專利名稱：光學(xué)掩模以及光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在輸入光的光束截面中進(jìn)行空間強(qiáng)度調(diào)制并輸出該調(diào)制后的光的光 學(xué)掩模，以及，包含這種光學(xué)掩模的光源裝置。
背景技術(shù)：
在觀察被觀察物或加工被加工物的情況下，從激光光源等的光源輸出的光，經(jīng)過 包含透鏡等的聚光照射光學(xué)系統(tǒng)，而被聚光照射在被觀察物或被加工物上。在這樣進(jìn)行光 的聚光的情況下，作為該聚光直徑的大小的基準(zhǔn)的光束束腰(waist)直徑，只能減小到光 的波長(zhǎng)的一半左右。這被稱為衍射極限。但是，該衍射極限是關(guān)于高斯模式(或者基本模 式)的光的極限。另一方面，存在具有比衍射極限更微小的空間結(jié)構(gòu)的高次模式光。
作為具有這種性質(zhì)的光束，已知貝塞爾(Bessel)光束和拉蓋爾·高斯·模式 (Laguerre-Gaussian Mode)光(下面稱為“LG模式光”)。如果采用這樣的光束，則可以有 效地使光能量集中于衍射極限以下的微小區(qū)域。例如非專利文獻(xiàn)1 6中記載了輸出LG 模式光的光源裝置。另外，非專利文獻(xiàn)7中記載了用three-ring(3R)filter對(duì)相同分布的直線偏振光 進(jìn)行聚光而形成微小光斑的技術(shù)。再有，非專利文獻(xiàn)8 10中記載了用高NA(數(shù)值孔徑) 透鏡對(duì)徑向偏振光激光光束進(jìn)行聚光而形成微小光斑的技術(shù)。非專利文獻(xiàn) 1 :J. Arlt, et al.，Journal of Modern Optics, Vol. 45，No. 6， pp.1231-1237(1998)。非專利文獻(xiàn)2 :D. G. Grier, Nature, Vol. 424，pp. 810-816 (2003)。非專利文獻(xiàn) 3 :M. W. Bei jersbergen, et al. , Optics Communications, Vol. 112, pp.321-327(1994)。非專禾O 文獻(xiàn) 4 :k. Sueda, et al.，Optics Express, Vol. 12，No. 15， pp.3548-3553(2004)。非專利文獻(xiàn) 5 :N. R. Heckenberg, et al.，Optics Letters, Vol. 17，No. 3, pp.221-223(1992)。非專利文獻(xiàn) 6 :N. R. Heckenberg, et al. , Optical and QuantumElectronics, Vol. 24，No. 24，pp. 155-166(1992)。非專利文獻(xiàn) 7 :M.Martinez-Corral，et al. , Appl. Phys. Lett. VOl. 85, No. 19, pp.4319-4321(2004)。非專利文獻(xiàn) 8 :R. Dorn, et al.，Phys. Rev. Lett. Vol. 91，No. 23，p. 233901 (2003)。非專利文獻(xiàn) 9 :S. Quabis, et al. , Opt. Commun. Vol. 179，pp. 1—7(2000)。非專禾Ij 文獻(xiàn) 10 :Υ· Kozawa，et al. , J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 24, No. 6, pp. 1793-1798(2007)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題如非專利文獻(xiàn)1 6中記載的LG模式光，在其光束截面中，由于在中心光斑的周 圍本質(zhì)上具有環(huán)狀區(qū)域(下面稱為“旁瓣(side lobe)”)，因此存在分辨率低、中心光斑的 能量集中度低等的問題。即使在非專利文獻(xiàn)7記載的技術(shù)中，中心光斑直徑以及旁瓣中的 任意一點(diǎn)也都不能充分解決上述問題。另外，非專利文獻(xiàn)8 10中記載的技術(shù)，由于利用徑向偏振光激光光束所特有的 性質(zhì)，因而不能適用于直線偏振光光束的情況。另外，由于該技術(shù)只在高NA下有效地顯像， 因而在低NA下無法實(shí)現(xiàn)。再有，因?yàn)樵摷夹g(shù)只對(duì)透鏡的外周的光進(jìn)行聚光，因而光的利用 效率非常低。本發(fā)明正是為了解決上述問題而完成的，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠減小中 心光斑直徑并且能夠增大中心光斑的能量集中度的光源裝置、以及這種光源裝置中優(yōu)選使 用的光學(xué)掩模。解決問題的方法 本發(fā)明所涉及的光學(xué)掩模是在輸入光的光束截面中進(jìn)行空間強(qiáng)度調(diào)制并輸出該 調(diào)制后的光的光學(xué)掩模，在被以規(guī)定位置作為中心的P個(gè)半徑為T1 rp(p為偶數(shù)，rp > V1 > > r2 >巧并且Tp-IV1 > rp_rrp_2 > > r3_r2 > Γ2-Γι > Γι)的各圓周劃分并從 內(nèi)側(cè)開始依次設(shè)定區(qū)域Atl-Ap時(shí)，區(qū)域Am(m為0以上ρ以下的偶數(shù))是光透過區(qū)域，區(qū)域 An(η為0以上ρ以下的奇數(shù))是光屏蔽區(qū)域。上述光學(xué)掩模優(yōu)選為ρ個(gè)半徑巧 rp與ρ 次Laguerre多項(xiàng)式的ρ個(gè)實(shí)數(shù)根的平方根成比例的掩模。本發(fā)明所涉及的光源裝置具備輸出相干光的光源、將從光源輸出的光聚光在聚光 點(diǎn)上的聚光光學(xué)系統(tǒng)、以及設(shè)置在光源和聚光點(diǎn)之間的光路上的上述本發(fā)明所涉及的光學(xué)掩 模。再有，光學(xué)掩模將從光源輸出的光輸入到區(qū)域A0 Ap，并將透過光透過區(qū)域的光輸出。上述光源裝置優(yōu)選還具備光相位調(diào)制元件，該光相位調(diào)制元件設(shè)置在光源和光學(xué) 掩模之間，輸入從光源輸出的光，根據(jù)該光在光束截面上的位置對(duì)該光進(jìn)行相位調(diào)制，并輸 出該相位調(diào)制后的光。在這種情況下，優(yōu)選，在從光相位調(diào)制元件輸出并輸入到光學(xué)掩模的 光的光束截面中，分別輸入到光透過區(qū)域以及光屏蔽區(qū)域的光的相位彼此只相差η。上述光源裝置中，優(yōu)選，光相位調(diào)制元件對(duì)輸入光進(jìn)行相位調(diào)制并輸出矢徑指數(shù) 為P的LG模式光。上述光源裝置中，優(yōu)選，光相位調(diào)制元件為基于從外部輸入的控制信號(hào)而設(shè)定各 像素的相位調(diào)制量的元件。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠減小中心光斑直徑并且能夠增大中心光斑的能量集中度。


圖1是本實(shí)施方式所涉及的光源裝置1的構(gòu)成圖。圖2是本實(shí)施方式所涉及的光學(xué)掩模15的平面圖。圖3是本實(shí)施方式所涉及的光學(xué)掩模15的平面圖。圖4是表示聚光點(diǎn)附近的光強(qiáng)度分布的計(jì)算結(jié)果的圖。
圖5是表示中心光斑直徑和β之間的關(guān)系的圖表。圖6是表示中心光斑的能量集中度η和β之間的關(guān)系的圖表。圖7是表示聚光點(diǎn)附近的光強(qiáng)度分布的其它計(jì)算結(jié)果的圖。圖8是將矢徑指數(shù)ρ設(shè)為4時(shí)的光學(xué)掩模15的平面圖。圖9是將矢徑指數(shù)ρ設(shè)為6時(shí)的光學(xué)掩模15的平面圖。圖10是將矢徑指數(shù)ρ設(shè)為2時(shí)的光學(xué)掩模15的平面圖。
圖11是將矢徑指數(shù)ρ設(shè)為4時(shí)的光學(xué)掩模15的平面圖。圖12是將矢徑指數(shù)ρ設(shè)為6時(shí)的光學(xué)掩模15的平面圖。圖13是表示光學(xué)掩模被設(shè)置在入射面上的透鏡16Α的構(gòu)成的截面圖。圖14是表示在相當(dāng)于光屏蔽區(qū)域的區(qū)域中不具有聚光作用的透鏡16Β的構(gòu)成的 截面圖。符號(hào)的說明1…光源裝置；2…聚光面；10…激光光源；11，12…透鏡；13…孔；14…光相位調(diào)制 元件；15···光學(xué)掩模；16…透鏡。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。另外，在附圖中， 對(duì)相同的要素標(biāo)注相同的符號(hào)，省略重復(fù)的說明。圖1是本實(shí)施方式所涉及的光源裝置1的構(gòu)成圖。該圖所示的光源裝置1具備 激光光源10、凸透鏡11、凸透鏡12、孔13、透過型光相位調(diào)制元件14、光學(xué)掩模15以及凸透 鏡16。圖2是本實(shí)施方式所涉及的光學(xué)掩模15的平面圖。圖2中，從光軸方向看光學(xué)掩模 15。激光光源10為輸出相干的激光的光源，例如He-Ne激光光源等。透鏡11以及透 鏡12發(fā)揮作為擴(kuò)束器(beam expander)的作用，輸入從激光光源10輸出的光，擴(kuò)大該光的 光束直徑，并作為平行光輸出該光。孔13具有圓形的開口，輸入從透鏡11以及透鏡12輸 出的光，并將該光的光束截面中通過開口的部分輸出到光相位調(diào)制元件14。光相位調(diào)制元件14輸入從激光光源10輸出、經(jīng)過透鏡11，12、并通過孔13的開 口的光，根據(jù)該光在光束截面上的位置對(duì)該光進(jìn)行相位調(diào)制，使該相位調(diào)制后的光透過光 學(xué)掩模15而輸出。光相位調(diào)制元件14可以是通過加工玻璃板等的表面而具有厚度分布的 元件，但是優(yōu)選為基于從外部輸入的控制信號(hào)來設(shè)定透過時(shí)的各像素的相位調(diào)制量的單元 (SLM =Spatial Light Modulator)。在使用SLM作為光相位調(diào)制元件14的情況下，可以電 寫入相位調(diào)制量的空間分布，必要時(shí)能夠賦予各種相位調(diào)制分布。光學(xué)掩模15輸入由光相位調(diào)制元件14進(jìn)行相位調(diào)制后的光，在該光的光束截面 中進(jìn)行空間強(qiáng)度調(diào)制，并將該調(diào)制后的光輸出到透鏡16。透鏡16發(fā)揮作為使從光學(xué)掩模 15輸出的光聚光在聚光面2上的聚光光學(xué)系統(tǒng)的作用。聚光面2例如為被觀察物或被加工物等。如圖2所示，光學(xué)掩模15為在被以規(guī)定位置(主光線通過的位置)作為中心的 P個(gè)半徑為巧 rp的各圓周劃分并從內(nèi)側(cè)開始依次設(shè)定區(qū)域Atl Ap時(shí)，區(qū)域Am (m為0以 上P以下的偶數(shù))是光透過區(qū)域，區(qū)域An(n為0以上ρ以下的奇數(shù))是光屏蔽區(qū)域。另外，圖1以及圖2中，將p值設(shè)為2。在此，p為偶數(shù)，“rp > > > r2 >巧”并且“1^-1^ > rP-i"rP-2 > —> r3-r2 > r2~r1 > 巧”。使用圖3進(jìn)一步對(duì)光學(xué)掩模15進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖3是本實(shí)施方式所涉及的光學(xué) 掩模15的平面圖。該圖3中，也是從光軸方向看光學(xué)掩模15。如該圖所示，在光學(xué)掩模15 中，設(shè)定被以規(guī)定位置作為中心的P個(gè)半徑為巧 的各圓周劃分的(p+1)個(gè)區(qū)域A。
Ap，從內(nèi)側(cè)開始依次設(shè)定為區(qū)域‘~，4，…，Ap。p是偶數(shù)。位于最內(nèi)側(cè)的區(qū)域A。是半徑 為。的圓周的內(nèi)側(cè)區(qū)域。位于最外側(cè)的區(qū)域Ap是半徑為 的圓周的外側(cè)區(qū)域。另外，區(qū) 域&和區(qū)域Ap之間的各區(qū)域&是被半徑為巧的圓周和半徑為ri+1的圓周劃分的圓環(huán)狀區(qū) 域(i = 1,2,3,…，p-1)。此時(shí)，區(qū)域A。 Ap各自的徑向的寬度為越在外側(cè)的區(qū)域越大。即半徑巧 ！^之 間滿足以下的關(guān)系式。另外，對(duì)于位于最內(nèi)側(cè)的區(qū)域&，將半徑。作為徑向的寬度。并且， 區(qū)域Am (m為0以上p以下的偶數(shù))是光透過區(qū)域，區(qū)域An(n為0以上p以下的奇數(shù))是光 屏蔽區(qū)域，位于最外側(cè)的區(qū)域Ap成為光透過區(qū)域。 關(guān)于矢徑方向r，如以下所述對(duì)于應(yīng)設(shè)定的p個(gè)半徑巧 rp進(jìn)行設(shè)定。半徑巧 rp存在于光強(qiáng)度成為0的部分(“節(jié)”)。光強(qiáng)度分布的節(jié)能夠由⑵式所表示的Laguerre 多項(xiàng)式Sp(z)的零點(diǎn)求出。另外，p被稱作矢徑指數(shù)，一般是自然數(shù)，在本實(shí)施方式中為正偶 數(shù)。Laguerre多項(xiàng)式是p次多項(xiàng)式，有p個(gè)不同的正實(shí)數(shù)根ai ap。如果采用這些根 和 光束束腰半徑w，那么半徑巧用(3)式表示(i = 1，2，3，…，p)。即p個(gè)半徑巧 &與口 次Laguerre多項(xiàng)式的p個(gè)實(shí)數(shù)根的平方根成比例。 在圖1所示的構(gòu)成中，輸入到光學(xué)掩模15的光，在其光束截面中，相位可以是固定 的，但是優(yōu)選為(P+1)個(gè)區(qū)域^ ~中相鄰的2個(gè)區(qū)域之間相位只相差ji。即優(yōu)選輸入 到第偶數(shù)個(gè)光透過區(qū)域4，A2，…，Ap的光的相位與輸入到第奇數(shù)個(gè)光屏蔽區(qū)域、，A3，…， Ay的光的相位彼此只相差Ji。在第偶數(shù)個(gè)光透過區(qū)域&，A2，…，Ap各自的區(qū)域內(nèi)的相位 調(diào)制量是固定的。另外，在第奇數(shù)個(gè)光屏蔽區(qū)域AnA3，…，A"各自的區(qū)域內(nèi)相位調(diào)制 量牝是固定的。并且，這些相位調(diào)制量 。和相位調(diào)制量牝彼此只相差n。由光相位調(diào) 制元件14完成這樣的光相位調(diào)制后輸出的光，成為矢徑指數(shù)為p、偏角指數(shù)為0的LG模式 光。本實(shí)施方式所涉及的光源裝置1如以下所述進(jìn)行動(dòng)作。從激光光源10輸出的相 干的激光被凸透鏡11以及凸透鏡12擴(kuò)大光束直徑，之后，其光束截面的一部分通過孔13 的圓形開口，使光束截面成為圓形，并被輸入到光相位調(diào)制元件14。被輸入到光相位調(diào)制元 件14的光根據(jù)光束截面上的位置而由該光相位調(diào)制元件14進(jìn)行相位調(diào)制，并作為矢徑指 數(shù)為P、偏角指數(shù)為0的LG模式光輸出。從該光相位調(diào)制元件14輸出的LG模式光被輸入到光學(xué)掩模15。此時(shí)，輸入到光學(xué)掩模15的光透過區(qū)域&，A2，…，Ap的光的相位調(diào)制量是固定的，輸入到光學(xué)掩模15 的光屏蔽區(qū)域AnA3，…，Ay的光的相位調(diào)制量牝是固定的，這些相位調(diào)制量和相位 調(diào)制量牝彼此只相差n。因此，輸入到光學(xué)掩模15的LG模式光中從光學(xué)掩模15輸出的 光是在光透過區(qū)域&，A2，…，Ap中選擇性地透過的光，相位調(diào)制量(K是固定的。從光學(xué) 掩模15輸出的光，在其光束截面中，除了具有透過光透過區(qū)域&的中心光斑以外，還具有 分別透過光透過區(qū)域A2，…，~的同心圓形環(huán)。并且，從該光學(xué)掩模15輸出的光被透鏡16 聚光在聚光面2上。接著，表示用vectorial Debye formula進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的結(jié)果。將LG模式光的光 束半徑w和透鏡16的入瞳半徑之比表示為0 (=入瞳半徑/LG模式光半徑)。另外，將“聚 光點(diǎn)”設(shè)為透鏡16的幾何學(xué)上的后焦點(diǎn)位置。圖4是表示聚光點(diǎn)附近的光強(qiáng)度分布的計(jì)算結(jié)果的圖。將LG模式光設(shè)為直線偏振 光，矢徑指數(shù)P設(shè)為2，偏角指數(shù)設(shè)為0。另外，將0設(shè)為2. 5，將透鏡16的NA設(shè)為0.85。 同圖(a)，(b)表示包含聚光點(diǎn)且垂直于光軸的面中的光強(qiáng)度分布；同圖(a)表示不使用光 學(xué)掩模15的比較例的情況下的光強(qiáng)度分布；同圖(b)表示使用光學(xué)掩模15的本實(shí)施方式 的情況下的光強(qiáng)度分布。另外，同圖(c)，(d)表示包含光軸的面中的光強(qiáng)度分布；同圖(c) 表示不使用光學(xué)掩模15的比較例的情況下的光強(qiáng)度分布；同圖(d)表示使用光學(xué)掩模15 的本實(shí)施方式的情況下的光強(qiáng)度分布。如果與不使用光學(xué)掩模15的比較例的情況(同圖(a)，(c))相比較，在使用光學(xué) 掩模15的本實(shí)施方式的情況(同圖(c)，(d))下，聚光點(diǎn)附近位于中心光斑的周圍的旁瓣 的光強(qiáng)度大幅降低，焦點(diǎn)深度變短。另外，將Halfmaximum area(強(qiáng)度平方的峰值為一半處 的面積)作為中心光斑的大小，與比較例的情況(0. 248 A 2)相比較，則本實(shí)施方式的情況 (0. 305 A 2)變大了少許。在此，\是光的波長(zhǎng)。圖5是表示中心光斑直徑和0之間關(guān)系的圖表。將中心光斑直徑設(shè)為Half maximum area。將透鏡16的NA設(shè)為0. 78,0. 80,0. 85等3個(gè)值。從該圖可知，如果增大透 鏡16的NA，則中心光斑變小。另外，在矢徑指數(shù)p為2的時(shí)候，不論透鏡16的NA如何，3 在2附近且都能夠減小最中心光斑。即在矢徑指數(shù)p為2的條件下，通過將透鏡16的入瞳 直徑設(shè)定為L(zhǎng)G模式光的光束直徑的2倍，能夠得到最小的光斑直徑。另外，在透鏡16的NA 為0. 85的條件下，最小光斑直徑為0. 276入2。圖6是表示中心光斑的能量集中度n和0之間關(guān)系的圖表。中心光斑的能量集 中度n表示中心光斑在全部光強(qiáng)度中所占的光強(qiáng)度的比例。將透鏡16的NA設(shè)為0.78、 0. 80、0. 85等3個(gè)值。另外，在用于比較的比較例中，將透鏡16的NA設(shè)為上述3個(gè)值，而且 不使用光學(xué)掩模15，此時(shí)能量集中度n用黑四邊形符號(hào)表示。從該圖可知，本實(shí)施方式中 的中心光斑的能量集中度n不依賴于透鏡16的NA，該點(diǎn)與比較例相同。但是，本實(shí)施方 式中的中心光斑的能量集中度n與不使用光學(xué)掩模15的比較例相比較，能夠改善30%左 右O圖7是表示聚光點(diǎn)附近的光強(qiáng)度分布的其它計(jì)算結(jié)果的圖。在此，將矢徑指數(shù)p 設(shè)為4或6。圖8是將矢徑指數(shù)p設(shè)為4時(shí)的光學(xué)掩模15的平面圖。另外，圖9是將矢徑 指數(shù)P設(shè)為6時(shí)的光學(xué)掩模15的平面圖。在上述任何情況下都將透鏡16的NA設(shè)為0. 85。 將矢徑指數(shù)P設(shè)為4，并將此時(shí)的0設(shè)為3. 3。將矢徑指數(shù)p設(shè)為6，并將此時(shí)的0設(shè)為3.8。圖7(a)，(b)表示包含聚光點(diǎn)且垂直于光軸的面中的光強(qiáng)度分布；同圖(a)表示將矢 徑指數(shù)P設(shè)為4時(shí)的光強(qiáng)度分布；同圖(b)表示將矢徑指數(shù)p設(shè)為6時(shí)的光強(qiáng)度分布。另 外，同圖(c)，(d)表示包含光軸的面中的光強(qiáng)度分布；同圖(c)表示將矢徑指數(shù)p設(shè)為4時(shí) 的光強(qiáng)度分布；同圖(d)表示將矢徑指數(shù)p設(shè)為6時(shí)的光強(qiáng)度分布。通過如本實(shí)施方式那樣采用光學(xué)掩模15，從而可知在聚光點(diǎn)附近旁瓣大幅降低。 另外，在將矢徑指數(shù)P設(shè)為4時(shí)，相對(duì)于不使用光學(xué)掩模15的比較例中的0. 083，中心光斑 的能量集中度n在使用光學(xué)掩模15的本實(shí)施方式中為0.405。另外，在將矢徑指數(shù)p設(shè)為 6時(shí)，相對(duì)于不使用光學(xué)掩模15的比較例中的0. 054，中心光斑的能量集中度n在使用光 學(xué)掩模15的本實(shí)施方式中為0. 349。在上述任何情況下，在使用光學(xué)掩模15的本實(shí)施方式 中，中心光斑的能量集中度n都被大幅改善。再有，在將矢徑指數(shù)p設(shè)為4時(shí)，透鏡16的NA為0. 85的條件下的最小光斑直徑 為0. 286 A 2，在將矢徑指數(shù)p設(shè)為6時(shí)，透鏡16的NA為0. 85的條件下的最小光斑直徑為 0. 290 A 20另外，在非專利文獻(xiàn)7記載的技術(shù)中，在同樣的條件下使用3R掩模得到的最小 光斑直徑為0. 301入2，與此相比較，本實(shí)施方式具有優(yōu)勢(shì)。以上所述的實(shí)施方式中，對(duì)作為聚光光學(xué)系統(tǒng)的透鏡16的NA較高且為直線偏振 光的情況進(jìn)行了說明。但是，對(duì)于本實(shí)施方式的效果，即中心光斑直徑的縮小以及中心光斑 的能量集中度的提高，并不依賴于透鏡16的NA，而且，在直線偏振光以外的偏振光狀態(tài)下 也有效。作為特別有效地利用本實(shí)施方式所涉及的光源裝置1的例子，可以舉出在微小光 源少的直線偏振光下的利用。例如，在利用磁光效應(yīng)的磁光盤的讀出系統(tǒng)中，根據(jù)記錄在磁 光盤中的磁氣從而檢測(cè)出直線偏振光旋轉(zhuǎn)的成分，通過利用本實(shí)施方式所涉及的光源裝置 1，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量化。另外，光學(xué)掩模15的位置如上所述可以為作為聚光光學(xué)系統(tǒng)的透鏡16的前方，也 可以為透鏡16的后方。另外，光學(xué)掩模15也可以設(shè)置形成在透鏡16的入射面或出射面上。 另外，光相位調(diào)制元件14和光學(xué)掩模15可以為一體，在這種情況下，也可以使用能夠?qū)γ?個(gè)像素實(shí)施強(qiáng)度調(diào)制以及相位調(diào)制的SLM。另外，如上所述的實(shí)施方式中，由光相位調(diào)制元件14生成的LG模式光入射到光學(xué) 掩模15，并且在其入射時(shí)，輸入到光學(xué)掩模15的光透過區(qū)域&，A2，…，Ap的光的相位調(diào)制 量扒固定，輸入到光學(xué)掩模15的光屏蔽區(qū)域、，A3，…，Ay的光的相位調(diào)制量牝固定， 這些相位調(diào)制量 。和相位調(diào)制量彼此只相差n。并且，在輸入到光學(xué)掩模15的光中 的、輸入到光透過區(qū)域&，A2，…，Ap的光選擇性地從光學(xué)掩模15輸出。即從光學(xué)掩模15輸出的光，在其光束截面中，除了具有透過光透過區(qū)域&的中心 光斑之外，還具有分別透過光透過區(qū)域A2，…，~的同心圓形的環(huán)，相位調(diào)制量(K固定。因 此，如以下所述，輸入到光學(xué)掩模15的光并不一定是LG模式光，也可以是在光束截面中相 位固定的光。在這種情況下，從光學(xué)掩模15輸出的光，在其光束截面中，也與如上所述的實(shí) 施方式相同。以下，對(duì)這種情況進(jìn)行說明。圖10是將矢徑指數(shù)p設(shè)為2時(shí)的光學(xué)掩模15的平面圖。圖11是將矢徑指數(shù)p 設(shè)為4時(shí)的光學(xué)掩模15的平面圖。另外，圖12是將矢徑指數(shù)p設(shè)為6時(shí)的光學(xué)掩模15的 平面圖。這些圖也是從光軸方向看光學(xué)掩模15。另外，在這些圖中，表示了作為(p+1)個(gè)區(qū)域& ~的邊界的各圓周的半徑巧被光束束腰半徑w標(biāo)準(zhǔn)化的值(lyV)以及日的各 值。作為(p+1)個(gè)區(qū)域^-Ap的邊界的各圓周的半徑巧(1 = 1 p)，按照如上所述 的⑵式以及⑶式同樣地求出。但是，為了發(fā)揮使中心光斑直徑最縮小的效果，有必要適 當(dāng)設(shè)定光束半徑w和透鏡16的開口半徑之比0。即在試圖使LG模式光入射到光學(xué)掩模 15而形成旁瓣少的微小光斑的情況下，必須將0設(shè)定為以入射LG模式光的入瞳面中的光 束半徑參數(shù)w作為單位的值(即實(shí)際尺寸中為w0)。相對(duì)于此，在相位固定的光入射到光 學(xué)掩模15的情況下，只有各半徑值^的相對(duì)值具有意義，為了得到與LG模式光入射時(shí)同 樣的效果，也有必要考慮與0的相對(duì)關(guān)系?！銇碚f，0必須至少比最外側(cè)的光屏蔽區(qū)域的外半徑 大，與入射光存在電場(chǎng) 振幅的范圍(P為2時(shí)，0大概為3左右)相比較，優(yōu)選為非極大值。為了得到更微小的中心光斑直徑，如以下所述設(shè)定0是有效的。例如，在矢徑指 數(shù)p為2的LG模式光輸入的情況下，如圖5所示，在不依賴于透鏡16的NA且0大概為2 的時(shí)候，得到最小的焦點(diǎn)光斑。該0值在相位相同的光輸入到光學(xué)掩模15時(shí)也有效。即 如圖10所示，在矢徑指數(shù)p為2的情況下，可以設(shè)計(jì)成大概為“OyV) (r2/w) 3 = 0.5412 1.3066 2.0”的比并且3為透鏡16的有效開口直徑。但是，與矢徑指數(shù)p為 2的情況相比較，在矢徑指數(shù)p為4或6的情況下，中心光斑直徑稍稍變大。圖11以及圖 12中分別記錄了 0的優(yōu)選值。為了得到相對(duì)于矢徑指數(shù)p的各值優(yōu)選的0值，有必要預(yù) 先求出圖5所示的關(guān)系。另外，光學(xué)掩模15的光屏蔽區(qū)域AnA3，…，Ay是遮斷入射的光的區(qū)域，可以通過 吸收光來遮斷，可以通過反射光來遮斷，也可以通過使光散射來遮斷。另外，在通過吸收光 來遮斷時(shí)，在光屏蔽區(qū)域AnA3，…，Ay上涂布吸收色素。在通過反射光來遮斷時(shí)，在光屏 蔽區(qū)域AnA3，…，Ay上形成金屬等的反射膜。另外，在通過使光散射來遮斷時(shí)，通過噴沙 加工等在光屏蔽區(qū)域A3，…，Ay上形成粗糙面部分。總之，入射到光屏蔽區(qū)域AnA3，…，Ay的光也可以通過作為聚光光學(xué)系統(tǒng)的透鏡 16不被聚光到聚光點(diǎn)。因此，如圖13的截面圖所示，作為光學(xué)掩模被設(shè)置在入射面上的透 鏡16A的構(gòu)成，在該透鏡16A的入射面上的相當(dāng)于光屏蔽區(qū)域、，A3，…，Ay的區(qū)域中，可 以通過吸收光來遮斷，可以通過反射光來遮斷，也可以通過使光散射來遮斷。另外，如圖14 的截面圖所示，透鏡16B可以是在相當(dāng)于光屏蔽區(qū)域~，A3，…，Ay的區(qū)域中不實(shí)現(xiàn)聚光作 用的構(gòu)成，例如可以是這些區(qū)域變成貫通孔的構(gòu)成。在這種情況下，通過貫通孔的光一直前 進(jìn)，因而沒有被聚光到聚光點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種光學(xué)掩模，其特征在于，該光學(xué)掩模是在輸入光的光束截面中進(jìn)行空間強(qiáng)度調(diào)制并輸出該調(diào)制后的光的光學(xué)掩模，在所述光學(xué)掩模被以規(guī)定位置作為中心的p個(gè)半徑為r1～rp的各圓周劃分，并從內(nèi)側(cè)開始依次設(shè)定區(qū)域A0～Ap時(shí)，區(qū)域Am是光透過區(qū)域，區(qū)域An是光屏蔽區(qū)域，其中，p為偶數(shù)，rp＞rp-1＞…＞r2＞r1并且rp-rp-1＞rp-1-rp-2＞…＞r3-r2＞r2-r1＞r1，m為0以上p以下的偶數(shù)，n為0以上p以下的奇數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)掩模，其特征在于，所述P個(gè)半徑巧 rp與ρ次Laguerre多項(xiàng)式的ρ個(gè)實(shí)數(shù)根的平方根成比例。
3.一種光源裝置，其特征在于， 具備輸出相干光的光源；使從所述光源輸出的光聚光在聚光點(diǎn)上的聚光光學(xué)系統(tǒng)；以及 設(shè)置在所述光源和所述聚光點(diǎn)之間的光路上的如權(quán)利要求1或者2所述的光學(xué)掩模， 所述光學(xué)掩模將從所述光源輸出的光輸入到所述區(qū)域A0 Αρ，并將透過所述光透過區(qū) 域的光輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源裝置，其特征在于，還具備光相位調(diào)制元件，該光相位調(diào)制元件設(shè)置在所述光源和所述光學(xué)掩模之間，輸 入從所述光源輸出的光，根據(jù)該光在光束截面上的位置對(duì)該光進(jìn)行相位調(diào)制，并輸出該相 位調(diào)制后的光，在從所述光相位調(diào)制元件輸出并輸入到所述光學(xué)掩模的光的光束截面中，分別輸入到 所述光透過區(qū)域以及所述光屏蔽區(qū)域的光的相位彼此只相差η。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光源裝置，其特征在于，所述光相位調(diào)制元件對(duì)輸入光進(jìn)行相位調(diào)制并輸出矢徑指數(shù)為P的LG模式光。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光源裝置，其特征在于，所述光相位調(diào)制元件為基于從外部輸入的控制信號(hào)而設(shè)定各像素的相位調(diào)制量的元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及光學(xué)掩模以及光源裝置。該光學(xué)掩模是在輸入光的光束截面中進(jìn)行空間強(qiáng)度調(diào)制并輸出該調(diào)制后的光的光學(xué)掩模，在被以規(guī)定位置作為中心的p個(gè)半徑為r1～rp(p為偶數(shù)，rp＞rp-1＞…＞r2＞r1并且rp-rp-1＞rp-1-rp-2＞…＞r3-r2＞r2-r1＞r1)的各圓周劃分并從內(nèi)側(cè)開始依次設(shè)定區(qū)域A0～Ap時(shí)，區(qū)域Am(m為0以上p以下的偶數(shù))是光透過區(qū)域，區(qū)域An(n為0以上p以下的奇數(shù))是光屏蔽區(qū)域。
文檔編號(hào)G02B5/00GK101849199SQ20088011390
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者豐田晴義, 井上卓, 大竹良幸, 安藤太郎, 松本直也 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社