(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を変調する光変調素子に関する。また本発明は、当該光変調素子の製造方法に関する。
【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。
【０００３】
被照射物を精密に加工する方法として、変調マスクなどの光変調素子によって変調された光を被照射物に照射する方法が知られている。例えば特許文献１および特許文献２において、光源と、光源からの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変調マスクと、変調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、を用いた光加工方法が提案されている。
【０００４】
ところで、一般に変調マスクは、所定の加工分解能を有する加工装置を用いて製造される。例えば、所定の最小構成単位（以下、グリッド）に基づいてパターンを描画する描画装置を用いて製造される。一方、変調マスクの設計段階においては、変調マスクのパターンの面積などが被照射物の加工形状に応じて算出される。この場合、設計データにおける変調マスクのパターンが、描画装置のグリッドでは表現できないような微細な形状を有することが考えられる。このため変調マスクの製造の際、設計データにおける変調マスクのパターンが、描画装置のグリッドに対応するよう適宜修正されることになる。この結果、設計データにおける変調マスクのパターンと、実際に製造された変調マスクのパターンとの間には、所定の誤差が存在している。
【０００５】
設計データにおける変調マスクのパターンと、実際に製造された変調マスクのパターンとの間の誤差が大きくなると、変調マスクを用いた光加工方法における加工精度が劣化してしまう。このため、変調マスクを用いた光加工方法においては、設計データにおける変調マスクのパターンと実際に製造された変調マスクのパターンとの間の誤差を小さくすることが重要となる。
【０００６】
上記誤差を小さくする方法の１つとして、描画の際のグリッドを小さく設定することが考えられる。しかしながら、描画の際のグリッドが過度に小さくなると、描画に要する時間が長くなり、これによって変調マスクの製造効率が悪化してしまう。また、描画の際のグリッドを小さくするためには、高精度の描画性能を有する複雑な描画装置が必要になる。
【０００７】
このような課題を解決するため、描画の際のグリッドを過度に小さくすること無く上記誤差を小さくする方法が提案されている。例えば非特許文献において、変調マスクのパターンの一端部に、描画装置のグリッドに対応する追加領域を適切な数だけ設ける方法が提案されている。追加領域の数は、設計データにおける変調マスクのパターンの面積と製造される変調マスクのパターンの面積との間の差を補償するよう設定されている。これによって、設計データにおける変調マスクのパターンの面積と製造される変調マスクのパターンの面積とを一致させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１１８７８２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８８４１８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Alfred Kwok-kit Wong, "Resolution Enhancement Techniques in Optical Lithography", Tutorial Texts in Optical Engineering, USA, SPIE Press, Volume TT47, pages 94 to 97
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
変調マスクなどの光変調素子を用いて精度良く光加工を行うためには、用いられる光変調素子のパターンの面積だけでなくパターンの配置も設計データに精密に一致していることが好ましい。しかしながら、非特許文献１に記載の方法においては、得られる変調マスクのパターンの面積を設計データにおける変調マスクのパターンの面積に一致させる点のみが考慮されている。このため非特許文献１に記載の方法により得られる光変調素子によっては、光加工の精度を十分に高くすることができないと考えられる。
【００１１】
本発明は、このような課題を効果的に解決し得る光変調素子および光変調素子の製造方法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】
【００１２】
本発明による第１の光変調素子は、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、を備え、各第１変調領域の輪郭線は、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おり、各第１変調領域のうち少なくとも１つの第１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前記第１変調領域に包含される長方形領域と、前記長方形領域の少なくとも１辺に形成された凸部領域と、を有し、前記凸部領域の幅は、前記凸部領域の高さの自然数倍となっており、前記長方形領域の各辺の長さは、それぞれ前記凸部領域の高さの自然数倍となっていることを特徴とする光変調素子である。
【００１３】
本発明による第１の光変調素子によれば、凸部領域の大きさおよび位置を適切に設定することにより、光変調素子の第１変調領域の形状を柔軟に調整することができる。従って、光源からの光を光変調素子によって変調することにより、所望の強度分布を有する光を得ることができる。
【００１４】
本発明による第１の光変調素子において、前記凸部領域は、前記長方形領域の辺の中点近傍に配置されていてもよい。
【００１５】
本発明による第１の光変調素子において、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、の間に配置されていてもよい。この場合、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、前記凸部の高さは、好ましく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。
【００１６】
本発明による第２の光変調素子は、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、を備え、各第１変調領域の輪郭線は、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おり、各第１変調領域のうち少なくとも１つの第１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前記第１変調領域を包含する長方形領域と、前記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、前記凹部領域の幅は、前記凹部領域の深さの自然数倍となっており、前記長方形領域の各辺の長さは、それぞれ前記凹部領域の深さの自然数倍となっていることを特徴とする光変調素子である。
【００１７】
本発明による第２の光変調素子によれば、凹部領域の大きさおよび位置を適切に設定することにより、光変調素子の第１変調領域の形状を柔軟に調整することができる。従って、光源からの光を光変調素子によって変調することにより、所望の強度分布を有する光を得ることができる。
【００１８】
本発明による第２の光変調素子において、前記凹部領域は、前記長方形領域の辺の中点近傍に配置されていてもよい。
【００１９】
本発明による第２の光変調素子において、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、の間に配置されていてもよい。この場合、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、前記凹部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、好ましく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。
【００２０】
本発明による第１および第２の光変調素子において、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、の間に配置されていてもよい。この場合、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てもよい。
【００２１】
本発明による第１および第２の光変調素子において、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っていてもよい。この場合、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てもよい。
【００２２】
本発明による第１および第２の光変調素子において、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っていてもよい。この場合、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んでいてもよい。
【００２３】
本発明による第１の光変調素子の製造方法は、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、を有することを特徴とする光変調素子の製造方法である。
【００２４】
本発明による第１の光変調素子の製造方法によれば、理想矩形形状に包含される長方形を加工図面上に生成し、次に、長方形の各辺と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、長方形の辺ごとに算出し、その後、中間領域に対応する面積を有する凸部を長方形の対応する辺に配置することによって、加工図面の実形状が生成される。このため、理想矩形形状の面積および配置と、実形状の面積および配置とを精度良く一致させることができる。
【００２５】
本発明による第１の光変調素子の製造方法において、好ましくは、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との重心が略一致するよう前記長方形の辺に配置される。
【００２６】
本発明による第２の光変調素子の製造方法は、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、を有することを特徴とする光変調素子の製造方法である。
【００２７】
本発明による第２の光変調素子の製造方法によれば、理想矩形形状を包含する長方形を加工図面上に生成し、次に、長方形の各辺と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、長方形の辺ごとに算出し、その後、中間領域に対応する面積を有する凹部を長方形の対応する辺に配置することによって、加工図面の実形状が生成される。このため、理想矩形形状の面積および配置と、実形状の面積および配置とを精度良く一致させることができる。
【００２８】
本発明による第２の光変調素子の製造方法において、好ましくは、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との重心が略一致するよう前記長方形の辺に配置される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、低解像度の描画装置を用いて製造される場合であっても、所望の光強度分布を正確に生成する光変調素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における変調マスクを備えた光照射装置を示す図。
【図２】図２（ａ）は、被照射物に形成されるテーパ穴を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のテーパ穴をIIｂ−IIｂ方向から見た断面図。
【図３】図３（ａ）（ｂ）は、被照射物に照射される光の強度分布を示す図。
【図４】図４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５】図５は、図４の変調マスクの変調領域を拡大して示す図。
【図６】図６は、図５の変調領域をVI−VI方向から見た断面図。
【図７】図７（ａ）は、結像光学系から出射された光の被照射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８】図８（ａ）は、エアリーディスクと領域Ａ，Ｂとの関係を示す図、図８（ｂ）は、領域Ｂの配置が変化した場合を示す図、図８（ｃ）は、領域Ｂの面積が変化した場合を示す図。
【図９】図９は、変調マスクの変調領域を設計する手順全体を示すフローチャート。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態における第１位相変調領域の形状を設計する手順を示すフローチャート。
【図１１】図１１は、加工図面上に配置された理想矩形形状を示す図。
【図１２】図１２は、図１１の理想矩形形状を拡大して示す図。
【図１３】図１３は、加工図面上に内側長方形を生成する工程を示す図。
【図１４】図１４は、内側長方形の辺に凸部を配置する工程を示す図。
【図１５】図１５は、本発明の第１の実施の形態における第１位相変調領域の形状を示す図。
【図１６】図１６（ａ）（ｂ）は、被照射物に照射される光の強度分布を示す図。
【図１７】図１７は、比較の形態における実形状を示す図。
【図１８】図１８（ａ）（ｂ）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１９】図１９は、本発明の第２の実施の形態における理想矩形形状を示す図。
【図２０】図２０は、加工図面上に外側長方形を生成する工程を示す図。
【図２１】図２１は、外側長方形の辺に凹部を配置する工程を示す図。
【図２２】図２２は、本発明の第２の実施の形態における第１位相変調領域の形状を示す図。
【図２３】図２３は、本発明の第３の実施の形態における変調領域を示す断面図。
【図２４】図２４は、本発明の第４の実施の形態における理想矩形形状を示す図。
【図２５】図２５は、加工図面上に近接長方形を生成する工程を示す図。
【図２６】図２６は、近接長方形の辺に凸部および凹部を配置する工程を示す図。
【図２７】図２７は、本発明の第４の実施の形態における第１位相変調領域の形状を示す図。
【図２８】図２８は、変形例における実形状を示す図。
【図２９】図２９は、その他の変形例における実形状を示す図。
【図３０】図３０は、その他の変形例における実形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
第１の実施の形態
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。
【００３２】
（被照射物およびテーパ穴）
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。
【００３３】
図２（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２（ｂ）に示すように角度φとなっている。また図２（ａ）に示すように、平面図におけるテーパ穴２０の輪郭は略円形となっている。
【００３４】
図３（ａ）（ｂ）は、被照射物１８に照射される光の強度分布を示す図である。このうち図３（ａ）は、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る。本実施の形態においては、被照射物１８に照射される光のうちＩｍａｘの強度を有する光により、テーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される。また、被照射物１８に照射される光のうちＩｍａｘからＩｍｉｎに連続的に減少する強度を有する光により、テーパ穴２０の傾斜部２０ｂが形成される。一方、強度Ｉｍｉｎは被照射物１８のアブレーション閾値よりも小さくなっており、このため、強度Ｉｍｉｎの光によっては被照射物１８は加工されない。
【００３５】
図３（ａ）から明らかなように、略円形の輪郭を有するテーパ穴２０を得るためには、被照射物１８に照射される光の等強度線が円形であることが求められる。また、得られるテーパ穴２０の傾斜部２０ｂの傾斜角度φを精密に調整するためには、傾斜部２０ｂに照射される光の強度をＩｍａｘからＩｍｉｎに連続的に精密に減少させることが重要となる。すなわち、所望の輪郭および傾斜角度φを有するテーパ穴２０を得るためには、被照射物１８に照射される光の強度分布を精密に調整することが重要となる。
【００３６】
（光照射装置）
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。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。
【００４１】
（変調マスク）
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。
【００４２】
図４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、変調領域２２の周縁に形成された非変調領域２３と、を有している。このうち変調領域２２は、変調マスク２１に入射される光を変調して、円形の等強度線を有する光を生成するための領域である。一方、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。例えば非変調領域２３は、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の遮光材料を含む領域となっている。
【００４３】
（変調領域）
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。
【００４４】
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はそれぞれ、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、を含んでいる。後述するように、変調領域２２の所定の位置における光の変調率は、当該位置における第１変調領域と第２変調領域の面積比率により決定される。なお本実施の形態においては、図５に示すように、第１変調領域が、光を第１の位相変調量で変調する第１位相変調領域２５ａからなり、第２変調領域が、光を第２の位相変調量で変調する第２位相変調領域２５ｂからなる例について説明する。
【００４５】
ここで、円周方向に規則的に並べられ、各々が１つの第１位相変調領域２５ａを含み、かつ各々が等しい面積からなる複数の変調単位領域２４ｅによって変調領域２２が仮想的に区画される場合を考える。この場合、任意の円周方向線（例えば図５に示す円周方向線２９）に沿って規則的に並べられた各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調領域２５ａの占有率を一定にし、かつ各第１位相変調領域２５ａを円周方向線２９上に規則的に並べることによって、略円形の等強度線を有する光が得られることが、本願の発明者により見いだされた。従って、略円形の等強度線を有する光を得るためには、変調領域２２における各第１位相変調領域２５ａの面積および配置を精密に調整することが重要となる。
【００４６】
次に、図６を参照して、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の構造について説明する。図６に示すように、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は、石英ガラスなどからなる光透過性の基材２１ａに凹凸を形成することにより構成されている。
【００４７】
図６に示すように、第１位相変調領域２５ａに対応する領域における基材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基材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とし、基材２１ａの屈折率をｎとする。この場合、第１位相変調領域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。
【００４８】
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、基材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となるよう基材２１ａの表面の凹凸形状が設計されている。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【数１】
0005737608.tif 000002
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閾値を示す。
【００５１】
〔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。
【００５２】
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。
【００５３】
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）との畳み込み積分で与えられる
【数２】
0005737608.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。
【００５４】
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】
0005737608.tif 000004
ここで、Ｒは点（ｘ，ｙ）からの距離である。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。
【００５５】
本実施の形態においては、上述のように、変調マスク２１の変調領域２２は、第１位相変調領域２５ａと第２位相変調領域２５ｂとからなっている。また、第１位相変調領域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との差が１８０度の奇数倍となっている。この場合、第２位相変調領域２５ｂおよび第１位相変調領域２５ａにおける複素振幅透過率分布Ｔ（ｘ，ｙ）は以下の〔数４〕および〔数５〕のように表される。
【数４】
0005737608.tif 000005
【数５】
0005737608.tif 000006
【００５６】
従って、第２位相変調領域２５ｂに対応する領域を領域Ａ、第１位相変調領域２５ａに対応する領域を領域Ｂとする場合、被照射物１８における複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）は以下の〔数６〕により表される。
【数６】
0005737608.tif 000007
〔数６〕において、第１項の積分範囲が領域Ａ、第２項の積分範囲が領域Ｂとなっている。積分範囲は、点像分布関数ＡＳＦ（ｘ，ｙ）が最初に０となるまでの中央領域の範囲内、いわゆるエアリーディスクの内側で十分である。図８（ａ）において、エアリーディスク１７ｌと領域Ａおよび領域Ｂとの関係が示されている。
【００５７】
なおエアリーディスクの半径Ｒ０は、以下の〔数７〕により与えられる。
【数７】
0005737608.tif 000008
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、Ｒ０＝１．２５μｍとなっている。
【００５８】
変調領域２２の変調単位領域２４ｅがエアリーディスクの半径Ｒ０よりも光学的に小さい場合、被照射物１８における複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）は、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調領域２５ａの面積および配置に応じて決定されることになる。すなわち、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調領域２５ａの面積および配置を調整することにより、被照射物１８における複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）を任意に設定することが可能となる。従って、変調領域２２の変調単位領域２４ｅがエアリーディスクの半径Ｒ０よりも光学的に小さいことが好ましい。なお、「変調単位領域２４ｅがエアリーディスクの半径Ｒ０よりも光学的に小さい」とは、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Ｒ０よりも少なくとも一方向に関して小さいことを意味している。
【００５９】
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Ｒ０＝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、第１位相変調領域２５ａの面積および配置が設定される。
【００６０】
各変調単位領域２４ｅに対応する結像光学系１７の結像面１７ｆにおけるレーザ光の強度Ｉは、以下のように求められる。
【数８】
0005737608.tif 000009
【００６１】
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が設定される。さらに、所望のレーザ光強度分布Ｉが得られるよう、〔数８〕に従い、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調領域２５ａの面積および配置が設定される。これによって、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に形成することができる。
【００６２】
ところで点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）は、図８（ａ）に示されるように、エアリーディスク１７ｌの中心から外方に向かうにつれて減少する関数となっている。すなわち、エアリーディスク１７ｌ内で点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）の重みが変化している。このため、変調マスク２１の第１位相変調領域２５ａの面積および配置が設計データから相違する場合、得られるレーザ光の強度と設計段階でのレーザ光の強度とが、点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）の重みの相違に応じてずれることになる。
【００６３】
例えば第１位相変調領域２５ａの配置が、図８（ａ）に示される第１位相変調領域２５ａの理想的な配置に比べて所定の方向に変位する場合について考える。具体的には、図８（ｂ）に示すように、第１位相変調領域２５ａの配置が右方向に変位している場合を考える。この場合、図８（ａ）に示される第１位相変調領域２５ａの面積と図８（ｂ）に示される第１位相変調領域２５ａの面積とが仮に同一であるとしても、エアリーディスク１７ｌ内での点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）の重みの相違のため、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からずれてしまう。具体的には、図８（ｂ）に示される例においては、〔数６〕の第２項の絶対値が減少し、第１項の絶対値が増加し、結果として〔数６〕から算出される値が増加することになる。
【００６４】
その他の例として、第１位相変調領域２５ａの面積が、図８（ａ）に示される第１位相変調領域２５ａの理想的な面積に比べて拡大または縮小される場合について考える。具体的には、図８（ｃ）に示すように、第１位相変調領域２５ａの配置が拡大される場合を考える。この場合、図８（ａ）に示される第１位相変調領域２５ａの重心と図８（ｃ）に示される第１位相変調領域２５ａの重心とが仮に同一であるとしても、エアリーディスク１７ｌ内での点像分布関数ＡＳＦ（ｘ,ｙ）の重みの相違のため、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からずれてしまう。具体的には、図８（ｃ）に示される例においては、〔数６〕の第２項の絶対値が増加し、第１項の絶対値が減少し、結果として〔数６〕から算出される値が減少することになる。
【００６５】
以上のことから、本発明者は、得られるレーザ光の強度と設計段階でのレーザ光の強度とを精度良く一致させるためには、製造される変調マスク２１における第１位相変調領域２５ａの面積および配置を、設計段階における第１位相変調領域２５ａの面積および配置に一致させることが重要であることを見いだした。以下、面積および配置が精密に調整された第１位相変調領域２５ａを有する変調マスク２１を製造する方法について説明する。
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。
【００６６】
変調マスクの製造方法
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。
【００６７】
（変調領域の設計手順）
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。
【００６８】
まず、被照射物１８に形成するテーパ穴２０の形状を入力する（Ｓ１０１）。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。加工深さＳ（ｘ，ｙ）は、各テーパ穴２０の基端部２０ｄおよび先端部２０ｃの直径、傾斜部２０ｂの傾斜角度φなどに応じて決定される。次に、レーザ光の照射回数ｍを入力する（Ｓ１０２）。この結果、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（Ｓ１０３）。
【００６９】
次に、アブレーションレートｄ（ｘ，ｙ）と〔数１〕とに基づき、テーパ穴２０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（Ｓ１０４）。強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）のうちテーパ穴２０の貫通部２０ａが形成される部分に対応する強度分布は、Ｉｍａｘとなっている。また強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）のうちテーパ穴２０の傾斜部２０ｂが形成される部分に対応する強度分布は、ＩｍａｘからＩｍｉｎに連続的に減少している。ここでＩｍｉｎは、被照射物１８のアブレーション閾値よりも低い値となっている。また強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）のうちテーパ穴２０が形成されない部分に対応する強度分布は、被照射物１８のアブレーション閾値よりも低い値となっている。
【００７０】
その後、レーザ光の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）と〔数８〕とに基づき、被照射物１８における複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）が算出される（Ｓ１０５）。そして、複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）に基づき、各変調単位領域２４ｅにおける第１位相変調領域２５ａの理想的な面積および配置が算出される（Ｓ１０６）。その後、算出された理想的な面積および配置に基づいて、各第１位相変調領域２５ａの具体的な形状が決定される（Ｓ１０７）。
【００７１】
なお、変調マスク２１を製造するために用いられる加工装置、例えば描画装置は、所定の加工分解能を有している。例えば、比較的低解像度のレーザ描画装置において、その加工分解能は１００ｎｍとなっている。以下、このような加工分解能を考慮して各第１位相変調領域２５ａの具体的な形状を決定する方法について、図１０を参照して説明する。
【００７２】
（第１位相変調領域の形状の設計手順）
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。
【００７３】
はじめに、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（Ｓ１１１）。図１１は、加工図面４０上に配置された理想矩形形状４１を示す図であり、図１２は、加工図面４０に配置された理想矩形形状４１を拡大して示す図である。なお「理想矩形形状」は、第１位相変調領域２５ａが矩形状の形状を有するという前提のもとで、上述の〔数６〕に基づいて算出される面積および配置を有する第１位相変調領域２５ａの形状を意味している。また加工図面４０の寸法は、実際に得られる変調マスク２１の寸法に一致するよう表されている。
【００７４】
図１１に示すように、各理想矩形形状４１は、ｘ方向、およびｘ方向に直交するｙ方向に沿って延びる矩形状の形状を有している。また図１１に示すように、変調マスク２１の変調マスク傾斜部３２に対応する領域に配置される理想矩形形状４１は、外方に向かうにつれてその面積が大きくなるよう設定されている。また、変調マスク２１の変調マスク周縁部３３に対応する領域に配置される理想矩形形状４１は、被照射物１８における複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）がほぼゼロとなるよう面積および配置が設定されている。
【００７５】
また理想矩形形状４１は、図１２に示すように、ｘ方向に延びる第１辺４１ａおよび第３辺４１ｃと、ｙ方向に延びる第２辺４１ｂおよび第４辺４１ｄとからなっている。また図１２において、理想矩形形状４１の重心が符号４１ｅにより表されている。
【００７６】
なお図１２において、符号４７で表され、ｘ方向に延びるｘ方向グリッド線と、符号４８で表され、ｙ方向に延びるｙ方向グリッド線とは、それぞれ描画装置の加工分解能に対応する間隔で並べられている。例えば、描画装置の加工分解能ｄ０が１００ｎｍとなっている場合、各ｘ方向グリッド線４７の間隔ｄ１および各ｙ方向グリッド線４８の間隔ｄ２はそれぞれ１００ｎｍとなっている。なおｘ方向グリッド線４７およびｙ方向グリッド線４８は、仮想的な構成要素であり、必ずしも加工図面４０に現実にｘ方向グリッド線４７およびｙ方向グリッド線４８が表示されている必要はない。
【００７７】
図１２に示すように、一般に、理想矩形形状４１の各辺４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄは、ｘ方向グリッド線４７上またはｙ方向グリッド線４８上には配置されていない。このため描画装置は、理想矩形形状４１の形状に完全に一致する第１位相変調領域２５ａを製造することができない。従って、理想矩形形状４１が、その輪郭線がｘ方向グリッド線４７およびｙ方向グリッド線４８に重なるよう配置された実形状に変形されることが求められる。以下、実形状を設計する手順について説明する。
【００７８】
はじめに、理想矩形形状４１に包含されるとともにｘ方向グリッド線４７およびｙ方向グリッド線４８に沿って延びる内側長方形４３を加工図面４０上に生成する（Ｓ１１２）。図１３において、内側長方形４３が二点鎖線にて表されている。内側長方形４３は、ｘ方向に延びる第１辺４３ａおよび第３辺４３ｃと、ｙ方向に延びる第２辺４３ｂおよび第４辺４３ｄとからなっている。なお本実施の形態において、内側長方形４３は、理想矩形形状４１に包含され得る長方形のうち最大の面積を有する長方形となっている。
【００７９】
次に、理想矩形形状４１の第１辺４１ａと内側長方形４３の第１辺４３ａとの間に位置する第１中間領域４２ａの面積Ｍａを、以下の［数９］により算出する（Ｓ１１３）。
【数９】
0005737608.tif 000010
［数９］において、sａが理想矩形形状４１の第１辺４１ａの長さとなっており、ｔａが内側長方形４３の第１辺４３ａの長さとなっており、ｕａが第１辺４１ａと第１辺４３ａとの間の距離となっている。
【００８０】
次に、図１４に示すように、第１中間領域４２ａに対応する面積を有する第１凸部４５ａを内側長方形４３の第１辺４３ａに配置する（Ｓ１１４）。好ましくは、第１凸部４５ａは、内側長方形４３の第１辺４３ａの中点近傍に配置される。これによって、理想矩形形状４１の重心４１ｅと後述する実形状４６の重心４６ｅとをより一致させることができる。なお「中点近傍に配置される」とは、第１凸部４５ａが、図１４において符号４３ｆで表される内側長方形４３の第１辺４３ａの中点に接するよう配置されるという意味である。
【００８１】
図１４に示すように、第１凸部４５ａの高さｈａは、描画装置の加工分解能ｄ０に対応している。一方、第１凸部４５ａの幅ｗａは、〔数１０〕により表されるように、第１凸部４５ａの高さｈａの自然数倍、すなわち描画装置の加工分解能ｄ０の自然数倍になっている。
【数１０】
0005737608.tif 000011
〔数１０〕において、ｋａは所定の自然数を表している。この場合、第１凸部４５ａの面積はｋａ×ｄ０２となっている。
【００８２】
上記ｋａは、第１凸部４５ａの面積が第１中間領域４２ａの面積に対応するよう、以下の〔数１１〕が満たされるよう定められる。
【数１１】
0005737608.tif 000012
〔数１１〕は、自然数ｋａが、第１凸部４５ａの面積を描画装置の加工分解能ｄ０に対応する面積ｄ０２によって規格化して四捨五入することにより算出されることを意味している。
【００８３】
次に、理想矩形形状４１の第２辺４１ｂと内側長方形４３の第２辺４３ｂとの間に位置する第２中間領域４２ｂの面積Ｍｂを算出する。面積Ｍｂの算出式は、上述の［数９］におけるＭａ、sａ、ｔａおよびｕａをＭｂ、sｂ、ｔｂおよびｕｂに置き換えることにより得られる式である。
【００８４】
図１３に示される例において、面積Ｍｂは、０．５×ｄ０２よりも小さくなっている。このため、第１凸部４５ａの場合と同様にして［数１１］に面積Ｍｂを挿入すると、得られる自然数ｋｂは０となる。このため、図１４に示されるように、内側長方形４３の第２辺４３ｂには凸部が配置されない。
【００８５】
次に、理想矩形形状４１の第３辺４１ｃと内側長方形４３の第３辺４３ｃとの間に位置する第３中間領域４２ｃの面積Ｍｃを算出する。同様に、理想矩形形状４１の第４辺４１ｄと内側長方形４３の第４辺４３ｄとの間に位置する第４中間領域４２ｄの面積Ｍｄを算出する。また、面積Ｍｃに対応する面積を有する第３凸部４５ｃを、内側長方形４３の第３辺４３ｃの中点近傍に配置する。同様に、面積Ｍｄに対応する面積を有する第４凸部４５ｄを、内側長方形４３の第４辺４３ｄの中点近傍に配置する。面積Ｍｃおよび面積Ｍｄの算出方法や、第３凸部４５ｃおよび第４凸部４５ｄの生成方法および配置方法は面積Ｍａおよび第１凸部４５ａの場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８６】
このようにして、図１４に示されるように、内側長方形４３と、第１凸部４５ａ，第３凸部４５ｃおよび第４凸部４５ｄとからなる実形状４６が加工図面４０上に生成される。
【００８７】
本実施の形態によれば、上述のように、理想矩形形状４１と内側長方形４３との間の面積の相違が、内側長方形４３の各辺４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄに凸部を配置することにより調整される。このため、描画装置の加工分解能を過度に高くすること無く、理想矩形形状４１の面積および重心と実形状４６の面積および重心とを精度良く一致させることができる。
【００８８】
具体的には、上述の説明から明らかなように、理想矩形形状４１の各辺４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄにおいて生じうる理想矩形形状４１と実形状４６との間の面積の相違は−０．５ｄ０２〜＋０．５ｄ０２の範囲内となっている。従って、理想矩形形状４１の面積と実形状４６の面積との間の相違は、−２ｄ０２〜＋２ｄ０２の範囲内となっている。また一般に、各辺４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄにおいて生じうる理想矩形形状４１と実形状４６との間の面積の相違は互いに打ち消し合うことが想定されるので、理想矩形形状４１の面積と実形状４６の面積との間の相違が−２ｄ０２や＋２ｄ０２のような大きな値になることはほとんどないと考えられる。
【００８９】
また具体的には、図１３および図１４から明らかなように、第２辺４３ｂまたは第４辺４３ｄに配置される凸部の面積を最小単位ｄ０２分だけ変化させることによる、ｘ方向における実形状４６の重心４６ｅの変化量は、（ｄ０／ｔａ）×ｄ０となっている。また図１３に示される例において、ｔａ＝１０ｄ０となっている。このため本実施の形態によれば、ｘ方向における実形状４６の重心４６ｅを、（１／１０）×ｄ０の単位で調整することができる。例えばｄ０＝１００ｎｍの場合、ｘ方向における実形状４６の重心４６ｅを１０ｎｍ単位で調整することができる。同様に、ｙ方向における実形状４６の重心４６ｅを１０ｎｍ単位で調整することもできる。このように本実施の形態によれば、加工分解能ｄ０よりも小さい単位で実形状４６の重心４６ｅを調整することができる。このことにより、図１４に示されるように、理想矩形形状４１の重心４１ｅと実形状４６の重心４６ｅとを略一致させることができる。
【００９０】
なお本実施の形態において、重心が「略一致」しているというのは、ｘ方向およびｙ方向における内側長方形４３の長さがそれぞれｋ１×ｄ０およびｋ２×ｄ０で表される場合に、理想矩形形状４１の重心と実形状４６の重心との間の距離がｘ方向およびｙ方向においてそれぞれ（１／ｋ１）×ｄ０以下および（１／ｋ２）×ｄ０以下になっていることを意味している。
【００９１】
（変調マスクの製造）
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。
【００９２】
まず、石英ガラスなどからなる光透過性の基材２１ａを準備する。次に、基材２１ａ上に光溶解性の感光層を設け、その後、感光層が設けられた基材２１ａを描画装置内の描画ステージに載置する。次に、加工図面４０に基づいて、基材２１ａのうち第１位相変調領域２５ａが形成されるべき領域に光を照射する。その後、感光層に対して現像処理を施し、次に、基材２１ａのうち第１位相変調領域２５ａが形成されるべき領域をエッチングなどにより切削する。これによって、図６に示される第１位相変調領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂが形成される。
【００９３】
なお、基材２１ａに第１位相変調領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂを形成する方法が上述の方法に限られることはない。例えば、感光層として光硬化型の感光層が用いられてもよい。また、機械的切削方法により第１位相変調領域２５ａが形成されてもよい。さらに、第１位相変調領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂの形態が図６に示されるような凹凸形状による形態に限られることはない。すなわち、その他の形態によって、所定の光学距離の差を有する第１位相変調領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂが実現されてもよい。例えば、所定の光学距離を有する層を基材２１ａ上に部分的に形成することにより、所定の光学距離の差を有する第１位相変調領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂが実現されてもよい。従って、本実施の形態において、「基材２１ａを加工して第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」とは、基材２１ａを切削して第１位相変調領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂを形成することだけでなく、基材２１ａ上に新たな層を設けることにより第１位相変調領域２５ａおよび第２位相変調領域２５ｂを形成することも含んでいる。
【００９４】
また、光を利用する描画装置が用いられる例を示したが、これに限られることはなく、光の替わりにＥＢ（電子線）やその他のエネルギー線、または粒子線等によりパターン形成するような描画装置を用いてもよい。
【００９５】
次に、基材２１ａのうち非変調領域２３に対応する領域に遮光材料を設ける。これによって、変調領域２２と非変調領域２３とからなる変調マスク２１が得られる。
【００９６】
（得られる変調マスクの特徴）
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。
【００９７】
長方形領域２６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２５ａに包含され得る長方形のうち最大の面積を有する長方形となっている。また凸部領域２７の高さＨは、描画装置の加工分解能ｄ０に一致している。さらに、図１２乃至図１４に示される加工図面４０から明らかなように、各凸部領域２７の幅Ｗ１〜Ｗ４は、凸部領域２７の高さＨの自然数倍となっている。また、長方形領域２６の各辺の長さＬ１〜Ｌ４は、それぞれ凸部領域２７の高さＨの自然数倍となっている。このような長方形領域２６および凸部領域２７によって第１位相変調領域２５ａを構成することにより、変調マスク２１の第１位相変調領域２５ａの形状を柔軟に調整することができる。これによって、変調マスク２１における各第１位相変調領域２５ａの面積および配置を、設計データにおける各第１位相変調領域２５ａの面積および配置に精度良く一致させることができる。このことにより、所望の強度分布を有する光を得ることが可能となる。
【００９８】
また、各凸部領域２７は、長方形領域２６の辺の中点近傍に配置されている。これによって、得られる強度分布を設計値により一致させることができる。なお「中点近傍に配置される」とは、各凸部領域２７が、長方形領域２６の対応する辺の中点に接するよう配置されるという意味である。
【００９９】
好ましくは、凸部領域２７の高さＨを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算することにより得られる寸法は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒ０よりも小さくなっている。この場合、凸部領域２７の面積は被照射物１８に照射される光の強度分布に反映されるが、凸部領域２７の具体的な形状は被照射物１８に照射される光の強度分布にされなくなる。
【０１００】
さらに好ましくは、第１位相変調領域２５ａを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した領域は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒ０よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。例えば、第１位相変調領域２５ａのｘ方向における長さＬ１＋Ｈを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した寸法は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒ０よりも小さくなっている。
【０１０１】
（得られる光強度分布の特徴）
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。
【０１０２】
（比較の形態）
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。
【０１０３】
図１７および図１８に示す比較の形態は、実形状の凸部が内側長方形の所定の一辺にのみ配置され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の実施の形態と略同一である。図１７および図１８に示す比較の形態において、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。
【０１０４】
図１７に示すように、実形状１４６は、内側長方形４３と、内側長方形４３の一辺に配置され、理想矩形形状４１の面積と内側長方形４３の面積の差に相当する面積を有する複数の凸部１４５と、を有している。このように比較の形態においては、凸部１４５が内側長方形４３の一辺にのみ配置されている。このため、理想矩形形状４１の重心と実形状１４６の重心との間の距離が、ｘ方向において（１／１０）×ｄ０よりも大きくなっており、例えば約（４／１０）×ｄ０になっている。このため、比較の形態においては、製造される変調マスクの各第１位相変調領域の重心が、設計データにおける各第１位相変調領域の重心から大きくずれている。
【０１０５】
このため比較の形態においては、図１８（ａ）に示すように、被照射物１８に照射される光の等強度線は、円形から歪んだ形になっている。また図１８（ｂ）に示すように、被照射物１８のうちテーパ穴の傾斜部に照射される光の強度分布の傾斜が一定になっていない。このため、形成されるテーパ穴の輪郭および傾斜角度は、設計値から逸脱していると考えられる。
【０１０６】
これに対して本実施の形態によれば、実形状４６は、内側長方形４３と、内側長方形４３の辺４３ａ〜４３ｄに配置され、各中間領域４２ａ〜４２ｄに対応する面積を有する凸部４５ａ〜４５ｄと、を有している。これによって、変調マスク２１における各第１位相変調領域２５ａの面積および配置を、設計データにおける各第１位相変調領域２５ａの面積および配置に精度良く一致させることができる。このことにより、所望の強度分布を有する光を得ることができる。
【０１０７】
第２の実施の形態
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。
【０１０８】
（第１位相変調領域の形状の設計手順）
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。
【０１０９】
次に、理想矩形形状４１の第１辺４１ａと外側長方形５３の第１辺５３ａとの間に位置する第１中間領域４２ａの面積Ｍａを、上述の［数９］に基づいて算出する。なお本実施の形態においては、［数９］のｔａが外側長方形５３の第１辺５３ａの長さとなっており、ｕａが第１辺４１ａと第１辺５３ａとの間の距離となっている。
【０１１０】
次に、図２１に示すように、第１中間領域４２ａに対応する面積を有する第１凹部５５ａを外側長方形５３の第１辺５３ａに配置する。なお上述の第１の実施の形態においては内側長方形４３に第１凸部４５ａが付加されて実形状４６が構成されるが、本実施の形態においては外側長方形５３から第１凹部５５ａが除去されて後述する実形状４６が構成される。後述する第３凹部５５ｃおよび第４凹部５５ｄについても同様である。
【０１１１】
好ましくは、第１凹部５５ａは、外側長方形５３の第１辺５３ａの中点近傍に配置される。これによって、理想矩形形状４１の重心４１ｅと後述する実形状４６の重心４６ｅとをより一致させることができる。なお「中点近傍に配置される」とは、第１凹部５５ａが、図２１において符号５３ｆで表される外側長方形５３の第１辺５３ａの中点に接するよう配置されるという意味である。
【０１１２】
図２１に示すように、第１凹部５５ａの深さｄａは、描画装置の加工分解能ｄ０に対応している。一方、第１凹部５５ａの幅ｗａは、上述の第１の実施の形態における第１凸部４５ａの場合と同様に、第１凹部５５ａの深さｄａの自然数倍、すなわち描画装置の加工分解能ｄ０の自然数倍になっている（〔数１０〕参照）。
【０１１３】
次に、理想矩形形状４１の第２辺４１ｂと外側長方形５３の第２辺５３ｂとの間に位置する第２中間領域４２ｂの面積Ｍｂを算出する。図２１に示される例において、面積Ｍｂは、０．５×ｄ０２よりも小さくなっている。このため、外側長方形５３の第２辺５３ｂには凹部が配置されない。
【０１１４】
次に、理想矩形形状４１の第３辺４１ｃと外側長方形５３の第３辺５３ｃとの間に位置する第３中間領域４２ｃの面積Ｍｃを算出する。同様に、理想矩形形状４１の第４辺４１ｄと外側長方形５３の第４辺５３ｄとの間に位置する第４中間領域４２ｄの面積Ｍｄを算出する。また、面積Ｍｃに対応する面積を有する第３凹部５５ｃを、外側長方形５３の第３辺５３ｃの中点近傍に配置する。同様に、面積Ｍｄに対応する面積を有する第４凹部５５ｄを、外側長方形５３の第４辺５３ｄの中点近傍に配置する。面積Ｍｃおよび面積Ｍｄの算出方法や、第３凹部５５ｃおよび第４凹部５５ｄの生成方法および配置方法は面積Ｍａおよび第１凹部５５ａの場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１１５】
このようにして、図２１に示されるように、外側長方形５３と、第１凹部５５ａ，第３凹部５５ｃおよび第４凹部５５ｄとからなる実形状４６が加工図面４０上に生成される。
【０１１６】
本実施の形態によれば、上述のように、理想矩形形状４１と外側長方形５３との間の面積の相違が、外側長方形５３の各辺５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄに凹部を配置することにより調整される。このため、描画装置の加工分解能を過度に高くすること無く、理想矩形形状４１の面積および配置と実形状４６の面積および配置とを精度良く一致させることができる。
【０１１７】
図２２は、本実施の形態により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２２に示すように、第１位相変調領域２５ａは、実形状４６の外側長方形５３に対応する長方形領域２６と、実形状４６の凹部５５ａ〜５５ｄに対応する凹部領域２８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。
【０１１８】
長方形領域２６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２５ａ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。また凹部領域２８の深さＤは、描画装置の加工分解能ｄ０に一致している。さらに、図１９乃至図２１に示される加工図面４０から明らかなように、各凹部領域２８の幅Ｗ１〜Ｗ４は、凹部領域２８の深さＤの自然数倍となっている。また、長方形領域２６の各辺の長さＬ１〜Ｌ４は、それぞれ凹部領域２８の深さＤの自然数倍となっている。このような長方形領域２６および凹部領域２８によって第１位相変調領域２５ａを構成することにより、変調マスク２１の第１位相変調領域２５ａの形状を柔軟に調整することができる。これによって、変調マスク２１における各第１位相変調領域２５ａの面積および配置を、設計データにおける各第１位相変調領域２５ａの面積および配置に精度良く一致させることができる。このことにより、所望の強度分布を有する光を得ることが可能となる。
【０１１９】
また、各凹部領域２８は、長方形領域２６の辺の中点近傍に配置されている。これによって、得られる強度分布を設計値により一致させることができる。なお「中点近傍に配置される」とは、各凹部領域２８が、長方形領域２６の対応する辺の中点に接するよう配置されるという意味である。
【０１２０】
好ましくは、凹部領域２８の深さＤを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算することにより得られる寸法は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒ０よりも小さくなっている。この場合、凹部領域２８の面積は被照射物１８に照射される光の強度分布に反映されるが、凹部領域２８の具体的な形状は被照射物１８に照射される光の強度分布にされなくなる。
【０１２１】
さらに好ましくは、第１位相変調領域２５ａを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した領域は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒ０よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。例えば、第１位相変調領域２５ａのｘ方向における長さＬ１−Ｄを結像光学系１７の結像面１７ｆに換算した寸法は、結像光学系１７の点像分布範囲の半径Ｒ０よりも小さくなっている。
【０１２２】
第３の実施の形態
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。
【０１２３】
本実施の形態においては、変調領域２２の第１変調領域が、光を第１の振幅変調量で変調する第１振幅変調領域３６ａからなり、第２変調領域が、光を第２の振幅変調量２５ｂで変調する第２振幅変調領域３６ｂからなっている。これら第１振幅変調領域３６ａおよび第２振幅変調領域３６ｂは、石英ガラスなどからなる光透過性の基材２１ａ上に遮光性を有する光遮蔽層２１ｂを設けることにより構成されている。図２３に示すように、光遮蔽層２１ｂを含む領域が第２振幅変調領域３６ｂとなっており、光遮蔽層２１ｂを含まない領域が第１振幅変調領域３６ａとなっている。
【０１２４】
第２振幅変調領域３６ｂおよび第１振幅変調領域３６ａにおける複素振幅透過率分布Ｔ（ｘ，ｙ）は、点（ｘ,ｙ）が第２振幅変調領域３６ｂ内にある場合はＴ（ｘ,ｙ）＝０、点（ｘ,ｙ）が第１振幅変調領域３６ａ内にある場合はＴ（ｘ,ｙ）＝１となる。従って、第２振幅変調領域３６ｂに対応する領域を領域Ａ、第１振幅変調領域３６ａに対応する領域を領域Ｂとする場合、被照射物１８における複素振幅分布Ｕ（ｘ,ｙ）は以下の〔数１２〕により表される。
【数１２】
0005737608.tif 000013
【０１２５】
（第１振幅変調領域の形状の設計手順）
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。
【０１２６】
なお本実施の形態において、光遮蔽層２１ｂを含む領域が第２振幅変調領域３６ｂとなっており、光遮蔽層２１ｂを含まない領域が第１振幅変調領域３６ａ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、光遮蔽層２１ｂを含む領域が第１振幅変調領域３６ａとなっており、光遮蔽層２１ｂを含まない領域が第２振幅変調領域３６ｂとなっていてもよい。この場合、複素振幅透過率分布Ｔ（ｘ，ｙ）は、点（ｘ,ｙ）が第２振幅変調領域３６ｂ内にある場合はＴ（ｘ,ｙ）＝１、点（ｘ,ｙ）が第１振幅変調領域３６ａ内にある場合はＴ（ｘ,ｙ）＝０となる。
【０１２７】
第４の実施の形態
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。
【０１２８】
（第１位相変調領域の形状の設計手順）
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。
【０１２９】
図２５において、近接長方形６３が二点鎖線にて表されている。近接長方形６３は、ｘ方向に延びる第１辺６３ａおよび第３辺６３ｃと、ｙ方向に延びる第２辺６３ｂおよび第４辺６３ｄとからなっている。
【０１３０】
本実施の形態においては、近接長方形６３の辺のうち理想矩形形状４１の内側に位置する辺においては、当該辺に凸部が配置される。一方、近接長方形６３の辺のうち理想矩形形状４１の外側に位置する辺においては、当該辺に凹部が配置される。以下、詳細について説明する。
【０１３１】
まず、理想矩形形状４１の第１辺４１ａと近接長方形６３の第１辺６３ａとの間に位置する第１中間領域４２ａの面積Ｍａを、以下の［数１３］に基づいて算出する。
【数１３】
0005737608.tif 000014
［数１３］において、ｓａが理想矩形形状４１の第１辺４１ａの長さとなっており、ｕａが第１辺４１ａと第１辺６３ａとの間の距離となっている。
【０１３２】
次に、図２６に示すように、第１中間領域４２ａに対応する面積を有する第１凸部４５ａを近接長方形６３の第１辺６３ａに配置する。第１凸部４５ａは、上述の第１の実施の形態における凸部と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【０１３３】
次に、理想矩形形状４１の第２辺４１ｂと近接長方形６３の第２辺６３ｂとの間に位置する第２中間領域４２ｂの面積Ｍｂを、以下の［数１４］に基づいて算出する。
【数１４】
0005737608.tif 000015
［数１４］において、ｔｂが近接長方形６３の第２辺６３ｂの長さとなっており、ｕｂが第２辺４１ｂと第２辺６３ｂとの間の距離となっている。
【０１３４】
次に、図２６に示すように、第２中間領域４２ｂに対応する面積を有する第２凹部５５ｂを近接長方形６３の第２辺６３ａに配置する。第２凹部５５ｂは、上述の第２の実施の形態における凹部と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【０１３５】
近接長方形６３の第３辺６３ｃおよび第４辺６３ｄに関しても、上述の場合と同様にして、第３中間領域４２ｃおよび第４中間領域４２ｄに対応する面積を有する第３凸部４５ｃおよび第４凹部５５ｄが生成される。このようにして、図２６に示されるように、近接長方形６３と、第１凸部４５ａ，第２凹部５５ｂ，第３凸部４５ｃおよび第４凹部５５ｄとからなる実形状４６が加工図面４０上に生成される。
【０１３６】
本実施の形態によれば、上述のように、理想矩形形状４１と近接長方形６３との間の面積の相違が、近接長方形６３の各辺６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄに凸部または凹部を配置することにより調整される。このため、描画装置の加工分解能を過度に高くすること無く、理想矩形形状４１の面積および重心と実形状４６の面積および重心とを精度良く一致させることができる。また本実施の形態によれば、理想矩形形状４１の形状に応じて、近接長方形６３の各辺６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄに凸部が配置されるか凹部が配置されるかが適宜判断される。このため、より柔軟に実形状４６の形状を調整することができる。
【０１３７】
図２７は、本実施の形態により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２７に示すように、第１位相変調領域２５ａは、実形状４６の近接長方形６３に対応する長方形領域２６と、実形状４６の凸部４５ａ，４５ｃに対応する凸部領域２７と、実形状４６の凹部５５ｂ，５５ｄに対応する凹部領域２８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。
【０１３８】
図２４乃至図２６に示される加工図面４０から明らかなように、各凸部領域２７の幅Ｗ１，Ｗ３は、凸部領域２７の高さＨの自然数倍となっており、各凹部領域２８の幅Ｗ２，Ｗ４は、凹部領域２８の深さＤの自然数倍となっている。また、長方形領域２６の各辺の長さＬ１〜Ｌ４は、それぞれ凸部領域２７の高さＨの自然数倍または凹部領域２８の深さＤの自然数倍となっている。このような長方形領域２６、凸部領域２７および凹部領域２８によって第１位相変調領域２５ａを構成することにより、変調マスク２１の第１位相変調領域２５ａの形状を柔軟に調整することができる。これによって、変調マスク２１における各第１位相変調領域２５ａの面積および配置を、設計データにおける各第１位相変調領域２５ａの面積および配置に精度良く一致させることができる。このことにより、所望の強度分布を有する光を得ることが可能となる。
【０１３９】
なお本実施の形態においても、上述の第３の実施の形態の場合と同様に、第１変調領域および第２変調領域が第１振幅変調領域３６ａおよび第２振幅変調領域３６ｂからなっていてもよい。
【０１４０】
（変形例）
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。
【０１４１】
また上記各実施の形態による実形状４６において、中間領域の面積に対応する１個の凸部または凹部が長方形４３，５３，６３の辺に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、例えば図２８に示すように、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、内側長方形４３の第１辺４３ａ，第３辺４３ｃおよび第４辺４３ｄにそれぞれ２個の第１凸部４５ａ，第３凸部４５ｃ，第４凸部４５ｄが配置されていてもよい。各辺の凸部が２個より多くなっていてもよい。同様に、図示はしないが、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、長方形５３，６３の辺に２個以上の凸部または凹部が配置されていてもよい。
【０１４２】
また上記各実施の形態による実形状４６において、変調マスク２１を製造するために用いられる描画装置の加工分解能が、ｘ方向およびｙ方向においてともにｄ０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、ｘ方向における加工分解能とｙ方向における加工分解能とが異なる描画装置が用いられてもよい。この場合、図２９に示すように、各ｘ方向グリッド線４７の間隔ｄ１と各ｙ方向グリッド線４８の間隔ｄ２とが異なっている。この場合、図２９に示すように、ｙ方向に突出する第１凸部４５ａの高さｈａ１は、描画装置のｙ方向における加工分解能に対応している。そして第１凸部４５ａの幅ｗａ１は、第１凸部４５ａの高さｈａ１の自然数倍になっている。一方、ｘ方向に突出する第４凸部４５ｄの高さｈａ２は、描画装置のｘ方向における加工分解能に対応している。そして第４凸部４５ｄの幅ｗａ２は、第４凸部４５ｄの高さｈａ２の自然数倍になっている。
【０１４３】
また上記各実施の形態において、光変調素子が、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変調領域とを備えた変調マスク２１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、複数種類の変調領域の形状および配置に応じて出力光の強度分布が決定される様々な光変調素子において、上記各実施の形態に表されている技術思想が用いられ得る。
【０１４４】
また上記各実施の形態において、変調マスク２１を備えた光照射装置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、上記各実施の形態による変調マスク２１を備えた光照射装置１０は、様々な用途に用いられ得る。例えば、変調マスク２１を備えた光照射装置１０が、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られてもよい。
【０１４５】
また上記各実施の形態において、理想矩形形状４１が１個の矩形形状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３０に示すように、理想矩形形状４１が、複数個の矩形形状を組み合わせることにより構成されていてもよい。この場合、図３０に示すように複数の近接長方形６３が配置され、そして近接長方形６３の辺に凸部４５および凹部５５が配置される。このようにして、複数の近接長方形６３と、凸部４５および凹部５５とからなる実形状４６が構成され得る。
【符号の説明】
【０１４６】
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
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
【図１】
0005737608.tif 000016
【図２】
0005737608.tif 000017
【図３】
0005737608.tif 000018
【図４】
0005737608.tif 000019
【図５】
0005737608.tif 000020
【図６】
0005737608.tif 000021
【図７】
0005737608.tif 000022
【図８】
0005737608.tif 000023
【図９】
0005737608.tif 000024
【図１０】
0005737608.tif 000025
【図１１】
0005737608.tif 000026
【図１２】
0005737608.tif 000027
【図１３】
0005737608.tif 000028
【図１４】
0005737608.tif 000029
【図１５】
0005737608.tif 000030
【図１６】
0005737608.tif 000031
【図１７】
0005737608.tif 000032
【図１８】
0005737608.tif 000033
【図１９】
0005737608.tif 000034
【図２０】
0005737608.tif 000035
【図２１】
0005737608.tif 000036
【図２２】
0005737608.tif 000037
【図２３】
0005737608.tif 000038
【図２４】
0005737608.tif 000039
【図２５】
0005737608.tif 000040
【図２６】
0005737608.tif 000041
【図２７】
0005737608.tif 000042
【図２８】
0005737608.tif 000043
【図２９】
0005737608.tif 000044
【図３０】
0005737608.tif 000045