転中心として回転させる。
【００２５】
光アッテネータの好ましい形態では、入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合に対する波長依存性を低減する反射防止膜を有する。
【００２６】
光アッテネータのさらに他の形態は、入射光の波長域で透明なガラス基板の表裏の少なくとも一方の面に入射光が回折を生じる大きさの凹凸パターンの繰返しからなる微細構造を有する点は上記の光アッテネータと同じであるが、微細構造に対する入射光の入射角度によって入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合が異なっている。そのため、この光アッテネータを使用するときは、微細構造に対する入射光の入射角度を変化させることにより入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合を変化させる。
【００２７】
光アッテネータの好ましい形態では、微細構造の表面に入射光の波長の半分以下のピッチをもつ凹凸構造の反射防止構造が形成されている。
【００２８】
光アッテネータの好ましい他の形態では、微細構造の表面に入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合に対する波長依存性を低減する反射防止膜が形成されている。
【００２９】
本発明の光アッテネータモジュールの一形態は、光アッテネータが微細構造のピッチが一定で、フィリングファクタの異なる領域を複数有するものである場合には、その光アッテネータと、微細構造に対する入射光の入射位置がフィリングファクタの異なる領域間で移動するようにガラス基板を変位させる移動機構と、を備えたものである。
【００３０】
この形態の光アッテネータモジュールでは、光アッテネータに対する入射光のビーム径を小さくするための集光レンズと、光アッテネータを透過した０次回折光を受光する集光レンズをさらに配置するのが好ましい。これにより、入射光のビーム径内でのフィリングファクタの変化を抑えて０次回折光の透過率の分解能を向上させることができる。
【００３１】
本発明の光アッテネータモジュールの他の形態は、光アッテネータが微細構造に対する入射光の入射角度を変化させることにより入射光量に対する０次回折光の透過光量の割合を変化させるものである場合には、その光アッテネータと、微細構造に対する入射光の入射角度が変化するように入射光の入射方向に対するガラス基板の入射面の角度を変位させる移動機構と、を備えたものである。
【００３２】
２つ以上のアッテネータを組み合わせることによって、１つのアッテネータよりも大きな光減衰率を得るようにしてもよい。
【００３３】
入射光が直線偏光の場合には、本発明の光アッテネータモジュールの光入射側にλ／４波長板を配置して円偏光に変換した後に光アッテネータに入射させるように使用するのが好ましい。
【００３４】
さらに好ましい光アッテネータモジュールの形態としては、この光アッテネータモジュールの入射光の一部を分岐して取り出す第１の光分岐手段と、この光アッテネータモジュールの出射光の一部を分岐して取り出す第２の光分岐手段と、それらの第１，第２の光分岐手段により取り出された光をそれぞれ受光して検出する第１、第２の受光素子と、それらの第１、第２の受光素子の検出信号を取り込み、その検出信号のレベル比が設定した減衰率に対応したものとなるように上記の移動機構を制御する移動機構制御装置と、をさらに備えたものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の光アッテネータは、ガラス表面に凹凸形状を形成することによって、光を回折させて透過率を低下させるので、薄膜を使用する場合に比べてガラス材料は温度による特性が安定しており、耐久性に優れており、薄膜プロセスを使用しないため安価に製造できる。さらに、ガラス材料は波長依存性が少ないため、使用する光線に対する広帯域特性が得られる等の優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（Ａ）は一実施例の光アッテネータを示す概略断面図、（Ｂ）概略平面図である。
【図２】一実施例の光アッテネータにおけるフィリングファクタ（ＦＦ）と０次回折光の透過率の関係を示すグラフである。
【図３】他の実施例を示す概略平面図である。
【図４】（Ａ）は入射角を変更する実施例を説明する概念図、（Ｂ）は同実施例の概略構成図である。
【図５】同実施例における入射角と０次回折光の透過率の関係を示すグラフである。
【図６】光アッテネータの製造方法の一例を示す工程断面図である。
【図７】光アッテネータの製造方法の他の例を示す工程断面図である。
【図８】光アッテネータモジュールの一実施例を示すブロック図である。
【図９】微細構造の凹凸パターンの深さと０次回折光の透過率の関係を示すグラフである。
【図１０】偏光状態と０次回折光の透過率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
一実施例の光アッテネータを概略的に図１（Ａ）と（Ｂ）に示す。（Ａ）は微細構造の凹凸形状のフィリングファクタ（ＦＦ）が変化している方向に沿った断面図、（Ｂ）はその両端部の平面図である。
【００３８】
ガラス基板２は少なくとも入射光の波長域では透明な材質であり、特に限定されるものではないが、例えば石英ガラスや硼珪酸ガラス等を用いることができる。硼珪酸ガラスとしては、パイレックス（登録商標）やテンパックス（登録商標）を使用することができる。ガラス基板２の一方の表面には微細構造４が形成されている。微細構造４は凹凸パターンの繰返しからなるものである。その凹凸パターンは紙面垂直方向に延びる凸部（ライン）６と溝（スペース）８からなるライン・アンド・スペースパターンある。その凹凸パターンの１組の凹凸からなるピッチＰは一定である。凸部６のライン幅がＬ、溝８の幅がＳである。Ｐ＝Ｌ＋Ｓであり、Ｌ／Ｐがフィリングファクタ（ＦＦ）である。また、ｄは溝８の深さである。
【００３９】
この実施例では、微細構造の凹凸パターンは、ピッチＰが図に示された横方向（一直線の方向）に対して一定であり、フィリングファクタは図の左端では０.５、右端ではほぼ１.０である。図の左から右に向かってフィリングファクタが０.５からほぼ１の範囲で連続的に変化している。
【００４０】
入射光は光アッテネータの一方の面から入射し、他方の面へ透過して出射光となる。凹凸パターンのピッチＰは入射光の波長の２〜６００倍の範囲に設定されている。いま例えば入射光として波長１０６４ｎｍのレーザ光が使用され、ピッチＰは２０μｍに設定されている。しかしピッチＰは一例であり、入射光が回折を起こす範囲であれば適宜設定することができる。ここでは、入射光として波長１０６４ｎｍのレーザ光を使用した例を示すが、他の波長の入射光でも同様である。例えば、入射光として波長２６６ｎｍのレーザ光を使用する場合は、ピッチＰは５μｍに設定するのが適当である。
【００４１】
入射光が微細構造４に入射すると、回折が起こり、入射光と同一方向に透過する０次回折光のほかに、１次回折光や２次回折光などが発生する。それぞれの回折光は出射方向が異なるために、０次回折光のみを対象物に入射させるように導くことにより、入射光に対する出射光の透過率は、０次回折光以外の回折光が生じることにより減少する。
【００４２】
この実施例は０次回折光の透過率がフィリングファクタによって変化することを利用するものである。図１の実施例において、ガラス基板２として厚さが１.０ｍｍのテンパックス（登録商標）ガラス基板を使用し、微細構造４のピッチＰを２０μｍとし、溝８の深さｄを１.２μｍとし、入射光として波長が１０６４ｎｍの円偏光の単色光を基板２の表面に対し垂直方向に入射させた場合の、フィリングファクタと０次回折光の透過率の測定結果を図２に示す。フィリングファクタが０.５は図１の左端のようにライン幅Ｌと溝幅Ｓが等しい状態である。この結果によれば、フィリングファクタが０.５のときは回折光が１次以上の回折光となり、０次回折光として入射光と同一方向に出射する光の透過率は０となる。フィリングファクタが０.５より小さくなっても大きくなっても透過率が上昇し、フィリングファクタが０と１に近づくにつれてほとんど０次回折光のみとなる。図１の実施例では、フィリングファクタが０.５からほぼ１の範囲で変化するように形成されているので、入射光の入射位置を図１の左から右方向に変位させると、０次回折光の透過率は０から１００％近い範囲で変化させることができる。
【００４３】
フィリングファクタ変化の具体的な例を示す。図１の実施例において、第１の例ではフィリングファクタが変化している範囲を２４ｍｍとし、２ｍｍ当たり０次光の透過率が１０％変化するようにフィリングファクタを連続的に変化させる。第２の例ではフィリングファクタが変化している範囲を１２ｍｍとし、１ｍｍ当たり０次光の透過率が１０％変化するようにフィリングファクタを連続的に変化させる。第３の例ではフィリングファクタが変化している範囲を６ｍｍとし、０.５ｍｍ当たり０次光の透過率が１０％変化するようにフィリングファクタを連続的に変化させる。この光アッテネータに入射する光束の大きさは例えば直径２ｍｍである。
【００４４】
この実施例の光アッテネータを設計するに当たり、フィリングファクタは次のように設計する。例えば、ある２ｍｍの領域で０次光の透過率が１０％変化するようにフィリングファクタを設計するには、図２の関係を２次関数で近似し、その領域でのフィリングファクタ変化率を計算により導き出す。
【００４５】
一直線に沿ったフィリングファクタの変化の割合は、変化率が高ければ高いほど入射光の位置をわずかに移動させるだけで０次回折光の透過率を変えることができる。フィリングファクタの変化の割合は用途に応じて入射光を変位できる範囲との兼ね合いで適宜設計することができる。
【００４６】
フィリングファクタは１に近づくほど溝の幅Ｓが狭くなっていくので、ガラス基板をドライエッチングにより形成する方法では０まで連続的に製作することはできない。フィリングファクタの異なるパターンを同時に形成するので、フィリングファクタの大きさによって溝の深さｄは異なってくる。フィリングファクタが小さいほど溝の幅が広いために深い溝が形成され、フィリングファクタが大きくなるほど溝の深さが浅くなっていく。
【００４７】
図１の実施例では基板上の一直線方向に沿ってフィリングファクタが変化しているので、入射光の位置をその一直線に沿って変わるように、基板をその直線方向に沿って移動させることにより、入射光が微細構造に入射する位置のフィリングファクタが変化し、それにより０次回折光の透過率が変化する。
【００４８】
図３は第２の実施例をあらわしたものであり、この実施例ではフィリングファクタは円周方向に沿って変化するように形成されている。微細構造の凹凸パターンは円の中心から半径方向に延びる凸部９と溝１０の繰返しパターンとして形成されている。
【００４９】
この実施例でも、微細構造の凹凸パターンのピッチＰは円周方向に沿って均一に設定されており、フィリングファクタが円周方向に沿って連続的に変化するように形成されている。フィリングファクタの変化の割合は特に限定されるものではなく、これも用途に応じて適宜設定することができる。
【００５０】
図３の実施例においては、所定の角度当たり０次回折光の透過率をいくら変化させるかを設定し、図２の関係を２次関数で近似し、その領域でのフィリングファクタ変化率を計算により導き出す。
【００５１】
図３の実施例ではその円の中心を回転中心として基板を回転させることにより、入射光が入射する位置での微細構造のフィリングファクタが変化し、０次回折光の透過率も変化する。入射光のビームの直径は、特に限定されないが、例えば２ｍｍである。
【００５２】
図１及び図３の実施例は基板の一方の表面にのみ微細構造の凹凸パターンが形成されたものを示しているが、基板の両面に微細構造の凹凸パターンを形成することもできる。その場合、基板の表側と裏側の対向する部分の微細構造の凹凸パターンのピッチを等しくし、フィリングファクタも等しくなるようにしてもよく、フィリングファクタは異なるようにしてもよい。基板の表側と裏側の微細構造のフィリングファクタの組合せにより、０次回折光の透過率を種々に変化させることができる。また、基板の表側と裏側の対向する部分の微細構造の凹凸パターンのピッチも必ずしも等しくしなくてもよい。
【００５３】
図４は第３の実施例を表したものである。この実施例の光アッテネータ１２では使用する光の波長に対し透明なガラス基板の表側と裏側の両面にそれぞれ微細構造１４ａと１４ｂを備えている。ここでは微細構造１４ａと１４ｂはピッチもフィリングファクタも基板の表面内で等しく、図１及び図２の実施例のように基板表面の場所によってフィリングファクタが異なることはない。図４の実施例はフィリングファクタの違いにより０次回折光の透過率を変化させるものではなく、微細構造に対する入射光の入射角を異ならせることによって０次回折光の透過率を変化させるものである。
【００５４】
図４（Ａ）のように、基板の両面に微細構造を形成した光アッテネータ１２を入射光の入射方向に対し傾斜させることによって透過率を変える。そのために、図４（Ｂ）に示すように入射光に対する光アッテネータ１２の傾斜角を変化させる機構を備える。なお、図４（Ｂ）において、１６はレーザ発振器であり、レーザ発振器１６からのレーザ光は光アッテネータ１２に入射し、透過した０次回折光が受光器１８により受光されて検出される。ここでは０次回折光の透過光強度を測定するために受光器１８を設置しているが、レーザ加工装置では受光器１８の位置に加工される対象物が配置される。
【００５５】
図４の実施例で微細構造の凹凸パターンをライン・アンド・スペースとし、ピッチを２０μｍとし、フィリングファクタと微細構造の凹凸パターンの凹部の深さを何種類かに異ならせて形成した光アッテネータについて、入射光の入射角度に対する０次回折光の透過率を図５に示す。各光アッテネータ内では微細構造のフィリングファクタは一定である。回転方向のα回転とは微細構造の凹凸の繰返し方向を回転軸とする回転、β回転とはα回転の回転軸と直交する方向を回転方向とする回転である。α回転とβ回転とで０次回折光の透過率に優位な差異は見られない。図５の結果から、いずれも垂直入射のときの透過率が最も高く、傾斜するにつれて透過率が減少していくことが分かる。そのため、所定の角度に設定することにより所望の透過率を得ることができる。
【００５６】
図５には参考例として、微細構造をもたないテンパックス（登録商標）基板の光入射角に対する透過光強度も示している。その場合の透過光は回折光ではなく、入射光が透過光と反射光に分割されたうちの透過光の比率を表わしている。
【００５７】
偏光状態と０次回折光の透過率との関係を図１０に示す。光アッテネータはピッチが２０μｍ、フィリングファクタが０.５のものと０.８のものである。入射光は波長１０６４ｎｍのレーザ光で、直線偏光である。凹凸パターンからなる微細構造の溝の方向に対し、入射直線偏光の振動方向が平行な場合を「ＴＥ」、入射直線偏光の振動方向が直交している場合を「ＴＭ」と呼ぶ。図１０の結果から、０次回折光の透過率に関し、直線偏光のＴＥ入射とＴＭ入射の間に差異はなく、入射直線偏光の振動方向に依存しないことを示している。このことから、本発明の光アッテネータへの入射光は直線偏光、楕円偏光又は円偏光のいずれであってもよく、種々の偏光が混ざったランダム偏光でもよいということがいえる。
【００５８】
図６と図７により製造方法の一例を示す。
【００５９】
図６はその第１の例である。
（Ａ）ガラス基板２０を用意し、その表面に（Ｂ）のようにフォトレジスト２２を形成する。
【００６０】
（Ｃ）レジスト２２に対し、マスクを介して露光し、現像し、リンスすることにより凹凸形状のレジストパターン２２ａを形成する。
【００６１】
（Ｄ）レジストパターン２２ａをマスクとしてガラス基板２０をドライエッチングによりパターン化する。このときは、目的とするパターンの溝の深さよりも幾らか深めにエッチングを行う。例えば目的の深さを２７００ｎｍとすれば、ここで形成する溝２３はそれよりも３００ｎｍ深い３０００ｎｍの深さになるようにパターン化を施す。
【００６２】
（Ｅ）レジストパターン２２ａを剥離した後、得られた凹凸パターンの凸部２４の高さを測定する。
【００６３】
（Ｆ）次に、凹凸パターンが形成されている表面全面にレジスト２６を塗布する。この状態ではレジスト２６は溝２３を埋めるとともに凸部２４の頂面にも存在する。
【００６４】
（Ｇ）凸部２４の頂面に存在するレジスト２６のみを除去し、溝２３にあるレジスト２６は残すようにする。このレジスト除去工程は、例えば酸素プラズマを用いたドライエッチングで行う。
【００６５】
（Ｈ）２回目のドライエッチングを行い、凸部２４の頂面をエッチングし、凸部２４の高さを所望の高さとなるようにする。
【００６６】
（Ｉ）溝２３に残ったレジスト２６を除去すれば微細構造が完成する。
【００６７】
図７は第２の製造方法を示したものである。この製造方法は、まず金型を製作し、その金型を用いて樹脂パターンを製品のガラス基板上に形成し、それをマスクとしてガラス基板をエッチングする方法である。
【００６８】
（Ａ）金型を製作するために金型材料４０として例えば直径６インチのシリコン基板を用い、その表面に電子線用レジスト４２を形成する。
【００６９】
（Ｂ）レジスト４２に対し、電子線描画を行い、現像とリンスを行ってレジストパターン４２ａを形成する。
【００７０】
（Ｃ）レジストパターン４２ａをマスクとしてシリコン基板４０をドライエッチングすることによりシリコン基板表面に金型パターン４４をもつ金型４６を形成する。
【００７１】
次に、この金型４６を用いてガラス基板にパターン化を行う。金型４６は繰り返し使用されるため、電子線用レジストへのパターン化は金型を製作するときの１回だけである。
【００７２】
（Ｄ）金型４６のパターンが形成された面に紫外線硬化型の樹脂４８を塗布し、その上から製品基板となるガラス基板５０を圧着する。これによりガラス基板５０の表面に樹脂４８に転写された微細構造用のパターンが形成される。
【００７３】
（Ｅ）ガラス基板５０側から紫外線を照射し、ガラス基板５０と金型４６の間にある樹脂４８を硬化させる。
【００７４】
（Ｆ）ガラス基板５０から金型４６を外し、樹脂パターン４８ａをマスクとしてガラス基板５０をドライエッチングによりエッチングし、樹脂パターン４８ａをガラス基板５０に転写する。このときガラス基板５０を面内方向に回転させながらドライエッチングを行うことにより均一にエッチングを進めることができる。
【００７５】
（Ｇ）樹脂４８ａを除去すると、ガラス基板５０に微細構造の凹凸パターン５２が転写された状態となる。
【００７６】
（Ｈ）その後、それぞれの光アッテネータ素子ごとに切り出す。
【００７７】
光アッテネータ素子は微細構造の凹凸パターンの表面に反射防止構造（ＡＲＳ構造）を形成しておくのが好ましい。反射防止構造は微細構造の凹凸パターンよりもさらに微細な凹凸構造であり、入射光の波長の半分以下のピッチをもつ凹凸構造である。反射防止構造の一例は、ピッチが２００ｎｍ、深さが１３０ｎｍの凹凸構造である。その凹凸構造を微細構造の凹凸パターンの凸部の表面と凹部の表面に一様に形成することにより、１０６４ｎｍ付近の光透過率を９９％に維持することができるようになる。
【００７８】
そのような反射防止構造は、微細構造の凹凸パターンを形成する前のガラス基板表面に写真製版とエッチングによる方法又は図７に示されたようなナノインプリント法により形成しておく。その後に図６又は図７の方法により微細構造の凹凸パターンを形成することになるが、予め反射防止構造が形成されていることが微細構造の凹凸パターンを形成する際の障害になることはない。
【００７９】
図８は光アッテネータモジュールの一実施例を概略的に表したものである。一実施例の光アッテネータ６０には移動機構６１が設けられている。移動機構６１は、光アッテネータ６０の形態に応じて、光アッテネータ６０を直線的に移動させることにより光アッテネータ６０に対する入射光の入射位置を変えて０次回折光の透過率を変化させるものであるか、光アッテネータ６０を回転中心の周りに回転させることにより光アッテネータ６０に対する入射光の入射位置を変えて０次回折光の透過率を変化させるものであるか、又は光アッテネータ６０に対する入射光の入射角度が変化するように入射光の入射方向に対するアッテネータ６０の入射面の角度を変位させるものである。
【００８０】
レーザ光源６２から光アッテネータ６０に入射するレーザ入射光６４の一部６８を分岐して取り出す第１の光分岐手段として、レーザ入射光６４の光路上に光スプリッタ６６が配置されている。光スプリッタ６６は例えばレーザ光６４に対して透明なガラス基板が入射光６４の一部を反射して取り出すように傾斜して設けられたものである。レーザ光源６２は発振されるレーザ光が直線偏光であるので、円偏光に変えるために（λ／４）波長板が設けられており、レーザ光源６２から出射されるレーザ光６４は円偏光をもっている。
【００８１】
光アッテネータ６０を透過した０次回折光からなる出射光７０の一部７４を分岐して取り出す第２の光分岐手段として、レーザ出射光７０の光路上に光スプリッタ７２が配置されている。光スプリッタ７２も例えばレーザ光６４に対して透明なガラス基板が出射光７０の一部を反射して取り出すように傾斜して設けられたものである。
【００８２】
光スプリッタ６６により入射光の一部として取り出された光６８を受光して検出するために第１の受光素子として例えばホトダイオード７６が配置され、光スプリッタ７２により出射光の一部として取り出された光７４を受光して検出するために第２の受光素子として例えばホトダイオード７８が配置されている。
【００８３】
ホトダイオード７６，７８の検出信号を取り込み、その検出信号のレベル比が設定した減衰率に対応したものとなるように移動機構６１を制御するために移動機構制御装置８０が設けられている。移動機構制御装置８０はコンピュータとインターフェースからなるコンピュータシステムである。
【００８４】
この光アッテネータモジュールはレーザ加工装置に適用されるのである場合には、光アッテネータ６０を透過したレーザ光は被加工物である対象物８２に照射される。
【００８５】
光スプリッタ６６，７２で取り出す光の割合は予めわかっているので、光スプリッタ６６，７２によるレーザ光の減衰率も予めわかっている。ホトダイオード７６，７８の検出信号のレベル比から光アッテネータ６０による減衰率を求めることができるので、対象物８２に照射されるレーザ光の強度を求めることもできる。
【００８６】
光アッテネータ６０が、入射光の入射位置が変わることにより０次回折光の透過率が変化するものである場合には、微細構造はフィリングファクタが連続的に又は段階的に変化するように形成されている。そのため、光アッテネータ６０に照射される入射光のビーム径の大きさによってはそのビーム径内でフィリングファクタが変化することがありうる。その場合には０次回折光の透過率の分解能という光アッテネータ機能の低下につながる。そこで、光アッテネータ６０に照射される入射光のビーム径の大きさを小さくして光アッテネータ機能の低下を防ぐためには、図８に示されているように、光アッテネータ６０に照射される入射光の光軸上に入射光のビーム径を小さくするための集光レンズ９０を配置し、光アッテネータ６０を透過した０次回折光を受光する位置にも集光レンズ９２を配置するのが好ましい。集光レンズ９２は０次回折光以外の回折光を受光しないように、集光レンズ９２の大きさを設定するか、集光レンズ９２の前に０次回折光以外の回折光を遮光する部材を配置する。
【符号の説明】
【００８７】
２      ガラス基板
４      微細構造
６      凸部（ライン）
８      溝（スペース）
９      凸部
１０      溝
１２，６０      光アッテネータ
１６      レーザ発振器
１８      受光器
６０      レーザ光源
６１      移動機構
６４      レーザ入射光
６６      第１の光分岐手段としての光スプリッタ
６８      レーザ入射光の一部
７０      ０次回折光からなる出射光
７２      第２の光分岐手段としての光スプリッタ
７４      出射光の一部
７６      第１の受光素子としてのホトダイオード
７８      第２の受光素子としてのホトダイオード
８０      移動機構制御装置
９０，９２      集光レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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