JP2001255660A - Generation method for special, surface shape and optical element - Google Patents

Generation method for special, surface shape and optical element

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JP2001255660A
JP2001255660A JP2000067262A JP2000067262A JP2001255660A JP 2001255660 A JP2001255660 A JP 2001255660A JP 2000067262 A JP2000067262 A JP 2000067262A JP 2000067262 A JP2000067262 A JP 2000067262A JP 2001255660 A JP2001255660 A JP 2001255660A
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light
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photosensitive material
exposure
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a novel generation method which is capable of easily generating a special surface shape of a three-dimensional structure which changes smoothly and continuously in a height direction on a photosensitive material layer or a substrate. SOLUTION: The generation method for the special surface shape changes the thickness of the photosensitive material layer 11 according to the desired special surface shape by applying a photosensitive material to a prescribed thickness on the surface of a substrate material 10 to be formed with the special surface shape of the desired three-dimensional structure to form the photosensitive material layer and exposing a mask pattern LF of a prescribed light transmittance distribution on the photosensitive material layer 11 by using a mask for exposure stepwise changing in the light transmittance in correspondence to the special surface shape. When the pattern LF of the mask for exposure is exposed to the photosensitive material layer 11, the exposure pattern is slightly deviated in focus by defocusing, by which the level difference of the light transmittance distribution of the mask pattern is eliminated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は3次元構造を有する
特殊表面形状の創成方法及び光学素子に関する。
The present invention relates to a method for creating a special surface shape having a three-dimensional structure and an optical element.

【0002】[0002]

【従来の技術】光学素子の屈折面や反射面に、球面や非
球面等に代表される特殊な面形状が使用されるようにな
ってきており、また近来は液晶表示素子や液晶プロジェ
クタ、あるいは光通信等に関連して、マイクロレンズや
マイクロレンズアレイ等にも特殊な面形状が求められて
いる。そこで球面や非球面等の特殊な表面形状を型成形
や研磨によらずに創成する方法として、ガラスや金属、
樹脂等の基板の表面に曲面等の3次元構造を有する特殊
表面形状を創成する方法が提案されている。その一例と
しては、所望の3次元構造の特殊表面形状を形成すべき
基板材料の表面上に所定の厚さに感光性材料(フォトレ
ジスト等)を塗布して材料層を形成し、上記特殊表面形
状に対応して光透過率が段階的に変化する露光用マスク
を用いて上記感光性材料層に所定の光透過率分布(光強
度分布)のマスクパターンを露光し、目的とする特殊表
面形状に応じて上記感光性材料層の厚さを変化せしめて
3次元構造の表面形状を形成する方法が知られている
(例えば、本発明者らが先に提案した、特開平7−23
0159号公報や特開平9−146259号公報に記載
のグラデーションマスクとその製造方法およびグラデー
ションマスクを用いた特殊表面形状の創成方法)。この
方法はマイクロレンズ等の曲面形成方法として大変優れ
ており、感光性材料層の表面形状として所望の曲面形状
を、露光用マスクとしてグラデーションマスク(濃度分
布マスク)を用いたマスクパターンの露光で極めて精度
良く形成でき、また、この曲面形状を異方性エッチング
により基板の表面形状として精度良く転写することがで
きるため、所望の曲面形状を精度良く形成できる。
2. Description of the Related Art A special surface shape represented by a spherical surface or an aspherical surface has been used for a refracting surface or a reflecting surface of an optical element, and recently, a liquid crystal display element, a liquid crystal projector, or In connection with optical communication and the like, special surface shapes are also required for microlenses and microlens arrays. Therefore, as a method of creating a special surface shape such as a spherical surface or aspherical surface without molding or polishing, glass, metal,
There has been proposed a method of creating a special surface shape having a three-dimensional structure such as a curved surface on the surface of a substrate such as a resin. As an example, a material layer is formed by applying a photosensitive material (photoresist or the like) to a predetermined thickness on a surface of a substrate material on which a special surface shape having a desired three-dimensional structure is to be formed. A mask pattern having a predetermined light transmittance distribution (light intensity distribution) is exposed on the photosensitive material layer using an exposure mask in which the light transmittance changes stepwise according to the shape, and a target special surface shape is obtained. A method is known in which the thickness of the photosensitive material layer is changed in accordance with the conditions to form a three-dimensional structure surface shape (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-23 which was previously proposed by the present inventors.
No. 0159 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-146259), a gradation mask, a method for producing the same, and a method for creating a special surface shape using the gradation mask. This method is very excellent as a method for forming a curved surface such as a microlens, and is extremely effective in exposing a desired curved surface shape as a surface shape of a photosensitive material layer and exposing a mask pattern using a gradation mask (density distribution mask) as an exposure mask. Since the curved surface shape can be accurately transferred as the surface shape of the substrate by anisotropic etching, a desired curved surface shape can be formed accurately.

【0003】しかし、グラデーションマスクを用いた特
殊表面形状の創成方法は、マイクロレンズ等の光学素子
の曲面形成方法として優れた点を多く有しているが、そ
の反面、特殊表面形状に対応して光透過率が段階的に変
化するグラデーションマスク(例えば、特開平9−14
6259号公報記載のグラデーションマスク)を用いて
感光性材料層にマスクパターンを露光し、目的とする特
殊表面形状に応じて感光性材料層の厚さを変化せしめる
際に、マスク内の光透過率分布曲線の不連続部分が感光
性材料層に露光される際にも不連続形状として露光され
るため、感光性材料層の表面にも不連続形状(段差)が
転写されるという問題がある。そこで上記問題点を解決
する方法として、感度の鈍い感光性材料を使用するか、
光吸収材料を多めに添加するなどの方法が必要であっ
た。また、露光用マスクを用いてパターニングする技術
は半導体分野においてよく用いられているが、半導体分
野においては、2次元的にラインパターンの有無を配置
することが目的であるため、高さ方向に変化する3次元
形状を高精度に制御することは行われていなかった。
However, a method of creating a special surface shape using a gradation mask has many advantages as a method of forming a curved surface of an optical element such as a microlens. A gradation mask whose light transmittance changes stepwise (see, for example,
When a photosensitive material layer is exposed to a mask pattern using a gradation mask described in JP-A-6259, and the thickness of the photosensitive material layer is changed according to a target special surface shape, the light transmittance in the mask is changed. When the photosensitive material layer is exposed to a discontinuous portion of the distribution curve, the photosensitive material layer is also exposed as a discontinuous shape. Therefore, there is a problem that the discontinuous shape (step) is transferred to the surface of the photosensitive material layer. Therefore, as a method of solving the above problems, use a photosensitive material of low sensitivity,
A method such as adding a large amount of a light absorbing material was required. In addition, the technique of patterning using an exposure mask is often used in the semiconductor field, but in the semiconductor field, since the purpose is to arrange the presence or absence of a line pattern two-dimensionally, the pattern changes in the height direction. The three-dimensional shape to be controlled has not been controlled with high accuracy.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みなされたものであり、新規な特殊表面形状の創成方法
及びその創成方法により形成した光学素子を提供するこ
とを目的とする。そして本発明では、グラデーションマ
スク(濃度分布マスク)等の露光用マスクを用いて特殊
表面形状を創成する際の従来の問題を解決するため、 マスク内の光透過率分布曲線の不連続部分が感光性材
料層に露光される際に、感光性材料層に不連続形状(段
差)として転写されないようにすること、 光透過率分布曲線を形成する単位セル内の光透過量、
すなわち、露光用マスク上では2次元的な光透過率分布
をスムージングすること、 濃度分布マスク等の露光用マスクの光透過率は、単位
セル毎に微視的に観察すると白黒の配置であり、このま
ま露光すると感光性材料層の高さも(高、低)の白黒濃
度情報になってしまうので、これを防止すること、 感光性材料の感度を落としたり、感度の鈍い感光性材
料に材料変更したりすることなしに、高精度に形状転写
する方法を提案すること、 高さ方向に滑らかに連続的に変化する三次元形状を高
精度に制御すること、 高さ方向に滑らかに連続的に変化する特殊表面形状を
有する光学素子を提供すること、を課題としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a novel method for forming a special surface shape and an optical element formed by the method. In the present invention, in order to solve the conventional problem of creating a special surface shape using an exposure mask such as a gradation mask (density distribution mask), a discontinuous portion of a light transmittance distribution curve in the mask is exposed. When the photosensitive material layer is exposed, the photosensitive material layer is prevented from being transferred to the photosensitive material layer as a discontinuous shape (step), a light transmission amount in a unit cell forming a light transmittance distribution curve,
That is, the two-dimensional light transmittance distribution is smoothed on the exposure mask, and the light transmittance of the exposure mask such as the density distribution mask is a black and white arrangement when observed microscopically for each unit cell. If the exposure is continued as it is, the height of the photosensitive material layer will also be (high, low) black and white density information. To prevent this, reduce the sensitivity of the photosensitive material, or change the material to a photosensitive material with low sensitivity. Proposal of a method for transferring shapes with high precision without any need to control the three-dimensional shape that changes smoothly and continuously in the height direction with high accuracy.Smooth and continuous changes in the height direction It is an object to provide an optical element having a special surface shape.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、所望の3次元
構造の特殊表面形状を形成すべき基板材料の表面上に所
定の厚さに感光性材料を塗布して感光性材料層を形成
し、上記特殊表面形状に対応して光透過率が段階的に変
化する露光用マスクを用いて上記感光性材料層に所定の
光透過率分布(光強度分布)のマスクパターンを露光
し、目的とする特殊表面形状に応じて上記感光性材料層
の厚さを変化せしめる特殊表面形状の創成方法と、その
特殊表面形状の創成方法により製造される光学素子に関
するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a photosensitive material is applied to a predetermined thickness on a surface of a substrate material on which a special surface shape having a desired three-dimensional structure is to be formed to form a photosensitive material layer. Then, the photosensitive material layer is exposed to a mask pattern having a predetermined light transmittance distribution (light intensity distribution) using an exposure mask whose light transmittance changes stepwise according to the special surface shape. The present invention relates to a method for creating a special surface shape in which the thickness of the photosensitive material layer is changed according to the special surface shape to be used, and an optical element manufactured by the method for creating a special surface shape.

【0006】本発明に係る特殊表面形状の創成方法で
は、上記のように、所望の3次元構造の特殊表面形状を
形成すべき基板材料の表面上に所定の厚さに感光性材料
を塗布して感光性の材料層を形成し目的の特殊表面形状
に対応して予め別途の方法で設計された透過率が段階的
に変化する露光用マスクを用い、感光性材料層にマスク
パターンを露光する。ここで露光されるパターンは、上
記露光用マスクによって形成される3次元パターンであ
る。上記露光用マスクは、基板材料表面に塗布された感
光性材料の「感度曲線」と、露光用マスクを構成する各
単位セルの「光エネルギー量」の関係から、実験的に求
められる関数で与えられるものである。ここで、実験的
に求められるとは、プロセス条件によって感光性材料の
「感度特性」及び「光透過量」が異なることを意味す
る。すなわち、プロセス条件パラメータを変更すると与
えられる関数も異なることを意味する。感光性材料の
「感度曲線」は、感光性材料への光照射エネルギーと材
料の感光性成分の関係で基本的には決定されるものであ
る。但し、パターニング時のフォトリソグラフィー条
件、露光条件、現像条件、あるいはベーキング条件等に
よっても変更される曲線(すなわち関数)である。ま
た、光透過量は、感光性材料中に含まれる分子構造によ
って光の吸収係数が異なるため、感光性材料中を光が進
行する際には、深さに応じて光エネルギー(光量)が減
少する。つまり、感光性材料の厚さ(深さ)と照射光エ
ネルギー量は反比例の関係にある。従って、露光用マス
クの「光透過率」と感光性材料の「感度」(光吸収率)
を実験データから組み合せると、感光性材料の厚さ方向
に分布を有する光エネルギー分布を形成することが可能
となる。
In the method for creating a special surface shape according to the present invention, as described above, a photosensitive material is applied to a predetermined thickness on the surface of a substrate material on which a special surface shape having a desired three-dimensional structure is to be formed. Forming a photosensitive material layer and exposing a mask pattern to the photosensitive material layer using an exposure mask that has a transmittance that changes in a stepwise manner that is previously designed according to a special surface shape of interest. . The pattern exposed here is a three-dimensional pattern formed by the exposure mask. The exposure mask is given by a function experimentally determined from the relationship between the “sensitivity curve” of the photosensitive material applied to the substrate material surface and the “light energy amount” of each unit cell constituting the exposure mask. It is something that can be done. Here, "experimentally determined" means that the "sensitivity characteristics" and "light transmission amount" of the photosensitive material differ depending on the process conditions. In other words, it means that the function given differs when the process condition parameter is changed. The "sensitivity curve" of a photosensitive material is basically determined by the relationship between the light irradiation energy to the photosensitive material and the photosensitive component of the material. However, it is a curve (that is, a function) that is also changed by photolithography conditions, exposure conditions, development conditions, baking conditions, and the like during patterning. In addition, since the light transmission coefficient varies depending on the molecular structure contained in the photosensitive material, the light energy (light amount) decreases according to the depth when the light travels through the photosensitive material. I do. That is, the thickness (depth) of the photosensitive material and the amount of irradiation light energy are in inverse proportion. Therefore, the "light transmittance" of the exposure mask and the "sensitivity" (light absorption) of the photosensitive material
Can be combined from experimental data to form a light energy distribution having a distribution in the thickness direction of the photosensitive material.

【0007】上記方法によって、本発明は、半導体プロ
セスのように、ある高さ(厚さ)の感光性材料を2次元
のラインパターンとして形成するのが目的ではなく、3
次元構造の特殊表面形状、すなわち高さ方向にも制御さ
れたパターン性を有する構造物を形成することを目的と
している。そして、上記方法によって感光性材料層の厚
さを変化せしめる3次元構造の特殊表面形状の創成方法
において、感光性材料層へのマスクパターンの露光時
に、ステッパー露光やアライメント露光等によりマスク
パターンをそのまま露光すると、露光用マスクの単位セ
ルの白黒濃度情報をそのまま感光性材料層に転写するこ
ととなり、ステッパー露光装置等の性能が高いほど、半
導体のパターニング時のようにライン・アンド・スペー
スの2次元配列となる。
By the above method, the present invention is not intended to form a photosensitive material of a certain height (thickness) as a two-dimensional line pattern as in a semiconductor process.
It is an object of the present invention to form a special surface shape having a three-dimensional structure, that is, a structure having a controlled pattern also in the height direction. Then, in the method of creating a special surface shape having a three-dimensional structure in which the thickness of the photosensitive material layer is changed by the above method, when exposing the mask pattern to the photosensitive material layer, the mask pattern is directly subjected to stepper exposure, alignment exposure, or the like. Upon exposure, the black and white density information of the unit cell of the exposure mask is directly transferred to the photosensitive material layer. The higher the performance of a stepper exposure device or the like, the more two-dimensional line-and-space, such as when patterning a semiconductor, It becomes an array.

【0008】そこで本発明では、露光時のパターンの3
次元方向の光エネルギー分布製作方法として、フォーカ
スを意図的にデフォーカスする方法を採用している。す
なわち、基板上の感光性材料層へ露光用マスクのパター
ンを露光する際に、デフォーカス(焦点ずらし)して露
光パターンを僅かに焦点ボケさせ、マスクパターンの光
透過率分布の段差を解消する(請求項1,3)。
Therefore, in the present invention, the pattern 3 at the time of exposure is
As a method of producing the light energy distribution in the dimensional direction, a method of intentionally defocusing is adopted. That is, when exposing the pattern of the exposure mask to the photosensitive material layer on the substrate, defocusing (defocusing) is performed to slightly defocus the exposure pattern, thereby eliminating a step in the light transmittance distribution of the mask pattern. (Claims 1 and 3).

【0009】また、別の方法として、本発明では、光透
過率が段階的に変化する露光用マスクを用いて基板上の
感光性材料層にパターンを露光する際に、拡散光でマス
クパターンを露光することで、光透過率分布の段差を解
消する(請求項2)。拡散光でマスクパターンを露光す
る方式の一例としては、露光時に用いる露光用マスクの
パターン形成面とは反対側で光源側の面すなわち露光の
光入射側に、露光光を拡散させ露光用マスクの単位セル
に入射する光成分に斜め入射成分を付加する光学素子を
配置する方法がある。より具体的には、感光性材料層へ
露光用マスクのパターンを露光する際に、露光用マスク
のパターン形成面とは反対側で光源側の面に光拡散光学
素子を配置し、拡散光でマスクパターンを露光すること
によりマスクパターンの光透過率分布の段差を解消する
(請求項4)。ここで、露光用マスクに入射する光成分
の斜め入射成分は、光拡散光学素子(デフューザー)の
光学設計によって変化させることが可能であり、目的の
斜め入射成分、すなわち拡散角度は、デフューザーの規
則的特性(微細構造のピッチ、高さ、パターン幅、材料
の屈折率等)を変化させることで、極めて再現性良く管
理することができる。また、デフューザーを通過した拡
散成分を有する光は、露光用マスク内を通過し、パター
ン面に到達する際、斜め入射成分の光は単位セルのパタ
ーン境界でそれぞれ回折し、感光性材料に到達する。従
って、露光用マスクのデジタル的なパターンの段差を解
消することができる。
As another method, according to the present invention, when exposing a pattern to a photosensitive material layer on a substrate using an exposure mask whose light transmittance changes stepwise, a mask pattern is formed with diffused light. Exposure eliminates a step in the light transmittance distribution (claim 2). As an example of a method of exposing a mask pattern with diffused light, an exposure mask is formed by diffusing exposure light to a light source side surface, that is, a light incident side of exposure, on a side opposite to a pattern forming surface of the exposure mask used at the time of exposure. There is a method of arranging an optical element for adding an oblique incident component to a light component incident on a unit cell. More specifically, when exposing the pattern of the exposure mask to the photosensitive material layer, a light diffusion optical element is arranged on the light source side on the side opposite to the pattern formation surface of the exposure mask, and diffused light is used. The step of the light transmittance distribution of the mask pattern is eliminated by exposing the mask pattern (claim 4). Here, the oblique incident component of the light component incident on the exposure mask can be changed by the optical design of the light diffusing optical element (diffuser). By changing the characteristic (pitch, height, pattern width, refractive index of material, etc.) of the microstructure, it is possible to manage with extremely high reproducibility. In addition, the light having the diffusion component that has passed through the diffuser passes through the mask for exposure and reaches the pattern surface, and the light of the obliquely incident component is diffracted at the pattern boundary of the unit cell and reaches the photosensitive material. . Therefore, it is possible to eliminate a step in the digital pattern of the exposure mask.

【0010】さらに別の方法として、本発明では、基板
上の感光性材料層へ露光用マスクのパターンを露光する
際に、拡散光発生方法として上記露光用マスクのパター
ン形成面とは反対側の面に、光透過機能を有する光拡散
用機能膜を配置し、拡散光でマスクパターンを露光する
ことにより上記マスクパターンの光透過率分布の段差を
解消する(請求項5)。より具体的には、本出願人によ
る「プラズマ蒸着法による複屈折膜の製造方法(特願平
3−294346号、特願平3−297400号)」等
により、露光用マスクのパターン形成面とは反対側の面
に光拡散用機能膜を形成する。この光拡散用機能膜は、
光透過機能を有すると同時に光拡散機能を有するように
少なくとも3層以上の薄膜構成となっており、マスク基
板に入射する光を効率良く透過し、且つまた膜厚と成膜
物質を変更することによって光拡散性能(複屈折量)を
変化させることができる。従って、光拡散用機能膜を通
過した拡散成分を有する光は、露光用マスク内を通過
し、パターン面に到達する際、拡散成分の光は単位セル
のパターン境界でそれぞれ回折し、感光性材料に到達す
る。従って、露光用マスクのデジタル的なパターンの段
差を解消することができる。
As still another method, in the present invention, when a pattern of an exposure mask is exposed on a photosensitive material layer on a substrate, a diffused light generating method is used as a method of generating diffused light on the side opposite to the pattern forming surface of the exposure mask. A light diffusion function film having a light transmission function is disposed on the surface, and the mask pattern is exposed to diffused light to eliminate a step in the light transmittance distribution of the mask pattern (claim 5). More specifically, the pattern formation surface of an exposure mask is formed by the applicant's “Method of manufacturing birefringent film by plasma deposition method (Japanese Patent Application No. 3-294346, Japanese Patent Application No. 3-297400)” or the like. Forms a light diffusion functional film on the opposite surface. This functional film for light diffusion,
It has a thin film structure of at least three layers so as to have a light transmitting function and a light diffusing function, efficiently transmit light incident on the mask substrate, and change the film thickness and the film forming material. Thus, the light diffusion performance (birefringence) can be changed. Therefore, when the light having the diffusion component that has passed through the light diffusion functional film passes through the exposure mask and reaches the pattern surface, the light of the diffusion component is diffracted at the pattern boundary of the unit cell, and the photosensitive material To reach. Therefore, it is possible to eliminate a step in the digital pattern of the exposure mask.

【0011】さらにまた別の方法として、本発明では、
感光性材料層へ露光用マスクのパターンを露光する際
に、拡散光発生方法として上記露光用マスクのパターン
形成面に、光透過機能を有する薄い光拡散用機能膜を配
置し、拡散光でマスクパターンを露光することにより上
記マスクパターンの光透過率分布の段差を解消する(請
求項6)。より具体的には、本出願人による「プラズマ
蒸着法による複屈折膜の製造方法(特願平3−2943
46号、特願平3−297400号)」等により、露光
用マスクのパターン形成面に光拡散用機能膜を形成す
る。この光拡散用機能膜は、光透過機能を有すると同時
に光拡散機能を有するように少なくとも3層以上の薄膜
構成となっており、マスク基板のパターン面を透過した
光を効率良く透過し、且つまた膜厚と成膜物質を変更す
ることによって光拡散性能(複屈折量)を変化させるこ
とができる。従って、露光用マスクのパターン面を通過
した光は、光拡散用機能膜を透過して拡散成分を有する
光として感光性材料に到達するので、露光用マスクのパ
ターンの段差を解消することができる。また、この場
合、光拡散用機能膜は露光用マスクのパターン形成面に
形成してあるので、請求項5に比較して薄い薄膜で同様
の機能を実現するものである。尚、上記の請求項5や請
求項6の方法では、拡散光発生方法として露光用マスク
の一方側の面に光拡散用機能膜を配置しているが、露光
用マスクの両面に光透過機能を有する光拡散用機能膜を
配置してもよい(請求項7)。
As yet another method, the present invention provides:
When exposing the pattern of the exposure mask to the photosensitive material layer, a thin light diffusion functional film having a light transmitting function is arranged on the pattern formation surface of the exposure mask as a diffused light generation method, and the diffused light mask is used. The step of the light transmittance distribution of the mask pattern is eliminated by exposing the pattern (claim 6). More specifically, the present applicant describes a method for producing a birefringent film by a plasma deposition method (Japanese Patent Application No. Hei 3-2943).
No. 46, Japanese Patent Application No. 3-297400), etc., a light diffusion functional film is formed on the pattern formation surface of the exposure mask. The light diffusion functional film has a thin film configuration of at least three layers so as to have a light transmission function at the same time as having a light transmission function, efficiently transmits light transmitted through the pattern surface of the mask substrate, and The light diffusion performance (birefringence amount) can be changed by changing the film thickness and the film forming material. Therefore, light that has passed through the pattern surface of the exposure mask passes through the light diffusion functional film and reaches the photosensitive material as light having a diffusion component, so that a step in the pattern of the exposure mask can be eliminated. . Further, in this case, since the light diffusion functional film is formed on the pattern forming surface of the exposure mask, the same function is realized by a thin film as compared with the fifth aspect. In the method of claim 5 or claim 6, the light diffusion function film is disposed on one surface of the exposure mask as a method of generating diffused light. A functional film for light diffusion having the following may be arranged (claim 7).

【0012】本発明の特殊表面形状の創成方法において
は、露光用マスクとして、特殊表面形状に対応して光透
過率が段階的に変化するマスクパターンを有する濃度分
布マスク(グラデーションマスク)、もしくは上記濃度
分布マスクを所定の拡大率で拡大したレチクルマスクを
用いることができる(請求項8)。ここで、濃度分布マ
スク(グラデーションマスク)としては、「透明基板
上に金属及び/または金属酸化物の膜を形成し、この膜
を複数の単位セルに分割して各単位セル内の開口(光透
過領域)の面積を制御し、個々の単位セルの光透過領域
の面積が、目的とする特殊表面形状に対応して所定の光
透過率分布をなすように設定されたもの」や、「透明
基板上に膜厚が段階的に変化する膜を金属及び/または
金属酸化物で形成して成り、この膜の膜厚を単位セル毎
に制御して全体及び個々の単位セルの膜厚の変化が、目
的とする特殊表面形状に対応して所定の光透過率分布を
なすように設定されたもの」、「各単位セルの光透過
量を制御する方法として、所望の形状に対応する全体的
な光透過光量分布を持たせるために、例えば、本発明者
らによる特開平7−230159号公報に示した光露光
方式によって、各単位セルを透過する光の「光透過面
積」と「光透過率(Cr膜厚)」の総合的な組み合わせ
によってグラデーションマスクを適宜製作することがで
きるようにしたもの」等があり、例えば、のタイプと
しては、本発明者らによる特開平9−146259号公
報に記載されたグラデーションマスク等を適宜変更して
利用することができる。また、この濃度分布マスクは、
例えば所望の表面形状に対して等倍で作製され、アライ
メント露光法あるいは等倍のステッパー露光法等により
感光性材料層に対して等倍のマスクパターンが露光され
るが、所望の表面形状に対して所定の拡大率で設計さ
れ、上記、、の何れかの方式で作製された拡大濃
度分布マスク(レチクルマスク)を用いる場合には、縮
小露光式のステッパー露光装置でレチクルマスクのマス
クパターンを感光性材料層に縮小露光するステッパー露
光法を採用することができる。
In the method for creating a special surface shape according to the present invention, a density distribution mask (gradation mask) having a mask pattern whose light transmittance changes stepwise according to the special surface shape is used as the exposure mask. A reticle mask obtained by enlarging the density distribution mask at a predetermined enlargement ratio can be used. Here, as the concentration distribution mask (gradation mask), “a metal and / or metal oxide film is formed on a transparent substrate, and this film is divided into a plurality of unit cells, and an opening (light) in each unit cell is formed. The transmission area is controlled so that the area of the light transmission area of each unit cell has a predetermined light transmittance distribution corresponding to the target special surface shape. A film whose film thickness changes stepwise on the substrate is formed of metal and / or metal oxide, and the film thickness of this film is controlled for each unit cell to change the film thickness of the whole and individual unit cells. However, as a method of controlling the amount of light transmission of each unit cell, a method of controlling the amount of light transmission of each unit cell, as a method of controlling the amount of light transmission corresponding to the desired special surface shape. In order to provide a light transmission light amount distribution, for example, The light exposure method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-230159 describes that a gradation mask is appropriately formed by a comprehensive combination of “light transmission area” and “light transmittance (Cr film thickness)” of light passing through each unit cell. Which can be manufactured, and the like, for example, as a type, a gradation mask or the like described in JP-A-9-146259 by the present inventors can be appropriately changed and used. . Also, this density distribution mask
For example, a mask pattern of the same size is formed on the photosensitive material layer by an alignment exposure method or a stepper exposure method of the same size. In the case of using an enlarged density distribution mask (reticle mask) which is designed at a predetermined enlargement ratio and manufactured by any of the above methods, the mask pattern of the reticle mask is exposed by a stepper exposure apparatus of a reduced exposure type. A stepper exposure method for reducing exposure to a conductive material layer can be employed.

【0013】さらに本発明の特殊表面形状の創成方法に
おいては、上記感光性材料として、フォトレジストある
いは光硬化性樹脂を用いることができる(請求項9)。
ここで、感光性材料としてフォトレジストを用いる場合
には、基板材料の表面に塗布したフォトレジスト層に、
上記濃度分布マスクあるいはレチクルマスクにより所定
の3次元的な光強度分布を有するマスクパターンを露光
した後、現像、リンス、あるいは、ポスト・エキスポー
ジャー・ベーク、レジスト硬化処理などの工程を経てフ
ォトレジスト層を所望の3次元構造にパターニングする
(請求項10)。また、感光性材料として、光硬化性樹
脂(可視光または紫外光あるいは赤外光の照射により硬
化する樹脂)を用いる場合には、基板材料の表面に液状
の光硬化性樹脂を塗布し、光硬化性樹脂層が流動性を有
する状態で上記濃度分布マスクあるいはレチクルマスク
により所定の3次元的な光強度分布を有するマスクパタ
ーンを露光し、露光の照射時間や露光量、加熱による流
動性の制御などにより光硬化性樹脂層を表面側から徐々
に硬化させ、硬化に伴う光硬化性樹脂の体積減少と流動
により上記樹脂層の表面を変形せしめて、所望の3次元
構造にパターニングする(請求項11)。
Further, in the method for creating a special surface shape according to the present invention, a photoresist or a photocurable resin can be used as the photosensitive material.
Here, when a photoresist is used as the photosensitive material, the photoresist layer applied on the surface of the substrate material has
After exposing a mask pattern having a predetermined three-dimensional light intensity distribution using the above-mentioned concentration distribution mask or reticle mask, the photoresist layer is subjected to processes such as development, rinsing, post-exposure bake, and resist curing treatment. Is patterned into a desired three-dimensional structure (claim 10). When a photocurable resin (a resin that is cured by irradiation with visible light, ultraviolet light, or infrared light) is used as the photosensitive material, a liquid photocurable resin is applied to the surface of the substrate material, Exposing a mask pattern having a predetermined three-dimensional light intensity distribution with the above-mentioned concentration distribution mask or reticle mask in a state where the curable resin layer has fluidity, and controlling the irradiation time, exposure amount, and heating by exposure. The photocurable resin layer is gradually cured from the surface side by, for example, and the surface of the resin layer is deformed by volume reduction and flow of the photocurable resin accompanying the curing, and is patterned into a desired three-dimensional structure. 11).

【0014】さらに本発明においては、請求項1〜8の
うちの何れか一つに記載の特殊表面形状の創成方法によ
り、目的とする特殊表面形状に応じて上記感光性材料層
の厚さを変化せしめた後、上記感光性材料層と基板に対
し異方性エッチングを行って、上記感光性材料層の表面
形状を基板表面に彫り移して転写することができる(請
求項12)。また、上記異方性エッチングを行う際に、
選択比(基板の侵刻速度/感光性材料層の侵刻速度)を
1以外の値に設定することにより、出発形状の持つ凹凸
形状の高低差を拡大したり縮小して基板に転写すること
もできるし、選択比を時間的に変化させ、選択比の時間
的変化を制御することにより、出発形状を所望の形状に
変形して転写することもできる。そして、このような方
法を利用すると、例えば、非球面等を容易に形成するこ
とができる。また、型成形や研磨による方法とは異な
り、極めて小さい曲面の形成も可能であるため、マイク
ロレンズを初めとするマイクロ光学素子の屈折面形状や
反射面形状の形成方法として適している。
Further, in the present invention, the thickness of the photosensitive material layer is adjusted in accordance with the desired special surface shape by the method for creating a special surface shape according to any one of claims 1 to 8. After the change, the photosensitive material layer and the substrate can be subjected to anisotropic etching to engrave and transfer the surface shape of the photosensitive material layer to the substrate surface (claim 12). Also, when performing the anisotropic etching,
By setting the selectivity ratio (substrate engraving speed / photosensitive material layer engraving speed) to a value other than 1, the height difference of the irregular shape of the starting shape can be enlarged or reduced and transferred to the substrate. Alternatively, by changing the selection ratio over time and controlling the change over time of the selection ratio, the starting shape can be transformed into a desired shape and transferred. By using such a method, for example, an aspherical surface or the like can be easily formed. Further, unlike a method by molding or polishing, since a very small curved surface can be formed, it is suitable as a method for forming a refraction surface shape or a reflection surface shape of a micro optical element such as a micro lens.

【0015】本発明の光学素子は、上述した特殊表面形
状の創成方法を用いて、感光性材料層もしくは基板材料
表面に光学的曲面を形成することにより得られる(請求
項13)。この際、上記光学的曲面を、球面または非球
面あるいは円錐形状のような連続面で構成することがで
きる。また、上記光学的曲面を、フレネル形状のように
連続面と不連続面から構成することもできる。さらに、
上記光学的曲面を光透過性の屈折面とすることにより、
レンズやプリズム等の光学素子として機能することがで
き、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイ(ML
A)、プリズム、プリズムアレイ、フレネルレンズ等の
種々の透過型光学素子が得られる。また、上記光学的曲
面に反射膜を蒸着等の方法で形成して反射面とすること
により、反射型光学素子が得られる。
The optical element of the present invention can be obtained by forming an optically curved surface on the surface of the photosensitive material layer or the substrate material by using the above-described method for creating a special surface shape (claim 13). In this case, the optical curved surface can be formed as a continuous surface such as a spherical surface, an aspherical surface, or a conical shape. Further, the optical curved surface may be composed of a continuous surface and a discontinuous surface like a Fresnel shape. further,
By making the optical curved surface a light transmissive refraction surface,
It can function as an optical element such as a lens or a prism, and can be used as a microlens or microlens array (ML).
A), various transmission optical elements such as a prism, a prism array, and a Fresnel lens can be obtained. In addition, a reflective optical element can be obtained by forming a reflective film on the optically curved surface by a method such as vapor deposition to form a reflective surface.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図1は本発明に係る特殊表面
形状の創成方法の一実施形態を示す工程説明図である。
図1(a)において、符号10はガラスや金属、樹脂等
で構成される基板であり、この基板の表面には感光性材
料が塗布されて感光性材料層11が形成されている。こ
こでは感光性材料の一例としてフォトレジストを用いた
場合について説明する。このフォトレジスト11は基板
10に塗布された後、ベーキングされてレジスト層とな
る。尚、図1の例で用いられるフォトレジストはポジ型
のものである。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a process explanatory view showing one embodiment of a method for creating a special surface shape according to the present invention.
In FIG. 1A, reference numeral 10 denotes a substrate made of glass, metal, resin, or the like, and a photosensitive material is applied to a surface of the substrate to form a photosensitive material layer 11. Here, a case where a photoresist is used as an example of a photosensitive material will be described. The photoresist 11 is applied to the substrate 10 and baked to form a resist layer. The photoresist used in the example of FIG. 1 is a positive type.

【0017】次に図1(b)に示すように基板10上に
形成されたフォトレジスト層11に対して、露光用マス
クを用いて所定の方法で図示のような3次元的な光強度
分布を持ったマスクパターンの光束LFを露光する。こ
の露光用マスクとしては、例えば所望の表面形状に対応
して光透過率が段階的に変化するマスクパターンを有す
る濃度分布マスク(グラデーションマスク)、もしくは
上記濃度分布マスクを所定の拡大率で拡大したレチクル
マスクが用いられ、露光方法としては、所望の表面形状
に対して等倍に作製された濃度分布マスクを用いてフォ
トレジスト層にステッパー露光する方法や、このマスク
をフォトレジスト層に密着あるいは近接させて露光する
アライメント露光法、あるいは所望の表面形状に対して
所定の拡大率で作製されたレチクルマスクを用いて、ス
テッパー露光装置でマスクパターンをフォトレジスト層
に縮小露光するステッパー露光法等がある。尚、濃度分
布マスクや露光方法の詳細については後述する。
Next, as shown in FIG. 1B, a three-dimensional light intensity distribution as shown in the figure is applied to the photoresist layer 11 formed on the substrate 10 by a predetermined method using an exposure mask. The light beam LF of the mask pattern having the pattern is exposed. As the exposure mask, for example, a density distribution mask (gradation mask) having a mask pattern in which light transmittance changes stepwise according to a desired surface shape, or the density distribution mask is enlarged at a predetermined magnification. A reticle mask is used. As the exposure method, there is a method of performing stepper exposure on a photoresist layer using a concentration distribution mask manufactured at an equal magnification to a desired surface shape, or a method of applying this mask in close contact or close proximity to the photoresist layer. There is an alignment exposure method in which exposure is performed by exposure, or a stepper exposure method in which a mask pattern is reduced and exposed on a photoresist layer by a stepper exposure apparatus using a reticle mask manufactured at a predetermined magnification with respect to a desired surface shape. . The details of the density distribution mask and the exposure method will be described later.

【0018】上記のマスクパターンの露光後、フォトレ
ジスト層11を現像、リンス後にポスト・エキスポージ
ャー・ベーク(PEB)処理して、所望の表面形状に応
じてフォトレジスト層11を3次元的にパターニングす
る。このパターニング工程が完了すると、図1(c)に
示すように、レジスト層11により、露光時の光強度分
布に対応した表面形状(露光量の少ない部分ほどレジス
ト層の層厚が厚い形状)が形成される。次に、エッチン
グ工程を行い、所望のレジスト表面形状を形成されたレ
ジスト層11と基板10に対して所定の選択比の異方性
ドライエッチングを行って、レジスト層11の表面形状
を基板10の表面形状として彫り移して転写することに
より、図1(d)に示すような3次元構造の表面形状が
基板表面に形成される。尚、このエッチング工程におい
ては、上記異方性エッチングの選択比を1より大きく
(すなわち、基板10の侵刻速度をレジスト層11の侵
刻速度より大きく)設定した場合には、レジスト層11
における表面形状の高低差:hに対して、上記表面形状
を転写された基板10の表面形状の高低差:Hが大きく
(H>h)なり、選択比を1とすればH=hとなり、選
択比を1より小さく設定すればH<hとなる。
After the exposure of the mask pattern, the photoresist layer 11 is developed, rinsed, and post-exposure bake (PEB) treated to three-dimensionally pattern the photoresist layer 11 according to a desired surface shape. I do. When this patterning step is completed, as shown in FIG. 1 (c), the resist layer 11 changes the surface shape corresponding to the light intensity distribution at the time of exposure (the shape of the resist layer becomes thicker as the exposure amount is smaller). It is formed. Next, an etching step is performed, and anisotropic dry etching is performed on the resist layer 11 having the desired resist surface shape formed thereon and the substrate 10 at a predetermined selectivity to change the surface shape of the resist layer 11 By engraving and transferring the surface shape, a surface shape of a three-dimensional structure as shown in FIG. 1D is formed on the substrate surface. In this etching step, when the selectivity of the anisotropic etching is set to be larger than 1 (that is, the etching rate of the substrate 10 is set to be larger than the etching rate of the resist layer 11),
The height difference: H of the surface shape of the substrate 10 to which the above-mentioned surface shape has been transferred becomes larger (H> h) with respect to the height difference of the surface shape: h, and if the selection ratio is 1, then H = h, If the selection ratio is set smaller than 1, H <h.

【0019】ここで図1の例は、基板表面に球面または
非球面からなる凸の曲面形状12を形成した例であり、
基板10として透明なガラス基板や樹脂基板からなる光
学基板を用いて上記曲面を屈折面とすることによりマイ
クロレンズ等の光学素子13として利用することがで
き、この曲面形状を複数個、1次元あるいは2次元のア
レイ配列に形成することによりマイクロレンズアレイを
形成することができる。また、上記曲面形状の上に蒸着
やスパッタリング等により反射膜を形成すれば反射型光
学素子が得られる。
Here, the example shown in FIG. 1 is an example in which a convex curved surface 12 made of a spherical or aspherical surface is formed on the substrate surface.
By using an optical substrate made of a transparent glass substrate or a resin substrate as the substrate 10 and making the above-mentioned curved surface a refracting surface, it can be used as an optical element 13 such as a microlens. A microlens array can be formed by forming a two-dimensional array. If a reflective film is formed on the curved surface by vapor deposition or sputtering, a reflective optical element can be obtained.

【0020】次に図2は本発明に係る特殊表面形状の創
成方法の別の実施形態を示す工程説明図である。図2
(a)において、符号14はガラスや金属、樹脂等で構
成される基板であり、この基板の表面には感光性材料が
塗布されて感光性材料層15が形成されている。ここで
は感光性材料の一例として、硬化に伴い体積の減少する
光硬化性樹脂(可視光または紫外光あるいは赤外光の照
射により硬化する樹脂)を用いた場合について説明す
る。この光硬化性樹脂の基板14への塗布は、ロールコ
ート法やスピンコート法、あるいはディッピング法によ
り行うことができるが、形成された樹脂層の表面がうね
り等の無い平面となるように、光硬化性樹脂による樹脂
層15の塗布形成後、該樹脂層15における樹脂の流動
性を高めて樹脂層15の表面を平滑化することが望まし
い。
FIG. 2 is a process explanatory view showing another embodiment of the method for creating a special surface shape according to the present invention. FIG.
1A, reference numeral 14 denotes a substrate made of glass, metal, resin, or the like. A photosensitive material is applied to the surface of the substrate to form a photosensitive material layer 15. Here, as an example of a photosensitive material, a case where a photocurable resin (a resin that is cured by irradiation with visible light, ultraviolet light, or infrared light) whose volume decreases with curing is used will be described. The application of the photocurable resin to the substrate 14 can be performed by a roll coating method, a spin coating method, or a dipping method, but the light is applied so that the surface of the formed resin layer becomes a flat surface without undulation or the like. After the resin layer 15 is formed by application of the curable resin, it is desirable to increase the fluidity of the resin in the resin layer 15 to smooth the surface of the resin layer 15.

【0021】次に図2(a)に示すように基板14上に
形成された樹脂層15に対して、露光用マスクを用いて
所定の方法で図示のような3次元的な光強度分布を持っ
たマスクパターンの光束LFを露光する。この露光用マ
スクとしては、例えば所望の表面形状に対応して光透過
率が段階的に変化するマスクパターンを有する濃度分布
マスク(グラデーションマスク)、もしくは上記濃度分
布マスクを所定の拡大率で拡大したレチクルマスクが用
いられ、露光方法としては、所望の表面形状に対して等
倍に作製された濃度分布マスクを用いて樹脂層にステッ
パー露光する方法や、このマスクを樹脂層に密着あるい
は近接させて露光するアライメント露光法、あるいは所
望の表面形状に対して所定の拡大率で作製されたレチク
ルマスクを用いて、ステッパー露光装置でマスクパター
ンを樹脂層に縮小露光するステッパー露光法等がある。
尚、濃度分布マスクや露光方法の詳細については後述す
る。また、露光用光源としては、光硬化性樹脂の種類及
び露光法により適宜選択されるものであり、紫外線ラン
プ、ハロゲンランプ、赤外線ランプ等の各種ランプ類
や、紫外域〜赤外域の各種レーザー光源等があり、例え
ば光硬化性樹脂が紫外線硬化樹脂であれば、光源として
水銀灯やメタルハライドランプ等の紫外線ランプ類、あ
るいは紫外域のレーザー光源等の紫外線光源が用いられ
る。
Next, as shown in FIG. 2A, a three-dimensional light intensity distribution as shown in the figure is applied to the resin layer 15 formed on the substrate 14 by a predetermined method using an exposure mask. The luminous flux LF of the held mask pattern is exposed. As the exposure mask, for example, a density distribution mask (gradation mask) having a mask pattern in which light transmittance changes stepwise according to a desired surface shape, or the density distribution mask is enlarged at a predetermined magnification. A reticle mask is used, and as an exposure method, a method of performing stepper exposure on the resin layer using a concentration distribution mask manufactured at an equal magnification with respect to a desired surface shape, or a method in which the mask is brought into close contact with or close to the resin layer There are an alignment exposure method for exposing, a stepper exposure method for reducing and exposing a mask pattern to a resin layer with a stepper exposure apparatus using a reticle mask manufactured at a predetermined magnification with respect to a desired surface shape.
The details of the density distribution mask and the exposure method will be described later. The light source for exposure is appropriately selected depending on the type of the photocurable resin and the exposure method, and various lamps such as an ultraviolet lamp, a halogen lamp, and an infrared lamp, and various laser light sources in an ultraviolet region to an infrared region. For example, if the photo-curable resin is an ultraviolet-curable resin, an ultraviolet lamp such as a mercury lamp or a metal halide lamp, or an ultraviolet light source such as an ultraviolet laser light source is used as a light source.

【0022】図2(b)は、露光工程開始後の比較的早
い時期における状態を描いている。樹脂層15は所定の
光強度分布の光束LFの照射を受けると表面の側から硬
化が開始する。図2(b)において、符号15aは硬化
した樹脂部分を示しており、照射光束LFの光強度分布
において、強度の大きい部分ほど硬化が進むので、硬化
した樹脂部分15aの形状は図示の如きものとなる。樹
脂層15を構成する光硬化性樹脂は硬化に伴い体積が減
少する。すなわち、樹脂層15を構成する樹脂は硬化と
共に収縮する。図2(b)において符号15bで示す部
分(ハッチングを施した部分)は、図2(a)の状態か
ら樹脂層表面側の樹脂部分15aが硬化したことに伴い
減少した体積部分を示している。
FIG. 2B shows a state at a relatively early stage after the start of the exposure step. When the resin layer 15 is irradiated with the light beam LF having a predetermined light intensity distribution, curing starts from the surface side. In FIG. 2B, reference numeral 15a denotes a cured resin portion. In the light intensity distribution of the irradiation light beam LF, the higher the intensity, the more the curing progresses. Therefore, the shape of the cured resin portion 15a is as shown in the drawing. Becomes The volume of the photocurable resin constituting the resin layer 15 decreases with curing. That is, the resin constituting the resin layer 15 contracts with curing. In FIG. 2B, a portion indicated by reference numeral 15b (a hatched portion) indicates a volume portion reduced from the state of FIG. 2A due to the curing of the resin portion 15a on the resin layer surface side. .

【0023】露光工程が行われるとき、樹脂層15を構
成する樹脂は流動状態にあるので、上記のように収縮に
よる体積減少が生じると、未硬化の流動状態にある樹脂
部分15cには上記体積減少を補償するように流動が生
じる(図中の矢印は、この流動の様子を説明図として示
している)。さらに時間が経過すると、樹脂層中の硬化
した樹脂部分15aは硬化により成長して、図2(c)
に示す如き形状となる。符号15bは上記と同様に硬化
に伴い減少した体積部分を示し、図中の矢印は、減少し
た体積部分15bを補償しようとする未硬化の樹脂部分
15cの流動状態を示している。ここで、照射光束LF
の光強度の強い部分では硬化の進行が速く、硬化に伴う
体積の減少も大きいので、周囲からの樹脂の流入量も大
きい。このため、光強度の大きい光束が照射された部分
では、周囲から樹脂の流入が常時行われてるのに対し、
周囲の光強度が相対的に弱い光束が照射された部分で
は、樹脂が高光強度部分へ流出することにより、樹脂層
表面は相対的に低下する。
When the exposure step is performed, the resin constituting the resin layer 15 is in a fluid state. Therefore, when the volume is reduced due to the shrinkage as described above, the uncured resin portion 15c in the fluid state has the above volume. A flow occurs so as to compensate for the decrease (the arrow in the figure shows the state of the flow as an explanatory diagram). When the time further elapses, the cured resin portion 15a in the resin layer grows by curing, and as shown in FIG.
The shape is as shown in FIG. Reference numeral 15b indicates a volume portion reduced with curing in the same manner as described above, and an arrow in the drawing indicates a flow state of the uncured resin portion 15c which is to compensate for the reduced volume portion 15b. Here, the irradiation light beam LF
In the portion where the light intensity is high, the curing progresses rapidly, and the volume decreases with the curing, so that the inflow of resin from the surroundings is large. For this reason, in a portion irradiated with a light beam with a large light intensity, the resin is constantly flowing from the surroundings,
In the area where the ambient light intensity is relatively low, the resin layer relatively lowers because the resin flows into the high light intensity area.

【0024】このようにして、露光が継続的に行われ、
樹脂層15を構成する樹脂が完全に硬化すると、図2
(d)に示すように、硬化した樹脂層15Aは、露光工
程で用いられたマスクパターンの露光光束LFの光強度
分布に応じた凸の曲面形状となる。そこで、硬化状態で
透明な光硬化性樹脂を用いれば、このような凸の曲面
は、例えば凸レンズ面(凸の屈折面)として利用するこ
とができる。また、露光工程における露光用マスクの光
強度の分布が、例えば、図4(a−1)のようなもので
あると、この光強度分布に応じて、硬化した樹脂層15
Bの形状を、図4(a−2)に示すようなものにするこ
とができるし、光強度の分布が、図4(b−1)の如く
きものであると、この光強度分布に応じて、硬化した樹
脂層15Cの形状を、図4(b−2)に示す如きものに
することができる。すなわち、硬化した樹脂層の表面形
状としては、露光用マスクのパターン設計により凸面や
凹面等の種々の形態が可能である。また3次元的に見た
場合、軸対称の形状や凸や凹の円筒形状や互いに直交す
る方向で曲率の異なる面等が形成可能である。
In this manner, exposure is continuously performed,
When the resin constituting the resin layer 15 is completely cured, FIG.
As shown in (d), the cured resin layer 15A has a convex curved surface shape according to the light intensity distribution of the exposure light beam LF of the mask pattern used in the exposure step. Therefore, if a transparent photocurable resin is used in a cured state, such a convex curved surface can be used as, for example, a convex lens surface (a convex refractive surface). If the light intensity distribution of the exposure mask in the exposure step is, for example, as shown in FIG. 4 (a-1), the cured resin layer 15 is formed according to the light intensity distribution.
The shape of B can be made as shown in FIG. 4 (a-2), and if the distribution of the light intensity is as shown in FIG. Thus, the shape of the cured resin layer 15C can be made as shown in FIG. 4B-2. That is, as the surface shape of the cured resin layer, various shapes such as a convex surface and a concave surface are possible depending on the pattern design of the exposure mask. When viewed three-dimensionally, it is possible to form an axially symmetrical shape, a convex or concave cylindrical shape, surfaces having different curvatures in directions orthogonal to each other, and the like.

【0025】図2(d)において、基板14上で硬化に
より表面を曲面化された光硬化性樹脂層は、そのまま凸
レンズ面等として使用可能であるが、樹脂層15Aの表
面形状を異方性エッチングにより基板14に転写するこ
とができる。図3(a)は、基板14上に図2に示した
工程により表面を曲面化された光硬化性樹脂の層15A
を形成した状態を示している。この図3(a)の状態か
ら、硬化した樹脂層15Aと基板14に対して所定の選
択比の異方性エッチングを行い、図3(b)に示すよう
に、樹脂層15Aの表面形状を基板14に転写すること
ができる。また、エッチングの際に選択比を調整するこ
とにより、基板14に転写される曲面形状16における
高低差:Hを、樹脂層15A表面の曲面形状の高低差:
hに対して、拡大することも縮小することも可能であ
る。
In FIG. 2D, the photocurable resin layer whose surface is curved by curing on the substrate 14 can be used as it is as a convex lens surface, but the surface shape of the resin layer 15A is anisotropic. It can be transferred to the substrate 14 by etching. FIG. 3A shows a photocurable resin layer 15A having a curved surface on the substrate 14 by the process shown in FIG.
Is formed. From the state of FIG. 3A, anisotropic etching is performed on the cured resin layer 15A and the substrate 14 at a predetermined selection ratio, and as shown in FIG. 3B, the surface shape of the resin layer 15A is changed. It can be transferred to the substrate 14. Further, by adjusting the selectivity at the time of etching, the height difference H of the curved shape 16 transferred to the substrate 14 is changed to the height difference H of the curved shape of the surface of the resin layer 15A.
h can be enlarged or reduced.

【0026】次に、図1や図2に示した製造工程の中の
露光工程で用いられる濃度分布マスク(グラデーション
マスク)とその製作方法及びそのグラデーションマスク
を用いた露光方法の一例について説明する。図5は、グ
ラデーションマスクの一例を説明するための図であり、
グラデーションマスク17の一部を拡大して示す平面図
である。このグラデーションマスク17は、平行平板ガ
ラス等の透明基板にクロム(Cr)等の金属や金属化合
物等からなる遮光膜を蒸着等により形成し、この遮光膜
をパターニングして微小な光透過部を配列してなり、個
々の光透過部の面積が所定の光透過率分布をなすように
設定されたものである。図5においては、説明を簡素化
し理解しやすくするために、破線で仕切られた部分は、
例えば1辺が数μm程度の大きさの正方形領域の場合を
示している。言うまでもないが、正方形状である必要は
ない。この正方形領域を単位セルとして、各単位セル内
に一例として矩形形状の微小な光透過部APが形成され
ている。ここでも言うまでもないが、上記光透過部は矩
形形状である必要はなく、円形状を含めた多角形状で形
成させることができる。この光透過部APを透過する光
量は光透過部APの面積に比例するので、例えば図のよ
うに、矩形形状の光透過部APの面積を2次元的に変化
させて単位セルを配列することにより、透過光量が段階
的に変化する2次元的な透過率分布を形成することがで
きる。
Next, an example of a concentration distribution mask (gradation mask) used in the exposure step in the manufacturing steps shown in FIGS. 1 and 2, a method of manufacturing the same, and an example of an exposure method using the gradation mask will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a gradation mask.
FIG. 2 is an enlarged plan view showing a part of a gradation mask 17. The gradation mask 17 is formed by forming a light-shielding film made of a metal such as chromium (Cr) or a metal compound on a transparent substrate such as a parallel plate glass by vapor deposition or the like, and patterning the light-shielding film to arrange minute light transmitting portions. The area of each light transmitting portion is set so as to form a predetermined light transmittance distribution. In FIG. 5, in order to simplify the explanation and make it easier to understand, the parts separated by broken lines are:
For example, a case where one side is a square area having a size of about several μm is shown. Needless to say, it need not be square. With the square area as a unit cell, a minute light transmitting portion AP having a rectangular shape is formed in each unit cell as an example. Needless to say, the light transmitting portion does not need to have a rectangular shape, and can be formed in a polygonal shape including a circular shape. Since the amount of light transmitted through the light transmitting portion AP is proportional to the area of the light transmitting portion AP, for example, as shown in the figure, the unit cells are arranged by changing the area of the rectangular light transmitting portion AP two-dimensionally. Thereby, a two-dimensional transmittance distribution in which the amount of transmitted light changes stepwise can be formed.

【0027】ここで、一例として図1に示したような製
造工程で液晶用マイクロレンズアレイ等の所望の3次元
構造の特殊表面形状を形成する場合に、その特殊表面形
状を形成すべき基板材料表面上に塗布される感光性材料
としては、例えば市販のフォトレジスト材料(東京応化
(株)製TGMPR−950(商品名))等が用いられ
る。まず、レジスト材料の光照射量とレジスト除去量の
関係を把握し、感度曲線を求める。次いで、所望の3次
元構造の表面形状に対応して、モデルとなるグラデーシ
ョンマスクを設計し製作する。このグラデーションマス
クは、図5に示す一例のように正方形に分割された単位
セルで構成され、各単位セル内の光透過領域が、所望の
表面形状に応じた透過率分布となるように2次元的に設
計され、各単位セル内の光透過量が制御されたものであ
る。
Here, when a special surface shape of a desired three-dimensional structure such as a liquid crystal microlens array is formed in the manufacturing process as shown in FIG. 1 as an example, a substrate material on which the special surface shape is to be formed. As the photosensitive material applied on the surface, for example, a commercially available photoresist material (TGMPR-950 (trade name) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) or the like is used. First, the relationship between the light irradiation amount of the resist material and the resist removal amount is grasped, and a sensitivity curve is obtained. Next, a gradation mask serving as a model is designed and manufactured in accordance with the surface shape of the desired three-dimensional structure. This gradation mask is composed of unit cells divided into squares as in the example shown in FIG. And the amount of light transmission in each unit cell is controlled.

【0028】ここで、グラデーションマスクを構成する
単位セルの光透過率の制御方法としては、石英ガラス等
の透明基板にCr膜を遮光膜として形成した場合、C
r膜の開口面積を制御する方法、Cr膜の膜厚を制御
する方法、あるいは、「各単位セルの光透過量を制御
する方法として、所望の形状に対応する全体的な光透過
光量分布を持たせるために、光露光方式によって、各単
位セルを透過する光の「光透過面積」と「光透過率(C
r膜厚)」の総合的な組み合わせによってグラデーショ
ンマスクを適宜製作する方法」があるが、ここでは一例
としての方法で実施する。すなわち、上述のような単
位セル構成のグラデーションマスクの製作方法として
は、まず、石英ガラス等の透明基板上に、例えば厚さ2
00nmのCr膜を蒸着等により成膜し、この上に感光
性ポジ型レジスト材料を塗布してマスクブランクスを形
成する。そして、上記マスクブランクスのレジスト材料
層に対して、光ビーム照射装置により光ビームを照射し
て各単位セルを透過する光の「光透過面積」と「光透過
率(Cr膜厚)」の総合的な組み合わせによって所望の
形状の透過率分布になるように2次元的にパターニング
する。ここでは、光ビーム照射装置として、図7に示す
ような自社開発のレーザー光照射装置(レーザー描画装
置)を用い、上記レジスト材料層にレーザー光を照射し
てマスクパターンを描画する。
Here, as a method of controlling the light transmittance of the unit cells constituting the gradation mask, when a Cr film is formed as a light-shielding film on a transparent substrate such as quartz glass, C is applied.
As a method of controlling the opening area of the r film, a method of controlling the thickness of the Cr film, or a method of controlling the light transmission amount of each unit cell, an overall light transmission light amount distribution corresponding to a desired shape is obtained. In order to provide light transmission, the “light transmission area” and “light transmittance (C
There is a method of appropriately manufacturing a gradation mask by a comprehensive combination of “(r film thickness)”, but here, the method is performed by an example method. That is, as a method of manufacturing a gradation mask having a unit cell configuration as described above, first, a transparent mask having a thickness of, for example, 2 mm
A 00 nm Cr film is formed by vapor deposition or the like, and a photosensitive positive resist material is applied thereon to form a mask blank. The resist material layer of the mask blank is irradiated with a light beam by a light beam irradiation device, and the total of the “light transmission area” and “light transmittance (Cr film thickness)” of light transmitted through each unit cell. Is two-dimensionally patterned so as to obtain a transmittance distribution of a desired shape by a specific combination. Here, a laser beam irradiation apparatus (laser drawing apparatus) developed in-house as shown in FIG. 7 is used as a light beam irradiation apparatus, and the resist material layer is irradiated with laser light to draw a mask pattern.

【0029】図7に示すレーザー光照射装置は、レーザ
ー光発信装置1、レーザー光発信装置1からのレーザー
光を複数のレーザー光に分割するビームスプリッター
2、レーザー光の光路を折り曲げるミラー3、レーザー
光を変調する光変調器と光変調器を制御する制御装置
(データパス5からの信号により個々のレーザー光のO
N,OFFを制御する)4、レーザー光を偏向する光偏
向器と光偏向器を制御する制御装置6、レーザー光をレ
ジスト材料層に集光するための対物レンズ7、載置され
たマスクブランクスをX方向及びY方向に移動するX−
Yステージ8、X−Yステージ8の動作を制御する光学
式干渉計9などの主要構成部品から構成されており、設
計データに応じてX−Yステージ8の動作と、個々のレ
ーザー光のON,OFFを制御することにより、マスク
ブランクスのレジスト材料層に所望のマスクパターンを
描画する。すなわち、レーザー光照射装置によりレジス
ト材料層にレーザー光を照射して各単位セル毎に光透過
領域または遮光領域を所望の透過率分布になるように2
次元的にパターニングする。また、この際、所望の特殊
表面形状に応じて演算された各単位セルの透過率分布に
応じてレーザー光の照射が制御され、各単位セル内の光
透過領域の面積が制御される。
The laser beam irradiation device shown in FIG. 7 includes a laser beam transmitter 1, a beam splitter 2 for dividing the laser beam from the laser beam transmitter 1 into a plurality of laser beams, a mirror 3 for bending the optical path of the laser beam, and a laser. An optical modulator for modulating light and a control device for controlling the optical modulator (OLEDs of individual laser beams by a signal from the data path 5)
N, OFF) 4, an optical deflector for deflecting the laser light, a controller 6 for controlling the optical deflector, an objective lens 7 for condensing the laser light on the resist material layer, a mask blank mounted thereon Is moved in the X direction and the Y direction.
It is composed of main components such as an optical interferometer 9 for controlling the operation of the Y stage 8 and the XY stage 8, and operates the XY stage 8 according to the design data and turns on the individual laser beams. , OFF, a desired mask pattern is drawn on the resist material layer of the mask blank. That is, the resist material layer is irradiated with a laser beam by a laser beam irradiator so that a light transmitting region or a light shielding region is formed in each unit cell so as to have a desired transmittance distribution.
Pattern in a dimension. At this time, the irradiation of laser light is controlled in accordance with the transmittance distribution of each unit cell calculated according to the desired special surface shape, and the area of the light transmitting region in each unit cell is controlled.

【0030】そして、このレーザー光照射装置によりレ
ーザー光が照射されたレジスト材料部分は、次の現像、
リンス工程によって除去され、レジスト材料層にマスク
パターンが形成される。次に、このパターニングされた
レジスト材料層をエッチングマスクとしてCr膜をドラ
イまたはウェットエッチングすることにより、所望の2
次元的な透過率分布を有するグラデーションマスクが得
られる。
Then, the resist material portion irradiated with the laser beam by the laser beam irradiator is subjected to the next development,
The mask pattern is formed in the resist material layer by being removed by the rinsing step. Next, by using the patterned resist material layer as an etching mask, the Cr film is dry- or wet-etched to obtain a desired 2
A gradation mask having a dimensional transmittance distribution is obtained.

【0031】以上のような方法によりパターニングされ
たグラデーションマスクの単位セル内では、Cr膜
(遮光膜)の除去された部分と、Cr膜が薄くなる部
分、及びCr膜が残っている部分(遮光領域)が形成
されるので、これらの総合的な光透過量として一つの単
位セルを特徴づけ、構成させることができる。従って、
マスクパターンを複数の単位セルで構成し、各単位セル
内の光透過領域が、所望の特殊表面形状に応じた透過率
分布となるように2次元的に設計し、各単位セルの光透
過量を制御することにより、マスクパターンを透過した
光が特殊表面形状に対応した3次元的な光強度分布を有
する構成のグラデーションマスクが得られる。また、上
記の設計時にマスクパターンを所定の拡大率で拡大して
設計し、製作すれば、後述のステッパー露光装置で用い
るレチクルマスク(拡大マスク)が得られる。
In the unit cell of the gradation mask patterned by the above method, the portion where the Cr film (light shielding film) is removed, the portion where the Cr film is thinned, and the portion where the Cr film remains (light shielding) Thus, one unit cell can be characterized and configured as the total light transmission amount. Therefore,
The mask pattern is composed of a plurality of unit cells, and the light transmission area in each unit cell is two-dimensionally designed so as to have a transmittance distribution according to a desired special surface shape. , A gradation mask having a configuration in which the light transmitted through the mask pattern has a three-dimensional light intensity distribution corresponding to the special surface shape can be obtained. In addition, when the mask pattern is designed and manufactured by enlarging the mask pattern at a predetermined enlargement ratio at the time of the above design, a reticle mask (enlarged mask) used in a stepper exposure apparatus described later can be obtained.

【0032】ところで、上記のようなグラデーションマ
スクを用いて感光性材料層のパターニングを行う際に
は、露光量、デフォーカス量、単位セルの光透過率によ
って感光性材料の除去量が異なるので、上記プロセス条
件毎に感度曲線を作成する。すなわち、光透過率と感光
性材料の除去量が特徴づけられた関係を一つの関数(除
去量と光透過率(パターンNo.)として表わし、グラ
デーションマスクの各単位セル内の光透過領域の面積、
Cr膜厚等が決定される。尚、上記「感度曲線(除去量
と光透過率(パターンNo.)」は、上記の関係をグラ
フ化し、関数化することによって数式に変換できる。そ
して、上記数式に基づいて、「目的とする表面形状(例
えばマイクロレンズ)の高さ」と「感光性材料の残存量
(「感光性材料層の膜厚」−「除去量」)」の関係を数
式化する。次いで、コンピュータのCAD上で「レンズ
配置位置」と「レンズ高さ(レジスト残存量)」の関係
を明らかにする。さらに、これを発展させて、「レンズ
配置位置」とマスクの「単位セル・ナンバー」の関係に
置き換える。次に、CADデータをデータ化して、レー
ザー光照射装置の制御部のコンピュータにセットし、順
次マスクブランクスにレーザー光を照射してマスクパタ
ーンを描画する。そして、これを現像、リンスした後、
エッチングすると、所望のレンズ形状に対応した「単位
セル・ナンバー」の単位セルが規則的に「レンズ配置位
置」に並んだ、目的のグラデーションマスクが製作でき
る。従って、このようにして、目的の3次元構造の表面
形状に対応したグラデーションマスク(あるいはレチク
ルマスク)を設計し、製作する。
When the photosensitive material layer is patterned by using the above-described gradation mask, the amount of the photosensitive material removed varies depending on the exposure amount, defocus amount, and light transmittance of the unit cell. A sensitivity curve is created for each of the above process conditions. That is, the relationship characterizing the light transmittance and the removal amount of the photosensitive material is expressed as one function (removal amount and light transmittance (pattern No.), and the area of the light transmission region in each unit cell of the gradation mask is represented. ,
The Cr film thickness and the like are determined. The “sensitivity curve (removal amount and light transmittance (pattern No.)”) can be converted into a mathematical expression by graphing the above relationship and converting it into a function. The relationship between the height of the surface shape (for example, microlenses) and the remaining amount of the photosensitive material (“the thickness of the photosensitive material layer” − “the removal amount”) is expressed by a mathematical formula. Clarify the relationship between the “lens arrangement position” and “lens height (resist remaining amount).” Further develop this to replace the “lens arrangement position” with the “unit cell number” of the mask. Next, the CAD data is converted into data, set in the computer of the control unit of the laser light irradiation device, and sequentially irradiates the mask blanks with laser light to draw a mask pattern. After,
By etching, a desired gradation mask in which unit cells of “unit cell number” corresponding to a desired lens shape are regularly arranged at “lens arrangement position” can be manufactured. Therefore, in this way, a gradation mask (or reticle mask) corresponding to the surface shape of the target three-dimensional structure is designed and manufactured.

【0033】次に、上記の方法によって製作されたグラ
デーションマスクを用いた露光方法について述べる。上
記のような特性を有する単位セルを規則的に配置したグ
ラデーションマスクを製作し、所望の特殊表面形状を形
成すべき基板上に形成された感光性材料層に対して、所
定の方法でマスクパターンを露光する。この際、露光方
法としては、図8に示すように、グラデーションマスク
25のマスクパターンを基板26上の感光性材料層27
に略等倍で投影して露光する露光装置を用いる方式や、
図9に示すように、基板26上の感光性材料層27に対
してグラデーションマスク28を密着あるいは近接して
配置し、マスクの背面から均一な光強度分布の光束BF
を照射するアライメント露光方式があり、さらには、露
光用マスクとして、目的とする表面形状に対して所定の
拡大率で拡大して形成したグラデーションマスク、すな
わちレチクルマスクを用い、図10に示すような構成の
ステッパー露光装置を用いてマスクパターンを縮小露光
するステッパー露光方式がある。
Next, an exposure method using the gradation mask manufactured by the above method will be described. A gradation mask in which unit cells having the above characteristics are regularly arranged is manufactured, and a mask pattern is formed by a predetermined method on a photosensitive material layer formed on a substrate on which a desired special surface shape is to be formed. Is exposed. At this time, as the exposure method, as shown in FIG. 8, the mask pattern of the gradation mask 25 is
A method using an exposure device for projecting and exposing at approximately the same magnification to
As shown in FIG. 9, a gradation mask 28 is disposed in close contact with or close to a photosensitive material layer 27 on a substrate 26, and a light beam BF having a uniform light intensity distribution is provided from the back of the mask.
Further, there is an alignment exposure method for irradiating a mask, and further, as an exposure mask, a gradation mask formed by enlarging at a predetermined magnification to a target surface shape, that is, a reticle mask is used, as shown in FIG. There is a stepper exposure method in which a mask pattern is reduced and exposed using a stepper exposure apparatus having the above configuration.

【0034】ここで、図8、図9のアライメント及びコ
ンタクト露光装置を用いた場合、光源21から放射され
た光束はコリメートレンズ22により平行光束化され、
ミラー23で光路を鉛直下方に曲げられてビームエキス
パンダ24に入射し、光束径を所望の大きさに拡大され
た後、グラデーションマスク25を通過する。このグラ
デーションマスク25は上述したように透過光束の光強
度分布を所望の分布にするための透過率分布を有してい
るので、所望の光強度分布を有する光束が基板26上の
感光性材料層27に照射されてマスクパターンが露光さ
れる。この露光方式の場合、マスクパターンの露光状態
はグラデーションマスク25と感光性材料層27の距離
dで異なり、グラデーションマスク25と感光性材料層
27の距離dが近接している場合には、グラデーション
マスク25の段階的な透過率分布により、感光性材料層
27に露光される光束の光強度分布も段階的なものとな
るが、グラデーションマスク25と感光性材料層27の
距離dを所定の距離(アライメント量)だけ離すことに
より、光の回折作用によりデフォーカスな状態でマスク
パターンが露光されることになり、光強度分布の段差を
解消することができる。
Here, when the alignment and contact exposure apparatuses shown in FIGS. 8 and 9 are used, the light beam emitted from the light source 21 is converted into a parallel light beam by the collimating lens 22.
The optical path is bent vertically downward by the mirror 23, enters the beam expander 24, expands the luminous flux diameter to a desired size, and then passes through the gradation mask 25. Since the gradation mask 25 has the transmittance distribution for making the light intensity distribution of the transmitted light beam a desired distribution as described above, the light beam having the desired light intensity distribution can be applied to the photosensitive material layer on the substrate 26. 27 is irradiated to expose the mask pattern. In this exposure method, the exposure state of the mask pattern differs depending on the distance d between the gradation mask 25 and the photosensitive material layer 27. When the distance d between the gradation mask 25 and the photosensitive material layer 27 is short, the gradation mask is exposed. 25, the light intensity distribution of the light beam exposed on the photosensitive material layer 27 also becomes stepwise, but the distance d between the gradation mask 25 and the photosensitive material layer 27 is set to a predetermined distance ( By separating the mask pattern by the amount of alignment, the mask pattern is exposed in a defocused state due to the diffraction effect of light, and the step in the light intensity distribution can be eliminated.

【0035】尚、図8の露光装置において、光源21は
感光性材料層27の種類に応じて適宜選択されるもので
あり、感光性材料層27がフォトレジストの場合には、
そのフォトレジストの感度に応じた波長域のレーザー光
源やランプ光源が用いられ、感光性材料層27が光硬化
性樹脂の場合には、その光硬化性樹脂の種類に応じて紫
外線ランプ、ハロゲンランプ、赤外線ランプ等の各種ラ
ンプ類や、紫外域〜赤外域の各種レーザー光源等が用い
られる。
In the exposure apparatus shown in FIG. 8, the light source 21 is appropriately selected according to the type of the photosensitive material layer 27. When the photosensitive material layer 27 is a photoresist,
A laser light source or a lamp light source in a wavelength range according to the sensitivity of the photoresist is used. When the photosensitive material layer 27 is a photocurable resin, an ultraviolet lamp, a halogen lamp, or the like is used depending on the type of the photocurable resin. And various lamps such as infrared lamps, and various laser light sources in the ultraviolet to infrared regions.

【0036】また、図9に示すような露光方式では、グ
ラデーションマスク28を基板26上の感光性材料層2
7に対して微小間隔を隔して配備し、グラデーションマ
スク28を介して均一な光強度分布を持つ露光用の光束
BFで露光するが、図5に示すような単位セル構成のグ
ラデーションマスクを用いた場合には、グラデーション
マスク28を通過した直後の光強度分布は、微小な光透
過部の配列に従う段階的な変化をしているが、グラデー
ションマスク28と感光性材料層27との間に所定の間
隙(例えば50μm程度)をもたせることによりデフォ
ーカスさせ、この間隙部分での光の拡散作用で光強度分
布が連続的に均され、感光性材料層27の表面では、連
続した光強度分布を持った露光を実現できる。
In the exposure method shown in FIG. 9, the gradation mask 28 is formed on the photosensitive material layer 2 on the substrate 26.
7 is arranged at a very small interval and exposed through a gradation mask 28 with a light beam BF for exposure having a uniform light intensity distribution, but using a gradation mask having a unit cell configuration as shown in FIG. In this case, the light intensity distribution immediately after passing through the gradation mask 28 changes stepwise according to the arrangement of the minute light transmitting portions. Is defocused by providing a gap (for example, about 50 μm), and the light intensity distribution is continuously leveled by the light diffusing action in the gap, and the continuous light intensity distribution is Exposure can be realized.

【0037】次に図10に示すようなステッパー露光装
置でマスクパターンを基板29上の感光性材料層に縮小
露光するステッパー露光法では、所望の表面形状に対し
て所定の拡大率で製作されたレチクルマスクを用い、そ
のマスクパターンを縮小露光するので、所望の特殊表面
形状を高精度に創成することが可能である。例えば、5
倍の拡大率で製作されたレチクルマスクを用い、ステッ
パー露光法で、マスクパターンを感光性材料層に1/5
に縮小して露光する場合、図8や図9の方式に比べて5
倍の精度で特殊表面形状を創成することが可能となる。
Next, in a stepper exposure method in which a mask pattern is reduced and exposed on a photosensitive material layer on a substrate 29 by a stepper exposure apparatus as shown in FIG. Since the reticle mask is used to reduce and expose the mask pattern, a desired special surface shape can be created with high accuracy. For example, 5
Using a reticle mask manufactured at twice the magnification, a mask pattern was formed on the photosensitive material layer by 5 by a stepper exposure method.
When the exposure is performed after reducing the size to 5
A special surface shape can be created with double precision.

【0038】図10に示すステッパー露光装置は、光源
ランプ30からの光を集光レンズ31により集光し、均
一な光強度の照射光としてレチクルマスク32に照射
し、レチクルマスク32を透過した光を縮小倍率の結像
レンズ33に入射し、X−Yステージ34上に載置され
た基板37上の感光性材料の表面に、レチクルマスク3
3の縮小像を結像し、ステッピングモータ35,36で
X−Yステージ34を順次移動してマスクパターンを露
光するものである。この露光方式の場合、マスクパター
ンのフォーカス位置を感光性材料層に合焦させて露光し
た場合には、グラデーションマスク32の段階的な透過
率分布により、感光性材料層に露光される光束の光強度
分布も段階的なものとなるが、マスクパターンのフォー
カス位置を感光性材料層から僅かにずらすことにより、
デフォーカスな状態でマスクパターンが露光されること
になり、光強度分布の段差を解消することができる。
In the stepper exposure apparatus shown in FIG. 10, light from a light source lamp 30 is condensed by a condensing lens 31 and irradiated on a reticle mask 32 as irradiation light having a uniform light intensity. Is incident on an image forming lens 33 having a reduced magnification, and a reticle mask 3 is formed on a surface of a photosensitive material on a substrate 37 mounted on an XY stage 34.
The XY stage 34 is sequentially moved by the stepping motors 35 and 36 to expose the mask pattern. In the case of this exposure method, when the exposure is performed by focusing the focus position of the mask pattern on the photosensitive material layer, the light of the light flux exposed on the photosensitive material layer is obtained by the stepwise transmittance distribution of the gradation mask 32. The intensity distribution is also stepwise, but by slightly shifting the focus position of the mask pattern from the photosensitive material layer,
The mask pattern is exposed in a defocused state, so that a step in the light intensity distribution can be eliminated.

【0039】次に図6は、グラデーションマスクの別の
例を説明するための図である。このグラデーションマス
ク18は、図6(a)に示すように、透明基板としての
透明な平行平板19の片面に、膜厚が段階的に変化する
膜20を金属及び/または金属酸化物で形成してなり、
膜20の厚さの変化が、所定の光透過率分布をなすよう
に設定されたものである。このように膜厚が段階的に変
化するグラデーションマスク18としては、例えば本発
明者らにより先に提案された特開平9−146259号
公報に記載されたものがあり、その製作方法も上記公報
に記載された方法を適宜利用することができる。
Next, FIG. 6 is a diagram for explaining another example of the gradation mask. As shown in FIG. 6A, the gradation mask 18 is formed by forming a film 20 whose film thickness changes stepwise from a metal and / or a metal oxide on one surface of a transparent parallel flat plate 19 as a transparent substrate. Become
The change in the thickness of the film 20 is set so as to form a predetermined light transmittance distribution. As such a gradation mask 18 whose film thickness changes stepwise, for example, there is a mask described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-146259 previously proposed by the present inventors. The described method can be used as appropriate.

【0040】図6(a)に示すような構成のグラデーシ
ョンマスクの場合も、露光方式としては前述の図8、図
9、図10を参照して説明した各露光方式を用いること
ができる。ここで一例として、図9のアライメント方式
による露光方法について述べる。図6(a)に示すグラ
デーションマスク18を、感光性材料層(フォトレジス
ト層あるいは光硬化性樹脂層)の表面に密接させて、膜
20の形成されていない面(平行平板19の反対側の
面)から均一な光強度分布の光束を照射すると、感光性
材料層の表面には、膜20の段階的な膜厚変化に応じた
段階的な透過率変化により、例えば、図6(b)に示す
ような段階的な光強度分布となるが、この場合にも、グ
ラデーションマスク18を感光性材料層に対して微小間
隔離して、反対側の面から均一な光で照射すれば、上記
微小間隔における光の拡散により、感光性材料層に対し
て図6(c)に示すような滑らかに連続して変化する光
強度分布のパターンが露光される。また、図10に示し
たステッパー露光装置を用いる場合には、マスクパター
ンのフォーカス位置を感光性材料層から僅かにずらすこ
とにより、デフォーカスな状態でマスクパターンが露光
されることになり、光強度分布の段差を解消することが
できる。
In the case of the gradation mask having the structure shown in FIG. 6A, the respective exposure methods described with reference to FIGS. 8, 9 and 10 can be used as the exposure method. Here, as an example, an exposure method using the alignment method in FIG. 9 will be described. The gradation mask 18 shown in FIG. 6A is brought into close contact with the surface of the photosensitive material layer (photoresist layer or photocurable resin layer), and the surface on which the film 20 is not formed (the opposite side of the parallel plate 19). When a light beam having a uniform light intensity distribution is irradiated from the (surface), the surface of the photosensitive material layer has a stepwise change in transmittance corresponding to a stepwise change in the film thickness of the film 20, for example, as shown in FIG. However, in this case, if the gradation mask 18 is separated from the photosensitive material layer by a minute distance and is irradiated with uniform light from the opposite surface, the above-described minute light intensity distribution can be obtained. Due to the diffusion of the light at the intervals, the pattern of the light intensity distribution that changes smoothly and continuously as shown in FIG. 6C is exposed to the photosensitive material layer. When the stepper exposure apparatus shown in FIG. 10 is used, the mask pattern is exposed in a defocused state by slightly shifting the focus position of the mask pattern from the photosensitive material layer. Steps in the distribution can be eliminated.

【0041】以上、グラデーションマスクと露光方式の
例について説明したが、図5あるいは図6に示すような
グラデーションマスクの光透過率分布の段差を解消する
方法として、上述の例ではマスクパターンの露光時にデ
フォーカスさせて露光する方法について述べたが、この
他の段差解消方法として、露光用マスクのパターン形成
面とは反対側で光源側の面に光拡散光学素子を配置し、
拡散光でマスクパターンを露光することによりマスクパ
ターンの光透過率分布の段差を解消する方法がある。図
11はその一例を示しており、石英基板38a上にCr
膜によるマスクパターン38bが形成されたグラデーシ
ョンマスク37のパターン形成面とは反対側で光源側の
面に光拡散光学素子39を配置した例である。この光拡
散光学素子39としては、マスクパターン形成前の基板
38aに直接形成しておくことができ、一例としては、
基板38aの光入射側に、ピッチ:5μm、高さ:1.
2μmのマイクロレンズアレイ(MLA)をレジスト熱
変形法等によって形成する。次いで基板38aの光拡散
光学素子39が形成された面とは反対側の面にCr膜に
よるマスクパターン38bを形成すれば、光拡散光学素
子39を備えたグラデーションマスク37が得られる。
図11に示す構成のグラデーションマスク37では、光
入射面側に微小なマイクロレンズアレイからなる光拡散
光学素子39を備えているので、拡散成分を有する光束
でマスクパターンを露光でき、マスクパターンの光透過
率分布の段差を解消することができる。
The example of the gradation mask and the exposure method has been described above. As a method for eliminating the step in the light transmittance distribution of the gradation mask as shown in FIG. 5 or FIG. Although the method of defocusing and exposing is described, as another step eliminating method, a light diffusing optical element is arranged on the light source side on the side opposite to the pattern forming surface of the exposure mask,
There is a method of exposing the mask pattern with diffused light to eliminate a step in the light transmittance distribution of the mask pattern. FIG. 11 shows an example of such a case, in which Cr is placed on a quartz substrate 38a.
This is an example in which a light diffusing optical element 39 is arranged on the surface on the light source side opposite to the pattern forming surface of the gradation mask 37 on which the mask pattern 38b of the film is formed. The light diffusing optical element 39 can be formed directly on the substrate 38a before the formation of the mask pattern.
On the light incident side of the substrate 38a, pitch: 5 μm, height: 1.
A 2 μm microlens array (MLA) is formed by a resist thermal deformation method or the like. Next, by forming a mask pattern 38b of a Cr film on the surface of the substrate 38a opposite to the surface on which the light diffusion optical element 39 is formed, a gradation mask 37 having the light diffusion optical element 39 is obtained.
Since the gradation mask 37 having the configuration shown in FIG. 11 includes the light diffusing optical element 39 composed of a minute microlens array on the light incident surface side, the mask pattern can be exposed with a light beam having a diffusion component, and the light of the mask pattern can be exposed. Steps in the transmittance distribution can be eliminated.

【0042】次に、グラデーションマスクの光透過率分
布の段差を解消するさらに別の方法としては、露光用マ
スクのパターン形成面とは反対側の面(光入射側の
面)、あるいは露光用マスクのパターン形成面(光出射
側の面)、あるいは露光用マスクの両方の面に、光透過
機能を有する光拡散用機能膜を配置し、拡散光でマスク
パターンを露光することにより上記マスクパターンの光
透過率分布の段差を解消する方法がある。図12はその
一例を示しており、石英基板40上にCr膜によるマス
クパターン45が形成されたグラデーションマスクを製
作した後、そのグラデーションマスクのパターン形成面
に、アンダーコート(SiO等)41と、光拡散用機能
膜(Ta25,W25等)42、及び反射防止機能膜
(ZrO2/MgF2/ZrO 2等)を順次形成し、石英
基板40のパターン形成面とは反対側の面(光入射側の
面)に反射防止機能膜44を形成した例である。図12
に示す構成のグラデーションマスクでは、パターン形成
面に光拡散機能と反射防止機能膜を有する光拡散用機能
膜を備えているので、拡散成分を有する光束でマスクパ
ターンを露光でき、マスクパターンの光透過率分布の段
差を解消することができる。尚、図12の例では、パタ
ーン形成面側に光拡散用機能膜を形成しているが、石英
基板40のパターン形成面とは反対側の面(光入射側の
面)、あるいは両方の面に光拡散用機能膜を形成しても
同様の効果が得られる。
Next, the light transmittance of the gradation mask
Yet another method of eliminating the steps on the cloth is to use an exposure mask.
The surface opposite to the disk pattern formation surface (the light incident side
Surface) or the pattern formation surface of the exposure mask (light emission
Side) or both sides of the exposure mask
Arrange a functional film for light diffusion with a function and mask with diffused light
By exposing the pattern, the light of the mask pattern
There is a method for eliminating a step in the transmittance distribution. FIG.
An example is shown, and a mask formed of a Cr film on a quartz substrate 40 is shown.
A gradation mask on which a mask pattern 45 is formed.
After making, the pattern forming surface of the gradation mask
, Undercoat (SiO etc.) 41 and light diffusion function
Membrane (TaTwoOFive, WTwoOFiveEtc.) 42 and anti-reflection functional film
(ZrOTwo/ MgFTwo/ ZrO TwoEtc.) sequentially, quartz
The surface opposite to the pattern forming surface of the substrate 40 (the light incident side
This is an example in which an antireflection function film 44 is formed on the (surface). FIG.
In the gradation mask of the configuration shown in
Light diffusion function with light diffusion function and anti-reflection function film on the surface
Since it has a film, the mask
Turns can be exposed, and the step in the light transmittance distribution of the mask pattern
The difference can be eliminated. In the example of FIG.
The light diffusion functional film is formed on the
The surface opposite to the pattern forming surface of the substrate 40 (the light incident side
Surface), or even if a functional film for light diffusion is formed on both surfaces
Similar effects can be obtained.

【0043】以上、本発明に係る露光用マスク(グラデ
ーションマスクまたはレチクルマスク)とそのマスクを
用いた露光方式、及び光透過率分布の段差解消方法の例
について説明したが、これらのマスク及び露光方式を適
宜選択して用いることにより、図1や図2の中の露光工
程で示した滑らかな光強度分布が実現でき、感光性材料
層に段差が解消された所望の3次元構造の表面形状を創
成することができる。また、その感光性材料層に創成し
た表面形状を、基板に転写することができる。
The examples of the exposure mask (gradation mask or reticle mask) according to the present invention, the exposure method using the mask, and the method of eliminating the step in the light transmittance distribution have been described above. 1 and 2, the smooth light intensity distribution shown in the exposure step in FIGS. 1 and 2 can be realized, and the surface shape of the desired three-dimensional structure in which the steps are eliminated in the photosensitive material layer It can be created. Further, the surface shape created in the photosensitive material layer can be transferred to a substrate.

【0044】次に、感光性材料層と基板に対し異方性エ
ッチングを行って、上記感光性材料層の表面形状を基板
表面に彫り移して転写する際に、異方性エッチングの選
択比を時間的に変化させることにより、基板上に転写さ
れる表面形状を変形させることが可能である。図13
(a)は、基板10上に、表面を曲面化されたレジスト
層11を形成した状態を示している。このような曲面形
状を出発形状とするエッチング工程において、選択比を
時間的に変化させると、基板10に、例えば図13
(b)に示す如く、出発形状と全く異なる曲面形状とし
て転写することができる。この例においては、出発形状
の裾野部分(図中に「I」で示す部分)を転写する時の
選択比を1より大きく設定することにより、基板10に
はこの部分Iの傾きを大きくして転写し、次の中間領域
IIの転写に際しては選択比を略1に設定して出発形状に
近い形状を転写し、最後に、中央領域III の転写に際し
ては再度、選択比を1より大きく設定して、出発形状に
おける領域III の高低差を拡大して転写している。この
ように、選択比を変化させつつエッチング工程を行うこ
とにより、出発形状に所望の変形を施して基板10の表
面形状12として転写することができる。
Next, anisotropic etching is performed on the photosensitive material layer and the substrate, and when the surface shape of the photosensitive material layer is engraved and transferred to the substrate surface, the selectivity of the anisotropic etching is changed. By changing over time, it is possible to deform the surface shape transferred onto the substrate. FIG.
2A shows a state in which a resist layer 11 having a curved surface is formed on a substrate 10. In an etching step using such a curved surface shape as a starting shape, if the selectivity is changed with time, the substrate 10 may have, for example, FIG.
As shown in (b), the image can be transferred as a curved surface shape completely different from the starting shape. In this example, the inclination of the portion I is increased on the substrate 10 by setting the selection ratio when transferring the foot portion of the starting shape (the portion indicated by “I” in the figure) to be greater than 1. Transfer to the next intermediate area
At the time of the transfer of II, the selection ratio is set to approximately 1 and a shape close to the starting shape is transferred. The image is transferred with the height difference enlarged. As described above, by performing the etching step while changing the selectivity, the starting shape can be subjected to desired deformation and transferred as the surface shape 12 of the substrate 10.

【0045】[0045]

【実施例】次に、本発明に係る特殊表面形状の創成方法
及び光学素子の具体的な実施例として、液晶デバイスに
用いられる微小寸法のマイクロレンズアレイ(MLA)
を製作する場合と、光通信用光学素子として大口径、高
サグ量のマイクロレンズ(ML)を製作する場合の実施
例について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, as a specific embodiment of the method for forming a special surface shape and the optical element according to the present invention, a micro lens array (MLA) having a small size used for a liquid crystal device will be described.
Examples of manufacturing a micro lens (ML) having a large diameter and a high sag amount as an optical element for optical communication will be described.

【0046】(実施例1)図15は液晶プロジェクター
用の液晶デバイスの一例を示す図であり、図中の符号2
01はTFT基板、202はマイクロレンズアレイ基
板、203は平面基板、205は液晶層を示している。
TFT基板201の液晶層205に接する側の面には、
各画素を駆動するためのTFT201Aとバスライン
(図示せず)が形成され、これらTFT201Aとバス
ラインに覆われていない部分が画素としての開口部20
1Bになっている。また、符合201Cは透明導電膜を
示している。TFT基板201と共に液晶層205を挟
持する平面基板203は透明な平行平板で、液晶層20
5に接する側の面にはブラックマトリックス204が形
成され、このブラックマトリックス204上には透明電
極204AがITO膜により形成されている。マイクロ
レンズアレイ基板202には、平面基板203に接する
側の面に屈折面として凸のマイクロレンズ302のアレ
イ配列、すなわちマイクロレンズアレイが形成されてい
る。図16は上記マイクロレンズアレイ基板202を示
す図であり、符号303はスペーサ部を示す。図中の符
号hはスペーサ部303の(マイクロレンズ302形成
面からの)高さを示しており、h’はマイクロレンズ3
02の高さを示している。このh、h’は関係:h≧
h’を満たすことが必要であり、スペーサ部303は、
個々のマイクロレンズ302の高さ以上の高さに形成さ
れている。
Embodiment 1 FIG. 15 is a view showing an example of a liquid crystal device for a liquid crystal projector.
01 is a TFT substrate, 202 is a microlens array substrate, 203 is a flat substrate, and 205 is a liquid crystal layer.
On the surface of the TFT substrate 201 on the side in contact with the liquid crystal layer 205,
A TFT 201A for driving each pixel and a bus line (not shown) are formed, and a portion not covered by the TFT 201A and the bus line is an opening 20 as a pixel.
1B. Reference numeral 201C indicates a transparent conductive film. The flat substrate 203 sandwiching the liquid crystal layer 205 together with the TFT substrate 201 is a transparent parallel flat plate.
A black matrix 204 is formed on the surface in contact with 5, and a transparent electrode 204A is formed of an ITO film on the black matrix 204. On the microlens array substrate 202, an array arrangement of microlenses 302 that are convex as refraction surfaces on the surface in contact with the flat substrate 203, that is, a microlens array is formed. FIG. 16 is a view showing the microlens array substrate 202, and reference numeral 303 denotes a spacer portion. The symbol h in the figure indicates the height of the spacer portion 303 (from the surface on which the microlens 302 is formed), and h ′ indicates the height of the microlens 3.
02 shows the height. These h and h ′ are related: h ≧
h ′ must be satisfied.
It is formed at a height equal to or higher than the height of each microlens 302.

【0047】実施例1は、図15,16に示すような微
小ピッチで配列されたマイクロレンズアレイを製作する
例であり、マイクロレンズ302の隣接間隔を限りなく
零に近づけて製作する例である。ここで、図17に示す
ように、液晶プロジェクター用の液晶デバイスの画素3
02Aを正方形と想定し、その画素サイズ(面積)をX
A×XAとした場合に、0.9”−XGA用の液晶素子
の画素サイズは約□18×18(μm)であるので、理
想的にはこの画素サイズと同じ大きさのマイクロレンズ
を配置したマイクロレンズアレイとすることが望まし
い。しかし、マイクロレンズアレイを形成する場合に、
レンズの両側に各1μmづつのレンズ非形成部がある場
合(レンズ間に隙間がある場合)には、レンズ形成領域
は図中に破線で示した領域302Bとなり、その面積X
B×XBは□17×17(μm)となり、全体の面積に
占めるマイクロレンズアレイ面積の比率は、(17×1
7)/(18×18)×100=289/324×100
=89.2となり、マイクロレンズアレイで全ての光を
有効に集光することができても、89.2%の集光効率
でしかない。したがって、マイクロレンズの非形成部の
面積を小さくすることが光利用効率を向上させる上で重
要であり、図15,16に示す例のように、マイクロレ
ンズ302の隣接間隔を限りなく零に近づけることが望
ましい。
The first embodiment is an example of manufacturing a microlens array arranged at a fine pitch as shown in FIGS. 15 and 16, and is an example of manufacturing the microlens 302 with the adjacent distance between the microlenses 302 as close to zero as possible. . Here, as shown in FIG. 17, pixel 3 of the liquid crystal device for the liquid crystal projector is used.
02A is assumed to be a square, and its pixel size (area) is X
In the case of A × XA, since the pixel size of the liquid crystal element for 0.9 ″ -XGA is about □ 18 × 18 (μm), a micro lens having the same size as this pixel size is ideally arranged. However, when forming a microlens array,
When there is a lens non-forming portion of 1 μm each on both sides of the lens (when there is a gap between the lenses), the lens forming region becomes a region 302B shown by a broken line in the drawing, and its area X
B × XB is □ 17 × 17 (μm), and the ratio of the microlens array area to the total area is (17 × 1
7) / (18 × 18) × 100 = 289/324 × 100
= 89.2, and even though all light can be effectively collected by the microlens array, the light collection efficiency is only 89.2%. Therefore, it is important to reduce the area of the non-formed portion of the micro lens in order to improve the light use efficiency. As shown in the examples shown in FIGS. It is desirable.

【0048】次に、図15,16に示すようなマイクロ
レンズアレイを製作するに当って、まず、前述した方法
で製作される濃度分布マスクを予め用意する。具体的に
は、本実施例では、図10に示すようなステッパー露光
装置を用いて1/5倍の縮小露光を行うので、実際に製
作した濃度分布マスクは、マイクロレンズ形状を5倍に
拡大したマスクパターンのレチクルマスク(拡大マス
ク)であり、そのレチクルパターン寸法は、□90×9
0(μm)である。図14はマイクロレンズ1個分のマ
スクパターンの一例を示しており、このマスクパターン
46はCr遮光膜の開口面積と膜厚が制御された多数の
単位セルに分割された構成となっている。本実施例で
は、この一個のマイクロレンズ部分を、単位セルのサイ
ズを3.0×3.0(μm)として、 縦×横=30×30(個)=900(個) の単位セルに分割したマスクパターンを設計する。この
マスクパターンの設計においては、中央部単位セル(レ
チクルマスク上:3×3(μm)→実際のパターンでは
0.6×0.6(μm))には単位セル・ナンバー1番
(Cr遮光膜が全部残った状態)の単位セルを配置す
る。また、マイクロレンズ形成領域の四隅部分には、単
位セル・ナンバー80番(Cr遮光膜の残り部分無し)
を配置する。そして、この間の単位セル・ナンバー1〜
80の単位セルには、各「階調(光透過量)」に対応す
る「開口面積」と「Cr膜厚」の分布を対応させ、目的
とするレンズ面形状に応じた2次元的な透過率分布とな
るように設計してCADデータを作成する。尚、このレ
ンズ面形状と単位セル・ナンバーの関係は、前述したよ
うに露光プロセスと感光性材料の感度曲線から得られる
関係である。勿論、感光性材料や露光プロセスが異なれ
ばその都度、感度曲線を把握する必要がある。
Next, in manufacturing a microlens array as shown in FIGS. 15 and 16, first, a density distribution mask manufactured by the above-described method is prepared in advance. More specifically, in this embodiment, since a 1 / 5-fold reduction exposure is performed by using a stepper exposure apparatus as shown in FIG. 10, the actually manufactured density distribution mask enlarges the microlens shape by 5 times. Reticle mask (enlarged mask) of the mask pattern shown in FIG.
0 (μm). FIG. 14 shows an example of a mask pattern for one microlens. This mask pattern 46 is configured to be divided into a number of unit cells in which the opening area and the thickness of the Cr light-shielding film are controlled. In this embodiment, this one microlens portion is divided into a unit cell of length × width = 30 × 30 (pieces) = 900 (pieces) with the unit cell size being 3.0 × 3.0 (μm). Designed mask pattern. In the design of this mask pattern, the unit cell number 1 (Cr light-shielded) is placed in the center unit cell (3 × 3 (μm) on the reticle mask → 0.6 × 0.6 (μm) in the actual pattern). A unit cell in a state in which all the films remain) is arranged. In addition, at the four corners of the microlens formation region, the unit cell number 80 (there is no remaining Cr light-shielding film)
Place. And the unit cell number 1 during this time
In the 80 unit cells, the distribution of the “opening area” and the “Cr film thickness” corresponding to each “gradation (light transmission amount)” are made to correspond to each other, and the two-dimensional transmission according to the target lens surface shape is performed. CAD data is created by designing to have a rate distribution. The relationship between the lens surface shape and the unit cell number is a relationship obtained from the exposure process and the sensitivity curve of the photosensitive material as described above. Of course, when the photosensitive material and the exposure process are different, it is necessary to grasp the sensitivity curve each time.

【0049】上記の基本的な考え方に基づいて、詳細な
データに裏づけされた計算式とプログラムから、パーソ
ナルコンピュータ上のCAD設計画面上でレンズ高さと
マスクパターンの単位セル・ナンバーを関数付けて単位
セル・ナンバーを配置し、CADデータを作成する。次
に、石英ガラスに感光性材料を塗布したマスクブランク
スを用意し、図7に示したレーザー光照射装置のX−Y
ステージ8にセットした後、上記のようにして作成され
たCADデータをレーザー光照射装置の制御部に入力し
てX−Yステージ8の移動とレーザー光源1のON,O
FFを制御しながら、所定の方法でマスクブランクスに
レーザー光を照射してマスクパターンを描画する。そし
て、所定の方法で現像、リンスを行うことにより、感光
性材料層にマスクパターンが得られた。次に、パターニ
ングされた感光性材料層をエッチングマスクとして、C
r用のウェットエッチング液にてCr膜のエッチングを
行った。この方法によって、図14に示すようなパター
ンで、各単位セルが目的とする開口面積と膜厚を有し、
且つ全体としてレンズ形状に対応した2次元的な透過率
分布を有するレチクルマスクを製作した。
On the basis of the above basic concept, a lens formula and a unit cell number of a mask pattern are added as functions to a unit on a CAD design screen on a personal computer from a calculation formula and a program supported by detailed data. A cell number is arranged and CAD data is created. Next, a mask blank in which a photosensitive material was applied to quartz glass was prepared.
After being set on the stage 8, the CAD data created as described above is input to the control unit of the laser light irradiation device, and the XY stage 8 is moved and the laser light source 1 is turned on and off.
While controlling the FF, the mask blank is irradiated with laser light by a predetermined method to draw a mask pattern. Then, by performing development and rinsing by a predetermined method, a mask pattern was obtained on the photosensitive material layer. Next, using the patterned photosensitive material layer as an etching mask, C
The Cr film was etched with a wet etchant for r. According to this method, each unit cell has a target opening area and film thickness in a pattern as shown in FIG.
A reticle mask having a two-dimensional transmittance distribution corresponding to the lens shape as a whole was manufactured.

【0050】次に、上記のレチクルマスクを使用したマ
イクロレンズアレイの製作方法の一例を述べる。製造方
法としては、図1と同様の製造工程で行った。まず、図
1(a)に示すように、所望の表面形状を形成すべき基
板10としてネオセラム基板を用意し、この基板10上
に感光性材料として市販のフォトレジスト(東京応化
(株)製TGMR−950(商品名))11を8.56
μmの厚さになるように塗布する。次にフォトレジスト
11を塗布した基板10をホットプレート上に載せ、1
00℃の加熱温度にてベーク時間:180秒でプリベー
クした。次に、レジスト層11が形成された基板10を
図10に示したような構成のステッパー露光装置のX−
Yステージ上にセットし、上記のレチクルマスクを露光
用マスクとして1/5倍の縮小率でステッパー露光し
た。露光条件は、マスクパターンの結像位置をレジスト
層11の表面から僅かにデフォーカスさせ、デフォーカ
ス量を+25μm、露光光束LFの照射量を390mW
×1.92秒(照度:720mJ)とした。また、この
マスクパターンの露光では、図1(b)に示すように、
マイクロレンズアレイのレンズ面形状に対応した光強度
分布のパターンが露光されるので、レジスト層11は、
マイクロレンズ形状に対応して3次元的に感光される。
上記の露光工程終了後、PEB(ポスト・エキスポージ
ャー・ベーク)を105℃の温度で270秒間実施する
ことにより、図1(c)に示すように、レジスト層11
によるマイクロレンズ形状が得られた。次いで、上記基
板22を紫外線硬化装置の真空槽内にセットし、180
秒間、真空引きをしながら紫外線照射を実施して、レジ
スト層のハードニングを行った。この操作によって、レ
ジストの耐プラズマ性は向上し、次工程での加工に耐え
られるようになる。尚、この時のレジスト高さは、6.
7μmであった。
Next, an example of a method for manufacturing a microlens array using the reticle mask will be described. The manufacturing method was the same as that of FIG. First, as shown in FIG. 1A, a neoceram substrate is prepared as a substrate 10 on which a desired surface shape is to be formed, and a commercially available photoresist (TGMR manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) is provided on the substrate 10 as a photosensitive material. -950 (trade name)) 8.55
It is applied to a thickness of μm. Next, the substrate 10 coated with the photoresist 11 is placed on a hot plate, and
Prebaking was performed at a heating temperature of 00 ° C. for a baking time of 180 seconds. Next, the substrate 10 on which the resist layer 11 was formed was placed on an X-ray of a stepper exposure apparatus having a configuration as shown in FIG.
The reticle mask was set on a Y stage and exposed to a stepper at a reduction ratio of 1/5 using the reticle mask as an exposure mask. The exposure conditions are such that the image formation position of the mask pattern is slightly defocused from the surface of the resist layer 11, the defocus amount is +25 μm, and the irradiation amount of the exposure light beam LF is 390 mW.
× 1.92 seconds (illuminance: 720 mJ). In the exposure of the mask pattern, as shown in FIG.
Since the pattern of the light intensity distribution corresponding to the lens surface shape of the microlens array is exposed, the resist layer 11
It is three-dimensionally exposed according to the microlens shape.
After the above-described exposure step, PEB (post-exposure bake) is performed at a temperature of 105 ° C. for 270 seconds, thereby forming a resist layer 11 as shown in FIG.
A micro lens shape was obtained. Next, the substrate 22 was set in a vacuum chamber of an ultraviolet curing device,
The resist layer was hardened by irradiating it with ultraviolet rays for a second while evacuating. By this operation, the plasma resistance of the resist is improved, and the resist can be processed in the next step. Note that the resist height at this time is 6.
It was 7 μm.

【0051】次に、上記基板10をTCPドライエッチ
ング装置の真空槽内にセットし、真空度:1.5×10
-3Toorに真空排気した後、CHF3:5.0scc
m、CF4:50sccm、O2:20sccmの混合ガ
スを真空槽内に導入し、基板バイアス電力を600W、
基板の上方に配設した上部電極(アンテナ電極)の電力
を1.25KW、基板冷却温度を−20℃、とした条件
下で異方性のドライエッチングを行った。また、この
時、基板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化さ
せ、時間変化と共に異方性ドライエッチングの選択比を
(小さくなるように)変更しながらエッチングを行っ
た。基板10の平均エッチング速度は、0.63μm/
分であったが、実際のエッチング時間は、11.5分を
要した。以上のドライエッチング工程を経てレジスト層
の形状が基板に彫り移され(図1(d))、図16に示
すような断面形状のマイクロレンズアレイが製作され
た。また、エッチング後のレンズ高さHは、H=5.3
3μmであった。
Next, the substrate 10 was set in a vacuum chamber of a TCP dry etching apparatus, and the degree of vacuum: 1.5 × 10
After evacuating to -3 Toor, CHF 3 : 5.0 scc
m, CF 4 : 50 sccm, O 2 : 20 sccm, a mixed gas was introduced into the vacuum chamber, and the substrate bias power was 600 W.
Anisotropic dry etching was performed under the conditions where the power of the upper electrode (antenna electrode) disposed above the substrate was 1.25 kW and the substrate cooling temperature was -20 ° C. At this time, the etching was performed while changing the substrate bias power and the upper electrode power with time, and changing the selectivity of anisotropic dry etching (to decrease) with time. The average etching rate of the substrate 10 is 0.63 μm /
Minutes, but the actual etching time required 11.5 minutes. Through the above dry etching process, the shape of the resist layer was engraved on the substrate (FIG. 1 (d)), and a microlens array having a sectional shape as shown in FIG. 16 was manufactured. The lens height H after etching is H = 5.3.
It was 3 μm.

【0052】(実施例2)次に、実施例1と同様の液晶
デバイス用マイクロレンズアレイを製作する際の別の実
施例を示す。この実施例においても、0.9”−XGA
用の液晶素子の画素サイズを□18×18(μm)とし
て、図16のように隣接間隔を限りなく零に近づけたマ
イクロレンズアレイを製作する。本実施例では、露光工
程で用いる露光用マスクとして、実施例1と同様に作製
されるレチクルマスクの光入射側に光拡散機能を有する
微小光学素子を設けたものを使用する。図11はその一
例を示しており、石英基板38a上にCr膜によるマス
クパターン38bが形成されたレチクルマスク37のパ
ターン形成面とは反対側で光源側の面に光拡散光学素子
39を配置した例である。この光拡散光学素子39とし
ては、マスクパターン形成前の基板38aに直接形成し
ておくことができ、一例としては、石英基板38aの光
入射側に、ピッチ:5μm、高さ:1.2μmのマイク
ロレンズアレイ(MLA)をレジスト熱変形法等によっ
て形成する。次いで基板38aの光拡散光学素子39が
形成された面とは反対側の面に、実施例1と同様の方法
によってCr膜によるマスクパターン38bを形成す
る。これにより、光拡散光学素子39を備えたレチクル
マスク37が得られる。図11に示す構成のレチクルマ
スク37では、光入射面側に微小なマイクロレンズアレ
イからなる光拡散光学素子39を備えているので、拡散
成分を有する光束でマスクパターンを露光でき、実施例
1記載の単位セルで構成されたマスクパターンの光透過
率分布の段差を解消することができる。
(Embodiment 2) Next, another embodiment for manufacturing a microlens array for a liquid crystal device similar to that of Embodiment 1 will be described. Also in this embodiment, 0.9 ″ -XGA
Assuming that the pixel size of the liquid crystal element for use is □ 18 × 18 (μm), a microlens array in which the distance between adjacent pixels is as close as possible to zero as shown in FIG. 16 is manufactured. In the present embodiment, as the exposure mask used in the exposure step, a reticle mask manufactured in the same manner as in Embodiment 1 and provided with a micro optical element having a light diffusion function on the light incident side is used. FIG. 11 shows an example, in which a light diffusing optical element 39 is arranged on the light source side opposite to the pattern forming surface of a reticle mask 37 in which a mask pattern 38b of a Cr film is formed on a quartz substrate 38a. It is an example. The light diffusing optical element 39 can be formed directly on the substrate 38a before the mask pattern is formed. For example, the light diffusing optical element 39 has a pitch of 5 μm and a height of 1.2 μm on the light incident side of the quartz substrate 38a. A microlens array (MLA) is formed by a resist thermal deformation method or the like. Next, a mask pattern 38b of a Cr film is formed on the surface of the substrate 38a opposite to the surface on which the light diffusing optical element 39 is formed by the same method as in the first embodiment. Thus, a reticle mask 37 including the light diffusing optical element 39 is obtained. In the reticle mask 37 having the configuration shown in FIG. 11, since the light diffusing optical element 39 composed of the microscopic microlens array is provided on the light incident surface side, the mask pattern can be exposed with a light beam having a diffusion component. Can be eliminated in the light transmittance distribution of the mask pattern composed of the unit cells.

【0053】尚、このレチクルマスクは図10に示すス
テッパー露光装置にセットされ、実施例1と同様の露光
工程が実施されるが、この際、レチクルマスクは光拡散
光学素子39を備えているので、デフォーカスさせる必
要はない。また、光拡散光学素子を備えたレチクルマス
クを用いて露光工程を行う以外は、実施例1と同様に行
った。すなわち、露光後のPEBやエッチング等の条件
は実施例1と同じである。
The reticle mask is set in the stepper exposure apparatus shown in FIG. 10 and the same exposure process as that in the first embodiment is performed. There is no need to defocus. Further, the same procedure as in Example 1 was performed except that the exposure step was performed using a reticle mask provided with a light diffusion optical element. That is, conditions such as PEB and etching after exposure are the same as those in the first embodiment.

【0054】(実施例3)次に、実施例1と同様の液晶
デバイス用マイクロレンズアレイを製作する際の別の実
施例を示す。この実施例においても、0.9”−XGA
用の液晶素子の画素サイズを□18×18(μm)とし
て、図16のように隣接間隔を限りなく零に近づけたマ
イクロレンズアレイを製作する。本実施例では、露光工
程で用いる露光用マスクとして、実施例1と同様に作製
されるレチクルマスクのパターン形成面とは反対側の面
(光入射側の面)、あるいはレチクルマスクのパターン
形成面(光出射側の面)に、光透過機能を有する光拡散
用機能膜を配置したものを使用する。図12はその一例
を示しており、実施例1と同様の方法で、石英基板40
上にCr膜によるマスクパターン45が形成されたレチ
クルマスクを製作した後、そのレチクルマスクのパター
ン形成面に、例えば、本出願人による特願平11−28
8430号公報記載の薄膜形成方法を用いて、中心波長
をi線に合せて、基板側からアンダーコート41として
SiO膜をλ/4、光拡散用機能膜42としてTa25
の膜をλ/4、反射防止機能膜43としてZrO2
0.4+MgF2:0.2+ZrO2:0.4の等価膜を
順次形成し、石英基板40のパターン形成面とは反対側
の面(光入射側の面)には反射防止機能膜44を形成し
た。図12に示す構成のグレチクルマスクでは、パター
ン形成面に反射防止機能を有する光拡散用機能膜を備え
ているので、拡散成分を有する光束でマスクパターンを
露光でき、マスクパターンの光透過率分布の段差を解消
することができる。また、図12の例では、パターン形
成面側に光拡散用機能膜を形成しているが、石英基板4
0のパターン形成面とは反対側の面(光入射側の面)あ
るいは両方の面に光拡散用機能膜を形成しても同様の効
果が得られる。
(Embodiment 3) Next, another embodiment for manufacturing the same microlens array for a liquid crystal device as in Embodiment 1 will be described. Also in this embodiment, 0.9 ″ -XGA
Assuming that the pixel size of the liquid crystal element for use is □ 18 × 18 (μm), a microlens array in which the distance between adjacent pixels is as close as possible to zero as shown in FIG. 16 is manufactured. In this embodiment, as the exposure mask used in the exposure step, the surface opposite to the pattern formation surface of the reticle mask (the light incident side) manufactured in the same manner as in Embodiment 1, or the pattern formation surface of the reticle mask A light diffusing functional film having a light transmitting function is disposed on the (light emitting side surface). FIG. 12 shows an example of this, and the quartz substrate 40 is formed in the same manner as in the first embodiment.
After manufacturing a reticle mask on which a mask pattern 45 made of a Cr film is formed, a pattern forming surface of the reticle mask is formed on, for example, Japanese Patent Application No. 11-28 by the present applicant.
No. 8430, the center wavelength is adjusted to i-line, the SiO film is λ / 4 as the undercoat 41 from the substrate side, and Ta 2 O 5 is used as the light diffusion functional film 42 from the substrate side.
Is λ / 4, and ZrO 2 :
An equivalent film of 0.4 + MgF 2 : 0.2 + ZrO 2 : 0.4 is sequentially formed, and an anti-reflection function film 44 is formed on the surface of the quartz substrate 40 opposite to the pattern formation surface (light incident side). did. In the reticle mask having the configuration shown in FIG. 12, since the pattern forming surface is provided with a light diffusion functional film having an anti-reflection function, the mask pattern can be exposed with a light beam having a diffusion component, and the light transmittance distribution of the mask pattern can be improved. Can be eliminated. In the example of FIG. 12, the light diffusion functional film is formed on the pattern forming surface side.
The same effect can be obtained by forming a light diffusing functional film on the surface opposite to the 0 pattern formation surface (the surface on the light incident side) or on both surfaces.

【0055】尚、このレチクルマスクは図10に示すス
テッパー露光装置にセットされ、実施例1と同様の露光
工程が実施されるが、この際、レチクルマスクはパター
ン形成面に反射防止機能を有する光拡散用機能膜を備え
ているので、デフォーカスさせる必要はない。また、光
拡散用機能膜を備えたレチクルマスクを用いて露光工程
を行う以外は、実施例1と同様に行った。すなわち、露
光後のPEBやエッチング等の条件は実施例1と同じで
ある。
The reticle mask is set in the stepper exposure apparatus shown in FIG. 10 and the same exposure process as in the first embodiment is performed. At this time, the reticle mask has a light-reflecting function on the pattern formation surface. There is no need to defocus because of having a diffusion functional film. Further, the same procedure as in Example 1 was performed except that the exposure step was performed using a reticle mask having a light diffusion functional film. That is, conditions such as PEB and etching after exposure are the same as those in the first embodiment.

【0056】(実施例4)本実施例では、光通信用光学
素子として大口径、高サグ量のマイクロレンズを形成す
ることを目的とする。本実施例は、従来工法では製作が
困難であるレンズ高さの高い、短焦点距離マイクロレン
ズの例であり、更には、両面がマイクロレンズのレンズ
構成である。以下、この両面マイクロレンズの形状を特
殊表面形状として製作した実施例を述べる。従来の工法
では、レンズ高さが高い場合には感光性材料を厚く塗布
し、これをパターニングする必要があった。しかし、こ
の場合には感光性材料の厚塗り、パターニング性、熱変
形性等の問題があり、上記のようなレンズ高さの高い短
焦点距離マイクロレンズを製作することは困難であっ
た。また、エッチングの際に選択比を変更する、具体的
には選択比を1以上とする方法があるが、選択比を大き
くするには限界がある。
(Embodiment 4) The purpose of this embodiment is to form a large-diameter and high-sag microlens as an optical element for optical communication. This embodiment is an example of a short focal length microlens having a high lens height, which is difficult to manufacture by the conventional method, and furthermore, has a lens configuration of microlenses on both sides. Hereinafter, an embodiment in which the shape of the double-sided microlens is manufactured as a special surface shape will be described. In the conventional method, when the lens height is high, it is necessary to apply a thick photosensitive material and pattern it. However, in this case, there are problems such as thick coating of the photosensitive material, patterning property, heat deformability, and the like, and it has been difficult to manufacture a short focal length microlens having a high lens height as described above. Further, there is a method of changing the selectivity at the time of etching, specifically, a method of setting the selectivity to 1 or more, but there is a limit to increasing the selectivity.

【0057】本実施例では、感光性材料として光硬化性
樹脂を用い、図2,3と同様の製造工程で両面マイクロ
レンズを製作する。この際、用いた光硬化性樹脂の収縮
量は6.8%、移動量は目的とするレンズ径の数十分の
一程度である。また、光硬化性樹脂の感度や移動量、収
縮量は、材料毎に定まる物理量で、材料固有の物性値で
ある。また、本実施例では、直径約800μmに対して
変形後の高さが20〜30μmであり、その比は30分
の1程度であるため、充分な変形能力を有しているの
で、移動量や収縮量からの制約は受けない。
In this embodiment, a photo-curable resin is used as a photosensitive material, and a double-sided microlens is manufactured in the same manufacturing process as in FIGS. At this time, the amount of shrinkage of the photocurable resin used is 6.8%, and the amount of movement is about several tenths of the target lens diameter. Further, the sensitivity, the amount of movement, and the amount of shrinkage of the photocurable resin are physical quantities determined for each material, and are physical values inherent to the material. In this embodiment, the height after deformation is about 20 to 30 μm with respect to the diameter of about 800 μm, and the ratio is about 1/30. There is no restriction on the amount of shrinkage.

【0058】本実施例で目的とするレンズ面形状は第1
面、第2面とも非球面形状であり、その非球面形状は、
曲率半径:R、光軸からの距離:Y、円錐定数:k、高
次の定数:a,b,・・、光軸方向の高さ:Xを用いて
次の多項式で表され、その非球面マイクロレンズの設計
結果は下記の表1に示す通りである。 X=(Y2/R)/[1+√{1−(k+1)(Y/R)2}]+a
4+bY6・・
The objective lens surface shape in this embodiment is the first lens shape.
Both the surface and the second surface are aspherical, and the aspherical shape is
Using the radius of curvature: R, the distance from the optical axis: Y, the conic constant: k, the higher-order constants: a, b,..., And the height in the optical axis direction: X, the following polynomial is used. The design results of the spherical microlens are as shown in Table 1 below. X = (Y 2 / R) / [1 + √ {1- (k + 1) (Y / R) 2}] + a
Y 4 + bY 6 ··

【0059】また、本実施例の場合は、マイクロレンズ
は単レンズ構成であるので、レンズ間隔の考慮は不要で
ある。さらに、膜厚は、光硬化性樹脂の収縮変形量(本
実施例では10μm程度)の2倍(約20μm)とし
た。また、露光用マスクとしては、図6に示すような膜
厚を制御したグラデーションマスクを用い、図9に示す
ような露光方式により実施した。この時のアライメント
量は、従来の実績データから20μmとし、マスクパタ
ーンがデフォーカス状態で露光されるようにした。そし
て、これらの条件と目的形状をパーソナルコンピュータ
に入力し、所定の計算式から二次元的な透過率分布のマ
スクパターンを設計し、製作する。尚、膜厚を制御した
グラデーションマスクとしては、本発明者らが先に提案
した特開平9−146259号公報記載の方法を用い
て、マイクロレンズの第1面と第2面の形状に対応する
グラデーションマスクをそれぞれ設計、製作した。
In the case of the present embodiment, since the microlenses have a single lens configuration, it is not necessary to consider the lens interval. Further, the film thickness was set to twice (about 20 μm) the amount of shrinkage deformation of the photocurable resin (about 10 μm in this embodiment). Further, a gradation mask having a controlled film thickness as shown in FIG. 6 was used as an exposure mask, and the exposure was carried out by an exposure method as shown in FIG. The alignment amount at this time was set to 20 μm based on the conventional performance data, and the mask pattern was exposed in a defocused state. Then, these conditions and the target shape are input to a personal computer, and a mask pattern having a two-dimensional transmittance distribution is designed and manufactured from a predetermined calculation formula. The gradation mask having a controlled film thickness corresponds to the shape of the first surface and the second surface of the microlens using the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-146259 previously proposed by the present inventors. Each gradation mask was designed and manufactured.

【0060】[0060]

【表1】 [Table 1]

【0061】まず、第1面を加工する。最初に、直径:
φ4”のネオセラム基板に、光硬化性樹脂としてアクリ
ル系接着剤(大日本インキ(株)製GRANDIC RC-8720
(商品名))を基板温度:20℃にて、膜厚:20μm
になるようにスピンコーターを用いて塗布し樹脂層を形
成する。25℃におけるアクリル系接着剤の粘度は11
00CPSであり、厚膜塗布がスピンコーターで可能と
なる。この後、基板温度をホットプレート上で30℃ま
で上昇させ、接着剤の粘度を795CPSまで低下さ
せ、未硬化樹脂の表面うねりの均一化を図る。次いで、
基板温度を20℃以下に下げ粘度を低下させる。これに
より樹脂層の移動度が低下し、基板の取り扱いが容易に
なる。
First, the first surface is processed. First, the diameter:
Acrylic adhesive (Dai Nippon Ink Co., Ltd. GRANDIC RC-8720) as a photo-curable resin on a φ4 ”neoceram substrate
(Trade name)) at a substrate temperature of 20 ° C. and a film thickness of 20 μm.
Is applied by using a spin coater to form a resin layer. The viscosity of the acrylic adhesive at 25 ° C. is 11
00CPS, and a thick film can be applied by a spin coater. Thereafter, the substrate temperature is increased to 30 ° C. on a hot plate, the viscosity of the adhesive is reduced to 795 CPS, and the surface of the uncured resin is made uniform. Then
The temperature of the substrate is lowered to 20 ° C. or less to lower the viscosity. This lowers the mobility of the resin layer and facilitates handling of the substrate.

【0062】次に、この基板を半導体アライナー上にセ
ットする。一方、上記の設計データに基づいて製作した
グラデーションマスクをアライナーにセットする。その
後、所定の作業によって、アライメント量:20μmの
条件下で、グラデーションマスクの背面側から露光光束
(例えば、紫外線)を7mW/cm2の照度で200秒
照射し、照射積算光量:1400mJ/cm2を照射す
る。この際、樹脂層の変化量が大きいので、露光光束を
低照度で長時間照射しながら樹脂層を硬化させる。この
間、照射初期には基板を加熱して温度を30℃まで上昇
させる。また、光照射時間:200秒の間にも基板は光
によって加熱され、照射終了時には基板温度が40℃ま
で上昇した。この間、樹脂層の粘度は低下し、硬化と共
に樹脂層は収縮し、その高さは高くなる。
Next, this substrate is set on a semiconductor aligner. On the other hand, a gradation mask manufactured based on the above design data is set on the aligner. Thereafter, by a predetermined operation, an exposure light beam (for example, ultraviolet light) is irradiated from the back side of the gradation mask at an illuminance of 7 mW / cm 2 for 200 seconds under the condition of an alignment amount: 20 μm, and an integrated irradiation light amount: 1400 mJ / cm 2 Is irradiated. At this time, since the change amount of the resin layer is large, the resin layer is cured while irradiating the exposure light beam with low illuminance for a long time. During this period, the substrate is heated at the beginning of the irradiation to raise the temperature to 30 ° C. The substrate was heated by the light even during the light irradiation time: 200 seconds, and the substrate temperature rose to 40 ° C. at the end of the irradiation. During this time, the viscosity of the resin layer decreases, and the resin layer contracts with curing, and its height increases.

【0063】次に、上記の処理の後、基板温度をさらに
50℃まで上昇させる。すると、樹脂層の粘度は217
CPSまで上昇する。この状態で基板を5分間放置する
と、次第に光硬化してない部分(表面層の凹部)の樹脂
が流動し、表面張力で表面が平坦化する。勿論、この処
理を省くことによって、レンズ周辺の凹形状を残すこと
もできる。この工程後、基板表面全面に、均一の平行光
を照射し、樹脂を完全に硬化させる。上記の方法によっ
て硬化した樹脂層の表面形状を評価したところ、下記の
ような結果が得られた。マイクロレンズ直径:D=69
9μm、樹脂の高さ:h=20.9μm、基板から樹脂
トップまでの高さ:H=30.8μmであった。
Next, after the above processing, the substrate temperature is further raised to 50 ° C. Then, the viscosity of the resin layer becomes 217
Ascend to CPS. When the substrate is left for 5 minutes in this state, the resin in the portion that has not been photocured (the concave portion of the surface layer) gradually flows, and the surface is flattened by the surface tension. Of course, by omitting this processing, a concave shape around the lens can be left. After this step, the entire surface of the substrate is irradiated with uniform parallel light to completely cure the resin. When the surface shape of the resin layer cured by the above method was evaluated, the following results were obtained. Micro lens diameter: D = 69
9 μm, height of resin: h = 20.9 μm, height from substrate to resin top: H = 30.8 μm.

【0064】次に、上記形状の樹脂層を有する基板を半
導体用のTCPドライエッチング装置の真空槽内にセッ
トし、真空度:3.0×10-4Toorに真空排気した
後、Ar:5sccm、CF4:20sccm、CH
3:5sccmの混合ガスを真空槽内に導入し、基板
バイアス電力を1100W、基板の上方に配設した上部
電極(アンテナ電極)の電力を1200W、基板冷却温
度を−20℃、とした条件下で異方性のドライエッチン
グを行った。この時のエッチング速度は、基板、樹脂層
ともに0.85μm/分であった。また、基板材料と樹
脂層のエッチング速度の比(選択比)は1であった。こ
の条件下で、39分間エッチングを行った。このエッチ
ング後の基板の表面形状を測定した結果、基板の第1面
加工後の形状は下記の通りである。 マイクロレンズ直径:D=699μm レンズ高さ:H=20.9μm 曲率半径:R=2.657mm
Next, the substrate having the resin layer having the above-mentioned shape is set in a vacuum chamber of a TCP dry etching apparatus for semiconductors, evacuated to a degree of vacuum of 3.0 × 10 -4 Toor, and then Ar: 5 sccm. , CF 4 : 20 sccm, CH
F 3 : a mixed gas of 5 sccm was introduced into the vacuum chamber, the substrate bias power was 1100 W, the power of the upper electrode (antenna electrode) disposed above the substrate was 1200 W, and the substrate cooling temperature was −20 ° C. Anisotropic dry etching was performed below. The etching rate at this time was 0.85 μm / min for both the substrate and the resin layer. The ratio (selectivity) of the etching rate between the substrate material and the resin layer was 1. Under these conditions, etching was performed for 39 minutes. As a result of measuring the surface shape of the substrate after the etching, the shape of the substrate after the first surface processing is as follows. Micro lens diameter: D = 699 μm Lens height: H = 20.9 μm Curvature radius: R = 2.657 mm

【0065】次に上記と同様の工程で第2面を製作す
る。まず、第1面を加工した基板の裏面(第2面)側
に、光硬化性樹脂としてアクリル系接着剤(大日本イン
キ(株)製GRANDIC RC-8720(商品名))を基板温度:
20℃にて、膜厚:20μmになるようにスピンコータ
ーを用いて塗布し樹脂層を形成する。次に、この基板を
半導体アライナー上にセットする。一方、上記の設計デ
ータに基づいて製作したグラデーションマスクをアライ
ナーにセットする。その後、所定の作業によって、アラ
イメント量:30μmの条件下で、グラデーションマス
クの背面側から露光光束(例えば、紫外線)を7mW/
cm2の照度で220秒照射し、マスクパターンを照射
光量:1540mJ/cm2まで照射して、樹脂層を硬
化させる。この間、照射初期には基板を加熱して温度を
30℃まで上昇させる。また、光照射時間:220秒の
間にも基板は光によって加熱され、照射終了時には基板
温度が40℃まで上昇した。この間、樹脂層の粘度は低
下し、硬化と共に樹脂層は収縮し、その高さは高くな
る。
Next, the second surface is manufactured in the same process as described above. First, an acrylic adhesive (GRANDIC RC-8720 (trade name) manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd.) was used as a photocurable resin on the back surface (second surface) side of the processed substrate.
At 20 ° C., a resin layer is formed by application using a spin coater so as to have a thickness of 20 μm. Next, this substrate is set on a semiconductor aligner. On the other hand, a gradation mask manufactured based on the above design data is set on the aligner. Thereafter, by a predetermined operation, under the condition of the alignment amount: 30 μm, the exposure light flux (for example, ultraviolet rays) is applied from the back side of the gradation mask by 7 mW /
Irradiation is performed for 220 seconds at an illuminance of cm 2 to irradiate the mask pattern with an irradiation light amount of 1540 mJ / cm 2 to cure the resin layer. During this period, the substrate is heated at the beginning of the irradiation to raise the temperature to 30 ° C. Also, the substrate was heated by the light during the light irradiation time: 220 seconds, and the substrate temperature rose to 40 ° C. at the end of the irradiation. During this time, the viscosity of the resin layer decreases, and the resin layer contracts with curing, and its height increases.

【0066】次に、上記の処理の後、基板温度をさらに
50℃まで上昇させ、この状態で基板を5分間放置する
と、次第に光硬化してない部分(表面層の凹部)の樹脂
が流動し、表面張力で表面が平坦化する。勿論、この処
理を省くことによって、レンズ周辺の凹形状を残すこと
もできる。この工程後、基板表面全面に、均一の平行光
を照射し、樹脂を完全に硬化させる。上記の方法によっ
て硬化した樹脂層の表面形状を評価したところ、下記の
ような結果が得られた。マイクロレンズ直径:D=79
8μm、樹脂の高さ:h=29.9μm、基板から樹脂
トップまでの高さ:H=40.5μmであった。
Next, after the above processing, the substrate temperature was further raised to 50 ° C., and the substrate was left for 5 minutes in this state. The surface is flattened by the surface tension. Of course, by omitting this processing, a concave shape around the lens can be left. After this step, the entire surface of the substrate is irradiated with uniform parallel light to completely cure the resin. When the surface shape of the resin layer cured by the above method was evaluated, the following results were obtained. Micro lens diameter: D = 79
8 μm, height of resin: h = 29.9 μm, height from substrate to resin top: H = 40.5 μm.

【0067】次に、上記形状の樹脂層を有する基板を半
導体用のTCPドライエッチング装置の真空槽内にセッ
トし、真空度:3.0×10-4Toorに真空排気した
後、Ar:5sccm、CF4:20sccm、CH
3:5sccmの混合ガスを真空槽内に導入し、基板
バイアス電力を1100W、基板の上方に配設した上部
電極(アンテナ電極)の電力を1200W、基板冷却温
度を−20℃、とした条件下で異方性のドライエッチン
グを行った。この時のエッチング速度は、基板、樹脂層
ともに0.85μm/分であった。また、基板材料と樹
脂層のエッチング速度の比(選択比)は1であった。こ
の条件下で、51分間エッチングを行った。このエッチ
ング後の基板の表面形状を測定した結果、基板の第2面
加工後の形状は下記の通りである。 マイクロレンズ直径:D=790μm レンズ高さ:H=30.0μm 曲率半径:R=2.641mm
Next, the substrate having the resin layer having the above-mentioned shape is set in a vacuum chamber of a TCP dry etching apparatus for semiconductors, evacuated to a vacuum of 3.0 × 10 −4 Toor, and then Ar: 5 sccm. , CF 4 : 20 sccm, CH
F 3 : a mixed gas of 5 sccm was introduced into the vacuum chamber, the substrate bias power was 1100 W, the power of the upper electrode (antenna electrode) disposed above the substrate was 1200 W, and the substrate cooling temperature was −20 ° C. Anisotropic dry etching was performed below. The etching rate at this time was 0.85 μm / min for both the substrate and the resin layer. The ratio (selectivity) of the etching rate between the substrate material and the resin layer was 1. Under these conditions, etching was performed for 51 minutes. As a result of measuring the surface shape of the substrate after the etching, the shape after the second surface processing of the substrate is as follows. Micro lens diameter: D = 790 μm Lens height: H = 30.0 μm Curvature radius: R = 2.641 mm

【0068】尚、第1面と第2面の光軸合せ精度はφ
0.2μm以下であった。また、このマイクロレンズを
光通信用モジュールに組み込み、光学性能を評価したと
ころ、下記の性能が得られた。 出射側/入射側の光ファイバー径(コア径):8μm ファイバーからの発散角(半角):8°(全角:16
°) ダミーピンホール:レンズ端面から50mmの位置にて
500μm径 レンズ性能(光損失)目標値:4dB以下 レンズ性能(光損失)結果:3.81dB
Incidentally, the optical axis alignment accuracy of the first surface and the second surface is φ
It was 0.2 μm or less. When the microlens was incorporated in an optical communication module and the optical performance was evaluated, the following performance was obtained. Outgoing / incident side optical fiber diameter (core diameter): 8 μm Divergence angle (half angle) from fiber: 8 ° (full width: 16)
°) Dummy pinhole: 500 μm diameter at a position 50 mm from the lens end face Lens performance (light loss) target value: 4 dB or less Lens performance (light loss) result: 3.81 dB

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
新規な特殊表面形状の創成方法及びその創成方法により
形成した光学素子を提供することができる。そして本発
明では、グラデーションマスク(濃度分布マスク)ある
いはレチクルマスク等の露光用マスクを用いて感光性材
料層に特殊表面形状を創成する際に、露光用マスクの2
次元的な光透過率分布をスムージングして、マスク内の
光透過率分布曲線の不連続部分が感光性材料層に露光さ
れないようすることができるので、感光性材料層に不連
続形状(段差)として転写されないようにすることがで
きる。従って、本発明によれば、感光性材料の感度を落
としたり、感度の鈍い感光性材料に材料変更したりする
ことなしに、高精度に形状転写することができ、高さ方
向に滑らかに連続的に変化する3次元形状を高精度に創
成することができる。また、感光性材料層に形成した3
次元形状を異方性エッチングにより基板に転写すること
により、基板上に3次元構造の特殊表面形状を創成する
ことができる。従って、本発明によれば、感光性材料層
あるいは基板上に、高さ方向に滑らかに連続的に変化す
る3次元構造の特殊表面形状を容易に創成することがで
き、この表面形状を光学的曲面とすることにより、光通
信用の大口径マイクロレンズや、液晶デバイス用の微小
ピッチ・マイクロレンズアレイ等の光学素子を容易に提
供することができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a method for creating a new special surface shape and an optical element formed by the method. In the present invention, when a special surface shape is formed on the photosensitive material layer using an exposure mask such as a gradation mask (density distribution mask) or a reticle mask, the exposure mask is used.
Since the two-dimensional light transmittance distribution can be smoothed so that the discontinuous portion of the light transmittance distribution curve in the mask is not exposed to the photosensitive material layer, the photosensitive material layer has a discontinuous shape (step). Can be prevented from being transferred. Therefore, according to the present invention, shape transfer can be performed with high precision without lowering the sensitivity of the photosensitive material or changing the material to a photosensitive material having a lower sensitivity, and the shape can be smoothly continuously transferred in the height direction. It is possible to create a three-dimensional shape that changes dynamically with high accuracy. In addition, 3 formed on the photosensitive material layer
By transferring the three-dimensional shape to the substrate by anisotropic etching, a special surface shape having a three-dimensional structure can be created on the substrate. Therefore, according to the present invention, a special surface shape of a three-dimensional structure that changes smoothly and continuously in the height direction can be easily created on the photosensitive material layer or the substrate, and this surface shape can be formed optically. By using the curved surface, an optical element such as a large-diameter microlens for optical communication or a fine-pitch microlens array for a liquid crystal device can be easily provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る特殊表面形状の創成方法の一実施
形態を示す工程説明図である。
FIG. 1 is a process explanatory view showing one embodiment of a method for creating a special surface shape according to the present invention.

【図2】本発明に係る特殊表面形状の創成方法の別の実
施形態を示す工程説明図である。
FIG. 2 is a process explanatory view showing another embodiment of the method for creating a special surface shape according to the present invention.

【図3】図2に示す工程で製作された樹脂層の表面形状
を基板に転写する際の工程説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a process when transferring the surface shape of the resin layer manufactured in the process shown in FIG. 2 to a substrate.

【図4】露光工程における照射光の光強度分布と形成さ
れる表面形状との対応を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a correspondence between a light intensity distribution of irradiation light and a surface shape to be formed in an exposure step.

【図5】本発明に係る露光用マスクの一例を説明するた
めの図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of an exposure mask according to the present invention.

【図6】本発明に係る露光用マスクの別の例を説明する
ための図である。
FIG. 6 is a view for explaining another example of the exposure mask according to the present invention.

【図7】本発明に係るグラデーションマスクを製作する
際に用いられるレーザー光照射装置の一構成例を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a configuration of a laser beam irradiation device used when manufacturing a gradation mask according to the present invention.

【図8】特殊表面形状のパターニング時に用いられる露
光装置の一構成例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of an exposure apparatus used for patterning a special surface shape.

【図9】特殊表面形状のパターニング時に用いられる露
光方式の一例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of an exposure method used when patterning a special surface shape.

【図10】特殊表面形状のパターニング時に用いられる
露光装置の別の構成例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of an exposure apparatus used at the time of patterning a special surface shape.

【図11】本発明の一実施例を示す図であって、光拡散
光学素子を設けた露光用マスクの要部断面図である。
FIG. 11 is a view showing one embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a main part of an exposure mask provided with a light diffusing optical element.

【図12】本発明の別の実施例を示す図であって、光拡
散用機能膜を設けた露光用マスクの要部断面図である。
FIG. 12 is a view showing another embodiment of the present invention and is a cross-sectional view of a main part of an exposure mask provided with a light diffusion functional film.

【図13】エッチング工程において、選択比を時間的に
変化させることにより、出発形状と異なる表面形状を基
板に形成することを説明するための図である。
FIG. 13 is a view for explaining that a surface shape different from a starting shape is formed on a substrate by changing a selection ratio with time in an etching step.

【図14】第1の実施例において使用されるレチクルマ
スクのマスクパターンの一例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an example of a mask pattern of a reticle mask used in the first embodiment.

【図15】液晶プロジェクター用の液晶デバイスの一例
を示す要部断面図である。
FIG. 15 is a sectional view of a main part showing an example of a liquid crystal device for a liquid crystal projector.

【図16】図5に示す液晶デバイスに用いられるマイク
ロレンズアレイ基板の一例を示す要部断面図である。
16 is a cross-sectional view of a principal part showing an example of a microlens array substrate used in the liquid crystal device shown in FIG.

【図17】液晶デバイスの画素とマイクロレンズ形成領
域の関係を説明するための図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship between a pixel of a liquid crystal device and a microlens formation region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザー光発信装置 2 ビームスプリッター 3 ミラー 4 光変調器とその制御装置 5 データパス 6 光偏向器とその制御装置 7 対物レンズ 8 X−Yステージ 9 光学式干渉計 10 基板 11 感光性材料層(フォトレジスト層) 13 光学素子 14 基板 15 感光性材料層(光硬化性樹脂層) 17 グラデーションマスク(濃度分布マスク) 18 グラデーションマスク(濃度分布マスク) 21 光源 22 コリメートレンズ 23 ミラー 24 ビームエキスパンダー 25 グラデーションマスク 26 基板 27 感光性材料層 28 グラデーションマスク 29 基板 30 光源ランプ 31 集光レンズ 32 レチクルマスク 33 結像レンズ 34 X−Yステージ 37 グラデーションマスク 38a 石英基板 38b マスクパターン(Cr膜) 39 光拡散光学素子 40 石英基板 41 アンダーコート 42 光拡散用機能膜 43 反射防止機能膜 44 反射防止機能膜 45 マスクパターン(Cr膜) 46 マスクパターン 201 TFT基板 202 マイクロレンズアレイ基板 203 平面基板 205 液晶 302 マイクロレンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light transmission apparatus 2 Beam splitter 3 Mirror 4 Optical modulator and its control apparatus 5 Data path 6 Optical deflector and its control apparatus 7 Objective lens 8 XY stage 9 Optical interferometer 10 Substrate 11 Photosensitive material layer ( Photoresist layer) 13 Optical element 14 Substrate 15 Photosensitive material layer (photocurable resin layer) 17 Gradation mask (density distribution mask) 18 Gradation mask (density distribution mask) 21 Light source 22 Collimating lens 23 Mirror 24 Beam expander 25 Gradation mask 26 Substrate 27 Photosensitive Material Layer 28 Gradation Mask 29 Substrate 30 Light Source Lamp 31 Condensing Lens 32 Reticle Mask 33 Imaging Lens 34 XY Stage 37 Gradation Mask 38a Quartz Substrate 38b Mask Pattern (Cr Film) 3 Light diffusion optical element 40 Quartz substrate 41 Undercoat 42 Light diffusion function film 43 Antireflection function film 44 Antireflection function film 45 Mask pattern (Cr film) 46 Mask pattern 201 TFT substrate 202 Microlens array substrate 203 Flat substrate 205 Liquid crystal 302 Micro lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H087 KA22 LA01 PA01 PA17 PB01 QA02 QA07 QA14 QA34 RA05 RA12 RA13 UA01 2H096 AA28 AA30 BA05 CA20 EA11 EA30 HA23 2H097 BA01 FA02 LA12 LA16 LA17 9A001 BB06 JJ48 JJ50 KK16  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H087 KA22 LA01 PA01 PA17 PB01 QA02 QA07 QA14 QA34 RA05 RA12 RA13 UA01 2H096 AA28 AA30 BA05 CA20 EA11 EA30 HA23 2H097 BA01 FA02 LA12 LA16 LA17 9A001 BB06 JJ48JJ50J

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所望の3次元構造の特殊表面形状に対応し
て光透過率が段階的に変化する露光用マスクを用いて基
板上の感光性材料層にパターンを露光する際に、露光パ
ターンを焦点ずらしさせ、光透過率分布の段差を解消す
ることを特徴とする特殊表面形状の創成方法。
An exposure pattern for exposing a pattern on a photosensitive material layer on a substrate using an exposure mask whose light transmittance changes stepwise according to a special surface shape of a desired three-dimensional structure. The method of creating a special surface shape, characterized in that the focus is shifted and the step of the light transmittance distribution is eliminated.
【請求項2】所望の3次元構造の特殊表面形状に対応し
て光透過率が段階的に変化する露光用マスクを用いて基
板上の感光性材料層にパターンを露光する際に、拡散光
でマスクパターンを露光することで、光透過率分布の段
差を解消することを特徴とする特殊表面形状の創成方
法。
2. The method according to claim 1, further comprising the step of: exposing a pattern to the photosensitive material layer on the substrate using an exposure mask whose light transmittance changes stepwise in accordance with a desired special surface shape of the three-dimensional structure. A step of exposing a mask pattern to eliminate a step in a light transmittance distribution.
【請求項3】所望の3次元構造の特殊表面形状を形成す
べき基板材料の表面上に所定の厚さに感光性材料を塗布
して感光性材料層を形成し、上記特殊表面形状に対応し
て光透過率が段階的に変化する露光用マスクを用いて上
記感光性材料層に所定の光透過率分布のマスクパターン
を露光し、目的とする特殊表面形状に応じて上記感光性
材料層の厚さを変化せしめる特殊表面形状の創成方法に
おいて、 上記感光性材料層へ上記露光用マスクのパターンを露光
する際に、デフォーカスして露光パターンを僅かに焦点
ボケさせ、上記マスクパターンの光透過率分布の段差を
解消することを特徴とする特殊表面形状の創成方法。
3. A photosensitive material layer is formed by applying a photosensitive material to a predetermined thickness on a surface of a substrate material on which a special surface shape having a desired three-dimensional structure is to be formed. Then, the photosensitive material layer is exposed to a mask pattern having a predetermined light transmittance distribution using an exposure mask whose light transmittance changes stepwise, and the photosensitive material layer is exposed according to a target special surface shape. In the method of creating a special surface shape for changing the thickness of the mask pattern, when exposing the pattern of the exposure mask to the photosensitive material layer, defocusing and slightly defocusing the exposure pattern, the light of the mask pattern A method for creating a special surface shape characterized by eliminating a step in transmittance distribution.
【請求項4】所望の3次元構造の特殊表面形状を形成す
べき基板材料の表面上に所定の厚さに感光性材料を塗布
して感光性材料層を形成し、上記特殊表面形状に対応し
て光透過率が段階的に変化する露光用マスクを用いて上
記感光性材料層に所定の光透過率分布のマスクパターン
を露光し、目的とする特殊表面形状に応じて上記感光性
材料層の厚さを変化せしめる特殊表面形状の創成方法に
おいて、 上記感光性材料層へ上記露光用マスクのパターンを露光
する際に、上記露光用マスクのパターン形成面とは反対
側で光源側の面に光拡散光学素子を配置し、拡散光でマ
スクパターンを露光することにより上記マスクパターン
の光透過率分布の段差を解消することを特徴とする特殊
表面形状の創成方法。
4. A photosensitive material layer is formed by applying a photosensitive material to a predetermined thickness on a surface of a substrate material on which a special surface shape having a desired three-dimensional structure is to be formed, and the photosensitive material layer is formed. Then, the photosensitive material layer is exposed to a mask pattern having a predetermined light transmittance distribution using an exposure mask whose light transmittance changes stepwise, and the photosensitive material layer is exposed according to a target special surface shape. In the method of creating a special surface shape to change the thickness of the, when exposing the pattern of the exposure mask to the photosensitive material layer, on the light source side opposite to the pattern formation surface of the exposure mask A method for creating a special surface shape, comprising disposing a light diffusing optical element and exposing a mask pattern with diffused light to eliminate a step in the light transmittance distribution of the mask pattern.
【請求項5】請求項2記載の特殊表面形状の創成方法に
おいて、 拡散光発生方法として露光用マスクのパターン形成面の
反対面に光透過機能を有する光拡散用機能膜を配置し、
光透過率分布の段差を解消することを特徴とする特殊表
面形状の創成方法。
5. A method for forming a special surface shape according to claim 2, wherein a light diffusion function film having a light transmission function is arranged on a surface opposite to a pattern formation surface of the exposure mask as a method for generating diffused light.
A method for creating a special surface shape characterized by eliminating a step in a light transmittance distribution.
【請求項6】請求項2記載の特殊表面形状の創成方法に
おいて、 拡散光発生方法として露光用マスクのパターン形成面に
光透過機能を有する光拡散用機能膜を配置し、光透過率
分布の段差を解消することを特徴とする特殊表面形状の
創成方法。
6. A method for generating a special surface shape according to claim 2, wherein a light diffusion function film having a light transmission function is disposed on a pattern forming surface of the exposure mask as a method for generating a diffused light, and a light transmittance distribution is obtained. A method for creating a special surface shape characterized by eliminating steps.
【請求項7】請求項2記載の特殊表面形状の創成方法に
おいて、 拡散光発生方法として露光用マスクの両面に光透過機能
を有する光拡散用機能膜を配置し、光透過率分布の段差
を解消することを特徴とする特殊表面形状の創成方法。
7. The method for creating a special surface shape according to claim 2, wherein a light diffusion function film having a light transmission function is disposed on both surfaces of the exposure mask as a method of generating diffused light, and a step in the light transmittance distribution is reduced. A method for creating a special surface shape characterized by eliminating.
【請求項8】請求項1〜7の何れか一つに記載の特殊表
面形状の創成方法において、 上記露光用マスクとして、特殊表面形状に対応して光透
過率が段階的に変化するマスクパターンを有する濃度分
布マスク(グラデーションマスク)、もしくは上記濃度
分布マスクを所定の拡大率で拡大したレチクルマスクを
用いることを特徴とする特殊表面形状の創成方法。
8. The method for creating a special surface shape according to claim 1, wherein the mask for the exposure has a light transmittance that changes stepwise according to the special surface shape. And a reticle mask obtained by enlarging the density distribution mask at a predetermined magnification ratio.
【請求項9】請求項1〜8の何れか一つに記載の特殊表
面形状の創成方法において、 上記感光性材料として、フォトレジストあるいは光硬化
性樹脂を用いることを特徴とする特殊表面形状の創成方
法。
9. The method for creating a special surface shape according to claim 1, wherein a photoresist or a photocurable resin is used as the photosensitive material. Creation method.
【請求項10】請求項9記載の特殊表面形状の創成方法
において、 感光性材料としてフォトレジストを用いる場合には、基
板材料の表面に塗布したフォトレジスト層に、濃度分布
マスクあるいはレチクルマスクにより所定の3次元的な
光強度分布を有するマスクパターンを露光した後、現
像、リンス、あるいは、ポスト・エキスポージャー・ベ
ーク、レジスト硬化処理などの工程を経てフォトレジス
ト層を所望の3次元構造にパターニングすることを特徴
とする特殊表面形状の創成方法。
10. A method according to claim 9, wherein when a photoresist is used as the photosensitive material, the photoresist layer applied to the surface of the substrate material is provided with a concentration distribution mask or a reticle mask. After exposing a mask pattern having a three-dimensional light intensity distribution, the photoresist layer is patterned into a desired three-dimensional structure through processes such as development, rinsing, post-exposure bake, and resist curing. A method for creating a special surface shape, characterized in that:
【請求項11】請求項9記載の特殊表面形状の創成方法
において、 感光性材料として光硬化性樹脂を用いる場合には、基板
材料の表面に液状の光硬化性樹脂を塗布した後、光硬化
性樹脂層が流動性を有する状態で上記濃度分布マスクあ
るいはレチクルマスクにより所定の3次元的な光強度分
布を有するマスクパターンを露光し、露光の照射時間や
露光量、加熱による流動性の制御などにより光硬化性樹
脂層を表面側から徐々に硬化させ、硬化に伴う光硬化性
樹脂の体積減少と流動により上記樹脂層の表面を変形せ
しめて、所望の3次元構造にパターニングすることを特
徴とする特殊表面形状の創成方法。
11. A method according to claim 9, wherein when a photocurable resin is used as the photosensitive material, a liquid photocurable resin is applied to the surface of the substrate material, and then the photocurable resin is cured. Exposure of a mask pattern having a predetermined three-dimensional light intensity distribution with the above-mentioned concentration distribution mask or reticle mask in a state where the conductive resin layer has fluidity, and control of the irradiation time, exposure amount, and fluidity by heating The photo-curable resin layer is gradually cured from the surface side by, and the surface of the resin layer is deformed by the volume reduction and flow of the photo-curable resin due to the curing, and is patterned into a desired three-dimensional structure. To create special surface shapes.
【請求項12】請求項1〜11の何れか一つに記載の特
殊表面形状の創成方法において、 目的とする特殊表面形状に応じて上記感光性材料層の厚
さを変化せしめた後、上記感光性材料層と基板に対し異
方性エッチングを行って、上記感光性材料層の表面形状
を基板表面に彫り移して転写することを特徴とする特殊
表面形状の創成方法。
12. The method for creating a special surface shape according to any one of claims 1 to 11, wherein the thickness of the photosensitive material layer is changed according to a target special surface shape. A method for creating a special surface shape, wherein anisotropic etching is performed on a photosensitive material layer and a substrate, and the surface shape of the photosensitive material layer is engraved and transferred to a substrate surface.
【請求項13】請求項1〜12の何れか一つに記載の特
殊表面形状の創成方法を用いて、感光性材料層もしくは
基板材料表面に光学的曲面を形成したことを特徴とする
光学素子。
13. An optical element characterized in that an optical curved surface is formed on the surface of a photosensitive material layer or a substrate material by using the method for forming a special surface shape according to any one of claims 1 to 12. .
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