CN100463775C - 微细结构元件的制造方法及其应用 - Google Patents

Abstract

一种微细结构元件的制造方法，包括：第1平坦部形成工序，该工序中利用作为切削部的平坦切削刀在上述基板(500)上形成作为第1平坦部的上部平坦面(301)；第2平坦部形成工序，该工序中利用作为切削部的平坦切削刀，只以预定深度(h)对作为第1平坦部的上部平坦面(301)进行切削，来形成作为第2平坦部的下部平坦面(302)；折射面形成工序，该工序中利用作为切削部的平坦切削刀(401)，形成对作为第2平坦部的下部平坦面(302)具有预定角度(θa)、作为折射面的斜面(303)。

Description

微细结构元件的制造方法及其应用

技术领域

本发明涉及微细结构元件的制造方法、采用该方法所制造出的微细结构元件、空间光调制装置及投影机，特别涉及到微型棱镜等的微细结构元件。

背景技术

作为图像显示装置，液晶面板(液晶显示装置)、CRT显示装置及等离子体显示装置等的点阵图像显示装置，已被广泛使用。点阵图像显示装置利用以二维方式周期性排列的多个像素来表现图像。此时，发生因该周期性排列结构而引起的所谓抽样噪声，并反映出画面质量变坏(图像看起来较粗糙)的显影。而且，已提出用来减低画面质量变坏的显影的方法(例如，特开平8-122709号公报)。

在点阵图像显示装置中，像素和像素之间的区域为了减少无用光，设置有被称为黑色矩阵的遮光部。近年来，作为图像显示装置的使用方式，从较近距离观看大画面的情形正在增多。为此，有时观看者识别了黑色矩阵的像。这样，以往的点阵图像显示装置因黑色矩阵的像，而如同光滑度不多的图像或者具有麻点的图像等那样，具有画面质量变坏这样的问题。对于上述专利文献1来说，减低因黑色矩阵的像而引起的画面质量变坏并使原来的图像得到提高，由于高次衍射的影响，是较为困难的。

为此，考虑到使来自图像显示装置的光入射到棱镜组，以免观看者识别黑色矩阵等的遮光部。棱镜组的平坦部使来自图像显示装置的光按原状透射。另外，棱镜组的折射面使来自图像显示装置的光进行折射并透射。这种透射棱镜组后的光除了射出平坦部之后按原状直行的光之外，还因棱镜的折射面产生光路得以偏向的光。因光路得以偏向的光，而使像素像形成于黑色矩阵上。因此，可以减低识别黑色矩阵的状况。

构成上述棱镜组的各棱镜元件形状是一种微米级的微细形状。采用以往技术，通过在预定区域内例如使用切削刀来进行切削加工，制造出微细形状的棱镜元件。

通常，对于利用切削刀的切削加工来说，要预先制造呈希望形状的切削刀，进行准备。然后，通过使用该切削刀对被加工部件进行切削，来获得希望的形状。在制造切削刀时，切削刀的角度一般可以按0.1度单位进行设定。对此，棱镜元件最好平坦面与作为折射面的斜面之间所成的角度是数百分之一度的级别，例如0.03度。因此，无法制造用于制造棱镜的切削刀本身。

另外，加工对象物和切削刀之间的相对位置关系，例如切削刀和加工对象物之间的距离和与加工对象物面的平坦度(高低差)有关的位置吻合，其限度为，即使在使用显微镜等时也以产生约3μm误差程度的精度来进行。对此，希望的棱镜元件最好通过以2μm或以下的深度对基板进行切削来形成。因此，即使进行切削加工的工作机械能够以纳米级来控制加工，也无法以高精度进行按2μm或以下的深度来切削的加工。因为微细形状的棱镜元件其制造极其困难，所以只是因加工时机械外围的温度和气压、机械的温度及切削刀的磨损等的干扰，就易于影响加工精度。若加工精度的偏差导致了对棱镜元件的形状带来影响，则难以利用较高的重复性来制造棱镜元件。因而，对于利用切削刀的切削加工而言，因难以制造希望的棱镜形状，而成为问题。

发明内容

本发明是鉴于上述而做出的，其目的为，提供一种不依赖于切削刀的形状就可以正确制造希望微细形状元件的微细结构元件的制造方法、采用该方法所制造出的微细结构元件、空间光调制装置及投影机。

为了解决上述课题并达到目的，根据本发明，可以提供一种微细结构元件的制造方法，其特征为，包括：平坦部形成工序，用来利用切削部在基板上形成平坦部；折射面形成工序，用来利用切削部，形成对平坦部具有预定角度的折射面。

作为切削部，将考虑使用例如具有2个切削部的V字形切削刀的情形。首先，通过在一个切削部达到大致水平为止使切削刀倾斜的状态下对基板进行切削，来形成平坦部。切削刀的倾斜量可以采用通常的控制方法以10万分之一左右的机械精度进行控制。接着，向中心线对平坦部大致垂直的位置退回切削刀，形成折射面。在此，由于一边固定切削刀的中心位置一边在希望的角度范围上摆动切削刀，因而可以形成对平坦部具有希望角度的折射面。这样，使用同一切削部来形成平坦部和折射面。因此，不依赖于切削部的形状，就可以高精度地形成以高精度所控制的微小倾斜角度的折射部。另外，最初形成的平坦部成为折射面形成工序所需的基准面。为此，假设在基板的表面上有起伏形状或微细的凹凸形状，也可以在不被它们影响的状况下，进行切削加工。

另外，根据本发明的最佳方式，优选的是，包括：试加工工序，用来在和平坦部不同的试加工区域上，根据加工数据并利用切削部来形成预定形状；形状测定工序，用来对通过试加工工序所形成的预定形状进行测定；反馈工序，用来将通过形状测定工序所得到的测定数据和加工数据之间的差分反馈给加工数据，对加工数据进行修正；根据修正后的加工数据，来实施平坦部形成工序和折射面形成工序。

微细结构元件是根据加工数据来形成的。并且，由于干扰、加工切削刀和加工工件之间的相对位置设定不佳等的影响，产生因按照加工数据不能形成形状而无法获得希望加工精度的显影。在本方式中，预先对在试加工工序中所加工的预定形状进行实际测定。优选的是，在微细形状的测定过程中使用原子间力显微镜、激光显微镜或干涉式光学测定器。然后，比较所测定出微细形状元件的测定数据和原来的加工数据，运算两个数据的差分。运算出的差分被反馈给加工数据。接着，根据仅仅以差分量修正后的加工数据，来实施平坦部形成工序及折射面形成工序等。因此，可以进行减低了干扰等影响的形状加工。试加工区域可以在形成微细结构元件的基板上使用周边部的无用区域。另外，试加工区域也可以使用和形成微细结构元件的基板不同的别的其他基板。这种情况下，首先在加工机械上安装试加工用的其他基板，按照上述过程进行加工数据的修正。然后，从加工机械取下其他基板，安装用来制作微细结构元件的正式加工用基板。最后，可以对正式加工用的基板，进行以修正后的加工数据为根据的切削加工。

另外，根据本发明的最佳方式，优选的是，平坦部形成工序包括：第1平坦部形成工序，用来利用切削部在基板上形成第1平坦部；第2平坦部形成工序，在折射面形成工序中，用来利用切削部以预定深度对第1平坦部进行切削来形成第2平坦部；利用切削部，来形成对第2平坦部具有预定角度的折射面。

作为切削部，将考虑例如使用所谓的平坦切削刀的情形。利用平坦切削刀对基板进行切削来形成第1平坦部。接着，从第1平坦部到预定深度的位置上形成第2平坦部。然后，使平坦切削刀只倾斜预定的角度。平坦切削刀的倾斜量可以采用通常的控制方法以10万分之一左右的机械精度进行控制。采用倾斜状态的平坦切削刀，在折射面形成工序中对成为折射面的斜面进行加工。在此，形成第1平坦部之后，实施第2平坦部形成工序和折射面形成工序的顺序，先进行哪个都可以。在本方式中，使用同一切削部，来形成第1平坦部及折射面，或者第2平坦部及折射面。因此，不依赖于作为切削部的平坦切削刀形状，就能够高精度地形成以高精度所控制的微小倾斜角度的折射部。另外，最初形成的第1平坦部成为第2平坦部形成工序和折射面形成工序所需的作为基准面的加工区域。因此，在基板的表面上不受到起伏形状和微细的凹凸形状影响，就可以进行切削加工。

另外，根据本发明的最佳方式，优选的是，包括：试加工工序，用来在与第1平坦部不同的试加工区域上，根据加工数据并利用切削部来形成预定形状；形状测定工序，用来对通过试加工工序所形成的预定形状进行测定；反馈工序，用来将通过形状测定工序所得到的测定数据和上述加工数据之间的差分反馈给加工数据，对加工数据进行修正；根据修正后的加工数据，来实施第1平坦部形成工序、第2平坦部形成工序和折射面形成工序。

微细结构元件是根据加工数据来形成的。并且，由于干扰、加工切削刀和加工工件之间的相对位置设定不佳等的影响，产生因按照加工数据不能形成形状而无法获得希望的加工精度的显影。在本方式中，预先对在试加工区域中所加工的预定形状进行实际测定。优选的是，在微细形状的测定过程中使用原子间力显微镜、激光显微镜或干涉式光学测定器。然后，比较所测定出的微细形状元件的测定数据和原来的加工数据，运算两个数据的差分。运算出的差分被反馈给加工数据。接着，根据仅仅以差分量修正后的加工数据，来实施第1平坦部形成工序、第2平坦部形成工序及折射面形成工序等。因此，可以进行减低了干扰等影响的形状加工。试加工区域可以在形成微细结构元件的基板上使用周边部的无用区域。另外，试加工区域也可以使用和形成微细结构元件的基板不同的别的其他基板。这种情况下，首先在加工机械上安装试加工用的其他基板，按照上述过程进行加工数据的修正。然后，从加工机械取下其他基板，安装用来制作微细结构元件的正式加工用基板。最后，可以对正式加工用的基板，进行以修正后的加工数据为根据的切削加工。

另外，根据本发明的最佳方式，优选的是，切削部至少具有第1切削部和第2切削部，在第1平坦部形成工序或第2平坦部形成工序和折射面形成工序中使用同一切削部。作为切削部，例如可以使用具有第1切削部和第2切削部的V字形切削刀。而且，利用和对第1平坦部或第2平坦部进行加工时所使用的切削部相同的切削部，来形成邻接的折射面。例如，在用第1切削部对第1平坦部进行了加工时，使用该第1切削部来形成邻接的折射面。因此，可以高精度地形成具有微小角度的折射面。

另外，根据本发明的最佳方式，优选的是，预定剖面内第1平坦部的长度比第2平坦部的长度更短。如上所述，对基板进行切削加工，先形成第1平坦部。此时，若使用了平坦切削刀，则有时在第1平坦部的表面上留下加工条纹。加工条纹在将微细结构元件作为光学元件来使用时，由于成为产生散射光的原因，因而是不理想的。在本方式中，进行切削加工，以使第1平坦部的长度比第2平坦部的长度更短。加工条纹以和平坦切削刀的宽度大致相同的间距来形成。因此，以使第1平坦部的长度比第2平坦部的长度更短来形成折射面。借此，加工条纹通过切削部被削下。其结果为，可以减少产生由加工条纹而引起的散射光。

另外，根据本发明，可以提供一种微细结构元件的制造方法，其特征为，包括：曝光工序，用来通过灰度掩模对抗蚀剂层进行曝光，该灰度掩模具有使光的透射率阶梯式产生变化的区域；蚀刻工序，用来对抗蚀剂层进行蚀刻。在本发明中，根据来自灰度掩模的曝光量，来蚀刻抗蚀剂层。例如，使用下述掩模，该掩模具有均匀曝光量的区域和按阶梯状使曝光量产生变化的区域。均匀曝光量的区域形成平坦部。另外，按阶梯状使曝光量产生变化的区域形成作为折射面的斜面。平坦部和折射面之间所成的角度可以根据掩模的透射率容易地进行控制。若使用了这种光刻技术，则可以按预定的相对关系且同时形成平坦部和折射面。因此，可以容易地控制平坦部和折射面之间所成的角度和要切削的深度。其结果为，可以制造平坦部和折射面之间所成的角度微小的微细结构元件。本发明在形成和微型透镜不同的具有微小角度斜面部的折射光学元件上，是有效的。

另外，根据本发明，可以提供一种微细结构元件的制造方法，其特征为，包括：多重曝光工序，使用开口部的面积各自不同的多个掩模，对抗蚀剂层只曝光多次；蚀刻工序，用来对抗蚀剂层进行蚀刻。在本发明中，当进行曝光时，要准备多片掩模。各掩模各自开口部的大小不同。例如，考虑使用3片掩模的情形。第1掩模具有多个第1大小的开口部。第2掩模具有多个第2大小的开口部。再者，第3掩模具有多个第3大小的开口部。在此，其构成为，开口部的大小成为

第1大小的开口部<第2大小的开口部<第3大小的开口部。

然后，采用它们3片掩模来进行3次多重曝光。其结果为，在抗蚀剂层上产生均匀曝光量的区域和按3级的阶梯状使曝光量产生变化的区域。均匀曝光量的区域形成平坦部。另外，按阶梯状使曝光量产生变化的区域形成作为折射面的斜面。因此，平坦部和折射面之间所成的角度可以根据掩模开口部的大小容易地进行控制。其结果为，可以制造平坦部和折射面之间所成的角度微小的微细结构元件。本发明在形成和微型透镜不同的具有微小角度斜面部的折射光学元件方面，是有效的。

另外，根据本发明，可以提供一种微细结构元件的制造方法，其特征为，包括：曝光工序，使用开口部的面积根据位置而有所不同的掩模，对抗蚀剂层进行曝光；蚀刻工序，用来对抗蚀剂层进行蚀刻。在本发明中，使用开口部的面积根据位置而有所不同的掩模。例如，使面积不同的点状区域适当分布。因此，可以形成掩模的透射率按一定区域和阶梯状产生变化的区域。通过该掩模，对抗蚀剂层进行曝光。其结果为，在抗蚀剂层上，产生均匀曝光量的区域和按阶梯状使曝光量产生变化的区域。均匀曝光量的区域形成平坦部。另外，按阶梯状使曝光量产生变化的区域形成作为折射面的斜面。因此，平坦部和折射面之间所成的角度可以根据掩模开口部的大小和位置容易地进行控制。其结果为，可以制造平坦部和折射面之间所成的角度微小的微细结构元件。还有，面积不同的区域除点状之外，还可以列举出矩形状、带状等。本发明在形成和微型透镜不同的具有微小角度斜面部的折射光学元件方面，是有效的。

另外，根据本发明的最佳方式，优选的是，还具有基板形状复制工序，用来将抗蚀剂层上所形成的形状，通过蚀刻复制到基板上。因此，例如可以对石英或玻璃基板，制造抗蚀剂层上所形成的形状。

另外，根据本发明的最佳方式，优选的是，还具有模复制工序，用来将抗蚀剂层上所形成的形状作为模具，向其他部件进行模复制。例如，在形成了预定形状的抗蚀剂层上镀Ni等，来制作模具。然后，可以使用该模具容易地制造复制品。

另外，根据本发明的最佳方式，优选的是，将基板或抗蚀剂层上所形成的形状作为母模具，来形成多个模具，并使用所形成的多个模具向其他部件进行模复制。例如，在形成了预定形状的抗蚀剂层上镀Ni等，来制作多个模具。然后，使用该多个模具来制造复制品。即便难以形成单个的大型模具，通过使用多个模具，也可以容易地制造复制品。另外，由于使用同一母模具来制造多个模具，因而能获得正确形状并且可得到均匀且高精度的图像的棱镜组。

另外，根据本发明的最佳方式，优选的是，使用第1模具向其他部件的第1面进行模复制，并使用第2模具向其他部件的第2面进行模复制。通过使用第1模具和第2模具分别向第1面、第2面进行模复制，可以容易地形成在第1面及第2面上具有棱镜元件的棱镜组。另外，由于使用同一母模具来制造第1模具及第2模具，因而能获得正确形状并且可得到均匀且高精度的图像之棱镜组。

另外，根据本发明，可以提供一种采用上述微细结构元件的制造方法所制造出的微细结构元件。因此，可以制造具有平坦部以及和平坦部呈微小角度的折射面的微细结构元件。

另外，根据本发明，可以提供一种空间光调制装置，其特征为，具有上述微细结构元件。例如，可以获得一种透射型的液晶式空间光调制装置，其具有由微型棱镜元件构成的棱镜组。由于光透射形成了希望形状的棱镜组，因而可以使射出光的方向正确向预定方向折射并产生偏向。因此，可以使来自像素的光折射，引导到空间光调制装置像素间的黑色矩阵部的投影像上。其结果为，可以在不识别黑色矩阵部的状况下，获得高品质的图像。

另外，根据本发明，可以提供一种投影机，其特征为，具有：光源，用来供给照明光；上述的空间光调制装置，用来按照图像信号对照明光进行调制；投影透镜，用来对调制后的光进行投影。在本发明中，由于具备上述空间光调制装置，因而可以获得高品质的投影像。

另外，根据本发明，可以提供一种投影机，其特征为，具有：光源，用来供给光，该光包括第1色光、第2色光、第3色光；第1色光用空间光调制装置，用来按照图像信号对第1色光进行调制；第2色光用空间光调制装置，用来按照图像信号对第2色光进行调制；第3色光用空间光调制装置，用来按照图像信号对第3色光进行调制；色合成光学系统，用来合成由第1色光用空间光调制装置调制后的光、由第2色光用空间光调制装置调制后的光以及由第3色光用空间光调制装置调制后的光；投影透镜，用来对来自色合成光学系统的光进行投影；在色合成光学系统和投影透镜之间的光路中具有上述微细结构元件。在本发明中，由于具备上述微细结构元件，因而可以获得高品质的投影像。

附图说明

图1是本发明实施方式1所涉及的投影机的概略结构图。

图2是实施方式1液晶面板的概略结构图。

图3A是棱镜组的剖面概略图。

图3B是切削部变形例的附图。

图4是棱镜组配置位置的说明图。

图5说明的是实施方式2的试加工。

图6A说明的是实施方式2的正式加工。

图6B说明的是实施方式2的正式加工。

图7说明的是实施方式2的制造过程。

图8是棱镜元件的剖面概略图。

图9说明的是实施方式3的加工。

图10说明的是实施方式3的加工。

图11说明的是实施方式3的制造过程。

图12说明的是实施方式4的正式加工。

图13是说明实施方式4正式加工的其他附图。

图14是说明实施方式4正式加工的另一其他附图。

图15是说明实施方式4正式加工的别的附图。

图16A是实施方式5第1掩模的概略结构图。

图16B是实施方式5第2掩模的概略结构图。

图16C是实施方式5第3掩模的概略结构图。

图16D说明的是实施方式5的多重曝光。

图17说明的是实施方式5的抗蚀剂层。

图18是说明实施方式5抗蚀剂层的其他附图。

图19是实施方式6掩模的概略结构图。

图20是实施方式6变形例的掩模的概略结构图。

图21是实施方式6其他变形例的掩模的概略结构图。

具体实施方式

下面，根据附图，详细说明本发明实施方式1所涉及的投影机100。还有，并不凭借本实施方式来限定本发明。

实施方式1

先参照图1，来说明本发明实施方式1所涉及的投影机的概略结构。接着，参照图2之后，来说明本实施方式的特征性结构。首先，在图1中，作为光源部的超高压水银灯101用来供给光，该光包括作为第1色光的红色光(下面，称为「R」光。)、作为第2色光的绿色光(下面，称为「G」光。)及作为第3色光的蓝色光(下面，称为「B」光。)。积分器104用来使来自超高压水银灯101的光的照度分布得以均匀化。使照度分布得以均匀化后的光由偏振转换元件105转换成具有特定振动方向的偏振光，例如s偏振光。转换成s偏振光后的光入射到构成色分离光学系统的R光透射分色镜106R上。下面，对于R光进行说明。R光透射分色镜106R用来透射R光，并反射G光、B光。透射R光透射分色镜106R后的R光入射到反射镜107上。反射镜107用来将R光的光路折弯90度。光路被折弯后的R光入射到用来按照图像信号对作为第1色光的R光进行调制的第1色光用空间光调制装置110R中。第1色光用空间光调制装置110R是一种按照图像信号对R光进行调制的透射型液晶显示装置。还有，即使透射分色镜，由于光的偏振方向不产生变化，因而向第1色光用空间光调制装置110R入射的R光仍是s偏振光的原状态。

第1色光用空间光调制装置110R具有λ/2相位差板123R、玻璃板124R、第1偏振板121R、液晶面板120R及第2偏振板122R。对于液晶面板120R的详细结构，将在下面说明。λ/2相位差板123R及第1偏振板121R在接合到不转换偏振方向的透光性玻璃板124R的状态下，进行配置。借此，可以避免第1偏振板121R及λ/2相位差板123R因发热而产生变形这样的问题。还有，在图1中，虽然第2偏振板122R独立设置，但是也可以在接合到液晶面板120R的射出面或十字分色棱镜112的入射面的状态下，进行配置。

入射到第1色光用空间光调制装置110R中的s偏振光通过λ/2相位差板123R转换成p偏振光。转换成p偏振光后的R光按原状透射玻璃板124R和第1偏振板121R，入射到液晶面板120R上。入射到液晶面板120R上的p偏振光通过按照图像信号的调制，R光被转换成s偏振光。通过液晶面板120R的调制转换成s偏振光后的R光从第2偏振板122R射出。这样一来，由第1色光用空间光调制装置110R调制后的R光就入射到作为色合成光学系统的十字分色棱镜112上。

接着，对于G光进行说明。由R光透射分色镜106R所反射的G光和B光其光路被折弯90度。光路被折弯后的G光和B光入射到B光透射分色镜106G上。B光透射分色镜106G用来反射G光，并透射B光。由B光透射分色镜106G所反射的G光入射到用来按照图像信号对作为第2色光的G光进行调制的第2色光用空间光调制装置110G上。第2色光用空间光调制装置110G是一种按照图像信号对G光进行调制的透射型液晶显示装置。第2色光用空间光调制装置110G具有液晶面板120G、第1偏振板121G及第2偏振板122G。有关液晶面板120G的详细情况，将在后面进行说明。

向第2色光用空间光调制装置110G入射的G光被转换成s偏振光。入射到第2色光用空间光调制装置110G上的s偏振光按原状透射第1偏振板121G，入射到液晶面板120G上。入射到液晶面板120G上的s偏振光通过按照图像信号的调制，G光被转换成p偏振光。通过液晶面板120G的调制转换成p偏振光后的G光从第2偏振板122G射出。这样一来，由第2色光用空间光调制装置110G调制后的G光就入射到作为色合成光学系统的十字分色棱镜112上。

接着，对于B光进行说明。透射B光透射分色镜106G后的B光经由2片中继透镜108和2片反射镜107，入射到用来按照图像信号对作为第3色光的B光进行调制的第3色光用空间光调制装置110B上。第3色光用空间光调制装置110B是一种按照图像信号对B光进行调制的透射型液晶显示装置。

还有，使B光经由中继透镜108的原因是，B光的光路长度比R光及G光的光路长度更长。通过使用中继透镜108，可以将透射B光透射分色镜106G后的B光，按原状引导到第3色光用空间光调制装置110B上。第3色光用空间光调制装置110B具有λ/2相位差板123B、玻璃板124B、第1偏振板121B、液晶面板120B及第2偏振板122B。还有，因为第3色光用空间光调制装置110B的结构和上述第1色光用空间光调制装置110R的结构相同，所以详细说明予以省略。

向第3色光用空间光调制装置110B入射的B光被转换成s偏振光。入射到第3色光用空间光调制装置110B上的s偏振光通过λ/2相位差板123B被转换成p偏振光。转换成p偏振光后的B光按原状透射玻璃板124B及第1偏振板121B，入射到液晶面板120B上。入射到液晶面板120B上的p偏振光通过按照图像信号的调制，B光被转换成s偏振光。通过液晶面板120B的调制转换成s偏振光后的B光从第2偏振板122B射出。由第3色光用空间光调制装置110B调制后的B光入射到作为色合成光学系统的十字分色棱镜112上。这样，构成色分离光学系统的R光透射分色镜106R和B光透射分色镜106G就将从超高压水银灯101供给的光，分离成作为第1色光的R光、作为第2色光的G光及作为第3色光的B光。

作为色合成光学系统的十字分色棱镜112其结构为，将2片分色膜112a、112b正交成X字形进行配置。分色膜112a用来反射B光，并透射R光、G光。分色膜112b用来反射R光，并透射B光、G光。这样，十字分色棱镜112就对通过第1色光用空间光调制装置110R、第2色光用空间光调制装置110G及第3色光用空间光调制装置110B分别调制后的R光、G光及B光进行合成。投影透镜114用来将由十字分色棱镜112合成后的光投影到屏幕116上。借此，可以在屏幕116上获得彩色图像。

还有，如上所述，从第1色光用空间光调制装置110R及第3色光用空间光调制装置110B向十字分色棱镜112入射的光其设定成为s偏振光。另外，从第2色光用空间光调制装置110G向十字分色棱镜112入射的光其设定成为p偏振光。这样，通过使向十字分色棱镜112入射的光的偏振方向产生差异，就可以在交叉二向棱镜112中有效合成从各色光用空间光调制装置射出的光。分色膜112a、112b通常情况下s偏振光的反射特性优良。因此，将通过分色膜112a、112b反射的R光及B光作为s偏振光，将透射分色膜112a、112b的G光作为p偏振光。

下面，采用图2来说明液晶面板的详细状况。图1所说明的投影机100具有3个液晶面板120R、120G、120B。这3个液晶面板120R、120G、120B只是调制的光的波长区域不同，基本结构是相同的。因此，以液晶面板120R为代表示例，进行此后的说明。

图2是液晶面板120R的斜视剖面图。来自超高压水银灯101的R光从图2的下方入射到液晶面板120R上，并从上方向屏幕116的方向射出。在入射侧防尘透明板201的内侧，形成具有透明电极等的对置基板202。另外，在射出侧防尘透明板206的内侧，形成具有TFT(薄膜晶体管)和透明电极等的TFT基板205。然后，使对置基板202和TFT基板205相对，将入射侧防尘透明板201和射出侧防尘透明板206粘合。

在对置基板202和TFT基板205之间，封入图像显示所需的液晶层204。另外，在液晶层204的入射光一侧，例如对置基板202上，设置遮光所用的黑色矩阵形成层203。棱镜组210其入射侧介由粘接层211固定到TFT基板205上。

再者，棱镜组210其射出侧介由粘接层212固定到玻璃盖213上。棱镜组210由2组正交的棱镜元件构成。图3A表示，构成棱镜组210的2组棱镜之中射出侧的棱镜元件210a的结构。棱镜元件210a其x轴方向上的剖面形状是大致梯形形状。另外，棱镜元件210a按与x轴方向大致正交的y轴方向具有长度方向。棱镜元件210a的x轴方向上剖面形状的梯形形状之中，2个斜面303作为折射面来发挥作用。另外，棱镜元件210a的x轴方向上的剖面形状之中，上部平坦面301作为第1平坦部来发挥作用。再者，下部平坦面302作为第2平坦部来发挥作用。

作为折射面的斜面303对下部平坦面302呈预定的角度θa。因此，入射到斜面303上的光向与斜面303的角度θa对应的方向偏折。角度θa例如是0.03～0.06°左右。然后，利用偏折后的光来形成偏折透射像。另外，入射到上部平坦面301或下部平坦面302上的光按原状透射。利用按原状透射后的光，来形成直接透射像。

返回到图2，构成棱镜组210的2组棱镜之中，棱镜元件210b比棱镜元件210a靠入射侧来设置。棱镜元件210b的结构和图3A所示的棱镜元件210a的结构大致相同。棱镜元件210b其y轴方向上的剖面形状是大致梯形形状。另外，棱镜元件210b按x轴方向具有长度方向。因此，棱镜元件210a和棱镜元件210b相互配置为长度方向大致正交。另外，未图示的其他组棱镜元件其结构和棱镜元件210a、210b相同。而且，对于2组棱镜元件，都设置为各自的长度方向之间大致正交。

因为光透射形成了希望形状后的棱镜元件210a，所以可以使射出光的方向正确向预定方向折射并产生偏向。因此，可以使来自像素的光折射，引导到各色光用空间光调制装置110R、110G、110B像素间的黑色矩阵部的投影像上。其结果为，可以在不识别黑色矩阵部的状况下，获得高品质的图像。另外，根据具备该各色光用空间光调制装置110R、110G、110B的投影机100，可以获得高品质的投影像。

还有，在图1所示的结构中，将第1偏振板121R、第2偏振板122R，对液晶面板120R分开设置。但是，也可以取而代之，在入射侧防尘用透明板201和对置基板202之间、射出侧防尘透明板206和TFT基板205之间等，都设置偏振板。如同图4所示的投影机1100那样，棱镜组1110也可以配置于十字分色棱镜112和投影透镜114之间。再者，棱镜组1110也可以配置于投影透镜114和屏幕116之间。

由于其构成为，将由十字分色棱镜114合成后的各色光入射到棱镜组210上，因而可以将棱镜组210形成为1个，能够让投影机100成为简单的结构。再者，棱镜组210也可以形成于第2偏振板122R上或者十字分色棱镜112的R光入射面上。假设其构成为对每个色光设置棱镜组210，则可以进行与各波长对应的折射角度设定。

空间光调制装置110R的调制面和屏幕116处于共轭关系。因此，空间光调制装置110R调制面上的某一点成像于屏幕116上的某一点上。来自空间光调制装置110R上一点的光以预定的空间扩展角进行扩散，并透射棱镜组210上预定的圆形区域。将该圆形区域的面积设为单位面积。另外，透射棱镜组210上具有单位面积的圆形区域后的光，成像于屏幕116上的一点。单位面积根据照明系统的F数或投影系统的F数来确定。

棱镜组210最好按每单位面积3周期至15周期的周期来设置棱镜元件210a、210b。在此，所谓棱镜元件210a、210b的周期指的是，棱镜元件210a、210b边界的边缘数目，并且是与沿具有单位面积的圆形区域直径的直线大致垂直的棱镜元件210a、210b的边缘数目。作为利用棱镜组210产生衍射光的结构之一，可以举出单位面积的区域内棱镜组210的周期性结构。由于按每单位面积3周期至15周期的周期来设置棱镜元件210a、210b，因而可以减少由棱镜组210的周期性结构引起的衍射光的发生。此外，通过设置棱镜元件210a、210b使之成为每单位面积3个至15个，也可以减少由棱镜组210的周期性结构引起的衍射光的发生。通过减少衍射光的发生，可以显示高精细的图像。

另外，优选的是，棱镜组210最好设置每单位面积5周期至12周期或者5个至12个的棱镜元件210a、210b。再者，优选的是，棱镜组210最好设置每单位面积5周期至10周期或者5个至10个的棱镜元件210a、210b。借此，可以再减少衍射光的发生，并且显示高精细的图像。棱镜组210也可以在单位面积的区域内使棱镜元件成为随机的形状，或者随机配置棱镜元件。通过使棱镜元件的形状或排列成为非周期性，可以减少衍射光的发生，显示高精细的图像。

实施方式2

根据图5、图6A及图6B，来说明本发明实施方式2所涉及、作为微细结构元件的棱镜组210的棱镜元件210a之制造方法。

在本实施方式中，首先，作为形成棱镜元件210a的工序之前的工序，进行试加工工序。在图5的工序a所示的试加工工序中，对于作为另一基板的平板状试加工用基板400，利用平坦切削刀401来进行切削。接着，如图5的工序b所示，使平坦切削刀401只倾斜角度θ1。然后，用倾斜的平坦切削刀401进行切削，并形成斜面。另外，如图5的工序c所示，也可以使平坦切削刀401只倾斜和角度θ1不同的角度θ2来形成斜面。在图5的工序d所示的形状测定工序中，例如在边缘部P1、P2、P3、P4上，对加工后形状的深度、角度等进行测定。然后，将切削加工机中所设定的加工数据和通过形状测定工序所得到的测定数据之间的差分，反馈给加工数据，对加工数据进行修正。修正后的数据存储到切削加工机械中。在使用该切削加工机械形成下面所述的棱镜元件时，根据修正后的数据来进行切削加工。

在此，在试加工工序中，平坦部和斜面部之间的相对位置关系对应于试加工用基板400和切削加工机之间的位置关系。因此，试加工对于用来形成作为微细结构元件的棱镜元件210a之基板一部分区域来进行，以及对于与用来形成作为微细结构元件的棱镜元件210a之基板不同的另一基板来进行，都可以。

接着，对于继试加工后的正式加工，根据图6A、图6B进行说明。在图6A的工序a中，使用与进行过上述试加工的试加工用基板400不同的基板500。然后，在下面说明的工序中，如上所述，根据修正后的加工数据来进行切削加工。将进行过上述试加工工序的试加工用基板400，从未图示的加工机械取下。接着，将正式加工用的基板500安装到加工机械上。

在平坦部形成工序中，利用切削部在基板500上形成平坦部。平坦部形成工序包括：第1平坦部形成工序，用来利用切削部在基板500上形成第1平坦部；第2平坦部形成工序，用来利用切削部，只以预定深度对第1平坦部进行切削，来形成第2平坦部。在图6A的工序b所示的第1平坦部形成工序中，利用作为切削部的平坦切削刀401，在基板500上对作为第1平坦部的上部平坦面301进行切削加工。接着，平坦切削刀401仅仅移动切削刀刀刃的长度a。移动后的平坦切削刀401再次对上部平坦面301进行切削加工。通过反复进行该动作，而形成连续形状的上部平坦面301。

上部平坦面301成为形成下述下部平坦面302时的基准面。另外，还有时在基板500的加工表面500a上存在起伏形状和微小的凹凸形状。这种情况下，在第1平坦部形成工序中，起伏形状和凹凸形状也利用平坦切削刀401被切削。因此，可以在不受基板500的加工表面500a起伏形状等影响的状况下，进行正确的切削加工。另外，如图6A的工序c所示，在上部平坦部301上，按长度a的间隔沿着平坦切削刀401进行切削的方向形成加工条纹402。

如图6B的工序d所示，在第2平坦部形成工序中，平坦切削刀401从作为第1平坦部的上部平坦面301只以预定深度h进行切削。借此，形成作为第2平坦部的下部平坦面302。接着，平坦切削刀401移动到预先所设定的用来形成棱镜元件下一个下部平坦面302的位置上。然后，在移动到的位置上对下部平坦面302进行切削加工。反复进行该动作，并形成所有的下部平坦面302。

在图6B的工序e及工序f所示的折射面形成工序中，使平坦切削刀401只倾斜预定的角度θa。在折射面形成工序中，利用作为切削部的平坦切削刀401来形成斜面303，该斜面是对下部平坦面302具有预定角度θa的折射面。在加工机械中，使平坦切削刀401倾斜的角度例如可以按10万分之一左右的精度进行控制。使平坦切削刀401倾斜的角度对应于最终制造的作为微细结构元件的棱镜元件平坦面和折射面之间所成的角度。因而，可以极其正确地制造具有微小角度θa的棱镜元件。在本实施方式中，角度θa例如是0.03°～0.06°左右。另外，还进行切削加工，以使下部平坦面302的边缘部P1(工序d)和邻接斜面303的边缘部P4(工序e)相一致。另外，还进行切削加工，以使下部平坦面302的边缘部P2(工序d)和邻接斜面303的边缘部P3相一致。再者，在对斜面303进行切削时，进行加工以便对产生于上部平坦面301上的加工条纹402进行切削并除去。

为了除去加工条纹402，要控制平坦切削刀401的位置、角度及切削量，以使上部平坦面301的长度b比下部平坦面的长度a变得更短。因此，在最终制造的棱镜元件上不产生加工条纹402。其结果为，可以减少因加工条纹402引起的散射光。另外，在将上部平坦面301的面积、下部平坦面302的面积及与1个下部平坦面302邻接的2个折射面的面积分别设为Sa、Sb及Sc1、Sc2时，最好满足下面的条件。

Sa:Sc1:Sc2:Sb＝1.2:0.85:0.85:0.80

借此，可以减低上述那种黑色矩阵的影响，并且获得紧凑且清晰的投影像。另外，在本实施方式中，利用作为同一切削部的平坦切削刀401，来形成作为第2平坦部的下部平坦面302和作为邻接折射面的斜面303。因此，可以不依赖于作为切削部的平坦切削刀401形状，就能够形成以高精度所控制的微小倾斜角度θa的作为折射部的斜面303。另外，对于基板500，首先采用平坦切削刀401对作为第1平坦部的上部平坦面301进行切削加工。因此，所形成的作为第1平坦部的上部平坦面301成为接下来的第2平坦部形成工序和折射面形成工序所用的加工区域。因此，假使在基板500的表面上存在起伏形状或微细的凹凸形状，也可以在不受它们影响的状况下，进行切削加工。

还有，基板500并不限于由玻璃材料构成的平行平板，例如也可以是丙烯酸类等的透明树脂。再者，也可以在形成微细形状后的平行平板上进行电镀处理，来制造模具。此时，通过形成了棱镜元件的基板500制作成形模具。然后，从模具对其他部件例如光学透明树脂等进行模复制，来制造棱镜组。借此，可以谋求进一步的制造成本减低。除此之外，为了直接制造模具，也可以按上述方法对heavy alloy(商品名)等的硬质材料进行加工。然后，以加工后的硬质材料作为模具，通过复制工序来制造棱镜组。即使是通过由复制而得到的复制所形成的棱镜组，模具上的单位面积和复制后的棱镜组上每单位面积平坦部的面积、折射面的面积也是相同的。因此，即使形状的凹凸相反，作为光学元件的功能也是相同的。

另外，在本实施方式中，虽然作为切削部使用了平坦切削刀401，但是并不限于此。例如图3B所示，也可以使用具有2个第1切削部501a、第2切削部501b的V字形状切削刀501。此时，上部平坦面301和邻接的斜面303最好采用同一切削部如第1切削部501a来形成。另外，下部平坦面302和邻接的斜面303也最好采用同一切削部如第2切削部501b来形成。任何情况下，最好都使平坦面的边缘部和斜面的边缘部之间的位置相一致。由于按上述方法来构成，因而能够以高精度制造角度θa为微小结构的棱镜元件210a。

下面，根据图7，来说明上述制造过程的流程。首先，在步骤S601中，操作人员将用来形成希望微细形状的加工位置、加工角度、加工深度、切削刀转数及加工速度等的加工数据，输入到加工机械的控制部中。然后，将必要的形状例如平坦切削刀安装到加工机械的刀夹上。在步骤S602中，将作为试加工用工件的基板安装到加工机械的夹具上。作为工件的基板例如是平行平板玻璃。在步骤S603中，在基板上进行凹槽的试加工，该凹槽具有上述那种边缘部P1、P2、P3、P4等的形状。

在步骤S604中，不将平行平板玻璃从工件夹具卸下，而在原状态下，采用激光显微镜、原子间力显微镜(Atomic Force Microscope)和干涉式光学测定器，来测定试加工后凹槽形状的深度、斜面的角度及间距等。测定数据的参数最好是间距、角度、深度及平坦面粗糙度的至少之一。另外，假使将作为测定对象物的平行平板玻璃从工件取下进行测定，也可以通过测定加工形状的相对关系，获得反馈所需要的信息。

在步骤S605中，将测定数据和加工数据之间的差分反馈给加工数据。另外，把试加工用工件从加工机械的夹具取下。然后，在步骤S607中，将正式加工用的工件安装到加工机械的夹具上。在步骤S606中，根据所反馈的差分值，对加工数据进行修正。具体而言，对切削刀的加工角度、切削深度、间距及平坦面加工用的参数等进行修正。例如，加工角度、切削深度、凹槽间距及平坦面加工用参数的修正是分别通过切削刀角度的修正、切削刀深度的修正、进给间距的修正及进给间距的修正来进行的。至此，结束试加工的工序。

接着，根据修正后的数据，在步骤S608中，对作为第1平坦部的上部平坦面301(图6A的工序b)进行切削加工。在步骤S609中，将平坦切削刀401向预定位置移动，形成深度h的作为第2平坦部的下部平坦面302(图6B的工序d)。接着，在步骤S610中，使平坦切削刀401只倾斜角度θa，来形成作为折射面的斜面303。

在步骤S611中，判断预定形状的凹槽加工是否已结束。在判断结果为非时，在步骤S612中，按上述过程对保持着平坦切削刀401的加工机头位置进行移动。然后，反复进行步骤S609、步骤S610的加工。在步骤S611的判断结果为是时，结束加工。借此，可以进行减低了干扰等影响的形状加工。另外，如上所述，试加工用基板和正式加工用基板也可以使用同一基板。

实施方式3

图8表示，采用实施方式3所涉及的微细结构元件的制造方法所制造出的棱镜元件905剖面概略结构。棱镜元件905可以使用于上述投影机100。和上述实施方式重复的说明予以省略。棱镜元件905具有作为平坦部的平坦面901及作为折射面的斜面902。棱镜元件905其x轴方向上的剖面形状为大致梯形形状，并且在y轴方向具有长度方向。

棱镜元件905和上述的棱镜元件210a(参见图3A)不同，其在大致梯形形状之间没有平坦面，并且斜面902之间邻接。斜面902对与平坦面901平行的面呈预定的角度θb。角度θb和上述棱镜元件210a的斜面303的角度θa相同，例如是0.03～0.06°左右。

图9表示棱镜元件905的制造过程。在本实施方式微细结构元件的制造方法中，使用V字形状的切削刀1001。切削刀1001和图3B所示的切削刀501相同，具有2个切削部。本实施方式也和上述实施方式2相同，作为形成棱镜元件的工序之前的工序，进行试加工工序。在试加工工序中，在和平坦部901不同的试加工区域上，根据加工数据并利用作为切削部的切削刀1001来形成预定形状。

继试加工工序之后，进行棱镜元件905的正式加工。棱镜元件905是根据在反馈工序中修正后的加工数据，并通过进行平坦部形成工序和折射面形成工序来形成的。在图9的工序a所示的平坦部形成工序中，利用作为切削部的切削刀1001在基板900上对平坦面901进行切削加工。在用来形成平坦面901的基板900切削过程中，使用切削刀1001的2个切削部之中的1个来进行。通过在一个切削部达到大致水平为止使切削刀1001倾斜的状态下，对基板900进行切削，来形成平坦面901。切削刀1001安装于未图示的切削加工机械上，以使切削刀1001的中心轴M对基板900的垂线N成为角度θ3。切削刀1001例如介由未图示的刀柄安装到机械主体上。上述试加工工序中的加工数据修正例如包括机械主体和刀柄之间的安装误差、刀柄和切削刀1001之间的安装误差及切削加工机械中所设定的基准误差在内进行反馈。z轴方向上切削刀1001的位置及角度θ3全都通过反馈来确定。

切削刀1001通过以中心轴M为中心进行旋转，对基板900的表面进行切削。切削刀1001在对基板900的表面进行切削的同时，按y轴方向进行移动。若完成了往y轴方向的移动，则接着在沿正x方向进行位移后的位置上移动切削刀1001，再次开始往y轴方向的切削。平坦面901是通过反复进行这种切削来形成。

图9所示的工序b及工序c是折射面形成工序。在折射面形成工序中，在切削刀1001的中心轴M与垂线N大致一致的位置上使切削刀1001进行位移。此时，切削刀1001不用从切削加工机械取下，例如通过操作刀柄就使之进行位移。此处，考虑使用下述切削刀1001，该切削刀具有按照形成于基板900上的凹槽所设计的角度为θ0的前端部。首先，在工序b中，在中心轴M与垂线N大致一致的状态下，对基板900进行切削。

在由修正后的加工数据得到的角度比设计上的角度θ0大时，如工序c所示，以基板900上凹槽的前端部P5为中心，只以作为修正值的角度θ4使切削刀1001倾斜。此时，切削刀1001的中心轴M对垂线N所成的角度θ4以及使切削刀1001倾斜的方向，全都根据修正后的加工数据来确定。这样一来，就利用作为切削部的切削刀1001，形成对平坦面901具有预定角度θb的折射面902。还有，在图9的工序c中虽然表示出以垂线N为基准使切削刀1001只向负x方向倾斜的状态，但是也可以根据修正后的加工数据向多个方向使切削刀1001倾斜。这样一来，就能制造棱镜元件901。

图10表示，使用下述切削刀1101时的制造过程，该切削刀具有比形成于基板900上的凹槽小的角度为θ5的前端部。在图10的工序a所示的平坦面形成工序中，与图9的工序a相同，使用切削刀1101的2个切削部之中的1个来形成平坦面901。切削刀1101安装到未图示的切削加工机械上，以使切削刀1101的中心轴M对基板900的垂线N成为角度θ5。

接着，通过图10的工序b及工序c所示的折射面形成工序，利用作为切削部的切削刀1101，来形成对平坦面901具有预定角度θb的作为折射面的斜面902。斜面902在向切削刀1101的中心轴M和垂线N大致一致的位置使切削刀1101进行了位移并切削之后，通过以凹槽的前端部P6为中心使切削刀1101倾斜，就可以形成。在工序b中，切削刀1101向切削刀1101的中心轴M和垂线N呈角度θ7的位置进行位移。在工序c中，切削刀1101向切削刀1101的中心轴M和垂线N呈角度θ8的位置进行位移。角度θ7、θ8分别根据修正后的加工数据来确定。

这样，使用同一切削刀1101来形成平坦面901和斜面902。借此，不用依赖于切削刀1101的形状，就可以按高精度形成以高精度所控制的微小倾斜角度θb的折射部。另外，先形成的平坦面901成为折射面形成工序所用的基准面。因此，假使在基板900的表面上存在起伏形状或微细的凹凸形状，也可以在不受它们影响的状况下，进行切削加工。

图11是本实施方式的棱镜元件905制造过程的流程图。对于棱镜元件905的制造过程之中从步骤S601到步骤S607的过程，则和上述实施方式2的棱镜元件210a制造过程相同。本实施方式的棱镜元件905在步骤S608中，在使切削刀1101倾斜以便切削刀1101的中心线M对基板900的垂线N呈预定角度的状态下，进行平坦面901的切削加工。

接着，在步骤S610中，在向切削刀1101的中心轴M与垂线N大致一致的位置使切削刀1101进行了位移的状态下，对基板900进行切削。另外，在步骤S610中，根据修正后的加工数据，并通过使切削刀1101倾斜以使切削刀1101的中心轴M对垂线N在预定方向上呈预定角度，来形成斜面902。再者，在步骤S611、步骤S612中，判断加工结束以及移动加工机头的过程和实施方式2棱镜元件210a制造方法的情形相同。因此，可以进行减低了干扰等影响的形状加工。另外，在本实施方式中，试加工用基板和正式加工用基板也可以使用同一基板。

实施方式4

对于本发明实施方式4所涉及的微细结构元件的制造方法，根据图12～图15进行说明。在本实施方式中，使用灰度掩模710，该灰度掩模具有预定区域的光的透射率阶梯式不同的区域。图12是从沿着光轴的z轴方向看到灰度掩模710的附图。首先，形成使光全不透射的透射率为0％的区域711和使入射光全部透射的透射率大致为100％的区域712。然后，在区域711和区域712之间，形成透射率阶梯式不同的区域713。在图12中表示，在区域713上透射率按5个等级产生变化的示例。

图13表示图12的AA剖面的透射率变化。图13的横轴及纵轴分别表示位置x及透射率I(％)。透射率为0％的区域711对应于上部平坦面。透射率为100％的区域712对应于下部平坦面。透射率产生变化的区域713对应于斜面。

首先，在抗蚀剂层形成工序中，在基板700上形成抗蚀剂层720。在图14所示的曝光工序中，通过光的透射率阶梯状产生变化的灰度掩模710，对抗蚀剂层720进行曝光。然后，在刻蚀工序中，与灰度掩模710的透射率对应的形状复制到抗蚀剂层720上。在此，通过按比抗蚀剂层720的分辨率更小的等级使透射率呈阶梯状产生变化，就可以得到表面形状得以平滑化的斜面。作为使抗蚀剂层720的斜面得以平滑化的其他方法，也可以对刻蚀工序后的抗蚀剂层720例如以120℃左右进行后烘焙。通过后烘焙，而在抗蚀剂层720的表面上产生塌边。因塌边而使斜面的表面得以平滑化。另外，透射率等级差异的大小可以根据抗蚀剂层的种类、预烘焙时间、曝光时间及显影时间等进行控制。

在本实施方式中，作为抗蚀剂层720使用Clariant公司的AZ4620(商品名)。而且，按照下面所示的参数条件来进行处理。

预烘焙：90℃、30分钟

曝光：800mj

显影：7分钟

后烘焙：120℃、60分钟

借此，可以制造希望的棱镜形状。在此，对于上述各参数条件和形成的形状之间的相关性，进行说明。预烘焙条件为，若降低了温度，则抗蚀剂层的敏感度升高。若降低了温度，则由于显影时的非曝光区域耐受性下降，因而难以确保厚度。对于曝光时间，则采用灰度掩模法，根据透射率(OD值)得到了灰度等级。若曝光时间变长，则来自遮光区域的泄漏光的影响增大，不利于等级差异区域的形成。显影时间若变长，则显影时的非曝光区域耐受性消失。其结果为，难以确保膜厚。通过后烘焙，如上所述可以有意发生透射率等级差异部分产生的边缘塌边。若不进行后烘焙，则干法蚀刻时的选择比下降。另外，若不适当进行后烘焙，则发生干法蚀刻时因等离子区而引起的烧焦，难以进行形状复制。

然后，在图15所示的蚀刻工序中，将抗蚀剂层720的形状向基板700进行复制。蚀刻工序例如进行采用RIE法等的干法蚀刻工序。作为蚀刻气体，使用氧和氟化类气体如C₄F₈、CF₄等的混合气体。借此，可以减少因蚀刻斑痕引起的加工表面的凹凸形状，制造平滑且良好的棱镜元件。另外，通过控制蚀刻气体浓度、混合比、蚀刻气体压力、磁场强度及蚀刻时间等的蚀刻条件，可以在大致0.7～1.8倍的范围内控制将抗蚀剂层形状复制到基板700上的选择比。另外，在由干法蚀刻所形成的棱镜元件表面，有时发生作为无用散射光原因的数10～数100nm左右的凹凸。在本实施方式中，在干法蚀刻工序之后进行利用氢氟酸溶液的湿法蚀刻工序。借此，加工表面的凹凸得以平滑化，可以减少无用的散射光。另外，基板700用来在大型的玻璃基板上形成多个棱镜元件。而且，最后通过切割来获得希望大小的基板。其结果为，可以形成希望形状的上部平坦面701、下部平坦面702和斜面703。

另外，在本实施方式中也可以通过模复制来制造棱镜元件。在模复制中，首先在抗蚀剂层720上形成希望的形状。之后，在抗蚀剂层720上施以镀Ni来制造模具。然后，利用该模具来制作复制品。借此，可以简单制造大量的复制品。如上面所说明的那样，本实施方式的制造方法作为与不同于微型透镜、具有斜面部的折射光学元件有关的制造方法是最佳的。还有，模复制并不限于根据抗蚀剂层720上所形成的形状来进行的情形，也可以根据采用各实施方式的制造方法形成于基板上的形状来进行。

在以绝缘性抗蚀剂层720和形成于基板700上的棱镜元件形状作为母模具时，首先对棱镜元件的形状，例如通过Si、Ni、Al等的真空蒸镀、银镜反应、化学镀Ni来形成导电性薄膜。在通过使导电性材料成膜而赋予了导电性之后，对棱镜元件的形状施以利用Ni等的电场电镀。此时，若对电镀膜发生了内部应力，则有时对所制造出的模具产生变形使棱镜元件形状的再现性下降。优选的是，为了缓解对电镀膜发生的应力，例如在通过电铸对2英寸的区域进行模复制时，对比希望的模具宽大范围的5英寸或以上最好是6英寸或以上的区域施以金属镀。然后，通过将由金属镀加工所得到的形成品之中的必要部分切下来，就可以获得希望形状的模具。这样，就可以通过对比模复制所需要的区域宽大范围的区域施以金属镀，来减轻内部应力，制造正确形状的模具。电铸的特征为，可以如实复制亚微米级的凹凸。借此，可以正确复制精细的棱镜元件形状，制造正确形状的复制品。

棱镜元件也可以通过将基板700或抗蚀剂层720上所形成的形状作为母模具来形成多个模具，并使用所形成的多个模具向其他部件进行模复制，来制造。例如，通过上述金属镀，由单个的母模具形成多个模具。然后，使用该多个模具来制造复制品。在形成单个的大型模具时，需要制造大型的母模具。例如，若采用实施方式2所涉及的微细结构元件的制造方法制造出大型的母模具，则要考虑需要较长时间而且还使成本增高。例如，在对基板700的1个面使用6个模具来制造复制品时，对于希望的棱镜组准备6分之一大小的母模具就可以。这样，即使难以形成单个的大型模具，通过使用多个模具，也可以容易地制造复制品。另外，由于使用由同一母模具所制造出的多个模具来制造复制品，因而能获得正确形状并且可得到均匀且高精细的图像之棱镜组。还有，在本实施方式中虽然说明了以形成为预定形状的抗蚀剂层720作为母模具来形成模具的示例，但是原材料并不限定为抗蚀剂层，也可以使用实施过镀镍磷的模具或树脂棱镜、玻璃棱镜等其他的部件。

如上所述，在从通过机械加工或光刻法制出的微细结构元件制作多个模具时，对于用来形成希望结构的区域的2.5倍或以上最好是3倍或以上的区域，通过金属镀来进行模复制，并从复制出的模具切下需要的区域。由于使用这样所得到的模具，因而可以以低成本且大量地制造高精度的微细结构元件。

另外，例如图2所示的棱镜组210那样，由2组正交的棱镜元件构成的棱镜组可以通过对单个基板700的2个面分别复制模具的形状，来制造。由2组正交的棱镜元件构成的棱镜组使用第1模具向作为其他部件的基板700的第1面进行模复制，并使用第2模具向与第1面相反方的第2面进行模复制。由于使用第1模具和第2模具对第1面、第2面分别进行模复制，因而可以容易地形成在第1面及第2面上具有棱镜元件的棱镜组。另外，由于使用同一母模具来制造第1模具及第2模具，因而能获得正确的形状并且可得到均匀且高精细的图像之棱镜组。

实施方式5

对于本发明实施方式5所涉及的微细结构元件的制造方法，根据图16A～图16D及图17进行说明。在本实施方式中，使用开口部的面积不同的多个遮光掩模。在图16A中表示第1掩模810的结构。第1掩模810具有多个第1大小的开口部810a。画上斜线所示的区域810b是遮光区域。在图16B中表示第2掩模820的结构。第2掩模820具有多个第2大小的开口部820a。画上斜线所示的区域820b是遮光区域。在图16C中表示第3掩模830的结构。第3掩模830具有多个第3大小的开口部830a。画上斜线所示的区域830b是遮光区域。

在此，各开口部的大小，其构成为

第1大小的开口部<第2大小的开口部<第3大小的开口部。

而且，使用这3片掩模810、820、830来进行3次多重曝光。其结果为，在抗蚀剂层上产生均匀曝光量的区域和曝光量分3个等级按阶梯状产生变化的区域。图16D表示，再增加使用2个同样的掩模进行5个等级的多重曝光时透射率不同的区域大小。例如，在5片掩模的全部上进行曝光的区域840a其曝光量最多。因此，该区域840a的抗蚀剂层840最易和显影液产生反应。其结果为，抗蚀剂层在区域840a上最易被除去，形成图17所示的平坦面802。

与此相反，在5次曝光的全部上进行遮光的区域840b的抗蚀剂层曝光量为零。因此，在显影工序中该区域840b的抗蚀剂层840不被除去，而形成图17所示的平坦面801。另外，在2个平坦面801、802之间的区域840c上，曝光量阶梯式产生变化。因此，在该区域840c上，形成阶梯状抗蚀剂层厚度的斜面803。

之后，使用烘箱，将抗蚀剂层840例如加热到100℃并进行烘焙。借此，为抗蚀剂层840内使水分、溶剂挥发，提高干法蚀刻耐受性。再者，因加热而在抗蚀剂层840上产生塌边，可以使阶梯形状部分成为得以平滑化的斜面。在将抗蚀剂层840形成到未图示的玻璃基板上时，可以通过干法蚀刻将抗蚀剂层840的形状形成到玻璃基板上。此时，在对玻璃基板复制形状之后，最好进行利用氢氟酸溶液的蚀刻，谋求表面的平滑化。因此，可以获得与图3A所示的棱镜元件210a相同形状的棱镜元件。另外，采用本实施方式微细结构元件的制造方法，如图18所示也可以形成由平坦部811和斜面803构成的抗蚀剂层850。借此，可以获得与图8所示的棱镜元件905相同形状的棱镜元件。

另外，和上述实施方式相同，也可以通过在形成了预定形状的抗蚀剂层840上进行镀Ni，来形成模具。而且，可以从模具容易地制造复制品。在本实施方式中，平坦部和作为折射面的斜面之间所成的角度可以根据掩模的开口部810a、820a、830a的大小，容易地进行控制。和上述实施方式4的制造方法相同，本实施方式的制造方法作为与不同于微型透镜、具有微小角度斜面部的折射光学元件有关的制造方法，也是最佳的。

实施方式6

根据图19来说明本发明实施方式6所涉及的微细结构元件的制造方法。图19表示掩模910的结构。从比曝光工序更靠后的工序到最后得到微细结构元件为止的工序，因为和上述各实施方式相同，所以重复的说明予以省略。在本实施方式的曝光工序中，使用掩模910对抗蚀剂层进行曝光，该掩模910其带状开口部910a的面积根据位置而有所不同。在图19中，其构成为，针对于附图从左向右，开口部910a的面积增加，并且遮光部910b的面积减少。其结果为，均匀曝光量的区域形成平坦面。另外，按阶梯状使曝光量产生变化的区域形成作为折射面的斜面。

根据图20来说明本实施方式的变形例。图20表示掩模920的结构。从比曝光工序更靠后的工序到最后得到微细结构元件为止的工序，因为和上述各实施方式相同，所以重复的说明予以省略。在本变形例的曝光工序中，使用掩模920对抗蚀剂层进行曝光，该掩模920其矩形开口部920a和矩形遮光部920b的面积根据位置而有所不同。开口部920a和遮光部920b以2维方式交替配置。在图20中，其构成为，针对于附图从左向右，开口部920a的面积增加，并且遮光部920b的面积减少。其结果为，均匀曝光量的区域形成平坦面。另外，按阶梯状使曝光量产生变化的区域形成作为折射面的斜面。另外，如图21所示的掩模930那样，也可以形成圆形的遮光部930b。这种情况下，遮光部930b之间的区域成为开口部930a。因此，平坦部和折射面之间所成的角度可以根据掩模的开口部大小和位置，容易地进行控制。其结果为，可以制造平坦部和折射面之间所成的角度微小的微细结构元件。

和上述实施方式4的制造方法相同，本实施方式的制造方法作为与不同于微型透镜、具有斜面部的折射光学元件有关的制造方法，也是最佳的。还有，在使用图19、图20、图21所示那种结构的掩模时，最好对抗蚀剂层采用所谓的投影法进行曝光。对于投影法而言，可以利用投影像变得模糊的方法，在抗蚀剂层上形成光滑的斜面。

另外，为了对抗蚀剂层形成微细结构元件的形状，还有在灰度掩模法之外，还可以使用电子束描绘曝光法或激光描绘曝光法。这样，本发明不限于上述实施方式，而可以在不脱离其宗旨的范围内采取各种各样的变形例。

Claims (6)

1.一种微细结构元件的制造方法，其特征为，

包括:

平坦部形成工序，该工序中利用切削部在基板上形成平坦部；和

折射面形成工序，该工序中利用所述切削部，形成对上述平坦部具有预定角度的折射面，

上述平坦部形成工序包括:

第1平坦部形成工序，该工序中利用上述切削部在上述基板上形成第1平坦部；和

第2平坦部形成工序，该工序中利用上述切削部，以预定深度对上述第1平坦部进行切削来形成第2平坦部；

在上述折射面形成工序中，利用上述切削部，来形成对上述第2平坦部具有预定角度的折射面，

作为上述切削部，采用平坦切削刀，

在上述第2平坦部形成工序之后，使上述平坦切削刀倾斜，进行上述折射面形成工序。

2.根据权利要求1所述的微细结构元件的制造方法，其特征为，

包括:

试加工工序，该工序中在与上述第1平坦部不同的试加工区域中，根据加工数据利用上述切削部来形成预定形状；

形状测定工序，该工序中对通过上述试加工工序所形成的上述预定形状进行测定；和

反馈工序，该工序中将通过上述形状测定工序所得到的测定数据和上述加工数据之间的差分反馈给上述加工数据，对上述加工数据进行修正；

根据修正后的上述加工数据，来实施上述第1平坦部形成工序、上述第2平坦部形成工序和上述折射面形成工序。

3.根据权利要求1所述的微细结构元件的制造方法，其特征为，

上述第1平坦部的长度比上述第2平坦部的长度短。

4.一种微细结构元件的制造方法，其特征为，

包括:

平坦部形成工序，该工序中利用切削部在基板上形成平坦部；和

折射面形成工序，该工序中利用所述切削部，形成对上述平坦部具有预定角度的折射面，

上述平坦部形成工序包括:

第1平坦部形成工序，该工序中利用上述切削部在上述基板上形成第1平坦部；和

第2平坦部形成工序，该工序中利用上述切削部，以预定深度对上述第1平坦部进行切削来形成第2平坦部；

在上述折射面形成工序中，利用上述切削部，来形成对上述第2平坦部具有预定角度的折射面，

上述切削部至少具有第1切削部和第2切削部，在上述第1平坦部形成工序和上述折射面形成工序中，使用同一上述第1切削部或上述第2切削部，或者在上述第2平坦部形成工序和上述折射面形成工序中使用同一上述第1切削部或上述第2切削部。

5.根据权利要求4所述的微细结构元件的制造方法，其特征为，

包括:

试加工工序，该工序中在与上述第1平坦部不同的试加工区域中，根据加工数据利用上述切削部来形成预定形状；

形状测定工序，该工序中对通过上述试加工工序所形成的上述预定形状进行测定；和

反馈工序，该工序中将通过上述形状测定工序所得到的测定数据和上述加工数据之间的差分反馈给上述加工数据，对上述加工数据进行修正；

根据修正后的上述加工数据，来实施上述第1平坦部形成工序、上述第2平坦部形成工序和上述折射面形成工序。

6.根据权利要求4所述的微细结构元件的制造方法，其特征为，

上述第1平坦部的长度比上述第2平坦部的长度短。

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