(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光透過率の異なる複数の光透過領域が設けられ、
前記光透過領域は、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が形成された部分と入射光が回折を生じない大きさの開口部とから構成されたものを含み、
前記微細構造はピッチが一定であり、全ての前記光透過領域の微細構造はピッチもピッチに対する凸部の割合を示すフィリングファクタも等しい凹凸パターンからなる同じ微細構造であり、
前記微細構造と開口部とから構成された光透過領域の光透過率は前記微細構造の０次光透過率と前記開口部の開口率により設定され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】
前記光透過領域の微細構造は、入射光の波長に対して０次光透過率がほぼ０になるように、ピッチ、フィリングファクタ、及び凹凸パターンの深さが設定されている請求項１に記載の光アッテネータ。
【請求項３】
前記微細構造はピッチが一定であり、全ての前記光透過領域の微細構造のピッチが等しく、ピッチに対する凸部の割合を示すフィリングファクタは異なる前記光透過領域の間では異なっている請求項１に記載の光アッテネータ。
【請求項４】
前記光透過領域は前記ガラス基板の表面上で一直線に沿って複数個が配置されており、前記開口部の開口率が前記光透過領域ごとに異なるように設定されている請求項１から３のいずれか一項に記載の光アッテネータ。
【請求項５】
前記光透過領域は前記ガラス基板の表面上で円周方向に沿って複数個が配置されており、前記開口部の開口率が前記光透過領域ごとに異なるように設定されている請求項１から３のいずれか一項に記載の光アッテネータ。
【請求項６】
前記微細構造の凹凸パターンの表面及び開口部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５のいずれか一項に記載の光アッテネータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の光アッテネータと、
前記光透過領域に対する入射光の入射位置が前記光透過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８】
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７に記載の光アッテネータモジュール。
【請求項９】
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た請求項７又は８に記載の光アッテネータモジュール。
【請求項１０】
入射光が直線偏光であり、該光アッテネータモジュールの光入射側に（λ／４）波長板が配置されている請求項７から９のいずれか一項に記載の光アッテネータモジュール。
【請求項１１】
該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、
該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、
前記第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、
前記第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前記移動機構を制御する移動機構制御装置と、
をさらに備えた請求項７から１０のいずれか一項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光透過率の異なる複数の光透過領域が設けられたものであり、光透過領域として、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が形成された部分と入射光が回折を生じない大きさの開口部とから構成されたものを含んでいる。開口部の大きさは入射光のビーム径よりも小さい。
【００１４】
微細構造と開口部とから構成された光透過領域の光透過率は、微細構造の０次光透過率と開口部の開口率により設定されている。開口率は単位面積当たりの開口部の割合であるが、具体的には開口部の大きさと開口部が配置される間隔により設定される。微細構造への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。開口部では入射光のうち開口部に入射した光は回折を受けることなくそのまま透過する。光透過領域の光透過率は入射光の光量に対する出射光の光量の比率として定義される。その場合の出射光は微細構造を透過した０次光の光量と開口部を透過した出射光の合計である。微細構造は種々の０次光透過率をとることができ、その中には０次光透過率が０のものも含まれる。
【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３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３のデータの入射光波長は１０６４ｎｍ、フィリングファクタ（ＦＦ）は０.５である。フィリングファクタは、凹凸パターンにおいてピッチに対する凸部の割合を示す。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３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】
0005706183.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、１つのガラス基板にフィリングファクタの異なる微細構造を形成する実施の形態では、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】
光透過領域としては微細構造を備えずに開口部のみを備えたものも含む。この場合にはその光透過領域の光透過率は１００％である。
【００２１】
さらに、光透過領域としては開口部を備えずに微細構造のみを備えたものも含まれる。この場合にはその光透過領域の０次回折光の光透過率は微細構造のピッチとフィリングファクタによって所定の値に設定され、０次回折光の光透過率が０のものも含まれる。
【００２２】
微細構造の０次回折光の光透過率はピッチとフィリングファクタによって設定されるが、後で示すように高透過率にしようとするとフィリングファクタが０又は１に近づくことになる。これは微細構造の凹凸パターンの凸部又は凹部の幅が狭くなることを意味する。パターンの幅が１μｍ以下になると、フォトリソグラフィ工程において従来の半導体用縮小光学露光機(ステッパー)で解像できなくなる。そのため、高透過率領域の光量確保が難しくなる。具体的には、０次回折光の透過率９０％以上を確保することが難しくなる。これを解消する方法としては、電子線描画（ＥＢ描画）方法があるが、描画時間が長くなり、高価となる欠点がある。
【００２３】
そこで、本発明では微細構造と開口部の組合せによって光透過率を調節する。
【００２４】
微細構造は所定の０次回折光透過率をもつように設定することもできるが、０次回折光透過率が０になるように設定することもできる。
【００２５】
開口部は所定の光透過率となるように開口率を調節することができ、特に高透過率領域において光透過率を正しく設定するのに有効である。本発明ではいくつかの光透過領域を微細構造が形成された部分と、入射光のビーム径よりも小さい面積でパターンをもたない開口部とで構成する。
【００２６】
本発明の一実施形態においては、微細構造はピッチが一定であり、全ての光透過領域の微細構造はピッチもフィリングファクタも等しい凹凸パターンからなる同じ微細構造とすることができる。その場合、光透過領域の微細構造は、入射光の波長に対して０次回折光の光透過率がほぼ０になるように、ピッチ、フィリングファクタ、及び凹凸パターンの深さが設定されているようにすることができる。
【００２７】
この実施の形態では、開口部のサイズとレイアウトを制御することで、開口部で回折を発生させないので、屈折率が１．０の合成石英ガラス基板を使用した場合、光透過率を０〜９２％の範囲で調節することができる。
【００２８】
また、この実施の形態では、微細構造のラインとスペースの比率（フィリングファクタが０．５のときは１：１）は一定のままであり、全ての光透過領域にわたってスペース幅を狭くする必要がないため、スペース幅をステッパーの解像限界まで設定できる。つまりピッチを小さくすることが可能になるため回折角度の設計自由度が増し、短波長にも対応できるようになる。その結果、製作時の利点として、従来の露光装置を使用して製作できること、微細構造の０次回折光透過率を０に設定すると、０次光の透過率を制御するためにはパターンなし部（開口部）のレイアウトと寸法を調節するだけでよく、かつこの設計は容易である。
【００２９】
他の実施の形態では、微細構造はピッチが一定であり、全ての光透過領域の微細構造のピッチが等しく、ピッチに対する凸部の割合を示すフィリングファクタは異なる光透過領域の間では異なっているようにすることもできる。この実施の形態においては、微細構造のフィリングファクタと開口部のサイズ及びレイアウトを調節することによって光透過領域の光透過率を設定することができる。この場合も、開口部で回折を発生させないので、屈折率が１．０の合成石英ガラス基板を使用した場合、光透過率を０〜９２％の範囲で調節することができる。
【００３０】
光透過領域はガラス基板の表面上で一直線に沿って複数個が配置されており、開口部の開口率が光透過領域ごとに異なるように設定されているようにすることができる。
【００３１】
また、光透過領域はガラス基板の表面上で円周方向に沿って複数個が配置されており、開口部の開口率が光透過領域ごとに異なるように設定されているようにすることもできる。
【００３２】
微細構造の凹凸パターンの表面及び開口部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てもよい。
【００３３】
本発明の光アッテネータモジュールは、本発明の光アッテネータと、光透過領域に対する入射光の入射位置が光透過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。
【００３４】
また、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することもできる。
【００３５】
入射光が直線偏光である場合は、光アッテネータモジュールの光入射側に（λ／４）波長板が配置されていることが好ましい。
【００３６】
光アッテネータモジュールの一実施の形態は、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、そ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、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、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光アッテネータのガラス基板を変位させる移動機構を制御する移動機構制御装置とをさらに備えている。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の光アッテネータは、ガラス基板表面に形成した凹凸パターンの微細構造と凹凸パターンのない開口部によって光透過率を調節しているので、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】
【００３８】
【図１】（Ａ）は微細構造の凹凸パターンを示す概略断面図、（Ｂ）概略平面図である。
【図２】微細構造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】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４】一実施例における１つの光透過領域の一部を示す拡大平面図である。
【図５】一実施例における開口部のサイズとレイアウトの設計手法を示すフローチャートである。
【図６】一実施例における開口部のサイズ／ピッチに対する光透過率を示すグラフである。
【図７】光透過率が一直線に沿って変化する実施例の一直線上の位置（ビーム入射位置）と０次光の光透過率との関係を示すグラフである。
【図８】（Ａ）は光透過率が円周方向に沿って変化する実施例の概略平面図、（Ｂ）はその一部拡大平面図である。
【図９】一実施例と比較例での光透過率変化を示すグラフである。
【図１０】比較例の微細構造を示す一部平面図である。
【図１１】一実施例を製作する工程のフローチャートである。
【図１２】一実施例の概略断面図である。
【図１３】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。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
一実施例の光アッテネータの光透過領域に形成する微細構造を概略的に図１（Ａ）と（Ｂ）に示す。本発明で使用する微細構造はピッチが一定であるが、凹凸形状のフィリングファクタは光透過領域が異なっても一定のものと、光透過領域が異なると異なるものとがある。図１は光透過領域を表わしたものではなく、微細構造だけを取りあげてその機能を説明するために示したものである。（Ａ）は微細構造の凹凸形状のフィリングファクタ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。
【００４０】
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・スペースパターンである。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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
０次回折光の透過率はフィリングファクタによって変化することを示す。図１の例において、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。
【００４５】
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場合は、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。
【００４６】
図４は一実施例の光アッテネータにおける１つの光透過領域の一部を示す拡大平面図である。
【００４７】
少なくとも入射光の波長域では透明な材質であるガラス基板として石英ガラス基板を使用し、その一方の表面に複数の光透過領域が形成されている。図４に示されているのは、１つの光透過領域１１の一部である。この光透過領域１１は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１２が形成された部分と、入射光が回折を生じない大きさの開口部１４とから構成されている。
【００４８】
この光アッテネータへの入射光は、特に限定されるものではないが、いま波長が１０６４ｎｍでビーム径が４ｍｍのものが、光アッテネータに対する入射角が０度、すなわち光アッテネータの表面に対して垂直方向に入射するものとする。
【００４９】
微細構造４は０次回折光の透過光量が０ではない値になるように設定されている。具体的には、微細構造４の凹凸パターンのピッチＰが２０μｍ、凹凸パターンのライン幅が１８．５μｍ（フィリングファクタは０．９２５）、凹凸パターンの凸部の高さ（凹部の深さと同じこと）が１．２μｍになるように設定されている。この微細構造４は、波長が１０６４ｎｍの入射光に対しては０次回折光の透過率は７３％である。したがって、この実施例では、光透過領域の０次光の光透過率は微細構造４の０次回折光透過率と開口部１４の開口率によって決まる。
【００５０】
開口部１４の大きさは入射光の波長では回折が起こらず、入射光のビーム径に対して小さい大きさである。開口部１４の大きさと配置は図５に示されるように、回折光が発生せず、光透過率が所望の値になるように決める。
【００５１】
具体的には次の４つの光透過領域を作成した。光透過領域の大きさは一辺が６ｍｍの正方形である。
【００５２】
（１）開口部１４は直径が０．４ｍｍであり、２ｍｍ間隔（Ｐ０）で配置した。この場合の０次光透過率は８１．７％であった。
【００５３】
（２）開口部１４は直径が０．４ｍｍであり、１．５ｍｍ間隔（Ｐ０）で配置した。この場合の０次光透過率は８８．５％であった。
【００５４】
（３）開口部１４は直径が０．４ｍｍであり、１ｍｍ間隔（Ｐ０）で配置した。この場合の０次光透過率は９０．１％であった。
【００５５】
（４）開口部１４は直径が０．４ｍｍであり、０．５ｍｍ間隔（Ｐ０）で配置した。この場合の０次光透過率は９４％であった。
【００５６】
開口部により広い光透過率範囲を設定できることを示すために、開口部１４の直径（サイズ）を０．４ｍｍとし、配置する間隔（ピッチＰ０）を種々に異ならせたときの光透過率の測定結果を図６に示す。図６で、横軸は開口部１４を配置する間隔（ピッチＰ０）と直径（サイズ）との比率として表わしている。
【００５７】
この実施例では、微細構造４は０次回折光の透過光量が０になるように設定されている。具体的には、微細構造４の凹凸パターンのピッチＰが２０μｍ、凹凸パターンのライン幅が１０μｍ（フィリングファクタは０．５）、凹凸パターンの凸部の高さ（凹部の深さと同じこと）が１．２μｍになるように設定されている。図２に示されているように、この微細構造４は、波長が１０６４ｎｍの入射光に対しては０次回折光の透過光量が０になる。したがって、この実施例では、光透過領域の０次光の光透過率は開口部１４の開口率のみによって決まる。
【００５８】
図６の測定結果を得た測定の入射光は、波長が１０６４ｎｍでビーム径が２ｍｍ、４ｍｍ及び８ｍｍの３種類で測定した。光アッテネータに対する入射角は０度である。この結果によれば、微細構造部からの０次回折光の光透過率が０であっても、開口部１４を配置することにより、０〜９０％余りまでの広範囲の光透過率を実現できることが分かる。
【００５９】
このように微細構造と開口部により互いに異なる光透過率をもつように設定された光透過領域は、ガラス基板上で直線上に沿って配置してもよく、円周上に配置してもよい。
【００６０】
微細構造４の０次回折光の透過光量が０になるように、微細構造４の凹凸パターンのピッチＰが２０μｍ、凹凸パターンのライン幅が１０μｍ（フィリングファクタは０．５）、凹凸パターンの凸部の高さ（凹部の深さと同じこと）が１．２μｍになるように設定された素子において、図６の測定データを得たのと同じように開口部１４の直径（サイズ）を０．４ｍｍとし、配置する間隔（ピッチＰ０）を種々に異ならせた領域をガラス基板の一直線に沿って配置したものを次の実施例とした。すなわち、図６では横軸は開口部１４を配置する間隔と直径との比率であるが、この実施例ではガラス基板の一直線上の位置と光透過率が直線関係になるように、開口部１４を配置する間隔と直径との比率の異なる領域をガラス基板の一直線上に沿って配置したものである。その実施例において、波長が１０６４ｎｍ、ビーム径が４ｍｍの入射光で０次光の光透過率を測定したときのガラス基板の一直線上の位置（ビーム入射位置）と光透過率との関係を図７に示す。図７のデータは図６のデータのビーム径が４ｍｍ相当するものである。尚、ここで、図７の横軸は開口部１４を配置する間隔と直径との比率の異なる１１の領域を配置した光アッテネータの寸法（１１の領域を配置した一直線方向の寸法）を表わしているが、この寸法は任意であり、それよりも長くても短くてもよい。
【００６１】
この実施例のように０次光の光透過率の異なる領域を一直線状に配置することにより、入射光に対してこの光アッテネータをその一直線に沿って移動させることにより０次光の光透過率を変化させることができる。
【００６２】
図８は異なる光透過率の光透過領域が円周上に配置された実施例を示している。円盤状のガラス基板１６の一表面で円周に沿って光透過領域が配置されている。符号１８は光透過領域を概略的に示したものである。光透過領域１８は図４に示された構造と同じであり、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１２が形成された部分と、入射光が回折を生じない大きさの開口部１４とから構成されている。この実施例では、微細構造１２は使用する入射光の波長に対しては０次回折光の光透過率が０になるように形成されている。このような光透過領域１８が基板１６の円周に沿って配置されている。光透過領域１８の０次光透過率は、開口部１４の大きさと配置の間隔によって、基板１６の回転角の０〜３６０°に対して４〜９４％の範囲で増加していくように設定されている。
【００６３】
その光透過率と回転角との関係が図９に「開口部あり」のデータとして示されている。横軸のビーム入射位置は基板１６の回転角である。
【００６４】
図１０は開口部を設けないで微細構造のみによって０次回折光の光透過率を変化させる場合の比較例を示したものである。この比較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。比較例でも、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。
【００６５】
実施例も比較例も製造方法は同じであり、半導体用縮小光学露光機を用いたフォトリソグラフィ工程によりレジストパターンを形成し、そのパターンをガラス基板にドライエッチングにより転写する方法により製作した。
比較例でも光透過率と回転角との関係が図８の実施例と同じようになるようにフィリングファクタが設計されている。しかし、高透過率領域では微細構造の凹凸パターンの溝の幅が狭くなって、設計通りに加工できなくなる。比較例の光透過率と回転角との関係も図９に「開口部なし」として示した。高透過率領域では設計通りに加工されていないことが分かる。
【００６６】
図９の結果からも分るように、高透過領域を除くと微細構造によっても所定の光透過率を実現することができる。そこで、他の実施例として、比較例のように０次回折光の光透過率が調節できるようにした微細構造と開口部とを組み合わせたものである。そして、開口部は特に高透過領域用の光透過領域に配置する。
【００６７】
図１１は本発明の光アッテネータを製造する一方法を概略的に示したものである。微細構造と開口部は同時に形成する。例えば、基板として合成ガラス基板を用い、基板表面にフォトレジスト層を塗布する。フォトレジストはネガ型でもポジ型でもよく、ここでは一例としてポジ型を使用する。縮小光学露光機を用いてフォトレジストを露光し、現像とリンスを行ってレジストパターンを形成する。そのレジストパターンをマスクとして基板を異方性ドライエッチングすると、基板に図１２に示されるような微細構造１２と開口部１４からなるパターンが形成される。
【００６８】
本発明の光アッテネータは、金型をもちいて樹脂層にパターンを転写し、その転写パターンをエッチングにより基板に再度転写するナノインプリント法により製造することもできる。
【００６９】
光アッテネータは微細構造の凹凸パターンの表面及び開口部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、及び開口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。
【００７０】
そのような反射防止構造は、微細構造の凹凸パターンと開口部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ナノインプリント法により形成しておく。その後に微細構造の凹凸パターンと開口部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と開口部を形成する際の障害になることはない。
【００７１】
図１３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光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光透過率を変化させるものである。
【００７２】
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６０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６０から出射されるレーザ光６４は円偏光をもっている。
【００７３】
光アッテネータ６０を透過した出射光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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【符号の説明】
【００７８】
２      ガラス基板
４，１２      微細構造
６      凸部（ライン）
８      溝（スペース）
９      凸部
１０      溝
１１      光透過領域
１４      開口部
６０      光アッテネータ
１６      レーザ発振器
１８      受光器
６１      移動機構
６２      レーザ光源
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
【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６】
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