(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光を、非加工部を含む被加工物に照射することにより、被加工物に少なくとも１つの傾斜部を形成する加工装置において、
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加工物に照射し、被加工物に傾斜部を形成する結像光学系と、を備え、
前記変調マスクは、前記被加工物の傾斜部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部に隣接し、前記被加工物の非加工部に対応する変調マスク遮蔽部と、を有し、
前記変調マスク傾斜部は、複数の位相変調単位領域からなり、変調マスク傾斜部により位相変調され出射された光は、前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成し、
前記変調マスク遮蔽部は、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、
前記位相変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した位相変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さく、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒは、光の中心波長をλとし、結像光学系の出射側の開口数をＮＡとするとき、Ｒ＝０．６１λ／ＮＡで定義され、
前記位相変調単位領域は、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域と、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域と、からなり、
前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、変調マスク傾斜部におけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部のうち前記変調マスク遮蔽部に隣接する領域から遠ざかるにつれて｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布していることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記被加工物には、加工装置による加工によって、少なくとも１つの傾斜部と、前記傾斜部の底側に位置する最大加工部とが形成され、
前記変調マスクは、前記傾斜部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部の一側に隣接し、前記非加工部に対応する変調マスク遮蔽部と、各変調マスク傾斜部の他側に隣接し、前記最大加工部に対応する変調マスク透過部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記変調マスク透過部は、複数の位相変調単位領域からなるとともに、変調マスク透過部により位相変調され出射された光が前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成するものであり、
前記変調マスク透過部における第１位相変調単位領域の占有率をＣｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＣｐ２とし、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の加工装置。
【請求項４】
光源から出射された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する少なくとも１つの先細状テーパ穴を形成する加工装置において、
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加工物に照射し、被加工物にテーパ穴を形成する結像光学系と、を備え、
前記変調マスクは、前記テーパ穴の貫通部若しくは底部分に照射される光に対応する変調マスク透過部と、各変調マスク透過部の周縁に位置し、テーパ穴のテーパ部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部の周縁に位置する変調マスク遮蔽部と、を有し、
前記変調マスク傾斜部は、複数の位相変調単位領域からなり、変調マスク傾斜部により位相変調され出射された光は、前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成し、
前記変調マスク遮蔽部は、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、
前記位相変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した位相変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さく、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒは、光の中心波長をλとし、結像光学系の出射側の開口数をＮＡとするとき、Ｒ＝０．６１λ／ＮＡで定義され、
前記位相変調単位領域は、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域と、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域と、からなり、
前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、変調マスク傾斜部におけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部のうち前記変調マスク遮蔽部に隣接する領域から前記変調マスク透過部に隣接する領域に向かって｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布していることを特徴とする加工装置。
【請求項５】
前記変調マスク透過部は、複数の位相変調単位領域からなるとともに、変調マスク透過部により位相変調され出射された光が前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成するものであり、
前記変調マスク透過部における第１位相変調単位領域の占有率をＣｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＣｐ２とし、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係を満たすことを特徴とする請求項４に記載の加工装置。
【請求項６】
前記被加工物は、基本樹脂と、前記基本樹脂に添加されたフィラーとを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の加工装置。
【請求項７】
前記第１位相変調単位領域の第１の位相変調量と、前記第２位相変調単位領域の第２の位相変調量とが１８０度の奇数倍だけ異な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加工装置。
【請求項８】
光源から出射された光を、非加工部を含む被加工物に照射することにより、被加工物に少なくとも１つの傾斜部を形成する加工装置に組み込まれた変調マスクにおいて、
加工装置は、
光を出射する光源と、
前記光源の出射側に設けられ、光源からの光を位相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加工物に照射し、被加工物に傾斜部を形成する結像光学系と、を備え、
前記変調マスクは、前記被加工物の傾斜部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部に隣接し、前記被加工物の非加工部に対応する変調マスク遮蔽部と、を有し、
前記変調マスク傾斜部は、複数の位相変調単位領域からなり、変調マスク傾斜部により位相変調され出射された光は、前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成し、
前記変調マスク遮蔽部は、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、
前記位相変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した位相変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さく、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒは、光の中心波長をλとし、結像光学系の出射側の開口数をＮＡとするとき、Ｒ＝０．６１λ／ＮＡで定義され、
前記位相変調単位領域は、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域と、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域と、からなり、
前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、変調マスク傾斜部におけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部のうち前記変調マスク遮蔽部に隣接する領域から遠ざかるにつれて｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布していることを特徴とする変調マスク。
【請求項９】
前記被加工物には、前記加工装置による加工によって、少なくとも１つの傾斜部と、前記傾斜部の底側に位置する最大加工部とが形成され、
加工装置に組み込まれた前記変調マスクは、前記傾斜部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部の一側に隣接し、前記非加工部に対応する変調マスク遮蔽部と、各変調マスク傾斜部の他側に隣接し、前記最大加工部に対応する変調マスク透過部と、を有することを特徴とする請求項８に記載の変調マスク。
【請求項１０】
前記変調マスク透過部は、複数の位相変調単位領域からなるとともに、変調マスク透過部により位相変調され出射された光が前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成するものであり、
前記変調マスク透過部における第１位相変調単位領域の占有率をＣｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＣｐ２とし、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係を満たすことを特徴とする請求項９に記載の変調マスク。
【請求項１１】
光源から出射された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する少なくとも１つの先細状テーパ穴を形成する加工装置に組み込まれた変調マスクにおいて、
加工装置は、
光を出射する光源と、
前記光源の出射側に設けられ、光源からの光を位相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加工物に照射し、被加工物に傾斜部を形成する結像光学系と、を備え、
前記変調マスクは、前記テーパ穴の貫通部若しくは底部分に照射される光に対応する変調マスク透過部と、各変調マスク透過部の周縁に位置し、テーパ穴のテーパ部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部の周縁に位置する変調マスク遮蔽部と、を有し、
前記変調マスク傾斜部は、複数の位相変調単位領域からなり、変調マスク傾斜部により位相変調され出射された光は、前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成し、
前記変調マスク遮蔽部は、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、
前記位相変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した位相変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さく、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒは、光の中心波長をλとし、結像光学系の出射側の開口数をＮＡとするとき、Ｒ＝０．６１λ／ＮＡで定義され、
前記位相変調単位領域は、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域と、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域と、からなり、
前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、変調マスク傾斜部におけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部のうち前記変調マスク遮蔽部に隣接する領域から前記変調マスク透過部に隣接する領域に向かって｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布していることを特徴とする変調マスク。
【請求項１２】
前記変調マスク透過部は、複数の位相変調単位領域からなるとともに、変調マスク透過部により位相変調され出射された光が前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成するものであり、
前記変調マスク透過部における第１位相変調単位領域の占有率をＣｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＣｐ２とし、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の変調マスク。
【請求項１３】
前記被加工物は、基本樹脂と、前記基本樹脂に添加されたフィラーとを有することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の変調マスク。
【請求項１４】
前記第１位相変調単位領域の第１の位相変調量と、前記第２位相変調単位領域の第２の位相変調量とが１８０度の奇数倍だけ異なることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の変調マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から出射された光を、非加工部を含む被加工物に照射することにより、被加工物に少なくとも１つの傾斜部を形成する加工装置に関する。また本発明は、光源から出射された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する少なくとも１つの先細状テーパ穴を形成する加工装置に関する。また本発明は、加工装置で用いられる変調マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器などで用いられる部品において、部品（被加工物）を様々な形状に高精度で加工することが求められている。要求される形状の一例として、被加工物に傾斜部を形成することが挙げられる。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のノズルは、良好なインクの吐出性能を得るために、ノズルの先端部が基端部よりも細くなるよう傾斜（テーパ）がつけられた形状を有することが求められる。
【０００３】
図２０に、従来のインクジェットヘッドのノズル形成方法における加工装置１００を示す。加工装置１００のステージ１０９上には、ポリイミド等の樹脂プレートからなり、レーザ加工によりノズルが形成されるノズル形成用シート１０８が載置されている。レーザ光源１０２から出射されるパルス状のレーザ光は、光強度分布を均一化する照明光学系１０３を通過した後、マスク１０４に入射される。マスク１０４は、光を透過させる石英ガラス層１０５と、光を遮蔽する金属からなる光遮蔽層１０６とを積層することにより形成されており、また、光遮蔽層１０６はその中央部に円形の開口部１０６ａを有している。このため、マスク１０４に入射したレーザ光のうち、光遮蔽層１０６の開口部１０６ａに対応する領域に入射したレーザ光のみがマスク１０４を透過し、その他の光はマスク１０４の光遮蔽層１０６により遮蔽される。マスク１０４を透過したレーザ光は、結像光学系１０７によりノズル形成用シート１０８上に結像される。ノズル形成用シート１０８上に結像され照射された光は、光遮蔽層１０６の開口部１０６ａに対応する円形パターンを有しており、このため、ノズル形成用シート１０８が円形に加工される。これによって、テーパがつけられた形状を有するノズル１１０が作製される。
【０００４】
レーザ加工により作製されるノズル１１０のテーパ角と、照射されるレーザ光のエネルギー密度との間には、図２１に示すように、照射エネルギー密度を小さくするとテーパ角が大きくなる関係があることが知られている。この関係を利用することにより、照射されるレーザ光のエネルギー密度を調整して所望角度のテーパ部１１０ｂを形成することが可能となる。例えば特許文献１において、所定の角度を有するテーパ部１１０ｂを形成するよう、照射されるレーザ光のエネルギー密度を調整してノズル１１０を形成する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−６７３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようなノズルの形成方法においては、大きなテーパ角を得るために照射エネルギー密度を小さくすることにより、アブレーションレート( 一回のパルス光照射で除去される被加工物の深さ) が低下する。このため、同じ深さのテーパ穴を加工する場合でも、大きなテーパ角を得るためには、レーザ光の照射回数を増やす必要があり、これによって、テーパ穴を形成するのに必要な加工時間が長くなるという問題が生じる。また、レーザ光源１０２の寿命はレーザ光を出射した回数により決まるため、被加工物へのレーザ光の照射回数を増やすと、レーザ光源１０２の寿命が短くなり、これによって、レーザ光源１０１の交換頻度が増加するという問題も生じる。さらに、大きなテーパ角を得るために照射エネルギー密度を小さくすると、作製されたノズル１１０の先端部１１０ｃにおける内径のばらつきが大きくなるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、短い加工時間で精度良く被加工物に傾斜部を形成することができる加工装置を提供することを目的とする。また本発明は、当該加工装置で用いられる変調マスクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明は、光源から出射された光を、非加工部を含む被加工物に照射することにより、被加工物に少なくとも１つの傾斜部を形成する加工装置において、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加工物に照射し、被加工物に傾斜部を形成する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、前記被加工物の傾斜部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部に隣接し、前記被加工物の非加工部に対応する変調マスク遮蔽部と、を有し、前記変調マスク傾斜部は、複数の位相変調単位領域からなり、変調マスク傾斜部により位相変調され出射された光は、前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成し、前記変調マスク遮蔽部は、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、前記位相変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した位相変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さく、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒは、光の中心波長をλとし、結像光学系の出射側の開口数をＮＡとするとき、Ｒ＝０．６１λ／ＮＡで定義され、前記位相変調単位領域は、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域と、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域と、からなり、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、変調マスク傾斜部におけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部のうち前記変調マスク遮蔽部に隣接する領域から遠ざかるにつれて｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布していることを特徴とする加工装置である。
第１の本発明によれば、被加工物の非加工部に、被加工物を加工し得る強度を有する光が照射されるのを防ぐことができる。このことにより、非加工部が加工されるのを確実に防ぐことができる。
また第１の本発明によれば、被加工物の傾斜部に照射される光の強度を、被加工物の非加工部から遠ざかるにつれて連続的に大きくなるように調整することができる。このことにより、短い加工時間で精度良く被加工物に傾斜部を形成することができる。
【０００９】
第１の本発明において、前記被加工物には、加工装置による加工によって、少なくとも１つの傾斜部と、当該傾斜部の底側に位置する最大加工部とが形成されてもよい。この場合、前記変調マスクは、前記傾斜部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部の一側に隣接し、前記非加工部に対応する変調マスク遮蔽部と、各変調マスク傾斜部の他側に隣接し、前記最大加工部に対応する変調マスク透過部と、を有している。
【００１０】
第１の本発明において、前記変調マスク透過部は、複数の位相変調単位領域からなるとともに、変調マスク透過部により位相変調され出射された光が前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成するものであってもよい。この場合、前記変調マスク透過部における第１位相変調単位領域の占有率をＣｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＣｐ２とし、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係が満たされている。
【００１１】
第２の本発明は、光源から出射された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する少なくとも１つの先細状テーパ穴を形成する加工装置において、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加工物に照射し、被加工物にテーパ穴を形成する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、前記テーパ穴の貫通部若しくは底部分に照射される光に対応する変調マスク透過部と、各変調マスク透過部の周縁に位置し、テーパ穴のテーパ部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部の周縁に位置する変調マスク遮蔽部と、を有し、前記変調マスク傾斜部は、複数の位相変調単位領域からなり、変調マスク傾斜部により位相変調され出射された光は、前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成し、前記変調マスク遮蔽部は、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、前記位相変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した位相変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さく、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒは、光の中心波長をλとし、結像光学系の出射側の開口数をＮＡとするとき、Ｒ＝０．６１λ／ＮＡで定義され、前記位相変調単位領域は、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域と、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域と、からなり、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、変調マスク傾斜部におけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部のうち前記変調マスク遮蔽部に隣接する領域から前記変調マスク透過部に隣接する領域に向かって｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布していることを特徴とする加工装置である。
第２の本発明によれば、被加工物のうちテーパ穴が形成されない部分に、被加工物を加工し得る強度を有する光が照射されるのを防ぐことができる。このことにより、テーパ穴が形成されない部分が加工されるのを確実に防ぐことができる。
また第２の本発明によれば、被加工物の傾斜部に照射される光の強度を、被加工物の非加工部から貫通部若しくは底部分に向かうにつれて連続的に大きくなるように調整することができる。このことにより、短い加工時間で精度良く被加工物にテーパ穴を形成することができる。
【００１２】
第２の本発明において、前記変調マスク透過部は、複数の位相変調単位領域からなるとともに、変調マスク透過部により位相変調され出射された光が前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成するものであってもよい。この場合、前記変調マスク透過部における第１位相変調単位領域の占有率をＣｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＣｐ２とし、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係が満たされている。
【００１３】
第１および第２の本発明において、前記被加工物は、基本樹脂と、当該基本樹脂に添加されたフィラーとを有していてもよい。この場合、前記変調マスクを通って照射される光により、前記基本樹脂および前記フィラーが除去され、これによって被加工物が加工される。
【００１４】
第１および第２の本発明において、前記第１位相変調単位領域の第１の位相変調量と、前記第２位相変調単位領域の第２の位相変調量とが１８０度の奇数倍だけ異なっていてもよい。
【００１５】
第１および第２の本発明において、前記変調マスク遮蔽部は、光透過率が０である光遮蔽層からなっていてもよい。
【００１６】
第３の本発明は、光源から出射された光を、非加工部を含む被加工物に照射することにより、被加工物に少なくとも１つの傾斜部を形成する加工装置に組み込まれた変調マスクにおいて、加工装置は、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加工物に照射し、被加工物に傾斜部を形成する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、前記被加工物の傾斜部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部に隣接し、前記被加工物の非加工部に対応する変調マスク遮蔽部と、を有し、前記変調マスク傾斜部は、複数の位相変調単位領域からなり、変調マスク傾斜部により位相変調され出射された光は、前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成し、前記変調マスク遮蔽部は、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、前記位相変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した位相変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さく、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒは、光の中心波長をλとし、結像光学系の出射側の開口数をＮＡとするとき、Ｒ＝０．６１λ／ＮＡで定義され、前記位相変調単位領域は、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域と、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域と、からなり、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、変調マスク傾斜部におけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部のうち前記変調マスク遮蔽部に隣接する領域から遠ざかるにつれて｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布していることを特徴とする変調マスクである。
第３の本発明によれば、被加工物の非加工部に、被加工物を加工し得る強度を有する光が照射されるのを防ぐことができる。このことにより、非加工部が加工されるのを確実に防ぐことができる。
また第３の本発明によれば、被加工物の傾斜部に照射される光の強度を、被加工物の非加工部から遠ざかるにつれて連続的に大きくなるように調整することができる。このことにより、短い加工時間で精度良く被加工物に傾斜部を形成することができる。
【００１７】
第３の本発明において、前記被加工物には、前記加工装置による加工によって、少なくとも１つの傾斜部と、当該傾斜部の底側に位置する最大加工部とが形成されてもよい。この場合、加工装置に組み込まれた前記変調マスクは、前記傾斜部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部の一側に隣接し、前記非加工部に対応する変調マスク遮蔽部と、各変調マスク傾斜部の他側に隣接し、前記最大加工部に対応する変調マスク透過部と、を有している。
【００１８】
第３の本発明において、前記変調マスク透過部は、複数の位相変調単位領域からなるとともに、変調マスク透過部により位相変調され出射された光が前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成するものであってもよい。この場合、前記変調マスク透過部における第１位相変調単位領域の占有率をＣｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＣｐ２とし、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係が満たされている。
【００１９】
第４の本発明は、光源から出射された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する少なくとも１つの先細状テーパ穴を形成する加工装置に組み込まれた変調マスクにおいて、加工装置は、光を出射する光源と、前記光源の出射側に設けられ、光源からの光を位相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加工物に照射し、被加工物にテーパ穴を形成する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、前記テーパ穴の貫通部若しくは底部分に照射される光に対応する変調マスク透過部と、各変調マスク透過部の周縁に位置し、テーパ穴のテーパ部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部の周縁に位置する変調マスク遮蔽部と、を有し、前記変調マスク傾斜部は、複数の位相変調単位領域からなり、変調マスク傾斜部により位相変調され出射された光は、前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成し、前記変調マスク遮蔽部は、光を遮蔽する光遮蔽層を含み、前記位相変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した位相変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さく、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Ｒは、光の中心波長をλとし、結像光学系の出射側の開口数をＮＡとするとき、Ｒ＝０．６１λ／ＮＡで定義され、前記位相変調単位領域は、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域と、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域と、からなり、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、変調マスク傾斜部におけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部のうち前記変調マスク遮蔽部に隣接する領域から前記変調マスク透過部に隣接する領域に向かって｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布していることを特徴とする変調マスクである。
第４の本発明によれば、被加工物のうちテーパ穴が形成されない部分に、被加工物を加工し得る強度を有する光が照射されるのを防ぐことができる。このことにより、テーパ穴が形成されない部分が加工されるのを確実に防ぐことができる。
また第４の本発明によれば、被加工物の傾斜部に照射される光の強度を、被加工物の非加工部から貫通部若しくは底部分に向かうにつれて連続的に大きくなるように調整することができる。このことにより、短い加工時間で精度良く被加工物にテーパ穴を形成することができる。
【００２０】
第４の本発明において、前記変調マスク透過部は、複数の位相変調単位領域からなるとともに、変調マスク透過部により位相変調され出射された光が前記結像光学系の結像面に前記位相変調単位領域に基づく光強度分布を生成するものであってもよい。この場合、前記変調マスク透過部における第１位相変調単位領域の占有率をＣｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＣｐ２とし、前記変調マスク傾斜部における第１位相変調単位領域の占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域の占有率をＴｐ２とするとき、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係が満たされている。
【００２１】
第３および第４の本発明において、前記被加工物は、基本樹脂と、当該基本樹脂に添加されたフィラーとを有していてもよい。この場合、前記変調マスクを通って照射される光により、前記基本樹脂および前記フィラーが除去され、これによって被加工物が加工される。
【００２２】
第３および第４の本発明において、前記第１位相変調単位領域の第１の位相変調量と、前記第２位相変調単位領域の第２の位相変調量とが１８０度の奇数倍だけ異なっていてもよい。
【００２３】
第３および第４の本発明において、前記変調マスク遮蔽部は、光透過率が０である光遮蔽層からなっていてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、短い加工時間で精度良く被加工物に傾斜部を形成する加工装置を提供することができる。また本発明によれば、当該加工装置で用いられる変調マスクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明による加工装置を示す図。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態における変調マスクの出射側を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の変調マスクをＩＩｂ−ＩＩｂ方向から見た縦断面図。
【図３】図３（ａ）は、図２（ａ）に示す変調マスクのうち太枠で囲んだ領域を拡大して示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の各位相変調単位領域を示す縦断面図。
【図４】図４（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４（ｂ）は、結像面における点像分布関数を示す図、図４（ｃ）は、結像面における点像分布関数と変調マスク傾斜部および変調マスク透過部における位相変調単位領域との関係を示す図、図４（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５】図５（ａ）は、結像光学系における瞳関数を示す図、図５（ｂ）は、結像面における点像分布関数を示す図。
【図６】図６は、変調マスクの設計フローチャートを示す図。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第１の実施の形態において、被加工物に形成されるテーパ穴を示す縦断面図、図７（ｂ）は、被加工物に形成されるテーパ穴を示す平面図。
【図８】図８（ａ）は、第１の比較の形態において、被加工物に照射される光のエネルギー密度と、これによって加工される被加工物との関係を示す図、図８（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態において、被加工物に照射される光のエネルギー密度と、これによって加工される被加工物との関係を示す図。
【図９】図９は、第２の比較の形態における変調マスクの出射側を示す平面図。
【図１０】図１０（ａ）は、図９に示す変調マスクのうち太枠で囲んだ領域を拡大して示す図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の各振幅変調単位領域を示す縦断面図。
【図１１】図１１は、被加工物に形成されるテーパ穴の変形例を示す縦断面図。
【図１２】図１２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における変調マスクの出射側を示す平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の変調マスクをXＩＩｂ−XＩＩｂ方向から見た縦断面図。
【図１３】図１３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における被加工物を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の被加工物をXＩＩＩｂ−XＩＩＩｂ方向から見た縦断面図。
【図１４】図１４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の変形例における変調マスクの出射側を示す平面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の変調マスクをXＩVｂ−XＩVｂ方向から見た縦断面図。
【図１５】図１５（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の変形例における被加工物を示す平面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の被加工物をXVｂ−XVｂ方向から見た縦断面図。
【図１６】図１６（ａ）は、被加工物に形成されたテーパ穴の形状を示す縦断面図、図１６（ｂ）は、被加工物に照射されたレーザ光の強度分布Ｉを示す図、図１６（ｃ）は、被加工物に形成されたテーパ穴を示す平面図。
【図１７】図１７（ａ）は、実施例１における変調マスクを示す平面図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す変調マスクから出射された光の強度を示す図。
【図１８】図１８（ａ）は、位相変調単位領域の第２位相変調単位領域の形状を示す図、図１８（ｂ）は、第２位相変調単位領域の寸法誤差と、当該第２位相変調単位領域を含む位相変調単位領域により変調された光の強度との関係を示す図。
【図１９】図１９（ａ）は、比較例１における変調マスクを示す平面図、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す変調マスクから出射された光の強度を示す図。
【図２０】図２０は、従来の加工装置を示す図。
【図２１】図２１は、テーパ穴の傾斜と角度と照射エネルギーの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
第１の実施の形態
以下、図１乃至図７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。
【００２７】
（被加工物およびテーパ穴）
はじめに、図７を参照して、加工装置１０により加工される被加工物１８、および被加工物１８に形成されるテーパ穴２０について説明する。図７（ａ）は、被加工物１８に形成されるテーパ穴２０を示す縦断面図であり、図７（ｂ）は、被加工物１８に形成されるテーパ穴２０を示す平面図である。
【００２８】
図７（ａ）（ｂ）に示すように、被加工物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７（ａ）（ｂ）に示すように、被加工物１８に形成されるテーパ穴２０は、貫通部２０ａと、テーパ穴２０の基端部２０ｄから先端部２０ｃに向って貫通部２０ａが先細となるよう傾斜した面からなるテーパ部２０ｂとを有している。ここでテーパ部２０ｂの傾斜角度は、図７（ａ）に示すように角度φとなっている。なお図７（ａ）においては、被加工物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、被加工物１８の下面側にフィラー１８ｅが添加されていてもよい。また、被加工物１８全体にわたってフィラー１８ｅが添加されていてもよい。
【００２９】
被加工物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。例えば被加工物１８を加工してインクジェットヘッドのノズルを製造する場合、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、被加工物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、被加工物１８同士の滑りを良くすることができ、これによって、被加工物１８にテーパ穴２０を形成する際の作業性などを向上させることができる。
【００３０】
なお本実施の形態において、被加工物１８のうち、テーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される部分が最大加工部１８ａとなっており、テーパ穴のテーパ部２０ｂが形成される部分が傾斜部１８ｂとなっており、テーパ穴２０が形成されない部分が非加工部１８ｃとなっている（図７（ｂ）参照）。なお、最大加工部１８ａとは、被加工物１８のうち加工装置１０によって最も深く加工される部分であり、非加工部１８ｃとは、被加工物１８のうち加工装置１０によって加工されるのが好ましくない部分である。
【００３１】
（加工装置）
次に図１を参照して、加工装置１０全体について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態における加工装置１０を示す図である。図１に示すように、加工装置１０は、被加工物１８を載置する加工台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２４と、変調マスク２４の出射側に設けられ、変調マスク２４により変調された光を結像して被加工物１８に照射し、被加工物１８に貫通部２０ａとテーパ部２０ｂとを有する少なくとも１つのテーパ穴２０を形成する結像光学系１７と、を備えている。
【００３２】
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、アブレーションにより被加工物１８を加工するための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２４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。
【００３３】
変調マスク２４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。
【００３４】
変調マスク２４において変調されたレーザ光は、変調マスク２４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２４により変調された光を結像して被加工物１８に照射するものであり、図１に示すように、凸レンズ１７ａと、凸レンズ１７ｂと、両レンズ１７ａ、１７ｂの間に設けられた開口絞り１７ｃとを有している。なお開口絞り１７ｃの開口部１７ｋの大きさは、実質的に結像光学系１７の像側開口数ＮＡに対応している。後述するように、当該開口部１７ｋの大きさは被加工物１８において所要の光強度分布を発生させるように設定されている。
【００３５】
結像光学系１７により結像されたレーザ光は、被加工物１８に照射される。この被加工物１８は、３０８ｎｍの波長を有するレーザ光によるアブレーションが発生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。なお被加工物１８は、変調マスク２４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。
【００３６】
（変調マスク）
次に、図２（ａ）（ｂ）および図３（ａ）（ｂ）を参照して、本実施の形態における変調マスク２４について説明する。図２（ａ）は、変調マスク２４の出射側を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の変調マスク２４をＩＩｂ−ＩＩｂ方向から見た縦断面図である。なお本実施の形態において、変調マスク２４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３（ａ）は、図２（ａ）に示す変調マスク２４のうち太枠で囲んだ領域を拡大して示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の各位相変調単位領域を示す縦断面図である。
【００３７】
はじめに、図２（ａ）を参照して、変調マスク２４の出射側から見た場合の変調マスク２４の構造について説明する。図２（ａ）に示すように、変調マスク２４は、テーパ穴２０の貫通部２０ａに照射される光を位相変調する変調マスク透過部２４ａと、変調マスク透過部２４ａの周縁に位置し、テーパ穴２０のテーパ部２０ｂに照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部２４ｂと、変調マスク傾斜部２４ｂの周縁に位置し、被加工物１８の非加工部１８ｃに対応する変調マスク遮蔽部２４ｃとからなる。また図２（ｂ）に示すように、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂはそれぞれ、複数の位相変調単位領域２４ｅからなる。一方、図２（ｂ）に示すように、変調マスク遮蔽部２４ｃは、光を遮蔽する光遮蔽層２７を含んでいる。なお、変調マスク２４には、被加工物１８に形成されるテーパ穴２０の数に対応する数の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂがそれぞれ設けられるが、本実施の形態においては、変調マスク２４に変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂがそれぞれ１つ設けられている場合について説明する。
【００３８】
次に、位相変調単位領域２４ｅについて詳述する。変調マスク２４のうち、例えば変調マスク傾斜部２４ｂは、図３（ａ）に示すように、位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５を有している。またこれらの位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５を結像光学系１７の後述する結像面１７ｆに換算した振幅変調単位換算領域が結像光学系１７の後述する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るよう、変調マスク２４が設計されている。
【００３９】
また図３（ａ）に示すように、変調マスク傾斜部２４ｂの各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５はそれぞれ、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域２５ａ１〜２５ａ５と、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域２５ｂ１〜２５ｂ５とからなる。ここで図３（ａ）から明らかなように、変調マスク傾斜部２４ｂの各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５において、第１位相変調単位領域２５ａ１〜２５ａ５の占有率（各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５における第１位相変調単位領域２５ａ１〜２５ａ５の面積率）、および第２位相変調単位領域２５ｂ１〜２５ｂ５の占有率（各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５における第２位相変調単位領域２５ｂ１〜２５ｂ５の面積率）はそれぞれ異なっている。例えば位相変調単位領域２４ｅ１における第１位相変調単位領域２５ａ１の占有率は０．９０であり、第２位相変調単位領域２５ｂ１の占有率は０．１０である。また位相変調単位領域２４ｅ５における第１位相変調単位領域２５ａ５の占有率は０．５５であり、第２位相変調単位領域２５ｂ５の占有率は０．４５である。
【００４０】
次に、図３（ｂ）を参照して、変調マスク傾斜部２４ｂの各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５の構造について詳述する。図３（ｂ）は、各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５を示す縦断面図である。図３（ｂ）に示すように、変調マスク２４の各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５は、その表面に凹凸が設けられている透過性基板、例えば屈折率ｎの石英ガラス２６から形成されている。ここで、各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５のうち第１位相変調単位領域２５ａ１〜２５ａ５に対応する領域における石英ガラス２６の高さと、各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５のうち第２位相変調単位領域２５ｂ１〜２５ｂ５に対応する領域における石英ガラス２６の高さとの差をΔｈとする。この場合、空気の屈折率を１とすると、各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５において、第１位相変調単位領域２５ａ１〜２５ａ５における変調マスク２４の入射面から出射面２４ｈまでの光学距離と、第２位相変調単位領域２５ｂ１〜２５ｂ５における変調マスク２４の入射面から出射面２４ｈまでの光学距離との差は、Δｈ×（ｎ−１）になる。
【００４１】
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２５ａ１〜２５ａ５における位相変調量と第２位相変調単位領域２５ｂ１〜２５ｂ５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。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、各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５を形成する石英ガラス２６の屈折率ｎが１．４９の場合、Δｈが３１７ｎｍとなるよう各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５が設計されている。
【００４２】
なお、変調マスク傾斜部２４ｂの各位相変調単位領域２４ｅ１〜２４ｅ５について図３（ａ）（ｂ）を参照して説明したが、変調マスク透過部２４ａにおいても同様に、各々の位相変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した位相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くなるよう、変調マスク２４が設計されている。また、変調マスク透過部２４ａにおける各位相変調単位領域２４ｅも、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域２５ａと、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域２５ｂとからなる。
【００４３】
次に、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率、および第２位相変調単位領域２５ｂの占有率について説明する。本実施の形態において、変調マスク透過部２４ａにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率をＣｐ１、第２位相変調単位領域２５ｂの占有率をＣｐ２とする。同様に、変調マスク傾斜部２４ｂにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域２５ｂの占有率をＴｐ２とする。このとき、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係が満たされるよう変調マスク２４が設計されている。さらに、変調マスク傾斜部２４ｂにおけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部２４ｂのうち変調マスク遮蔽部２４ｃに隣接する領域から変調マスク透過部２４ａに隣接する領域に向かって｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布している。
【００４４】
次に、変調マスク遮蔽部２４ｃについて詳述する。上述のように、変調マスク遮蔽部２４ｃは、光を遮蔽する光遮蔽層２７を含んでいる。このため、マスク照明系１１から変調マスク２４に入射する光のうち変調マスク遮蔽部２４ｃに入射する光は、その大半が変調マスク遮蔽部２４ｃの光遮蔽層２７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２４に入射した光が、変調マスク遮蔽部２４ｃを透過して被加工物１８の非加工部１８ｃに照射されるのを防ぐことができ、このことにより、被加工物１８の非加工部１８ｃが加工されるのを確実に防ぐことができる。
【００４５】
変調マスク遮蔽部２４ｃの光遮蔽層２７の光透過率は、変調マスク遮蔽部２４ｃを透過して被加工物１８の非加工部１８ｃに照射される光の強度が被加工物１８のアブレーション閾値を超えないよう適宜選択される。例えば、光遮蔽層２７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２７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。
【００４６】
（光強度分布の生成原理）
次に、図４および図５を参照して、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂにより位相変調され出射された光が結像光学系１７の結像面に位相変調単位領域２４ｅに基づく光強度分布を生成する原理について説明する。ここで図４（ａ）は、結像光学系１７を示す図であり、図４（ｂ）は、結像面１７ｆにおける点像分布関数を示す図である。図４（ｃ）は、結像面１７ｆにおける点像分布関数と、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂにおける位相変調単位領域２４ｅとの関係を示す図であり、図４（ｄ）は、結像面１７ｆの点像分布関数内における光強度の概念を示す図である。図５（ａ）は、結像光学系１７における瞳関数を示す図であり、図５（ｂ）は、結像面１７ｆにおける点像分布関数を示す図である。
【００４７】
はじめに、レーザ光の強度とアブレーション深さとの関係について説明する。被加工物１８に照射されるレーザ光の強度と、被加工物１８のうちアブレーションにより除去される部分の深さ（アブレーションレート）との間には、一般に〔数１〕の関係式が成り立つことが知られている。
【数１】
0005424113.tif 000002
ここで、ｄはパルス状のレーザ光を被加工物１８に一回照射したときのアブレーションレート、αは被加工物１８の光吸収率、Ｉはレーザ光のエネルギー密度、Ｉｔｈは被加工物１８におけるアブレーション発生閾値を示す。
【００４８】
〔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、被加工物１８のうちレーザ光照射によって除去される部分の深さの合計は、レーザ光の照射回数に比例することが知られている。従って、被加工物１８に照射されるレーザ光のエネルギー密度Ｉを被加工物１８の場所に応じて任意に設定することにより、被加工物１８を任意の形状に加工することが可能となる。
【００４９】
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加工物１８の一部が除去された際に発生する飛散物によって、被加工物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、被加工物１８に照射されるレーザ光のエネルギーが、被加工物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。
【００５０】
次に、結像光学系１７における物体面（変調マスク２４）と結像面１７ｆ（被加工物１８）との関係について説明する。
【００５１】
結像光学系１７における物体面分布と結像面分布の関係は、一般にフーリエ結像論により扱うことができる。また、コヒーレンスファクタが０．５程度以下の場合は、コヒーレント結像として近似できる。この場合、結像面、すなわち被加工物１８における複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）は、以下の〔数２〕に示すように、変調マスク２４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
【数２】
0005424113.tif 000003
ここで、＊はコンボリューション（たたみ込み積分）を表す。
【００５２】
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〕）。
【数３】
0005424113.tif 000004
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。
【数４】
0005424113.tif 000005
【００５３】
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。図４（ａ）は、結像光学系１７を示す図であり、図４（ｂ）は、結像光学系１７の点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）を示す。なお図４（ｂ）において、横軸は、結像面１７ｆにおける位置に相当する。また図４（ｂ）において破線で示されている直径２Ｒの円筒形１７ｅは、結像光学系１７の点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）を円筒形で近似したものである。ここで、直径２Ｒの円筒形１７ｅの内側にある領域を、点像分布範囲１７ｌと呼ぶことにする。図４（ｃ）は、変調マスク２４上の位相変調単位領域２４ｅと点像分布範囲１７ｌとの関係を示している。
【００５４】
結像面１７ｆ、すなわち被加工物１８の複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）は、前述のとおり、変調マスク２４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４（ｃ）に示す円形の点像分布範囲１７ｌにおいて変調マスク２４の複素振幅透過率を均一重みで積分した結果が、結像面１７ｆにおける複素振幅になる。そして、結像面１７ｆにおける複素振幅の絶対値の二乗が、被加工物１８に照射されるレーザ光の強度となる。
【００５５】
点像分布範囲１７ｌでの変調マスク２４の複素振幅透過率の積分は、図４（ｄ）に示すように、単位円１７ｇ内における複素振幅透過率をあらわす複数のベクトル１７ｈの和として考えることができる。これらの複数のベクトル１７ｈの和の絶対値を二乗することにより、対応する被加工物１８上の位置における光照射強度が算出される。
【００５６】
図５（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５（ｂ）に示す点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）は、図５（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。
【００５７】
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。
【数５】
0005424113.tif 000006
ここで前述の点像分布範囲１７ｌは、図４（ｂ）または図５（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。
【００５８】
図４（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位相変調単位領域２４ｅが含まれている場合、すなわち図５（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、各位相変調単位領域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。
【００５９】
上述の説明から明らかなように、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂを通過した光の強度分布を自由に制御するためには、図４（ｃ）に示すように、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの位相変調単位領域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、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの位相変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した位相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。
【００６０】
ここで、例えば結像光学系１７の変調マスク２４側の面と結像面１７ｆとの倍率が１／５である場合、位相変調単位領域２４ｅを前述の結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した位相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２４が設計される。本実施の形態においては、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの位相変調単位領域２４ｅが５μｍ×５μｍの正方形からなるよう、変調マスク２４が設計されている。この場合、５μｍ×５μｍの正方形からなる位相変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した位相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。
【００６１】
次に、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂ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〕）。
【数６】
0005424113.tif 000007
〔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。
【００６２】
ここで、位相変調単位領域２４ｅの作用を再度考える。この位相変調単位領域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位相変調単位領域２４ｅの間で複素振幅透過率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）を含む位相変調単位領域２４ｅの内側に置き換えることができる。
【００６３】
次に、図４、図５を参照しながら、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂ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、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂ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２６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２６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。
【数７】
0005424113.tif 000008
ここで、Δｈは変調マスク２４に形成された凹部の深さ（凸部の高さ）を表している。
【００６４】
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、ある位相変調単位領域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、当該位相変調単位領域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。
【数８】
0005424113.tif 000009
【数９】
0005424113.tif 000010
ここで、Σは当該位相変調単位領域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。
【００６５】
簡単のため、変調マスク２４が図２（ａ）（ｂ）および図３（ａ）（ｂ）に示す変調マスク２４からなる場合、すなわち、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂにおける各位相変調単位領域２４ｅが２種類の位相変調領域（第１位相変調単位領域２５ａ、第２位相変調単位領域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位相変調単位領域２５ｂにより変調されたレーザ光の位相をそれぞれθ１（＝０）、θ２（＝θ）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。
【数１０】
0005424113.tif 000011
ここでＤ（ｐ）は、各位相変調単位領域２４ｅにおける第２位相変調単位領域２５ｂ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。
【数１１】
0005424113.tif 000012
【００６６】
上述のように、被加工物１８に形成するテーパ穴２０の大きさ、テーパ部２０ｂの傾斜角度などに応じて、〔数１〕に基づき、被加工物１８に照射されるレーザ光強度分布Ｉを設定することができる。さらに、所望のレーザ光強度分布Ｉが得られるよう、〔数１１〕に従い、各位相変調単位領域２４ｅにおける第２位相変調単位領域２５ｂ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２４を準備することにより、所望の大きさ、傾斜角度などを有するテーパ穴２０を被加工物１８に形成することが可能となる。
【００６７】
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。
【００６８】
（変調マスクの設計手順）
まず、変調マスク２４の設計手順について説明する。はじめに図６を参照して、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの設計手順について説明する。図６は、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂを設計するためのフローチャートを示す図である。
【００６９】
（イ）予め変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂを、位相変調単位領域２４ｅを単位として区分けしておく。この位相変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した位相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い領域である。
（ロ）まず、被加工物１８に形成するテーパ穴２０の形状を入力する（Ｓ２０１）。例えば、被加工物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。
（ハ）次に、レーザ光の照射回数ｍを入力する（Ｓ２０２）。
（ニ）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（Ｓ２０３）。
（ホ）その後、アブレーションレートｄ（ｘ，ｙ）と〔数１〕とに基づき、所望形状を有するテーパ穴２０を形成するために被加工物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（Ｓ２０４）。
（ヘ）次に、レーザ光の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）と〔数１１〕とに基づき、変調マスク２４における第２位相変調単位領域２５ｂの面積率Ｄ（ｐ）が算出される（Ｓ２０５）。面積率Ｄ（ｐ）は、位相変調単位領域２４ｅを単位として区分けされた領域ごとに算出される。
（ト）最後に、面積率Ｄ（ｐ）に基づいて、変調マスク２４のパターンが決定される。例えば、位相変調単位領域２４ｅが一辺１μｍの正方形からなり、ある位相変調単位領域２４ｅにおける面積率Ｄ（ｐ）が０．５７と算出されている場合、当該位相変調単位領域２４ｅ内には一辺０．７５μｍ（＝（０．５７）１/２×１．０μｍ)の正方形からなる凸部が第２位相変調単位領域２５ｂとして形成される。
【００７０】
なおレーザ光を照射することにより被加工物１８に図７（ａ）（ｂ）に示すテーパ穴２０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加工物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、被加工面１８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、被加工物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、被加工物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加工物１８にテーパ穴２０を実際に形成した場合、形成されたテーパ穴２０の傾斜角度φは、前述のＳ２０１において入力したテーパ穴２０の形状に対応する傾斜角度φ１（図１６参照）よりも大きくなる傾向がある。すなわち、背景技術の説明において既に述べたように、テーパ穴２０を形成する部分に照射するレーザ光の強度が一定の場合でも、図１８に示す関係に基づいて一定の傾斜角度φ２が形成される。このため、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの設計は、テーパ穴２０の所望の傾斜角度φに基づいて行われるのではなく、実施例１にて後述するように、図２１に示す関係に基づいて形成される一定の傾斜角度φ２を考慮した傾斜角度φ１（＝φ−φ２）に基づいて行われる。
【００７１】
次に、変調マスク２４の変調マスク遮蔽部２４ｃの設計手順について説明する。図２（ｂ）に示すように、変調マスク遮蔽部２４ｃは、石英ガラス２６と、石英ガラス２６上に積層された光遮蔽層２７とを含んでいる。この場合、変調マスク遮蔽部２４ｃの光透過率は、光遮蔽層２７の光透過率により決定される。すなわち、変調マスク遮蔽部２４ｃの光透過率は、光遮蔽層２７の光透過率とほぼ等しくなっている。
【００７２】
上述のように、変調マスク遮蔽部２４ｃの光遮蔽層２７の光透過率は、変調マスク遮蔽部２４ｃを透過して被加工物１８の非加工部１８ｃに照射される光の強度が被加工物１８のアブレーション閾値を超えないよう適宜選択される。例えば、変調マスク遮蔽部２４ｃに光遮蔽層２７が設けられていない場合の像面における光の強度が１０００ｍＪ／ｃｍ２であり、被加工物１８のアブレーション閾値が５０ｍＪ／ｃｍ２である場合、光透過率が０．０５よりも小さくなるよう光遮蔽層２７が選択される。このため、後述するように、変調マスク遮蔽部２４ｃから、被加工物１８の非加工部１８ｃを加工し得る強度を有する光が出射されるのを防ぐことができ、このことにより、被加工物１８の非加工部１８ｃが加工されるのを確実に防ぐことができる。
【００７３】
（テーパ穴の形成方法）
次に、本実施の形態における加工装置１０を用いて、被加工物１８にテーパ穴２０を形成する方法について説明する。
【００７４】
まず、加工台１９上に被加工物１８を予め載置しておく。次に、マスク照明系１１から、面内強度分布が均一化されたレーザ光を出射させる。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２４に入射させる。変調マスク２４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２４のパターンに応じて変調または遮蔽される。
【００７５】
変調マスク２４から出射されたレーザ光は、結合光学系１７に入射される。前述のとおり、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂにおける位相変調単位領域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るよう設計されている。このため、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂを通った後に結像光学系１７から出射され被加工物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布は、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの各位相変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調単位領域２５ｂの面積率に対応する強度分布を有している。
【００７６】
上述のように、変調マスク透過部２４ａにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率がＣｐ１、第２位相変調単位領域２５ｂの占有率がＣｐ２となっており、変調マスク傾斜部２４ｂにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率がＴｐ１、第２位相変調単位領域２５ｂの占有率がＴｐ２となっている。ここで、本実施の形態によれば、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係が満たされるよう変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂが設計されている。さらに、変調マスク傾斜部２４ｂにおけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部２４ｂのうち変調マスク遮蔽部２４ｃに隣接する領域から変調マスク透過部２４ａに隣接する領域に向かって｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布している。このため、被加工物１８のうちテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される最大加工部１８ａには高い強度を有する光を照射し、被加工物１８のうちテーパ穴２０のテーパ部２０ｂが形成される傾斜部１８ｂにはそれよりも低い強度を有するレーザ光を照射することができる。さらに、テーパ穴２０のテーパ部２０ｂに、テーパ穴２０の基端部２０ｄから先端部２０ｃに向って強度が増加する光を照射することができる。これによって、光強度を低下させることなく、任意の傾斜角度φを有するテーパ穴２０を形成することが可能となる。このことにより、光エネルギーを低下させる従来技術の場合と比べ、形成されるテーパ穴２０の先端部２０ｃにおける内径のばらつきを小さくするとともに、加工に要する時間を短くすることが可能となる。
【００７７】
なお、被加工物１８を加工してテーパ穴２０を形成する際、被加工物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、被加工物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。
【００７８】
また本実施の形態によれば、変調マスク遮蔽部２４ｃは、光を遮蔽する光遮蔽層２７を含んでいる。このため、マスク照明系１１から変調マスク２４に入射する光のうち変調マスク遮蔽部２４ｃに入射する光は、その大半が変調マスク遮蔽部２４ｃの光遮蔽層２７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２４に入射した光が、変調マスク遮蔽部２４ｃを透過して被加工物１８の非加工部１８ｃに照射されるのを防ぐことができ、このことにより、被加工物１８の非加工部１８ｃが加工されるのを確実に防ぐことができる。
【００７９】
（第１の比較の形態）
次に、図８（ａ）（ｂ）を参照して、本実施の形態の効果を、第１の比較の形態と比較して説明する。図８（ａ）は、第１の比較の形態において、被加工物１８に照射される光のエネルギー密度と、これによって加工される被加工物１８との関係を示す図である。一方、図８（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態において、被加工物１８に照射される光のエネルギー密度と、これによって加工される被加工物１８との関係を示す図である。
【００８０】
上述のように、被加工物１８は、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。一般に、フィラー１８ｅのアブレーション閾値は基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも大きくなっている。
【００８１】
図８（ａ）に示すように、第１の比較の形態において、被加工物１８の非加工部１８ｃに照射される光の照射エネルギーは、基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも大きく、かつフィラー１８ｅ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、図８（ａ）に示すように、非加工部１８ｃにおいて、基本樹脂１８ｄはアブレーション加工されるが、一方、フィラー１８ｅはアブレーション加工されない。これによって、図８（ａ）に示すように、非加工部１８ｃの表面において、フィラー１８ｅが添加されている位置に対応して凹凸が形成される。
【００８２】
図８（ａ）に示すような凹凸の表面を有する加工済みの被加工物１８を、インクジェットヘッドのノズルとして使用する場合、凹凸部分がインク室と接触することになる。この場合、インク中に存在する異物が凹凸部分に付着しやすくなり、これによってインクの流れが妨げられるという問題が生じることが考えられる。さらに、インクの流れが凹凸部分の近傍において滞流しやすくなり、このため凹凸部分の近傍においてインクが固形化しやすくなることが考えられる。凹凸部分の近傍においてインクが固形化すると、これによってインクの流れが妨げられる。
このように、被加工物１８の非加工部１８ｃに照射される光の照射エネルギーが、基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも大きくなっている場合、被加工物１８の非加工部１８ｃの表面に凹凸が形成され、これによって、インクの流れが妨げられるという問題が生じることが考えられる。
【００８３】
また、被加工物１８の非加工部１８ｃに照射される光の照射エネルギーが、基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも大きくなっている場合、以下の問題がさらに生じることも考えられる。１つは、非加工部１８ｃの基本樹脂１８ｄがアブレーション加工されることにより、被加工物１８の厚さが想定よりも低くなってしまうという問題である。その他にも、アブレーション加工により発生するデブリ（破片）が増えるという問題が生じることが考えられる。さらに、加工前に被加工物１８に保護材料や撥水材料を成膜している場合、これらの材料が非加工部１８ｃに照射される光によりアブレーションされ、このため被加工物１８表面の保護機能および撥水機能が失われてしまうという問題が生じることも考えられる。
【００８４】
これに対して本実施の形態によれば、変調マスク遮蔽部２４ｃは、光を遮蔽する光遮蔽層２７を含んでいる。このため、マスク照明系１１から変調マスク２４に入射する光のうち変調マスク遮蔽部２４ｃに入射する光は、その大半が変調マスク遮蔽部２４ｃの光遮蔽層２７により遮蔽される。これによって、図８（ｂ）に示すように、フィラー１８ｅおよび基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも大きな照射エネルギー密度を有する光が被加工物１８の非加工部１８ｃに照射されるのを防ぐことができる。
【００８５】
このため本実施の形態によれば、図８（ｂ）に示すように、非加工部１８ｃの表面において、フィラー１８ｅが添加されている位置に対応して凹凸が形成されるのを防ぐことができる。従って、加工済みの被加工物１８をインクジェットヘッドのノズルとして使用する場合に、インク中に存在する異物が被加工物１８の非加工部１８ｃに付着するのを抑制することができる。このため、インクの流れをスムーズにすることができるとともに、被加工物１８の非加工部１８ｃにおいてインクが固形化するのを防ぐことができる。
【００８６】
また本実施の形態によれば、フィラー１８ｅおよび基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも大きな照射エネルギー密度を有する光が被加工物１８の非加工部１８ｃに照射されるのを防ぐことにより、以下の利点がさらにもたらされる。１つの利点は、非加工部１８ｃの基本樹脂１８ｄがアブレーション加工されるのを防ぐことにより、被加工物１８の厚さを想定どおりに保つことができるという利点である。その他の利点は、アブレーション加工により発生するデブリを最小限にすることができるという利点である。さらなる利点は、加工前に被加工物１８に保護材料や撥水材料を成膜している場合に、これらの材料が非加工部１８ｃに照射される光によりアブレーションされるのを防ぐことができ、これによって、被加工物１８表面の保護機能および撥水機能を保つことができるという利点である。
【００８７】
（第２の比較の形態）
次に、図９および図１０（ａ）（ｂ）を参照して、本実施の形態の効果を、第２の比較の形態と比較して説明する。図９は、第２の比較の形態における変調マスクの出射側を示す平面図である。図１０（ａ）は、図９に示す変調マスクのうち太枠で囲んだ領域を拡大して示す図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の各振幅変調単位領域を示す縦断面図である。
【００８８】
図９および図１０（ａ）（ｂ）に示す第２の比較の形態においては、変調マスク透過部および変調マスク傾斜部がそれぞれ、複数の振幅変調単位領域からなっている。図９および図１０（ａ）（ｂ）に示す第２の比較の形態において、図１乃至図７および図８（ｂ）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。
【００８９】
図９に示すように、第２の比較の形態における変調マスク１１４は、テーパ穴２０の貫通部２０ａに照射される光を振幅変調する変調マスク透過部１１４ａと、変調マスク透過部１１４ａの周縁に位置し、テーパ穴２０のテーパ部２０ｂに照射される光を振幅変調する変調マスク傾斜部１１４ｂと、変調マスク傾斜部１１４ｂの周縁に位置し、被加工物１８の非加工部１８ｃに対応する変調マスク遮蔽部１１４ｃとからなる。このうち変調マスク透過部１１４ａおよび変調マスク傾斜部１１４ｂはそれぞれ、複数の振幅変調単位領域１１４ｅからなる。一方、変調マスク遮蔽部１１４ｃは、光を遮蔽する光遮蔽層２７を含んでいる。
【００９０】
次に、振幅変調単位領域１１４ｅについて詳述する。変調マスク１１４のうち、例えば変調マスクテーパ傾斜部１１４ｂは、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、振幅変調単位領域１１４ｅ１〜１１４ｅ５を有している。また図１０（ａ）（ｂ）に示すように、変調マスク傾斜部１１４ｂの各振幅変調単位領域１１４ｅ１〜１１４ｅ５はそれぞれ、第１の光透過率を有する第１振幅変調単位領域１１５ａ１〜１５ａ５と、第１の光透過率よりも小さい第２の光透過率を有する第２振幅変調単位領域１１５ｂ１〜１１５ｂ５とからなる。ここで図１０（ａ）から明らかなように、変調マスク傾斜部１１４ｂの各振幅変調単位領域１１４ｅ１〜１１４ｅ５において、第１振幅変調単位領域１１５ａ１〜１１５ａ５の占有率（各振幅変調単位領域１１４ｅ１〜１１４ｅ５における第１振幅変調単位領域１１５ａ１〜１１５ａ５の面積率）はそれぞれ異なっている。例えば振幅変調単位領域１１４ｅ１における第１振幅変調単位領域１１５ａ１の占有率は０．８０であり、振幅変調単位領域１１４ｅ５における第１振幅変調単位領域１５ａ１の占有率は０．１０である。
【００９１】
第２の比較の形態においては、振幅変調単位領域１１４ｅ１〜１１４ｅ５を結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した振幅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くなるよう、変調マスク１１４が設計されている。このため、前述の数１〜数６に示す第１の実施の形態における加工の原理から明らかなように、変調マスク傾斜部１１４ｂを通った後に結像光学系１７から出射され被加工物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布は、変調マスク傾斜部１１４ｂの各振幅変調単位領域１１４ｅにおける第１振幅変調単位領域１１５ａおよび第１振幅変調単位領域１１５ｂの面積率に対応する強度分布を有している。同様に、変調マスク透過部１１４ａを通った後に結像光学系１７から出射され被加工物１８上に結像されるレーザ光の光強度分布は、変調マスク透過部１１４ａの各振幅変調単位領域１１４ｅにおける第１振幅変調単位領域１１５ａおよび第１振幅変調単位領域１１５ｂの面積率に対応する強度分布を有している。
【００９２】
なお図１０（ｂ）に示すように、第１の光透過率よりも小さい第２の光透過率を有する第２振幅変調単位領域１１５ｂ１〜１１５ｂ５は、それぞれ光遮蔽層２７を含んでいる。すなわち、各第２振幅変調単位領域１１５ｂ１〜１１５ｂ５においては、光遮蔽層２７が光を吸収および反射することにより、第１の光透過率よりも小さい第２の光透過率が実現されている。
【００９３】
第２の比較の形態において、変調マスク透過部１１４ａにおける第１振幅変調単位領域１１５ａの占有率をＣａ１、変調マスク傾斜部１１４ｂにおける第１振幅変調単位領域１１５ａの占有率をＴａ１とするとき、Ｃａ１＞Ｔａ１の関係が満たされるよう変調マスク１１４が設計されている。さらに、変調マスク傾斜部１１４ｂにおけるＴａ１の分布は、変調マスク傾斜部１１４ｂのうち変調マスク透過部１１４ａに隣接する領域から変調マスク遮蔽１１４ｃに隣接する領域に向かってＴａ１が減少するよう分布している。このため、被加工物１８のうちテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される最大加工部１８ａには高い強度を有する光を照射し、被加工物１８のうちテーパ穴２０のテーパ部２０ｂが形成される傾斜部１８ｂにはそれよりも低い強度を有するレーザ光を照射することができる。さらに、テーパ穴２０のテーパ部２０ｂに、テーパ穴２０の基端部２０ｄから先端部２０ｃに向って強度が増加する光を照射することができる。
【００９４】
しかしながら、図９および図１０（ａ）（ｂ）に示す第２の比較の形態においては、以下のような問題が生じることが考えられる。変調マスク１１４を用いたレーザ加工においては、変調マスク１１４に高い強度を有する光、例えば１０００ｍＪ／ｃｍ２の強度を有する光が照射される。また図１０（ｂ）に示すように、変調マスク１１４の変調マスク透過部１１４ａおよび変調マスク傾斜部１１４ｂにおいて、光遮蔽層２７の側端部２７ａが照射光に対して露出されている。また上述のように、光遮蔽層２７は、照射される光を吸収および反射するものである。このため、光遮蔽層２７においては、光の吸収に起因して熱が発生することが考えられる。この場合、レーザの照射を繰り返すごとに、光遮蔽層２７の側端部２７ａが熱により劣化して次第に除去されることが考えられる。
【００９５】
レーザの照射を繰り返すごとに光遮蔽層２７の側端部２７ａが次第に除去されることは、レーザの照射を繰り返すごとに第１振幅変調単位領域１１５ａおよび第２振幅変調単位領域１１５ｂの占有率が変化することを意味する。このため、変調マスク傾斜部１１４ｂから出射される光の強度の分布が次第に変化することが考えられる。このことにより、変調マスク１１４を備えた加工装置によって被加工物１８にテーパ穴２０を形成する場合、テーパ穴２０のテーパ部２０ｂの傾斜角度が次第に変化することが考えられる。
【００９６】
これに対して本実施の形態によれば、変調マスク２４において、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂはそれぞれ、複数の位相変調単位領域２４ｅからなる。各位相変調単位領域２４ｅは、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域２５ａと、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域２５ｂとからなっており、第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調単位領域２５ｂはそれぞれ、石英ガラス２６における光学距離に差をつけることにより構成されている。このため、レーザの照射を繰り返した場合であっても、第１位相変調単位領域２５ａまたは第２位相変調単位領域２５ｂのどちらか一方が熱により劣化して除去されることはなく、従って、第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調単位領域２５ｂの占有率が経時的に変化することはない。このことにより、変調マスク２４を備えた加工装置１０によって被加工物１８にテーパ穴２０を形成する際、常に一定の傾斜角度を有するテーパ穴２０を形成することができる。また本実施の形態によれば、変調マスク遮蔽部２４ｃは、ベタパターンからなる光遮蔽層２７を含んでいる。すなわち、変調マスク遮蔽部２４ｃの内側において、照射光に対して露出している光遮蔽層２７の端部は存在しない。このため、変調マスク遮蔽部２４ｃの内側において、光遮蔽層２７が熱により劣化して除去されることはなく、このことにより、アブレーション閾値よりも大きな照射エネルギー密度を有する光が被加工物１８の非加工部１８ｃに照射されるのを常に確実に防ぐことができる。
【００９７】
なお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、被加工物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。
【００９８】
また本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、被加工物１８の材料、結像光学系１７の変調マスク２４側の面と結像面との倍率、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。
【００９９】
また本実施の形態において、被加工物１８の基本樹脂１８ｄにフィラー１８ｅが添加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、被加工物１８がフィラー１８ｅを有していなくてもよい。
【０１００】
また本実施の形態において、加工装置１０により被加工物１８に貫通部２０ａとテーパ部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、加工装置１０により被加工物１８に非貫通のテーパ穴２０、すなわち底部分とテーパ部２０ｂとを有するテーパ穴２０を形成してもよい。または、図１１に示すように、先端部２０ｃからレーザ光の照射方向に平行に延びる円柱状のストレート部２０ｅと、基端部２０ｄからストレート部２０ｅに向って先細になるとともにストレート部ｅとなめらかにつなげられたテーパ部２０ｂとを有するテーパ穴２０を形成してもよい。
【０１０１】
また本実施の形態において、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの位相変調単位領域２４ｅが５μｍ×５μｍの正方形からなるよう、変調マスク２４が設計される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、位相変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した位相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くなる限りは、変調マスク２４を任意に設計することが可能である。
【０１０２】
また本実施の形態において、第１位相変調単位領域２５aの第１の位相変調量と、第２位相変調単位領域２５ｂの第２の位相変調量とが１８０度の奇数倍だけ異なるよう変調マスク２４が設計される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、〔数１１〕に示すように、位相変調量の差を任意に設定することが可能である。
【０１０３】
また本実施の形態において、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの各位相変調単位領域２４ｅが２種類の位相変調領域（第１位相変調単位領域２５ａ、第２位相変調単位領域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、各位相変調単位領域２４ｅを３種類またはそれ以上の位相変調領域から形成してもよい。
【０１０４】
また本実施の形態において、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａが、複数の位相変調単位領域２４ｅからなり、変調マスク透過部２４ａ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１７ｆに、位相変調単位領域２４ｅに基づく光強度分布を生成する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、変調マスク透過部２４ａに入射された光が位相変調されることなく変調マスク透過部２４ａから出射されるよう、変調マスク透過部２４ａを形成してもよい。例えば、変調マスク透過部２４ａ全域にわたって、変調マスク透過部２４ａを構成する石英ガラス２６の高さを単一の高さにしてもよい。この場合、変調マスク透過部２４ａに入射された光は、入射時とほぼ等しい強度で、変調マスク透過部２４ａから出射される。このため、被加工物１８の最大加工部１８ａに、より高い強度を有する光を照射することができ、これによって、形成されるテーパ穴２０の先端部２０ｃにおける内径のばらつきを小さくするとともに、加工に要する時間を短くすることができる。また、変調マスク透過部２４ａを構成する石英ガラス２６の高さが単一の高さとなっているため、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａをより容易に製造することができる。
【０１０５】
また本実施の形態において、円形状を有するテーパ穴２０が被加工物１８に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、楕円形状、矩形形状、その他様々な形状を有するテーパ穴２０を被加工物１８に形成してもよい。
【０１０６】
第２の実施の形態
次に、図１２および図１３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１２および図１３に示す第２の実施の形態においては、光源から出射された光を、非加工部を含む被加工物に照射することにより、被加工物に、少なくとも１つの傾斜部と、当該傾斜部の底側に位置する最大加工部とが形成される。また変調マスクは、被加工物の傾斜部に照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部と、各変調マスク傾斜部の一側に隣接し、被加工物の非加工部に対応する変調マスク遮蔽部と、各変調マスク傾斜部の他側に隣接し、被加工物の最大加工部に対応する変調マスク透過部と、を有している。図１２および図１３に示す第２の実施の形態において、図１乃至図７および図８（ｂ）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。
【０１０７】
（被加工物）
はじめに図１３（ａ）（ｂ）を参照して、被加工物１８に形成される傾斜部１８ｂについて説明する。図１３（ａ）は、本実施の形態における被加工物１８を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の被加工物１８をXＩＩＩｂ−XＩＩＩｂ方向から見た縦断面図である。
【０１０８】
図１３（ａ）（ｂ）に示すように、被加工物１８に形成される傾斜部１８ｂは、被加工物１８の最上面である非加工部１８ｃから下方に向って傾斜した部分となっている。また図１３（ａ）（ｂ）に示すように、傾斜部１８ｂの底側（下側）には最大加工部１８ａが形成されている。なお、最大加工部１８ａとは、被加工物１８のうち加工装置１０によって最も深く加工される部分であり、非加工部１８ｃとは、被加工物１８のうち加工装置１０によって加工されるのが好ましくない部分である。
【０１０９】
（変調マスク）
次に、図１２（ａ）（ｂ）を参照して、本実施の形態における変調マスク３１について説明する。図１２（ａ）は、変調マスク３１の出射側から見た場合の変調マスク３１を示す平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の変調マスク３１をXＩＩｂ−XＩＩｂ方向から見た縦断面図である。
【０１１０】
図１２（ａ）に示すように、変調マスク３１は、被加工物１８の傾斜部１８ｂに照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部２４ｂと、変調マスク傾斜部２４ｂの一側２４ｆに隣接し、被加工物１８の非加工部１８ｃに対応する変調マスク遮蔽部２４ｃと、変調マスク傾斜部２４ｂの他側２４ｇに隣接し、被加工物１８の最大加工部１８ａに照射される光を位相変調する変調マスク透過部２４ａと、を有している。また図１乃至図７および図８（ｂ）に示す第１の実施の形態の場合と同様に、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂはそれぞれ、複数の位相変調単位領域２４ｅからなる（図１２（ａ）（ｂ）参照）。一方、図１２（ｂ）に示すように、変調マスク遮蔽部２４ｃは、光を遮蔽する光遮蔽層２７を含んでいる。なお、変調マスク３１には、被加工物１８に形成される傾斜部１８ｂの数に対応する数の変調マスク傾斜部２４ｂが設けられるが、本実施の形態においては、変調マスク３１に変調マスク傾斜部２４ｂが１つ設けられている場合について説明する。
【０１１１】
図１乃至図７および図８（ｂ）に示す第１の実施の形態の場合と同様に、変調マスク３１の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂ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（被加工物１８）に、各位相変調単位領域２４ｅに基づく光強度分布を生成する。また各位相変調単位領域２４ｅはそれぞれ、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域２５ａと、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域２５ｂとからなる。本実施の形態における位相変調単位領域２４ｅは、図１乃至図７および図８（ｂ）に示す第１の実施の形態における位相変調単位領域２４ｅと同一であるので、詳細な説明は省略する。
【０１１２】
次に、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率、および第２位相変調単位領域２５ｂの占有率について説明する。本実施の形態において、変調マスク透過部２４ａにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率をＣｐ１、第２位相変調単位領域２５ｂの占有率をＣｐ２とする。同様に、変調マスク傾斜部２４ｂにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域２５ｂの占有率をＴｐ２とする。このとき、｛（Ｃｐ１−Ｃｐ２）の絶対値｝＞｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝の関係が満たされるよう変調マスク３１が設計されている。さらに、変調マスク傾斜部２４ｂにおけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部２４ｂのうち変調マスク遮蔽部２４ｃに隣接する領域から変調マスク透過部２４ａに隣接する領域に向かって｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布している。
【０１１３】
次に、変調マスク遮蔽部２４ｃについて詳述する。上述のように、変調マスク遮蔽部２４ｃは、光を遮蔽する光遮蔽層２７を含んでいる。このため、マスク照明系１１から変調マスク３１に入射する光のうち変調マスク遮蔽部２４ｃに入射する光は、その大半が変調マスク遮蔽部２４ｃの光遮蔽層２７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３１に入射した光が、変調マスク遮蔽部２４ｃを透過して被加工物１８の非加工部１８ｃに照射されるのを防ぐことができ、このことにより、被加工物１８の非加工部１８ｃが加工されるのを確実に防ぐことができる。
【０１１４】
このように本実施の形態によれば、変調マスク３１は、被加工物１８の傾斜部１８ｂに照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部２４ｂと、変調マスク傾斜部２４ｂの一側２４ｆに隣接し、被加工物１８の非加工部１８ｃに対応する変調マスク遮蔽部２４ｃと、変調マスク傾斜部２４ｂの他側２４ｇに隣接し、被加工物１８の最大加工部１８ａに照射される光を位相変調する変調マスク透過部２４ａと、を有している。このうち変調マスク遮蔽部２４ｃは、光を遮蔽する光遮蔽層２７を含んでいる。このため、被加工物１８の非加工部１８ｃに、被加工物１８を加工し得る強度を有する光が照射されるのを防ぐことができ、このことにより、非加工部１８ｃが加工されるのを確実に防ぐことができる。
【０１１５】
また本実施の形態によれば、変調マスク傾斜部２４ｂは、複数の位相変調単位領域２４ｅからなっており、変調マスク傾斜部２４ｂ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１７ｆに、位相変調単位領域２４ｅに基づく光強度分布を生成する。また、位相変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した位相変調単位換算領域は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、また、位相変調単位領域２４ｅは、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域２５ａと、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域２５ｂと、からなっている。このため、変調マスク傾斜部２４ｂにおけるＴｐ１およびＴｐ２の分布を、変調マスク傾斜部２４ｂのうち変調マスク遮蔽部２４ｃに隣接する領域から変調マスク透過部２４ａに隣接する領域に向かって｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布させることにより、被加工物１８の傾斜部１８ｂに照射される光の強度を、被加工物１８の非加工部１８ｃから最大加工部１８ａに向って連続的に大きくなるように調整することができる。このことにより、短い加工時間で精度良く被加工物１８に、所望の傾斜角度を有する傾斜部１８ｂを形成することができる。
【０１１６】
変形例
次に、図１４および図１５を参照して、本発明の第２の実施の形態の変形例について説明する。図１４および図１５に示す本変形例においては、非加工部を含む被加工物に最大加工部が形成されない点が異なるのみであり、他の構成は、図１２および図１３に示す第２の実施の形態と略同一である。図１４および図１５に示す第２の実施の形態の変形例において、図１２および図１３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。
【０１１７】
（被加工物）
図１５（ａ）（ｂ）を参照して、本変形例における被加工物１８について説明する。図１５（ａ）は、本変形例における被加工物１８を示す平面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の被加工物をXVｂ−XVｂ方向から見た縦断面図である。
【０１１８】
図１５（ａ）（ｂ）に示すように、本変形例においては、加工装置１０による加工によって、非加工部１８ｃを含む被加工物１８に傾斜部１８ｂが形成される。
【０１１９】
（変調マスク）
次に、図１４（ａ）（ｂ）を参照して、本実施の形態における変調マスク３３について説明する。図１４（ａ）は、変調マスク３３の出射側から見た場合の変調マスク３３を示す平面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の変調マスク３３をXＩVｂ−XＩVｂ方向から見た縦断面図である。
【０１２０】
図１４（ａ）に示すように、変調マスク３３は、被加工物１８の傾斜部１８ｂに照射される光を位相変調する変調マスク傾斜部２４ｂと、変調マスク傾斜部２４ｂに隣接し、被加工物１８の非加工部１８ｃに対応する変調マスク遮蔽部２４ｃと、を有している。また図１２および図１３に示す第２の実施の形態の場合と同様に、変調マスク傾斜部２４ｂは複数の位相変調単位領域２４ｅからなっている（図１４（ａ）（ｂ）参照）。一方、図１４（ｂ）に示すように、変調マスク遮蔽部２４ｃは、光を遮蔽する光遮蔽層２７を含んでいる。本変形例における位相変調単位領域２４ｅは、図１乃至図７および図８（ｂ）に示す第１の実施の形態における位相変調単位領域２４ｅと同一であるので、詳細な説明は省略する。
【０１２１】
本変形例において、変調マスク傾斜部２４ｂにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率をＴｐ１、第２位相変調単位領域２５ｂの占有率をＴｐ２とするとき、変調マスク傾斜部２４ｂにおけるＴｐ１およびＴｐ２の分布は、変調マスク傾斜部２４ｂのうち変調マスク遮蔽部２４ｃに隣接する領域から遠ざかるにつれて｛（Ｔｐ１−Ｔｐ２）の絶対値｝が増加するよう分布している。このため、被加工物１８の傾斜部１８ｂに照射される光の強度を、被加工物１８の非加工部１８ｃから遠ざかるにつれて連続的に大きくなるように調整することができる。このことにより、短い加工時間で精度良く被加工物１８に、所望の傾斜角度を有する傾斜部１８ｂを形成することができる。
【０１２２】
また本変形例によれば、変調マスク遮蔽部２４ｃは、光を遮蔽する光遮蔽層２７を含んでいる。このため、被加工物１８の非加工部１８ｃに、被加工物１８を加工し得る強度を有する光が照射されるのを防ぐことができ、このことにより、非加工部１８ｃが加工されるのを確実に防ぐことができる。
【実施例】
【０１２３】
（実施例１）
次に、本発明の実施例について説明する。はじめに、本発明の第１の実施の形態における変調マスク２４を備えた加工装置１０を用いて、被加工物１８にテーパ穴２０を形成した例（実施例１）について、図１６乃至図１８を参照して説明する。
【０１２４】
図１６（ａ）は、実施例１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１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示すテーパ穴２０を形成するために被加工物１８に照射されたレーザ光の強度分布Ｉを示す図であり、図１６（ｃ）は、実施例１において、被加工物１８に形成されたテーパ穴２０を示す平面図である。図１７（ａ）は、実施例１における変調マスク２４を示す平面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す変調マスク２４から出射された光の強度を示す図である。図１８（ａ）は、位相変調単位領域の第２位相変調単位領域の形状を示す図であり、図１８（ｂ）は、第２位相変調単位領域の寸法誤差と、当該第２位相変調単位領域を含む位相変調単位領域により変調された光の強度との関係を示す図である。
【０１２５】
本発明における変調マスク２４を用いて、被加工物１８に、基端部２０ｄの直径が５０μｍ、テーパ部２０ｂの傾斜角度φが１２度であるテーパ穴２０を作製した（図１６（ａ））。被加工物１８としては、厚さが５０μｍ、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と、アブレーション閾値Ｉｔｈが２００ｍＪ／ｃｍ２であるフィラー１８ｅとを有する被加工物１８を用いた。
【０１２６】
実施例１において用いた加工装置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、光強度：結像面上で１０００ｍＪ／ｃｍ２（変調マスク面上で４０ｍＪ／ｃｍ２）
（２） 位相変調量  第１位相変調単位領域の位相変調量と第２位相変調単位領域の変調量の差：１８０度
（３） 結像光学系  結像光学系倍率：１／５、結像側開口数（ＮＡ）：０．１５
（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＝１．２５μｍとなる。従って、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの位相変調単位領域２４ｅを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した位相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くなるよう、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの位相変調単位領域２４ｅを一辺５μｍの正方形（結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した位相変調単位換算領域は一辺１μｍの正方形）に設定した。
【０１２７】
まず、図６に示すフローチャートに基づき、実施例１において用いられる変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの設計を行った。はじめに、被加工物１８に形成するテーパ穴２０の形状を入力した（Ｓ２０１）。なお、アブレーションの際に生じる飛散物の影響などにより生じる傾斜角度φ２として６度が見積もられるため、Ｓ２０１において入力する傾斜角度φ１（＝φ−φ２）は６度とした。次に、レーザ光の照射回数ｍを入力した（Ｓ２０２）。本実施例１において、レーザ光の照射回数ｍは１５０回とした。これによって、アブレーションレートｄが算出される（Ｓ２０３）。このアブレーションレートｄと〔数１〕とに基づき、所望形状を有するテーパ穴２０を形成するために被加工物１８に照射されるレーザ光の強度分布Ｉを算出した。
【０１２８】
次に、算出したレーザ光の強度分布Ｉと〔数１１〕とに基づき、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの各位相変調単位領域２４ｅにおける第２位相変調単位領域２５ｂの面積率Ｄ（ｐ）を算出した（Ｓ２０５）。面積率Ｄ（ｐ）は、位相変調単位領域２４ｅを単位として区分けされた領域ごとに算出された。その後、算出された面積率Ｄ（ｐ）に基づいて、変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂのパターンを決定した（Ｓ２０６）。次に、決定されたパターンを有する変調マスク２４を作製した。得られた変調マスク２４のうち、その右上部分を図１７（ａ）に示す。なお本実施例１において、変調マスク遮蔽部２４ｃにおける光透過率が０となるよう、変調マスク遮蔽部２４ｃに設けられる光遮蔽層２７（光透過率０の光遮蔽層）を選択した。
【０１２９】
ここで、変調マスク２４から出射される光の強度と、変調マスク２４の作製誤差との関係について説明する。図１８（ａ）に、占有率が０．５の第１位相変調単位領域２５ａと、占有率が０．５の第２位相変調単位領域２５ｂとを有する位相変調単位領域２４ｅの平面図および断面図を示す。ここで、ｓ１が、第２位相変調単位領域２５ｂの一辺の寸法となっており、ｓ２が、第１位相変調単位領域２５ａと第２位相変調単位領域２５ｂとの高さの差となっている。
【０１３０】
図１８（ｂ）は、変調マスク２４の作製誤差により、図１８（ａ）に示す寸法ｓ１、ｓ２が設計値からずれた場合に、図１８（ａ）に示す位相変調単位領域２４ｅにより変調された光の結像面上における規格化された強度が、設計値である０からどれだけずれるかを示すグラフである。なお規格化においては、第１位相変調単位領域の占有率＝１（若しくは、第２位相変調単位領域の占有率＝１）である変調マスクにより変調された光の結像面上における強度を１としている。
図１８（ｂ）に示すグラフにおいて、横軸は、１８０度を基準とした場合の、第１位相変調単位領域２５ａの位相変調量と第２位相変調単位領域２５ｂの位相変調量との差の作製誤差を示している。例えば、位相変調量θの差の５％の誤差は、位相変調量θの差が、設計値である１８０度から９度ずれていることを意味している。なお、上述の第１の実施の形態における説明から明らかなように、位相変調量の差の作製誤差は、寸法ｓ２の作製誤差に対応している。
図１８（ｂ）に示すグラフにおいて、縦軸は、第２位相変調単位領域２５ｂの寸法ｓ１の作製誤差（設計値からのずれ）を示している。
図１８（ｂ）に示すグラフにおいて、点線３５ａは、作製誤差が点線３５ａ上の値となっている場合に、位相変調単位領域２４ｅにより変調された光の規格化された強度が０．０２５となることを意味している。例えば点線３５ａ上の点Ａは、位相変調量の差の作製誤差が１０％、寸法ｓ１の作製誤差が０％である場合に、結像面上の規格化された強度が０．０２５になることを意味している。同様に、一点鎖線３５ｂは、作製誤差が一点鎖線３１ｂ上の値となっている場合に、位相変調単位領域２４ｅにより変調された光の規格化された強度が設計値から０．０５になることを意味している。また、二点鎖線３５ｃは、作製誤差が二点鎖線３５ｃ上の値となっている場合に、位相変調単位領域２４ｅにより変調された光の規格化された強度が０．０７５になることを意味している。
【０１３１】
次に、本実施例において作成した変調マスク２４から出射される光の強度について説明する。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す本実施例の変調マスク２４から出射される光の強度を示すグラフである。このうち線３２ａは、本実施例の変調マスク２４から出射される光の強度の設計値を示す線であり、線３２ｂは、本実施例の変調マスク２４から実際に出射された光の強度を示す線である。
【０１３２】
本実施例において、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂの各位相変調単位領域２４ｅは、例えばレジスト（図示せず）にレーザや電子線などの露光でパターニングした後、ＲＩＥ(ReactＩve Ｉon EtchＩng)などのドライエッチングにより作製される。この加工深さはエッチング時間で制御することとなる。ところが、エッチングレート（一定時間でエッチングされる量）に多少のばらつきは避けられず、その結果、各位相変調単位領域２４ｅの第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調単位領域２５ｂの位相変調量θに作製誤差が生じる。
また、第２位相変調単位領域２５ｂの一辺寸法は、露光条件、現像条件、エッチング条件で制御される。ところがこれらの条件に多少のばらつきは避けられず、その結果、第２位相変調単位領域２５ｂの一辺寸法に作製誤差が生じる。また、たとえ基本的な寸法に作製誤差が生じなくとも、正方形等のパターンの角はこれらの工程の解像度の限界により丸まってしまう。これらの理由により、第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調単位領域２５ｂの占有率が設計値からずれる。
このため、図１７（ｂ）に示すように、本実施例において、変調マスク２４の変調マスク透過部２４ａおよび変調マスク傾斜部２４ｂから実際に出射された光の強度を示す線３２ｂは、設計値３２ａからずれている。
【０１３３】
一方、本実施例において、変調マスク遮蔽部２４ｃは、光遮蔽層２７を含んでいる。また図１７（ａ）に示すように、光遮蔽層２７はベタパターンを有しており、このため、変調マスク遮蔽部２４ｃにおける光透過率は、作製誤差の影響を殆ど受けない。このため、変調マスク遮蔽部２４ｃにおける光透過率を、変調マスク遮蔽部２４ｃ全域にわたって確実にゼロとすることができる。このことにより、図１７（ｂ）に示すように、変調マスク遮蔽部２４ｃから実際に出射される光の強度をゼロとすることができた。これによって、被加工物１８の非加工部１８ｃが加工されるのを確実に防ぐことができた。
【０１３４】
（比較例１）
次に、図１９（ａ）に示す変調マスク１２４を備えた加工装置１０を用いて、被加工物１８にテーパ穴２０を形成した例について、図１９（ａ）（ｂ）を参照して説明する。ここで図１９（ａ）は、比較例１における変調マスク１２４を示す平面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す変調マスク１２４から出射された光の強度を示す図である。
【０１３５】
図１９（ａ）に示す変調マスク１２４は、変調マスク１２４の変調マスク遮蔽部１２４ｃが、複数の位相変調単位領域２４ｅからなる点が異なるのみであり、他の構成は、実施例１における変調マスク２４と略同一である。図１９（ａ）に示す変調マスク１２４において、実施例１における変調マスク２４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。
【０１３６】
図１９（ａ）に示すように、変調マスク１２４の変調マスク遮蔽部１２４ｃは、複数の位相変調単位領域２４ｅからなっている。また変調マスク遮蔽部１２４ｃの各位相変調単位領域２４ｅはそれぞれ、第１の位相変調量を有する第１位相変調単位領域２５ａと、第２の位相変調量を有する第２位相変調単位領域２５ｂとからなっている。第１位相変調単位領域２５ａの位相変調量と第２位相変調単位領域２５ｂの位相変調量の差は１８０度となっている。また、変調マスク遮蔽部１２４ｃにおいて、各位相変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率は０．５となっており、第２位相変調単位領域２５ｂの占有率も０．５となっている。
【０１３７】
次に、本比較例において作成した変調マスク１２４から出射される光の強度について説明する。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す本比較例の変調マスク１２４から出射される光の強度を示すグラフである。このうち線１３２ａは、本比較例の変調マスク１２４から出射される光の強度の設計値を示す線であり、線１３２ｂは、本比較例の変調マスク１２４から実際に出射された光の強度を示す線である。
【０１３８】
上述のように、変調マスク遮蔽部１２４ｃにおいて、各位相変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率は０．５となっており、第２位相変調単位領域２５ｂの占有率も０．５となっている。このため、図１９（ｂ）に示すように、変調マスク１２４の変調マスク遮蔽部１２４ｃから出射される光の強度の設計値はゼロとなっている（線１３２ａ参照）。
【０１３９】
しかしながら、実施例１の場合と同様に、変調マスク１２４の変調マスク遮蔽部１２４ｃの各位相変調単位領域２４ｅは、例えばレジスト（図示せず）にレーザや電子線などの露光でパターニングした後、ＲＩＥ(ReactＩve Ｉon EtchＩng)などのドライエッチングにより作製される。この加工深さはエッチング時間で制御することとなる。ところが、エッチングレート（一定時間でエッチングされる量）に多少のばらつきは避けられず、その結果、各位相変調単位領域２４ｅの第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調単位領域２５ｂの位相変調量θに作製誤差が生じる。
また、第２位相変調単位領域２５ｂの一辺寸法は、露光条件、現像条件、エッチング条件で制御される。ところがこれらの条件に多少のばらつきは避けられず、その結果、第２位相変調単位領域２５ｂの一辺寸法に作製誤差が生じる。また、たとえ基本的な寸法に作製誤差が生じなくとも、正方形等のパターンの角はこれらの工程の解像度の限界により丸まってしまう。これらの理由により、第１位相変調単位領域２５ａおよび第２位相変調単位領域２５ｂの占有率が設計値からずれる。
【０１４０】
このため、変調マスク遮蔽部１２４ｃにおいて、各位相変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調単位領域２５ａの占有率は０．５から一方にずれており、第２位相変調単位領域２５ｂの占有率も０．５から他方にずれていた。このため、図１９（ｂ）に示すように、変調マスク１２４の変調マスク遮蔽部１２４ｃから実際に出射された光の強度はゼロにはなっておらず、基本樹脂１８ｄのアブレーション閾値よりも大きく、かつフィラー１８ｅのアブレーション閾値よりも小さい強度となっていた。従って、変調マスク１２４を備えた加工装置１０を用いて被加工物１８にテーパ穴２０を形成する場合、非加工部１８ｃにおいて、基本樹脂１８ｄはアブレーション加工されるが、一方、フィラー１８ｅはアブレーション加工されない。このため、非加工部１８ｃの表面において、フィラー１８ｅが添加されている位置に対応して凹凸が形成された。
【符号の説明】
【０１４１】
１０    加工装置
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    被加工物
１８ａ  最大加工部
１８ｂ  傾斜部
１８ｃ  非加工部
１８ｄ  基本樹脂
１８ｅ  フィラー
１９    加工台
２０    テーパ穴
２０ａ  テーパ穴の貫通部
２０ｂ  テーパ穴のテーパ部
２０ｃ  テーパ穴の先端部
２０ｄ  テーパ穴の基端部
２０ｅ  テーパ穴のストレート部
２４    変調マスク
２４ａ  変調マスク透過部
２４ｂ  変調マスク傾斜部
２４ｃ  変調マスク遮蔽部
２４ｅ  位相変調単位領域
２４ｆ  変調マスク傾斜部の一側
２４ｇ  変調マスク傾斜部の他側
２５ａ  第１位相変調単位領域
２５ｂ  第２位相変調単位領域
２６    石英ガラス
２７    光遮蔽層
２７ａ  側端部
３１    変調マスク
３２ａ  光の強度を示す線（設計値）
３２ｂ  光の強度を示す線（実測値）
３３    変調マスク
１００    従来の加工装置
１０１    光源
１０２    レーザ光源
１０３    照明光学系
１０４    マスク
１０５    石英ガラス層
１０６    光遮蔽層
１０６ａ  開口部
１０７    結像光学系
１０８    ノズル形成用シート
１０９    ステージ
１１０    ノズル
１１０ｂ  ノズルのテーパ部
１１０ｃ  ノズルの先端部
１１４    変調マスク
１１４ａ  変調マスク透過部
１１４ｂ  変調マスク傾斜部
１１４ｃ  変調マスク遮蔽部
１１４ｅ  振幅変調単位領域
１１５ａ  第１振幅変調単位領域
１１５ｂ  第２振幅変調単位領域
１２４    変調マスク
１２４ｃ  変調マスク遮蔽部
１３２ａ  光の強度を示す線（設計値）
１３２ｂ  光の強度を示す線（実測値）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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